JP2012061550A - マルチワイヤ放電加工装置及びマルチワイヤ放電加工方法並びに炭化ケイ素板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチワイヤ放電加工装置において、切断ワイヤ部分の共振を抑制し、効率よく炭化ケイ素の薄板を切り出す。
【解決手段】放電加工中に放電発生が停止した際に、高周波パルス電力の通電再開からの放電が検知されていた時間と放電が検知されない時間の合計時間である積算時間ＳＴが切断ワイヤ部分の振動の周期を固有周期ｔ_sより第一の離調時間Δｔ_s1だけ短くなった際に通電を停止し、その後一時停止時間Δｔ_pだけ通電停止を継続し、高周波パルス電力の通電再開からの経過時間が切断ワイヤ部分の振動の周期を固有周期ｔ_sより第二の離調時間Δｔ_s2だけ長くなった際に高周波パルス電力の通電を再開する。
【選択図】図７

Description

本発明は、マルチワイヤ放電加工装置の構造及びそのマルチワイヤ放電加工装置を用いたマルチワイヤ放電加工方法並びにそのマルチワイヤ放電加工装置、マルチワイヤ放電加工方法によって炭化ケイ素板を製造する方法に関する。

シリコン等の円柱状インゴットからウェハを切り出す場合における切断手段として、砥粒を用いたワイヤソーが知られている。このワイヤソーは、複数のガイドローラ間に巻回された切断用ワイヤをその長手方向に高速駆動しながら、ワイヤに対してワークを切断送りすることにより、ワークから多数枚の薄片を同時に切り出すものである。

しかし、このようなワイヤソーでは、ガイドローラ間に形成された複数本の切断ワイヤ部分に対し、加工用砥粒が混合された加工液（スラリー）を同時供給する必要があり、その取扱いは容易でない。また、ワイヤがワークに直接接触することによる断線を抑制するために比較的太いワイヤを使用する必要があり、切断加工代が大きくなってしまうという問題があった。さらに、従来のワイヤソーは、インゴットからウェハを切り出すのに長時間を要する場合もあり、加工時間短縮のニーズが高まっている。

一方、近年、炭化ケイ素（シリコンカーバイド、ＳｉＣ）が半導体の材料として注目されている。しかし、この炭化ケイ素（シリコンカーバイド，ＳｉＣ）は硬質材料であるため、従来のワイヤソーでは、シリコンのインゴットを切断する以上の時間がかかってしまうという問題があった。

そこで、炭化ケイ素のインゴットと切断用ワイヤとの間に電圧を断続的に印加し、各切断ワイヤ部分によってインゴットを放電加工の原理で切断する放電式ワイヤソーの開発が進められている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された従来技術の放電式ワイヤソーは、ガイドローラにワイヤを複数回巻回して複数本の切断ワイヤ部分を形成し、これらの切断ワイヤ部分とワークとの間に電圧を印加しながら当該切断ワイヤ部分に対してワークを切断送りすることにより当該ワークを複数個所で同時切断するマルチワイヤ放電加工装置である。

特開２０００−１０７９４１号公報

ところで、ワイヤ放電加工は、液中で電極となるワイヤとワークとの間に直接放電を発生させて放電に伴う熱的作用（蒸発、溶融）と力学的作用（放電衝撃圧力）によって切断などの加工を行うものである。液中でワイヤとワークとの間で放電が発生すると、電子、もしくは陽イオンの衝突エネルギーによってワークが加熱され、ワークの蒸発、溶融現象が発生する。また、この加熱によってワイヤとワークとの間の液体が急激に気化、膨張する。そして、液体の気化、膨張によって発生する衝撃的な圧力によってワークの溶融部分が飛散し、除去され、ワークが加工される。このように、加熱によるワークの溶融と衝撃的な圧力による溶融部分の除去を繰り返し行うことによってワークを連続的に加工するのがワイヤ放電加工である。このため、放電の際にはこの圧力によって切断ワイヤ部分はワークの送り方向に向う横方向の力を受ける。

切断ワイヤ部分は、特許文献１に記載されているように複数のガイドローラに所定の張力で複数回巻きつけられたワイヤの一部であり、各切断ワイヤ部分にはそれぞれ張力が掛っている。放電によってこの切断ワイヤ部分に加わった横力は、各切断ワイヤ部分をワークの送り方向に横移動させる。切断ワイヤ部分が横移動すると、張力により切断ワイヤ部分を元の位置に戻す方向の復帰横力が発生する。そして、放電が停止すると切断ワイヤ部分に加わっていた横力がなくなり、切断ワイヤ部分は張力による元の位置に向かう復帰横力によってガイドローラ間の接線に沿った元の位置に復帰しようとする。

通常、マルチワイヤ放電加工機ではワイヤには数十ｋＨｚ以上の高周波のパルス電力が供給されているので、パルスごとに放電が発生する場合には、切断ワイヤ部分のワークの送り方向に加わる横力は高周波のパルス電力と同じ数十ｋＨｚ以上の周波数を持つこととなる。一方、張力による切断ワイヤ部分の横方向、或いはワークの送り方向と直角方向の固有振動数を計算すると数ｋＨｚ程度以下であり、放電による切断ワイヤ部分の振動周期は固有振動周期の１／１０倍程度以下となる。このため、放電が停止して切断ワイヤ部分に加わっていた横力がなくなっても切断ワイヤ部分がガイドローラ間の接線に沿った位置に復帰する前に放電による次の横力が加わるので、放電加工中、切断ワイヤ部分は高周波の横力によりガイドローラ間の接線に沿った元の位置からワークの送り方向に若干移動した位置に留まってほとんど振動せず、放電加工していない状態よりも少しだけ大きな張力が加わった状態となっている。

