(57)【要約】      （修正有）【課題】所有のための低い全費用を有する一方で、高い精度及び信頼性を有する長い期間の作動を確実にする、向上された耐久性及び長期間の安定性を有するワイヤソー装置及びそれらの構成要素を提供する。【解決手段】ワイヤソー装置のためのモーターユニット１０は、ハウジング１５、ハウジング内に回転可能に設けられたシャフト２０、ステーター２６とローター２７を有するモーター２５を備え、ステーターはハウジングに固定され、ローターは、シャフトに取り付けられ、シャフトと同じ回転軸Ａを有し、シャフトとモーターはハウジング）内に配置され、さらに、そのようなモーターユニット、及びそのようなモーターユニット１０を含むワイヤソー装置。【選択図】図１
2015216838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤソー装置用モーターユニット（１０）であって、
ハウジング（１５）、
ハウジング（１５）内に回転可能に設けられたシャフト（２０）、
ステーター（２６）とローター（２７）を有し、ステーターはハウジング（１５）に固定される、モーター（２５）、及び
少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）を備え、
ローター（２７）は、シャフト（２０）に取り付けられ、シャフトと同じ回転軸（Ａ）を有し、シャフトとモーター（２５）は、ハウジング（１５）内に配置され、ハウジング（１５）は、少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）を冷却剤で冷却するためのダクト（３８）を備える、モーターユニット（１０）。
【請求項２】
少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）のための潤滑システムであって、少なくとも１つの新しい潤滑油のダクト（８２、８４）、及び使用された潤滑油（８６、８８、９０）のための少なくとも１つのスペースを含む、潤滑システムをさらに備える、請求項１に記載のモーターユニット。
【請求項３】
少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）に隣接して設けられた少なくとも１つの振動センサ（５０）と、好ましくは少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）に隣接して設けられた少なくとも１つの温度センサ（５５）をさらに備える、請求項１又は２に記載のモーターユニット。
【請求項４】
少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）は、シャフト（２０）とハウジング（１５）との間に設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項５】
シャフト（２０）は、冷却剤を用いて、シャフトを内側から冷却するための少なくとも１つのチャネル（４０）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項６】
外側リング（３３）と複数の回転要素（３１）を有する少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）であって、回転要素はシャフト（２０）と直接に機械的に接触している、少なくとも１つの転がり軸受を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項７】
回転可能なシャフト（２０）の少なくとも１つの端部（２１）は、ハウジング（１５）から突出し、シャフトは、空隙シール（７０）を用いて、ハウジングに密封される、請求項１から６のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項８】
モーター（２５）は、シャフト（２０）の第１の部分に配置され、少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）は、シャフト（２０）の異なる部分に配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項９】
少なくとも２つの転がり軸受（３０、３２、３４）は、ローター（２７）が取り付けられた第１の部分とは異なるシャフト（２０）の一部分に沿って設けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項１０】
ハウジング（１５）は、内側部分（１６）及び外側部分（１７）を備え、内側部分は、外側部分（１７）の長さの少なくとも一部分に沿って突出し、かつ冷却剤のためのダクト（３８）が、ハウジング（１５）の内側部分（１６）の外側面に設けられる、請求項１から９のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項１１】
冷却剤を用いて、シャフト（２０）を内側から冷却するための少なくとも１つのチャネル（４０）、及び
少なくとも１つの転がり軸受（３０、３２、３４）のための潤滑システム（８０）であって、少なくとも１つの新しい潤滑油のダクト（８２、８４）と、使用された潤滑油（８６、８８、９０）のための少なくとも１つのスペースを含む、潤滑システムをさらに備え、
少なくとも１つの転がり軸受（３０）は、シャフト（２０）とハウジング（１５）との間に設けられ、外側リング（３３）と複数の回転要素（３１）を有し、回転要素は、好ましくはシャフト（２０）と直接に機械的に接触している、請求項１に記載のモーターユニット。
【請求項１２】
モーター（２５）は、少なくとも２０ニュートンメートルのトルクを伝達するように適合されている、トルクモーターである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のモーターユニット。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のモーターユニット（１０）を備える、ワイヤソー装置（１００）。
【請求項１４】
