JPH05177627A

JPH05177627A - スライシングマシン

Info

Publication number: JPH05177627A
Application number: JP34154791A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Kimura; 良彦木村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ブレードの張力の低下傾向を把握する。【構成】ブレード１の振動を検出する距離センサ５を
ブレード面１ｂと対向させて配置する。距離センサ５か
ら出力される振動波形をセンサアンプ６を介してフーリ
エ変換器７に導いて周波数分析し、これによりブレード
１の固有振動数を算出する。ブレード１の張力低下に応
じて固有振動数が変化するので、モニタ８で常時固有振
動数を監視することにより、ブレード１の張力低下傾向
が把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ブレードに張力を与
えた状態で被切断材の切断を行うスライシングマシンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶棒からシリコンウェーハ
を切り出すためのスライシングマシンとしては、従来よ
り内周刃式のブレードを被削材に対してブレード面と平
行な方向へ相対移動させて切断を行うものが一般に知ら
れている。そして、この種のスライシングマシンでは、
シリコン単結晶棒の削り代を減少させるために０．１〜
０．２mm程度の薄いブレードを用い、該ブレードの外周
を径方向外方へ引っ張り上げることにより、ブレードの
全周に張力を作用させてブレードの変形を防止してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
ブレードに張力を与えた場合、切断を繰り返すうちにブ
レードが塑性変形して径方向外周側へ伸びるため、張力
が次第に緩和され、ついには張力が不足してブレードの
張り直し作業が必要となる。この張り直しのタイミング
は、従来、張力の低下状況を確認する手段がなかったた
めに、使用期間や切れ味などを基に作業者が経験的に判
断し、行っていた。このため、張り直し回数が不必要に
増大して効率が悪化したり、ブレードの緩みに気が付か
ずに切断を行って切断不良を招いてしまうことがあっ
た。この発明は、このような背景の下になされたもの
で、ブレードの張力低下傾向を検知してブレードの張り
直し時期や寿命を正確に判断できるスライシングマシン
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、ブレードと、このブレードに張力を与え
る張力付与手段とを備えてなるスライシングンマシンに
おいて、上記ブレードの振動を検出する振動検出手段
と、この振動検出手段によって得られる振動波形を周波
数分析して該ブレードの固有振動数を算出する振動解析
手段とを設けたものである。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、ブレードの固有振動数がブ
レードの張力によって異なる値を示すため、振動解析手
段によって算出された固有振動数の変化を監視すること
によってブレードの張力の低下傾向を把握できる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
説明する。図１において符号１は、本実施例に係るスラ
イシングマシンのブレードである。このブレード１は、
強磁性体をリング状に成形してなる本体２の内周縁にダ
イヤモンド焼結体等の砥粒を主体とする砥石層（図示
略）を一体固着してなるもので、該砥石層の内周縁が内
周刃３とされている。そして、このブレード１はスライ
シングマシンの回転機構（図示略）によって軸線回りに
回転自在とされている。また、ブレード１はその外周部
がスライシングマシンの張力付与機構（図示略）によっ
て径方向外方へ引っ張られることにより、全周に渡って
適度な初張力が与えられている。

【０００７】ブレード１のブレード面１ａと対向する位
置にはテーブル（図示略）が配置され、該テーブルはそ
の上面に、被切断材としてのシリコン単結晶棒４がその
端面をブレード面１ａと平行にして固定されるようにな
っている。上記テーブルは、当該スライシングマシンの
上下方向（図１矢印Ａ方向）へブレード面１ａと平行に
昇降自在とされており、これによりブレード１は、その
上部内周側からシリコン単結晶棒４に切り込まれて該シ
リコン単結晶棒４を径方向へ切断してゆくようになって
いる。

