JP5514229B2 - ワイヤソー装置およびワイヤソー装置を動作させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤソー装置および該ワイヤソー装置を動作させる方法に関する。より具体的には、本発明は、シリコンブロック、水晶ブロックなどの硬い材料を切削または鋸引きするワイヤソー装置、例えばシリコンウェーハを切り出すワイヤソー装置、スケアラ用のワイヤソー装置、クロッパ用のワイヤソー装置などに関する。

シリコンなどの硬い材料片から、ブロックまたはブリック、薄いスライス、例えば半導体ウェーハを切り出すワイヤソー装置が存在する。このような装置では、引き伸ばされたワイヤがスプールから供給され、ワイヤガイドシリンダによって誘導され、同時にぴんと張られる。鋸引きに使用されるワイヤは一般に研磨材を含む。１つの選択肢として、研磨材をスラリとして供給することもできる。スラリの供給は、切削する材料にワイヤが触れるすこし前に実施することができる。それによって、研磨材は、その材料を切削するワイヤにより切削位置へ運ばれる。別の選択肢として、コーティングによってワイヤに研磨材を提供することもできる。例えば、コーティングによって金属ワイヤにダイヤモンド粒子を提供することができ、その際、ダイヤモンド粒子はワイヤのコーティングに埋め込まれる。それによって、研磨材はワイヤにしっかりと接続される。

一般に、切削部分の厚さを薄くし、それによって無駄になる材料を減らすために、より細いワイヤが使用される傾向がある。さらに、ワイヤソー装置のスループットを向上させるために切削速度を速くしたいという要望もある。ウェブ内で材料片を移動させる最高速度および所与の時間内の最大有効切削面積は、ワイヤの速度、鋸引きする材料の硬さ、外乱の影響、所望の精度などを含むいくつかの因子によっても制限される。

切削時、軸方向に沿った所定の長さを有するスプールからワイヤを繰り出すことができる。ワイヤはスプールから１層ずつ繰り出されるため、ワイヤがスプールから離れる位置は、この繰り出し工程の間、軸方向に沿って移動する。ワイヤは、スプールの一方の側からもう一方の側へ、すなわちフランジからフランジへ交互に移動する。このことが、振動、ワイヤの捩れなどのような不必要な効果を生むことがある。

したがって、スプールからのワイヤの繰り出しの改良、および改良されたワイヤソー装置が求められている。

以上のことを考慮して、独立請求項である請求項１に記載のワイヤマネージメントユニット、請求項１３に記載のワイヤソー装置、およびワイヤソー装置内のワイヤ位置を追跡する独立請求項１５に記載の方法を提供する。その他の利点、特徴、態様および詳細は、従属請求項、以下の説明および図面から明らかである。

一実施形態によれば、切削用のワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置に対して適合されたワイヤマネージメントユニットが提供される。このワイヤマネージメントユニットは、プーリ移動装置と、ワイヤの方向を変化させる少なくとも１つのプーリであり、ワイヤをワイヤウェブまで誘導するように適合され、プーリ移動装置に接続され、プーリ軸を中心に回転するように適合された少なくとも１つのプーリと、それ自体からワイヤを繰り出している間、ワイヤウェブに向かってワイヤを供給するスプールであり、回転軸と、回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域とを含むスプールとを含み、プーリ移動装置は、前記少なくとも１つのプーリを、回転軸の方向に沿って移動させるように適合されている。

他の実施形態によれば、ワイヤソー装置が提供される。このワイヤソー装置は、切削用のワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置に対して適合されたワイヤマネージメントユニットを含む。このワイヤマネージメントユニットは、プーリ移動装置と、ワイヤの方向を変化させる少なくとも１つのプーリであり、ワイヤをワイヤウェブまで誘導するように適合され、プーリ移動装置に接続され、プーリ軸を中心に回転するように適合された少なくとも１つのプーリと、それ自体からワイヤを繰り出している間、ワイヤウェブに向かってワイヤを供給するスプールであり、回転軸と、回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域とを含むスプールとを含み、プーリ移動装置は、前記少なくとも１つのプーリを、回転軸の方向に沿って移動させるように適合されている。

他の実施形態によれば、切削用のワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置内のワイヤ位置を追跡する方法が提供される。この方法は、回転軸と、回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域とを有するスプールからワイヤを繰り出すこと、および回転軸の方向に沿って少なくとも１つのプーリを移動させることを含む。

実施形態は、開示された方法を実行する装置であって、記載されたそれぞれの方法ステップを実行する装置部分を含む装置も対象とする。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適当なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータを介して、これらの２つの任意の組合せによって、または他の任意の様式で実行することができる。さらに、本発明に基づく実施形態は、記載された装置が動作する方法も対象とする。この方法は、装置のあらゆる機能を実行する方法ステップを含む。

本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上で簡単に要約した発明を、実施形態を参照してより具体的に説明することができる。添付図面は、本発明の実施形態に関するものであり、以下に添付図面を説明する。

スプールからローラを介して繰り出されているワイヤを示す、ワイヤマネージメントユニットの一部分の概略図である。 図２Ａおよび図２Ｂは本明細書に記載の実施形態に基づくワイヤマネージメントユニットの一部分の概略図である。 図３Ａはワイヤ位置を検出するために第１および第２の電極が配置された、本明細書に記載の実施形態に基づく他のワイヤマネージメントユニットの概略図であり、図３Ｂはワイヤを誘導するために自動整列プーリが使用される、本明細書に記載の実施形態に基づく他のワイヤマネージメントユニットの概略図である。 本明細書に記載の実施形態に基づくワイヤマネージメントユニットの一部分の他の実施態様の概略図である。 図５Ａおよび図５Ｂはワイヤ位置を検出するために第１および第２の電極が配置され、ワイヤを誘導するために自動整列プーリが使用される、本明細書に記載の実施形態に基づくさらに他のワイヤマネージメントユニットの概略図である。 図６Ａから図６Ｂは本明細書に記載の実施形態に基づく他のワイヤマネージメントユニットの部分の異なる概略図である。 図６Ｃは本明細書に記載の実施形態に基づく他のワイヤマネージメントユニットの部分の異なる概略図である。 対応する整列のために自動整列プーリどうしが接続された、本明細書に記載の実施形態に基づくワイヤマネージメントユニットの部分の概略図である。 ワイヤ位置を追跡する、本明細書に記載の実施形態に基づく方法の流れ図である。

