JP6056382B2 - 給電ユニット、ワイヤ放電加工装置、給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、給電ユニット、ワイヤ放電加工装置、給電方法に関する。

近年、半導体材料や太陽電池材料、硬質材料等の被加工材料を、放電加工により、短時間で同時に複数切り出す方法が開発されている。

たとえば、ワイヤ放電加工装置は、当該被加工材料を薄板状に切り出すために、給電子を介してワイヤに電圧を印加しながら走行させ、そのワイヤに当該被加工材料を近づけることで放電現象を発生させ、当該被加工材料を放電加工するものである。

特許文献１には、耐磨耗に優れた給電子を用いることで、ワイヤと給電子との摩擦による摩耗を低減させることが記載されている。

特開２００９−１６６２１１号公報

しかしながら、上記特許文献１は、耐磨耗に優れた給電子を用いることで、ワイヤと給電子との摩擦による摩耗を低減させることを目的としているものの、ワイヤと給電子との摩擦がある以上、依然として、ワイヤ、及び／又は給電子に摩耗が発生する。

そのため、例えば、ワイヤと給電子との摩擦によりワイヤが摩耗すると、ワイヤ径が縮小し、ワイヤが断線してしまう場合がある。ワイヤが断線してしまった場合は、新しいワイヤに張り替えなければならないため、放電加工が中断されてしまう。

また、例えば、ワイヤと給電子との摩擦により給電子が摩耗すると、ワイヤと給電子との接触が途切れてしまう場合があり、そのような場合には、ワイヤへの電圧印加が途切れてしまう。ワイヤへの電圧印加が途切れてしまうと、ワイヤと被加工物との間での放電も途切れてしまい、ワイヤと被加工物とが直接接触する場合がある。このとき、ワイヤはローラにより走行しているため、ワイヤと被加工物とが直接接触してしまうと、ワイヤが断線してしまい、結果として、放電加工が中断されてしまう。

このように、給電子からワイヤに安定して電圧を印加するために、給電子の摩耗等を考慮し、給電子をワイヤに安定的に接触させるための機構が必要となる。

そこで、例えば、バネを用いて、給電子をワイヤに押しあてることも考えられるが、放電加工機では、放電加工の際に脱イオン水を用いており、その脱イオン水により生じるさびや、経年劣化等により、バネが固く固まってしまい、給電子をワイヤに安定的に接触させることが出来ないおそれがある。

そのため、給電子をワイヤに押しあてるために、バネを用いたとしても、給電子に係るメンテナンスを行わなければならず、給電子に係るメンテナンスを大幅に軽減することは難しい。

本発明は、給電子の接触によるワイヤへの電圧印加を安定して行わせると共に、給電子に係るメンテナンス作業を軽減させるための仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、ワイヤに電圧を供給するための給電子を装着する給電ユニットであって、前記給電子を装着するシャフトと、前記シャフトが内部に設けられ、前記シャフトに装着される前記給電子が当該内部から外部に移動可能な口が設けられたブロックと、前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第１のガス室と、前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第２のガス室と、を備え、前記シャフトは、ガス供給装置からのガスの供給による前記第１のガス室内の圧力で、前記シャフトに装着された前記給電子を、前記口を介して前記ワイヤに押し当て、前記第２のガス室は、ガス供給装置からガスが前記第２のガス室に供給されることにより、前記第２のガス室に供給されるガスを、前記口に設けられた前記給電子と前記ブロックとの隙間から、前記ブロックの外部に排出するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、ガス供給装置から第２のガス室に供給するガスの流量を調整するための流量調整機構を更に備え、前記流量調整機構は、前記第１のガス室内の圧力よりも前記第２のガス室内の圧力の方が低くなるように、ガス供給装置から前記第２のガス室に供給されるガスの流量を調整することを特徴とする。

また、本発明の前記シャフトは、ガス供給装置からのガスの供給による前記第１のガス室内の圧力で、前記シャフトに装着された前記給電子を、前記口を介して複数の前記ワイヤに押し当てることを特徴する。

