WO2015197523A1 - Dispositif de découpe par fil comportant un organe rotatif pourvu de moyens de lubrification du fil - Google Patents

Dispositif de découpe par fil comportant un organe rotatif pourvu de moyens de lubrification du fil Download PDF

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WO2015197523A1
WO2015197523A1 PCT/EP2015/063928 EP2015063928W WO2015197523A1 WO 2015197523 A1 WO2015197523 A1 WO 2015197523A1 EP 2015063928 W EP2015063928 W EP 2015063928W WO 2015197523 A1 WO2015197523 A1 WO 2015197523A1
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WO
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wire
pulley
lubricating liquid
rotation
center
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/063928
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English (en)
Inventor
Pedro JERONIMO
Fabrice Coustier
Mathieu Debourdeau
Original Assignee
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Publication date
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Priority to US15/320,178 priority patent/US20170136655A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/003—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D57/0053—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts of drives for saw wires; of wheel mountings; of wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0076—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for removing dust, e.g. by spraying liquids; for lubricating, cooling or cleaning tool or work

Definitions

  • the present invention relates to the general field of cutting devices or wire sawing, and more particularly to the field of lubricating means of such devices.
  • the invention finds for example applications in the industry of electronic components, ferrites, quartz and / or silicas, for example for obtaining in thin slices (called “slabs” or more generally “wafers” in English).
  • materials such as crystalline silicon, used in particular for the manufacture of photovoltaic cells, sapphire or silicon carbide. It can also be used in the context of the trimming of bricks of materials such as silicon, or for the cutting of ingots bottom, for example of size G5 (840 x 840 mm bottom), size G6 (1040 x 1040 mm bottom), or more.
  • the invention thus proposes a wire cutting device comprising at least one rotary member provided with means for lubricating the wire, as well as an associated wire cutting method.
  • Known wire cutting devices most often comprise a wire, or more generally a sheet of wires, capable of moving in a continuous or alternating movement in abutment against a piece to be cut in one or more slices thus defining a zone of cutting.
  • the cutting zone may consist of a set of cylinders placed in parallel. These cylinders called “son-guide” can be engraved with grooves defining the interval between the son of the web, in other words the thickness of the slices to be cut.
  • the piece to be cut is fixed on a support table which moves perpendicularly to the wire.
  • the speed of movement defines the cutting speed.
  • the renewal of the wire, as well as the control of the tension are made in a part defining a wire management area, located outside the actual cutting area.
  • the agent that will govern the cutting is for example an abrasive attached to the wire, or a free abrasive bubbled.
  • the wire only acts as a carrier.
  • the wire used even if it only acts as a carrier, undergoes some wear over time and its proper operation to achieve the cutting of the part requires a significant lubrication, usually water, which is constant on the wire.
  • lubricating (or watering) nozzles The lubrication systems of wire cutting devices known in the prior art generally use lubricating (or watering) nozzles. These lubricating nozzles can be fixed or movable, and will spray a lubricating liquid on the wire during cutting.
  • the positioning of the nozzles is often carried out as close as possible to the wire.
  • an arrow starts to appear on the wire, for example because of its wear or a cutting part of high hardness, there is a high probability that the nozzles are cut by the wire.
  • the nozzles are positioned away from the wire, there is a high probability of non-constant lubrication during cutting.
  • wire cutters are usually provided with watering from above the wire on a very short section.
  • watering from above the wire on a very short section.
  • the object of the invention is to remedy at least partially the needs mentioned above and the drawbacks relating to the embodiments of the prior art.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, a device for cutting by wire a piece to be cut, intended to move with respect to the wire to allow cutting, comprising at least a first member rotating about a first axis of rotation and a second rotatable member about a second axis of rotation, said first and second axes of rotation being substantially parallel to each other, said at least first and second rotating members for driving wire substantially perpendicular to said first and second axes of rotation, the wire bearing against the outer surface of each of said at least first and second rotary members extending about the corresponding axis of rotation, characterized in that at least one of said at least first and second rotatable members comprises wire lubrication means configured to allow the circulation of a fluid of the fluid. brification from its center to its outer surface in contact with the wire.
  • wire is meant either a single wire or a sheet of son substantially parallel to each other, the choice depending on the type of wire cutting device.
  • the invention may be possible to avoid, or at least to limit, the disadvantages mentioned above related to the use of nozzles for lubricating the son of wire cutters.
  • the invention may in particular allow a better lubrication of the wire of a wire cutting device, including large cutting parts.
  • the wire cutting device according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations.
  • the lubricating liquid is advantageously water, or even polyethylene glycol (PEG).
  • the lubrication means may comprise a lubricating liquid supply device, mounted on the axis of rotation of said at least one of said at least first and second rotary members, for supplying its center with lubricating liquid.
  • the lubricating liquid supply device may comprise a valve for regulating the flow of lubricating liquid injected at the center of said at least one of said at least first and second rotary members.
  • the presence of such a flow control valve in particular in the form of a solenoid valve, can be used to control at any time the consumption of the wire cutting device in lubricating liquid. It may thus be possible to cut the workpiece using a servo of the lubrication of the wire according to the engine torque associated with the rotary member and / or the arrow of the wire, for example.
  • the presence of the flow control valve can also improve the surface condition of the cut piece by directly controlling the flow of the lubricating liquid.
  • said at least one of said at least first and second rotary members may comprise a pulley provided with a groove on its outer surface to allow the positioning and driving of the wire.
  • the lubricating means may be at least partly formed by at least one internal channel of the pulley for the circulation of the lubricating liquid from the center of the pulley to the outer surface of the pulley.
  • Said at least one internal channel may in particular extend from the center of the pulley and open into an internal annular channel for the circulation of the lubricating liquid to the outer surface of the pulley.
  • the inner annular channel may be delimited at least in part by an inner surface of the pulley, opposite to the outer surface.
  • the inner surface may be pierced with a plurality of passage orifices for supplying the lubricating liquid from the inner annular channel to the groove of the pulley in contact with the wire.
  • the lubricating means may also be at least partly formed by four internal channels of the pulley for the circulation of the lubricating liquid from the center of the pulley to the outer surface of the pulley.
  • the four internal channels may present, in front view, a cross shape, including four branches curved in the same direction of orientation.
  • the lubricating means may be at least partly formed by an internal distribution element of the lubricating liquid from the center to the outer surface of the pulley, this internal distribution element being without movement and configured to act as a pendulum, the internal distribution element being more adapted to receive the lubricating liquid from the center of the pulley and extending partially around the axis of rotation of said at least one of said at least one first and second rotary members to define an angular portion of distribution of the lubricating liquid for circulation to the outer surface of the pulley.
  • the internal distribution element may for example extend at least three quarters of a turn around the axis of rotation of the rotary member.
  • the internal distribution member may be hollow so as to receive the lubricating liquid.
  • the internal distribution member may include an anti-gravity system to allow it to remain stationary relative to the rest of the pulley.
  • the internal distribution element can be mounted on a ball-bearing shaft.
  • the pulley may comprise a rotating part delimited by the outer surface of the pulley and by an inner surface, opposite to the outer surface, and extending all around the internal distribution element, the rotating part comprising a plurality passage orifices for bringing the lubricating liquid projected by the angular portion of distribution of the internal distribution element towards the groove of the pulley in contact with the wire.
  • the first rotary member may comprise first wire lubrication means configured to allow the circulation of a lubricating liquid from the center to the outer surface of the first rotary member. in contact with the wire
  • the second rotary member may comprise second wire lubrication means configured to allow the circulation of a lubricating liquid from the center to the outer surface of the second rotary member in contact with the wire.
  • said at least one of said at least first and second rotary members may comprise a hollow cylinder forming a "wire guide" whose outer surface is provided for allow positioning and driving of the wire.
  • the hollow cylinder may in particular be supplied at its center with lubricating liquid, and the lubricating means may be at least partly formed by a plurality of passage orifices pierced in the wall of the hollow cylinder to allow the circulation of the lubricating liquid from the center to the outer surface of the hollow cylinder.
  • the hollow cylinder may in particular be supplied at its center with lubricating liquid, and the lubricating means may be at least partly formed by a plurality of distribution slots, made in the wall of the hollow cylinder along its length, the distribution slots for the circulation of the lubricating liquid from the center to the outer surface of the hollow cylinder.
  • the hollow cylinder may further comprise a closure flange at at least one of its ends, comprising a border formed by a plurality projecting elements for engaging in the distribution slots between longitudinal portions of the wall of the hollow cylinder so as to allow accumulation of the lubricating liquid in the distribution slots.
