JP2016143683A - ワイヤーソーとワイヤー溝飛び防止運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーソーにおいて、メインローラのＶ溝からのワイヤーの溝飛びを防止することを目的とする。【解決手段】ワイヤー（２）をメインローラ（１ｂ）に押し付ける第１押さえローラ（１１ｂ２）を設け、ワイヤー（２）が被加工物（３）から離れた後で押さえローラ（１１ｂ２）に接触する手前位置に第１ワイヤー高さ調節ローラ（２１ｂ）を設け、第１ワイヤー高さ調節ローラ（２１ｂ）を動かす第１アクチュエータ（７ｂ）の駆動量に応じて制御部（１３）が、第２アクチュエータ（６ｂ）を運転して、ワイヤー（２）とメインローラ（１ｂ）の接点の移動量を推定し、第１押さえローラ（１１ｂ２）のメインローラ（１ｂ）の円周上方向における位置を制御してワイヤーの溝飛び防止する。【選択図】図１

Description

本発明はマルチ・ワイヤーソーに関するものである。

柱状のシリコンインゴットを八角柱に加工したものを、所定の厚さ（概ね１８０ミクロン）にスライスしてシリコンウエハに加工する際には、ワイヤーソーと呼ばれる装置を用いることが一般的である。ワイヤーソーは一本のワイヤー（概ね直径１２０ミクロン）を複数（２〜４本）のメインローラに螺旋状に複数回まき付けた後、ワイヤーを一方向に高速走行させてスライス加工する。

ワイヤーソーには、加工用の砥粒と加工液を混ぜたもの（スラリー）をワイヤーで被加工物に擦り付けて切削する方式と、加工用の砥粒（例えばダイヤモンド等）を固着したワイヤーで被加工物を直接に切削する方式がある。

このワイヤーソーは、加工中にワイヤーがメインローラのＶ溝から溝飛び（脱線）を起こし、隣接するＶ溝に移動してしまうことがある。この現象によって引き起こされる問題として、多数加工されたウエハのうち１枚に厚み不良が生じる問題や、２本のワイヤーが相互に傷つけあって断線に至る問題などが生じる。加工中にワイヤーが断線すると、加工中のインゴット全てを廃棄することになるうえに、加工装置の復帰にも時間がかかるため、大きな損失を被る問題となる。

昨今では、従来のスラリーを用いるよりも、単位時間当たりの加工量が増え全体の加工時間が短くなり、結果的に生産性を高めることができることから、加工用の砥粒が固着されているワイヤーを用いる方式が採用されることが多い。

砥粒が固着したワイヤーを用いる場合には、ワイヤーの断線が発生する確率が高く、また、ワイヤーの溝飛びはワイヤーソーにおいて非常に重要な問題となってきている。
そこで加工用の砥粒が固着されたワイヤーを使った加工では、ワイヤーの溝飛びを軽減するための構成がいくつか知られている。

特許文献１には、図１２に示したように溝飛び防止ローラを設けているものがある。この従来のワイヤーソーは、２つのメインローラ３１ａ，３１ｂに、ワイヤー３２の巻き付け張力をＴ１に設定して巻き付け、メインローラ３１ａ，３１ｂの円周上に接するようにそれぞれ２つずつの４つの押さえローラ４１，４１，４１，４１を配置し、ワイヤー３２がメインローラ３１ａ，３１ｂと接する点（接点）を、押さえローラ４１によって押さえるように構成されている。

押さえローラ４１によってワイヤー３２を押さえることによって、メインローラ３１ａ−３１ｂの間のワイヤー張力がＴ２となり、ワイヤー張力がＴ１＜Ｔ２の関係となる。被加工物３４はこのワイヤー３２に押し付けられることで加工される。ここで、ワイヤー３２の走行方向を途中で反転させる交播運動中に急激に加減速しても、ワイヤー３２の張力Ｔ２は自律的に一定に保たれるため、Ｔ１＜Ｔ２の関係をいかなる場合においても保つことができる。また、ワイヤー３２がメインローラ３１ａ，３１ｂに接触する点（接点）でワイヤー３２を、メインローラ３１ａ，３１ｂの適切なＶ溝に押し込むことができる。その結果、メインローラ３１ａ，３１ｂを損傷すること無く長寿命になり、ワイヤー３２がメインローラ３１ａ，３１ｂのＶ溝から脱線することを防止できる。

特開２０１３−０１８０８２号公報

しかしながら従来の構成では、加工開始の直後には、押さえローラ４１でワイヤー３２をメインローラ３１ａ，３１ｂの適切なＶ溝に押し込むことができても、加工中にワイヤー３２が撓んでメインローラ３１ａ，３１ｂとワイヤー３２の接点が変化すると、押さえローラ４１によってワイヤー３２を、メインローラ３１ａ，３１ｂの適切なＶ溝に押し込むことができず、溝飛びが発生するという課題を有している。

