JP3179304B2 - ワイヤソー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体材料、
磁性材料、セラミック等の脆性材料をワイヤにより切断
するワイヤソー装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のワイヤソー装置においては、複
数の加工用ローラ間にワイヤが所定ピッチで螺旋状に巻
き付けられ、このワイヤがその延長方向に走行されなが
ら、そのワイヤ上に砥粒を含むスラリが供給される。そ
して、この状態でワイヤに対してワークが押し付けられ
て、ワークが切断加工される。

【０００３】前記ワイヤとしては、例えば線形０．１８
ｍｍの鋼線が長さ５０〜１００ｋｍ分使用され、このワ
イヤが繰出しリールから加工用ローラ上に供給された
後、巻取りリールに巻き取られる。ワークの切断加工が
行われると、ワイヤが摩耗して線径が次第に細くなる。
このワイヤの線径が所定値（例えば０．１５ｍｍ）以下
になると、ワークの切断加工中にワイヤが断線して、運
転不能に陥るおそれがある。

【０００４】そのため、従来のワイヤソー装置において
は、ワイヤが所定長さ走行されるごとに運転を停止し、
ワークを切断した後のワイヤの線径を、マイクロメータ
により測定していた。そして、このワイヤの線径測定値
が基準値以下になっている場合には、ワイヤの反復使用
を行うことなく、ワイヤの交換作業を行うようにしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
ワイヤソー装置においては、装置の運転を停止して、マ
イクロメータによりワイヤの線径を測定しているため、
その測定操作が面倒であるとともに、装置の運転効率が
悪くなるという問題があった。

【０００６】また、装置の運転を頻繁に停止させること
ができないので、ワイヤの線径の測定箇所が少ない。し
かしながら、加工条件の変動あるいは負荷の変動等によ
り、ワイヤが全長に亘って均一に摩耗していないため、
線径の測定間隔が長くなると、ワイヤに反復使用可能な
部分があっても、ワイヤを交換することになって、ワイ
ヤが無駄になるという問題もあった。

【０００７】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。この発明の
主たる目的は、装置の運転を停止させることなく、ワイ
ヤの線径を計測することができ、その計測作業を自動化
することができるとともに、装置の運転効率を高めるこ
とができるワイヤソー装置を提供することにある。

【０００８】この発明のその他の目的は、ワイヤの線径
の測定箇所を多くすることができ、ワイヤの反復使用時
に使用不能な部分のみを空送りして、ワイヤを有効利用
することができるワイヤソー装置を提供することにあ
る。

【０００９】加えて、この発明のその他の目的は、ワイ
ヤ磨耗を全体にわたって均一にすることができ、加工精
度の向上を図ることができるワイヤソー装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【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に記載の発明では、ワイヤの線径をワイ
ヤの延長方向に所定間隔毎に計測するセンサと、そのセ
ンサにより検知された線径データを、ワイヤ上の計測箇
所に対応させて記憶する記憶手段とその記憶手段からワ
イヤの線径データを読み出してその線径データと基準デ
ータとを比較し、線径データが基準データ以下の部分の
みが、反復使用されることなく空送りされるようにワイ
ヤ送りを制御する制御手段とを設けたものである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】請求項２に記載の発明では、ワイヤの線径
をワイヤの延長方向に所定間隔毎に計測するセンサと、
そのセンサにより検知された線径データを、ワイヤ上の
計測箇所に対応させて記憶する記憶手段と、ワイヤの線
径の設定値と、検知された線径データがその設定値を下
回った場合に、ワイヤの線速及びワイヤの繰り出し量の
うち少なくとも一方を変更する手段とを設けたものであ
る。

【００１４】

【作用】請求項１に記載のワイヤソー装置においては、
装置の運転中にワイヤの走行経路中で、例えばワークの
切断後にセンサによって、ワイヤの線径がワイヤ延長方
向に所定間隔毎に計測される。そのセンサにより検知さ
れた線径データは、ワイヤ上の計測箇所に対応させて記
憶手段に記憶される。その記憶手段から読み出されたワ
イヤの線径データと基準データとが比較される。そし
て、線径データが基準データ以下の部分のみが、反復使
用することなく空送りされる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】また、請求項２に記載のワイヤソー装置に
おいては、計測された線径データが設定値と比較され、
計測線径データがその設定値を下回った場合、ワイヤの
線速及びワイヤの繰り出し量のうち少なくとも一方が変
更される。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を、図面に基づい
て詳細に説明する。図２及び図３に示すように、切断機
構１１は装置フレーム１２上に装設されている。この切
断機構１１は平行に延びる加工用駆動ローラ１３及び加
工用被動ローラ１４を備え、それらの外周には環状溝１
３ａ，１４ａが所定ピッチで形成されている。なお、図
面においては理解を容易にするために、環状溝１３ａ，
１４ａの数を実際よりも少なく描いてある。