  • the device may also comprise first, second, third and fourth rotary members respectively around first, second, third and fourth axes of rotation, the axes of rotation being substantially parallel to each other.
  • the rotary members for driving the wire substantially perpendicular to the axes of rotation, the wire bearing against the outer surface of each of the rotary members extending around the corresponding axis of rotation, the first, second, third and fourth rotary members respectively comprising first, second, third and fourth thread lubrication means configured to allow the circulation of the lubricating liquid from their center to their outer surface in contact with the wire.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a method of cutting by wire of a workpiece, characterized in that it is implemented by means of a cutting device by wire as defined above, and in that it comprises the step of lubricating the wire through the lubricating means of at least one rotary member.
  • the method may particularly comprise the step of adapting the value of operating parameters of the wire cutter according to the advance of the wire inside the workpiece during cutting.
  • Such parameters may, for example, preferably comprise the speed of rotation and the torque of the motor driving the device for supplying the lubricating liquid to the rotary member, the deflection of the cutting wire, or even the flow rate of the lubricating liquid, the position of the wire throughout the cut, measured for example by means of a detection sensor, or the speed of movement of the cutting device relative to the support on which the workpiece is placed.
  • wire cutter and the method according to the invention may comprise any of the features set forth in the description, taken singly or in any technically possible combination with other features.
  • FIG. 1 represents, in a partial perspective view, a first example of a wire cutting device according to the invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a rotary member of the wire cutting device of FIG. 1;
  • FIG. 3 represents, in front view, the pulley of the rotary member of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a view in section and in perspective of the pulley of FIG. 3,
  • FIG. 5 represents, in a partial perspective view, a rotary member of a second example of a wire cutting device according to the invention
  • FIG. 6 represents, in a partly exploded perspective view, a rotary member of a third example of a wire cutting device according to the invention
  • FIG. 7 represents, in perspective, the flange of the rotary member of FIG. 6,
  • FIG. 8 represents, in perspective, a detail of the rotary member of FIG. 6 after assembly of the flange of FIG. 7;
  • FIG. 9 represents, in perspective, the third example of wire cutting device according to the invention comprising the rotary member of FIG. 6,
  • FIG. 10 represents, in perspective, a rotary member of a fourth example of a wire cutting device according to the invention.
  • FIG. 11 represents a partial detail of FIG. 10
  • FIG. 12 represents, in perspective, a positioning configuration of a workpiece with the aid of a wire cutting device according to the invention, positioned on a support,
  • FIG. 13 illustrates, in the form of a diagram, an example of implementation of the wire cutting method according to the invention.
  • FIGS. 14A, 14B and 14C respectively illustrate three examples of control methods implemented in a wire cutting method according to the invention.
  • FIG. 1 there is first shown a first example of device 1 for cutting wire 2 according to the invention.
  • Figure 1 is a partial perspective view of the device 1
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a rotary member 5a of the device 1
  • Figure 3 is a front view of the pulley 11a of the rotary member 5a
  • Figure 4 is a sectional and perspective view of the pulley 11a.
  • the device 1 for cutting wire 2 is used to allow the cutting of a workpiece 3, for example made of a material such as crystalline silicon, used for example for the manufacture of photovoltaic cells, as indicated above.
  • the piece to be cut 3 is carried by a support 4 and moved relative to the wire 2 to allow cutting.
  • the device 1 comprises a first rotary member 5a around a first axis of rotation Xa and a second rotary member 5b around a second axis of rotation Xb.
  • the first 5a and second 5b rotating members respectively rotate in the same directions of rotation Ra and Rb, for example in the clockwise direction in Figure 1, so as to allow the movement of the wire 2 in the direction D.
  • the first Xa and second Xb axes of rotation are also substantially parallel to each other. In this way, the first 5a and second 5b rotary members allow the drive of the wire 2 substantially perpendicular to the first Xa and second Xb axes of rotation.
  • the wire 2 bears against the outer surface Sa of the first rotary member 5a and against the outer surface Sb of the second rotary member 5b, the outer surface Sa extending around the first axis of rotation Xa , and the outer surface Sb extending around the second axis of rotation Xb.
  • the first 5a and a second 5b rotary members respectively comprise lubrication means 6a and 6b of the wire 2 which are configured to allow the circulation of a lubricating liquid F, in particular water or polyethylene glycol (PEG), from their center Ca or Cb to their outer surface Sa or Sb in contact with the wire 2.
  • a lubricating liquid F in particular water or polyethylene glycol (PEG)
  • PEG polyethylene glycol
  • the water or PEG lubrication of the wire 2 is clearly facilitated and improved, thus increasing the life of the wire 2 and the efficiency of the cutting of the part 3.
  • the lubrication means 6a of the rotary member 5a are described more precisely.
  • the lubrication means 6a thus comprise a supply device 7a, or rotary joint 7a, in lubricating liquid F, which is mounted on the axis of rotation Xa of the first rotary member 5a to supply its center Ca with lubricating liquid F .
  • the rotary joint 7a is rotated by means of a motor 9a to which it is secured.
  • the rotary joint 7a comprises a control valve 8a of the flow of lubricating liquid F injected at the center Ca of the first rotary member 5a, preferably in the form of a solenoid valve 8a.
  • the solenoid valve 8a advantageously makes it possible at any time to control the consumption of the device 1 as a lubricating liquid F. It may thus be possible to cut the part 3 using servo-control of the lubrication of the wire 2 as a function of the engine torque associated with the engine. rotating member 5a and / or the yarn deflection 2 and / or the speed of rotation of the motor, by example.
  • the presence of the solenoid valve 8a can also make it possible to improve the surface state of the cut piece 3 by directly controlling the flow rate of the lubricating liquid F.
  • the first rotary member 5a comprises a pulley 11a provided with a groove 13a on its outer surface Sa to allow the positioning and driving of the wire 2.
  • the lubrication of the wire 2 is thus produced directly through this pulley 11 drive, and no longer by the use of nozzles as in the prior art described above.
  • the pulley 11a is made in such a way as to allow the flow of the lubricating liquid F inside thereof, from its center Ca to its outer surface Sa, as described hereinafter.
  • a ball bearing housing 10a is further provided between the rotary joint
  • a flange 12a is also provided to cover and close the pulley 11a so as to maintain the flow of the lubricating liquid F inside the pulley 11a.
  • the lubrication means 6a are at least partly formed by several internal channels 14a of the pulley 11a for the circulation of the lubricating liquid F from the center Ca of the pulley 11a to the outer surface Sa of the pulley 11a.
  • the number of internal channels 14a is equal to 4 in the example of FIG. 3. However, it may be envisaged a different number of channels, for example from 2, 3 or 8 channels.
  • Each inner channel 14a extends from the center Ca of the pulley 11a and opens into an inner annular channel 15a for the circulation of the lubricating liquid F to the outer surface Sa of the pulley 11a.
  • the arrows F symbolize the flow of the lubricating liquid F beyond the outer surface Sa of the pulley 11a for lubricating the wire 2.
  • the four internal channels 14a also have, in front view as in FIG. 3, a cross shape comprising four branches bent in the same direction of orientation, for example the counterclockwise direction.
  • This specific form of internal channels 14a can in particular allow to obtain a projection of the lubricating liquid F from the center Ca to the outer surface Sa which is at high speed.
  • the inner annular channel 15a is delimited by the inner surface S'a of the pulley 11a, opposite to the outer surface Sa.
  • This inner surface Has been pierced with a plurality of through holes 16a, as shown in FIG. can be seen in Figure 4, to bring the lubricating liquid F from the inner annular channel 15a to the groove 13a of the pulley 11a in contact with the wire 2.
  • the references F represent the drops of lubricating liquid F escaping passage holes 16a.
  • the passage holes 16a may for example be drilled on the inner surface S'a at regular intervals, for example every millimeter.
  • the invention can also be applied to wire cutting devices 1 in the form of diamond wire saws for example.
  • FIG. 5 thus represents, in a partial perspective view, a rotary member 5a of a second example of a wire cutting device 1 according to the invention.
  • the rotary member 5a comprises a hollow cylinder 20a forming a "wire guide" whose outer surface Sa is provided to allow the positioning and driving of the wire 2.
  • This hollow cylinder 20a is supplied from the inside at its center Ca by lubricating liquid F.