次に、本発明のさまざまな実施形態を詳細に参照する。それらの実施形態の１つまたは複数の例が図に示されている。以下に示す図面の説明では、同じ参照符号が同じ構成要素を指す。全般的に、個々の実施形態についての相違点だけを説明する。それぞれの例は本発明の説明として提供され、それぞれの例が本発明を限定することは意図されていない。例えば、ある１つの実施形態の部分として図示されまたは説明された特徴物を、他の実施形態上で使用し、または他の実施形態とともに使用して、さらに別の実施形態を生み出すことができる。本発明は、このような変更および変異を包含することが意図されている。

また、以下の説明では、ワイヤマネージメントユニットが、クロッパ、スケアラ、ウェーハ切削ワイヤソーなどのワイヤソー装置の作業域へのワイヤの供給を処理する装置と理解される。典型的には、ワイヤマネージメントユニットは、ワイヤを移送し、ワイヤをワイヤ移動方向へ誘導するワイヤガイドを含み、ワイヤマネージメントユニットは、ワイヤ張力の制御を提供する。さらに、ワイヤマネージメントユニットによって供給されたワイヤは、上述のワイヤウェブを形成する。以下の説明では、ワイヤウェブを、単一のワイヤマネージメントユニットによって形成されたウェブと考える。ワイヤウェブは、２つ以上の作業域を含むことがあることを理解すべきである。作業域は、鋸引き工程が実行される領域と定義される。

図１に示すように、ワイヤソー装置内では、スプール１２からワイヤ１３が供給される。鋸引きの間、スプール１２からワイヤ１３が繰り出される。それによって、スプールは、スプール軸１２ａを軸に回転する。図１は、参照符号１３ａによって示されたワイヤ担持領域上に担持されたワイヤ１３を示している。ワイヤソー装置１０内で、ワイヤ１３は、スプール１２から、ローラ１１を介して、プーリ２０まで誘導される。プーリ２０は、プーリ軸２２を軸に回転する。一般に、ワイヤウェブが形成される切削領域までワイヤ１３を誘導するために、複数のプーリ２０が提供される。それによって、ワイヤ１３は例えば、ワイヤソー装置１０のハウジングの一部分１５を通して移送される。

スプール１２からワイヤを繰り出している間、ワイヤ１３がワイヤ担持領域１３ａから離れる位置は、軸１２ａに沿って、すなわち軸１２ａに平行な方向へ移動する。このようにして、マルチワイヤスラリソーなどのワイヤソーによる切削工程の間、この機械は、スプールから新たなワイヤを繰り出す。スプールから繰り出されるにつれて、ワイヤは、スプールの一方の側からもう一方の側へ（フランジからフランジへ）交互に移動する。このことが、ワイヤ１３とは異なる位置にあるワイヤ１３’を示す点線によって示されたスプール１２の異なる位置から繰り出されているワイヤ１３、１３’によって示されている。

クロッパ、スケアラまたはワイヤソーのような最新のワイヤソー装置に対しては、半導体材料、例えばシリコン、石英などの硬い材料を高速で切削したいという要望がある。それぞれワイヤソー装置、ワイヤマネージメントユニットおよび鋸引きする材料内を通ってワイヤが移動する速度であるワイヤ速度は例えば１０ｍ／ｓ以上とすることができる。典型的には、ワイヤ速度は１５から２０ｍ／ｓの範囲とすることができる。しかしながら、これよりも高い２５ｍ／ｓまたは３０ｍ／ｓのワイヤ速度が望ましいこともあり、これらの速度は、ある種の条件下で実現することができる。

所望のワイヤ速度でワイヤを繰り出すため、スプールは、毎分数千回転までの回転速度で回転する。例えば、ワイヤを繰り出すために１０００から２０００ｒｐｍの回転速度を提供することができる。それに応じて、図１に示すように、ワイヤ１３がスプール１２から離れる位置もかなりの速度で変化し、ワイヤ１３がプーリ２０に入る角度もそれに応じて変化する。スプールのところのワイヤと固定されたプーリ溝に入るワイヤとの間の角度は周期的に変化する。この変化は、プーリ溝の一方の側からもう一方の側へワイヤがスライドするときに、ワイヤを振動させる。この変化の結果、ついにはワイヤが、溝の側壁をよじ登ることもある。例えば振動の振幅およびプーリ溝の側壁２３における上下移動をワイヤが収容するときのワイヤの張力の急変によってワイヤが切れる危険性が高まるため、このような振動はこの工程にとって非常に有害である。スプール１２上のワイヤ位置が変化し、特にワイヤ１３がプーリ２０に入る角度が変化する結果、ワイヤソー装置が振動することがあり、それによって切削精度が低下することがある。さらに、より細い直径のワイヤに対する要望があるため、このことが特に問題になることがある。

したがって、ワイヤ自体の振動、ワイヤマネージメントユニットの構成要素の振動またはワイヤソー装置の構成要素の振動を低減することができるような態様で、ワイヤマネージメントユニットを改良することが望ましい。さらに、ワイヤが切れる危険性を低下させるべきである。また、ワイヤソー装置の警報停止時に、自由に回転するローラ１１の慣性がワイヤ強度を超える可能性がある。直径が例えば１２０μｍ以下の細いワイヤでは、これによって系統的にワイヤが切れる可能性がある。

