JP3609881B2 - ワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤソーにおける切断用ワイヤの張設位置を自動的に適正な位置に調節するワイヤ位置調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体インゴットからウェハを切り出す手段等として、ワイヤソーが知られている。このワイヤソーでは、周面にワイヤ案内のガイド溝が形成された一対のガイドローラの間に、切断用ワイヤが多数本並んだ状態で平行に張設され、これらのワイヤがその長手方向に高速駆動された状態で、この長手方向と直交する方向に上記半導体インゴット等からなるワークが切断送りされることにより、このワークから多数枚の薄片が同時に切り出される。
【０００３】
このようなワイヤソーでは、各ワイヤの張設位置がそのままワークの切断位置に相当するので、高い加工精度を確保するには、上記ワイヤ張設位置を常に正規の位置に合致させておくことが望まれる。しかしながら、実際には次のような理由によりワイヤ張設位置がワーク切断中に変化するおそれがある。
【０００４】
ａ）切断用ワイヤを高速駆動するには、そのガイドローラも高速で回転させる必要がある。このガイドローラの高速回転に伴い、ガイドローラの軸受等が発熱し、その熱がガイドローラに伝えられることによりガイドローラが軸方向に膨張し、ワイヤ案内溝同士の間隔及びワイヤ同士の間隔が拡大される。
【０００５】
ｂ）上記軸受等の発熱や外気温の影響により、ガイドローラだけでなく、これを回転可能に支持する支持部材や、この支持部材が立設されているベッド等も熱変形する場合がある。これら支持部材やベッドが熱変形すると、これに支持されているガイドローラのワークに対する相対位置が軸方向に変化し、これに伴ってワイヤ全体の張設位置もずれることになる。
【０００６】
そこで従来は、上記のように変位するワイヤＷの調節位置を適正な位置に調節する手段として、次のようなものが提案されている。
【０００７】
Ａ）ガイドローラ自体の温度を検出し、この温度を所定温度に保つようにガイドローラの温度を調節する。
【０００８】
Ｂ）ワークに対するガイドローラの相対変位を検出し、この相対変位を減少させる方向にガイドローラを軸方向に移動させる（特開平１−１７７９６３号公報参照）。
【０００９】
Ｃ）ガイドローラの端面に検出板等を設け、ガイドローラが熱膨張する際の検出板のガイドローラ軸方向への変位を検出し、この変位を減少させるようにスラリ供給温度を変化させる（特開平５−１８５４１９号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
Ａ）の手段では、ガイドローラ自体の温度を一定に保つ制御が行われるが、ガイドローラの温度は全体に一様ではなく、実際のワイヤ位置に直結する温度を測定することは容易ではない。例えば、金属で構成された内側層の外側に合成樹脂からなる外側層が積層されたガイドローラの場合、内側層の熱膨張率と外側層の熱膨張率との間には大きな差があり、このようなガイドローラの温度測定によって実際のワイヤ位置を正確に把握することはきわめて困難である。また、このような温度をモニタする制御では制御の追従性も低いという欠点がある。
【００１１】
一方、Ｂ）やＣ）の手段では、ガイドローラの軸方向変位を検出しているが、このガイドローラの位置と実際のワイヤ調節位置とは、ワイヤの撓み等に起因してずれが生じる場合があり、ガイドローラの変位を検出するだけでワイヤ位置を的確に把握することは困難である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、ワイヤソーにおける実際のワイヤ張設位置をより正確に正規の位置に調節できるワイヤ位置調節装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ワイヤ案内用の複数のガイド溝が外周面上に軸方向に並設された一対のガイドローラ間に上記各ガイド溝に係合された状態で切断用ワイヤが張設され、これらのワイヤに対してその並び方向と直交する方向にワークが切断送りされることによりこのワークが切断されるワイヤソーにおいて、ワイヤ同士の間隔を検出するワイヤ間隔検出手段と、このワイヤ間隔検出手段により検出される間隔を予め設定された正規の間隔に近づけるように両ガイドローラの温度を調節する温度調節手段とを備えたものである。
【００１４】
この構成によれば、ワイヤ同士の間隔が直接検出され、その検出された間隔が正規の間隔に近づくように両ガイドローラの温度が調節されることにより、ワイヤ同士の間隔に相当するウェハの厚み寸法が適正な寸法に保持される。
【００１５】
ここで、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔を割り出すようにすれば、簡単な構成でワイヤ間隔の検出ができる。
【００１６】
この装置では、さらに、予め設定されたワークに対する基準相対位置からのワイヤ並び方向へのワイヤ全体の相対変位を検出するワイヤ変位検出手段と、このワイヤ変位検出手段により検出される相対変位を減少させる方向に両ガイドローラをワークに対してガイドローラの軸方向に相対移動させるローラ位置調節手段とを備えるのが、より好ましい。この構成により、ワイヤ間隔と、ワークに対するワイヤ全体のワイヤ並び方向の変位との双方が同時に調節され、ワイヤによるワーク切断位置はより適正な位置に保たれる。
【００１７】
この場合、上記ワイヤ間隔検出手段及びワイヤ変位検出手段として、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔及びワークに対するワイヤ全体の相対変位を割り出すことにより、ワイヤ位置検出手段をワイヤ間隔検出手段とワイヤ変位検出手段とに兼用できる。
【００１８】
ワークに対するワイヤの相対位置は、ワークをガイドローラの軸方向に移動させることによっても調節が可能であるが、この場合、ワークに対する一方のガイドローラの相対変位と、ワークに対する他方のガイドローラの相対変位とが異なる場合、ワークに対する両ガイドローラの相対位置を同時に適正な位置に合せることは困難である。これに対し、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成する、すなわち両ガイドローラの軸方向位置を個別に調節することにより、両ガイドローラの位置を同時に適正な位置に合わせることが可能である。
【００１９】
また本発明は、上記ワイヤ間隔検出手段及びワイヤ間隔調節手段を省略し、上記ワイヤ変位検出手段及びローラ位置調節手段のみを備えるようにしてもよい。
【００２０】
この場合も、上記ワイヤ変位検出手段としては、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段が好適であり、さらには、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成するのが、より好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
【００２２】
図３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１２Ａ，１２Ｂ、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。各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂは、その外周面に詳細後述の図５，６に示すようなワイヤ案内用ガイド溝４３が軸方向に並設された、いわゆる多溝ローラとされている。
【００２３】
各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、切断用のワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂとを備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたワイヤＷは、ガイドプーリ１２Ａ，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４３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巻回された後、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，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン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、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン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がボビン９Ａから繰り出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ワイヤＷがボビン９Ｂから繰り出されてボビン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。