  • the lubrication means 6a are formed by a plurality of through-holes 21a pierced in the wall 22a of the hollow cylinder 20a, and in its optional polyurethane coating, to allow the circulation of the lubricating liquid F from the center Ca to the outer surface Sa of the hollow cylinder 20a, in other words to bring the lubricating liquid F to the underside of the wire 2 and not from above, or This solution may possibly prevent silicon chips from sticking to the wire 2.
  • FIGS. 6 to 9 also show a third embodiment of a wire cutting device 1 according to the invention.
  • FIG. 6 is a partially exploded perspective view of a first rotary member 5a of this embodiment
  • FIG. perspective the flange 24a of the rotary member 5a
  • 8 shows, in perspective, a detail of the rotary member 5a after assembly of the flange 24a
  • Figure 9 shows, in perspective, the device 1 of this example of embodiment comprising four rotary members 5a to 5d.
  • the rotary member 5a comprises a hollow cylinder
  • this hollow cylinder 20a is supplied at its center Ca by lubricating liquid F.
  • the lubrication means 6a are here formed by a plurality of distribution slots 23a, made in the wall 22a of the hollow cylinder 20a along its length. the distribution slots 23a for the circulation of the lubricating liquid F from the center Ca to the outer surface Sa of the hollow cylinder 20a.
  • the supply of lubricating liquid F can be made from the standard equipment of a diamond wire saw.
  • the distribution slots 23a allow the accumulation of the lubricating liquid F and its projection on the sheet of threads 2 from below rather than from above. In this way, this can possibly prevent silicon chips from sticking to the wire 2.
  • the hollow cylinder 20a has a closure flange 24a at both ends.
  • This closure flange 24a has a border 25a formed by a plurality of projecting elements 26a, intended to engage in the distribution slots 23a between longitudinal portions 27a of the wall 22a of the hollow cylinder 20a.
  • the lubricating liquid F propagates more specifically in the distribution slots 23a and under the edge 25a of the closure flange 24a, as shown in FIG. 8.
  • the device 1 for wire cutting 2 according to this example is shown in its generality in FIG. 9.
  • first 5a, second 5b, third 5c and fourth 5d rotary members similar to that described in FIGS. 6, 7 and 8, respectively around first Xa, second Xb, third Xc and fourth Xd axes of rotation, these axes of rotation being substantially parallel to each other.
  • the rotary members 5a, 5b, 5c and 5d allow the drive of the wire 2 substantially perpendicular to the axes of rotation Xa, Xb, Xc and Xd, the wire 2 being in abutment against the outer surface Sa, Sb, Se and Sd of each rotary members 5a, 5b, 5c and 5d.
  • the first 5a, second 5b, third 5c and fourth 5d rotary members respectively comprise first 6a, second 6b, third 6c and fourth 6d wire lubrication means 2, similar to those described above, so configured to allow circulation lubricating liquid F from their center Ca, Cb, Ce and Cd to their outer surface Sa, Sb, Se and Sd in contact with the wire 2.
  • FIGS. 10 and 11 also show a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 10 represents, in perspective, a first rotary member 5a of this example
  • FIG. 11 represents a partial detail of FIG.
  • This fourth example is based on the use of a mechanical system located inside the pulley 11a and which acts as a pendulum. This system, in particular because of its design and its center of gravity, is not in motion unlike the pulley 11a.
  • the lubricating means 6a are formed by an internal distribution element 17a of the lubricating liquid F from the center Ca to the outer surface Sa of the pulley 11a, this internal distribution element 17a being thus without movement and configured to act as a pendulum.
  • the internal distribution element 17a is adapted to receive the lubricating liquid F from the center Ca of the pulley 11a and extends partially around the axis of rotation Xa of the first rotary member 5a so as to define an angular portion of Angle distribution 18a has lubricating liquid F for circulation to the outer surface Sa of the pulley 11a.
  • This internal distribution element 17a is for example mounted on a bearing. It may extend at least three quarters of a turn around the axis of rotation Xa of the rotary member 5a. In this way, the angle ⁇ of the angular portion of distribution 18a is for example of the order of 90 °.
  • This angular distribution portion 18a defines the part of the pulley 11a which is "sprinkled" by the lubricating liquid F at the outlet of the internal distribution element 17a.
  • the internal distribution member 17a can thus allow to lubricate only the portion of the wire 2 which enters the material of the part 3 for the rotary member 5a on the left, and to lubricate only the portion of the wire 2 which leaves the material of the part 3 for the rotary member 5b on the right.
  • the internal distribution element 17a is preferably hollow so as to receive the lubricating fluid F. It further comprises an anti-gravity system to allow its immobility relative to the rest of the pulley 11a.
  • the pulley 11a has a rotating part 19a delimited by the outer surface Sa of the pulley 11a and by an inner surface S'a, opposite to the outer surface Sa, and extending all around the internal distribution element. 17a.
  • the rotating part 19a has a plurality of through-holes 16a for feeding the lubrication liquid F projected by the angular distribution portion 18a of the internal distribution element 17a towards the groove 13a of the pulley 11a in contact with the wire 2.
  • Such a device 1 can also reduce the consumption of lubricating liquid F, in particular water or PEG.
  • FIGS. 12, 13 and 14A to 14C will now be described with examples of implementation of the method according to the invention of cutting by wire 2 a piece to be cut 3.
  • FIG. 12 represents, in perspective, a positioning configuration of the workpiece 3 by means of a wire cutter device 1 according to the invention, positioned on a support 4.
  • references T1, T2 and T3 respectively represent the first upper third, the second third intermediate and the third lower third of the piece 3.
  • FIG. 13 illustrates, in the form of a diagram, an example of steps for implementing a method according to the invention.
  • a method may for example allow management of the operation of the device 1 by adjusting the value of operating parameters of the device 1 according to the advance of the wire 2 inside the workpiece 3 during cutting.
  • the operating parameters may for example comprise: the speed of rotation Vm of the motor 9a driving the supply device 7a in lubricating liquid F of the rotary member 5a, the torque Cm of the engine 9a, the flow Db of the lubricating liquid F, the deflection of the cutting wire 2, or the moving speed Vd of the cutting device 1 with respect to the support 4 on which the workpiece 3 is placed.
  • step 30 marks the starting step of the operation management method of the device 1.
  • the device 1 and the support 4 are positioned relative to one another. other then, in step 32, a motor torque Cm is applied.
  • step 33 we question the positioning of the wire 2 in the second third T2 of the part 3, as shown in FIG. 12.
  • step 34 the question is asked about the whether the value of the engine torque Cm is greater than the predetermined limit value Lim indicated above. If this is the case, the flow Db and the speed of rotation Vm of the motor are increased at the same time in step 35. On the other hand, if the value of the engine torque Cm is lower than the predetermined limit value Lim, then decreases both the flow Db and the speed of rotation Vm of the engine during the step 36, the moving speed Vd of the cutting device 1 relative to the support 4 remaining unchanged.
  • FIGS. 14A, 14B and 14C respectively illustrate three examples of control methods implemented in the wire cutting method 2 according to the invention.
  • FIG. 14A a reference value on the engine torque Cm is given at 40.
  • the servocontrol is then implemented between the rotation speed Vm at 41 of the engine at 42 and the engine torque Cm at 43.
  • a set value on the positioning of the wire 2 is given at 44.
  • the servocontrol is then implemented between the rotation speed Vm at 41 of the motor at 42 and the position of the wire 2 at 45.
  • a setpoint value on the engine torque Cm is given at 40.
  • the servocontrol is then implemented between the rotation speed at 41 of the motor of the cutting head at 46 and the engine torque Cm. in 43.
  • the motor of the cutting head ensures the displacement of the cutting head in translation.
  • the rotary members 5a, 5b, 5c and 5d have a section of circular shape.
  • At least two rotary members could be asymmetrically shaped. More specifically, the periphery of the outer surface of at least two rotary members could thus have any type of non-substantially circular shape so that at least two points of the periphery are located at different distances from the axis (or from the center ) of said at least two rotating members.
  • a sectional shape of said at least two rotary members could be substantially polygonal, for example rectangular, square, triangular, or more preferably substantially oval.