ワイヤソー装置（１００）における、請求項１から１２のいずれか一項に記載のモーターユニット（１０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、ワイヤソー用モーターユニット、及びモーターユニットを用いたワイヤソー装置に関する。本開示は、特に、光電池及び／又は半導体の用途、又はディスプレー生産のためのサファイア結晶などの他の電子機器の用途のための、モーターユニット及びモーターユニット用いたワイヤソー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤソー装置は、光電池や半導体の産業において使用され、ここで、両方の用途に対して、半導体又は半導体材料はワイヤソー装置を用いて切断される。例えば、ワイヤソーは、半導体のワークピースを後続処理に適した形状へと切断し、例えば、シリコンのインゴットをウエハ、ブリック（ｂｒｉｃｋｓ）、又はスクエアラ（ｓｑｕａｒｅｓ）へ切断する。
【０００３】
数多くの用途において、ウエハやスライスは、インゴットの断面や直径に比べて厚さが非常に小さい。このため、ウエハには、実質的な柔軟性があり、屈曲して隣接するスライスと接触する可能性がある。この屈曲は、切断の精度や平坦度の点で望ましくなく、切断されたスライスの表面上に起伏や、溝や、望ましくない凹凸を生じさせる。これらの凹凸は、数マイクロメートルであっても、多くの太陽電池や半導体の用途などの特定の用途において、スライスは使用できない不良品になる。スライスの変形は、特に、スライスの支持体との結合ポイントの近傍において発生したような場合には、ミクロの破裂や破裂をもたらすことさえある。
【０００４】
半導体のインゴットをウエハ化する技術における課題は、凹凸のない薄くて一様なスライスをいかにして維持するかということである。この課題は、切断要素、すなわち、ワイヤーやワイヤーをガイドする要素についていえば、その位置と動作の両方の安定性をいかにして提供するかという問題に帰着される。特に、ワイヤー動作の継時的な均一性や安定性は、モーターからワイヤーシリンダーへの機械的なチェーンの中でワイヤー及び軸受を駆動するモーターによって影響を受け、それは切断要素としてのワイヤーの位置や動作の安定性や精度に影響を与える。
【０００５】
ワイヤソー装置の機械的な構成要素は、非常に多くの数のウェブの巻き線によってもたらされる強い力及びトルクに晒され、その各々は、モーター、軸受、及び他の構成要素上の負荷に対して一定量の力で貢献する。同時に、機械的な負荷は、例えば、転がり軸受の中で、摩擦をもたらしかつ熱を生み出す傾向があり、それらは駆動システムの比較的高い回転速度と一緒になって、機械の部品の疲労及び最終的な故障をもたらし得る。疲労及び機械的応力はまた、金属部品及びそれらの表面を弱くし、かつそれ故、生産プロセスにおける精度の喪失をもたらし得る。
【０００６】
上述の観点において、向上された耐久性及び長期間の安定性を有するワイヤソー装置及びそれらの構成要素に対する必要性が存在し、それは、同時に、所有のための低い全費用を有する一方で、高い精度及び信頼性を有する長い期間の作動を確実にする。
【発明の概要】
【０００７】
実施形態は、ワイヤソー装置のためのモーターユニットを提供し、それは、ハウジング、ハウジング内に回転可能に設けられたシャフト、ステーター及びローターを有するモーターを含み、ステーターはハウジングに固定されており、ここで、ローターはシャフトに実装されかつシャフトと同じ回転軸を有し、かつシャフト及びモーターはハウジングの中に配置される。
【０００８】
さらなる実施形態は、ワイヤソー装置を提供し、それはモーターユニットであって、ハウジング、ハウジング内に回転可能に設けられたシャフト、ステーター及びローターを有するモーターを含み、ステーターはハウジングに固定されており、ここで、ローターはシャフトに実装されかつシャフトと同じ回転軸を有し、かつシャフト及びモーターはハウジングの中に配置される、モーターユニットを含む。
【０００９】
またさらなる実施形態において、ワイヤソー装置の中でのモーターユニットの使用が提供され、モーターユニットは、ハウジング、ハウジング内に回転可能に設けられたシャフト、ステーター及びローターを有するモーターを含み、ステーターはハウジングに固定されており、ここで、ローターはシャフトに実装されかつシャフトと同じ回転軸を有し、かつシャフト及びモーターはハウジングの中に配置される。
【００１０】
さらなる利点、特徴、側面、及び詳細は、従属請求項、説明、及び図面から明らかである。
【００１１】
実施形態はまた、開示された方法を実行する装置も対象とし、かつ記載された各々の方法ステップを実行するための装置部分を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適当なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータを手段として、又はこれらの２つの任意の組合せによって、若しくは任意の他の方式で実行することができる。さらに、本発明による実施形態は、記載された装置が作動する方法も対象とする。方法は、装置のあらゆる機能を実行する方法ステップを含む。
【００１２】
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、短く上述された概説のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、以下に説明される実施形態に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書の中において説明される実施形態による、モーターユニットを示している。
【図２】本明細書の中において説明されるさらなる実施形態による、モーターユニットを示している。
【図３】本明細書の中において説明されるさらなる実施形態による、モーターユニットを示している。
【図４】本明細書の中において説明される実施形態による、ワイヤソー装置の側面斜視図を示している。
【図５】本明細書の中において説明される実施形態による、ワイヤソー装置の上面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
今度は、各図に１以上の実施例が示されている様々な実施形態に対する詳細な参照がなされる。各実施例は、説明として提示されており、限定を意味するものではない。さらに、１つの実施形態の部分として図示または記載された特徴を、他の実施形態で使用し、または他の実施形態とともに使用して、別の実施形態を得ることができる。この説明は、そのような変更および改変を含むことが意図されている。
【００１５】