【００１９】鋼線よりなる１本の切断用ワイヤ１５は前
記加工用ローラ１３，１４の各環状溝１３ａ，１４ａに
連続的に巻回されている。ワイヤ走行用モータ１６は装
置フレーム１２上に配設され、このモータ１６により加
工用駆動ローラ１３が直接回転されるとともに、複数の
プーリ１７及びベルト１８を介して加工用被動ローラ１
４が回転される。そして、これらの加工用ローラ１３，
１４の回転によって、ワイヤ１５がその延長方向に所定
の速度で走行される。

【００２０】ワーク支持機構１９は前記切断機構１１の
上方において、フレーム１２に上下動可能に支持され、
その下部にはワーク２０が着脱自在にセットされる。ワ
ーク昇降用モータ２１はフレーム１２上に配設され、こ
のモータ２１により図示しないボールスクリュー等を介
してワーク支持機構１９が上下動される。

【００２１】そして、装置の運転時には、ワイヤ１５が
切断機構１１の加工用ローラ１３，１４間で一方向また
は双方向に走行されながら、ワーク支持機構１９が切断
機構１１に向かって下降される。このとき、ワイヤ１５
上へ砥粒を含むスラリが供給されるとともに、そのワイ
ヤ１５に対しワーク２０が押し付けられ、ラッピング作
用によってワーク２０がスライス加工される。

【００２２】リール機構２２は前記フレーム１２上に装
設され、ワイヤ１５を繰り出すための繰出しリール２３
と、ワイヤ１５を巻き取るための巻取りリール２４とを
備えている。一対のリール回転用モータ２５，２６はリ
ール２３，２４の回転を駆動する。トラバース機構２７
は繰出しリール２３からのワイヤ１５の繰出し及び巻取
りリール２４へのワイヤ１５の巻取りをトラバースしな
がら案内する。

【００２３】そして、前記リール機構２２の両リール２
３，２４の回転により、繰出しリール２３から切断機構
１１へワイヤ１５が繰り出されるとともに、加工後のワ
イヤ１５が巻取りリール２４に巻き取られる。また、繰
出しリール２３上のワイヤ１５が、切断機構１１を経て
巻取りリール２４にすべて巻き取られたとき、両リール
回転用モータ２５，２６の回転方向が切り換えられ、リ
ール２３，２４の繰出し機能及び巻取り機能が反転され
て、ワイヤ１５が反復使用される。

【００２４】一対のダンサアーム２９、ダンサローラ３
０及びウェイト３１よりなる複数のガイドローラ３３を
備えたワイヤ張力付与機構２８はワイヤ１５に対して張
力を付与する。複数のガイドローラ３３を備えたワイヤ
ガイド機構３２は切断機構１１に近接して配置されてい
る。

【００２５】一対の線径計測用センサ３７，３８は前記
ワイヤガイド機構３２の各ガイドローラ３３とフレーム
１２上の各ガイドローラ３４との間に配設されている。
この各センサ３７，３８においては、図４に示すよう
に、半導体レーザ３９から照射されたレーザ光線が、８
面ポリゴンミラー４０で走査される。そして、反射ミラ
ー４１で反射された後、コリメータレンズ４２により平
行光線にされて、測定物としてのワイヤ１５に照射され
る。ワイヤ１５を走査したレーザ光線は集光レンズ４３
により受光素子４４上に集光され、その受光素子４４か
ら電気検出信号が出力される。

【００２６】なお、前記切断機構１１においてワーク２
０の切断を終了したワイヤ１５が、リール機構２２の巻
取りリール２４側に巻き取られているときには、切断機
構１１と巻取リール２４との間に位置する第１センサ３
７によって、切断後のワイヤ１５が所定間隔おきに検出
される。それに対して、ワイヤ１５の走行方向が反転さ
れて、ワーク２０の切断を終了したワイヤ１５が、リー
ル機構２２の繰出しリール２３側に巻き取られていると
きには、切断機構１１と繰出しリール２３との間に位置
する第２センサ３８によって、切断後のワイヤ１５が所
定間隔おきに検出される。

