(57)【要約】      （修正有）【課題】切断効率を高めつつ、切断片の欠損や厚さの不揃いを抑制することが可能なワイヤソー装置を提供すること。【解決手段】方向ｘにおいて互いに平行に離間配置された１対のガイドローラ１１、および方向ｘにおいて互いに平行に離間配置され、かつ方向ｙにおいて１対のガイドローラ１１に対して離間配置された１対のガイドローラ１２を含んでおり、ワイヤ２のうち１対のガイドローラ１１の方向ｙ上側部分によって支持された部分に対して、太陽電池材料Ｏｂ１が方向ｙ上方から押し当てられる切断区間２１と、ワイヤ２のうち１対のガイドローラ１２の方向ｙ上側部分によって支持された部分に対して、太陽電池材料Ｏｂ２が方向ｙ上方から押し当てられる切断区間２２と、を備える。【選択図】図１
2010076008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガイドローラと、
上記複数のガイドローラに掛け回された状態で送られるワイヤと、
を備えており、
上記ワイヤに対して切断対象物が押し当てられることにより、この切断対象物を切断するワイヤソー装置であって、
上記複数のガイドローラは、第１方向において互いに平行に離間配置された１対の第１ガイドローラ、および上記第１方向において互いに平行に離間配置され、かつ上記第１方向と直角である第２方向において上記１対の第１ガイドローラに対して離間配置された１対の第２ガイドローラを含んでおり、
上記ワイヤのうち上記１対の第１ガイドローラの上記第２方向一方側部分によって支持された部分に対して、切断対象物が上記第２方向一方側から押し当てられる第１切断区間と、
上記ワイヤのうち上記１対の第２ガイドローラの上記第２方向一方側部分によって支持された部分に対して、切断対象物が上記第２方向一方側から押し当てられる第２切断区間と、
を備えることを特徴とする、ワイヤソー装置。
【請求項２】
上記ワイヤは、上記１対の第１ガイドローラに掛け回された第１環状区間と、上記１対の第２ガイドローラに掛け回された第２環状区間と、上記１対ずつの第１および第２ガイドローラのうち上記第１方向において同じ側にあるものどうしに支持され、かつ上記第１および第２環状区間を繋ぐ連結区間と、を経由するように掛け回されている、請求項１に記載のワイヤソー装置。
【請求項３】
上記複数のガイドローラは、上記第２方向において上記１対ずつの第１および第２ガイドローラの間に位置し、かつ上記第１方向における離間間隔が上記１対ずつの第１および第２ガイドローラの離間間隔のいずれよりも大である１対の第３ガイドローラと、上記１対ずつの第１および第２ガイドローラに対して上記第２方向他方側に位置し、かつ上記第１方向における離間間隔が上記１対ずつの第１および第２ガイドローラの離間間隔のいずれよりも大である１対の第４ガイドローラとをさらに含んでおり、
上記ワイヤは、上記第１および第２切断区間の間を、上記第１方向両側において、上記第１ガイドローラの上記第１方向外側部分、上記第３ガイドローラの上記第１方向内側部分、上記第４ガイドローラの上記第２方向他方側部分、および上記第２ガイドローラの上記第１方向外側部分に順に接するように掛け回されている、請求項１に記載のワイヤソー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤによって半導体材料、特に太陽電池材料を切断するのに適したワイヤソー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のワイヤソー装置を示している（たとえば特許文献１参照）。同図に示されたワイヤソー装置Ｘは、複数のガイドローラ９１，９２およびワイヤ９３を備えており、切断対象物としてのたとえば太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を薄片状に切断する装置である。１対ずつのガイドローラ９１，９２は、方向ｘにおいて平行にそれぞれ離間配置されている。１対のガイドローラ９１と１対のガイドローラ９２とは、方向ｙにおいて平行に離間配置されている。ワイヤ９３は、たとえばメッキが施されたピアノ線であり、複数のガイドローラ９１，９２に掛け回されている。複数のガイドローラ９１，９２のいずれかは、図示しないモータによって駆動される。この駆動により、ワイヤ９３は、複数のガイドローラ９１，９２に掛け回された状態で、図示された矢印の方向に送られる。ワイヤ９３のうち１対のガイドローラ９１によって支持された部分は、第１切断区間９４を構成している。