(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴット切断用のワイヤが周回する多数の溝を周面にもつ複数のグルーブローラと、グルーブローラにデフレクタローラを経てワイヤを送り出す新線用ワイヤリールと、グルーブローラからデフレクタローラを経て送り出されたワイヤを巻き取る巻取り用ワイヤリールと、走行するワイヤに所定の張力を付与する張力調整機構と、グルーブローラとデフレクローラとの間に配置され、ワイヤに加えられている張力を検出する張力検出センサと、ワイヤの張力検出値が入力され、張力の変動幅及び／又は変動の速度或いは加速度から異常の前兆を判定する演算判断回路と、異常前兆信号が演算判断回路から入力される制御装置を備え、異常前兆信号に応じて稼動停止信号又は警報が制御装置から発せられるワイヤーソー切断装置。
【請求項２】
インゴット切断用のワイヤが周回する多数の溝を周面にもつ複数のグルーブローラと、
グルーブローラにデフレクタローラを経てワイヤを送り出す新線用ワイヤリールと、
グルーブローラからデフレクタローラを経て送り出されたワイヤを巻き取る巻取り用ワイヤリールと、
走行するワイヤに所定の張力を付与するバランスウェイトが吊下げられたダンサローラと、
上下動するダンサローラの変位を検出する位置検出センサと、
位置検出センサで検出されたダンサローラの上下動速度或いは加速度から異常の前兆を判定する演算判断回路と、
異常前兆信号が演算判断回路から入力される制御装置を備え、
異常前兆信号に応じて稼動停止信号又は警報が制御装置から発せられるワイヤーソー切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インゴットのスライシングに使用されるワイヤの破断を未然に防止するワイヤソー切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
引上げ法等で製造したインゴットは、トップ及びテールを切断分離した後、外径研削，オリエンテーションフラット加工等の工程を経て所定厚みのウェーハにスライスされる。スライシングには、内周刃を備えたスライサーが知られているが、最近ではウェーハの大径化に伴ってピアノ線等のワイヤソーによる切断が採用されるようになってきた。
ワイヤソー切断装置は、一般的には図１に示すように３本のグルーブローラ１〜３を備えており、そのうちの１本が駆動モータ４に連結されている。グルーブローラ１〜３に複数回周回させることにより構成したマルチワイヤ５は、一方のワイヤリール６から巻き出され、他方のワイヤリール７に巻き取られる。マルチワイヤ５には、引っ張られた状態でローラ１〜３を周回するようにテンショナー８で張力が付与される。
【０００３】
スライスされるインゴット９は、接着治具を介してホルダー１０に装着されてグルーブローラ１と２の間に配置され、マルチワイヤ５により複数のウェーハにスライスされる。このとき、スライシング作業を円滑に行わせるため、マルチワイヤ５にスラリー１１が供給される。スラリー１１は、スラリータンク１２から供給管１３を経てノズル１４からマルチワイヤ５に供給された後、パン１５で回収され、スラリータンク１２に返送される。また、スラリー１１を冷却するため、熱交換器１６とスラリータンク１２との間でスラリー１１を循環させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
インゴット９を一定条件下でスライシングするためワイヤ５に張力が付与される。張力付与には、振り子式のテンショナー８（図１）の外にバランスウェイト１７（図２），パウダークラッチ等も使用されている。
バランスウェイト１７で張力を付与する場合、図２に示すように新線用ワイヤリール６からワイヤ５を巻き出した後、デフレクタローラ１８，１８・・を経てグルーブローラ１〜３に送り込み、一方向ｄ1 に走行してインゴット９の切断に使用され、デフレクタローラ１８，１８・・を経て巻取り用ワイヤリール７に巻き取られる。或いは、逆方向ｄ2 の走行を周期的に繰り返しながら、トータルとして巻取り用リール７に巻き取られていく双方向切断も採用されている。
