(57)【要約】【課題】ワイヤソーにおいて、正確な位置でワイヤを一対のワイヤリール間をスムーズに高速で往復走行させる機能を損なうことなく、交換作業の手間と時間を短縮できるガイドローラの固定手段を提供する。【解決手段】ガイドローラ３にガイドされながら走行するワイヤを複数個の加工用ローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、そのワイヤ列にワークを押し当てることにより多数枚の薄円板を同時に切断加工するワイヤソーのガイドローラ３であって、ワイヤソーの本体フレーム１に固定されたシャフト４に回動自在に軸支された回転体１３と、回転体１３の外周面に装着され、回転体１３の後面部に形成されたフランジ部１７に支持されたガイドローラ本体１６をその前面から支持する、一対の発条３７により保持される固定爪部３２と、固定爪部３２を摺動自在に支持する、回転体１３に固定された取付円板２８とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドローラにガイドされながら走行するワイヤを複数個の加工用ローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、そのワイヤ列にワークを押し当てることにより多数枚の薄円板を同時に切断加工するワイヤソーのガイドローラであって、
ワイヤソーの本体フレームに固定されたシャフトに回動自在に軸支された回転体と、
この回転体の外周面に装着され、同回転体の後面部に形成されたフランジ部に支持されたガイドローラ本体をその前面から支持する、一対の発条により保持される固定爪部と、
この固定爪部を摺動自在に支持する、前記回転体に固定された取付円板とを有するワイヤソーのガイドローラ。
【請求項２】
ガイドローラ本体には穿孔部が設けられ、ガイドローラ本体の後面を支持する回転体の後面部に形成されたフランジ部に立設され、前記ガイドローラ本体に設けられた穿孔部に挿入する１以上の回転止めピン部材を有する請求項１記載のワイヤソーのガイドローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料インゴット、磁性材料、セラミックス等の脆性材料よりなるワークの精密な切断加工を施すワイヤソー、とくに、ワイヤソーのワイヤのガイドローラの固定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
係るワイヤソーの代表例として、図３に、ワークが半導体インゴットであって、その切断加工によってウェーハを得るワイヤソーの一般構成を示す。
【０００３】
同図に示すワイヤソー４０は、切断用スラリ中の砥粒のラッピング作用によりワークを切断するワイヤ４２を有し、このワイヤ４２は、一対のワイヤリール４１（図には、一対のワイヤリールの中の一方のみが図示されている。）の間に巻かれており、ワイヤリール４１から繰り出されたワイヤ４２は多数のガイドローラ４３で形成されるワイヤガイド機構を経て、逆三角形状に配置された切断機構を構成する３本の加工用ローラ４４に巻き掛けられ、水平なワイヤ列４５を形成する。そして、ワイヤ列４５から出たワイヤ４２は、ワイヤ列４５を挟んで対向配置された他方側のワイヤガイド機構を経て図示しない巻き取り用のワイヤリールに巻き取られる。
【０００４】
前記ワイヤ列４５の両側に形成されるワイヤガイド機構には、それぞれワイヤ案内装置４６、ダンサローラ４７およびワイヤ洗浄装置４８が配設されており、ワイヤ案内装置４６はワイヤリール４１からワイヤ４２を一定ピッチ毎に案内する。ダンサローラ４７には、所定重量のウェイト（図示せず）が架設されており、ワイヤ４２に一定の張力を付与している。また、ワイヤ洗浄装置４８は、洗浄液タンク４９から供給される洗浄液をワイヤ４２に噴射して、ワイヤ４２に付着した切断用スラリ（切削液）をワイヤ４２から除去するようになっており、切断スラリは受け皿５０に受けられた後、スラリタンク５１に回収され、回収されたスラリは熱交換機５２に循環されて一定温度に冷却された後、循環供給される。
【０００５】
