JP7179239B1 - マルチワイヤ放電加工機、マルチワイヤ放電加工方法、薄板製造方法および半導体ウェハ製造方法 - Google Patents

Abstract

マルチワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極が複数回巻き掛けられて、ワイヤ電極の走行をガイドする複数のガイドローラと、ワイヤ電極のうち、複数のガイドローラに含まれる第１のガイドローラおよび第２のガイドローラの間にて並行する部分である複数の切断ワイヤ部の各々と被加工物（２）との間に電圧を印加する加工電源と、被加工物（２）の曲面のうち被加工物（２）の加工終了時に複数の切断ワイヤ部の各々が到達する終点を除いた部分に接触可能に湾曲した接触面を含み、複数の切断ワイヤ部に対して被加工物（２）が移動する方向である第１の方向における一方の側から被加工物（２）を支持するダミーワーク（２５）と、被加工物（２）の曲面に接触可能な押さえ部（２８）を有し、第１の方向における他方の側から被加工物（２）に押さえ部（２８）を接触させてダミーワーク（２５）の方へ被加工物（２）を押さえ付ける押さえ機構（２６）と、を備える。

Description

本開示は、被加工物の複数の位置における放電加工を同時に行うマルチワイヤ放電加工機、マルチワイヤ放電加工方法、薄板製造方法および半導体ウェハ製造方法に関する。

マルチワイヤ放電加工機は、１本のワイヤ電極を複数回周回させることによって互いに並行する複数の切断ワイヤ部が形成されて、各切断ワイヤ部での放電加工を同時に行うことで、被加工物から複数の薄板を一度に切り出す。マルチワイヤ放電加工機は、被加工物を破損させること無く被加工物から複数の薄板を切り出すことが求められる。

特許文献１には、円柱状の半導体インゴットから半導体ウェハを切り出すマルチワイヤ放電加工に関し、半導体インゴットを支持する支持機構の基台部に半導体インゴットの側面を固定して、ワイヤに対して支持機構を移動させることによってインゴットの放電加工を行う方法が開示されている。直方体である基台部のうち半導体インゴットの方へ向けられた前面には、接着剤を用いて、半導体インゴットの側面が固定される。

特許第６３９７７３８号公報

マルチワイヤ放電加工機では、放電加工によって被加工物に形成された溝の内部から加工屑を排出するために、ノズルから被加工物の側面へ向けて加工液が吹きかけられる。円柱状の被加工物から薄板を切り出す場合、加工が進むにつれてノズルの噴射口と被加工物との間隔が変化する。噴射口と被加工物との間隔または吹きかけられる加工液の量によっては、加工プロセスが不安定となることによってワイヤが断線する場合がある。このため、実際の加工では、加工液を大量に吹きかけるとともに、被加工物とワイヤとの間の放電状態に応じて被加工物とワイヤとの相対速度を逐次制御することで、加工プロセスの不安定化を防ぐ。このように被加工物に加工液が吹きかけられる場合、被加工物には、加工液による外力が与えられる。

円柱状の被加工物の切断が終了する間際では、被加工物のうち互いに切り離される部分同士の接続部、すなわち、切断が済んでいない部分の断面積が徐々に小さくなる。かかる断面積とは、被加工物である円柱の中心線に垂直な断面の面積とする。上記特許文献１の方法の場合、切断が済んでいない部分の断面積が小さくなるとともに被加工物が外力を受けることによって、切断の終了が近づくにつれて被加工物に割れが生じ易くなる。

また、上記特許文献１の方法の場合、円柱状の被加工物の切断が終了する間際では、切断が済んでいない部分の断面積が徐々に小さくなる一方、切断ワイヤ部が基台部の前面に到達したときに基台部の加工が開始される。すなわち、基台部の加工量がゼロから急激に増加する。基台部の加工量が急激に増加することで、被加工物と切断ワイヤ部との相対速度が急激に低下して、被加工物の加工量が局所的に多くなる。被加工物の加工量が局所的に多くなることによって、被加工物に割れが生じ易くなる。このように、上記特許文献１の技術によると、被加工物の割れを低減することが困難であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工物の割れを低減可能とするマルチワイヤ放電加工機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるマルチワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極が間隔をとりながら複数回巻き掛けられて、ワイヤ電極の走行をガイドする複数のガイドローラと、ワイヤ電極のうち、複数のガイドローラに含まれる第１のガイドローラおよび第２のガイドローラの間にて並行する部分である複数の切断ワイヤ部の各々と被加工物との間に電圧を印加する加工電源と、曲面を有する被加工物の曲面のうち被加工物の加工終了時に複数の切断ワイヤ部の各々が到達する終点を除いた部分に接触可能に湾曲した接触面を含み、複数の切断ワイヤ部に対して被加工物が移動する方向である第１の方向における一方の側から被加工物を支持するダミーワークと、被加工物の曲面に接触可能な押さえ部を有し、第１の方向における他方の側から被加工物に押さえ部を接触させてダミーワークの方へ被加工物を押さえ付ける押さえ機構と、を備える。

