JP2020093384A - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数に分割したワークの切断域の各ワイヤ列がそれぞればらついて走行してしまうことを防止すること。【解決手段】１本の繋がったワイヤが複数のガイドローラを周回し、並設されたワイヤ列を同一方向に走行させるワイヤ放電加工装置に、ワークをスライスする第１の面にあるワイヤ列中の一部領域においてワイヤ列の間隔よりも広い間隔になるよう、ワークをスライスしない第２の面にあるワイヤ列中の一部領域において、１本の繋がったワイヤの走行方向を、ワイヤ列の走行方向から変えるワイヤ飛ばし手段を設けて、１本の繋がったワイヤが複数のガイドローラを周回する周回軌道面で、ワイヤの走行方向を変える。【選択図】 図３

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置の技術に関する。

従来より、複数のワークを並べて、同時に切断するワイヤソーの技術がある。

特許文献１には、ワイヤソーの技術において、ワークの切断域とワイヤの飛ばし域を設けて、ワイヤの飛ばし域内で２個のワイヤ飛ばし用ローラを配置してワイヤの飛ばし域においてワイヤを不存在とする技術が開示されている。

特開２０１０−２５３６６４号公報

しかしながら、特許文献１にはワイヤの飛ばし域内で２個のワイヤ飛ばし用ローラを配置してワイヤの飛ばし域においてワイヤを不存在にしようとした場合にどのような箇所にワイヤ飛ばし用ローラを設けて、ワイヤの飛ばし域を設ける必要があるかは何ら開示されていない。

特許文献１のように、複数のメインローラを周回する複数のメインローラの周回軌道外にそのワイヤ飛ばし用ローラを設けてしまうと、周回軌道外に設けたワイヤ飛ばし用ローラによるワイヤのテンションが１本の繋がったワイヤに影響を与えてしまい、結果的に各ワークの切断域でのワイヤのテンションが均等でなくなるので、各ワークの切断域の各ワイヤ列がそれぞればらついて、複数のガイドローラを走行してしまうといった問題が起こってしまう。
本願発明は、複数に分割した各ワークの切断域の各ワイヤ列がそれぞればらついて走行してしまうことを防止する仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、並設されたワイヤ列の間隔でワークをスライスするワイヤ放電加工装置であって、１本の繋がったワイヤが複数のガイドローラを周回し、前記並設されたワイヤ列を同一方向に走行させる走行手段と、前記ワークをスライスする第１の面にある前記ワイヤ列中の一部領域において前記ワイヤ列の間隔よりも広い間隔になるよう、前記ワークをスライスしない第２の面にある前記ワイヤ列中の一部領域において、前記１本の繋がったワイヤの走行方向を、前記ワイヤ列の走行方向から変えるワイヤ飛ばし手段と、前記ワイヤ列と交差する方向に並べて配置された複数の前記ワークを、前記第１の面にある、前記ワイヤ飛ばし手段によって複数に分割したワイヤ列でそれぞれスライスし、前記ワイヤ飛ばし手段が、１本の繋がったワイヤが複数のガイドローラを周回する周回軌道面で、ワイヤの走行方向を変えることを特徴とする。

本願発明により、各ワークの切断域の各ワイヤ列がそれぞればらついて走行してしまうことを防止する仕組みを提供することが可能となる。

本願発明のワイヤ放電加工装置を装置正面方向から見た図。 本願発明のワイヤ飛ばし機構をワイヤ放電加工装置正面から見た図である。 本願発明のワイヤ飛ばし機構をワイヤ放電加工装置上部から見た図である。 本願発明のワイヤ飛ばし機構をワイヤ放電加工装置底部から見た図である。 本願発明のワイヤ飛ばし機構の適正な配置箇所とワイヤの走行に伴って回転する動作をワイヤ放電加工装置底部から見た図である。 本願発明のワイヤ飛ばし機構をワイヤ放電加工装置右側面から見た図である。 本願発明のガイドローラをワイヤ放電加工装置右側面から見た図である。 本願発明のワイヤ飛ばし機構を設けない場合の、ワイヤの走行方向とＶ溝の相対位置を示したもので、相対位置そのワイヤ放電加工装置底部から見た図である。

