KR20110104064A - 와이어쏘 절단 동안 자성 불순물의 연속 제거를 위한 와이어쏘 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와이어쏘 절단 공정 동안 와이어쏘 절단 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 슬러리 유동 경로를 한정하는 재순환 슬러리 분배 시스템을 포함한다. 재순환 분배 슬러리 시스템은 슬러리로부터 자성 또는 자성화 오염물을 제거하는 자성 분리기를 포함하고, 이때 정제된 슬러리는 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 재순환으로 다시 방출된다.
Description
본 발명은 와이어쏘(wiresaw) 절단 공정 동안 생성된 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
와이어쏘 절단은 집적 회로 및 광전지(PV) 산업에서 사용하기 위한 잉곳(ingot)을 박형 웨이퍼로 슬라이싱하는 주요 방법이다. 또한, 이 방법은 다른 물질의 기판, 예컨대 사파이어, 탄화규소 또는 세라믹 기판을 웨이퍼화하는데 통상 사용된다. 와이어쏘는 전형적으로 미세 금속 와이어의 웹(web) 또는 와이어웹(wireweb)을 가지며, 여기서 개별 와이어는 약 0.15mm의 직경을 갖고, 일련의 스풀, 풀리 및 와이어 가이드를 통해 0.1 내지 1.0mm의 거리에서 서로 평행하게 배열된다. 슬라이싱 또는 절단은 워크피스(workpiece)(예컨대, 잉곳)를 연마제 슬러리가 적용된 이동 와이어쏘와 접촉시킴으로써 달성된다.
통상적인 와이어쏘 연마제 슬러리는 전형적으로 1:1 중량 비율로 혼합하여 조합된 담체 및 연마제 입자를 포함한다. 담체는 윤활 및 냉각을 제공하는 액체, 예컨대 미네랄 오일, 등유, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 또는 다른 폴리알킬렌 글리콜이다. 또한, 액체 담체는 연마제를 와이어에 유지함으로써 연마제는 워크피스와 접촉할 수 있다. 연마제는 전형적으로 경질 물질, 예컨대 탄화규소 입자이다.
와이어쏘 절단 공정은 고정된 부피의 슬러리가 저장조로부터 연속적으로 재순환되고, 워크피스가 절단되는 바로 옆의 와이어웹으로 노즐을 사용하여 공급되는 배치식 공정이다. 이 공정 동안, 커프(kerf)를 비롯한 절단으로부터의 폐기물은 점차적으로 슬러리에 축적되어 결국 성능을 잃는다. 소모된 슬러리는 처리되어 그의 성분으로 분리된다(즉, 연마제 및 담체). 작업의 경제적인 면에서 재생은 필수적이다.
소비된 슬러리의 한 성분은 와이어쏘 절단 공정 동안 생성되는 와이어 마모를 통해 주로 생성되는 자성 또는 자성화 불순물이다. 이러한 불순물은 슬러리 중의 성분 및 커프 물질과 상호작용하여 점성 변화, pH 변화, 온도 변화, 첨가제의 분해, 입자 크기 분포 변화 또는 슬러리의 다른 변화를 초래한다. 따라서, 자성 또는 자성화 불순물의 축적은 시간에 따른 절단 성능의 열화를 초래한다.
미국 특허 제 6,264,843 호는 기계 가공 동안 생성된 절단 유체 현탁액을 재생하는 배치식 공정을 개시한다. 개시된 공정은 연마제 함유 제 1 분획을 분리한 후 자성 분리기를 사용하여 연마된 물질을 제거한다. 그 후, 회수된 유체는 새로운 슬러리로 재구성되어 절단 공정으로 되돌아간다.
미국 특허 제 6,443,143 호는 연마제 부재 절단 유체를 사용하여 희토류 합금을 절단하는 방법을 개시한다. 개시된 방법에서, 킬로그램 양의 희토류 합금 커프 물질은 원심분리 및 자성 분리기를 사용하여 제거된다. 소비된 유체에 어떠한 연마제도 함유되어 있지 않기 때문에, 이 공정은 다량의 고체를 제거하도록 고안된다.
배치식 공정이 산업에 허용될 수 있지만, 슬러리 변화는 와이어쏘 절단 공정을 느리게 하고, 장비에 긴장을 줄 수 있는 보다 많은 연장 시동을 필요로 한다. 또한, 값비싼 배치식 공정 없이 비교적 다량의 연마제 물질 및 비교적 소량의 오염물을 함유하는 소비된 절단 유체로부터 오염물을 제거하는 것은 어려운 도전이다. 따라서, 오염물 제거가 연속적인 와이어쏘 절단 작업을 갖는 것이 유리하다.
본 발명은 와이어쏘 절단 공정 동안 와이어쏘 절단 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 연마제 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템으로부터 이동 와이어쏘에 적용하는 단계; 워크피스를 이동 와이어쏘 및 적용된 연마제 슬러리로 절단하는 단계; 사용된 연마제 슬러리를 워크피스로부터 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 운반하는 단계; 적어도 일부의 슬러리를 자성 분리기를 통해 이송하여 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 단계; 및 자성 분리기를 통해 이송된 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 순환으로 다시 방출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 와이어쏘 절단 장치를 제공한다. 상기 장치는 워크피스를 유지하도록 개조된 탑재 및 지지 헤드, 워크피스가 작동시 와이어쏘와의 접촉을 유발할 수 있도록 탑재 및 지지 헤드에 대해 배치된 와이어쏘, 재순환 슬러리 분배 시스템으로부터 와이어쏘 절단 슬러리를 와이어쏘에 적용하도록 배치되고 개조된 적용 영역, 및 슬러리가 와이어쏘 및 탑재된 워크피스 밖으로 향하고 슬러리 유동 경로로 다시 향하도록 개조된 와이어쏘 슬러리 배출 영역을 포함한다. 재순환 슬러리 분배 시스템은 슬러리 유동 경로를 한정한다. 재순환 분배 시스템은 슬러리로부터 자성 또는 자성화 오염물을 제거하는 자성 분리기를 포함하고, 이때 자성 분리기는 적어도 일부의 슬러리를 자성 분리기로 허용하는 입구 및 정제된 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 재순환으로 다시 방출하게 하는 출구를 포함한다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 성분의 일부를 도시한다.
도 2는 재순환 슬러리 분배 시스템이 수집기, 자성 분리기, 슬러리 탱크, 펌프 및 열 교환기를 포함하는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 3은 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 4는 자성 분리기로부터 방출된 슬러리가 슬러리의 스트림이 자성 분리기를 빠져나가는 시스템 내의 지점과 슬러리가 와이어쏘에 적용되는 시스템 내의 지점 사이의 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 지점에서 다시 순환에 첨가되는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 5는 자성 분리기로부터 방출된 슬러리가 슬러리의 스트림이 자성 분리기를 빠져나가는 시스템 내의 지점과 사용된 슬러리가 워크피스로부터 운반되는 시스템 내의 지점 사이의 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 지점에서 다시 순환에 첨가되는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 6은 슬러리의 유동이 1개, 2개 또는 둘 모두의 자성 분리기로 우회할 수 있는 병렬로 배열된 두 개의 자성 분리기를 포함하는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 7은 직렬로 배열된 두 개의 자성 분리기를 포함하는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 8은 재순환 슬러리 분배 시스템이 수집기를 포함하고, 자성 분리기가 수집기에 부분적으로 침지된 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 9는 재순환 슬러리 분배 시스템이 자성 분리기로의 우회를 위해 워크피스로부터 사용된 슬러리를 수집하는 수집기를 포함하고, 슬러리용 저장소로서 작용하고 자성 분리기로부터 방출된 슬러리용 수용소로서 작용하는 슬러리 탱크를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 10은 재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크를 포함하고, 자성 분리기가 슬러리 탱크에 부분적으로 침지된 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 11은 재순환 슬러리 분배 시스템이 열 교환기를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 12는 와이어쏘가 작동하는 동안 자성 분리기가 세정을 위해 재순환 슬러리 분배 시스템 밖에서 취해지는 본 발명에서 사용되는 성분을 도시한다.
