CN102791427A - 线锯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用切断用锯丝切断工件的线锯,能以高响应性进行锯丝张力的调整。该线锯具备第1及第2工件切断部(1A、1B)。各工件切断部(1A、1B)分别包含一对导轮(10a、10b),在这些导轮上挂设锯丝(W)而形成工件切断用的锯丝群。该线锯还具备在工件切断部(1A、1B)之间检测锯丝(W)的张力的张力检测器(18)和控制装置(50)。控制装置(50)基于张力检测器(18)检测的张力,变更至少其中之一工件切断部的导轮(10a、10b)的旋转速度,以使该张力在容许范围内。
Description
技术领域
本发明涉及利用切断用锯丝来切断半导体晶锭(ingot)等工件的线锯。
背景技术
以往,作为将半导体晶锭等工件切断为薄片(slice)状的装置已知线锯(wire saw)。该线锯具备多个导轮(guide roller)和对这些导轮进行旋转驱动的马达等,在上述导轮之间卷挂切断用锯丝,从而形成该锯丝排列成多根的锯丝群。在该线锯中,上述锯丝沿其轴方向高速走丝,一边工件向由该锯丝形成的锯丝群以与锯丝轴方向垂直的方向切断送出,从而工件同时被切断为多个晶片(wafer)。
作为此种线锯之一,例如已知有专利文献1所示的结构。此文献中所记载的线锯,包括具备多个导轮的第1工件切断部和第2工件切断部(主滚轮部)、以及一对锯丝送出/卷取装置,从其中一个锯丝送出/卷取装置送出的一根切断用锯丝挂于各工件切断部的导轮之间,并被另一个锯丝送出/卷取装置卷取。据此,在各工件切断部分别形成用于切断工件的锯丝群。
一般来讲,在线锯中重要的是适当地保持切断用锯丝的张力。然而,如上述专利文献1中所记载,在具备两个工件切断部的线锯中,由于其锯丝走丝方向上游侧的工件切断部的切断作业的影响,被导入至该方向下游侧的工件切断部的切断用锯丝的张力会变动。
作为抑制该张力变动的方法,在专利文献1中公开了在两个工件切断部之间检测切断用锯丝的张力的张力检测器、和基于其检测值控制该张力的张力调整机构。该张力调整机构具备用于挂设上述切断用锯丝的一对调节滚轮(dancer roller)、以及在这些调节滚轮之间被按压于上述切断用锯丝而使该切断用锯丝的张力变化的臂(arm),并且,以适当保持被导入至下游侧的切断用锯丝的张力的方式工作。
然而,在该线锯中,在上述张力检测器检测出的切断用锯丝的张力变动时,张力调整机构才运行,因此难以获得高响应性。
专利文献1:日本专利公开公报特开2000-61805号
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备第1工件切断部及第2工件切断部的线锯,能以高响应性(response)适当调整在两个工件切断部之间的切断用锯丝的张力的线锯。本发明所涉及的线锯,包括:锯丝送出装置,送出切断用锯丝;第1工件切断部,具备多个第1导轮和旋转驱动这些第1导轮的第1驱动部,通过从上述锯丝送出装置送出的切断用锯丝卷绕于上述各第1导轮而形成工件切断用的锯丝群;第2工件切断部,具备多个第2导轮和旋转驱动这些第2导轮的第2驱动部,通过从第1工件切断部导出的上述切断用锯丝卷绕于上述各第2导轮而形成工件切断用的锯丝群;锯丝卷取装置,卷取从上述第2工件切断部导出的切断用锯丝;张力检测器,检测在上述第1工件切断部与上述第2工件切断部之间的上述切断用锯丝的张力;以及控制装置,分别调节由上述第1驱动部及上述第2驱动部旋转驱动的上述第1导轮及上述第2导轮的旋转驱动速度。上述控制装置变更上述第1导轮和上述第2导轮中的至少一个的旋转速度,以使上述张力检测器检测的张力在指定范围内。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的线锯的整体结构的概略图。