【００２４】
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ながらその軸方向に往復駆動されるようになっている。
【００２５】
両ガイドローラ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を所望の結晶方位が得られ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とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。
【００２６】
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。
【００２７】
従って、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ェハが同時に切り出される。
【００２８】
次に、上側のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの支持構造及びその内部構造を説明する。これらガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの左右両側には、図４に示すような左右一対の支持部材４６Ｌ，４６Ｒが立設され、両支持部材４６Ｌ，４６Ｒによって各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂが回転可能に支持されている。
【００２９】
なお、上記支持部材４６Ｌ，４６Ｒへのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの取付構造及びローラ内部構造は互いに同等であるため、ここでは一方のガイドローラ２４Ａの構造を例にとって説明することとする。
【００３０】
両支持部材４６Ｌ，４６Ｒの上端部には、左右を向く円筒状の支持部４７Ｌ，４７Ｒが各々形成され、これら支持部４７Ｌ，４７Ｒの内側にそれぞれ、玉軸受５１及び円筒ころ軸受５２を介して保持部材４８Ｌ，４８Ｒが水平軸回りに回転可能に支持されている。両保持部材４８Ｌ，４８Ｒの内側端部には、先端に向かうに従って縮径する雄側嵌合部４９が形成されており、その中央には、保持部材４８Ｌ，４８Ｒ全体を軸方向に貫通するボルト挿通穴４８ｂが形成され、雄側嵌合部４９の周囲には、回転軸に直交する平面である当接面４８ａが形成されている。
【００３１】
一方、ガイドローラ２４Ａは、金属製の本体部４１の外周面に合成樹脂製の外周部４２を積層したもので、外周部４２の外周面に前記ガイド溝４３（図５及び図６）が全周にわたって形成されている。本体部４１の両端には、上記雄側嵌合部４９が嵌入可能な形状の雌側嵌合部４０が形成され、その中央にネジ穴４４が形成されており、雌側嵌合部４０の周囲には、回転軸に直交する平面である当接面４１ａが形成されている。
【００３２】
そして、上記保持部材４８Ｌ，４８Ｒのボルト挿通穴４８ｂに外側から締付ボルト５０を挿入し、その端部の雄ねじを前記ネジ穴４４にねじ込むことにより、保持部材４８Ｌ，４８Ｒとガイドローラ２４Ａとが引き寄せられて両嵌合部４９，４０のテーパー面同士が圧接し、これにより保持部材４８Ｌ，４８Ｒとガイドローラ２４Ａの中心軸同士が合致するとともに、嵌合部４９，４０の周囲に形成された当接面４８ａ，４１ａ同士が当接するようになっている。また、この連結部において、上記雌側嵌合部４０の底部と雄側嵌合部４９の先端部との間にはシール用のＯリング４５が介在している。
【００３３】
次に、左右の保持部材４８Ｌ，４８Ｒの取付構造を詳細に説明する。
【００３４】
両保持部材４８Ｌ，４８Ｒの外周面には、スペーサ５３ａを適当に介在させて所定数の玉軸受５１（支持部材４７Ｌ側では２つ、支持部材４７Ｒ側では１つ）及び円筒ころ軸受５２の内輪が外嵌され、これら軸受５１，５２の内輪は、保持部材４８Ｌ，４８Ｒの中間部に形成された段部４８ｄと、保持部材４８Ｌ，４８Ｒの端部外周面に装着されたナット５４とに挟まれた状態で固定され、保持部材４８Ｌ，４８Ｒに対して軸方向に変位不能とされている。これに対し、軸受５１，５２の外輪の取付構造は、図４左側の支持部材４６Ｌと右側の支持部材４６Ｒとで異なる構造とされている。
【００３５】
図５に示すように、右側の支持部材４６Ｒにおいては、その支持部４７Ｒの内側に筒部材６０が嵌入、固定され、この筒部材６０の内側に軸受５１，５２が嵌入されている。図５に示すように、玉軸受５１の外輪は軸方向の規制を全く受けておらず、この玉軸受５１全体が筒部材６０及び支持部４７Ｒに対して軸方向に相対変位可能となっている。円筒ころ軸受５２の外輪５２ａは、筒部材６０の内側端面に固定された規制部材５６と筒部材６０の中間部に形成された段部６０ｄとの間に挟まれて固定された状態となっている。円筒ころ軸受５２のコロ５２ｂは、内輪５２ｃの両端に形成された段部同士の間に挟まれて軸方向変位が規制されているが、コロ５２ｂと外輪５２ａとは軸方向に相対変位可能となっている。従って、保持部材４８Ｒは、その全体が支持部材４６Ｒに対して軸方向の相対変位が可能となっている。
【００３６】
筒部材６０の外側端部にはこれをふさぐ蓋壁６０ａが形成され、その中央に冷却油供給口６０ｂが形成されている。保持部材４８Ｒにおいて、上記規制部材５６のすぐ内側の位置には、保持部材４８Ｒの内側空間と外側空間とを連通する冷却油通路４８ｃが形成され、ガイドローラ本体部４１にはこれを軸方向に貫く冷却油通路４１ｃが形成されている。また、筒部材６０と規制部材５６との間、及び規制部材５６と保持部材４８Ｒの外周面との間には、シール部材５８，５７がそれぞれ設けられている。そして、上記冷却油供給口６０ｂから筒部材６０内に軸受冷却用の冷却油が導入され、この冷却油が軸受５１，５２及び冷却油通路４８ｃ，４１ｃを通って左側の支持部材４６Ｌに向かって流れるようになっている。
【００３７】
図６に示すように、左側の支持部材４６Ｌにおいては、その筒状の支持部４７Ｌ内にスライド軸受６２を介して筒部材６４が軸方向移動可能に取付けられ、この筒部材６４の内側に軸受５１，５２及びスペーサ５３ｂが固定されている。
【００３８】
上記筒部材６４の外側端部には、これを覆う蓋部材６６が連結されている。この蓋部材６６の外周面には軸方向の凹溝６６ａが形成される一方、支持部材４６Ｌの外側面から上方に回り止め部材６８が延設されており、この回り止め部材６８の上端部が上記凹溝６６ａに嵌入されることにより、蓋部材６６及び筒部材６４の回転が規制されている。
【００３９】
前記保持部材４８Ｌにおいて円筒ころ軸受５２よりもガイドローラ側の位置には、その内側空間と外側空間とを連通する冷却油通路４８ｃが形成されている。また、蓋部材６６には、その内側空間から外周面における冷却油吐出口６６ｂへ至るまでの冷却油通路６６ｃが形成されている。そして、前記右側保持部材４８Ｒからガイドローラ本体部４１の冷却油通路４１ｃを通じて保持部材４８Ｒ内に流入した冷却油が、上記冷却油通路４８ｃ、軸受５２，５１、及び冷却油通路６６ｃを順に通って冷却油吐出口６６ｂから吐出されるようになっている。
【００４０】
上記冷却油吐出口６６ｂは、図４に示す冷却油循環ポンプ８４の吸入口に接続され、同ポンプ８４の吐出口が温度調節器８６を介して前記冷却油供給口６０ｂに接続されており、上記冷却油循環ポンプ８４の作動によって冷却油の循環が行われるようになっている。温度調節器８６は、循環冷却油の温度を検出する温度センサと、冷却油を冷却する冷却手段とを内蔵し、上記温度センサによる検出温度を設定温度に近づけるような冷却動作を行うように構成されている。
【００４１】
上記蓋部材６６の外側端部には、ナット部材７０が固定され、このナット部材７０の中央にはねじ穴７０ａが貫設されている。一方、図４に示されるように、支持部材４６Ｌの上端からは外側に向かって支持アーム７２が延設され、その端部にサーボモータ７４が固定されており、このサーボモータ７４の出力軸にカップリング７６を介して送りねじ軸７８が連結され、この送りねじ軸７８が前記ナット部材７０のねじ穴７０ａ内に螺合、挿入されている。従って、上記サーボモータ７４の作動により、ナット部材７０、蓋部材６６、筒部材６４、左側保持部材４８Ｌ、ガイドローラ２４Ａ、及び右側保持部材４８Ｒが一体に軸方向に送られるようになっている。
【００４２】
図１及び図２に示すように、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ同士の間には、４つの距離センサ（ワイヤ位置検出手段）８１Ａ，８２Ａ．８１Ｂ，８２Ｂが配設されている。距離センサ８１Ａ，８２Ａは、ガイドローラ２４Ａとワーク切断位置との間の領域において、左右両外側のワイヤＷに対し側方から対向する位置に設けられており、この対向するワイヤＷとの離間距離を検出するように構成されている。同様に、距離センサ８１Ｂ，８２Ｂは、ガイドローラ２４Ｂとワーク切断位置との間の領域において、左右両外側のワイヤＷに対し側方から対向する位置に設けられており、この対向するワイヤＷとの離間距離を検出するように構成されている。
