JPH08309738A - ワイヤソーの電力供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】往復走行するワイヤの減速走行時に発生する回
生電流を加速走行時に有効利用して電力の節約を図ると
ともに、ワイヤソーに電力を供給する電源の容量の適正
化を図るワイヤソーの電力供給装置を提供する。 【構成】本発明のワイヤソーの電力供給装置は、サーボ
アンプ１２４の入力端子間に接続されたコンデンサ１２
２が、駆動モータ１２６の減速回転時に発生する回生電
力を充電し、駆動モータ１２６の加速回転時に、このコ
ンデンサ１２２に充電された回生電力をサーボアンプ１
２４を介して駆動モータ１２６に出力する。これによれ
ば、ワイヤの加速走行時のために大容量の電源を設備す
る必要はなくなり、かつ駆動モータに要する電力が節約
される。また、コンデンサ１２２はバックアップ電源と
して作用し、瞬時の停電等によって駆動モータ１２６が
フリーラン状態になるのを防止している。即ち、ワイヤ
を走行させる複数の駆動モータがフリーラン状態になる
と、これらの駆動モータの同期がとれずワイヤを切断し
てしまう恐れがあるがコンデンサ１２２にはこれを防止
する効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワイヤソーの電力供給装
置に係り、特に双方向にワイヤを走行させて切断を行う
ワイヤソーのワイヤ走行にかかわるモータの電力供給装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンなどのインゴットをウェ
ーハに切断するワイヤソーには、一方向切断と双方向切
断のものが使用されている。特に双方向切断のワイヤソ
ーの場合は、ワイヤ走行方向の切り換え時間が長けれ
ば、ワイヤの平均走行速度が遅くなり、インゴットのワ
イヤへの押しつけ速度も必然的に遅くなる。即ち、切断
時間が長くなる。そこで、このワイヤの走行方向切り換
え時間を極力短くしている。

【０００３】そのため、ワイヤの走行方向切り換え時に
おいて、ワイヤを加速走行させる際には、ワイヤリール
のモータに多大な電力を供給して加速時間を短くするよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
の定常走行時には、リール駆動モータはワイヤの繰り出
し及び巻き取り分の仕事しか行っていないため、この時
に要する電源は小容量のもので十分であるにもかかわら
ず、上記のようにワイヤの加速走行時間を短縮するため
に大容量の電源を設備しなければならないという問題が
あった。

【０００５】また、ワイヤを定常走行させるまでに多量
の電力を使用したにもかかわらず、ワイヤの走行方向を
反転するために減速走行時に回生抵抗でこの電力を消費
してしまうのは電力の無駄であるという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ワイ
ヤの減速走行時に発生する回生電流を加速走行時に有効
利用して電力の節約を図るとともに、ワイヤソーに電力
を供給する電源の容量の適正化を図るワイヤソーの電力
供給装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、一対のワイヤリールを正転及び逆転させて
ワイヤを往復走行させるモータと、前記モータの回転速
度及び回転方向の制御を行うサーボアンプと、前記モー
タの駆動電圧として前記サーボアンプの入力端子に直流
電圧を入力する直流電源と、を有してワークをワイヤ列
に押し当て多数の薄板状のウェーハに切断するワイヤソ
ーにおいて、前記サーボアンプの入力端子間に設けら
れ、前記モータの減速回転時に発生する回生電流を電力
として蓄積し、前記モータの加速回転時に前記減速回転
時に蓄積した前記電力を前記モータに供給する電力蓄積
供給手段と、を備えたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明によれば、ワイヤーを走行させる為に使
用されるモータの回転速度及び回転方向の制御を行うサ
ーボアンプに直流電源から電力蓄積供給手段を介して直
流電圧を供給し、モータを駆動する。前記電力蓄積供給
手段はモータの減速回転時に発生する回生電流を蓄積
し、モータの加速回転時に、減速回転時に蓄積した回生
電流をモータに供給する。これにより、加速回転時に必
要な大電流は直流電源から供給する必要はなくなる。ま
たモータの回転運動として蓄えられたエネルギを有効利
用することができるようになる。