图2是表示上述线锯所包含的第1工件切断部与第2工件切断部之间的切断用锯丝的张力控制的一例的流程图。
图3是表示被导入至上述线锯的张力变动缓和机构的一例的示意图。
图4(a)是表示与图3所示的张力变动缓和机构不同的张力变动缓和机构的一例的正视图,(b)是其侧视剖面图。
具体实施方式
使用附图说明本发明的具体实施方式。
图1概略地表示本实施方式所涉及的线锯的整体。该线锯包括:上下两段工件切断部1A、1B;一对锯丝送出/卷取装置12A、12B;分别具有滑轮(pulley)16的张力调节装置15A、15B;分别具有滑轮17a、18a、19a的张力检测器17至19;以及导引滑轮21至34等。
上述工件切断部1A包含沿水平方向排列的一对导轮10a、10b和旋转驱动这些导轮10a、10b的马达11A、11B,同样,上述工件切断部1B包含沿水平方向排列的一对导轮10a、10b和旋转驱动这些导轮10a、10b的马达11A、11B。各工件切断部1A、1B的导轮10a、10b的排列方向(在图中为水平方向)相互平行,且两个工件切断部1A、1B排列在与该排列方向垂直的方向(在图中为上下方向)上。
各锯丝送出/卷取装置12A、12B(适宜地称为第1锯丝送出/卷取装置12A、第2锯丝送出/卷取装置12B)分别包括在其周围卷绕切断用锯丝W的卷筒(bobbin)13A、13B,以及旋转驱动这些卷筒13A、13B的卷筒驱动马达14A、14B。
从其中一个锯丝送出/卷取装置12A的卷筒13A送出的锯丝W,以如下顺序设置。
(1)以导引滑轮21、22、锯丝张力调节装置15A的滑轮16、张力检测器17的滑轮17a、以及导引滑轮24至26的顺序挂设;
(2)以工件切断部1A的导轮10a、10b的顺序一边被嵌入其外周面的导槽(省略图示),一边多次螺旋状地卷绕(被卷挂)于这些导轮10a、10b之间;
(3)以导引滑轮27、28、张力检测器18的滑轮18a、以及导引滑轮29的顺序挂设;
(4)以工件切断部1B的导轮10a、10b的顺序,一边被嵌入于其外周面的导槽(图示省略),一边多次螺旋状地卷绕(被卷挂)于这些导轮10a、10b之间;
(5)以导引滑轮30、31、张力检测器19的滑轮19a、锯丝张力调整装置15B的滑轮16、导引滑轮33、34的顺序挂设;
(6)被另一个锯丝送出/卷取装置卷取。
上述锯丝张力调整装置15A、15B向挂在其滑轮的锯丝W赋予指定的张力。
在本实施方式中,上述工件切断部1A、1B的通过各驱动马达11A、11B的导轮10a的旋转驱动方向、以及通过各卷筒驱动马达14A、14B的卷筒13A、13B的旋转驱动方向,能够分别正反切换。通过该切换,锯丝W的驱动状态,如图1中实线箭头所示,在锯丝W从第1锯丝送出/卷取装置12A的卷筒13A送出,并被第2锯丝送出/卷取装置12B的卷筒13B被卷取的状态(以下称为“第1走丝状态”)与锯丝W从第2锯丝送出/卷取装置12B的卷筒13B送出,并被第1锯丝送出/卷取装置12A的卷筒13A卷取的状态(以下称为第2走丝状态)之间切换。在这些走丝状态中,多根锯丝W(适当称为锯丝群)以彼此平行的状态张设于工件切断部1A、1B的导轮10a、10b之间,该锯丝群沿其轴方向以高速被往复驱动。
因此,本实施方式所涉及的上述两个锯丝送出/卷取装置12A、12B兼作为本发明所涉及的“锯丝送出装置”和“锯丝卷取装置”,上述两个工件切断部1A、1B兼作为本发明所涉及的“第1工件切断部”和“第2工件切断部”。具体而言,在上述第1走丝状态下,上述锯丝送出/卷取装置12A作为本发明所涉及的“锯丝送出装置”而发挥功能,上述锯丝送出/卷取装置12B作为本发明所涉及的“锯丝卷取装置”而发挥功能,上述工件切断部1A作为本发明所涉及的“第1工件切断部”而发挥功能,上述工件切断部1B作为本发明所涉及的“第2工件切断部”而发挥功能。反之,在上述第2走丝状态下,上述锯丝送出/卷取装置12B作为本发明所涉及的“锯丝送出装置”而发挥功能,上述锯丝送出/卷取装置12A作为本发明所涉及的“锯丝卷取装置”而发挥功能,上述工件切断部1B作为本发明所涉及的“第1工件切断部”而发挥功能,上述工件切断部1A作为本发明所涉及的“第2工件切断部”而发挥功能。
