ワイヤソー装置及び切断加工方法
【課題】揺動角度が大きくなっても、ワイヤの撓みを抑制することができ、バランスよく切断できるワイヤソー装置等を提供する。
【解決手段】走行しながら揺動する切断用ワイヤ３に被加工物Ｗを押し付けて被加工物Ｗを切断するワイヤソー装置１である。揺動するワイヤガイド支持部４に配置され、各々が回転する一対のワイヤガイド２、これらワイヤガイド２の周囲に螺旋状に巻き付けられる１本の切断用ワイヤ３の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置６及びワイヤ巻取装置７、変位して被加工物Ｗを切断用ワイヤ３に押し付けるワーク保持部５０、制御装置８を備える。制御装置８が、ワイヤガイド支持部４の揺動角度の変化に反比例してワーク保持部５０の変位速度を制御する変位制御手段８ａや、ワイヤガイド支持部４の揺動角度の変化に反比例してその揺動速度を制御する揺動制御手段８ｂを有している。
【解決手段】走行しながら揺動する切断用ワイヤ３に被加工物Ｗを押し付けて被加工物Ｗを切断するワイヤソー装置１である。揺動するワイヤガイド支持部４に配置され、各々が回転する一対のワイヤガイド２、これらワイヤガイド２の周囲に螺旋状に巻き付けられる１本の切断用ワイヤ３の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置６及びワイヤ巻取装置７、変位して被加工物Ｗを切断用ワイヤ３に押し付けるワーク保持部５０、制御装置８を備える。制御装置８が、ワイヤガイド支持部４の揺動角度の変化に反比例してワーク保持部５０の変位速度を制御する変位制御手段８ａや、ワイヤガイド支持部４の揺動角度の変化に反比例してその揺動速度を制御する揺動制御手段８ｂを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、シリコンインゴット等から薄板状の基板を切り出すのに用いられるワイヤソー装置及び切断加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のワイヤソー装置では、離れて配置された複数のワイヤガイドの周囲に切断用ワイヤ（単にワイヤともいう）が螺旋状に巻き付けられている。このワイヤを走行制御することで、ワイヤガイド間には略平行に並んで同方向に走行するワイヤ群が形成される。これらワイヤ群にシリコンインゴット等（ワークともいう）を押し当てることにより、ワークから複数の基板を同時に切り出すことができる。
【０００３】
ところが、切削が進むと、ワークとワイヤとの間に隙間が無くなり、接触量が増えて切削除去量も増加する。そうなると、切削負荷は大きくなるし、切り粉も排出され難くなるため、切断効率が低下する。
【０００４】
そこで、ワイヤを揺動させながら切断する方法（揺動切断）が提案されている（特許文献１）。ワイヤを揺動させた場合、ワークとワイヤとの接触量が全体的に小さくなるため、切断速度が増大し、切り粉も排出され易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−１７１７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、揺動切断を行った場合、揺動角度が大きくなるとワイヤが撓み易くなるという問題がある。
【０００７】
図１や図２に、揺動切断途中におけるワークＷとワイヤ１０１を示す。これら図では、矢印線で示す範囲を揺動しながら走行しているワイヤ１０１に対し、ワークＷが上方から押し付けられている状態を示している。図１は揺動角度が最も小さい時を表しており、図２は揺動角度が最も大きい時を表している。なお、ワークＷはワイヤ１０１に向かって一定速度で変位していてワイヤ１０１に常に押し付けられている。
【０００８】
ワイヤ１０１の揺動角度が小さい時には、図１に示すように、ワイヤ１０１が撓んでも、ワークＷとワイヤ１０１との接触量は小さく、ワークＷの切削除去量（網目線で示す部分）も少ない。従って、同図の（ｂ）に示すように、ワイヤ１０１がワークＷに押し付けられて撓んでも、直ぐに仮想線で示すように撓みが無くなるため、ワイヤ１０１はほとんど撓みの無い状態でワークＷを切削することができる。
【０００９】
ところが、揺動角度が大きくなると、図２に示すように、ワークＷとワイヤ１０１との接触量が大きく、ワークＷの切削除去量も多くなる。その結果、切削による切り込み速度がワークＷの変位速度に追随できなくなり、ワイヤ１０１の撓みも戻り難くなる。ワイヤ１０１が撓むと、ワイヤ１０１に過度な張力が加わる虞があるうえ、更に接触量が増えて切削負荷も増加するし、切り粉も排出され難くなる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、揺動角度が大きくなっても、ワイヤの撓みを抑制することができ、バランスよく切断できるワイヤソー装置及び切断加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のワイヤソー装置は、走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する。ワイヤソー装置は、前記被加物が押し付けられる方向に対して略垂直な基準位置から所定の角度の範囲で揺動軸を中心に揺動するワイヤガイド支持部と、前記ワイヤガイド支持部に配置され、各々が互いに離れて前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回転する一対のワイヤガイドと、一対の前記ワイヤガイドの周囲に中間部分が螺旋状に巻き付けられる１本の前記切断用ワイヤと、前記切断用ワイヤの一方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置と、前記切断用ワイヤの他方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ巻取装置と、前記被加工物を支持し、変位して当該被加工物を前記切断用ワイヤに押し付けるワーク保持部と、制御装置と、を備えている。
【００１２】
そして、前記制御装置が、前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して前記ワーク保持部の変位速度を制御する変位制御手段、前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して当該ワイヤガイド支持部の揺動速度を制御する揺動制御手段、の少なくともいずれか一方を有している。
【００１３】
このワイヤソー装置によれば、ワーク保持部の変位速度やワイヤガイド支持部の揺動速度は、ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して制御される。すなわち、揺動角度が小さくなれば、それに対応して被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度は大きくなり、揺動角度が大きくなれば、それに対応して被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度は小さくなる。
【００１４】
揺動角度が大きくなっても、被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度が小さくなれば、切断用ワイヤへの被加工物の押し付け量が小さくなるため、切断用ワイヤと被加工物との接触量や切削除去量が増加しても切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度を被加工物の変位速度に追随させることができ、切断用ワイヤの撓みを抑制することできる。
【００１５】
前記変位制御手段は、前記揺動角度が最大になる時に前記変位速度が０になるように制御するのが好ましい。そうすれば、切断用ワイヤの撓みを効果的に抑制できる。
【００１６】
