JPH08300345A - ワイヤソーの電力供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数台のワイヤソーを同時に駆動する際に、ワ
イヤの減速走行時に発生する回生電流を有効利用して電
力の節約を図るとともに、電源を効率的に使用するワイ
ヤソーの電力供給方法を提供する。 【構成】ワイヤを往復走行させてワークを切削するタイ
プのワイヤソーを複数台同時に運転する際に、あるワイ
ヤソーのモータがワイヤ走行方向切り換え時の減速回転
を行う時に、他のワイヤソーのモータがワイヤ走行方向
切り換え時の加速回転を行うようにそれぞれのワイヤソ
ーのワイヤ走行パターンの位相をずらして運転する。そ
して、モータ減速回転状態のワイヤソーから発生した回
生電力をモータ加速回転状態のワイヤソーのモータに供
給する。これにより、電源から供給される電力が節約さ
れ、また、ワイヤソーを個別に稼働させる場合の電源の
容量と同等な容量の電源によって複数のワイヤソーを稼
働することができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワイヤソーの電力供給方
法に係り、特に双方向にワイヤを走行させて切断を行う
ワイヤソーの電力供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンなどのインゴットをウェ
ーハに切断するワイヤソーには、一方向切断と双方向切
断のものが使用されている。特に双方向切断のワイヤソ
ーの場合は、ワイヤ走行方向の切り換え時間が長けれ
ば、ワイヤの平均走行速度が遅くなり、インゴットのワ
イヤへの押しつけ速度も必然的に遅くなる。即ち、切断
時間が長くなる。そこで、このワイヤの走行方向切り換
え時間を極力短くしている。

【０００３】そのため、ワイヤの走行方向切り換え時に
おいて、ワイヤを加速走行させる際には、ワイヤリール
のモータに多大な電流を供給して加速時間を短くするよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
の定常速度走行時には、リールモータはワイヤの繰り出
し及び巻き取り分の仕事しか行っていないため、この時
に要する電源は小容量のもので十分であるにもかかわら
ず、上記のようにワイヤの加速走行時間を短縮するため
に大容量の電源を設備しなければならず、複数のワイヤ
ソーを同時に稼働する場合に、電源設備が過大になって
しまうという問題があった。

【０００５】また、ワイヤを定常走行させるまでに多量
の電力を使用したにもかかわらず、ワイヤの走行方向を
反転するために減速走行時に回生抵抗やブレーキでこの
電力を消費してしまうのは電力の無駄であるという問題
があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
ので、複数のワイヤソーを同時に稼働する際に、ワイヤ
の減速走行時に発生する回生電流を有効利用して電力の
節約を図るとともに、電源を効率的に使用するワイヤソ
ーの電力供給方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、一対のワイヤリールのモータを正転及び逆
転させてワイヤを往復走行させるワイヤソーを複数台同
時に稼働させる場合のワイヤソーの電力供給方法であっ
て、複数のワイヤソーのうちモータ減速回転状態のワイ
ヤソーのモータの減速回転時に発生する回生電力をモー
タ加速回転状態のワイヤソーのモータに供給することを
特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明によれば、複数のワイヤソーのうちモー
タ減速回転状態のワイヤソーのモータの減速回転時に発
生する回生電力をモータ加速回転状態のワイヤソーのモ
ータに供給する。例えば、複数のワイヤソーの各モータ
を同一の速度パターンで運転するとともに、あるモータ
に対する速度パターンの減速回転時に他のモータに対す
る速度パターンが加速回転となるように各速度パターン
の位相をずらして運転し、減速回転時に発生する回生電
力を加速回転中のモータに供給する。これにより、回生
電力を有効利用することができ、電源から供給する電力
を節約できる。

【０００８】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るワイヤソ
ーの電力供給方法の好ましい実施例を詳説する。図１は
本発明にが適用されるワイヤソーの一例を示す構成図で
ある。同図に示すように、一方のリール１２に巻回され
たワイヤ１４は、ワイヤ案内装置１６、複数の固定ガイ
ドローラ１８、１８、ダンサローラ２０を経由して３本
の溝付きローラ２２、２２、２２に順次巻き掛けられて
ワイヤ列２４を形成した後、複数の固定ガイドローラ１
８、１８、ダンサローラ２０、ワイヤ案内装置１６を経
て他方のリール２６に巻き取られるワイヤ走行路を形成
する。