また、本発明は、上述の給電ユニットを備えることを特徴とするワイヤ放電加工装置を特徴とする。

また、本発明は、ワイヤに電圧を供給するための給電子を装着するシャフトと、前記シャフトが内部に設けられ、前記シャフトに装着される前記給電子が当該内部から外部に移動可能な口が設けられたブロックと、前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第１のガス室と、前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第２のガス室と、を備えた給電ユニットによる給電方法であって、前記シャフトは、ガス供給装置からのガスの供給による前記第１のガス室内の圧力で、前記シャフトに装着された前記給電子を、前記口を介して前記ワイヤに押し当てることにより、前記ワイヤに電圧を供給し、前記第２のガス室は、ガス供給装置からガスが前記第２のガス室に供給されることにより、前記第２のガス室に供給されるガスを、前記口に設けられた前記給電子と前記ブロックとの隙間から、前記ブロックの外部に排出することを特徴とする。

本発明によれば、給電子の接触によるワイヤへの電圧印加を安定して行わせると共に、給電子に係るメンテナンス作業を軽減させることができる。

本発明の実施の形態に係るマルチワイヤ放電加工装置１を前方から見た外観図である 図１に示す点線１６枠内の拡大図である。 ワイヤ７と、給電子１１との関係を示す図である。 図２に示す給電ユニット１０、給電子１１の詳細な構成を示す図である。 図２に示す給電ユニット１０の詳細な構成を示す図（左側の図）と、シャフト９０３と給電子１１とを取り外した図（右側の図）を示す図である。 エアの押付けにより給電子がワイヤの方向に一番押し出されている状態を示す図（１）（左側の図）と、エアの圧力を受けながら給電子が上方向に移動した状態を示す図（２）（右側の図）である。 給電ユニット１０の詳細な構成と、給電ユニット１０の断面Ａの断面図とを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を好適な実施形態に従って詳細に説明する。

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装置１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。

マルチワイヤ放電加工装置１は、電源ユニット１４と電線（電圧印加線）を介して接続されており、電源ユニット１４から供給される電力により作動する。

マルチワイヤ放電加工装置１は、図１に示すように、マルチワイヤ放電加工装置１の土台として機能するブロック１５と、ブロック１５の上部の中に設置されている、ブロック２と、ワーク送り装置３と、接着部４と、シリコンインゴット５と、加工液漕６と、メインローラ８と、ワイヤ７と、メインローラ９と、給電ユニット１０と、給電子１１を備えている。

図２は、図１に示す点線１６枠内の拡大図である。

ブロック２は、ワーク送り装置３と接合されている。また、ワーク送り装置３は、シリコンインゴット５（ワーク）と接着部４により接着（接合）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５を例に説明する。

接着部４は、ワーク送り装置３と、シリコンインゴット５（ワーク）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、電導性の接着剤が用いられる。

ワーク送り装置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５を上下方向に移動する機構を備えた装置であり、ワーク送り装置３が下方向に移動することにより、シリコンインゴット５をワイヤ７に近づけることが可能となる。

加工液漕６は、加工液を溜め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。ワイヤ７と、シリコンインゴット５との間に、加工液を設けられることにより、ワイヤ７と、シリコンインゴット５との間で放電が起き、シリコンインゴット５を削ることが可能となる。

メインローラ８、９には、ワイヤ７を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７が取り付けられている。そして、メインローラ８、９が右又は左回転することにより、ワイヤ７が走行する。

また、図２に示すように、ワイヤ７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。

また、ワイヤ７は、伝導体であり、電源ユニット１４から電圧が供給された給電ユニット１０の給電子１１と、ワイヤ７とが接触することにより、当該供給された電圧が給電子１１からワイヤ７に印加される。（給電子１１がワイヤ７に電圧を印加している。）

そして、ワイヤ７と、シリコンインゴット５との間で放電が起き、シリコンインゴット５を削り（放電加工を行い）、薄板状のシリコン（シリコンウエハ）を作成することが可能となる。