【００４３】
これらの距離センサ８１Ａ，…としては、従来から知られている種々の距離センサが適用可能であり、渦電流センサやレーザ測距センサ等が好適である。また、予めワイヤＷに電流を流しておいてこの電流により形成される磁界を磁気センサで検出したり、ゲージを直接ワイヤＷに接触させたりするようにしても、上記距離の検出が可能である。ワイヤＷへの電流供給は、ボビン駆動軸からスリップリング等を介して行うようにしてもよいし、ワイヤ経路中のプーリ（ガイドプーリ１４Ａ，１４Ｂ等）から直接行うようにしてもよい。
【００４４】
上記各距離センサ８１Ａ，…の検出信号は、図７に示す演算制御装置９０に入力されるようになっている。この演算制御装置９０は、ローラ位置設定手段９２と、温度設定手段９４とを備え、ローラ位置設定手段９２はサーボ制御器９６及びサーボアンプ９７を介してサーボモータ７４に接続されている。
【００４５】
ローラ位置設定手段９２は、距離センサ８１Ａ，８２Ａにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ａ，８２Ａが設けられている領域でのワイヤ全体の中央位置（図４〜６では最も左側のワイヤに対する距離と最も右側のワイヤに対する距離とが等しくなるような位置）を算出し、この算出位置を予め記憶した位置（装置作動前の位置）に合致させるためのガイドローラ２４Ａの位置を設定するとともに、距離センサ８１Ｂ，８２Ｂにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ｂ，８２Ｂが設けられている領域でのワイヤ全体の中央位置を算出し、この算出位置を予め記憶した位置（装置作動前の位置）に合致させるためのガイドローラ２４Ｂの位置を設定するものである。
【００４６】
サーボ制御器９６は、設定されたガイドローラ位置を実現すべく、サーボアンプ９７を介してサーボモータ７４に制御信号を入力し、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を軸方向に移動させるものである。
【００４７】
温度設定手段９４は、距離センサ８１Ａ，８２Ａにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ａ，８２Ａが設けられている領域でのワイヤ張設幅（図４〜６では最も左側のワイヤと最も右側のワイヤとの離間距離；ワイヤ間隔に対応する距離）を算出し、この張設幅を予め記憶した張設幅（装置作動前の張設幅）に近づけるための冷却油温度を設定するとともに、距離センサ８１Ｂ，８２Ｂにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ｂ，８２Ｂが設けられている領域でのワイヤ張設幅を算出し、この張設幅を予め記憶した張設幅に近づけるための冷却油温度を設定するものである。
【００４８】
次に、この装置の作用を説明する。
【００４９】
まず、ワイヤソー全体が作動する前の状態で、ワーク切断位置の両側についてワイヤ中央位置及び張設幅の算出が行われる。具体的に、図８に示すように、装置作動前の距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）と距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）との離間距離をＬ、距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）による検出距離（すなわち距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）と最も外側のワイヤＷとの距離）をＸ１、距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）による検出距離をＸ２、ワイヤ張設幅をａ、距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）からワイヤ中央位置までの距離（以下、単に「中央位置距離」と称する。）をｂとすると、演算制御装置９０は、下記の数式（数１）からワイヤ張設幅ａ及び中央位置距離ｂを算出し、これを基準張設幅及び基準中央位置距離として記憶する。
【００５０】
【数１】
ａ＝Ｌ−（Ｘ１＋Ｘ２）
ｂ＝Ｘ２＋ａ／２
この状態からワイヤソーが作動すると、ワイヤＷはその軸方向の高速駆動されるため、このワイヤＷが掛けられているガイドローラ２４Ａ，２４Ｂも正逆方向に高速駆動する。従って、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの軸受５１，５２は発熱し、一般には、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの温度を上昇させる。この温度上昇により、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの外周面に形成されているガイド溝４３同士の間隔が広がり、これに案内されているワイヤＷ同士の間隔ひいてはワイヤ張設幅が増大する。一方、冷却油温度が過度に低い場合には、逆にガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの温度が下がり、ワイヤＷ同士の間隔及びワイヤ張設幅が減少する。
【００５１】
また、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂだけでなく、上記軸受５１，５２等の発熱や外気温変化の影響を受けて、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを直接的もしくは間接的に支持している部材（具体的には、保持部材４８Ｌ，４８Ｒや支持部材４６Ｌ，４６Ｒ、あるいはこれら支持部材４６Ｌ，４６Ｒが立設されているベッド等）も熱変形する場合があり、この場合には、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂが軸方向に変位してワイヤＷの前記中央位置距離が変化することになる。これらワイヤ張設幅や中央位置距離の変動に伴い、距離センサの検出距離も変動する。
【００５２】
そこで、演算制御装置９０は、現在の距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）の検出距離Ｘ１´及び距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）の検出距離Ｘ２´と、下記の数式（数２）とから、図８に示す現在のワイヤ張設幅ａ´及び中央位置距離ｂ´を算出し、これを予め記憶した基準張設幅ａ及び基準中央位置距離ｂと比較する。
【００５３】
【数２】
ａ´＝Ｌ−（Ｘ１´＋Ｘ２´）
ｂ´＝Ｘ２´＋ａ´／２
ローラ位置設定手段９２は、ｂ´＞ｂの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）側に寄せて中央位置距離ｂ´を縮めるべく、ガイドローラ設定位置を距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）側に近づける。これにより、サーボ制御器９６は、サーボモータ７４に制御信号を出力してガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）側に所定距離だけ移動させる。逆に、ｂ´＜ｂの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）側に寄せて中央位置距離ｂ´を伸ばすべく、ガイドローラ設定位置を距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）側に近づける。これにより、サーボ制御器９６は、サーボモータ７４に制御信号を出力してガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）側に所定距離だけ移動させる。ｂ´＝ｂの場合には、現在のガイドローラ設定位置を維持する。
【００５４】
一方、温度設定手段９４は、ａ´＞ａの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）をさらに冷却してワイヤ間隔を狭めるべく、温度調節器８６の設定温度を下げる。これにより、温度調節器８６は冷却油温度をさらに下げ、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）の冷却を促す。逆に、ａ´＜ａの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）の冷却を抑制してワイヤ間隔を広げるべく、温度調節器８６の設定温度を上げる。これにより、温度調節器８６は冷却油温度を上げ、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）の冷却を抑制する。ａ´＝ａの場合は、現在の設定温度を維持する。