【００２７】次に、前記のように構成されたワイヤソー
装置の主要部の制御構成について説明する。図１及び図
３に示すように、制御ボックス４５は前記装置フレーム
１２の近傍に配設され、その内部にはＣＰＵ（中央処理
装置）４６、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）４７及びＲ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４８が実装されてい
る。ＲＯＭ４７は装置全体の動作を制御するためのプロ
グラムを記憶している。ＲＡＭ４８は記憶手段を構成
し、各種の入力データや検出データを一時的に記憶す
る。

【００２８】また、前記ＣＰＵ４６は制御手段及び判別
手段としての制御装置を構成している。そして、このＣ
ＰＵ４６は装置の運転中に、センサ３７，３８からワイ
ヤ１５の検出信号を入力したとき、そのワイヤ１５の影
を生じている時間の長さに基づいて、ワイヤ１５の線径
を演算する。さらに、ＣＰＵ４６はこの演算したワイヤ
１５の線径データを、ワイヤ１５上の検出箇所に対応さ
せて、ＲＡＭ４８に記憶させる。

【００２９】操作パネル４９は前記制御ボックス４５の
前面に取り付けられ、この操作パネル４９上には表示装
置５０及び操作装置５１が配設されている。表示装置５
０は、検出されたワイヤ１５の線径データを表示する表
示部、ワイヤ１５の反復使用の可否を表示する表示部、
及びワイヤ１５の交換時期を表示する表示部を備えてい
る。操作装置５１は、各種のモードを選択するための切
換スイッチを含む各種のスイッチを備えている。

【００３０】キーボードよりなる入力装置５２は制御ボ
ックス４５の前部に配置され、その上面には多数の入力
キー５３が配列されている。そして、この入力装置５２
からＣＰＵ４６に対して、ワイヤ１５の線径の基準デー
タが予め入力されて、ＲＡＭ４８に記憶される。

【００３１】また、入力キー５３の操作に基づいて前記
ＣＰＵ４６はこの実施例では第１、第２のモードを設定
し、第１のモードにおいては、切断加工終了後に、ＲＡ
Ｍ４８からワイヤ１５の線径データを順に読み出して、
その線径データを基準データと比較する。そして、ワイ
ヤ１５の線径データが基準データ以下のときには、ＣＰ
Ｕ４６はワイヤ１５全体の反復使用の可否を判別して、
その旨を表示装置５０の表示部に表示させる。一方、第
２のモードが設定されている場合において、ワイヤ１５
の線径データが基準データ以下のときには、ワイヤ１５
の反復使用時に、ＣＰＵ４６はその線径データと対応す
るワイヤ１５の部分のみを、反復使用することなく空送
りさせる。

【００３２】さらに、前記のいずれのモードの設定状態
においても、ワイヤ１５の線径データがその全長にわた
って基準データ以上のときには、ＣＰＵ４６は両データ
値の差に基づいてワイヤ１５の交換予測時期を算出す
る。そして、ＣＰＵ４６はこの交換予測時期を、例えば
「次回の反復使用時」のように、表示装置５０の表示部
に表示させる。

【００３３】加えて、入力キー５３により、設定値が入
力され、装置運転中のワイヤ線径計測データが設定値を
下回った場合、ＣＰＵ４６は即座にワイヤ走行用モータ
１６及び各リール回転用モータ２５，２６に指示を送
り、その回転速度及び回転時間のうち少なくとも一方を
変更して計測データが設定値以上となるように動作させ
る。なお、回転速度を変更することにより、ワイヤの線
速を変えることができ、回転時間を変更することによ
り、ワイヤの繰り出し量を変えることができる。

【００３４】次に、前記のように構成されたワイヤソー
装置について動作を説明する。さて、このワイヤソー装
置においては、装置の運転に先立って、操作パネル４９
上の操作装置５１の切換スイッチにより、第１のモード
または第２のモードのいずれか一方が選択設定される。
また、入力装置５２の入力キー５３により、ワイヤ１５
の線径の基準データが入力され、ＣＰＵ４６を介してＲ
ＡＭ４８に記憶される。

【００３５】その後、装置の運転が開始されると、ワイ
ヤ１５がリール機構２２の繰出しリール２３から繰り出
され、切断機構１１の加工用ローラ１３，１４間におい
て一方向または双方向に走行された後、巻取りリール２
４に巻き取られる。そして、ワーク支持機構１９によ
り、加工用ローラ１３，１４間のワイヤ１５上に砥粒を
含むスラリが供給されながら、ワイヤ１５に対してワー
ク２０が押し付けられて、そのワーク２０が切断加工さ
れる。