本明細書の中において、「ワイヤソー」、「ワイヤソー装置」、「ワイヤソーイング装置」、及び「ワイヤー切断装置」は、相互に交換可能に使用される。本明細書の中において、「ソーイング」及び「切断」は相互に交換可能に使用され、かつ「ウエハ切断ワイヤソー」及び「ウエハラー」は、相互に交換可能に使用される。本明細書の中において、「インゴット」は、例えば複数の半導体ピースである、１以上の個別の半導体ピースを備え得る。本明細書の中において、「インゴット」は、ウエハソーイングにおいて切断される、少なくとも１つのより大きいピース、又はまだ切られていない要素を意味するように広く使用される。「インゴット」は、「ブロック」と相互に交換可能に使用される。本明細書の中において、「半導体」は、例えば、光電池産業の中において使用されるものなどの半導体材料を言及する。さらに、インゴットはまた、他のタイプの材料、特に、ディスプレー生産において使用されるサファイア結晶などの結晶、又は類似の材料を備え得る。
【００１６】
本明細書の中において、「ワイヤーガイドシリンダー」、「ワイヤーガイド」、「ガイドシリンダー」、及び「シリンドリカルワイヤーガイド」は、相互に交換可能に使用される。ワイヤーガイドは、概して、円筒形状で、かつ円筒の軸の周りに回転し、時々、ローラー、シリンダー、及びワイヤーガイドシリンダーとして言及される。
【００１７】
本明細書の中において、ワイヤソーは、太陽電池基板、半導体基板、サファイア、又はインゴット、ブール、若しくはブロックなどの、より大きいピースからの他の有用な基板などの、種々のタイプの基板又はウエハを形成するために使用され得る。
【００１８】
本明細書の中において、「ハウジング」は、筐体又はケースを意味するように使用され、それは、何かを封入又は包囲する。しばしば、機械の部品又はモーターは、ハウジングの中に封入される。ハウジングは、例えば、内側のアイテムを周囲の影響から保護するように働き得、外部のフレーム又はラックに対する機械的なインターフェースとして働き得、及び／又は電力ライン、流体路等の、供給ラインを提供し得る。
【００１９】
本明細書の中において、「軸受」は、別の部品を支持する機械、構成要素、又は構造体上の部分を意味する。代替的に又は付加的に、「軸受」は、機械的な部分を回転（又は往復運動）させるための支持体、ガイド、又は位置決めピースである。さらに別の側面において、「軸受」は、１つの部品が別の部品を支える（支持する）ことを可能にする機械要素である。本明細書の中において、「軸受」及び「コネクタ」は、同意語として使用され得る。
【００２０】
本明細書の中において、「転がり軸受」としてまた呼ばれる回転要素軸受は、（ボール又はローラーなどの）回転要素を、２つの軸受の軌道輪の間に、又は１つの外側リングと転がり軸受によって支持される可動アイテムとの間に、配置することによって負荷を支える軸受に対して使用される。ピースの相対的な動作は、丸い要素が非常に小さい回転抵抗を伴って回転することを可能にする。ボールが回転要素として採用される場合、「玉軸受」という用語が使用される。円筒形状、丸められた円筒（球体）、又はテーパされた回転要素が採用される場合、「ころ軸受」という用語が、ボールを使用しないが、他の適切な種々の形状の回転要素を使用する、転がり軸受を表現する一般的な用語として使用される。
【００２１】
本明細書の中において、「モーターユニット」は、電気モーター、電気モーターに接続され電気モーターによって駆動される回転可能なシャフト、及び回転可能なシャフトを支持し、かつシャフトの回転運動を可能にする軸受を備える、アセンブリに対して使用される。前述のアイテムは、ハウジングによって封入される。
【００２２】
本明細書の中において、「ローター」は、回転電気モーターの動作部分を表現するために使用され、それは、トルクがローターの軸の周りに発生するように、モーターのワイヤー及び磁場が配置されるので回転する。
【００２３】
本明細書の中において、「ステーター」は、回転電気モーターの静止部分を表現するために使用され、それはローターと一緒に働く。
【００２４】
本明細書の中において、「外側」及び「内側」は、軸方向を伝えるために使用され得、かつこの文脈において、「内側」は構成要素の中心に向かう方向を言及し、かつ「外側」は構成要素の中心から離れる方向を言及する。
【００２５】
本明細書の中において、「ランアウト」又は「ラン‐アウト」は、回転機械システムの不正確さを表現するために使用され、特に、シャフト、軸などが、主回転軸と正確に一致して回転しないことを表現するために使用される。転がり軸受の文脈において、ラン‐アウトは、軸受それ自身の上の増加した負荷のみならず振動をもたらし、かつ高められた疲労及び技術的な不具合の可能性をもたらし得る。
【００２６】
例示的な文脈において、「内側」及び「外側」は、補足的「内側」及び「外側」コネクタ（例えば、ワイヤーガイドサイド及びシャフトサイドコネクタ）などの、種々のコネクタを言及する場合に使用され、それらは、ワイヤーガイドの中心に関して内側及び外側である。
【００２７】
本明細書の中において使用される別の文脈において、「内側」及び「外側」は、半径方向、特に、円筒形状のワイヤーガイド軸の軸方向と垂直な方向を伝えるために使用され得る。例示的な文脈において、「内側」及び「外側」表面は、コネクタの内側円錐形状表面（又は軸と外側表面との間の円錐表面）、及びコネクタの外側表面（例えば、内側円錐形状表面と、半径方向に外側のエッジとの間に配置される表面）などの、コネクタの種々の表面を言及する場合に使用される。
【００２８】
概して、本明細書の中において説明される実施形態は、硬質材料を切断するためのワイヤソー装置に関する。その場合に、ワイヤーは硬質材料が切断されるように硬質材料に対して圧され、かつワイヤーは、その軸方向すなわちその長手方向の軸の方向に沿って、高速で移動される。任意の数の平行なワイヤー部分が、同時に複数の切断を実行するために、例えば、同時にシリコンインゴットを複数の薄いスライス（例えば、半導体産業に対してはウエハ）へ切断するために、ワイヤーウェブの形で使用される。切断プロセスは、対象物体が切断されるように対象物体に対してワイヤー又はワイヤーウェブを圧すことと、及びワイヤーの第１の動作との組み合わせであり、それは、材料の摩耗及びそれ故、材料の切断のそれぞれを成し遂げることをもたらす。概して、ワイヤーと切断される対象物体との間の接触領域は、プロセスの間において流体が供給される。この流体は、種々の目的を果たすように働き得、それらのうちの１つは、ワイヤー及び切断される対象物体の冷却であり、かつ別のものは、スラリの一部として研磨材を供給することであり得、それは切断プロセスを支援する。この流体がノズルを介して切断領域、すなわち、ワイヤーと切断される対象物体との間の接触領域に隣接する又はそこに位置するワイヤーに対して適用される。流体は、切断領域への適用の後に再利用される、これは、その流体が閉じた流体系で供給されることを意味する。「流体系」及び「冷却系」という用語は、以下において相互に交換可能に使用される。