도 13은 재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크, 및 자성 분리기를 통해 슬러리 탱크로부터 슬러리를 운반하고 다시 슬러리 탱크로 운반하도록 개조된 분리기 슬러리 루프를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 14는 재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크, 및 열 분리기를 통해 슬러리 탱크로부터 슬러리를 운반하고 다시 슬러리 탱크로 운반하도록 개조된 열 교환기 슬러리 루프를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 2는 재순환 슬러리 분배 시스템이 수집기, 자성 분리기, 슬러리 탱크, 펌프 및 열 교환기를 포함하는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 3은 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 4는 자성 분리기로부터 방출된 슬러리가 슬러리의 스트림이 자성 분리기를 빠져나가는 시스템 내의 지점과 슬러리가 와이어쏘에 적용되는 시스템 내의 지점 사이의 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 지점에서 다시 순환에 첨가되는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 5는 자성 분리기로부터 방출된 슬러리가 슬러리의 스트림이 자성 분리기를 빠져나가는 시스템 내의 지점과 사용된 슬러리가 워크피스로부터 운반되는 시스템 내의 지점 사이의 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 지점에서 다시 순환에 첨가되는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 6은 슬러리의 유동이 1개, 2개 또는 둘 모두의 자성 분리기로 우회할 수 있는 병렬로 배열된 두 개의 자성 분리기를 포함하는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
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도 8은 재순환 슬러리 분배 시스템이 수집기를 포함하고, 자성 분리기가 수집기에 부분적으로 침지된 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 9는 재순환 슬러리 분배 시스템이 자성 분리기로의 우회를 위해 워크피스로부터 사용된 슬러리를 수집하는 수집기를 포함하고, 슬러리용 저장소로서 작용하고 자성 분리기로부터 방출된 슬러리용 수용소로서 작용하는 슬러리 탱크를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 10은 재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크를 포함하고, 자성 분리기가 슬러리 탱크에 부분적으로 침지된 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 11은 재순환 슬러리 분배 시스템이 열 교환기를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 12는 와이어쏘가 작동하는 동안 자성 분리기가 세정을 위해 재순환 슬러리 분배 시스템 밖에서 취해지는 본 발명에서 사용되는 성분을 도시한다.
도 13은 재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크, 및 자성 분리기를 통해 슬러리 탱크로부터 슬러리를 운반하고 다시 슬러리 탱크로 운반하도록 개조된 분리기 슬러리 루프를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
도 14는 재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크, 및 열 분리기를 통해 슬러리 탱크로부터 슬러리를 운반하고 다시 슬러리 탱크로 운반하도록 개조된 열 교환기 슬러리 루프를 포함하는 자성 분리기를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다.
본 발명은 와이어쏘 절단 공정 동안 와이어쏘 절단 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 연마제 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템으로부터 이동 와이어쏘에 적용하는 단계; 워크피스를 이동 와이어쏘 및 적용된 연마제 슬러리로 절단하는 단계; 사용된 연마제 슬러리를 워크피스로부터 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 운반하는 단계; 적어도 일부의 슬러리를 자성 분리기를 통해 이송하여 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 단계; 및 자성 분리기를 통해 이송된 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 순환으로 다시 방출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 와이어쏘 절단 장치를 제공한다. 상기 장치는 워크피스를 유지하도록 개조된 탑재 및 지지 헤드, 워크피스가 작동시 와이어쏘와의 접촉을 유발할 수 있도록 탑재 및 지지 헤드에 대해 배치된 와이어쏘, 재순환 슬러리 분배 시스템으로부터 폴리싱(polishing) 슬러리를 와이어쏘에 적용하도록 배치되고 개조된 적용 영역, 및 슬러리가 와이어쏘 및 탑재된 워크피스 밖으로 향하고 슬러리 유동 경로로 다시 향하도록 개조된 와이어쏘 슬러리 배출 영역을 포함한다. 재순환 슬러리 분배 시스템은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 슬러리로부터 자성 또는 자성화 오염물을 제거하는 자성 분리기를 포함한다. 자성 분리기는 적어도 일부의 슬러리를 자성 분리기로 허용하는 입구 및 가공 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 재순환으로 다시 방출하게 하는 출구를 포함한다.
도 1은 본 발명의 방법에서 사용되는 와이어쏘 절단 시스템(10)의 다양한 성분들의 개략도이다. 본 발명에서 이용되는 재순환 슬러리 분배 시스템(12)은 자성 리기(14)를 포함한다. 연마제 슬러리는 와이어쏘 및 워크피스(16)로 유동한 후, 와이어쏘 및 워크피스(16)로부터 멀리 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(12)을 사용하는 슬러리 재순환 루프를 완료한다.
재순환 슬러리 분배 시스템은 자성 분리기를 포함한다. 자성 분리기는 하나 이상의 입구(예컨대, 2개 이상, 3개 이상 또는 4개 이상) 및 하나 이상의 출구(예컨대, 2개 이상, 3개 이상 또는 4개 이상)를 포함하여, 슬러리가 자성 분리기의 내부 안으로 또는 밖으로 유동할 수 있다. 분리기의 내부는 슬러리가 분리기를 통해 유동함에 따라 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 물질을 유인하거나 유지하도록 배열된 영구 자석 및/또는 전기 자석을 포함한다. 입구 및 출구는 연속 메쉬, 예컨대 금속 와이어로 구성된 스크린을 포함할 수 있다. 예를 들면, 입구 및 출구는 자석이 배치될 수 있는 내부 공간을 한정하는 바구니 형태의 연속 메쉬를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 자석은 제거가능하다. 다르게는, 입구, 출구 및 내부 공간은 재순환 슬러리 분배 시스템의 다른 성분과 완전하게 통합될 수 있다. 예를 들면, 입구, 출구 및 내부 공간은 자석이 슬러리 유동 경로 내에 자성 분리기를 형성하도록 배열된 하나의 연속 튜브일 수 있다. 또다른 예로서, 입구 및 출구는 거대 내부 공간, 예컨대 탱크 또는 통을 통해 슬러리가 유동하도록 개조될 수 있고, 자석은 접근 포트 또는 개구를 거쳐 탱크 또는 통에 배치될 수 있다. 자성 분리기의 목적은 연마제 슬러리에 존재할 수 있는 자성 또는 자성화된 불순물을 적어도 부분적으로 보유하면서 재순환 슬러리 분배 시스템을 통해 유동하는 다른 슬러리 성분을 상대적으로 방해하지 않는 것이다. 시판되는 몇몇 예시적인 자성 분리기는 전기 제1철 필터 모델 EVP/E(마그네트 인더스트리즈 칼 피브이티 리미티드(Magnet Industries Cal Pvt. Ltd.)), 영구 제1철 필터 모델 PVP/R(마그네트 인더스트리즈 칼 피브이티 리미티드) 및 수퍼 B 제1철 트랩스(에리즈 마그네틱스(Eriez Magnetics))가 있다.
