(57)【要約】【課題】ワイヤソーにおける停電時の断線を安価で簡単な方法で防止する。【解決手段】強制回転させられる複数の巻掛けローラに一本のワイヤを多数列に巻き掛け、巻掛けローラから延び出た両部分を巻出しボビンと巻取りボビンとで巻き取るとともに、各ボビンの回転数を制御してワイヤの張力を一定に保つワイヤソーにおいて、各ボビンを巻掛けローラを駆動するメインモータで駆動するとともに、その駆動系に機械式無段変速機を挿設し、その変速操作部材をワイヤの張力に基づいて操作して各々のボビンの回転数を調整することを特徴とする停電時ワイヤ断線防止機構付きワイヤソー。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強制回転させられる複数の巻掛けローラに一本のワイヤを多数列に巻き掛け、巻掛けローラから延び出た両部分を巻出しボビンと巻取りボビンとで巻き取るとともに、各ボビンの回転数を制御してワイヤの張力を一定に保つワイヤソーにおいて、各ボビンを巻掛けローラを駆動するメインモータで駆動するとともに、その駆動系に機械式無段変速機を挿設し、その変速操作部材をワイヤの張力に基づいて操作して各々のボビンの回転数を調整することを特徴とする停電時ワイヤ断線防止機構付きワイヤソー。
【請求項２】
ワイヤの張力調整が、ダンサローラ機構でワイヤに一定の張力をかけるものである請求項１の停電時ワイヤ断線防止機構付きワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行するワイヤをカットソーとして使用するワイヤソーに関し、停電時ワイヤ断線防止機構付きワイヤソーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強制回転させられる複数の巻掛けローラに巻き掛けられて走行するワイヤに砥粒が混じったスラリーを供給してこれにソー機能を付与し、ワイヤにワークを押し付けることでワークを切断するワイヤソーは知られており、シリコン等のインゴットをウェハに切断する場合等に使用されている。この場合、ワイヤは多数列に巻き掛けられており、その間隔を切断幅として一度に多数のウェハが切断できるようになっている。加えて、ワイヤの疲弊を防ぐために、ワイヤを巻掛けローラに固定的に巻き掛けるのではなく、巻掛けローラから余した部分を長く設けて循環させている。
【０００３】
このため、巻掛けローラから延び出る部分を巻出しボビンと巻取りボビンとに巻いて収納している。この場合、ワイヤは、張力を一定に保たれつつ、所定（等速）の走行速度で走行させられる必要があるから、ワイヤが巻かれた各ボビンは、その巻き径にかかわらず、周速が一定に保たれるように回転数の調整が必要になる。この回転数を調整する手段として、ワイヤの張力を検出する検出機構を設け、この検出機構の出力によって各ボビンを駆動するモータの回転数を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
依って、巻掛けローラと各ボビンの駆動系には、巻掛けローラを駆動するメインモータと、巻出し及び巻取りボビンを駆動するボビン用モータの三種の駆動原が必要になり、それぞれをサーボモータ等で構成している。このため、停電等があると、各モータはそれぞれバラバラの動きをして停止することになり、ワイヤが過緊張になって切断（断線）することがある。ワイヤソーでは、ワイヤが一度断線すると、その修復には多大の時間とコストがかかる上に、高価なワークを破損してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、停電等の影響を受けない停電回避装置を用いたり、自家発電設備を用いたりして運転している場合があるが、これらの装置、設備は非常に高価である。本発明は、このような課題を解決したものであり、停電等があっても、ワイヤの断線を防止することができる手段を簡単で安価な方法で具現したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、強制回転させられる複数の巻掛けローラに一本のワイヤを多数列に巻き掛け、巻掛けローラから延び出た両部分を巻出しボビンと巻取りボビンとで巻き取るとともに、各ボビンの回転数を制御してワイヤの張力を一定に保つワイヤソーにおいて、各ボビンを巻掛けローラを駆動するメインモータで駆動するとともに、その駆動系に機械式無段変速機を挿設し、その変速操作部材をワイヤの張力に基づいて操作して各々のボビンの回転数を調整することを特徴とする停電時ワイヤ断線防止機構付きワイヤソーを提供したものである。
【０００７】
以上の手段によると、巻出しと巻取りの各ボビンは、巻掛けローラと同じ駆動原であるメインモータで、間に機械式無段変速機を介して駆動されることになる。この場合において、各ボビンの回転数は、この機械式無段変速機により、ワイヤの張力を検出してこれを一定にすべく最適に制御されている。このとき、停電があると、メインモータは、僅かな減速停止時間を経て停止するが、この減速停止時間の間、各ボビンもこの割合で減速して停止することになるから、ワイヤは過度の緊張等を起こさず、断線が防止される。
