JPS63260757A

JPS63260757A - ワイヤソ−装置

Info

Publication number: JPS63260757A
Application number: JP9420887A
Authority: JP
Inventors: Kiyoaki Shimizu; 清水　清彬; Toshio Nagahara; 長原　外志夫
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1988-10-27
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2534497B2

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】発明の技術分野本発明は、ワイヤソー装置に関し、特にワイヤ張力の制
御手段に係る。

従来技術ワイヤソー装置は、切断用のワイヤを直線方向に往復走
行させることにより、主として半導体材料の加工物を薄
（切断するのに用いられる。このような切断加工中に、
切断面の品質上から、ワイヤの加工物に対する当接力は
、常に一定でなければならず、また加工材料に応じて適
切な値に設定されなければならない。

例えば実公昭５５−５２８０号の考案は、ワイヤの巻取
り径に関係なく、ワイヤの巻取り張力を一定に保つ手段
を開示している。しかし、この装置では、ワイヤの往復
走行手段としてシーソー機構が用いられ、ワイヤに巻き
掛は張力以外に、往復運動のための張力が付与されるた
め、切断位置でのワイヤの張力制御が正確に行えない。

また、実開昭５５−７６４７号の考案は、電磁式のクラ
ッチを利用し、そのクラッチの伝達トルクを電気式に制
御することによって、ワイヤに目標の張力を付与してい
る。このような張力制御手段によると、機械的な構造部
分が簡略化できるものの、電磁クラッチの動作特性が安
定していないため、正確な張力制御が困難である。

発明の目的したがって、本発明の目的は、特性的に不安定な電磁ク
ラッチなどを用いないで、切断位置のワイヤに対し目標
の張力を正確に設定できるようにすることである。

発明の解決手段そこで、本発明は、一対のテンションローラ間で切断用
のワイヤを加工物に押し当て、往復走行させるにあたり
、上記テンションローラの回転角に位相差を持たせるこ
とにより、一対のテンションローラ間でワイヤの張力を
連続的にかつ無段階に調整できるようにしている。

そして、このような一対のテンションローラ間の位相差
は、差動歯車機構によって与えられる。

すなわち、一対のテンションローラは、駆動モータによ
って同期状態で駆動される。差動歯車機構は、少なくと
も一方の回転伝達路に介在し、通常、駆動モータの回転
をそのままテンションローラに伝達しているが、張力制
御を行うときは、制御軸側を回転させて、入力側と出力
側とで回転方向の位相差を与えることによって、一方の
テンションローラと他方のテンションローラとの間に回
転方向の位相差を与える。一対のテンションローラ間に
回転方向の位相差が与えられると、ワイヤは、それらの
間に巻き掛けられたまま、その張力を高める方向に、あ
るいは減少する方向に調節される。

このようにして、ワイヤは、加工物に対し最も適切な当
接力で接し、加工物を安定な状態で切り込んでいくこと
になる。

発明の構成まず、第１図は、ワイヤソー装置ｌのワイヤ２の巻き掛
は状態およびその駆動系を示している。

ワイヤ２は、左右一対のリール３．４に整列状態で巻き
付けられており、その間で左右一対の重す付キのダンサ
−ローラ５．６、テンションローラ７．８および正面か
ら見て三角形の頂点位置で３本の案内溝付の加工ヘッド
ローラ１０．１１．１２に対し多重に巻き掛けられてい
る。２つの加工ヘソドローラ１１．１２の中間位置で、
ワイヤ２は、上昇方向への加工送り機構３０を有する加
工台２９上の加工物１３に対し、研磨砥粒を介して所定
の力で接しており、両者の相対運動により、そこに所定
の切り溝を形成していく、そして、一方のリール３は、
トルクモータ１４によって、ワイヤ２を送り出す方向に
若干抵抗しながら駆動されており、また他方のリール４
は、トルクモータ１５によって、ワイヤ２を巻き付ける
方向に駆動される。なお、これらのリール３．４には、
図示しないトラバース機構が付設されており、その作用
によって、ワイヤ２は、常に整列巻きの状態で、リール
３．４の外周に巻き付けまたは巻き戻されていく。