【００２９】
以下の記載において、制御ユニットは、例えば、クロッパー、スクエアラー、又はウエハ切断ワイヤソーなどの、ワイヤソー装置の全ての機能を実質的に電気的に制御する装置として理解することができる。制御ユニットは、機械の作動及び切断プロセスのパラメータを監視するために、センサに接続される。また、制御ユニットは、ワイヤーを動かす電気モーターを操縦する、アクチュエータ及び装置に接続される。制御ユニットはまた、コマンドを受信し、切断プロセスの状態を報告するために、人間とやりとりするための装置を含む。制御ユニットはまた、いくつかの実施形態において、コンピュータネットワークに接続されて、人間又はコンピュータなどの自動システムによって直接的に又は遠隔から制御される。
【００３０】
本明細書の中において説明される実施形態にしたがって、ワイヤソー装置を作動するための方法は、コンピュータプログラム、ソフトウェア、コンピュータソフトウェア製品、及び相互に関連するコントローラによって実施され得、そのコントローラは、ＣＰＵ、メモリ、ユーザインターフェース、及びワイヤソー装置の対応する構成要素と通信する、入力及び出力手段を有し得る。これらの構成要素は、以下の構成要素のうちの１以上であり得る。すなわち、モーター、ワイヤー断線検出ユニット、ワイヤー追跡装置、及び同様のものであり、それらは以下により詳細に説明される。
【００３１】
さらに、以下の説明の中において、ワイヤー管理ユニットは、クロッパー、スクエアラー、又はウエハ切断ワイヤソーなどの、ワイヤソー装置の切断領域又は作業領域に対するワイヤーの供給を取り扱う装置として理解される。ワイヤソーは、ワイヤーの移動方向にワイヤーを移送し、ガイドするための少なくとも１つのワイヤーガイドを備え、ワイヤー管理ユニットがワイヤー張力を制御する。さらに、ワイヤー管理ユニットによって提供されるワイヤーは、切断領域にワイヤーウェブを形成する。しばしば、ワイヤーウェブは、単一のワイヤー管理ユニットが形成するウェブであると考えられる。当然ながら、ワイヤーウェブは、切断プロセスの実施領域として画定される２以上の作業領域を含み得る。したがって、本明細書記載のいくつかの実施形態において、ワイヤーウェブは、種々のワイヤー管理ユニットからのワイヤーによって形成される複数の領域を有し得る。
【００３２】
クロッパー、スクエアラー、又はワイヤソーのような現代のワイヤソー装置には、例えば、シリコン、クオーツ、又は同様のものなどの半導体材料などの硬質材料を、高速で切断するという目的がある。ワイヤー速度とは、ワイヤーがワイヤソー装置、ワイヤー管理ユニット、及び切断される材料を通って移動する速度のことであるが、この速度は、それぞれ、例えば１０メートル／秒又はそれ以上である。ワイヤー速度は、特に、１５から２５メートル／秒の範囲に入り得る。しかしながら、３０メートル／秒までのより高いワイヤー速度もまた、好適であり得、条件次第で実現することができる。
【００３３】
望ましいワイヤー速度でワイヤーを巻き戻すために、スプールは、１分当たり数千回転の回転速度で回転する。例えば、１０００から３０００ｒｐｍが、ワイヤーを巻き戻すために与えられる。
【００３４】
実施形態は、概して、モーター、シャフト、及び両者を収納するハウジングを含む、モーターユニットに関する。モーターは、トルクモーターであり得る。モーターのステーターは、モーターユニットのハウジングに機械的に実装される。弾性継手又はベルトドライブなしに、モーターのローターとシャフトとの間の直接的な機械的結合のために、システムの剛性が高められる。ハウジングは、ころ軸受を備えてよく、実施形態において、ころ軸受は、内側リング及び軸方向の推力軸受なしに、設けられる。内側リングのないころ軸受を使用することは、シャフトのランアウトの優れた精度及び制御を可能にする。実施形態において、シャフトエンコーダは、高いランアウト精度を有するシャフトに取り付けてよい。実施形態において、シャフトは内側から冷却され、モーターのローターによって当該ローターが実装されるシャフトに対して伝達される付加的な熱エネルギーにもかかわらず、モーターユニットシャフトの温度のより優れた制御を可能にする。冷却はまた、シャフト及び／又はハウジングの熱膨張の効果を最小化することを可能にし、より優れた切断精度をもたらす。ハウジングはまた、実施形態の中において内側から冷却され、それ故、ワイヤソー機械フレームの中の軸受ボックスに対する専用の冷却システムを必要としない。実施形態において、スイベル及び／又は円錐形状のインターフェースが、ワイヤソー装置の、モーターユニットシャフトとワイヤーガイドシリンダーとの間に採用され得る。
【００３５】
実施形態において、１以上の空隙シールが、モーターユニットの寿命を改良するために使用され、それは、当該シールが、例えば、ハウジングに対するシャフトの密封のために摩擦を避けるからである。実施形態において、空隙シールインターフェース上の特別な被覆が、シャフトとフランジとの間の金属対金属の接触を避けるために使用され得る。
【００３６】
実施形態において、個別の又は統合された温度及び振動のセンサが使用され得、モーターユニットの温度、殊に転がり軸受、及びまたモーターそれ自身の温度を常時監視することを可能にする。収集された情報は、閉じた系のシステムの中に含まれ得、切断プロセスが、人間のオペレーターからの動作なしに常時制御ユニットによって自動的に適合されることを可能にする。実施形態において、統合されたグリース（又は潤滑）システムが、間欠的に新鮮な潤滑油を軸受に供給するために使用される。
【００３７】
