ワイヤーソー用多溝ローラ

【課題】耐久性および加工精度に優れたワイヤーソー用多溝ローラの提供
【解決手段】ワイヤーが装入される複数の溝を表面に有し、少なくとも該溝の部分がセラミックスによって形成されている多溝ローラであって、上記溝が、溝に装入されたワイヤーを両側の溝面によって挟み込んで支える形状を有することを特徴とするワイヤーソー用多溝ローラ。

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、被加工物に砥粒の存在下でワイヤーを摺動させて溝入れや切断などの加工を行うワイヤーソーに用いられる多溝ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハーなどの半導体材料の精密切断やセラミックス材料の加工などにワイヤーソーが用いられている。このワイヤーソー５０の基本構成は、図１に示すように、細いピアノ線等からなるワイヤー５１が複数のローラ５２の間に所定の張力を保って一方向もしくは往復動自在に支持されており、このワイヤー５１をシリコン、磁性材料、水晶などの被加工物５３に押し当て、砥粒を含んだラッピングオイルの存在下で摺動して溝入れや切断の加工を行う。
【０００３】
上記ローラにはワイヤーを往復動させるドライブローラや被加工物に対してワイヤーを支持するヘッドローラ等が含まれるが、いずれのローラにも、その外周面にはワイヤーを装入して案内する多数の溝が設けられており、被加工物は溝のピッチに応じて加工される。
この多溝ローラの溝部分は被加工物の加工精度を左右する重要な部分であるためにダイヤモンド砥石などによって精密に形成されている。
【０００４】
ところが、従来の多溝ローラはナイロンやウレタン等の樹脂によって形成されているためワイヤーによる摩耗が激しいと云った問題があった。また樹脂は変形し易いために長期間使用すると溝の部分が摩耗・変形し、精度の高い加工を行うことができなくなると云う問題もあった。
【０００５】
このような材質上の問題を解消するために、溝の部分をセラミックスによって形成した多溝ローラが考案されている(特開昭63-237863号)。このセラミック製ローラは樹脂製ローラに比較すると、一般的には耐久性や加工精度に優れているが、しばしば被加工面が波打つ状態になったり、ピッチ精度が劣る場合が見られる。
【０００６】
【考案の解決課題】
本考案は、従来の多溝ローラにおける上記問題を解決したものであって、耐久性および加工精度に優れたワイヤーソー用多溝ローラを提供することを目的とする。
【０００７】
すなわち、本考案は、(１)ワイヤーソーに用いられ、ワイヤーが装入される複数の溝を表面に有し、少なくとも該溝の部分がセラミックスによって形成されている多溝ローラであって、上記溝が、溝に装入されたワイヤーを両側の溝面によって挟み込んで支える形状を有することを特徴とするワイヤーソー用多溝ローラに関するものである。
【０００８】
本考案の上記多溝ローラの具体的な一例は、(２)溝が両側の傾斜した溝面と溝底からなり、ワイヤーの下面が互いに離れた位置で両側の傾斜溝面に接して支持される溝形状を有するものである。
さらに上記多溝ローラにおいて、好ましくは、(３)ワイヤー中心と両側の傾斜溝面の接点とのなす接触角が９０度以上であるもの、(４)ワイヤーの下面が傾斜溝面から溝底に至る屈曲部分に接して支持される溝形状を有するものを含む。
また、これらの多溝ローラにおいて一般的な溝の大きさは、(５)直径０.０８〜０.１８mmのワイヤーに対して溝底の曲率半径ｒが０.０４〜０.０８mmであるものが好ましい。
【０００９】
【考案の実施形態】
以下に本考案を図面に示す構成例を参照して詳しく説明する。図２および図３は本考案に係る多溝ローラの部分断面図、図４〜図７は溝の構成例、図８および図９は溝とワイヤーとの接触状態を示す概念図である。
本考案の多溝ローラはワイヤーソーに用いられるローラであって、その外周面に一定もしくは不等間隔に多数の溝が設けられており、該溝にワイヤーが装入されるローラである。この多溝ローラはワイヤーが巻き付けられる筒状ないし棒状の本体部分を有すれば良く、その他の形状は限定されない。
