JP3074007B2 - ワイヤーソー装置におけるリール駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、脆性材料の被加工部材を切断するワイヤー
ソー装置に関し、特に送り出し用および巻取り用のリー
ルの駆動装置に係る。

〔従来の技術〕

この種のワイヤーソー装置は、１本のワイヤーを新線
の送り出しリールから引き出し、複数の溝付きローラに
巻掛け、さらに巻取りリールへ巻取り、このワイヤーに
往復走行運動を与え、これに砥粒を含む加工液を供給し
ながら、脆性材料例えば半導体材料、磁性材料、セラミ
ックス、ガラス等の被加工部材を圧接して切断するため
に用いられる。

従来のこの種の装置には、ワイヤー往復走行運動の発
生手段として、シーソー機構が採用されている。シーソ
ー機構採用の装置の場合には、ワイヤーの走行速度が小
さく、送り出しリール、巻取りリール共に低速かつ一方
向にしか回転しない。このため、送り出しリールからワ
イヤーを供給するときには、送り出しリールに対向して
設けた回転自在の固定ガイドローラを介して、特別な制
御をしないまま成り行き任せの状態で、ワイヤーを送り
出している。また、巻取りリールへのワイヤーの巻取り
では、巻取りリールに対向して設けた回転自在のガイド
ローラをリール軸方向に揺動させて、リールの巻幅全体
に渡ってワイヤーを巻取ることがある。

しかしながら、例えば特開平１−177958号の発明のよ
うに、溝付きローラ、新線側の送り出しリール、巻取り
リールの３軸をそれぞれ独立に高速回転制御する装置で
は、送り出しリール、巻取りリール共に高速で、正転お
よび逆転を繰り返し、特に新線の送り出しリールにおい
ては、リールボビンを対向して設けた回転自在の固定ガ
イドローラを介して成り行き任せの状態で、ワイヤーを
送り出すと、ワイヤーが斜め方向に走り、ワイヤーに加
工液中の砥粒が付着している状態では、ワイヤー間の擦
れや、ワイヤーとガイドローラ溝との擦れに伴うローラ
溝に摩耗が発生し、ワイヤーの切断を招きやすい。また
固定ガイドローラを介してワイヤーを逆方向に巻取る
と、同一箇所にワイヤーが重なり合って巻取られ、その
後に巻戻すときに、ワイヤーの断線を招きやすい。な
お、巻取りリール側のようなリールボビンに対向した回
転自在のガイドローラをリール軸方向に揺動させる装置
を新線の送り出しリール側に設けるには、予め巻取りリ
ールへのワイヤー巻取りピッチと同一のピッチで新線を
巻付けた新線の送り出しリールボビンを装備しなければ
ならず、かつスタート時点において、新線の送り出しリ
ールからワイヤーを引き出そうとするワイヤー位置とガ
イドローラの溝位置との合わせも不可欠であることか
ら、多大な段取り時間が必要となる。

こうした問題点の解決手段としては、リールボビンに
対向した回転自在のガイドローラをリール軸方向に揺動
させる装置に、リールボビンから引き出したワイヤーの
傾き角を検出する手段を設けた方法をとる。これは、リ
ールボビンからまさにワイヤーを引き出そうとするワイ
ヤー位置と、ガイドローラの溝位置とに相対的な位置関
係を生じるが、この位置関係をワイヤー左右の揺動・回
転自在なタッチローラおよび近接スイッチにより、ワイ
ヤー傾き角として検出し、この検出量に応じて、ガイド
ローラを軸方向に揺動させるものである。しかしなが
ら、この解決手段でも、ワイヤーに砥粒が付着し、高速
かつ高いテンションでワイヤーが走ると、ガイドローラ
の溝摩耗を生じ、ワイヤー断線を招き易い。その原因
は、検出手段の遅れや共振、さらに機械的な装置の低い
剛性による振動などが挙げられるが、これらを解決して
も、なお装置全体の大きさなどに制約されて、ガイドロ
ーラの揺動方向とワイヤー走行方向とがもし同一方向に
構成された場合には、ワイヤーにテンション変動が生
じ、ガイドローラの溝を摩耗させるものと考えられる。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的は、従来技術の問題点を解
決するものであり、ワイヤーのテンション変動を防ぎ、
ワイヤーに砥粒が付着した状態でも、長時間ガイドロー
ラの溝摩耗を防ぎ、ワイヤー断線の危険を軽減すること
である。

〔発明の解決手段〕

上記目的の下に、本発明は、各リールを回転駆動モー
タで駆動するとともに、トラバース手段およびトラバー
スモータによってリールを軸方向に往復移動可能とし、
このトラバースモータをモータ制御器により移動制御に
よって、または追従制御によって制御している。

