JP2015155119A - ワイヤソー及び切断加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤソーのワイヤを揺動する際のワイヤ張力変動を低減し、ワイヤの断線を防止すると共に切断精度を向上する。【解決手段】走行するワイヤ２にワークＷを押し付けて切断するワイヤソー１において、ワイヤ２の繰出し及び巻取りを交互に行う一対のリール３、４と、揺動軸１０ａを中心に揺動する揺動円板１０と、揺動円板１０に軸支され、回動自在な溝ローラ１１ａ、１１ｂと、溝ローラ１１ａ、１１ｂに巻回されることにより、溝ローラ１１ａ、１１ｂ間に形成されるワイヤ列２ａと、両リール３、４間のワイヤ走行経路上であって、ワイヤ列２ａの繰出し側及び巻取り側にそれぞれ設けられ、その一端を基点に揺動することによってワイヤに所定の張力を付与するモータ５３、６３が設けられた一対のテンショナー５０、６０と、ワイヤソー１を制御する制御装置１７とを備え、制御装置１７は、揺動円板１０の揺動に同期させてテンショナー５０、６０を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ等の半導体材料やセラミックス等を切断するワイヤソー及び切断加工方法に関する。

従来から半導体インゴット等のワークをウエハ状に切り出すワイヤソーが知られている。このワイヤソーは、複数の溝ローラ間にワイヤが巻き回されてワイヤ列が形成されており、該ワイヤ列のワイヤが一方向走行または往復走行するようになっている。そして、前記ワークをワイヤ列に押し付けることで該ワークがウエハ状に多数枚同時に切り出されるようになっている。

前記ワイヤソーでは、ワイヤの両端が、それぞれワイヤの供給・回収リールに巻回されており、供給側のリールから繰出されたワイヤは、複数の溝ローラを経由して回収側の回収リールに巻取られるようになっている。また、ワイヤ走行方向が切り替わる際には、上記の供給側と回収側が逆の状態となって、ワイヤの繰出し及び巻取りが行なわれるようになっている。

また、上記ワークの切断に当たり、切断が進行すると、切断負荷が高まり切削屑の排出もされ難くなるため、前記ワイヤを揺動円弧運動させながら切断する方法が知られている（例えば特許文献１）。

上記特許文献１のごとくワイヤを揺動円弧運動させることで、前記ワークとワイヤとの接触量が低減され、切断負荷が軽減される。このように切断負荷が軽減されることで、切断速度が増大すると共に切削屑が排出され易くなる。

しかしながら、上記特許文献１のワイヤソーは、ワイヤを揺動円弧運動させる際に、ワイヤの張力変動が大きくなり、切断精度の低下やワイヤの断線などの不具合を招く虞があった。即ち、ワイヤ列から引き出された供給側及び回収側のワイヤと両ワイヤを受けるそれぞれのガイドプーリとの間で溝ローラの揺動円弧運動により、ワイヤ長が変位し、その変位により、一方はワイヤが引っ張られ、他方はワイヤが弛む状態となる。

上記のようなワイヤ長の変位は、溝ローラの供給側及び回収側の溝部に負荷が大きく掛かるため、溝ローラの供給側及び回収側に対応するそれぞれの第１溝や溝ローラの両隣のガイドプーリが特に深く掘れていく問題がある。このように溝ローラやガイドプーリが深く掘れて摩耗していくと、その部分のワイヤ張力が変動したり、深く掘れた溝にワイヤが引っ掛かってワイヤが断線したりする問題があった。

そこで、このワイヤの引っ張り状態と弛んだ状態を緩和する装置として、前記揺動に同調させてワインダ（供給・回収リールに相当）の回転速度を制御するワインダ速度制御手段を有しているワイヤソーが知られている（例えば特許文献２）。

特開平０１−１７１７５３号公報 特開２０１２−２３６２５６号公報

上記特許文献２の装置は、揺動時のワイヤ走行経路のワイヤ長変位量に応じてワインダの繰出し・巻取り量を調整するようにワインダの速度を速めたり、遅くしたりしている。

ところで、上記特許文献２の装置は、ワインダを駆動制御しているが、これらのワインダは、鋼線を芯線とするワイヤが多重に巻回されており、さらには強度を保つために肉厚に形成されているため、かなりの重量物となる。このような重量物であるワインダをワイヤ走行の正逆反転時に制御しようとした場合、イナーシャ（慣性力）の影響を大きく受けるため、瞬時の制御をすることが困難となる問題があった。また、ワインダは、上記のように重量物の回転を制御するために大型のモータが接続されることが多く、この大型のモータでは、ワイヤ長さの微細な変化に追従して制御することが困難となる問題があった。