例えば、前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記変位速度は一定に保持され、前記変位制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるようにしてもよい。また、前記揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、前記変位速度は一定に保持されるようにすることもできる。更に、前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記揺動速度は一定に保持され、前記揺動制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるようにすることもできる。
【００１７】
好適な切断加工方法としては、例えば、前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記被加工物の変位速度を自動制御する変位制御工程や、前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記切断用ワイヤの揺動速度を自動制御する揺動制御工程を含むようにすればよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のワイヤソー装置等によれば、揺動角度が大きくなれば、それに応じて切削負荷が小さくなるように制御されるので、揺動角度の大小にかかわらずワイヤの撓みを安定して抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】揺動切断時におけるワークとワイヤとの関係を示す、断面方向から見た概略図である。（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で区画した部分の拡大図である。
【図２】揺動切断時におけるワークとワイヤとの関係を示す、断面方向から見た概略図である。（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で区画した部分の拡大図である。
【図３】実施形態に係るワイヤソー装置の要部の全体構成を示す概略図である。
【図４】ワイヤソー装置の主要部の概略図である。
【図５】揺動角度に対する揺動速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した揺動速度の変化を表している。
【図６】揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図７】第１変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図８】第２変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図９】第３変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図１０】第４変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した揺動速度の変化を表している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（ワイヤソー装置）
図３に、本実施形態のワイヤソー装置１を示す。このワイヤソー装置１は、例えば、半導体装置や太陽電池等の製造に用いられるシリコンインゴット等の柱状の被加工物（ワークＷと称する）を、複数の薄板状の基板に切断するために使用される。ワイヤソー装置１には、ワイヤガイド２や切断用ワイヤ３、ワイヤガイド支持部４、ワイヤ供給装置６、ワイヤ巻取装置７、制御装置８、側壁プレート１０、張力保持機構１１、ワーク保持部５０などが備えられている。
【００２１】
側壁プレート１０は、ワイヤソー装置１の加工領域を区画する壁体の一部であり、加工領域に面するその側面に円形に開口する貫通孔１２を有している。貫通孔１２の内側には、揺動円板９１が配置されている。揺動円板９１は、貫通孔１２の中心を通る揺動軸Ａ１回りに揺動変位する。
【００２２】
揺動円板９１の一方の側面（加工領域側）には、ワイヤガイド支持部４が固定されている。ワイヤガイド支持部４も揺動軸Ａ１を中心に揺動変位する。ワイヤガイド支持部４は、揺動軸Ａ１の方向に離れて対向する一対の支持壁４ａ，４ａや、これら支持壁４ａの一端に連なる連結壁４ｂなどで構成されている。ワイヤガイド支持部４における連結壁４ｂの反対側（ワーク側）に、一対のワイヤガイド２、２が配置されている。
【００２３】
ワイヤガイド２は、円柱形状をしている。ワイヤガイド２の端部は両支持壁部４ａに支持されていて、各ワイヤガイド２は互いに離れて並列している。ワイヤガイド２は、互いに同期して、揺動軸Ａ１と平行な回転軸Ａ２を中心に回転する。これら２つの回転軸Ａ２を結ぶ線分の中点に揺動軸Ａ１が位置している（図４参照）。
【００２４】
揺動円板９１の他方の側面（裏面側）には、ワイヤガイド駆動モータ２０や揺動駆動モータ９２が取り付けられている。揺動駆動モータ９２の駆動によって揺動円板９１は揺動し、ワイヤガイド駆動モータ２０の駆動によってワイヤガイド２は回転する。揺動駆動モータ９２及びワイヤガイド駆動モータ２０は、制御装置８によって駆動制御されている。
【００２５】
本実施形態では、切断用ワイヤ３（ワイヤ３ともいう）に、ワイヤ３の表面にダイヤモンド等の微細な砥粒が固着されている固定砥粒ワイヤが用いられている。１つのワイヤソー装置１に対し、例えば１００ｍ以上の長さの１本のワイヤ３が用いられる。一対のワイヤガイド２、２の間に略平行な複数のワイヤ３の列（ワイヤ群３ａともいう）が形成されるように、ワイヤ３は一対のワイヤガイド２、２に螺旋状に巻き付けられている。
【００２６】
具体的には、図４にも示すように、ワイヤ３の中間部分が、一対のワイヤガイド２の全体の周囲に繰り返し巻き掛けられ、両ワイヤガイド２の間に張り渡されている。ワイヤ３は、一方のワイヤガイド２（供給側ワイヤガイド２）のワークＷ側を通って他方のワイヤガイド２（巻取側ワイヤガイド２）まで張り渡され、巻取側ワイヤガイド２に巻き掛けられている。巻取側ワイヤガイド２に巻き掛けられたワイヤ３は、連結壁４ｂ側を通って供給側ワイヤガイド２まで張り渡され、供給側ワイヤガイド２に巻き掛けられている。この状態が回転軸Ａ２の方向に所定のピッチで繰り返し行われ、最後に巻取側ワイヤガイド２のワークＷ側からワイヤ３が引き出されている。
【００２７】
供給ワイヤガイド２から外方に引き出されたワイヤ３は、複数のプーリＰに案内されてワイヤ供給装置６まで延びている。ワイヤ供給装置６には、供給側ボビン６１や供給側アシストモータ６２などが備えられている。ワイヤ供給装置６には、最初に、ワイヤ３の新線が巻装された供給側ボビン６１が装着される。供給側アシストモータ６２は、制御装置８と協働して供給側ボビン６１を回転駆動し、所定の速度で所定量のワイヤ３を巻き出したり巻き取ったりする。
【００２８】
巻取側ワイヤガイド２から外方に引き出されたワイヤ３は、複数のプーリＰに案内されてワイヤ巻取装置７まで延びている。ワイヤ巻取装置７には、巻取側ボビン７１や巻取側アシストモータ７２などが備えられている。ワイヤ巻取装置７には、最初に、ワイヤ３が巻装されていない空の状態の巻取側ボビン７１が装着される。巻取側アシストモータ７２は、制御装置８と協働して巻取側ボビン６１を回転駆動し、供給側アシストモータ６２と同期してワイヤ３を巻き取ったり巻き出したりする。
【００２９】
ワイヤ３の張力を一定に保持制御するために、供給側ボビン６１と供給側ワイヤガイド２との間、及び巻取側ボビン７１と巻取側ワイヤガイド２との間に、張力保持機構１１が配設されている。張力保持機構１１には、テンションアーム１１ａやテンションモータ１１ｂなどが備えられている。テンションモータ１１ｂは、例えば、フィードバック制御されたサーボモータで構成され、ワイヤ３の張力の実測値に基づいて回動変位するように設定されている。テンションモータ１１ｂの作動によってテンションアーム１１ａに軸支されたプーリＰが変位し、ワイヤ３の張力は一定に保持される。
【００３０】
本実施形態のワイヤソー装置１では、回転方向を交互に変えてワイヤガイド駆動モータ２０及び両アシストモータ６２，７２を駆動させることにより、ワイヤ供給装置６及びワイヤ巻取装置７のそれぞれにおいてワイヤ３の巻き出しとワイヤ３の巻き取りとが交互に繰り返し行われる。具体的には、供給側ボビン６１から所定長さのワイヤ３が巻き出されて巻取側ボビン７１に巻き取られる。続いて、所定長さよりも短い長さ分だけ、巻取側ボビン７１からワイヤ３が巻き出されて供給側ボビン６１に再度巻き取られる。この処理を交互に繰り返し行うことにより、ワイヤ３の新線部分は供給側ボビン６１から順次繰り出され、ワイヤ３は、供給側ボビン６１から巻取側ボビン７１へと順次巻き取られていく。
