(57)【要約】      （修正有）【課題】多溝付きローラに必要な剛性を小さくし、ワイヤのたわみを抑制できるワイヤソーを提供する。【解決手段】ワイヤソー１において、四角形以上の凸状多角形の隣接する少なくとも２つの頂角を１２０度以上とし、凸状多角形の各頂角の位置毎に、１本の多溝付きローラ２を平行な状態として配置し、すべての多溝付きローラ２に加工用のワイヤ３を所定の張力で螺旋状の外接状態として多重に巻き掛けるとともに、１２０度以上の２つの頂角の位置にある２本の多溝付きローラ２の間に、ワーク５の切断または溝付けの加工を行う加工域４を形成することにより、加工域４のそれぞれの多溝付きローラ２に掛かる合力をワイヤ３の総ワイヤ張力以下とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形以上の凸状多角形の隣接する少なくとも２つの頂角を１２０度以上とし、前記凸状多角形の各頂角の位置毎に、１本の多溝付きローラを平行な状態として配置し、すべての前記多溝付きローラに加工用のワイヤを所定の張力で螺旋状の外接状態として多重に巻き掛けるとともに、１２０度以上の２つの前記頂角の位置にある２本の前記多溝付きローラの間に加工域を形成する、ことを特徴とするワイヤソー。
【請求項２】
６本以上の前記多溝付きローラを六角形以上の凸状多角形の頂角の位置に配置し、前記凸状多角形のすべての頂角を１２０度以上に設定する、ことを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。
【請求項３】
六角形以上の凸状多角形を正多角形とする、ことを特徴とする請求項２記載のワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤソーにおいて、複数の多溝付きローラの配置およびこれらの多溝付きローラの駆動手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤソーにおいて、ワイヤは、複数の多溝付きローラの間に螺旋状として多重に巻き掛けられ、それらの多溝付きローラの回転によって走行し、２本の多溝付きローラ間の加工域において半導体インゴットなどのワークの切断や溝付けの加工に利用される。
【０００３】
図１は、代表的な従来例として２本のローラ構成のワイヤソー１の要部を示している。図１のワイヤソー１において、ワイヤ３は、２本の平行な多溝付きローラ２に螺旋状として多重に巻き掛けられており、多溝付きローラ２の間の平行なワイヤ３のワイヤ列、例えば上側のワイヤ列の位置で加工域４を形成し、この加工域４においてワーク５の切断または溝付けの加工を行う。
【０００４】
図１のワイヤソー１において、左側または右側の多溝付きローラ２の位置で、上側のワイヤ列の総ワイヤ張力Ｔは、（上側の１本のワイヤ張力×ワイヤ巻き掛け数）となり、下側のワイヤ列の総ワイヤ張力Ｔは、（下側の１本のワイヤ張力×ワイヤ巻き掛け数）となる。ワイヤソー１では、巻き掛け伝動装置と異なり、ワイヤ３の張り側と弛み側との間で張力値に違いが殆どなく、上側の総ワイヤ張力Ｔと下側の総ワイヤ張力Ｔとがほぼ等しくなっているため、それらの合力Ｆは、定滑車の原理から総ワイヤ張力Ｔの２倍となっている。このことから左右の１本の多溝付きローラ２や多溝付きローラ２のローラ軸６には、総ワイヤ張力Ｔの２倍の合力Ｆが掛かることになる。
【０００５】
したがって、左右の多溝付きローラ２やローラ軸６は、総ワイヤ張力Ｔの２倍の力に耐えるだけの充分な剛性を有する太さでなければならない。このため、ワイヤソー１の設計者は、多溝付きローラ２やローラ軸６に充分な剛性を付与するために、それらを太く設計する。ところが、それらが太くなると、２本の多溝付きローラ２が接近するため、加工域４が狭くなる。加工域４の狭小化の対応策として、多溝付きローラ２の間の距離を大きくすると、ワイヤ３がたわみやすくなってしまう、という問題が残る。
【０００６】