上記のように揺動時のワイヤ長変位量に追従し切れない場合は、ワイヤに負荷がかかり、ワイヤが断線したり、ワイヤの張力変動により切断精度が低下したりする問題があった。

また、上記特許文献２の装置は、揺動によって生じた変位を揺動部から一番離れた位置、即ちワインダの回転速度で制御するようになっているため、ワイヤ長変位に対応するワイヤ走行経路長が長くなり、制御量の誤差が生じたり、制御が反映されるまでの時間が長くなったりする問題があった。このように制御が反映されるまでの時間が長いとワイヤ張力の変動が起こり、ワイヤが断線したり、切断精度が低下したりする問題があった。

そこで、本発明は、ワイヤの揺動によるワイヤ長の変位を即座に吸収すべく、制御を高速化すると共に精度良く制御することでワイヤの断線を防止し切断精度を高めることを目的とする。

そこで、請求項１の発明は、
走行するワイヤにワークを押し付けて該ワークを切断するワイヤソーにおいて、
前記ワイヤの繰出し及び巻取りを交互に行う一対のリールと、
前記ワークが押し付けられる方向に対して略垂直に形成される揺動軸を中心に揺動する揺動円板と、
前記揺動円板に軸支され、前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回動自在な複数の溝ローラと、
前記複数の溝ローラに巻回されることにより、前記溝ローラ間に形成されるワイヤ列と、
前記両リール間のワイヤ走行経路上であって、前記ワイヤ列の繰出し側及び巻取り側にそれぞれ設けられ、その一端にガイドプーリが設けられると共に他端側が軸支された一端を基点に揺動することによって前記ワイヤに所定の張力を付与するモータが設けられた一対のテンショナーと、
前記ワイヤソーを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記揺動円板の揺動に同期させて前記テンショナーを制御するようにした構成を採用したワイヤソーである。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のワイヤソーにおいて、
前記両テンショナーをそれぞれワイヤの走行経路に沿って移動自在に設け、
前記溝ローラ支持部の揺動に伴うワイヤ長さの変動を打ち消す方向にそれぞれのテンショナーを移動させるようにした構成を採用したワイヤソーである。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載のワイヤソーにおいて、
前記制御装置によるテンショナーの制御は、前記モータのトルクの増減により行うようにした構成を採用したワイヤソーである。

また、請求項４の発明は、
走行するワイヤにワークを押し付けて該ワークを切断するワイヤソーの切断加工方法において、
前記揺動円板の揺動に伴うワイヤ長さの変動を打ち消す方向にそれぞれのテンショナーを移動させるようにした構成を採用したワイヤソーの切断加工方法である。

本発明によれば、揺動円板の揺動に同期してそれぞれのテンショナーの制御が行なわれるので、前記揺動円板の揺動によるワイヤの張力変動を効果的に抑えることができる。また、軽量なテンショナーの制御を行うので、ワイヤの張力変動に高速で追従制御することができる。

また、本発明によれば、溝ローラ支持部に近いテンショナー部分で揺動によるワイヤ長さの変位を緩和できるので、誤差が少なく、しかも高速に制御を行うことができる。

また、本発明によれば、テンショナー部分のガイドプーリをそのまま使用するので、新たにガイドプーリを設ける必要がなく、ガイドプーリが増えることのコストアップがない。さらにガイドプーリが増えることによるワイヤの負荷も軽減できる。

は、本発明のワイヤソーの全体概略正面図である。 は、本発明のワイヤソーの右側断面図である。 は、本発明のワイヤソーのワイヤ列形成部近傍の一部切欠き平面図である。 は、本発明のワイヤソーの揺動動作を表す説明図である。 は、本発明のワイヤソーの揺動動作を表す説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ワイヤの走行経路におけるワイヤ長の変化を表す説明図である。 は、本発明の第１の実施形態に係るワイヤソーの揺動動作を表すフロー図である。 は、本発明におけるワイヤソーの揺動角度に対するテンショナー制御のタイムチャートである。 は、本発明の第２の実施形態に係るワイヤソーの揺動動作を表す説明図である。 は、本発明の第３の実施形態に係るワイヤソーの揺動動作を表すフロー図である。