【００３１】
ワーク保持部５０は、ワーク保持部材５１やワーク昇降モータ５２などで構成さていて、ワイヤガイド支持部４のワークＷ側に離れて配設されている。詳しくは、図４に示したように、軸方向から見て、揺動軸Ａ１を通り、揺動角度が０の時の２つの回転軸Ａ２を結ぶ線分に対して略垂直な延長線Ｌ上にワーク保持部材５１が位置している。ワーク保持部材５１の一端（テーブル５１ａともいう）はワイヤ群３ａと対向していて、そのテーブル５１ａにワークＷが着脱可能に支持されている。
【００３２】
ワーク保持部材５１の他端側に、ワーク昇降モータ５２が配置されている。ワーク昇降モータ５２は、制御装置８と協働し、ボールネジ機構（不図示）によってワーク保持部材５１を延長線Ｌに沿って変位させる。
【００３３】
制御装置８は、ＣＰＵやメモリ等のハードウエアと、メモリに実装された制御プログラム等のソフトウエアとで構成されている。制御装置８には、ワイヤガイド駆動モータ２０やワーク昇降モータ５２、供給側アシストモータ６２，巻取側アシストモータ７２、揺動駆動モータ９２等が接続されていて、制御装置８はこれらを駆動制御している。
【００３４】
具体的には、制御装置８は、ワイヤガイド駆動モータ２０や供給側アシストモータ６２，巻取側アシストモータ７２を駆動制御している。それにより、ワイヤ３の巻き出し及び巻き取りの処理が交互に繰り返し行われ、ワイヤ３は次第に供給側ボビン６１から巻取側ボビン７１に巻き取られる。
【００３５】
制御装置８は、揺動駆動モータ９２も駆動制御している。それにより、揺動円盤９１やワイヤガイド支持部４、ワイヤガイド２、ワイヤ群３ａは揺動する。具体的には、延長線Ｌに垂直な揺動角度０の基準位置から、時計回り及び反時計回りに所定の角度（θ）の範囲で、ワイヤガイド支持部４等は揺動軸Ａ１を中心に揺動変位する。制御装置８が、ワイヤガイド駆動モータ２０等とワイヤガイド支持部４等とを同時に駆動制御することにより、ワイヤ群３ａは走行した状態で揺動変位する。
【００３６】
また、制御装置８はワーク昇降モータ５２も駆動制御している。それにより、ワーク保持部材５１やワークＷはワイヤ群３ａに向かって変位し、ワークＷは切断されるまで常時ワイヤ３に押し付けられる。
【００３７】
そして、本実施形態の制御装置８には、揺動によって生じるワイヤ３の撓みを抑制するために、ワークＷの変位速度を制御する変位制御プログラム８ａ（変位制御手段）や、ワイヤ３の揺動速度を制御する揺動制御プログラム８ｂ（揺動制御手段）が組み込まれている。変位制御プログラム８ａや揺動制御プログラム８ｂについては、次の切断加工方法の説明において詳細に説明する。
【００３８】
（切断加工方法）
このワイヤソー装置１では、ワークＷをセットし、例えば、操作スイッチを操作してワイヤソー装置１を作動させることで、ワイヤガイド駆動モータ２０等と制御装置８との協働により、ワークＷの切断が完了するまでの一連の処理が自動的に実行される。
【００３９】
まず最初には、テーブル５１ａにワークＷがセットされる（ワーク支持工程）。具体的には、ワークＷはその切断方向がワイヤ群３ａと平行になるようにテーブル５１ａに取り付けられる。そうしてワイヤソー装置１を作動させると、ワイヤガイド２の回転に連動して、ワイヤ供給装置６及びワイヤ巻取装置７においてワイヤ３の引き出し処理や巻き取り処理が行われ、ワイヤ３は、所定の速度で前進と後退を繰り返す（ワイヤ走行工程）。
【００４０】
ワイヤ３の走行に連動して、ワイヤガイド支持部４等も制御装置８によって自動的に揺動制御される（揺動制御工程）。本実施形態の揺動制御工程では、上述した揺動制御プログラム８ｂが実行される。具体的には、ワイヤガイド支持部４等の揺動角度の変化に反比例するように、ワイヤガイド支持部４等の揺動速度が制御される。
【００４１】
図５に、その制御における揺動角度に対する揺動速度のタイムチャートを示す。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を表している。同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワイヤガイド支持部４等の揺動速度の変化を表している。
【００４２】
本実施形態では、揺動角度が増加するに従って揺動速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って揺動速度が次第に増加するように制御されている。そして、揺動角度が０になる時には、揺動速度が予め設定された設定値（Ｖｙ）になり、揺動角度が最大になる時には、揺動速度が設定値Ｖｙよりも小さい値（予め設定される減速値：Ｖｙ１）になるように制御されている。
【００４３】
揺動角度が大きくなれば、それに応じて揺動速度が小さくなってワイヤ群３ａへのワークＷの押し付け量も小さくなるので、ワイヤ群３ａとワークＷとの接触量や切削除去量が増加してもワイヤ３は切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度をワークＷの変位速度に追随させることができ、ワイヤ３の撓みを抑制することできる。また、ワークＷが切削され易い時（揺動角度が０になる時）には揺動速度は最大になるので、効率よく切削できる。
【００４４】
そして、ワークＷをワイヤ群３ａに押し付けるために、揺動制御されながら走行しているワイヤ群３ａに向かってワーク保持部材５１が変位する（変位制御工程）。走行するワイヤ群３ａにワークＷが接すると、その摩擦抵抗によってワークＷは切削される。切削時には、オイル供給装置（不図示）よりワークＷの切削部位にオイルが供給される。ワークＷが分断されるまで、ワイヤ３の走行制御及び揺動制御が自動的に実行される。
【００４５】
本実施形態の変位制御工程では、上述した変位制御プログラム８ａが実行される。具体的には、ワイヤガイド２等の揺動角度の変化に反比例するように、ワークＷの変位速度が制御される。
【００４６】
図６に、その制御における揺動角度に対する変位速度のタイムチャートを示す。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を表している。同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。
【００４７】
本実施形態では、揺動角度が増加するに従って変位速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って変位速度が次第に増加するように制御されている。そして、揺動角度が０になる時には変位速度が最大（Ｖｈ：設定変位速度）になり、揺動角度が最大になる時には変位速度が０になるように制御されている。
【００４８】
揺動角度が大きくなれば、それに応じてワークＷの変位速度が低くなってワイヤ群３ａへのワークＷの押し付け量も小さくなるので、ワイヤ群３ａとワークＷとの接触量や切削除去量が増加してもワイヤ３は切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度をワークＷの変位速度に追随させることができ、ワイヤ３の撓みを抑制することできる。
【００４９】
揺動角度が０の時には変位速度は最大になるので、効率よく切削できる。また、揺動角度が最大の時には変位速度は０になるので、ワイヤ３の撓みを効果的に抑制できる。揺動角度の大小に対応してワイヤ３の撓みをバランス良く制御することができるので、安定した切削を実現することができる。
【００５０】
特に、本実施形態のワイヤソー装置１では、ワークＷの変位速度の制御とワイヤ群３ａの揺動速度の制御とが同時に行われるので、よりいっそうワイヤ３の撓みが抑制でき、安定した切削を実現することができる。
【００５１】
（変形例）
変位制御プログラム８ａや揺動制御プログラム８ｂの構成は、上述した実施形態に限られず、仕様等に合わせて適宜変更することができる。
【００５２】