一方、特許文献１および特許文献２は、ワイヤソーにおいて、ワイヤを合計５個のキャプスタン、または合計４本の多溝付きローラにより支持する、ことを開示している。特許文献１の技術は、ワイヤ駆動機構にロッキング運動を与える装置であり、特許文献２の技術は、ワイヤ駆動系の構成を簡単化するものである。このように、特許文献１および特許文献２の技術は、ワイヤの張力や、多溝付きローラに相当するキャプスタンによるワイヤの支持剛性に配慮したものではなく、前記の問題を解決できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００２−５４０９９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−６４１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の解決課題は、多溝付きローラに必要な剛性を小さくし、またワイヤのたわみを抑制できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の図１のように、２本の多溝付きローラ２の間にワイヤ３が巻き掛けられている場合には、それぞれの多溝付きローラ２に対するワイヤ３の巻き掛け角度φが１８０度となっている。このため、既に記載したように、定滑車の原理によって１本の多溝付きローラ２およびローラ軸６には、ワイヤ３の総ワイヤ張力Ｔの２倍の合力Ｆが掛かっている。
【００１０】
次に、図２、図３および図４は、それぞれ３本、４本および６本のローラ構成のワイヤソー１の要部を示している。図２、図３および図４において、３本、４本および６本の多溝付きローラ２は、それぞれ正三角形の頂角位置、正四角形の頂角位置および正六角形の頂角位置に互いに平行に配置されており、ワイヤ３は、それらの複数の多溝付きローラ２に螺旋状の外接状態として多重に巻き掛けられている。
【００１１】
図２、図３および図４のベクトル図解のように、ワイヤ３の巻き掛け角度φは、正三角形で１２０度、正四角形で９０度、正六角形で６０度となり、多角形の頂角数の増加にともなって小さくなる。この結果、ワイヤ３の総ワイヤ張力Ｔによって、１本の多溝付きローラ２に掛かる合力Ｆは、頂角数の増加にともなって次第に小さくなる。そして、図４のように、ワイヤ３の巻き掛け角度φが６０度になると、１本の多溝付きローラ２に掛かる合力Ｆは、総ワイヤ張力Ｔに等しくなるため、さらに巻き掛け角度φが６０度以下になると、１本の多溝付きローラ２に掛かる合力Ｆは、総ワイヤ張力Ｔよりも小さくなる。
【００１２】
ちなみに、多角形において、ある頂角部分が多角形の内側に突出している場合に、換言すると、凹状多角形の場合に、内側に突出している頂角部分で巻き掛け角度φが大きくなることから、１本の多溝付きローラ２に掛かる合力Ｆが総ワイヤ張力Ｔよりも小さくするためには、多角形は、すべての頂角部分を多角形の外側に突出させている多角形、換言すると、凸状多角形でなければならない。
【００１３】
以上の知見にもとづいて、本発明は、ワイヤソーにおいて、四角形以上の凸状多角形の隣接する少なくとも２つの頂角を１２０度以上とし、凸状多角形の各頂角の位置毎に多溝付きローラを平行な状態として配置し、すべての多溝付きローラに加工用のワイヤを螺旋状で外接状態として多重に巻き掛けるとともに、１２０度以上の頂角の位置にある２本の前記多溝付きローラに対するワイヤの巻き掛け角度を６０度以下に設定することにより、多溝付きローラに掛かる合力を前記総ワイヤ張力以下としている。
【００１４】
さらに詳しく記載すると、本発明は、四角形以上の凸状多角形の隣接する少なくとも２つの頂角を１２０度以上とし、前記凸状多角形の各頂角の位置毎に、１本の多溝付きローラを平行な状態として配置し、すべての前記多溝付きローラに加工用のワイヤを所定の張力で螺旋状の外接状態として多重に巻き掛けるとともに、１２０度以上の２つの前記頂角の位置にある２本の前記多溝付きローラの間に加工域を形成することにより、前記ワイヤの総ワイヤ張力よって前記加工域のそれぞれの前記多溝付きローラに掛かる合力を前記総ワイヤ張力以下としている（請求項１）。
【００１５】
