JP2014069242A

JP2014069242A - マルチワイヤ放電加工装置およびその加工方法。

Info

Publication number: JP2014069242A
Application number: JP2012214740A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yatsugayo; 隆幸八ケ代
Original assignee: Canon Marketing Japan Inc
Current assignee: Canon Marketing Japan Inc
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-21

Abstract

【課題】複数本のワイヤにて被加工物をスライスする放電加工において、スライスされた被加工物の加工精度を高くすること。
【解決手段】放電により、並設された複数本のワイヤ電極の間隔で被加工物をスライスするマルチワイヤ放電加工装置が、複数本のワイヤ電極を同じ方向に走行させる複数のメインガイドローラと、均等間隔である溝が表面に配列されている一対のサブガイドローラと、を備え、一対のサブガイドローラを被加工物の両側に配置し、同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極が溝と接触することで連動して回動する。

【選択図】図７

Description

マルチワイヤ放電加工装置およびその加工方法の技術に関する。

シリコンインゴットを多数の薄片にスライスするための装置としてワイヤソー装置が知られているが、近年マルチワイヤを使用して放電加工技術により部材を薄板にスライス加工するマルチワイヤを利用した放電加工技術がある。

（雑誌名）「砥粒加工学会誌」（タイトル）「シリコンインゴットのマルチワイヤ放電スライシング技術」２００９．Ｎｏｖ発行Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ１１，ｐ６６３−ｐ６６６

特開平６−７９５３６号公報

非特許文献１には、複数本のワイヤで被加工物を放電加工する技術において、被加工物の周辺にサブガイドを配置している装置図面が開示されている。

特許文献１に開示されているように、放電加工においては走行するワイヤの振動が大きくなってしまうと、被加工物の放電加工領域は大きくなる。さらに放電加工するワイヤの本数が多くなると放電加工領域の問題（切断しろ）だけではなく、各ワイヤの間隔（ピッチ）も均一になるように同時に管理する必要があるが、これら先行文献には、均等間隔でさらに放電加工領域が少ない放電加工を実現する技術に関しては何も開示されていない。

本発明は、複数本のワイヤにて被加工物をスライスする放電加工において、スライスされた被加工物の加工精度を高くすることができる仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、放電により、並設された複数本のワイヤ電極の間隔で被加工物をスライスするマルチワイヤ放電加工装置であって、前記複数本のワイヤ電極を同じ方向に走行させる複数のメインガイドローラと、均等間隔である溝が表面に配列されている一対のサブガイドローラと、を備え、前記一対のサブガイドローラを前記被加工物の両側に配置し、前記同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極が前記溝と接触することで連動して回動することを特徴とする。

また、前記複数のメインガイドローラの外周を巻回している前記複数本のワイヤ電極の内側に、前記一対のサブガイドローラが配置されていることを特徴とする。

また、前記一対のサブガイドローラはともに前記同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極と接触する距離を調整する調整手段をさらに備え、前記調整手段により、前記一対のサブガイドローラは前記複数本のワイヤ電極の張力を前記内側から一括調整することを特徴とする。

本発明により、複数本のワイヤにて被加工物をスライスする放電加工において、スライスされた被加工物の加工精度を高くすることができる仕組みを提供することが可能となる。

本発明におけるマルチワイヤ放電加工システムの正面図を示す図である。本発明におけるマルチワイヤ放電加工装置の正面図を示す図である。本発明における給電子ユニットの側面図を示す図である。本発明における放電加工部の側面図を示す図である。本発明におけるサブガイドローラの側面図を示す図である。本発明におけるサブガイドローラの正面図を示す図である。本発明におけるワイヤの走行方向の正面図を示す図である。

図１を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るマルチワイヤ放電加工システムを前方から見た外観図である。尚、図１に示す各機構の構成は一例であり、目的や用途に応じて様々な構成例があることは言うまでもない。

図１は本発明におけるマルチワイヤ放電加工システムの構成を示す図である。マルチワイヤ放電加工システムは、マルチワイヤ放電加工装置１、電源装置２、加工液供給装置５０から構成されている。
マルチワイヤ放電加工システムは、放電により並設された複数本のワイヤ（ワイヤ電極）の間隔で被加工物（ワーク）を薄片にスライスすることができる。

１はマルチワイヤ放電加工装置であり、１にはサーボモータにより駆動されるワーク送り部３がワーク１０５の上部に設けられ、上下方向にワーク１０５を移動することができる。本発明ではワーク１０５が下方向に送られ、ワーク１０５とワイヤ１０３の間で放電加工が行われる。

２は電源装置であり、２にはサーボモータを制御する放電サーボ制御部が放電の状態に応じて効率よく放電を発生させるために放電ギャップ（極間の距離）を一定の隙間に保つように制御することでワークの位置決めを行い、放電加工を進行させる。

加工電源部４００は、放電加工のための放電電源パルスをワイヤ１０３へ供給するとともに、放電加工部で発生する短絡などの状態に適応する検知を行い、放電サーボ制御部に放電ギャップの制御信号を供給する。
５０は加工液供給装置であり、放電加工により発生する加工チップ（加工屑）の除去や放電現象に必要な加工液をポンプにより放電加工部へ循環して供給する。