図２Ａおよび２Ｂに関して説明することができる一実施形態によれば、ワイヤソー装置２００が提供される。このワイヤソー装置内にはワイヤマネージメントユニットがあり、そのいくつかの構成要素が図２Ａおよび２Ｂに示されている。

異なる複数の実施形態によれば、ワイヤソー装置を、クロッパ、スケアラ、ワイヤソーまたはマルチプルワイヤソー（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｗｉｒｅ ｓａｗ）とすることができる。それに関して、クロッパは、スケアラ内でブリックに分離されたブリックまたはブロックから最終的な材料片を鋸引きするために使用することができる装置と理解すべきである。スケアラは一般に、ウェーハ形成工程においてワイヤソーまたはマルチプルワイヤソーがブリックからウェーハを鋸引きすることができるように、シリコンインゴットを鋸引きして所望のサイズの正方形のブリックを切り出す。

図２Ａおよび２Ｂは、スプール軸２１２ａを有するスプール２１２を示している。スプール２１２上で、ワイヤは、ワイヤ担持領域２１３ａに担持される。一般に、ワイヤマネージメントユニット内には複数のプーリを配置することができる。典型的には、プーリは、ワイヤを誘導するように適合された溝を有することができる。さらに、プーリは一般に、プーリ内、すなわちプーリ溝内で１本のワイヤを誘導する１つのワイヤ誘導位置を有することができる。図２Ａおよび２Ｂには１つのプーリ２２０が示されている。プーリ２２０は、プーリ軸２２０を軸に回転し、支持体２２４によって、ワイヤソー装置、例えばワイヤソー装置２００のハウジング部分２１５に接続されている。それに関して、支持体２２４は、プーリ２２０の軸２２２を、軸周りをプーリ２２０が回転することができるような態様でプーリ２２０を担持するロッド、ビームまたは他の支持手段によって提供することができる。

本明細書に記載された実施形態によれば、プーリ移動装置２４０が提供される。図２Ａおよび２Ｂには、このプーリ移動装置が矢印で示されており、この矢印に従って、支持体２２４は、スプール軸２１２ａに平行な方向に双方向モードで移動する。本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるさらに他の実施形態によれば、上述の移動に別の移動方向を重ね合わせて、プーリ位置をさらに補正することもできる。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるさらに他の実施形態によれば、ワイヤ位置検出装置２３０を提供することができる。ワイヤ位置検出装置は、ワイヤ２１３が、それぞれスプール２１２またはワイヤ担持領域２１３ａから離れるスプール軸２１２ａに沿った位置を検出する。ワイヤ位置検出装置２３０は、接続２３２によってプーリ移動装置２４０に接続される。それに関して、ワイヤ位置検出装置とプーリ移動装置の間の接続内に、例えば信号受信ユニット、コントローラ、正しいプーリ位置を計算するコンピュータなどを配置することができる。

図２Ａおよび２Ｂから分かるように、プーリ移動装置２４０は、スプール２１２の上方の所望の位置にプーリを配置するために、プーリ２２０およびワイヤ位置検出装置をスプールの軸２１２ａに沿って移動させるように適合されている。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる異なる複数の実施形態によれば、少なくともスプール軸に沿った直線方向にプーリを移動させることができるように、プーリ移動装置２４０を、リニアモータ、空気圧シリンダ、ウォーム駆動機構（ｗｏｒｍ ｄｒｉｖｅ）を備えるモータなどのリニアアクチュエータとすることができる。それによって、例えば支持体２２４を移動させることによってプーリを移動させることができ、支持体２２４は、ワイヤソー装置２００のハウジング部分２１５に接続することができる。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるさらに他の実施形態によれば、ワイヤソー装置３００を提供することができる。以下の説明では、本明細書に記載された以前の実施形態または他の実施形態から逸脱する部分、構成要素、態様および詳細だけを説明する。他の実施形態に関して記載された構成要素、態様および詳細を、その全ての構成要素、態様または詳細が記載されていない実施形態にも同様に適用することができることを理解すべきである。

図３は、スプール軸２１２ａを備えるスプール２１２と、ハウジング部分２１５と、プーリ移動装置２４０とを有するワイヤソー装置３００を示す。スプール２１２のワイヤ担持領域２１３ａ上に担持されたワイヤ２１３は、スプールから、プーリ軸２２２を有するプーリ２２０の方向へ運ばれる。ワイヤ２１３は次いで、例えば１つまたは複数の追加のプーリによって、材料を鋸引きするために使用されるワイヤウェブまで誘導される。図３Ａに示すように、いくつかの実施形態によれば、プーリ軸２２２に接続されるような態様で、支持体３２４を提供することができる。さらに、他の実施態様によれば、支持体３２４に電極支持体３３１が接続される。電極支持体３３１は、第１の電極３３０ａおよび第２の電極３３０ｂを担持する。本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、これらの電極をワイヤ位置検出装置として使用することができる。

第１の電極および第２の電極を使用するワイヤ位置検出装置はさらに、第１の電極をコントローラ３５０に接続する接続３３２および第２の電極をコントローラ３５０に接続する接続３３２をそれぞれ含む。このワイヤ位置検出装置は、例えば１０から５０Ｖの間などの所定の電位に帯電させたワイヤが電極に触れているかどうかを検出することができる。したがって、ワイヤが第１の電極または第２の電極に接触した場合、コントローラ３５０において電流を検出することができる。それに関して、第１の電極３３０ａと第２の電極３３０ｂは、第１の電極と第２の電極の間を通してワイヤが誘導されるような態様で間隔を置いて配置される。

