JP2534497B2 - ワイヤソ−装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、ワイヤソー装置に関し、特にワイヤ張力の
制御手段に係る。

従来技術 ワイヤソー装置は、切断用のワイヤを直線方向に往復
走行させることにより、主として半導体材料の加工物を
薄く切断するのに用いられる。このような切断加工中
に、切断面の品質上から、ワイヤの加工物に対する当接
力は、常に一定でなければならず、また加工材料に応じ
て適切な値に設定されなければならない。

例えば実公昭55−5280号の考案は、ワイヤの巻取り径
に関係なく、ワイヤの巻取り張力を一定に保つ手段を開
示している。しかし、この装置では、ワイヤの往復走行
手段としてシーソー機構が用いられ、ワイヤに巻き掛け
張力以外に、往復運動のための張力が付与されるため、
切断位置でのワイヤの張力制御が正確に行えない。

また、実開昭55−7647号の考案は、電磁式のクラッチ
を利用し、そのクラッチの伝達トルクを電気式に制御す
ることによって、ワイヤに目標の張力を付与している。
このような張力制御手段によると、機械的な構造部分が
簡略化できるものの、電磁クラッチの動作特性が安定し
ていないため、正確な張力制御が困難である。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、特性的に不安定な電磁
クラッチなどを用いないで、切断位置のワイヤに対し目
標の張力を正確に設定できるようにすることである。

発明の解決手段 そこで、本発明は、一対のテンションローラ間で切断
用のワイヤを加工物に押し当て、往復走行させるにあた
り、上記テンションローラの回転角に位相差を持たせる
ことにより、一対のテンションローラ間でワイヤの張力
を連続的にかつ無段階に調整できるようにしている。

そして、このような一対のテンションローラ間の位相
差は、差動歯車機構によって与えられる。すなわち、一
対のテンションローラは、駆動モータによって同期状態
で駆動される。差動歯車機構は、少なくとも一方の回転
伝達路に介在し、通常、駆動モータの回転をそのままテ
ンションローラに伝達しているが、張力制御を行うとき
は、制御軸側を回転させて、入力側と出力側とで回転方
向の位相差を与えることによって、一方のテンションロ
ーラと他方のテンションローラとの間に回転方向の位相
差を与える。一対のテンションローラ間に回転方向の位
相差が与えられると、ワイヤは、それらの間に巻き掛け
られたまま、その張力を高める方向に、あるいは減少す
る方向に調節される。このようにして、ワイヤは、加工
物に対し最も適切な当接力で接し、加工物を安定な状態
で切り込んでいくことになる。

発明の構成 まず、第１図は、ワイヤソー装置１のワイヤ２の巻き
掛け状態およびその駆動系を示している。

ワイヤ２は、左右一対のリール３、４に整列状態で巻
き付けられており、その間で左右一対の重り付きのダン
サーローラ５、６、テンションローラ７、８および正面
から見て三角形の頂点位置で３本の案内溝付の加工ヘッ
ドローラ10、11、12に対し多重に巻き掛けられている。
２つの加工ヘッドローラ11、12の中間位置で、ワイヤ２
は、上昇方向への加工送り機構30を有する加工台29上の
加工物13に対し、研磨砥粒を介して所定の力で接してお
り、両者の相対運動により、そこに所定の切り溝を形成
していく。そして、一方のリール３は、トルクモータ14
によって、ワイヤ２を送り出す方向に若干抵抗しながら
駆動されており、また他方のリール４は、トルクモータ
15によって、ワイヤ２を巻き付ける方向に駆動される。
なお、これらのリール３、４には、図示しないトラバー
ス機構が付設されており、その作用によって、ワイヤ２
は、常に整列巻きの状態で、リール３、４の外周に巻き
付けまたは巻き戻されていく。

一方、一対のテンションローラ７、８は、駆動モータ
９によって駆動される関係にある。すなわち、この駆動
モータ９の回転は、一方の回転伝達経路として、中間軸
16、一対のギヤ17、18を介し、第１の差動歯車機構21の
入力軸19に伝達され、さらにその出力軸20を介し一方の
テンションローラ７に伝達され、また他方の回転伝達経
路として、途中でタイミングベルト・プーリ23により分
岐し、中間軸24を介し他方のテンションローラ８に伝達
される。さらに上記中間軸16の回転は、タイミングベル
ト・プーリ25を介し、第２の差動歯車機構22の入力軸2
6、その出力軸27、タイミングベルト・プーリ28を介
し、各加工ヘッドローラ10、11、12の駆動軸に伝達され
る。なお、前記第１の差動歯車機構21および第２の差動
歯車機構22は、ともに第３の軸として制御軸31、32を備
えており、その部分でそれぞれ可逆回転可能な張力制御
モータ33、位相制御モータ34に連結されている。