以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図４に基づいて説明する。

図１は、本発明のワイヤソーの全体概略正面図である。図１のようにワイヤソー１は、ワイヤ２が多数回巻き掛けられた供給リール３と、前記ワイヤ２を巻き取る回収リール４と、前記ワイヤ２を所定の方向にトラバースするトラバーサプーリ５及び６と、前記ワイヤ２を所定の方向に導く複数のガイドローラ７ａ、７ｂ、７ｃと、前記ワイヤ２に所定の張力を付与するテンショナー５０、６０と、前記ガイドローラ７ｂの位置でワイヤの張力を測定するロードセル８と、前記ワイヤ２が複数回巻き掛けられてワイヤ列２ａを形成する２本の溝ローラ１１ａ、１１ｂと、前記溝ローラ１１ａ、１１ｂを回動自在に軸支する揺動円板１０と、前記２本の溝ローラ１１ａ、１１ｂの間の上部に設けられるワークＷを保持し前記ワイヤ列に向けて該ワークＷを押し付けるワーク保持部２０と、前記ワイヤソー１の動作を制御する制御装置１７などを備えて構成される。

図２のように前記揺動円板１０は、立設された本体プレート１６に開口した円形の貫通孔にクロスローラベアリングなどのベアリング３３を介して軸支されており、図１における揺動軸芯１０ａ回りに回動自在になっている。また、図２及び図３のように前記揺動円板１０の前面下方には溝ローラ支持部１０ｂが前方に突出するように設けられている。前記溝ローラ支持部１０ｂと前記揺動円板１０との間には、表面に多数の溝が形成された一対の溝ローラ１１ａ、１１ｂが回動自在に軸支されている。前記溝ローラ１１ａ、１１ｂは、揺動円板１０の裏面側に設けられた主軸モータ１２と図示しない適宜の伝導機構によって接続されており、前記両溝ローラ１１ａ、１１ｂは、前記主軸モータ１２の駆動によって回動自在になっている。

また、本体プレート１６の下方には揺動モータ１５が設けられ、この揺動モータ１５のモータ軸に駆動プーリ１３が軸止されている。前記揺動円板１０の後端外周には、図示しない歯車が形成されており、この歯車と前記駆動プーリ１３との間にタイミングベルト１４が張設されている。従って、前記揺動モータ１５を駆動することで前記揺動円板１０は前記溝ローラ１１ａ、１１ｂと一体に揺動軸芯１０ａ回りに揺動するようになっている。

前記溝ローラ１１ａ、１１ｂには、前記ワイヤ２が螺旋状に多数巻き付けられてワイヤ列２ａが形成されている（図３参照）。前記ワイヤ列２ａの上方には、ワークＷを保持すると共に該ワイヤ列に向けてワークＷを押し付けるワーク保持部２０が設けられている。

前記ワーク保持部２０は、ワークＷが固定されるワークテーブル２１と、該ワークテーブル２１を支持する支柱３２と、該支柱３２の上端に固定されたテーブル保持枠２７と、該テーブル保持枠２７を昇降させる駆動ユニットとを備えている。

前記ワークＷは、このワークＷが完全に切断されるように該ワークＷと一緒に切断されるダミー部材３５が接着される。前記ダミー部材３５には、カーボン、ガラス、セラミックスなどが用いられる。前記ダミー部材３５は、ワーク台３４に接着等で固定され、このワーク台３４がワークテーブル２１にネジ等の部材で固定されることでワークＷがワーク保持部２０に保持されるようになっている。

図２のように前記駆動ユニットは、前記本体プレート１６の裏面に上方に向けて固定されたモータ２３と、前記本体プレート１６の前面に沿って前記溝ローラ１１ａ、１１ｂの回転軸と直交するように設けられたボールネジ２２とを備えている。前記モータ２３のモータ軸には、駆動プーリ２４が軸止され、ボールネジ２２の上端には従動プーリ２６が軸止されている。そして、前記駆動プーリ２４と従動プーリ２６との間には、本体プレート１６の開口部１６ａを介してタイミングベルト２５が張設されている。

