WO2009018673A1 - Dispositif de recuperation et d'elimination d'un fil metallique - Google Patents

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WO2009018673A1
WO2009018673A1 PCT/CH2008/000335 CH2008000335W WO2009018673A1 WO 2009018673 A1 WO2009018673 A1 WO 2009018673A1 CH 2008000335 W CH2008000335 W CH 2008000335W WO 2009018673 A1 WO2009018673 A1 WO 2009018673A1
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recovering
rollers
wire according
tube
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PCT/CH2008/000335
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Michel Cherix
Olivier Rossi
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Plumettaz Sa
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B23H7/08—Wire electrodes
    • B23H7/10—Supporting, winding or electrical connection of wire-electrode
    • B23H7/108—Used wire disposal devices

Definitions

  • the present invention relates to a device, arranged after a known machining device using a metal cutting wire, responsible for recovering said wire and removing it.
  • machining devices including devices for sawing silicon rods consisting of four rollers arranged parallel to the four corners of a parallelogram, on which circulates a steel wire of small diameter, the wire forming a plurality of parallel turns, slightly spaced.
  • the wire comes from a coil capable of delivering a great length of the order of 800 km of said wire.
  • Silicon rods are moved on one of the webs of yarn between two rolls to be sawn into a plurality of thin wafers or wafers.
  • the steel wire with a diameter of the order of 0.1 to 0.15 mm is driven at a speed of about 20 m / s on the rollers.
  • An abrasive, in liquid or powder form is generally introduced just before the sawing operation.
  • Such devices are used in particular for the manufacture of silicon substrate for solar cells.
  • the wire After circulating on the rollers and sawing a plurality of platelets, the wire is recovered on a recovery coil for disposal.
  • This way of recovering the wire has many disadvantages. First of all, it is usually necessary to stop the system when the recovery coil is full in order to change the coil, which leads to a decrease in the efficiency of the system, on the other hand it is necessary to stop the recovery coil full, then accelerate a new empty recovery coil, resulting in energy losses and strong inertia to dominate.
  • the machining operation using the wire can be done in a clean room or a gray room, it can be advantageous if the wire recovery operation takes place at a location relatively far from the machining location to avoid pollution.
  • An object of the invention consists in proposing a device for recovering a wire after this wire has carried out a machining operation, in particular a sawing operation, this wire not being recovered on a reel thus making it possible to to overcome the known drawbacks of the devices of the prior art.
  • Another object of the invention is to propose a device for recovering a wire after this wire has carried out a machining operation, the parameters of speed and tensile force of the wire being controlled in said device.
  • a recovery device according to the invention is described in claim 1, particular embodiments and alternative embodiments being described in the dependent claims.
  • FIG. 1 is a schematic view of a wire recovery and removal device according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a more detailed view of the wire drive device
  • FIG. 3 shows a detail of a variant of a training device
  • FIG. 4 is a schematic view of an alternative embodiment of the wire removal device
  • FIG. 5 is a schematic view of another alternative embodiment of the wire removal device
  • FIG. 6 is a schematic view showing yet another alternative embodiment of the wire removal device
  • Figure 7 is a schematic view showing yet another alternative embodiment of the wire removal device.
  • FIG. 1 diagrammatically shows a machining device represented by the block 2 using a wire 1 supplied by the coil 20.
  • the machining device can be of any type, using a wire 1, as for example example a sawing device of silicon bars as described above.
  • the recovery device 3 comprises a driving device, comprising two drive rollers 30 and 31, the roller 30 being the driving roller driven by a motor 32, while the roller 31 is a driven roller.