次に、第２図は、第１の差動歯車機構21を傘歯車列に
よって構成した例を示している。前記入力軸19の回転
は、傘歯車35、中間の２つの傘歯車36、出力軸20の傘歯
車37によって逆方向の回転として伝達される関係にあ
る。そして、上記中間の傘歯車36は、これらの入力軸19
および出力軸20に対し直交する関係の軸38によって、大
きな傘歯車39に対し回転自在に支持されている。そし
て、この大きな傘歯車39は、出力軸20の周りに回転自在
に支持されており、制御軸31側の傘歯車40と噛み合って
いる。

なお、上記第２の差動歯車機構22も、第３図のよう
に、上記第１の差動歯車機構21と全く同様に構成されて
いる。そのため、第３図は、その具体的な構造を第２図
と同一符号で示している。

さらに、第４図は、制御装置41の構成を示している。
この制御装置41は、メインコントローラ42の入力側で、
操作盤43に接続されており、また出力側の部分で、制御
ユニット44、45、46、張力制御ユニット47および位相制
御ユニット48に接続されている。これらの制御ユニット
44、45、46は、それぞれ駆動モータ９、トルクモータ1
4、15のドライバ49、50、51に接続されている。また、
張力制御ユニット47および位相制御ユニット48は、とも
に入力側で２つのテンションセンサー52、53に接続され
ており、また出力側で張力制御モータ33、位相制御モー
タ34のドライバ54、55にそれぞれ接続されている。

発明の作用 例えば半導体など円柱状の加工物13は、加工台29の上
に切断方向とワイヤ２の方向とを一致させた状態で固定
され、加工送り機構30の上昇送り作用によって上昇し、
切り始め位置でワイヤ２と接する。これと同様に、接触
部分に砥粒が供給される。

この状態で、駆動モータ９が起動すると、その回転
は、中間軸16、タイミングベルト・プーリ25、第２の差
動歯車機構22およびタイミングベルト・プーリ28を介
し、３つの加工ヘッドローラ10、11、12に伝達される。
また中間軸16の回転は、ギヤ17、18、第１の差動歯車機
構21を介し、一方のテンションローラ７に、さらにタイ
ミングベルト・プーリ23を介し、他方のテンションロー
ラ８にも、加工ヘッドローラ10、11、12と同じ方向の回
転として伝達される。

そして、この駆動モータ９の回転方向は、第５図に示
すように、一定の時間t1で正転方向に回転し、それに続
く時間t2で反転し、逆転方向に回転し、１サイクルを完
了し、これを繰り返していく。これらの各回転方向での
加速時間および減速時間は、同じに設定されている。し
かし、一定の速度の時間は、時間t1の部分で長く、また
そのあとの時間t2の部分で短く設定されている。この結
果、ワイヤ２は、第６図に示すように、正転方向の多い
回転数と、それに続く逆転方向の少ない回転数を周期的
に繰り返し、１サイクル当たり、その回転差（時間差）
に相当する送り量Ｌで、送り出し方向に順次供給されて
いく。このようにして、ワイヤ２は、直線方向に往復走
行し、その往復運動の過程で、加工物13に複数の平行な
切り込みを形成していく。この切り込みが進行する過程
で、加工台29は、加工送り機構30によって、少しずつ上
昇し、走行状態のワイヤ２に対し加工物13を所定の力で
押圧している。

この間に、トルクモータ14は、リール３を送り出し方
向に回転させることによって、ワイヤ２を送り出し方向
に繰り出している。一方、トルクモータ15は、所定のト
ルクでリール４を回転させることにより、切断作用後の
ワイヤ２を順次巻き取っていく。これらのトルクモータ
14、15は、それぞれ制御ユニット44、45からの電圧制御
によって、駆動モータ９の運転と同期して起動し、また
停止する。しかし、ワイヤ２が往復運動を繰り返しなが
ら、間欠的に送られているため、切断位置でのワイヤ２
の移動量と、ワイヤ２の送り出し側あるいは巻き取り側
での移動量の差は、ダンサーローラ５、６の上下運動に
よって吸収される。また、駆動モータ９とトルクモータ
14、15との応答の差によるワイヤ２の遊びや巻き取り力
の変動は、トルクモータ14、15のスリップによっても吸
収できる。