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un dispositif (1) de découpe par fil (2) d'une pièce à découper (3), destinée à être en mouvement par rapport au fil (2) pour en permettre la découpe, comportant au moins un premier organe rotatif (5a) autour d'un premier axe de rotation (Xa) et un deuxième organe rotatif (5b) autour d'un deuxième axe de rotation (Xb), lesdits premier (Xa) et deuxième (Xb) axes de rotation étant sensiblement parallèles entre eux, lesdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs permettant l'entraînement du fil (2) sensiblement perpendiculairement auxdits premier (Xa) et deuxième (Xb) axes de rotation, le fil (2) étant en appui contre la surface extérieure (Sa, Sb) de chacun desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs s'étendant autour de l'axe de rotation (Xa, Xb) correspondant, l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs comportant des moyens de lubrification (6a, 6b) du fil (2) configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification depuis son centre (Ca, Cb) vers sa surface extérieure (Sa, Sb) au contact du fil (2), et les moyens de lubrification (6a) comportant un dispositif d'alimentation (7a) en liquide de lubrification (F), monté sur l'axe de rotation (Xa) dudit l'un au moins desdits au moins un premier (Sa) et un deuxième (5b) organes rotatifs, pour alimenter son centre (Ca) en liquide de lubrification (F).

Description

DISPOSITIF DE DÉCOUPE PAR FIL COMPORTANT UN ORGANE ROTATIF POURVU DE
MOYENS DE LUBRIFICATION DU FIL
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de découpe ou sciage par fil, et plus particulièrement au domaine des moyens de lubrification de tels dispositifs.
L'invention trouve par exemple des applications dans l'industrie des composants électroniques, des ferrites, des quartz et/ou des silices, par exemple pour l'obtention en tranches fines (appelées « galettes » ou plus généralement « wafers » en anglais) de matériaux tels que le silicium cristallin, utilisé notamment pour la fabrication de cellules photovoltaïques, le saphir ou le carbure de silicium. Elle peut également être utilisée dans le cadre de l'éboutage de briques de matériaux tels que le silicium, ou encore pour la découpe de fond de lingots, par exemple de taille G5 (840 x 840 mm de fond), de taille G6 (1040 x 1040 mm de fond), ou plus.
L'invention propose ainsi un dispositif de découpe par fil comportant au moins un organe rotatif muni de moyens de lubrification du fil, ainsi qu'un procédé de découpe par fil associé. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les dispositifs de découpe pa r fil connus comportent le plus souvent un fil, ou plus généralement une nappe de fils, susceptibles de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à découper en une ou plusieurs tranches définissant ainsi une zone de découpe. La zone de découpe peut être constituée d'un ensemble de cylindres placés parallèlement. Ces cylindres appelés « guide-fils » peuvent être gravés avec des gorges définissant l'intervalle entre les fils de la nappe, autrement dit l'épaisseur des tranches à découper. La pièce à découper est fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement au fil. La vitesse de déplacement définie la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil, ainsi que le contrôle de la tension, se font dans une partie définissant une zone de gestion du fil, située en dehors de la zone de découpe proprement dite. L'agent qui régira la découpe est par exemple un abrasif fixé sur le fil, ou un abrasif libre amené par barbotage. Le fil n'agit que comme transporteur.
Le fil utilisé, même s'il n'agit que comme transporteur, subit une certaine usure dans le temps et son bon fonctionnement pour réaliser la découpe de la pièce requiert une importante lubrification, généralement en eau, qui soit constante sur le fil.
Les systèmes de lubrification des dispositifs de découpe par fil connus de l'art antérieur utilisent le plus souvent des buses de lubrification (ou d'arrosage). Ces buses de lubrification peuvent être fixes ou mobiles, et vont projeter un liquide de lubrification sur le fil pendant la découpe.
Toutefois, l'utilisation de telles buses n'est pas entièrement satisfaisante et présente plusieurs inconvénients.
Tout d'abord, de par l'importance de la lubrification du fil à assurer, le positionnement des buses est souvent réalisé au plus près du fil. Or, dans le cas où une flèche commence à apparaître sur le fil, du fait par exemple de son usure ou d'une pièce à découper de dureté élevée, il existe une importante probabilité que les buses soient découpées par le fil. A l'inverse, lorsque les buses sont positionnées de façon éloignée par rapport au fil, il existe une forte probabilité d'avoir une lubrification non constante au cours de la découpe.
Par ailleurs, les dispositifs de découpe par fil sont la plupart du temps prévus avec un arrosage par le dessus du fil sur une très courte section. Or, compte-tenu des vitesses élevées de déroulement du fil, il n'est généralement pas garanti de s'assurer qu'un film de liquide de lubrification soit bien présent autour du fil en permanence. De ce fait, le fil peut s'encrasser au cours du temps.
En outre, en raison de contraintes de limitation de débit, il est généralement préféré l'utilisation d'un nombre réduit de buses, souvent limité à l'usage d'une seule buse. Or, lorsque cette buse se bouche, cela entraîne alors l'arrêt de la lubrification et donc une usure prématurée du fil. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Il existe par conséquent un besoin pour proposer une solution alternative pour permettre la lubrification du fil d'un dispositif de découpe par fil. Il existe notamment un besoin pour concevoir une solution de lubrification du fil qui soit de fiabilité élevée et qui permette de garantir une lubrification constante au cours de la découpe.
L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Elle vise notamment à proposer une telle solution pour faciliter la lubrification et la découpe de pièces de grande taille, présentant une grande surface et nécessitant donc une grande consommation de fil.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un dispositif de découpe par fil d'une pièce à découper, destinée à être en mouvement par rapport au fil pour en permettre la découpe, comportant au moins un premier organe rotatif autour d'un premier axe de rotation et un deuxième organe rotatif autour d'un deuxième axe de rotation, lesdits premier et deuxième axes de rotation étant sensiblement parallèles entre eux, lesdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs permettant l'entraînement du fil sensiblement perpendiculairement auxdits premier et deuxième axes de rotation, le fil étant en appui contre la surface extérieure de chacun desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs s'étendant autour de l'axe de rotation correspondant, caractérisé en ce que l'un au moins desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs comporte des moyens de lubrification du fil configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification depuis son centre vers sa surface extérieure au contact du fil.
Par « fil », on entend soit un fil unique, soit une nappe de fils sensiblement parallèles entre eux, le choix dépendant du type de dispositif de découpe par fil.
Grâce à l'invention, il peut être possible d'éviter, ou du moins de limiter, les inconvénients énoncés précédemment liés à l'utilisation de buses pour la lubrification des fils des dispositifs de découpe par fil. L'invention peut en particulier permettre une meilleure lubrification du fil d'un dispositif de découpe par fil, et notamment de pièces à découper de grande taille.
Le dispositif de découpe par fil selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
Le liquide de lubrification est avantageusement de l'eau, voire du polyéthylène glycol (PEG).
Les moyens de lubrification peuvent comporter un dispositif d'alimentation en liquide de lubrification, monté sur l'axe de rotation dudit l'un au moins desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs, pour alimenter son centre en liquide de lubrification.
Le dispositif d'alimentation en liquide de lubrification peut comporter une vanne de régulation du débit de liquide de lubrification injecté au centre dudit l'un au moins desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs.
De façon avantageuse, la présence d'une telle vanne de régulation de débit, notamment sous la forme d'une électrovanne, peut permettre de contrôler à tout moment la consommation du dispositif de découpe par fil en liquide de lubrification. Il peut ainsi être possible de découper la pièce en utilisant un asservissement de la lubrification du fil en fonction du couple moteur associé à l'organe rotatif et/ou de la flèche du fil, par exemple.
De plus, la présence de la vanne de régulation de débit peut également permettre d'améliorer l'état de surface de la pièce découpée, en contrôlant directement le débit du liquide de lubrification.
Par ailleurs, ledit l'un au moins desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs peut comporter une poulie pourvue d'une gorge sur sa surface extérieure pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil.
Selon un exemple de réalisation, les moyens de lubrification peuvent être au moins en partie formés par au moins un canal interne de la poulie pour la circulation du liquide de lubrification depuis le centre de la poulie vers la surface extérieure de la poulie. Ledit au moins un canal interne peut en particulier s'étendre à partir du centre de la poulie et déboucher dans un canal annulaire interne permettant la circulation du liquide de lubrification vers la surface extérieure de la poulie.
En outre, le canal annulaire interne peut être délimité au moins en partie par une surface intérieure de la poulie, opposée à la surface extérieure. La surface intérieure peut être percée d'une pluralité d'orifices de passage pour amener le liquide de lubrification depuis le canal annulaire interne vers la gorge de la poulie au contact du fil.
Les moyens de lubrification peuvent également être au moins en partie formés par quatre canaux internes de la poulie pour la circulation du liquide de lubrification depuis le centre de la poulie vers la surface extérieure de la poulie.
Les quatre canaux internes peuvent présenter, en observation de face, une forme de croix, comportant notamment quatre branches courbées selon un même sens d'orientation.
