JP5786917B2 - ワイヤ放電加工装置およびワイヤ放電加工方法。 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1にはワイヤを走行する複数のガイドローラの中にワーク送り装置を配置する技術が開示されている。
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の間隔で被加工物を薄片にスライスすることができる。
2つのメインローラ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
マルチワイヤ放電加工機1は、電源ユニット2と電線513を介して接続されており、電源ユニット2から供給される電力により作動する。
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。
メインローラは中心に金属を使用し、外側は樹脂で覆う構造である。
図3に示したように、給電子104はワイヤ103の10本と接触することで、加工電源からの放電パルス(図6の504)を10本のワイヤに供給している。
給電子104が配置される位置は、シリコンインゴット105の両端よりワイヤの長さがほぼ等しくなる位置(511L1=511L2)に設けてある。
給電子104には、機械的摩耗に強く、導電性があることが要求され超硬合金が使用されている。
本実施例では、加工材料(ワーク)として、シリコンインゴット105を例に説明する。
ワーク送り部3は給電子104よりも低い位置に配置されている。
保持するワーク105が加工液に浸漬されるように、ワーク送り部3はワーク105を周回するワイヤに接近する方向に送りしている。
加工液漕6は、加工液を貯留するための容器であり複数のメインローラ(8,9)を周回するワイヤの外側に配置されている。
また、図2に示すように、ワイヤ103は、メインローラ8、9に取り付けられ、メインローラ8、9の上側、及び下側にワイヤ列を形成している。
図3を説明する。
図3は、給電子104の拡大図を示す。
給電子104(1個)はワイヤ103(10本)と接触している。
ワイヤ103同士の間隔(ワイヤのピッチ)は0.3mm程度である。
図4を説明する。
図4は従来方式であるワイヤ毎に個別に加工電流を給電する個別給電での電気回路400を示す図である。
403はトランジスタ(Tr2)である。加工電源VmのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
404はトランジスタ(Tr1)である。加工電源VsのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
407は極間電圧(Vg)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間(極間)に印加される極間放電電圧である。
408は極間電流(Ig)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間に流れる極間放電電流である。
410はワイヤ1本毎に個別に供給される加工電流(Iw)である。
図5を説明する。
図5は従来方式であるワイヤ毎に個別に加工電流を給電する個別給電での電気回路400が複数本のワイヤに給電している図である。
409はワイヤ1本毎の抵抗を示すワイヤ抵抗(Rw)である。
204は個別の給電子である。シリコンインゴット105の両端の近傍に設けた、2ヶ所の個別給電子から加工電圧のパルスを印加し、放電加工を行う。
巻回するワイヤ103の本数と同数の電源回路400に接続されている。
図7を説明する。
図7は、図8に示す電気回路2との等価回路を示している。
まず、このように固定された抵抗値を持つRm/10本を加工電源から給電子との間に設置した場合を説明する。
520は配線514のインピーダンス(抵抗)である。加工電源(Vmn)プラス側に接続する下り用のケーブルである。
つまり、Rmnを10本(メインローラ8、9を巻回する周回数)で単純に割った抵抗値よりも小さい抵抗値にすればよいということである。
509はワイヤ1本毎のワイヤによる抵抗(Rwn)である。
例えば、ワイヤ10本(メインローラ8、9を10周巻回する)に一括で給電する場合の各ワイヤ抵抗をそれぞれRw1、Rw2、〜Rw10とする。
加工電源部501は給電子104に加工電源(Vmn)を供給する。
加工電源部502は給電子104に加工電源(Vsn)を供給する。
503はトランジスタ(Tr2)である。加工電源VmnのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
504はトランジスタ(Tr1)である。加工電源VsnのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
507は放電極間電圧(Vgn)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間に印加される放電極間電圧である。
例えば、ワイヤ10本に一括で給電する場合の各放電極間電圧をそれぞれVg1、Vg2、〜Vg10とする。
508は放電極間電流(Ign)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間に流れる放電極間電流である。
