JP2004255538A - ワイヤソー及びワイヤのテンション制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工用ローラの軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧を均一にすることができて、加工位置の全域に亘ってワークを高精度に加工することができるワイヤソー、及びそのワイヤソーにおけるワイヤのテンション制御方法を提供する。
【解決手段】加工用ローラ１１，１２，１３に対するワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側にテンション調節装置２３Ａ，２３Ｂを設ける。加工用ローラ１１〜１３の軸線方向における各加工位置でワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧が均一になるように、各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂを別々に制御するための制御装置を設ける。
【選択図】 図１

Description

【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切断等の加工を施すワイヤソー、及びそのワイヤソーにおけるワイヤのテンション制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種のワイヤソーにおいては、１本のワイヤの両端部がそれぞれ巻取りリールに巻き付けられるとともに、そのワイヤが複数の加工用ローラ間に所定ピッチで螺旋状に巻回されている。そして、加工用ローラ及び巻取リールの回転により、加工用ローラ間でワイヤが走行されながら、そのワイヤ上に遊離砥粒を含むスラリが供給される。この状態で、ワイヤに対しワークが押し付け接触されて、ワークに対して切断加工が施されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そして、一般にワイヤソーでは、加工用ローラと両巻取リールとの間にテンション調節装置が設けられ、加工用ローラに対するワイヤの送り込み側と送り出し側とにおいて、ワイヤのテンションが同一となるように調節制御されていた。
【０００４】
このように、ワイヤのテンションが調節された場合には、図３に示すように、加工用ローラの軸線方向の異なる加工位置において、ワイヤに対するワークの接触圧が不均一になるものであった。すなわち、加工用ローラの一端側からワイヤが送り込まれて、他端側からワイヤが送り出されているとき、加工位置が加工用ローラの軸線方向に沿ってワイヤの送り込み側から送り出し側に移行するのにともなって、ワイヤに対するワークの接触圧が次第に低下した。このため、加工用ローラの軸線方向における加工位置の全域に亘ってワークを同一精度に加工することができないという問題があった。
【０００５】
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。その目的は、加工用ローラ軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧を均一にすることができて、加工位置の全域に亘ってワークを高精度に加工することができるワイヤソー、及びそのワイヤソーにおけるワイヤのテンション制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の加工用ローラ間に巻回されたワイヤを走行させながら、そのワイヤに対してワークを接触させて、切断加工を施すようにしたワイヤソーにおいて、前記加工用ローラに対するワイヤの送り込み側及び送り出し側にテンション調節手段を設け、加工用ローラの軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧が均一になるように、各テンション調節手段を別々に制御するための制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、加工用ローラの軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧を均一にすることができる。よって、加工用ローラの長さ方向における加工位置の全域に亘って、ワークを高精度に加工することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記各テンション調節手段が、ワイヤのテンションを検出する検出手段と、その検出手段の検出結果に基づいてワイヤのテンションを加減するトルクモータを含むテンション加減手段とよりなることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、この請求項２に記載の発明によれば、ワークの加工中に、加工用ローラに対するワイヤの送り込み側及び送り出し側において、ワイヤのテンションを検出しながら、その検出結果に基づいて遅れが生じることなくテンションを加減することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記ワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを予め記憶する記憶手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
