(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの走行方向を反転させながらワイヤの新線送りを行い、一方のリールからトラバーサを介して繰り出されたワイヤを、複数本の加工用ローラ間で巻回走行させた後、他方のリールにトラバーサを介して巻き取り、前記加工用ローラ間で走行されるワイヤ列により、ワークを切断加工するようにしたワイヤソーにおいて、
前記トラバーサの移動速度をリールの回転速度に関連させて制御するとともに、ワイヤの走行方向の反転時において、巻取り側となるリールに対するトラバーサの移動速度を、ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間だけ、前記制御による速度よりも相対的に高くなるように変化させたことを特徴とするワイヤソー。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤソーにおいて、前記ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間だけ、巻取り側のリールの回転を停止させるようにしたことを特徴とするワイヤソー。
【請求項３】
請求項１または２に記載のワイヤソーにおいて、前記ワイヤ走行方向の反転直後におけるトラバーサの移動速度を、リールの巻径に応じて変化させるようにしたことを特徴とするワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワイヤを使用して、半導体材料、磁性材料、セラミック等の硬脆材料よりなるワークに対し、切断加工を施すワイヤソーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ワイヤソーにおいては、複数本の加工用ローラ及び一対のリールが装備され、それらのリールにトラバーサが対向配置されている。この構成により、一方のリールからトラバーサを介して繰り出されたワイヤが、加工用ローラ間で巻回走行された後、他方のリールにトラバーサを介して巻き取られるようになっている。また、両リールの回転方向が間欠的に転換されて、ワイヤの走行方向が反転される。そして、ワイヤが一方向に送られるときに、ワイヤの新線送りが行われる。このように、加工用ローラ間で往復走行されるワイヤ列にワークが押し付けられて、ワークの切断加工が行われる。
【０００３】
そして、従来のこの種のワイヤソーでは、図６に示すように、一対のリールが回転方向を反転されながら、交互に繰出し及び巻取り回転されるとき、それらのリールと対応するトラバーサが、リールの回転速度に関連した移動速度に制御されて、リールの軸線方向に沿って移動されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のワイヤソーにおいては、リールの回転が繰出し方向から巻取り方向に転換され、そのリールの回転方向の転換に追従してトラバーサの移動方向が反転されるとき、リールに対するワイヤの巻取りピッチが変動するという問題があった。
【０００５】
すなわち、図７（ａ）に示すように、リール５１が繰出し方向に回転されるとともに、トラバーサ５２がリール５１の軸線方向に沿って移動されながら、リール５１から所定量のワイヤ５３が繰り出されて、ワイヤ５３が走行される。このとき、ワイヤ５３は、その巻き付け状態に沿ってリール５１から繰り出され、トラバーサ５２内におけるワイヤ５３の走行域を規定する一対のローラ５２ａ間を通過して、トラバーサ５２のガイドローラ５２ｂを介して加工域へ送り出される。
【０００６】
そして、ワイヤ５３が所定量走行すると、図７（ｂ）に示すように、リール５１の回転及びトラバーサ５２の移動が停止される。次いで、図７（ｃ）に示すように、リール５１が巻取り方向に回動されるとともに、トラバーサ５２が繰出し時と反対方向にトラバース移動されて、リール５１に対するワイヤ５３の巻取りが開始される。このとき、トラバーサ５２の移動に対しワイヤ５３はすぐにはリール５１の軸方向には同ピッチで巻回されず、ある程度の角度になるまでは、ワイヤ５３が密に巻かれてしまう。
【０００７】
そして、図７（ｄ）に示すように、ワイヤ５３にある程度の角度がつくと、ワイヤ５３は、安定して、所定ピッチでリール５１に巻回される。
その後、リール５１上に所定量のワイヤ５３が巻き取られると、図８（ａ）に示すように、リール５１の回転方向が繰出し側に転換されるとともに、トラバーサ５２の移動方向が反転されて、リール５１からのワイヤ５３の繰出しが開始される。このワイヤ５３の繰出し時において、図８（ｂ）に示すように、リール５１上にワイヤ５３が密に巻かれた箇所を通過する際には、トラバーサ５２が所定速度で移動されるが、ワイヤ５３の巻取りピッチが小さいため、図８（ｃ）に示すように、ワイヤ５３に所定角度βの遅れが発生する。