図１を説明する。

図１は本発明におけるワイヤ放電加工システムの構成を示す図である。ワイヤ放電加工システムは、ワイヤ放電加工装置１、電源装置２、加工液供給装置１２により構成されている。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。

ワイヤ放電加工システムは放電加工により、並設されたワイヤ列の間隔で被加工物であるワークを薄板状にスライスすることができる。本発明では並設されたワイヤ列でワークを加工するワイヤ放電加工装置に関するものであり、ワイヤ放電加工装置１では、サーボモータにより駆動されるワーク送りユニット３がワイヤ列の上部に設けられ上下方向にワーク（またはインゴットとも言う）を移動できる。本実施例ではワークが下方向に送られて放電加工がおこなわれるが、変形例としてワーク送りユニット３をワイヤ列の下部に設けることでワークを上方向へ移動して放電加工をしてもよい。

電源装置２は、並設されているワイヤ列とワークとの極間にパルス電圧を印加することでワークを放電加工する。電源装置２はサーボモータを制御する放電サーボ制御回路が検出した放電の状態（極間電圧）に応じて、極間で効率よく放電が発生する適正距離にワーク送りユニット３を移動させることで、放電ギャップ（極間距離）を適正な距離に保つように制御して、ワークとワイヤ列との相対的な位置決めを行い、ワークの放電加工を少しずつ繰り返してスライスが完了するまで進行させる。

電源装置２は、図示しない加工電源から給電子１０４を介して放電加工のためのパルス電圧をワイヤへ印加する。更に極間で発生する短絡などの状態に適応するために、放電サーボ制御回路が放電ギャップ（極間距離）を短絡が起こらない適正な距離に保つように、ワーク送りユニット３にサーボ制御信号を発信する。

ワイヤ放電加工装置１は電源装置２と加工電源用の配線１１を介して接続されており、ワイヤ放電加工装置１は電源装置２から供給される電力（加工電圧と加工電流の積）を用いて、ワークを放電加工する。

加工液供給装置１２は、極間で放電が発生する熱によるワークやワイヤの冷却、極間に残留する放電後の加工屑の除去として用いられる加工液を、図示しないポンプにより加工槽６内へ送液すると共に、加工液中に溜まった加工屑の除去や、イオン交換による電導度（１μＳ〜２５０μＳ）の管理や、液温（２０℃付近）の管理を行う。おもに水が使用されるが、放電加工油を用いることもできる。

メインローラ８，９には、所望する厚みでワークをスライス加工出来るようにあらかじめ決められたピッチや、所望する枚数でワークをスライス加工出来るようにあらかじめ決められたピッチ数のＶ溝が多数形成されており、ワイヤの供給ボビン（図示しない）からの張力制御されたワイヤが２つのメインローラに必要数巻きつけられ、巻き取りボビン（図示しない）へ送られる。この時のワイヤの走行速度は例えば１００ｍ／ｍｉｎから９００ｍ／ｍｉｎ程度が用いられる。

この２つのメインローラ８，９が同じ方向でかつ同じ速度で連動して回転することにより、ワイヤの繰出し部（図示しない）から送られた１本のワイヤがメインローラ（２つ）の外周を周回することで、ワイヤを複数列に並設させて同一方向に走行させることができる。ワイヤは１本の繋がったワイヤであり、繰出し部から繰り出され、メインローラの外周面のＶ溝に嵌め込まれながら、メインローラの外側に多数回（最大で２０００回程度）螺旋状に巻回された後に巻き取りボビンに巻き取られる。