  • the construction details of the rollers 30 and 31 are described below with reference to FIG. 2.
  • An electronic control device 33 slaves the motor 32 to the machining device 2, so that the wire 10 at the output of the device machining is driven according to a determined constant speed and according to a determined constant tensile force.
  • a guiding device 34 may be provided to guide the wire 10 to the inlet of the rollers 30, 31.
  • the wire 1 is generally covered with an abrasive layer before being used for sawing the bars.
  • an abrasive removal device may be provided, such as an air jet blowing on the wire 10 at the output of the machining device 2, the abrasive being able to be recovered in a tray 36.
  • the recovery device 3 is followed by an elimination device
  • an elimination tube 40 having a pressurized fluid inlet 41, for example air or other pressurized gas, for intercepting the wire 10 'just after it has passed through the rollers 30 and 31 and dragging it in the tube 40 to an elimination tank 42.
  • a pressurized fluid inlet 41 for example air or other pressurized gas
  • the tube 40 has a sufficient length, a few tens or hundreds of meters, so as to completely separate the elimination zone comprising the disposal tank 42 of the production area comprising the machining device 2.
  • FIG. 2 shows the detail of the drive device comprising the rollers 30 and 31, as well as the motor 32 controlled in constant torque and variable speed rotation by the electronic device 33.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the drive device including a torque limiter 60 disposed between the motor 32 and the driven roller 30.
  • the torque limiter 60 is preferably an adjustable magnetic limiter.
  • each of the rollers 30 and 31 may comprise a peripheral surface 300, respectively 310 grooved or grooved, so that the wire 10 is driven according to a traction force of constant values, by controlling its sliding.
  • the wire 10 'at the exit of the rollers 30 and 31 is certainly deformed, because of the action of the striations or grooves of the peripheral surfaces 300, 310, this being of no importance.
  • the transverse relative movement of the wire 10 'relative to the rollers 30 and 31 may be a continuous movement or a sequential movement, controlled, as mentioned above, either by the guiding device 34 or by the control unit 37, depending on whether the displacement is imposed on the wire 10 'or the rollers 30 and 31.
  • the means allowing one or the other of these displacements are generally known in the art and will not be described more precisely here.
  • each roll 30, 31 is provided with a bandage 301, 311 easily and quickly removable and exchangeable and that taking advantage of a stop of the machine is exchanged worn bandages for new bandages.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device for eliminating the wire 10 "through which the wire 10", at the outlet of the elimination tube 40, falls directly into an elimination tank 42 in which it piles up in bulk.
  • FIG. 4 shows another alternative embodiment of the device for eliminating the wire 10 ", in which a shaping device 43 is placed at the outlet of the tube 40, so that the wire 10" is placed in the form of eight as shown, or in the form of a spiral or in any other suitable form, in the disposal bin 42 to save space and possibly allow its recovery.
  • FIG. 5 Another alternative embodiment is still shown in FIG. 5, comprising a unit 44 at the outlet of the tube 40, able to cut the wire 10 "into sections of determined length, so as to save more space in the tray. elimination 42.
  • FIG. 7 shows another variant in which the wire 10 "at the outlet of the tube 40 is melted directly by a thermal unit 46, for example a high frequency inductor, and is eliminated in the form of ingots 11.
  • a thermal unit 46 for example a high frequency inductor
  • the device for recovering and eliminating a wire makes it possible to recover and eliminate this wire in a reliable and economical manner, not requiring subsequent operations of handling and emptying of coils and imposing no constraint to the machining operations themselves.
  • Such a device has been described for a sawing operation of silicon bars, but it can be adapted to any machining operation using a wire to be subsequently removed.