【０００８】
この状態で、図８（ｄ）に示すように、リール５１の回転及びトラバーサ５２の移動が停止される。そして、図９（ａ）に示すように、リール５１の回転方向が巻き取り側に転換されるとともに、トラバーサ５２の移動方向が反転されて、リール５１に対するワイヤ５３の巻取りが開始される。「このとき、停止時についていたワイヤ５３の角度βが取り消されるように、ワイヤ５３が巻回されている部分にさらに戻るように飛んで巻き取りを開始する。」従って、図９（ｂ）に示すように、さらにトラバーサ５２の移動によってワイヤ５２がある程度の角度になるまでは、ワイヤ５２が密に巻かれ、しかも一部重なって巻き取られる。
【０００９】
このように、図７（ｃ）〜図９（ｂ）の動作が繰り返し行われ、図９（ｃ）に示すように、ワイヤ５３が巻取りピッチの密な部分を通過するごとに、結果的にピッチが密な巻き取り部分の範囲が大きく、かつ、多くなる。このため、図９（ｄ）に示すように、ワイヤ５３の反転直前における繰り出し状態でワイヤ５３の遅れ角度βが次第に大きくなり、これにより、巻き取り開始時、再びワイヤ５３がその角度分大きく飛んで、重なって巻かれる。このような悪循環が繰り返され、このような状態になると、ワイヤソーに張力を調整する機構が備えられていても、その機構の能力限界を越えてしまい、その結果として、ワイヤ５３に張力変動が生じ、切断精度が低下するばかりでなく、最終的にはワイヤ５３の断線を招くというおそれがあった。
【００１０】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、リールの回転方向及びトラバーサの移動方向が転換されて、ワイヤの走行方向が繰出し側から巻取り側に反転されるとき、リールに対するワイヤの巻取りピッチが変動するのを抑制することができるワイヤソーを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ワイヤの走行方向の反転時において、巻取り側となるリールに対するトラバーサの移動速度を、ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間だけ、前記制御による速度よりも相対的に高くなるように変化させたことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、ワイヤがリールとトラバーサとの間で所定角度をすぐにつくることができ、安定した所定ピッチの巻き取りが開始される。これにより、繰り出し時においても、ワイヤに所定以上の角度がつくことなく繰り出され、これより反転直後の巻き取り開始においてワイヤが重なって巻き込まれたり、密に巻き取られることもなくなる。このため、巻取り密部分がほとんど形成されず、ワイヤの繰出し時にワイヤ張力変動が生じるおそれを抑制して、切断精度が低下するのを防止できるばかりでなく、ワイヤ切れのおそれもない。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のワイヤソーにおいて、前記ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間だけ、巻取り側のリールの回転を停止させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
従って、ワイヤの走行方向が繰出し側から巻取り側に反転されるときには、その反転直後の所定時間だけ、リールの回転が停止されるため、言い換えればトラバースのみがリールの回転開始に先行して行われるため、ワイヤが密に巻かれるのを、一層確実に抑制できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のワイヤソーにおいて、前記ワイヤ走行方向の反転直後におけるトラバーサの移動速度を、リールの巻径に応じて変化させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
従って、リールが太くなるにつれてトラバースの移動速度を遅くし、リールが細くなるにつれてリールの移動速度を速くすれば、リールに対するワイヤの巻取りピッチを常に一定にできるとともに、ワイヤ走行方向の巻取り側への反転時に、リール上にワイヤが密に巻かれるのを抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明の第１の実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、基台１１上にはコラム１２が立設されている。コラム１２の一側において基台１１上には、切断機構１３がブラケット１４を介して装設されている。この切断機構１３は所定間隔をおいて平行に延びる複数本の加工用ローラ１５，１６，１７を備え、それらの外周には多数の環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａが形成されている。
