JP2010089197A - ワイヤ巻取り装置およびワイヤソー - Google Patents

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Abstract

【課題】リールによるワイヤの巻取りを長期的に適切に行えるようにする。
【解決手段】ワイヤ繰出し・巻取り装置10Aは、ワイヤWを巻取るリール9Aと、トラバーサ12Aとを有する。トラバーサ12Aは、ワイヤWを案内するガイドプーリ40とこれを移動させるトラバースモータ54等の駆動手段と、この駆動手段を制御するコントローラ60と、ガイドプーリ40に対するワイヤWの位置を検出するリニアセンサ56等とを含む。コントローラ60は、トラバースモータ54を駆動制御してガイドプーリ40を往復始動させると共に、リニアセンサ56により検出されるワイヤWの位置とその基準位置との偏差に基づきリール9Aの所定の巻取りエリア内にワイヤWが巻取られるようにガイドプーリ40の移動範囲を変更する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ワイヤソー等に適用されるワイヤ巻取り装置および当該ワイヤ巻取り装置を備えたワイヤソーに関するものである。
従来から半導体インゴット等のワークをスライス状に切り出す手段としてワイヤソーが知られている(例えば特許文献1)。ワイヤソーは、複数のガイドローラ間に切断用ワイヤが巻き掛けられることにより該ワイヤが多数本並んだ状態で張設され、ワイヤをその軸方向に高速走行させながら、当該ワイヤの軸方向と直交する方向にワークを切断送りすることにより、ワークをスライス状に多数毎同時に切り出すように構成されている。
ワイヤの両端は、それぞれワイヤ繰り出し・巻取り装置のリールに巻回されており、一方側のワイヤ繰り出し・巻取り装置のリールからワイヤを繰り出しつつ前記ガイドローラを経由して他方側のワイヤ繰り出し・巻取り装置のリールにより巻き取る状態と、これと逆の状態とに各装置によるワイヤ繰出し巻取り状態を切り替えることにより、ワイヤの走行方向を切り替えながら作業を行うようになっている。
なお、ワイヤ繰り出し・巻取り装置にはトラバーサ(トラバース装置)が組込まれ、リールに対してその軸方向に整列した状態で均等にワイヤを巻取ることにより、ワイヤの縺れ等の発生を防止して次回のワイヤ繰出しをスムーズに行い得るようにされている。
特開平11−42547号公報
トラバーサは、一般に、リールにワイヤを案内するガイドプーリを有し、このガイドプーリをリールの軸方向に往復移動させることによりリールによるワイヤの巻取り位置を変えるように構成されるが、その場合、特許文献1のように、ガイドプーリがリールの軸と直交する軸回りに回転するものでは、以下のような問題がある。
すなわち、ワイヤとの接触によりガイドプーリのワイヤ案内面(溝の内底面)が摩耗すると、その分、ガイドプーリに案内されるワイヤの位置がリールの軸方向にずれてしまう。このような場合には、リールの本来の巻取りエリアから軸方向一端側にワイヤが偏って巻取られることとなり、例えばリール端部の鍔部分にワイヤが接触した状態で巻取られるなどして断線や縺れ等を招くことが考えられる。従って、この点を改善することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、リールの所定の巻取りエリアに対して長期的に適切にワイヤを巻取らせ得るようにすることを目的とするものである。
