(57)【要約】【課題】メインローラの配列スペースの無駄を低減させて、装置の上下方向に対するコンパクト化を図ると共に、複数の被加工物を一挙同時に切断加工できるようにして、作業能率の向上を図る。【解決手段】被加工物Ｗの切断位置２に配備されるメインローラ群を、一対のメインローラ３で構成し、この一対のメインローラ３の相互間に、ワイヤ列１ａへの押圧荷重を支持する中間ローラ４を設け、一対のメインローラ３と中間ローラ４とを平行に且つ一列状に配列させる。そして、一対のメインローラ３と中間ローラ４との各相互間にそれぞれ、複数の被加工物Ｗの切断加工を行う切断領域５を設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のメインローラにワイヤを所定ピッチで巻き掛けてワイヤ列を形成し、前記ワイヤを走行させると共に、前記ワイヤ列の切断領域を被加工物に圧接させて、前記被加工物の切断加工を行うワイヤソーにおいて、
前記メインローラを一対として互いに平行に離間させて配置すると共に、前記一対のメインローラ間に、前記被加工物との圧接によって前記ワイヤ列に加わる荷重を支持する中間ローラを配置したことを特徴とするワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤを使用して被加工物を切断するように構成したワイヤソーに係り、特に、被加工物の切断位置に配設されるメインローラの周辺構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、シリコン等の半導体材料のインゴットを切断して半導体ウエハを製造するに際しては、多数のローラ群に亘って走行するワイヤを利用して所定の切断加工を行うように構成したワイヤソーが使用される。
【０００３】
この種のワイヤソーの具体例として、特開昭６３−６２６５５号公報によれば、繰出リールから繰り出された一本のワイヤを、上流側の張力調整用ローラ等を経由して、被加工物の切断位置に配設された三本のメインローラ（同公報では回転ロール）に多列状に巻き掛け、更に下流側の張力調整用ローラ等を経由して、巻取リールにより巻き取る構成が開示されている。
【０００４】
この場合、三本のメインローラは三角形状に配列されており、これらのうちの二本のメインローラに水平に張り渡されているワイヤ列に被加工物を圧接して、砥粒の供給の下で切断加工を行う構成とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のワイヤソーは、被加工物の切断位置に配備されるローラ群として、上記例示のように三本のメインローラを三角形状に配列させるのが通例であるため、左右方向のみならず上下方向に対しても比較的大きな配列スペースが必要になり、装置の大型化、特に切断加工に供せられる装置部分の上下方向に対する大型化を招く。
【０００６】
また、この種のワイヤソーは、三本のメインローラのうちの二本のメインローラ間に張り渡されているワイヤ列に、被加工物が押し当てられるに留まる。すなわち、三本のメインローラに三角形状に巻き掛けられたワイヤ列には、直線状の張り渡し部位が計三箇所の領域に存在するにも拘らず、被加工物の切断領域は単一の領域とされるに留まる。このため、ワイヤ列の配列スペースに無駄が生じると共に、切断加工に要する作業時間が長期化されて作業能率が悪化するという問題が生じる。
【０００７】
しかも、各メインローラには、ワイヤ列との接触による摩耗が生じるため、これらのメインローラを定期的に或いは寿命に応じて交換する必要があるが、従来においては、その交換作業が面倒且つ煩雑なものとなっていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、メインローラの配列スペースの無駄を可及的に低減させて装置を効果的に小型化すると共に、被加工物に対する切断加工の作業能率を向上させることを第１の技術的課題とし、またメインローラの交換作業の容易化を図ることを第２の技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するため、本発明は、複数のメインローラにワイヤを所定ピッチで巻き掛けてワイヤ列を形成し、ワイヤを走行させると共に、ワイヤ列の切断領域に被加工物を圧接させて、被加工物の切断加工を行うワイヤソーにおいて、メインローラを一対として互いに平行に離間させて配置すると共に、この一対のメインローラ間に、被加工物との圧接によってワイヤ列に加わる荷重を支持する中間ローラを配置したことに特徴づけられる。