【００１９】
前記加工用ローラ１５，１６，１７の各環状溝１５ａ，１６ａ，１７ａには、１本の線材よりなるワイヤ１８が連続的に巻回されている。そして、加工用ローラ１５，１６，１７が回転方向及び回転速度を変更可能なサーボモータからなるワイヤ走行用モータ１９により回転されて、ワイヤ１８が走行される。この場合、ワイヤ１８の走行方向が、一定量前進（例えば１０ｍ）及び一定量後退（例えば９ｍ）のように反転されることにより、ワイヤ１８の反復使用とワイヤ１８の新線送り及び回収とが行われる。
【００２０】
前記切断機構１３の上方に位置するように、ブラケット１４上にはスラリ供給機構２０が配設され、このスラリ供給機構２０から加工用ローラ１５，１６，１７間のワイヤ列１８Ａ上に、遊離砥粒を含む水性または油性のスラリが供給される。スラリ供給機構２０の上方において、コラム１２にはワーク支持機構２１が上下動可能に支持され、その下部には硬脆材料よりなるワーク２２が着脱自在にセットされる。そして、ワーク支持機構２１がワーク昇降用モータ２３により上下動されて、ワーク２２がワイヤ列１８Ａに接近または離間される。
【００２１】
そして、ワイヤソーの運転時には、ワイヤ１８が切断機構１３の加工用ローラ１５，１６，１７間で走行されながら、ワーク支持機構２１が切断機構１３に向かって下降され、そのワイヤ列１８Ａに対しワーク２２が押し付け接触される。このとき、スラリ供給機構２０から加工用ローラ１５，１６，１７間のワイヤ列１８Ａ上へ遊離砥粒を含むスラリが供給され、ワーク２２がウエハ状に切断加工される。
【００２２】
前記基台１１上にはリール機構２４が装設され、ワイヤ１８の繰出し及び巻取を行うための一対のリール２５，２６を備えている。基台１１には回転方向及び回転速度を変更可能なサーボモータよりなる一対のリール回転用モータ２７，２８が配設され、それらのモータ軸にはリール２５，２６がそれぞれ連結されている。各リール回転用モータ２７，２８にはロータリエンコーダ２９，３０が接続され、これらのロータリエンコーダ２９，３０によりリール回転用モータ２７，２８の回転速度が検出される。
【００２３】
前記リール機構２４の各リール２５，２６に対応するように、基台１１上にはトラバーサ３１，３２がリール２５，２６の軸線方向に沿って移動可能に配設されている。そして、両リール２５，２６の回転に伴い、正逆回転可能なトラバースモータ４１の駆動によりピニオン４２が回転され、そのピニオン４２及びラック４３を介してトラバーサ３１，３２がガイド４４に沿って往復移動される。トラバーサ３１，３２には案内ローラ４５，４６，４７が設けられるとともに、その案内ローラ４５，４６，４７とリール２５，２６との間のワイヤ走行経路を規定する一対の規制ローラ４８がそれぞれ互いに離間して設けられている。そして、ワイヤ１８の往復動にともない、ワイヤ１８が一方のリール２５，２６からトラバーサ３１，３２を介して繰り出されるとともに、加工後のワイヤ１８が他方のリール２６，２５にトラバーサ３２，３１を介して巻き取られる。
【００２４】
前記リール機構２４と切断機構１３との間には、張力付与機構３３及びガイド機構３４が配設されている。そして、切断機構１３の加工用ローラ１５，１６，１７間に巻回されたワイヤ１８の両端が、ガイド機構３４の各ガイドローラ３５を介して張力付与機構３３に掛装されている。この状態で、張力付与機構３３のダンサローラ３３ａにより、加工用ローラ１５，１６，１７間のワイヤ１８に所定の張力が付与されるようになっている。なお、ダンサローラ３３ａには常時張力付与のための負荷が作用していて、ワイヤ１８の張力を一定に保持する調整機能も有する。
【００２５】
次に、前記のように構成されたワイヤソーについて、特にリール機構２４及びトラバーサ３１，３２に関連する機構部の回路構成を説明する。
図３に示すように、中央処理装置（ＣＰＵ）３６は、リール機構２４，トラバーサ３１，３２及びその関連構成の動作を制御する。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３７は、リール機構２４及びその関連構成の動作に必要な制御プログラムを記憶している。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３８は、制御プログラムの実行に伴って得られたデータ等を一時的に記憶する。そして、ＣＰＵ３６、ＲＯＭ３７及びＲＡＭ３８により、制御手段が構成されている。