ところが、例えば放電加工の進行によって加工液の抵抗値が大きくなったような場合には、高周波のパルス電力を供給中に放電が停止する場合がある。この場合、放電による高周波の横力が加わらなくなるので、張力による復帰横力により切断ワイヤ部分がガイドローラ間の接線に沿った元の位置に復帰してくる。高周波のパルス電力は供給され続けているので、ワークと切断ワイヤ部分との距離が小さくなってくると元の位置近傍のある所で放電が再発生する。すると、切断ワイヤ部分はワークの送り方向に向う横方向の力を受け、再びワークの送り方向に横移動し始める。そして、何回か連続して放電が発生して切断ワイヤ部分とワークとの距離がある程度大きくなると再び放電が停止し、張力による復帰横力により切断ワイヤ部分がガイドローラ間の接線に沿った元の位置に復帰してくる。このため、切断ワイヤ部分はガイドローラ間の接線に沿った元の位置近傍と放電による横力によってワークの送り方向に移動した位置との間で振動を起こすこととなる。そして、この振動の振動数が切断ワイヤ部分の横方向の固有振動数または固有振動数の整数倍に近くなると、切断ワイヤ部分が横方向に共振を起こして大きく振動し、ワイヤの断線が発生して放電加工装置が停止してしまう場合があるという問題があった。

本発明は、マルチワイヤ放電加工装置でワイヤの断線を抑制し、ワークから複数の薄板を効率よく切り出すことを目的とする。

本発明のマルチワイヤ放電加工装置は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、前記各ガイドローラの長手方向に間隔をあけて前記ガイドローラ組に複数回巻き掛けられ、一対の隣接するガイドローラ間で前記ガイドローラの長手方向に所定の離間ピッチで配置されると共に所定の張力が印加され、複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、前記各切断ワイヤ部分に高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、前記各切断ワイヤ部分とワークとの間の放電状態を検知する放電状態検知手段と、前記高周波パルス電源から前記各切断ワイヤ部分に供給される前記高周波パルス電力を間欠的に入り切りする制御部とを備え、前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間で放電を行って前記ワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置であって、制御部は、前記各切断ワイヤ部分に前記高周波パルス電力を供給しても前記放電状態検知手段によって前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間の放電が検知されない場合、放電が検知されない時間が所定の継続時間となった際に、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止する高周波パルス電力供給一時停止手段を有すること、を特徴とする。

本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、前記高周波パルス電力供給一時停止手段の前記所定の継続時間は、前記切断ワイヤ部分の横振動の固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第一の離調時間だけ短く、前記所定の継続時間と一時的に前記パルス電力の供給を停止している一時停止時間との合計は、前記固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第二の離調時間だけ長いこと、としても好適であるし、前記制御部の前記高周波パルス電力供給一時停止手段は、放電が検知されない時間と放電が検知されなくなった直前の放電が検知されていた時間との合計時間が前記所定の継続時間となった場合、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止すること、としても好適であるし、前記ワイヤの張力を検出する張力検出手段を備え、前記制御部は、前記張力検出手段によって検出した張力に基づいて切断ワイヤ部分の横振動の前記固有周期を計算する固有周期計算手段を有すること、としても好適である。

本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、前記制御部は、前記張力検出手段によって検出した前記ワイヤの張力が前記所定の張力より増大した場合には、前記第一の離調時間と前記一時停止時間とを減少させ、前記張力検出手段によって検出した前記ワイヤの張力が前記所定の張力より減少した場合には、前記第一の離調時間と前記一時停止時間とを増大させる時間変化手段を有すること、としても好適である。

本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、前記切断ワイヤ部分と前記ワークとの間の電圧を検出する電圧センサを備え、前記放電状態検出手段は、前記電圧センサによって検出した前記高周波パルス電力の各パルスの立ち下がり直前の電圧が閾電圧以下の場合に放電発生を検知し、前記各パルスの立ち下がり直前の電圧が前記閾電圧より大きい場合に放電が発生していないことを検知すること、としても好適である。

本発明のマルチワイヤ放電加工方法は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、前記各ガイドローラの長手方向に間隔をあけて前記ガイドローラ組に複数回巻き掛けられ、一対の隣接するガイドローラ間で前記ガイドローラの長手方向に所定の離間ピッチで配置されると共に所定の張力が印加され、複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、前記各切断ワイヤ部分に高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、前記各切断ワイヤ部分とワークとの間の放電状態を検知する放電状態検知手段とを備え、前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間で放電を行って前記ワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置を準備し、前記各切断ワイヤ部分に前記高周波パルス電力を供給しても、前記放電状態検知手段によって前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間の放電が検知されない場合、放電が検知されない時間が所定の継続時間となった際に、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止して、前記高周波パルス電源から前記各切断ワイヤ部分に供給される前記高周波パルス電力を間欠的に入り切りすることを特徴とする。

本発明のマルチワイヤ放電加工方法において、前記所定の継続時間は、前記切断ワイヤ部分の横振動の固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第一の離調時間だけ短く、前記所定の継続時間と一時的に高周波パルス電力の供給を停止している一時停止時間との合計は、前記固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第二の離調時間だけ長いこと、としても好適である。

