KR101918176B1 - 2개의 잉곳을 동시 커팅방식으로 사각형상재로 절단하는 와이어 소오 머신 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼와 사파이어 보울 등과 같은 잉곳을 단일장치에서 2개의 잉곳을 동시에 절단하고 잉곳의 위치를 변경시켜 재절단하여 정사각형상 또는 직사각형상 등의 소재로 가공할 수 있게 한 2개의 잉곳을 동시 커팅방식으로 사각형상재로 절단하는 와이어 소오 머신에 관한 것으로 베이스 프레임(B) 상에 2개의 잉곳(I)(I')을 안치시킬 수 있는 적재대(11)(11')를 인덱스에 설치하고 그 일측 바디(20)에 서보모터(M)와 감속기에 의해 작동하는 회전축(31)을 풀리(32)에 연결시켜 볼스크류와 LM가이드(도시없음)로 헤드(H)를 승강시킬 수 있게 하며 상기 헤드(H)에는 4열의 메인롤러(R)를 설치하되 일측 보빈(41)에서 인출된 다이아몬드 와이어(W)를 에어실린더(60)에 의해 장력을 조절되는 댄서 롤러(43)를 경유하여 일측 스핀들 가이드 롤러(46)에서 상부 일측 메인롤러(51),하부 일측 메인롤러(52),하부 타측 메인롤러(53) 및 상부 타측 메인롤러(54)로 권취시키는 방식으로 후단 와이어 열에서 선단 와이어 열로 권취시켜 타측 스핀들 가이드 롤러(46')와 에어실린더에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러를 통하여 타측 보빈으로 권취시켜 다이아몬드 와이어(W)가 정,역회전 및 이송되게 하게 하고 상기 메인롤러(R)는 적재대(11)(11')에 대응되게 선단부 와이어 열(50)과 후단부 와이어 열(50')을 일정간격 이격시키되 잉곳(I)(I')의 크기와 형상 및 가공될 소재에 따라 간격을 조절할 수 있게 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

2개의 잉곳을 동시 커팅방식으로 사각형상재로 절단하는 와이어 소오 머신{A Wire saw machine that cuts two ingots into a rectangular shape by simultaneous cutting method}

본 발명은 웨이퍼(Wafer)와 사파이어 보울 등과 같은 잉곳을 단일장치에서 2개의 잉곳(Ingot)을 동시에 절단하고 잉곳의 위치를 변경시켜 재절단하여 정사각형상 또는 직사각형상 등의 소재로 가공할 수 있게 한 2개의 잉곳을 동시 커팅방식으로 사각형상재로 절단하는 와이어 소오 머신에 관한 것으로 더욱 상세하게는 베이스 프레임 상에 잉곳을 안치시키는 2개의 적재대를 설치하고 바디에 설치되어 승강하는 헤드의 상,하부에 4열의 메인롤러를 설치하여 일측 보빈에서 각각의 롤러(트래버스,댄서,가이드,스핀들)를 경유한 다이아몬드 와이어가 메인롤러를 경유하여 타측 보빈으로 정,역구동,이송 및 장력을 조절케 하여 헤드가 하강하여 2개의 잉곳을 절단한 후 잉곳의 위치를 변경시켜 다시 절단케 하여 정사각형상 또는 직사각형상의 소재를 성형하는 와이어 소오 머신에 관한 것이다.

일반적으로 강선이나 슬러리 및 다이아몬드 입자가 고착된 와이어를 사용하여 웨이퍼 또는 사파이어 보올과 같은 잉곳을 절단하는 와이어 소오 머신은 서플라이 보빈(Supply Bobbin)에서 인출된 와이어는 복수개의 가이드 풀리와 가이드 롤러를 경유하여 메인롤러에서 잉곳의 절단을 위한 와이어 망(Wire Web)을 형성하여 잉곳을 절단한 후 다시 복수개의 가이드 풀리와 가이드 롤러를 통하여 테이크 업 보빈(Take-up Bobbin)에 권취되는 장치이다.