此外,本发明不限于此种锯丝W的驱动方向以正反方向切换的结构,也可为该锯丝W仅限于按一个方向被驱动的结构。在此种情况下,该锯丝W的走丝方向的上游侧的工件切断部相当于“第1工件切断部”,下游侧的工件切断部相当于“第2工件切断部”。
在上述工件切断部1A、1B的侧方,设置有用于使圆柱状的工件44(例如晶锭)移动的工件送出装置40。该工件送出装置40具备沿上下方向延伸的大致长方体状的垂直台(table)41、上下一对工件保持部42A、42B、以及工件送出马达43。
上述工件保持部42A、42B沿上下方向排列成一列,从上述垂直台41的其中一侧面分别突出于上述工件切断部1A、1B的上方位置,分别通过切片基座(slice base)(图示省略)而保持上述工件44。该被保持的工件44的方向被设定为:基于其结晶轴,能够获得所要的结晶方位的方向。上侧的工件保持部42A(第1工件保持部42A)在第1工件切断部1A的导轮10a、10b之间形成的锯丝群中上侧的锯丝群的上方保持工件44,下侧的工件保持部42B介于第1工件切断部1A与形成在第2工件切断部1B的导轮10a、10b之间的上侧的锯丝群之间,将工件44保持于该上侧的锯丝群上方。
上述工件送出马达43与图略的滚珠丝杠(ball screw)协作,使上述垂直台41、上述两个工件保持部42A、42B、还有分别被保持于这些工件保持部42A、42B的工件44一体升降。
即,在该线锯中,各工件切断部1A、1B的导轮10a、10b之间为切断区域,一边被形成于该切断区域的锯丝群沿其长度方向同时被高速驱动,一边上述工件送出装置40同时将被保持于各工件保持部42A、42B的工件44向上述切断区域的锯丝群切断送出,且从被卷绕于导轮10a、10b的周围的锯丝群的外侧朝向内侧(图中为从上侧至下侧)以相同方向切断送出。据此,由各工件44一次同时切断出多个晶片(薄片)。
该线锯进一步具备统括控制工件44的切断动作的控制器50。该控制器50通过使上述各锯丝送出/卷取装置12A、12B的各卷筒驱动马达14A、14B运行而使锯丝W向指定方向高速驱动,并且基于上述张力检测器17、19检测出的锯丝W的张力来调节锯丝张力调节装置15A、15B的驱动速度,以此控制锯丝W的张力。进一步,该控制器50具备本发明所涉及的“控制装置”的功能,根据被设置于两个工件切断部1A、1B之间的上述张力检测器18(相当于本发明的张力检测器)的检测值,调节各工件切断部1A、1B的导轮10a、10b的旋转驱动速度,将从工件切断部1A、1B的其中一个向另一个被导引的锯丝W的张力控制于适当范围内。
关于此工件切断部1A、1B之间的锯丝W的张力控制,使用图2的流程图进行说明。
当线锯起动时,控制器50首先向图外的马达控制电路输出控制信号,来驱动各锯丝送出/卷取装置12A、12B的卷筒13A、13B,并且,以预先设定的旋转数(旋转速度)驱动工件切断部1A、1B的导轮10a、10b(步骤S1、S3)。
然后,当导轮10a、10b的旋转速度达到目标值时,控制器50基于来自张力检测器18的输出信号,判断工件切断部1A、1B之间的锯丝W的张力(张力检测值)是否为预先设定的容许范围内的值(容许值)(步骤S5),在此判断为“是”的情况下,转移至步骤S3。