上記の課題を解決するために、本発明は、ワイヤ巻取り用のリールと、その軸方向と直交する軸回りに回転自在に支持されて、前記リールに巻取られるワイヤを案内するガイドプーリとを有し、前記リールによるワイヤ巻取り中に前記ガイドプーリを前記リールに対してその軸方向に相対的に往復移動させることにより前記ワイヤを前記軸方向に整列させた状態で巻取るワイヤ巻取り装置において、前記リールに対してその軸方向に前記ガイドプーリを相対的に移動させる駆動手段と、この駆動手段を制御することにより、前記リールの所定の巻取りエリア内にワイヤが巻取られるように設定された範囲内でガイドプーリを相対的に往復移動させる制御手段と、前記ガイドプーリからリールに至る過程で前記ガイドプーリに対する前記ワイヤの位置を検出する検出手段と、この検出手段によるワイヤの検出位置とその基準位置との偏差に基づき、前記巻取りエリア内にワイヤが巻取られるようにガイドプーリの前記移動範囲の補正値を求める補正手段と、を備え、前記制御手段は、前記リールによるワイヤ巻取り中、前記補正値に基づいて前記ガイドプーリの相対的な移動範囲を変更することに特徴を有するものである。
このワイヤ巻取り装置では、リールにワイヤを案内するガイドプーリがリールの軸方向と直交する軸回りに回転するものであるが、上記のように、ガイドプーリに対するワイヤの位置を検出し、この検出位置とその基準位置との偏差に基づき所定の巻取りエリア内にワイヤが巻取られるようにガイドプーリの移動範囲が変更(補正)されるので、仮にガイドプーリのワイヤ案内面に摩耗が生じてガイドプーリに対するワイヤの位置がずれた場合でも、そのずれに応じてガイドプーリの移動範囲が変更されることにより、ワイヤはリールの所定の巻取りエリア内に適切に巻取られることとなる。
このワイヤ巻取り装置において、前記駆動手段は、前記リールに対して相対的に移動可能に設けられかつ前記ガイドプーリを支持する支持部材を含み、前記検出手段は、この支持部材に組付けられている。この構成により、ガイドプーリに対するワイヤの位置の検出を正確に行うことが可能となる。
なお、このワイヤ巻取り装置において、前記ガイドプーリを所定ストロークだけ往復移動させるように前記制御手段が駆動手段を制御するものでは、前記補正手段は、前記所定ストロークを保ったまま前記ガイドプーリの移動範囲を前記リールの軸方向にシフトさせるように前記補正値を求めるものであるのが好適である。
例えば、ガイドプーリの移動範囲の補正に際して当該移動範囲の一端側の位置だけを変更するようにしてもよいが、上記のように所定ストロークを保ったまま移動範囲をリールの軸方向にシフトさせるようにすれば、リールの特定箇所に偏ってワイヤが巻取られることを防止して、所定の巻取りエリア内により均等にワイヤを巻取ることが可能となる。
一方、本発明に係るワイヤソーは、ワイヤ繰出し装置のリールから繰り出された切断用ワイヤが複数のガイドローラの周囲に巻回されてワイヤ巻取り装置のリールに巻き取られるワイヤソーにおいて、ワイヤ巻取り装置として、上述したようなワイヤ巻取り装置を備えていることを特徴とするものである。
このようなワイヤソーによれば、ワイヤ巻取り装置に組込まれたガイドプーリの摩耗に起因した切断用ワイヤの巻取り不良や断線等のトラブルを未然に防止することが可能となり、切断用ワイヤをより安定的に走行させることが可能となる。
本発明によると、ワイヤソー等のワイヤ巻取り装置において、リールの軸方向と直交する軸回りに回転するガイドプーリによりワイヤを案内しながらリールに巻取るようにしながらも、ガイドプーリのワイヤ案内面の摩耗による影響を受けることなくワイヤの巻取りを長期的に適切に行うことができるようになる。
本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
図1は、本発明に係るワイヤソー(本発明に係るワイヤ巻取り装置が適用されるワイヤソー)の実施の形態の概略的に示している。
この図に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置10A,10B、ガイドプーリ14A,14B、ガイドプーリ16A,16B、ワイヤ張力調節装置18A,18B、ガイドプーリ22A,22B、及び4つのガイドローラ24A,24B,26A,26Bを備えている。
ガイドローラ24A,24Bは互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ26A,26Bはそれぞれガイドローラ24A,24Bの下方の位置に配されており、ガイドローラ26Aが駆動モータ25によって回転駆動されるようになっている。