【００５５】
以上のように、この装置では、距離センサ８１Ａ，…によって、ワイヤ間隔に相当するワイヤ張設幅や、ワーク２８に対するワイヤ全体の変位に相当する中央位置距離の変化を検出し、上記ワイヤ張設幅を適正な幅に近づけるべく冷却油温度を調節するとともに、中央位置を適正な位置に合わせるようにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを軸方向に移動させるようにしているので、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂやこれらを支持する部材の熱変形に起因してワイヤ位置がずれても、これを迅速且つ正確に検知して適正な位置に素早く戻すことができる。
【００５６】
なお、本発明では次のような実施形態をとってもよい。
【００５７】
（１） 上記ローラ位置設定手段９２及び温度設定手段９４は、ワイヤソーに要求される加工精度によってはいずれか一方を省略するようにしてもよい。すなわち、要求される加工精度が比較的低い場合には、温度設定手段９４を省略してもよいし、ローラ位置設定手段９２を省略してもよい。
【００５８】
（２） 前記実施形態では、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂに対して個別に冷却油を流し、その温度を個別に調節しているが、両ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂに共通の冷却油を流し、この冷却油の温度を調節するようにしてもよい。この場合、ワイヤ間隔検出手段の検出個所は１か所でよい。
【００５９】
（３） 上記ワイヤソーにおいて、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを共通の枠に固定し、この枠と一体に両ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを同時に同じ量だけ軸方向に移動させるようにしたり、両ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの位置を固定してワーク２８の位置をガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの軸方向に変化させるようにしても、ワーク２８に対するガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの相対位置の調節が可能であり、この場合、ワイヤ変位検出手段の検出個所は１か所でよい。ただし、この場合、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの位置を個別に調節することができないのに対し、上記実施形態のようにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂをこれらが相互独立して軸方向に移動できるようにし、ワーク切断位置の両側に距離センサ８１Ａ，８２Ａと距離センサ８１Ｂ，８２Ｂとを設けるようにすれば、ワイヤＷによるワーク切断位置をより正確に適正な位置に調節できる利点がある。
【００６０】
（４） 前記実施態様では、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂに冷却油を流しているが、冷却媒体は特に問わず、例えば冷却水を用いる場合にはその温度を調節すればよい。また、ワイヤＷに供給されるスラリーの温度を変化させることによっても、間接的にガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの温度を調節することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ワイヤ同士の間隔を検出するワイヤ間隔検出手段と、このワイヤ間隔検出手段により検出される間隔を予め設定された正規の間隔に近づけるように両ガイドローラの温度を調節する温度調節手段とを備え、これに加え、もしくはこれとは別に、予め設定されたワークに対する基準相対位置からのワイヤ並び方向へのワイヤ全体の相対変位を検出するワイヤ変位検出手段と、このワイヤ変位検出手段により検出される相対変位を減少させる方向に両ガイドローラをワークに対してガイドローラの軸方向に相対移動させるローラ位置調節手段とを備えたものであるので、ガイドローラやこれを支持する部材の熱変形に起因するワイヤ位置の変動を迅速かつ正確に検知し、ワイヤ位置を素早く正規の位置に戻すことができる効果がある。
【００６２】
ここで、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔やワークに対するワイヤ全体の相対変位を割り出すようにすれば、簡単な構成でワイヤ間隔や上記相対変位の検出ができる。特に、上記ワイヤ位置検出手段をワイヤ間隔検出手段とワイヤ変位検出手段とに兼用した場合には、簡素な構成で正確なワイヤ位置調節ができる。
【００６３】
また、ワークに対するガイドローラの相対位置を調節するにあたり、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成する手段をとれば、両ガイドローラの軸方向位置を個別に調節することにより、両ガイドローラの位置を同時に適正な位置に合わせることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の態様にかかるワイヤソーの要部を示す平面図である。
【図２】上記ワイヤソーの要部を示す正面図である。
【図３】上記ワイヤソーの全体構成図である。
【図４】上記ワイヤソーに設けられるガイドローラの支持構造を示す一部断面正面図である。
【図５】上記ガイドローラの一方の端部の支持構造を示す断面正面図である。
【図６】上記ガイドローラの他方の端部の支持構造を示す断面正面図である。
【図７】上記ワイヤソーに装備される演算制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】上記演算制御装置によるワイヤ張設幅及びワイヤ中央位置距離の演算原理を示す説明図である。
【符号の説明】
２４Ａ，２４Ｂ ガイドローラ
２８ ワーク
４３ ガイド溝
７４ サーボモータ（ローラ位置調節手段）
８６ 温度調節器（温度調節手段）
９０ 演算制御装置
９２ ローラ位置設定手段（ローラ位置調節手段）
９４ 温度設定手段（温度調節手段）
９６ サーボ制御器（ローラ位置調節手段）
Ｗ ワイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤソーにおける切断用ワイヤの張設位置を自動的に適正な位置に調節するワイヤ位置調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体インゴットからウェハを切り出す手段等として、ワイヤソーが知られている。このワイヤソーでは、周面にワイヤ案内のガイド溝が形成された一対のガイドローラの間に、切断用ワイヤが多数本並んだ状態で平行に張設され、これらのワイヤがその長手方向に高速駆動された状態で、この長手方向と直交する方向に上記半導体インゴット等からなるワークが切断送りされることにより、このワークから多数枚の薄片が同時に切り出される。
【０００３】
このようなワイヤソーでは、各ワイヤの張設位置がそのままワークの切断位置に相当するので、高い加工精度を確保するには、上記ワイヤ張設位置を常に正規の位置に合致させておくことが望まれる。しかしながら、実際には次のような理由によりワイヤ張設位置がワーク切断中に変化するおそれがある。
【０００４】
ａ）切断用ワイヤを高速駆動するには、そのガイドローラも高速で回転させる必要がある。このガイドローラの高速回転に伴い、ガイドローラの軸受等が発熱し、その熱がガイドローラに伝えられることによりガイドローラが軸方向に膨張し、ワイヤ案内溝同士の間隔及びワイヤ同士の間隔が拡大される。
【０００５】
ｂ）上記軸受等の発熱や外気温の影響により、ガイドローラだけでなく、これを回転可能に支持する支持部材や、この支持部材が立設されているベッド等も熱変形する場合がある。これら支持部材やベッドが熱変形すると、これに支持されているガイドローラのワークに対する相対位置が軸方向に変化し、これに伴ってワイヤ全体の張設位置もずれることになる。
【０００６】
そこで従来は、上記のように変位するワイヤＷの調節位置を適正な位置に調節する手段として、次のようなものが提案されている。
【０００７】
Ａ）ガイドローラ自体の温度を検出し、この温度を所定温度に保つようにガイドローラの温度を調節する。
【０００８】
Ｂ）ワークに対するガイドローラの相対変位を検出し、この相対変位を減少させる方向にガイドローラを軸方向に移動させる（特開平１−１７７９６３号公報参照）。
【０００９】