本発明は、加工中にワイヤーの撓みが変化しても溝飛びが発生しないワイヤーソーを提供することを目的とする。

本発明のワイヤーソーは、回転自在に設けられた複数のメインローラ間に巻き付けられたワイヤーを備え、前記ワイヤーを被加工物に相対的に押し付けてスライスするワイヤーソーにおいて、前記ワイヤーが前記被加工物から離れて、前記メインローラの１つに接触を始める入口に、前記メインローラの円周上方向に移動自在な機構を有し、前記ワイヤーを前記メインローラに押し付ける第１押さえローラを備え、前記ワイヤーが前記被加工物から離れた後で前記押さえローラに接触する手前位置に、前記ワイヤーを押さえながら前記被加工物に対して相対的に移動可能でワイヤーの高さを調節する第１ワイヤー高さ調節ローラを備え、前記第１ワイヤー高さ調節ローラの高さ位置を調節する第１アクチュエータを備え、前記第１押さえローラの前記メインローラの円周上方向における位置を調節する第２アクチュエータを備え、第１アクチュエータの駆動量から決まる前記第１ワイヤー高さ調節ローラの位置から決定できる前記ワイヤーと前記メインローラの接点の移動量に基づいて、前記第２アクチュエータを運転して前記第１押さえローラの位置を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１アクチュエータの駆動量から決まる前記第１ワイヤー高さ調節ローラの位置から決定できる前記ワイヤーと前記メインローラの接点の移動量に基づいて、前記第２アクチュエータを運転して前記第１押さえローラの位置を制御部が制御するので、加工中のワイヤーの撓み量に変化が生じた場合でも、ワイヤーがメインローラのＶ溝から溝飛びを起こすことを防止することができる。

本発明の実施の形態におけるワイヤーソーの正面図 同実施の形態のメインローラのＶ溝にスラッジが入り込んでいない理想状態の正面図とメインローラの断面図 （ａ）〜（ｄ）は、スラッジがメインローラのＶ溝に入り込んでいない理想状態における各ポジションでの押さえローラとメインローラとワイヤーの関係を示す断面図 同実施の形態において、スラッジがメインローラのＶ溝に入り込んでいる状態のメインローラとワイヤーが接する点の拡大図 （ａ）〜（ｄ）は、スラッジがメインローラのＶ溝に入り込んでいる状態の各ポジションにおける押さえローラとメインローラとワイヤーの関係を示す断面図 （ａ）（ｂ）は、同実施の形態においてワイヤー高さ調整ローラによってワイヤーを押さえている場合の加工中のメインローラと各ワイヤーの関係を示す斜視図と要部を上面から見た説明図 同実施の形態において、メインローラとワイヤーと被加工物と押さえローラ及びワイヤー高さ調節ローラの関係を示す断面図 比較例のワイヤーソーの正面図 比較例において、スラッジがメインローラのＶ溝に入り込んでいる状態の押さえローラとワイヤーの関係を示した正面図 （ａ）〜（ｃ）は、比較例においてスラッジがメインローラのＶ溝に入り込んでいる状態における各ポジションでの押さえローラとワイヤーの関係を示した断面図 （ａ）（ｂ）は、比較例において加工中の被加工物とメインローラとワイヤーの関係を示す斜視図と要部を上面から見た説明図 従来のワイヤーソーの正面図

以下、本発明のワイヤーソーを実施の形態について説明する。
なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜、説明を省略している。

図１は、本発明の実施の形態におけるワイヤーソーを示す基本的な構成であり、ワイヤーソーのメインローラ１ａ，１ｂを正面から見た図である。
このワイヤーソーには、２つのメインローラ１ａ，１ｂと、メインローラ１ａ，１ｂに対して主軸方向に螺旋状に巻き付けられたワイヤー２と、被加工物３をワイヤー２に押圧する方向に移動させる保持具である被加工物保持具４が設けられている。被加工物保持具４によって被加工物３がワイヤー２の上部に配置されている。

ａはワイヤー２の進行方向、ｂは各ローラの回転方向を示している。ここで、ワイヤー２の一例としてはダイヤモンド・ワイヤーを挙げることができる。被加工物３の一例はシリコンインゴットである。メインローラ１ａ，１ｂの表面にはワイヤー２に係合する複数のＶ溝が、スライス厚さに応じたピッチで形成されている。

図１においてワイヤー２が時計回りに回転しており、ワイヤー２はメインローラ１ａを出て、ワイヤー２を押さえ付ける回転自在なワイヤー高さ調節ローラ２１ａを経由して被加工物３に入り、被加工物３を出た後は、ワイヤー２を押さえ付ける回転自在なワイヤー高さ調節ローラ２１ｂを経由してメインローラ１ｂに入る。そして、メインローラ１ｂを出た後、ワイヤー２は再びメインローラ１ａに入る。

ワイヤー２がメインローラ１ａから離れる出口近傍には、ワイヤー２をメインローラ１ａに押し付ける回転自在なローラである押さえローラ１１ａ１が設けられている。この押さえローラ１１ａ１は、メインローラ１ａの円周方向に自由自在に可動できるように、メインローラ１ａの主軸と押さえローラ１１ａ１の主軸が連結金具５ａによってつながれており、その連結金具５ａは伸縮できるアクチュエータ６ａによって位置決めされる機構が設けられている。アクチュエータ６ａの連結金具５ａとつながれていない方の末端は、回転自在に可動できるようにワイヤーソー本体１２に連結されている。ワイヤー２がメインローラ１ａに接触を始める入口近傍には、ワイヤー２をメインローラ１ａに押し付ける回転自在なローラである押さえローラ１１ａ２が設けられている。