상기의 와이어 소오 머신은 잉곳을 사각형상의 소재로 절단하기 위해서는 2대의 머신으로 가로방향과 세로방향으로 2차의 공정을 통하여 제조하여 설비비용과 공간점유률이 높은 단점이 있고 1차 절단된 소재의 방향을 변경시켜 안치시킨 후 재절단을 통하는 방법을 사용되고 있어 작업시간의 지연과 수작업에 의한 세팅으로 정밀도가 저하되는 등의 단점이 있었다.

상기 문제를 해결하기 위하여 최근에는 와이어 망의 구성을 격자형상(가로 및 세로방향으로 구성)으로 구성하여 잉곳을 단일장치의 단일공정에 의해 제조하는 방법이 구현되었으나 상기 격자형상의 와이어 망은 가로방향과 세로방향의 와이어를 설치할 때 상하로 약 45mm의 간격으로 이격시켜 설치하므로 잉곳의 가로방향(또는 세로방향)을 절단 후 45mm 위의 세로방향(또는 가로방향)의 와이어가 추가적으로 작동하여 절단하므로 절단시간이 지연되고 또한 격자형상의 와이어가 이격된 상태로 하강하지만 장력조절이 어렵고 이로 인한 와이어의 절단되는 단선현상이 발생하는 등의 문제점이 있었다.

종래의 와이어 소오 머신에 관한 선행기술로는 등록특허공보 제10-1056939호(텍스쳐링 효과를 가지는 와이어 소오 머신)와 등록실용신안 제20-0444231호(와이어 소오 머신의 절삭부) 등이 제시되었다.

상기 전자의 등록특허는 지지판이 상,하방으로 진동하도록 구성되고 지지판의 상,하방 진동이 가능하도록 지지판의 하부에 연결된 인장스프링과 인장스프링의 하단에 연결되는 하판과 지지판과 하판 사이에 개재되는 캠축과 캠축에 연결되어 회전력을 전달하도록 지지판과 하판 사이에 개재되는 모터가 구성되고 모터는 상면과 하면에 압축스프링을 연결하여 지지판과 하판에 연결되어 구성되는 구조이다.

상기 후자의 등록실용신안은 지지프레임의 지지판 하방 중심에 형성된 장착홀 양쪽에 장착홀을 더 형성하여 3축 구성뿐만 아니라 4축 구성도 가능하도록 하고 이격판과 지지판이 볼트에 의해 탈착됨으로써 이격판의 길이에 따라 지지판의 이격거리가 가변됨으로써 다양한 길이의 잉곳을 절단할 수 있으며 스핀들의 회전축 내측 종단부를 테이퍼지게 형성하고 상기 내측 종단부의 외측면에는 마찰계수가 크도록 홈을 형성하고 상기 내측 종단부가 삽입되도록 롤러를 구성하는 중심축의 양 종단부에 지지홀을 테이퍼지게 형성함으로써 롤러의 이탈현상을 방지할 수 있게 한 구조이다.

상기 전자의 등록특허는 와이어가 회전하는 절삭부 상에 진동 가능한 지지판과 잉곳이 접착된 하판 사이에 캠축과 인장스프링을 연결하고 모터에 의해 캠축을 회전시키면서 이송부에 의해 잉곳을 하방으로 이송시켜 잉곳의 절단되는 면에 텍스쳐링 효과를 갖는 와이어 소오 머신이나 그 구조상의 문제 즉,잉곳이 장착된 하판이 이송부의 작동으로 하강하고 이와 동시에 캠축이 작동하면 하부 절삭부의 와이어에 하강력이 이중으로 강하게 작용하여 와이어가 단선이 될 수 있고 상기한 진동과 하강작동으로 텍스쳐링 효과가 나타날 수 없으며 상기의 구조로는 잉곳의 절단면에 일정한 곡률이 형성되는 웨이퍼를 제조할 수 없는 문제점이 있었다.