Ｃ）ガイドローラの端面に検出板等を設け、ガイドローラが熱膨張する際の検出板のガイドローラ軸方向への変位を検出し、この変位を減少させるようにスラリ供給温度を変化させる（特開平５−１８５４１９号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
Ａ）の手段では、ガイドローラ自体の温度を一定に保つ制御が行われるが、ガイドローラの温度は全体に一様ではなく、実際のワイヤ位置に直結する温度を測定することは容易ではない。例えば、金属で構成された内側層の外側に合成樹脂からなる外側層が積層されたガイドローラの場合、内側層の熱膨張率と外側層の熱膨張率との間には大きな差があり、このようなガイドローラの温度測定によって実際のワイヤ位置を正確に把握することはきわめて困難である。また、このような温度をモニタする制御では制御の追従性も低いという欠点がある。
【００１１】
一方、Ｂ）やＣ）の手段では、ガイドローラの軸方向変位を検出しているが、このガイドローラの位置と実際のワイヤ調節位置とは、ワイヤの撓み等に起因してずれが生じる場合があり、ガイドローラの変位を検出するだけでワイヤ位置を的確に把握することは困難である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、ワイヤソーにおける実際のワイヤ張設位置をより正確に正規の位置に調節できるワイヤ位置調節装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ワイヤ案内用の複数のガイド溝が外周面上に軸方向に並設された一対のガイドローラ間に上記各ガイド溝に係合された状態で切断用ワイヤが張設され、これらのワイヤに対してその並び方向と直交する方向にワークが切断送りされることによりこのワークが切断されるワイヤソーにおいて、ワイヤ同士の間隔を検出するワイヤ間隔検出手段と、このワイヤ間隔検出手段により検出される間隔を予め設定された正規の間隔に近づけるように両ガイドローラの温度を調節する温度調節手段とを備えたものである。
【００１４】
この構成によれば、ワイヤ同士の間隔が直接検出され、その検出された間隔が正規の間隔に近づくように両ガイドローラの温度が調節されることにより、ワイヤ同士の間隔に相当するウェハの厚み寸法が適正な寸法に保持される。
【００１５】
ここで、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔を割り出すようにすれば、簡単な構成でワイヤ間隔の検出ができる。
【００１６】
この装置では、さらに、予め設定されたワークに対する基準相対位置からのワイヤ並び方向へのワイヤ全体の相対変位を検出するワイヤ変位検出手段と、このワイヤ変位検出手段により検出される相対変位を減少させる方向に両ガイドローラをワークに対してガイドローラの軸方向に相対移動させるローラ位置調節手段とを備えるのが、より好ましい。この構成により、ワイヤ間隔と、ワークに対するワイヤ全体のワイヤ並び方向の変位との双方が同時に調節され、ワイヤによるワーク切断位置はより適正な位置に保たれる。
【００１７】
この場合、上記ワイヤ間隔検出手段及びワイヤ変位検出手段として、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔及びワークに対するワイヤ全体の相対変位を割り出すことにより、ワイヤ位置検出手段をワイヤ間隔検出手段とワイヤ変位検出手段とに兼用できる。
【００１８】
ワークに対するワイヤの相対位置は、ワークをガイドローラの軸方向に移動させることによっても調節が可能であるが、この場合、ワークに対する一方のガイドローラの相対変位と、ワークに対する他方のガイドローラの相対変位とが異なる場合、ワークに対する両ガイドローラの相対位置を同時に適正な位置に合せることは困難である。これに対し、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成する、すなわち両ガイドローラの軸方向位置を個別に調節することにより、両ガイドローラの位置を同時に適正な位置に合わせることが可能である。
【００１９】
また本発明は、上記ワイヤ間隔検出手段及びワイヤ間隔調節手段を省略し、上記ワイヤ変位検出手段及びローラ位置調節手段のみを備えるようにしてもよい。
【００２０】
この場合も、上記ワイヤ変位検出手段としては、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段が好適であり、さらには、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成するのが、より好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
【００２２】
図３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１２Ａ，１２Ｂ、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。各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂは、その外周面に詳細後述の図５，６に示すようなワイヤ案内用ガイド溝４３が軸方向に並設された、いわゆる多溝ローラとされている。
【００２３】
各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、切断用のワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂとを備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたワイヤＷは、ガイドプーリ１２Ａ，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４３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巻回された後、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，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン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、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン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がボビン９Ａから繰り出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ワイヤＷがボビン９Ｂから繰り出されてボビン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。
【００２４】
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ながらその軸方向に往復駆動されるようになっている。
【００２５】
両ガイドローラ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を所望の結晶方位が得られ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とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。
【００２６】
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。
【００２７】
従って、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ェハが同時に切り出される。
【００２８】
次に、上側のガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの支持構造及びその内部構造を説明する。これらガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの左右両側には、図４に示すような左右一対の支持部材４６Ｌ，４６Ｒが立設され、両支持部材４６Ｌ，４６Ｒによって各ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂが回転可能に支持されている。
【００２９】
なお、上記支持部材４６Ｌ，４６Ｒへのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの取付構造及びローラ内部構造は互いに同等であるため、ここでは一方のガイドローラ２４Ａの構造を例にとって説明することとする。
【００３０】