アクチュエータ６ａは、例えばサーボモータによるボールネジ駆動系のアクチュエータで、サーボモータの駆動によってボールねじが回転し長さが決まるようになっており、サーボモータのエンコーダーの値から押さえローラ１１ａ１の位置を算出することができる。

ワイヤー２がメインローラ１ｂに接触を始める入口近傍には、ワイヤー２をメインローラ１ｂに押し付ける回転自在なローラである押さえローラ１１ｂ２が設けられている。この押さえローラ１１ｂ２は、メインローラ１ｂの円周方向に自由自在に可動できるように、メインローラ１ｂの主軸と押さえローラ１１ｂ２の主軸が連結金具５ｂによってつながれており、その連結金具５ｂは伸縮できるアクチュエータ６ｂによって位置決めされる。このアクチュエータ６ｂの連結金具５ｂとつながれていない方の末端は、回転自在に可動できるようにワイヤーソー本体１２に連結されている。ワイヤー２がメインローラ１ｂから離れる出口近傍には、ワイヤー２をメインローラ１ｂに押し付ける回転自在なローラである押さえローラ１１ｂ１が設けられている。

アクチュエータ６ｂは、例えばサーボモータによるボールネジ駆動系のアクチュエータで、サーボモータの駆動によってボールねじが回転し長さが決まるようになっており、サーボモータのエンコーダーの値から押さえローラ１１ｂ２の位置を算出することができる。

ワイヤー高さ調節ローラ２１ａは、アクチュエータ７ａを介して被加工物保持具４に設置されており、加工中にボールねじを駆動させることによってワイヤー高さ調節ローラ２１ａの高さ位置を上下に調節できる。ワイヤー高さ調節ローラ２１ａの高さ位置は、アクチュエータ７ａを駆動するサーボモータのエンコーダーの値から算出できる。アクチュエータ７ａは、例えばサーボモータによるボールネジ駆動系のアクチュエータである。

ワイヤー高さ調節ローラ２１ｂは、アクチュエータ７ｂを介して被加工物保持具４に設置されており、加工中にボールねじを駆動させることによってワイヤー高さ調節ローラ２１ｂの高さ位置を上下に調節できる機構を有している。ワイヤー高さ調節ローラ２１ｂの高さ位置は、アクチュエータ７ｂを駆動するサーボモータのエンコーダーの値から算出できる。アクチュエータ７ｂは、例えばサーボモータによるボールネジ駆動系のアクチュエータ７ｂである。

なお、押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２，ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂは、それぞれメインローラ１ａ，１ｂの主軸に対して平行に取り付けられている。

押さえローラ１１ａ１を最適な位置に駆動するアクチュエータ６ａの駆動量は、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａを駆動するアクチュエータ７ｂの駆動量に基づいて制御部１３によって制御されている。

押さえローラ１１ｂ２を最適な位置に駆動するアクチュエータ６ｂの駆動量は、ワイヤー高さ調節ローラ２１ｂを駆動するアクチュエータ７ｂの駆動量に基づいて制御部１３によって制御されている。

ワイヤーソーは、メインローラ１ａ，１ｂの回転駆動に伴って、ワイヤー２は概ね毎分１０００ｍ近い速度で回転している。そして、この速度で回転しているワイヤー２に加工液を供給しながら、被加工物３を、加工プログラムの指示によって毎分１ｍｍ程度の速度で上から下へ相対的に移動させることで、被加工物３の一例であるシリコンインゴットのスライスを行う。

このスライスは、ワイヤー２を正転と逆転を繰り返す交播運動を行いながら加工する。交播運動を行いながら加工を行う理由は、ワイヤー２に固着した砥粒を有効に使うためである。ワイヤー２が一方向のみに進行した場合は、砥粒の片側のみで被加工物を加工することになるが、逆方向にもワイヤー２を進行させることによって砥粒の両側で被加工物を加工することができるようになり、ワイヤー単位長さの加工量が２倍になる。

この時、図１における押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂは、ワイヤー２と接しており、ワイヤー２の走行方向に倣って回転するようになっている。このため、ワイヤー２が方向ａに倣う場合はメインローラ１ａ，１ｂに接触を始める入口は、押さえローラ１１ａ２，１１ｂ２の位置になる。ワイヤー２が方向ａと逆に動いた場合は、メインローラ１ａ，１ｂに接触を始める入口は、先ほどは出口であった押さえローラ１１ａ１，１１ｂ１の位置になる。

本発明では、溝飛び防止機構をワイヤー２がメインローラ１ａ，１ｂに接触を始める入口と出口に同じ機構を設けているが、これはワイヤー２がどちらの方向に動いても溝飛びを防止できるようにするためである。