尚、本実施例では、便宜的に２つのメインローラ８，９の図を示しているが、メインローラの数を３つ以上にして、ワイヤの繰出し部（図示しない）から送られた１本のワイヤがメインローラ（３つ以上）の外周を周回することで、ワイヤを複数列に並設させて同一方向に走行させてもよい。
このように、１本の繋がったワイヤが左右のガイドローラの外周を周回することで、並設されたワイヤ列を同一方向に走行させている（走行手段）。

メインローラ８，９は中心軸に金属を使用し、外側を樹脂素材で覆う構造である。このように外側を樹脂素材で覆う構造にすることで、１本のワイヤがメインローラの外周を高速で周回する場合でも、ワイヤがＶ溝から離脱させずに、各Ｖ溝内から飛び出さない様にしている。

メインローラ８．９のワイヤ周回軌道の外側の下部には、電源装置２からのパルス電圧をワイヤに給電するために給電子１０４が設けられており、給電子１０４はパルス電圧をワイヤ列に一括給電するための給電子である。

この一括給電の場合、１個の給電子１０４が並設されているワイヤ列（例えば１０本〜１００本）に接触することで、ワイヤ列（例えば１０本〜１００本）に対して１個の加工電源を設けるだけでよく、多数本（１００本等）に給電する場合であってもコスト安である。

尚、変形例として、給電子１個当たり並設されているワイヤ列中の各ワイヤ１本に接触して、ワイヤ（１本）毎に個別なパルス電圧を給電してもよいが、その場合はワイヤ毎（１本）に個別の加工電源を設ける必要があり、多数本（１００本等）に給電する場合には、個別の加工電源によってコスト高になってしまう。
給電子１０４の素材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等がこの好ましい。
メインローラ８．９のワイヤ周回軌道の外側の上部にあるワーク送りユニット３にワークを取付けて、下方向にワークを移動して放電加工を行う。

メインローラ８．９のワイヤ周回軌道の内側の中央部には加工液を貯留する加工槽６が設けられており、放電加工中に、加工液の中にワイヤおよびワークが浸漬することで、放電部分の冷却や加工屑の除去を行う。

電源装置２の中にある加工電源（図示しない）は、放電加工に必要な加工電流Ｉを供給するために設定される加工電圧Ｖを供給するもので、加工電圧Ｖは任意の電圧に設定することができる。

極間電圧は放電発生時のワイヤとワークの間の電圧値であり、適正な極間電圧になると極間でワイヤからワークに放電する。また、極間電流は放電発生時にワイヤとワークとの間に流れる電流値である。

給電子１０４はワイヤ列に一括で給電するものである。本実施例では、メインローラ８．９のワイヤ周回軌道の外側の下部の１ヶ所に配置されている給電子１０４からパルス電圧を印加し放電加工を行う場合を示している。１ヶ所で給電された給電子１０４によって、給電子１０４から極間までワイヤを介して流れるワイヤ電流は、メインローラ８、９の左側と右側２つの経路に分流して極間に流れる。

ワーク送りユニット３は、導電性の接着剤３００によって固定しているワークを上下方向に移動する機構を備えた装置であり、ワークを固定した状態でワーク送りユニット３が下方向（重力方向）に段階的に移動することにより、ワークをワイヤ列に段階的に近づけることができる。

加工槽６は、加工液を溜めるための容器である。加工液とは例えば抵抗値が高い脱イオン水である。ワイヤとワークとの極間に高抵抗の加工液が存在することによりワイヤとワークとの間で良好な放電が発生しワークをスライスすることが可能となる。

メインローラ８、９の表面には、図７に示したように、ワイヤを巻き付けるためのＶ溝が複数列形成されており、このＶ溝にワイヤが巻き付けられている。Ｖ溝にワイヤが巻き付けられてから、メインローラ８、９を共に右又は左回転させることにより、１本の繋がったワイヤがワイヤ列となって走行する。

ワイヤの素材は電気伝導体であり、パルス電圧が印加された給電子１０４とワイヤとが接触することによりワイヤに給電され、ワイヤにワイヤ電流が流れる。このようにして極間で放電が起きることでワークを削り、薄板状の加工物（例えばウエハ等）を作成することができる。尚、ワイヤの材質の主成分は鉄であり、ワイヤの直径は約０．１２ｍｍで、断面積は０．０６×０．０６×πｍｍ２程度である。