このような切断加工中に、切断面の品質上から、ワイ
ヤ２の加工物13に対する当接力は、常に一定でなければ
ならない。そのためには、ワイヤ２の適切な張力の維持
が必要となり、それは張力制御ユニット47によって可能
になる。すなわち、この張力制御ユニット47は、テンシ
ョンセンサー52またはテンションセンサー53からの信号
を入力とし、その信号と目標値との偏差に応じて、張力
制御モータ33を所定の方向に必要な量だけ回転させ、一
対のテンションローラ７、８の間に位相差すなわち回転
数の差を与える。具体的には、駆動モータ９の回転が一
方のテンションローラ７に伝達される過程で、第１の差
動歯車機構21の入力軸19と出力軸20との回転数が異なる
方向で、しかも同一であれば、一対のテンションローラ
７、８は、常に回転数の差のない状態で回転している。
このような状態は、張力制御モータ33を停止させること
によって設定できる。今、制御軸31が停止していると仮
定すれば、大きな傘歯車39も停止しているため、入力側
の傘歯車35の回転は、中間の傘歯車36によって、逆方向
に変換され、出力側の傘歯車37に伝達比１の状態で伝達
される。ところが、張力制御モータ33が所定の方向に回
転し、大きな傘歯車39に出力軸20と例えば逆方向の回転
を与え、その状態で停止すると、出力軸20は、入力軸19
に対し第７図に示すように、位相角θだけ遅れた状態で
回転し続ける。このため、送り出し側のテンションロー
ラ７は、巻き取り側のテンションローラ８に対し位相角
θだけ遅れた状態で回り続ける。この結果、この一対の
テンションローラ７、８の間で、ワイヤ２は、位相角θ
に相当する分だけ高い張力で張られることになる。また
逆の操作すなわち大きな傘歯車39を出力軸20と同じ方向
に回転させれば、張力を低くすることができる。このよ
うにして、ワイヤ２は、切断の進行にともなう加工物13
での切り口の変化にかかわらず、一定の張力で加工物13
を切り込んでいく。なお、この張力制御モータ33は、パ
ルスモータであり、したがって、その張力制御ユニット
47は、張力制御モータ33に対し必要な補正方向の回転を
パルス数として与え、そのパルスに相当する分だけ張力
制御モータ33を回転させ、その状態で自動的に停止させ
る。このようにして、張力制御ユニット47は、テンショ
ンセンサー52、53からの信号を入力とし、張力制御モー
タ33の回転方向および回転量を制御することによって、
ワイヤ２の張力を目標値に自動的に補正していく。

このような張力制御過程で、一対のテンションローラ
７、８と、３つの加工ヘッドローラ10、11、12との間に
回転量の不整合が発生し、これが累積すると、左右のテ
ンションセンサー52、53の検出量の差が次第に大きくな
り、それは、ワイヤ２の一部に、異常な張力を発生させ
て、ワイヤ２の切断の危険につながる。このような状態
は、張力制御と同様に、テンションセンサー52、53の信
号差によって検出できる。そこで、このような不整合が
発生した時点で、位相制御ユニット48は、位相制御モー
タ34をいずれかの補正方向に回転させ、第２の差動歯車
機構22により、一対のテンションローラ７、８と３本の
加工ヘッドローラ10、11、12との送り量の差を解消し、
左右のテンションセンサー52、53近辺のワイヤ２の張力
をほぼ同じ値に保ち、正逆方向のワイヤ２の走行中に何
等かの原因によるワイヤ２の張力変動があってもそれを
充分に吸収できる状態に維持する。ここでも、位相制御
ユニット48は、張力制御モータ33と同様に、パルス数の
制御によって、位相制御モータ34の回転量を制御する。