【０００９】前記ダンサローラ２０には、所定重量の錘
４４が吊設され、錘４４の荷重によりワイヤ走行路を走
行するワイヤ１４に常に所要の張力が付与される。ワイ
ヤ走行路の途中にはワイヤ洗浄装置４６が設けられ、こ
のワイヤ洗浄装置４６によってワイヤ１４に付着した加
工液４０がワイヤ１４から除去される。また、ワイヤ列
２４には、砥液貯留タンク３８に貯留された砥粒（通
常、ＧＣ♯６００〜♯１０００程度のものが使用され
る）を含む加工液４０が砥液供給ノズル４２から供給さ
れる。

【００１０】前記ワイヤ列２４の下方には、ワーク送り
テーブル４８が設けられ、このワーク送りテーブル４８
はモータ５０で回動するネジ桿５２により切断送り方向
（図中Ｙ−Ｙ方向）に移動可能に設けられると共に、ワ
ーク送りテーブル４８のワイヤ列２４側には、被加工物
である半導体インゴット５４がワークブロック５６とス
ライスベース５８を介して支持される。これにより、ワ
ーク送りテーブル４８を切断送り方向（ワイヤ列２４
側）に移動させると、半導体インゴット５４は高速走行
するワイヤ列２４に押し当てられ、ワイヤ列２４に供給
される加工液４０の砥粒によるラッピング作用により半
導体インゴット５４を多数の薄板状のウェーハに切断す
る。

【００１１】また、夫々のリール１２、２６は正逆回転
可能な駆動モータ２８、３０に連結されると共に、３本
のうちの１本の溝付きローラ２２は正逆回転可能な駆動
モータ３２に連結される。これにより、一方のリール１
２から繰り出されたワイヤ１４は、図中実線矢印３４方
向に高速走行しながら他方のリール２６に巻き取られ、
他方のリール２６に巻き取られたワイヤ１４は図中破線
矢印３６方向に逆走行して一方のリール１２に巻き取ら
れる。即ち、ワイヤ１４は一方のリール１２と他方のリ
ール２６の間を往復走行する。

【００１２】ここで、ワイヤの走行パターンの一例を図
２に示す。同図に示すように期間Ａにおいて、駆動モー
タ２８、３０をそれぞれワイヤ繰り出し方向、巻き取り
方向に回転させ、ワイヤ１４を定常走行速度（７００ｍ
／ｍｉｎ）まで３秒間で加速させる。そして、同図期間
Ｂで示す１分の間この定常走行速度を保持する。ワイヤ
１４の定常走行時間が１分を経過すると、区間Ｃにおい
て駆動モータ２８、３０への電力の供給を停止し、ワイ
ヤ１４を減速走行させる。このときワイヤ１４の走行速
度は３秒間で０ｍ／ｍｉｎになり、ワイヤ１４の走行速
度が０ｍ／ｍｉｎになると今度は区間Ｄにおいて、駆動
モータ２８、３０の回転方向を逆転させ（駆動モータ２
８、３０をそれぞれワイヤ巻き取り方向、繰り出し方向
に回転させる）、ワイヤ１４を定常走行速度（７００ｍ
／ｍｉｎ）まで３秒間で加速させる。そして、同図期間
Ｅで示す４０秒の間この定常走行速度を保持する。

【００１３】このようにワイヤ１４を往復走行させなが
ら、ワイヤ１４をリール１２からリール２６に巻き取っ
ていく（図１の実線矢印３４方向のワイヤ送り量の方が
破線矢印３６方向のワイヤ送り量より定常走行時に２０
秒長い）。尚、この間、駆動モータ２８、３０はワイヤ
１４の走行速度に同期して回転し、駆動モータ３２と同
様な回転動作を行っている。