両支持部材４６Ｌ，４６Ｒの上端部には、左右を向く円筒状の支持部４７Ｌ，４７Ｒが各々形成され、これら支持部４７Ｌ，４７Ｒの内側にそれぞれ、玉軸受５１及び円筒ころ軸受５２を介して保持部材４８Ｌ，４８Ｒが水平軸回りに回転可能に支持されている。両保持部材４８Ｌ，４８Ｒの内側端部には、先端に向かうに従って縮径する雄側嵌合部４９が形成されており、その中央には、保持部材４８Ｌ，４８Ｒ全体を軸方向に貫通するボルト挿通穴４８ｂが形成され、雄側嵌合部４９の周囲には、回転軸に直交する平面である当接面４８ａが形成されている。
【００３１】
一方、ガイドローラ２４Ａは、金属製の本体部４１の外周面に合成樹脂製の外周部４２を積層したもので、外周部４２の外周面に前記ガイド溝４３（図５及び図６）が全周にわたって形成されている。本体部４１の両端には、上記雄側嵌合部４９が嵌入可能な形状の雌側嵌合部４０が形成され、その中央にネジ穴４４が形成されており、雌側嵌合部４０の周囲には、回転軸に直交する平面である当接面４１ａが形成されている。
【００３２】
そして、上記保持部材４８Ｌ，４８Ｒのボルト挿通穴４８ｂに外側から締付ボルト５０を挿入し、その端部の雄ねじを前記ネジ穴４４にねじ込むことにより、保持部材４８Ｌ，４８Ｒとガイドローラ２４Ａとが引き寄せられて両嵌合部４９，４０のテーパー面同士が圧接し、これにより保持部材４８Ｌ，４８Ｒとガイドローラ２４Ａの中心軸同士が合致するとともに、嵌合部４９，４０の周囲に形成された当接面４８ａ，４１ａ同士が当接するようになっている。また、この連結部において、上記雌側嵌合部４０の底部と雄側嵌合部４９の先端部との間にはシール用のＯリング４５が介在している。
【００３３】
次に、左右の保持部材４８Ｌ，４８Ｒの取付構造を詳細に説明する。
【００３４】
両保持部材４８Ｌ，４８Ｒの外周面には、スペーサ５３ａを適当に介在させて所定数の玉軸受５１（支持部材４７Ｌ側では２つ、支持部材４７Ｒ側では１つ）及び円筒ころ軸受５２の内輪が外嵌され、これら軸受５１，５２の内輪は、保持部材４８Ｌ，４８Ｒの中間部に形成された段部４８ｄと、保持部材４８Ｌ，４８Ｒの端部外周面に装着されたナット５４とに挟まれた状態で固定され、保持部材４８Ｌ，４８Ｒに対して軸方向に変位不能とされている。これに対し、軸受５１，５２の外輪の取付構造は、図４左側の支持部材４６Ｌと右側の支持部材４６Ｒとで異なる構造とされている。
【００３５】
図５に示すように、右側の支持部材４６Ｒにおいては、その支持部４７Ｒの内側に筒部材６０が嵌入、固定され、この筒部材６０の内側に軸受５１，５２が嵌入されている。図５に示すように、玉軸受５１の外輪は軸方向の規制を全く受けておらず、この玉軸受５１全体が筒部材６０及び支持部４７Ｒに対して軸方向に相対変位可能となっている。円筒ころ軸受５２の外輪５２ａは、筒部材６０の内側端面に固定された規制部材５６と筒部材６０の中間部に形成された段部６０ｄとの間に挟まれて固定された状態となっている。円筒ころ軸受５２のコロ５２ｂは、内輪５２ｃの両端に形成された段部同士の間に挟まれて軸方向変位が規制されているが、コロ５２ｂと外輪５２ａとは軸方向に相対変位可能となっている。従って、保持部材４８Ｒは、その全体が支持部材４６Ｒに対して軸方向の相対変位が可能となっている。
【００３６】
筒部材６０の外側端部にはこれをふさぐ蓋壁６０ａが形成され、その中央に冷却油供給口６０ｂが形成されている。保持部材４８Ｒにおいて、上記規制部材５６のすぐ内側の位置には、保持部材４８Ｒの内側空間と外側空間とを連通する冷却油通路４８ｃが形成され、ガイドローラ本体部４１にはこれを軸方向に貫く冷却油通路４１ｃが形成されている。また、筒部材６０と規制部材５６との間、及び規制部材５６と保持部材４８Ｒの外周面との間には、シール部材５８，５７がそれぞれ設けられている。そして、上記冷却油供給口６０ｂから筒部材６０内に軸受冷却用の冷却油が導入され、この冷却油が軸受５１，５２及び冷却油通路４８ｃ，４１ｃを通って左側の支持部材４６Ｌに向かって流れるようになっている。
【００３７】
図６に示すように、左側の支持部材４６Ｌにおいては、その筒状の支持部４７Ｌ内にスライド軸受６２を介して筒部材６４が軸方向移動可能に取付けられ、この筒部材６４の内側に軸受５１，５２及びスペーサ５３ｂが固定されている。
【００３８】
上記筒部材６４の外側端部には、これを覆う蓋部材６６が連結されている。この蓋部材６６の外周面には軸方向の凹溝６６ａが形成される一方、支持部材４６Ｌの外側面から上方に回り止め部材６８が延設されており、この回り止め部材６８の上端部が上記凹溝６６ａに嵌入されることにより、蓋部材６６及び筒部材６４の回転が規制されている。
【００３９】
前記保持部材４８Ｌにおいて円筒ころ軸受５２よりもガイドローラ側の位置には、その内側空間と外側空間とを連通する冷却油通路４８ｃが形成されている。また、蓋部材６６には、その内側空間から外周面における冷却油吐出口６６ｂへ至るまでの冷却油通路６６ｃが形成されている。そして、前記右側保持部材４８Ｒからガイドローラ本体部４１の冷却油通路４１ｃを通じて保持部材４８Ｒ内に流入した冷却油が、上記冷却油通路４８ｃ、軸受５２，５１、及び冷却油通路６６ｃを順に通って冷却油吐出口６６ｂから吐出されるようになっている。
【００４０】
上記冷却油吐出口６６ｂは、図４に示す冷却油循環ポンプ８４の吸入口に接続され、同ポンプ８４の吐出口が温度調節器８６を介して前記冷却油供給口６０ｂに接続されており、上記冷却油循環ポンプ８４の作動によって冷却油の循環が行われるようになっている。温度調節器８６は、循環冷却油の温度を検出する温度センサと、冷却油を冷却する冷却手段とを内蔵し、上記温度センサによる検出温度を設定温度に近づけるような冷却動作を行うように構成されている。
【００４１】
上記蓋部材６６の外側端部には、ナット部材７０が固定され、このナット部材７０の中央にはねじ穴７０ａが貫設されている。一方、図４に示されるように、支持部材４６Ｌの上端からは外側に向かって支持アーム７２が延設され、その端部にサーボモータ７４が固定されており、このサーボモータ７４の出力軸にカップリング７６を介して送りねじ軸７８が連結され、この送りねじ軸７８が前記ナット部材７０のねじ穴７０ａ内に螺合、挿入されている。従って、上記サーボモータ７４の作動により、ナット部材７０、蓋部材６６、筒部材６４、左側保持部材４８Ｌ、ガイドローラ２４Ａ、及び右側保持部材４８Ｒが一体に軸方向に送られるようになっている。
【００４２】
図１及び図２に示すように、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ同士の間には、４つの距離センサ（ワイヤ位置検出手段）８１Ａ，８２Ａ．８１Ｂ，８２Ｂが配設されている。距離センサ８１Ａ，８２Ａは、ガイドローラ２４Ａとワーク切断位置との間の領域において、左右両外側のワイヤＷに対し側方から対向する位置に設けられており、この対向するワイヤＷとの離間距離を検出するように構成されている。同様に、距離センサ８１Ｂ，８２Ｂは、ガイドローラ２４Ｂとワーク切断位置との間の領域において、左右両外側のワイヤＷに対し側方から対向する位置に設けられており、この対向するワイヤＷとの離間距離を検出するように構成されている。
【００４３】
これらの距離センサ８１Ａ，…としては、従来から知られている種々の距離センサが適用可能であり、渦電流センサやレーザ測距センサ等が好適である。また、予めワイヤＷに電流を流しておいてこの電流により形成される磁界を磁気センサで検出したり、ゲージを直接ワイヤＷに接触させたりするようにしても、上記距離の検出が可能である。ワイヤＷへの電流供給は、ボビン駆動軸からスリップリング等を介して行うようにしてもよいし、ワイヤ経路中のプーリ（ガイドプーリ１４Ａ，１４Ｂ等）から直接行うようにしてもよい。
【００４４】
上記各距離センサ８１Ａ，…の検出信号は、図７に示す演算制御装置９０に入力されるようになっている。この演算制御装置９０は、ローラ位置設定手段９２と、温度設定手段９４とを備え、ローラ位置設定手段９２はサーボ制御器９６及びサーボアンプ９７を介してサーボモータ７４に接続されている。
【００４５】
ローラ位置設定手段９２は、距離センサ８１Ａ，８２Ａにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ａ，８２Ａが設けられている領域でのワイヤ全体の中央位置（図４〜６では最も左側のワイヤに対する距離と最も右側のワイヤに対する距離とが等しくなるような位置）を算出し、この算出位置を予め記憶した位置（装置作動前の位置）に合致させるためのガイドローラ２４Ａの位置を設定するとともに、距離センサ８１Ｂ，８２Ｂにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ｂ，８２Ｂが設けられている領域でのワイヤ全体の中央位置を算出し、この算出位置を予め記憶した位置（装置作動前の位置）に合致させるためのガイドローラ２４Ｂの位置を設定するものである。
【００４６】
サーボ制御器９６は、設定されたガイドローラ位置を実現すべく、サーボアンプ９７を介してサーボモータ７４に制御信号を入力し、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を軸方向に移動させるものである。
【００４７】