本開示にかかるマルチワイヤ放電加工機は、被加工物の割れを低減できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機の構成を示す図 実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機に備えられる被加工物治具の斜視図 実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機に備えられるダミーワークの平面図 実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機の動作手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機が放電加工を開始したときにおける被加工物治具および複数の切断ワイヤ部の様子を示す斜視図 実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機が被加工物の押さえ付けを開始したときにおける被加工物治具および複数の切断ワイヤ部の様子を示す斜視図 実施の形態１のダミーワークにおける接触面の範囲について説明するための平面図 実施の形態１における、被加工物のうち押さえ部が接触する領域と被加工物にかかる主応力との関係について説明するための第１の図 実施の形態１における、被加工物のうち押さえ部が接触する領域と被加工物にかかる主応力との関係について説明するための第２の図 実施の形態１における、被加工物のうち押さえ部が接触する領域と被加工物にかかる主応力との関係について説明するための第３の図 実施の形態１の変形例にかかるダミーワークの平面図 実施の形態１の変形例にかかる被加工物治具を示す斜視図

以下に、実施の形態にかかるマルチワイヤ放電加工機、マルチワイヤ放電加工方法、薄板製造方法および半導体ウェハ製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機１の構成を示す図である。以下の説明において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｚ軸は、鉛直方向の軸である。各軸の方向のうち、矢印の方向をプラスの方向、矢印とは逆の方向をマイナスの方向とする。プラスＺ方向が鉛直上方向、マイナスＺ方向が鉛直下方向とする。

マルチワイヤ放電加工機１は、ワイヤ電極６を複数回周回させて走行させ、ワイヤ電極６のうち互いに並行して走行する部分である複数の切断ワイヤ部６ａの各々と被加工物２との間への電圧の印加によって被加工物２の放電加工を行う。マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２から複数の薄板を同時に切り出すことによって複数の薄板を製造する。マルチワイヤ放電加工機１は、加工電源７による電圧印加を制御することによって、加工プロセスの不安定化または機械的な経年変化によるワイヤ電極６の切断を防ぎながら放電加工を実行する。

マルチワイヤ放電加工機１は、ワイヤ電極６を供給するワイヤボビン４と、ワイヤボビン４を回転させるワイヤボビン駆動部１７と、ワイヤ電極６をマルチワイヤ放電加工機１の外部へ排出するワイヤ排出ローラ５と、ワイヤ電極６を適切に走行させるための複数のガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、ガイドローラ３ａを駆動するガイドローラ駆動部１８とを備える。ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには、ワイヤ電極６が間隔をとりながら複数回巻き掛けられる。ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、ワイヤボビン４とワイヤ排出ローラ５との間におけるワイヤ電極６の走行をガイドする。

マルチワイヤ放電加工機１は、ワイヤ電極６に電力を供給する給電子１２と、加工ステージを駆動する駆動ユニット１４とを備える。加工ステージの図示は省略する。加工ステージには、被加工物治具が配置される。被加工物２は、被加工物治具によって支持される。図１では、被加工物治具の図示を省略する。被加工物治具の詳細については後述する。駆動ユニット１４は、第１の方向であるＺ軸方向へ加工ステージを移動させる。第１の方向は、複数の切断ワイヤ部６ａに対して被加工物２が移動する方向であって、被加工物２における放電加工の進行方向である。