Selon un autre exemple de réalisation, les moyens de lubrification peuvent être sont au moins en partie formés par un élément de distribution interne du liquide de lubrification depuis le centre vers la surface extérieure de la poulie, cet élément de distribution interne étant sans mouvement et configuré pour agir comme un balancier, l'élément de distribution interne étant de plus apte à recevoir le liquide de lubrification depuis le centre de la poulie et s'étendant partiellement autour de l'axe de rotation dudit l'un au moins desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs de sorte à définir une portion angulaire de distribution du liquide de lubrification pour la circulation vers la surface extérieure de la poulie.
L'élément de distribution interne peut par exemple s'étendre au moins sur les trois quarts de tour autour de l'axe de rotation de l'organe rotatif.
L'élément de distribution interne peut être creux de sorte à recevoir le liquide de lubrification.
L'élément de distribution interne peut comporter un système anti-gravité pour permettre son immobilité relativement au reste de la poulie.
L'élément de distribution interne peut être monté sur un axe à roulement à bille. Par ailleurs, la poulie peut comporter une partie tournante délimitée par la surface extérieure de la poulie et par une surface intérieure, opposée à la surface extérieure, et s'étendant tout autour de l'élément de distribution interne, la partie tournante comportant une pluralité d'orifices de passage pour amener le liquide de lubrification projeté par la portion angulaire de distribution de l'élément de distribution interne vers la gorge de la poulie au contact du fil.
En outre, pour chaque exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, le premier organe rotatif peut comporter des premiers moyens de lubrification du fil configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification depuis le centre vers la surface extérieure du premier organe rotatif au contact du fil, et le deuxième organe rotatif peut comporter des deuxièmes moyens de lubrification du fil configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification depuis le centre vers la surface extérieure du deuxième organe rotatif au contact du fil.
Par ailleurs, selon d'autres exemples de réalisation selon l'invention, ledit l'un au moins desdits au moins un premier et un deuxième organes rotatifs peut comporter un cylindre creux formant un « guide-fil » dont la surface extérieure est prévue pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil.
Ainsi, selon un exemple de réalisation, le cylindre creux peut en particulier être alimenté en son centre par du liquide de lubrification, et les moyens de lubrification peuvent être au moins en partie formés par une pluralité d'orifices de passage percés dans la paroi du cylindre creux pour permettre la circulation du liquide de lubrification depuis le centre vers la surface extérieure du cylindre creux.
Par ailleurs, selon un autre exemple de réalisation, le cylindre creux peut être en particulier alimenté en son centre par du liquide de lubrification, et les moyens de lubrification peuvent être au moins en partie formés par une pluralité de fentes de distribution, réalisées dans la paroi du cylindre creux sur sa longueur, les fentes de distribution permettant la circulation du liquide de lubrification depuis le centre vers la surface extérieure du cylindre creux.
Le cylindre creux peut en outre comporter un flasque de fermeture à au moins l'une de ses extrémités, comportant une bordure formée par une pluralité d'éléments en saillie, destinés à s'engager dans les fentes de distribution entre des portions longitudinales de la paroi du cylindre creux de sorte à permettre une accumulation du liquide de lubrification dans les fentes de distribution.
Pour chacun des exemples de réalisation selon l'invention, le dispositif peut par ailleurs comporter des premier, deuxième, troisième et quatrième organes rotatifs respectivement autour de premier, deuxième, troisième et quatrième axes de rotation, les axes de rotation étant sensiblement parallèles entre eux, les organes rotatifs permettant l'entraînement du fil sensiblement perpendiculairement aux axes de rotation, le fil étant en appui contre la surface extérieure de chacun des organes rotatifs s'étendant autour de l'axe de rotation correspondant, les premier, deuxième, troisième et quatrième organes rotatifs comportant respectivement des premiers, deuxièmes, troisièmes et quatrièmes moyens de lubrification du fil configurés pour permettre la circulation du liquide de lubrification depuis leur centre vers leur surface extérieure au contact du fil.
En outre, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de découpe par fil d'une pièce à découper, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un dispositif de découpe par fil tel que défini précédemment, et en ce qu'il comporte l'étape de lubrification du fil par l'intermédiaire des moyens de lubrification d'au moins un organe rotatif.
Le procédé peut particulièrement comporter l'étape consistant à adapter la valeur de paramètres de fonctionnement du dispositif de découpe par fil en fonction de l'avancée du fil à l'intérieur de la pièce à découper lors de la découpe.
De tels paramètres peuvent par exemple comporter préférentiellement la vitesse de rotation et le couple du moteur entraînant le dispositif d'alimentation en liquide de lubrification de l'organe rotatif, la flèche du fil de découpe, voire également le débit du liquide de lubrification, la position du fil tout au long de la découpe, mesurée par exemple à l'aide d'un capteur de détection, ou encore la vitesse de déplacement du dispositif de découpe par rapport au support sur lequel la pièce à découper est placée.
Le dispositif de découpe par fil et le procédé selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente, selon une vue en perspective partielle, un premier exemple de dispositif de découpe par fil conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue éclatée en perspective d'un organe rotatif du dispositif de découpe par fil de la figure 1,
- la figure 3 représente, en vue de face, la poulie de l'organe rotatif de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en coupe et en perspective de la poulie de la figure 3,
- la figure 5 représente, selon une vue en perspective partielle, un organe rotatif d'un deuxième exemple de dispositif de découpe par fil conforme à l'invention,
- la figure 6 représente, selon une vue en perspective partiellement éclatée, un organe rotatif d'un troisième exemple de dispositif de découpe par fil conforme à l'invention,
- la figure 7 représente, en perspective, le flasque de l'organe rotatif de la figure 6,
- la figure 8 représente, en perspective, un détail de l'organe rotatif de la figure 6 après assemblage du flasque de la figure 7,
- la figure 9 représente, en perspective, le troisième exemple de dispositif de découpe par fil conforme à l'invention comportant l'organe rotatif de la figure 6,
- la figure 10 représente, en perspective, un organe rotatif d'un quatrième exemple de dispositif de découpe par fil conforme à l'invention,
- la figure 11 représente un détail partiel de la figure 10, - la figure 12 représente, en perspective, une configuration de positionnement d'une pièce à découper à l'aide d'un dispositif de découpe par fil conforme à l'invention, positionnée sur un support,
- la figure 13 illustre, sous la forme d'un diagramme, un exemple de mise en œuvre du procédé de découpe par fil conforme à l'invention, et
- les figures 14A, 14B et 14C illustrent respectivement trois exemples de procédés d'asservissement mis en œuvre dans un procédé de découpe par fil conforme à l'invention.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
En référence aux figures 1 à 4, on a tout d'abord représenté un premier exemple de dispositif 1 de découpe par fil 2 conforme à l'invention.
Plus précisément, la figure 1 est une vue en perspective partielle du dispositif 1, la figure 2 est une vue éclatée en perspective d'un organe rotatif 5a du dispositif 1, la figure 3 est une vue de face de la poulie lia de l'organe rotatif 5a, et la figure 4 est une vue en coupe et en perspective de la poulie lia.
Le dispositif 1 de découpe par fil 2 est utilisé pour permettre la découpe d'une pièce à découper 3, par exemple réalisée en un matériau tel que le silicium cristallin, utilisé par exemple pour la fabrication de cellules photovoltaïques, comme indiqué précédemment. La pièce à découper 3 est portée par un support 4 et mise en mouvement par rapport au fil 2 pour en permettre la découpe.
Le dispositif 1 comporte un premier organe rotatif 5a autour d'un premier axe de rotation Xa et un deuxième organe rotatif 5b autour d'un deuxième axe de rotation Xb. Les premier 5a et deuxième 5b organes rotatifs tournent respectivement selon des mêmes sens de rotation Ra et Rb, par exemple selon le sens horaire sur la figure 1, de sorte à permettre le déplacement du fil 2 selon la direction D. Les premier Xa et deuxième Xb axes de rotation sont par ailleurs sensiblement parallèles entre eux. De cette façon, les premier 5a et deuxième 5b organes rotatifs permettent l'entraînement du fil 2 sensiblement perpendiculairement aux premier Xa et deuxième Xb axes de rotation.
De plus, lors de son entraînement, le fil 2 est en appui contre la surface extérieure Sa du premier organe rotatif 5a et contre la surface extérieure Sb du deuxième organe rotatif 5b, la surface extérieure Sa s'étendant autour du premier axe de rotation Xa, et la surface extérieure Sb s'étendant autour du deuxième axes de rotation Xb.