走行中のワイヤ５に所定の張力が加えられるように、出側及び入側デフレクタローラ１８と１８との間に配置したダンサローラ１９を周回する走行軌跡を取らせる。ダンサローラ１９に吊り下げられたバランスウェイト１７により、ワイヤ５に所定の張力が付与される。
【０００５】
ワイヤ５の走行中に、ワイヤ５に加えられている張力が上昇することがある。なかでも、ワイヤ５の走行方向がｄ1 →ｄ2 又はｄ2 →ｄ1 と切り替わるとき、張力の上昇が生じ易い。張力の上昇分は、テンショナー８（図１）が上方に旋回し、ダンサローラ１９（図２）が上昇し、或いはパウダクラッチ（図示せず）の旋回運動によってある程度吸収される。しかし、テンショナー８，ダンサローラ１９，パウダクラッチ等では、張力の急激な上昇に対応できない。
その結果、テンショナー８，ダンサローラ１９，パウダクラッチ等の張力調整機構を備えたものでも、異常な張力によってワイヤ５が破断する虞れがある。ワイヤ５の破断は、ワイヤソー切断装置の稼動中断を意味するばかりでなく、破断したワイヤ５を取り外し、新規なワイヤ５をセッティングするために、多大の作業や時間が消費され、生産性も低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、張力の異常上昇に至る前兆を判別し、稼動停止や張力緩和のアクションを採ることにより、ワイヤの破断を未然に防止し、安定条件下でワイヤソー切断装置を稼動させることを目的とする。本発明のワイヤソー切断装置は、その目的を達成するため、インゴット切断用のワイヤが周回する多数の溝を周面にもつ複数のグルーブローラと、グルーブローラにデフレクタローラを経てワイヤを送り出す新線用ワイヤリールと、グルーブローラからデフレクタローラを経て送り出されたワイヤを巻き取る巻取り用ワイヤリールと、走行するワイヤに所定の張力を付与する張力調整機構と、グルーブローラとデフレクローラとの間に配置され、ワイヤに加えられている張力を検出する張力検出センサと、ワイヤの張力検出値が入力され、異常の前兆を判定する演算判断回路と、異常前兆信号が演算判断回路から入力される制御装置を備えており、異常前兆信号に応じて稼動停止信号又は警報が制御装置から発せられる。異常前兆としては、ワイヤに張力を付与するダンサローラの上下変動を使用することもできる。この場合、ダンサローラの上下動の速度又は加速度により張力の異常上昇が予測される。また、ワイヤの張力変動及びダンサローラの上下変動を併用するとき、より確実性の高い前兆が得られる。
【０００７】
【実施の形態】
ワイヤソー切断装置でインゴットをスライシングする際、ワイヤ５の張力が異常に上昇することがある。張力の異常上昇は、ワイヤリール６，７にワイヤ５が一様に巻かれていないこと，繰出し及び巻取り作業中のワイヤリール６，７とトラバーサの同期が不完全で繰出しと巻取りとの間に調和が取れていないこと，摩耗によって溝が変形したグルーブローラ１〜３やガイドローラにワイヤ５が引っ掛かること等が原因として掲げられる。
本発明者等の調査・研究によるとき、何の前兆もなく張力が異常に上昇することは少なく、張力の異常上昇に先立った前兆があることを見出した。前兆としては、定常状態でほぼ一定高さを保っているダンサローラ１９が一定範囲を超えて上下に激しく変位し、或いは一定値を超える速度又は加速度で変位すること，ワイヤ張力ゲージでモニタリングしているワイヤ５の張力自体が一定範囲を超えて上下に変動し、或いは一定値を超える速度又は加速度で変化すること等がある。そこで、本発明においては、このような前兆が検出されたとき、ワイヤソーによる切断作業を自動的に停止させ、或いは作業者に警報を発して適切なアクションの変更を採らせることにより、ワイヤ５の破断を未然に防止する。
【０００８】
具体的には、図３に示すようにダンサローラ１９，１９の変位を検出する位置検出センサ２０，２０及びワイヤ５の張力を検出する張力検出センサ２１，２１を設けている。張力検出センサ２１，２１は、グルーブローラ１，２から出てきたワイヤ５の張力を検出する上で、グルーブローラ１，２とデフレクタローラ１８，１８の間に設けることが好ましい。