【００３６】このワーク２０の切断加工時には、ワイヤ
１５の巻取側に位置する一方の線径計測用センサ３７，
３８により、切断終了後のワイヤ１５の線径がワイヤ延
長方向に所定間隔毎に検知される。そして、これらの計
測線径データが、ＣＰＵ４６によりワイヤ１５上の計測
箇所に対応させて、ＲＡＭ４８に記憶されるとともに、
操作パネル４９上の表示装置５０の表示部に表示され
る。

【００３７】このように、ワーク２０の切断加工が続行
されて、繰出しリール２３上のワイヤ１５が、切断機構
１１を経て巻取りリール２４にすべて巻き取られると、
ＣＰＵ４６によりＲＡＭ４８からワイヤ１５の線径デー
タが順に読み出されて、その線径データが基準データと
比較される。そして、いずれのモードの設定状態におい
ても、線径データが基準データに達していないときに
は、ＣＰＵ４６により両データ値の差に基づいてワイヤ
１５の交換予測時期が算出され、表示装置５０の表示部
に表示される。そして、両リール２３，２４の繰出し機
能及び巻取り機能が反転される。そして、この状態でワ
イヤ１５を反復使用することによって、前記と同様にワ
ーク２０の切断加工が行われる。

【００３８】また、第１のモードの設定状態において、
ワイヤ１５の検出された線径データが基準データ以下の
ときには、ＣＰＵ４６によりワイヤ１５全体の反復使用
の可否が判別される。それとともに、このワイヤ１５の
反復使用の可否状態が表示装置５０の表示部に表示され
て、ワイヤ１５の交換が促される。

【００３９】一方、第２のモードの設定状態において、
ワイヤ１５の線径データが基準データ以下のときには、
次回の切断加工において、ＣＰＵ４６によりその線径デ
ータと対応するワイヤ１５の基準値以下の部分のみが、
反復使用することなく空送りされる。すなわち、ワーク
２０が両加工用ローラ１３，１４間のワイヤ１５から上
方に離間された状態で、ワイヤ１５が加工速度よりも速
い走行速度にて局部的に空送りされる。

【００４０】加えて、ワイヤの線速及びワイヤの繰り出
し量のうち少なくとも一方を変更することにより、ワイ
ヤ１５の磨耗量が全体的に均一になるように運転するこ
とができ、加工精度の向上を図ることができる。

【００４１】従って、この実施例のワイヤソー装置にお
いては、装置の運転を停止させることなく、ワイヤ１５
の線径を短いピッチで多数箇所を自動的に検出すること
ができる。従って、装置の運転を停止させた状態で、ワ
イヤ１５の線径をマイクロメータにより測定して、その
測定値と基準値とを比較判別していた従来方法とは異な
り、線径の検出及び判別作業を簡略化することができる
とともに、装置の運転効率を高めることができる。

【００４２】また、この実施例のワイヤソー装置におい
ては、検出された線径データに基づいて、ワイヤ１５の
反復使用時に使用不能な部分のみを空送りすることがで
きる。従って、ワイヤ１５全体を交換することなく反復
使用することができて、ワイヤ１５を有効に利用するこ
とができる。

【００４３】

【別の実施例】次に、この発明の別の実施例を、図５〜
図７に基づいて説明する。まず、図５に示す第２実施例
の線径計測用センサ３７，３８においては、第１ローラ
６１が支持板６２上に回転可能に支持されている。回動
レバー６３は支持板６２上に回動可能に取り付けられ、
その先端には第２ローラ６４が回転可能に支持されてい
る。バネ６５は回動レバー６３と支持板６２との間に掛
装され、このバネ６５により第２ローラ６４が第１ロー
ラ６１に圧接されている。

【００４４】また、切断用ワイヤ１５は切断機構１１と
リール機構２２との間において、前記両ローラ６１，６
４間に挟持されながら移行され、そのワイヤ１５の線径
に応じて回動レバー６３が回動変位されるようになって
いる。圧電素子よりなる検出子６６は支持板６２に取り
付けられ、その先端が回動レバー６３の外側に接触され
ている。そして、回動レバー６３の変位量に応じて検出
子６６から電気信号が出力されて、ワイヤ１５の線径が
検出される。

【００４５】次に、図６に示す第３実施例の線径計測用
センサ３７，３８では、一対の電極６７，６８が切断機
構１１とリール機構２２との間において、切断用ワイヤ
１５に所定間隔おきで接触されている。検出回路６９は
両電極６７，６８間に接続され、この検出回路６９には
検出用電源７０及び電流計等の検出器７１が接続されて
いる。