Par ailleurs, conformément à l'invention, les premier 5a et un deuxième 5b organes rotatifs comportent respectivement des moyens de lubrification 6a et 6b du fil 2 qui sont configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification F, notamment de l'eau ou du polyéthylène glycol (PEG), depuis leur centre Ca ou Cb vers leur surface extérieure Sa ou Sb au contact du fil 2.
Ainsi, avantageusement, la lubrification en eau ou en PEG du fil 2 est nettement facilitée et améliorée, augmentant ainsi la durée de vie du fil 2 et l'efficacité de la découpe de la pièce 3.
En référence à la figure 2, les moyens de lubrification 6a de l'organe rotatif 5a sont décrits plus précisément. Les moyens de lubrification 6a comportent ainsi un dispositif d'alimentation 7a, ou joint tournant 7a, en liquide de lubrification F, qui est monté sur l'axe de rotation Xa du premier organe rotatif 5a pour alimenter son centre Ca en liquide de lubrification F.
Le joint tournant 7a est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un moteur 9a auquel il est solidarisé.
Par ailleurs, le joint tournant 7a comporte une vanne de régulation 8a du débit de liquide de lubrification F injecté au centre Ca du premier organe rotatif 5a, préférentiellement sous la forme d'une électrovanne 8a. L'électrovanne 8a permet avantageusement de contrôler à tout moment la consommation du dispositif 1 en liquide de lubrification F. Il peut ainsi être possible de découper la pièce 3 en utilisant un asservissement de la lubrification du fil 2 en fonction du couple moteur associé à l'organe rotatif 5a et/ou de la flèche du fil 2 et/ou de la vitesse de rotation du moteur, par exemple. De plus, la présence de l'électrovanne 8a peut également permettre d'améliorer l'état de surface de la pièce découpée 3, en contrôlant directement le débit du liquide de lubrification F.
De plus, comme on peut le voir sur les figures 2 à 4, le premier organe rotatif 5a comporte une poulie lia pourvue d'une gorge 13a sur sa surface extérieure Sa pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil 2. La lubrification du fil 2 est ainsi réaliser directement par le biais de cette poulie 11 d'entraînement, et non plus par l'usage de buses comme selon l'art antérieur décrit précédemment. La poulie lia est réalisée de telle sorte à permettre l'écoulement du liquide de lubrification F à l'intérieur de celle-ci, depuis son centre Ca vers sa surface extérieure Sa, comme décrit ci-après.
Un boîtier de roulement à billes 10a est en outre prévu entre le joint tournant
7a et la poulie lia, de sorte que le liquide de lubrification F injecté dans le dispositif 1 circule depuis l'électrovanne 8a, vers le joint tournant 7a, puis le boîtier 10a avant d'atteindre enfin la poulie lia.
Un flasque 12a est par ailleurs prévu pour recouvrir et fermer la poulie lia de sorte à maintenir l'écoulement du liquide de lubrification F à l'intérieur de la poulie lia.
Comme on peut le voir sur la figure 3, au sein de la poulie lia, les moyens de lubrification 6a sont au moins en partie formés par plusieurs canaux internes 14a de la poulie lia pour la circulation du liquide de lubrification F depuis le centre Ca de la poulie lia vers la surface extérieure Sa de la poulie lia. Le nombre de canaux internes 14a est égal à 4 dans l'exemple de la figure 3. Toutefois, il peut être envisagé un nombre différent de canaux, par exemple à partir de 2, 3 ou 8 canaux.
Chaque canal interne 14a s'étend à partir du centre Ca de la poulie lia et débouche dans un canal annulaire interne 15a permettant la circulation du liquide de lubrification F vers la surface extérieure Sa de la poulie lia. Sur la figure 3, les flèches F symbolisent l'écoulement du liquide de lubrification F au-delà de la surface extérieure Sa de la poulie lia pour lubrifier le fil 2.
Les quatre canaux internes 14a présentent par ailleurs, en observation de face comme selon la figure 3, une forme de croix comportant quatre branches courbées selon un même sens d'orientation, par exemple le sens antihoraire. Cette forme spécifique des canaux internes 14a peut notamment permettre d'obtenir une projection du liquide de lubrification F depuis le centre Ca vers la surface extérieure Sa qui soit à grande vitesse.
De plus, le canal annulaire interne 15a est délimité par la surface intérieure S'a de la poulie lia, opposée à la surface extérieure Sa. Cette surface intérieure S'a est percée d'une pluralité d'orifices de passage 16a, comme on peut le voir sur la figure 4, pour amener le liquide de lubrification F depuis le canal annulaire interne 15a vers la gorge 13a de la poulie lia au contact du fil 2. Sur cette figure 4, les références F représentent les gouttes de liquide de lubrification F s'échappant des orifices de passage 16a. Les orifices de passage 16a peuvent par exemple être percés sur la surface intérieure S'a à intervalles réguliers, par exemple tous les millimètres.
L'invention peut également être appliquée à des dispositifs 1 de découpe par fil 2 sous la forme de scies à fil diamanté par exemple.
La figure 5 représente ainsi, selon une vue en perspective partielle, un organe rotatif 5a d'un deuxième exemple de dispositif 1 de découpe par fil 2 conforme à l'invention.
Dans cet exemple, l'organe rotatif 5a comporte un cylindre creux 20a formant un « guide-fil » dont la surface extérieure Sa est prévue pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil 2.
Ce cylindre creux 20a est alimenté de l'intérieur en son centre Ca par du liquide de lubrification F. Les moyens de lubrification 6a sont formés par une pluralité d'orifices de passage 21a percés dans la paroi 22a du cylindre creux 20a, et dans son revêtement éventuel en polyuréthane, pour permettre la circulation du liquide de lubrification F depuis le centre Ca vers la surface extérieure Sa du cylindre creux 20a, autrement dit pour amener le liquide de lubrification F vers le dessous du fil 2 et non par le dessus, ou de la nappe de fils 2. Cette solution peut éventuellement permettre d'éviter à des copeaux de silicium de se coller sur le fil 2.
On a par ailleurs représenté en référence aux figures 6 à 9 un troisième exemple de réalisation d'un dispositif 1 de découpe par fil 2 conforme à l'invention.
Plus précisément, la figure 6 est une vue en perspective partiellement éclatée d'un premier organe rotatif 5a de cet exemple de réalisation, la figure 7 représente, en perspective, le flasque 24a de l'organe rotatif 5a, la figure 8 représente, en perspective, un détail de l'organe rotatif 5a après assemblage du flasque 24a, et la figure 9 représente, en perspective, le dispositif 1 de cet exemple de réalisation comportant quatre organes rotatifs 5a à 5d.
Dans cet exemple également, l'organe rotatif 5a comporte un cylindre creux
20a formant un « guide-fil » dont la surface extérieure Sa est prévue pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil 2.
Par ailleurs, ce cylindre creux 20a est alimenté en son centre Ca par du liquide de lubrification F. Les moyens de lubrification 6a sont ici formés par une pluralité de fentes de distribution 23a, réalisées dans la paroi 22a du cylindre creux 20a sur sa longueur, les fentes de distribution 23a permettant la circulation du liquide de lubrification F depuis le centre Ca vers la surface extérieure Sa du cylindre creux 20a.
L'alimentation en liquide de lubrification F peut être réalisée à partir de l'équipement standard d'une scie à fil diamant. Les fentes de distribution 23a permettent l'accumulation du liquide de lubrification F et sa projection sur la nappe de fils 2 par le dessous plutôt que par le dessus. De cette façon, cela peut éventuellement permettre d'éviter à des copeaux de silicium de se coller sur le fil 2.
En outre, comme on peut le voir sur les figures 6, 7 et 8, le cylindre creux 20a comporte un flasque de fermeture 24a à ses deux extrémités. Ce flasque de fermeture 24a comporte une bordure 25a formée par une pluralité d'éléments en saillie 26a, destinés à s'engager dans les fentes de distribution 23a entre des portions longitudinales 27a de la paroi 22a du cylindre creux 20a. De cette façon, l'accumulation du liquide de lubrification F dans les fentes de distribution 23a est rendu possible. Le liquide de lubrification F se propage plus spécifiquement dans les fentes de distribution 23a et sous la bordure 25a du flasque de fermeture 24a, comme représenté sur la figure 8.
Enfin, le dispositif 1 de découpe par fil 2 selon cet exemple est représenté dans sa généralité sur la figure 9.
