线锯的制作方法

本发明涉及一种线锯。

背景技术：

EP2826582B1公开了一种线锯，其具有框架和四个用于接收一组线引导辊的开口。所属框架由矿物铸件制成，并且结合有四个轴承座套，和一个或多个温度控制防护部分。所属框架具有两个用于旋转轴103的开口 102。所述轴承座套130设置在所述开口102内，一般是通过胶粘和/或压接的方式。作用在所述线引导辊上的力和所述线引导辊之间的力通过所述轴承座套被传送到所述框架内部。所述温度控制防护部分仅仅具有冷却/加热功能。这种结构的缺陷在于，为了可靠地吸收线网(线网可以由几千个线圈部分构成，产生好几吨的负荷)内的线材张紧而产生的力，必须使用质量很大的框架。这些力作用在线引导辊的旋转轴线之间的方向上，如果不采用质量很大的框架，就会引起由矿物铸件形成的框架的变形。框架变形导致线引导辊对齐性变差，有损切割质量。

CH690419A5公开了一种线锯，这种线锯集成在通过由膨胀系数低的材料制成的整体盒体结构形式的框架中。框架具有内部恒温控制的流体通道。框架具有四个对称布置的、形成四个圆柱的开口。线引导辊通过在其端部被轴承支承而安装在框架内。

EP2546014A1公开了一种装置，用于驱动线材或类似线材的物体，其可以是线锯的一部分。

WO2014087340A2公开了一种线材管理系统，其可以是线锯的一部分。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服如果诸如矿物铸件或其他具有较低杨氏模量的材料被用于制造线锯的框架而可能产生的问题。本发明的目的在于使用一种框架，其具有较轻重量和/或较低密度和/或允许框架的制造更加容易，但同时能通过克服框架变形的问题而确保较高的切割质量。线锯的制造能更加容易，并且允许在制造过程中有更高的灵活性。此外，框架的结构应占据尽可能少的空间，这样线引导辊能在需要的情况下，彼此更加靠近。

上述目的是通过本文开头所提到的线锯实现的，所述线锯包括至少一个共用轴承座，用于支撑所述第一线引导辊的第一轴承和用于支撑所述第二线引导辊的第二轴承容纳在所述轴承座中，其中，所述至少一个共用轴承座由第二材料制成并且安装到所述框架，其中所述第二材料的杨氏模量比所述第一材料的杨氏模量高，优选为高至少三倍。

两个线引导辊(跨过切割区域)在其至少一端处被所述共用轴承座支撑。以此方式使得由于所述切割线的张力而作用在所述线引导辊上的力被传到所述共用轴承座中，从而所述共用轴承座承受这些力，而所述框架不受到这些力以及所述线引导辊之间产生的振动影响。所述共用轴承座优选形成为一个部件。所述轴承座(用于线引导辊)容纳在所述共用轴承座上形成的开口内。所述共用轴承座具有眼镜形状或类似眼镜的形状。

在一优选实施例中，所述轴承座具有第一开口和第二开口，其中所述第一轴承完全嵌入在所述第一开口内，所述第二轴承完全嵌入在所述第二开口内。以此方式，可以实现一种非常稳定的结构。由于所述切割区域的张力(即径向力)而作用在所述线引导辊之间的力完全被传到所述共用轴承座中。

优选，在与所述线引导辊的旋转轴线垂直的所有方向上，所述第一轴承和所述第二轴承分别通过所述轴承座的所述第二材料与所述框架的所述第一材料间隔开。换句话说，第一轴承和第二轴承的每一个在其整个外周都被轴承座的第二材料所围绕；或者是，所述轴承在径向上完全被轴承座的第二材料所包围。由此形成一种非常稳定的结构。所述框架不受到由于所述切割区域的张力(即径向力)而作用在所述线引导辊之间的力。

优选，所述第一轴承和所述第二轴承完全由所述共用轴承座支撑。所述轴承完全由所述共用轴承座支撑，即它们不与框架接触。这能确保由于所述切割区域的张力(即径向力)而作用在所述线引导辊之间的力不影响框架的第一材料。

本发明的基本原理将结合两个线引导辊来描述。但是在三个或四个线引导辊的情况下，所述共用轴承座也能容纳第三个或第四个轴承座。

利用本发明的技术方案，框架能被设计的尺寸较小，因此能节约空间并且与现有技术的框架相比其重量较轻。优选的是第一共用轴承座在所述线引导辊的一端支撑所述线引导辊，并且第二轴承座在所述线引导辊的另一端支撑所述线引导辊。本发明的有益效果在线引导辊的两端都能实现。