本明細書の中において説明される実施形態は、以下の利点を提供する。全体としての切断プロセスは、駆動システムのより効率的な設計を使用することによって改良される。例えば、利点は、モーター／ローターとワイヤーシリンダーとの間のシャフトを介する直接的で硬い機械的結合による、より優れた動作制御を介する切断プロセスの改良である。同時に、切断プロセスにおける温度変動の影響は、モーターユニットの中の温度制御を改良することによって最小化され、それは、軸受、及びモーター、及び／又はシャフトの温度制御を含む。システム、すなわちワイヤソー装置の中の顕著な部品の全体の数は低減され、かつシステムは単純化される。改良された温度及び動作の制御は、低減されたランアウトと一緒に、全体としてのシステムの寿命期待値のみならず、切断プロセスの効率及び精度を改良する。モーター及び軸受を含む、駆動システムは、実施形態の中で統合され、かつ複数のセンサを有する１つの装置から全ての熱及び振動の情報を配送するので、ワイヤソー装置の制御システムは、そのデータを供給され得る。リアルタイムのデータを介するシステムの管理及び制御は、それ故、切断プロセスを動的に制御するために最適化され得る。潤滑システムは、保守なしに、かつモーターユニットを開ける必要なしに、転がり軸受及びモーターユニットの長い期間の安定した作動のために働く。
【００３８】
図１は、実施形態によるモーターユニット１０を示し、それは、ワイヤソー装置１００（図４及び図５参照）の中で採用される実施形態の中で使用される。モーターユニット１０は、ハウジング１５を備え、ハウジング１５内にシャフト２０が回転可能に設けられる。電気モーター２５はまた、ハウジング内に設けられ、電気モーター２５は、ステーター２６及びローター２７を含む。ステーターは、ハウジング１５に固定されてよい。ローター２７は、回転可能なシャフト２０に実装され、かつシャフトと同じ回転軸Ａを有する。
【００３９】
実施形態において、モーターユニット１０は、シャフト２０とハウジング１５との間に設けられた、少なくとも１つの転がり軸受３０、３２、３４を備え得る。転がり軸受は、最小化された摩擦を伴う、ハウジングの中のシャフト２０の回転動作を可能にする。転がり軸受は、種々のタイプのものであり得、図１の中において示される非限定的な実施例の中で、玉軸受３０、３２が採用される。他の可能なタイプは、円筒ころ軸受、球面ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、及び／又は内側リングを使用しないように設けられた任意のタイプのころ軸受である。モーターユニット１０の個別の構成に応じて、種々のタイプの転がり軸受が実施形態の中において組み合され得る。
【００４０】
図２は、実施形態によるモーターユニット１０を示す。そこで、第１の転がり軸受３０が、外側リング３３を有しかつ内側リングを有しない円筒転がり軸受として設けられる。複数の円筒回転要素３１は、回転要素３１とシャフトとの間に内側リングが存在しないため、シャフト２０と直接に接触する。内側リングを有しない転がり軸受を使用することは、ハウジング１５の内側のシャフト２０のラン‐アウトの改良された精度及び制御を可能にし、かつそれ故、ワイヤソーの切断精度を改良する。
【００４１】
図２及び図３に関して以下に説明される特徴は、詳細に、例えば、温度及び／又は振動の測定、軸受、シャフト、及びモーターの冷却を含む実施形態に関し、モーターユニットの密封に関し、並びに転がり軸受の潤滑又はグリースに関し、各々が図１に関して説明される実施形態との組み合わせの中において単一の特徴として適用され得、かつ開示される実施形態のうちの各々は、技術的に可能な限り、任意の他のものと組み合わされて、単独で又はそれぞれの組み合わせにおいて、以下に説明されるそれぞれの特徴又は特徴の組み合わせに原因が帰される技術的な効果を獲得する事は、理解される。
【００４２】
図２の中において示される実施形態において、ハウジング１５は、内側部分１６及び外側部分１７を含む。実施形態において、内側部分１６は、外側部分１７の中に挿入される。内側部分１６は、外側部分１７からその回転軸Ａの方向におけるモーター２５の最大寸法を引いた長さよりも短い長さを有する。実施形態において、複数のダクト３８は、ハウジングの内側部分１６の外側直径上に配置される。それらは、作動の間の冷却剤のためのチャネルとして働く。冷却剤は流体であり、かつ液体であり得るがまた気体であるかもしれない。実施形態において、ダクトは、内側部分１５６の外側直径の中に機械加工される。実施形態において、ダクトは、例えば、鋳造プロセスの間に、異なるように配置され又は形成され得る。複数のダクト３８の少なくとも一部分は、転がり軸受３０、３２、３４に隣接して設けられてよく、なぜなら、転がり軸受は作動の間に大量の熱エネルギーを生み出すからであり、それは、ダクト３８を通る冷却剤の流れを介してモーターユニット１０から除去される。実施形態において、ダクト３６、３８はまた、少なくともそれらの長さの一部分に対して、ハウジング１５の外側面から半径方向において、転がり軸受３０、３２、３４の領域に向かって、及び／又はモーター２５に向かって突出する。これは、上述されたように内側部分１６及び外側部分１７を有するツーパート構造であるハウジング１５、及び図１の中において例示的に示されるような、また単一のユニタリーピースの、言い換えると継ぎ目なく形成されたハウジング１５の両方に対して適用され得る。ハウジング１５が、説明された変形例から変化するやり方で、またダクト３６、３８の種々の配置を伴って、かつそれでも本明細書の中において説明された開示の範囲に含まれると考えられ得ることは理解される。
【００４３】
実施形態において、シャフト２０を通って突出するように設けられる軸方向のチャネル４０が存在し得、それは作動の間に冷却剤の流れによって冷却される。ダクト３８を介する転がり軸受３０、３２、３４の冷却を一緒に伴って、シャフト２０の冷却は、モーターユニット１０の機械的な可動部分の温度を制御することを可能にし、当該可動部分は、シャフト２０及び転がり軸受３０、３２、３４である。
【００４４】
実施形態において、１以上のセンサ５５は、転がり軸受３０、３２、３４に隣接するように設けられる。センサ５５は、温度センサであり得、かつまた組み合されて又は代替的に、振動センサの機能性を有する。センサ５５は、ワイヤソー装置１００の（図示せぬ）制御ユニットに接続される。温度を監視することによって、例えば、温度における非典型な上昇は、近い将来におけるそれぞれのセンサ５５に隣接する転がり軸受３０、３２、３４の潜在的な不具合に対する兆候であるとみなされ得る。その後、費用がかかるワイヤソー装置のダウンタイム、又は切断作動の間の強制された緊急停止を原因とする可能性として存在する損傷をもたらす、重大な不具合を避けるために、オペレーターによって又は制御ユニットを介して自動的に測定が行われ得る。図２の非限定的な実施例において、センサは、外側直径からリードするチャネル４５の中に配置され得、それは、ハウジングの外側部分１７の外側直径から、転がり軸受３０、３２、３４の半径方向外側に向かい、ここで、チャネル４５は、ハウジングの内側部分１６の中で終わる。外側から（制御ユニットから）チャネル４５を通ってセンサ５５へリードするケーブルは、図示されていない。