상기 후자의 등록실용신안은 지지판에 장착홀을 추가하여 3축과 4축의 구성이 가능케 하고 이격판을 이용한 지지판의 이격거리를 가변시켜 다양한 길이의 잉곳을 절단시킬 수 있는 구조이나 단일장치에서 하나의 잉곳만을 절단가공이 가능하고 또한 상기 절삭부는 고정된 상태에서 작동할 때 잉곳이 하강하면서 절단작업을 수행하므로 하강속도와 와이어 장력조절이 불일치시에는 와이어의 단선이 발생할 수 있는 단점과 하나 이상의 잉곳을 절단할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 일측 보빈에서 타측 보빈으로 각종 롤러를 통하여 다이아몬드 와이어의 정,역구동,이송 및 장력을 조절하고 헤드에 장착되는 메인롤러에 권취되는 와이어를 4열의 상,하부 메인롤러로 구성하되 권취되는 와이어를 선단부와 후단부로 일정거리를 이격시켜 설치하고 각 와이어 열의 간격을 조절 가능케 하며 상기 헤드에 설치되는 와이어 열의 하단 즉,베이스 프레임 상에 상기 선단부와 후단부에 대응되게 2개의 잉곳을 안치시킬 수 있는 적재부를 설치하여 2개의 잉곳을 동시에 절단하고 2개의 잉곳 적재대를 인덱스 등으로 회전시켜 재절단 공정을 통하여 단일장치에서 사각형상(정사각,직사각)의 소재로 가공할 수 있는 와이어 소오 머신을 제공할 수 있게 하였다.

본 발명은 베이스 프레임 상에 2개의 잉곳을 안치시킬 수 있는 적재대를 인덱스에 설치하고 그 일측 바디에 서보모터와 감속기에 의해 작동하는 회전축을 풀리에 연결시켜 볼스크류와 LM가이드로 헤드를 승강시킬 수 있게 하며 상기 헤드에는 4열의 메인롤러를 설치하되 일측 보빈에서 인출된 다이아몬드 와이어를 에어시린더에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러를 경유하여 일측 스핀들 가이드 롤러에서 상부 일측 메인롤러,하부 일측 메인롤러,하부 타측 메인롤러 및 상부 타측 메인롤러로 권취시키는 방식으로 후단 와이어 열에서 선단 와이어 열로 권취시켜 타측 스핀들 가이드 롤러와 에어실린더에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러를 통하여 타측 보빈으로 권취시켜 다이아몬드 와이어가 정,역회전 및 이송되게 하게 하고 상기 메인롤러는 적재대에 대응되게 선단부 와이어 열과 후단부 와이어 열을 일정간격 이격시키되 잉곳의 크기와 형상 및 가공될 소재에 따라 간격을 조절할 수 있게 설치한 것을 특징으로 한다.

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그러므로 본 발명은 4열로 구성되는 메인롤러를 선단 및 후단부로 분획시켜 다이아몬드 와이어를 정,역회전 및 이송시키고 메인롤러의 선단 및 후단부에 대응되게 잉곳을 안치시키는 2개의 적재대를 설치하되 인덱스 등을 적용하여 2개의 적재대 위치를 회전시켜 단일장치에서 2개의 잉곳을 사각형상의 소재로 용이하게 절단케 하여 작업시간을 단축시키고 와이어 소오 머신설비의 공간 점유률을 최소화시키며 댄서롤러를 에어실린더로 조절하여 와이어의 장력조절을 최상의 조건으로 조절케 하여 잉곳의 절단 불량률을 최소화할 뿐만 아니라 다이아몬드 와이어의 단선을 최소화하여 작업의 연속성을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 전체구조를 도시한 일측사시도
도 2 는 본 발명의 전체구조를 도시한 타측사시도
도 3 은 본 발명에 의한 잉곳 절단작업 개념도