各ワイヤ繰出し・巻取り装置10A,10Bは、切断用のワイヤWが巻かれるリール9A,9Bと、これを回転駆動するリール駆動モータ11A,11Bと、ワイヤWをリール9A,9Bに整列した状態で均等に巻取らせるためのトラバーサ12A,12Bと、を含んでいる。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置10Aにおいてリール9Aから繰り出されたワイヤWは、トラバーサ12Aのガイドプーリ40、ガイドプーリ14A,16A、ワイヤ張力調節装置18Aのプーリ20A、及びガイドプーリ22Aの順に掛けられ、さらにガイドローラ24A,24B,26B,26Aの外周面のガイド溝(図示省略)に嵌め込まれながらこれらガイドローラの外側に多数回螺旋状に巻回された(巻き掛けられた)後、ガイドプーリ22B、ワイヤ張力調節装置18Bのプーリ20B、ガイドプーリ16B,14Bの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置10Bのトラバーサ12Bの後記ガイドプーリ40により案内されつつリール9Bに巻き取られており、両ワイヤ張力調節装置18A,18BによってワイヤWに適当な張力が与えられている。そして、駆動モータ25によるガイドローラ26Aの回転駆動方向と、各リール駆動モータ11A,11Bによるリール9A,9Bの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ワイヤWがリール9Aから繰り出されてリール9Bに巻き取られる状態と、ワイヤWがリール9Bから繰り出されてリール9Aに巻き取られる状態とに切換えられるようになっている。
すなわち、このワイヤソーにおいては、ガイドローラ24A,24Bの間に多数本のワイヤWが互いに平行な状態で張られることによりワイヤ群が形成され、このワイヤ群がワイヤ軸方向に往復駆動されるようになっている。
前記ガイドローラ24A,24B間に張られたワイヤWの上方には、円柱状のワーク(例えば半導体インゴット)28を移動させるワーク送り装置30が設けられている。このワーク送り装置30は、ワーク保持部32と、ワーク送りモータ34とを備えている。
ワーク保持部32は、上記ワーク28をその軸方向とワイヤ並び方向とが合致する向きに保持するものであり、ワーク送りモータ34は、図略のボールネジとの組み合わせにより、上記ワーク保持部32とワーク28とを一体に昇降(切断送り)させるものである。
ガイドローラ24A,24B間に張られたワイヤWの上方において、ワーク28の左右両側の位置には、砥粒供給装置36A,36Bが設けられている。これらの砥粒供給装置36A,36Bは、高速駆動される各ワイヤWに対し、加工用砥粒が混合された加工液(スラリー)を同時供給し、ワイヤWの表面に付着させるものである。
つまり、このワイヤソーでは、ガイドローラ24A,24B間に張られた多数本のワイヤWがその長手方向に同時高速駆動され、かつこれらのワイヤWに砥粒供給装置36A,36Bからスラリーが供給されながら、上記ワイヤWに対してワーク28が下方に切断送りされることにより、このワーク28から一度に多数枚のウエハ(薄片)が同時に切り出されるようになっている。
次に、上記ワイヤ繰出し・巻取り装置10A,10Bの構成、主にはトラバーサ12A,12Bの構成とその制御系について図2に基づいて説明する。なお、各ワイヤ繰出し・巻取り装置10A,10Bの構成は共通しているため、ここでは一方のワイヤ繰出し・巻取り装置10Aの構成について説明することとする。
図2に示すように、ワイヤ繰出し・巻取り装置10Aのトラバーサ12Aは、前記リール9Aに巻取られるワイヤWを案内するガイドプーリ40と、このガイドプーリ40をリール9Aの軸方向と平行な方向に移動させるための駆動機構とを有しており、ガイドプーリ40によってワイヤWを案内しながら当該ガイドプーリ40をリール9Aの軸方向(上下方向)に往復移動させることにより、リール9Aの所定の巻取りエリア内にワイヤWを整列した状態で均等に巻取らせるように構成されている。