本発明の炭化ケイ素板の製造方法は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、前記各ガイドローラの長手方向に間隔をあけて前記ガイドローラ組に複数回巻き掛けられ、一対の隣接するガイドローラ間で前記ガイドローラの長手方向に所定の離間ピッチで配置されると共に所定の張力が印加され、複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、前記各切断ワイヤ部分に高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、前記各切断ワイヤ部分と炭化ケイ素のインゴットとの間の放電状態を検知する放電状態検知手段とを備えるマルチワイヤ放電加工装置によって前記各切断ワイヤ部分と前記炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って前記炭化ケイ素のインゴットから複数の炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法であって、前記各切断ワイヤ部分に前記高周波パルス電力を供給しても前記放電状態検知手段によって前記各切断ワイヤ部分と前記炭化ケイ素のインゴットとの間の放電が検知されない場合、放電が検知されない時間が所定の継続時間となった際に、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止して前記高周波パルス電源から前記各切断ワイヤ部分に供給される前記高周波パルス電力を間欠的に入り切りし、前記各切断ワイヤ部分と前記炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って前記炭化ケイ素のインゴットから複数の前記炭化ケイ素板を切り出すことを特徴とする。

本発明の炭化ケイ素板の製造方法において、前記所定の継続時間は、前記切断ワイヤ部分の横振動の固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第一の離調時間だけ短く、前記所定の継続時間と一時的に前記高周波パルス電力の供給を停止している一時停止時間との合計は、前記固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第二の離調時間だけ長いこと、としても好適である。

本発明は、マルチワイヤ放電加工装置でワイヤの断線を抑制し、ワークから複数の薄板を効率よく切り出すことができるという効果を奏する。

本発明のマルチワイヤ放電加工装置の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態における放電加工の際の給電子とインゴットとの間の電圧と放電電流と切断ワイヤ部分の横方向変位を示すグラフである。 本発明の実施形態における放電加工方法でワークを加工する状態を模式的に示す説明図である。 本発明のマルチワイヤ放電加工装置でワークを切断する状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態における放電加工方法で炭化ケイ素板を切り出した状態を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態における放電加工方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における放電加工の際の給電子とインゴットとの間の電圧と放電電流と切断ワイヤ部分の横方向変位を示すグラフである。 本発明の他の実施形態における放電加工方法の工程を示すフローチャートである。 従来技術における放電加工の際の給電子とインゴットとの間の電圧と放電電流と切断ワイヤ部分の横方向変位を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００は、ワイヤ１５の方向を変更するプーリ１１，１２と、複数回ワイヤ１５が巻き掛けられ、図示しない駆動機構によって回転駆動されるガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄと、高周波パルス電源２９と、ワイヤ１５に放電加工用の数十ｋＨｚの高周波パルス電力を供給する給電子４１と、ワークである炭化ケイ素のインゴット２８をＹ方向に移動させるワーク送りユニット２７と、制御部８０とを備えている。炭化ケイ素のインゴット２８は円筒形で一部が平面となっており、この平面部分に例えば銅などで構成された取り付け部材２８ｂが接着などで取り付けられ、取り付け部材２８ｂがワーク送りユニット２７のステッピングモータ２５によってガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの長手方向と直角方向で、切断ワイヤ部分２６に接離する方向であるＹ方向に駆動されるよう構成されている。

ワイヤ１５は、図示しない繰り出しボビンから繰り出された後、プーリ１１で方向が変更され、各ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｄの軸方向にピッチＰの間隔で複数回巻き掛けられる。そして、ガイドローラ２4Ｂを出たワイヤ１５はプーリ１２によって方向を変更された後、図示しない巻き取りボビンに巻き取られる。ガイドローラ２４Ａ、２４Ｂは隣接する一対のガイドローラであり、その間はワークである炭化ケイ素のインゴット２８との間で放電を行う切断ワイヤ部分２６となっている。ガイドローラ２４Ａ、２４Ｂの図１に示すＺ方向の中心間距離はＬであり、ガイドローラ２４Ａ、２４Ｂ間の接線の距離はＬである。従って、切断ワイヤ部分２６の長手方向の長さはＬとなる。ワイヤ１５には切断ワイヤ部分に掛かるワイヤの張力が所定の張力Ｔとなるように、図示しない駆動装置によって張力が印加されている。また、ワイヤ１５には印加されている張力を検出する第１、第２の張力センサ１３ａ，１３ｂが設けられている。第１の張力センサ１３ａは、ワイヤ１５の繰り出しボビン側に設けられ、第２の張力センサ１３ｂはワイヤ１５の巻き取りボビン側に設けられている。放電加工を行っていない場合には、切断ワイヤ部分２６は図１の実線で示すように、ガイドローラ２４Ａ、２４Ｂ間の接線方向に延びる元位置にあり、後で説明するように、放電加工中には切断ワイヤ部分２６の横方向である図１に示すＹ方向に向かって加わる横力Ｆによって、図１に点線で示すＹ方向に横方向変位Ｄだけ移動した移動位置に移動する。

高周波パルス電源２９は、直流電源２９ａと、直流電源２９ａからの直流電力をスイッチングして矩形の高周波パルス電力とするスイッチングトランジスタ２９ｂと、スイッチングトランジスタ２９ｂをスイッチング動作させるトランジスタ駆動回路２９ｃとを含んでする。スイッチングトランジスタ２９ｂが閉の場合、給電子４１にはプラスの直流電圧が印加され、インゴット２８はグランドあるいはマイナス側となる。そして、給電子４１のプラス側とインゴット２８のグランド側との間には電圧センサ３１が接続されている。

