WO1990005053A1 - Unite de clivage par abrasion - Google Patents

Abstract

Unité de clivage par abrasion pour la découpe d'un lingot (143) de matériau dur en une pluralité de plaquettes. Cette unité comprend deux cylindres guide-fils (136, 137) identiques, horizontaux, parallèles, disposés en vis-à-vis et tournant en synchronisme, un fil (144) dévidé d'une bobine d'alimentation (139) puis enroulé sous tension autour des guide-fils pour former au moins une nappe de coupe avant d'être repris par une bobine de réception (148), et un actuateur (129) agissant selon un axe vertical (Z) passant par le centre de gravité du lingot (143) pour lever une console (119) supportant ce lingot et l'appliquer contre la nappe de coupe. Plus particulièrement cette unité comprend un bâti (102) monobloc symétrique par rapport au plan vertical médian, orthogonal aux guide-fils, le bâti présentant deux flasques latérales supérieures (111, 112) qui supportent de part et d'autre les guide-fils (136, 137) et comportant en sa partie inférieure des moyens de guidage (123) de la console (119) supportant le lingot (143).

Description

UNITE DE CLIVAGE PAR ABRASION

La présente invention est relative à une unité de clivage par abrasion pour la découpe de lingot en matériau dur. Cette invention concerne plus particulièrement les machines de coupe utilisées dans l'industrie électronique ou photovoltaïque pour découper un l ingot en silicium, germanium ou verre en une multitude de fines plaquettes.

De telles machines comprennent usuellement, au moins deux tambours, également appelés guide-fils, présentant sur leurs surfaces cylindriques une suite de rainures circulaires au pas de découpe souhaité. Ces guide-fils sont disposés dans un plan horizontal, et. ce à partir d'un même plan vertical. Un fil d'acier est enroulé autour de ces guide-fils ce qui crée au moins une nappe de coupe horizontale composée d'une succession de brins de fils d'acier parallèles les uns par rapport aux autres. Ainsi, ce fil peut être mis en mouvement par la rotation des guide-fils. Par ailleurs, la nappe de coupe est mouillée d'un liquide abrasif telles que particules de carbure de silicium suspendues dans de l'eau ou de l'huile. Le lingot à découper est poussé contre la nappe de manière sous-jacente par un plateau. Les particules abrasives entraînées par le liquide lui-même emmené pair le fil provoquent alors un effet de clivage soit de coupe.

Les recherches actuelles tendent à optimiser la qualité de la coupe obtenue avec les contraintes industrielles. Par qualité de coupe, on entend une planêitê rigoureuse et un minimum de contraintes mécaniques induites dans les surfaces. Les considérations industrielles sont par exemple le taux d'usure du fil, la possibilité de récupération de l'abrasif et/ou une forte productivité telles que 2 000 plaquettes par lingots de

80 cm. Cet optimum dépend en fait d'une combinaison de paramètres tel que le diamètre du fil qui est de l'ordre de 0,2 mm, la qualité de l'abrasif , la force d'application du lingot contre la nappe fixée actuellement à environ 50 g/ligne, la vitesse de déplacement du fil établie à environ 3 m/s et la tension imposée au fil dont la valeur préférée est de l'ordre de 2,5 kg (soit 26 N).

Les unités de clivage ou machines de coupe connues actuellement comprennent usuellement un plan vertical frontal duquel émerge orthogonal ement, donc horizontalement vers l'avant, deux ou trois cylindres guide-fils. Sur ce même plan vertical sont par ailleurs disposées en divers endroits une bobine débitrice de fil coupant, une bobine réceptrice et un dispositif de mise sous tension du fil, utilisant par exemple un bras de levier, avant enroulement autour des guide-fils. A titre d'exemple, on peut citer les machines décrites dans les exposés US 3 478 732, US 3 525 324 et FR 2 254 948. Dans ce dernier exemple, le lingot à découper est placé sur un bras 60 émergeant également hors du plan vertical frontal. Ces guide-fils et plateau de support étant ainsi disposés en porte-à-faux, et compte-tenu de l'élasticité inhérante de l'acier les composant, les efforts apparaissant entre la nappe de coupe et le lingot lors du sciage se répercutent dans les guide-fils et bras de support et provoquent nécessairement une déviation de ces éléments respectivement vers la droite ou la gauche selon le sens de déplacement des fils.

Dans les machines décrites dans les exposés FR 2 330 510 et US 4 640 259, l'actuateur déplaçant le plateau supportant le lingot agit selon un axe passant par le centre de gravité de ce lingot. Toutefois, dans ces machines, les moyens de guidage de l'axe vertical de l'actuateur restent encore insuffisant pour éviter toute vibration et/ou flexion de ce bras, donc du plateau lors du sciage.