前記駆動機構は、いわゆるねじ送り機構からなり具体的には次のように構成されている。すなわち、リール9Aを支持するワイヤソーのコラム(図示省略)にトラバーサ12Aのフレーム48が固定されており、このフレーム48にリール9Aの軸方向と平行に延びる駆動軸46が支持されている。駆動軸46はフレーム48に対してその軸方向の移動が可能でかつ回転が阻止された状態で支持されている。この駆動軸46の先端にはプーリ取付用のブラケット44(本発明の支持部材に相当する)が固定されており、このブラケット44に、前記リール9Aの軸方向と直交する方向(水平方向)に延びる支持軸42が固定され、この支持軸42に前記ガイドプーリ40が回転自在に装着されている。そして、前記フレーム48に駆動軸46と平行なねじ軸50が回転可能に支持されると共にこのねじ軸50に対して前記駆動軸46に固定されたナット部材52が螺合装着され、さらに前記フレーム48に固定されたトラバースモータ54がこのねじ軸50の一端に連結されている。この構成により、駆動軸46の先端部分にガイドプーリ40が回転自在に支持され、このガイドプーリ40がトラバースモータ54の駆動により駆動軸46と一体に上下方向に移動するようになっている。
そして、ガイドプーリ40の溝に嵌め込まれた状態でワイヤWが当該ガイドプーリ40に対してその下側から掛け渡されると共にガイドプーリ40の接線方向に引き出されてリール9Aに巻き取られている。
前記ブラケット44には、さらにCCDリニアセンサ56(以下、リニアセンサ56という;本発明の検出手段に相当する)が組付けされている。詳しく図示していないが、リニアセンサ56は、撮像素子が上下方向、つまりリール9Aの軸方向と平行に並ぶようにブラケット44に対して固定されており、ガイドプーリ40の近傍位置において当該ガイドプーリ40からリール9Aに至るワイヤWを撮像してその画像信号を後記コントローラ60に出力するようになっている。
ワイヤソーには、その駆動を統括的に制御するためのコントローラ60が設けられている。コントローラ60は、トラバーサ12A,12Bの制御系として、偏差演算手段61、反転位置補正手段62およびモータ制御手段63等を含んでいる。
偏差演算手段61は、前記リニアセンサ56から出力される画像信号に基づきワイヤWを認識(検知)することによりガイドプーリ40に対するワイヤWの上下方向の位置を検出し、当該検出位置と予め記憶されている基準位置との偏差δを演算するもの、換言すればガイドプーリ40のワイヤ案内面40aの摩耗量を演算するものである。つまり、図3の二点鎖線に示すように、ワイヤWとの接触によりガイドプーリ40のワイヤ案内面40aが摩耗してその位置が径方向にずれると、その分ワイヤWの位置が上側にずれることとなる。偏差演算手段61は、ガイドプーリ40からリール9Aに走行するワイヤWの初期値(例えば稼働直後の位置)を上記基準位置(初期値)として記憶しており、この基準位置と実際のワイヤWの位置とを比較してその偏差δを演算する。
反転位置補正手段62は、上記偏差δが設定値Aに達した場合にガイドプーリ40の移動範囲を補正するもの、要するにトラバースモータ54の駆動切り替え位置を補正するものである。つまり、ガイドプーリ40の往復移動範囲は、リール9Aの所定の巻取りエリアにワイヤWが巻取られるように予め設定されるが、図3に示すように、ワイヤ案内面40aの摩耗によりワイヤWの位置が上側にずれると、同図中に斜線で示す本来の巻取りエリアに対して実際のワイヤ巻取り範囲(二点鎖線に示す)が上記ずれ分だけ上側にシフトすることとなる。反転位置補正手段62は、実際のワイヤWの巻取り範囲が上記所定の巻取りエリアに一致するようにガイドプーリ40の移動範囲を補正するもの、すなわちトラバースモータ54の駆動切り替え位置の補正値を演算するものである。具体的には、往復移動時のガイドプーリ40の移動ストロークを保ったまま上記設定値Aだけガイドプーリ40の移動範囲を下側にシフトするようにトラバースモータ54の駆動切り替え位置の補正値を演算する。