図７に、その変形例の一例を示す（第１変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。本変形例では、揺動角度（絶対値）が所定の閾値（θｓ）に至るまではワーク保持部５０の変位速度は一定に保持され、その閾値以上の範囲で変位制御プログラム８ａの制御が実行されるように設定されている。
【００５３】
具体的には、ワイヤガイド２等の揺動角度（絶対値）が０〜θｓの範囲では、ワーク保持部５０の変位速度は設定変位速度（Ｖｈ）に保持される。そして、ワイヤガイド支持部４等の揺動角度（絶対値）がθｓ以上の範囲において、上述した実施形態の場合と同様に、揺動角度が増加するに従って変位速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って変位速度が次第に増加するように制御されている。
【００５４】
このように制御すれば、揺動角度が大きくなるところではワイヤ３の撓みを抑制しながら、揺動角度が小さいところでは変位速度を高く保持できるので、安定した切削を実現しながら切削時間の短縮も図ることができる。
【００５５】
更に、図８に、別の変形例を示す（第２変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。
【００５６】
本変形例では、揺動角度が最大になる時に、変位速度が０にならずに設定変位速度よりも小さい値（Ｖｈ１）になるように制御されている点で、第１変形例と異なっている。
【００５７】
また更に、図９に、別の変形例を示す（第３変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。
【００５８】
本変形例では、揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、変位速度が一定に保持されるように制御されている点で、上述した実施形態等と異なっている。このように、揺動角度が大きくなっている時に、ワーク保持部５０等の変位を一定期間停止させることで、ワイヤ３は更に切削し易くなるため、ワイヤ３の撓みをよりいっそう効果的に抑制することができる。
【００５９】
また更に、図１０に、別の変形例を示す（第４変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワイヤガイド支持部４等の揺動速度の変化を表している。
【００６０】
本変形例では、揺動角度が所定の閾値（θｓ）に至るまではワイヤガイド支持部４等の揺動速度は一定に保持され、その閾値以上の範囲で揺動制御プログラム８ｂの制御が実行されるように設定されている。
【００６１】
具体的には、ワイヤガイド２等の揺動角度（絶対値）が０〜θｓの範囲では、ワイヤガイド支持部４等の揺動速度は設定変位速度（Ｖｙ）に保持される。そして、ワイヤガイド支持部４等の揺動角度（絶対値）がθｓ以上の範囲において、上述した実施形態の場合と同様に、揺動角度が増加するに従って揺動速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って揺動速度が次第に増加するように制御されている。
【００６２】
なお、本発明にかかるワイヤソー装置１等は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。本発明が適用可能なワイヤソー装置１は、図１に示すワイヤソー装置１に限られない。揺動しながら走行するワイヤにワークを押し当てて切断加工を行うタイプのワイヤソー装置１に本発明は広く適用可能である。
【００６３】
例えば、張力保持機構１１は、テンションアーム１１ａ等に限らない。例えば、ワイヤ供給装置６やワイヤ巻取装置７に張力保持機構を組み込んであってもよい。ワイヤガイド２は３つ以上であってもよい。
【００６４】
ワークＷの形状（加工前の形状）も特に限定されるものではない。例えば、円柱状や直方体状等の様々な形状を持つワークＷに本発明は広く適用可能である。ワークＷの材質もシリコン等に限定されるものではない。切断用ワイヤは固定砥粒ワイヤに限らないが、ワークＷがサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材の場合には固定砥粒ワイヤを用いるのが好ましい。
【００６５】
変位制御手段８ａ及び揺動制御手段８ｂは、同時に行う必要はない。それぞれ単独で行ってもよい。実施形態のように、ワイヤソー装置１は、変位制御手段８ａ、揺動制御手段８ｂの双方を有していてもよいし、変位制御手段８ａのみ、あるいは揺動制御手段８ｂのみを有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のワイヤソー装置及び切断加工方法は、シリコンインゴット等の切断に好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１ ワイヤソー装置
２ ワイヤガイド
３ 切断用ワイヤ
４ ワイヤガイド支持部
６ ワイヤ供給装置
７ ワイヤ巻取装置
８ 制御装置
８ａ 変位制御プログラム
８ｂ 揺動制御プログラム
１０ 側壁プレート
１１ 張力保持機構
５０ ワーク保持部
６１ 供給側ボビン
７１ 巻取側ボビン
Ｐ プーリ
Ｗ ワーク
Ａ１ 揺動軸
Ａ２ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、シリコンインゴット等から薄板状の基板を切り出すのに用いられるワイヤソー装置及び切断加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のワイヤソー装置では、離れて配置された複数のワイヤガイドの周囲に切断用ワイヤ（単にワイヤともいう）が螺旋状に巻き付けられている。このワイヤを走行制御することで、ワイヤガイド間には略平行に並んで同方向に走行するワイヤ群が形成される。これらワイヤ群にシリコンインゴット等（ワークともいう）を押し当てることにより、ワークから複数の基板を同時に切り出すことができる。
【０００３】
ところが、切削が進むと、ワークとワイヤとの間に隙間が無くなり、接触量が増えて切削除去量も増加する。そうなると、切削負荷は大きくなるし、切り粉も排出され難くなるため、切断効率が低下する。
【０００４】
そこで、ワイヤを揺動させながら切断する方法（揺動切断）が提案されている（特許文献１）。ワイヤを揺動させた場合、ワークとワイヤとの接触量が全体的に小さくなるため、切断速度が増大し、切り粉も排出され易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−１７１７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、揺動切断を行った場合、揺動角度が大きくなるとワイヤが撓み易くなるという問題がある。
【０００７】
図１や図２に、揺動切断途中におけるワークＷとワイヤ１０１を示す。これら図では、矢印線で示す範囲を揺動しながら走行しているワイヤ１０１に対し、ワークＷが上方から押し付けられている状態を示している。図１は揺動角度が最も小さい時を表しており、図２は揺動角度が最も大きい時を表している。なお、ワークＷはワイヤ１０１に向かって一定速度で変位していてワイヤ１０１に常に押し付けられている。
【０００８】
ワイヤ１０１の揺動角度が小さい時には、図１に示すように、ワイヤ１０１が撓んでも、ワークＷとワイヤ１０１との接触量は小さく、ワークＷの切削除去量（網目線で示す部分）も少ない。従って、同図の（ｂ）に示すように、ワイヤ１０１がワークＷに押し付けられて撓んでも、直ぐに仮想線で示すように撓みが無くなるため、ワイヤ１０１はほとんど撓みの無い状態でワークＷを切削することができる。
【０００９】