マルチワイヤ放電加工機１は、加工電源７と、加工電源７と被加工物治具との間を接続するケーブル１１と、放電加工を制御する加工制御装置９と、加工状態を検出する加工状態検出装置１５とを備える。加工電源７は、給電子１２を介して、各切断ワイヤ部６ａと被加工物治具との間に加工用のパルス電圧を印加する。すなわち、加工電源７は、複数の切断ワイヤ部６ａの各々と被加工物２との間に、加工用のパルス電圧を印加する。以下、加工用のパルス電圧を、加工パルス電圧と称する。

各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、円柱状である。ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、中心軸が互いに平行であって、かつ互いに離間して配置されている。図１において、各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの中心軸は、Ｙ軸に一致している。各中心軸に垂直な面内において、各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの中心軸の位置は、四角形の頂点に相当する。図１において、各中心軸に垂直な面は、ＸＺ平面である。

具体的には、４つのガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのうち２つのガイドローラ３ａ，３ｂが、他の２つのガイドローラ３ｃ，３ｄよりも上に配置されている。ガイドローラ３ｃは、ガイドローラ３ｂの下方の位置に配置されている。ガイドローラ３ｄは、ガイドローラ３ａの下方の位置に配置されている。各中心軸に垂直な面内において、ガイドローラ３ａの中心軸とガイドローラ３ｂの中心軸とを結ぶ線と、ガイドローラ３ｃの中心軸とガイドローラ３ｄの中心軸とを結ぶ線とは、Ｘ軸に一致している。各中心軸に垂直な面内において、ガイドローラ３ｂの中心軸とガイドローラ３ｃの中心軸とを結ぶ線と、ガイドローラ３ｄの中心軸とガイドローラ３ａの中心軸とを結ぶ線とは、Ｚ軸に一致している。

各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの側面には、ワイヤ電極６の走行をガイドするための複数のガイド溝が形成されている。各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいて、複数のガイド溝は、中心軸の方向において一定の間隔で形成されている。ワイヤボビン４から繰り出されたワイヤ電極６は、各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいてガイド溝に沿って巻き掛けられる。ワイヤ電極６は、ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいて複数回周回してから、ワイヤ排出ローラ５によって排出される。図１において、プラスＹ方向側から各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを見た場合に、各ガイドローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、右回りに回転する。

複数の切断ワイヤ部６ａの各々は、ワイヤ電極６のうち、第１のガイドローラであるガイドローラ３ｃと第２のガイドローラであるガイドローラ３ｄとの間に架け渡された部分である。ガイドローラ３ｃとガイドローラ３ｄとの間には、互いに平行な複数の切断ワイヤ部６ａが設けられる。複数の切断ワイヤ部６ａは、ワイヤ電極６のうち、ガイドローラ３ｃとガイドローラ３ｄとの間にて互いに並行する部分である。実施の形態１において、複数の切断ワイヤ部６ａにおけるワイヤ電極６の走行方向である第２の方向は、Ｘ軸方向である。

図１に示す例では、ガイドローラ駆動部１８がガイドローラ３ａを回転させる。また、ワイヤ電極６の張力が一定になるように、ワイヤボビン駆動部１７がワイヤボビン４を回転させる。マルチワイヤ放電加工機１は、ワイヤ電極６の走行速度が所望の速度となるように、ワイヤボビン駆動部１７によるワイヤボビン４の回転とガイドローラ駆動部１８によるガイドローラ３ａの回転とを制御する。

加工状態検出装置１５は、各切断ワイヤ部６ａにおける加工状態を検出する。加工状態検出装置１５は、給電子１２と加工電源７との間を接続する配線上に設置されている。加工状態検出装置１５は、極間電圧と、電流と、単位時間当たりの放電回数および短絡回数と、加工電源７の出力電圧である加工パルス電圧とを、給電子１２を介してモニタすることによって、加工状態を検出する。極間電圧は、極間、すなわち被加工物２と各切断ワイヤ部６ａとの間に印加される電圧である。加工状態検出装置１５は、各々が切断ワイヤ部６ａと１対１で対応する複数の加工状態検出ユニット１６を備える。加工状態検出装置１５は、各加工状態検出ユニット１６により、切断ワイヤ部６ａごとの加工状態を検出する。