また、図２に示すように、給電ユニット１０、及び／又は給電子１１は、メインローラ８、９との間に設けられた下側のワイヤを押し下げる位置に設けられている。

図３は、ワイヤ７と、給電子１１との関係を示す図である。

図３に示すように、ワイヤ７は、複数のワイヤ（マルチワイヤ）から構成されており、複数のワイヤに対して、１つの給電子１１が接触するように給電子１１が設けられている。

次に、図４を用いて、給電ユニット１０、給電子１１について説明する。

図４は、図２に示す給電ユニット１０、給電子１１の詳細な構成を示す図である。

給電ユニット１０は、図４に示すように、ブロック８１０、管８１２、管８１５を備えている。本実施例において、給電ユニット１０には、消耗品である給電子１１を含まないこととする。また、給電ユニット１０の、より詳細な構成については、図５を用いて、後で説明する。

本実施例では、給電子を押し出すものとしてバネやゴム等の弾性体ではなく、管８１２を通して供給されたエアの圧力を利用している。

エアコンプレッサ８１３から送られたエアが流量調整弁を通り導通して接続されている管８１５を通りエア室Ａ２に送られる。これにより、給電子１１と給電ユニット１０との間の隙間から加工液が、給電ユニット１０内に入ってくることを防止することができるようになる。

エアコンプレッサ８１３は、本発明のガス供給装置の適用例である。エアコンプレッサ８１３からガス（本実施例ではエアを例に説明する）がエア室Ａ１、及びエア室Ａ２に供給される。

次に、図５を用いて、給電ユニット１０の詳細な構成について説明する。

図５は、図２に示す給電ユニット１０の詳細な構成を示す図（左側の図）と、シャフト９０３と給電子１１とを取り外した図（右側の図）を示す図である。

給電ユニット１０は、図５に示すように、図４で説明した各構成に加え、ブロック９０８（９０２）、ねじ９０７、ブロック９０６、ブロック９０５、シャフト９０３を備えている。

ブロック９０５は、ブロック９０６と接合されており、ブロック９０６は、ブロック９０８（９０２）と接合されており、給電ユニット１０内部のエア室Ａ２と導通している管８１５を備えており、ブロック９０８の内部には、給電ユニット１０内部のエア室Ａ１に導通している管８１２を備えている。

エア室Ａ１は、本発明の第１のガス室の適用例である。

また、ブロック９０８（９０２）は、ブロック８１０（９０１）と接合されている。

ブロック８１０、ブロック９０８、ブロック９０６、ブロック９０５の内部の空間に、シャフト９０３を有し、シャフト９０３は、ねじ９０７により給電子１１と締結され、給電子１１と接着されている。

シャフト９０３は、伝導体であり、電源ユニット１４から供給される電圧が電圧印加線８０５を介して供給される。そして、電圧印加線８０５から供給された電圧は、シャフト９０３を通して、給電子１１に印加され、給電子１１とワイヤ７とが接触することで、給電子１１からワイヤ７に印加される。

シャフト９０３は、ブロック８１０、９０８、９０６の内側に設けられている。

シャフト９０３は、ワイヤ７に電圧を供給するための給電子１１を装着可能である。

図５に示すように、エア室Ａ１に管８１２からエアが供給され常時一定の圧力がかかっている状態となっている。また、エア室Ａ２にエアコンプレッサから管８１５を通して供給される間の流量調整弁によって調整されたエアの圧力によって給電子を押しつける力を調整している。

そのため、給電子１１を下から上に向かって押すと、エア室Ａ１に供給されたエアの圧力を受けながら給電子１１を上方向に移動させることができる。また、給電子１１を下から上に向かって押すことを止めると、エア室Ａ２に供給されるエアの圧力を受けながら、エア室Ａ１に供給されるエアの圧力により給電子１１が下方向に移動する。