また、本発明は、前記ワイヤソーにおいて、６本以上の前記多溝付きローラを六角形以上の凸状多角形の頂角の位置に配置し、前記凸状多角形のすべての頂角を１２０度以上に設定に設定している（請求項２）。特に、本発明は、前記ワイヤソーにおいて、六角形以上の凸状多角形を正多角形として構成している（請求項３）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るワイヤソーによると、加工域の２本の前記多溝付きローラに対するワイヤの巻き掛け角度が６０度以下となり、ワイヤの総ワイヤ張力によって加工域のそれぞれの多溝付きローラに掛かる合力が総ワイヤ張力以下となるため、少なくとも加工域の２本の多溝付きローラおよびそのローラ軸に必要な剛性が小さくなり、加工域の２本の多溝付きローラやローラ軸が小型化でき、ローラ軸の軸間距離を狭くでき、細い多溝付きローラやローラ軸であっても、ワイヤのたわみが抑制できるため、加工の高精度化、高速化、さらに極細線ワイヤの使用が可能となる（請求項１）。
【００１７】
本発明に係るワイヤソーによると、六角形以上の凸状多角形のすべての頂角が１２０度以上に設定に設定され、前記ワイヤの総ワイヤ張力によってすべての前記多溝付きローラに掛かる合力が前記総ワイヤ張力以下となるから、すべての多溝付きローラやローラ軸が細く、小型にできるほか、多溝付きローラによるワイヤの支持力が六角形以上の凸状多角形の頂角位置毎に分散できるため、多溝付きローラによるワイヤの支持構造のバランスが良くなる（請求項２）。特に、六角形以上の凸状多角形が正多角形であれば、ワイヤの支持力が六角形以上の凸状多角形の頂角位置毎に正確に均等に分散できるため、ワイヤの支持構造のバランスが一層高められる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の２本ローラ構成のワイヤソーの要部の正面図である。
【図２】従来の３本ローラ構成のワイヤソーの要部の正面図である。
【図３】従来の４本ローラ構成のワイヤソーの要部の正面図である。
【図４】６本ローラ構成のワイヤソーの要部の正面図である。
【図５】本発明の７本ローラ構成のワイヤソーの要部の正面図である。
【図６】本発明の７本ローラ構成のワイヤソーの要部の平面図である。
【図７】多溝付きローラの溝およびワイヤの断面図である。
【図８】ＶプーリおよびＶベルトによる駆動部分の要部の正面図である。
【図９】タイミングプーリおよびタイミングベルト９による駆動部分の要部の正面図である。
【図１０】ＶプーリのＶ溝とＶベルトとの関係の断面図である。
【図１１】本発明の４本ローラ構成のワイヤソーの正面図である。
【図１２】本発明のワイヤソーにおいて駆動モータによる多溝付きローラの他の駆動態様の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図５ないし図１０は、本発明に係る複数、例えば７本のローラ構成のワイヤソー１を示している。図５および図６において、ワイヤソー１は、マルチワイヤ式のワイヤソーであり、凸状多角形の一例として正七角形に近い偏平な変形七角形の各頂角の位置毎に、１本の多溝付きローラ２を互いに平行に配置した状態で備えている。変形七角形の各頂角すなわち内角は、すべて１２０度以上であり、合計７本の多溝付きローラ２は、七角形の頂角数に対応しており、それぞれローラ軸６により対向状態の一対のフレーム１４によって回転自在に支持されている。
【００２０】
加工用のワイヤ３は、すべての多溝付きローラ２の外周に所定の張力で螺旋状の外接状態として多重に巻き掛けられ、多溝付きローラ２の回転によって往復走行または一方向の連続走行を継続しながら、図５および図６の矢印のように、送り出し側から巻き取り側へと供給される。図７に見られるように、ワイヤ３は、多溝付きローラ２の外周に形成されている環状溝２ａの内部に納まっている。変形七角形のすべての頂角は、正七角形の頂角の角度とほぼ等しく設定してあり、１２０度以上であるため、それぞれの多溝付きローラ２に対するワイヤ３の巻き掛け角度φは、６０度よりも小さくなっている。
【００２１】
７本の多溝付きローラ２のうち、例えば上側の２本の多溝付きローラ２は、加工域４に位置している多数のワイヤ３、すなわちワイヤ列を支持している。加工域４において、ワイヤ３は、所定のピッチでワーク５の切断などの加工を行う。このため、加工域４の２本の多溝付きローラ２、すなわち加工域４の位置で多数のワイヤ３を支持する２本の多溝付きローラ２は、加工域４においてワーク５の加工に必要な空間および距離を置いて配置されている。
【００２２】