さらにイオン交換樹脂による比抵抗または電導度（１μＳ〜２５０μＳ）の管理や、冷却のために液温（２０℃付近）の管理も行う。加工液には主に水が使用される。

８，９はメインガイドローラであり、メインガイドローラの表面には、均一な間隔でワイヤが走行できるようにあらかじめ決められたピッチ（間隔）と数（加工本数）に対応する溝が形成されており、ワイヤ供給ボビン（ＩＮ）からの張力制御されたワイヤが２つのメインガイドローラに必要数巻きつけられ、巻き取りボビン（ＯＵＴ）へ送られる。ワイヤの走行速度は１００ｍ／ｍｉｎから１０００ｍ／ｍｉｎ程度で放電加工を行う。

つまり、２つのメインガイドローラが同じ回転方向で、かつ同じ回転速度で連動して回転することで、ワイヤ繰出し部から送られた１本のワイヤ１０３がメインガイドローラ（２つ）の外周を最大で２０００回程度巻回することにより、放電加工部において所定のワイヤの間隔（ピッチ）にて並設されている複数本（最大で２０００本程度）のワイヤ１０３を同一方向でかつ同一速度で走行させている。
このように高速でワイヤが走行していることがワイヤ１０３を振動させる第１の要因となる。

メインガイドローラ８、９には、ワイヤ１０３を均一でかつ一定間隔に取り付けるための溝が複数列形成されており、その溝にワイヤ１０３が取り付けられている。そして、メインガイドローラ８、９がともにそろって右（又は左に）回転することにより、ワイヤ１０３が並設されて走行する。

また、ワイヤ１０３は、メインガイドローラ８、９に取り付けられ、メインガイドローラ８、９の上側、及び下側に並設する複数本のワイヤによる列を形成している。
ワイヤ１０３には給電子１０４から放電加工部まで加工電流が流れ、放電加工部にて放電を発生させるワイヤ電極として機能する。

ワイヤ１０３は１本の繋がったワイヤであり、図示しないボビン（ＩＮ）から繰り出され、メインガイドローラの外周面のガイド溝に嵌め込まれながら、メインガイドローラの外側に螺旋状に巻回された後図示しないボビン（ＯＵＴ）に巻き取られる。
マルチワイヤ放電加工装置１は電源装置２と電線５１３を介して接続されており、電源装置２から供給される電源により放電加工する。

マルチワイヤ放電加工装置１は、マルチワイヤ放電加工機１の土台として機能する筐体１５と、筐体１５の上部の中に設置されている、ブロック２０と、ワーク送り部３と、接着部４と、シリコンインゴット１０５と、加工槽６と、メインガイドローラ８と、ワイヤ１０３と、メインガイドローラ９と、給電ユニット１０と、給電子１０４とを備えている。

加工槽６は所定の範囲の比抵抗（電気伝導度）に管理されたイオン交換水を、ワイヤ１０３とワーク１０５とが近接する位置（放電加工部）に循環供給された加工液を貯留する。
ブロック２０はワーク送り部３と接合されている。またワーク送り部３は、シリコンインゴット１０５と接着部４により接着（接合）されている。
接着部４は、ワーク送り部３とシリコンインゴット１０５とを接着（接合）するためのものであれば何でもよく、例えば導電性の接着剤が用いられる。

ワーク送り部３は、接着部４により接着（接合）されているシリコンインゴット１０５を上下方向に移動する機構であり、ワーク送り部３が下方向に移動することにより、シリコンインゴット１０５をワイヤ１０３に近づけることが可能となる。
図２を説明する。
図２は、図１に示す点線１６枠内の拡大図である。
メインガイドローラは中心に金属棒を使用し、金属棒の外側が樹脂で覆われた円筒型の構造である。

２つのメインガイドローラの間のほぼ中央の下のエリアには、加工電源からの放電電源パルスを供給するために給電子ユニット１０が設けられておりワイヤ１０３に接触させて給電している。
給電子１０４の素材には、機械的摩耗に強く導電性があることが要求されるので、超硬合金が使用されている。
２つのメインガイドローラのほぼ中央の上のエリアには、ワーク送り部３が設けられている。
２つのメインガイドローラの間のほぼ中央には加工槽６を設けけられている。
図３を説明する。
図３は、給電子１０４がワイヤ１０３と接触している給電子ユニット１０の拡大図を示す。
本実施例では給電子１０４（１個）に対してワイヤ１０３（１０本）が接触している。

図３には、ワイヤ１０３の本数を１０本に対して接触する給電子１０４を１個で示しているが、給電子１個当たりに接触するワイヤ本数や給電子の総数は必要数に応じて増やすことは言うまでもない。
図４を説明する。
図４は、ワーク１０５が加工液に浸漬されて走行するワイヤ１０３が放電加工している部分の拡大図を示す。