加工制御装置９は、加工状態検出装置１５によって検出された加工状態に基づいて、位置指令、すなわち送り制御指令値を生成する。加工制御装置９は、駆動ユニット１４へ位置指令を出力する。駆動ユニット１４は、位置指令に従って加工ステージをＺ軸方向に移動させる。これにより、被加工物２と各切断ワイヤ部６ａとの相対位置が変更される。マルチワイヤ放電加工機１は、駆動ユニット１４によって、被加工物２と各切断ワイヤ部６ａとの相対距離を調整する。

加工電源７は、各々が切断ワイヤ部６ａと１対１で対応する複数の加工電源ユニット８を備える。加工制御装置９は、各加工電源ユニット８へ電圧印加指令を出力する。各加工電源ユニット８は、切断ワイヤ部６ａと被加工物２との間に加工パルス電圧を印加する。電圧印加指令は、電圧の振幅、パルス電圧の周波数、および、パルス電圧のオンパルス時間等の各指令値を含む。

加工制御装置９は、位置指令の出力によって被加工物２と各切断ワイヤ部６ａとの相対距離を制御するとともに、電圧印加指令の出力によって各切断ワイヤ部６ａと被加工物２との間に放電を発生させる。これにより、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２から複数の薄板を切り出す。

被加工物２は、複数の薄板にスライス加工されるインゴットである。被加工物２は、例えば、スパッタリングターゲットとなるタングステンまたはモリブデンといった金属、または、各種構造の部品として使われる多結晶シリコンカーバイトなどのセラミックスである。被加工物２は、半導体ウェハの材料である単結晶シリコンであっても良く、単結晶シリコンカーバイト、単結晶窒化ガリウム、単結晶酸化ガリウム、または単結晶ダイヤモンドといった半導体素材でも良い。また、被加工物２は、太陽電池ウェハの材料である、単結晶シリコン、多結晶シリコンといった太陽電池素材でも良い。マルチワイヤ放電加工機１は、インゴットから複数の半導体ウェハを切り出すことによって複数の半導体ウェハを製造するものであっても良い。

被加工物２の例として挙げた材料のうち、金属は、比抵抗が十分低く放電加工の適用に支障は無い。一方、半導体素材および太陽電池素材のうち放電加工が可能な素材は、比抵抗が概ね１００Ωｃｍ以下と十分低い素材であって、望ましくは、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の素材である。

したがって、金属は、被加工物２として適している。半導体素材または太陽電池素材といった素材では、金属と同等の比抵抗から１００Ωｃｍまでの範囲に比抵抗が含まれる素材が、被加工物２として適している。半導体素材または太陽電池素材といった素材では、金属と同等の比抵抗から１０Ωｃｍまでの範囲に比抵抗が含まれる素材が、被加工物２としてさらに適している。

マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２と各切断ワイヤ部６ａとの間である極間に、加工液が供給する。いわゆるシングルタイプのワイヤ放電加工機の場合と同様に、加工液を吹き掛けることによって、または、被加工物２を加工液に浸漬させることによって、加工液は、極間に供給される。加工液を供給するための構成の図示は省略する。

加工電源７は、加工制御装置９からの電圧印加指令に従って、極間に印加する加工パルス電圧を生成する。加工電源７は、例えば、スイッチング電源方式によって加工パルス電圧を生成する。加工電源７は、複数の加工電源ユニット８により、複数の切断ワイヤ部６ａの各々へ個別に加工パルス電圧を印加する。加工電源７は、複数の加工電源ユニット８に跨って設けられた接地電極１０を備える。接地電極１０には、各加工電源ユニット８のグラウンド線が接続されている。接地電極１０は、ケーブル１１により被加工物治具に接続されている。被加工物２は、被加工物治具とケーブル１１とを介して接地電極１０に接続される。なお、加工電源７は、生成する加工パルス電圧の極性を、必要に応じて適宜反転させることができる。

給電子１２は、互いに絶縁された複数の給電子ユニット１３で構成されている。複数の給電子ユニット１３の各々は、給電ワイヤ部６ｂと１対１で対応する。図１に示す例では、ワイヤ電極６のうちガイドローラ３ｂとガイドローラ３ｃとの間にて並行する部分が、複数の給電ワイヤ部６ｂである。各給電子ユニット１３には、給電ワイヤ部６ｂが摺動可能に接する。各給電子ユニット１３は、加工電源ユニット８から供給された電力を給電ワイヤ部６ｂへ供給する。給電子１２は、複数の給電子ユニット１３により、複数の給電ワイヤ部６ｂの各々へ個別に電力を供給する。これにより、各加工電源ユニット８により各切断ワイヤ部６ａへ個別に加工パルス電圧が印加される。