所述共用轴承座的杨氏模量可以选择成，使得所述线引导辊的旋转轴在线引导辊上张紧切割线材时几乎不能移动。这种选择取决于线材张力、长度和线引导辊的直径，待切割材料的类型等等。在优选实施例中，所述第二材料(形成共用轴承座)是金属，优选为钢，例如为球墨铸铁或延性铸铁等。

优选，所述第二材料由铸铁或铸钢制成，优选是球墨铸铁或延性铸铁，以抵抗作用在共用轴承座上的较大的力。

在优选实施例中，所述第一线引导辊和所述第二线引导辊每一个都包括多个绕其表面延伸的线引导沟槽，其中所述线引导沟槽接收形成切割区域的线材部分的端部，其中优选形成在线引导辊上的线引导沟槽的数量大于500，优选大于1000，更优选大于2000。所述切割区域的线材部分彼此平行。这种线锯用于由(半导体)块或锭制造晶圆。其他典型的用线锯切割的材料是蓝宝石，硼，石英和稀土金属。

除了上述第一线引导辊和第二线引导辊，所述线锯还可以包括其他的线引导辊，偏移辊，张力辊，储存辊，工作辊。

本发明更进一步的优点在于框架能更好更均匀地吸收力，并且框架的重量和/或尺寸(特别是厚度)能被减小。这样，可以实现成本的相对减少。并且本发明增加了线引导辊的“平行度”和/或“垂直度”。

此外，为了实现高切割质量所必须的硬度和刚度，线引导辊之间的距离可以被减小，这是因为需要的材料更少(体积测量)。

所述线引导辊的轴线之间的距离，即在共用轴承座内的轴承之间的距离能够弹性选择。框架的设计一般不变，共用轴承座的设计(特别是旋转轴线之间的距离)能够根据客户需求而改变。在优选实施例中，所述至少一个共用轴承座是能被更换地安装在框架上。

优选所述至少一个共用轴承座嵌入框架上形成的凹部内。这样在共用轴承座和框架之间实现强有力且稳定的连接。并且，此实施例的特征在于能节省空间。

优选，线锯包括两个共用轴承座，其中每个轴承座容纳用于支撑第一线引导辊的第一轴承和用于支撑第二线引导辊的第二轴承。这两个轴承座中的一个在线引导辊的一端支撑该线引导辊，并且另一轴承座在线引导辊的另一端支撑该线引导辊。这样本发明的有益效果在线引导辊的两端都能实现。相对的框架部分每一个都承载或容纳一个共用轴承座，并能防止其由于作用在两个线引导辊(跨过切割区域)之间的力而变形。

优选地，第一材料是矿物铸件，第二材料是金属，优选为钢。矿物铸件的杨氏模量通常为30-45kN/mm²。钢的杨氏模量通常为约210 kN/mm²。因此结合矿物铸件(框架)和钢(共用轴承座)是优选实施例。

优选，共用轴承座可以由框架的第一材料围绕，优选地沿着其整个外周被围绕。由此可以实现框架(第一材料)和共用轴承座(第二材料)之间的强有力且不可移动的连接。

优选，至少一个共用轴承座被粘结到或重铸在凹部内，优选地由与框架相同的材料重铸。粘结剂/重铸材料可以包括在框架制成之后置入凹部的例如矿物铸件块(液态或粘态)。

优选，所述共用轴承座的外侧和/或凹部的内壁具有沟槽，优选是环形延伸的沟槽，其内填充有粘结剂或重铸材料。

优选，所述线引导辊在所述框架的相对框架壁之间延伸，其中，在每个框架壁中形成凹部，用于支撑所述线引导辊的共用轴承座嵌入在所述凹部中。

优选，所述框架具有用于将所述材料块移动到所述线锯的切割区域中的开口，优选地所述开口相邻，更优选是在所述至少一个共用轴承座的上方，其中优选地，所述至少一个共用轴承座具有与所述开口相邻的凹口。以此实施例，便于材料块运送到线锯的切割区域，材料块(例如锭，块或芯)通常粘接在工件支撑件/固定装置上。