駆動モータ９が正転から逆転に移る際は、所定の逆転
トルクが掛かって、速度が下がり、停止点を過ぎて逆転
に変わり、所定の速度に達したときに、このトルクが削
滅する。その場合に、繰り出し、巻取り側では、トルク
モータ14、15にも同時に逆転トルクが加えられ、各リー
ル３、４は、減速、停止、逆転の過程を経過し、反転動
作を行う。この場合の逆転トルクの大きさは、リール
３、４に残ったワイヤ２の量に関係して一定ではなく、
ワイヤ２が加工を開始してから、正逆転を繰り返した回
数に関連がある。メインコントローラ42は、この回数
と、ワイヤ送り出し量とを計算して所要の指令を制御ユ
ニット45、46に伝えている。したがって制御ユニット4
5、46は、この指令と、駆動モータ９が反転動作を開始
したときの信号とをうけてドライバ50、51に所要のトル
ク発生を指定している。繰り出し、巻取り側は、これを
受けて適正な逆転トルクで制御され、理論的にはワイヤ
２のたるみや過度の緊張は発生しないはずとは言うもの
の、それでも切断機構側で発生するわずかな速度変動お
よび繰り出し巻取り部自身で何等かの変動があると、ワ
イヤ２にわずかのたるみや緊張が発生するので、この不
都合をダンサーローラ５、６が吸収しているのである。
すなわちダンサーローラ５、６はたるみが発生すれば、
下降し、緊張が起これば上昇する。そして、図示はない
が、各ダンサーローラ５、６と対をなすポテンシオメー
ターが各ダンサーローラ５、６の位置を検出して、それ
ぞれの制御ユニットにフィードバックしているので、各
制御ユニットは、これを受けてそれぞれのトルクモータ
14、15に掛けるトルクを微調整して、ダンサーローラ
５、６を原位置に復帰するように動作している。この微
調整は、駆動モータ９が反転するときのほかに、定常回
転中においても作動している。このようにして、繰り出
しおよび巻取り側では、ダンサーローラ５、６とフィー
ドバック制御との作用によって、常時ワイヤ２の繰り出
し・巻取りの安定とワイヤ２の張力安定の動作を行なっ
ている。

発明の変形例 第１の差動歯車機構21は、共通の駆動モータ９から各
テンションローラ７、８に至る回転伝達路の一方のみで
なく、双方に設けられていてもよい。また、この第１の
差動歯車機構21は、傘歯車列でなく、平歯車などによる
遊星歯車列などで構成することもできる。もちろん、駆
動モータ９は、同期状態で回転するものであれば、それ
ぞれのテンションローラ７、８ごとに設けられていても
良い。

発明の効果 本発明では、ワイヤの張力が一対のテンションローラ
間の位相差すなわち第１の差動歯車機構の制御軸の回転
量として電気的な制御の分野で与えられるため、正確な
制御が早い応答速度の下に、達成され、電気的な制御に
より張力の変動にそのつど対応しており、また電磁クラ
ッチやブレーキなどの手段に代わって、差動歯車機構が
用いられるため、回転力の伝達系に機械的な損失部分が
少なく、正確で効率の良い運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるワイヤソー装置のワイヤの巻き掛
け状態および駆動系の概略的な斜面図、第２図および第
３図は差動歯車機構のスケルトン図、第４図は制御装置
のブロック線図、第５図は駆動モータの回転制御のパタ
ーン図、第６図はワイヤの移動状況の説明図、第７図は
一対のテンションローラ間の位相差の説明図である。 １……ワイヤソー装置、２……ワイヤ、３、４……リー
ル、５、６……ダンサーローラ、７、８……テンション
ローラ、９、……駆動モータ、10、11、12……加工ヘッ
ドローラ、13……加工物、21……第１の差動歯車機構、
22……第２の差動歯車機構、29……加工台、33……張力
制御モータ、34……位相制御モータ、41……制御装置、
47……張力制御ユニット、48……位相制御ユニット、5
2、53……テンションセンサー。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対のテンションローラ間で切断用のワイ
   ヤを複数の加工ヘッドローラに巻き掛け、これらの加工
   ヘッドローラ間でワイヤを加工物に押し当てながら直線
   方向に往復走行させることにより、加工物を切断するワ
   イヤソー装置において、上記一対のテンションローラに
   駆動モータを連結し、この駆動モータから少なくとも一
   方のテンションローラに至る回転伝達経路に第１の差動
   歯車機構を入出力軸により介在させ、かつこの第１の差
   動歯車機構の制御軸を可逆回転可能な張力制御モータに
   連結してなることを特徴とするワイヤソー装置。