On comprend aisément, que, de par :

- les fautes graves dans le choix de la technologie du châssis,

- la mauvaise gestion du mouvement et de la tension du fil,

- le système incomplet de déplacement du lingot à scier,

- et la distribution de liquide abrasif mal adaptée, il en résulte au niveau de la qualité de coupe :

- des rayures sur les faces sciées,

- des défauts de paraléllisme entre les faces d'une même pièce,

- des bombés cylindro-coniques des faces sciées,

- des coupes plus larges à l'entrée qu'à la sortie du fil.

ainsi que, au niveau des contraintes industrielles :

- des temps de sciage très longs,

- un faible nombre de pièces découpées simultanément,

- et un coût d'exploitation élevé.

De plus, les unités de clivage connues pèchent également : - par l'absence de dispositif permettant l'orientation précise et nécessaire de l'axe d'un lingot cristallin pour le cliver par abrasion en suivant les plans de cristallisation,

- par l'absence d'analyse précise des forces et des contraintes statiques et dynamiques avant et en cours de sciage permettant d'intégrer ces données dans une procédure chargée dans des moyens électroniques et informatiques gérant automatiquement le mouvement des différents éléments mobiles de l'unité de clivage.

L'objet de cette invention est de résoudre le problème précité en proposant une unité de clivage par abrasion, autrement dit une machine de coupe qui permet, notamment :

- de maintenir les fils en leur position idéale quelles que soient les conditions de charge et ce grâce à une stabilité rigoureuse des guide-fils,

- d'organiser un dispositif de gestion de mouvement du lingot à scier avec 4 degrés de liberté tout en assurant un maintien ferme et précis du lingot en sa position,

- d'enregistrer différents paramètres importants en cours d'opération afin de les gérer et de les réguler par rapport à des points de consigne selon une procédure de coupe propre au lingot. Dans la suite de l'exposé, on entendra par direction "X" celle de l'axe des guide-fils, direction "Y", l'axe horizontal orthogonal à X, et la direction "Z", l'axe vertical. De plus, vis-à-vis d'un observateur se tenant devant la machine, on entendra par "postérieur" une partie de la machine orientée vis-à-vis de l'observateur, par "antérieur" une partie de la machine éloignée de l'observateur, donc vers l'arrière, ainsi que "droit" et "gauche" toujours en référence par rapport à ce même observateur.

Ces buts sont réalisés grâce à une unité de clivage par abrasion pour la découpe d'un lingot de matériau dur en une pluralité de plaquettes qui comprend au moins deux cylindres guide-fils identiques horizontaux parallèles disposés en vis-à-vis et tournant en synchronisme ; un fil dévidé d'une bobine d'alimentation puis enroulé sous tension autour des guide-fils pour former au moins une nappe de coupe avant d'être repris par une bobine de réception et un actuateur agissant selon un axe vertical passant par le centre de gravité du lingot pour lever une console supportant ce lingot qu'il applique contre la nappe de coupe. Plus particulièrement, cette unité de clivage comprend un bâti monobloc symétrique par rapport au plan vertical médian orthogonal aux guide-fils. Ce bâti présente deux flasques latérales supérieures qui supportent de part et d'autre les guidefils. De plus, ce bâti comporte en sa partie inférieure des moyens de guidage de la console supportant le lingot.

De préférence, la console supportant le lingot a une forme d'équerre avec son plan vertical orienté visà-vis du bâti. Alors, les moyens de guidage comprennent sur chaque bord latéral du plan vertical de la console au moins une cage à galets engagés dans un rail de guidage vertical situé en correspondance sur le bâti.

Selon une première variante avantageuse, l'actuateur est. une vis et écrou à billes entraîné par un moteur à courant continu avec codeur incrémental, ce moteur étant contrôlé par des moyens électroniques et informatiques qui gèrent la montée du lingot selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot.

