(57)【要約】【課題】加工抵抗の増加を防止しつつワイヤ飛びの発生を抑制できるワイヤソーを提供すること。【解決手段】本ワイヤソーは、複数の多条溝ローラ間にワイヤを多数巻き付けたワイヤ列を走行させ、前記ワイヤ列に被加工物を押し当てて前記被加工物の加工を行うワイヤソーにおいて、複数の溝が形成された治具を有し、前記複数の溝のそれぞれに前記ワイヤ列の各ワイヤが１本ずつ走行するように前記治具が配され、前記複数の溝の各溝の幅は、前記ワイヤの径よりも大であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の多条溝ローラ間にワイヤを多数巻き付けたワイヤ列を走行させ、前記ワイヤ列に被加工物を押し当てて前記被加工物の加工を行うワイヤソーにおいて、
複数の溝が形成された治具を有し、
前記複数の溝のそれぞれに前記ワイヤ列の各ワイヤが１本ずつ走行するように前記治具が配され、
前記複数の溝の各溝の幅は、前記ワイヤの径よりも大であることを特徴とするワイヤソー。
【請求項２】
前記各ワイヤと前記複数の溝とが非接触となるように前記治具のアライメントを調整する機構部を更に有する請求項１記載のワイヤソー。
【請求項３】
前記ワイヤ列の走行中に前記治具のアライメントを前記機構部に修正させる制御部を有する請求項２記載のワイヤソー。
【請求項４】
前記多条溝ローラには前記ワイヤを保持するためのＶ溝が形成され、
前記治具の前記複数の溝の各溝の幅は、前記Ｖ溝の開口部の幅よりも小である、請求項１〜３のいずれか記載のワイヤソー。
【請求項５】
前記ワイヤ列は水平に走行する第１ワイヤ列と、該第１ワイヤ列の重力方向下側に位置する第２ワイヤ列とを有し、
前記被加工物は、重力方向上側から前記第１ワイヤ列に押し付けられ、
前記治具は、前記第２ワイヤ列の重力方向下側のみに配される、請求項１〜４のいずれか記載のワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用セル基板となるシリコンウエハは、シリコンインゴットをワイヤソーでスライスして製造される。ワイヤソーは、一度の加工で数百枚から１千枚以上のウエハを一度にスライスできるので、生産効率が高いという特徴がある。
【０００３】
一方、生産性が高いということは一度トラブルが発生すると被害が甚大となる危険性を含んでいる。具体的なトラブルとして、多条溝ローラにおける「ワイヤ飛び」と言う現象がある。「ワイヤ飛び」が生じると、大きな損失が生じる。
【０００４】
そこで「ワイヤ飛び」を防止するために、仕切り板を設置した従来のワイヤソーが知られる。図８は、特許文献１に記載された従来のワイヤソーを示す図である。
【０００５】
図８において、ワイヤＳは、多条溝ローラ３１、３２、３３間に複数回巻きつけられて等間隔のワイヤ列ＳＬを成す。被加工物Ｗは多条溝ローラ３２と３３の間に配置されている。仕切り板５５、６６は、被加工物Ｗを挟む様に設置され、かつ仕切り板５５、６６の下端は、ワイヤ列ＳＬと接触している。モータ４４の駆動で走行するワイヤ列ＳＬに被加工物Ｗを押し付け加工する。
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、スラリやクーラント中に混在する異物や、被加工物Ｗの破片が、多条溝ローラ３２、３３の中に進入することで「ワイヤ飛び」が発生すると考えられている。この考えから、特許文献１では、スラリやクーラント中に混在する異物や、被加工物Ｗの破片を、仕切り板５５、６６によって掻き取って、多条溝ローラ３２、３３の中に進入させないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１３６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の構成では、仕切り板によってスラリやクーラントも除去されてしまい、加工抵抗の増加を招くという課題を有している。
【０００９】