図３Ａに関して理解することができるように、プーリ移動装置が、スプール軸２１２ａの方向の正しい位置に対して整列していない場合、ワイヤは、スプール軸に対して９０°ではないある角度でスプール２１２から繰り出される。それによって、その正しい位置からある程度はずれると、ワイヤは、第１の電極と第２の電極のうちの一方の電極に触れる。この接触が検出され、この接触を使用して、スプールに沿ったワイヤ位置を追跡することができる。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる異なる複数の実施形態によれば、回転軸２１２ａの方向のスプール２１２の長さ、またはスプール回転軸２１２ａの方向のワイヤ担持領域２１３ａの長さを、２００ｍｍから５００ｍｍの範囲とすることができる。一般に、ワイヤは、所与のピッチでスプールに巻きつけられている。典型的には、ワイヤは、１つの層の隣接するワイヤの距離が０．２ｍｍから０．８ｍｍ、典型的には０．５ｍｍになるように、スプールに巻きつけられている。それに応じて、典型的な実施形態は、３０μｍから５００μｍ、典型的には５０μｍのプーリ移動装置の位置決め精度を有することがある。図３Ａは、第１の電極３３０ａおよび第２の電極３３０ｂを有するワイヤ位置検出装置であって、ワイヤが電極に触れたときにワイヤの不整列を検出するワイヤ位置検出装置を示している。しかしながら、他の実施形態によれば、他のワイヤ位置検出ユニットを使用することもできる。例えば、非接触式ワイヤ位置検出ユニットによってワイヤ位置を検出することもできる。それに関して、異なる複数の実施形態によれば、ホール効果位置検出センサ、超音波位置検出センサ、誘導位置検出センサ、容量位置検出センサ、またはレーザセンサなどの光学位置検出センサを使用することができる。これらのセンサを使用してワイヤの位置を決定することができ、または、これらのセンサを、ワイヤがセンサの近くにある場合にディジタル信号（ｙｅｓ／ｎｏ）を提供する近接センサとして使用することができる。構成によっては、前述の２つの電極と同様に、これらのセンサのうちの１つのセンサを、いくつかの実施形態に従って、スプール回転軸の方向に沿ったワイヤの両側に配置することができる。

次に、図３Ｂに関して他の実施形態を説明する。図３Ａに関して説明した構成要素を備えることに加えて、図３Ｂのプーリ２２０は自動的に整列するプーリである。それに関して、プーリ２２０を支持する支持体は、第１の部分３２４および第２の部分３２６を有する。支持体の第１の部分と第２の部分の間に、プーリ調整回転軸受３６０が配置される。したがって、プーリ２２０は、プーリ回転軸に垂直な軸を中心に回転することができる。図３Ｂに示すように、プーリ調整回転軸受の回転軸は例えば、プーリを担持している支持ロッドの方向とすることができる。

プーリ調整回転軸受３６０を配置することにより、プーリ２２０が自動整列プーリとして提供された場合、プーリ回転軸に垂直にプーリに向かってワイヤ２１３が誘導されていない場合に、プーリは自動的に整列することができる。このことは、後により詳細に説明する図６Ｃおよび７を参照したときによりはっきりと理解することができる。

図３Ｂはさらに、カウンタウエイト支持体３６２によって支持されたカウンタウエイト３６４を示している。本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、自動整列プーリは、プーリ調整回転軸受の回転軸に対してプーリが釣合いを保つような態様で、ウエイト３６４を備えることができる。したがって、自動整列プーリは、重力が、好ましい回転位置の方への力をプーリに一切加えないような態様で、プーリ調整回転軸受の軸を中心に自由に回転することができる。

自動整列プーリの他の実施態様は、プーリ調整回転軸受の軸を中心にした回転を防ぐ回転停止要素または回転防止要素３６６を含むことができる。自動整列プーリを固定モードまたは自動整列モードで使用することができるように、この回転防止要素をそれぞれオンまたはオフにすることができる。この回転防止要素は例えば、プーリがそれ以上軸受３６０の軸を中心に回転することができないように、カウンタウエイト３６４を所定の位置に固定する電磁石とすることができる。

図４は、図３Ａに関して説明した実施形態に類似した他の実施形態を示す。この実施形態では、スプール２１２、プーリ２２０、プーリ移動装置４４０、電極支持体４３１ならびに第１および第２の電極３３０ａ／ｂがそれぞれ、図４に示した異なる図から分かる異なる構成で配置される。プーリ移動装置４４０を示すために使用されている矢印によって示されているように、図４では、プーリが、図４の像の像平面に垂直な方向に移動することができる。したがって、プーリ移動装置は、プーリを、スプール２１２の回転軸と一致した方向に、双方向モードで移動させることができる。これに対応して、電極支持体４３１は、像平面内において、ワイヤ２１３の手前の第１の電極３３０ａとワイヤ２１３の後ろの第２の電極３３０ｂとを有するように成形されている。この実施形態でも、接続３３２によって電極をコントローラ３５０に接続することができる。コントローラ３５０は、接続３５２によってプーリ移動装置４４０に接続される。

さらに他の実施形態によれば、図５Ａに示すようなワイヤソー装置５００Ａを提供することができる。図５Ａに関して説明することができる実施形態によれば、第１の支持部材５２５、第２の支持部材５２４および第３の支持部材５２６を有するプーリ支持体によって、第１のプーリ２２０および第２のプーリ５２０が支持される。例えば、図５Ａに示すように、第２の支持部材５２４は、像平面に対して垂直に延びることができ、プーリ移動装置に接続される。したがって、第１のプーリ２２０および第２のプーリ５２０を支持する第１の支持部材５２５を、プーリ移動装置によって、図５Ａの像平面に垂直な方向、すなわちスプール２１２の回転軸の方向に移動させることができる。追加の変更のための他の代替実施形態として、第３の支持部材５２６は、第２のプーリを自動整列プーリとして提供することができるような態様で、軸受３６０によって第１の支持部材５２５に接続される。図５Ａに関して記載された実施形態によれば、プーリ移動装置は、第１のプーリ２２０と第２のプーリ５２０を同時に移動させる。