例えば、ワイヤ10本に一括で給電する場合の各放電極間電流をそれぞれIg1、Ig2、〜Ig10とする。
510はワイヤ1本毎に個別に供給されるワイヤ電流(Iwn)である。
例えば、ワイヤ10本に一括で給電する場合の各ワイヤ電流をそれぞれIw1、Iw2、〜Iw10とする。
511は給電点から放電点までの距離Lであり、すなわち給電点(給電子)から放電点(ワーク)までのワイヤの長さである。
図8を説明する。
図8は本発明における複数本のワイヤ(10本)に一括で加工電流を給電する一括給電の電気回路2により複数本のワイヤに一括給電している図である。
メインローラを巻回するワイヤ103の本数(10本)に対して1つの電源回路2が接続されている。
以下、図8の配置を参照して、ワイヤに流れる加工電流(各ワイヤ電流の合計)を説明する。
511L1は電流が左のメインローラ方向に流れた場合の給電点と放電点との長さ(距離)であり、L1の場合に定まるワイヤ抵抗をRw1aとする。
511L2は電流が右のメインローラ方向に流れた場合の、放電点と給電点との長さ(距離)であり、L2の場合に定まるワイヤ抵抗をRw1bとする。
ワイヤ103がメインローラ8、9を1周巻回する長さを2mとする。
給電子104は、1周巻回する長さのほぼ半分の距離に配置されているので、放電点と給電点との距離(ワイヤの長さL)を1mである。
よって給電子から放電部までを走行するワイヤの距離は0.5mよりも長い。
放電電圧Vg1〜Vg10がほぼ等しい場合、VmnがそれぞれのRw1〜Rw10に印加されているので、Iw1〜Iw10は全て同じワイヤ電流である。
ここでワイヤ抵抗による電圧降下値(Rw1×Iw1)と放電電圧(Vgn)からVmnを求める.
給電子104から放電部までの電圧降下は走行するワイヤの抵抗による電圧降下である。
Rw1=10Ω(給電子104から放電部までの抵抗値)。
Iw1=3A
Vgn=30Vとすれば、Vmnは以下のようになる。
Vmn=10(Ω)×3(A)+30V=60V
よって給電子から放電部までの電圧降下は10Vよりも大きい。
よって給電子から放電部までの抵抗値が1Ωよりも大きい。
尚、Rwn=(ρ×B)/Lの関係式により、ワイヤのパラメータによりワイヤ抵抗による電圧降下値を設定してもよい。
よって加工電源部から給電子104までの電圧降下は1Vよりも小さい。
よって加工電源部から給電子までの電圧降下は、給電子から放電部までの電圧降下よりも小さい。
Rmn=0.6V/30A=0.02Ω(加工電源部501から給電子104までの抵抗値)。
よって加工電源部から給電子までの抵抗値は0.1Ωより小さい。
よって加工電源部から給電子までの抵抗値が、給電子から放電部までの抵抗値よりも小さい。
よって加工電源部から給電子104までの電圧降下と給電子104から放電部までの電圧降下との比は10倍以上である。
よって加工電源部から給電子104までの抵抗値と給電子から放電部までの抵抗値との比が10倍以上である。
よってRmnを考慮して10本の加工電流をもとめると(60V−30V)/((10Ω/10本)+0.02Ω)=29.41Aとなり
ワイヤ一本当たりに割ったあとの加工電流は2.941Aとなる。
図9及び図10を説明する。
601Lは配線513のケーブルの物理的な長さである。
602Lは配線514のケーブルの物理的な長さである。
A点は配線513のケーブルの終点であり、給電子104と電気的に接続されている。
C点は配線515の単線ケーブルの終点であり、ワーク送り部3を介してワーク105と3に電気的に接続されている。
515が単線ケーブル(単線部)であり、同軸配線部600が内包している上り用あるいは下り用のケーブルが同軸配線部600から分岐している部分である。
図11を説明する。
図12を説明する。
よって、図11と比較した場合、1/5〜1/10まで単線部の長さを短縮することができる。
図13を説明する。
図13は後述する理論計算の結果を表にまとめたものである。
Tr1によりパルス電圧を発生させ、ワイヤとワーク間の放電電流を制御する。
配線抵抗LLとは、配線513、配線514、配線515の合計の抵抗成分と同じことを意味している。
放電しているワイヤが1本の場合には放電電流(アンペア)は次式で計算することができる。
I=(Vmn/Rw)*(1−e−t/τ)
τとは放電電流の立ち上がり時間である。
τ=(LL+Lw)/Rw
またワイヤが多数本(10本)の場合は、放電電流は次式で計算することができる。
I10=(Vmn/(Rw/n)*(1−e−t/τ)
τ10=(LL+(Lw/n))/(Rw/n)
ここでnは一括給電するワイヤの本数である(放電しているワイヤの本数)である。
となる。
配線抵抗LLは主にインダクタンスであるから、極間での放電電流(Ign)の立ち上がり時間に大きく影響する。
このように立ち上がり時間であるτ(図15に示す)には配線抵抗LL(インダクタンス)である電源配線の抵抗値の大小が関係する。
図11に示したように、本発明のマルチワイヤ放電加工装置の中でワークと給電子がそれぞれ配置される位置は上述したように、
以下上記式を用いて理論計算した結果である。
この理論計算により立ち上がり時間であるτのバラつきと電源配線の長さの影響を示すことができる。