【０００８】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るワイヤソ
ーの電力供給装置の好ましい実施例を詳説する。図１は
本発明に係るワイヤソーの電力供給装置が適用されるワ
イヤソーの一例を示す構成図である。同図に示すよう
に、一方のリール１２に巻回されたワイヤ1 ４は、ワイ
ヤ案内装置１６、複数の固定ガイドローラ１８、１８、
ダンサローラ２０を経由して３本の溝付きローラ２２、
２２、２２に順次巻き掛けられてワイヤ列２４を形成し
た後、複数の固定ガイドローラ１８、１８、ダンサロー
ラ２０、ワイヤ案内装置１６を経て他方のリール２６に
巻き取られるワイヤ走行路を形成する。

【０００９】前記ダンサローラ２０には、所定重量の錘
４４が吊設され、錘４４の荷重によりワイヤ走行路を走
行するワイヤ１４に常に所要の張力が付与される。ワイ
ヤ走行路の途中にはワイヤ洗浄装置４６が設けられ、こ
のワイヤ洗浄装置４６によってワイヤ１４に付着した加
工液４０がワイヤ１４から除去される。また、ワイヤ列
２４には、砥液貯留タンク３８に貯留された砥粒（通
常、ＧＣ♯６００〜♯１０００程度のものが使用され
る）を含む加工液４０が砥液供給ノズル４２から供給さ
れる。

【００１０】前記ワイヤ列２４の下方には、ワーク送り
テーブル４８が設けられ、このワーク送りテーブル４８
はモータ５０で回動するネジ桿５２により切断送り方向
（図中Ｙ−Ｙ方向）に移動可能に設けられると共に、ワ
ーク送りテーブル４８のワイヤ列２４側には、被加工物
である半導体インゴット５４がワークブロック５６とス
ライスベース５８を介して支持される。これにより、ワ
ーク送りテーブル４８を切断送り方向（ワイヤ列２４
側）に移動させると、半導体インゴット５４は高速走行
するワイヤ列２４に押し当てられ、ワイヤ列２４に供給
される加工液４０の砥粒によるラッピング作用により半
導体インゴット５４を多数の薄板状のウェーハに切断す
る。

【００１１】また、夫々のリール１２、２６は正逆回転
可能な駆動モータ２８、３０に連結されると共に、３本
のうちの１本の溝付きローラ２２は正逆回転可能な駆動
モータ３２に連結される。これにより、一方のリール１
２から繰り出されたワイヤ１４は、図中実線矢印３４方
向に高速走行しながら他方のリール２６に巻き取られ、
他方のリール２６に巻き取られたワイヤ１４は図中破線
矢印３６方向に逆走行して一方のリール１２に巻き取ら
れる。即ち、ワイヤ１４は一方のリール１２と他方のリ
ール２６の間を往復走行する。

【００１２】ここで、ワイヤの走行パターンの一例を図
２に示す。同図に示すように区間Ａにおいて、駆動モー
タ２８、３０をそれぞれワイヤ繰り出し方向、巻き取り
方向に回転させ、ワイヤ１４を定常走行速度（７００ｍ
／ｍｉｎ）まで３秒間で加速させる。そして、同図区間
Ｂで示す１分の間この定常走行速度を保持する。ワイヤ
１４の定常走行時間が１分を経過すると、区間Ｃにおい
て駆動モータ２８、３０への電力の供給を停止し、ワイ
ヤ１４を減速走行させる。このときワイヤ１４の走行速
度は３秒間で０ｍ／ｍｉｎになり、ワイヤ１４の走行速
度が０ｍ／ｍｉｎになると今度は区間Ｄにおいて、駆動
モータ２８、３０の回転方向を逆転させ（駆動モータ２
８、３０をそれぞれワイヤ巻き取り方向、繰り出し方向
に回転させる）、ワイヤ１４を定常走行速度（７００ｍ
／ｍｉｎ）まで３秒間で加速させる。そして、同図期間
Ｅで示す４０秒の間この定常走行速度を保持する。

【００１３】このようにワイヤ１４を往復走行させなが
ら、ワイヤ１４をリール１２からリール２６に巻き取っ
ていく（図１の実線矢印３４方向のワイヤ送り量の方が
破線矢印３６方向のワイヤ送り量より定常走行時に２０
秒長い）。尚、この間、駆動モータ３２はワイヤ１４の
走行速度に同期して回転し、駆動モータ２８、３０と同
様な回転動作を行っている。