【００２６】
前記ＣＰＵ３６は、ロータリエンコーダ２９，３０からの検出信号を入力するとともに、キーボード等の操作入力部３９からの操作信号を入力する。また、ＣＰＵ３６は、リール機構２４の各リール回転用モータ２７，２８及び各トラバーサ３１，３２に、駆動回路４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄを介して駆動・停止信号を出力する。
【００２７】
そして、前記ＣＰＵ３６は、リール回転用モータ２７，２８を回転させて、リール２５，２６を繰出し方向及び巻取り方向に回転させるとき、リール２５，２６のワイヤ巻径に相当する回転速度の検出信号を、ロータリエンコーダ２９，３０から入力する。この検出信号に基づいて、ワイヤ１８の走行速度が一定となるように、リール回転用モータ２７，２８の回転を制御して、リール２５，２６の回転速度を調整する。
【００２８】
また、前記ＣＰＵ３６は、リール２５，２６を繰出し方向及び巻取り方向に転換して回転させるとき、トラバーサ３１，３２をリール２５，２６の軸線に沿って異なった方向に反転移動させる。この場合、図４に示すように、トラバーサ３１，３２の移動速度を、リール２５，２６の回転速度に関連させるように制御するとともに、リール２５，２６上のワイヤ１８の巻径に応じて変化させる。すなわち、リール２５，２６のワイヤ巻径が小さい場合には、リール周長が短く、リール１回転あたりの巻き取り量が少ないために、図４に実線で示すように、トラバーサ３１，３２の移動速度を増大させる。また、リール２５，２６のワイヤ巻径が大きい場合には、リール周長が長く、リール１回転あたりの巻き取り量が多いために、図４に鎖線で示すように、トラバーサ３１，３２の移動速度を低下させる。
【００２９】
さらに、前記ＣＰＵ３６は、リール２５，２６の回転方向及びトラバーサ３１，３２の移動方向を転換させて、ワイヤ１８の走行方向を繰出し側から巻取り側に反転させるとき、トラバーサ３１，３２の移動速度を次のように変化させる。すなわち、巻取り側となるリール２５，２６に対するトラバーサ３１，３２の移動速度を、ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間ｔ１だけ、前記制御による速度よりも高くなるように変化させる。この場合、図４に実線及び鎖線で示すように、ワイヤ走行方向の反転直後におけるトラバーサの移動速度を、リール２５，２６のワイヤ巻径に応じて変化させる。すなわち、リール２５，２６の巻径が大きくなるほど、リール１回転あたりの巻取り量が大きくなるため、反転直後のトラバース速度を遅くする。また、リール２５，２６の巻径が小さくなるほど、リール１回転あたりの巻取り量が少なくなるため、反転直後のトラバース速度を速くする。
【００３０】
従って、このワイヤソーの運転時には、ワイヤ１８の走行方向が繰出し側から巻取り側に反転される際に、その反転直後の所定時間ｔ１だけ、巻取り側のリール２５，２６に対するトラバーサ３１，３２が、制御による移動速度よりも高い速度で移動され始める。このため、図７（ｃ）及び（ｄ）に示す従来のワイヤソーの動作とは異なって、ワイヤ走行方向の巻取り側への反転直後に、ワイヤ１８がリール２５，２６上に密に巻かれることはなく、最初からワイヤ１８がリール２５，２６上に安定して所定ピッチで巻き取られる。
【００３１】
よって、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示す従来のワイヤソーの動作とは異なり、リール２５，２６上のワイヤ１８の密な巻取り部が形成されたり、その密な巻取り部が連続したりすることがない。従って、繰り返し後のワイヤ１８の巻取り開始時における遅れ角度βが次第に拡大されることもなく、ワイヤ１８の遅れ角度βの拡大によって、ワイヤ１８に張力変動が生じて、切断精度が低下したり、ワイヤ１８が断線したりするおそれを抑制することができる。
【００３２】
前記の実施形態によって期待できる効果について、以下に記載する。
・  この実施形態のワイヤソーにおいては、ワイヤ１８の走行方向の反転時において、巻取り側となるリール２５，２６に対するトラバーサ３１，３２の移動速度が、ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間ｔ１だけ、前記制御による速度よりも高い値に変更されるようになっている。
【００３３】