前記一対のワイヤリール４１および加工用ローラ４４にはそれぞれ正逆回転可能なモータ（図示せず）が連結され、ワイヤ４２はモータの駆動により、一対のワイヤリール４１間を高速で往復走行する。前記ワイヤ列４５の上方には、ワイヤ列４５に対して垂直に昇降移動するワーク支持機構５３が設置されている。このワーク支持機構５３にはチルチング装置５４が備えられており、ワーク５５はこのチルチング装置５４の下部に保持され、ワーク５５を水平・垂直方向に傾斜自在に保持できるので、ワーク５５が半導体材料インゴットの場合には結晶方位合わせにも対応可能である。
【０００６】
このような構造を有するワイヤソー４０によるワーク５５の切断は、以下の要領で行われる。まず、ワーク５５をチルチング装置５４のワーク保持部に装着する。次に、モータを駆動してワイヤリール４１および加工用ローラ４４を高速回転させ、ワイヤ４２を高速走行させる。そして、ワイヤ４２の走行が安定したところで、ワーク支持機構５３を下降させ、高速走行するワイヤ列４５にワーク５５を押し当てる。この際、ワイヤ列４５とワーク５５との接触部には、ノズル（図示せず）からスラリが供給され、ワーク５５は、このスラリ中に含有される砥粒のラッピング作用により、ワイヤ列４５に応じた多数枚の薄いウェーハに切断される。
【０００７】
このようなワイヤソーにおけるガイド機構を構成するガイドローラ４３は、リール４１から送り出されたワイヤを一対のワイヤリール４１間を高速で往復走行するためのもので、正確な位置でスムーズな回転が保証されるように所定位置に固定されなければならない。
【０００８】
そのための取り付け固定機構として種々のものが提案されており、例えば、特許文献１には、回転軸に固定されたスリーブの外周に軸受を介して回転可能に支持された従動体と、この従動体の前面に複数のネジにより取付円板を介してガイドローラを取り外し可能に固定するものが示されている。
【０００９】
また、特許文献２および特許文献３には、シャフトの先端部にローラベアリングを介して回動自在に支持したベアリングケースを設け、このベアリングケースの基端部にフランジを形成するとともに、先端部にベアリングキャップをボルトによって固定し、さらに、このベアリングキャップの外周面に形成されたネジに挟持リングを螺合するものが記載されている。これによって、ガイドローラはベアリングケースの外周部に装着され、フランジと挟持リングとに挟持されて、ベアリングケースに一体固定されるものである。
【００１０】
ワイヤソーで使用されるガイドローラは、通常内部は金属製で、外殻部はプラスチック等の合成樹脂材で成形されており、とくに、ワイヤが接触する外殻部の摩耗は著しい。
【００１１】
また、ワイヤの走行は、一定量前進および一定量後進を繰り返しながら、全体として前進するように行われていることから、その進行方向の切り替え時にワイヤの張力が変化することで、ガイドローラとワイヤとの間で滑りが生じることがあり、ガイドローラには偏摩耗が生じる。
【００１２】
ガイドローラの偏摩耗を防止するための手段として、例えば、特許文献１には、ガイドローラの溝を角溝に形成するとともにそれらの角溝内にワイヤを１巻以上５巻以下巻き掛けることが提案されている。また、特許文献２には、ガイドローラをその軸線方向に沿って移動自在に支持するとともにその移動を緩衝装置で規制することで、ガイドローラの位置を自動的に調整可能とした機構が開示されている。
【００１３】
しかしながら、上記特許文献に記載の機構は、ガイドローラの偏摩耗の防止そのものには効果はあっても、ガイドローラの摩耗そのものが防止されるものではない。
【００１４】
何れにしろ、摩耗したガイドローラを継続して使用すると作動不良の原因となるため適当な時期に新しいものへの交換は必然的なことである。さらには、ワイヤの断線事故によって緊急にガイドローラを交換しなければならない事態も生じる。
【００１５】
【特許文献１】
特開平８−７１９１０号公報
【００１６】
【特許文献２】
特開平１０−５８４３８号公報
【００１７】
【特許文献３】
特開平１１−２１６６５９号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献に記載されたガイドローラの取り付け機構は、ガイドローラの交換に際して手間と時間を要し、ワイヤソーの稼働率を低下させる。
【００１９】