加工域４の２本の多溝付きローラ２は、図９のように、加工域４の２本の多溝付きローラ２に共通の駆動モータ７により駆動される。駆動モータ７は、例えばサーボモータであり、駆動モータ７のモータ出力軸１３に固定されているタイミングプーリ８、加工域４の２本の多溝付きローラ２のローラ軸６に固定されているタイミングプーリ８およびそれらのタイミングプーリ８に巻き掛けられているタイミングベルト９によって加工域４の２本の多溝付きローラ２のローラ軸６に伝達される。
【００２３】
加工域４の２本の多溝付きローラ２において、それらのローラ軸６の回転は、図８のように、加工域４の２本の多溝付きローラ２のローラ軸６に固定されているＶプーリ１０、加工域４以外の５本の多溝付きローラ２のローラ軸６、すなわち加工域４以外の位置で多数のワイヤ３を支持する５本の多溝付きローラ２に固定されているＶプーリ１０、およびこれらのＶプーリ１０に巻き掛けられたエンドレス状の共通のＶベルト１１によって、加工域４以外のすべての多溝付きローラ２のローラ軸６にも伝達される。これらのＶプーリ１０およびＶベルト１１は、巻き掛け伝動手段を構成している。
【００２４】
図１０は、Ｖプーリ１０およびＶベルト１１の断面を示している。加工域４の２本の多溝付きローラ２のＶプーリ１０は、図１０の（１）に示すように、正規の規格の深いＶ溝１２として加工されている。これに対して、加工域４以外の５本の多溝付きローラ２のＶプーリ１０は、図１０の（２）に示すように、正規の規格よりも浅いＶ溝１２ａとし、浅いＶ溝１２ａとＶベルト１１との間でくさび作用を制限し、溝面とＶベルト面との接触面での摩擦係数を小さくするように加工されている。
【００２５】
このため、Ｖベルト１１は、加工域４の２本の多溝付きローラ２のＶプーリ１０の位置において、Ｖベルト１１と深いＶ溝１２との間で摩擦的に滑りのない状態でローラ軸６の回転力を確実に受け取った後に、Ｖベルト１１と浅いＶ溝１２ａとの間で滑りを許容しつつ、それらの加工誤差による周速度の差を吸収しながら、加工域４以外の５本の多溝付きローラ２のＶプーリ１０に対して回転力を伝達する。
【００２６】
ワーク５の加工時に、駆動モータ７は、加工域４の２本の多溝付きローラ２を駆動し、ワイヤ３を往復走行させるか、または一方向の連続走行させる。このとき、加工域４の２本の多溝付きローラ２の回転は、原動側となって、Ｖプーリ１０およびＶベルト１１によって従動側すなわち加工域４以外のすべての多溝付きローラ２にも伝達される。この結果ワイヤ３は、ワーク５の加工に備えて、すべての多溝付きローラ２の回転によって往復走行または一方向の連続走行を継続する。
【００２７】
このように、駆動モータ７の回転は、タイミングプーリ８、タイミングベルト９、Ｖプーリ１０およびＶベルト１１によって、加工域４の２本の多溝付きローラ２および加工域４以外のすべての多溝付きローラ２に伝達される。このため、ワイヤ３は、加工域４以外の５本の多溝付きローラ２の回転駆動に殆ど関与しなくなる。この結果、加工域４以外のすべての多溝付きローラ２の駆動は、ワイヤ３の走行時において、ワイヤ３に対して大きな負荷とならず、ワイヤ３や加工域４の２本の多溝付きローラ２は、加工域４以外の５本の多溝付きローラ２の回転負荷によって磨耗や変形を起こすことはない。ワイヤ３の往復走行または連続走行の過程で、ワーク５は、加工域４の平行で所定のピッチのワイヤ３に押し当てられ、スライス状に切断加工されるか、または表面に溝付け加工される。
【００２８】
既に明らかなように、それぞれの多溝付きローラ２は、内角１２０度以上の凸状多角形の頂角位置に配置されており、ワイヤ３の巻き掛け角度φは、６０度よりも小さくなっている。このため、それぞれの頂角位置において、各多溝付きローラ２に作用する合力Ｆはそれぞれの総ワイヤ張力Ｔよりも小さくなっている。したがって、すべての多溝付きローラ２の太さや、ローラ軸６の太さなどは、総ワイヤ張力Ｔよりも小さな合力Ｆを支える程度の剛性を具備しておればよく、結果的に細い円柱体やシャフトで構成できる。また、多溝付きローラ２の直径が小さくなれば、加工域４の２本の多溝付きローラ２の間隔が大きくできるため、その分、加工可能なワーク５の形状は、大きくても適用できることにもなる。
【００２９】