와이어쏘 절단 장치가 작동하는 경우, 재순환 슬러리 분배 시스템은 도 2 내지 11에서 화살촉으로 나타낸 방향으로 슬러리 유동을 포함한다. 와이어쏘의 개략도 상의 화살촉은 와이어쏘의 이동을 가리킨다. 와이어쏘의 이동 방향은 와이어쏘의 작동 동안 역전될 수 있다. 슬러리의 유동 방향은 전형적으로 와이어쏘의 작동 동안 역전되지 않는다. 재순환 분배 시스템 내에서, 유동은 디버터(diverter)에 의해 우회되거나 접합부에서 합쳐질 수 있다. 디버터는 슬러리 유동이 한쪽 말단에 들어가게 하고 거기로 들어가는 전체 유동은 둘 이상의 별도 슬러리 유동으로 분할된다. 접합부는 재순환 분배 시스템에서 유동하는 하나 초과의 슬러리를 단일 유동으로 합칠 수 있다. 예를 들면, 디버터 및 접합부는 T형 또는 Y형 튜브일 수 있는데, 이를 통해 슬러리는 유동하고 하나의 유동으로부터 두 개의 유동으로 분할하거나 두 개의 유동이 각각 하나로 합쳐질 수 있다.
재순환 슬러리 분배 시스템에서 유속은 전형적으로 2000Kg/hr 내지 8000Kg/hr(예컨대, 3000Kg/hr 내지 6000Kg/hr)이다. 특정 실시양태에 따라, 자성 분리기를 통한 유속은 재순환 슬러리 분배 시스템 유속의 0% 이상(예컨대, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 100% 이상, 200% 이상, 300% 이상, 400% 이상, 또는 500% 이상)일 수 있다. 특정 실시양태에 따라, 자성 분리기를 통한 유속은 전형적으로 재순환 슬러리 분배 시스템 유속의 1000% 이하(예컨대, 900% 이하, 800% 이하, 700% 이하, 600% 이하, 500% 이하, 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하 또는 50% 이하)이다.
또한, 재순한 슬러리 분배 시스템은 수집기를 포함할 수 있다. 수집기는 전형적으로 재순환 슬러리 분배 시스템 내에서 슬러리를 워크피스로부터 다시 순환으로 운반하는 표면이다. 예를 들면, 수집기는 와이어쏘로부터 유동하거나 적하되는 슬러리를 수집하도록 배치된 개방 상단을 포함하고, 슬러리를 밖으로 유동하도록 하는 출구 또는 배수로를 갖는 용기일 수 있다. 출구는 바닥 또는 측면에 위치할 수 있거나, 또는 수집기의 상단으로부터 수집된 슬러리로 침지된 튜브 또는 사이펀을 포함할 수 있다. 수집기는 여러 가지 다양한 방식으로 형상화될 수 있다. 예를 들면, 수집기는 깔때기-형태, 콘-형태, 피라미드형 또는 반구형 껍질일 수 있다. 또한, 수집기는 재순환 슬러리 분배 시스템 내에서 슬러리가 슬러리 탱크를 향하도록 기우려진 하나 이상의 표면일 수 있다.
재순환 슬러리 분배 시스템은 슬러리 탱크 및 필요한 경우 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있다. 슬러리 탱크는 슬러리용 저장소이고, 전형적으로 펌프의 상류에 위치한다. 슬러리 탱크는 전형적으로 장비의 작동 동안 또는 장비가 공회전 하는 동안 슬러리의 고체 성분이 침전되는 것을 방지하도록 돕는 교반기를 갖는다.
재순환 슬러리 분배 시스템은 열 교환기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 재순환 슬러리 분배 시스템에서 임의의 위치에 위치할 수 있다. 또한, 열 교환기는 슬러리 탱크, 수집기, 펌프 및 자성 분리기와 같은 성분 내에, 둘레에, 또는 성분과 함께 통합되어 있을 수 있다. 전형적인 형상은 열 교환기가 별도의 펌프(여기에서 별도의 재순환 시스템은 슬러리를 슬러리 탱크 내에서 교환한다)를 포함한 별도의 재순환 시스템으로서 위치하는 것이다. 열 교환기를 사용하여 슬러리를 냉각하거나 가열할 수 있다. 예를 들면, 슬러리를 가열하는 것은 와이어쏘 장치를 적절히 작동하기에 점도가 너무 높은 경우 슬러리의 점도를 저하시키는데 사용될 수 있다. 다르게는, 예를 들면 슬러리를 냉각하는 것은 와이어쏘 장치를 적절히 작동하기에 점도가 너무 낮은 경우 슬러리의 점도를 상승시키는데 사용될 수 있다. 또한, 슬러리의 온도는 슬러리 성분들의 분해 속도에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 슬러리의 온도를 감소시키거나 증가시키는 것은 자성화된 응집물의 형성의 역학에 영향을 줄 수 있으며, 따라서 자성 분리기의 효능은 열 교환기의 사용에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 슬러리의 온도를 조절하는 것이 요구된다.
재순환 슬러리 분배 시스템은 하나 이상의 수집기, 하나 이상의 슬러리 탱크, 하나 이상의 펌프 및 하나 이상의 열 교환기, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 재순환 슬러리 분배 시스템은 다양한 성분들 사이로 슬러리를 운반하기 위한 배관을 추가로 포함할 수 있다. 배관은 전형적으로 유동을 하나의 치수로 구속하는 구조, 예컨대 튜브 또는 파이프를 포함한다. 중력이 슬러리로 하여금 재순환 슬러리 분배 시스템을 통해 유동하도록 허용하는 경우, 배관은 골과 같은 보다 개방된 구조를 포함할 수 있다. 배관은 심지어 재순환 슬러리 분배 시스템의 다른 성분, 예컨대 슬러리 탱크로 슬러리를 쏟아낼 수 있는 튜브 내의 개구를 포함할 수 있다. 다르게는, 예를 들면 배관은 유동이 수평인 경우 재순환 슬러리 분배 시스템의 일부 내의 골로 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어쏘 장치가 작동되는 경우, 탑재 및 지지 헤드에 유지된 워크피스는 이동 와이어쏘에 대해 가압되면서, 슬러리는 와이어쏘에 공급된다. 와이어쏘는 둘 이상의 와이어 가이드 롤러를 갖고, 이는 와이어가 1회 이상 가이드되는 둘레에서 및 서로 평행하게 배열되는 축을 갖는다. 전형적으로, 와이어쏘는 3개의 와이어 가이드 롤러를 갖고, 와이어는 와이어웹을 생성하는 와이어 가이드 둘레에 다중 가이드된다. 3개 초과의 와이어 가이드를 갖는 형상이 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 와이어쏘는 와이어의 마디가 종 방향으로 이동하게 하는 와이어 가이드 롤러의 회전에 의해 이동한다. 이동 방향은 작동 동안 변하거나 일정한 방향일 수 있다. 예를 들면, 방향은 절단 공정 동안 한 방향에서 다음 방향으로 변동할 수 있다.