本願発明は、正確な位置でワイヤを一対のワイヤリール間をスムーズに高速で往復走行させる機能を損なうことなく、ガイドローラの交換作業の手間と時間の短縮できる固定手段を提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本願発明のワイヤソーのガイドローラは、ガイドローラにガイドされながら走行するワイヤを複数個の加工用ローラに巻き掛けてワイヤ列を形成し、そのワイヤ列にワークを押し当てることにより多数枚の薄円板を同時に切断加工するワイヤソーのガイドローラであって、ワイヤソーの本体フレームに固定されたシャフトに回動自在に軸支された回転体と、この回転体の外周面に装着され、同回転体の後面部に形成されたフランジ部に支持されたガイドローラ本体をその前面から支持する、一対の発条により保持される固定爪部と、この固定爪部を摺動自在に支持する、前記回転体に固定された取付円板とを有する。
【００２１】
さらに、前記本願発明のワイヤソーのガイドロールには、ガイドローラ本体の後面を支持する回転体に形成したフランジ部に立設した、ガイドローラ本体の穿孔部に挿入する１以上の回転止めピン部材が設けられている。
【００２２】
この構成の下で、ガイドローラ本体は、通常は、後面を支持するフランジ部と、発条によって前面を支持する固定爪部との間に挟持されて固定されており、交換時には、発条に抗して固定爪部をシャフトの軸心に向かう方向（内方側）に移動させて、ガイドローラ本体の前面当接部から離間させる。
【００２３】
これによりガイドローラ本体は自由状態となり、前方に引き出すことで、摩耗したガイドローラ本体を回転体から取り外すことができる。
【００２４】
そして、新品のガイドローラ本体と交換するには、固定爪部をシャフトの軸心に向かう方向（内方側）に移動させ、保持した状態で、回転体のフランジ部に当接するまで押し込んで装着する。その後、固定爪部を保持する力を取り除くと、発条の作用により、固定爪部が外方側へ摺動、移動し、ガイドローラ本体の前面に当接し、常時押圧を加えた状態となる。
【００２５】
さらに、ガイドローラ本体の後面を支持する回転体に形成されたフランジ部に１つ以上立設した回転止めピン部材は、ガイドローラ本体の対応する穿孔部に挿入されて、ガイドローラ本体と回転体とは一体のものとなる。
【００２６】
このように、本願発明のガイドローラ本体の固定手段は、固定爪部の移動だけでガイドローラ本体の交換が可能であり、ワイヤソーの不稼動時間を短くすることができる。さらに、単なる挟持だけでなく、回転止めピン部材により周方向の回転体とガイドローラ本体との回転を制止して一体なものとなし得るので、ガイドローラ本体の内周面の摩耗を抑えることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【００２８】
本願発明のガイドローラ本体の固定手段の構成を示す一部断面側面図を示す図１と同正面図を示す図２において、当該固定手段は、本体フレーム１との取り付け間隔を決めるナット部２を有し、その一方側を本体フレーム１に切られた雌ネジ部に螺入、固定する。他方側はガイドローラ３を取り付けるシャフト４となっている。
【００２９】
本体フレーム１に固定したボルトの内部にはシャフト４の中心軸方向に流通路５が形成され、シャフト４の外周面には複数の流通路５に達する透孔６が穿孔されている。
【００３０】
シャフト４の外周面中間部にはベアリング７が嵌入されている。ベアリング７の内周側は、その後面に当接する内周側後面ベアリング押え１０と、前面に当接する内周側前面ベアリング押え１１により、シャフト４の中心軸方向で摺動しないように挟持されるるともに、シャフト４の前方部に切られた雄ネジ部（図示せず）に螺入されることにより固定されている。内周側後面ベアリング押え１０は、円筒部８と大径壁部９とからなり、円筒部８の前面がベアリング７の内周側後面に当接するとともに大径壁部９の後面がナット部２の前面に当接するようになっている。また、内周側後面ベアリング押え１０の円筒部８にはシャフト４の透孔６に合致する連通孔１２が形成されている。
【００３１】
ベアリング７の外周側は、回転体１３の中心部内孔に嵌入される。これにより回転体１３はシャフト４に対し回動自在に支持されることになる。
【００３２】
回転体１３の後面には内周側後面ベアリング押え１０を内蔵する窪み部１４を形成するとともに、内周側後面ベアリング押え１０の大径壁部９の直径より若干大径の外直径とした円環溝１５を形成し、回転体１３の窪み部１４の周面と、大径壁面部９の前面、その先端部および円筒部８の外周面との間に若干の隙間を設けることで、シャフト４の流通路５、透孔６および円筒部８の連通孔１２を介して本体フレーム１側から供給される圧縮エアを流してベアリング７部が汚損されるのを防ぐラビリンス部を形成している。