一方、一対のテンションローラ７．８は、駆動モータ９
によって駆動される関係にある。すなわち、この駆動モ
ータ９の回転は、一方の回転伝達経路として、中間軸１
６、一対のギヤ１７．１８を介し、第１の差動歯車機構
２１の入力軸１９に伝達され、さらにその出力軸２０を
介し一方のテンションローラフに伝達され、また他方の
回転伝達経路として、途中でタイミングベルト・プーリ
２３により分岐し、中間軸２４を介し他方のテンション
ローラ８に伝達される。さらに上記中間軸１６の回転は
、タイミングベルト・プーリ２５を介し、第２の差動歯
車機構２２の入力軸２６、その出力軸２７、タイミング
ベルト・プーリ２８を介し、各加工ヘッドロー・う１０
，１１Ｓ　１２の駆動軸に伝達される。なお、前記第１
の差動歯車機構２１および第２の差動歯車機構２２は、
ともに第３の軸として制御軸３１．３２を備えており、
その部分でそれぞれ可逆回転可能な張力制御モータ３３
、位相制御モータ３４に連結されている。

次に、第２図は、第１の差動歯車機構２１を傘歯車列に
よって構成した例を示している。前記入力軸１９の回転
は、傘歯車３５、中間の２つの傘歯車３６、出力軸２０
の傘歯車３７によって逆方向の回転として伝達される関
係にある。そして、上記中間の傘歯車３６は、これらの
入力軸１９および出力軸２０に対し直交する関係の軸３
８によって、大きな傘歯車３９に対し回転自在に支持さ
れている。そして、この大きな傘歯車３９は、出力軸２
０の周りに回転自在に支持されており、制御軸３１側の
傘歯車４０と噛み合っている。

なお、上記第２の差動歯車機構２２も、第３図のように
、上記第１の差動歯車機構２１と全く同様に構成されて
いる。そのため、第３図は、その具体的な構造を第２図
と同一符号で示している。

さらに、第４図は、制御装置４工の構成を示している。

この制御装置４１は、メインコントローラ４２０入力側
で、操作盤４３に接続されており、また出力側の部分で
、制御ユニット４４．４５．４６、張力制御ユニット４
７および位相制御ユニット４８に接続されている。これ
らの制御ユニット４４．４５．４６は、それぞれ駆動モ
ータ９、トルクモータ１４．１５のドライバ４９．５０
．５１に接続されている。また、張力制御ユニット４７
および位相制御ユニット４８は、ともに入力側で２つの
テンションセンサー５２．５３に接続されており、また
出力側で張力制御モータ３３、位相制御モータ３４のド
ライバ５４．５５にそれぞれ接続されている。

発明の作用例えば半専体など円柱状の加工物１３は、加工台２９の
上に切断方向とワイヤ２の方向とを一致させた状態で固
定され、加工送り機構３０の上昇送り作用によって上昇
し、切り始め位置でワイヤ２と接する。これと同時に、
接触部分に砥粒が供給される。

この状態で、駆動モータ９が起動すると、その回転は、
中間軸１６、タイミングベルト・プーリ２５、第２の差
動歯車機構２２およびタイミングベルト・ブー＋Ｊ　２
８を介し、３つの加工ヘソドローラｌ０１１１、工２に
伝達される。また中間軸１６の回転は、ギヤ１７．１８
、第１の差動歯車機構２１を介し、一方のテンションロ
ーラフに、さらにタイミングベルト・プーリ２３を介し
、他方のテンションローラ８にも、加工へソドローラｌ
０１１１１２と同じ方向の回転として伝達される。

そして、この駆動モータ９の回転方向は、第５図に示す
ように、一定の時間ｔ１で正転方向に回転し、それに続
く時間ｔ２で反転し、逆転方向に回転し、１サイクルを
完了し、これを繰り返していく。これらの各回転方向で
の加速時間および減速時間は、同じに設定されている。

しかし、一定の速度の時間は、時間ｔ１の部分で長く、
またそのあとの時間ｔ２の部分で短く設定されている。

この結果、ワイヤ２は、第６図に示すように、正転方向
の多い回転数と、それに続く逆転方向の少ない回転数を
周期的に繰り返し、ｌサイクル当たり、その回転差（時
間差）に相当する送り量りで、送り出し方向に順次供給
されていく。このようにして、ワイヤ２は、直線方向に
往復走行し、その往復運動の過程で、加工物１３に複数
の平行な切り込みを形成していく。この切り込みが進行
する過程で、加工台２９は、加工送り機構３０によって
、少しずつ上昇し、走行状態のワイヤ２に対し加工物１
３を所定の力で押圧している。