Il comporte ainsi des premier 5a, deuxième 5b, troisième 5c et quatrième 5d organes rotatifs, semblables à celui décrit aux figures 6, 7 et 8, respectivement autour de premier Xa, deuxième Xb, troisième Xc et quatrième Xd axes de rotation, ces axes de rotation étant sensiblement parallèles entre eux.
Les organes rotatifs 5a, 5b, 5c et 5d permettent l'entraînement du fil 2 sensiblement perpendiculairement aux axes de rotation Xa, Xb, Xc et Xd, le fil 2 étant en appui contre la surface extérieure Sa, Sb, Se et Sd de chacun des organes rotatifs 5a, 5b, 5c et 5d. De plus, les premier 5a, deuxième 5b, troisième 5c et quatrième 5d organes rotatifs comportent respectivement des premiers 6a, deuxièmes 6b, troisièmes 6c et quatrièmes 6d moyens de lubrification du fil 2, semblables à ceux décrits précédemment, configurés ainsi pour permettre la circulation du liquide de lubrification F depuis leur centre Ca, Cb, Ce et Cd vers leur surface extérieure Sa, Sb, Se et Sd au contact du fil 2.
On a par ailleurs représenté en référence aux figures 10 et 11 un quatrième exemple de réalisation selon l'invention.
Plus précisément, la figure 10 représente, en perspective, un premier organe rotatif 5a de cet exemple, et la figure 11 représente un détail partiel de la figure 10.
Ce quatrième exemple repose ainsi sur l'utilisation d'un système mécanique situé à l'intérieur de la poulie lia et qui agit comme un balancier. Ce système, notamment du fait de sa conception et de son centre de gravité, n'est pas en mouvement contrairement à la poulie lia.
Plus précisément, dans cet exemple, les moyens de lubrification 6a sont formés par un élément de distribution interne 17a du liquide de lubrification F depuis le centre Ca vers la surface extérieure Sa de la poulie lia, cet élément de distribution interne 17a étant ainsi sans mouvement et configuré pour agir comme un balancier.
L'élément de distribution interne 17a est apte à recevoir le liquide de lubrification F depuis le centre Ca de la poulie lia et s'étend partiellement autour de l'axe de rotation Xa du premier organe rotatif 5a de sorte à définir une portion angulaire de distribution 18a d'angle a du liquide de lubrification F pour la circulation vers la surface extérieure Sa de la poulie lia.
Cet élément de distribution interne 17a est par exemple monté sur un roulement. Il peut s'étendre au moins sur les trois quarts de tour autour de l'axe de rotation Xa de l'organe rotatif 5a. De cette façon, l'angle a de la portion angulaire de distribution 18a est par exemple de l'ordre de 90°. Cette portion angulaire de distribution 18a définit la partie de la poulie lia qui est « arrosée » par le liquide de lubrification F en sortie de l'élément de distribution interne 17a. En se référant à la disposition des organes rotatifs 5a et 5b de la figure 1, l'élément de distribution interne 17a peut ainsi permettre de ne lubrifier que la partie du fil 2 qui rentre dans la matière de la pièce 3 pour l'organe rotatif 5a situé à gauche, et de ne lubrifier que la partie du fil 2 qui sort de la matière de la pièce 3 pour l'organe rotatif 5b situé à droite.
L'élément de distribution interne 17a est préférentiellement creux de sorte à recevoir le liquide de lubrification F. Il comporte de plus un système anti-gravité pour permettre son immobilité relativement au reste de la poulie lia.
En outre, la poulie lia comporte une partie tournante 19a délimitée par la surface extérieure Sa de la poulie lia et par une surface intérieure S'a, opposée à la surface extérieure Sa, et s' étendant tout autour de l'élément de distribution interne 17a.
La partie tournante 19a comporte une pluralité d'orifices de passage 16a pour amener le liquide de lubrification F projeté par la portion angulaire de distribution 18a de l'élément de distribution interne 17a vers la gorge 13a de la poulie lia au contact du fil 2.
Grâce à ce quatrième exemple de réalisation, il peut être possible de réaliser une lubrification du fil 2 précise et dirigée. Un tel dispositif 1 peut également permettre de réduire la consommation en liquide de lubrification F, en particulier en eau ou en PEG.
On va maintenant décrire en référence aux figures 12, 13 et 14A à 14C des exemples de mise en œuvre du procédé selon l'invention de découpe par fil 2 d'une pièce à découper 3.
La figure 12 représente, en perspective, une configuration de positionnement de la pièce à découper 3 à l'aide d'un dispositif 1 de découpe par fil 2 conforme à l'invention, positionnée sur un support 4.
Sur cette figure 12, les références Tl, T2 et T3 représentent respectivement le premier tiers supérieur, le deuxième tiers intermédiaire et le troisième tiers inférieur de la pièce 3.
La figure 13 illustre quant à elle, sous la forme d'un diagramme, un exemple d'étapes de mise en œuvre d'un procédé conforme à l'invention. Un tel procédé peut par exemple permettre la gestion du fonctionnement du dispositif 1 par adaptation de la valeur de paramètres de fonctionnement du dispositif 1 en fonction de l'avancée du fil 2 à l'intérieur de la pièce à découper 3 lors de la découpe.
Les paramètres de fonctionnement, qui rentrent en compte pour la gestion du dispositif 1, peuvent par exemple comporter : la vitesse de rotation Vm du moteur 9a entraînant le dispositif d'alimentation 7a en liquide de lubrification F de l'organe rotatif 5a, le couple Cm du moteur 9a, le débit Db du liquide de lubrification F, la flèche du fil 2 de découpe, ou encore la vitesse de déplacement Vd du dispositif 1 de découpe par rapport au support 4 sur lequel la pièce à découper 3 est placée.
Ainsi, sur la figure 13, l'étape 30 marque l'étape de départ du procédé de gestion du fonctionnement du dispositif 1. A l'étape 31, le dispositif 1 et le support 4 sont positionnés l'un par rapport à l'autre puis, à l'étape 32, un couple moteur Cm est appliqué.
Lors de l'étape 33, on s'interroge sur le positionnement du fil 2 dans le deuxième tiers T2 de la pièce 3, comme représenté sur la figure 12.
Alors, si le fil 2 est positionné dans ce deuxième tiers T2 de la pièce 3, on arrive à l'étape 37. Au cours de celle-ci, on s'interroge sur le fait de savoir si la valeur du couple moteur Cm est supérieure à une valeur limite prédéterminée Lim. Si tel est le cas, on augmente le débit Db du liquide de lubrification F et on diminue la vitesse de déplacement Vd au cours de l'étape 38. Au contraire, si le couple moteur Cm est inférieur à la valeur limite prédéterminée Lim, on diminue le débit Db du liquide de lubrification F et on augmente la vitesse de déplacement Vd au cours de l'étape 39, la vitesse de rotation Vm du moteur restant identique.
Par ailleurs, si à l'étape 33, le fil 2 n'est pas positionné dans le deuxième tiers T2 de la pièce 3 comme représenté sur la figure 12, on s'interroge alors, au cours de l'étape 34, sur le fait de savoir si la valeur du couple moteur Cm est supérieure à la valeur limite prédéterminée Lim indiquée précédemment. Si tel est le cas, on augmente à la fois le débit Db et la vitesse de rotation Vm du moteur au cours de l'étape 35. Au contraire, si la valeur du couple moteur Cm est inférieure à la valeur limite prédéterminée Lim, on diminue à la fois le débit Db et la vitesse de rotation Vm du moteur au cours de l'étape 36, la vitesse de déplacement Vd du dispositif 1 de découpe par rapport au support 4 restant inchangée.
A l'issue des étapes 34, 36, 38 ou 39, le procédé reprend à partir de l'étape 31, comme représenté sur la figure 13.
Enfin, les figures 14A, 14B et 14C illustrent respectivement trois exemples de procédés d'asservissement mis en œuvre dans le procédé de découpe par fil 2 conforme à l'invention.
Sur la figure 14A, une valeur de consigne sur le couple moteur Cm est donnée en 40. L'asservissement est alors mis en œuvre entre la vitesse de rotation Vm en 41 du moteur en 42 et le couple moteur Cm en 43.
Sur la figure 14B, une valeur de consigne sur le positionnement du fil 2 est donnée en 44. L'asservissement est alors mis en œuvre entre la vitesse de rotation Vm en 41 du moteur en 42 et la position du fil 2 en 45.