次に、被加工物治具の詳細について説明する。図２は、実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機１に備えられる被加工物治具２０の斜視図である。被加工物治具２０は、放電加工の際に被加工物２を支持する。実施の形態１において、被加工物２は円柱状である。図２において、被加工物２は、円柱の中心軸をＹ軸に一致させた状態で被加工物治具２０に設置される。図１では、マルチワイヤ放電加工機１の各構成要素を見易くするため、被加工物２の形状を、図２に示す形状とは異なる形状とした。

被加工物治具２０は、板状の支持体２０ａと、基準プレート２１と、サブプレート２２と、通電電極２３と、電極固定具２４と、ダミーワーク２５と、押さえ機構２６と、スペーサ２７とを備える。基準プレート２１は、支持体２０ａに貼り合わせられている。押さえ機構２６は、支持体２０ａのプラスＺ方向側に設置されている。支持体２０ａは、基準プレート２１および押さえ機構２６と一体化されている。支持体２０ａは、基準プレート２１と押さえ機構２６とを支持する。基準プレート２１は、電極固定具２４、ダミーワーク２５、およびスペーサ２７と一体化されている。

被加工物２のうち中心軸に垂直な２面のうちの一方である第１面は、基準プレート２１の基準面に貼り付けられる。基準面は、基準プレート２１のうち支持体２０ａとは逆側の面、すなわち、基準プレート２１のうちプラスＹ方向側のＸＺ平面である。電極固定具２４と、ダミーワーク２５と、スペーサ２７とは、基準プレート２１の基準面に設けられている。

ダミーワーク２５は、被加工物２のマイナスＺ方向側の位置に設けられている。被加工物２は、ダミーワーク２５に貼り付けられる。ダミーワーク２５は、下方から被加工物２を支持する。被加工物２の加工時においてダミーワーク２５に切断ワイヤ部６ａが到達することによって、ダミーワーク２５は、切断ワイヤ部６ａにより加工される。

被加工物２のうち中心軸に垂直な２面のうちの他方である第２面は、サブプレート２２に貼り付けられる。被加工物２は、導電性接着剤または導電性ワックスなどの使用により、基準プレート２１、サブプレート２２、およびダミーワーク２５の各々に貼り付けられる。被加工物２は、基準プレート２１とサブプレート２２とダミーワーク２５とに貼り付けられることによって、被加工物治具２０と一体化される。基準プレート２１とサブプレート２２とは、被加工物２を挟み込むことにより被加工物２を保持する。

通電電極２３の端部は、ダミーワーク２５の下方に位置する電極固定具２４により基準プレート２１に固定されている。通電電極２３のうち電極固定具２４により固定された端部以外の部分は、サブプレート２２とダミーワーク２５とに接している。サブプレート２２には、通電電極２３と、電極固定具２４とが一体化されている。サブプレート２２は、通電電極２３および電極固定具２４を介して基準プレート２１と電気的に接続されている。図１に示すケーブル１１の端部は、通電電極２３に接続される。通電電極２３は、ケーブル１１および接地電極１０を介して加工電源７と電気的に接続されている。

押さえ機構２６は、被加工物２の曲面に接触可能な押さえ部２８を備える。押さえ機構２６は、Ｚ軸方向において押さえ部２８を移動させる。被加工物治具２０では、第１の方向における一方の側であるマイナスＺ方向側からダミーワーク２５が被加工物２を支持する。被加工物２の加工が開始された後に、押さえ機構２６は、押さえ部２８をマイナスＺ方向へ移動させることにより、第１の方向における他方の側であるプラスＺ方向側から被加工物２に押さえ部２８を接触させる。さらに、押さえ機構２６は、押さえ部２８によってダミーワーク２５の方へ被加工物２を押さえ付ける。加工制御装置９は、押さえ部２８を移動させるための指令を出力することによって、押さえ機構２６の駆動を制御する。押さえ機構２６は、加工制御装置９から送られる指令に従って押さえ部２８を移動させる。