また、前記ボールネジ２２を挟んで前記本体プレート１６と平行に支持枠２９が設けられ、該支持枠２９の前面にレール３０がボールネジ２２に沿って上下方向に敷設されている。前記テーブル保持枠２７の裏面には、前記ボールネジ２２と螺合するナット部材２８と、前記レール３０と摺動可能に嵌合したガイド３１が設けられている。従って、モータ２３を駆動することで、ワーク保持部２０がワークＷと一体に昇降動するようになっている。

前記供給リール３には、固定砥粒方式のワイヤソーの場合、例えば鋼線で形成された芯線にダイヤモンドなどの砥石が電着、レジン等で固定された固定砥粒ワイヤが巻き回される。また、遊離砥粒方式のワイヤソーの場合は、鋼線に銅メッキやブラスメッキが施されたワイヤが巻き回される。前記供給リール３は、モータ３ａが接続され、該供給リール３を正逆転させてワイヤ２の繰出しと、走行反転時のワイヤ２の巻取りを行うようになっている。

前記供給リール３から繰出されたワイヤ２はトラバーサ５によって供給リール３の幅方向に所定ピッチで繰出しと巻取りが行なわれる。その後、前記ワイヤ２は、複数のガイドプーリ７ａ、テンショナー５０のテンションプーリ５１、張力を測定するロードセル８が設けられたガイドプーリ７ｂに導かれ、ガイドプーリ７ｃを経由して溝ローラ１１ａに導かれる。前記溝ローラ１１ａに導かれたワイヤ２は、溝ローラ１１ａ、１１ｂの溝に螺旋状に巻き掛けられ、ワイヤ列２ａを形成する。

なお、ワイヤ列２ａのワイヤ２の走行方向と直交する方向には、図示しない加工液を供給する加工液供給ノズルが延設されている。この加工液供給ノズルからは、固定砥粒方式のワイヤソーの場合には、水に界面活性剤等が添加された加工液がワイヤ２やワークＷに向けて噴射されるようになっている。また、遊離砥粒方式のワイヤソーの場合は、ＳｉＣやダイヤモンド等が油やグリコール等に混合されたスラリが加工液として用いられる。

また、前記溝ローラ１１ｂから出たワイヤ２は、供給側と同様に複数のガイドプーリ７ｃ、７ｂ、７ａとテンションプーリ６１を経由してトラバーサ６に導かれ、回収リール４に巻き取られるようになっている。なお、回収リール４にも供給リール３と同様にモータ４ａが接続されており、該回収リール４が正逆転されることでワイヤ２の巻取りと繰出しを行うようになっている。

前記供給側テンショナー５０は、ワイヤ２が掛けられるテンションプーリ５１と、該テンションプーリ５１にその一端が軸支されるテンションアーム５２と、該テンションアーム５２の他端に接続され、エンコーダが内蔵されたモータ５３とを備えている。

前記供給側テンショナー５０は、前記モータ５３を駆動してテンションアーム５２に所定の力を付与することでテンションプーリ５１を介してワイヤ２に所定の張力を付与するようになっている。そして、ワイヤ２の張力が変動すると前記テンションアーム５２がモータ５３の軸を中心に回動し、モータ５３に内蔵されたエンコーダでテンションアーム５２の角度変化を読み取るようになっている。なお、回収側テンショナー６０も供給側のテンショナー５０と同様にエンコーダの内蔵されたモータ６３と、テンションアーム６２と、テンションプーリ６１とを備えているが、構成は供給側と同様であるので詳細な説明は省略する。

前記制御装置１７は、前記ワイヤソー１の全体の制御を行うようになっており、図１の二点鎖線のようにワイヤソー１に設けられた各種駆動源と接続されている。例えば、基本的なワイヤ２の走行制御は、供給側及び回収側テンショナー５０、６０での張力変動に基づき、モータ３ａ、主軸モータ１２、モータ４ａの速度比を制御することで行われるようになっている。

また、前記制御装置１７は、前記揺動円板１０を駆動する揺動モータ１５と供給側及び回収側テンショナー５０、６０のモータ５３、６３を同期させて制御するようになっている。例えば、図４のように、揺動円板１０が基準位置（揺動角度が０°）から反時計回り（−方向）に揺動した場合、溝ローラ１１ａのワイヤ２の引き出し位置８０ａ（図３参照）は、供給側の第１ガイドプーリ７ｃから遠ざかることになる。