【００４５】
シャフト２０の端部２１は、ローターが取り付けられるのと反対側のサイドにおいて、ハウジング１５から突出する。空隙シール７０は、外側に関してハウジング１５を密封するように設けられる。空隙シールは、ハウジング１５を閉じるフランジ７２と、シャフト２０との間に摩擦のない密封を実現する。（図示せぬ）さらなる空隙シールは、第２のフランジ６０を密封するために設けられてよく、シャフト２０に対して、モーター２５のサイドにおけるハウジング１５の端部において設けられてよい。半径方向における空隙シール７０のギャップの厚さは、約０．１ミリメートルである。一定の空気の流れは、ハウジング１５の外側の（図示せぬ）空気のインレットに対するポートを介して外部のポンプによって与えられ、ハウジングの外側領域からの影響に対してハウジング１５を密封するために働く。空隙シール７０によって貢献される機械的な摩擦は存在しない。実施形態において、シャフト２０及び／又はフランジ７２の内側サイドは、空隙シール７０の領域の中でコーティングによって被覆され得る。類似の空隙シール７０はまた、ローター２７が実装されたシャフト２０の端部に設けられてよい。２つ以上の軸方向穴７５は、ねじが切られ得、モーターに接続される端部と反対側のシャフト２０の端部に設けられてよい。軸方向穴７５は、モーターユニットをワイヤソー装置１００のワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８（図４参照）と直接に機械的に接続するために役立つ。これは、中間アイテムの使用なしに実行され、それは不必要に望ましくない柔軟性を加えない。それ故、シャフト２０は、硬く、かつ安定したねじりのないやり方で、ワイヤーガイドシリンダーに実装される。シャフト２０の反対側の端部上で、モーター２５のローター２７は、シャフト上に直接に機械的に固定されるので、それ故、動いているローター２７からワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８への直接の機械的な接続が存在する。
【００４６】
モーター２５と、ソーイングワイヤーを運ぶワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８との間の一連の力の中に柔軟な部品は存在しないが、同じ回転軸Ａに沿った固定的な硬い機械的接続が存在するので、ワイヤーガイドシリンダーの動作は、ねじりによる変形、又はフラッターなどの、回転速度の均一性に影響を与える混乱に対する任意の許容差、余地なしにモーターに結合される。これはワイヤソー装置の全体の品質及び耐久性にプラスの影響を与え、かつまた、ワイヤーガイドシリンダーの速度の均一性における任意の、たとえ小さいとしても、変動による平均故障間隔は、処理された品物の品質及びワイヤー及びワイヤソー装置それ自身の耐久性及び寿命に、マイナスの結果を有し得る。切断プロセスの全体の品質は、ワイヤーガイドシリンダー及びそれ故またワイヤーの動作の高められた、かつより正確な制御によって改良される。少なくとも１つの振動センサ５０は、転がり軸受３０、３２、３４のうちの少なくとも１つの振動を検出するために設けられてよい。振動センサ５０は、振動センサ５０によって監視される軸受３０、３２、３４に隣接して設けられる。図２の非限定的な実施例において、１つの振動センサ５０は、第１の転がり軸受３０から半径方向外側に設けられる。実施形態において、第１の転がり軸受３０は、ころ軸受であり得る。ころ軸受は、概して、玉軸受よりも大きい負荷を支えることができる。第１の転がり軸受３０は、モーターユニット１０が採用されるワイヤソー装置１００の作動の間に、約２０キロニュートンから約１２０キロニュートンまでの負荷を担い、より具体的には、約４０キロニュートンから８０キロニュートンまでの負荷を担わなければならない。この負荷は、図２の非限定的な実施例において、第２の転がり軸受３２及び第３の転がり軸受３４上の負荷よりもかなり大きく、第１の転がり軸受３０は、モーターユニット１０に接続されるワイヤーガイド１１２、１１４（図４参照）によって加えられる最も大きな量の負荷を担う。回転エンコーダ６５はまた、シャフトエンコーダとして呼ばれ、非限定的な実施形態において、モーター２５が実装されるシャフト２０のサイドにおけるハウジング１５の外側へ突出するシャフトの端部において、シャフト２０に実装される。それは、シャフト２０の角度位置又は動作を、アナログ又はデジタルコードに変換し、それは制御ユニットへ供給される。
【００４７】
電気モーター、より具体的にはトルクモーターであるモーター２５のステーター２６は、ハウジング１５に硬く接続され、図２の非限定的な実施例においては、ハウジング１５の外側部分１７に接続される。ダクト３６は、ステーター２６の外側面の中に形成される。それらは、転がり軸受３０、３２、３４に対するダクト３８と同様に、作動の間にステーター２６から散逸される熱エネルギーを除去するために働く。ダクト３６は、軸受のためのダクト３８と流体接続され、それ故、転がり軸受３０、３２、３４は、ステーター２６と同じ流体／冷却剤によって冷却されるが、また異なる冷却系へ接続され得る。モーター２５のローター２７は、回転可能なシャフト２０に硬く実装されており、また採用されるモーターのタイプに応じて熱を生み出す。この熱エネルギーはまた、シャフト２０を加熱する。シャフトはまた、転がり軸受３０、３２、３４からの熱エネルギーを引き受ける。シャフトの温度を低く保ちかつそれを制御するために、シャフト２０に沿って、例えば、その回転軸Ａに沿って、供給される冷却剤のための少なくとも１つのチャネル４０、例えば、中央の穴が存在する。
【００４８】
モーターは、シャフト２０の第１の部分において配置され、かつ少なくとも１つの転がり軸受３０、３２、３４は、シャフトの異なる位置において配置される。
【００４９】