【００１４】次に、上記駆動モータ２８、３０、３２の
駆動電力を供給する電力供給装置について説明する。上
記に示したように、ワイヤ１４を往復走行させるため
に、駆動モータ２８、３０、３２は正転、逆転を繰り返
し、この正転、逆転の切り換えの際に、加速回転、減速
回転を行っている。駆動モータ２８、３０、３２が加速
回転する場合には、定常回転の場合よりも多大な電流を
必要とし、一方、駆動モータが減速回転する場合には、
駆動モータから回生電流がながれる。即ち、定常回転時
には、インゴットを切断するエネルギーと、リールの回
転速度を保持するエネルギーしか必要としないが、加速
回転時には、インゴットを切断するエネルギーと１００
ｋｇ以上あるリールを定常回転まで誘導する多大なエネ
ルギーを必要とする。逆に、減速回転時には、駆動モー
タから回転運動の慣性エネルギーが回生電流として発生
する。

【００１５】このことから、減速回転時に発生する回生
電流を加速回転時に使用すれば、原理的には（駆動モー
タの軸の摺動抵抗等によるエネルギー損失がなければ）
電源から供給するエネルギーは定常回転時にインゴット
を切削するのに必要な容量だけで十分足りるということ
になる。即ち、エネルギー損失を考慮しても、電源はそ
れを補う分と定常回転時のインゴットを切削するのに必
要な容量さえあればよく、これは、加速回転時に必要な
容量に比べれば十分小さい。

【００１６】図３は、上記電力供給装置を実現した一例
を示す回路図である。同図に示す電力供給装置は、三相
交流電源１１０、ダイオードからなる整流ブリッジ１１
２、トランジスタ１１４、電流電圧制御回路１１６、リ
アクトル１１８、ダイオード１２０、コンデンサ１２
２、サーボアンプ１２４及び駆動モータ１２６から構成
されている。尚、駆動モータ１２６は、図１のワイヤソ
ーにおける駆動モータ２８、３０、３２のいずれかを示
している。

【００１７】三相交流電源１１０から出力された交流電
圧は整流ブリッジ１１２によって全波整流され、トラン
ジスタ１１４に出力される。トランジスタ１１４は、電
流電圧制御回路１１６からのパルス信号によってＯＮ−
ＯＦＦの切り換えを行い、このトランジスタのＯＮ−Ｏ
ＦＦによってリアクトル１１８を介してサーボアンプ１
２４に出力する直流電力の制御を行う。

【００１８】リアクトル１１８とコンデンサ１２２はロ
ーパスフィルタを構成しており、トランジスタ１１４の
ＯＮによって出力された電圧はこのローパスフィルタに
よって平滑化され、直流電圧として成形させる。尚、ダ
イオード１２０は、トランジスタ１１４がＯＦＦのとき
に、リアクタンス１１８に蓄積されたエネルギーを還流
するために設けられている。

【００１９】コンデンサ１２２は、後段に接続されたサ
ーボアンプ１２４の入力端子から出力される回生電力を
充電するとともに、この充電した電流をサーボアンプ１
２４に供給する。即ち、駆動モータ１２６の減速回転時
に発生した回生電力はサーボアンプ１２４を介してコン
デンサ１２２に入力し、この回生電力はコンデンサ１２
２に充電される。そして、駆動モータ１２６の加速回転
時に、このコンデンサ１２２に充電された電力がサーボ
アンプ１２４に流れ、駆動モータ１２６の加速回転時の
エネルギーとして使用される。

【００２０】サーボアンプ１２４は、図示しない制御部
からの制御信号に基づいて、駆動モータ１２６の回転方
向及び回転速度を制御する回路で、前段から入力された
直流電力を制御部からの制御信号に基づいて後段の駆動
モータ１２６に出力する。図４は、上記電力供給装置に
おいて、ワイヤ走行速度（駆動モータ回転速度）と、こ
のワイヤ走行速度において駆動モータに供給される電力
の関係を示したグラフである。

【００２１】同図に示すように、ワイヤの加速走行時に
は、コンデンサ１２２に蓄積された電力と、三相交流電
源１１０からの電力とが駆動モータ１２６に供給されて
いる。ワイヤの定常速度走行時には、三相交流電源１１
０からの電力のみが駆動モータ１２６に供給されてい
る。そして、ワイヤが減速走行時には、駆動モータ１２
６から出力された回生電力がコンデンサ１２２に吸収さ
れる。

【００２２】これによると、ワイヤ加速時に必要となる
電力は、ワイヤの減速走行時に回収される電力によって
補充され、三相交流電源１１０から供給する電力は、定
常速度走行時に必要となる少量の電力のみとなる。尚、
上記実施例では駆動モータの回生電流をコンデンサ１２
２に蓄積するようにしていたが、これに限らず充電電池
を用いるようにしてもよい。