従って、この請求項３に記載の発明によれば、ワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを予め設定しておいて、その設定値に基づいてテンション調節を容易に行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記制御手段は、ワークの加工が進行するのにともなって、ワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを変更制御することを特徴とするものである。
【００１３】
従って、この請求項４に記載の発明によれば、特にワークの加工開始時及び加工終了時において、加工精度が低下するのを抑制することができて、ワークを加工開始から終了まで高精度に加工することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、複数の加工用ローラ間に巻回されたワイヤを走行させながら、そのワイヤに対してワークを接触させて、切断加工を施すようにしたワイヤソーのワイヤのテンション制御方法において、前記加工用ローラ間の各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧が均一になるように、加工用ローラに対するワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを別々に調節制御することを特徴とするものである。
【００１５】
従って、この請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用と同様の作用を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、このワイヤソーにおいては、３本の加工用ローラ１１，１２，１３が平行に配設され、それらの外周に所定ピッチで形成した多数の環状溝（図示しない）には１本のワイヤ１４が巻回されている。そして、これらの加工用ローラ１１〜１３がローラ回転用モータ１５にて回転されることにより、加工用ローラ１１〜１３間においてワイヤ１４が走行される。このワイヤ１４の走行は、一定量前進及び一定量後退を繰り返して、全体として歩進的に前進するようになっている。
【００１７】
前記加工用ローラ１１〜１３の両端に対応するように一対の巻取リール１６Ａ，１６Ｂが配置され、これらの巻取リール１６Ａ，１６Ｂにはワイヤ１４の両端部が巻き付けられている。そして、これらの巻取リール１６Ａ，１６Ｂがリール回転用モータ１７Ａ，１７Ｂにて回転されることにより、複数の案内ローラ２９を介していずれか一方の巻取リール１６Ａ，１６Ｂから加工用ローラ１１〜１３上にワイヤ１４が送り込まれる。それとともに、加工用ローラ１１〜１３上から他方の巻取リール１６Ｂ，１６Ａにワイヤ１４が送り出されるようになっている。
【００１８】
前記加工用ローラ１１〜１３間のワイヤ１４の上方には、一対のスラリ供給パイプ１８が配設されている。そして、スラリ供給用ポンプ１９がポンプモータ２０にて回転されることにより、これらのスラリ供給パイプ１８から加工用ローラ１１〜１３間のワイヤ１４に、遊離砥粒を含むスラリが供給されるようになっている。
【００１９】
前記加工用ローラ１１〜１３間のワイヤ１４の上方には、硬脆材料よりなるワーク２１が図示しないワーク支持機構を介して昇降可能に対向配置されている。そして、ワイヤ１４が走行されるとともに、スラリ供給パイプ１８からワイヤ１４上にスラリが供給されながら、図２に示すワーク送り移動用モータ２２にて、ワーク２１が下方に送り移動される。これにより、ワーク２１がワイヤ１４に押し付け接触されて、スライス状に切断加工されるようになっている。
【００２０】
図１に示すように、前記加工用ローラ１１〜１３と両巻取リール１６Ａ，１６Ｂとの間には、テンション調節手段としての一対のテンション調節装置２３Ａ，２３Ｂが配設されている。各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂは、ワイヤ１４のテンションを検出する検出手段としての検出センサ２４Ａ，２４Ｂと、その検出センサ２４Ａ，２４Ｂの検出結果に基づいて、ワイヤ１４のテンションを加減するテンション加減手段としてのテンション加減機構２５Ａ，２５Ｂとより構成されている。前記検出センサ２４Ａ，２４Ｂは、各テンション加減機構２５Ａ，２５Ｂと加工用ローラ１１〜１３との間の１つの案内ローラ２９に作用するテンション負荷を検出するもので、例えばロードセルよりなる。
【００２１】
前記各テンション加減機構２５Ａ，２５Ｂは、トルクモータ２６Ａ，２６Ｂにより回動されるダンサアーム２７Ａ，２７Ｂと、それらのダンサアーム２７Ａ，２７Ｂの先端に回転可能に支持されたダンサローラ２８Ａ，２８Ｂとから構成されている。そして、加工用ローラ１１〜１３とリール１６Ａ、１６Ｂとの間において、これらのテンション加減機構２５Ａ，２５Ｂのダンサローラ２８Ａ，２８Ｂにワイヤ１４が掛装されている。この状態で、加工負荷の変動等に起因するワイヤ１４の張力変動にともなってトルクモータ２６Ａ，２６Ｂの定トルク制御によりダンサアーム２７Ａ，２７Ｂが回動変位される。そして、ダンサアーム２７Ａ，２７Ｂの回動変位によりダンサローラ２８Ａ，２８Ｂが上下動されることで、ワイヤ１４に所定のテンションが付与されるようになっている。そして、トルクモータ２６Ａ，２６Ｂの各設定トルク値を変化させることにより、ワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションが調節されるようになっている。
【００２２】