制御部８０は内部に信号処理を行うＣＰＵと動作プログラムやデータ等を格納するメモリとを備えるコンピュータである。電圧センサ３１と、ステッピングモータ２５と、高周波パルス電源２９のトランジスタ駆動回路２９ｃと、張力センサ１３ａ，１３ｂは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって動作あるいは、制御部８０に信号を入力するよう構成されている。また、ステッピングモータ２５は、内部の回転子の回転角度を検出することができ、回転子の回転角度からインゴット２８のＹ方向の位置を検出することができるよう構成されている。

以上説明したマルチワイヤ放電加工装置１００によってインゴット２８を切断して炭化ケイ素の薄板を切り出す基本的な動作について説明する。図１に示す制御部８０は、インゴット２８をＹ方向に所定の長さだけ送る指令を出力する。この指令によって、インゴット送りユニット２７のステッピングモータ２５が回転を開始し、インゴット２８がＹ方向に送られる。また、制御部８０は、高周波パルス電源２９に高周波パルス電力を供給する指令を出力する。この指令によって高周波パルス電源２９のトランジスタ駆動回路はスイッチングトランジスタ２９ｂを高周波でオンオフする信号を出力する。この信号によってスイッチングトランジスタ２９ｂが高周波でオンオフし、図２に示すように、電圧Ｖｐ₁、周期ｔ_pの高周波パルス電力が給電子４１とインゴット２８との間に供給される。

Ｙ方向にインゴット２８が送られ、インゴット２８と切断ワイヤ部分２６との距離が近接してくると、インゴット２８と複数の切断ワイヤ部分２６との間で放電が発生する。図２に示すように、放電が発生すると、切断ワイヤ部分２６にはパルス状の放電電流Ａｓが流れ、給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐは、立ち上がりの際の電圧Ｖｐ₁からＶｐ₂に低下する。そして、スイッチングトランジスタ２９ｂがオフとなると給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐはゼロとなり、放電電流Ａｓもゼロとなる。

図３に示すようにインゴット２８と切断ワイヤ部分２６との間で放電が発生すると、電子、もしくは陽イオンの衝突エネルギーによってインゴット２８が加熱され、切断ワイヤ部分２６と近接する部分のインゴット２８の蒸発、溶融現象が発生する。また、この加熱によって切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間の液体が急激に気化、膨張して気泡２００となり、衝撃的な圧力がインゴット２８の溶融部分を飛散させ、インゴット２８と切断ワイヤ部分２６との間から除去する。これによってインゴット２８にスリット２８ｓが加工されていく。また、気泡２００の発生による衝撃的な圧力によって切断ワイヤ部分２６は送り方向と同様のＹ方向に向かって横力Ｆが加わる。この横力Ｆによって、切断ワイヤ部分２６は、図１に示すようにＹ方向に移動し、図２に示すように切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはｄ₁となる。そして、切断ワイヤ部分２６に印加される張力は所定の張力Ｔより少し大きいＴ₁となる。

図２に示すように、スイッチングトランジスタ２９ｂがオフとなり、放電しなくなると、図３に示した横力Ｆはゼロとなる。一方、図１に示すように、切断ワイヤ部分２６には張力Ｔ₁が掛かっていることから、この張力Ｔ₁により切断ワイヤ部分２６をガイドローラ２４Ａ、２４Ｂ間の接線方向に延びる元位置に復帰させようとする復帰横力Ｇ₁が加わり、切断ワイヤ部分２６は元位置に向ってＹ方向マイナス側に向かって移動しようとする。しかし、切断ワイヤ部分２６の固有振動数は数ｋＨｚ以下であることから、復帰移動の速度が遅く、図２に示す様に元位置に復帰移動を開始する前に、スイッチングトランジスタ２９ｂが再びオンとなって次のパルス電力が給電子４１とインゴット２８との間に供給され、次の放電が発生する。そして、次の放電の発生によって切断ワイヤ部分２６には再び横力Ｆが加わり、図２に示すように、切断ワイヤ部分２６は横方向変位Ｄがｄ₂となるまでＹ方向に移動する。切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄがｄ₂に達すると、切断ワイヤ部分２６に印加される張力は先の張力Ｔ₁よりも大きいＴ₂となり、復帰横力もＧ₁がよりも大きいＧ₂となる。そして、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄがｄ₂に達すると、切断ワイヤ部分２６に加わる横力Ｆと切断ワイヤ部分２６の増加した張力Ｔ₂による元位置への復帰横力Ｇ₂とがつりあって、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはｄ₂で略一定となる。図２に示すように、この状態で高周波パルス電力の各パルス電力が供給されるたびに放電が発生し、インゴット２８は所定の送りで送られ、図４に示すように、放電によってインゴット２８にスリット２８ｓを切り込んで行く。スリット２８ｓの間隔は、切断ワイヤ部分２６のＸ方向のピッチＰと同様、Ｐとなる。

そして、図５に示すように、スリット２８ｓが取り付け部材２８ｂまで達すると、制御部８０は、高周波パルス電力の供給を終了する指令を出力する。この指令によって、トランジスタ駆動回路２９ｃはスイッチングトランジスタ２９ｂのオンオフ動作を停止させ、放電が終了する。図２の時間ｔ₂に示すように、放電が終了すると、切断ワイヤ部分２６は張力Ｔ₂による復帰横力Ｇ₂によって図１に示すＹ方向マイナス側に移動し、横方向変位Ｄはｄ₂からしだいに小さくなり、やがて、元位置まで復帰して横方向変位Ｄはゼロとなる。

このように、スリット２８ｓの放電加工が終了したら、取り付け部材２８ｂに固定されたインゴット２８をワーク送りユニット２７から取り外し、取り付け部材２８ｂを取り外して切り出した炭化ケイ素の薄板２８ａを取り出す。