また、ワイヤ９３のうち１対のガイドローラ９２によって支持された部分は、第２切断区間９５を構成している。第１切断区間９４および第２切断区間９５に対して太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２のそれぞれを矢印の方向に押し付けることにより、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を薄片状に切断することができる。特に複数の太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を２段配置にした状態で一括して切断することにより、切断効率を高めることができるという利点がある。
【０００３】
しかしながら、第１切断区間９４によって切断された太陽電池材料Ｏｂ１の切断片と、第２切断区間９５によって切断された太陽電池材料Ｏｂ２の切断片とは、仕上がりが異なることがあった。具体的には、太陽電池材料Ｏｂ１の切断片よりも、太陽電池材料Ｏｂ２の切断片の方が、切断中にその一部が欠けたり、厚さが不揃いとなったりすることが多かった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７５９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、切断効率を高めつつ、切断片の欠損や厚さの不揃いを抑制することが可能なワイヤソー装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって提供されるワイヤソー装置は、複数のガイドローラと、上記複数のガイドローラに掛け回された状態で送られるワイヤと、を備えており、上記ワイヤに対して切断対象物が押し当てられることにより、この切断対象物を切断するワイヤソー装置であって、上記複数のガイドローラは、第１方向において互いに平行に離間配置された１対の第１ガイドローラ、および上記第１方向において互いに平行に離間配置され、かつ上記第１方向と直角である第２方向において上記１対の第１ガイドローラに対して離間配置された１対の第２ガイドローラを含んでおり、上記ワイヤのうち上記１対の第１ガイドローラの上記第２方向一方側部分によって支持された部分に対して、切断対象物が上記第２方向一方側から押し当てられる第１切断区間と、上記ワイヤのうち上記１対の第２ガイドローラの上記第２方向一方側部分によって支持された部分に対して、切断対象物が上記第２方向一方側から押し当てられる第２切断区間と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ワイヤは、上記１対の第１ガイドローラに掛け回された第１環状区間と、上記１対の第２ガイドローラに掛け回された第２環状区間と、上記１対ずつの第１および第２ガイドローラのうち上記第１方向において同じ側にあるものどうしに支持され、かつ上記第１および第２環状区間を繋ぐ連結区間と、を経由するように掛け回されている。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のガイドローラは、上記第２方向において上記１対ずつの第１および第２ガイドローラの間に位置し、かつ上記第１方向における離間間隔が上記１対ずつの第１および第２ガイドローラの離間間隔のいずれよりも大である１対の第３ガイドローラと、上記１対ずつの第１および第２ガイドローラに対して上記第２方向他方側に位置し、かつ上記第１方向における離間間隔が上記１対ずつの第１および第２ガイドローラの離間間隔のいずれよりも大である１対の第４ガイドローラとをさらに含んでおり、上記ワイヤは、上記第１および第２切断区間の間を、上記第１方向両側において、上記第１ガイドローラの上記第１方向外側部分、上記第３ガイドローラの上記第１方向内側部分、上記第４ガイドローラの上記第２方向他方側部分、および上記第２ガイドローラの上記第１方向外側部分に順に接するように掛け回されている。
【０００９】
このような構成によれば、切断対象物を上記第１切断区間および上記第２切断区間のいずれに対して押し付けた場合であっても、上記ワイヤは、上記１対ずつの第１および第２ガイドローラに対してより強く押し付けられる。これにより、上記ワイヤのうち上記第１および第２切断区間を構成する部分の双方が上記第１および第２ガイドローラに対してずれにくくなり、安定する。したがって、上記切断対象物を一括して切断することにより切断効率を高めつつ、切断片の欠損や厚さの不揃いを抑制することができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１２】