スラッジがメインローラ１ａ，１ｂに設けられたＶ溝に入り込んでいない理想状態時におけるメインローラ１ａ，１ｂとワイヤー２が接する点の拡大した正面図とそれに対応したメインローラ１の断面図を、図２に示す。

なお、説明を簡略化するために、図２と後述の説明に登場する図３（ａ）〜（ｄ），図４，図５，図９，図１０では、同じ構成である部分に次のように単一の符号を付けて表記している。

メインローラ１ａ，１ｂはまとめてメインローラ１と表記した。１４はこのメインローラ１の外周のＶ溝である。押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２はまとめて押さえローラ１１と表記し、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂはまとめてワイヤー高さ調節ローラ２１と表記した。

押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２には、メインローラ１ａ，１ｂに設けられたＶ溝１４のピッチと同等のピッチで図３（ａ）に示したように凸部１５が設けられている。メインローラ１ａ，１ｂのＶ溝の位置に、押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２の凸部１５が一致するようになっている。また、押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２の凸部１５の少なくとも先端１６には、ローラ本体と違った色の素材が用いられている。

図２，図４，図９に描かれる位置Ｐ１、位置Ｐ２は、メインローラ１に設けられているＶ溝１４にワイヤー２が接する位置Ｐ３より、メインローラ１の寸法とワイヤー２の直径で一意に定まる距離に存在する。位置Ｐ３から位置Ｐ１までの距離をｘ_１とし、位置Ｐ３から位置Ｐ２までの距離をｘ_２とすると、
ｘ_１ ＝√（Ｒ_１ ^２−ｒ_１ ^２） ｘ_２ ＝√｛Ｒ_１ ^２−（ｒ_１＋ｄ）^２｝
となる。ここでＲ_１はメインローラ１の外周半径、ｒ_１はメインローラ１に設けられているＶ溝１４に接したワイヤー２の底辺を周とした半径、ｄはワイヤー２の直径を示す。

図２において、実線はメインローラ１の外周半径、破線はメインローラ１のＶ溝に接した状態のワイヤー２の底辺である。押さえローラ１１の外周は一点鎖線で図示されている。ここで押さえローラ１１の外周とは、押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２の凸部１５の先端までを含む外周半径である。

ワイヤー２が図２の左から右に進行しているものとする。図２の位置Ｐ１は、ワイヤー２の底面がメインローラ１のＶ溝の上辺と上辺を結んだ架空の線に接し始めるポジション、位置Ｐ２はワイヤー２の上面がメインローラ１のＶ溝の上辺と一致するポジション、位置Ｐ３はメインローラ１に設けられたＶ溝にワイヤー２が接するポジションである。

押さえローラ１１は、この位置Ｐ１と位置Ｐ２の間でワイヤー２に接するような位置で保持されている。その中でも、押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２はアクチュエータ６ａ，６ｂによって最適な位置に駆動されており、残りの押さえローラ１１ａ２，１１ｂ１はワイヤーソー本体１２に固定されている。

次に、押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２の作用を詳しく説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）は、各ポジションにおける押さえローラ１１とメインローラ１とワイヤー２の関係を示している。図３（ａ）は図２の位置Ｐ１におけるメインローラ１の断面図、図３（ｂ）は図２における位置Ｐ１と位置Ｐ２の間で押さえローラ１１がワイヤー２に接している際のメインローラ１の断面図、図３（ｃ）は図２の位置Ｐ２におけるメインローラ１の断面図、図３（ｄ）は図２の位置Ｐ３におけるメインローラ１の断面図である。

ワイヤー２は、図３（ｂ）に示すように、位置Ｐ１〜位置Ｐ２にかけてメインローラ１のＶ溝１４に侵入するため、押さえローラ１１は、この位置Ｐ１〜位置Ｐ２の間でワイヤー２に接しながらメインローラ１のＶ溝１４にワイヤー２を押し込むように動作する。

このとき、押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２の凸部がワイヤー２との摩擦によって磨耗してしまっても、この磨耗分を考慮して押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２の位置を、制御部１３からの指示に基づいて押さえローラの摩耗分だけメインローラ１ａ，１ｂの主軸に近づけ、押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２の凸部１５とワイヤー２が点接触し続けるように動作させることができる。

押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２の効果を、図８に示した比較例のワイヤーソーと比較して説明する。
比較例のワイヤーソーの２つのメインローラ３１ａ，３１ｂは、図１のメインローラ１ａ，１ｂに対応し、ワイヤー３２は図１のワイヤー２に対応し、被加工物３４は図１の被加工物３に対応する。押さえローラ４１ａ２，４１ｂ１は図１の押さえローラ１１ａ２，１１ｂ１に対応する。

図１に示した実施の形態の押さえローラ１１ａ２，１１ｂ１は、アクチュエータ６ａ，６ｂによってそれぞれの位置が制御されていたが、この比較例のメインローラ３１ａの出口側に設けられた押さえローラ４１ａ４と、メインローラ３１ｂの入口側に設けられた押さえローラ４１ｂ２の位置は固定されており、その位置は移動しない。