次に図９を参照しながら、従来技術のマルチワイヤ放電加工装置で放電加工中に放電が停止した場合について説明する。図９の時間ｔ₄に示すように、放電加工中に加工液の抵抗値が大きくなってくると、高周波パルス電力が供給されているにもかかわらずインゴット２８と切断ワイヤ部分２６との間に放電が発生しない場合がある。この場合には放電電流Ａｓが流れないので、給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐは、スイッチングトランジスタ２９ｂがオンとなっている間、電圧Ｖｐ₁で一定となる。そして、放電が発生しないので、図３を参照して説明したような横力Ｆの発生がないことから、切断ワイヤ部分２６は張力Ｔ₂による復帰横力Ｇ₂によって図１に示すＹ方向マイナス側に移動し、横方向変位Ｄはｄ₂からしだいに小さくなる。この間切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との距離が縮まってくるが一旦放電が停止すると次の放電が起こりにくくなるので、図９の時間ｔ₄から時間ｔ₅の間はスイッチングトランジスタ２９ｂがオンとなって給電子４１とインゴット２８との間の電圧がＶｐ₁まで上昇しても放電は発生しない。そして、切断ワイヤ部分２６は、図９に示す時間ｔ₅に元位置まで復帰してその横方向変位Ｄはゼロとなる。

切断ワイヤ部分２６が元位置まで復帰するとインゴット２８との距離が放電可能な距離まで縮まってくるので、図９に示す時間ｔ₅にスイッチングトランジスタ２９ｂがオンとなって給電子４１とインゴット２８との間の電圧がＶｐ₁まで上昇した際に放電が再開する。一旦、放電が再開すると放電によって切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間で放電が起こりやすくなり、図９に示すように、各パルス電力が供給されるたびに何回が続けて放電が発生し、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄがｄ₂に達すると、切断ワイヤ部分２６に加わる横力Ｆと切断ワイヤ部分２６の増加した張力Ｔ₂による元位置への復帰横力Ｇ₂とがつりあって、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはｄ₂で略一定の状態となる。しかし、放電加工によって加工液の抵抗値が大きくなってきているので、図９に示す時間ｔ₆に再び放電が停止し、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはゼロまで低下する。そして、図９に示す時間ｔ₇にスイッチングトランジスタ２９ｂがオンとなって給電子４１とインゴット２８との間の電圧がＶｐ₁まで上昇した際に放電が再開する。

以上説明したように、従来技術のマルチワイヤ放電加工装置では、切断ワイヤ部分２６は、図９に示す放電再開の間の時間Δｔ₁の周期で振幅ゼロとｄ₂との間で振動する。この時間Δｔ₁が、切断ワイヤ部分２６の横方向の振動の固有周期ｔ_sあるいはその整数分の１に近くなってくると、切断ワイヤ部分２６に横方向の共振が発生し、ワイヤ１５の切断が発生してしまう。

次に図６、図７を参照して本発明の実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００の動作について説明する。図１から図５を参照して説明した部分には同様の符号を付して説明は省略する。

図６のステップＳ１０１に示すように、制御部８０は、張力センサ１３ａ，１３ｂからワイヤ１５に印加されている張力Ｔ₁₀を取得する。そして、制御部８０は、放電加工の際に切断ワイヤ部分２６に掛かる張力Ｔ₁₁をＴ₁₁＝Ｔ₁₀＋ΔＴとして計算する。ΔＴは、放電加工によって切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄによって増加する張力であり、試験などで定めた数値であってもよいし、放電加工の状態や加工対象によっていろいろな数値を選択することができるテーブルを制御部８０のメモリに格納しておき、そのテーブルから選択するようにしてもよい。そして、図６のステップＳ１０２に示すように、制御部８０は、切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sを計算する。固有周期ｔ_sは、例えば、式１に示すような一般的な糸の横振動の計算式を用いて計算してもよい。
ｔ_s＝２×Ｌ×（ρ／Ｔ₁₁）^1/2 ----------------- （式１）
ここで、Ｌは図１に示す切断ワイヤ部分２６の長さ、ρはワイヤ１５の単位長さ当たりの質量、Ｔ₁₁は切断ワイヤ部分２６に掛かる張力である。
そして、制御部８０は計算した固有周期ｔ_sをメモリに格納する。

図６のステップＳ１０３に示すように、制御部８０は積算時間ＳＴをゼロにリセットし、図６のステップＳ１０４に示すように高周波パルス電源２９から高周波パルス電力を給電子４１とインゴット２８との間に供給し、高周波パルス電力の通電を開始する。制御部８０は、図６のステップＳ１０５に示すように、高周波パルス電力が通電停止状態となっている場合には、高周波パルス電源の通電を再開し、放電加工を開始する。すると図７の時間ｔ₁₁に示すように、給電子４１とインゴット２８との間の電圧ＶｐがＶｐ₁まで上昇し、切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間で放電が発生する。放電が発生すると放電電流Ａｓが流れ、給電子４１とインゴット２８との間の電圧ＶｐはＶｐ₂まで低下する。そして、スイッチングトランジスタ２９ｂがオフとなると電圧Ｖｐはゼロまで立ち下がる。