配線1本につきワイヤ10本へ一括給電を行うとした場合、
ワイヤ抵抗 Rwn:10Ωとし、ワイヤのインダクタンスLw:50μHと仮定する。
配線の長さが2mの時の配線抵抗LLを2μHとし、0.2mの時の配線抵抗LL:0.2μHとした場合のτをそれぞれ計算した。
1301は極間で放電しているワイヤの本数である。
1302は配線抵抗とワイヤのインダクタンスを合計したものである。単位は[マイクロヘンリー]
1303はワイヤの抵抗である。
1304はτである。単位は時間[マイクロ秒]である。
1305はτのバラツキである。
放電の発生状態による影響を示す。
グラフはRmn以外のパラメータを固定しRmnの抵抗値(Ω)だけをそれぞれ異なる3つの抵抗値に置き換えて比較したものである。
図15を説明する。
1.立ち上がりが早いワイヤの場合の加工(上図)
2.立ち上がりが遅いワイヤの場合の加工(下図)
図16を説明する。
図17を説明する。
図18を説明する。
2 電源装置
3 ワーク送り部
103 ワイヤ電極
104 給電子
105 ワーク(シリコンインゴット)
505 加工電源(マイナス側)から給電子(給電部)までのケーブルによるインピーダンス
520 ワーク送り部(ワーク)から加工電源(プラス側)までのケーブルによるインピーダンス
509 給電子(給電部)から極間(放電部)までのワイヤ1本によるインピーダンス
513 加工電源(マイナス側)に接続する電源用配線ケーブル
514 加工電源(プラス側)に接続する電源用配線ケーブル
515 単線ケーブル(単線部)
600 同軸ケーブル(同軸配線部)
Claims (9)
- 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスするワイヤ放電加工装置であって、
同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、
前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、
前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、
前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線と、
を備え、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記複数のメインローラを周回するワイヤの外側に配置されて、加工液を貯留する加工槽を備え、
前記ワーク送り部は前記給電子よりも低い位置に配置され、
保持する前記ワークが前記加工液に浸漬されるように、前記ワーク送り部が前記ワークを前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すことを特徴とするワイヤ放電加工装置。 - 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスするワイヤ放電加工装置であって、
同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、
前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、
前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、
前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線と、
を備え、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記電源配線は、
上り用および下り用のケーブルを内包する同軸配線部と、
前記内包している前記上り用または前記下り用のケーブルが前記同軸配線部から分岐して前記給電子または前記ワーク送り部の一方と接続される単線部と、
を有し、
前記複数のメインローラの外周に形成される、異なる方向に走行する2つのワイヤ走行面どうしの間隔による長さより、前記分岐された単線部の長さの方が短いことを特徴とするワイヤ放電加工装置。 - 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスするワイヤ放電加工装置であって、
同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、
前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、
前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、
前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線と、
を備え、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記電源配線は、
上り用および下り用のケーブルを内包する同軸配線部と、
前記内包している前記上り用または前記下り用のケーブルが前記同軸配線部から分岐して前記給電子または前記ワーク送り部の一方と接続される単線部と、
を有し、