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1,2 은 본 발명의 전체구조를 도시한 일측 및 타측 사시도로 보빈에서 인출된 다이아몬드 와이어가 트래버스 롤러,댄서 롤러,하부 가이드 롤러,상부 가이드 롤러 및 스핀들 가이드 롤러를 경유하여 헤드에 장착된 메인롤러에서 와이어 열을 형성한 후 타측의 스핀들 가이드 롤러,상부 가이드 롤러,하부 가이드 롤러,댄서 롤러 및 트래버스 롤러를 경유하여 타측의 보빈으로 권취되는 구성과 2개의 잉곳이 안치된 적재대가 인덱스에 의해 회전작동하여 단일장치에서 사각형상의 소재로 절단하는 것을 도시하였고,도 3 은 본 발명에 의한 잉곳 절단작업 개념도로 2개의 잉곳을 선단부 및 후단부 와이어 열에 의해 1차 절단하고 잉곳의 위치를 인덱스로 회전시켜 2차 절단하여 요구하는 사각형상의 소재로 절단하는 방법을 도시하였다.

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일측 보빈(41)에서 인출된 다이아몬드 와이어(W)가 트래버스 롤러(42),댄서 롤러(43),하부 가이드 롤러(44),상부 가이드 롤러(45) 및 스핀들 가이드 롤러(46)를 경유하여 헤드(H)에 장착된 메인롤러(R)에서 와이어 열을 형성한 후 타측의 스핀들 가이드 롤러(46'),상부 가이드 롤러(45'),하부 가이드 롤러(44'),댄서 롤러 및 트래버스 롤러를 경유하여 타측의 보빈으로 권취되게 하여 잉곳(I)(I')이 안치된 적재대(11)(11')로 헤드(H)를 하강시켜 잉곳(I)(I')을 절단하는 와이어 소오 머신에 있어서,

베이스 프레임(B) 상에 2개의 잉곳(I)(I')을 안치시킬 수 있는 적재대(11)(11')를 인덱스(도시없음)에 설치하고 그 일측 바디(20)에 서보모터(M)와 감속기에 의해 작동하는 회전축(31)을 풀리(32)에 연결시켜 볼스크류와 LM가이드(도시없음)로 헤드(H)를 승강시킬 수 있게 하며 상기 헤드(H)에는 4열의 메인롤러(R)를 설치하되 일측 보빈(41)에서 인출된 다이아몬드 와이어(W)를 에어실린더(60)에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러(43)를 경유하여 일측 스핀들 가이드 롤러(46)에서 상부 일측 메인롤러(51),하부 일측 메인롤러(52),하부 타측 메인롤러(53) 및 상부 타측 메인롤러(54)로 권취시키는 방식으로 후단 와이어 열에서 선단 와이어 열로 권취시켜 타측 스핀들 가이드 롤러(46')와 에어실린더에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러를 통하여 타측 보빈(도시없음)으로 권취시켜 다이아몬드 와이어(W)가 정,역회전 및 이송되게 하게 하고 상기 메인롤러(R)는 적재대(11)(11')에 대응되게 선단부 와이어 열(50)과 후단부 와이어 열(50')을 일정간격 이격시키되 잉곳(I)(I')d의 크기와 형상 및 가공될 소재에 따라 간격을 조절할 수 있게 설치한 구조이다.

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이와 같이 된 본 발명은 4열로 구성되는 메인롤러를 선단 및 후단부로 소정의 간격으로 이격시켜 다이아몬드 와이어를 정,역회전 및 이송시키고 메인롤러의 선단 및 후단부에 대응되게 잉곳을 안치시키는 2개의 적재대를 설치하여 동시에 절단하고 인덱스가 설치된 2개의 적재대 위치를 회전시켜 단일장치에서 2개의 잉곳을 정사각형상 또는 직사각형상의 소재로 용이하게 절단 가공할 수 있는 와이어 소오 머신을 제공하기 위한 것이다.