次に、前記のように構成されたワイヤソーの制御構成について説明する。
図２に示すように、制御手段としての制御装置３１は、記憶手段としてのメモリ３２に記憶されたプログラム及び各種データに基づいて、ワイヤソー全体の動作を制御する。また、制御装置３１は、ワーク２１の加工に先立って入力装置３３から、加工用ローラ１１〜１３に対するワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションが予め入力設定されたとき、それらのテンションの設定値をメモリ３２に記憶させる。
【００２３】
この場合、ワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションは、加工用ローラ１１〜１３の軸線方向における各加工位置でワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧が均一になるように、例えば送り出し側が送り込み側よりも高くなるように入力設定される。また、このワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションは、ワーク２１に対する加工の進行にともなって、ワーク２１の加工開始時及び加工終了時では加工途中よりも高くなるように、３段階に変更して入力設定される。
【００２４】
さらに、制御装置３１は、ワーク２１の加工運転が進行するに従って、メモリ３２に記憶された加工開始時、加工途中及び加工終了時におけるワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンション設定値を順に読み出す。そして、これらのテンション設定値に基づいて、ワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側の各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂを別々に制御する。この場合、各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂでは、検出センサ２４Ａ，２４Ｂによりワイヤ１４のテンションを検出し、その検出結果がテンション設定値と一致するように、トルクモータ２６Ａ，２６Ｂの各設定トルク値を変化させて、ワイヤ１４のテンションを調節する。
【００２５】
次に、前記のように構成されたワイヤソーの動作を、図６のフローチャートに従って説明する。
さて、このワイヤソーにてワーク２１に対する加工運転が開始されると、メモリ３２から加工開始時におけるワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンション設定値が読み出され（ステップＳ１）、それらの設定値に基づいてテンション調節装置２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ制御される。すなわち、各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂにおいては、検出センサ２４Ａ，２４Ｂによりワイヤ１４のテンションが検出され、その検出値がテンション設定値と一致するか否かが判別される（ステップＳ２）。
【００２６】
この判別において、検出値と設定値とが一致しない場合には、トルクモータ２６Ａ，２６Ｂの設定トルク値が変化される。これにより、ダンサアーム２７Ａ，２７Ｂが回動変位されてダンサローラ２８Ａ，２８Ｂの位置が上下動されることで、ワイヤ１４のテンションが調節される（ステップＳ３）。その後、ワーク２１が加工開始位置を経て所定位置（所定の切込み深さ）まで加工されたか否かが判別され（ステップＳ４）、所定位置まで加工される間は、前記ステップＳ２に戻ってステップＳ２〜Ｓ４の動作が繰り返し行われる。
【００２７】
そして、このワーク２１の加工開始時においては、ワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションが加工途中のテンションよりも高い値に設定され、ワイヤ１４に対してワーク２１が加工途中よりも高い接触圧で接触される。このため、図４に示すように、ワーク２１の切断加工開始部の溝幅が広くなるおそれを抑制して高精度加工を達成できる。ちなみに、加工開始時にワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧が低い場合、ワイヤ１４に振れが発生して、ワーク２１の切断加工部の溝幅が広くなる。
【００２８】
また、ワーク２１の加工の場合には、前記ワイヤ１４の送り出し側のテンションが送り込み側のテンションよりも高い値に設定される。このため、図３に示すように、加工用ローラ１１〜１３の軸線方向に沿って加工位置がワイヤ１４の送り出し側に移行するのにともなって、ワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧が次第に低下するという従来の現象が是正され、その接触圧を均一にすることができる。なお、ワイヤ１４は、その走行方向が一定時間ごとに入れ替わって、送り込み側と送り出し側とが反転するが、この反転ごとにワイヤテンションの高低も入れ替わる。
【００２９】
さらに、このワーク２１の加工開始時において、ワイヤ１４のテンションが加工途中よりも高くなるように設定された場合には、そのテンションの設定値に応じて、スラリ供給用ポンプ１９のポンプモータ２０が回転制御され、スラリ供給パイプ１８からのスラリの供給量が減少される。このため、ワーク２１が過度に加工されるおそれを抑制することができる。
