(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動円盤に設けられた複数本のワークローラにワイヤを多数回巻回してワイヤ列を形成し、このワイヤ列のワイヤを高速で往復動又は一方走行させ、前記ワイヤ列にワークを押し当ててこのワークを複数に切り出すと共に、このワーク切断時にワイヤ列を揺動させるようにしたワイヤソーにおいて、前記揺動円盤に、ワークローラに対するワイヤの供給側に位置する供給側プーリと、ワークローラに対するワイヤの回収側に位置する回収側プーリを揺動円盤と一体に揺動するように設け、前記供給側プーリの外側に、ワイヤを供給側プーリに誘導するためと供給側プーリからのワイヤをワークローラに誘導するための２つの外側プーリと、前記回収側プーリの外側に、ワークローラからの回収ワイヤを回収側プーリに誘導するためと回収側プーリからのワイヤを外部に誘導するための２つの外側プーリをそれぞれ固定配置し、上記揺動円盤の揺動時に、ワークローラと外側プーリの距離の増減によるワイヤの張力変化に応じ、前記供給側プーリ及び回収側プーリをそれぞれ対応する外側プーリとの距離がワイヤの張力変化を打ち消す方向に増減する位置関係としたことを特徴とするワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高速で往復動又は一方走行させたワイヤ列にワークを押し当ててワークを切断する際、ワイヤ列に揺動を与えて切断の効率と精度を向上させたワイヤソー、更に詳しくは、ワイヤ列の揺動時にワイヤに張力変動が発生するのを防止し、ワイヤの切断発生を防いで安定した走行性が得られるようにしたワイヤソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークの切断時にワイヤ列を揺動させるようにしたワイヤソーは、図９に示すように、供給側リール１から引き出したワイヤＡが、モータ２によって駆動される供給側トラバーサ３と、複数のガイドプーリ４を介してエンコーダ５とテンションアーム６からなるテンション機構７と、ワイヤＡの張力を測るロードセル８と、複数のガイドプーリ９に導かれた後、揺動円盤１０に取付けた三本のワークローラ１１に多数回巻回してワイヤ列を形成し、その後、複数のガイドプーリ１２と、ワイヤＡの張力を測るロードセル１３と、エンコーダ１４とテンションアーム１５からなるテンション機構１６と、複数のガイドプーリ１７と、モータ１８によって駆動される回収側トラバーサ１９を通って回収側リール２０に巻き取られるようになっている。
【０００３】
上記ワークローラ１１は外周に溝が設けられ、このワークローラ１１間の外周に溝を利用して巻回した上部ワイヤ列の直上に、ワーク固定テーブル２１が図示しない適宜駆動手段により上下動するように配置され、このワーク固定テーブル２１の下面に取付けたワークＢをワイヤ列に向けて押し下げるようになっている。
【０００４】
上記したワイヤソーには、ワイヤ列のワーク切断位置の近傍にＳｉＣ、ダイヤモンド等の硬質砥粒を含有するスラリー液をノズル２２で供給する遊離砥粒ワイヤソーと、前記ワイヤＡにダイヤモンド粒を樹脂等で固定したワイヤを使用し、ワイヤ列のワーク切断位置に冷却液を供給しながら切断する固定砥粒ワイヤソーがある。
【０００５】
上記ワークローラ１１を取付けた垂直の揺動円盤１０は、機台２３にクロスローラベアリング２４を介して回転可能に支持され、後端に設けたプーリとベルトを介して駆動モータ２５で、ワーク切断時に一定角度の往復回転と、ワークローラへのワイヤ巻付け時に全回転が付与されるようになっている。
【０００６】
上記ワイヤ列の揺動機構は、ワークローラを取付けた揺動円盤をワーク切断時にこの揺動円盤をワークローラを回転駆動させるスピンドルとは別のモータ２５で往復回転させることによってワイヤ列に一定角度の往復揺動を与え、ワークＢへのワイヤＡの接触を円弧状にすることで接触抵抗を弱め、スラリー液の持込みを良くさせて切断能力を増大させるようになっている。
【０００７】