すなわち、給電子１１は、ワイヤ７により下から上に向かって押されると共に、エア室Ａ１に供給されるエアの圧力によりワイヤ７の方向へ押し出され、給電子１１はワイヤ７に押し付けられることとなる。

図４、図５に示すように、シャフト９０３は、エア室Ａ１（第１のガス室）にエアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からガスが供給されることにより、エア室Ａ１（第１のガス室）がシャフト９０３をワイヤ７の方向に押し出すように構成されている。

すなわち、ブロック９０６とシャフト９０３の凸部とが接触して、エア室Ａ１（第１のガス室）を構成している。これにより、エア室Ａ１（第１のガス室）を構成することができ、エア室Ａ１（第１のガス室）にエアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からガスが供給されることにより、エア室Ａ１（第１のガス室）がシャフト９０３をワイヤ７の方向に押し出すことが出来るようになっている。

また、ブロック８１０とシャフト９０３との間の面（スライド面Ａ）により、シャフト９０３が、上下動する際に、左右にずれることを防ぎ、さらに、ブロック９０６、及びブロック９０５と給電子１１との間の面（スライド面Ｂ）により、シャフト９０３が、上下動する際に、左右にずれることを防ぐことができる。

このように、スライド面Ａ、及び、スライド面Ｂにより、シャフト９０３、及び給電子１１が、上下動する際に、ずれることを防ぎ、ワイヤ７と給電子１１とを安定して接触させることができる。

すなわち、ブロック９０１、８０１は、スライド面Ａで、シャフト９０３を支持するべくブロック９０１、８０１とシャフト９０３とが接触するように構成されており、また、ブロック９０５は、スライド面Ｂで、シャフト９０３を支持するべくブロック９０５と給電子１１とが接触するような構造に構成されている。

エア室Ａ１に供給されるエアの圧力により、シャフト９０３を、ワイヤ７の方向に、押し出すことにより、シャフト９０３に装着可能な給電子１１をワイヤ７に接触させ、給電子１１から電圧をワイヤ７に供給する。そして、ワイヤ７と、被加工物としてのシリコンインゴット５との間で放電加工を行い、シリコンインゴット５をスライス（加工）して、加工物としてのシリコンウエハを形成させる。

ブロック８１０は、シャフト９０３と接触し（スライド面Ａ）、シャフト９０３が押し出される方向に支持するための第１のスライド部を備えている。

また、ブロック９０５は、給電子１１と接触し（スライド面Ｂ）、給電子１１が押し出される方向に支持するための第２のスライド部を備えている。

また、図５の右側に、シャフト９０３と給電子１１とを取り外した図を示す。

シャフト９０３は、図５に示すように、ねじ穴９０９を備えている。ねじ穴９０９に付いていたねじ９０７を取り外すことで、すなわち、給電子１１の窪み９１０にはまっていたねじ９０７と取り外すことで、シャフト９０３と給電子１１とを取り外すことができる。このように、シャフト９０３と給電子１１は、着脱可能に構成されている。

また、給電子１１が、上下に移動可能であるため、スライド面Ｂの隙間に加工水が入り込み、給電ユニット１０内に加工水が入り込む可能性がある。

そのため、エアコンプレッサ８１３から管８１５介して送られてくるエアを、エア室Ａ２に流すことで、スライド面Ｂの隙間から、当該エアが給電ユニット１０の外に排出され、スライド面Ｂの隙間から給電ユニット１０内に加工水（脱イオン水）が入り込むことを低減させることが可能となる。

給電ユニット１０は、エアコンプレッサ８１３と導通可能な管８１２、管８１５を備えており、エアコンプレッサ８１３から空気の気体が管８１２を通して給電ユニット１０内のエア室Ａ１に導入される。

給電ユニット１０は、エアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からガスが供給されるエア室Ａ２（第２のガス室）を備えており、エア室Ａ２（第２のガス室）は、エアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からガスがエア室Ａ２（第２のガス室）に供給されることにより、当該エア室Ａ２（第２のガス室）に供給されるガスを、シャフトに着脱可能な給電子とブロック９０５との隙間から排出するような構造で構成されている。