【００２３】また、上記実施例では三相交流を整流する
整流ブリッジにダイオードを用いていたが、これに限ら
ず、図５に示すようにサイリスタを用いて整流ブリッジ
１３０を構成することもできる。同図電力供給装置で
は、サーボアンプ１２４に供給する直流電圧の電圧制御
を電流電圧制御回路１１６によってサイリスタの位相制
御により行うため、図３に示したようなトランジスタ１
１４は不要となる。

【００２４】以上の電力供給装置によって、電源設備投
資費の削減、電力節約の効果が得られるとともに、三相
交流電源の瞬時の停電、電圧上昇、電圧低下等の異常が
発生した場合にも駆動モータには安定した電力が供給さ
れるという効果も得られる。即ち、ワイヤソーではワイ
ヤを高速走行させるために負荷イナーシャの異なる複数
のモータを同期回転させている。ところが、ワイヤを高
速走行させてワークを切断している際に停電等が発生す
ると各モータがフリーラン状態になり、各モータの同期
がとれずに張設されているワイヤが断線する恐れがあ
る。このようにワークを切断している際にワイヤが断線
すると、切断中のワークは使いものにならなくなる。し
かしながら、本発明では上記のようにサーボアンプに接
続されたコンデンサ又は充電電池がバックアップ電源と
して作用し、このような不具合を防止する。

【００２５】また、回生電流は全てコンデンサ又は充電
電池に流れ、回生電流から電源が保護されるという効果
も得られる。更に、コンデンサ又は充電電池が回生ブレ
ーキとして働くため、回生抵抗やブレーキ等を設ける必
要がなくなるという効果も得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るワイヤ
ソーの電力供給装置によれば、ワイヤソーのワイヤ加速
走行時に必要となる大電力を、ワイヤ減速走行時に回収
される回生電力で補うようにしたため、ワイヤの走行に
用いる電源はワイヤの定常速度走行時に必要な電力のみ
を供給できる容量のものであればよく、ワイヤ加速走行
時の為に大容量の電源を設備する必要がなくなる。ま
た、ワイヤの走行に使用されるモータの駆動電力を節約
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るワイヤソーの電力供給装
置が適用されるワイヤソーの一例を示した構成図であ
る。

【図２】図２は、ワイヤの走行パターンの一例を示した
説明図である。

【図３】図３は、本発明に係るワイヤソーの電力供給装
置の一実施例を示した回路図である。

【図４】図４は、ワイヤ走行速度と、このワイヤ走行速
度において駆動モータに供給される電力の関係を示した
グラフである。

【図５】図５は、本発明に係るワイヤソーの電力供給装
置の他の実施例を示した回路図である。

【符号の説明】

１１０…三相交流電源 １１２…整流ブリッジ １１４…トランジスタ １１６…電流電圧制御回路 １１８…リアクトル １２０…ダイオード １２２…コンデンサ １２４…サーボアンプ １２６…駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片町 省三 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 松原 覚 神奈川県伊勢原市石田318番地３ 株式会 社エヌエスエンジニアリング内 (72)発明者 関山 篤蔵 神奈川県伊勢原市石田318番地３ 株式会 社エヌエスエンジニアリング内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のワイヤリールを正転及び逆転させ
   てワイヤを往復走行させるモータと、前記モータの回転
   速度及び回転方向の制御を行うサーボアンプと、前記モ
   ータの駆動電圧として前記サーボアンプの入力端子に直
   流電圧を入力する直流電源と、を有してワークをワイヤ
   列に押し当て多数の薄板状のウェーハに切断するワイヤ
   ソーにおいて、 前記サーボアンプの入力端子間に設けられ、前記モータ
   の減速回転時に発生する回生電流を電力として蓄積し、
   前記モータの加速回転時に前記減速回転時に蓄積した前
   記電力を前記モータに供給する電力蓄積供給手段と、 を備えたことを特徴とするワイヤソーの電力供給装置。
2. 【請求項２】 前記電力蓄積供給手段は、コンデンサで
   あることを特徴とする請求項１のワイヤソーの電力供給
   装置。
3. 【請求項３】 前記電力蓄積供給手段は、充電可能な電
   池であることを特徴とする請求項１のワイヤソーの電力
   供給装置。
4. 【請求項４】 前記電力蓄積供給手段は、停電時には前
   記駆動モータに電力を供給することを特徴とする請求項
   １のワイヤソーの電力供給装置。