Selon une autre variante avantageuse, l'actuateur est un vérin hydraulique alimenté par une pompe au travers d'un distributeur contrôlé par des moyens électroniques et informatiques qui gèrent la montée du lingot selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot. Selon une autre variante avantageuse, l'actuateur est un vérin à air comprimé avec variateur de pression contrôlé par des moyens électroniques et informatiques qui gèrent la montée du lingot selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot, Utilement, le plan horizontal de la console en êquerre comporte un plateau coulissant parallèlement à l'axe X des guide-fils à l'intérieur d'une rainure ménagée dans le plan horizontal, et ce grâce à des glissières à galets. Le plan horizonal comprend également des moyens mécaniques, électro-techniques ou hydrauliques pour fixer la position du plateau dans le plan horizontal de la console. Ces moyens de fixation de la position du plateau peuvent comprendre une vis engagée au travers de billes dans un orifice taraudé du plateau, laquelle vis est entraînée par un motorêducteur qui est contrôlé par des moyens électroniques et informatiques selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot.

Utilement encore, le plan horizontal de la console en équerre comporte un plateau tournant avec moyens de blocage en position permettant d'ajuster par rotation autour de l'axe vertical Z l'orientation de l'axe du lingot par rapport à l'axe des guide-fils.

Utilement encore, le plan horizontal de la console en équerre comprend un plateau oscillant autour d'un axe horizontal situé sous le lingot dans le plan orthogonal médian à la nappe de coupe et parallèle aux guide-fils, lequel plateau est animé par un motorêducteur lui-même contrôlé par des moyens électroniques et informatiques pour imprimer au plateau des oscillations d'amplitude et de fréquence dépendantes de la procédure de coupe préétablie pour le lingot.

Selon des dispositions avantageuses, l'unité de clivage est complétée par un dispositif d'extraction du lingot découpé comprenant au moins une pince dont les deux branches portent respectivement une coquil le antagoniste de forme identique en portion de cylindre, laquelle pince est déplacée par un automate programmable. Avantageusement encore, les coquilles sont munies sur leurs faces extérieures de broches prévues pour être insérées dans des douilles correspondantes situées au fond d'un bac de lavage afin d'assurer le positionnement et maintien dans ce bac des coquilles immobilisant lors du lavage le lingot découpé. Cette unité peut également être complétée par un dispositif de mise en place initial du fil 144 sur les guide-fils.

Il peut également être utile que la nappe de fil coupant soit imbibée en liqueur abrasive par en dessous grâce à un distributeur longitudinal à niveau constant. Egalement, il peut s'avérer utile que le lingot soit refroidi pendant le clivage par une buse longitudinale soufflant de l'air froid.

En d'autres termes, l'invention est caractérisée par :

- un bâti monobloc en fonte moulée,

- un dispositif de déroulement du fil en amont de la coupe,

- un générateur de contrainte,

- un dispositif d'enroulement du fil en aval de la coupe, - un distributeur de liqueur abrasive de coupe,

- un dispositif d'essuyage du fil,

- un réfrigérant d'air pour refroidir le lingot,

- un système d'extraction du lingot en fin de coupe,

- un système de lavage du lingot en fin de coupe,

- un système de pose des plaquettes sur l'unité de transfert,

- un dispositif de gestion des mouvements du lingot à scier qui comporte 4 degrés de liberté :

> un système de mouvement vertical en Z du lingot,

> un système d'oscillation du lingot sur son axe X,

> un système de translation en X du lingot,

> un système d'orientation autour de Z de l'axe du lingot.

L'invention est décrite ci-après de façon plus détaillée à l'aide d'exemple d'exécution sans caractère limitatif illustrée aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 représente une vue en perspective d'une première forme de réalisation du bâti moulé prévu pour deux guide-fils avec la console de mouvement vertical Z et le plateau de mouvement horizontal X, - la figure 2 est un schéma en perspective du parcours du fil coupant,

- la figure 3 est une vue en perspective détaillée du dispositif de gestion de l'orientation et du mouvement du lingot sur la console,

- les figures 4a et 4b sont respectivement des vues en perspective et par le côté droit du dispositif d'extraction du lingot découpé,

- la figure 5 est une vue en perspective du bac de lavage,

- la figure 6 est une vue en perspective d'une seconde forme de réalisation du bâti moulé prévu pour quatre guide-fils permettant, la découpe de lingot de dimension plus importante, et

- la figure 7 est une vue en perspective du dispositif d'extraction du lingot découpé spécialement conçu pour l'unité de clivage illustrée sur la figure 6.

En référence à la figure 1, le bâti monobloc en fonte GS moulé et stabilisé est conçu pour que les déformations soient très faibles et entièrement localisées dans les plans verticaux contenant l'axe Y, donc normaux aux guide-fils, de telle sorte que les fils conservent rigoureusement leur position selon l'axe X, sensiblement parallèle à l'axe du lingot, durant tout le cycle de clivage quelles que soient les conditions de charge.

