特許 7687015 ワイヤソーおよび切断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-26

(45)【発行日】2025-06-03

(54)【発明の名称】ワイヤソーおよび切断方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 27/06 20060101AFI20250527BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20250527BHJP

   B28D 5/04 20060101ALN20250527BHJP

   B28D 1/08 20060101ALN20250527BHJP

【ＦＩ】

B24B27/06 Q

B24B27/06 S

H01L21/304 611W

B28D5/04 C

B28D1/08

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021050089

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148412

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2024-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100178216

【弁理士】

【氏名又は名称】浜野 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 右一

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５５－０１７７６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１１－０９８４２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２８Ｄ ５／０４

Ｂ２８Ｄ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤを張った状態で長さ方向に移動させる一対のワイヤ移動手段と、
前記一対のワイヤ移動手段の間に配置され、対となって前記ワイヤを挟んだ場合に、前記ワイヤとの間の摩擦力により前記ワイヤの移動に同期して回転する第１のローラと第２のローラと、前記ワイヤを挟んだ状態で、回転軸方向における前記第１のローラと前記第２のローラとの位置関係が変化するように、前記第１のローラと前記第２のローラとをスライドさせるスライド機構とを有するローラユニットと、
を有し、
前記スライドは、前記ワイヤ移動手段が前記ワイヤの長さ方向の一方に前記ワイヤを移動させる期間と他方に前記ワイヤを移動させる期間との１セットの期間が完了するごとに行われる
ことを特徴とするワイヤソー。

【請求項2】

前記ローラユニットが、
前記第１のローラと前記第２のローラとを離間させる離間手段を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。

【請求項3】

前記ローラユニットを２組有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤソー。

【請求項4】

２組の前記ローラユニットのスライドを同期して行う、
ことを特徴とする請求項３に記載のワイヤソー。

【請求項5】

前記ワイヤ移動手段が、
前記ワイヤを巻回して、繰り出し、巻取りを行う一対のリールを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のワイヤソー。

【請求項6】

前記ワイヤ移動手段が、
無端状の前記ワイヤを移動させる一対のプーリーである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のワイヤソー。

【請求項7】

一対のワイヤ移動手段で、ワイヤを張った状態で長さ方向に移動させ、
前記一対のワイヤ移動手段の間で、対となって前記ワイヤを挟んだ場合に、前記ワイヤとの間の摩擦力により前記ワイヤの移動に同期して回転する第１のローラと第２のローラとで前記ワイヤを挟み、
前記ワイヤを挟んだ状態で、回転軸方向における前記第１のローラと前記第２のローラとの位置関係が変化するように、前記第１のローラと前記第２のローラとをスライドさせ、
前記スライドは、前記ワイヤ移動手段が前記ワイヤの長さ方向の一方に前記ワイヤを移動させる期間と他方に前記ワイヤを移動させる期間との１セットの期間が完了するごとに行われる
ことを特徴とする切断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤソーおよび切断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体のインゴットや石材などのワークの切断に、砥粒付きワイヤを用いたワイヤソーが用いられている。砥粒とは硬い金属やダイヤモンドなどで、ワイヤには、この砥粒が固定化されている。このようなワイヤソーでは、ワイヤの片側をワークに押し付けた状態でワイヤを長さ方向に移動させることで、ワークを切削する。このため、加工を続けるとワイヤが片減りし、加工速度が低下したり、ワイヤの寿命が短くなったりするという問題がある。そこで、ワイヤの断面の円周方向を均等に使用するための技術が開発されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ワイヤをその中心について回転させるワイヤソーの強制自転装置の技術が開示されている。この技術では、無端状のワイヤを懸架し長さ方向に移動させる一対のプーリーと、ワイヤを挟み込みワイヤの移動方向に回転する一対の圧着輪（ローラ）を備えている。さらに一対の圧着輪を支持し、一対の圧着輪全体を囲み、一対のワイヤの中心に対して回転させる大歯車を備えている。上記の構成により、ワイヤをその断面の中心について回転することができるため、ワイヤをその断面の円周方向について均等に使用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平０３－２９４１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術では、大歯車が一対の圧着輪全体を囲み、さらにその大歯車を回転させる機構を、大歯車の外側に備えているため、装置が大型化してしまうという問題があった。