〔発明の作用〕

送り出し側のトラバース手段、トラバースモータおよ
びモータ制御器は、ワイヤーの往復走行運動中の送り出
し時に、位置センサーからの検出量に応じて、ワイヤー
の送り出し方向を常にリールの軸方向と直交する方向に
設定するようにリールを軸方向に移動させる追従制御を
実行するとともに、ワイヤーの往復走行運動中の巻取り
時にリール回転数に応じて予め設定したピッチでリール
を軸方向に往復移動させる移動制御を実行する。一方、
巻取り側のトラバース手段、トラバースモータおよびモ
ータ制御器は、ワイヤーの往復走行運動中の巻取り時及
び送り出し時ともに前記移動制御を行い、ワイヤーをリ
ールの外周に等ピッチで巻込んでいく。

このように、ワイヤーがリールに対し常に直交する方
向から送り出され、また巻き取られていくため、送り出
しや巻取り過程でワイヤー相互の擦れ合いがなく、また
ワイヤーのテンション変動も低く抑えられるため、ワイ
ヤーの走行制御は安定化する。

〔実施例〕

第１図は、ワイヤーソー装置１の全体的な構成との関
連で、本発明のリール駆動装置２を示している。

ワイヤー３は、第１図で例えば右側の新線送り出し用
のリール4aから供給され、定位置の複数のガイドローラ
５、６および例えばダンサーローラ式の張力発生手段８
を経て、複数例えば３本の溝付きローラ７に所定のピッ
チで切断幅に渡って複数回巻き掛けられた後、左側のガ
イドローラ５、６および例えばダンサーローラ式の張力
発生手段を経て、左側の巻取り用のリール4bに巻取られ
る。

上記溝付きローラ７は、図示しない回転駆動手段によ
って、回転駆動され、ワイヤー３を往復走行運動を繰り
返しながら全体として送り方向に走行させる。被加工部
材９は、溝付きローラ７の間の上方位置で、上下動自在
のテーブル10の下面に接着などの手段によって固定され
ており、溝付きローラ７の間で走行中のワイヤー３に対
して圧接し、ノズル11から供給される遊離砥粒を含んだ
加工液12によって切断加工される。

ここで、溝付きローラ７におけるワイヤー３の巻き掛
け域Ｗは、第２図および第３図に示すように、被加工部
材９の全長Ｌよりも長くなっており、前側の端部および
後側の端部で、ワイヤー３は、被加工部材９の端面より
も突出し、ワイヤー張力安定化のために、調整域Ａを形
成している。なお、溝付きローラ７は、第２図のよう
に、円柱状として構成するか、または第３図のように、
各端部で円錐台状とし中高のローラとして構成されてい
る。いずれにしても、ワイヤー３は、第４図のように、
例えばＶ字状の溝7aの内部に納まって、螺旋状に巻き掛
けられている。

このように、ワイヤーソー装置１は、ワイヤー３の経
路上、左右対称であり、切り換えスイッチなどの外部制
御手段によって、左右のうちいずれか一方を送り出し側
に、他方を巻取り側に選択できるようになっている。

そして、それぞれのリール4a、4bは、リール駆動装置
２によって、回転自在でしかも軸方向に移動自在に支持
されている。すなわち、それぞれのリール4a、4bは、ワ
イヤー３と直交する方向で、一対のスピンドル14および
軸受け15によって、リールスライド13に対して回転自在
に支持されている。一方のスピンドル14は、リール4a、
4bの軸方向への移動量を見込んで長く形成されており、
突出部分でタイミングプーリ18に対して例えばスプライ
ン16によって軸方向の移動を許しながら、回転のみを伝
達するよう連結されている。このタイミングプーリ18
は、軸受け21、軸受けハウジング22によって、固定のブ
ラケット23の間で支持されており、回転駆動モータ20、
タイミングプーリ17、18、およびタイミングベルト19に
よって駆動されるようになっている。

一方、リールスライド13は、送りナット24によって、
リール4a、4bの軸方向と平行な送りねじ25に連結されて
いる。この送りねじ25は、両端で軸受け26によって回転
自在に支持されており、タイミングプーリ27、28および
タイミングベルト29を介して、トラバースモータ30によ
って駆動されるようになっている。ここで、送りナット
24、送りねじ25、トラバースモータ30などは、トラバー
ス手段の一例を構成している。