別の実施形態を与えることができるさらに他の変更を、図５Ｂに関して説明することができる。図５Ｂには、ワイヤソー装置５００Ｂが示されている。図５Ａとは異なり、第２のプーリ５２０が自動整列プーリとして提供されているだけでなく、第１のプーリ２２０も自動整列プーリとして提供されている。図５Ｂに示すように、第１の支持部材５２５とさらに別の支持部材５２６との間に軸受３６０を配置することによって、第１のプーリ２２０を、プーリ軸に垂直な軸を中心に回転させることができる。典型的には、第１のプーリ２２０、すなわちスプール２１２からワイヤ２１３を受け取るプーリが、軸受３６０の軸を中心に回転することによって自動的に整列することができる場合には、回転停止部材を配置することができる。それによって、例えば回転防止部材として配置された電磁石をオンにすることによって、第１のプーリ２２０を自動的に整列させるための回転を固定することができる。この回転防止要素３６６は例えば、ワイヤをスプール上に巻き戻すときに使用することができる。したがって、ワイヤをスプール２１２に巻き戻さなければならない場合には、第１のプーリ２２０を自動整列モードではなく、固定モードで動作させ、第１のプーリ２２０（図５Ａおよび５Ｂの場合にはさらに第２のプーリ５２０）をプーリ移動装置４４０によってスプール回転軸の方向に移動させることによって、ワイヤをスプール２１２に巻きつける位置を調整することができる。

次に、本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態を、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび７に関して説明する。図６Ａに示すように、第１のプーリ２２０および第２のプーリ５２０を自動整列プーリとすることに加えて、第３のプーリ５２１を自動整列プーリとして提供することもできる。それに関して、第３のプーリ５２１は、プーリ調整軸受３６０によって、ワイヤソー装置６００のハウジングの一部分に固定することができる。他の追加の変更として、カウンタウエイト３６４を配置することができ、カウンタウエイトがプーリ５２１と一緒に回転し、回転軸に関してプーリが釣合いを保つような態様で、カウンタウエイト支持体３６２によってカウンタウエイト３６４を支持することができる。

このことが、図６Ｂに示すその概略側面図に示されている。図６Ｂには、第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１が示されている。ワイヤ２１３は、対応するそれぞれのプーリの溝の中で誘導されるように示されている。第２のプーリは、プーリ支持部材５２４および５２５に接続されており、プーリ支持部材５２４および５２５は、プーリ移動装置によって、矢印で示されたように直線方向に移動させることができる。

異なる複数の実施形態によれば、第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１がそれぞれ、カウンタウエイト支持体３６２によってプーリ支持体に接続されたカウンタウエイト３６４を有する。矢印６６０は、自動整列するために第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１が回転することができることを示している。

このことは図６Ｃを参照するとよりはっきりと理解することができる。図６Ｂに比べて左方へ移動したプーリ支持体５２４によって示されているように、第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１はそれぞれ、それらのプーリの対応するそれぞれのプーリ回転軸に垂直にワイヤ２１３が誘導されるような態様で傾けられている。それに応じて、ワイヤ誘導方向に対して自動的に整列するために、プーリが回転するとプーリ回転軸も回転する。

図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃに示した実施形態では、ワイヤ誘導方向に関して自動整列させるために、ワイヤ２１３またはワイヤ２１３の張力をそれぞれ使用して、プーリを回転させる。さらに他の実施形態によれば、図７に示すように、第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１をさらに、ロッド、ビームなどの整列接続部材７７０に接続することができる。図７は、図６Ｃに比べて、第２のプーリ５２０（図６Ａではさらに第１のプーリ２２０）が右側へ移動した状況を示している。それによって、第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１は、対応するそれぞれのプーリ支持体に対してプーリ調整軸受の軸を中心に回転している。本明細書に記載されたいくつかの実施形態に従って提供することができる整列接続部材７７０は、対応する方式で自動整列するように、第２のプーリ５２０および第３のプーリ５２１を強制する。したがって、第２のプーリ５２０が自動的に整列した場合、第３のプーリ５２１は、ワイヤ２１３の整列力を必要とすることなくこの整列に従う。

本明細書に記載された実施形態は、スプールの軸に沿ったワイヤの位置を追跡するように適合されたプーリ移動装置を示す。いくつかの実施形態はさらに、１つまたは複数の自動整列プーリを示す。それによって、ワイヤ上の不必要な力を低減し、または排除することができる。さらに、第１のプーリに入るワイヤの角度が繰返し変化することによるワイヤソー装置内の振動を低減することができる。さらに、例えばワイヤマネージメントシステムの急減速時のローラの慣性に起因するワイヤの切断につながりうるローラをなくすことによって、ワイヤが切れる危険性を低下させることができる。それに応じて、減速率、例えばワイヤソー装置の停止時の減速率を、３〜４ｍ／ｓ^２から約８ｍ／ｓ^２、またはそれ以上、例えば１３ｍ／ｓ^２とすることができる。それに関して、緊急停止時などにワークピースを守るために、ワイヤソーの急減速が不可欠であることに留意すべきである。

プーリ回転軸に垂直なプーリの回転を可能にするプーリ調整軸受は、ワイヤの捩れも低減させる。このことは特に、細いワイヤ、またはコーティングを有するワイヤ、例えばダイヤモンドコーティングを有するワイヤが使用される場合に有用なことがある。それに応じて、本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、本明細書に記載されたワイヤマネージメントユニットおよびワイヤソー装置は、例えば１００μｍ、８０μｍなど、直径が１２０μｍ以下の細いワイヤに対して適合される。本明細書に記載されたワイヤマネージメントユニットおよびワイヤソー装置はさらに、コーティングされたワイヤ、例えばダイヤモンド粒子がその中に埋め込まれたニッケルコーティングを有するワイヤに対して適合される。典型的には、そのようなワイヤの直径は、１３０μｍから１６０μｍ、例えば１４０μｍから１５０μｍであることがある。そのようなワイヤに対して、ワイヤの捩れは、コーティングの破損につながる可能性がある。ワイヤの捩れは、スプール軸方向に沿ったワイヤ位置を追跡することによって、および／またはプーリ回転軸に垂直な方向にワイヤが誘導されるような態様で自動的に整列するプーリを提供することによって、低減させ、または防ぐことができる。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる異なる複数の実施形態によれば、ワイヤ位置検出ユニットを有する第１のプーリに対して自動整列プーリが提供される場合、ワイヤ位置検出ユニットは、ワイヤ位置検出ユニットがそのプーリの整列回転に従うような態様で、そのプーリまたはそのプーリの支持部材に接続されるべきである。こうすることによって、スプールの軸に沿ってワイヤを追跡している間のワイヤ位置の検出精度を向上させることができる。