【0006】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成で、ワイヤをその断面の円周方向について均等に使用できるワイヤソーを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明のワイヤソーは、ワイヤソーは、ワイヤを張った状態で長さ方向に移動させる一対のワイヤ移動手段と、前記一対のワイヤ移動手段の間に配置され、対となって前記ワイヤを挟んだ場合に、前記ワイヤとの間の摩擦力により前記ワイヤの移動に同期して回転する第１のローラと第２のローラと、前記ワイヤを挟んだ状態で、回転軸方向における前記第１のローラと前記第２のローラとの位置関係が変化するように、前記第１のローラと前記第２のローラとをスライドさせるスライド機構とを有するローラユニットと、を有する。

【0008】

また、本発明の切断方法は、一対のワイヤ移動手段で、ワイヤを張った状態で長さ方向に移動させ、前記一対のワイヤ移動手段の間で、対となって前記ワイヤを挟んだ場合に、前記ワイヤとの間の摩擦力により前記ワイヤの移動に同期して回転する第１のローラと第２のローラとで前記ワイヤを挟み、前記ワイヤを挟んだ状態で、回転軸方向における前記第１のローラと前記第２のローラとの位置関係が変化するように、前記第１のローラと前記第２のローラとをスライドさせる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の効果は、コンパクトな構成で、ワイヤをその断面の円周方向について均等に使用できるワイヤソーを提供できることである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態のワイヤソーを示す模式図である。

【図2】第２の実施形態のワイヤソーを示すブロック図である。

【図3】第２の実施形態のローラユニットの構成の一例を示す模式図である。

【図4】第２の実施形態の動作の一例を示す模式図である。

【図5】第２の実施形態の動作のタイミングチャートの一例である。

【図6】第２の実施形態の動作の別の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のワイヤソー１０を示す模式図である。ワイヤソー１０は、一対のワイヤ移動手段１と、ローラユニット２とを有する。

【0013】

ワイヤ移動手段１は、ワイヤ９を張った状態で長さ方向に移動させる。

【0014】

ローラユニット２は、ワイヤ９を挟み、ワイヤ９の移動に引きずられてワイヤ９の移動方向に回転する第１のローラ２ａと第２のローラ２ｂとを有する。第１のローラ２ａと第２のローラ２ｂとは、それぞれの回転軸２ａａ、回転軸２ｂａとが平行になるように配置されている。また、ローラユニット２は、ワイヤ９を挟んだ状態で第１のローラ２ａと第２のローラ２ｂとを、回転軸２ａａ、２ｂａの軸方向における第１のローラ２１０と第２のローラ２２０の位置関係が変化するようにスライドさせるスライド機構２ｃを有する。

【0015】

以上の構成では、カット対象のワーク２０を、ワイヤ移動手段１とローラユニット２の間に張られたワイヤ９に押し当てて、ワイヤ移動手段１でワイヤ９を長さ方向に移動させることにより、ワーク２０を切削し、カットすることができる。その際、第１のローラ２ａと第２のローラ２ｂでワイヤ９を挟み込む。そしてカットの開始から所定の期間が経過、あるいはワイヤ９を所定長送ったら、第1のローラ２ａと第２のローラ２ｂとを、回転軸方向の両者の位置関係を変えるようにスライドさせる。図１では、この方向を直線両矢印で示している。この動作で、ワイヤ９が、ワイヤ９の中心について捻転する。ワイヤ９の送り移動と上記の捻転を繰り返すことで、ワイヤ外周部のワーク９に当接する部分を、切削中の期間ごとに入れ替えることができる。その結果、ワイヤ９の切削に使用する部分を円周方向で均等化することができる。

【0016】

以上説明したように、本実施形態では、第１のローラ２ａと第２のローラ２ｂの回転軸を支持し、これらの回転軸をスライドさせるスライド機構２ｃを回転軸の端部に設けているだけである。このため、本実施形態のワイヤソーによれば、特許文献１の、２つのローラ全体を囲う円形の大歯車を設ける構成に比べてコンパクトな構成で、ワイヤをその円周方向について均等に使用できるワイヤソーを提供することができる。