Plus particulièrement, le bâti illustré sur la figure 1 comprend d'un seul bloc un socle horizontal 1 d'où partent de la partie antérieure quatre colonnes 2,3,15 et 16. Les colonnes 3 et 15 sont reliées entre elles par un pont 14. Les colonnes 2 et 3 ainsi que 15 et 16 sont respectivement reliées entre elles par deux parois latérales dont leur prolongement 11 et 12 constituent deux flasques latérales. Par flasques, on entend des pièces allant par paire plates et disposées parallèlement servant de support à un axe. La flasque latérale droite 12 présente deux orifices circulaires 5 et 7 alors que sur la portion de flasque latérale gauche 11 n'est représenté que l'orifice circulaire 4 antérieur en correspondance avec l'orifice 5. Dans les orifices 4 et 5 est prévu d'être installé l'axe d'un premier cylindre guide-fil antérieur, l'extrémité droite de l'axe du guide-fil postérieur étant prévue d'être installée dans l'orifice circulaire 7.

Comme on peut aisément le comprendre, le fait que le bâti soit moulé d'un bloc du socle 1 jusqu'aux flasques 11 et 12 assure à l'ensemble une remarquable rigidité notamment selon l'axe Y, c'est-à-dire parallèle aux flasques, qui se trouve justement être l'orientation de l'action et de la réaction entre les guide-fils et le lingot lors du clivage. Cette rigidité est d'une part due au poids donc à l'inertie du bâti monobloc et d'autre part à sa configuration, notamment au doublement des colonnes 2 et 3 ainsi que 16 et 15 le long de chaque côté latéral. En référence à la figure 2, le fil métallique

44 est dévidé d'une bobine d'alimentation 39a sous faible tension. Ce fil passe par le capteur de force 38a puis dans le dispositif d'essuyage 47a avant d'être enroulé autour des deux guide-fils 36 et 37. Le fil 44 quitte les guide-fils pour partir dans le dispositif d'essuyage 47c, puis dans le capteur de force 38c avant d'être repris par une bobine de réception 39c. Des moyens électroniques et informations illustrée schématiquement sur la figure 2 par des parai lêlépidèdes reliés entre eux par des traits discontinus permettent, à partir de mesures de tension effectuées par les capteurs 38a et 38c, de gérer respectivement les motoreducteurs 40a et 40c des bobines d'al imentation et de réception ainsi que les motoreducteurs 50 et 51 actionnant les guide-fils 36 et 37. Par motoreducteurs on entend l'association d'un moteur, de préférence électrique, et d'une boite d'engrenages réduisant la vitesse de rotation de l'arbre de sortie. Selon les programmes chargés dans les moyens informatiques, ceux-ci peuvent par exemple générer une tension prédéterminée dans les fils en contrôlant le débit et la reprise des bobines 39a et 39c telles que décrit plus en détail dans l'exposé FR 2 254 948. Le générateur de tension peut également être formé d'un cylindre non représenté et appuyant avec une pression contrôlée sur la nappe supérieure de fil. Un distributeur de liquide abrasif de coupe 40 se présente sous la forme d'un bac longitudinal évasé vers le haut remplit de liquide alimenté par le bas grâce à une amenée non représentée et ce en quantité juste suffisante pour que ce liquide émerge au dessus des bords antérieur et postérieur sans pour autant déborder. Le distributeur 40 est placé du côté du guide-fil 36 quand le fil est déroulé de la bobine 39a vers la bobine 39c.

Les dispositifs 47a et 47c de nettoyage de fil peuvent utiliser un jet d'air comprimé transversal ou longitudinal au milieu d'un venturi. Ces dispositifs peuvent également comprendre un ou plusieurs galets garnis de feutre et tournant en sens inverse par rapport au sens de déplacement du fil.

Une buse d'air longitudinale non représentée peut être disposée entre les deux guide-fils au milieu des nappes pour souffler en permanence un air froid contre le lingot et ainsi le refroidir. Ce dispositif de refroidissement distinct permet d'éviter l'emploi du liquide abrasif comme fluide de refroidissement, donc d'en minimiser la consommation, réduisant d'autant les coûts d'exploitation de la machine.