본 발명의 와이어쏘에 사용되는 와이어는 당해 분야에 공지된 바와 같은 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 전형적으로, 와이어는 0.01mm 이상(예컨대, 0.05mm 이상, 0.1mm 이상 또는 0.15mm 이상)의 두께를 갖는다. 전형적으로, 와이어는 0.5mm 이하(예컨대, 0.4mm 이하, 0.3mm 이하, 0.25mm 이하 또는 0.2mm 이하)의 두께를 갖는다. 전형적으로, 와이어는 경강(hard drawn steel)으로 제조된다. 다르게는, 와이어는 Fe, Ni, Cr, Mo 및/또는 W를 함유하는 합금과 같은 하나 이상의 합금으로 제조될 수 있다. 절단 작동 동안 와이어는 소모되기 때문에, 마모 물질은 재순환 슬러리 분배 시스템에서 슬러리와 함께 재순환되어 슬러리를 오염시킨다.
와이어쏘에 적용된 슬러리의 적어도 일부는 자성 분리기로 이송되어 와이어쏘의 와이어의 마모로 인해 존재할 수 있는 슬러리로부터의 자성 또는 자성화 불순물이 제거된다. 본원 및 첨부된 청구범위에서, 용어 "자성 물질"은 영구 자기를 나타내거나 강자성인 물질, 예컨대 아철산염, 적철석(Fe2O3) 또는 자철석(Fe3O4)을 포함한다. 용어 "자성화 물질"은 상자성을 나타내는 물질, 예컨대 철을 포함하며, 따라서 이들은 자기장으로 유인된다. 자성 분리기에 의해 제거된 물질의 일부만이 자성 또는 자성화일 필요가 있다. 예를 들면, 반자성 슬러리 성분이 자성 또는 자성화 불순물에 결합될 수 있으며, 이러한 조합은 자성 분리기에 의해 제거될 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 연마제 입자가 자성 또는 자성화 불순물과 함께 응집될 수 있고, 이러한 응집물은 자성 분리기에 의해 제거될 수 있다. 바람직하게는, 자성 물질은 철을 포함한다. 바람직하게는, 자성 분리기를 재생시키거나 세정할 필요가 있기 전에, 자성 분리기를 통해 유동하는 슬러리 중 자성 또는 자성화 불순물의 10중량% 이상(예컨대, 20중량% 이상, 30중량% 이상, 40중량% 이상 또는 50중량% 이상)이 워크피스의 절단 작업 동안 제거된다. 자성 또는 자성화 불순물의 제거시 자성 분리기의 효능은 자성 분리기를 통한 유속, 자성 분리기의 유형, 자성 분리기에서 자성 또는 자성화 불순물의 부하량 및 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 자성 분리기의 배열을 비롯한 다수의 인자에 좌우된다. 자성 분리기의 재생은 일반적으로 수용액을 사용한 자성 분리기의 세척, 자성 분리기의 교반, 자성 분리기를 통한 고압 기체의 취입 및 자성 분리기의 소자화 중 하나 이상의 조합을 포함한다.
자성 분리기에 의해 제거될 수 있는 자성 또는 자성화 불순물은 또한 와이어 이외의 다른 공급원으로부터 유래할 수 있다. 예를 들면, 자성 또는 자성화 불순물은 강자성 또는 상자성 워크피스에 기인한 커프 물질, 또는 강자성 또는 상자성인 워크피스 중의 불순물로부터 유래할 수 있다. 불순물의 또 다른 공급원은 와이어 이외의 다른 와이어쏘 장치의 부품일 수 있다. 자성 불순물은 또한 슬러리 성분 중 슬러리 성분 또는 불순물로부터 유래할 수 있다. 예를 들면, 강자성 또는 상자성 불순물은 와이어쏘 장치의 작동 동안 절단 공정의 기계적 및 화학적 마모에 기인한 연마제로부터 방출될 수 있거나, 또는 슬러리에 사용되는 연마제 물질의 배치 중 오염물일 수 있다.
도 2는 본 발명의 방법에서 사용되는 장치의 실시양태를 나타낸다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(100)은 슬러리 유동 경로를 한정한다. 재순환 슬러리 분배 시스템(100)은 적용 영역(105)에서 이동 와이어쏘(106)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(102)에 의해 유지된 워크피스(104)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(106) 및 워크피스(104) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(107)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 또한, 재순환 슬러리 분배 시스템(100)은 와이어쏘(106)의 와이어쏘 슬러리 배출 영역(107)으로부터 유래된 사용된 슬러리를 수집하도록 배치된 수집기(108)를 포함한다. 수집기 출구(109)에서 슬러리는 수집기(108)를 빠져나오고, 분리기 입구(120)를 통해 자성 분리기(110)로 유동한다. 분리기 출구(122)를 통해 슬러리는 분리기(110)를 빠져나오고 탱크 진입부(115)에서 슬러리 탱크(116)로 유동한다. 슬러리는 탱크 배출부(117)를 통해 탱크(116) 밖으로 유동하여 펌프 입구(111)를 거쳐 펌프(112)로 유동한다. 그 후, 슬러리는 펌프 출구(113)를 거쳐 펌프(112) 밖으로 유동하고 교환기 입구(140)에서 열 교환기(130)로 유동한다. 마지막으로, 슬러리는 교환기 출구(142)를 통해 열 교환기(130) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘(106) 및 워크피스(104)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(100)의 재순환 루프를 완료한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시양태에 사용되는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(200)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(205)에서 이동 와이어쏘(206)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(202)에 의해 유지된 워크피스(204)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(206) 및 워크피스(204) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(207)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 슬러리는 분리기 입구(220)를 통해 와이어쏘 슬러리 배출 영역(207)으로부터 자성 분리기(210)로 유동한다. 슬러리는 분리기 출구(222)를 통해 자성 분리기(210)를 빠져나오고, 와이어쏘(206) 및 워크피스(204)로 다시 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(200)의 재순환 루프를 완료한다.