給電子１０４は給電ユニット１０に固定されている。給電ユニット１０は給電子１０４とワイヤとの接触圧力を調整するために重力方向に給電ユニット１０全体の位置を移動することができる。

なお、本明細書において、上下とは重力方向における上方向と下方向にそれぞれ対応し、左右とはワイヤ放電加工装置の正面から見た場合の左及び右にそれぞれ対応し、前後とはワイヤ放電加工装置の上部から見た場合の正面及び裏面にそれぞれ対応して説明する。
ブロック５はワイヤ放電加工装置１の筐体の一部である。ブロック５にはワーク送りユニット３が溶接されている。
図２を説明する。
本願発明のワイヤ飛ばし機構を、ワイヤ放電加工装置１の正面から見た図である。

図中で、第１の面とは本実施例ではスライスする側である上側のワイヤ列が形成する面である。また第２の面とは本実施例ではスライスしない側である下側のワイヤ列が形成する面を示している。
矢印は１本の繋がったワイヤが走行する方向であり、ＩＮ側はワイヤが供給ボビン側でＯＵＴ側が巻き取りボビン側である。
図３を説明する。
本願発明のワイヤ飛ばし機構を、ワイヤ放電加工装置１の上部から見た図である。
つまり第１の面を見ていることになる。

ワイヤ放電加工装置１の上部から見た場合、図２で説明した第１の面内にはワイヤ列中の一部領域を、ワイヤ列の間隔よりも広い間隔になるようにして、その一部領域にワイヤ列が存在しないようになっている。

この一部領域をワイヤ不存在領域と定義する。さらにワイヤ不存在領域の隣にあるワイヤ列をワーク切断領域と定義する。３つのワーク切断領域が、複数に分割したワイヤ列である。

この一部領域にワイヤ列が存在しないようにすることで、図３及び図４で示したようにワイヤ列と交差する方向に並べて配置された複数個のワーク（ワークＡ〜Ｃ）を同時に放電加工した場合に、各ワークの両端部からスライスされたウエハの切り端片が、ワイヤ列に衝突してワイヤ列にダメージを与えてしまうことを回避している。
図４を説明する。
本願発明のワイヤ飛ばし機構を、ワイヤ放電加工装置１の下部から見た図である。
つまり第２の面を見ていることになる。

図３の第１の面内にワイヤ不存在領域を設けるためには、この第２の面内のワイヤ列中の一部領域で走行している１本の繋がったワイヤの走行方向をワイヤ列の走行方向から斜め方向に変える必要がある。この一部領域をワイヤ飛ばし領域と定義する。
本実施例では、第２の面内に２箇所のワイヤ飛ばし領域を作り出すために、４個のワイヤ飛ばし機構（ワイヤ飛ばし手段）を設けている。

図２と図４の構図から分かるように、１箇所のワイヤ飛ばし領域当たり２個のワイヤ飛ばし機構よって、左右のガイドローラを周回する周回軌道面内で１本の繋がったワイヤの走行方向が変わっていることが分かる。

このよう周回軌道面内にワイヤ飛ばし機構を組み込むことで、従来技術のように、周回軌道の外側にワイヤ飛ばし機構を設けるよりも、ワイヤ飛ばし機構の設置によって新たに発生するワイヤのテンション変動が低減され、各ワーク切断領域のワイヤ列が均一なテンションで走行するので、各ワーク切断領域の差が小さくなる効果がある。

これにより、新たに発生するワイヤのテンション変動を低減させるテンション制御機構を別途追加で設置する必要もなくなり、周回軌道の外側にワイヤ飛ばし機構を設けるよりコスト安になる。
前述したように、ワイヤ飛ばし領域当たり一対（２個）のワイヤ飛ばし機構が配置されている。