図６のステップＳ１０６に示すように、制御部８０は、電圧センサ３１によって給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐを取得し、図６のステップＳ１０７に示すように、立ち下がり直前の給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐを閾値電圧、例えば、図７に示す電圧Ｖｐ₁とＶｐ₂との間の閾値電圧Ｖｐ_sと比較する。そして、立ち下がり直前の給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｐ_s以下の場合には、各パルス電力が供給される毎に放電が発生していると判断し、図６のステップＳ１０８に示すように、積算時間ＳＴに高周波パルス電源の周期ｔ_pを加える。そして制御部８０は、図６のステップＳ１０９に示すように、ステッピングモータ２５の信号から、インゴット２８のＹ方向に位置を検出し、所定の位置まで送ったかどうかを判断する。そして、所定の位置まで送っていない場合には、まだ放電加工が終了していないと判断して、高周波パルス電力の通電を継続し、図６のステップＳ１０６に戻って、電圧センサ３１によって給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐを取得する。単一パルス電力の供給毎に放電が発生する状態が継続している間、積算時間ＳＴは放電が検知されている時間となる。そして、図７に示すように、単一パルス電力の供給毎に放電が発生する状態が継続して発生している間は、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはしだいに増加し、ｄ₂で略一定となる。

図７の時間ｔ₁₂に示すように、単一のパルス電力が供給されても放電が発生しない場合には、放電電流Ａｓが流れないので、時間ｔ₁₂の後の単一パルスの立ち下り直前の電圧Ｖｐは立ち上がりの際の電圧Ｖｐ₁と同様Ｖｐ₁のままとなり、閾値電圧Ｖｐ_sを越える。このように、電圧センサ３１によって取得した単一パルスの立ち下り直前の給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｐ_sを越える場合には、制御部８０は高周波パルス電力が供給されているにもかかわらず放電が発生していないと判断し、図６のステップＳ１１０に示すように、積算時間ＳＴに高周波パルス電源の周期ｔ_pを加える。すると、積算時間ＳＴは、図７に示す放電再開の時間ｔ₁₁からの経過時間となる。つまり制御部８０は高周波パルス電力が供給されているにもかかわらず放電が発生していないと判断した場合には、それまでの放電が検知されていた時間の積算時間ＳＴに放電が検知されない時間を積算していくので、積算時間ＳＴは、放電が検知されていた時間と放電が検知されない時間の合計時間となる。

図６のステップＳ１１１に示すように、制御部８０は、積算時間ＳＴが先に計算した切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sの近傍であるかどうか判断する。これは、図７に示すように、積算時間ＳＴと固有周期ｔ_sとの差が第一の離調時間Δｔ_s1以下の場合としてもよい。切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sから第一の離調時間Δｔ_s1を引いた時間が請求項に記載の所定の継続時間となる。そして、制御部８０は、積算時間ＳＴが固有周期ｔ_sの近傍であると判断した場合には、制御部８０は、つぎの単一パルス電力が供給された際に放電が再開した場合、切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sに近い周期で切断ワイヤ部分２６が振動して、切断ワイヤ部分２６に共振が発生する可能性があると判断し、図６のステップＳ１１２、図７の時間ｔ₁₃に示すように、高周波パルス電力の通電を一時停止する。

また、積算時間ＳＴが先に計算した切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sの近傍でない場合には、高周波パルス電力の通電を継続し、図６のステップＳ１０６に戻って電圧センサ３１によって取得した単一パルスの立ち下り直前の給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐを取得し、図６のステップＳ１０７に示すように、その電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｐ_sを越えるかどうかを判断し、Ｖｐが閾値電圧Ｖｐ_sを越える場合には、図６のステップＳ１１０に示すように、積算時間ＳＴに高周波パルス電源の周期ｔ_pを加え、積算時間ＳＴのカウントを継続する。

図６のステップＳ１１３に示すように、制御部８０は、高周期パルス電源の通電を一時停止した後、タイマー等によって通電を停止している時間をカウントする。図７に示すように、通電を停止している一時停止時間Δｔ_pは、第一の離調時間Δｔ_s1と第二の離調時間Δｔ_s2の合計時間でもよい。この場合、この場合の第二の離調時間Δｔ_s1は、切断ワイヤ部分２６に共振が発生しないように、切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sから長いほうに離調させる時間である。また、図７に示すように第一の離調時間Δｔ_s1、第二の離調時間Δｔ_s2は、高周波パルス電力の周期ｔ_pの整数倍の時間としてもよし、高周波パルス電力の周期ｔ_pの整数倍以外の時間としてもよい。

そして、図６のステップＳ１１３に示すように、制御部８０は、一時停止時間Δｔ_pが経過するまで待機し、一時停止時間Δｔ_pが経過したら、図６のステップＳ１１４に示すように、積算時間ＳＴをリセットし、図６のステップＳ１０５に戻って高周波パルス電力の通電を再開する。図７に示すように、この一時停止時間Δｔ_pの間の時間ｔ₁₄に切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはゼロとなり、その後高周波パルス電源の通電を再開する時間ｔ₁₅までの間、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはゼロを保つ。高周波パルス電力の通電が再開されると、図７の時間ｔ₁₅に示すように、単一パルス電力が供給される毎に放電が発生し、切断ワイヤ部分２６の横方向変位Ｄはｄ₂まで上昇する。

そして、制御部８０は、ステッピングモータ２５からの信号により、所定の距離だけ送ったと判断した場合には、図６のステップＳ１１５に示すように高周波パルス電力の通電を終了する。このとき、図５に示すように、放電加工によって加工されたスリット２８ｓはインゴット２８から取り付け部材２８ｂまで及んでいるので、固定されたインゴット２８をワーク送りユニット２７から取り外し、取り付け部材２８ｂを取り外して切り出した炭化ケイ素の薄板２８ａを取り出す。