温度設定手段９４は、距離センサ８１Ａ，８２Ａにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ａ，８２Ａが設けられている領域でのワイヤ張設幅（図４〜６では最も左側のワイヤと最も右側のワイヤとの離間距離；ワイヤ間隔に対応する距離）を算出し、この張設幅を予め記憶した張設幅（装置作動前の張設幅）に近づけるための冷却油温度を設定するとともに、距離センサ８１Ｂ，８２Ｂにより検出される距離に基づいて、これら距離センサ８１Ｂ，８２Ｂが設けられている領域でのワイヤ張設幅を算出し、この張設幅を予め記憶した張設幅に近づけるための冷却油温度を設定するものである。
【００４８】
次に、この装置の作用を説明する。
【００４９】
まず、ワイヤソー全体が作動する前の状態で、ワーク切断位置の両側についてワイヤ中央位置及び張設幅の算出が行われる。具体的に、図８に示すように、装置作動前の距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）と距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）との離間距離をＬ、距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）による検出距離（すなわち距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）と最も外側のワイヤＷとの距離）をＸ１、距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）による検出距離をＸ２、ワイヤ張設幅をａ、距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）からワイヤ中央位置までの距離（以下、単に「中央位置距離」と称する。）をｂとすると、演算制御装置９０は、下記の数式（数１）からワイヤ張設幅ａ及び中央位置距離ｂを算出し、これを基準張設幅及び基準中央位置距離として記憶する。
【００５０】
【数１】
ａ＝Ｌ−（Ｘ１＋Ｘ２）
ｂ＝Ｘ２＋ａ／２
この状態からワイヤソーが作動すると、ワイヤＷはその軸方向の高速駆動されるため、このワイヤＷが掛けられているガイドローラ２４Ａ，２４Ｂも正逆方向に高速駆動する。従って、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの軸受５１，５２は発熱し、一般には、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの温度を上昇させる。この温度上昇により、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの外周面に形成されているガイド溝４３同士の間隔が広がり、これに案内されているワイヤＷ同士の間隔ひいてはワイヤ張設幅が増大する。一方、冷却油温度が過度に低い場合には、逆にガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの温度が下がり、ワイヤＷ同士の間隔及びワイヤ張設幅が減少する。
【００５１】
また、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂだけでなく、上記軸受５１，５２等の発熱や外気温変化の影響を受けて、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを直接的もしくは間接的に支持している部材（具体的には、保持部材４８Ｌ，４８Ｒや支持部材４６Ｌ，４６Ｒ、あるいはこれら支持部材４６Ｌ，４６Ｒが立設されているベッド等）も熱変形する場合があり、この場合には、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂが軸方向に変位してワイヤＷの前記中央位置距離が変化することになる。これらワイヤ張設幅や中央位置距離の変動に伴い、距離センサの検出距離も変動する。
【００５２】
そこで、演算制御装置９０は、現在の距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）の検出距離Ｘ１´及び距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）の検出距離Ｘ２´と、下記の数式（数２）とから、図８に示す現在のワイヤ張設幅ａ´及び中央位置距離ｂ´を算出し、これを予め記憶した基準張設幅ａ及び基準中央位置距離ｂと比較する。
【００５３】
【数２】
ａ´＝Ｌ−（Ｘ１´＋Ｘ２´）
ｂ´＝Ｘ２´＋ａ´／２
ローラ位置設定手段９２は、ｂ´＞ｂの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）側に寄せて中央位置距離ｂ´を縮めるべく、ガイドローラ設定位置を距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）側に近づける。これにより、サーボ制御器９６は、サーボモータ７４に制御信号を出力してガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８２Ａ（８２Ｂ）側に所定距離だけ移動させる。逆に、ｂ´＜ｂの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）側に寄せて中央位置距離ｂ´を伸ばすべく、ガイドローラ設定位置を距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）側に近づける。これにより、サーボ制御器９６は、サーボモータ７４に制御信号を出力してガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）を距離センサ８１Ａ（８１Ｂ）側に所定距離だけ移動させる。ｂ´＝ｂの場合には、現在のガイドローラ設定位置を維持する。
【００５４】
一方、温度設定手段９４は、ａ´＞ａの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）をさらに冷却してワイヤ間隔を狭めるべく、温度調節器８６の設定温度を下げる。これにより、温度調節器８６は冷却油温度をさらに下げ、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）の冷却を促す。逆に、ａ´＜ａの場合には、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）の冷却を抑制してワイヤ間隔を広げるべく、温度調節器８６の設定温度を上げる。これにより、温度調節器８６は冷却油温度を上げ、ガイドローラ２４Ａ（２４Ｂ）の冷却を抑制する。ａ´＝ａの場合は、現在の設定温度を維持する。
【００５５】
以上のように、この装置では、距離センサ８１Ａ，…によって、ワイヤ間隔に相当するワイヤ張設幅や、ワーク２８に対するワイヤ全体の変位に相当する中央位置距離の変化を検出し、上記ワイヤ張設幅を適正な幅に近づけるべく冷却油温度を調節するとともに、中央位置を適正な位置に合わせるようにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを軸方向に移動させるようにしているので、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂやこれらを支持する部材の熱変形に起因してワイヤ位置がずれても、これを迅速且つ正確に検知して適正な位置に素早く戻すことができる。
【００５６】
なお、本発明では次のような実施形態をとってもよい。
【００５７】
（１） 上記ローラ位置設定手段９２及び温度設定手段９４は、ワイヤソーに要求される加工精度によってはいずれか一方を省略するようにしてもよい。すなわち、要求される加工精度が比較的低い場合には、温度設定手段９４を省略してもよいし、ローラ位置設定手段９２を省略してもよい。
【００５８】
（２） 前記実施形態では、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂに対して個別に冷却油を流し、その温度を個別に調節しているが、両ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂに共通の冷却油を流し、この冷却油の温度を調節するようにしてもよい。この場合、ワイヤ間隔検出手段の検出個所は１か所でよい。
【００５９】