ところが、揺動角度が大きくなると、図２に示すように、ワークＷとワイヤ１０１との接触量が大きく、ワークＷの切削除去量も多くなる。その結果、切削による切り込み速度がワークＷの変位速度に追随できなくなり、ワイヤ１０１の撓みも戻り難くなる。ワイヤ１０１が撓むと、ワイヤ１０１に過度な張力が加わる虞があるうえ、更に接触量が増えて切削負荷も増加するし、切り粉も排出され難くなる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、揺動角度が大きくなっても、ワイヤの撓みを抑制することができ、バランスよく切断できるワイヤソー装置及び切断加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のワイヤソー装置は、走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する。ワイヤソー装置は、前記被加物が押し付けられる方向に対して略垂直な基準位置から所定の角度の範囲で揺動軸を中心に揺動するワイヤガイド支持部と、前記ワイヤガイド支持部に配置され、各々が互いに離れて前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回転する一対のワイヤガイドと、一対の前記ワイヤガイドの周囲に中間部分が螺旋状に巻き付けられる１本の前記切断用ワイヤと、前記切断用ワイヤの一方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置と、前記切断用ワイヤの他方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ巻取装置と、前記被加工物を支持し、変位して当該被加工物を前記切断用ワイヤに押し付けるワーク保持部と、制御装置と、を備えている。
【００１２】
そして、前記制御装置が、前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して前記ワーク保持部の変位速度を制御する変位制御手段、前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して当該ワイヤガイド支持部の揺動速度を制御する揺動制御手段、の少なくともいずれか一方を有している。
【００１３】
このワイヤソー装置によれば、ワーク保持部の変位速度やワイヤガイド支持部の揺動速度は、ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して制御される。すなわち、揺動角度が小さくなれば、それに対応して被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度は大きくなり、揺動角度が大きくなれば、それに対応して被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度は小さくなる。
【００１４】
揺動角度が大きくなっても、被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度が小さくなれば、切断用ワイヤへの被加工物の押し付け量が小さくなるため、切断用ワイヤと被加工物との接触量や切削除去量が増加しても切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度を被加工物の変位速度に追随させることができ、切断用ワイヤの撓みを抑制することできる。
【００１５】
前記変位制御手段は、前記揺動角度が最大になる時に前記変位速度が０になるように制御するのが好ましい。そうすれば、切断用ワイヤの撓みを効果的に抑制できる。
【００１６】
例えば、前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記変位速度は一定に保持され、前記変位制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるようにしてもよい。また、前記揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、前記変位速度は一定に保持されるようにすることもできる。更に、前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記揺動速度は一定に保持され、前記揺動制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるようにすることもできる。
【００１７】
好適な切断加工方法としては、例えば、前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記被加工物の変位速度を自動制御する変位制御工程や、前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記切断用ワイヤの揺動速度を自動制御する揺動制御工程を含むようにすればよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のワイヤソー装置等によれば、揺動角度が大きくなれば、それに応じて切削負荷が小さくなるように制御されるので、揺動角度の大小にかかわらずワイヤの撓みを安定して抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】揺動切断時におけるワークとワイヤとの関係を示す、断面方向から見た概略図である。（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で区画した部分の拡大図である。
【図２】揺動切断時におけるワークとワイヤとの関係を示す、断面方向から見た概略図である。（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で区画した部分の拡大図である。
【図３】実施形態に係るワイヤソー装置の要部の全体構成を示す概略図である。
【図４】ワイヤソー装置の主要部の概略図である。
【図５】揺動角度に対する揺動速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した揺動速度の変化を表している。
【図６】揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図７】第１変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図８】第２変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図９】第３変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した変位速度の変化を表している。
【図１０】第４変形例の揺動角度に対する変位速度のタイムチャートである。（ａ）は揺動角度の変化を、（ｂ）は（ａ）に対応した揺動速度の変化を表している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（ワイヤソー装置）
図３に、本実施形態のワイヤソー装置１を示す。このワイヤソー装置１は、例えば、半導体装置や太陽電池等の製造に用いられるシリコンインゴット等の柱状の被加工物（ワークＷと称する）を、複数の薄板状の基板に切断するために使用される。ワイヤソー装置１には、ワイヤガイド２や切断用ワイヤ３、ワイヤガイド支持部４、ワイヤ供給装置６、ワイヤ巻取装置７、制御装置８、側壁プレート１０、張力保持機構１１、ワーク保持部５０などが備えられている。
【００２１】
側壁プレート１０は、ワイヤソー装置１の加工領域を区画する壁体の一部であり、加工領域に面するその側面に円形に開口する貫通孔１２を有している。貫通孔１２の内側には、揺動円板９１が配置されている。揺動円板９１は、貫通孔１２の中心を通る揺動軸Ａ１回りに揺動変位する。
【００２２】
揺動円板９１の一方の側面（加工領域側）には、ワイヤガイド支持部４が固定されている。ワイヤガイド支持部４も揺動軸Ａ１を中心に揺動変位する。ワイヤガイド支持部４は、揺動軸Ａ１の方向に離れて対向する一対の支持壁４ａ，４ａや、これら支持壁４ａの一端に連なる連結壁４ｂなどで構成されている。ワイヤガイド支持部４における連結壁４ｂの反対側（ワーク側）に、一対のワイヤガイド２、２が配置されている。
【００２３】
ワイヤガイド２は、円柱形状をしている。ワイヤガイド２の端部は両支持壁部４ａに支持されていて、各ワイヤガイド２は互いに離れて並列している。ワイヤガイド２は、互いに同期して、揺動軸Ａ１と平行な回転軸Ａ２を中心に回転する。これら２つの回転軸Ａ２を結ぶ線分の中点に揺動軸Ａ１が位置している（図４参照）。
【００２４】
揺動円板９１の他方の側面（裏面側）には、ワイヤガイド駆動モータ２０や揺動駆動モータ９２が取り付けられている。揺動駆動モータ９２の駆動によって揺動円板９１は揺動し、ワイヤガイド駆動モータ２０の駆動によってワイヤガイド２は回転する。揺動駆動モータ９２及びワイヤガイド駆動モータ２０は、制御装置８によって駆動制御されている。