この間に、トルクモータ１４は、リール３を送り出し方
向に回転させることによって、ワイヤ２を送り出し方向
に繰り出している。一方、トルクモータ１５は、所定の
トルクでリール４を回転させることにより、切断作用後
のワイヤ２を順次巻き取っていく。これらのトルクモー
タ１４．１５は、それぞれ制御ユニット４４．４５から
の電圧制御によって、駆動モータ９の運転と同期して起
動し、また停止する。しかし、ワイヤ２が往復運動を繰
り返しながら、間欠的に送られているため、切断位置で
のワイヤ２の移動量と、ワイヤ２の送り出し側あるいは
巻き取り側での移動量の差は、ダンサ−ローラ５．６の
上下運動によって吸収される。また、駆動モータ９とト
ルクモータ１４．１５との応答の差によるワイヤ２の遊
びや巻き取り力の変動は、トルクモータ１４．１５のス
ＩＪ　−、ｐプによっても吸収できる。

このような切断加工中に、切断面の品質上から、ワイヤ
２の加工物１３に対する当接力は、常に一定でなければ
ならない。そのためには、ワイヤ２の適切な張力の維持
が必要となり、それは張力制御ユニット４７によって可
能になる。すなわち、この張力制御ユニット４７は、テ
ンションセンサー５２またはテンションセンサー５３か
らの信号を入力とし、その信号と目標値との偏差に応じ
て、張力制御モータ３３を所定の方向に必要な量だけ回
転させ、一対のテンションローラ７．８の間に位相差す
なわち回転数の差を与える。具体的には、駆動モータ９
の回転が一方のテンションローラフに伝達される過程で
、第１の差動歯車機構２１の入力軸１９と出力軸２０と
の回転数が異なる方向で、しかも同一であれば、一対の
テンションローラ７．８は、常に回転数の差のない状態
で回転している。このような状態は、張力制御モータ３
３を停止させることによって設定できる。今、制御軸３
１が停止していると仮定すれば、大きな傘歯車３９も停
止しているため、入力側の傘歯車３５の回転は、中間の
傘歯車３６によって、逆方向に変換され、出力側の傘歯
車３７に伝達比１の状態で伝達される。ところが、張力
側？１１１モータ３３が所定の方向に回転し、大きな傘
歯車３９に出力軸２０と例えば逆方向の回転を与え、そ
の状態で停止すると、出力軸２０は、入力軸１９に対し
第７図に示すように、位相角θだけ遅れた状態で回転し
続ける。このため、送り出し側のテンションローラ７は
、巻き取り側のテンションローラ８に対し位相角θだけ
遅れた状態で回り続ける。この結果、この一対のテンシ
ョンローラ７．８の間で、ワイヤ２は、位相角θに相当
する分だけ高い張力で張られることになる。また逆の操
作すなわち大きな傘歯車３９を出力軸２０と同じ方向に
回転させれば、張力を低くすることができる。このよう
にして、ワイヤ２は、切断の進行にともなう加工物１３
での切り口の変化にかかわらず、一定の張力で加工物１
３を切り込んでいく。なお、この張力制御モータ３３は
、パルスモータであり、したがって、その張力制御ユニ
ット４７は、張力制御モータ３３に対し必要な補正方向
の回転をパルス数として与え、そのパルスに相当する分
だけ張力制御モータ３３を回転させ、その状態で自動的
に停止させる。このようにして、張力制御ユニット４７
は、テンションセンサー５２．５３からの１８号を入力
とし、張力制御モータ３３の回転方向および回転量を制
御することによって、ワイヤ２の張力を目標値に自動的
に補正していく。

このような張力制御過程で、一対のテンションローラ７
．８と、３つの加工ヘッドローラ１０．１１．１２との
間に回転量の不整合が発生し、これが累積すると、左右
のテンションセンサー５２．５３の検出量の差が次第に
大きくなり、それは、ワイヤ２の一部に、異常な張力を
発生させて、ワイヤ２の切断の危険につながる。このよ
うな状態は、張力制御と同様に、テンションセンサー５
２．５３の信号差によって検出できる。そこで、このよ
うな不整合が発生した時点で、位相制御ユニット４８は
、位相制御モータ３４をいずれかの補正方向に回転させ
、第２の差動歯車機構２２により、一対のテンションロ
ーラ７．８と３本の加工ヘソドローラ１０，１１．１２
との送り量の差を解消し、左右のテンションセンサー５
２．５３近辺の一ワイヤ２の張力をほぼ同じ値に保ち、
正逆方向のワイヤ２の走行中に何等かの原因によるワイ
ヤ２の張力変動があってもそれを充分に吸収できる状態
に維持する。ここでも、位相制御ユニット４８は、張力
制御モータ３３と同様に、パルス数の制御によって、位
相制御モータ３４の回転量を制御する。