Enfin, sur la figure 14C, une valeur de consigne sur le couple moteur Cm est donnée en 40. L'asservissement est alors mis en œuvre entre la vitesse de rotation en 41 du moteur de la tête de découpe en 46 et le couple moteur Cm en 43. Le moteur de la tête de découpe assure le déplacement de la tête de découpe en translation.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
En particulier, dans les modes de réalisation envisagés et décrits précédemment, les organes rotatifs 5a, 5b, 5c et 5d présentent une section de forme circulaire.
En variante, au moins deux organes rotatifs pourraient être de forme asymétrique. Plus précisément, le pourtour de la surface extérieure d'au moins deux organes rotatifs pourrait ainsi présenter tout type de forme non sensiblement circulaire de sorte qu'au moins deux points du pourtour soient situés à des distances différentes de l'axe (ou du centre) de rotation desdits au moins deux organes rotatifs. Par exemple, une telle forme en section desdits au moins deux organes rotatifs pourrait être sensiblement polygonale, par exemple rectangulaire, carrée, triangulaire, ou encore plus préférentiellement sensiblement ovale.
De façon avantageuse, ceci permettrait d'améliorer l'état de surface du matériau de la pièce à découper et d'augmenter la capacité d'enlèvement de matière.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de découpe par fil (2) d'une pièce à découper (3), destinée à être en mouvement par rapport au fil (2) pour en permettre la découpe, comportant au moins un premier organe rotatif (5a) autour d'un premier axe de rotation (Xa) et un deuxième organe rotatif (5b) autour d'un deuxième axe de rotation (Xb), lesdits premier (Xa) et deuxième (Xb) axes de rotation étant sensiblement parallèles entre eux, lesdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs permettant l'entraînement du fil (2) sensiblement perpendiculairement auxdits premier (Xa) et deuxième (Xb) axes de rotation, le fil (2) étant en appui contre la surface extérieure (Sa, Sb) de chacun desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs s'étendant autour de l'axe de rotation (Xa, Xb) correspondant,
caractérisé en ce que l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs comporte des moyens de lubrification (6a, 6b) du fil (2) configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification (F) depuis son centre (Ca, Cb) vers sa surface extérieure (Sa, Sb) au contact du fil (2),
et en ce que les moyens de lubrification (6a) comportent un dispositif d'alimentation (7a) en liquide de lubrification (F), monté sur l'axe de rotation (Xa) dudit l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs, pour alimenter son centre (Ca) en liquide de lubrification (F).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation (7a) en liquide de lubrification (F) comporte une vanne de régulation (8a) du débit de liquide de lubrification (F) injecté au centre (Ca) dudit l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs comporte une poulie (lia) pourvue d'une gorge (13a) sur sa surface extérieure (Sa) pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil (2).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de lubrification (6a) sont au moins en partie formés par au moins un canal interne (14a) de la poulie (lia) pour la circulation du liquide de lubrification (F) depuis le centre (Ca) de la poulie (lia) vers la surface extérieure (Sa) de la poulie (lia).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit au moins un canal interne (14a) s'étend à partir du centre (Ca) de la poulie (lia) et débouche dans un canal annulaire interne (15a) permettant la circulation du liquide de lubrification (F) vers la surface extérieure (Sa) de la poulie (lia).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le canal annulaire interne (15a) est délimité au moins en partie par une surface intérieure (S'a) de la poulie (lia), opposée à la surface extérieure (Sa), et en ce que la surface intérieure (S'a) est percée d'une pluralité d'orifices de passage (16a) pour amener le liquide de lubrification (F) depuis le canal annulaire interne (15a) vers la gorge (13a) de la poulie (lia) au contact du fil (2).
7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de lubrification (6a) sont au moins en partie formés par un élément de distribution interne (17a) du liquide de lubrification (F) depuis le centre (Ca) vers la surface extérieure (Sa) de la poulie (lia), cet élément de distribution interne (17a) étant sans mouvement et configuré pour agir comme un balancier, l'élément de distribution interne (17a) étant apte à recevoir le liquide de lubrification (F) depuis le centre (Ca) de la poulie (lia) et s'étendant partiellement autour de l'axe de rotation (Xa) dudit l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs de sorte à définir une portion angulaire de distribution (18a) du liquide de lubrification (F) pour la circulation vers la surface extérieure (Sa) de la poulie (lia).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la poulie (lia) comporte une partie tournante (19a) délimitée par la surface extérieure (Sa) de la poulie (lia) et par une surface intérieure (S'a), opposée à la surface extérieure (Sa), et s'étendant tout autour de l'élément de distribution interne (17a), la partie tournante (19a) comportant une pluralité d'orifices de passage (16a) pour amener le liquide de lubrification (F) projeté par la portion angulaire de distribution (18a) de l'élément de distribution interne (17a) vers la gorge (13a) de la poulie (lia) au contact du fil (2).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier organe rotatif (5a) comporte des premiers moyens de lubrification (6a) du fil (2) configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification (F) depuis le centre (Ca) vers la surface extérieure (Sa) du premier organe rotatif (5a) au contact du fil (2), et en ce que le deuxième organe rotatif (5b) comporte des deuxièmes moyens de lubrification (6b) du fil (2) configurés pour permettre la circulation d'un liquide de lubrification (F) depuis le centre (Cb) vers la surface extérieure (Sb) du deuxième organe rotatif (5b) au contact du fil (2).
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit l'un au moins desdits au moins un premier (5a) et un deuxième (5b) organes rotatifs comporte un cylindre creux (20a) formant un « guide-fil » dont la surface extérieure (Sa) est prévue pour permettre le positionnement et l'entraînement du fil (2).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le cylindre creux (20a) est alimenté en son centre (Ca) par du liquide de lubrification (F), et en ce que les moyens de lubrification (6a) sont au moins en partie formés par une pluralité d'orifices de passage (21a) percés dans la paroi (22a) du cylindre creux (20a) pour permettre la circulation du liquide de lubrification (F) depuis le centre (Ca) vers la surface extérieure (Sa) du cylindre creux (20a).
12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le cylindre creux (20a) est alimenté en son centre (Ca) par du liquide de lubrification (F), et en ce que les moyens de lubrification (6a) sont au moins en partie formés par une pluralité de fentes de distribution (23a), réalisées dans la paroi (22a) du cylindre creux (20a) sur sa longueur, les fentes de distribution (23a) permettant la circulation du liquide de lubrification (F) depuis le centre (Ca) vers la surface extérieure (Sa) du cylindre creux (20a).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le cylindre creux (20a) comporte un flasque de fermeture (24a) à au moins l'une de ses extrémités, comportant une bordure (25a) formée par une pluralité d'éléments en saillie (26a), destinés à s'engager dans les fentes de distribution (23a) entre des portions longitudinales (27a) de la paroi (22a) du cylindre creux (20a) de sorte à permettre une accumulation du liquide de lubrification (F) dans les fentes de distribution (23a).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des premier (5a), deuxième (5b), troisième (5c) et quatrième (5d) organes rotatifs respectivement autour de premier (Xa), deuxième (Xb), troisième (Xc) et quatrième (Xd) axes de rotation, les axes de rotation (Xa, Xb, Xc, Xd) étant sensiblement parallèles entre eux, les organes rotatifs (5a, 5b, 5c, 5d) permettant l'entraînement du fil (2) sensiblement perpendiculairement aux axes de rotation (Xa, Xb, Xc, Xd), le fil (2) étant en appui contre la surface extérieure (Sa, Sb, Se, Sd) de chacun des organes rotatifs (5a, 5b, 5c, 5d) s'étendant autour de l'axe de rotation (Xa, Xb, Xc, Xd) correspondant, les premier (5a), deuxième (5b), troisième (5c) et quatrième (5d) organes rotatifs comportant respectivement des premiers (6a), deuxièmes (6b), troisièmes (6c) et quatrièmes (6d) moyens de lubrification du fil (2) configurés pour permettre la circulation du liquide de lubrification (F) depuis leur centre (Ca, Cb, Ce, Cd) vers leur surface extérieure (Sa, Sb, Se, Sd) au contact du fil (2).
15. Procédé de découpe par fil d'une pièce à découper (3), caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un dispositif (1) de découpe par fil (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce qu'il comporte l'étape de lubrification du fil (2) par l'intermédiaire des moyens de lubrification (6a, 6b, 6c, 6d) d'au moins un organe rotatif (5a, 5b, 5c, 5d).
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à adapter la valeur de paramètres de fonctionnement du dispositif (1) de découpe par fil (2) en fonction de l'avancée du fil (2) à l'intérieur de la pièce à découper (3) lors de la découpe.
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