도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 선단부 와이어 열과 후단부 와이어 열로 구성되는 4열의 메인롤러와 2개의 잉곳을 동시에 안치시켜 1차 절단 및 2차 절단을 단일장치에서 가능케 한 적재대 및 보빈에서 다이아몬드 와이어를 인출,경유 및 권취시키는 와이어 열의 구성으로 형성된다.

상기 다이아몬드 와이어(W)의 이송 및 작동라인은 다이아몬드 와이어(W)가 권취된 일측의 보빈(41)에서 트래버스 롤러(42),댄서 롤러(43),하부 가이드 롤러(44),상부 가이드 롤러(45) 및 스핀들 가이드 롤러(46)를 경유하여 4열의 메인롤러(R) 즉,상부 일측 메인롤러(51),하부 일측 메인롤러(52),하부 타측 메인롤러(53) 및 상부 타측 메인롤러(54)의 외주연에 형성된 그루브에 순차적으로 권취되어 후단부 와이어 열(50')과 선단부 와이어 열(50)을 형성하고 스핀들 가이드 롤러(46'),상부 가이드 롤러(45'),하부 가이드 롤러(44'),댄서 롤러,트레버스 롤러를 경유하여 타측의 보빈에 권취되는 것이다.

상기 4열의 메인롤러(R)에 형성되는 후단부 와이어 열(50')과 선단부 와이어 열(50)은 2개의 잉곳(I)(I')을 동시에 절단 성형하기 위하여 소정의 간격으로 이격시켜 와이어(W)를 권취시키고 또한 절단 가공하고자 하는 잉곳(I)(I')의 크기와 형상 또는 가공될 소재에 따라 와이어(W)와 와이어(W)의 간격을 조절할 수 있게 하여 가공될 소재의 형상 즉,정사각형상 및 직사각형상으로 절단 성형할 수 있게 하였다.

상기 적재대(11)(11')는 후단부 와이어 열(50')과 선단부 와이어 열(50)에 대응되게 2개의 잉곳(I)(I')을 안치시킬 수 있게 전,후로 2개를 설치하고 도 3 과 같이 잉곳(I)(I')을 1차 절단 후 적재대(11)(11')의 위치를 변경시켜 2차 절단하여 사각형상으로 절단할 수 있게 하였다.

상기 적재대(11)(11')는 수작업으로 위치를 변경시킬 수 있고 인덱스가 설치되어 회전작동으로 위치를 변경시킬 수 있게 하였다.

상기 다이아몬드 와이어(W)의 이송 및 작동라인에 설치되는 댄서 롤러(43)는 에어실린더(60)에 의해 장력을 조절하게 하여 정확하고 정밀하게 와이어(W)의 장력을 조절할 수 있게 하였다.

상기의 와이어 소오 머신은 작동은 베이스 프레임(B) 상의 적재대(11)(11')에 2개의 잉곳(I)(I')을 안치시킨다.

일측 보빈(41)에서 인출된 다이아몬드 와이어(W)가 트래버스 롤러(42),댄서 롤러(43),하부 가이드 롤러(44),상부 가이드 롤러(45) 및 스핀들 가이드 롤러(46)를 경유하여 헤드(H)에 장착된 메인롤러(R)에서 와이어 열을 형성한 후 타측의 스핀들 가이드 롤러(46'),상부 가이드 롤러(45'),하부 가이드 롤러(44'),댄서 롤러 및 트래버스 롤러를 경유하여 타측의 보빈으로 권취되게 한 메인롤러(R)가 장착된 헤드(H)를 바디(20)의 서보모터(M)와 감속기를 통하여 작동시키면 회전축(31)이 회전하여 풀리(32)를 회전시키고 이 회전력은 볼스크류와 LM가이드에 의해 헤드(H)가 하강한다.

