JP2001025955A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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防止することができるワイヤソーを
提供する。 【解決手段】 ワイヤ１８の走行方向を反転させながら
ワイヤ１８の新線送りを行い、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たワイヤ
１８を、複数本の加工用ローラ１５，１６，１７間で巻
回走行させた後、他方のリール２６，２５にトラバーサ
３２，３１を介して巻き取る。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て制
御する。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高くなるように変化
させる。

Description

【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，１
６ａ，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１５，１
６，１７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１
８Ａ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３１，３
２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２５，２
６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１５，１
６，１７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１５，１６，１
７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３１，３
２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２
４，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、ＲＯＭ３
７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２
９，３０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２
５，２６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２５，２
６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２
５，２６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２５，２
６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２
５，２６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３
１，３２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３
１，３２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、１
８…ワイヤ、２１…ワーク支持機構、２２…ワーク、２
４…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Ｒ
ＡＭ、ｔ１…ワイヤ走行方向の反転直後の所定時間。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。