【００３３】
また、回転体１３の外周面には、リング状のガイドローラ本体１６が装着され、回転体１３の後面部側にはガイドローラ本体１６の後面を支持するフランジ部１７が形成されている。フランジ部１７の外周縁はガイドローラ本体１６に形成されたワイヤ案内溝１８の底部１９より低い位置となるようにその高さを設定している。
【００３４】
また、フランジ部１７の前面には、シャフト４の中心軸線Ｌと平行に１以上の回転止めピン部材２０が設けられ、ガイドローラ本体１６には、その回転止めピン部材２０を挿入する穿孔部２１が設けられている。
【００３５】
回転止めピン部材２０を立設したフランジ部１７の前面周面と回転体１３の外周面にガイドローラ１６の外殻部を構成する合成樹脂材より軟らかい材質で被覆部２２を形成することで、切断加工時の切削液が浸入することによる回転止めピン部材２０と回転体１３の外周面の摩耗を防ぐことができる。
【００３６】
回転体１３の前面にはベアリング７の外周面を支持するのに充分な強度を有する厚みの、回転体１３の前面から突出する筒状部２３を形成している。筒状部２３の前面側には、筒状部２３の外周面およびベアリング７の外周側前面に当接する段付円筒状ベアリング押え２４を装着する。段付円筒状ベアリング押え２４の外周部には、シャフト４の中心軸線Ｌと交叉する方向に所要の間隔で一対の側面誘導溝２５が設けられている。
【００３７】
段付円筒状ベアリング押え２４の前面側には、取付円板２８が設けられている。この取付円板２８は、複数個所の固定ボルト３８と３９によって回転体１３に固定されている。
【００３８】
取付円板２８は、蓋部２６を有する。この蓋部２６は円筒状に形成されており、その後面開口部の開口縁を段付円筒状ベアリング押え２４の前面側の開口縁に当接させて、内周側前面ベアリング押え１１を覆うように装着される。
【００３９】
また、取付円板２８は、蓋部２６の後面側に一体的に設けられた円板部２７を有する。この円板部２７は、回転体１３の外周面半径（この外周面にはフランジは含まれない。）より小さい外径を有し、その外周部に後面側向きに延長した縁部２７ａを有する。縁部２７ａの後面開口部内周面は側面誘導溝２５の外方端部の一部に重なるように配置している。また、円板部２７には、側面誘導溝２５と平行に開口した上部誘導溝２９が形成されている。
【００４０】
蓋部２６の前面には上部誘導溝２９と平行な位置関係とした蓋部２６と同じ長さの誘導溝３０を一体的に設け、誘導溝３０の中間部には仕切り壁３１を設けている。
【００４１】
そして、仕切り壁３１の両方側に、固定爪部３２，３２を配置している。固定爪部３２は、ガイドバー３３と操作部３４と台座部３５と固定爪本体３６とからなる。ガイドバー３３は、誘導溝３０内を上下に移動可能となるように配置されており、操作部３４の中間部に接合されている。操作部３４は、シャフト４の中心軸線方向と平行に延びている。台座部３５は、操作部３４の後面側端部からシャフト４の中心軸線方向と垂直方向に延びており、側面誘導溝２５に挟まれて摺動するようになっている。固定爪本体３６は、台座部３５の先端部から後面側に向けて略ハの字状となるように突設されており、その外方側先端は縁部２７ａより外方に突出するように形成されている。また、固定爪本体３６の後面は、その内方側が前面側に向けて突出するように傾斜している。
【００４２】
以上の構成を有する固定爪部３２は、そのガイドバー３２と仕切り壁３１との間にそれぞれ配置した発条３７によって、常時シャフト４の中心軸線方向と交叉方向に突出するように保持されている。この状態では、固定爪部３２の固定爪本体３６の後面がガイドローラ本体１６の前面に一部に当接して押圧するので、ガイドローラ本体１６が確実に支持される。固定爪本体３６の後面は、上述のように、その内方側が前面側に向けて突出するように傾斜しているので、ガイドローラ本体１６の前面に対する押圧力は、固定爪本体３６の突出量が大きいほど強くなるが、本実施例では、固定爪本体３６を固定している台座部３５の先端部を取付円板２８の縁部２７ａに当接させることで固定爪本体３６の突出量を調整し、ガイドローラ本体１６の前面に加える押圧力が適正となるように調節している。このように、台座部３５の先端部は縁部２７ａを制止部としている。また、台座部３５の後端部は円筒状の蓋部２６の外周面を制止部としている。