このように、ワイヤ飛ばし領域で一対のワイヤ飛ばし機構の相対位置または相対距離を適宜調整することで、１本の繋がったワイヤの走行方向（あるいは走行角度）を、ユーザ所望の走行方向に変化させることができ、第１の面でワイヤ不存在領域の幅を任意に設定することができる。

更に、図５に示したように１個のワイヤ飛ばし機構の端の部分の位置がガイドローラのＶ溝の溝底（あるいは溝の中心）に合わせるように適宜調整することで、ワイヤが平行にＶ溝の溝底（あるいは溝の中心）に向かって真っ直ぐにワイヤが走行するので、ワイヤとＶ溝が接触する部分では、Ｖ溝に対する摩擦力が低減されるので、ワイヤの走行方向によるＶ溝へのダメージを低減することができる。

図８に示したようにもし、本願発明のワイヤ飛ばし機構を取り付けずに、１本の繋がったワイヤを巻き付けるＶ溝の位置を単純に必要溝数だけずらして、ワイヤの走行方向を強制的に斜めに変えた場合、ワイヤが強制的に引っ掛けられたＶ溝には、斜め方向からの摩擦力が加わるので、引っ掛けられたＶ溝だけが摩擦力が大きくなる。

そうすると、そのＶ溝だけがＶ溝の幅方向に徐々に広がり、最終的にそのＶ溝だけが溝底方向にどんどん削られていく。溝底方向に削られた結果、周回軌道の外周の長さがそのＶ溝だけ、周回軌道の外周の長さが短くなり、その削られたＶ溝を走行するワイヤだけ給電子１０４との接触不良が起こり、１本のワイヤだけが放電しなくなる。

尚、各ワイヤ飛ばし機構が動かない様に下部筐体２０３にネジ止め等で固定されている。さらに前述したように各ワイヤ飛ばし機構をＶ溝の幅方向の適正位置に配置することができように、ネジ止め等で固定した部分をスライドできる図示しないスライドレール等が設けられている。
図５を説明する。
本願発明のワイヤ飛ばし機構の適正な配置箇所とワイヤの走行に伴って回転する動作をワイヤ放電加工装置底部から見た図である。
ワイヤ飛ばし機構の回転方向は、走行するワイヤが回転部２０１を回しているのでワイヤの走行方向と同じである。
図６を説明する。
本願発明のワイヤ飛ばし機構をワイヤ放電加工装置１の右側面から見た図である。

１つのワイヤ飛ばし手段当たり、ワイヤの走行に伴って回転する回転部２０１と、回転部を保持する保持部２０２の部品を組み合わせたユニットとして構成されている。
保持部２０２が下部筐体２０３にネジ止め等で固定されている。

図６に示したように複数個のワーク（ワークＡ〜Ｃ）を並べて配置した場合でも、ワーク送りユニット３が下降していくと、ワーク切断領域の数もワークＡ〜Ｃの数と同じ数であるので、各ワーク切断領域でワークＡ〜Ｃが同時にそれぞれスライスされることになる。

前述したように、回転部２０１と連結している保持部２０２を、ワイヤ放電加工装置の下部筐体２０３の一部に連結させて、１個のワイヤ飛ばしの配置位置を固定している。
図５と図６から分かるように回転部２０１の表面が、周回軌道面に対して垂直に立つようにワイヤ飛ばしの配置位置を固定している。

さらにその回転部２０１の表面は幅がある円柱状であり、幅がある円柱状の表面中の任意な場所で、走行するワイヤが回転部２０１を回転させることで、走行するワイヤが周回軌道面を常時維持することができる。
図７を説明する。
本願発明のガイドローラをワイヤ放電加工装置１の右側面から見た図である。

この図ではワイヤが巻き付けられていない状態のガイドローラを示している。ガイドローラには幅方向に多数列のＶ溝が形成されており、多数列の溝底をみることが出来る。

１ ワイヤ放電加工装置
２ 電源装置
３ ワーク送りユニット
６ 加工槽
８ ガイドローラ
９ ガイドローラ
１０４ 給電子
２０１ 回転部
２０２ 保持部
２０３ 下部筐体
２０４ ガイドローラ用筐体
２０５ ガイドローラの回転軸