エアコンプレッサ８１３から空気の気体が管８１５を通してエア室Ａ２導入される。ワイヤ方向に給電子１１を押しつけるためには、エア室Ａ１よりエア室Ａ２の方を低い圧力とならければならず、そのため、流量調整弁８１４を設け、エア室Ａ２に供給されるエア流量を調整し、エア圧を調整する。

すなわち、流量調整弁８１４は、エア室Ａ２内がエア室Ａ１内よりも低い気圧（圧力）になるように、エアコンプレッサ８１３からエア室Ａ２に導入されるエアの流量を調整する。

流量調整弁８１４は、本発明の流量調整機構の適用例である。

流量調整弁８１４は、エアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からエア室Ａ２（第２のガス室）に供給するガスの流量を調整する。

また、流量調整弁８１４は、エア室Ａ１内（第１のガス室内）の圧力よりもエア室Ａ２内（第２のガス室内）の圧力の方が低くなるように、すなわち、エア室Ａ２内（第２のガス室内）が、エア室Ａ１内（第１のガス室内）の圧力よりも低い所定の圧力になるように、エアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からエア室Ａ２（第２のガス室）に供給されるガスの流量を調整する。

また、エア室Ａ１内と、エア室Ａ２内とに、それぞれ、圧力センサを設け、当該圧力センサにより計測されたエア室Ａ１内の圧力とエア室Ａ２内の圧力とを比較して、エア室Ａ１内よりもエア室Ａ２内の方が、圧力が高くなっていると判定された場合には、エア室Ａ１内よりエア室Ａ２内の方が、圧力が低くなるように、エアコンプレッサ８１３からエア室Ａ２に導入されるエアの流量を増やすように流量調整弁８１４を調整する（流量調整弁８１４を大きく開ける）。

このようにして、エア室Ａ２内を第１の所定の圧力、及び、エア室Ａ１内を第２の所定の圧力になるように、流量調整弁８１４を調整する。第１の所定の圧力は、第２の所定の圧力よりも高い圧力になるように、流量調整弁８１４を調整することで、給電ユニット１０内への水の流入を防ぐと共に、給電子１１をワイヤ７方向に一定の圧力で押し出すことが可能となり、ワイヤへの安定した電圧の供給を可能とすることができる。

図７は、給電ユニット１０の詳細な構成と、給電ユニット１０の断面Ａの断面図とを示す図である。

図７の左側に、図５の左側に示す図（給電ユニット１０の詳細な構成を示す図）と同様の図を示す。

図７の左側に示す給電ユニット１０の断面Ａの断面図を、図７の右側に示す。

図７の右側の図のように、断面Ａの中心には、シャフト９０３があり、その周りに、エア室Ａ１があり、さらにその周りにブロック９０８（９０２）が設けられている。

図６は、エアの押付けにより給電子がワイヤの方向に一番押し出されている状態を示す図（１）（左側の図）と、エアの圧力を受けながら給電子が上方向に移動した状態を示す図（２）（右側の図）である。

図６の（１）（左側の図）は、エアの押付けにより給電子がワイヤの方向に一番押し出されている状態を示す図であり、図６の（２）（右側の図）は、エアの圧力を受けながら給電子が上方向に移動した状態を示す図である。

以上のように、ワイヤ７が走行中に給電子１１が磨耗しても、その分だけエアの圧力により給電子が押し出され、給電子１１とワイヤ７が接触している状態を長い期間、保つことが可能となる。

さらに、長い給電子１１を、調整を必要とせず取り付けることが可能でワイヤ７の走行による給電子１１の磨耗が、長時間続いたとしても、給電子１１の交換頻度を少なくすることが可能となる。