このため、リール２５，２６の回転方向及びトラバーサ３１，３２の移動方向が転換されて、ワイヤ１８の走行方向が繰出し側から巻取り側に反転されるときには、その反転直後の所定時間ｔ１だけ、トラバーサ３１，３２の移動速度が前記制御による速度よりも高くなるように変更される。よって、ワイヤ走行方向の巻取り側への反転時に、リール２５，２６に対するワイヤ１８の巻取りピッチが変動することはほとんどなく、リール２５，２６上にワイヤ１８が密に巻かれるのを抑制することができる。
【００３４】
・  この実施形態のワイヤソーにおいては、ワイヤ走行方向の反転直後におけるトラバーサ３１，３２の移動速度が、リール２５，２６の巻径に応じて変更されるようになっている。このため、リールが太くなるにつれてトラバースの移動速度を遅くし、リールが細くなるにつれてリールの移動速度を速くすれば、リールに対するワイヤの巻取りピッチを常に一定にできるとともに、ワイヤ走行方向の巻取り側への反転時に、リール上にワイヤが密に巻かれるのを抑制することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、この発明の第２の実施形態を、前記第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３６】
さて、この第２の実施形態においては、図５に示すように、ワイヤ１８の走行方向の反転時において、巻取り側となるリール２５，２６に対するトラバーサ３１，３２の移動速度が、ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間ｔ１だけ、前記制御による速度よりも高い値に変更されるようになっている。また、前記ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間ｔ１だけ、巻取り側のリール２５，２６の回転が停止されるようになっている。
【００３７】
従って、この第２の実施形態においては、ワイヤ１８の走行方向が繰出し側から巻取り側に反転されるときには、その反転直後の所定時間ｔ１だけ、トラバーサ３１，３２の移動速度が前記制御による速度よりも高くなるように変更されるとともに、巻取り側のリール２５，２６の回転が停止される。このため、ワイヤ走行方向の巻取り側への反転時に、その反転直後の所定時間だけ、リールの回転が停止されるため、ワイヤ５３のトラバースのみがリールの回転開始に先行して行われることになる。従って、ワイヤが密に巻かれるのを、一層確実に抑制できる。なお、リール２５，２６の回転停止により、ワイヤ１８の張力が一時的に低下するが、その低下は張力付与機構３３により吸収され、切断精度低下には至らない。
【００３８】
（変更例）
なお、前記第１，第２の実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００３９】
・  前記第１の実施形態において、ワイヤ１８の走行方向が繰出し側から巻取り側に反転されるとき、その反転直後の所定時間ｔ１だけ、巻取り側のリール２５，２６の回転速度を低減させて、トラバーサ３１，３２の移動速度をリール回転速度に関連する制御による速度よりも相対的に高くなるように変更すること。
【００４０】
・  前記第２の実施形態において、リール２５，２６の巻径の変化に応じてリール２５，２６の停止時間を調整するように構成すること。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態のワイヤソーを示す正面図。
【図２】  図１のワイヤソーの平面図。
【図３】  ワイヤソーの主要機構部の回路構成を示すブロック図。
【図４】  トラバーサ移動速度及びリール回転速度を示す説明図。
【図５】  第２の実施形態のワイヤソーにおけるトラバーサ移動速度及びリール回転速度を示す説明図。
【図６】  従来のワイヤソーにおけるトラバーサ移動速度及びリール回転速度を示す説明図。
【図７】  従来のワイヤソーにおけるのワイヤの繰出し及び巻取り動作を順に示す説明図。
【図８】  従来のワイヤソーにおける図７以降のワイヤの繰出し及び巻取り動作を順に示す説明図。
【図９】  従来のワイヤソーにおける図８以降のワイヤの繰出し及び巻取り動作を順に示す説明図。
【符号の説明】
１３…切断機構、１５，１６，１７…加工用ローラ、１８…ワイヤ、２１…ワーク支持機構、２２…ワーク、２４…リール機構、２５，２６…リール、３１，３２…トラバーサ、３６…制御手段を構成するＣＰＵ、３７…制御手段を構成するＲＯＭ、３８…制御手段を構成するＲＡＭ、ｔ１…ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間。
【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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