図９は、図８に示した比較例において、スラッジ１７がメインローラ３１ａ，３１ｂのＶ溝に入り込んでいる状態時におけるメインローラ３１ａ，３１ｂとワイヤー３２が接する点を拡大した正面図を示す。

なお、図９，図１０，図１１では説明を簡略化するために、同じ構成のメインローラ３１ａ，３１ｂはまとめて３１、押さえローラ４１ａ１，４１ａ２，４１ｂ１，４１ｂ２はまとめて４１と表記した。実線はメインローラ３１の外周を示すもので、破線はメインローラ３１に設けられているＶ溝にワイヤー３２が接する底辺の周であり、一点鎖線は押さえローラ４１の外周である。ここで、図９の位置Ｐ１、位置Ｐ２、位置Ｐ３は図２で説明した位置と同等である。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、図９のメインローラ３１と各ポジションにおける押さえローラ４１とワイヤー３２の関係を示している。図１０（ａ）は図９の位置Ｐ１におけるメインローラ３１の断面図、図１０（ｂ）は図９の位置Ｐ２におけるメインローラ３１の断面図、図１０（ｃ）は図９の位置Ｐ３におけるメインローラ３１の断面図である。

スラッジ１７がメインローラ３１のＶ溝に入り込んでいる場合は、図１０（ｂ）の時点でワイヤー３２が横滑りを起こしやすく、隣の誤ったＶ溝にワイヤー３２が進入してしまうことがある。ワイヤー３２が溝飛びを起こした後に図１０（ｃ）のポジションで、押さえローラ４１でワイヤー３２をＶ溝に押し込んでも、もう既に起きている溝飛びを修正する効果はないため溝飛びを防ぐことはできない。つまり、比較例ではメインローラ４１のＶ溝１４にスラッジ１７が入り込んだ場合は、押さえローラ４１でワイヤー３２の溝飛びを防止することができない。

この比較例に対して図１の構成では、メインローラのＶ溝１４にスラッジ１７が入り込んだ場合であっても溝飛びを防止できる。図４は、図３（ａ）〜（ｄ）に示したメインローラ１に設けられたＶ溝１４にスラッジ１７が入り込んだ場合におけるメインローラ１とワイヤー２が接する点の拡大図を示す。実線はメインローラ１の外周を示すもので、破線はメインローラ１のＶ溝１４にワイヤー２が接する底辺の周であり、一点鎖線は押さえローラ１１の外周である。

図４の各ポジションにおける押さえローラ１１とメインローラ１とワイヤー２の関係を図５に示す。図５（ａ）は図４の位置Ｐ１におけるメインローラ１の断面図、図５（ｂ）は図４における位置Ｐ１と位置Ｐ２の間で押さえローラ１１がワイヤー２に接している際のメインローラ１の断面図、図５（ｃ）は図４の位置Ｐ２におけるメインローラの断面図、図５（ｄ）は図４の位置Ｐ３におけるメインローラの断面図である。

図４の位置Ｐ１よりも手前では、図５（ａ）に示したようにワイヤー２とメインローラ１の上辺が接する位置では無いため、押さえローラ１１でワイヤー２を押さえ付けようとすると、ワイヤー２から押さえローラ１１に抗力が働き、横方向に流れるため、押さえローラ１１の凹部に誤って進入してしまう可能性がある。その場合、ワイヤー２がメインローラ１の隣のＶ溝に進入してしまう可能性が高まってしまう。それに対して、図４の位置Ｐ１〜位置Ｐ２で押さえローラ１１がワイヤー２を押さえ付けると、図５（ｂ）に示すように、スラッジ１７が入り込んでいるＶ溝１４にワイヤー２が侵入する際に、Ｖ溝１４に入り込んでいるスラッジ１７を外に掻き出しながらワイヤー２を正しいＶ溝１４に押し込むことができる。

逆に、図４の位置Ｐ２より後では図５（ｃ）が示すように、ワイヤー２が完全にメインローラ１の上辺よりＶ溝１４に侵入する。そのため、Ｖ溝１４にスラッジ１７が入り込んでいる場合や、ワイヤー２が隣のＶ溝に既に侵入してしまっている場合には、押さえローラ１１を動かしてもワイヤー２を正しいＶ溝に戻すことができない。

よって、図４の位置Ｐ１〜位置Ｐ２の間で、押さえローラ１１がワイヤー２を押さえ付けることによって、メインローラ１のＶ溝にスラッジが入り込んでいる場合でも、ワイヤー２が誤ったＶ溝に進入することを防ぐことができる。つまり、ワイヤー２がメインローラ１に侵入する入口近傍において、押さえローラ１１が最適な位置である図２の位置Ｐ１〜位置Ｐ２の間でワイヤー２をメインローラ１に押し込むことでワイヤー２の溝飛びを防止することができる。

ここで、ワイヤー２が逆方向に進行した場合はワイヤー２のメインローラ１に対する入口、出口は反転する。そのため、本発明では図１で示したように、押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２と２つの押さえローラを設けることでワイヤー２が逆方向に進行した場合でも加工中常にワイヤー２の溝飛びを防止することができる。