【００２５】
本実施形態では、切断用ワイヤ３（ワイヤ３ともいう）に、ワイヤ３の表面にダイヤモンド等の微細な砥粒が固着されている固定砥粒ワイヤが用いられている。１つのワイヤソー装置１に対し、例えば１００ｍ以上の長さの１本のワイヤ３が用いられる。一対のワイヤガイド２、２の間に略平行な複数のワイヤ３の列（ワイヤ群３ａともいう）が形成されるように、ワイヤ３は一対のワイヤガイド２、２に螺旋状に巻き付けられている。
【００２６】
具体的には、図４にも示すように、ワイヤ３の中間部分が、一対のワイヤガイド２の全体の周囲に繰り返し巻き掛けられ、両ワイヤガイド２の間に張り渡されている。ワイヤ３は、一方のワイヤガイド２（供給側ワイヤガイド２）のワークＷ側を通って他方のワイヤガイド２（巻取側ワイヤガイド２）まで張り渡され、巻取側ワイヤガイド２に巻き掛けられている。巻取側ワイヤガイド２に巻き掛けられたワイヤ３は、連結壁４ｂ側を通って供給側ワイヤガイド２まで張り渡され、供給側ワイヤガイド２に巻き掛けられている。この状態が回転軸Ａ２の方向に所定のピッチで繰り返し行われ、最後に巻取側ワイヤガイド２のワークＷ側からワイヤ３が引き出されている。
【００２７】
供給ワイヤガイド２から外方に引き出されたワイヤ３は、複数のプーリＰに案内されてワイヤ供給装置６まで延びている。ワイヤ供給装置６には、供給側ボビン６１や供給側アシストモータ６２などが備えられている。ワイヤ供給装置６には、最初に、ワイヤ３の新線が巻装された供給側ボビン６１が装着される。供給側アシストモータ６２は、制御装置８と協働して供給側ボビン６１を回転駆動し、所定の速度で所定量のワイヤ３を巻き出したり巻き取ったりする。
【００２８】
巻取側ワイヤガイド２から外方に引き出されたワイヤ３は、複数のプーリＰに案内されてワイヤ巻取装置７まで延びている。ワイヤ巻取装置７には、巻取側ボビン７１や巻取側アシストモータ７２などが備えられている。ワイヤ巻取装置７には、最初に、ワイヤ３が巻装されていない空の状態の巻取側ボビン７１が装着される。巻取側アシストモータ７２は、制御装置８と協働して巻取側ボビン６１を回転駆動し、供給側アシストモータ６２と同期してワイヤ３を巻き取ったり巻き出したりする。
【００２９】
ワイヤ３の張力を一定に保持制御するために、供給側ボビン６１と供給側ワイヤガイド２との間、及び巻取側ボビン７１と巻取側ワイヤガイド２との間に、張力保持機構１１が配設されている。張力保持機構１１には、テンションアーム１１ａやテンションモータ１１ｂなどが備えられている。テンションモータ１１ｂは、例えば、フィードバック制御されたサーボモータで構成され、ワイヤ３の張力の実測値に基づいて回動変位するように設定されている。テンションモータ１１ｂの作動によってテンションアーム１１ａに軸支されたプーリＰが変位し、ワイヤ３の張力は一定に保持される。
【００３０】
本実施形態のワイヤソー装置１では、回転方向を交互に変えてワイヤガイド駆動モータ２０及び両アシストモータ６２，７２を駆動させることにより、ワイヤ供給装置６及びワイヤ巻取装置７のそれぞれにおいてワイヤ３の巻き出しとワイヤ３の巻き取りとが交互に繰り返し行われる。具体的には、供給側ボビン６１から所定長さのワイヤ３が巻き出されて巻取側ボビン７１に巻き取られる。続いて、所定長さよりも短い長さ分だけ、巻取側ボビン７１からワイヤ３が巻き出されて供給側ボビン６１に再度巻き取られる。この処理を交互に繰り返し行うことにより、ワイヤ３の新線部分は供給側ボビン６１から順次繰り出され、ワイヤ３は、供給側ボビン６１から巻取側ボビン７１へと順次巻き取られていく。
【００３１】
ワーク保持部５０は、ワーク保持部材５１やワーク昇降モータ５２などで構成さていて、ワイヤガイド支持部４のワークＷ側に離れて配設されている。詳しくは、図４に示したように、軸方向から見て、揺動軸Ａ１を通り、揺動角度が０の時の２つの回転軸Ａ２を結ぶ線分に対して略垂直な延長線Ｌ上にワーク保持部材５１が位置している。ワーク保持部材５１の一端（テーブル５１ａともいう）はワイヤ群３ａと対向していて、そのテーブル５１ａにワークＷが着脱可能に支持されている。
【００３２】
ワーク保持部材５１の他端側に、ワーク昇降モータ５２が配置されている。ワーク昇降モータ５２は、制御装置８と協働し、ボールネジ機構（不図示）によってワーク保持部材５１を延長線Ｌに沿って変位させる。
【００３３】
制御装置８は、ＣＰＵやメモリ等のハードウエアと、メモリに実装された制御プログラム等のソフトウエアとで構成されている。制御装置８には、ワイヤガイド駆動モータ２０やワーク昇降モータ５２、供給側アシストモータ６２，巻取側アシストモータ７２、揺動駆動モータ９２等が接続されていて、制御装置８はこれらを駆動制御している。
【００３４】
具体的には、制御装置８は、ワイヤガイド駆動モータ２０や供給側アシストモータ６２，巻取側アシストモータ７２を駆動制御している。それにより、ワイヤ３の巻き出し及び巻き取りの処理が交互に繰り返し行われ、ワイヤ３は次第に供給側ボビン６１から巻取側ボビン７１に巻き取られる。
【００３５】
制御装置８は、揺動駆動モータ９２も駆動制御している。それにより、揺動円盤９１やワイヤガイド支持部４、ワイヤガイド２、ワイヤ群３ａは揺動する。具体的には、延長線Ｌに垂直な揺動角度０の基準位置から、時計回り及び反時計回りに所定の角度（θ）の範囲で、ワイヤガイド支持部４等は揺動軸Ａ１を中心に揺動変位する。制御装置８が、ワイヤガイド駆動モータ２０等とワイヤガイド支持部４等とを同時に駆動制御することにより、ワイヤ群３ａは走行した状態で揺動変位する。
【００３６】
また、制御装置８はワーク昇降モータ５２も駆動制御している。それにより、ワーク保持部材５１やワークＷはワイヤ群３ａに向かって変位し、ワークＷは切断されるまで常時ワイヤ３に押し付けられる。
【００３７】
そして、本実施形態の制御装置８には、揺動によって生じるワイヤ３の撓みを抑制するために、ワークＷの変位速度を制御する変位制御プログラム８ａ（変位制御手段）や、ワイヤ３の揺動速度を制御する揺動制御プログラム８ｂ（揺動制御手段）が組み込まれている。変位制御プログラム８ａや揺動制御プログラム８ｂについては、次の切断加工方法の説明において詳細に説明する。
【００３８】
（切断加工方法）
このワイヤソー装置１では、ワークＷをセットし、例えば、操作スイッチを操作してワイヤソー装置１を作動させることで、ワイヤガイド駆動モータ２０等と制御装置８との協働により、ワークＷの切断が完了するまでの一連の処理が自動的に実行される。
【００３９】
まず最初には、テーブル５１ａにワークＷがセットされる（ワーク支持工程）。具体的には、ワークＷはその切断方向がワイヤ群３ａと平行になるようにテーブル５１ａに取り付けられる。そうしてワイヤソー装置１を作動させると、ワイヤガイド２の回転に連動して、ワイヤ供給装置６及びワイヤ巻取装置７においてワイヤ３の引き出し処理や巻き取り処理が行われ、ワイヤ３は、所定の速度で前進と後退を繰り返す（ワイヤ走行工程）。
【００４０】
ワイヤ３の走行に連動して、ワイヤガイド支持部４等も制御装置８によって自動的に揺動制御される（揺動制御工程）。本実施形態の揺動制御工程では、上述した揺動制御プログラム８ｂが実行される。具体的には、ワイヤガイド支持部４等の揺動角度の変化に反比例するように、ワイヤガイド支持部４等の揺動速度が制御される。
【００４１】
図５に、その制御における揺動角度に対する揺動速度のタイムチャートを示す。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を表している。同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワイヤガイド支持部４等の揺動速度の変化を表している。
【００４２】
本実施形態では、揺動角度が増加するに従って揺動速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って揺動速度が次第に増加するように制御されている。そして、揺動角度が０になる時には、揺動速度が予め設定された設定値（Ｖｙ）になり、揺動角度が最大になる時には、揺動速度が設定値Ｖｙよりも小さい値（予め設定される減速値：Ｖｙ１）になるように制御されている。
【００４３】