【0017】

（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態を基本構成とするワイヤソーの具体的な構成例について説明する。図２は、本実施形態のワイヤソー１０００を示すブロック図である。ワイヤソー１０００は、第１のリール１００と、第２のリール１１０と、ガイドプーリＡ１２０と、ガイドプーリＢ１３０と、ガイドプーリＣ１４０と、テンションプーリ１５０と、第１のローラユニット２００と、第２のローラユニット３００とを有する。ここで、第１のリール１００と第２のリール１１０は、第１の実施形態の、一対のワイヤ移動手段１の一例である。また、第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００は、ローラユニット２の一例である。

【0018】

第１のリール１００と第２のリール１１０は、砥粒付きワイヤ４００を巻回する。そして一方が砥粒付きワイヤ４００を供給し、他方が砥粒付きワイヤ４００を巻き取る動作を行う。

【0019】

ガイドプーリＡ１２０と、ガイドプーリＢ１３０と、ガイドプーリＣ１４０と、テンションプーリ１５０は、第１のリール１００と第２のリール１１０の間に張られた砥粒付きワイヤ４００を、ワーク２０００が切削できるようにガイドする。図２の例では、ガイドプーリＡ１２０とガイドプーリＢ１３０の間に張られた砥粒付きワイヤ４００で、ワーク２０００を切削、カットする構成としている。テンションプーリ１５０は、砥粒付きワイヤ４００に掛かるテンションを所定範囲に保つように、張力を調整する。

【0020】

第１のローラユニット２００は、第１の実施形態のローラユニット２と同様に、砥粒付きワイヤ４００を挟み込み、砥粒付きワイヤ４００を捻転させる。図３は、第１のローラユニット２００の構成の一例を示す模式図である。第１のローラユニット２００は、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０とを有する。第１のローラ２１０と第２のローラ２２０の材料には、砥粒付きワイヤ４００を滑らずに挟めるように、砥粒付きワイヤ４００との間で大きな摩擦力が得られるものを用いる。具体的には軟質のプラスチック、ゴム、硬質のスポンジなどを用いることができる。一例としては、例えばポリウレタンが挙げられる。第１のローラ２１０は第１のシャフト２１１に軸支され、第２のローラ２２０は第２のシャフト２２１に軸支されている。第１のローラ２１０と第２のローラ２２０は、両者が挟み込んだ砥粒付きワイヤ４００の移動によって滑らかに回転するようになっている。第１のローラ２１０、第２のローラ２２０の回転を滑らかにするためには、例えば、ベアリングを軸受に用いるなど、汎用の技術を適用することができる。

【0021】

また、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０とは、スライド機構２３０によって支持されている。スライド機構２３０は、回転軸方向における第１のローラ２１０と第２のローラ２２０の位置関係を変化させるように、両者をスライドさせる。

【0022】

ワイヤソー１０００の動作に当たっては、上記の構成で、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０とは、その間に砥粒付きワイヤ４００を挟み込む。そして、砥粒付きワイヤ４００が長さ方向に移動すると、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０とは、それぞれ第１のシャフト２１１と第２のシャフト２２１の周りに回転し、砥粒付きワイヤ４００の移動を妨げないようになっている。そして、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０はスライド機構２３０によって軸方向に互いにスライドする。この動作により砥粒付きワイヤ４００を捻転する。

【0023】

図４は第１のローラユニット２００の動作の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０を同じ高さに制御した状態を示している。ここでは、この状態の砥粒付きワイヤ４００の捻転量がゼロであるとする。図４（ｂ）はスライド機構２３０によって、第１のローラ２１０を上に、第２のローラ２２０を下にスライドさせた状態を示す模式図である。この状態では、砥粒付きワイヤ４００は図４の時計回りに捻転する。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の逆に、第１のローラ２１０を下に、第２のローラ２２０を上にスライドさせた状態を示す模式図である。この状態では、砥粒付きワイヤ４００は図４の反時計回りに捻転する。