また、ワイヤー２に直接にスラッジが付着した場合は、装置正面から見たメインローラ下面の入口においてもワイヤーの溝飛びが発生するため、図１に示したように、それぞれのメインローラ下面に存在するワイヤー２の入口、出口近傍にも図２で示した位置Ｐ１と位置Ｐ２の間でワイヤー２に接するような位置で押さえローラ１１ａ２，１１ｂ１を設備に取り付けることで、スラッジがメインローラ下面までに到達した場合でもワイヤー２の溝飛びを防止することができる。

また、図３（ａ）〜（ｄ）に示すようにワイヤー２と押さえローラ１１が点接触しているために、押さえローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２がワイヤー２を押える形状を維持することができ、押さえローラ１１のローラの寿命を長くする事ができる。押さえローラ１１が平ローラの場合は表面が摩耗し、ワイヤー２を押さえ付ける機能がすぐに保てなくなってしまう。さらに、押さえローラ１１の凸部の少なくとも先端部分を、押さえローラ１１の本体部分とは違った色の素材で製作しているため、凸部が磨耗した際にオペレータが磨耗状況を簡単に目視で確認する事も可能であるため、ローラの交換時期を簡単に判別できる。

次に、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂについて説明する。
加工用の砥粒が固着されたワイヤーを使った場合、ワイヤー２に固着している砥粒の残量が少なくなると単位時間当たりの加工量が少なくなり、加工速度が低下する現象が生じる。一般的に、ワイヤーソーは被加工物３をワイヤー２に対して一定の速度で押し付けて加工を行っているが、ワイヤー２に固着している砥粒の残量によって各ワイヤー２の加工速度が多少ばらつくため、他のワイヤー２に比べて被加工物３の底面からの距離が短くなるワイヤー２が生じる。そのため、加工が進んでいくにつれ、被加工物の底面に対して水平に保たれていたワイヤーの加工面が水平ではなくなっていく問題が生じる。

ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂを設けなかった図８の比較例における加工中の被加工物３４、メインローラ３１、ワイヤー３２の関係を図１１（ａ）（ｂ）に示す。
この場合には、被加工物３４の底面に対してワイヤー３２の加工面が水平ではなくなると、ワイヤー３２のメインローラ３１に接する箇所（接点）も異なっていく。図１１（ｂ）では被加工物３４の底面に対してワイヤー３２の加工面が水平の場合のワイヤー３２とメインローラ３１との接点位置を破線２２で示しており、被加工物３４の底面に対してワイヤー３２の加工面が水平ではなくなると、ワイヤー３２とメインローラ３１との接点位置は破線２３のようになる。この図では、ワイヤー３２とメインローラ３１との接点位置を示すために、ワイヤー３２がメインローラ３１に接触する前の部分を図示していない。

この現象が発生している際は、各ワイヤー３２のメインローラ３１の接点はメインローラ３１の主軸に対して平行ではない。このため、メインローラ３１の主軸に対して平行に取り付けられている押さえローラ４１ではメインローラ３１に押さえ付けられないワイヤー３２が必ず発生し、溝飛びを防止する事ができなくなる。

これに対して、ワイヤー高さ調整ローラ２１ａ，２１ｂを設けた図１のワイヤーソーの場合には、ワイヤー高さ調整ローラ２１ａ，２１ｂによってワイヤー２を押さえているため、溝飛びを防止できる。この場合の加工中のメインローラ１と各ワイヤー２の関係を図６（ａ）（ｂ）に示す。なお、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂはまとめてワイヤー高さ調節ローラ２１と表記した。図６（ｂ）の破線２２は、ワイヤー２とメインローラ１との接点位置を示している。ワイヤー２とメインローラ１との接点位置を示すために、メインローラ１に接触する前のワイヤー２については、図１１（ｂ）の場合と同様に図示していない。

このように、ワイヤー高さ調節ローラ２１を動作させて、メインローラ１と各ワイヤー２の接点がメインローラ１の主軸に対して平行になるように、ワイヤー２を押さえることによって、被加工物３の底面に対してワイヤー２の加工面を水平にすることができる。

具体的には、ワイヤー高さ調節ローラ２１でワイヤー２を押さえることで各ワイヤー２の被加工物３の底面からの相対高さが一致するように、各ワイヤー２の中でも一番被加工物の底面に近いワイヤーの高さに合わせ高さ位置を制御する。そうすると、被加工物３の底面に対してワイヤー２の加工面を水平に保つことができるようになる。これによりメインローラ１とワイヤー２の接点がメインローラ１の主軸に対して平行になる。

よって、メインローラ１の主軸に対して平行に取り付けられている押さえローラ１１で全てのワイヤー２をメインローラ１に押さえ付けることができるようになり、溝飛びを防止する事ができる。

なお、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂとしてポリウレタンなどの弾性材料を使用した場合には、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂ上には特にＶ溝等は設けなかったが、通過するワイヤー２に係合するＶ溝などの凹部を必要に応じて設けても良い。

ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂと押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２の連携制御機構と、制御部１３について説明する。
まず、連携制御機構の構成について説明する。