자성 분리기(220) 내의 슬러리의 체류 시간은 자성 분리기의 내부 챔버의 크기 및 재순환 슬러리 분배 시스템(200) 내의 유속에 따라 좌우된다. 체류 시간이 보다 길 수록 자성 또는 자성화된 불순물의 제거 효능은 증가할 수 있지만 절단 공정의 처리량은 감소하거나 기계적으로 이행하기에 비실용적일 수 있다. 예를 들면, 매우 큰 자성 분리기는 엄청나게 값비싸고/거나 기존 장비와 조합되기 어려울 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(321)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(300)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(305)에서 이동 와이어쏘(306)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(302)에 의해 유지된 워크피스(304)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(306) 및 워크피스(304) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(307)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 와이어쏘 슬러리 배출 영역(307)으로부터 유동하는 슬러리의 일부는 디버터(318)에서 우회하여 분리기 입구(320)를 통해 자성 분리기(310)로 유동한다. 디버터(318)는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(318), 접합부(324) 및 분리기 입구(320) 사이에 위치한다. 슬러리는 분리기 출구(322)를 통해 자성 분리기(310) 밖으로 유동한다. 자성 분리기(310)로 이송되지 않은 와이어쏘 슬러리 배출 영역(307)으로부터 유동하는 슬러리는 접합부(324)에서 자성 분리기 출구(322)를 통해 방출된 슬러리와 합쳐진다. 접합부(324)는 분리기 출구(322)와 적용 영역(305) 사이에 배치된다. 슬러리는 접합부(324)로부터 유동하여 다시 와이어쏘(306) 및 워크피스(304)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(300)의 재순환 루프를 완료한다. 재순환 슬러리 분배 시스템에서 총 유동 퍼센트로서 자성 분리기(310)를 통해 이송되는 슬러리의 양은 전형적으로 100% 이하(예컨대, 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하 또는 50% 이하)이다. 재순환 슬러리 분배 시스템(300)을 통한 유동의 총 부피의 %로서 자성 분리기(310)를 통해 이송되는 슬러리의 양은 전형적으로 0% 이상(예컨대, 10% 이상, 20％ 이상, 30% 이상, 40% 이상, 또는 50% 이상)이다. 우회되는 슬러리 유동의 양은 와이어쏘 절단 공정의 작동 요건에 좌우되고, 절단 공정 동안 우회된 슬러리 유동의 양은 여러번 변화될 수 있다. 예를 들면, 우회된 유동의 양은 자성 또는 자성화 불순물의 제거를 위해 자성 분리기의 효능을 증가시키도록 변화될 수 있다. 또 다른 가능성은 자성 분리기(310)의 수리, 교체 또는 재생 목적으로 재순환 슬러리 분배 시스템(300)을 통한 총 슬러리 유동의 0%가 지점(318)에서 우회되거나, 어떠한 유동도 우회되지 않는다는 것이다. 우회된 슬러리의 양은 임의의 적합한 수단에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 우회된 슬러리의 양은 우회 지점(318)과 분리기 입구(320), 분리기 출구(322)와 합류 지점(324), 또는 우회 지점(318)과 합류 지점(324)에서 또는 그 사이에서, 밸브, 임의의 튜브의 구멍 너비, 펌프에 의해 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(410)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(400)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(405)에서 이동 와이어쏘(406)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(402)에 의해 유지된 워크피스(404)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(406) 및 워크피스(404) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(407)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 와이어쏘 슬러리 배출 영역(407)으로부터 유동하는 슬러리의 일부는 디버터(418)에서 우회하여 분리기 입구(420)를 통해 자성 분리기(410)로 유동한다. 디버터(418)는 적용 영역(405), 접합부(424) 및 분리기 입구(420) 사이에 배치된다. 슬러리는 분리기 출구(422)를 통해 자성 분리기(410) 밖으로 유동한다. 자성 분리기(410)로부터 방출된 슬러리는 분리기 출구(422)와 와이어쏘 슬러리 배출 영역(407) 사이의 접합부(424)에서 다시 순환으로 첨가된다. 자성 분리기(410)로 이송되지 않은 와이어쏘 슬러리 배출 영역(407)으로부터 유동하는 슬러리는 다시 적용 영역(405)으로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(400)의 재순환 루프를 완료한다. 재순환 슬러리 분배 시스템에서 총 유동 퍼센트로서 자성 분리기(410)를 통해 이송되는 슬러리의 양은 전형적으로 100% 이하(예컨대, 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하 또는 50% 이하)이다. 재순환 슬러리 분배 시스템(400)을 통한 유동의 총 부피의 %로서 자성 분리기(410)를 통해 이송되는 슬러리의 양은 전형적으로 0% 이상(예컨대, 10% 이상, 20％ 이상, 30% 이상, 40% 이상, 또는 50% 이상)이다. 우회되는 슬러리 유동의 양은 와이어쏘 절단 공정의 작동 요건에 좌우되고, 절단 공정 동안 우회된 슬러리 유동의 양은 여러번 변화될 수 있다. 예를 들면, 우회된 유동의 양은 자성 또는 자성화 불순물의 제거를 위해 자성 분리기의 효능을 증가시키도록 변화될 수 있다. 또 다른 가능성은 자성 분리기(310)의 수리, 교체 또는 재생 목적으로 재순환 슬러리 분배 시스템(400)을 통한 총 슬러리 유동의 0%가 지점(418)에서 우회되거나, 어떠한 유동도 우회되지 않는다는 것이다. 우회된 슬러리의 양은 임의의 적합한 수단에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 우회된 슬러리의 양은 우회 지점(418)과 분리기 입구(420), 분리기 출구(422)와 합류 지점(424), 또는 우회 지점(418)과 합류 지점(424)에서 또는 그 사이에서, 밸브, 임의의 튜브의 구멍 너비, 펌프 또는 이들의 조합에 의해 조절될 수 있다.
도 6은 병렬로 배열된, 두 개의 자성 분리기(510)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(500)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(505)에서 이동 와이어쏘(506)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(502)에 의해 유지된 워크피스(504)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(506) 및 워크피스(504) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(507)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 슬러리는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(507)으로부터 분할기(516)로 유동한다. 분할기(516)는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(507)과 분리기 입구(520, 521) 사이에 배치된다. 분할기(516)로부터, 슬러리는 입구(520)를 통해 자성 분리기(510)로 이송되고, 입구(521)를 통해 자성 분리기(511)로 이송된다. 슬러리는 출구(522)를 통해 자성 분리기(510)로부터 방출되고 조합기(526)에서 출구(523)를 통해 자성 분리기(511)로부터 방출된 슬러리와 합쳐진다. 조합기(526)는 적용 영역(505), 분리기 출구(522) 및 분리기 출구(523) 사이에 배치된다. 조합기(526)에서 조합된 슬러리는 다시 와이어쏘(506) 및 워크피스(504)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(500)의 재순환 루프를 완료한다. 자성 분리기(510, 520) 중 어느 하나를 통한 총 유동의 퍼센트는 재순환 슬러리 분배 시스템(500) 내의 총 유동의 100% 이하(예컨대, 90% 이하, 80% 이하, 60% 이하 또는 50% 이하)이다. 자성 분리기 중 어느 하나를 통한 총 유동의 퍼센트는 재순환 슬러리 분배 시스템의 총 유동의 0% 이상(예컨대, 10% 이상, 20％ 이상, 30% 이상, 40% 이상, 또는 50% 이상)이다. 자성 분리기(510, 511) 중 어느 하나를 통한 유동의 퍼센트는 임의의 적합한 유동 조절 장치에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 유동의 퍼센트는 분할 지점(516)과 입구(520, 521), 또는 조합기(526)와 출구(522, 523)에서 또는 그 사이에서, 밸브, 임의의 튜브의 구멍 너비, 펌프 또는 이들의 조합에 의해 조절될 수 있다. 바람직하게는, 자성 분리기(510, 511)를 통해 이송되는 슬러리 유동의 퍼센트는 분할기(516)와 분리기 입구(520) 사이에 위치한 밸브(514) 및 분할 지점(516)과 분리기 입구(521) 사이에 위치한 밸브(515)에 의해 조절된다. 자성 분리기(510, 511)로 이송되는 슬러리 유동의 퍼센트는 자성 또는 자성화 불순물의 제거를 위한 자성 분리기의 효능을 증가시키도록 독립적으로 조종될 수 있다. 가능성은 자성 분리기(510, 511) 중 하나로 우회하는 유동의 퍼센트가 이를 통해 통과하여 유동하지 않으면서 자성 분리기의 수리, 교체 또는 재생 목적으로 재순환 슬러리 분배 시스템(500) 내의 총 유동의 0%라는 것이다. 도 6의 형상의 변형은 2개 초과의 자성 분리기를 병렬로 갖는 것이다(예컨대, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 또는 6개 이상). 유동은 두 개의 자성 분리기 형상에 대해 상기 기재된 바와 같은 자성 분리기의 하위세트로 우회하거나, 개별 자성 분리기를 통한 총 유동의 합은 재순환 슬러리 분배 시스템을 통한 총 유동의 합과 같다. 예를 들면, "n"개의 자성 분리기(여기서, n은 1 이상의 정수(i)이다)를 갖는 형상의 경우, Fn은 재순환 슬러리 분배 시스템의 총 유동의 퍼센트이고 다음 수학식 1로 작동한다:
상기 식에서, 100% ≥ Fn ≥ 0%.