図２に示す多溝ローラ１０は、筒状ないし棒状の本体部分１１の端部に軸１２を有する例であり、軸１２によって支持される。この多溝ローラ１０の本体部分外周面に溝１３が一定間隔ごとに多数設けられている。
【００１０】
多溝ローラ１０の少なくとも溝１３が設けられている部分はセラミックスによって形成されている。溝１３の部分をセラミックスによって形成する例を図２および図３に示す。
図２は多溝ローラ１０の全体をセラミックスによって形成し、その外周面に溝１３を形成した例である。また、図３は多溝ローラ１０の外周部分をセラミックス２０によって形成し、そのセラミックス部分２０の表面に溝１３を形成した例である。図３に示す多溝ローラ１０は、予め本体部分１１を金属などのセラミック以外の材質で形成し、その外周に円筒状のセラミックス部分２０を嵌め込んで製造することができる。溝１３は予めセラミックス部分２０に形成しても良く、或いはセラミックス部分２０を嵌め込んだ後に溝１３を形成しても良い。
【００１１】
セラミックスの種類は限定されない。例えば、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、サーメット、サファイアなどを用いることができる。また、セラミックス部分以外の材質も限定されない。金属、サーメット、インバー、樹脂など、あるいはこれらを複合して用いることができる。図３の構成例のように、本考案の多溝ローラは溝の部分がセラミックスであれば良い。
【００１２】
本考案の多溝ローラ１０の溝１３は、図４〜図７に示すように、この溝１３に装入されたワイヤー１５をその両側の溝面１３ａ,１３ｂによって挟み込んで支える形状を有するものである。図９の例ではワイヤー１５が溝１３に装入された状態において、溝底１３ｃに接触するワイヤー１５と両側の溝面１３ａ,１３ｂとの間にワイヤー１５が揺動する空隙１６が生じているが、本考案において溝１３がワイヤー１５を両側の溝面１３ａ,１３ｂによって挟み込んで支えるとは、このようなワイヤーが揺動する空隙１６を生じない状態を云う。
【００１３】
溝１３は両側の溝面１３ａ,１３ｂと溝底１３ｃからなり、一般的には図４に示すように、両側の溝面１３ａ,１３ｂが上開きの傾斜面をなすものであるが、図７に示すように溝面１３ａ,１３ｂが垂直面のものも含む。また、溝底１３ｃが曲率半径ｒの曲面からなるもの、あるいは図６に示すように、傾斜した溝面１３ａ,１３ｂの傾斜角αよりも小さな傾斜角βを有するＶ字形の傾斜面によって形成されるものを含む。
【００１４】
本考案の多溝ローラは、溝１３の溝底が曲面でもＶ字形の傾斜面でも、ワイヤーの下面が互いに離れた位置で両側の傾斜溝面に接して支持される溝形状を有するものである。
具体的な一例としては、図４に示すように、溝底の曲率半径ｒがワイヤー半径Ｒよりも小さく、従って、ワイヤー１５の下面が溝底１３ｃから離れて両側の溝面１３ａ,１３ｂに接し、ワイヤーが挟み込まれた形状のものである。また、図５に示すように、溝底の曲率半径ｒがワイヤー半径Ｒに等しく、従って、ワイヤー１５の下面が溝底１３ｃに接触するものでも、その両側の溝面１３ａ,１３ｂがワイヤー１５の下面両側に接して挟み込む形状のものが含まれる。
さらに、図６に示すように、溝底がＶ字形の傾斜面からなるものも、ワイヤー１５の下面が溝底１３ｃから離れて両側の溝面１３ａ,１３ｂに接し、ワイヤーが挟み込まれた形状のものが含まれる。
【００１５】
この場合、図８に示すように、ワイヤーの軸中心Ｏと両側の傾斜溝面の接点Ｓ1,Ｓ2とのなす接触角θが９０度以上であるものが好ましい。接触角θが９０度未満であると、図９に示すように、ワイヤーが揺動する空隙１６を生じ、しかもワイヤーの張力の垂直方向より水平方向の分力が大きくなるので横方向に揺れやすくなる。
或いは、図６に示すように、ワイヤー１５がその両側で傾斜溝面から溝底に至る屈曲部分１８に接して支持される溝形状を有するものが好ましい。この場合、ワイヤー１５の両側が上記屈曲部分に挟まれた状態になるので、上記接触角θにかかわらず横方向の揺れが阻止される。