図１に示したように被加工物３の直前直後にワイヤー２の高さを調節するローラ２１ａ，２１ｂが設けられている。図７にメインローラ１、ワイヤー２、被加工物３、押さえローラ１１、ワイヤー高さ調節ローラ２１の関係図を示す。破線は加工前の状態である。一点鎖線はワイヤー高さ調節ローラ２１と押さえローラ１１の可動方向を示している。

まず、メインローラ１とワイヤー高さ調節ローラ２１に接するワイヤー２が被加工物３の底面に対して平行になるように、制御部１３がアクチュエータ７ａ，７ｂに指示してワイヤー高さ調節ローラ２１の位置を定める。

次に、ワイヤー２に接する位置に被加工物３を配置する。次に、図２に示したように押さえローラ１１を、メインローラ１とワイヤー２の接点からそれぞれ、ｘ１、ｘ２離れた距離の間である図２の位置Ｐ１と位置Ｐ２の間でワイヤー２に接するように配置し、これを初期位置とする。

加工は被加工物３を決められた速度でワイヤー２に押し付けて行う。この時、制御部１３によって制御されているワイヤー高さ調節ローラ２１は、加工速度が最も遅いワイヤー２の状態に応じて最適な高さで各ワイヤー２を押えるように制御されて自動的にワイヤー高さ調節ローラ２１の位置が決定する。図７の実線は加工中の状態である。図７に示すようにワイヤー２は常にワイヤー高さ調節ローラ２１とメインローラ１に接する。ワイヤー２の各ローラへの接点８ａ，８ｂは、数学的に２つの円に接する接線として考えることができるため一意に求めることができる。

制御部１３は、ワイヤー高さ調節ローラ２１の初期位置と現在位置の変位から押さえローラ１１の初期位置からの変位を割出し、押さえローラ１１の位置制御を行う。具体的な手順としては、まず、ワイヤー高さ調節ローラ２１の初期位置からの変位を図１に示したアクチュエータ７ａ，７ｂのエンコーダーより測定する。

次に、測定したワイヤー高さ調節ローラ２１の変位から初期位置のワイヤー２を基準としたワイヤー２の傾きを数学的に算出する。メインローラ１に設けられているＶ溝にワイヤー２が接する底辺の半径をｒ_１、主軸の座標をＸ，Ｙ、ワイヤー高さ調節ローラ２１の半径をｒ_２、主軸の座標をｘ（ｔ），ｙ（ｔ）とすると接線を求めることができ、接線の傾きがワイヤー２の傾きとなる。この傾きθ（ｔ）とメインローラの半径ｒ_１より数学的にワイヤー２とメインローラ１の接点の移動量ｒ_１θ（ｔ）を確定することができ、図１で示したアクチュエータ６ａ，６ｂを用いて押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２を上記の最適な位置に制御することができる。

ワイヤーソーでは被加工物３をワイヤー２に押し付けて切削加工を行うが加工抵抗によりワイヤーが比較例の図８に示すように撓むため、ワイヤー３２とメインローラ３２の接点も、ワイヤー３２の撓みに比例して移動してしまう。そこで押さえローラ４１ａ１，４１ｂ２を、常に接点を追従させるように動かして、ワイヤー３２をメインローラ３１ａ，３１ｂに押さえ付ける必要がある。

しかし、ワイヤー３２の撓みは、加工条件、ワイヤー３２や被加工物３４の状態等で加工中常に変化し続けるため、直接に測定することが望ましいが、加工中は大量の切削液がワイヤー３２に注がれるため、レーザ測長器などでワイヤー３２の高さを計測することができない。このことから、押さえローラ４１ａ１，４１ｂ２をメインローラ３１ａ，３１ｂとワイヤー３２の接点に追従させることができない。

これに対して図１に示した実施の形態では、ワイヤー高さ調節ローラ２１ａ，２１ｂの高さからワイヤー２の撓みが一意に定まる。さらにワイヤー２とメインローラ１ａ，１ｂの接点が一意に求まるため、接点から一定の位置に存在するワイヤー２をメインローラ１ａ，１ｂに押しつける最適な位置も、制御部１３によって一意に求めることができる。よって、制御部１３によって押さえローラ１１ａ１，１１ｂ２を最適な位置に制御することが可能となり、ワイヤー２の撓みの問題を解決する事ができる。

この結果、加工中にワイヤー２が撓み、ワイヤー２とメインローラ１ａ，１ｂの接点が変化しても、常に最適な位置でワイヤー２をメインローラ１ａ，１ｂに押さえ付けることができることが可能となり、常に加工中溝飛びを防止することができるものである。

上記の実施の形態では、太陽電池用シリコンインゴットのスライス加工する場合を例に挙げて説明したが、半導体用シリコンのスライス加工、金属，セラミックス，サファイアや炭化珪素（ＳｉＣ）などの材料のスライス分野においても適用できる。