実施形態において、少なくとも２つの転がり軸受３０、３２、３４は、モーター２５のローター２７が実装される部分とは異なるシャフト２０の部分にそって提供される。少なくとも１つの第１の転がり軸受３０、３２、３４は、シャフト２０の端部２１に隣接する、モーター２５から離れたシャフト２０に、設けられてよい。少なくとも１つの第２の転がり軸受３２は、モーター２５の位置に隣接するシャフト２０の一部分において配置される。回転軸Ａの方向におけるモーター２５の長さは、ハウジング１５の全体の長さの３０パーセントより少なくなり得、より具体的には２０パーセントより少なくなり得る。実施形態において、ハウジングは、モーター２５のための、及び／又は転がり軸受３０、３２、３４のための、及び／又はシャフト２０のための、冷却剤のためのダクト３６、３８を備える。例えば、ハウジングは、その外側面上に（図示せぬ）ねじが切られた穴を有し、当該穴を用いてモーターユニット１０が、例えば、ワイヤソー装置１００の（図示せぬ）機械フレームに実装される。それはまた、他の既知の技術を用いて、機械フレームに実装され得る。
【００５０】
モーターユニット１０のハウジング１５は、より長い期間における保守のない作動を可能にするために、実施形態の中において密封される。例外は冷却剤のための（図示せぬ）ポートであり、ここで、流体／冷却剤のためのダクト３６、３８、及びシャフト２０の中の少なくとも１つのチャネル４０の接続は、１以上の外部冷却系に接続される。実施形態において、モーターユニット１０は、少なくとも１つの転がり軸受３０、３２、３４のための恒久的な潤滑を伴って提供される。
【００５１】
モーターは、約２０から約７００ニュートンメートル、より具体的には、約７０ニュートンメートルから約５００ニュートンメートルまでの、トルクを提供することができる。
【００５２】
図３は、図２の例示的な実施形態と類似するモーターユニット１０を示し、ここで、図２と同一の部分に対するほとんどの参照番号は、説明目的のために省略している。図３の中において示される実施形態のモーターユニット１０は、潤滑システム８０を含む。潤滑システム８０は、少なくとも１つの転がり軸受３０、３２、３４に導かれる、少なくとも１つの新しい潤滑油のダクト８２、８４を含む。潤滑システム８０は、使用された潤滑油８６、８８、９０のための少なくとも１つのスペースをさらに含む。特に、第１の新しい潤滑油のダクト８２は、第１の転がり軸受３０に隣接する、第１の新しい潤滑油のリザーバ９４に導かれる。新しい潤滑油９２は、第１の新しい潤滑油のダクト８２の中へ挿入され、それは、第１の新しい潤滑油のリザーバ９４の中に既に存在する潤滑油を、第１の転がり軸受３０の中へ圧す。第１の転がり軸受３０からの古い潤滑油９６は、軸受から圧し出されて、使用された潤滑油８６のための第１のスペースの中へ入り、ここで、それは新しい潤滑油９２の各々の挿入を伴って長期間にわたり蓄積する。実施形態の潤滑システム８０は、潤滑油の挿入が何週間かの間隔、例えば、２週間、何か月まで、例えば３か月の間隔においてスケジューリングされるように設計される。潤滑油の挿入の間の典型的な間隔は、１又は２か月であり得る。使用された潤滑油８６、８８、９０に対するスペースは、モーターユニット１０を開き、かつ使用された潤滑油９６を取り除く必要なしに、５年間までモーターユニット１０の連続的な作動を可能にするために、それらが十分に使用された潤滑油を担うことができるように寸法が決められる。使用された潤滑油８６に対する第１のスペースのための典型的な寸法は、約４００立方センチメートルから約２０００立方センチメートルまでであろう。第２の新しい潤滑油のダクト８４は、第２の転がり軸受３２及び第３の転がり軸受３４に潤滑油を供給するために役立ち、ここで、挿入された潤滑油９４は、第２の新しい潤滑油のダクト８４が第２の転がり軸受３２と第３の転がり軸受３４との間で終わるので、両方の転がり軸受３２、３４に潤滑油を供給するために役立つ。使用された潤滑油９６は、使用された潤滑油８８のための第２のスペース、及び使用された潤滑油９０のための第３のスペースの中で蓄積される。新しい潤滑油のダクト８２、８４の中への潤滑油の各々の挿入を伴って、少ない量の潤滑油のみが第１の新しい潤滑油のダクト８２及び第２の新しい潤滑油のダクト８４の各々の中へ挿入され、例えば、それは２グラムから２０グラムであり、より具体的には４グラムから１６グラムである。挿入はオペレーターにより手動で、又はワイヤソー装置の制御ユニットによって制御される（図示せぬ）潤滑油のポンプを介して実行され得る。新しい潤滑油のダクト、及び使用された潤滑油のためのスペースはまた、異なるように配置され得、かつそれらの変形例は、未だ本開示の範囲に含まれると考えられる。
【００５３】
潤滑システム８０は、長い期間にわたり、間欠的に、転がり軸受３０、３２、３４に新しい潤滑油を供給することを可能にする。したがって、モーターユニットは、保守又はダウンタイムがスケジューリングされることなしに、長い期間にわたり連続的に（又は２４／７）作動されることができる。保守がない約４０，０００時間までの連続的な作動が達成され得、それは連続的な作動において約５年である。これは、保守のためにユニットを時々解体すること、又は転がり軸受のうちの１以上を交換しなければならない必要なしに達成される。
【００５４】
図４は、実施形態による例示的、非限定的なワイヤソー装置１００の概略的な前面図を示している。ワイヤソー装置１００は、４つのワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８を含む、ワイヤーガイド装置２１０を有する。ワイヤー管理ユニット１３０は、ワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８に対してワイヤーを供給する。ワイヤー管理ユニット１３０は、供給コイル１３４を含み、その上に設けられたワイヤーリザーバには何百キロメートルものワイヤーが収納できる。新しいワイヤー２３０は、供給コイル１３４からワイヤーガイド装置２１０へ供給される。さらに、ワイヤー管理ユニット１３０は、その上に使用されたワイヤー２４０が再び巻かれる、巻き取りスプール１３８を含む。ワイヤー管理ユニット１３０は、ワイヤー張力を調整するための、（図示せぬ）低慣性プーリー及び（図示せぬ）テンションアームなどの装置をさらに含み得る。いくつかの実施形態において、デジタルコーダーがテンションアーム上に設けられる。
【００５５】