従来、上記のようなワイヤソーのワークローラ１１に対するワイヤＡの誘導は、ワークローラ１１に入る供給側のワイヤをワークローラ１１に誘導する供給側ガイドプーリ９と、前記ワークローラ１１から出る回収側のワイヤを外部に誘導する回収側ガイドプーリ１２を、上記揺動円盤１０の回転軸心から離れた外部の位置に固定配置した構造になっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−３５１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ワークローラ１１に対して供給側ガイドプーリ９と回収側ガイドプーリ１２を、揺動円盤１０の回転軸心から離れた外部の位置に固定配置した構造では、ワイヤ列の揺動時に、ワークローラ１１と供給側ガイドプーリ９及び回収側ガイドプーリ１２の距離に変動が生じるため、ワイヤＡが引っ張られたり緩んだりするという問題がある。
【０００９】
また、最近のシリコンインゴット等の切断において、製造コストの削減から、ウエハの厚みを薄くし、ワークインゴットからの取数を増やしたり、ワイヤＡの線径を細くして切断ロスを極力少なくする傾向にあり、このため、ワイヤソーにおいては、ワイヤＡの線径を細くすると共に、製造効率の向上からワイヤＡの線速の高速化が課題となっている。
【００１０】
しかし、上記した従来のワイヤソーにおける揺動機構では、ワイヤ列の揺動時にワイヤ張力の変動が大きく、ワイヤ線径を細くしていった場合、揺動時にワイヤへの負荷が高まり、ワイヤが切断する場合があった。
【００１１】
また、ワイヤ線速の高速化する場合にも、揺動時に上記と同様ワイヤが断線する場合があった。
【００１２】
更に、ワークローラを直接正逆駆動してワイヤを高速で往復動させるワイヤソーにおいて、ワイヤ列の揺動によるワイヤの張力変化を吸収するため、ワイヤリールの駆動モータでワイヤリールの回転をワイヤの張力変化に追従させる方法も考えられるが、このような方法は、精度のよい駆動モータを必要とし、コスト的に高くなるという問題がある。
【００１３】
また、固定砥粒ワイヤソーにおいては、切削能力を向上させるために揺動角を大きくする傾向にあり、このため、揺動時のワイヤ張力の変動が大きくなるという問題がある。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決するため、ワイヤ列の揺動時に生じるワイヤ張力の変動をコスト的に安価な機械的構造で吸収することができ、ワイヤの高速化が可能になり、細線ワイヤであってもワイヤ列の揺動を利用した効率及び精度のよい切断が行えるワイヤソーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するため、この発明は、揺動円盤に設けられた複数本のワークローラにワイヤを多数回巻回してワイヤ列を形成し、このワイヤ列のワイヤを高速で往復動又は一方走行させ、前記ワイヤ列にワークを押し当ててこのワークを複数に切り出すと共に、このワーク切断時にワイヤ列を揺動させるようにしたワイヤソーにおいて、前記揺動円盤に、ワークローラに対するワイヤの供給側に位置する供給側プーリと、ワークローラに対するワイヤの回収側に位置する回収側プーリを揺動円盤と一体に揺動するように設け、前記供給側プーリの外側に、ワイヤを供給側プーリに誘導するためと供給側プーリからのワイヤをワークローラに誘導するための２つの外側プーリと、前記回収側プーリの外側に、ワークローラからの回収ワイヤを回収側プーリに誘導するためと回収側プーリからのワイヤを外部に誘導するための２つの外側プーリをそれぞれ固定配置し、上記揺動円盤の揺動時に、ワークローラと外側プーリの距離の増減によるワイヤの張力変化に応じ、前記供給側プーリ及び回収側プーリをそれぞれ対応する外側プーリとの距離がワイヤの張力変化を打ち消す方向に増減する位置関係とした構成を採用したものである。
【００１８】
上記供給側プーリと回収側プーリを揺動円盤と一体に揺動するように設け、前記供給側プーリと回収側プーリの外側にそれぞれ対応する外側プーリを固定配置すると、ワークローラの揺動時によりワークローラと固定された外側プーリの距離が増減してワイヤ張力が変化するが、同じく揺動円盤に設けられた供給側プーリ及び回収側プーリも移動して固定された外側プーリとの距離が変化し、この変化が前記ワイヤの張力変化を打ち消す方向に移動するような位置関係であれば、揺動時に生じるワイヤの張力変動を吸収することができる。なお、揺動円盤に設けるワークローラは、三本には限定されず、例えば二本であってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によると、ワイヤ列の揺動によるワークローラの位置変動に合わせて供給側プーリと回収側プーリが移動することによりワイヤの張力の変動を緩和することができ、ワイヤの制御が安定し、ワーク切断精度も向上する。