この様子を拡大した図６（ａ）に基づいて説明する。図示のように溝ローラ１１ａが実線位置（基準位置に相当）に位置する場合、溝ローラ１１ａと供給側の第１ガイドプーリ７ｃとの間のワイヤ長さＬａは、Ｌａ＝Ｌ１＋Ｒ１で表される。そして、揺動円板１０が反時計回りに揺動して溝ローラ１１ａが実線位置から二点鎖線位置へと変位すると、溝ローラ１１ａと供給側の第１ガイドプーリ７ｃとの間のワイヤ長さＬｂは、Ｌｂ＝Ｌ２＋Ｒ２で表され、図示のごとくＬａ＜Ｌｂとなる。

これに対して、例えば図５のように、揺動円板１０が基準位置から時計回り（＋方向）に揺動した場合、溝ローラ１１ａのワイヤ２の引き出し位置８０ａ（図３参照）は、供給側の第１ガイドプーリ７ｃに近づくことになる。

この様子を拡大した図６（ｂ）に基づいて説明する。図示のように揺動円板１０が時計回りに揺動することで溝ローラ１１ａが実線位置から二点鎖線位置へと変位すると、溝ローラ１１ａと供給側の第１ガイドプーリ７ｃとの間のワイヤ長さＬｃは、Ｌｃ＝Ｌ３＋Ｒ３で表され、Ｌａ＞Ｌｃとなる。

なお、溝ローラ１１ｂのワイヤ２の引き出し位置８０ｂ（図３参照）と回収側の第１ガイドプーリ７ｃとの間のワイヤ長さも前述の図４乃至図６と対称に変化するため説明を省略する。

上記のように、通常行われる揺動動作は、上記の図４と図５が一定の速度で繰り返し行われるため、前記溝ローラ１１ａ、１１ｂとそれぞれの対応する第１プーリ７ｃ間のワイヤ長は繰り返し短くなったり長くなったりの変化を繰り返すことになる。

ここで、第１の実施形態に係るワイヤソー１では、前記揺動円板１０の揺動に応じて、前記供給側及び回収側テンショナー５０、６０を揺動させることでそれぞれのテンションプーリ５１、６１を前記ワイヤ長さの変位を打ち消す方向に位置させるようにするものである。

図４のように揺動円板１０が反時計回り（−方向）に揺動していくに伴い、供給側テンショナー５０のモータ５３を駆動してテンションアーム５２を時計回り（＋方向）に回転させる。このテンションアーム５２の回転量は、予め制御装置１７に設定された揺動円板１０の基準位置からの揺動角度に応じたワイヤ長の変位量から算出できる。即ち、揺動円板１０の揺動変化に伴う前記ワイヤ長の変位に同期して、このワイヤ長の変位を打ち消す方向に前記テンションアーム５２が駆動制御される。ここでいう同期とは、揺動円板１０の揺動変化と同一の周期だけではなく、前記ワイヤ長の変位を打ち消すことができる周期（ほぼ同一の周期）も含むものである。

なお、前述したがワイヤソー１のワイヤ走行は基本的には、供給側及び回収側テンショナー５０、６０での張力変動をテンションアーム５２、６２の角度変化としてエンコーダで読み取り、テンションアーム５２、６２が平行（基準位置）となるように供給リールモータ３ａ、主軸モータ１２、回収リールモータ４ａの回転比が制御されるようになっている。

しかし、前記揺動円板１０の揺動に伴って同期制御されるテンションアーム５２、６２の変位量を前記各モータ３ａ、１２、４ａの回転比に反映させると揺動円板１０の揺動によるワイヤ長の変位を打ち消す制御をしたにもかかわらず、その制御が相殺されてしまうことになる。

そこで、本発明においては、前記揺動円板１０の揺動によるテンションアーム５２、６２の回転量は、前記各モータ３ａ、１２、４ａの回転比には反映させないようにしている。すなわち、テンションアーム５２、６２の原点位置をワイヤ長の変位に合せて変位させるようになっている。