【００１４】次に、上記ワイヤソーを複数台同時に稼働
させる場合に適用される本発明に係るワイヤソーの電力
供給方法について説明する。上記に示したように、ワイ
ヤ１４を往復走行させるために、駆動モータ２８、３
０、３２は正転、逆転を繰り返し、この正転、逆転の切
り換えの際に、加速回転、減速回転を行っている。駆動
モータ２８、３０、３２が加速回転する際には、駆動モ
ータに定常速度回転の場合よりも多大な電流がながれ、
一方、駆動モータが減速回転する際には、駆動モータか
ら回生電流がながれる。即ち、定常速度回転時には、イ
ンゴットを切断するエネルギーと、リールの回転速度を
保持するエネルギーしか必要としないが、加速回転時に
は、インゴットを切断するエネルギーと１００ｋｇ以上
あるリールを定常速度回転まで誘導する多大なエネルギ
ーを必要とする。逆に、減速回転時には、駆動モータか
ら回転運動の慣性エネルギーが回生電流として発生す
る。

【００１５】このことから、減速回転時に発生する回生
電流を加速回転に使用すれば、原理的には（駆動モータ
の軸の摺動抵抗等によるエネルギー損失がなければ）電
源から供給するエネルギーを定常速度回転時にインゴッ
トを切削するのに必要な容量に削減することができる。
即ち、エネルギー損失を考慮しても、電源はそれを補う
分と定常速度回転時のインゴットを切削するのに必要な
容量さえあればよく、これは、加速回転時に必要な電源
容量に比べれば十分小さい。

【００１６】図３は複数のワイヤソー間で、上記減速回
転時に発生する回生電力を加速回転時の電力に使用でき
るように実現した電力供給装置の一実施例を示した構成
図である。尚、同図に示す駆動モータ１０６Ａ、１６０
Ｂは駆動モータ２８、３０、３２のいずれかを示してい
る。三相交流電源１００から出力された三相交流電圧は
交流電圧供給路１０８を介してワイヤソーＡ、Ｂ、…
（三相交流電源１００には、図示しないワイヤソーが接
続されており、接続する台数は、三相交流電源１００の
容量によって決まる上限数まで任意である）のそれぞれ
の交流−直流変換器１０２Ａ、１０２Ｂ、…に入力す
る。

【００１７】以下、同図ワイヤソーＡを用いて説明する
と、交流−直流変換器１０２Ａは、三相交流電源１００
から入力された三相交流電圧を整流し、サーボアンプ１
０４Ａに直流電圧を出力する。サーボアンプ１０４Ａ
は、制御部１２０からの制御信号に基づいて、駆動モー
タ１０６Ａの回転方向及び回転速度（速度パターン）、
即ち、ワイヤの走行パターンを制御する回路で、交流ー
直流変換器１０２Ａから入力された直流電圧を制御部１
２０からの制御信号に基づいて制御して駆動モータ１０
６Ａに出力する。

【００１８】この制御部１２０は、上記のようにワイヤ
ソーのワイヤ走行パターンを制御するとともに、後述す
るようにワイヤソー間のワイヤ走行パターンの位相を制
御する。一方、駆動モータ１０６Ａが減速回転する際
に、駆動モータ１０６Ａから回生電流が発生し、この回
生電流は、サーボアンプ１０４Ａを介して交流ー直流変
換器１０２Ａに入力し、ここで再び交流電圧に変換され
て、交流電圧供給路１０８に出力される。

【００１９】このようにして、それぞれのワイヤソー
Ａ、Ｂ、…の駆動モータから発生した回生電流は、交流
電圧供給路１０８に帰還され他のワイヤソーの駆動モー
タの電力として供給される。図４は、他のワイヤソーで
発生する回生電力を互いに利用して稼働するワイヤソー
ＡとワイヤソーＢのワイヤ走行パターンの一例と、その
時にこれらのワイヤソーに三相交流電源１００が供給す
る電力の様子を示したグラフである。