以上のように、本発明は、四角形以上の凸状多角形として変形七角形の隣接する少なくとも２つの頂角を１２０度以上とし、変形七角形の各頂角の位置毎に、１本の多溝付きローラ２を平行な状態として配置し、すべての多溝付きローラ２にワイヤ３を多重に巻き掛けるとともに、１２０度以上の頂角の位置にある２本の多溝付きローラ２の間に、加工域４を形成し、少なくとも加工域４の２本の多溝付きローラ２に対するワイヤ３の巻き掛け角度φを６０度以下に設定することにより、ワイヤ３の総ワイヤ張力Ｔよって加工域４のそれぞれの多溝付きローラ２に掛かる合力Ｆを総ワイヤ張力Ｔ以下としている。
【００３０】
図５および図６の実施態様は、凸状多角形として、七角形の頂角位置毎に多溝付きローラ２を配置し、すべての多溝付きローラ２に対するワイヤ３の巻き掛け角度を６０度以下に設定することによって、ワイヤ３の総ワイヤ張力Ｔにもとづいてすべての多溝付きローラ２に掛かる合力Ｆを総ワイヤ張力Ｔ以下としている。このような構成によると、すべての多溝付きローラ２やローラ軸６が細く、小型にできるほか、多溝付きローラ２によるワイヤ３の支持力が七角形の頂角位置毎に分散できるため、ワイヤ３の支持構造のバランスが良くなる。
【００３１】
特に、六角形以上の凸状多角形が正多角形、例えば図４に図示したような正六角形であれば、ワイヤ３の支持力は、正六角形の頂角の位置毎に均等に分散できるため、ワイヤ３の支持構造バランスが一層高められる。
【００３２】
つぎに、図１１は、４本のローラ構成のワイヤソー１を例示している。既述の図５および図６のワイヤソー１は、七角形の凸状多角形の頂角位置毎に、多溝付きローラ２を配置しているが、図９の４本のローラ構成のワイヤソー１は、凸状多角形としての台形、すなわち四角形の頂角の位置毎に、多溝付きローラ２を配置し、少なくとも加工域４の２本の多溝付きローラ２についてワイヤ３の巻き掛け角度φを６０度以下に設定している。
【００３３】
図１１のワイヤソー１によると、加工域４の２本の多溝付きローラ２について、総ワイヤ張力Ｔの合力Ｆは、総ワイヤ張力Ｔ以下にできるが、加工域４以外の２本の多溝付きローラ２について、合力Ｆは、総ワイヤ張力Ｔ以下とはなっていない。したがって、図１１の実施態様は、加工域４の２本の多溝付きローラ２について、優先的に合力Ｆを小さくして、加工域４の２本の多溝付きローラ２を細くし、加工域４でワーク５の加工に必要な空間および距離を確保するときに有効となる。ちなみに、加工域４以外の２本の多溝付きローラ２は、それぞれの合力Ｆに耐え得る太さとして製作される。
【００３４】
さらに、図１２は、本発明のワイヤソー１において、駆動モータ７による多溝付きローラ２の他の駆動態様を示している。図１２において、駆動モータ７のモータ出力軸１３は切断域４の一方の多溝付きローラ２のローラ軸６に直結されており、タイミングプーリ８およびタイミングベルト９は不要となり、ローラ軸６の回転はＶプーリ１０およびＶベルト１１によってその他の全ての多溝付きローラ２のローラ軸６に伝達される。なお、図示しないが、駆動モータ７は、２台設け、切断域４の両方の多溝付きローラ２のローラ軸６毎に専用のモータとして直結されていてもよく、その場合に、２台の駆動モータ７は、同じ回転速度のもとに同期状態として制御される。
【００３５】
なお、すべての実施態様において、ワイヤ３は、固定砥粒加工用ワイヤのほか、遊離砥粒加工用ワイヤでもよい。ワイヤ３が遊離砥粒加工用ワイヤのときに、加工は、遊離砥粒含有の加工液と共に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ワーク５として半導体インゴットなどの切断加工のために開発されたが、その他、結晶板、磁器、金属板、炭素繊維強化樹脂材やガラス繊維強化樹脂材などの切断加工にも適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ワイヤソー
２  多溝付きローラ    ２ａ  環状溝
３  ワイヤ
４  加工域
５  ワーク
６  ローラ軸
７  駆動モータ
８  タイミングプーリ
９  タイミングベルト
１０  Ｖプーリ
１１  Ｖベルト
１２  深いＶ溝    １２ａ  浅いＶ溝
１３  モータ出力軸
１４  フレーム
Ｔ  総ワイヤ張力
Ｆ  合力
φ  巻き掛け角度
【図１】
2015217480.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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