于此相对,当在步骤S5判断为“否”时,进一步判断张力检测值是否低于容许值(容许范围内的最低值)(步骤S7),在此判断为“是”的情况下,控制器50向上述马达控制电路输出控制信号,使位于锯丝走丝方向下游侧的工件切断部1A(或1B)的导轮10a、10b的旋转速度加快预先设定的速度(步骤S9)。具体而言,当锯丝W处于上述第1走丝状态(参照图1中的实线箭头)时,使第2工件切断部1B的导轮10a、10b的旋转速度加快,当处于第2走丝状态(参照图1中的虚线箭头)时,使第1工件切断部1A的导轮10a、10b的旋转速度加快。如此,若加快工件切断部1A、1B中位于下游侧的工件切断部的导轮10a、10b的旋转速度,相应地锯丝W向下游侧拉紧,据此,工件切断部1A、1B之间的锯丝W的张力上升。
在本实施方式中,控制器50以工件切断部1A(或1B)的导轮10a、10b的其中一侧的导轮10a作为主导轮来控制其旋转速度,关于另一侧的导轮10b,对该导轮10b进行扭矩控制(torque control),以避免锯丝群发生松弛。
另一方面,在步骤S7判断为“否”的情况下,即,张力检测值高于容许值(容许范围内的最高值)时,控制器50向马达控制电路输出控制信号,使工件切断部1A、1B中位于锯丝走丝方向下游侧的(第2工件切断部)导轮10a、10b的旋转速度减慢预先设定的速度(步骤S11)。如此,若减慢工件切断部1A、1B中位于锯丝走丝方向下游侧的工件切断部的导轮10a、10b的旋转速度,则相应地锯丝W松弛,工件切断部1A、1B之间的张力下降。
如上所述,在该线锯中,张力检测器18检测工件切断部1A、1B之间的锯丝W的张力,在该检测值不在容许范围内的情况下,控制锯丝W的张力,以使其检测值处于该范围内。而且,作为其具体方法,在该线锯中,通过工件切断部1A、1B的导轮10a、10b的旋转速度的变更来调整(变更)锯丝W的张力,因此,相比于以往的线锯,即、一边用张力检测器检测锯丝的张力,一边驱动专用的张力调整机构(调节滚轮)来调整锯丝的张力的方式的线锯,能够更迅速地改变锯丝W的张力。即,在本实施方式的线锯中,通过变更已被旋转驱动的导轮10a、10b的旋转速度来控制锯丝W的张力,与如已往的通常不运行的张力调整机构(调节滚轮)在张力调整时才开始被驱动的线锯相比,从张力检测器检测出张力变动至锯丝张力实际被变更为止的时滞(time lag)小,相应地锯丝W的张力的修正更迅速。
因此,根据本实施方式所涉及的线锯,能够更适当地将工件切断部1A、1B之间的锯丝张力保持于容许值的范围内,其结果,能够更可靠地防止锯丝W断线等故障。
另外,上述线锯为本发明所涉及的线锯的优选实施方式的一例,其具体结构可在不脱离本发明主旨的范围内进行适当变更。
例如,在上述实施方式中,为了调整工件切断部1A、1B之间的锯丝W的张力,变更了工件切断部1A、1B中锯丝走丝方向下游侧的(本发明所涉及的“第2工件切断部”)导轮(第2导轮)10a、10b的旋转速度,但是变更锯丝走丝方向上游侧的工件切断部1A(或1B)的导轮10a、10b的旋转速度也能够获得同样的作用效果。
此外,如上所述,仅变更工件切断部1A、1B中的其中一个的导轮10a、10b的旋转速度之外,也可变更工件切断部1A、1B双方的导轮10a、10b的旋转速度。例如,在相对于上述容许值的张力检测值的偏差较大的情况下,通过变更工件切断部1A、1B双方的导轮10a、10b的旋转速度,能够更迅速地调整锯丝张力。从而,当相对于上述容许值的张力检测值的偏差比指定值小的情况下,变更工件切断部1A、1B的其中一个的导轮10a、10b的旋转速度,当上述偏差在指定值以上的情况下,变更工件切断部1A、1B双方的导轮10a、10b的旋转速度,这种控制是有效的。