スペーサ２７は、基準面のうち電極固定具２４よりも下方に設けられている。スペーサ２７は、Ｙ軸方向において複数の基準プレート２１が並べられる場合において基準プレート２１同士の間隔を保つために設けられた部品である。

次に、ダミーワーク２５の詳細について説明する。図３は、実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機１に備えられるダミーワーク２５の平面図である。図３には、ダミーワーク２５と、被加工物２のうちダミーワーク２５と接する部分とを示す。

被加工物２の曲面のうちマイナスＺ方向の端は、被加工物２のうち最後に加工される位置である。以下、当該位置を、終点Ｐ１と称する。終点Ｐ１は、被加工物２の加工終了時に複数の切断ワイヤ部６ａの各々が到達する位置である。ダミーワーク２５の外形のうちプラスＺ方向側の部分は、被加工物２の曲面に合うように湾曲している。ダミーワーク２５の当該湾曲部分のうちＸ軸方向における中心には、マイナスＺ方向へ凹んだ凹部２５ａが形成されている。凹部２５ａは、被加工物２の曲面のうち終点Ｐ１を含む部分に対向する位置に形成されている。

ダミーワーク２５の当該湾曲部分のうち、凹部２５ａのマイナスＸ方向側の部分である接触面２５ｂは、被加工物２の曲面に接触する。ダミーワーク２５の当該湾曲部分のうち、凹部２５ａのプラスＸ方向側の部分である接触面２５ｃは、被加工物２の曲面に接触する。２つの接触面２５ｂ，２５ｃの各々は、被加工物２の曲面のうち終点Ｐ１以外の部分に接触可能に湾曲した接触面である。接触面２５ｂと接触面２５ｃとは、凹部２５ａの隣に設けられている。被加工物２は、終点Ｐ１ではダミーワーク２５に接触せず、かつ終点Ｐ１以外の部分が接触面２５ｂ，２５ｃに接触した状態で、ダミーワーク２５に支持される。

ダミーワーク２５は、放電加工が可能な材料からなる。望ましくは、ダミーワーク２５の材料は、被加工物２と同等の加工特性を有する材料である。

ダミーワーク２５が、被加工物２の曲面に接触可能に湾曲した接触面２５ｂ，２５ｃを有することで、被加工物２のうちダミーワーク２５に接触する領域の面積を増やすことができる。これにより、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の保持力を強くすることができる。

次に、押さえ部２８の詳細について説明する。押さえ部２８は、押さえ機構２６の駆動によって被加工物２の曲面に押さえ部２８が押し当てられた際に、被加工物２の形状に合わせて変形することが望ましい。具体的には、押さえ部２８には、厚さ０．３ｍｍ以下のステンレス鋼板、あるいは、ウレタンスポンジ素材、ゲル状の素材、または、熱可塑性樹脂といった素材を適用できる。被加工物２の形状に合わせて押さえ部２８が変形可能であることによって、被加工物２のうち押さえ部２８に接触する領域の面積を増やすことができる。これにより、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の保持力を強くすることができる。なお、押さえ部２８は、被加工物２の形状に合わせて変形可能であれば良く、実施の形態１で説明する素材または構成に限定されないものとする。

次に、マルチワイヤ放電加工機１の動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機１の動作手順を示すフローチャートである。図４に示す手順による動作をマルチワイヤ放電加工機１が開始する前に、被加工物２がセットされた被加工物治具２０が加工ステージに配置される。

ステップＳ１において、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２からプラスＺ方向へ押さえ部２８を引き離すことによって、押さえ機構２６を開放させる。このとき、被加工物２は、マイナスＺ方向側はダミーワーク２５により支持されており、かつ、プラスＺ方向側は支持されていない状態である。

ステップＳ２において、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の放電加工を開始する。図５は、実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機１が放電加工を開始したときにおける被加工物治具２０および複数の切断ワイヤ部６ａの様子を示す斜視図である。被加工物２の曲面のうちプラスＸ方向側の端は、複数の切断ワイヤ部６ａによる加工が開始される位置、すなわち、被加工物２のうち最初に加工される位置である。以下、当該位置を、始点と称する。マルチワイヤ放電加工機１は、加工ステージをプラスＺ方向へ移動させながら極間に加工パルス電圧を印加することによって、被加工物２を加工する。被加工物２の加工位置は、始点からマイナスＺ方向へ移動する。