도 7은 본 발명의 실시양태에서 사용되는 직렬로 배열된 두 개의 자성 분리기(610, 611)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(600)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(605)에서 이동 와이어쏘(606)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(602)에 의해 유지된 워크피스(604)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(606) 및 워크피스(604) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(607)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 슬러리는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(607)으로부터 분리기 입구(620)를 통해 자성 분리기(610)로 유동하고, 분리기 출구(622)를 통해 자성 분리기(610)를 빠져나온다. 이어서, 분리기 출구(622)로부터 유래되는 방출된 슬러리는 분리기 입구(621)를 통해 자성 분리기(611)로 이송된다. 슬러리는 분리기 출구(623)를 통해 자성 분리기(611)를 빠져나오고, 다시 와이어쏘(606) 및 워크피스(604)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(600)의 재순환 루프를 완료한다.
분리기(610, 611)는 실질적으로 유사한 설계일 수 있거나, 또는 각각의 분리기는 상이한 설계를 가질 수 있다. 예를 들면, 커다란 자성 또는 자성화 불순물의 제거를 위해 와이어쏘 슬러리 배출 영역(607)과 자성 분리기(611) 사이에 위치한 보다 선택적인 자성 분리기(610)를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있고, 이때 자성 분리기(611)는 미세한 자성 또는 자성화 불순물의 제거에 보다 더 선택적일 수 있다. 도 7의 형상의 변형은 2개 초과의 자성 분리기를 직렬로 갖는 것이다(예컨대, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 또는 6개 이상).
도 8은 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(710)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(700)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(705)에서 이동 와이어쏘(706)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(702)에 의해 유지된 워크피스(704)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(706) 및 워크피스(704) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 슬러리 배출 영역(707)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 유동한다. 또한, 재순환 슬러리 분배 시스템(700)은 와이어쏘 슬러리 배출 영역(707)으로부터 유래되는 사용된 슬러리를 수집하기 위해 배치된 수집기(708)를 포함한다. 슬러리는 수집기 출구(709)에서 수집기(708)를 빠져나오고, 다시 와이어쏘(706) 및 워크피스(704)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(700)의 재순환 루프를 완료한다. 자성 분리기(710)는 와이어쏘(706) 및 워크피스(704)로부터 운반되는 슬러리의 적어도 일부가 자성 분리기(710)를 통해 이송되도록 수집기(708)에 침지된다. 자성 분리기는 수집기(708)에 부분적으로 또는 완전히 침지될 수 있다. 자성 분리기는 수집기에서 침지되어 임의의 위치, 예컨대 측면, 상단 또는 바닥으로부터 슬러리를 접촉할 수 있다. 바람직하게는, 자성 분리기는 수집기 출구(709)에 밀접하게 위치한다. 하나 이상의 자성 분리기가 사용될 수 있다. 하나 이상의 자성 분리기는 와이어쏘 절단 장치의 작동 동안 자성 분리기의 수리, 교체 또는 재생 목적으로 제거될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(810)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 장치는 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(800)으로 구성되며, 이는 슬러리 유동 경로를 한정한다. 재순환 슬러리 분배 시스템(800)은 적용 영역(805)에서 이동 와이어쏘(806)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(802)에 의해 유지된 워크피스(804)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(807)에서 와이어쏘(806) 및 워크피스(804) 밖으로 유동한다. 또한, 재순환 슬러리 분배 시스템(800)은 와이어쏘 슬러리 배출 영역(807)으로부터 유래되는 사용된 슬러리를 수집하기 위해 배치된 수집기(808)를 포함한다. 슬러리는 수집기 출구(809)에서 수집기(808)를 빠져나오고, 분리기 입구(820)를 통해 자성 분리기(810)로 유동한다. 슬러리는 분리기 출구(822)를 통해 분리기(810)를 빠져나오고, 탱크 진입부(815)에서 슬러리 탱크(816)로 유동한다. 슬러리는 탱크 배출부(817)를 통해 탱크(816) 밖으로 유동하여 다시 와이어쏘(806) 및 워크피스(804)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(800)의 재순환 루프를 완료한다.
도 10은 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(910)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 장치는 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(900)으로 구성되며, 이는 슬러리 유동 경로를 한정한다. 재순환 슬러리 분배 시스템(900)은 적용 영역(905)에서 이동 와이어쏘(906)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(902)에 의해 유지된 워크피스(904)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(906) 및 워크피스(904) 밖으로 유동하고, 와이어쏘 슬러리 배출 영역(907)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 유동한다. 슬러리는 탱크 진입부(915)에서 슬러리 탱크(916)로 유동한다. 슬러리는 탱크 배출부(917)를 통해 탱크(916) 밖으로 유동하고 다시 와이어쏘(906) 및 워크피스(904)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(900)의 재순환 루프를 완료한다. 자성 분리기는 슬러리의 적어도 일부가 자성 분리기(910)를 통해 통과하도록 슬러리 탱크(916)에 침지된다. 자성 분리기에 대한 입구 및 출구가 여러개 일 수 있다. 자성 분리기의 내부는 자성 분리기에 대한 입구가 탱크 진입부(915)와 동일한 성분이고, 자성 분리기의 출구가 탱크 배출부(917)와 동일한 성분이도록 슬러리 탱크의 전체 내부로 구성될 수 있다.
자성 분리기(910)는 슬러리 탱크(916)에 부분적으로 또는 완전히 침지될 수 있다. 자성 분리기는 슬러리 탱크(916)에서 침지되어 임의의 위치, 예컨대 측면, 상단 또는 바닥으로부터 슬러리를 접촉할 수 있다. 바람직하게는, 자성 분리기는 탱크 진입부(917)에 밀접하게 위치하며, 여기에서 슬러리는 슬러리 탱크(916)로 운반된다. 하나 이상의 자성 분리기가 사용될 수 있다. 하나 이상의 자성 분리기는 와이어쏘 절단 장치의 작동 동안 자성 분리기의 수리, 교체 또는 재생 목적으로 제거될 수 있다.