【００３０】
次に、前記ステップＳ４の判別において、ワーク２１が所定位置まで加工されると、メモリ３２から加工途中におけるワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側の低めのテンション設定値が読み出され（ステップＳ５）、それらの設定値に基づいてテンション調節装置２３Ａ，２３Ｂが制御される。この場合にも、各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂにおいて、検出センサ２４Ａ，２４Ｂによりワイヤ１４のテンションが検出され、その検出値がテンション設定値と一致するか否かが判別される（ステップＳ６）。
【００３１】
この判別において、検出値と設定値とが一致しない場合には、トルクモータ２６Ａ，２６Ｂの設定トルク値が変化される。これによりダンサアーム２７Ａ，２７Ｂが回動変位されてダンサローラ２８Ａ，２８Ｂの位置が上下動されることで、ワイヤ１４のテンションが調節される（ステップＳ７）。その後、ワーク２１が加工終了直前位置まで加工されたか否かが判別され（ステップＳ８）、その位置まで加工される間は、前記ステップＳ６に戻ってステップＳ６〜Ｓ８の動作が繰り返し行われる。
【００３２】
このワーク２１の加工途中においても、前記ワイヤ１４の送り出し側のテンションが送り込み側のテンションよりも高い値に設定される。このため、図３に示すように、加工用ローラ１１〜１３の軸線方向における各加工位置で、ワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧を均一にすることができて、ワーク２１を高精度に加工することができる。
【００３３】
続いて、前記ステップＳ８の判別において、ワーク２１が加工終了直前位置まで加工されると、メモリ３２から加工終了時におけるワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側の高めのテンション設定値が読み出され（ステップＳ９）、それらの設定値に基づいてテンション調節装置２３Ａ，２３Ｂが制御される。この場合にも、各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂにおいて、検出センサ２４Ａ，２４Ｂによりワイヤ１４のテンションが検出され、その検出値がテンション設定値と一致するか否かが判別される（ステップＳ１０）。
【００３４】
この判別において、検出値と設定値とが一致しない場合には、トルクモータ２６Ａ，２６Ｂの設定トルク値が変化されることにより、ワイヤ１４のテンションが調節される（ステップＳ１１）。その後、ワーク２１の加工が終了したか否かが判別され（ステップＳ１２）、加工が終了するまでの間は、前記ステップＳ１０に戻ってステップＳ１０〜Ｓ１２の動作が繰り返し行われる。そして、ワーク２１の加工が終了したとき、ワイヤソーの運転が停止される。
【００３５】
また、このワーク２１の加工終了時においても、前記加工開始時と同様に、ワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションが加工途中のテンションよりも前述した高い値に設定され、ワイヤ１４に対してワーク２１が加工途中よりも高い接触圧で接触される。このため、図５に示すように、加工終了位置付近でワイヤ１４によるワーク２１の加工長さＬが短くなったとき、ワイヤ１４の振れ等の妄動を抑制できる。すなわち、ワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧が低い場合には、加工終了位置付近でワイヤ１４に振れが発生するおそれがある。
【００３６】
さらに、このワーク２１の加工終了時においても、前記加工開始時と同様に、ワイヤ１４のテンションが加工途中よりも高くなるように設定されるため、そのテンションの設定値に応じて、ポンプモータ２０の回転制御により、スラリ供給パイプ１８からのスラリの供給量が減少される。よって、ワーク２１が過度に加工されるおそれを抑制することができる。
【００３７】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） このワイヤソーにおいては、加工用ローラ１１，１２，１３に対するワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側にテンション調節装置２３Ａ，２３Ｂが設けられている。加工用ローラ１１〜１３の軸線方向における各加工位置でワイヤ１４に対するワーク２１の接触圧が均一になるように、各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂを別々に制御するための制御装置３１が設けられている。
【００３８】
このため、加工用ローラ１１〜１３の軸線方向における各加工位置の全域に亘って、ワーク２１に対して均一な精度で加工を施すことができ、結果としてワーク２１を高精度に加工することができる。
【００３９】
（２） このワイヤソーにおいては、前記各テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂが、ワイヤ１４のテンションを検出するセンサ２４Ａ，２４Ｂと、そのセンサ２４Ａ，２４Ｂの検出結果に基づいてワイヤ１４のテンションを加減するトルクモータを含むテンション加減機構２５Ａ，２５Ｂとより構成されている。このため、ワーク２１の加工中に、加工用ローラ１１〜１３に対するワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側において、ワイヤ１４のテンションを検出しながら、その検出結果に基づいて、時間的遅れを生じることなくテンションを有効に加減することができる。