【０００８】
又、本発明は、以上のワイヤの張力調整として、請求項２に記載した、ダンサローラ機構でワイヤに一定の張力をかける手段を提供する。細いワイヤの張力を調整するのは、現実問題として無理であるから、所謂、ダンサローラと称される機構によってワイヤに一定の張力をかけるようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、まず、一般的なワイヤソーを図１の説明図に基づいて説明する。ワイヤソーは、一本のワイヤ１を前後に並設される前ローラ２と後ローラ３とに多数列に巻き掛けてメインモータ４で駆動するワイヤ切断装置５を主体とするものである。この場合、ローラは二つに限定されるものではなく、三つを三角形状に配したものもあれば、四つを四角形状に配したものもある。又、メインモータも一つに限られるものではなく、二つ以上直列に連結してドループ制御するものもあれば、前ローラ２と後ローラ３にそれぞれ接続して各々でトルク制御するものもある。
【００１０】
以上のワイヤ１は一本のものであるから、ワイヤ切断装置５から外れた部分は、巻出しボビン６と巻取りボビン７とで巻き取るようにしており、この間、各ボビン６、７の巻き径は逐次変更されることになる。しかし、ワイヤ１は、等速で走行させられているから、各ボビン６、７をサーボモータ８、９で駆動して巻き径に応じた回転数調整を行なっている。
【００１１】
それには、ワイヤ１の巻出し側と巻取り側の走行系にダンサローラと称される張力発生機構１０を設け、この間のワイヤ１に一定の張力をかけている。本例の張力発生機構１０は、要求される張力に見合うウェイト１０ａを取り付けた回動可能なアーム１０ｂにワイヤ１を巻き掛けたローラ１０ｃを取り付けて張力をかけているものであるが、同時に、アーム１０ｂの回動角度を検出してボビン用サーボモータ８、９の回転数を制御するボビン回転数制御装置１３に送ってそれぞれの回転数を制御するようにしている。
【００１２】
即ち、ワイヤ１が弛めば（張力が減少）、ローラ１０ｃが下がるから、このときのアーム１０ｂの角度変位を検出して巻出し側であれば、サーボモータ８、９の回転数を下げ、巻取り側であれば、回転数を上げている。反対に、ワイヤ１が張れば（張力が増大）、ローラ１０ｃが上がるから、このときのアーム１０ｂの角度変位を検出して巻出し側であれば、サーボモータ８、９の回転数を上げ、巻取り側であれば、回転数を下げている。尚、より細かな張力調整を行なうために、これに加えてキャプスタン方式等の張力調整機構を設けているものもあるが、ここでは、その説明を省略する。
【００１３】
ところで、各ボビン６、７にワイヤ１を巻くとき、同じ個所だけで巻くとその個所だけが盛り上がるから、巻き取る前のワイヤ１を各ボビン６、７の長手方向に往復動させて巻き径が揃うようにしている。これがトラバース装置１４であり、ワイヤ１を通すトラバース台１４ａをサーボモータ１４ｂでボビン６、７の長手方向にスライドさせている。このサーボモータ１４ｂは、トラバース台１４ａの変位やボビン用サーボモータ８、９の回転数を検出して制御されるトラバース速度制御装置１５によって駆動される。
【００１４】
更に、ワイヤ切断装置５の上方に、送りモータ１６でワイヤ１に向けて進退させられる取付台１７を配置し、この取付台１７にワーク１８を取り付けている。そして、ワイヤ１に砥粒が混じったスラリーを掛けながら、ワーク１８をワイヤ１に押し付けると、ワーク１８は切断される。この場合のスラリーは循環されるようになっており、タンク１９に回収してこれをポンプ２０で汲み上げ、噴出ノズル２１から噴出する。同時にヒーター等を用いて温度管理もなされる（図示省略）。
【００１５】
この他、ワイヤソーでは、主制御装置２２が設けられており、上記したボビン回転数制御装置１３、トラバース速度制御装置１５を制御するとともに、メインモータ４を制御するメインモータ制御装置２３、送りモータ１６を制御する送りモータ制御装置２４等を総括的に制御してワイヤソーの運転を行なっている。この種のワイヤソーでは、時間当たりの切削量はそれほど大きくないから、ワーク１８を切断してしまうには相当の時間がかかる。そこで、主制御装置２２が統括的に制御して無人での長時間運転を可能にしている。尚、ワイヤ１の走行方向は、巻出しボビン６が空に近くなると、これを逆転させている。加えて、ワイヤ１やワーク１８の洗浄及び前後ローラ２、３の潤滑に必要な洗浄液や潤滑油も温度管理されながら循環させているが、その詳細は、ここでは省略する。
【００１６】
図１は本発明の説明図であるが（上記の例と同じ機能を奏する部材は同じ符号を付けて説明を省略する）、本発明は、上記したワイヤソーにおける巻出しボビン６、巻取りボビン７をそれぞれメインモータ４で機械式無段変速機２５、２６を介して駆動するようにしたものである。即ち、メインモータ４から巻出しボビン６と巻取りボビン７にそれぞれ機械的な駆動系２７、２８を構成し、この駆動系２７、２８に機械式無段変速機２５、２６を挿設するのである。そして、無段変速機２５、２６の変速操作部材２５ａ、２６ａを、例えば、サーボモータ２９で駆動されるネジ機構３０で変速操作できるようにしておき、このサーボモータ２９を張力検出機構１０からの信号を受けて作動するボビン用回転数制御装置１３で駆動するようにしたものである。