优选，所述线锯具有至少一个切割线滚筒，用于暂时存储切割线，其中，所述切割线滚筒通过所述切割线与所述线引导辊配合，并且布置在与所述线锯的切割区域分开的空间中和/或布置在所述线锯的切割区域下方。优选，所述线锯具有至少两个用于暂时存储切割线的切割线滚筒：一个线材供应滚筒(未使用过的线材)和一个线材贮存滚筒(使用过的线材)。

通常还在线锯中设置偏移和/或张力辊。本实施例的好处在于，如果辊 (一个或多个)被设置在切割范围的下方，即设置线引导辊和切割区域的区域的下方，线锯能被设计得非常紧凑并且节省空间。这种在切割范围的下方的设置是可行的，因为框架能设计的重量比较轻，并且更加节省空间。所述切割线材在线引导辊和所属至少一个切割线滚筒之间的路径更短，并由此导致更短的尺寸链并使得辊和/或滑轮的对准更加容易。

优选，所述至少一个轴承座的形状大致为矩形或椭圆形。

优选，所属至少一个共用轴承座的宽度大于其高度的至少1.5倍，优选至少2倍。作为共用轴承座的宽度，可以理解其平行于线引导辊的轴线之间的方向。通常，切割区域是水平的，也就是共用轴承座的宽度是水平方向的。

优选，所述至少一个共用轴承座的宽度大于所述线引导辊的旋转轴线之间的距离与所述线引导辊的直径的至少一倍，优选为1.5倍的总和。这种实施例意味着在制造线锯过程中，可以使用在第一轴承和第二轴承之间有不同距离的轴承座，这使得在后阶段的制造过程中，能根据客户的需求按需制造线锯。在框架中形成的凹部的尺寸对一个生产周期中生产的所有框架可以都是相同的。但是，可以有使用不同轴承座的选择，例如轴承座具有相同的宽度和/或高度，但是轴承之间的距离不同。并且如果切割的材料越硬，轴承座就应该强度越高。由此实现对客户的高度灵活性。

优选，所述凹部形成为在所述框架的框架壁内的通孔，和/或其中，所述共用轴承座以形状配合方式嵌入在所述凹部内，优选是留下用于粘结剂的空间。所述共用轴承座在框架内的支承是可靠的、稳定的和不可移动的。

优选，在所述框架中形成的所述凹部的宽度(即平行于线引导辊的轴线之间的连接线的尺寸)比所述共用轴承座的宽度大至少10％，优选为大至少15％，更优选为大至少20％。此处，也可以使用“小”轴承座。轴承座和框架之间的自由空间可以由中间部件(补位部件)来填充。共用轴承座可以具有配合或定位部分，用于将其定位在凹部内，使其位置即使在所述凹部的尺寸大于所述共用轴承座的尺寸的情况也能被正确确定。

因此，在优选实施例中，所述至少一个共用轴承座具有至少一个与在框架上形成的相应定位结构(优选是形状配合)相配合的定位结构。

在优选实施例中，所述第一轴承和所述第二轴承中的至少一个，优选为每一个套有轴套，所述轴套沿径向方向将各个轴承与所述共用轴承座的材料分开，其中优选地，所述轴套外表面直接接触所述共用轴承座的材料。所述轴套有助于将从轴承作用在轴承座上的力均匀分布开来。

在优选实施例中所述线锯包括用于驱动所述线引导辊中至少一者的至少一个电机，其中，所述电机附装到所述共用轴承座，其中优选地，所述电机完全由所述共用轴承座支撑。以此方式，框架与驱动力分离开来。优选，电机的整个重量都由轴承座支撑。

在优选实施例中，所述共用轴承座具有至少100kg的重量，优选为至少150kg，更优选为至少180kg。共用轴承座较大的重量能确保稳定的结构，这不仅能吸收作用在线引导辊之间的力，还能减少传递到框架的震动 (更大的惯性)。

在优选实施例中，所述共用轴承座在所述轴承的旋转轴线方向上具有至少150mm的厚度，优选为至少180mm。这种大质量共用轴承座能可靠地吸收由于线网内(线网可以由几千个线圈部分构成，产生好几吨的负荷)内的线材张紧而产生的力。这同样适用于一下实施例。