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Abstract

Le dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique permet, après que le fil métallique (10) ait passé par une opération d'usinage (2) utilisant ledit fil, de récupérer et d'éliminer ce fil sans interférence avec les opérations d'usinage, de manière fiable, économique et sans qu'il soit nécessaire de manipuler des bobines de fil. Divers procédés d'élimination du fil sont décrits.

Description

Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique.
La présente invention concerne un dispositif, disposés après un dispositif d'usinage connu utilisant un fil de coupe métallique, chargé de récupérer ledit fil métallique et de l'éliminer.
On connaît des dispositifs d'usinage, notamment des dispositifs de sciage de barres de silicium constitués de quatre rouleaux disposés parallèlement aux quatre coins d'un parallélogramme, sur lesquels circule un fil métallique en acier de faible diamètre, Ie fil métallique formant une pluralité de spires parallèles, faiblement espacées. Le fil métallique provient d'une bobine apte à délivrer une grande longueur de l'ordre de 800 km dudit fil. Des barres de silicium sont déplacées sur l'une des nappes de fil entre deux rouleaux pour être sciées en une pluralité de plaquettes minces ou wafers. Pour ceci, le fil d'acier d'un diamètre de l'ordre de 0.1 à 0.15 mm est entraîné à une vitesse de l'ordre de 20 m/s sur les rouleaux. Un abrasif, sous forme liquide ou de poudre est généralement introduit juste avant l'opération de sciage. De tels dispositifs sont utilisés notamment pour la fabrication de substrat de silicium pour des cellules solaires.
Après avoir circulé sur les rouleaux et scié une pluralité de plaquettes, le fil métallique est récupéré sur une bobine de récupération pour être éliminé. Cette manière de récupérer le fil comprend de nombreux inconvénients. Tout d'abord, il est généralement nécessaire de stopper le système lorsque la bobine de récupération est pleine afin de changer de bobine, ce qui amène à une diminution de rendement du système, d'autre part il est nécessaire de stopper la bobine de récupération pleine, puis d'accélérer une nouvelle bobine de récupération vide, d'où des pertes d'énergie et de fortes inerties à dominer.
Vu que l'opération d'usinage utilisant le fil métallique peut se faire dans une salle blanche ou une salle grise, il peut être avantageux que l'opération de récupération du fil ait lieu en un endroit relativement éloigné du lieu d'usinage afin d'éviter les pollutions.
Un but de l'invention consiste à proposer un dispositif de récupération d'un fil métallique après que ce fil ait procédé à une opération d'usinage, notamment une opération de sciage, ce fil n'étant pas récupéré sur une bobine permettant ainsi de s'affranchir des inconvénients connus des dispositifs de l'art antérieur.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de récupération d'un fil métallique après que ce fil ait procédé à une opération d'usinage, les paramètres de vitesse et de force de traction du fil métallique étant contrôlés dans ledit dispositif.
Un dispositif de récupération selon l'invention est décrit à la revendication 1 , des formes d'exécution particulières et variantes d'exécution étant décrites dans les revendications dépendantes.
L'invention est plus particulièrement compréhensible à la lecture de la description qui suit, cette description étant à considérer en regard du dessin annexé comportant les figures où :
la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de récupération et d'élimination de fil selon une forme d'exécution particulière de l'invention,
la figure 2 est une vue plus détaillée du dispositif d'entraînement de fil,
la figure 3 montre un détail d'une variante de dispositif d'entraînement,
la figure 4 est une vue schématique d'une variante d'exécution du dispositif d'élimination du fil,
la figure 5 est une vue schématique d'une autre variante d'exécution du dispositif d'élimination du fil, la figure 6 est une vue schématique montrant encore une autre variante d'exécution du dispositif d'élimination du fil, et
la figure 7 est une vue schématique montrant encore une autre variante d'exécution du dispositif d'élimination du fil.
Sur la figure 1 on distingue schématiquement un dispositif d'usinage représenté par le bloc 2 utilisant un fil métallique 1 fourni par la bobine 20. Le dispositif d'usinage peut être de n'importe quel type, utilisant un fil métallique 1 , comme par exemple un dispositif de sciage de barres de silicium comme décrit précédemment.
A la sortie du dispositif d'usinage 2, on doit récupérer un fil métallique 10, à haute vitesse, par exemple de l'ordre de 20 m/s, en lui appliquant une force de traction constante, par exemple 30 N.
Pour ceci on va disposer d'un dispositif de récupération et d'élimination selon l'invention tel que décrit ci-dessous.
Le dispositif de récupération 3 comprend un dispositif d'entraînement, comportant deux rouleaux d'entraînement 30 et 31 , le rouleau 30 étant le rouleau menant entraîné par un moteur 32, alors que le rouleau 31 est un rouleau mené. Les détails de construction des rouleaux 30 et 31 sont décrits plus bas en regard de la figure 2. Un dispositif électronique de commande 33 asservit le moteur 32 au dispositif d'usinage 2, de manière à ce que le fil 10 à la sortie du dispositif d'usinage soit entraîné selon une vitesse constante déterminée et selon une force de traction constante déterminée.