駆動モータ９が正転から逆転に移る際は、所定の逆転ト
ルクが掛かって、速度が下がり、停止点を過ぎて逆転に
変わり、所定の速度に達したときに、このトルクが消滅
する。その場合に、繰り出し、巻取り側では、トルクモ
ータ１４．１５にも同時に逆転トルクが加えられ、各リ
ール３．４は、減速、停止、逆転の過程を経過し、反転
動作を行う。この場合の逆転トルクの大きさは、リール
３．４に残ったワイヤ２の量に関係して一定ではなく、
ワイヤ２が加工を開始してから、正逆転を繰り返した回
数に関連がある。メインコントローラ４２は、この回数
と、ワイヤ送り出し量とを計算して所要の指令を制御ユ
ニット４５．４６に伝えている。したがって制御ユニッ
ト４５．４６は、この指令と、駆動モーフ９が反転動作
を開始したときの信号とをうけてドライバ５０．５１に
所要のトルク発生を指令している。繰り出し、巻取り側
は、これを受けて適正な逆転トルクで制御され、理論的
にはワイヤ２のたるみや過度の緊張は発生しないはずと
は言うものの、それでも切断機構側で発生するわずかな
速度変動および繰り出し巻取り部自身で何等かの変動が
あると、ワイヤ２にわずかのたるみや緊張が発生するの
で、この不都合をダンサ−ローラ５．６が吸収している
のである。すなわちダンサ−ローラ５．６はたるみが発
生すれば、下降し、緊張が起これば上昇する。そして、
図示はないが、各ダンサ−ローラ５．６と対をなすポテ
ンシオメータ−が各ダンサ−ローラ５．６の位置を検出
して、それぞれの制御ユニットにフィードバックしてい
るので、各制御ユニットは、これを受けてそれぞれのト
ルクモータ１４．１５に掛けるトルクを微調整して、ダ
ンサ−ローラ５．６を原位置に復帰するように動作して
いる。この微調整は、駆動モータ９が反転するときのほ
かに、定常回転中においても作動している。このように
して、繰り出しおよび巻取り側では、ダンサ−ローラ５
．６とフィードバック制御との作用によって、常時ワイ
ヤ２の繰り出し・巻取りの安定とワイヤ２の張力安定の
動作を行なっている。

発明の変形例第′１の差動歯車機構２１は、共通の駆動モータ９から
各テンションローラ７．８に至る回転伝達路の一方のみ
でなく、双方に設けられていてもよい。また、この第１
の差動歯車機構２１は、傘歯車列でなく、平歯車などに
よる遊星歯車列などで構成することもできる。もちろん
、駆動モータ９は、同期状態で回転するものであれば、
それぞれのテンションローラ７．８ごとに設けられてい
ても良い。

発明の効果本発明では、ワイヤの張力が一対のテンションローラ間
の位相差すなわち第１の差動歯車機構の制御軸の回転量
として電気的な制御の分野で与えられるため、正確な制
御が早い応答速度の下に、達成され、電気的な制御によ
り張力の変動にそのつど対応しており、また電磁クラッ
チやブレーキなどの手段に代わって、差動歯車機構が用
いられるため、回転力の伝達系にａ械的な…失部分が少
なく、正確で効率の良い運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるワイヤソー装置のワイヤの巻き掛
は状態および駆動系の概略的な斜面図、第２図および第
３図は差動歯車機構のスケルトン図、第４図は制御装置
のブロック線図、第５図は駆動モータの回転制御のパタ
ーン図、第６図はワイヤの移動状況の説明図、第７図は
一対のテンションローラ間の位相差の説明図である。工・・ワイヤソー装置、２・・ワイヤ、３．４・・リー
ル、５．６・ダンサ−ローラ、７．８・・テンションロ
ーラ、９、・・駆動モータ、１０．１１．１２・・加工
ヘッドローラ、１３・・加工物、２１・・第１の差動歯
車機構、２２・・第２の差動歯車機構、２９・・加工台
、３３・・張力制御モータ、３４・・位相制御モータ、
４１・・制御装置、４７・・張力制御ユニット、４８・
・位相制ＪＢユニット、５２．５３・・テンションセン
サー。第５図

Claims

【特許請求の範囲】

一対のテンションローラ間で切断用のワイヤを加工物に
押し当てながら直線方向に往復走行させることにより、
加工物を切断するワイヤソー装置において、上記テンシ
ョンローラに駆動モータを連結し、この駆動モータから
少なくとも一方のテンションローラに至る回転伝達経路
に第１の差動歯車機構を入出力軸により介在させ、かつ
この第１の差動歯車機構の制御軸を可逆回転可能な張力
制御モータに連結してなることを特徴とするワイヤソー
装置。