前記分岐された単線部の長さが、前記ワーク送り部が前記ワークを周回するワイヤに接近する方向に送り出す距離とほぼ同等であることを特徴とするワイヤ放電加工装置。 - 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスするワイヤ放電加工装置であって、
同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、
前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、
前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、
前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線と、
を備え、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記ワイヤに一括で給電された前記加工電源を前記ワークに放電する放電部と、
前記給電子に前記放電加工するための加工電源を供給する電源部と、
を備え、
前記電源部から前記給電子までの電源配線の抵抗が、前記給電子から前記放電部までのワイヤの抵抗よりも小さいことを特徴とするワイヤ放電加工装置。 - 前記電源部から前記給電子までの電源配線の抵抗は0.1Ωよりも小さいことを特徴とする請求項4に記載のワイヤ放電加工装置。
- 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスし、同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線と、前記複数のメインローラを周回するワイヤの外側に配置されて、加工液を貯留する加工槽とを備えるワイヤ放電加工装置におけるワイヤ放電加工方法であって、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記ワーク送り部は前記給電子よりも低い位置に配置されており、
保持する前記ワークが前記加工液に浸漬されるように、前記ワーク送り部が前記ワークを前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すことを特徴とするワイヤ放電加工方法。 - 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスし、同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線とを備えており、
前記電源配線が、上り用および下り用のケーブルを内包する同軸配線部と、前記内包している前記上り用または前記下り用のケーブルが前記同軸配線部から分岐して前記給電子または前記ワーク送り部の一方と接続される単線部とを有しているワイヤ放電加工装置におけるワイヤ放電加工方法であって、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記複数のメインローラの外周に形成される、異なる方向に走行する2つのワイヤ走行面どうしの間隔による長さより、前記分岐された単線部の長さの方が短いことを特徴とするワイヤ放電加工方法。 - 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスし、同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線とを備えており、
前記電源配線が、上り用および下り用のケーブルを内包する同軸配線部と、前記内包している前記上り用または前記下り用のケーブルが前記同軸配線部から分岐して前記給電子または前記ワーク送り部の一方と接続される単線部とを有しているワイヤ放電加工装置におけるワイヤ放電加工方法であって、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記分岐された単線部の長さが、前記ワーク送り部が前記ワークを周回するワイヤに接近する方向に送り出す距離とほぼ同等であることを特徴とするワイヤ放電加工方法。 - 並設されたワイヤでワークを放電加工によりスライスし、同一方向に走行させるように前記ワイヤを周回させる複数のメインローラと、前記周回する複数本のワイヤに、前記放電加工するための加工電源を一括給電する給電子と、前記ワークを、前記周回するワイヤに接近する方向に送り出すワーク送り部と、前記給電子および前記ワークとに導通して前記放電加工するための加工電源を供給する電源配線と、前記ワイヤに一括で給電された前記加工電源を前記ワークに放電する放電部と、前記給電子に前記放電加工するための加工電源を供給する電源部とを備えるワイヤ放電加工装置におけるワイヤ放電加工方法であって、
前記給電子および前記ワーク送り部とが、前記複数のメインローラを周回するワイヤの内側に配置されて、前記電源配線を用いた前記加工電源の電源回路が前記給電子および前記ワーク送り部とにそれぞれ接続されており、
前記電源部から前記給電子までの電源配線の抵抗が、前記給電子から前記放電部までの
ワイヤの抵抗よりも小さいことを特徴とするワイヤ放電加工方法。
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