上述控制器50也可以在张力检测器18的张力检测值偏离于预先设定的容许值的情况下,运算导轮10a、10b的旋转速度的修正值,使得该张力检测值与容许值的偏差为“0”,并基于该修正值变更导轮10a、10b的旋转速度。即,也可以为上述导轮10a、10b的旋转速度被反馈控制,使得张力检测器18的张力检测值处于预先设定的容许值的范围内。此控制使得在上述容许值的范围内驱动锯丝W的动作更可靠地进行。
本发明为包括至少具备第1工件切断部及第2工件切断部的线锯的概念,例如也包含具备3个以上的工件切断部的线锯。例如,也可以在锯丝送出装置与第1工件切断部之间存在第3工件切断部,也可以在第2工件切断部与锯丝卷取装置之间存在第3工件切断部。
本发明所涉及的线锯,在上述结构的基础上,优选还具备张力变动缓和机构。即,如上所述,若为了调整锯丝张力而变更工件切断部1A、1B中至少其中之一的导轮10a、10b的旋转速度,则之后工件切断部1A、1B之间的锯丝长度发生变动,一时发生锯丝W的松弛或过紧张,根据情况有可能成为锯丝W发生缠结或断线的原因,但是,此种锯丝W的松弛或过紧张的发生,能够通过具备缓和锯丝张力的变动的张力变动缓和机构来避免。
图3示意性地表示包含上述张力变动缓和机构的线锯的一例。在此所例示的张力变动缓和机构设于工件切断部1A与张力检测器18之间,且包含滑轮53及拉伸弹簧54。滑轮53被配置成可沿与两个工件切断部1A、1B的排列方向垂直的方向(图中为水平方向)移位,在该滑轮53挂上锯丝W。拉伸弹簧54连接该滑轮53与被固定的壁等,利用该拉伸弹簧54本身的弹性力向上述滑轮53施加水平方向(更详细而言该滑轮53向锯丝W赋予张力的方向)的力。上述锯丝W从靠近上述工件切断部1A的一侧依次被挂于导引滑轮27、上述张力变动缓和机构的滑轮53、导引滑轮52、28、张力检测器18的滑轮18a、以及导引滑轮29。
在该线锯中,若工件切断部1A、1B之间的锯丝长度变长,则基于拉伸弹簧54的弹性力,滑轮53被拉伸。即,滑轮53向图中(-)侧弹性移位。据此,可防止起因于上述锯丝长度增大的锯丝W的松弛。反之,若工件切断部1A、1B之间的锯丝长度变短,则抗拒拉伸弹簧54的弹性力,滑轮53向图中(+)侧移位。据此,可防止起因于上述锯丝长度减少的锯丝W的过紧张。即,伴随在工件切断部1A、1B之间的锯丝长度变动的上述滑轮53的弹性移位,有效地缓和起因于该锯丝长度变动的锯丝张力的变动。
张力变动缓和机构的“施力部”并不限定于图3所示的拉伸弹簧54。例如,该施力部如图4(a)、(b)所示,也可具备:经由平行于上述各导引滑轮及导轮的旋转中心轴的支轴58而可转动地被支撑于固定壁等的臂(arm)56;以及被安装于上述支轴58,向该臂56赋予其转动方向的施力的扭转弹簧(torsion spring)59,上述滑轮53可旋转地被支撑于上述臂56的转动端部。在该机构中,通过将上述扭转弹簧59向臂56及滑轮53施力的方向设定为该滑轮53向锯丝W赋予张力的方向(在图4(a)中为(-)侧方向),从而可获得与图3所示的例同样的作用效果。
如上所述,本发明提供具备第1工件切断部及第2工件切断部,且能够以高响应性适当地调整两个工件切断部之间的切断用锯丝的张力的线锯。该线锯包括:锯丝送出装置,送出切断用锯丝;第1工件切断部,具备多个第1导轮和旋转驱动这些第1导轮的第1驱动部,通过从上述锯丝送出装置送出的切断用锯丝卷绕于上述各第1导轮而形成工件切断用的锯丝群;第2工件切断部,具备多个第2导轮和旋转驱动这些第2导轮的第2驱动部,通过从第1工件切断部导出的上述切断用锯丝卷绕于上述各第2导轮而形成工件切断用的锯丝群;锯丝卷取装置,卷取从上述第2工件切断部导出的切断用锯丝;张力检测器,检测在上述第1工件切断部与上述第2工件切断部之间的上述切断用锯丝的张力;以及控制装置,分别调节由上述第1驱动部及上述第2驱动部旋转驱动的上述第1导轮及上述第2导轮的旋转驱动速度。上述控制装置变更上述第1导轮和上述第2导轮中的至少一个的旋转速度,以使上述张力检测器检测的张力在指定范围内。