이때 헤드(H)에 설치된 메인롤러(R)의 후단부 와이어 열(50')과 선단부 와이어 열(50)이 적재대(11)(11')에 안치된 잉곳(I)(I')을 각각 1차 절단한다.

상기 1차 절단 후 메인롤러(R)가 장착된 헤드(H)는 상승하여 다음작업을 준비하고 적대대(11)(11')에 안치된 잉곳(I)(I')은 도 3 과 같이 수작업 또는 인덱스에 의해 위치를 변경시켜 안치한다.

잉곳(I)(I')의 위치가 변경되어 안치되면 헤드(H)를 하강시켜 상기와 동일하게 메인롤러(R)에 장착된 후단부 와이어 열(50')과 선단부 와이어 열(50)이 잉곳(I)(I')을 2차 절단하여 요구하는 사각형상의 소재로 절단하고 헤드(H)를 상승시켜 다음 작업을 대기하는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

11,11': 적재대 20: 바디
31: 회전축 32: 풀리
41: 보빈 42: 트레버스 롤러
43: 댄서 롤러 44,44': 하부 가이드 롤러
45,45': 상부 가이드 롤러 46,46': 스핀들 가이드 롤러
50: 선단부 와이어 열 50': 후단부 와이어 열
51: 상부 일측 메인롤러 52: 하부 일측 메인롤러
53: 하부 타측 메인롤러 54: 상부 타측 메인롤러
60: 에어 실린더 B: 베이스 프레임
H: 헤드 I,I': 잉곳
R: 메인롤러 W: 다이아몬드 와이어

Claims (4)

1. 일측 보빈(41)에서 인출된 다이아몬드 와이어(W)가 트래버스 롤러(42),댄서 롤러(43),하부 가이드 롤러(44),상부 가이드 롤러(45) 및 스핀들 가이드 롤러(46)를 경유하여 헤드(H)에 장착된 메인롤러(R)에서 와이어 열을 형성한 후 타측의 스핀들 가이드 롤러(46'),상부 가이드 롤러(45'),하부 가이드 롤러(44'),댄서 롤러 및 트래버스 롤러를 경유하여 타측의 보빈으로 권취되게 하여 잉곳(I)(I')이 안치된 적재대(11)(11')로 헤드(H)를 하강시켜 잉곳(I)(I')을 절단하는 와이어 소오 머신에 있어서,
   베이스 프레임(B) 상에 2개의 잉곳(I)(I')을 안치시킬 수 있는 적재대(11)(11')를 인덱스에 설치하고 그 일측 바디(20)에 서보모터(M)와 감속기에 의해 작동하는 회전축(31)을 풀리(32)에 연결시켜 볼스크류와 LM가이드(도시없음)로 헤드(H)를 승강시킬 수 있게 하며 상기 헤드(H)에는 4열의 메인롤러(R)를 설치하되 일측 보빈(41)에서 인출된 다이아몬드 와이어(W)를 에어실린더(60)에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러(43)를 경유하여 일측 스핀들 가이드 롤러(46)에서 상부 일측 메인롤러(51),하부 일측 메인롤러(52),하부 타측 메인롤러(53) 및 상부 타측 메인롤러(54)로 권취시키는 방식으로 후단 와이어 열에서 선단 와이어 열로 권취시켜 타측 스핀들 가이드 롤러(46')와 에어실린더에 의해 장력이 조절되는 댄서 롤러를 통하여 타측 보빈(도시없음)으로 권취시켜 다이아몬드 와이어(W)가 정,역회전 및 이송되게 하게 하고 상기 메인롤러(R)는 적재대(11)(11')에 대응되게 선단부 와이어 열(50)과 후단부 와이어 열(50')을 일정간격 이격시키되 잉곳(I)(I')의 크기와 형상 및 가공될 소재에 따라 간격을 조절할 수 있게 설치한 것을 특징으로 하는 2개의 잉곳을 동시 커팅방식으로 사각형상재로 절단하는 와이어 소오 머신.
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