Un dispositif de guidage 34 peut être prévu afin de guider le fil 10 à l'entrée des rouleaux 30, 31. Comme mentionné précédemment, le fil métallique 1 est généralement recouvert d'une couche abrasive avant d'être utilisé pour le sciage des barres de silicium dans le dispositif d'usinage 2. Dans ce cas, il est donc avantageux de récupérer l'abrasif, ou au moins une portion importante de celui-ci avant que le fil 10 ne passe par les rouleaux 30 et 31 , ceci afin de diminuer au maximum l'usure desdits rouleaux. Pour ceci, on peut prévoir un dispositif d'élimination d'abrasif, comme par exemple un jet d'air 35 soufflant sur le fil 10 à la sortie du dispositif d'usinage 2, l'abrasif pouvant être récupéré dans un bac 36.
Le dispositif de récupération 3 est suivi d'un dispositif d'élimination
4 comprenant tout d'abord un tube d'élimination 40 comportant une admission de fluide sous pression 41 , par exemple de l'air ou un autre gaz sous pression, permettant d'intercepter le fil 10' juste après son passage par les rouleaux 30 et 31 et de le transporter par traînée dans le tube 40 jusque vers un bac d'élimination 42. De préférence le tube 40 a une longueur suffisante, quelques dizaines ou quelques centaines de mètres, de manière à complètement séparer la zone d'élimination comportant le bac d'élimination 42 de la zone de production comportant le dispositif d'usinage 2.
La figure 2 montre le détail du dispositif d'entraînement comportant les rouleaux 30 et 31 , ainsi que le moteur 32 commandé en rotation à couple constant et vitesse variable par le dispositif électronique 33.
La figure 3 montre une variante d'exécution du dispositif d'entraînement comprenant un limiteur de couple 60 disposé entre le moteur 32 et le rouleau entraîné 30. Le limiteur de couple 60 est de préférence un limiteur magnétique réglable.
Revenant à la figure 2, on voit que chacun des rouleaux 30 et 31 peut comprendre une surface périphérique 300, respectivement 310 striée ou rainurée, de manière à ce que le fil 10 soit entraîné selon une force de traction de valeurs constantes, en contrôlant son glissement. Le fil 10' à la sortie des rouleaux 30 et 31 est certainement déformé, de par l'action des striures ou rainures des surfaces périphériques 300, 310, ceci étant sans importance.
On a vu sur la figure 1 que l'on cherchait à éliminer le maximum d'abrasif du fil 10' avant que celui-ci ne soit entraîné par les rouleaux 30 et 31. Vu que tout l'abrasif ne peut certainement pas être éliminé, les rouleaux 30 et 31 sont soumis à une forte usure à cause de ce reste d'abrasif. Afin de répartir cette usure sur les rouleaux 30 et 31 , de manière à garantir un entraînement uniforme du fil 10', un mouvement relatif transversal du fil 10' relativement aux rouleaux 30 et 31 peut être imposé. Ce mouvement transversal, schématisé par les flèches A et B sur la figure 2, est produit soit par un déplacement du fil 10', imposé par le dispositif de guidage 34, ce déplacement étant schématisé par les flèches C et D, les rouleaux 30 et 31 étant alors fixes axialement, soit alors par un déplacement axial des rouleaux 30 et 31 , ce déplacement étant schématisé par les flèches E et F et commandé par une unité 37 de commande de déplacement axial des rouleaux 30 et 31 , le fil 10' restant alors fixe transversalement.
Le mouvement relatif transversal du fil 10' relativement aux rouleaux 30 et 31 peut être un mouvement continu ou un mouvement séquentiel, commandé, comme mentionné plus haut, soit par le dispositif de guidage 34, soit par l'unité de commande 37, selon que le déplacement est imposé au fil 10' ou aux rouleaux 30 et 31. Les moyens permettant l'un ou l'autre de ces déplacements sont généralement connus de la technique et ne seront pas décrits plus précisément ici.
En variante, on peut prévoir que chaque rouleau 30, 31 soit muni d'un bandage 301 , 311 facilement et rapidement démontable et échangeable et que profitant d'un arrêt de la machine on échange les bandages usés contre des bandages neufs.
Sur la figure 1 on voit une première variante d'exécution du dispositif d'élimination du fil 10" par laquelle le fil 10", à la sortie du tube d'élimination 40, tombe directement dans un bac d'élimination 42 dans lequel il s'entasse en vrac.
La figure 4 montre une autre variante d'exécution du dispositif d'élimination du fil 10", dans laquelle on dispose un dispositif de mise en forme 43 à la sortie du tube 40, de manière à ce que le fil 10" soit placé en forme de huit comme représenté, ou en forme de spire ou selon toute autre forme adéquate, dans le bac d'élimination 42 afin de gagner de la place et de permettre éventuellement sa récupération.
Une autre variante d'exécution est encore représentée à la figure 5, comprenant une unité 44 à la sortie du tube 40, apte à couper le fil 10" en tronçons de longueur déterminée, de manière à gagner encore de la place dans le bac d'élimination 42.
A la figure 6, le fil 10" est aussi coupé en tronçons, mais par une unité de coupe 45 à chalumeau.
La figure 7 montre encore une autre variante où, le fil 10" à la sortie du tube 40 est directement fondu par une unité thermique 46, par exemple un inducteur à haute fréquence et est éliminé sous forme de lingots 11.
Ainsi, le dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'invention permet de récupérer et éliminer ce fil de manière fiable, économique, ne nécessitant pas des opérations ultérieures de manipulations et de vidage de bobines et n'imposant aucune contrainte aux opérations d'usinage elles-mêmes. Un tel dispositif a été décrit pour une opération d'usinage de sciage de barres de silicium, mais il peut être adapté à toute opération d'usinage utilisant un fil métallique devant être ensuite éliminé.