在该线锯中,由张力检测器检测从第1工件切断部至第2工件切断部为止的切断用锯丝的张力,变更第1导轮及第2导轮中至少其中之一的旋转速度,以使被检测出的张力处于指定的范围内。即,通过调节第1导轮的旋转速度与第2导轮的旋转速度的差,迅速地变更切断用锯丝的张力。从而,与如以往的锯丝张力的检测后张力调整机构才起动的结构相比,能够缩短时滞。
作为上述控制装置,基于张力检测器检测的张力检测值与预先设定的容许值之间的偏差,对上述导轮的旋转速度进行反馈控制的装置为适合。
此时,该控制装置例如也可以当上述偏差低于一定值时,只变更第1导轮和第2导轮中的其中之一的旋转速度,当上述偏差在一定值以上时,变更第1导轮及第2导轮双方的旋转速度。
此外,本发明所涉及的线锯优选还包括:张力变动缓和机构,缓和起因于从上述第1工件切断部至上述第2工件切断部为止的切断用锯丝的锯丝长度变动的锯丝张力变动。如上所述的导轮旋转速度的变更,虽然可能会伴随从第1工件切断部至第2工件切断部为止的切断用锯丝的锯丝长度的变动而发生锯丝松弛或过紧张,但是通过具备此种缓和张力变动的张力变动缓和机构,能够避免起因于该张力的急变的切断用锯丝的松弛或过紧张,使起因于该松弛或过紧张的切断用锯丝的缠结或断线防患于未然。
作为如上所述的张力变动缓和机构,包括:滑轮,在上述第1工件切断部与上述第2工件切断部之间卷挂上述切断用锯丝;以及施力部,向上述滑轮弹性施加该滑轮向切断用锯丝赋予张力的方向的力,其中,通过伴随从上述第1工件切断部至上述第2工件切断部为止的切断用锯丝的锯丝长度变动的上述滑轮的弹性移位,来缓和锯丝张力的变动为适合。
Claims (5)
1.一种线锯,利用切断用锯丝切断工件,其特征在于包括:
锯丝送出装置,送出切断用锯丝;
第1工件切断部,具备多个第1导轮和旋转驱动这些第1导轮的第1驱动部,通过从上述锯丝送出装置送出的切断用锯丝卷绕于上述各第1导轮而形成工件切断用的锯丝群;
第2工件切断部,具备多个第2导轮和旋转驱动这些第2导轮的第2驱动部,通过从第1工件切断部导出的上述切断用锯丝卷绕于上述各第2导轮而形成工件切断用的锯丝群;
锯丝卷取装置,卷取从上述第2工件切断部导出的切断用锯丝;
张力检测器,检测在上述第1工件切断部与上述第2工件切断部之间的上述切断用锯丝的张力;以及
控制装置,分别调节由上述第1驱动部及上述第2驱动部旋转驱动的上述第1导轮及上述第2导轮的旋转驱动速度,其中,
上述控制装置变更上述第1导轮和上述第2导轮中的至少一个的旋转速度,以使上述张力检测器检测的张力在指定范围内。
2.根据权利要求1所述的线锯,其特征在于,
上述控制装置,基于张力检测器检测的张力检测值与预先设定的容许值之间的偏差,对上述导轮的旋转速度进行反馈控制。
3.根据权利要求2所述的线锯,其特征在于,
上述控制装置,当上述偏差低于一定值时,只变更第1导轮和第2导轮中的其中之一的旋转速度,当上述偏差在一定值以上时,变更第1导轮及第2导轮双方的旋转速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的线锯,其特征在于,还包括:
张力变动缓和机构,缓和起因于从上述第1工件切断部至上述第2工件切断部为止的切断用锯丝的锯丝长度变动的锯丝张力变动。
5.根据权利要求4所述的线锯,其特征在于,上述张力变动缓和机构包括:
滑轮,在上述第1工件切断部与上述第2工件切断部之间卷挂上述切断用锯丝;以及
施力部,向上述滑轮弹性施加该滑轮向切断用锯丝赋予张力的方向的力,其中,
通过伴随从上述第1工件切断部至上述第2工件切断部为止的切断用锯丝的锯丝长度变动的上述滑轮的弹性移位,来缓和锯丝张力的变动。
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