位置検出センサ２０，２０は、張力変動に応じて上下動するダンサローラ１９，１９の位置を連続的に検出する。検出結果から、ダンサローラ１９，１９の変位量が判る。また、連続的に求めた変位量からダンサローラ１９，１９が上昇又は下降する速度又は加速度が判る。張力検出センサ２１で検出された値からは、ワイヤ５に加えられている張力の変動状況が把握される。
【０００９】
位置検出センサ２０で検出されたダンサローラ１９の位置情報及び張力検出センサ２１で検出されたワイヤ５の張力情報は、演算判断回路２２に出力される。演算判断回路２２では、位置検出センサ２０及び張力検出センサ２１から送られてきた位置情報及び張力情報をそれぞれの設定値と比較する。比較の結果、ダンサローラ１９，１９の変動状態や上下動の速度又は加速度が一定範囲内にあるとき及びワイヤ５の張力変動が一定範囲内にあるとき、正常な切断作業が進行しているものと判定する。
【００１０】
張力の異常上昇に至る前兆は、使用するワイヤ５の材質，径，ワイヤソーの操業条件等によって異なり、それぞれの条件ごとに定めることが好ましい。通常の仕様では、たとえばダンサローラ１９，１９の変動幅が２０ｃｍを超える場合，ダンサローラ１９，１９が３０ｃｍ／秒を超える速度で上下動する場合，上下動の加速度が５０ｃｍ／秒2 を超える場合等，ワイヤ５の張力変動幅が設定値±２ｋｇｆ／ｍｍ2 を超える場合，張力変動速度が６ｋｇｆ／ｍｍ2 ／秒を超える場合，張力変動の加速度が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 ／秒2 を超える場合等がある。そこで、これらの値を閾値として演算判断回路２２に予め入力しておく。
位置検出センサ２０，２０からの位置情報及び／又は張力検出センサ２１，２１からの張力情報が閾値を超えたとき、張力が異常上昇する傾向にあるものと予測し、異常前兆信号ｓを制御装置２３に出力する。制御装置２３では、異常前兆信号ｓに応じて制御信号を出力し、ワイヤソーの運転を自動的に停止させ、或いは作業者に警報を発する。警報を聞いた作業者は、たとえばワイヤソーを直ちに安全に停止させ、異常の原因を除去又は修正する。或いは、切断中のインゴットの切断が終了するまで監視しながら操業し、切断終了後に異常の原因を除去又は修正する等のアクションをとりワイヤ５の破断を未然に防止する。
【００１１】
このようにしてワイヤ５に加えられている張力の異常上昇を来す前兆を検出し、検出結果に応じて操業アクションを変更するとき、ワイヤ５の破断が未然に防止される。したがって、ワイヤ５が破断した際に必要なワイヤ５の取外しや巻付け等の面倒な作業が不要となり、ワイヤソーの稼動効率が向上し、高生産性でインゴットがスライシングされる。
【００１２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のワイヤソー切断装置においては、インゴット切断中のワイヤに加わっている張力の変動状況及び／又はダンサローラの上下動を検出し、検出値から張力の異常上昇を来す前兆を判定し、前兆がみられたときに切断作業を停止し或いはワイヤの張力を緩和している。そのため、ワイヤの破断が確実に防止され、ワイヤソー切断装置の稼動効率が上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ワイヤソー切断装置の全体概略図
【図２】  ワイヤの走行経路を示す図
【図３】  本発明に従って張力の異常上昇を来す前兆を判定する機構を組み込んだワイヤ走行経路
【符号の説明】
１〜３：グルーブローラ    ４：駆動モータ    ５：ワイヤ    ６，７：ワイヤリール    ８：テンショナー    ９：インゴット    １０：ホルダー
１１：スラリー    １２：スラリータンク    １３：供給管    １４：ノズル
１５：パン    １６：熱交換器    １７：バランスウェイト    １８：デフレクタローラ    １９：ダンサローラ    ２０：位置検出センサ    ２１：張力検出センサ    ２２：演算判断回路    ２３：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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