そして、前記回転駆動モータ20およびトラバースモー
タ30は、それぞれモータ制御器31、32によって制御され
るようになっている。一方のモータ制御器31は、ワイヤ
ー３の送り出し・巻取りのために、ワイヤー３の張力を
圧力センサーにより検出するか、または張力付与用のダ
ンサーロールの位置を変位センサーにより検出し、検出
張力と設定器33からの目標張力との偏差に応じて偏差解
消方向に回転駆動モータ20の速度および回転量を制御す
る。またモータ制御器32は、ワイヤー３の往復走行運動
中の送り出し時に追従制御を、ワイヤー３の往復走行運
動中の巻取り時に後述する移動制御を交互に実行するた
めに、設定器34によって設定された基本速度・移動パタ
ーンの信号のほか、２つの位置センサー35、36からの信
号をも入力としてトラバースモータ30の回転方向、回転
速度および回転量を制御する。なお、位置センサー35、
36は、第５図および第６図に示すように、各リール4a、
4bとガイドローラ５との間にあって、リール4a、4bの軸
線に対して直交する位置のワイヤー３を挟み込む位置で
対向している。

今、リール4aが新しいワイヤー３を送り出す側に、リ
ール4bが使用後のワイヤー３の巻取り側に設定されてい
るとする。このとき、モータ制御器31は、張力制御の下
に送り出し側の回転駆動モータ20を送り出し方向に回転
させることによって、新しいワイヤー３を被加工部材９
の切断位置に供給しており、また巻取り側のリール4bの
モータ制御器31は、同様に張力制御の下に、回転駆動モ
ータ20を巻取り方向に回転させることによって、使用後
のワイヤー３を所定の張力で巻取っていく。この間に、
溝付きローラ７は、回転駆動手段によって往復回転し、
ワイヤー３に往復走行運動を与えながら送り出し側から
巻取り側へと順次走行させる。これによって、ワイヤー
３は、被加工部材９を加工液12の砥粒とともに切り込ん
で行く。このため、リール4a、4bは、ワイヤー３の往復
走行運動と同期して、従動的に往復回転運動を繰り返し
ている。

ここで、溝付きローラ７におけるワイヤー３の巻き掛
け域Ｗのうち、切断域外側つまり調整域Ａでのワイヤー
３の張力をT1とし、被加工部材９に対するワイヤー３の
押しつけによって、切断域でのワイヤー３の張力をT2と
すると、両者の張力差ΔＴ＝T2−T1は、第２図および第
３図の巻掛け位置ワイヤー張力値のグラフに見られるよ
うに、調整域Ａで徐々にならされ、被加工部材９の部分
でワイヤー３の張力T2は安定な状態となる。このように
してワイヤー３の張力T1は、被加工部材９に近づくに従
って自然に張力T2となる。このように、被加工部材９の
切断域外側で調整域Ａを形成することで、張力差が吸収
される。

第３図の実施例の場合に、溝付きローラ７の両端部が
中心側で大径の円錐台状であって、溝付きローラ７の端
部の小径部で３本の溝付きローラ７を一周するワイヤー
３の巻掛け長さが小さいが、大径部でワイヤー３の巻掛
け長さが大きくなるため、調整域Ａでワイヤー張力は急
勾配で変化する。したがって、中高の溝付きローラ７
は、大きな張力差ΔＴを吸収するときに有用である。

なお、調整域Ａの位置でのワイヤー３の巻掛け量を確
保するために、その調整域Ａで溝7aの溝ピッチを小さく
すれば、調整域Ａの長さを小さくしながら、必要な巻掛
け量が確保できる。

このように、切断域を超えて、ワイヤー３が巻掛けら
れていると、切断域でワイヤー３の張力が安定化するた
め、被加工部材９の両端部側で切断面の平坦度が中央部
とほぼ同等となり、切断加工面の品質が向上する。ま
た、切断域の外側すなわち調整域Ａでワイヤー３の張力
が比較的低い値で高精度に制御できるため、制御性の安
定化および装置製作上のコストの低減が図られる。ま
た、溝付きローラ７と左右のリール4a、4bとの間の複数
のガイドローラ５、６の溝摩耗も減らすことができ、ラ
ンニングコストの低減が図られる。

そして、送り出し側のモータ制御器32は、ワイヤー３
の往復走行運動中の送り出し時には、位置センサー35か
らの信号または位置センサー36からの信号を入力とし
て、トラバースモータ30を正または負の符号に応じて、
正転方向または逆転方向に回転させ、送り出し側のワイ
ヤー３の送り出し位置を常にガイドローラ５の中心線に
一致させることによって、送り出し位置でワイヤー３を
リール4aの軸と直交させる方向に追従制御を行なって送
り出し、ワイヤー３の往復走行運動中の巻取り時には、
リール4aの回転数に応じて設定したピッチで送り出し方
向と逆方向にトラバースモータ30を回転させ、リール4a
について移動制御を実行して、ワイヤー３を巻込んで行
く。