揺動角度が大きくなれば、それに応じて揺動速度が小さくなってワイヤ群３ａへのワークＷの押し付け量も小さくなるので、ワイヤ群３ａとワークＷとの接触量や切削除去量が増加してもワイヤ３は切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度をワークＷの変位速度に追随させることができ、ワイヤ３の撓みを抑制することできる。また、ワークＷが切削され易い時（揺動角度が０になる時）には揺動速度は最大になるので、効率よく切削できる。
【００４４】
そして、ワークＷをワイヤ群３ａに押し付けるために、揺動制御されながら走行しているワイヤ群３ａに向かってワーク保持部材５１が変位する（変位制御工程）。走行するワイヤ群３ａにワークＷが接すると、その摩擦抵抗によってワークＷは切削される。切削時には、オイル供給装置（不図示）よりワークＷの切削部位にオイルが供給される。ワークＷが分断されるまで、ワイヤ３の走行制御及び揺動制御が自動的に実行される。
【００４５】
本実施形態の変位制御工程では、上述した変位制御プログラム８ａが実行される。具体的には、ワイヤガイド２等の揺動角度の変化に反比例するように、ワークＷの変位速度が制御される。
【００４６】
図６に、その制御における揺動角度に対する変位速度のタイムチャートを示す。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を表している。同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。
【００４７】
本実施形態では、揺動角度が増加するに従って変位速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って変位速度が次第に増加するように制御されている。そして、揺動角度が０になる時には変位速度が最大（Ｖｈ：設定変位速度）になり、揺動角度が最大になる時には変位速度が０になるように制御されている。
【００４８】
揺動角度が大きくなれば、それに応じてワークＷの変位速度が低くなってワイヤ群３ａへのワークＷの押し付け量も小さくなるので、ワイヤ群３ａとワークＷとの接触量や切削除去量が増加してもワイヤ３は切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度をワークＷの変位速度に追随させることができ、ワイヤ３の撓みを抑制することできる。
【００４９】
揺動角度が０の時には変位速度は最大になるので、効率よく切削できる。また、揺動角度が最大の時には変位速度は０になるので、ワイヤ３の撓みを効果的に抑制できる。揺動角度の大小に対応してワイヤ３の撓みをバランス良く制御することができるので、安定した切削を実現することができる。
【００５０】
特に、本実施形態のワイヤソー装置１では、ワークＷの変位速度の制御とワイヤ群３ａの揺動速度の制御とが同時に行われるので、よりいっそうワイヤ３の撓みが抑制でき、安定した切削を実現することができる。
【００５１】
（変形例）
変位制御プログラム８ａや揺動制御プログラム８ｂの構成は、上述した実施形態に限られず、仕様等に合わせて適宜変更することができる。
【００５２】
図７に、その変形例の一例を示す（第１変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。本変形例では、揺動角度（絶対値）が所定の閾値（θｓ）に至るまではワーク保持部５０の変位速度は一定に保持され、その閾値以上の範囲で変位制御プログラム８ａの制御が実行されるように設定されている。
【００５３】
具体的には、ワイヤガイド２等の揺動角度（絶対値）が０〜θｓの範囲では、ワーク保持部５０の変位速度は設定変位速度（Ｖｈ）に保持される。そして、ワイヤガイド支持部４等の揺動角度（絶対値）がθｓ以上の範囲において、上述した実施形態の場合と同様に、揺動角度が増加するに従って変位速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って変位速度が次第に増加するように制御されている。
【００５４】
このように制御すれば、揺動角度が大きくなるところではワイヤ３の撓みを抑制しながら、揺動角度が小さいところでは変位速度を高く保持できるので、安定した切削を実現しながら切削時間の短縮も図ることができる。
【００５５】
更に、図８に、別の変形例を示す（第２変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。
【００５６】
本変形例では、揺動角度が最大になる時に、変位速度が０にならずに設定変位速度よりも小さい値（Ｖｈ１）になるように制御されている点で、第１変形例と異なっている。
【００５７】
また更に、図９に、別の変形例を示す（第３変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワーク保持部５０の変位速度の変化を表している。
【００５８】
本変形例では、揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、変位速度が一定に保持されるように制御されている点で、上述した実施形態等と異なっている。このように、揺動角度が大きくなっている時に、ワーク保持部５０等の変位を一定期間停止させることで、ワイヤ３は更に切削し易くなるため、ワイヤ３の撓みをよりいっそう効果的に抑制することができる。
【００５９】
また更に、図１０に、別の変形例を示す（第４変形例）。同図の（ａ）はワイヤガイド２等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の（ｂ）は（ａ）に対応したワイヤガイド支持部４等の揺動速度の変化を表している。
【００６０】
本変形例では、揺動角度が所定の閾値（θｓ）に至るまではワイヤガイド支持部４等の揺動速度は一定に保持され、その閾値以上の範囲で揺動制御プログラム８ｂの制御が実行されるように設定されている。
【００６１】
具体的には、ワイヤガイド２等の揺動角度（絶対値）が０〜θｓの範囲では、ワイヤガイド支持部４等の揺動速度は設定変位速度（Ｖｙ）に保持される。そして、ワイヤガイド支持部４等の揺動角度（絶対値）がθｓ以上の範囲において、上述した実施形態の場合と同様に、揺動角度が増加するに従って揺動速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って揺動速度が次第に増加するように制御されている。
【００６２】
なお、本発明にかかるワイヤソー装置１等は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。本発明が適用可能なワイヤソー装置１は、図１に示すワイヤソー装置１に限られない。揺動しながら走行するワイヤにワークを押し当てて切断加工を行うタイプのワイヤソー装置１に本発明は広く適用可能である。
【００６３】
例えば、張力保持機構１１は、テンションアーム１１ａ等に限らない。例えば、ワイヤ供給装置６やワイヤ巻取装置７に張力保持機構を組み込んであってもよい。ワイヤガイド２は３つ以上であってもよい。
【００６４】
ワークＷの形状（加工前の形状）も特に限定されるものではない。例えば、円柱状や直方体状等の様々な形状を持つワークＷに本発明は広く適用可能である。ワークＷの材質もシリコン等に限定されるものではない。切断用ワイヤは固定砥粒ワイヤに限らないが、ワークＷがサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の難削材の場合には固定砥粒ワイヤを用いるのが好ましい。
【００６５】
変位制御手段８ａ及び揺動制御手段８ｂは、同時に行う必要はない。それぞれ単独で行ってもよい。実施形態のように、ワイヤソー装置１は、変位制御手段８ａ、揺動制御手段８ｂの双方を有していてもよいし、変位制御手段８ａのみ、あるいは揺動制御手段８ｂのみを有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のワイヤソー装置及び切断加工方法は、シリコンインゴット等の切断に好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１ ワイヤソー装置
２ ワイヤガイド
３ 切断用ワイヤ