【０００８】ブレード１のブレード面１ｂと対向する位
置には、振動検出手段としての距離センサ５が配置され
ている。距離センサ５は、ワークと対向せしめられる検
出ヘッドの磁界内に、金属物体からなるワークが入り込
んだ際の渦電流損に基づいて、検出ヘッドとワークとの
距離を検出する公知の渦電流式距離センサであり、その
先端面をブレード面１ｂと平行にかつブレード面１ｂか
ら所定距離だけ離してスライシングマシンに取り付けら
れている。そして、距離センサ５からの出力信号は、セ
ンサアンプ６で増幅されてフーリエ変換器７に導かれ、
該フーリエ変換器７で周波数分析されて、そのパワース
ペクトラムがモニタ８に表示されるようになっている。
本実施例では、これらフーリエ変換器７及びモニタ８に
よって振動解析手段９が構成されているが、フーリエ変
換器７にはパワースペクトラムを記録する記録器等が適
宜接続可能とされている。

【０００９】しかして、以上の構成からなるスライシン
グマシンでは、ブレード１に生じる振動のブレード厚さ
方向成分によって、ブレード面１ｂと距離センサ５との
距離が変化し、かかる変化に応じて距離センサ５からの
出力信号が増減して一定の振動波形が検出され、この振
動波形がセンサアンプ６で増幅されてフーリエ変換器７
で周波数分析され、そのパワースペクトラムがモニタ８
に表示される。そして、このパワースペクトラムのピー
ク値のうち、ブレード１のアンバランスや回転数に応じ
て変化するピーク値を除外して残ったピーク値が固有振
動数を示すこととなる。

【００１０】このようにして観測される固有振動数は、
ブレード１の張力に応じて変化するため、適正な張力を
与えたときの固有振動数と、張り直し作業が必要なほど
張力が低下したときの固有振動数をそれぞれ測定して、
切断中に観測される固有振動数と比較すれば、張り直し
作業が必要となる時期を正確に知ることができる。

【００１１】（実験例）次に、図１に示すスライシング
マシンによって実際にブレード１の固有振動数を求めて
ブレードの張力低下を観測した結果を説明する。図２
は、外径５９２mm、内径２４０mmのブレードを、適正張
力から幾らか張力を緩和した状態（張り上げ量５００μ
m）で、回転数１４６７〜１４６８r.p.m.（２４．５Ｈ
ｚ）で回転させたときのパワースペクトラム密度を示す
ものである（非切断時）。これらの図から明らかなよう
に、ブレード１の回転周波数及び該周波数の整数倍の周
波数において数個のピーク値が観測される他、３９１Ｈ
ｚにピークが観測されている。このピークは、回転数の
変動に拘らず常に一定であったことからブレード１の固
有振動数であることが確認された。なお、ここでいうブ
レードの張り上げ量とは、ブレードを張り上げた際のブ
レード内周の半径の広がり量をいう。この張り上げ量
は、通常１１００μmが標準値とされ、これよりも下げ
れば張力も低くなる。

【００１２】以上の計測の後、ブレード１の張り上げ量
を、７００、９００、１１００μmと段階的に上昇さ
せ、それぞれの場合について固有振動数を計測した。こ
の結果を、図３〜図５に示す。これにより、張り上げ量
の増加に伴って固有振動数が上昇することが確かめられ
た。

【００１３】次に、以上の固有振動数の変化を理論的に
解析した結果を説明する。ブレードの変形が弾性変形で
等方性（ヤング率が方向に拘らず一定）を有すると仮定
すると、ブレードの径方向への張り上げ量と固有振動数
との間には下記（ａ）式の関係が成立する。ｆ²＝（Ｅ・Ａ・δ）／（８・π²・ｒ₁・ρ）……（ａ）ここに、ｆ：固有振動数Ｅ：ブレードのヤング率Ａ：定数 δ：ブレードの張り上げ量ｒ₁：ブレードの内径 ρ：ブレードの密度

【００１４】上式（ａ）は、以下のようにして導出され
る。ブレードの径方向の変形量をｕ、径方向の応力をσ
_r、周方向の応力をσ_qとすれば、 σ_r＝Ｅ・δ・（ｒ²−ｒ₁ ²）／（２・ｒ²・ｒ₁） ……（ｂ） σ_q＝Ｅ・δ・（ｒ²＋ｒ₁ ²）／（２・ｒ²・ｒ₁） ……（ｃ）ただし、ｒ：ブレードの径方向中心からの距離