（３） 上記ワイヤソーにおいて、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを共通の枠に固定し、この枠と一体に両ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂを同時に同じ量だけ軸方向に移動させるようにしたり、両ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの位置を固定してワーク２８の位置をガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの軸方向に変化させるようにしても、ワーク２８に対するガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの相対位置の調節が可能であり、この場合、ワイヤ変位検出手段の検出個所は１か所でよい。ただし、この場合、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの位置を個別に調節することができないのに対し、上記実施形態のようにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂをこれらが相互独立して軸方向に移動できるようにし、ワーク切断位置の両側に距離センサ８１Ａ，８２Ａと距離センサ８１Ｂ，８２Ｂとを設けるようにすれば、ワイヤＷによるワーク切断位置をより正確に適正な位置に調節できる利点がある。
【００６０】
（４） 前記実施態様では、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂに冷却油を流しているが、冷却媒体は特に問わず、例えば冷却水を用いる場合にはその温度を調節すればよい。また、ワイヤＷに供給されるスラリーの温度を変化させることによっても、間接的にガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの温度を調節することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ワイヤ同士の間隔を検出するワイヤ間隔検出手段と、このワイヤ間隔検出手段により検出される間隔を予め設定された正規の間隔に近づけるように両ガイドローラの温度を調節する温度調節手段とを備え、これに加え、もしくはこれとは別に、予め設定されたワークに対する基準相対位置からのワイヤ並び方向へのワイヤ全体の相対変位を検出するワイヤ変位検出手段と、このワイヤ変位検出手段により検出される相対変位を減少させる方向に両ガイドローラをワークに対してガイドローラの軸方向に相対移動させるローラ位置調節手段とを備えたものであるので、ガイドローラやこれを支持する部材の熱変形に起因するワイヤ位置の変動を迅速かつ正確に検知し、ワイヤ位置を素早く正規の位置に戻すことができる効果がある。
【００６２】
ここで、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔やワークに対するワイヤ全体の相対変位を割り出すようにすれば、簡単な構成でワイヤ間隔や上記相対変位の検出ができる。特に、上記ワイヤ位置検出手段をワイヤ間隔検出手段とワイヤ変位検出手段とに兼用した場合には、簡素な構成で正確なワイヤ位置調節ができる。
【００６３】
また、ワークに対するガイドローラの相対位置を調節するにあたり、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成する手段をとれば、両ガイドローラの軸方向位置を個別に調節することにより、両ガイドローラの位置を同時に適正な位置に合わせることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の態様にかかるワイヤソーの要部を示す平面図である。
【図２】上記ワイヤソーの要部を示す正面図である。
【図３】上記ワイヤソーの全体構成図である。
【図４】上記ワイヤソーに設けられるガイドローラの支持構造を示す一部断面正面図である。
【図５】上記ガイドローラの一方の端部の支持構造を示す断面正面図である。
【図６】上記ガイドローラの他方の端部の支持構造を示す断面正面図である。
【図７】上記ワイヤソーに装備される演算制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】上記演算制御装置によるワイヤ張設幅及びワイヤ中央位置距離の演算原理を示す説明図である。
【符号の説明】
２４Ａ，２４Ｂ ガイドローラ
２８ ワーク
４３ ガイド溝
７４ サーボモータ（ローラ位置調節手段）
８６ 温度調節器（温度調節手段）
９０ 演算制御装置
９２ ローラ位置設定手段（ローラ位置調節手段）
９４ 温度設定手段（温度調節手段）
９６ サーボ制御器（ローラ位置調節手段）
Ｗ ワイヤ
Claims (8)
- ワイヤ案内用の複数のガイド溝が外周面上に軸方向に並設された一対のガイドローラ間に上記各ガイド溝に係合された状態で切断用ワイヤが張設され、これらのワイヤに対してその並び方向と直交する方向にワークが切断送りされることによりこのワークが切断されるワイヤソーにおいて、ワイヤ同士の間隔を検出するワイヤ間隔検出手段と、このワイヤ間隔検出手段により検出される間隔を予め設定された正規の間隔に近づけるように両ガイドローラの温度を調節する温度調節手段とを備えたことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- 請求項１記載のワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置において、上記ワイヤ間隔検出手段として、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔を割り出すようにしたことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- 請求項１記載のワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置において、予め設定されたワークに対する基準相対位置からのワイヤ並び方向へのワイヤ全体の相対変位を検出するワイヤ変位検出手段と、このワイヤ変位検出手段により検出される相対変位を減少させる方向に両ガイドローラをワークに対してガイドローラの軸方向に相対移動させるローラ位置調節手段とを備えたことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- 請求項３記載のワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置において、上記ワイヤ間隔検出手段及びワイヤ変位検出手段として、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワイヤ間隔及びワークに対するワイヤ全体の相対変位を割り出すようにしたことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- 請求項３または４記載のワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置において、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成したことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- ワイヤ案内用の複数のガイド溝が外周面上に軸方向に並設された一対のガイドローラ間に上記各ガイド溝に係合された状態で切断用ワイヤが張設され、これらのワイヤに対してその並び方向と直交する方向にワークが切断送りされることによりこのワークが切断されるワイヤソーにおいて、予め設定されたワークに対する基準相対位置からのワイヤ並び方向へのワイヤ全体の相対変位を検出するワイヤ変位検出手段と、このワイヤ変位検出手段により検出される相対変位を減少させる方向に両ガイドローラをワークに対してガイドローラの軸方向に相対移動させるローラ位置調節手段とを備えたことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- 請求項６記載のワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置において、上記ワイヤ変位検出手段として、左右両外側のワイヤの位置を検出するワイヤ位置検出手段を備え、このワイヤ位置検出手段によるワイヤ検出位置からワークに対するワイヤ全体の相対変位を割り出すようにしたことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
- 請求項６または７記載のワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置において、両ガイドローラを互いに独立して軸方向に移動可能となるように構成するとともに、一方のガイドローラとワークとの間の位置に第１ワイヤ変位検出手段を設け、他方のガイドローラとワークとの間の位置に第２ワイヤ変位検出手段を設け、上記第１ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記一方のガイドローラの軸方向位置を調節するとともに上記第２ワイヤ変位検出手段の検出結果に基づいて上記他方のガイドローラの軸方向位置を調節するように上記ローラ位置調節手段を構成したことを特徴とするワイヤソーにおけるワイヤ位置調節装置。
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