図１は、本発明にかかるワイヤソー装置の第１実施形態を示している。本実施形態のワイヤソー装置Ａ１は、複数のガイドローラ１１，１２およびワイヤ２を備えており、切断対象物としての複数の太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を一括して切断することが可能に構成されている。太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２は、たとえば多結晶シリコンインゴットであり、本実施形態においては、長さが４００ｍｍ程度、断面寸法が１５０〜１６０ｍｍ角とされている。
【００１３】
複数のガイドローラ１１，１２は、ワイヤ２を後述する経路に沿って支持し、かつ送るためのものであり、それぞれが方向ｚに延びる円柱形状とされている。本実施形態においては、複数のガイドローラ１１，１２は、直径が２２０〜２５０ｍｍ程度、長さが５００ｍｍ程度とされており、その表面には複数のガイド溝（図示略）が形成されている。これらのガイド溝は、ワイヤ２を保持するためのものであり、本実施形態においては３００〜３５０μｍのピッチで配列されている。複数のガイドローラ１１，１２のいずれかには、ワイヤ２を送るための駆動力を発生するモータなどの駆動源（図示略）が連結されている。
【００１４】
１対のガイドローラ１１および１対のガイドローラ１２は、それぞれが方向ｘにおいて互いに平行に離間配置されており、本実施形態においては、その間隔が４００ｍｍ程度とされている。１対のガイドローラ１１と１対のガイドローラ１２とは、方向ｙにおいて互いに平行に離間配置されている。
【００１５】
ワイヤ２は、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を切断するためのものであり、たとえば直径１４０μｍ程度のピアノ線にＣｕ，Ｚｎなどのメッキを施したものである。ワイヤ２は、図示されたように、複数のガイドローラ１１，１２に掛け回された状態で、図中の矢印が指す方向に送られる。ワイヤ２の送り速度は、たとえば６００〜９００ｍ／分である。
【００１６】
ワイヤ２は、複数のガイドローラ１１，１２に次のように掛け回されている。まず、方向ｘ左方から方向ｘ左方のガイドローラ１１の方向ｚ奥方端付近の方向ｙ上側部分に上述したガイド溝に沿って接し、方向ｘ右方のガイドローラ１１を回りこんで１対のガイドローラ１１の方向ｙ下側部分に接し、方向ｘ左方のガイドローラ１１を回りこむ。これにより、ワイヤ２は、１対のガイドローラ１１を１周する。これと同じ要領で、上述した複数のガイド溝に沿わせながらワイヤ２を１対のガイドローラ１１に掛けまわすことにより、ワイヤ２は、１対のガイドローラ１１に対して方向ｚ奥方から手前側に向かってらせん状に複数周掛けまわされる。このワイヤ２が１対のガイドローラ周りに複数周掛け回された部分は、環状区間２３を構成している。また、環状区間２３の方向ｙ上側部分、すなわち１対のガイドローラ１１の方向ｙ上側部分によって支持された部分が、切断区間２３を形成している。
【００１７】
ワイヤ２のうち環状区間２３よりから続く部分は、方向ｘ右方のガイドローラ１１の方向ｚ手前側端から方向ｘ右方のガイドローラ１２の方向ｚ手前側端に向かって方向ｙに延びている。この部分は、連結区間２５である。
【００１８】
そして、ワイヤ２のうち連結区間２５から続く部分は、環状区間２３と同じ要領で、１対のガイドローラ１２に対して方向ｚ手前側から方向ｚ奥側に向かってらせん状に掛け回されている。ワイヤ２のこの部分が、環状区間２４を構成している。また、環状区間２４の方向ｙ上側部分、すなわち１対のガイドローラ１２の方向ｙ上側部分によって支持された部分が、切断区間２２を形成している。
【００１９】
太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２の切断は、以下のようにして行う。太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２は、それぞれの方向ｙ上面が、たとえばガラス製のワークプレート（図示略）に接合されており、このワークプレートを介してワークホルダ（図示略）に保持されている。そして、本実施形態においては、２つずつの太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を切断区間２１，２２に対して方向ｙ上方にそれぞれ配置する。