前述のとおり、いくつかの実施形態によれば、ワイヤ位置検出ユニットに接続されるコントローラを使用することができる。それによって、コントローラはプーリ移動装置を制御する。本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、ワイヤ位置を追跡する自己学習過程を実現することができるように、コントローラはＣＰＵおよびメモリを有することができる。したがって、いくつかの実施形態に対して、スプールピッチティーチイン能力を提供することができる。

このような実施形態は図８に関してよりはっきりと理解することができる。図８に示すように、スプールの軸に沿ったワイヤ位置のワイヤ追跡は、ステップ８０２から始まる。ステップ８０４で、スプール回転軸に実質的に平行な方向に、プーリ移動装置が（双方向モードで）移動する。ステップ８０６で、制御ユニットが、ワイヤが一方の電極と接触しているかどうかを監視する。参照を容易にするために、図８は、一方の電極接触だけを記述している。しかしながら、ワイヤの一方の側での第１の電極の接触およびワイヤのもう一方の側での第２の電極の接触がそれぞれ監視され、それらの接触が、対応する方向のワイヤ追跡に対して使用されることを理解すべきである。さらに別のワイヤ位置検出ユニットを使用する他の実施形態によれば、ステップ８０６が、ワイヤ位置を監視し、またはワイヤが対応するセンサの近くにあるかどうかを監視することもある。

ワイヤ追跡システムの不整列事象が検出されない場合（電極との接触＝ＮＯ）、追跡システムは、ステップ８０４に従って、スプール軸に沿ってプーリ移動ユニットを移動させることによってワイヤ位置を追いかける。ステップ８０６で、接触または誤った位置が検出された場合、ステップ８１０で、その位置を補正する長さを決定する。この長さは例えば、ワイヤが一方の電極に触れる角度を考慮することによって決定することができ、この角度は、ワイヤ経路の幾何形状によって既知である。さらに他の実施形態によれば、スプール上のワイヤ層の数、すなわちスプール上のワイヤ担持領域の厚さを考慮して、ワイヤ追跡システムに対する補正の距離を決定することができる。ステップ８１２で、プーリ移動ユニットを正しい位置へ移動させることによって、ワイヤ追跡システムが正しい位置へ移動する。ステップ８１４で、以前の不整列事象、例えば以前の電極の接触と現在の不整列事象との間にスプールから繰り出されたワイヤの長さＭを決定する。このワイヤの長さは例えば、スプールの回転数およびスプールのワイヤ担持領域上のワイヤの半径によって決定することができる。不整列事象間のこのワイヤ長に基づいて、コントローラは、繰り出し工程の特性を学習する。したがって、例えば、不整列検出に対応するワイヤ量を、コントローラのメモリに保存することができる。

それに応じて、システムは、２つの不整列事象間のワイヤ量Ｍが比較可能に大きい場合、小さな補正だけを実施すればすむと判定する。しかしながら、２つの不整列事象間のワイヤ量Ｍが比較可能に短い場合、スプールからのワイヤの繰り出しの特性がまだ適正に学習されていないと判定される。

それに応じて、ステップ８２０で、続けて起こった不整列事象間のワイヤ量Ｍをしきい値と比較する。ワイヤ長Ｍがしきい値に等しいか、またはしきい値よりも大きい場合には、ステップ８２２で、プーリ移動装置の移動速度を調整し、追跡システムは、スプール軸の方向に沿ってプーリを移動させることによって、繰り出し工程を追い続ける。それに関して、プーリを移動させる速度の調整量は、不整列事象の発生頻度、すなわち不整列事象間、すなわち以前の不整列事象と現在の不整列事象の間に繰り出されたワイヤの長さに基づく。このようにして、プーリ移動装置の速度を所望の値だけ変更することにより、プーリを移動させる正しい速度をリアルタイムで調整する。

このシステムは、数回の繰り出しサイクルの後に、移動ユニットの速度が、スプールの巻線ピッチ、およびワイヤの直線速度を一定に保つためにスプール上に残ったワイヤの量とともに変化するスプールの回転速度と整合するティーチイン論理を使用することができる。

それぞれスプールのフランジのところから、またはスプールのワイヤ担持領域の端からワイヤが繰り出されるときには、スプール上のワイヤの巻きを完全に予測することができないことがある。

それに応じて、一連の不整列事象、例えばワイヤと電極の接触が、比較的に短い期間で、または比較的に短い量のワイヤが繰り出されている間に起こることがある。したがって、以前の不整列事象と現在の不整列事象の間のワイヤの量が、あるしきい値よりも小さい場合、追跡システムは、ステップ８２４で、プーリ移動装置の移動方向を変化させる必要があると判定し、続いて、ステップ８０４で、プーリをもう一方の方向へ移動させる。

さらに他の実施形態によれば、システムは、スプールのフランジでは不整列事象がより頻繁に起こりうると判定するため、方向を変えた後に、不整列事象の次の検出を無視することもできる。すなわち、不整列事象は、追跡過程の適合を必ずしも必要としない。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態によれば、プーリ移動装置は、スプールの回転軸の方向に沿って、スプール上のワイヤ担持領域（フランジからフランジまで）の長さに完全には一致しない長さにわたってプーリを移動させる。それに応じて、スプール上のワイヤ担持領域の長さを学習したシステムは、プーリ移動装置がプーリの移動方向を変化させる転換点に到達する約１ｍｍから７ｍｍ手前、典型的には３ｍｍから４ｍｍ手前で方向を変化させることができる。それによって、不整列検出事象なしで移動方向を変化させることが可能である（図８には示されていない）。したがって、いくつかの実施形態によれば、プーリがスプールの回転軸をたどる長さを、ワイヤ担持領域の長さの少なくとも９０％とすることができる。