【００１０】
従って、被加工物の切断位置においては、一対のメインローラにワイヤが所定のピッチで巻き掛けられてワイヤ列が形成される。中間ローラは、被加工物からワイヤ列に加わる荷重を支持して、ワイヤ列の撓みを防止する役目を果たす。尚、中間ローラは、一本であっても良く或いは二本以上であっても良い。
【００１１】
そして、一対のメインローラと中間ローラとの間にはそれぞれ、ワイヤ列の切断領域が設けられる。従って、ワイヤ列の切断領域は、一対のメインローラ間の複数箇所に存在することになり、これらの複数箇所の切断領域による被加工物の同時切断加工が可能となる。
【００１２】
この場合、中間ローラを一対のメインローラに対して中高になるように配置して、切断領域側のワイヤ列に傾斜を与えることが好ましい。このような構成によれば、切断領域を有するワイヤ列の張り渡し方向が、被加工物の圧接方向に対して傾斜した状態となるため、両者の方向が直交する場合と比較して、ワイヤ列に撓みが生じ難くなると共に、被加工物に対する切断性および切断能力が向上する。
【００１３】
また、一対のメインローラのうちの何れか一方を回転駆動手段に連結すると共に、一対のメインローラおよび中間ローラを動力伝達手段を介して連結し、且つ、動力伝達手段にトルクリミッタを介装することが好ましい。このような構成によれば、回転駆動手段および動力伝達手段の動作により、各メインローラおよび中間ローラに回転トルクが付与されてワイヤが円滑に走行する。この場合、ワイヤ列からメインローラ及び中間ローラを介して動力伝達手段に過負荷が作用した場合には、トルクリミッタの動作により各ローラへのトルク伝達が遮断されるため、ワイヤの断線等の弊害が回避される。
【００１４】
更に、一対のメインローラ及び中間ローラの回転駆動系が配置される側の一方の軸端部を軸受ユニットを介して基台上にそれぞれ支持し、回転駆動系が配置される側と反対側の他方の軸端部を軸受ユニットを介してアームで相互に連結すると共に、前記中間ローラの他方の軸端部を軸受ユニットを介して基台上に支持する構成とすれば、各ローラの支持が適切になされる。
【００１５】
すなわち、一対のメインローラ及び中間ローラの一方側の端部はそれぞれ、各軸受ユニットを介して基台上に支持されるのに対して、一対のメインローラの他方側の端部は、中間ローラの他方側の軸受ユニットおよびアームを介して基台上に支持される。従って、各ローラは効率良く両持ち的に支持された状態となり、充分な支持剛性が得られる。
【００１６】
また、一対のメインローラの他方の軸端部をそれぞれ軸受ユニットに着脱自在に装着すると共に、アームを中間ローラの他方の軸受ユニットに対して揺動および軸方向移動自在に装着する構成とすれば、メインローラの交換作業を簡便に行うことができる。
【００１７】
すなわち、一対のメインローラの一方側には、回転駆動系が配設されているため、メインローラを一方側から取り外すとしたならば、軸受ユニットだけでなく回転駆動系をも取り外す必要があり、作業が面倒且つ煩雑なものとなる。しかしながら、上記の構成によれば、一対のメインローラから他方側の軸受ユニットを離脱させ、アームを中間ローラの他方側の軸受ユニットに対して軸方向移動させ且つ揺動させることにより、各メインローラの他方側スペースからアームおよびこれに連結されている軸受ユニットが退避し、各メインローラの取り外し及び取り付けを他方側スペースから容易に行えることになる。従って、メインローラを取り外し方向に移動させた際に、アーム及び軸受ユニットとメインローラとが干渉しなくなる位置まで、アームを揺動可能とすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るワイヤソーの要部概略構成を例示している。図外の繰出リールから巻取リールに至るワイヤ１の走行経路の途中には、図示のような被加工物Ｗの切断位置２が設けられている。この切断位置２には、所定ピッチでワイヤ１が多列状に巻き掛けられる一対のメインローラ３が配置されている。
【００１９】
一対のメインローラ３の相互間、すなわちワイヤ列１ａの張り渡し方向略中央部には、被加工物Ｗからワイヤ列１ａに加わる荷重を支持する中間ローラ４が設けられている。この中間ローラ４は、例えば一対のメインローラ３に比して小径とされている。そして、一対のメインローラ３と中間ローラ４とは、相互に平行に且つ一列状に配列されている。こ実施形態において、一方のメインローラ３と中間ローラ４との間には、複数（図例では２個）の被加工物Ｗを切断する切断領域５が設けられ、また他方のメインローラ３と中間ローラ４との間にも、同様にして複数（図例では２個）の被加工物Ｗを切断する切断領域５が設けられている。