また、「ワイヤ飛び」の原因が異物や被加工物片の多条溝ローラへの進入とするならば、非加工時に多条溝ローラを回転させた場合に「ワイヤ飛び」は起きない筈である。しかし、非加工時における「ワイヤ飛び」も、当業者ならば経験することである。すなわち、従来の構成では、仕切り板５５、６６によって異物や被加工物片を除去しても「ワイヤ飛び」の発生を抑制できないことを課題として有している。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、加工抵抗の増加を防止しつつ「ワイヤ飛び」の発生を抑制可能なワイヤソーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明のワイヤソーは、複数の多条溝ローラ間にワイヤを多数巻き付けたワイヤ列を走行させ、前記ワイヤ列に被加工物を押し当てて前記被加工物の加工を行うワイヤソーにおいて、複数の溝が形成された治具を有し、前記複数の溝のそれぞれに前記ワイヤ列の各ワイヤが１本ずつ走行するように前記治具が配され、前記複数の溝の各溝の幅は、前記ワイヤの径よりも大であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明のワイヤソーによれば、加工抵抗の増加を防止しつつ「ワイヤ飛び」の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態におけるワイヤソーを示す図
【図２】「ワイヤ飛び」を示す図
【図３】（ａ）（ｂ）被加工物が無い場合の「ワイヤ飛び」の発生場所を示す図
【図４】（ａ）（ｂ）被加工物がある場合の「ワイヤ飛び」の発生場所を示す図
【図５】本実施の形態における矯正治具とワイヤ列との配置を示す図
【図６】（ａ）（ｂ）本実施の形態における矯正治具の作用を説明するための図
【図７】本実施の形態における矯正治具をアライメントする機構を示す図
【図８】特許文献１に記載された従来のワイヤソーを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態におけるワイヤソーの主要部を示す図である。供給側スプールから伸びたワイヤ１は、駆動側の多条溝ローラ３と従動側の多条溝ローラ４に折り重なることの無い様に一様ピッチで複数回巻きつけられてワイヤ列をなした後、回収側スプールに至る。多条溝ローラ３、４には、複数のＶ溝が一様ピッチで形成され、各Ｖ溝に、ワイヤ１が１本ずつ収容される。被加工物２は、多条溝ローラ３、４間のワイヤ列に押し付けられる。ワイヤ列は、複数配置された多条溝ローラ間に１本のワイヤが多数巻き掛けられて形成される。多条溝ローラ３、４間の被加工物２の無い側（重力方向下側）に矯正治具５が設置される。この矯正治具５が、「ワイヤ飛び」の抑制に有用な治具である。
【００１６】
ワイヤ１は、一方向運動、又は往復運動する。もしくは、ワイヤ１は、交播運動しながら供給側スプールから回収側スプールへと少しずつ繰り出されていく。加工方法としては、ワイヤ１に砥粒（例えばＳｉＣ）を混ぜた懸濁液（スラリー）を供給しながら加工する遊離砥粒加工方法、又は、砥粒となるダイヤモンド等をめっきや樹脂で固着させたワイヤ１を用いてクーラントを供給しながら加工する固定砥粒加工方法がある。何れの方法も本実施の形態に適用可能である。
【００１７】
ここで、「ワイヤ飛び」について説明する。
【００１８】
図２に多条溝ローラ３に「ワイヤ飛び」が生じた様子を示す。「ワイヤ飛び」は、ワイヤ１が本来入るべき多条溝ローラ３のＶ溝に入らずに、隣接するＶ溝にワイヤ１が多重に入る現象を言う。「ワイヤ飛び」の発生によりワイヤ列の間隔がずれて、スライスされたウエハが一様厚さにならず、鋭角な三角形状になる。この状態で加工が進むと、ウエハ断面が鋭角な三角状部分が割れて、その破片がワイヤ１の断線を招く。
【００１９】
この「ワイヤ飛び」は、発生しやすい場所（起点となる場所）がある。それは、多条溝ローラ３、４の近傍である。この理由について図３を用いて説明する。
【００２０】
図３（ａ）に、加速時のワイヤ１の挙動を表す。ワイヤ１は、多条溝ローラ３、４に一様な張力Ｔで巻きつけられている。加速時においては、主軸である多条溝ローラ３が従軸である多条溝ローラ４を引っ張るように作用するため、重力方向下側のワイヤ列の張力Ｔ２より重力方向上側のワイヤ列の張力Ｔ１の方が低くなる。このとき低い張力となったワイヤ１が多条溝ローラ４に巻き付く近傍の点（図中の点線で囲った箇所）において、張力が変化することでワイヤ列が膨らむ。ワイヤ列が膨らんだ際に、走行方向と直行する方向にワイヤ列が移動することで「ワイヤ飛び」が発生する。すなわち、張力が変化する箇所が、結果として「ワイヤ飛び」が生じやすい箇所となる。
【００２１】
図３（ｂ）に、減速時のワイヤ１の張力変化の様子を示す。加速時とは反対に、下側のワイヤ１の張力Ｔ２＜上側の張力Ｔ１となる。その結果、多条溝ローラの下側（図の点線で囲った箇所）において、「ワイヤ飛び」が生じやすい。
【００２２】