さらに他の実施形態によれば、ワイヤの同じ側、例えば同じ電極での不整列事象を２度検出することによって、方向の変更を決定することもできる。したがって、プーリの移動方向を検出し、変更する選択肢は複数ある。典型的には、ワイヤを追跡する学習過程を実行することができるように、コントローラのメモリを使用して、不整列事象の履歴を保存することができる。

以上のことを考慮して、複数の実施形態を本明細書に記載した。そのうちのいくつかを以下に示す。一実施形態によれば、切削用のワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置に対して適合されたワイヤマネージメントユニットが記載され、このワイヤマネージメントユニットは、プーリ移動装置と、ワイヤの方向を変化させる少なくとも１つのプーリであり、ワイヤをワイヤウェブまで誘導するように適合され、プーリ移動装置に接続され、プーリ軸を中心に回転するように適合された少なくとも１つのプーリと、それ自体からワイヤを繰り出している間、ワイヤウェブに向かってワイヤを供給するスプールであり、回転軸と、回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域とを備えるスプールとを含み、プーリ移動装置は、前記少なくとも１つのプーリを、回転軸の方向に沿って移動させるように適合されている。上記の実施形態と組み合わせることができるさらに他の実施形態によれば、プーリ移動装置を、リニアアクチュエータ、リニアモータ、空気圧シリンダおよびウォーム駆動機構を備えるモータのグループから選択された少なくとも１つの要素とすることができ、このユニットはさらに、回転軸の方向に沿ったワイヤ位置を検出するワイヤ位置検出装置を含むことができ、このユニットはこのワイヤ位置検出装置を、例えばワイヤ位置検出装置をコントローラに接続することができ、回転軸の方向に沿ったプーリ位置を制御するために、コントローラをプーリ移動装置に接続することができるような態様で、および／またはワイヤ位置検出装置が、ワイヤの電位とは異なる第１の電位にバイアスされるように適合された第１の電極と、ワイヤの電位とは異なる第２の電位にバイアスされるように適合された第２の電極とを含むことができ、第１の電極と第２の電極の間を通してワイヤを誘導するために、第１の電極と前記第２の電極を、回転軸に沿った方向に間隔を置いて配置することができるような態様で、含むことができる。

さらに他の実施形態によれば、以下の実施態様のうちの１つまたは複数の実施態様を、択一的にまたは追加的に実現することができる。前記少なくとも１つのプーリを、支持ロッドによってプーリ移動装置に接続することができ、支持ロッドの第１の部分と支持ロッドの第２の部分との間に第１のプーリ調整回転軸受を配置することができ、第１のプーリ調整回転軸受は、プーリ軸に垂直なプーリ調整回転軸を有することができ、第１のプーリ調整回転軸受は特に、プーリ調整回転軸受の回転を一時的にロックするように適合されたプーリ調整回転軸受回転防止要素をさらに含むことができ、前記少なくとも１つのプーリを少なくとも３つのプーリとすることができ、第１のプーリはスプールからワイヤを受け取り、第２のプーリは第１のプーリからワイヤを受け取り、第３のプーリは第２のプーリからワイヤを受け取り、第１および第２のプーリはプーリ移動装置に接続され、第１のプーリ、第２のプーリおよび第３のプーリからなるグループのうちの１つまたは複数のプーリをそれぞれ、対応するプーリ調整回転軸受、すなわち第１のプーリ調整回転軸受、第２のプーリ調整回転軸受または第３のプーリ調整回転軸受に接続することができ、対応するプーリ調整回転軸受は、対応するプーリ軸に垂直な対応するプーリ調整回転軸を有することができ、ワイヤマネージメントユニットはさらに、対応するプーリ調整回転軸受を有するプーリのそれぞれに対して、対応するカウンタウエイトを含むことができ、プーリを、回転軸の方向に、ワイヤ担持領域の長さの少なくとも９０％の移動距離に沿って移動させるように、プーリ移動装置を適合させることができ、かつ／またはワイヤ位置検出装置を非触式ワイヤ位置検出装置とすることができる。

本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができるさらに他の実施形態によれば、本明細書に記載されたいずれか１つの実施形態に基づくワイヤマネージメントユニットを含むワイヤソー装置が提供される。このワイヤソー装置は例えば、ワイヤソー、マルチプルワイヤソー、スケアラおよびクロッパからなるグループから選択された要素とすることができる。

さらに他の実施形態によれば、切削用のワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置内のワイヤ位置を追跡する方法が提供される。この方法は、回転軸と、回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域とを有するスプールからワイヤを繰り出すこと、および回転軸の方向に沿って少なくとも１つのプーリを移動させることを含む。この実施形態の任意選択の変更によれば、この方法はさらに、回転軸の方向に沿ったワイヤの位置を、第１の電極および第２の電極によって検出することを含み、前記検出することが、第１または第２の電極とワイヤとの接触を識別することを含む。この方法はさらに、回転軸の方向に沿った補正長を決定すること、前記少なくとも１つのプーリを、補正長によって補正された位置まで移動させること、および前記少なくとも１つのプーリの移動に対する補正された移動速度を、前記接触と以前の接触との間の期間に基づいて決定することを含む。

以上では本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲を逸脱しない本発明の他の実施形態および追加の実施形態が考案される可能性もある。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (14)