【００４０】
（３） このワイヤソーにおいては、前記制御装置３１により、ワーク２１の加工の進行にともなって、ワイヤ１４の送り込み側及び送り出し側のテンションが自動的に変更制御されるようになっている。このため、例えば、ワーク２１の加工開始時及び加工終了時において、加工精度が低下するのを抑制することができて、ワーク２１を加工開始から終了まで高精度に加工することができる。
【００４１】
（４） このワイヤソーにおいては、前記制御装置３１により、ワーク２１の加工の進行にともなって、ワイヤ１４のテンションが変更制御されるとき、そのテンションの変更に応じて、ワイヤ１４に対するスラリの供給量が調整制御されるようになっている。このため、ワーク２１の加工開始時や加工終了時において、ワイヤ１４のテンションが高くなるように変更されたときには、スラリの供給量が減少されて、ワーク２１が過度に加工されるおそれを抑制することができる。逆にワイヤ１４のテンションが低いときにおける切断不足を解消することが可能になる。
【００４２】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態において、テンション調節装置２３Ａ，２３Ｂの構成を任意に変更すること。例えば、ダンサアーム２７Ａ、２７Ｂにソレノイド等の直動アクチュエータを連結して、そのアクチュエータの動作によりワイヤテンションを調節すること。
【００４３】
・ 前記実施形態では、この発明をワイヤ１４が歩進的に移動するワイヤソーに実施したが、ワイヤ１４が一方向に連続移動するワイヤソーにおいてこの発明を具体化すること。なお、ワイヤ１４が一方向に連続移動するワイヤソーは、ワイヤ１４のほぼ全長が一方のリール１６Ａ、１６Ｂに巻き取られると、ワイヤ１４の走行方向が反転される。
【００４４】
【発明の効果】
以上、実施形態で例示したように、この発明においては、加工用ローラの軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧を均一にすることができる。よって、加工用ローラの長さ方向における加工位置の全域に亘って、ワークを高精度に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のワイヤソーを示す斜視図。
【図２】図１のワイヤソーの制御構成を示すブロック図。
【図３】加工位置におけるワイヤのテンション状態を示す説明図。
【図４】ワイヤによるワークの加工開始時の状態を示す部分断面図。
【図５】ワイヤによるワークの加工終了時の状態を示す断面図。
【図６】図１のワイヤソーの動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１，１２，１３…加工用ローラ、１４…ワイヤ、１５…ローラ回転用モータ、１６Ａ，１６Ｂ…巻取リール、２１…ワーク、２３Ａ，２３Ｂ…テンション調節手段としてのテンション調節装置、２４Ａ，２４Ｂ…検出手段としての検出センサ、２５Ａ，２５Ｂ…テンション加減手段としてのテンション加減機構、２６Ａ，２６Ｂ…トルクモータ、２７Ａ，２７Ｂ…ダンサアーム、２８Ａ，２８Ｂ…ダンサローラ、３１…制御手段としての制御装置、３２…記憶手段としてのメモリ。

Claims (5)

1. 複数の加工用ローラ間に巻回されたワイヤを走行させながら、そのワイヤに対してワークを接触させて、ワークに切断加工を施すようにしたワイヤソーにおいて、
   前記加工用ローラに対するワイヤの送り込み側及び送り出し側にテンション調節手段を設け、加工用ローラの軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧が均一になるように、各テンション調節手段を別々に制御するための制御手段を設けたことを特徴とするワイヤソー。
2. 前記各テンション調節手段が、ワイヤのテンションを検出する検出手段と、その検出手段の検出結果に基づいてワイヤのテンションを加減するトルクモータを含むテンション加減手段とよりなることを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記ワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを予め記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワイヤソー。
4. 前記制御手段は、ワークの加工が進行するのにともなって、ワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを変更制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載のワイヤソー。
5. 複数の加工用ローラ間に巻回されたワイヤを走行させながら、そのワイヤに対してワークを接触させて、切断加工を施すようにしたワイヤソーにおいて、
   前記加工用ローラの軸線方向における各加工位置でワイヤに対するワークの接触圧が均一になるように、加工用ローラに対するワイヤの送り込み側及び送り出し側のテンションを別々に調節制御することを特徴とするワイヤのテンション制御方法。

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