すなわち、多条溝ローラ３、４が加減速を行う際に、ワイヤ１の張力が変化し、そのワイヤ張力が低下した側で「ワイヤ飛び」が発生しやすくなる。そして、多条溝ローラ間を走行するワイヤ１が、一方の多条溝ローラに巻き取られる際に、ワイヤ１の走行方向と直行する方向に移動することで「ワイヤ飛び」が生じる。このため、走行方向と直行する方向にワイヤ１が移動するのを抑制すれば、「ワイヤ飛び」の発生を抑制できる。このとき、「ワイヤ飛び」の最も発生しやすい場所である多条溝ローラの近傍で、ワイヤ１の移動を制限するのがより好適である。
【００２３】
なお、被加工物２の加工時には、被加工物がワイヤ１に押し当てられるため「ワイヤ飛び」の発生しやすい場所が変化する。加工中の被加工物２は、ワイヤ１より重力方向上側ら下側に向かって下降する。このとき、上側のワイヤ列は被加工物２により下側に押し付けられる。そのため、被加工物２によって上側のワイヤ列の軌道が固定され、上側のワイヤ列において「ワイヤ飛び」は発生しにくくなる。
【００２４】
ここで、被加工物２の加工中に矢印の方向に進行するワイヤ１の減速時の様子を図４（ａ）に示す。この減速中のワイヤ張力の関係は、（下側）Ｔ２＜（上側）Ｔ１となる。更に主軸である多条溝ローラ３の下部は、ワイヤ１が多条溝に入り始める場所になるので「ワイヤ飛び」が最も生じやすい場所となる。
【００２５】
また、図４（ｂ）に示すように矢印の方向に進行するワイヤ１の加速時において、ワイヤ張力の関係もＴ２＜Ｔ１となる。更に従軸である多条溝ローラ４の下部は、ワイヤ１が多条溝に入り始める場所になるので「ワイヤ飛び」の最も生じやすい場所となる。
【００２６】
図４（ａ）（ｂ）から、被加工物２の加工中においては、多条溝ローラ３、４の上側よりも下側で「ワイヤ飛び」が生じやすいことがわかる。そこで、本実施の形態において、ワイヤ１が走行方向と直行する方向に移動するのを制限するための治具を「ワイヤ飛び」の特に生じやすい多条溝ローラの下側のみに配置する。
【００２７】
次に、図５を用いて治具の一例である矯正治具５について説明する。図５は、図１のＡ矢視図である。ワイヤ１により形成されるワイヤ列のピッチｐと同じピッチで、多数の溝が矯正治具５に配される。溝内にワイヤ列を収容するために、溝深さｄ１を、ワイヤ１の直径よりも大とする。本実施の形態では、製作や取り付け調整の容易さを勘案して、溝深さｄ１をワイヤ１の直径＋０。５ｍｍとする。
【００２８】
また、各溝の幅ｕは、ワイヤ１の直径より大とする。この溝により、ワイヤ１の走行方向と直行する方向への移動を制限し「ワイヤ飛び」の発生を防止できる。同時に、溝幅ｕをワイヤ１の径よりも大とすることで、ワイヤ１と溝との間に空間をつくり、スラリやクーラントを十分に保持したまま、ワイヤ１を走行させることができる。すなわち、ワイヤ１径より大である溝幅ｕを持つ矯正治具５により、「ワイヤ飛び」発生を抑制し、かつ、低い加工抵抗の加工を実現できる。
【００２９】
更に、矯正治具５に設ける溝の幅ｕを、ワイヤ１の直径よりも０。０２ｍｍ以上大きくすることが望ましい。溝の幅ｕがこれを下回ると、ワイヤ１と溝の側壁とが接触し、スラリ等を除去してしまうからである。一方、溝の幅ｕをワイヤ１の直径＋０。５ｍｍ以下にすることが望ましい。溝の幅ｕがワイヤ１の直径＋０。５ｍｍを上回った場合、溝間の間隔が狭まることで、側壁の厚み（ｐ−ｕの値）が薄くなりすぎてワイヤ１の軌道を修正できなくなるからである。
【００３０】
なお、多条溝ローラ３、４にはＶ溝が形成され、そのＶ溝にワイヤ１が保持される（図２参照）。Ｖ溝の底部は多条溝ローラ３、４の中心側に位置し、Ｖ溝の開口部は多条溝ローラ３、４の外周側に位置する。ワイヤ１を保持するために、Ｖ溝の開口部の幅はワイヤ１の径よりも大である。このＶ溝内から開口部を超えてワイヤ１が飛び出ることで「ワイヤ飛び」が発生する。この「ワイヤ飛び」を防止するためには、ワイヤ１をＶ溝内に収容し続けるように、矯正治具５を作用させればよい。Ｖ溝は、開口部から底部に向けて徐々に幅が縮小する形状である。このＶ溝からワイヤ１を飛び出させないためには、多条溝ローラ３、４のＶ溝の開口部よりも矯正治具５に設ける溝の幅を小さくすればよい。Ｖ溝の開口部から飛び出るより前に、矯正治具５の溝でワイヤ１の移動を制限できるからである。
【００３１】
また、この場合、矯正治具５の溝の幅をワイヤ１の径よりも大とすることで、加工抵抗の増加を伴わずに「ワイヤ飛び」を抑制できる。以上から、矯正治具５の望ましい要件についてまとめると、矯正治具５に設ける複数の溝の各溝の幅を、多条溝ローラ３、４のＶ溝の開口部の幅よりも小とし、かつ、ワイヤ１の径よりも大とすることとなる。
【００３２】