【００２０】同図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ワイヤ
ソーＡのワイヤを加速走行させる際に、ワイヤソーＢの
ワイヤを減速走行させ、逆にワイヤソーＡのワイヤを減
速走行させる際に、ワイヤソーＢのワイヤを加速走行さ
せるように制御部１０８がワイヤソーＡ及びワイヤソー
Ｂのワイヤ走行パターンを制御すると、一方のワイヤソ
ーの減速走行時に発生した回生電力を、その時同時に行
っている他方のワイヤソーの加速走行の供給電力に使用
することができる。

【００２１】このとき、同図（Ｃ）に示すように三相交
流電源１００からは、ワイヤの定常速度走行時に必要な
インゴットを切削する程度の電力のみ供給すればよい。
上記図４に示したワイヤソーは、加速、減速走行のみを
繰り返すワイヤ走行パターンで制御されていたものであ
るが、図２に示したワイヤ走行パターンで駆動モータを
制御する場合は図５のように制御される。

【００２２】図５は、図２に示したワイヤ走行パターン
において、他のワイヤソーで発生する回生電力を利用し
て稼働するワイヤソーＡとワイヤソーＢのワイヤ走行パ
ターンの一例（各ワイヤソーのワイヤ走行パターンの位
相関係を示す一例）と、その時にこれらのワイヤソーに
供給される電力の様子を示したグラフである。同図
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、制御部１２０は、ワイヤ
ソーＡのワイヤが加速走行する際に、ワイヤソーＢのワ
イヤが減速走行となるようにワイヤ走行パターンの位相
を加速走行時間（３秒間）だけずらしてワイヤソーＡと
ワイヤソーＢを運転する。このようにワイヤソーＡとワ
イヤソーＢを運転すると、ワイヤソーＡの加速走行時に
必要となる電力はワイヤソーＢの減速走行時に発生する
回生電力によって供給されるようになる（同図（Ｃ）に
示すようにワイヤソーＡの加速走行時に電源からこの加
速走行に必要な電力を供給する必要がなくなる）。

【００２３】ただし、図４に示した走行パターンの場合
とは異なり、ワイヤソーＢの加速走行時には、ワイヤソ
ーＡは定常速度走行を行っており、回生電力を発生して
いないため、ワイヤソーＢの加速走行時に必要な電力は
三相交流電源１００から供給する（同図（Ｃ）参照）。
または、他のワイヤソーＣが更に交流電圧供給路１０８
に接続されて稼働している場合には、ワイヤソーＢのワ
イヤが加速走行する際に、ワイヤソーＣのワイヤが減速
走行となるようにワイヤ走行パターンの位相を制御し、
ワイヤソーＣの回生電力によってワイヤソーＢの加速走
行時の電力を供給する。

【００２４】即ち、同時に稼働されるワイヤソーが何台
の場合でも、各ワイヤソーのワイヤの加速走行開始時間
が加速走行時間（３秒間）分ずつずれるよう各ワイヤソ
ーのワイヤ走行パターンの位相をずらして運転し、任意
のワイヤソーの加速走行時間に対して他のワイヤソーの
減速走行時間が対応するようにする。但し、１台のワイ
ヤソーに関しては加速走行時間に対して減速走行時間が
必ずしも対応しないため、このワイヤソーの加速走行時
の電力は三相交流電源１００から供給する。

【００２５】これにより、電源から加速走行時の電力を
供給しない分だけ電力を節約できる。また、ワイヤソー
毎に電源を設備した場合、ワイヤの加速走行時に必要と
なる大容量の電源をワイヤソーの台数分設備しなくては
ならないのが、１台分の電源を設備すればよいことにな
る。尚、上記実施例では、回生電流を交流−直流変換器
１０２Ａを介して交流電流に変換し、交流電圧供給路１
０８を介して他のワイヤソーにこの回生電流を供給する
ようにしていたが、図７に示すように、サーボアンプを
介して出力された回生電流を直流のまま、直流電流供給
路１０９を介して他のワイヤソーに供給するようにして
もよい。