ただし、前記揺動円板１０の揺動によるワイヤ長の変位量以上、あるいは変位量以下となる張力変動を前記エンコーダで検知した場合は、その分の補正を通常のワイヤソー１の制御と同様に前記各モータ３ａ、１２、４ａの回転比を制御して行なうようにしている。

上記のように前記揺動円板１０の揺動によるテンションアーム５２、６２の駆動は、前記揺動円板１０の揺動によるワイヤ長の変化に対して直接的に行われるので、供給リール３ａ、回収リール４ａによる慣性力の影響なく、即座に前記ワイヤ長の変位を打ち消すことができ、特にワイヤ走行速度を高める場合にワイヤ張力の変動を精度良く低減することができる。

また、図５のように揺動円板１０が時計回り（＋方向）に揺動していくに伴い、回収側テンショナー６０のモータ６３を駆動してテンションアーム６２を時計回り（−方向）に揺動させる。このテンションアーム６２の回転量も、前記供給側の場合と同様に算出され、前記テンションアーム６２が回収側のワイヤ長の変位を打ち消す方向に駆動制御される。

次に、ワイヤソー１の切断加工動作を説明する。まず、ワイヤソー１には、ワークＷがワークテーブル２１にセットされ、所定のパラメータ（例えばワイヤ走行速度、揺動角度、揺動速度、ワイヤ張力、ワイヤ供給量など）が制御装置１７に入力される。前記ワイヤソー１が起動されると、前記パラメータに従って、ワークＷの切断が完了するまでの一連の処理が自動的に行われるようになっている。

前記ワークＷは、最後まで切断されるようダミー部材３５が接着され、このダミー部材３５とワーク台３４が接着等で固定される。前記ワーク台３４に固定されたワークＷは、該ワーク台３４を介してワイヤソー１のワークテーブル２１にネジ等で固定される。

次にワイヤソー１が起動されると、溝ローラ１１ａ、１１ｂの回転に連動して供給リール３及び回収リール４が駆動され、ワイヤ２が走行される。前記ワイヤ２は、適宜、設定されたパラメータに従って、前進走行と後退走行を繰り返しながら、その前進量と後退量の差で所定量ずつワイヤ２が供給される。

また、前記ワイヤ２の走行と共に前記揺動円板１０も制御装置１７の指令によって所定角度、所定速度で揺動制御が行なわれる。この揺動制御に伴い、前述のように供給側及び回収側テンショナー５０、６０の制御も行われる。

図７は、前記揺動制御の動作を表すフローチャートである。まず、ワイヤソー１が起動（スタート）されると揺動モータ１５に位置指令が行なわれる（Ｓ１）。この位置指令値から、当該位置でのワイヤ長の変位量を算出する（Ｓ２）。位置指令を受けた揺動モータ１５は、その位置指令値に基づいて駆動され、揺動円板１０が揺動動作を開始する（Ｓ３）。

前記揺動円板１０の揺動動作開始と同期（ほぼ同一の周期を含む）して前記工程Ｓ２で算出されたワイヤ長の変位量が０に近似するように供給側及び回収側テンショナー５０、６０の位置制御が行なわれる（Ｓ４）。前記工程Ｓ４の後、揺動動作が終了したかどうかの判断が行なわれ（Ｓ５）、揺動動作が終了でない場合は、上記工程Ｓ１からの動作が繰り返し行われる。揺動動作が終了すると揺動動作が停止する（エンド）。なお、前記工程Ｓ１乃至Ｓ５は、便宜上、直列に進行するように記述しているが、実際の制御は、ほぼ同時に行われる。

図８（ａ）乃至（ｃ）は、前記揺動円板１０の揺動動作に伴う供給側及び回収側テンショナー５０、６０のタイムチャートである。図８（ａ）のように前記揺動円板１０は、所定の速度で時計回り（＋方向）、反時計回り（−方向）に所定の角度で揺動を行う。

図８（ｂ）のように前記供給側テンショナー５０は、揺動円板１０の揺動角度が＋方向に変位した場合、この角度変位に同期して供給側テンショナー５０におけるテンションプーリ５１が移動制御される。この移動制御により、前記揺動円板１０の揺動動作に伴う溝ローラ１１ａと供給側の第１ガイドプーリ７ｃとの間のワイヤ長の変位が打ち消されるので、ワイヤ２の張力変動が緩和され、ワイヤ２が安定に走行する。また、揺動円板１０の揺動角度が−方向に変位した場合、上記と逆に供給側のテンションプーリ５１が移動制御される。