在优选实施例中，在所述轴承之间延伸的所述共用轴承座的体积达到至少5.000cm³，优选为至少7.500cm³。所述体积部分被限定为横向上由轴承边界界定，纵向上由包括两个轴承的最顶部的点的上平面和包括两个轴承的最低点的下平面界定。

在优选实施例中，至少一个导通部，优选为通道形成在所述共用轴承座内，其中优选地，所述导通部用于容纳线缆和/或冷却介质和/或加压介质。这里共用轴承座具有额外的功能。其中一个功能是通过(循环)冷却介质，优选是冷却流体来冷却轴承。优选在共用轴承座内的导通部的端部与在框架内形成的导通部的端部相连。

本发明目的还在于提供一种用于制造根据本发明的线锯的方法，包括如下步骤：将至少一个共用轴承座安装到框架，优选地将所述至少一个共用轴承座嵌入在所述框架内，优选地通过粘结剂进行安装。

优选，铸造所述框架，优选地由矿物铸件进行铸造，并且其中，在铸造所述框架之后或在铸造所述框架的过程中，将所述至少一个共用轴承座嵌入在所述框架内。

优选，所述至少一个共用轴承座嵌入在所述框架中形成的凹部内，其中优选地，在铸造所述框架的过程中形成所述凹部。

附图说明

本发明的其它实施例在附图中示出和在从属权利要求中限定。参考编号的列表形成本公开文本的一部分。下面将结合附图详细描述本发明：

图1示出根据本发明的一个实施例的具有嵌入轴承座的线锯的框架；

图2示出具有根据图1的框架的线锯；

图3示出具有位于切割范围下方空间的切割线滚筒的线锯；

图4示出在轴承座内的轴承开口之间有较大距离的实施例；

图5示出在轴承座内的轴承开口之间有较小距离的实施例；

图6示出轴承座的宽度小于框架内形成的凹部的宽度的实施例；

图7示意性示出制造线锯的方法；和

图8示出线锯的优选实施例。

具体实施方式

图2和图3示出根据本发明的线锯10，其用于切割材料块20，特别是用于材料块(例如硬脆材料和/或半导体材料)的切片、开方和/或切方。图1示出图2中所示的线锯10的框架3。

线锯10包括第一线引导辊1和第二线引导辊2，用于支撑由切割线形成的切割区域19。框架3支撑线引导辊1和2，并且由第一材料制成。线引导辊1和2通过轴承4和5可旋转地安装到框架3。

线锯10包括至少一个共用轴承座6，在轴承座6中容纳用于支撑第一线引导辊1的第一轴承4和用于支撑第二线引导辊2的第二轴承5。在图1 和图2的优选实施例中，线锯10包括两个共用轴承座6，其中每个轴承座 6容纳用于支撑第一线引导辊1的第一轴承4和用于支撑第二线引导辊2 的第二轴承5。这两个轴承座6中的一个在线引导辊1、2的一端支撑该线引导辊1、2，并且另一轴承座6在线引导辊1、2的另一端支撑该线引导辊1、2。每个轴承座6具有第一开口14(容纳第一轴承4)和第二开口 15(容纳第二轴承5)。如从图1和图3中可见，第一轴承4完全嵌入在第一开口14内，第二轴承5完全嵌入在第二开口15内。在与线引导辊 1、2的旋转轴线垂直的所有方向上，第一轴承4和第二轴承5都通过轴承座6的第二材料与框架3的第一材料间隔开。第一轴承4和第二轴承5完全由共用轴承座6支撑。每个轴承座6安装到框架3。在优选实施例中，轴承座6嵌入在框架3中形成的凹部7中(图1)。凹部7可以形成为框架3的框架壁8、9中的通孔，共用轴承座6可以以形状配合方式嵌入在凹部7内。

(一个或多个)共用轴承座6由第二材料制成，其中第二材料(轴承座)的杨氏模量比第一材料(框架)的杨氏模量高，优选为高至少三倍。

优选地，第一材料是矿物铸件(杨氏模量为约30-45kN/mm²)，第二材料是金属，优选为钢(杨氏模量为约150-220kN/mm²)。由于切割区域 19的张力而作用在线引导辊1和2之间的力由共用轴承座6承受，框架3 不受到这些力。

共用轴承座6可以由框架3的第一材料围绕，优选地沿着其整个外周被围绕(图1)。至少一个共用轴承座(6)被粘结到或重铸在凹部7内(一旦共用轴承座处于适当位置，在框架和共用轴承座之间铸造用于框架的材料)，优选地由与框架3相同的材料重铸。