各々のワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８は、本明細書の中において開示されるようなモーターユニット１０（図４の中において破線で示されるモーターユニット）に接続され得る。図４の中において示されるような実施形態において、２つのワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４は、モーターユニット１０によって直接に駆動される。
【００５６】
作動の間、例えば切断プロセスの間に、モーターユニット１０は、ワイヤーガイドシリンダーがそれらの長手方向の軸の周りに回転するように、ワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４を駆動する。それ故、ワイヤーウェブ２００の中のワイヤーは、ワイヤー移送方向２１５、２２５へ移送される。
【００５７】
切断される材料、例えば、半導体材料のブロック３０６（また、シリコンインゴットとして呼ばれる）は、ホルダーに取り付けられる。例えば、ブロック３０６は、図４の中において示されていない支持メカニズムに実装されてよい。ブロック３０６を切断するために、それはワイヤーウェブ２００に向かってより下へ移動される。ワイヤーは、かなりの速度、例えば、１０メートル／秒から３０メートル／秒、特に、１５メートル／秒及び２５メートル／秒の間で、ワイヤーの移送方向２１５、２２５へ移送される。ブロック３０６が、ワイヤーウェブ２００の作業領域２２０の中のワイヤーウェブ２００に対して圧される場合、移動するワイヤーは半導体材料を摩耗させ、かつそれ故、ブロック３０６を薄いスライスへと切断する。例えば、そのようなスライスは、半導体産業の中でウエハとして使用される。一度に切断される材料と接触しているワイヤーウェブの中のワイヤーの全体の長さは、効果的なワイヤー切断長さとして言及され得る。さらに、切断される材料がワイヤーウェブへ下げられる速度は、材料供給速度として言及され得る。
【００５８】
図５は、実施形態による、２つのワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４を有する、例示的、非限定的なワイヤソー装置１００の概略的な上面図を示している。図４の中において示されるブロック３０６などの切断される対象物体は、図示されていない。ワイヤーは、ワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４の周りに螺旋状に巻き付けられ、かつ２つのワイヤーガイドシリンダーの間の平行なワイヤーのワイヤーウェブ２００（また、層と呼ばれる）を形成する。ワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４は、合成樹脂の層を用いて覆われ、かつ非常に正確な幾何学的形状及びサイズを有する溝が切削されている。溝の間の距離、又は溝のピッチは、２つの隣接するワイヤーのストリング又はラインの間の間隔Ｄ１を決定する。この距離Ｄ１はまた、ワイヤソーによって切断されるスライスの最大厚さを決定する。ウエハの厚さは、６０マイクロメートル及び２２０マイクロメートルの間であり得、一方、距離Ｄ１は、１８０から４００マイクロメートルであり、特に３００マイクロメートルから３６０マイクロメートルである。実施形態によるモーターユニット１０は、それらのそれぞれのシャフト２０の端部２１において、ワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４に直接に接続される。図５の中におけるワイヤソー装置１００はまた、１つのワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４において、ただ１つのモーターユニット１０が装備され得る。
【００５９】
図４及び図５の中のワイヤソー装置１００は、実施形態による、ワイヤソー装置１００の非限定的な実施例としてのみ見られる。他の実施例は、１つから４つのワイヤーガイドシリンダー１１２、１１４、１１６、１１８を有し得、かつ１つから４つのモーターユニット１０を有し得る。実施形態において、またより高い又はより低い数のワイヤーガイドシリンダーが適用され得る。
【００６０】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００６１】
１０  モーターユニット
１５  ハウジング
１６  内側部分
１７  外側部分
２０  シャフト
２１  シャフトの端部
２５  モーター
２６  ステーター
２７  ローター
３０  転がり軸受
３１  回転要素
３２  転がり軸受
３３  外側リング
３４  転がり軸受
３６  ダクト
３８  ダクト
４０  チャネル
４５  チャネル
５０  振動センサ
５５  センサ
６０  第２のフランジ
６５  回転エンコーダ
７０  空隙シール
７２  フランジ
７５  軸方向穴
８０  潤滑システム
８２  新しい潤滑油のダクト
８４  新しい潤滑油のダクト
８６  使用された潤滑油
８８  使用された潤滑油
９０  使用された潤滑油
９２  新しい潤滑油
９４  リザーバ、新しい潤滑油
９６  使用された潤滑油
１００  ワイヤソー装置
１１２  ワイヤーガイドシリンダー
１１４  ワイヤーガイドシリンダー
１１６  ワイヤーガイドシリンダー
１１８  ワイヤーガイドシリンダー
１３０  ワイヤー管理ユニット
１３４  供給コイル
１３８  巻き取りスプール
２００  ワイヤーウェブ
２１０  ワイヤーガイド装置
２１５  ワイヤー移送方向
２２０  作業領域
２２５  ワイヤー移送方向
２３０  新しいワイヤー
２４０  使用されたワイヤー
【図１】
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【図２】
2015216838.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015216838.tif 000007
【外国語明細書】
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2015216838000002.pdf
2015216838000003.pdf
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