【００２７】
また、揺動機構を使用してもワイヤの張力変動が少ないため、ワイヤの細線化、ワイヤ走行の高速化が行える。
【００３２】
更に、ワイヤ列の揺動時にワイヤの張力の変動を吸収することができるので、ワイヤを駆動するモータのトルクにおいて、揺動運動による張力変動を考慮しなくてもよくなり、ワイヤリール駆動モータのコストダウンが図れると共に、ワイヤ切断の発生を防止でき、ワイヤの細線化と高速化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の実施の形態を図示例に基づいて説明する。なお、ワイヤソーの基本的な全体構造は図９に示した通りであり、図９と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００３４】
図１と図２のように、三本のワークローラ１１を取付けた垂直の揺動円盤１０は、機台２３にクロスローラベアリング２４を介して回転可能に支持され、後端に設けたプーリ２６とベルト２７を介して駆動モータ２５で、ワーク切断時に一定角度の往復回転と、ワークローラ１１へのワイヤＡの巻付け時に全回転が付与されるようになっている。
【００３５】
上記ワークローラ１１は、揺動円盤１０の前面に水平状態で等間隔の配置となるよう、後端側が揺動円盤１０で支持され、先端側は揺動円盤１０の前面に設けた固定枠２８の先端支持板２９によって支持されている。
【００３６】
この三本のワークローラ１１は、揺動円盤１０の内部に組み込んだ適宜な機構（図示しない）で後部中央のスピンドル駆動軸３０と連動され、プーリ３１とベルト３２を介してスピンドル軸駆動モータ３３で、往復回転と全回転が付与されるようになっている。
【００３７】
図１乃至図３は、この発明の第１の実施の形態を示し、上記ワークローラ１１に入る供給側のワイヤＡ1をワークローラ１１に誘導する供給側プーリ３４と、前記ワークローラ１１から出る回収側のワイヤＡ2を外部に誘導する回収側プーリ３５を、上記揺動円盤１０の回転軸心上に同軸心状に配置している。
【００３８】
上記供給側プーリ３４と回収側プーリ３５は、図１と図２のように、揺動円盤１０の回転軸心上に同軸心状となるよう上記固定台２８の対向面に取付けられている。
【００３９】
図３（ａ）乃至（ｃ）は、第１の実施の形態の作動状態を示し、図３（ａ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が水平にある状態で、供給側のワイヤＡ1は外部の固定ガイドプーリ９から供給側プーリ３４を通り、下位に位置するワークローラ１１に進入し、また、回収側のワイヤＡ2は下位のワークローラ１１から回収側プーリ３５と外部の固定ガイドプーリ１２を通って引き出されている。
【００４０】
ワーク切断時に揺動円盤１０を一定角度を左右に回動させると、図３（ｂ）と（ｃ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が揺動することになるが、この揺動時において、ワークローラ１１に対するワイヤＡの出入りが揺動の中心で行われるため、ワークローラ１１と供給側プーリ３４及び回収側プーリ３５の距離が変動しないから、揺動によるワイヤＡの張力変動がなく、ワイヤＡの制御が安定し、ワークＢの切断精度も向上する。
【００４１】
なお、この第１の実施の形態は、二本のワークローラを用いたワイヤソーにも適用することができる。
【００４２】
図４と図５は、この発明の第２の実施の形態を示し、ワークローラ１１に対するワイヤＡの供給側に供給側プーリ３４と、ワークローラ１１に対するワイヤＡの回収側に回収側プーリ３５を上記揺動円盤１０に一体回動するように設け、前記供給側プーリ３４の外側に、供給側のワイヤＡ1を供給側プーリ３４に誘導する外側プーリ９ａ、及び、供給側プーリ３４からのワイヤＡ1をワークローラ１１に誘導する外側プーリ９ｂと、前記回収側プーリ３５の外側に、ワークローラ１１からの回収側のワイヤＡ2を回収側プーリ３５に誘導する外側プーリ１２ｂ、及び、回収側プーリ３５からのワイヤＡ2を外部に誘導する外側プーリ１２ａをそれぞれ固定配置している。
【００４３】