如图2所示，线引导辊1、2在框架3的相对框架壁8和9之间延伸，在框架壁8和9每一者中形成凹部7，用于支撑线引导辊1、2的共用轴承座6嵌入在凹部7中。

框架3可以具有开口11(这里位于至少一个共用轴承座6的上方)，用于将材料块移动到线锯10的切割区域中。为了优化设计和材料块的进料，至少一个共用轴承座6可以具有与开口11相邻的凹口12。

如从图3中可见，线锯10可以具有至少一个(这里为两个)切割线滚筒17、18，用于暂时存储切割线。切割线滚筒17、18通过切割线与线引导辊1、2配合，并且布置在与线锯10的切割区域分开的空间中并且布置在线锯10的切割区域下方。滚筒17、18的布置空间与切割区域通过壁 16分隔开。

轴承座6的形状大致为矩形或椭圆形。当需要容纳例如三个线引导辊时，轴承座可以具有大致三角形形状(具有三个凹部)。每个轴承座6具有第一开口14(容纳第一轴承4)和第二开口15(容纳第二轴承5)，参见图4至图6。因此轴承座6具有眼镜状形状。

在图4至图6中，示出轴承座的适应性。根据客户需要，不同的轴承座6可以安装到框架3(不需要改变框架3的设计)。

图4示出轴承座6在开口14、15之间具有更大的距离。

如果线引导辊1、2之间的距离需要更小，可以使用根据图5的轴承座。这里，优选地，至少一个共用轴承座6的宽度大于线引导辊1、2的旋转轴线之间的距离与线引导辊1、2的直径的至少一倍(优选1.5倍)的总和。

在图6的实施例中，凹部7的宽度大于轴承座6的宽度。这里，优选地，框架3中形成的凹部7比共用轴承座6的宽度大至少10％，优选大至少15％，更优选为大至少20％。中间空间将通过填充材料13来填充(例如矿物铸造材料、金属板等)。

图4至图6还示出在轴承座6上形成的定位结构21。定位结构21与在框架3中形成的相应定位结构配合。

本发明还涉及用于制造线锯10的方法100(图7)，包括：步骤 102，将至少一个共用轴承座6安装/嵌入在先前已经在步骤101中铸造的框架3内。优选地，在铸造步骤101中形成凹部7。嵌入共用轴承座6的步骤102，优选通过粘结剂或铸造材料来完成。框架3可以铸造形成，优选由矿物铸件铸造形成；在铸造框架3之后或(可替换地)在铸造3的过程中，(一个或多个)共用轴承座6嵌入在框架3内。

图8示出线锯10的实施例。轴承4套上轴套24，轴套24沿径向方向将轴承4与共用轴承座6的材料分开。轴套24的外表面可以直接接触共用轴承座6的材料。

如从图8中可见，用于驱动线引导辊的电机22附装到共用轴承座6。电机22可以完全由共用轴承座6支撑。

如已经提到的，共用轴承座6：

-可以具有至少100kg的重量，优选为至少150kg，更优选为至少 180kg；和/或

-可以在轴承的旋转轴线方向上具有至少150mm的厚度，优选为至少 180mm。

在优选实施例中，在轴承4、5之间延伸的共用轴承座的体积达到至少5.000cm³，优选为至少7.500cm³。

图8还示出通道形式的导通部23，该导通部23形成在共用轴承座6 内。导通部23可以容纳线缆和/或冷却介质和/或加压介质。在共用轴承座 6内导通部23的一端可以与在框架3内形成的导通部的一端连通。

本发明不限于这些实施例。本领域技术人员可以得到其他变形例，这些变形例也在由所附权利要求书限定的本发明的范围内。上文描述的各个特征，特别是参照附图描述的特征，可以彼此组合以形成其他实施例和/或可以用于对权利要求书和说明书其余部分描述内容的适当改动。

1 第一线引导辊

2 第二线引导辊

3 框架

4 第一轴承

5 第二轴承

6 共用轴承座

7 凹部

8 框架壁

9 框架壁

10 线锯

11 开口

12 凹口

13 填充材料

14 第一开口

15 第二开口

16 壁

17 供应滚筒

18 储存滚筒

19 切割区域

20 工件

21 定位结构

22 电机

23 导通部

24 轴套