次いで、これらの太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を方向ｙ下方に移動させることにより、切断区間２１，２２のワイヤ２に押し当てる。すると、ワイヤ２によって太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２が切断される。上記ワークプレートが切断区間２１，２２に到達するまで太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を下降させることにより、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を薄片状に切断することができる。本実施形態においては、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２から、厚さが１８０μｍ程度である複数の切断片が得られる。
【００２０】
次に、ワイヤソー装置Ａ１の作用について説明する。
【００２１】
発明者は、図３に示す従来技術によるワイヤソー装置Ｘにおいて、太陽電池材料Ｏｂ１と太陽電池材料Ｏｂ２との切断結果に相違が生じる原因を次のように考察した。太陽電池材料Ｏｂ１を切断区間９４に押し付ける場合、切断区間９４を構成するワイヤ９３が方向ｙ下方に撓む。このとき、太陽電池材料Ｏｂ１から切断区間９４に付与される力は、ワイヤ９３を１対のガイドローラ９１に対してより強く押し付けるように作用する。この結果、切断作業の際に、ワイヤ９３のうち切断区間９４を構成する部分は、上述したガイド溝から離れにくくなり、より安定する。
【００２２】
太陽電池材料Ｏｂ２を切断区間９５に押し付ける場合、切断区間９５を構成するワイヤ９３が方向ｙ下方に撓む。切断区間９５を構成するワイヤ９３は、１対のガイドローラ９２の方向ｙ下側部分によって支持されているため、太陽電池材料Ｏｂ２から切断区間９５に付与される力は、ワイヤ９３を１対のガイドローラ９２から離間させるように作用する。この結果、ワイヤ９３のうち切断区間９５を構成する部分は、上述したガイド溝から離れるおそれが大きくなってしまう。これが、太陽電池材料Ｏｂ２の切断片が欠損したり、厚さが不揃いとなったりする原因であると、発明者は考察した。
【００２３】
一方、本実施形態によれば、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を切断区間２１，２２に押し付けると、ワイヤ２は、１対のガイドローラ１１および１対のガイドローラ１２のいずれに対してもより強く押し付けられる。これにより、ワイヤ２のうち切断区間２１，２２を構成する部分の双方が、上述したガイド溝から離れにくくなり、安定する。したがって、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を一括して切断することにより切断効率を高めつつ、切断片の欠損や厚さの不揃いを抑制することができる。
【００２４】
図２は、本発明にかかるワイヤソー装置の第２実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。本実施形態のワイヤソー装置Ａ２は、複数のガイドローラ１１，１２に加えて複数のガイドローラ１３，１４を備える点が上述した実施形態と異なっている。複数のガイドローラ１１，１２の相対的な配置は、上述した実施形態のワイヤソー装置Ａ１と同様である。また、複数のガイドローラ１３，１４には、複数のガイドローラ１１，１２と同様に複数のガイド溝（図示略）が形成されている。
【００２５】
１対のガイドローラ１３は、方向ｙにおいて１対のガイドローラ１１と１対のガイドローラ１２との間に位置している。また、１対のガイドローラ１３の方向ｘにおける離間距離は、１対のガイドローラ１１および１対のガイドローラ１２の離間距離よりも大となっている。より詳しくは、方向ｘにおいて、１対のガイドローラ１３の内側端間の距離は、１対のガイドローラ１１および１対のガイドローラ１２いずれの外側端間よりも小とされている。
【００２６】
１対のガイドローラ１４は、方向ｙにおいて１対のガイドローラ１２よりも下方に位置している。また、１対のガイドローラ１４の方向ｘにおける離間距離は、１対のガイドローラ１１および１対のガイドローラ１２の離間距離よりも大となっており、本実施形態においては、１対のガイドローラ１３の離間距離とほぼ同じである。より詳しくは、方向において、１対のガイドローラ１４の内側端間距離は、１対のガイドローラ１２の外側端間距離よりも小とされている。