도 11은 본 발명의 방법에 사용되는 장치의 실시양태를 도시한다. 장치는 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(1000)으로 이루어지고, 이는 슬러리 유동 경로를 한정한다. 재순환 슬러리 분배 시스템(1000)은 적용 영역(1005)에서 이동 와이어쏘(1006)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(1002)에 의해 유지된 워크피스(1004)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(1006) 및 워크피스(1004) 밖으로 유동하고, 와이어쏘 슬러리 배출 영역(1007)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 유동한다. 슬러리는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(1007)으로부터 교환기 입구(1040)를 통해 열 교환기(1030)로 유동한다. 슬러리는 교환기 출구(1042)를 통해 열 교환기(1030) 밖으로 유동하고, 분리기 입구(1020)를 통해 자성 분리기(1010)로 유동한다. 마지막으로, 슬러리는 분리기 출구(1022)로부터 유동하고, 다시 와이어쏘(1006) 및 워크피스(1004)로 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(1000)의 재순환 루프를 완료한다.
도 12는 본 발명의 방법에서 사용되는 와이어쏘 절단 시스템(1100)의 다양한 성분의 개략도를 제공한다. 본 발명에서 이용되는 재순환 슬러리 분배 시스템(1112)은 자성 분리기(1114)를 포함한다. 연마제 슬러리는 와이어쏘 및 워크피스(1116) 상으로 유동하고, 와이어쏘 및 워크피스(1116)로부터 멀리 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(1112)을 사용한 슬러리 재순환 루프를 완료한다. 자성 분리기(1114)는 와이어쏘 장치가 사용중인 동안 수리, 상이한 분리기로의 교환 또는 재생을 위해 제거될 수 있다. 재생은 일반적으로 다음 중 하나 이상의 조합을 포함한다: 수용액을 사용한 자성 분리기의 세척, 자성 분리기의 교반 및/또는 자성 분리기의 소자화. 수리되거나, 교환되거나 재생된 자성 분리기는 이어서 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 동일한 위치에서 재부착될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(1210)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(1200)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(1205)에서 이동 와이어쏘(1206)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(1202)에 의해 유지된 워크피스(1204)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(1206) 및 워크피스(1204) 밖으로 유동하고, 와이어쏘 슬러리 배출 영역(1207)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 유동한다. 슬러리는 탱크 진입부(1215)에서 슬러리 탱크(1216)로 유동한다. 슬러리 탱크(1216)에서 수집된 슬러리의 일부는 분리기 슬러리 루프에 대한 진입부(1260)를 통해 점선에 의해 포위되어 도시된 분리기 슬러리 루프(1250)로 우회하고, 분리기 입구(1220)를 통해 자성 분리기(1210)로 들어가고, 분리기 출구(1222)를 통해 자성 분리기를 빠져나오고, 분리기 슬러리 루프에 대한 배출부(1262)에서 슬러리 탱크로 다시 방출된다. 슬러리는 탱크 배출부(1217)를 통해 탱크(1216) 밖으로 유동하고, 와이어쏘(1206) 및 워크피스(1204)로 다시 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(1200)의 재순환 루프를 완료한다.
재순환 슬러리 분배 시스템 내의 총 유동의 퍼센트로서 자성 분리기(1210)를 통해 이송된 슬러리의 양은 전형적으로 1000% 이하(예컨대, 900% 이하, 800% 이하, 700% 이하, 600% 이하, 500% 이하, 400%이하, 300% 이하, 200% 이하 또는 100% 이하)이다. 재순환 슬러리 분배 시스템(1200) 내의 유동의 총 부피의 퍼센트로서 자성 분리기(1210)를 통해 이송된 슬러리의 양은 전형적으로 0% 이상(예컨대, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 100% 이상, 200% 이상, 300% 이상, 400% 이상, 또는 500% 이상)이다. 우회되는 슬러리 유동의 양은 와이어쏘 절단 공정의 작동 요건에 좌우되고, 절단 공정 동안 우회된 슬러리 유동의 양은 여러번 변화될 수 있다. 예를 들면, 우회된 유동의 양은 자성 또는 자성화 불순물의 제거를 위한 자성 분리기의 효능을 증가시키도록 변화될 수 있다. 또 다른 가능성은 자성 분리기(1210)의 수리, 교체 또는 재생 목적으로 재순환 슬러리 분배 시스템(1200)을 통한 총 슬러리 유동의 0%가 자성 분리기(1210)로 우회되거나, 어떠한 유동도 우회되지 않는다는 것이다. 우회된 슬러리의 양은 임의의 적합한 수단에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면, 우회된 슬러리의 양은 분리기 슬러리 루프에 대한 진입부(1260)와 분리기 입구(1220) 또는 분리기 출구(1222)와 분리기 슬러리 루프에 대한 배출부(1262)에서 또는 그 사이에서, 밸브, 임의의 튜브의 구멍 너비, 펌프 또는 이들의 임의의 조합에 의해 조절될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시양태에서 사용되는 자성 분리기(1310)를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 도시한다. 점선에 의해 포위되어 도시된 재순환 슬러리 분배 시스템(1300)은 슬러리 유동 경로를 한정하고, 적용 영역(1305)에서 이동 와이어쏘(1306)에 연마제 슬러리를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(1302)에 의해 유지된 워크피스(1304)는 절단된다. 슬러리는 와이어쏘(1306) 및 워크피스(1304) 밖으로 유동하고, 와이어쏘 슬러리 배출 영역(1307)에서 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 유동한다. 슬러리는 와이어쏘 슬러리 배출 영역(1307)으로부터 분리기 입구(1320)를 통해 자성 분리기(1310)로 유동한다. 슬러리는 분리기 출구(1322)를 통해 자성 분리기(1310)를 빠져나가고, 탱크 진입부(1315)에서 슬러리 탱크(1316)로 유동한다. 슬러리 탱크(1316)에서 수집된 슬러리의 일부는 열 교환기 슬러리 루프에 대한 진입부(1390)를 통해, 점선에 의해 포위되어 도시된 열 교환기 슬러리 루프(1380)로 우회하고, 교환기 입구(1340)를 통해 열 교환기(1330)로 들어가고, 교환기 출구(1342)를 통해 열 교환기를 빠져나오고, 열 교환기 슬러리 루프에 대한 배출부(1392)에서 슬러리 탱크로 다시 방출된다. 슬러리는 탱크 배출부(1317)를 통해 탱크(1316) 밖으로 유동하고, 와이어쏘(1306) 및 워크피스(1304)로 다시 유동하여 재순환 슬러리 분배 시스템(1300)의 재순환 루프를 완료한다.