上記供給側プーリ３４は、揺動円盤１０の外周部で上部に位置するワイヤ列よりも下方の位置に取り付けられ、回収側プーリ３５は、先端支持板２９に突設したプーリ固定枠３６の先端部に取付けられ、それぞれ揺動円盤１０と一体に回動するようになっている。
【００４４】
図５（ａ）乃至（ｃ）は、第２の実施の形態の作動状態を示し、図５（ａ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が水平にある状態で、供給側のワイヤＡ1は外部の固定側の外側プーリ９ａから揺動円盤１０上の供給側プーリ３４を通り、再度固定側にある外側プーリ９ｂを介して下位に位置するワークローラ１１に進入し、また、回収側のワイヤＡ2は下位のワークローラ１１から固定側の外側プーリ１２ｂと揺動円盤１０上の回収側プーリ３５を通り、再度固定側にある外側プーリ１２ａから引き出されている。
【００４５】
ワーク切断時に揺動円盤１０を一定角度左右に回動させると、図５（ｂ）と（ｃ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が揺動することになるが、この揺動時において、ワイヤ列の揺動に合わせて供給側プーリ３４と回収側プーリ３５が揺動方向に回動することにより、ワークローラ１１と供給側プーリ３４及び回収側プーリ３５の位置関係は変わらず、供給側においてはワークローラ１１と外側プーリ９ｂ間の間隔と、供給側プーリ３４と外側プーリ９ａ、９ｂ間の間隔は、一方が広がれば他方が接近することで供給側のワイヤＡ1の張力変動を吸収し、また、回収側においてはワークローラ１１と外側プーリ１２ｂ間の間隔と、回収側プーリ３５と外側プーリ１２ａ、１２ｂ間の間隔は、一方が広がれば他方が接近することで回収側のワイヤＡ2の張力変動を吸収し、揺動を行ってもワイヤＡの張力の変動を緩和することができ、ワイヤの制御が安定し、ワーク切断精度も向上する。
【００４６】
この第２の実施形態では、外側プーリ９ａ、９ｂは、揺動円盤１０の中心から見てワークローラ１１と供給側プーリ３４間において供給側プーリ３４側に近接して配置され、外側プーリ１２ａ、１２ｂは外側プーリ９ａ、９ｂの対称位置に配置されており、揺動円盤１０の揺動運動によるワークローラ１１と外側プーリ９ｂの距離の変化は、供給側プーリ３４と外側プーリ９ａ、９ｂとの往復距離が変化することで打ち消され、外側プーリ９ａより外側（ワイヤの供給側）には揺動による張力変化の影響を及ぼさない。また、ワイヤの回収側においても同様の作用により外側プーリ１２ａより外側（ワイヤの回収側）には揺動による張力変化の影響を及ぼさない。
【００４７】
なお、この第２の実施の形態における供給側プーリ３４、回収側プーリ３５、及び各外側プーリ９ａ、９ｂ、１２ａ、１２ｂの位置は、図示の構成に限定されるものではなく、要するに、揺動円盤１０側のワークローラ１１と固定側の外側プーリ９ｂ、１２ｂとの距離変動を揺動円盤１０側の供給側プーリ３４及び回収側プーリ３５と対応する固定側の外側プーリ９ａ、９ｂ、１２ａ、１２ｂとの距離変動により打ち消す位置関係であれば良く、これらは設計時の計算によって前もって求めることができる。
【００４８】
図６と図７は、この発明の第３の実施の形態を示し、揺動円盤１０の外側で、ワイヤＡがワークローラ１１に入る供給側の位置に、供給側のワイヤＡ1をワークローラ１１に誘導する供給側プーリ３４と、前記ワークローラ１１から出る回収側の位置に回収側のワイヤＡ2を外部に誘導する回収側プーリ３５を、ワイヤＡの張力付加方向と緩和方向に移動可能に設け、前記揺動円盤１０の往復回動時にワイヤＡの張力が減少する側は張力を付加する方向に、ワイヤＡの張力が増加する側は張力を緩和する方向に制御するようにしている。
【００４９】
上記供給側プーリ３４と回収側プーリ３５は、図６のように、機台２３に固定したガイド枠３７のレール３８とスライダ３９によって水平に移動可能に支持され、張力の変動に応じて伸縮作動するシリンダ等によって移動を制御する。
【００５０】
図７（ａ）乃至（ｃ）は、第３の実施の形態の作動状態を示し、図７（ａ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が水平にある状態で、供給側のワイヤＡ1は供給側プーリ３４を通って下位に位置するワークローラ１１に進入し、また、回収側のワイヤＡ2は下位のワークローラ１１から回収側プーリ３５を通って引き出され、供給側プーリ３４と回収側プーリ３５は、それぞれガイド枠３７の中間に位置している。