以上説明したように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００では、放電加工中に放電発生が停止した際に、高周波パルス電力の通電再開から放電が検知されていた時間と放電が検知されない時間の合計時間である積算時間ＳＴが切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sより第一の離調時間Δｔ_s1だけ短くなった際に通電を停止し、その後一時停止時間Δｔ_pだけ通電停止を継続し、高周波パルス電力の通電再開からの経過時間が切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sより第二の離調時間Δｔ_s2だけ長くなった際に高周波パルス電力の通電を再開することとした。このことにより、図７に示すように、切断ワイヤ部分２６の振動の周期は、切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sより第二の離調時間Δｔ_s2だけ長くなり、切断ワイヤ部分２６に発生する振動の周期が切断ワイヤ部分２６の固有周期近傍とならないようにして切断ワイヤ部分２６の共振を抑制し、効率よく炭化ケイ素の薄板２８ａを切り出すことができる。

以上説明した実施形態では、積算時間ＳＴが切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sより第一の離調時間Δｔ_s1だけ短くなった際に通電を停止し、その後一時停止時間Δｔ_pだけ通電を停止し、高周波パルス電力の通電再開からの経過時間が切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sより第二の離調時間Δｔ_s2だけ長くなった際に高周波パルス電力の通電を再開することとして説明したが、切断ワイヤ部分２６の振動の周期が固有周期ｔ_sの１／２倍に近くなった場合には、切断ワイヤ部分２６は二次振動モードでの共振が発生する場合がある。マルチワイヤ放電加工装置１００の特性によってはこのように高次モードの共振を避けるために、積算時間ＳＴが切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sの整数分の１（例えば、１／２、１／３）より第一の離調時間Δｔ_s1だけ短くなった際に通電を停止し、その後一時停止時間Δｔ_pだけ通電を停止し、高周波パルス電力の通電再開からの経過時間が切断ワイヤ部分２６の振動の周期を固有周期ｔ_sの整数分の１（例えば、１／２、１／３）より第二の離調時間Δｔ_s2だけ長くなった際に高周波パルス電力の通電を再開することとしてもよい。また、この際、第一の離調時間Δｔ_s1、一時停止時間Δｔ_p、第二の離調時間Δｔ_s2もそれぞれ固有周期ｔ_sに対する場合の整数分の１（例えば、１／２、１／３）の時間としてもよい。

また、切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sは、式１によって計算することができるが、マルチワイヤ放電加工装置１００のワイヤ１５の張力Ｔが放電加工条件などによって変化した場合には、切断ワイヤ部分２６の固有周期ｔ_sが変化する。例えば、張力Ｔが大きくなった場合には周期ｔ_sは短くなり、張力Ｔが小さくなった場合には周期ｔ_sは長くなる。このため、張力センサ１３ａ，１３ｂによって検出したワイヤ１５の張力Ｔが増大した場合には、第一の離調時間Δｔ_s1、一時停止時間Δｔ_p、第二の離調時間Δｔ_s2をそれぞれ固有周期ｔ_sが短くなることに対応して短くし、張力センサ１３ａ，１３ｂによって検出したワイヤ１５の張力Ｔが減少した場合には、第一の離調時間Δｔ_s1、一時停止時間Δｔ_p、第二の離調時間Δｔ_s2をそれぞれ固有周期ｔ_sが長くなることに対応して長くしてもよい。

次に図８を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図１から図７を参照して説明した実施形態では、放電が検知されていた時間と放電が検知されない時間の合計時間を積算時間ＳＴとしてカウントするようにしたが、パルス放電が連続するのは数パルスで、その後しばらく放電しない状態が続く場合がある。この場合には、放電が検知されていた時間は放電が検知されていた時間と放電が検知されない時間の合計時間に対して非常に短く、切断ワイヤ部分２６の共振を抑制するために、放電が検知されない時間の合計時間のみを積算して積算時間ＳＴとし、切断ワイヤ部分２６の共振周期の近傍となっているかどうかを判断してもよい。

本実施形態では、図８のステップＳ２０７，Ｓ２０９に示すように、立ち下がり直前の給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｐ_s以下の場合には、各パルス電力が供給される毎に放電が発生していると判断するが、積算時間ＳＴに高周波パルス電源の周期ｔ_pを加えずにステップＳ２０６に戻る。そして、図８のステップＳ２０７，Ｓ２１０に示すように、電圧センサ３１によって取得した単一パルスの立ち下り直前の給電子４１とインゴット２８との間の電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｐ_sを越える場合には、制御部８０は高周波パルス電力が供給されているにもかかわらず放電が発生していないと判断し、積算時間ＳＴに高周波パルス電源の周期ｔ_pを加える。そして、制御部８０は放電が検知されない時間の合計時間のみを積算して積算時間ＳＴとし、図８のステップＳ２１１に示すように積算時間ＳＴが切断ワイヤ部分２６の共振周期の近傍となっているかどうかを判断する。

本実施形態は、先に図１から図７を参照して説明した実施形態よりも簡便な方法で先に説明した実施形態と同様の効果を奏することができる。

１１，１２ プーリ、１３ａ，１３ｂ 張力センサ、１５ ワイヤ、２４Ａ〜２４Ｄ ガイドローラ、２５ ステッピングモータ、２６ 切断ワイヤ部分、２７ ユニット、２８ インゴット、２８ａ 薄板、２８ｂ 取り付け部材、２８ｓ スリット、２９ 高周波パルス電源、２９ａ 直流電源、２９ｂ スイッチングトランジスタ、２９ｃ トランジスタ駆動回路、３１ 電圧センサ、４１ 給電子、８０ 制御部、１００ マルチワイヤ放電加工装置、２００ 気泡。

Claims (10)