【0024】

第２のローラユニット３００も第１のローラユニット２００と同様な動作をする。そして例えば、第１のローラユニット２００で砥粒付きワイヤ４００に加える捻転量と、第２のローラユニット３００で砥粒付きワイヤ４００に加える捻転量を同じにすることができる。このようにすると、第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００との間の、ガイドプーリＡ１２０とガイドプーリＢ１３０との間に張られた砥粒付きワイヤ４００の捻転量を揃えることができる。これにより、砥粒付きワイヤ４００がワーク２０００に当接する部分を、砥粒付きワイヤ４００の断面における所望の位置に制御することができる。この制御によって、砥粒付きワイヤ４００がワーク２０００に当接する、断面における場所を適宜切り替えれば、当接場所を、その断面の周囲において均等化することができる。具体的には、例えば、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態を、所定の期間あるいは所定のワイヤ送り量ごとに入れ替えることで、砥粒付きワイヤ４００の断面におけるワーク２０００との当接部分を均等化することができる。

【0025】

図５は、上記の入れ替え動作の一例を示すタイミングチャートである。図５では、砥粒付きワイヤ４００の送り速度と、砥粒付きワイヤ４００の捻転量との関係を示している。この例では、砥粒付きワイヤ４００の所定の期間毎に、砥粒付きワイヤ４００の捻転量を変更する制御を行っている。なお、送り量は、第１のリール１００から砥粒付きワイヤ４００を送り出し、第２のリール１１０で巻き取る方向をプラス、逆をマイナスとしている。そして、砥粒付きワイヤ４００をプラス方向に送る期間とマイナス方向に送る期間の一セットを完了するごとに、捻転量を９０°ずつ変更する制御を行っている。０°から９０、１８０°、２７０°と変更していって、２７０°の次は０°に戻る制御をしている。このような制御をすることによって、砥粒付きワイヤ４００がワーク２０００に当たる場所を均等化し、砥粒付きワイヤ４００が消耗する場所を均等化することができる。なお、上記の制御は、あくまで一例であり、摩耗を均等化する制御は上記の例に限られない。例えば、捻転量がサイン波のように連続的に変化するように制御しても良い。

【0026】

上記のように、第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００の捻転量を同期させる制御を行うことにより、第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００の間の砥粒付きワイヤ４００を捩じれのない状態にすることができる。しかしながら、切削を続けていると、第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００の間の砥粒付きワイヤ４００に捩じれが発生する場合がある。このような場合に備えて、スライド機構２３０に、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０とを離間させる機構を設けておくと良い。図６は、この機構を設けた第１のローラユニット２００の動作を示す模式図である。上記の機構を用いて、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０とを、図の矢印のように離間させることで、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０による砥粒付きワイヤ４００の挟み込みを解除することができる。また、第２のローラユニット３００においても、同様の動作を行う。これらの動作によって、砥粒付きワイヤ４００の捩じれを、一旦、解消する。そして、捩じれを解消した後、再び第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００で、砥粒付きワイヤ４００を挟み込むことで、改めて、砥粒付きワイヤ４００の捻転量の制御を行うことができる。

【0027】

なお上記の説明では、第１のローラユニット２００と第２のローラユニット３００とを、それぞれ、ガイドプーリＡ１２０とテンションプーリ１５０との間、ガイドプーリＢ１３０と第２のリール１１０の間に配置しているが、これには限られない。例えば、第１のローラユニット２００を、ガイドプーリＡ１２０とガイドプーリＢ１３０との間の、ガイドプーリＡ１２０の近傍、ガイドプーリＡ１２０とガイドプーリＢ１３０との間の、ガイドプーリＢ１３０の近傍に設けても良い。また、３つ以上のローラユニットを配置しても良い。

【0028】

以上説明したように、本実施形態のワイヤソー１０００では、第１のローラ２１０と第２のローラ２２０の回転軸を支持し、これらの回転軸をスライドさせるスライド機構２３０を回転軸の端部に設けているだけである。このため、本実施形態のワイヤソーによれば、特許文献１の、２つのローラ全体を囲う円形の大歯車を設ける構成に比べてコンパクトな構成で、砥粒付きワイヤの片減りを防止し、砥粒付きワイヤの消耗量を円周方向で均等化することができる。

【0029】

以上、上述した第１から第２の実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

【符号の説明】

【0030】

１ ワイヤ移動手段
２ ローラユニット
９ ワイヤ
２０、２０００ ワーク
１００ 第１のリール
１１０ 第２のリール
２００ 第１のローラユニット
３００ 第２のローラユニット
４００ 砥粒付きワイヤ
１０００ ワイヤソー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】