４ ワイヤガイド支持部
６ ワイヤ供給装置
７ ワイヤ巻取装置
８ 制御装置
８ａ 変位制御プログラム
８ｂ 揺動制御プログラム
１０ 側壁プレート
１１ 張力保持機構
５０ ワーク保持部
６１ 供給側ボビン
７１ 巻取側ボビン
Ｐ プーリ
Ｗ ワーク
Ａ１ 揺動軸
Ａ２ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断するワイヤソー装置であって、
前記被加物が押し付けられる方向に対して略垂直な基準位置から所定の角度の範囲で揺動軸を中心に揺動するワイヤガイド支持部と、
前記ワイヤガイド支持部に配置され、各々が互いに離れて前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回転する一対のワイヤガイドと、
一対の前記ワイヤガイドの周囲に中間部分が螺旋状に巻き付けられる１本の前記切断用ワイヤと、
前記切断用ワイヤの一方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置と、
前記切断用ワイヤの他方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ巻取装置と、
前記被加工物を支持し、変位して当該被加工物を前記切断用ワイヤに押し付けるワーク保持部と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して前記ワーク保持部の変位速度を制御する変位制御手段、
前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して当該ワイヤガイド支持部の揺動速度を制御する揺動制御手段、
の少なくともいずれか一方を有しているワイヤソー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤソー装置において、
前記変位制御手段は、前記揺動角度が最大になる時に前記変位速度が０になるように制御するワイヤソー装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のワイヤソー装置において、
前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記変位速度は一定に保持され、前記変位制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるワイヤソー装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のワイヤソー装置において、
前記揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、前記変位速度は一定に保持されるワイヤソー装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のワイヤソー装置において、
前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記揺動速度は一定に保持され、前記揺動制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるワイヤソー装置。
【請求項６】
走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する切断加工方法であって、
前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記被加工物の変位速度を自動制御する変位制御工程を含む切断加工方法。
【請求項７】
走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する切断加工方法であって、
前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記切断用ワイヤの揺動速度を自動制御する揺動制御工程を含む切断加工方法。
【請求項１】
走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断するワイヤソー装置であって、
前記被加物が押し付けられる方向に対して略垂直な基準位置から所定の角度の範囲で揺動軸を中心に揺動するワイヤガイド支持部と、
前記ワイヤガイド支持部に配置され、各々が互いに離れて前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回転する一対のワイヤガイドと、
一対の前記ワイヤガイドの周囲に中間部分が螺旋状に巻き付けられる１本の前記切断用ワイヤと、
前記切断用ワイヤの一方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置と、
前記切断用ワイヤの他方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ巻取装置と、
前記被加工物を支持し、変位して当該被加工物を前記切断用ワイヤに押し付けるワーク保持部と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して前記ワーク保持部の変位速度を制御する変位制御手段、
前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して当該ワイヤガイド支持部の揺動速度を制御する揺動制御手段、
の少なくともいずれか一方を有しているワイヤソー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤソー装置において、
前記変位制御手段は、前記揺動角度が最大になる時に前記変位速度が０になるように制御するワイヤソー装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のワイヤソー装置において、
前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記変位速度は一定に保持され、前記変位制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるワイヤソー装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のワイヤソー装置において、
前記揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、前記変位速度は一定に保持されるワイヤソー装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のワイヤソー装置において、
前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記揺動速度は一定に保持され、前記揺動制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるワイヤソー装置。
【請求項６】
走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する切断加工方法であって、
前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記被加工物の変位速度を自動制御する変位制御工程を含む切断加工方法。
【請求項７】
走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する切断加工方法であって、
前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記切断用ワイヤの揺動速度を自動制御する揺動制御工程を含む切断加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８４０（Ｐ２０１３−８４０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４８１４（Ｐ２０１１−１３４８１４）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
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