1. 間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、
   前記各ガイドローラの長手方向に間隔をあけて前記ガイドローラ組に複数回巻き掛けられ、一対の隣接するガイドローラ間で前記ガイドローラの長手方向に所定の離間ピッチで配置されると共に所定の張力が印加され、複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、
   前記各切断ワイヤ部分に高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、
   前記各切断ワイヤ部分とワークとの間の放電状態を検知する放電状態検知手段と、
   前記高周波パルス電源から前記各切断ワイヤ部分に供給される前記高周波パルス電力を間欠的に入り切りする制御部とを備え、前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間で放電を行って前記ワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置であって、
   制御部は、前記各切断ワイヤ部分に前記高周波パルス電力を供給しても前記放電状態検知手段によって前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間の放電が検知されない場合、放電が検知されない時間が所定の継続時間となった際に、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止する高周波パルス電力供給一時停止手段を有すること、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
2. 請求項１に記載のマルチワイヤ放電加工装置において、
   前記高周波パルス電力供給一時停止手段の前記所定の継続時間は、前記切断ワイヤ部分の横振動の固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第一の離調時間だけ短く、前記所定の継続時間と一時的に前記パルス電力の供給を停止している一時停止時間との合計は、前記固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第二の離調時間だけ長いこと、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
3. 請求項１または２に記載のマルチワイヤ放電加工装置において、
   前記制御部の前記高周波パルス電力供給一時停止手段は、放電が検知されない時間と放電が検知されなくなった直前の放電が検知されていた時間との合計時間が前記所定の継続時間となった場合、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止すること、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
4. 請求項２または３に記載のマルチワイヤ放電加工装置において、
   前記ワイヤの張力を検出する張力検出手段を備え、
   前記制御部は、前記張力検出手段によって検出した張力に基づいて切断ワイヤ部分の横振動の前記固有周期を計算する固有周期計算手段を有すること、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
5. 請求項４に記載のマルチワイヤ放電加工装置において、
   前記制御部は、前記張力検出手段によって検出した前記ワイヤの張力が前記所定の張力より増大した場合には、前記第一の離調時間と前記一時停止時間とを減少させ、前記張力検出手段によって検出した前記ワイヤの張力が前記所定の張力より減少した場合には、前記第一の離調時間と前記一時停止時間とを増大させる時間変化手段を有すること、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置において、
   前記切断ワイヤ部分と前記ワークとの間の電圧を検出する電圧センサを備え、
   前記放電状態検出手段は、前記電圧センサによって検出した前記高周波パルス電力の各パルスの立ち下がり直前の電圧が閾電圧以下の場合に放電発生を検知し、前記各パルスの立ち下がり直前の電圧が前記閾電圧より大きい場合に放電が発生していないことを検知すること、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
7. 間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、前記各ガイドローラの長手方向に間隔をあけて前記ガイドローラ組に複数回巻き掛けられ、一対の隣接するガイドローラ間で前記ガイドローラの長手方向に所定の離間ピッチで配置されると共に所定の張力が印加され、複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、前記各切断ワイヤ部分に高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、前記各切断ワイヤ部分とワークとの間の放電状態を検知する放電状態検知手段とを備え、前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間で放電を行って前記ワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置を準備し、
   前記各切断ワイヤ部分に前記高周波パルス電力を供給しても前記放電状態検知手段によって前記各切断ワイヤ部分と前記ワークとの間の放電が検知されない場合、放電が検知されない時間が所定の継続時間となった際に、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止して、前記高周波パルス電源から前記各切断ワイヤ部分に供給される前記高周波パルス電力を間欠的に入り切りするマルチワイヤ放電加工方法。
8. 請求項７に記載のマルチワイヤ放電加工方法において、
   前記所定の継続時間は、前記切断ワイヤ部分の横振動の固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第一の離調時間だけ短く、前記所定の継続時間と一時的に高周波パルス電力の供給を停止している一時停止時間との合計は、前記固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第二の離調時間だけ長いこと、
   を特徴とするマルチワイヤ放電加工方法。
9. 間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、前記各ガイドローラの長手方向に間隔をあけて前記ガイドローラ組に複数回巻き掛けられ、一対の隣接するガイドローラ間で前記ガイドローラの長手方向に所定の離間ピッチで配置されると共に所定の張力が印加され、複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、前記各切断ワイヤ部分に高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源と、前記各切断ワイヤ部分と炭化ケイ素のインゴットとの間の放電状態を検知する放電状態検知手段とを備えるマルチワイヤ放電加工装置によって前記各切断ワイヤ部分と前記炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って前記炭化ケイ素のインゴットから複数の炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法であって、
   前記各切断ワイヤ部分に前記高周波パルス電力を供給しても前記放電状態検知手段によって前記各切断ワイヤ部分と前記炭化ケイ素のインゴットとの間の放電が検知されない場合、放電が検知されない時間が所定の継続時間となった際に、前記高周波パルス電力の供給を一時的に停止して前記高周波パルス電源から前記各切断ワイヤ部分に供給される前記高周波パルス電力を間欠的に入り切りし、前記各切断ワイヤ部分と前記炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って前記炭化ケイ素のインゴットから複数の前記炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法。
10. 請求項９に記載の炭化ケイ素板の製造方法において、
    前記所定の継続時間は、前記切断ワイヤ部分の横振動の固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第一の離調時間だけ短く、前記所定の継続時間と一時的に前記高周波パルス電力の供給を停止している一時停止時間との合計は、前記固有周期または前記固有周期の整数分の１よりも第二の離調時間だけ長いこと、
    を特徴とする炭化ケイ素板の製造方法。

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