上記の実施の形態では、ワイヤー２に被加工物３を押し付けてスライスしたが、被加工物３にワイヤー２を押し付けてスライスした場合、ワイヤー２と被加工物３の両方を移動させてスライスした場合も同様である。つまり、被加工物３にワイヤー２を相対的に押し付けてスライスするワイヤーソーにおいて、実施することができる。

上記の実施の形態では、２つのメインローラ１ａ，１ｂの間にワイヤー２を巻き付けた場合を例に挙げて説明したが、３つ以上のメインローラの間にワイヤー２を巻き付けたワイヤーソーにおいても実施することができる。

本発明はワイヤーソーによってスライスされる各種の材料を使用する製品の品質向上に寄与する。

１ａ，１ｂ メインローラ
２ ワイヤー
３ 被加工物
４ 被加工物保持具
５ａ，５ｂ 連結金具
６ａ，６ｂ アクチュエータ
７ａ，７ｂ アクチュエータ
８ ワイヤーとメインローラの接点
１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２ 押さえローラ
１２ ワイヤーソー本体
１３ 制御部
１４ メインローラのＶ溝
１５ 押さえローラ１１の凸部
１６ 凸部１５の先端
１７ スラッジ
２１ａ，２１ｂ ワイヤー高さ調節ローラ
ａ ワイヤー２の進行方向
ｂ 各ローラの回転方向
Ｐ１ ワイヤーの底面がメインローラのＶ溝の上辺と接する点
Ｐ２ ワイヤーの上面がメインローラのＶ溝の上辺に接する点
Ｐ３ メインローラに設けられたＶ溝にワイヤーが接する点

Claims (4)

1. 回転自在に設けられた複数のメインローラ間に巻き付けられたワイヤーを備え、被加工物に前記ワイヤーを相対的に押し付けてスライスするワイヤーソーにおいて、
   前記ワイヤーが前記被加工物から離れて、前記メインローラの１つに接触を始める入口に、前記メインローラの円周上方向に移動自在な機構を有し、前記ワイヤーを前記メインローラに押し付ける第１押さえローラを備え、
   前記ワイヤーが前記被加工物から離れた後で前記押さえローラに接触する手前位置に、前記ワイヤーを押さえながら前記被加工物に対して相対的に移動可能でワイヤーの高さを調節する第１ワイヤー高さ調節ローラを備え、
   前記第１ワイヤー高さ調節ローラの高さ位置を調節する第１アクチュエータを備え、
   前記第１押さえローラの前記メインローラの円周上方向における位置を調節する第２アクチュエータを備え、
   第１アクチュエータの駆動量から決まる前記第１ワイヤー高さ調節ローラの位置から決定できる前記ワイヤーと前記メインローラの接点の移動量に基づいて、前記第２アクチュエータを運転して前記第１押さえローラの位置を制御する制御部を備えた、
   ワイヤーソー。
2. 前記第１押さえローラが、前記ワイヤーの底面が前記メインローラのＶ溝の上辺と接する点と、前記ワイヤーの上面が前記メインローラのＶ溝の上辺に接する点との間で、前記ワイヤーに接する状態で保持されている、
   請求項１記載のワイヤーソー。
3. 前記ワイヤーが前記被加工物から離れて、前記メインローラの１つから離れる出口近傍に、前記メインローラの円周上方向に移動自在な機構を有し、前記ワイヤーを前記メインローラに押し付ける第２押さえローラを備え、
   前記押さえローラと前記被加工物の間にある前記前記ワイヤーを押さえながら前記被加工物に対して相対的に移動可能でワイヤーの高さを調節する第２ワイヤー高さ調節ローラを備え、
   前記第２ワイヤー高さ調節ローラの高さ位置を調節する第３アクチュエータを備え、
   前記第２押さえローラの前記メインローラの円周上方向における位置を調節する第４アクチュエータを備え、
   前記制御部を、第３アクチュエータの駆動量から決まる前記第２ワイヤー高さ調節ローラの位置から決定できる前記ワイヤーと前記メインローラの接点の移動量に基づいて、前記第４アクチュエータを運転して前記第２押さえローラの位置を制御するよう構成した、
   請求項１記載のワイヤーソー。
4. 回転自在に設けられた複数のメインローラ間に巻き付けられたワイヤーを被加工物に相対的に押し付けてスライスするに際し、
   前記ワイヤーが前記被加工物から離れた後で前記押さえローラに接触する手前位置に設けられ、前記ワイヤーを押さえながら前記被加工物に対して相対的に移動可能でワイヤーの高さを調節する第１ワイヤー高さ調節ローラを、第１アクチュエータで駆動し、
   前記ワイヤーが前記被加工物から離れて、前記メインローラに接触を始める入口に設けられ、前記メインローラの円周上方向に移動自在な機構を有し、前記ワイヤーを前記メインローラに押し付ける第１押さえローラの前記メインローラの円周上方向における位置を第２アクチュエータで駆動し、
   第１アクチュエータの駆動量から決まる前記第１ワイヤー高さ調節ローラの位置から決定できる前記ワイヤーと前記メインローラの接点の移動量に基づいて、前記第２アクチュエータを運転して前記第１押さえローラの位置を制御する、
   ワイヤー溝飛び防止運転方法。

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