1. 切削用のワイヤウェブを形成するワイヤ（２１３）を有するワイヤソー装置（２００；３００；４００；５００）に対して適合されたワイヤマネージメントユニットであって、
   プーリ移動装置（２４０；４４０）と、
   前記ワイヤの方向を変化させる少なくとも１つのプーリ（２２０；５２０）であり、前記ワイヤを前記ワイヤウェブまで誘導するように適合され、前記プーリ移動装置に接続され、プーリ軸（２２２；５２２）を中心に回転するように適合された少なくとも１つのプーリ（２２０；５２０）と、
   それ自体から前記ワイヤを繰り出している間、前記ワイヤウェブに向かってワイヤを供給するスプール（２１２）であり、回転軸（２１２ａ）と、前記回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域（２１３ａ）とを備えるスプール（２１２）と
   を備え、
   前記プーリ移動装置が、前記少なくとも１つのプーリを、前記回転軸（２１２ａ）の方向に沿って移動させるように適合され、
   前記少なくとも１つのプーリが、支持ロッド（２２４；３２４；５２４、５２５）によって前記プーリ移動装置（２４０；４４０）に接続され、前記支持ロッドの第１の部分と前記支持ロッドの第２の部分との間に第１のプーリ調整回転軸受（３６０）が配置され、前記第１のプーリ調整回転軸受が、前記プーリ軸に垂直なプーリ調整回転軸を有し、前記第１のプーリ調整回転軸受が特に、前記プーリ調整回転軸受の回転を一時的にロックするように適合されたプーリ調整回転軸受回転防止要素（３６６）をさらに備える
   ワイヤマネージメントユニット。
2. 前記プーリ移動装置（２４０；４４０）が、リニアアクチュエータ、リニアモータ、空気圧シリンダおよびウォーム駆動機構を備えるモータの群から選択された少なくとも１つの要素である、請求項１に記載のワイヤマネージメントユニット。
3. 前記回転軸の方向に沿ったワイヤ位置を検出するワイヤ位置検出装置（２３０；３３０ａ；３３０ｂ）
   をさらに備える、請求項１または２に記載のワイヤマネージメントユニット。
4. 前記ワイヤ位置検出装置がコントローラ（３５０）に接続され、前記回転軸の方向に沿ったプーリ位置を制御するために、前記コントローラが前記プーリ移動装置に接続された、請求項３に記載のワイヤマネージメントユニット。
5. 前記ワイヤ位置検出装置が、前記ワイヤの電位とは異なる第１の電位にバイアスされるように適合された第１の電極（３３０ａ）と、前記ワイヤの前記電位とは異なる第２の電位にバイアスされるように適合された第２の電極（３３０ｂ）とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極の間を通して前記ワイヤ（２１３）を誘導するために、前記第１の電極と前記第２の電極が、前記回転軸に沿った方向に間隔を置いて配置された、請求項３または４に記載のワイヤマネージメントユニット。
6. 前記少なくとも１つのプーリが少なくとも３つのプーリであり、第１のプーリが前記スプールから前記ワイヤを受け取り、第２のプーリが前記第１のプーリから前記ワイヤを受け取り、第３のプーリが前記第２のプーリから前記ワイヤを受け取り、前記第１および第２のプーリが前記プーリ移動装置に接続された、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のワイヤマネージメントユニット。
7. 前記第１のプーリ、前記第２のプーリおよび前記第３のプーリからなる群のうちの１つまたは複数のプーリがそれぞれ、対応するプーリ調整回転軸受、すなわち第１のプーリ調整回転軸受、第２のプーリ調整回転軸受または第３のプーリ調整回転軸受に接続され、対応するプーリ調整回転軸受が、対応するプーリ軸に垂直な対応するプーリ調整回転軸を有する、請求項６に記載のワイヤマネージメントユニット。
8. さらに、対応するプーリ調整回転軸受を有する前記プーリのそれぞれに対して、対応するカウンタウエイトを備える、請求項７に記載のワイヤマネージメントユニット。
9. 前記プーリを、前記回転軸の方向に、前記ワイヤ担持領域の長さの少なくとも９０％の移動距離に沿って移動させるように、前記プーリ移動装置が適合された、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のワイヤマネージメントユニット。
10. 前記ワイヤ位置検出装置が非触式ワイヤ位置検出装置である、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のワイヤマネージメントユニット。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のワイヤマネージメントユニット
    を備えるワイヤソー装置。
12. ワイヤソー、マルチプルワイヤソー、スケアラおよびクロッパからなる群から選択された要素である、請求項１１に記載のワイヤソー装置。
13. 切削用のワイヤウェブを形成するワイヤを有するワイヤソー装置内のワイヤ位置を追跡する方法であって、
    回転軸と、前記回転軸の方向に沿った長さを有するワイヤ担持領域とを有するスプールから前記ワイヤを繰り出すこと、
    前記回転軸の方向に沿って少なくとも１つのプーリを移動させること、
    前記少なくとも１つのプーリを、支持ロッド（２２４；３２４；５２４、５２５）によってプーリ移動装置（２４０；４４０）に接続すること、
    前記支持ロッドの第１の部分（３２４）と前記支持ロッドの第２の部分（３２６）との間に第１のプーリ調整回転軸受（３６０）を提供すること、前記第１のプーリ調整回転軸受が、プーリ軸に垂直なプーリ調整回転軸を有し、および、
    前記プーリ調整回転軸受の回転を一時的にロックするように適合されたプーリ調整回転軸受回転防止要素（３６６）を提供すること
    を含む方法。
14. ワイヤ位置を追跡する請求項１３に記載の方法であって、
    前記回転軸の方向に沿った前記ワイヤの位置を、第１の電極および第２の電極によって検出することをさらに含み、
    前記検出することが、
    前記第１または第２の電極と前記ワイヤとの接触を識別すること
    を含み、前記方法がさらに、
    前記回転軸の方向に沿った補正長を決定すること、
    前記少なくとも１つのプーリを、前記補正長によって補正された位置まで移動させること、および
    前記少なくとも１つのプーリの前記移動に対する補正された移動速度を、前記接触と以前の接触との間の期間に基づいて決定すること
    を含む方法。

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