【００２０】
被加工物Ｗとしては、シリコン等の半導体材料のインゴットや、ガラス或いはセラミックス等のインゴットが挙げられる。この実施形態では、一対のメインローラ３にワイヤ１が０．３〜０．３５ｍｍピッチで約５００列に巻き掛けられている。また、被加工物Ｗは、１５ｃｍ角で長さ３０ｃｍのシリコンブロックである。
【００２１】
図２に示すように、中間ローラ４は、一対のメインローラ３に対して中高になるように配置されている。詳述すると、中間ローラ４は、被加工物Ｗが押し当てられるワイヤ列１ａの張り渡し方向略中央部が所定寸法だけ上側に張り出された状態となるように配置されている。そして、ワイヤ列１ａが中間ローラ４からメインローラ３にかけて下り勾配となる傾斜角αは、０．３度程度とされている。尚、各メインローラ３及び中間ローラ４の外周面には、ワイヤ列１ａをローラ軸方向に対して所定ピッチ間隔に位置決めするための多列状の周溝３ａ，４ａが形成されている。
【００２２】
この実施形態では、被加工物Ｗが上方から下降してワイヤ列１ａに押し当てられる構成であるため、上側に張り渡されているワイヤ列１ａに切断領域５が形成されているが、被加工物Ｗが下方から上昇する構成とする場合には、下側に張り渡されているワイヤ列１ｂに切断領域が形成され、且つ中間ローラ４は、下側にワイヤ列１ｂを押し下げた状態（中高の状態）になるように配置されることになる。
【００２３】
図３は、メインローラ３及び中間ローラ４の支持構造並びに駆動構造を例示している。一対のメインローラ３及び中間ローラ４の軸方向一端側には、各ローラ３，４に回転トルクを付与する回転駆動系６が配備されている。尚、以下の説明においては、各ローラ３，４の軸方向における回転駆動系６が配備されている側を基端側と言い、その反対側を先端側と言う。
【００２４】
一対のメインローラ３の基端側の軸端部及び先端側の軸端部はそれぞれ、基端側軸受ユニット７及び先端側軸受ユニット８に回転自在に支持されており、また中間ローラ４の基端側の軸端部及び先端側の軸端部も、基端側軸受ユニット９及び先端側軸受ユニット１０に回転自在に支持されている。
【００２５】
各ローラ３，４のそれぞれの基端側軸受ユニット７，９は、取付部材としてのコラム１１を介して基台１２ａに支持されると共に、各ローラ３，４のそれぞれの先端側軸受ユニット８，１０は、水平方向に延びる単一のアーム１３により相互に連結され、中間ローラ４の先端側軸受ユニット１０は、基台１２ｂに支持されている。この場合、各ローラ３，４は、その軸方向がコラム１１と直角になるように配列されている。尚、各基端側軸受ユニット７，９は、回転駆動系６と各ローラ３，４との間に介設されている。
【００２６】
図４に拡大して示すように、各メインローラ３の先端側軸受ユニット８はそれぞれ、アーム１３の端ボス部１３ａに嵌合固定された外筒８ａと、この外筒８ａの内周側に複数の軸受８ｂを介して回転自在に支持された内筒８ｃとを備え、この内筒８ｃとメインローラ３とが締結部材（コレット）１５により一体回転可能に締結固定されている。締結部材１５は、テーパ状の内周面を有する環状体であって、メインローラ３の先端部に一体形成されたテーパ状の外周面を有する突状部３ｂに嵌合されている。
【００２７】
締結部材１５の先端側には、メインローラ３に螺合されているボルト１６のねじ込み量に応じて軸方向に移動する押圧体１７が配設されており、ボルト１６をねじ込むことにより、押圧体１７が締結部材１５を基端側に移動させ、これに伴って締結部材１５が拡径して、そのくさび作用により内筒８ｃとメインローラ３とが締結固定されるようになっている。内筒８ｃの内孔は、ボルト１６に対する工具の挿入空間とされており、この内筒８ｃよりも先端側に突出する外筒８ａの先端部に蓋体１８がネジ等により固定されている。各メインローラ３の外周には、例えば樹脂でなる外嵌体３ｘが着脱自在に装着されており、この外嵌体３ｘの外周面に上述の周溝３ａが形成されている。尚、図示しないが、各メインローラ３の基端部は、各基端側軸受ユニット７から分離可能とされている。
【００２８】
中間ローラ４の先端側軸受ユニット１０は、基台１２ｂに固定された支持ブラケット１４と、アーム１３の中間ボス部１３ｂが嵌合され且つ支持ブラケット１４に固定された外筒１０ａと、この外筒１０ａの内周側に複数の軸受１０ｂを介して回転自在に支持された内軸１０ｃとを備え、この内軸１０ｃと中間ローラ４とがボルト１９により一体回転可能に固定されている。外筒１０ａの内孔は、ボルト１９に対する工具の挿入空間とされており、この外筒１０ａの先端部に蓋体２０がネジ等により固定されている。