図８（ｃ）のように前記回収側テンショナー６０は、揺動円板１０の揺動角度が+方向に変位した場合、この角度変位に同期して回収側テンショナー６０におけるテンションプーリ６１が移動制御される。この移動制御により、前記揺動円板１０の揺動動作に伴う溝ローラ１１ｂと回収側の第１ガイドプーリ７ｃとの間のワイヤ長の変位が打ち消されるので、ワイヤ２の張力変動が緩和され、ワイヤ２が安定に走行する。また、揺動円板１０の揺動角度が−方向に変位した場合、上記と逆に供給側のテンションプーリ６１が移動制御される。

上記のように揺動円板１０の揺動変位に伴い、供給側及び回収側テンショナー５０、６０が繰り返し制御される。

次に本発明の第２の実施形態について、図９に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と共通する部分の符号は、第１の実施形態と同じものを使用し、共通部分の説明は省略する。

図９は、ワイヤソー１の供給側の一部を抜粋した概略正面図である。供給側テンショナー５０は、第１の実施形態と同様にテンションプーリ５１、テンションアーム５２、エンコーダを内蔵するテンションモータ５３を備え、これらが一体に支持枠７０に支持されている。前記支持枠７０は、図示上下方向に敷設されたレール７１と摺動可能に嵌合し、適宜の駆動源（図示しない）によって、上下方向に移動自在となっている。なお、図示しないが回収側についても供給側と同様の機構が設けられている。

前記供給側テンショナー５０は、揺動円板１０が時計方向（＋方向）に揺動するに伴って、ワイヤ長の変位を打ち消す下方向（＋方向）に移動するようになっている。また、揺動円板１０が反時計方向（−方向）に揺動するに伴って、ワイヤ長の変位を打ち消す上方向（−方向）に移動するようになっている。この供給側テンショナー５０の上下方向の移動は、この移動専用に別途モータ等を設けても良いが、揺動円板１０の揺動モータ１５を適宜のリンクやベルト等を用いて同期して駆動するようにしても良い。このように揺動モータ１５を併用することで、同期を取り易く、またコストも増大しない。なお、回収側テンショナー６０は、図示しないが、供給側テンショナー５０と同様に揺動円板１０の揺動に伴って、ワイヤ長の変位を打ち消す方向に移動するようになっている。その他の機構については第１の実施形態と同様のものを用いている。以上が、本発明の第２の実施形態の構成である。

次に本発明の第３の実施形態について、以下に説明する。基本的なワイヤソー１の構成は、第１の実施形態と同じであるが、第３の実施形態では、前記供給側テンショナー５０のテンショナーモータ５３及び回収側テンショナー６０のテンショナーモータ６３を駆動量で制御するのではなく、出力トルクの変化で制御するようにしている。

即ち、前記揺動円板１０が、時計方向（＋方向）に揺動した場合、供給側のテンショナーモータ５３の出力トルク値を高め、回収側のテンショナーモータ６３の出力トルク値を低減する制御を行う。また、前記揺動円板１０が、反時計方向（−方向）に揺動した場合、供給側のテンショナーモータ５３の出力トルク値を低減し、回収側のテンショナーモータ６３の出力トルク値を高める制御を行う。これらの制御は第１の実施形態と同様に予め制御装置１７に入力されている揺動円板１０の揺動角度に応じて算出されるワイヤ長さの変位量に基づいて同期（ほぼ同一の周期を含む）して行なわれる。

図１０は、本発明の第３の実施形態のフローチャートである。まず、ワイヤソー１が起動（スタート）されると、揺動モータ１５に位置指令が送られる（Ｓ１１）。続いて、この位置指令値から当該位置でのワイヤ長の変位量が算出される（Ｓ２２）。ワイヤ長の変位量が算出されると揺動円板１０の揺動動作が開始される（Ｓ３３）。次に揺動円板１０の揺動動作に伴うワイヤ長の変位量に応じてテンショナーモータ５３、６３の出力トルクを増減させる（Ｓ４４）。続いて、揺動円板１０の揺動動作が終了したかどうかの判断が行なわれ、揺動動作が終了していない場合は、工程Ｓ１１からの動作が繰り返し行われる。揺動動作が終了した場合は、動作を終了する（エンド）。上記以外のワイヤソー１の構成は、第１の実施形態と同様である。以上が、本発明の第３の実施形態の構成である。