モータ制御手段63は、前記トラバースモータ54に内蔵されるエンコーダ45aからの出力に基づき前記トラバースモータ54の駆動を制御するもので、上記反転位置補正手段により上記補正値が演算されると、その補正値に基づき前記トラバースモータ54の駆動を制御する。
なお、この実施形態では、コントローラ60の機能構成のうちモータ制御手段63が本発明の制御手段として機能し、偏差演算手段61及び反転位置補正手段62が本発明の補正手段として機能する。
次に、ワイヤ繰出し・巻取り装置10AによるワイヤWの巻取り時の上記コントローラ60によるトラバーサ12Aの制御について図4のフローチャートに従って説明する。
リール駆動モータ11Aの駆動によりワイヤ繰出し・巻取り装置10AによるワイヤWの巻取りが開始されると、これに同期してトラバースモータ54が駆動され、例えばガイドプーリ40がリール9Aの下端側から上端側に一定速度で移動を開始する。これによりリール9Aに対してその軸方向にワイヤWが整列した状態で巻取られる。
ワイヤWの巻取りが開始されると、リニアセンサ56から出力される画像信号に基づき、偏差演算手段61によりワイヤWの位置とその基準位置との偏差δが演算され(ステップS1)、さらに反転位置補正手段62により上記偏差δが設定値Aに達しているか否かが判断される(ステップS3)。ここでYESと判断された場合には、反転位置補正手段62によりトラバースモータ54の駆動切り替え位置が補正され(ステップS5)、ステップS1で検出されたワイヤWの位置が上記基準位置として更新設定される(ステップS7)。なお、ステップS3でNOと判断された場合には、ステップS9に移行される。
次いで、エンコーダ45aからの出力に基づき、ガイドプーリ40が駆動切り替え位置に達したか否かが判断され(ステップS9)、ここでNOと判断された場合には、ステップS1にリターンする。これに対して、ガイドプーリ40が駆動切り替え位置に達したと判断された場合には(ステップS9でYES)、トラバースモータ54が反転駆動されてガイドプーリ40の移動方向が切替えられる(ステップS11)。そして、ステップS13で、所定長のワイヤWがリール9Aに巻取られたか否かが判断され、ここでNOと判断された場合にはステップS1に移行される。最終定にステップS13でYESと判断されると、当該フローチャートを終了する。
なお、ここではワイヤ繰出し・巻取り装置10A,10Bの一方側のトラバーサ12Aの構成等について説明したが、他方側のトラバーサ12Bも同様の構成となっている。
以上説明したワイヤ繰出し・巻取り装置10A(10B)のトラバーサ12Aでは、リール9Aの軸方向と直交する軸回りに回転するガイドプーリ40によりワイヤWを案内しながらリール9Aに巻取るが、上記の通り、ガイドプーリ40からリール9Aに至るワイヤWの位置をリニアセンサ56により検出し、その検出位置と基準位置との偏差δに基づきトラバースモータ54の駆動切り替え位置を補正する、すなわち、リール9Aの前記所定の巻取りエリアにワイヤWが巻き取られ得るようにガイドプーリ40の移動範囲を補正するように構成されているので、ガイドプーリ40のワイヤ案内面40aに摩耗が生じた場合でも、リール9Aの所定の巻取りエリアに適切にワイヤWを巻取らせることが可能となる。
特に、トラバースモータ54の駆動切り替え位置が補正されると、その時のワイヤWの検出位置が新たな基準位置として更新的に記憶されるようになっているので(図4のステップS7)、その後さらにワイヤ案内面40aが摩耗した場合でも、同様にしてリール9Aの所定の巻取りエリアに適切にワイヤWを巻取らせることが可能となる。従って、リール9AによるワイヤWの巻取りを長期的に適切に行うことができるようになる。