【００２９】
アーム１３は、中間ローラ４の先端側軸受ユニット１０（外筒１０ａ）に軸方向移動自在に且つ揺動自在に支持されている。この場合、図５に鎖線で示すように、アーム１３は、各メインローラ３の先端側スペースから退避した状態となる角度まで揺動するように構成されている。すなわち、アーム１３が揺動端に達した時点では、各メインローラ３を先端側に向かって移動させても、各メインローラ３とアーム１３とが干渉しない状態となるようにその揺動範囲が設定されている。
【００３０】
図３及び図６に示すように、回転駆動系６は、一対のメインローラ３及び中間ローラ４に動力を伝達する動力伝達手段としての巻き掛け伝動手段６ｘと、この巻き掛け伝動手段６ｘを駆動する回転駆動手段としての駆動モータ６ｙとを備えている。巻き掛け伝動手段６ｘは、一方のメインローラ３と一体回転可能なメイン駆動車輪２１と、中間ローラ４と一体回転可能な中間従動車輪２２と、他方のメインローラ３と一体回転可能なメイン従動車輪２３とを備え、これらの各車輪２１，２２，２３に亘って無端状伝動部材２４が巻き掛けられている。尚、中間従動車輪２２とメイン従動車輪２３との間には、無端状伝動部材２４の張力を調整する２個のテンション車輪２５が配設されている。
【００３１】
一方のメインローラ３の基端側には、メイン駆動車輪２１と一体回転可能な駆動入力車輪２６が同軸上に配設されており、この駆動入力車輪２６に駆動モータ６ｙから回転トルクが伝達されるようになっている。この場合、中間従動車輪２２およびメイン従動車輪２３にはそれぞれ、所定の回転トルク以上で各ローラ３，４への動力伝達を遮断するトルクリミッタ２７が付設されている。尚、上記の各車輪２１，２２，２３，２５としては、タイミングプーリ、Ｖプーリ、スプロケット等が使用され、上記の無端状伝動部材２４としては、タイミングベルト、Ｖベルト、チェーン等が使用される。
【００３２】
以上の構成によれば、回転駆動系６の作動により各メインローラ３及び中間ローラ４が回転して、ワイヤ列１ａが巻き掛け駆動されている間に、上下動可能な昇降機構（図示略）に把持された四個の被加工物Ｗが上方から下降し、例えばスラリーなどの供給の下でワイヤ列１ａに押し当てられて切断加工が行われる。この場合、中間ローラ４は、ワイヤ列１ａの張り渡し方向略中央部を上側に張り出させるように配置されているため、被加工物Ｗは、傾斜しているワイヤ列１ａに垂直下方に向かって押し当てられることになり、ワイヤ列１ａが非傾斜状態の場合と比較して、切断能力或いは切断性が向上する。そして、一回の切断工程で、複数個（図例では四個）の被加工物Ｗが同時に切断加工されるため、作業能率が大幅に向上する。
【００３３】
このような切断加工が行われている間に、巻き掛け伝動手段６ｘの中間従動車輪２２またはメイン従動車輪２３に過負荷が作用した場合には、トルクリミッタ２７の動作により各ローラ３，４への動力伝達が遮断されて、各車輪２２，２３が空転状態になる。これにより、ワイヤ１の断線等が生じなくなり、優れた安定性を確保できることになる。
【００３４】
更に、一対のメインローラ３と中間ローラ４とは、水平方向に一列状に配列されているので、これらの各ローラ３，４の配列スペースを上下方向に対して小さくでき、装置の上下方向に対するコンパクト化を図ることが可能となる。
【００３５】
一方、メインローラ３の取り換えを行う場合には、先ず図４に示す先端側軸受ユニット８の先端部を封止している蓋体１８を取り外し、内筒８ｃの工具挿入空間に工具を挿入してボルト１６を弛める。これにより、押圧体１７が先端側に移動して締結部材１５によるくさび作用が解除され、メインローラ３が先端側軸受ユニット８の内筒８ｃから離脱した状態となる。このような作業を二本のメインローラ３について行った後、アーム１３を先端側軸受ユニット８と共に同図に鎖線で示すように軸方向先端側に移動させ、更に図５に鎖線で示すようにアーム１３を揺動させる。この後、各メインローラ３の外周から外嵌体３ｘを離脱させて先端側に向かって引き抜くと共に、新たな外嵌体３ｘを同一箇所に嵌合固定し、アーム１３を当初の状態に復帰動させる。そして、ボルト１６をメインローラ３にねじ込むことによって、締結部材１５のくさび作用によりメインローラ３と先端側軸受ユニット８の内筒８ｃとを締結固定し、更に蓋体１８を固定することによってメインローラ３の取り換え作業が完了する。