本発明のワイヤソー及び切断加工方法は、上記の実施形態に限定されず、本発明の範囲内で適宜に変更できる。本発明のワイヤソーは上記ワイヤソー１に限定されず、揺動しながら走行するワイヤにワークを押し当てて切断加工を行うワイヤソーに広く適用が可能である。

例えば、ワイヤ列２ａを形成しない１本ワイヤで切断するシングルワイヤソーに用いても良い。また、ワイヤを揺動させる機構も本実施形態においては、ベアリングを用いて揺動円板を揺動させるようにしたが、円弧状のガイド機構を用いるなど各種の機構を用いることができる。

本発明においては、溝ローラが２本のワイヤソーを用いたが、溝ローラも３本以上であっても良く、複数本であれば良い。また、テンショナーの駆動もテンションアームの揺動で張力制御するようにしているが、テンションプーリの位置変位を検出及び制御できるものであれば各種のものを用いることができる。例えばテンションアームを用いずに直接テンションプーリを各方向に変位させるようにし、その位置の変位を検出するようにしても良い。

Ｗ ワーク
１ ワイヤソー
２ ワイヤ
３ 供給リール
３ａ 供給リールモータ
４ 回収リール
４ａ 回収リールモータ
５ トラバーサ
６ トラバーサ
７ａ ガイドプーリ
７ｂ ガイドプーリ
７ｃ 第１ガイドプーリ
８ ロードセル
１０ 揺動円板
１０ａ 揺動中心
１１ａ 溝ローラ
１１ｂ 溝ローラ
１２ 主軸モータ
１３ 駆動プーリ
１４ タイミングベルト
１５ 揺動モータ
１６ 本体プレート
１７ 制御装置
２０ ワーク支持部
２１ ワークテーブル
２２ ボールネジ
２３ モータ
２４ 駆動プーリ
２５ ベルト
２６ 従動プーリ
２７ 支持枠
２８ ナット部材
２９ 支持枠
３０ レール
３１ ガイド
３２ 支柱
３３ ベアリング
３４ ワーク台
３５ ダミー部材
５０ 供給側テンショナー
５１ テンションプーリ
５２ テンションアーム
５３ モータ
６０ 回収側テンショナー
６１ テンションプーリ
６２ テンションアーム
６３ モータ
７０ 支持枠
７１ レール
８０ａ 引き出し位置
８０ｂ 引き出し位置

Claims (4)

1. 走行するワイヤにワークを押し付けて該ワークを切断するワイヤソーにおいて、
   前記ワイヤの繰出し及び巻取りを交互に行う一対のリールと、
   前記ワークが押し付けられる方向に対して略垂直に形成される揺動軸を中心に揺動する揺動円板と、
   前記揺動円板に軸支され、前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回動自在な複数の溝ローラと、
   前記複数の溝ローラに巻回されることにより、前記溝ローラ間に形成されるワイヤ列と、
   前記両リール間のワイヤ走行経路上であって、前記ワイヤ列の繰出し側及び巻取り側にそれぞれ設けられ、その一端にガイドプーリが設けられると共に他端側が軸支された一端を基点に揺動することによって前記ワイヤに所定の張力を付与するモータが設けられた一対のテンショナーと、
   前記ワイヤソーを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記揺動円板の揺動に同期させて前記テンショナーを制御することを特徴とするワイヤソー。
2. 前記両テンショナーをそれぞれワイヤの走行経路に沿って移動自在に設け、
   前記揺動円板の揺動に伴うワイヤ長さの変動を打ち消す方向にそれぞれのテンショナーを移動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記制御装置によるテンショナーの制御は、前記モータのトルクの増減により行うことを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。
4. 走行するワイヤにワークを押し付けて該ワークを切断するワイヤソーの切断加工方法において、
   前記揺動円板の揺動に伴うワイヤ長さの変動を打ち消す方向にそれぞれのテンショナーを移動させるようにしたことを特徴とするワイヤソーの切断加工方法。

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