【００４６】そして、切断終了後のワイヤ１５が両電極
６７，６８に接触して移行されるときには、そのワイヤ
１５の線径に応じた電気抵抗に基づいて、検出回路６９
に流れる電圧が変化する。この電圧の変化が検出器７１
により測定されて、ワイヤ１５の線径が検出される。

【００４７】さらに、図７に示す第４実施例の線径計測
用センサ３７，３８では、カメラ７２が切断機構１１と
リール機構２２との間において、切断用ワイヤ１５に対
向配置されている。そして、切断終了後のワイヤ１５の
形状がカメラ７２により撮影され、その撮影画像が画像
処理装置７３により画像処理されて、ワイヤ１５の線径
が検出される。

【００４８】なお、この発明は、次のように変更して具
体化することも可能である。 （１）線径計測用センサ３７，３８によるワイヤ１５の
線径検出位置を、切断機構１１とリール機構２２との間
において適宜に変更すること。 （２）線径計測用センサ３７，３８を、前記各実施例と
は異なった機械的、電気的構成にすること。

【００４９】また、実施例及び別例の技術的思想につい
て、以下に記載する。 （ａ）ワイヤの線径データが基準データ以上のとき、ワ
イヤの交換予測時期を算出する請求項１に記載のワイヤ
ソー装置。このように構成すれば、ワイヤの交換時期を
容易に予測することができる。 （ｂ）ワイヤが一対のローラにより挟持され、一方のロ
ーラがワイヤの線径に応じて変位し、そのローラにワイ
ヤの線径に応じた変位量を検出する検出子を設けた請求
項１に記載のワイヤソー装置。この構成によれば、ワイ
ヤの線径の変化を容易に検出することができる。

【００５０】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。請求項１に記載の発
明によれば、装置の運転を停止させることなく、ワイヤ
の線径を検出することができ、その検出作業を自動化す
ることができるとともに、装置の運転効率を高めること
ができる。

【００５１】さらに、ワイヤの線径の測定間隔を短くす
ることができ、ワイヤの反復使用時に使用不能な部分の
みを空送りして、ワイヤを有効利用することができる。

【００５２】請求項２に記載の発明によれば、ワイヤ磨
耗を全体にわたって均一にすることができ、加工精度の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のワイヤソー装置における制御回路
のブロック図。

【図２】 そのワイヤソー装置の全体を示す正面図。

【図３】 同じくワイヤソー装置の平面図。

【図４】 ワイヤの線径計測用センサの第１実施例を示
す説明図。

【図５】 ワイヤの線径計測用センサの第２実施例を示
す斜視図。

【図６】 ワイヤの線径計測用センサの第３実施例を示
す説明図。

【図７】 ワイヤの線径計測用センサの第４実施例を示
す説明図。

【符号の説明】

１１…切断機構、１３…加工用駆動ローラ、１４…加工
用被動ローラ、１５…切断用ワイヤ、１９…ワーク支持
機構、２０…ワーク、３７…センサ、３８…センサ、４
６…制御手段及び判別手段としての制御装置を構成する
ＣＰＵ、４８…記憶手段としてのメモリを構成するＲＡ
Ｍ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−39542（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−205015（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 27/06 B28D 5/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の加工用ローラ間に螺旋状に巻き付
   けられたワイヤをその延長方向に走行させ、そのワイヤ
   に対して砥粒を含むスラリを供給しながらワークを押し
   付けて、そのワークを切断するようにしたワイヤソー装
   置において、 前記ワイヤの線径をワイヤの延長方向に所定間隔毎に計
   測するセンサと、 そのセンサにより検知された線径データを、ワイヤ上の
   計測箇所に対応させて記憶する記憶手段と、 その記憶手段からワイヤの線径データを読み出してその
   線径データと基準データとを比較し、線径データが基準
   データ以下の部分のみが、反復使用されることなく空送
   りされるようにワイヤ送りを制御する制御手段と を設け
   たワイヤソー装置。
2. 【請求項２】 複数の加工用ローラ間に螺旋状に巻き付
   けられたワイヤをその延長方向に走行させ、そのワイヤ
   に対して砥粒を含むスラリを供給しながらワークを押し
   付けて、そのワークを切断するようにしたワイヤソー装
   置において、 前記ワイヤの線径をワイヤの延長方向に所定間隔毎に計
   測するセンサと、 そのセンサにより検知された線径データを、ワイヤ上の
   計測箇所に対応させて記憶する記憶手段と、 ワイヤの線径の設定値と、 前記検知された線径データがその設定値を下回った場合
   に、ワイヤの線速及びワイヤの繰り出し量のうち少なく
   とも一方を変更する手段とを設けた ワイヤソー装置。