【００５１】
ワーク切断時に揺動円盤１０を一定角度左右に回動させると、図７（ｂ）と（ｃ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が揺動することになるが、この揺動時において、供給側プーリ３４と回収側プーリ３５は、ワイヤＡの張力が減少する側はワークローラ１１から離れて張力を付加する方向に、同じく揺動時にワイヤＡの張力が増加する側はワークローラ１１に接近し、このように張力を緩和する方向に制御することで、ワイヤ列の揺動時に生じるワイヤＡの張力の変動を吸収することができる。
【００５２】
図８は、この発明の第４の実施の形態を示し、上記揺動円盤１０に対して三本のワークローラ１１を、その内のワイヤが出入りする一本のワークローラ１１のワイヤ接触点１１ａが前記揺動円盤１０の回転軸心に一致するように配置したものであり、図８（ａ）のように、ワイヤ列の上部に位置するワーク切断部分が水平にある状態で、供給側のワイヤＡ1はガイドプーリ９から下位に位置するワークローラ１１に進入し、また、回収側のワイヤＡ2は下位のワークローラ１１からガイドプーリ１２に引き出されている。
【００５３】
ワーク切断時に揺動円盤１０を一定角度左右に回動させると、図８（ｂ）と（ｃ）のように、ワイヤＡが出入りする一本のワークローラ１１のワイヤ接触点１１ａを揺動円盤１０の回転軸心に一致させておくと、ワークローラ１１は前記ワークローラ１１のワイヤ接触点１１ａを支点に揺動し、ワイヤ列を揺動させてもワイヤＡの張力の変動が生じないことになる。
【００５４】
なお、何れの実施の形態においても、ワークローラ１１の揺動角度は大きく図示しているが、実際の揺動角度は、切断するワークの材質によっては適宜変更できる。また、ワーク切断中であっても適宜、揺動角度を変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施の形態のワイヤソーを示す要部の横断平面図
【図２】第１の実施の形態のワイヤソーを示す要部の縦断側面図
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は第１の実施の形態のワイヤソーを示す要部の作動説明図
【図４】第２の実施の形態のワイヤソーを示す要部の横断平面図
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は第２の実施の形態のワイヤソーを示す要部の作動説明図
【図６】第３の実施の形態のワイヤソーを示す要部の横断平面図
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は第３の実施の形態のワイヤソーを示す要部の作動説明図
【図８】（ａ）乃至（ｃ）は第４の実施の形態のワイヤソーを示す要部の作動説明図
【図９】従来のワイヤソーを示す基本構造の正面図
【符号の説明】
【００５６】
Ａ  ワイヤ
Ｂ  ワーク
１  供給側リール
２  モータ
３  供給側トラバーサ
４  ガイドプーリ
５  エンコーダ
６  テンションアーム
７  テンション機構
８  ロードセル
９  ガイドプーリ
９ａ，９ｂ  外側プーリ
１０  揺動円盤
１１  ワークローラ
１２  ガイドプーリ
１２ａ，１２ｂ  外側プーリ
１３  ロードセル
１４  エンコーダ
１５  テンションアーム
１６  テンション機構
１７  ガイドプーリ
１８  モータ
１９  回収側トラバーサ
２０  回収側リール
２１  ワーク固定テーブル
２２  ノズル
２３  固定機台
２４  クロスローラベアリング
２５  揺動モータ
２６  プーリ
２７  ベルト
２８  固定枠
２９  先端支持板
３０  スピンドル駆動軸
３１  プーリ
３２  ベルト
３３  スピンドル軸駆動モータ
３４  供給側プーリ
３５  回収側プーリ
３６  プーリ固定枠
３７  ガイド枠
３８  レール
３９  スライダ
【図１】
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【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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