本実施の形態においては、例えば、ワイヤ１の直径を０。１ｍｍ、ワイヤピッチを０。２５ｍｍ、溝幅ｕを０。１２ｍｍとする。また、図１に示す矯正治具５の幅（ｗ）を３０ｍｍ、厚み（ｔ）を５ｍｍ、全長（紙面の奥行き寸法）を４０５ｍｍとし、ワイヤ列幅よりも５ｍｍ長く形成する。
【００３３】
矯正治具５の材質には、超硬合金、より詳細にはタングステンカーバイトを採用するのが最適である。超硬合金はワイヤ放電加工によって加工することが容易かつ、高硬度だからである。超硬合金に性能は劣るが、矯正治具５の材質としてステンレス鋼やセラミックス、ＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化樹脂）等を採用しても良い。
【００３４】
矯正治具５は、多条溝ローラ３、４の下部の２箇所に設置した例を示したが、２ヶ所の矯正治具５を一体で製作して下部のワイヤ列全体を覆っても良い。一体とすることで、後述するアライメントを一度に調整できる。
【００３５】
次に矯正治具５の作用を説明する。図６（ａ）に多条溝ローラ３の近傍に配置した矯正治具５を示し、同図のＡ矢視図を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）では、矯正治具５の表面に施された溝（ハッチング部）のみを描いている。矯正治具５に設けられた複数の溝のそれぞれにワイヤ列の各ワイヤが１本ずつ走行するように矯正治具５が配されている。ワイヤ１の張力変化が原因で、本来の軌跡から外れようとしても、矯正治具５によって軌跡を拘束され、導かれる様に多条溝ローラ４のＶ溝にワイヤ１が収まる。この作用から考えて、矯正治具５の取り付けに当たっては、矯正治具５の溝が、ワイヤ１と平行であることが望ましい。
【００３６】
矯正治具５の取り付けには、精密なアライメント調整が重要となる。そこで矯正治具５の下部に、ｘ、ｙ、ｚの直行３軸と、それらの各軸周りに回転するａ、ｂ、ｃ軸の計６自由度の調整機能を有した機構部の一例であるステージ６を設けてもよい。ステージ６を図７に示す。なお、６自由度を有さず、特に重要な軸だけに省略した機構部でも良い。
【００３７】
ステージ６は、ワイヤ１の走行方向と、矯正治具５の溝とが、平行でかつ、溝中央にワイヤ１が嵌るようにアライメントを行う。こうして、通常のワイヤ走行時については、ワイヤ１と矯正治具５の溝が非接触状態となり、加工抵抗を増加させない。その一方で、ワイヤ１の軌道が、張力変化により乱れた際は、矯正治具５の溝の側壁とワイヤ１とが接触することで、「ワイヤ飛び」の発生を防止する。なお、矯正治具５の端が、多条溝ローラ３、４の回転軸を通る垂線より５ｍｍ程度内側（図１中ｇの位置）となるように配置すると「ワイヤ飛び」の抑制により効果的であることを発明者らは見出している。
【００３８】
更に、ワイヤ列の走行中にステージ６に矯正治具５のアライメントを修正させる制御部７を有してもよい。走行中にアライメントを修正することで、加工抵抗を低く保ちつつ、「ワイヤ飛び」の発生をより抑制できる。
【００３９】
なお、本実施の形態において矯正治具５に施したワイヤ１を収める溝をＵ字型断面形状としたが、矩形の断面形状でもよい。Ｕ字型溝は、溝内にワイヤ１が収まると上下方向については拘束が無いので、アライメント調整が容易である。
【００４０】
なお、ワイヤ列の上側に矯正治具５を配置しても良いが、上側においては被加工物２の存在により「ワイヤ飛び」が生じにくいため、下側のみに矯正治具５を配置するのが望ましい。矯正治具５を下側のみにすることで、アライメント調整に要する工数を最小限に抑えられるといったメリットも得られる。より詳細な配置としては、ワイヤ１により形成されるワイヤ列が、水平に走行する第１ワイヤ列と、この第１ワイヤ列の重力方向下側に位置する第２ワイヤ列とを成し、そして、被加工物２は重力方向上側から第１ワイヤ列に押し付けられ、更に、矯正治具５は第２ワイヤ列の重力方向下側のみに配される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のワイヤソーは、半導体や金属などの加工に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  ワイヤ
２  被加工物
３  多条溝ローラ
４  多条溝ローラ
５  矯正治具
６  ステージ
７  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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