【００２７】
本実施形態においては、ワイヤ２は、次のようにして複数のガイドローラ１１，１２，１３，１４に掛け回されている。まず、方向ｘ左方から方向ｘ左方のガイドローラ１１の方向ｚ奥方端付近の方向ｙ上側部分に上述したガイド溝に沿って接し、方向ｘ右方のガイドローラ１１の方向ｙ上側部分に接する。次いで、方向ｘ右方のガイドローラ１１を回りこんで方向ｘ右方のガイドローラ１３の方向ｘ左側部分に接する。次いで、方向ｘ右方のガイドローラ１４を方向ｘ右側から回りこんで方向ｘ右方のガイドローラ１２の方向ｘ右側部分に接する。さらに、方向ｘ左方にあるガイドローラ１２，１４，１３，１１に対して、方向ｘ右方にあるガイドローラ１２，１４，１３，１１への掛けまわし方と左右反対となる形態で掛け回される。これによって、ワイヤ２は、複数のガイドローラ１１，１２，１３，１４のすべてと接するように１周分掛け回される。この後は、方向ｚにおいて奥側から手前側に上述した複数のガイド溝の１ピッチ分ずつずらしながら複数周掛け回していく。ワイヤ２が複数のガイドローラ１１，１２，１３，１４の方向ｚ手前端付近のガイド溝に掛けられた後は、方向ｘ左方のガイドローラ１４から方向ｘ左方に送られる。
【００２８】
本実施形態においても上述した実施形態と同様に、ワイヤ２のうち１対のガイドローラ１１の方向ｙ上側部分によって支持された部分が、切断区間２１を形成しており、１対のガイドローラ１２の方向ｙ上側部分によって支持された部分が、切断区間２２を形成している。
【００２９】
本実施形態によっても、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を切断区間２１，２２に押し付けると、ワイヤ２は、１対のガイドローラ１１および１対のガイドローラ１２のいずれに対してもより強く押し付けられる。これにより、ワイヤ２のうち切断区間２１，２２を構成する部分の双方が、上述したガイド溝から離れにくくなり、安定する。したがって、太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２を一括して切断することにより切断効率を高めつつ、切断片の欠損や厚さの不揃いを抑制することができる。
【００３０】
１対のガイドローラ１４を備えることにより、ワイヤ２を１対のガイドローラ１２の方向ｙ上側部分によって適切に支持されるように掛け回すことが可能である。また、１対のガイドローラ１４の内側端間距離が１対のガイドローラ１２の外側端間距離よりも小であることにより、各ガイドローラ１２に対するワイヤ２の接触弧長を９０度以上と比較的大きくすることが可能である。これは、ワイヤ２を安定して送るのに有利である。
【００３１】
複数のガイドローラ１３を備えることにより、各ガイドローラ１１に対するワイヤ２の接触弧長を９０度以上と比較的大きくすることが可能である。これはワイヤ２を安定して送るのに有利である。
【００３２】
さらに、複数のガイドローラ１３，１４の位置を微調整することにより、ワイヤ２の張力を太陽電池材料Ｏｂ１，Ｏｂ２の切断に適した強さに調節しやすいという利点がある。
【００３３】
本発明に係るワイヤソー装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るワイヤソー装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にかかるワイヤソー装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかるワイヤソー装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図３】従来のワイヤソー装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ１，Ａ２  ワイヤソー装置
Ｏｂ１，Ｏｂ２  太陽電池材料（切断対象物）
ｘ      （第１）方向
ｙ      （第２）方向
１１    （第１）ガイドローラ
１２    （第２）ガイドローラ
１３    （第３）ガイドローラ
１４    （第４）ガイドローラ
２      ワイヤ
２１    （第１）切断区間
２２    （第２）切断区間
２３    （第１）環状区間
２４    （第２）環状区間
２５    連結区間
【図１】
2010076008.tif 000003
【図２】
2010076008.tif 000004
【図３】
2010076008.tif 000005