以上、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１（ワイヤ放電加工装置）によれば、エア室Ａ１（第１のガス室）にエアコンプレッサ８１３（ガス供給装置）からガスが供給されることで、シャフト９０３をワイヤ７の方向に押し出してワイヤに電圧を供給するため、給電子の接触によるワイヤへの電圧印加を安定して行わせると共に、給電子に係るメンテナンス作業を軽減させることができる。

このような給電方法により電圧が供給されたワイヤにより被加工物が放電加工されることにより加工された加工物も本発明の特徴である。

また、ワイヤと給電子がエアの圧力により一定の接触圧を保ったまま、ワイヤに電圧が印加されることで、安定した放電現象を得ることができる。

また、ワイヤに対し、エアが圧縮した長さ分の給電子は、ワイヤとの摩擦で磨耗が進行してもエアの圧力によりワイヤ押し当て方向に突き出てくるため、給電子の使用幅を広く取ることができ、交換頻度が減少するが出来ると共に、作業者によるワイヤと給電子の初期接触位置ばらつきが解消され、計画的な給電子補充が可能となる。

また、例えば、給電子をワイヤに押しつけるために、バネやゴムなどの弾性体を用いることが考えられるが、使用による劣化や錆等が発生してしまうため、定期的な弾性体の交換が必要になる。そこで、本発明では、エア（ガス）による、給電子のワイヤへの押付けを行う仕組みにしているため、このようなメンテナンス作業を軽減することが可能となる。

１ マルチワイヤ放電加工装置
２ ブロック２
３ ワーク送り装置
４ 接着部
５ シリコンインゴット
６ 加工液漕
７ ワイヤ
８ メインローラ
９ メインローラ
１０ 給電ユニット
１１ 給電子
１４ 電源ユニット
１５ ブロック

Claims (5)

1. ワイヤに電圧を供給するための給電子を装着する給電ユニットであって、
   前記給電子を装着するシャフトと、
   前記シャフトが内部に設けられ、前記シャフトに装着される前記給電子が当該内部から外部に移動可能な口が設けられたブロックと、
   前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第１のガス室と、
   前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第２のガス室と、
   を備え、
   前記シャフトは、ガス供給装置からのガスの供給による前記第１のガス室内の圧力で、前記シャフトに装着された前記給電子を、前記口を介して前記ワイヤに押し当て、
   前記第２のガス室は、ガス供給装置からガスが前記第２のガス室に供給されることにより、前記第２のガス室に供給されるガスを、前記口に設けられた前記給電子と前記ブロックとの隙間から、前記ブロックの外部に排出するように構成されていることを特徴とする給電ユニット。
2. ガス供給装置から第２のガス室に供給するガスの流量を調整するための流量調整機構を更に備え、
   前記流量調整機構は、前記第１のガス室内の圧力よりも前記第２のガス室内の圧力の方が低くなるように、ガス供給装置から前記第２のガス室に供給されるガスの流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の給電ユニット。
3. 前記シャフトは、ガス供給装置からのガスの供給による前記第１のガス室内の圧力で、前記シャフトに装着された前記給電子を、前記口を介して複数の前記ワイヤに押し当てることを特徴する請求項１又は２に記載の給電ユニット。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の給電ユニットを備えることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
5. ワイヤに電圧を供給するための給電子を装着するシャフトと、
   前記シャフトが内部に設けられ、前記シャフトに装着される前記給電子が当該内部から外部に移動可能な口が設けられたブロックと、
   前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第１のガス室と、
   前記ブロックの内部に設けられた、ガス供給装置からガスが供給される第２のガス室と、
   を備えた給電ユニットによる給電方法であって、
   前記シャフトは、ガス供給装置からのガスの供給による前記第１のガス室内の圧力で、前記シャフトに装着された前記給電子を、前記口を介して前記ワイヤに押し当てることにより、前記ワイヤに電圧を供給し、
   前記第２のガス室は、ガス供給装置からガスが前記第２のガス室に供給されることにより、前記第２のガス室に供給されるガスを、前記口に設けられた前記給電子と前記ブロックとの隙間から、前記ブロックの外部に排出することを特徴とする給電方法。
   

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