【００２６】また、図８に示すように、図７に示した直
流電流供給路１０９にコンデンサ又は充電可能な充電電
池等の電力蓄積手段１１０を接続し、この電力蓄積手段
１１０に図５（Ａ）に示したワイヤソーＡの走行パター
ンのうち減速走行時の回生電力を蓄積するようにしても
よい。この場合、図５（Ｂ）に示したワイヤソーＢのワ
イヤ走行パターンのうち加速走行時に必要な電力は、電
力蓄積手段１１０から供給されるようになり、三相交流
電源１００は、定常速度走行時に必要な電力を供給でき
る容量さえあればよい。また、ワイヤソー稼働中の停
電、電源異常（電圧低下、電圧上昇、瞬時停電等）に対
しても電力蓄積手段１１０に蓄積された電力が供給され
るため、加工は正常に行われ不良を発生することはな
い。更に、回生電力はワイヤの加速走行時の電力、又は
電力蓄積手段１１０によって吸収されるため、駆動モー
タの慣性エネルギーを吸収する回生抵抗やブレーキ等が
不要になるとともに、これらが不要となったため熱の発
生が無く空調に負担をかけなくなる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るワイヤ
ソーの電力変換装置によれば、複数のワイヤソーの各モ
ータの減速回転時に発生する回生電力を加速回転中のモ
ータに供給するようにしたため、電源から供給する電力
が節約できるとともに、単一のワイヤソーを駆動するの
に要する電源と同程度の容量の電源で複数のワイヤソー
を稼働でき、電源を効率的に使用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るワイヤソーの電力変換装
置が適用されるワイヤソーの一例を示した構成図であ
る。

【図２】図２は、ワイヤの走行パターンの一例を示した
説明図である。

【図３】図３は、複数台のワイヤソーの電力供給装置の
一実施例を示した構成図である。

【図４】図４は、他のワイヤソーで発生する回生電力を
互いに利用して稼働するワイヤソーＡとワイヤソーＢの
ワイヤ走行パターンの一例と、その時にこれらのワイヤ
ソーに三相交流電源１００が供給する電力の様子を示し
たグラフである。

【図５】図５は、図２に示したワイヤ走行パターンにお
いて、他のワイヤソーで発生する回生電力を利用して稼
働するワイヤソーＡとワイヤソーＢのワイヤ走行パター
ンの一例と、その時にこれらのワイヤソーに供給される
電力の様子を示したグラフである。

【図６】図６は、本発明に係る複数台のワイヤソーの電
力供給装置の一実施例を示した構成図である。

【図７】図７は、本発明に係る複数台のワイヤソーの電
力供給装置の一実施例を示した構成図である。

【符号の説明】

１００…三相交流電源 １０２Ａ，Ｂ…交流−直流変換器 １０４Ａ，Ｂ…サーボアンプ １０６Ａ，Ｂ…駆動モータ １０８…交流電圧供給路 １２０…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片町 省三 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 松原 覚 神奈川県伊勢原市石田318番地３ 株式会 社エヌエスエンジニアリング内 (72)発明者 関山 篤蔵 神奈川県伊勢原市石田318番地３ 株式会 社エヌエスエンジニアリング内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のワイヤリールのモータを正転及び
   逆転させてワイヤを往復走行させるワイヤソーを複数台
   同時に稼働させる場合のワイヤソーの電力供給方法であ
   って、 複数のワイヤソーのうちモータ減速回転状態のワイヤソ
   ーのモータの減速回転時に発生する回生電力をモータ加
   速回転状態のワイヤソーのモータに供給することを特徴
   とするワイヤソーの電力供給方法。
2. 【請求項２】 前記複数のワイヤソーの各モータを同一
   の速度パターンで運転するとともに、あるモータに対す
   る速度パターンの減速回転時に他のモータに対する速度
   パターンが加速回転となるように各速度パターンの位相
   をずらして運転し、減速時に発生する回生電力を加速回
   転中のモータに供給するようにしたことを特徴とする請
   求項１のワイヤソーの電力供給方法。
3. 【請求項３】 モータ減速回転状態のワイヤソーのモー
   タの減速回転時に発生する回生電力を、電力蓄積手段に
   蓄積し、該電力蓄積手段に蓄積した回生電力をモータ加
   速回転状態のワイヤソーのモータに供給するようにした
   ことを特徴する請求項１又は２のワイヤソーの電力供給
   方法。