特許文献１のように、複数のメインローラを周回する複数のメインローラの外にそのワイヤ飛ばし用ローラを設けてしまうと、外に設けたワイヤ飛ばし用ローラによるワイヤのテンションが１本の繋がったワイヤに影響を与えてしまい、結果的に、ワークの切断域でのワイヤのテンションが均等でなくなるので、並設されたワイヤであるワイヤ列がばらついて、複数のガイドローラを走行してしまうといった問題が起こってしまう。
本願発明は、並設されたワイヤであるワイヤ列がばらついて、複数のガイドローラを走行してしまうことを低減する仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、並設されたワイヤであるワイヤ列でワークをスライスするワイヤ放電加工装置であって、１本の繋がったワイヤを周回することで前記ワイヤ列を形成し走行させる複数のガイドローラと、前記複数のガイドローラの間で、前記並設されるワイヤのうち一部のワイヤの走行方向を、前記並設される他のワイヤの走行方向と交差する方向に変えて、前記並設される他のワイヤの間隔よりも広いワイヤの間隔になるワイヤ飛ばし領域を形成させるワイヤ飛ばし手段と、を備えることを特徴とする。

本願発明により、並設されるワイヤであるワイヤ列がばらついて、複数のガイドローラを走行してしまうことを低減する仕組みを提供することが可能となる。

Claims (3)

1. 並設されたワイヤ列の間隔でワークをスライスするワイヤ放電加工装置であって、
   １本の繋がったワイヤが複数のガイドローラを周回し、前記並設されたワイヤ列を同一方向に走行させる走行手段と、
   前記ワークをスライスする第１の面にある前記ワイヤ列中の一部領域において前記ワイヤ列の間隔よりも広い間隔になるよう、前記ワークをスライスしない第２の面にある前記ワイヤ列中の一部領域において、前記１本の繋がったワイヤの走行方向を、前記ワイヤ列の走行方向から変えるワイヤ飛ばし手段と、
   前記ワイヤ列と交差する方向に並べて配置された複数の前記ワークを、前記第１の面にある、前記ワイヤ飛ばし手段によって複数に分割したワイヤ列でそれぞれスライスし、
   前記ワイヤ飛ばし手段が、１本の繋がったワイヤが複数のガイドローラを周回する周回軌道面で、ワイヤの走行方向を変えることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記ワイヤ飛ばし手段が、
   前記１本の繋がったワイヤの走行に伴って回転する回転部と、
   前記回転部の回転軸を保持する保持部と、
   を備え、
   前記回転部と連結している前記保持部を、前記ワイヤ放電加工装置の筐体の一部に連結させて、前記ワイヤ飛ばし手段の位置を固定し、
   前記回転部の表面が、前記並設されたワイヤ列に対して垂直な方向に設けられ、
   前記表面が円柱状であり、前記表面と前記１本の繋がったワイヤとが接することで、前記１本の繋がったワイヤの走行方向を前記周回軌道面で変えること特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記第２の面にある前記並設されたワイヤ列中の一部領域には、一対の前記ワイヤ飛ばし手段が配置され、
   一対の前記ワイヤ飛ばし手段の相対位置により、記第２の面にある前記並設されたワイヤ列中の一部領域で、前記第２の面にある前記並設されたワイヤ列中の一部領域の、前記１本の繋がったワイヤが前記複数のガイドローラを周回する周回軌道面での、前記１本の繋がったワイヤの走行方向を変化させ、
   一対の前記ワイヤ飛ばし手段の各々の配置位置により、記第２の面にある前記並設されたワイヤ列中で、前記第２の面にある前記並設されたワイヤ列を形成している前記複数のガイドローラの溝と平行になるように前記１本の繋がったワイヤの走行方向を周回軌道面で合わせることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置。

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