ワーク１０５に対して全てのワイヤ１０３が同時に一斉放電し、ワーク送り部３がワーク１０５を徐々に下方向に移動することにより、ワイヤの間隔でスライス加工が進行する。
ここで、各ワイヤ１０３同士の間隔（ワイヤのピッチ）は０．３ｍｍ（３００μｍ）程度である。
本実施例では、加工材料（ワーク）として、直方体であるシリコンインゴットを例に説明する。

加工槽６は、加工液を貯留するための容器である。加工液は、例えば、抵抗値が高い脱イオン水である。図４に示すようにワーク１０５が加工液に浸漬されワイヤ１０３に接近すると、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間（極間）に、加工液が侵入することにより、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間に侵入した加工液を通じて放電電流が流れることで、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間に正常な放電が発生しシリコンインゴット１０５を放電加工することが可能となる。

また、ワイヤ１０３は伝導体であり、電源装置２から電源が供給された給電ユニット１０の給電子１０４とワイヤ１０３とが直に接触することにより、供給された電源が給電子１０４からワイヤ１０３に印加される。（給電子１０４がワイヤ１０３に電源を印加している。）
そして、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との極間で放電が起き薄板状のシリコンウエハを作成する。
加工槽の中には、加工液供給装置から供給される加工液が循環しており、循環による水流が発生する。また加工液中のワイヤ走行によっても水流が発生する。

このように加工槽の中の加工液の水流が、高速のワイヤ走行による振動だけではなくワイヤ１０３の振動をさらに増幅させ、被加工物を放電する領域において切断しろを大きくしてしまう要因となる。
図５を説明する。
図５はサブガイドローラ７０１を拡大した図を示している。
サブガイドローラは中心に金属棒８０１を使用し、金属棒の外側が樹脂８０２で覆われた円筒型の構造である。
樹脂８０２の表面に走行する複数本のワイヤを均等な間隔０．３ｍｍ（３００μｍ）に分散させるためのＶ字型８０３の溝が多数形状加工されている。
図６を説明する。
図６はサブガイドローラ７０１を拡大した図を示している。
７０１および７０２は一対のサブガイドローラであり、同じものである。
図７を説明する。
一対のサブガイドローラは同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極が溝と接触することで複数本のワイヤの走行に連動して回動する。
一対のサブガイドローラは被加工物の両側に配置されている。
一対のサブガイドローラは複数のメインガイドローラの外周を巻回している複数本のワイヤ電極の内側に配置されている。

７０３および７０４は、サブガイドローラと走行している複数本のワイヤ電極との接触（接近）距離を調整するために、各サブガイドローラ上下方向に動かすための機構である（調整手段）。なお調整手段による接触（接近）距離は任意の距離に変更可能であり、接触（接近）距離を固定することができる。

各サブガイドローラを上方向に移動させることにより、走行している複数本のワイヤ電極の張力を高めるので、複数のメインガイドローラの外周を巻回している複数本のワイヤ電極の張力を内側から一括調整することができ、振動の要因となる高速のワイヤ走行や水流による影響を受けにくくすることができる。

しかしながら、各サブガイドローラを上方向に極端に移動させすぎると、図４に示したように、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間（極間）に、加工液が侵入しなくなるので、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間（極間）に加工液が侵入する高さが調整手段の上限（リミット）となる。

尚、本発明のマルチワイヤ放電加工システムでスライスされたシリコン、ＳｉＣ（炭化シリコン）等のインゴットは、パワーデバイス用の基板または太陽電池用の基板として使用することができる。

１マルチワイヤ放電加工装置
２電源装置
８、９メインガイドローラ
５０加工液供給装置
１０３ワイヤ
１０４給電子
１０５ワーク
７０１サブガイドローラ
７０２サブガイドローラ

Claims

放電により、並設された複数本のワイヤ電極の間隔で被加工物をスライスするマルチワイヤ放電加工装置であって、
前記複数本のワイヤ電極を同じ方向に走行させる複数のメインガイドローラと、
均等間隔である溝が表面に配列されている一対のサブガイドローラと、
を備え、
前記一対のサブガイドローラを前記被加工物の両側に配置し、前記同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極が前記溝と接触することで連動して回動することを特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
前記複数のメインガイドローラの外周を巻回している前記複数本のワイヤ電極の内側に、前記一対のサブガイドローラが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
前記一対のサブガイドローラはともに前記同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極と接触する距離を調整する調整手段をさらに備え、
前記調整手段により、前記一対のサブガイドローラは前記複数本のワイヤ電極の張力を前記内側から一括調整することを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工装置。
放電により、並設された複数本のワイヤ電極の間隔で被加工物をスライスする、前記複数本のワイヤ電極を同じ方向に走行させる複数のメインガイドローラと、均等間隔である溝が表面に配列されている一対のサブガイドローラと、を備えるマルチワイヤ放電加工装置における加工方法であって、
前記一対のサブガイドローラを前記被加工物の両側に配置し、前記同じ方向に走行している複数本のワイヤ電極が前記溝と接触することで連動して回動することを特徴とする加工方法。