【００４３】
以上のように構成されたワイヤソーのガイドローラ３において、損傷したガイドローラ本体１６の交換作業は、以下の要領で行う。
【００４４】
まず、固定爪部３２を、その操作部３４を操作して発条３７に抗して固定爪本体３６の先端部がガイドローラ本体１６の前面から離脱する位置までシャフト４の軸心に向かう方向（内方側）に押し寄せ、この状態を維持する。この状態の維持は、鎹状の金具や長方形筒体を２つの操作部３４間に渡し掛けるか、人手で把持して行っても良い。その後、その前面の支持が無くなり自由状態となったガイドローラ本体１６を回転体１３から引き出す。次に、新品のガイドローラ本体１６を回転体１３のフランジ部１７に当接するように装着し、操作部３４の保持を解除する。これによって、発条３７により固定爪本体３６は突出してガイドローラ本体１６の前面に当接し、常時、押圧を加えた状況でガイドローラ本体１６を支持する。
【００４５】
なお、本実施例では、回転体１３のフランジ部１７に回転止めピン部材２０を一対立設しており、ガイドローラ本体１６に設けた４個の穿孔部２１の内、２個に合致させて装着する。
【００４６】
以上のように、ガイドローラ本体１６の交換作業は、操作部３４の操作とガイドローラ本体１６の差し替えのみで良いので短時間に終えることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本願発明におけるガイドローラ本体の交換は固定爪部を発条に抗して後退させるだけで、ガイドローラ本体を引き出せるので、取り外すための特別の工具が不要であり、個々の作業時間も極めて短くて良い。このためワイヤソーの休止時間を短くすることができるので、生産性を向上させることができる。また、ワイヤソーにおけるワイヤガイド機構に不調が生じたときも、簡単にガイドローラ本体を取り外すことが可能であることから、ガイドローラから取り外してガイドローラ本体のワイヤ案内溝の状態を確認することができる。
【００４８】
回転体の外周部とフランジ部のガイドローラ本体と接触する面に、ガイドローラ本体の外郭部を構成する材質よりも軟らかい材質のものを被覆したことで、切断加工時の切削液の浸入による摩耗を防いで、耐用性を向上させることができる。
【００４９】
さらには、前記従来技術に見られるワイヤガイド機構のガイドローラの耐用性を延ばす手段と組み合わせることで、突発的なガイドローラ本体の異常摩耗時の交換作業を短時間で実施できるので、さらに生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明のガイドローラ本体の固定手段の構成を示す一部断面側面図である。
【図２】本願発明のガイドローラ本体の固定手段の構成を示す正面図である。
【図３】従来の一般的なワイヤソーの全体構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１………本体フレーム
２………ナット部
３………ガイドローラ
４………シャフト
５………流通路
６………透孔
７………ベアリング
８………円筒部
９………大径壁部
１０……内周側後面ベアリング押え
１１……内周側前面ベアリング押え
１２……連通孔
１３……回転体
１４……窪み部
１５……円環溝
１６……ガイドローラ本体
１７……フランジ部
１８……ワイヤ案内溝
１９……ワイヤ案内溝の底部
２０……回転止めピン部材
２１……穿孔部
２２……被覆部
２３……筒状部
２４……段付円筒状ベアリング押え
２５……側面誘導溝
２６……蓋部
２７……円板部
２７ａ……縁部
２８……取付円板
２９……上部誘導溝
３０……誘導溝
３１……仕切り壁
３２……固定爪部
３３……ガイドバー
３４……操作部
３５……台座部
３６……固定爪部
３７……発条
３８……固定ボルト
３９……固定ボルト
４０……ワイヤソー
４１……ワイヤリール
４２……ワイヤ
４３……ガイドローラ
４４……加工用ローラ
４５……ワイヤ列
４６……ワイヤ案内装置
４７……ダンサローラ
４８……ワイヤ洗浄装置
４９……洗浄液タンク
５０……受け皿
５１……スラリタンク
５２……熱交換機
５３……ワーク支持機構
５４……チルチング装置
５５……ワーク
Ｌ……シャフトの中心軸線
【図１】
2004314227.tif 000003
【図２】
2004314227.tif 000004
【図３】
2004314227.tif 000005