一方、巻取り側のモータ制御器32は、ワイヤー３の巻
取り時および送り出し時共に、設定器34によって設定さ
れた移動速度および往復の周期に従って、リール4bにつ
いて移動制御を実行し、トラバースモータ30を往復回転
させることによって、巻取り側のワイヤー３とリール4b
の軸線との直交状態を維持しながらワイヤー３をリール
4bの外周に整列状態で巻込んでいく。なお、新しいワイ
ヤー３のリール4aから最初にワイヤー３を引き出してガ
イドローラ５に巻掛けるとき、ワイヤー３の位置が大き
くずれているときには、トラバース30を手動回転させ
て、位置センサー35、36の間に通す。

〔他の実施例〕

第１図の実施例では、リールスライド13および一対の
スピンドル14を支持部材と同時に移動させているが、ス
ピンドル14をリール4a、4bの取り付け後に一体化できる
ように構成すれば、スピンドル14を直接往復移動（トラ
バース運動）させても良い。また、図示の実施例では、
位置センサー35、36を非接触式としているが、これらの
位置センサー35、36は、左右から回転自在なタッチロー
ラで挟み、そのタッチローラの回転数および回転方向な
どを位置信号として利用することもでき、また他のいか
なる手段でも、ワイヤー位置を検出できれば、目的は達
成できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、回転自在のガイドローラ
が定位置に固定されており、ガイドローラにトラバース
運動という不安定要素がないため、ワイヤーが走行方向
を変化させても、ワイヤーのテンション変動を防ぐこと
ができ、ワイヤーに砥粒が付着した状態でも、ガイドロ
ーラの溝摩耗が最小に抑えることができ、ワイヤーの断
線事故も軽減できる。

特に、定位置のガイドローラに対し、その前後におい
て、常にワイヤーがローラ溝に沿った一定の方向で一定
の距離を保ちながらワイヤーを走行させるため、ワイヤ
ーのテンションの変動や振動の発生もなく、これによる
機械的な振動もなく、ガイドローラの偏摩耗を防ぎ、ワ
イヤーの断線事故も軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤーソー装置および本発明のリール駆動装
置の概略的な正面図、第２図および第３図は溝付きロー
ラの側面図、第４図は溝付きローラの溝の拡大断面図、
第５図は位置センサーの配置位置の平面図、第６図は位
置センサーの配置位置の側面図である。 １……ワイヤーソー装置、２……リール駆動装置、３…
…ワイヤー、4a、4b……リール、５、６……ガイドロー
ラ、７……溝付きローラ、８……張力発生手段、９……
被加工部材、12……加工液、13……リールスライド、14
……スピンドル、20……回転駆動モータ、24……送りナ
ット、25……送りねじ、30……トラバースモータ、31、
32……モータ制御器、35、36……位置センサー。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送り出しリールからワイヤーを供給し、こ
   のワイヤーを複数の溝付きローラに巻掛け、さらにこの
   ワイヤーを巻取りリールにより巻取る過程で、ワイヤー
   の往復走行運動を繰り返しながらワイヤーを全体として
   送り方向に走行させ、溝付きローラ間のワイヤーと脆性
   材料の被加工部材とを圧接させつつ、被加工部材を切断
   加工するワイヤーソー装置において、 各リールに回転駆動モータを連結し、これらの各リール
   をトラバース手段によって軸方向に往復移動可能とする
   とともに、トラバース手段にトラバースモータを連結
   し、このトラバースモータをモータ制御器に接続してな
   り、 リールとこれに対向して定位置に設けた回転自在のガイ
   ドローラとの間にワイヤーの相対位置を検出する位置セ
   ンサーを設け、 送り出しリール側のトラバースモータのモータ制御器は
   ワイヤーの往復走行運動中の送り出し時に前記位置セン
   サーの検出量に応じてワイヤーの送り出し方向を常にリ
   ールの軸方向と直交する方向に設定するようにトラバー
   スモータを制御する追従制御を実行し、かつワイヤーの
   往復走行運動中の巻取り時にリール回転数に応じて予め
   設定したピッチでリールを往復移動させるようにトラバ
   ースモータを制御する移動制御を行い、 また巻取りリール側のトラバースモータのモータ制御器
   はワイヤーの往復走行運動中の巻取り時及び送り出し時
   ともに前記移動制御を行うことを特徴とするワイヤーソ
   ー装置におけるリール駆動装置。