【００３６】
このように、メインローラ３と先端側軸受ユニット８との着脱作業と、アーム１３の軸方向移動及び揺動操作により、メインローラ３の外嵌体３ｘの取り換えが行えることになり、その取り換え作業が極めて容易化される。
【００３７】
尚、上記の実施形態は、一対のメインローラ３の相互間に一本の中間ローラ４を配設したものであるが、二本以上の中間ローラを配設して、これらの中間ローラと一対のメインローラとを一列状に配列させても良い。
【００３８】
また、上記実施形態では、外嵌体３ｘが別体として嵌合固定されたメインローラ３を使用したが、外嵌体３ｘが一体となったメインローラ３を使用しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、上述の通り構成されているので、以下に示す効果を奏する。
【００４０】
すなわち、被加工物の切断位置に配備されるメインローラ群を一対のメインローラで構成し、この一対のメインローラと中間ローラとを一列状に配列したから、ローラの配列スペースに無駄が生じなくなり、効率良く装置の小型化を図ることが可能となる。
【００４１】
また、一対のメインローラ間に複数のワイヤ列の切断領域を設けたから、一回の切断工程において複数の切断領域で被加工物を同時に切断加工できることになり、切断に要する作業時間の短縮および作業能率の向上が図られる。
【００４２】
更に、一対のメインローラに対して中間ローラを中高になるように配置して、ワイヤ列に傾斜を与えたから、被加工物の圧接方向に対してワイヤ列の張り渡し方向が傾斜することになり、被加工物に対する切断性が改善されて円滑な切断加工を実行することが可能となる。
【００４３】
加えて、各メインローラと中間ローラとを、トルクリミッタが介装された動力伝達手段により回転駆動させるようにしたから、ワイヤ列に対する過負荷が防止されて、装置の安定性を確保することが可能となる。
【００４４】
一方、一対のメインローラ及び中間ローラの基端側の軸端部を軸受ユニットを介して基台上にそれぞれ支持し、これらの先端側の軸端部を軸受ユニットを介してアームで相互に連結し、且つ、中間ローラの先端側の軸端部を軸受ユニットを介して基台上に支持したから、各ローラが効率良く両持ち的に支持された状態になり、充分な支持剛性を確保できる。
【００４５】
更に、一対のメインローラの先端側の軸端部をそれぞれ軸受ユニットに着脱自在に装着し、アームを中間ローラの先端側の軸受ユニットに揺動および軸方向自在に装着したから、メインローラの取り換えをその先端側から容易に行うことができ、取り換え時の作業性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るワイヤソーの要部概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るワイヤソーの要部を示す概略縦断正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るワイヤソーの要部を示す一部破断平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るワイヤソーの要部を示す拡大横断平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るワイヤソーの要部を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るワイヤソーの巻き掛け伝動手段を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１　　　ワイヤ
１ａ　　ワイヤ列
２　　　被加工物の切断位置
３　　　メインローラ
４　　　中間ローラ
５　　　切断領域
６　　　回転駆動系
６ｘ　　巻き掛け伝動手段（動力伝達手段）
６ｙ　　駆動モータ（回転駆動手段）
７　　　メインローラの基端側軸受ユニット
８　　　メインローラの先端側軸受ユニット
９　　　中間ローラの基端側軸受ユニット
１０　　中間ローラの先端側軸受ユニット
１２ａ　基台
１２ｂ　基台
１３　　アーム
１４　　持ブラケット（取付部材）
１５　　締結部材
２７　　トルクリミッタ
【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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