【００１５】ブレード面に垂直な方向の力の釣合より、

【数１】式（ｄ）に式（ｂ）、（ｃ）を代入すれば、

【数２】

【数３】を得る。

【００１６】ここで、ｕ（ｔ，ｒ，ｑ）＝Ｔ（ｔ），Ｒ
（ｒ），Ｑ（ｑ）とおいて上式に代入し、変数分離す
る。

【数４】

【数５】

【数６】ここで、Ｑ（ｑ）は、２πの周期関数でなければならな
いので、ｍ＝０，±１，±２……である。最も低い振動
では、ｍ＝０なので、式（ｉ）は、

【数７】ここで、λ＝ω²／Ｃとした。

【００１７】ｒ＝ｒ₁のとき、ｄ²／ｄｒ²＝０ ……（ｋ）ｒ＝ｒ_m（外周）のときＲ＝０ ……（ｌ）であるから、以下の離散化モデルを考える。

【数８】

【数９】ｋ＝２〜（ｍ−１）のとき、（ｊ）式は次式のような差
分方程式となる。

【数１０】

【００１８】（ｌ）式の条件を考慮し、Ｒ_m＝０とし，
Ｒ_m-1とおいて（ｏ）式の差分方程式からＲ₁，Ｒ₂，Ｒ₃
を求める。もし、ｙ₁−２ｙ₂＋ｙ₃＝０を満たすような
λが存在すれば、それは（ｋ）式の条件を満たすと考え
られる。この時のλを求めてその値をＡとする。λ＝ω
²／Ｃより、

【数１１】となる。ωは固有角振動数なので、ｆ＝ω／（２π）と
おくと、ｆ²＝（Ｅ・Ａ・δ）／（８・π²・ｒ₁・ρ）となって、上式（ａ）を得る。

【００１９】ちなみに、式（ａ）に上記実験例を当ては
めると以下のようになる。Ｅ＝２．０×１０¹¹Ｎ／ｍ² ｒ₁＝０．１２ｍ、ｒ₂＝０．２５１ｍ ρ＝７．８×１０³ｋｇ／ｍ³ とし、まずｒ₁、ｒ₂の値を（ｏ）式に代入してλを求め
ると、Ａ≒１１８を得る。これを（ａ）式に代入して、
ｆ²＝３．１５×１０⁸×δとなり、固有振動数として３
９１Ｈｚが測定されたとすれば、張り上げ量δは４８５
μmとなる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、振動検出手段で検出されたブレードの振動波形が振
動解析手段によって周波数分析されてブレードの固有振
動数が算出され、ブレードの張力低下が固有振動数の変
化によって把握されるので、ブレードの張り直し時期や
寿命を正確に判断して常に良好な切断状態を保つことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスライシングマシンの
ブレード周囲の構成を示す図である。

【図２】ブレードの張力を緩めた状態で固有振動数を測
定した際のパワースペクトラム密度を示す図である。

【図３】図２に示す状態よりもブレードの張力を増加さ
せて固有振動数を測定した際のパワースペクトラム密度
を示す図である。

【図４】図３に示す状態からさらにブレードの張力を増
加させて固有振動数を測定した際のパワースペクトラム
密度を示す図である。

【図５】図４に示す状態からさらにブレードの張力を増
加させて固有振動数を測定した際のパワースペクトラム
密度を示す図である。

【符号の説明】

１ブレード５距離センサ（振動検出手段）９振動解析手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブレードと、このブレードに張力を与え
る張力付与手段とを備えてなるスライシングンマシンに
おいて、上記ブレードの振動を検出する振動検出手段
と、この振動検出手段によって得られる振動波形を周波
数分析して該ブレードの固有振動数を算出する振動解析
手段とを設けたことを特徴とするスライシングマシン。