Les guide-fils 36 et 37 sont des cylindres métalliques pleins dont la surface extérieure est revêtue d'une couche anti-adhêsive en plastique ou polymère dur tel que celui vendu sous la dénomination VULCOLAN. Dans cette surface extérieure est taillée une suite de rainures circulaires côte-à-côte dont le pas défini l'épaisseur des futures plaquettes. Ces rainures ont, vues en section transversales, une forme en V orientées vers l'intérieur du cylindre. En référence aux figures 1 et 2, on constate que le bâti et le parcours du fil 44 sont rigoureusement symétriques par rapport au plan vertical médian orthogonal aux guide-fils. Cette symétrie permet d'utiliser le fil coupant se déplaçant indifféremment dans un sens ou dans l'autre. En d'autres termes, la bobine 39a devient alternativement la bobine d'alimentation ou de réception et réciproquement pour la bobine 39c. Toutefois, lors de chaque changement de sens de parcours, il convient de déplacer le dispositif d'alimentation en fluide abrasif 40 près du guide-fil 36 ou 37. Cette symétrie dans l'architecture de l'unité de clivage fait que les efforts d'action et de réaction entre le lingot et la nappe de coupe se répartissent tangentiel lement de manière égale entre les flasques 11 et 12.

Le dispositif de gestion de mouvement du lingot à scier gère quatre mouvements pouvant être liés entre eux par des fonctions mathématiques dans les moyens informatiques et actionnés séparément ou en synchronisme par les moyens électroniques et électro-techniques pour générer des faces de coupe particulières. Ce dispositif de gestion de mouvement du lingot comporte :

1. le mouvement suivant l'axe vertical Z en montée et en descente,

2. le mouvement longitudinal du lingot suivant l'axe des

X parallèle aux guide-fils,

3. la rotation du lingot autour d'un axe sous-jacent parallèle à l'axe des X pour oscillations,

4. la rotation autour de l'axe vertical Z pour orientation de l'axe du lingot à scier par rapport à celui des guide-fils.

En référence à la figure 1, le dispositif de mouvement de montée et descente verticales selon l'axe Z comprend une console 19 dont la face verticale 17 est montée sur le bâti par deux glissières à galets à montage précontraint sans jeu. Les cages 21a, 21b et 22a (22b non visible) des glissières sont solidaires des bords latéraux de la face verticale 17 et ces cages coulissent sur des rails de guidage 23 et 24 solidaires des colonnes et 2 et 16 du bâti. Le déplacement vertical de la console

19 est réalisé grâce à un dispositif de vis et écrous à billes 29 actionnés par un moteur à codeur incrémental 28 implanté verticalement entre le socle 1 du bâti et le dessous de la face horizontale 18 de la console suivant un axe vertical passant Z par le centre de gravité du lingot. Cette force de montée est mesurée en continu par les moyens électroniques et informatiques pour être éventuellement régulée par rapport à un point de consigne qui peut être fixe ou qui peut varier suivant une fonction mathématique exploitée par les moyens informatiques.

Cette forme en équerre de la console 19 avec son plan horizontal 18 et son plan vertical 17 fait qu'il est possible de maintenir le plateau 18 rigoureusement horizontal par un assujettissement efficace de la face verticale 17 contre et parallèle à celle du bâti matérial isé par les colonnes 2 et 16. Cet assujettissement comprend sur la gauche un rail de guidage 23 solidaire de la colonne 2 et sur la droite un rail de guidage 24 solidaire de la colonne 16. La face verticale 17 comprend en son bord latéral gauche une cage à galets supérieure 21a et une seconde inférieure 21b et en son bord latéral droit de manière identique une cage à galets supérieure 22a et une cage inférieure non représentée. Lorsque ces cages à galets sont engagées dans le rail du bâti correspondant, cet assujettissement autorise seulement une translation verticale mais empêche toute déviation notamment par coincement en rotation autour de l'axe Y orthogonal ou par basculement du plateau vers l'avant soit une rotation autour du bord inférieur du plan 17. De plus, les épaisseurs des plans

18 et 17 sont calculées de telle sorte que le centre de gravité de cette console 19 se situe dans le plan horizontal 18 en un point par lequel passe l'axe vertical d'action de l'actuateur 29 et où sera également disposé le lingot à découper. De cette manière, l'actuateur 29 supporte entièrement le poids de la console et aucune force d'arrachement n'apparaît au niveau des cages à galets 21 et 22.

Bien entendu, l'actuateur 29 peut également être un vérin hydraulique alimenté par une pompe au travers d'un distributeur ou un vérin à air comprimé avec variateur de pression, ces organes de commande étant en tous les cas contrôlés par des moyens électroniques et informatiques.