【００１６】
図９のように、溝底１３ｃの曲率半径ｒがワイヤー半径Ｒよりも大きいと、ワイヤー１５が溝底１３ｃに接触した状態で、ワイヤー１５の両側に空隙１６が生じ、このため加工時にワイヤー１５が溝内で両側に揺れ、切断面が波打つ状態になる。一方、本考案のように、ワイヤーの両側にこのような空隙がなく、溝１３がワイヤー１５を両側から溝面によって挟み込む形状を有するものは、ワイヤー１５の張力によってワイヤー１５が常に挟み込み位置に保持されるので、加工時にワイヤー１５が両側に揺れることがなく、従って、切断面が波打たず平滑で精度の高い加工ができる。
【００１７】
現在使用されているワイヤーの直径は０.０８〜０.１８mmのものが多いので、溝底の具体的な大きさとしては、その曲率半径ｒが０.０４〜０.０８mmが適当である。
【００１８】
本考案の多溝ローラは、図１に示すように、ワイヤーソーに用いられる。図示する例では３個のローラを用いているが使用するローラの数は制限されない。また、使用する溝の数も制限されない。さらに、通常、ローラの溝はローラ外周を各々に一回りする溝が多数形成されるが、ローラ外周を螺旋状に一周する連続した一続きの溝でも良い。また、溝のピッチ数も限定されない。
【００１９】
実施例および比較例外周に多数の溝を有する外径φ９０mmのアルミナ製外筒を金属製内筒に嵌合してなる多溝ローラを用い、粒度＃4000のＳｉＣ砥粒をラッピングオイルに混合した砥液で径１００mm×長さ５０mmの石英材を１mmピッチで切断し、この切断面の平面度を測定した。溝の形状とワイヤー径の組み合せによる切断状態(平均平面度)を表１に示した。
表１の結果に示すように、本考案に属する多溝ローラを用いたものは、切断面が平滑で波打つことがなく加工精度が高い。一方、従来のセラミックス製多溝ローラを用いた比較例は切断面に凹凸が生じ加工精度が劣る。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【考案の効果】
本考案のワイヤーソー用多溝ローラは、樹脂製ローラよりも格段に耐久性が良く、さらに切断面が波打つ不都合がなく平滑であり、従って従来のセラミックス製ローラよりも高い加工精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤーソーの基本構成を示す概念図
【図２】多溝ローラの部分断面図
【図３】多溝ローラの部分断面図
【図４】多溝ローラの溝部分の概略断面図
【図５】多溝ローラの溝部分の概略断面図
【図６】多溝ローラの溝部分の概略断面図
【図７】多溝ローラの溝部分の概略断面図
【図８】溝とワイヤーとの接触状態を示す概念図
【図９】従来のセラミックス製ローラの溝部分の概略断面図
【符号の説明】
１０−多溝ローラ、１１−本体部分、１２−軸、１３−溝、１３ａ,１３ｂ−溝面、１３ｃ−溝底、１５−ワイヤー、１６−空隙、１８−屈曲部分、２０−セラミックス部分、５０−ワイヤーソー、５１−ワイヤー、５２−多溝ローラ、５３−被加工物

【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】ワイヤーソーに用いられ、ワイヤーが装入される複数の溝を表面に有し、少なくとも該溝の部分がセラミックスによって形成されている多溝ローラであって、上記溝が、溝に装入されたワイヤーを両側の溝面によって挟み込んで支える形状を有することを特徴とするワイヤーソー用多溝ローラ。
【請求項２】溝が両側の傾斜した溝面と溝底からなり、ワイヤーの下面が互いに離れた位置で両側の傾斜溝面に接して支持される溝形状を有する請求項１に記載の多溝ローラ。
【請求項３】ワイヤー中心と両側の傾斜溝面の接点とのなす接触角が９０度以上である請求項２に記載の多溝ローラ。
【請求項４】ワイヤーの下面が傾斜溝面から溝底に至る屈曲部分に接して支持される溝形状を有する請求項１または２に記載の多溝ローラ。
【請求項５】直径０.０８〜０.１８mmのワイヤーに対して溝底の曲率半径ｒが０.０４〜０.０８mmである請求項１〜４のいずれかに記載の多溝ローラ。

【図１】