なお、このワイヤソーでは、ワイヤWの位置を検出する手段としてCCDリニアセンサ56を適用しているが、当該検出手段はCCDリニアセンサに限定されるものではなく、その他の非接触式のセンサを適用してワイヤWの位置を検出するようにしてもよい。また、前記検出手段として非接触式のもの以外に接触式のものを適用してもよい。例えば、ロードセルを組込んだタッチローラを前記検出手段としてブラケット44に組付け、前記タッチローラとワイヤWとの接触に伴う前記ロードセルの歪みに応じてワイヤWの位置を検出するようにしてもよい。
また、このワイヤソーでは、リール9Aに対してその軸方向にガイドプーリ40を往復移動させることによりリール9Aの所定の巻取りエリア内にワイヤWを整列した状態で巻取るように構成されているが、勿論、ガイドプーリ40に対してリール9A側をその軸方向に往復移動させるものであってもよい。この構成の場合、図4のステップS5の処理では、リール9Aの往復移動方向における駆動切り替え位置を補正するようにすればよい。
本発明に係るワイヤソー(本発明に係るワイヤ巻取り装置が適用されるワイヤソー)の全体構成を示す概略図である。 ワイヤ巻取り装置の具体的な構成を示す概略図である。 ガイドプーリにおけるワイヤ案内面の摩耗とリールにおけるワイヤ巻取り位置のずれとの関係を説明する概略図である。 コントローラによるワイヤ繰出し・巻取り装置(主にトラバーサ)の駆動制御の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
9A,9B リール
10A,10B ワイヤ繰出し・巻取り装置
40 ガイドプーリ
54 トラバースモータ
60 コントローラ
61 偏差演算手段
62 反転位置補正手段
63 モータ制御手段

Claims (4)

  1. ワイヤ巻取り用のリールと、その軸方向と直交する軸回りに回転自在に支持されて、前記リールに巻取られるワイヤを案内するガイドプーリとを有し、前記リールによるワイヤ巻取り中に前記ガイドプーリを前記リールに対してその軸方向に相対的に往復移動させることにより前記ワイヤを前記軸方向に整列させた状態で巻取るワイヤ巻取り装置において、
    前記リールに対してその軸方向に前記ガイドプーリを相対的に移動させる駆動手段と、
    この駆動手段を制御することにより、前記リールの所定の巻取りエリア内にワイヤが巻取られるように設定された範囲内でガイドプーリを相対的に往復移動させる制御手段と、
    前記ガイドプーリからリールに至る過程で前記ガイドプーリに対する前記ワイヤの位置を検出する検出手段と、
    この検出手段によるワイヤの検出位置とその基準位置との偏差に基づき、前記巻取りエリア内にワイヤが巻取られるようにガイドプーリの前記移動範囲の補正値を求める補正手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記リールによるワイヤ巻取り中、前記補正値に基づいて前記ガイドプーリの相対的な移動範囲を変更することを特徴とするワイヤ巻取り装置。
  2. 請求項1に記載のワイヤ巻取り装置において、
    前記駆動手段は、前記リールに対して相対的に移動可能に設けられかつ前記ガイドプーリを支持する支持部材を含み、前記検出手段は、この支持部材に組付けられていることを特徴とするワイヤ巻取り装置。
  3. 請求項1又は2に記載のワイヤ巻取り装置において、
    前記制御手段は、前記ガイドプーリを所定ストロークだけ往復移動させるように前記駆動手段を制御するものであり、前記補正手段は、前記所定ストロークを保ったまま前記ガイドプーリの移動範囲を前記リールの軸方向にシフトさせるように前記補正値を求めることを特徴とするワイヤ巻取り装置。
  4. ワイヤ繰出し装置のリールから繰り出された切断用ワイヤが複数のガイドローラの周囲に巻回されてワイヤ巻取り装置のリールに巻き取られるワイヤソーにおいて、
    前記ワイヤ巻取り装置として、請求項1乃至3の何れか一項に記載のワイヤ巻取り装置を備えていることを特徴とするワイヤソー。
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