Claims

Revendications
1. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique après une opération d'usinage (2) utilisant ledit fil métallique, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un dispositif de récupération (3) comprenant un dispositif d'entraînement comprenant deux rouleaux (30,31) en rotation entraînant le fil métallique (10) entre lesdits rouleaux après ladite opération d'usinage, - un dispositif d'élimination (4) comprenant un tube (40) dont une première extrémité est disposée immédiatement après les deux dit rouleaux (30,31) et par laquelle pénètre le fil (10'), une admission d'air sous pression (41) étant disposée à proximité de ladite première extrémité afin de transporter le fil à l'intérieur du tube par traînée jusqu'à une deuxième extrémité dudit tube, un moyen d'élimination (42) étant chargé de recevoir le fil métallique (10") après sa sortie par ladite deuxième extrémité du tube.
2. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les surfaces périphériques (300, 310) des rouleaux (30, 31) sont striées ou rainurées de manière à entraîner le fil métallique (10) en contrôlant son glissement.
3. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier rouleaux (30) est entraîné par un moteur électrique (32) commandé à couple constant déterminé par une unité de commande (33), l'autre rouleau (31) étant directement entraîné par ledit premier rouleau (30).
4. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un premier rouleaux (30) est entraîné par un moteur électrique (32) via un limiteur de couple magnétique réglable (60).
5. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de guidage (34) chargé de guider le fil métallique (10) à l'entrée des deux rouleaux (30,31).
6. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'élimination d'abrasif (35,36) disposé en amont des rouleaux (30,31).
7. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (34,37) aptes à imposer un mouvement relatif transversal (A, B) au fil métallique (10) relativement aux rouleaux (30,31) afin de répartir l'usure des surfaces périphériques (300,310) sur l'ensemble desdites surfaces périphériques.
8. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces périphériques (300,310) de chaque rouleau (30,31) sont constituées en bandages (301 ,311) facilement échangeables.
9. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit mouvement relatif transversal (A1B) est provoqué par un mouvement de déplacement transversal (C1D) du dispositif de guidage (34).
10. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit mouvement relatif transversal (A1B) est provoqué par un mouvement de déplacement transversal (E1F) desdits rouleaux (30,31).
11. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de mise en forme (43) disposé sur la deuxième extrémité du tube (40) apte à disposer le fil métallique (10") selon une forme déterminée dans un bac d'élimination (42).
12. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de coupe (44,45) disposé sur la deuxième extrémité du tube (40) apte à couper le fil métallique (10") en longueurs déterminées avant de le disposer dans un bac d'élimination (42).
13. Dispositif de récupération et d'élimination d'un fil métallique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité thermique (46) disposée sur la deuxième extrémité du tube (40) apte à faire fondre le fil métallique (10") de manière à l'éliminer sous forme de lingots (11).
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