【００１７】
この場合の機械式無段変速機２５、２６は、どのような構造のものでもよいが、例えば、入力円板とカムディスク（出力円板）との間に傘形コーンを遊星配置し、傘形コーンの頂面に嵌設した変速リングを裾部から頂部にスライドさせて変速する差動遊星機構型の無段変速機が変速幅が大きくて好適である。尚、無段変速機２５、２６の出力回転数が、両ボビン６、７の最大回転数に対応できない場合も予想されるが、その場合は、無段変速機２５、２６の出力軸に歯車式の増速装置等を常設しておけばよい。
【００１８】
ところで、以上の例では、ダンサローラ以外の張力調整機構を使用していない。これは、無段変速機２５、２６の回転数制御で張力調整も兼ねるからである。これにより、コストが安くなってスペースを省略できる利点がある。巻出しボビン６にしても、巻取りボビン７にしても、その回転数の調整には、張力がフィードバックされているのであるから、殊更、張力調整機構を設ける必要はないというのがその根拠である。但し、張力の制御をより細かに行なうには、上記したキャプスタン方式等の張力調整機構を設けてもよい。
【００１９】
以上により、ワイヤ１を走行させてワーク１８を切断しているとき（このときは、巻出しボビン６及び巻取りボビン７共に無段変速機２５、２６によってワイヤ１の張力が一定になるような回転数で回転させられている）、停電が発生すると、メインモータ４は減速停止時間を経て停止するが、この間の減速する回転数と無段変速機２５、２６での減速する回転数は対応している。従って、各ボビン６、７での巻き径に違いがなければ、ワイヤ１の張力は一定に保たれたままで停止し、切断（断線）は起きない。
【００２０】
ところで、停電に基づく停止は、ワイヤ切断装置５がワーク１８によって大きな負荷を受けるといえども、慣性があることから、即座には止まらない、この減速停止時間は定かではないが、最大でも５秒程度と考えられる。そこで、この減速停止時間中にワイヤ１にかかる張力の変動について考察してみるが、まず、停電があれば、慣性の小さいサーボモータ１４ｂによるトラバース台１４ａの動きやサーボモータ２９による無段変速機２５、２６の変速操作部材２５ａ、２６ａの動きは、非常に短い時間で停止すると思われる。従って、巻出しボビン６から巻き出すワイヤ１は、トラバース台１４ａが停止したとしても、巻出し位置は異なるが、このとき、巻出しボビン６までの距離が長くなれば張力が増大し、短くなれば減少する。一方、巻取りボビン７で巻き取るワイヤ１は、トラバース台１４ａが停止すると、同じ位置で巻き取ることになり、巻き径が大きくなって張力が増すことになる。
【００２１】
今、両ボビン６、７の直径を２００ｍｍとすれば、一回転で２００×πｍｍ＝６２８ｍｍ走行する。ワイヤ１の走行速度を９００ｍ／ｍｉｎとすれば、５秒間には、９００÷１２＝７５ｍ進み、停止するまでに両ボビン６、７は、７５÷０．６２８＝１１９回転する。従って、この１１９回転の間の張力変動を吸収できればよいのであるが、巻出し側における張力が増大する場合を見てみると、トラバース台１４ａは即座には止まらないこと、トラバース台１４ａから巻出しボビン６までの間隔をある程度長くしておけば、巻出し位置の変更による長さの違いはそれほどないこと等から断線するまでには至らない。又、巻取り側を見てみると、ワイヤ１の径は細い上に（０．０５〜０．５ｍｍ程度）、同じ個所に巻いても位置がずれてそのまま巻き径の増大にはならないこと等から、これも断線するまでには至らない。加えて、どちらの場合も、この不安定な時間は５秒間という短い時間であるし、張力検出を行なうダンサローラ機構１０には、張力に応じてワイヤ１の変化長を吸収する能力があるから、このことが断線を防止するのに寄与する。
【００２２】
更に、無段変速機２５、２６の変速誤差による張力変動も考慮する必要があるが、仮に、これに変速誤差があっても、停電直前までは、この誤差を含んだ上にその張力は正常に調整されて作動している筈である（ワイヤ１は張力が一定に保たれて断線等していないから）。従って、減速停止時間中の変速誤差等は大して問題にはならず、断線等はしないと判断できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、本発明によると、停電があってメインモータが所定の減速比で減速して停止したとしても、各ボビンも、この割合で減速して停止することになるから、ワイヤは、過度の緊張等を起こさず、断線が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示すワイヤソーの説明図である。
【図２】一般的なワイヤソーの説明図である。
【符号の説明】
１　　ワイヤ
２　　前ローラ
３　　後ローラ
４　　メインモータ
６　　巻出しボビン
７　　巻取りボビン
２５　機械式無段変速機
２５ａ　　　　〃　　　の変速操作部材
２６　機械式無段変速機
２６ａ　　　　〃　　　の変速操作部材
２７　駆動系
２８　駆動系
【図１】
2004122287.tif 000003
【図２】
2004122287.tif 000004