JPH04135158A - ワイヤーソー装置におけるリール駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
送り串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壱取り、このワイヤーに往
復直線運動を与え、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、ドラバ−スモークおよび
モータ制御器は、ワイヤーの往復直線運動中の前進時に
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
よう追従制御を実行するとともに、ワイヤーの往復直線
運動中の後退時に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、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ことによって、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
から巻込まれ、また送り出されていくため、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、本発明のり一ル駆動装置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−ローラ式の張力発注手段８
を経て、複数例えば３本の溝付きローラフに所定のピン
チで切断幅に渡って多重に巻き掛けられた後、左側のガ
イドローラ５．６および例えばダンサ−ローラ式の張力
発生手段８を経て、左側の巻取り用のり−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、往復回転運動を繰り返しながら送り方向に回転して
いるため、ワイヤー３は、上部の２つの溝付きローラフ
の間で、往復直線運動を繰り返しながら送り方向に走行
し、脆性材料の被加工部材９の下側面に圧接し、その部
分を切り込んでいく。被加工部材９は、溝付きローラフ
の間の上方位置で、上下動自在のテーブル１ｏ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
フの間で走行中のワイヤー３に対して圧接し、ノズル１
１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、ワイヤー３の切断幅つまり多重巻き掛は幅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
長りよりも大きくなっており、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、７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、それぞれのり−ル４ａ、４ｂは、リール駆動袋
Ｗ２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、それぞれのり−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１
４および軸受ケ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２Ｌ軸受はハウジン
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、タイミングブー１１１７
．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Ｉ３は、送りナツト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。この送りねし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、送りナンド２４、送りねじ２５、ドラバ−ス
モーク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−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
の往復直線運動中の前進時に追従制御を、またワイヤー
３の往復直線運動中の後退時に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３５．３
６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に往復直線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の往復直線運動と同期して、従動的に往復
回転運動を繰り返している。

ここで、切断加工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、切断位置でのワイヤー３の張力をＴ
２とすると、両者の張力差ΔＴ−７２−Ｔ　Ｉは、第２
図および第３図の巻掛は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９０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の切断位置外側で調整域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、溝付きローラフの両端部が中
心側で大径の円錐台状であって、溝付きローラフの端部
の小径部でワイヤー３の巻掛は長さが小さいが、大径部
でワイヤーの巻掛は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の位置での巻掛は量を確保するために、
その調整域Ａで溝７ａの溝ピンチを小さくすれば、調整
域Ａの長さを小さくしながら、必要な巻掛は量が確保で
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と左右のり−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
の往復直線運動の前進期間で、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、
ドラバ−スモーク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の往復直線運動の後退期間で、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４
ａ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の往
復直線運動の前進期間および後退期間共に、設定器３３
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とり−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のり−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の取り付は後に一体
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、位置セッサ−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。

【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。 ｌ・・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・・送りナンド、２５・・送りねし、３０・・ド
ラバ−スモーク、３１，３２・・モータ制御器、３５．
３６・・位置センサー 第 図 第 図 第 図 ＼ 第 図 ７ａ：溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）新線送り出し用の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用のリールにより巻取る過程で、上
   記溝付きローラ間のワイヤーと脆性材料の被加工部材と
   を相互に圧接しつつワイヤーに往復直線運動を与えて送
   り方向に走行させ、砥粒を含む加工液を供給しながら被
   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る
   ことを特徴とするリール駆動装置。
2. （２）送り出し用のリール側のモータ制御器をワイヤー
   の前進時に追従制御方式とし、かつワイヤーの後退時に
   移動制御方式とし、また巻取りリール側のモータ制御器
   を移動制御方式とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のリール駆動装置。
3. （３）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、この位置センサーの検出量をモー
   タ制御器に対する入力とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のリール駆動装置。