En référence à la figure 3, le dispositif de mouvement longitudinal parallèlement à l'axe X des guide- fils est réalisé grâce à un plateau 26 coulissant à l'intérieur d'une rainure ménagée dans le plan horizontal 18. De préférence, ce coulissement du plateau 26 est réalisé grâce à des glissières à galets intercalées entre ce plateau et la console. Le mouvement de translation est produit par une vis et êcrou à bil les à montage précontraint sans jeu entraîné par un motoréducteur 27. De faible amplitude, ce mouvement suivant l'axe des X a pour fonction d'une part d'ajuster si nécessaire la position longitudinale du lingot et d'autre part d'effectuer en fin de clivage une découpe latérale pour séparer le lingot feuilleté de son support. Bien entendu, de tels mouvements imprimés par le motoréducteur 27 sont contrôlés par les moyens électroniques et informatiques selon la procédure propre au lingot. Sur le plateau 26 décrit précédemment est. installé un second dispositif d'oscillation permettant de donner au lingot un déplacement rotatoire centré sur un axe horizonal situé sous le lingot dans le plan orthogonal médian de la nappe de coupe. Ce dispositif comprend une première plaque 30 dont la surface supérieure est bombée en portion de cylindre convexe, sur lequel est disposée une seconde plaque 31 dans la face inférieure est convexe complémentaire à celle supérieure de la plaque 30. Cette plaque 31 peut être déplacée grâce à un motoréducteur 42 d'avant en arrière selon l'arc de cercle de la jointure cylindrique. Ce dispositif peut être mis à profit pour faire osciller le lingot 43 d'avant en arrière avec une amplitude et une fréquence prédéterminées permettant de contrôler l'arc de contact en le fil et le lingot et réaliser en même temps une rectification fine des faces des pièces du fait que ces fils effectuent un sciage croisé pendant cette oscillation. Toujours en référence à la figure 3, le dispositif de gestion du mouvement du bloc comprend, par dessus les éléments décrits précédemment, un dispositif d'orientation de l'axe longitudinal du lingot par rapport à l'axe des guide-fils et ce par une rotation plus ou moins importante autour de l'axe vertical Z. Ce dispositif comprend une embase 32 avec en son centre un pivot pénétrant dans un orifice circulaire ménagé en correspondance dans la face inférieure du plateau pivotant 33. Ce dispositif est également muni de moyens de mesure angulaire ainsi que moyens de blocage en sa nouvelle position du plateau pivotant 33 sur l'embase 32. Cette possibilité d'orientation de l'axe du lingot par rapport à celui des guide-fils est nécessaire pour rendre co-planaire le plan de cristallisation du lingot et celui vertical de découpe par la nappe.

En référence aux figures 4, l'unité de clivage est également complétée d'un dispositif d'extraction du lingot découpé. Ce dispositif comprend deux coquilles antagonistes 70,73 ayant une forme en portion de cylindre de diamètre identique à celui du lingot à retier. La coquille antérieure 70 est tenue par deux bras 68 et 79 à un tube 61 mobile en rotation autour d'un axe 66. La coquille postérieure 73 est tenue sur la droite par un bras 77 à un cylindre 63 situé par dessus le tube 61 et sur la gauche par un bras 84 à un cylindre 65 également situé par dessus le tube 61. Ces tubes 63 et 65 sont seulement mobiles en rotation par rapport au tube 61. Sur le côté gauche, une goupille 83 orthogonale et solidaire de l'axe 66 traverse respectivement des rainures hélicoïdales 64 du tube 61 et 82 du cylindre 65. De même du côté droit, une goupille 81 orthogonale et solidaire de l'axe 66 traverse respectivement une rainure hélicoïdale 62 du tube 61 et une raimure hélicoïdale 80 du cylindre 63. Ainsi, lorsque l'axe 66 est déplacé en translation par le motoréducteur 60, le tube 61 et les cylindres 63,65 étant empêchés en ce mouvement de translation par des moyens non représentés, le déplacement respectif des goupilles 81 et. 83 dans les rainures forcent l'écartement ou le rapprochement des coquilles 70,73 antagonistes. Ainsi, il est possible de contrôler à volonté la prise ou le relâchement du lingot 43 par ce dispositif d'extraction. Deux patins d'extrémité 67 et 78 permettent de déplacer cet ensemble par des rails non illustrés. La face externe des coquilles 70 et 73 est également munie de broches orientées vers le bas 71a, b et c. En relation avec des douilles 91 situées au fond d'un bac de lavage 90 tel qu'illustré sur la figure 5, ces broches permettent le maintien en position de ces coquilles 70,73 contenant le lingot découpé au fond du bac de lavage une fois que les bras 68,77,79 et 84 sont désolidarisés des coquilles. Il est alors possible d'effectuer un lavage du lingot découpé c'est-à-dire de retirer entre les plaquettes les résidus pâteux apparus lors du sciage. Dans ce bac 90, le solvant de lavage peut être mis en circulation par une pompe en partant du haut du lingot maintenant feuilleté, ce solvant entraînant par ruissellement le mélange de sciure et de produit abrasif qui se dépose au fond du bac 90 où le solvant est repris par la pompe de circulation. Cette unité de lavage peut être par ailleurs pourvue d'un autre automate de manipulation prélevant dans le bac les plaquettes nettoyées une par une et les posant sur un tapis de transfert pour traitements successifs.