Claims (17)
- 연마제 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템으로부터 이동 와이어쏘에 적용하는 단계;
워크피스를 이동 와이어쏘 및 적용된 연마제 슬러리로 절단하는 단계;
연마제 슬러리를 워크피스로부터 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 운반하는 단계;
적어도 일부의 슬러리를 하나 이상의 자성 분리기를 통해 이송하여 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 단계; 및
자성 분리기를 통해 이송된 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 순환으로 다시 방출하는 단계
를 포함하는, 와이어쏘 절단 공정 동안 와이어쏘 절단 슬러리로부터 자성 또는 자성화된 오염물을 제거하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
하나 이상의 자성 분리기가 병렬로 배열된 둘 이상의 자성 분리기를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
하나 이상의 자성 분리기가 직렬로 배열된 둘 이상의 자성 분리기를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이 워크피스로부터 사용된 슬러리를 수집하는 수집기를 포함하고, 자성 분리기가 수집기에 적어도 부분적으로 침지되는 방법. - 제 1 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크를 포함하고, 자성 분리기가 슬러리 탱크에 적어도 부분적으로 침지되는 방법. - 제 1 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이 열 교환기를 포함하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
열 교환기가 사용된 슬러리가 워크피스로부터 운반되는 시스템 내의 지점과 사용된 슬러리가 자성 분리기로 들어가는 지점 사이에 위치하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
워크피스가 규소 잉곳, 폴리규소 잉곳, 갈륨 비소 잉곳, 세라믹 잉곳, 석영 잉곳, 이산화규소 잉곳 및 유리 잉곳으로 이루어진 군 중에서 선택되는 방법. - 제 1 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이 슬러리 탱크, 및 자성 분리기를 통해 슬러리 탱크로부터 슬러리를 다시 슬러리 탱크로 운반하도록 개조된 분리기 슬러리 루프를 포함하는 방법. - 워크피스를 유지하도록 개조된 탑재 및 지지 헤드,
워크피스가 작동시 와이어쏘와의 접촉을 유발할 수 있도록 탑재 및 지지 헤드에 대해 배치된 와이어쏘,
슬러리 유동 경로를 한정하는 재순환 슬러리 분배 시스템으로부터 슬러리를 와이어쏘에 적용하고, 폴리싱 슬러리를 와이어쏘에 전달하도록 배치되고 개조된 적용 영역;
슬러리가 와이어쏘 및 탑재된 워크피스 밖으로 향하고 재순환 슬러리 분배 시스템으로 다시 향하도록 개조된 와이어쏘 슬러리 배출 영역; 및
슬러리로부터 자성 또는 자성화 오염물을 제거하기 위한 하나 이상의 자성 분리기를 포함하는 재순환 분배 시스템
을 포함하고,
이때 자성 분리기가 슬러리의 적어도 일부를 자성 분리기로 수용하도록 개조된 입구 및 정제된 슬러리를 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 순환으로 다시 방출하도록 개조된 출구를 포함하는,
와이어쏘 절단 장치. - 제 10 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이
(a) 와이어쏘 슬러리 배출 영역과 분리기 입구 사이에 배치되고, 슬러리의 적어도 일부가 자성 분리기에 전달되도록 개조된 디버터, 및
(b) 디버터, 자성 분리기의 출구 및 적용 영역 사이에 배치되고, 자성 분리기의 출구로부터 방출된 슬러리와 자성 분리기로 우회되지 않은 슬러리의 일부를 합쳐 접합부와 적용 영역 사이의 재순환 슬러리 분배 시스템 내의 영역에서 다시 순환하도록 개조된 접합부
를 추가로 포함하는, 와이어쏘 절단 장치. - 제 10 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이
(a) 둘 이상의 병렬로 배열된 자성 분리기,
(b) 와이어쏘 슬러리 배출 영역과 자성 분리기의 입구 사이에 배치되고, 와이어쏘 슬러리 배출 영역에서 다시 순환으로 첨가되는 슬러리를 자성 분리기의 입구로 이송하도록 개조된 분할기, 및
(c) 적용 영역과 자성 분리기 출구 사이에 배치되고, 자성 분리기로부터 방출된 정제된 슬러리를 합쳐 재순환 슬러리 분배 시스템 내에서 다시 재순환으로 가도록 개조된 조합기
를 추가로 포함하는 와이어쏘 절단 장치. - 제 10 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이 둘 이상의 직렬로 배열된 자성 분리기를 추가로 포함하는 와이어쏘 절단 장치. - 제 10 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이
(a) 와이어쏘 슬러리 배출 영역으로부터 슬러리를 수집하도록 배치되고 개조된 수집기,
(b) 수집된 슬러리를 슬러리 분배 시스템 내의 순환으로 다시 방출하도록 개조된 수집기 내에 배치된 수집기 출구
를 추가로 포함하고,
자성 분리기가 수집기 내에 적어도 부분적으로 침지되고, 재순환 슬러리 분배 시스템을 통해 유동하는 슬러리의 적어도 일부를 정제하도록 개조된,
와이어쏘 절단 장치. - 제 10 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이
(a) 슬러리용 저장소를 제공하도록 개조된 슬러리 탱크,
(b) 와이어쏘 슬러리 배출 영역과 슬러리 탱크 사이에 배치되고, 슬러리를 슬러리 탱크로 운반하도록 개조된 슬러리 탱크 진입부,
(c) 슬러리 탱크와 적용 영역 사이에 배치되고, 슬러리가 슬러리 탱크로부터 적용 영역으로 유동하도록 개조된 슬러리 탱크 배출부, 분리기 슬러리 루프,
(d) 슬러리 탱크와 분리기 입구 사이에 배치되고, 슬러리를 슬러리 탱크로부터 분리기 슬러리 루프로 우회하도록 개조된 분리기 슬러리 루프에 대한 진입부, 및
(e) 분리기 출구와 슬러리 탱크 사이에 배치되고, 슬러리를 분리기 루프로부터 슬러리 탱크로 다시 방출하도록 개조된 분리기 슬러리 루프에 대한 배출부
를 추가로 포함하는, 와이어쏘 절단 장치. - 제 15 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이
(a) 열 교환기 슬러리 루프,
(b) 열 교환기,
(c) 슬러리를 열 교환기로 운반하도록 배치되고 개조된 교환기 입구,
(d) 슬러리를 열 교환기 밖으로 운반하도록 배치되고 개조된 교환기 출구,
(e) 슬러리 탱크와 교환기 입구 사이에 배치되고, 슬러리 탱크 내의 슬러리 일부를 열 교환기 슬러리 루프로 운반하도록 개조된 열 교환기 슬러리 루프에 대한 진입부, 및
(f) 슬러리 탱크와 교환기 출구 사이에 배치되고, 열 교환기 슬러리 루프 내의 슬러리를 슬러리 탱크로 다시 방출하도록 개조된 열 교환기 슬러리 루프에 대한 배출부
를 추가로 포함하는, 와이어쏘 절단 장치. - 제 15 항에 있어서,
재순환 슬러리 분배 시스템이
(a) 펌프,
(b) 열 교환기,
(c) 슬러리가 슬러리 탱크로부터 펌프로 유동하도록 개조되고 배치된 펌프 입구,
(d) 슬러리가 펌프 밖에서 열 교환기로 유동하도록 개조되고 배치된 펌프 출구,
(e) 슬러리를 펌프로부터 열 교환기로 운반하도록 배치되고 개조된 교환기 입구, 및
(f) 슬러리를 열 교환기 밖에서 적용 영역으로 운반하도록 배치되고 개조된 교환기 출구
를 추가로 포함하는 와이어쏘 절단 장치.
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