La figure 6 illustre une machine-outil réalisée selon l'invention et prévue pour la découpe de lingot 143 important, c'est-à-dire une longueur de l'ordre de 800 mm pour un diamètre de 200 mm. Dans de tels lingots il est possible de découper simultanément environ 2 000 plaquettes. Toutefois, on comprendra aisément que les forces d'action et de réaction entre la nappe de coupe et le lingot sont sensiblement augmentées. De plus, pour ménager un espace suffisant au lingot lors de l'opération de sciage, il convient de prévoir quatre guide-fils

136,137,138 et 139 autour desquels est enroulé le fil coupant 144. Le bâti monobloc de cette machine comprend un socle 101, deux parois latérales 102 confortées en haut par deux traverses 114 et 115 et présentant respectivement deux flasques latérales 111 et 112. Dans la f lasque latérale gauche 111 sont ménagés les ouvertures prévues pour les axes de guide-fils

104,106,108 et 110 et dans la flasque droite 112 les orifices d'axe de guide-fils 103,105,107 et 109.

Le fil coupant quitte une bobine d'alimentation 139 pour d'abord passer dans un dispositif d'amortissement de tension 146 avant de pénétrer à l'intérieur du bâti où il est mis sous tension avant d'être enroulé autour des guide-fils. On retrouve un dispositif similaire du côté droit de la machine jusqu'à la bobine réceptrice 148. Comme précédemment, la face frontale du bâti est complétée de part et d'autre par deux rails 123 et 124. La console 119 en forme d'équerre comprend comme précédemment un plan horizontal 118 et un plan vertical 117 maintenus contre les rails de guidage 123 et 124 par des cages à galets dont seulement celles du côté gauche 121 sont, visibles. Cette console 119 est déplacée verticalement par l'actuateur sous-jacent 129.

Compte-tenu des dimensions de cette machine de coupe, il peut s'avérer utile de prévoir également un dispositif de mise en place initial du fil coupant sur les guide-fils dont seule la partie supérieure 160 est illustrée pour une meil leure clarté de la figure. Ce dispositif peut comprendre un rail de forme générale carrée aux angles arrondis sur la face intérieure duquel tourne un chariot. Ce rail sensiblement carré est disposé perpendiculairement autour des guide-fils et il est déplacé en translation le long de ces guide-fils par dess moyens non illustrés. Soit le chariot porte une bobine de fil qu'elle dévide, soit il tient seulement l'extrémité du fil et l'on doit faire tourner les guide-fils en cours d'installation pour dévider directement la bobine 139. Sur la figure 7 est illustré le dispositif d'extraction du lingot 143 découpé spécialement prévu pour la machine illustrée sur la figure 6. Ce dispositif comprend un automate monté sur une traverse 198 venant sur le dessus du bâti, cet automate comprenant des moyens 194 pour le mouvement vertical, des moyens 192 pour une translation selon l'axe X et un bras 190 pouvant tourner autour de l'axe V. A l'extrémité de ce bras 190 est situé un dispositif à pince 161 dont chaque branche porte respectivement une coquille en forme de portion de cylindre 170 et 173 appréhendant le lingot. Des moyens permettent de tourner cette pince autour de l'axe W. Comme précédemment, ces coquilles 170 et 173 disposent de moyens telles que des broches permettant de les fixer solidement au fond du bac de lavage. Compte-tenu des dimensions et de la géométrie de ce bâti, il est possible d'effectuer la découpe simultanée de nombreuses plaquettes dans un seul lingot et ce sans aucune vibration ni déflexion assurant une qualité appréciée pour les plaquettes résultantes notamment en planêité et absence de contraintes mécaniques induites. La gestion de cette machine par des moyens électroniques et informatiques permet de suivre à tout moment le bon déroulement de l'opération de sciage et ce avec un personnel réduit. Son rendement important en font également une machine appréciée d'un point de vu économique. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à cette unité de clivage dans le cadre de cette invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Unité de clivage par abrasion pour la découpe d'un lingot (143) de matériau dur en une pluralité de plaquettes comprenant au moins deux cylindres guide-fils (136,137) identiques, horizontaux, parallèles, disposés en vis-à-vis et tournant en synchronisme, un fil (144) dévidé d'une bobine d'alimentation (139) puis enroulé sous tension autour des guide-fils pour former au moins une nappe de coupe avant d'être repris par une bobine de réception (148), et un actuateur (129) agissant selon un axe vertical (Z) passant par le centre de gravité du lingot (143) pour lever une console (119) supportant ce lingot et l'appliquer contre la nappe de coupe caractérisée en ce qu'elle comprend un bâti (102) monobloc symétrique par rapport au plan vertical médian, orthogonal aux guide-fils, le bâti présentant deux flasques latérales supérieures (111,112) qui supportent de part et d'autre les guide-fils (136,137) et comportant en sa partie inférieure des moyens de guidage (123) de la console (119) supportant le lingot (143).

2. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la console (119) supportant le lingot (143) a une forme d'équerre ayant son plan vertical (117) orienté vis-à-vis du bâti, et en ce que les moyens de guidage comprennent sur chaque bord latéral du plan vertical (117) de la console (119) au moins une cage à galets (121) engagés dans un rail de guidage (123) vertical situé en correspondance sur le bâti.

3. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actuateur (129) consiste en une vis et écrou à billes entraîné par un moteur à courant continu avec codeur incrémental, ce moteur étant contrôlé par des moyens électroniques et informatiques qui gèrent la montée du lingot selon une procédure de coupe de lingot préétablie pour le lingot.

4. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actuateur (129) consiste en un vérin hydraulique alimenté par une pompe au travers d'un distributeur contrôlé par des moyens électroniques et informatiques qui gèrent la montée du lingot selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot.

5. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actuateur (129) consiste en un vérin à air comprimé avec variateur de pression contrôlé par des moyens électroniques et informatiques qui gèrent la montée du lingot selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot.

6. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan horizontal (18) de la console en êquerre (19) comporte un plateau (26) coulissant paral lèlement à l'axe des guide-fils à l'intérieur d'une rainure ménagée dans le plan horizontal (18), et ceci grâce à des glissières à galets, ainsi que des moyens mécaniques, électro-techniques ou hydrauliques pour fixer la position du plateau (26) dans le plan horizontal (18) de la console.

7. Unité de clivage selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens pour fixer la position du plateau (26) dans le plan horizontal (18) de la console (19) comprennent une vis engagée au travers de billes dans un orifice taraudé du plateau (26) et entraînée par un motoréducteur (27) qui est contrôlé par des moyens électroniques et informatiques selon une procédure de coupe préétablie pour le lingot.

8. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan horizontal (18) de la console en êquerre (19) comporte un plateau tournant (32,33) avec moyens de blocage en position permettant d'ajuster par rotation autour de l'axe vertical (Z) l'orientation de l'axe du lingot par rapport à l'axe des guide-fils.

9. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan horizontal (18) de la console en êquerre (19) comprend un plateau oscillant (30,31) autour d'un axe horizontal situé sous le lingot dans le plan médian orthogonal à la nappe de coupe et parallèle aux guide-fils, lequel plateau est animé par un motoréducteur (42) lui-même contrôlé par des moyens électroniques et informatiques pour imprimer au plateau (30,31) des oscillations d'amplitude et de fréquence dépendantes de la procédure de coupe préétablie pour le lingot.

10. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est complétée par un dispositif d'extraction du lingot découpé comprenant au moins une pince (161,61/68/84) dont les deux branches portent respectivement une coquil le antagoniste (70/73,170/173) de forme identique en portion de cylindre, laquelle pince est déplacée par un automate programmable (190/192/194/198).

11. Unité de clivage selon la revendication 10, caractérisée en ce que les coquilles (70/73,170/173) sont munies sur leurs faces extérieures de broches (71) prévues pour être insérées dans des douil les (91) correspondantes situées au fond d'un bac de lavage (90) afin d'assurer le positionnement et maintien dans ce bac des. coquilles (70/73,170/173) immobilisant lors du lavage le lingot (43) découpé.

12. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe de fil coupant (44) est imbibée en liqueur abrasive par en dessous grâce à un distributeur (40) longitudinal à niveau constant.

13. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le lingot (43) est refroidi pendant le clivage par une buse longitudinale soufflant de l'air froid.

14. Unité de clivage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'el le est complétée par un dispositif (160) de mise en place initial du fil 144 sur les guide-fils.