ステップＳ３において、マルチワイヤ放電加工機１は、加工位置が判定位置に到達したか否かを判定する。判定位置は、被加工物２の曲面上にあらかじめ設定された位置であって、押さえ機構２６による被加工物２の押さえ付けの可否を判定するための位置である。加工位置が判定位置に到達していない場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、マルチワイヤ放電加工機１は、放電加工を継続しながらステップＳ３の手順を繰り返す。一方、加工位置が判定位置に到達した場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、マルチワイヤ放電加工機１は、手順をステップＳ４へ進める。

ステップＳ４において、マルチワイヤ放電加工機１は、押さえ機構２６による被加工物２の押さえ付けを開始する。図６は、実施の形態１にかかるマルチワイヤ放電加工機１が被加工物２の押さえ付けを開始したときにおける被加工物治具２０および複数の切断ワイヤ部６ａの様子を示す斜視図である。押さえ機構２６は、押さえ部２８をマイナスＺ方向へ移動させることによって被加工物２の曲面に接触面２５ｂ，２５ｃを接触させる。さらに、押さえ機構２６は、押さえ部２８でマイナスＺ方向へ被加工物２を押すことで、ダミーワーク２５の方へ被加工物２を押さえ付ける。これにより、被加工物２は、ダミーワーク２５と押さえ部２８とにより挟まれた状態で支持される。マルチワイヤ放電加工機１は、判定位置よりもマイナスＺ方向側の部分を加工する。

ステップＳ５において、マルチワイヤ放電加工機１は、加工位置が終点Ｐ１に到達したか否かを判定する。加工位置が終点Ｐ１に到達していない場合（ステップＳ５，Ｎｏ）、マルチワイヤ放電加工機１は、放電加工を継続しながらステップＳ５の手順を繰り返す。一方、加工位置が終点Ｐ１に到達した場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、マルチワイヤ放電加工機１は、ステップＳ６において放電加工を終了する。以上により、マルチワイヤ放電加工機１は、図４に示す手順による動作を終了する。

マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の放電加工がある程度進行したときに、加工中の被加工物２を押さえ部２８とダミーワーク２５とによって挟持する。マルチワイヤ放電加工機１は、加工液による外力が被加工物２に与えられることによって、被加工物２のうち互いに切り離される部分同士の振動を抑えることができる。これにより、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の割れを防止できる。

押さえ機構２６による被加工物２の押さえ付けが開始された後、放電加工が進行することによって、複数の切断ワイヤ部６ａは、ダミーワーク２５に到達する。ダミーワーク２５に複数の切断ワイヤ部６ａが到達すると、被加工物２の加工が継続されながらダミーワーク２５の加工が開始される。被加工物２の終点Ｐ１に複数の切断ワイヤ部６ａが近づき、複数の切断ワイヤ部６ａが凹部２５ａに到達すると、ダミーワーク２５は加工されなくなり、被加工物２のみが加工される。複数の切断ワイヤ部６ａが終点Ｐ１に到達することによって、被加工物２の加工が終了する。

ダミーワーク２５に凹部２５ａが設けられており、被加工物２のうち終点Ｐ１を除いた部分にダミーワーク２５が接することで、加工位置が終点Ｐ１に到達したときにダミーワーク２５の加工量が急激に増加するということが無い。このため、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の加工量が局所的に多くなることを防ぎ、被加工物２の割れを生じにくくすることができる。

次に、ダミーワーク２５における接触面２５ｂ，２５ｃの範囲について説明する。図７は、実施の形態１のダミーワーク２５における接触面２５ｂ，２５ｃの範囲について説明するための平面図である。

被加工物２のうちダミーワーク２５に接触する領域が広いほど、被加工物２とダミーワーク２５との間の摩擦力が大きくなり、被加工物２の拘束力が高くなる。一方、被加工物２のうちダミーワーク２５に接触する領域が広くなるに従って、被加工物２のうちダミーワーク２５とともに加工される部分が多くなる。したがって、被加工物２とダミーワーク２５との間の摩擦力をある程度保ちつつ、ダミーワーク２５の加工量をできるだけ少なくすることが望ましい。

図７に示す直線Ｌは、ＸＺ面内の直線であって、被加工物２のＸＺ面内における中心Ｏと終点Ｐ１とを通る直線である。直線Ｌは、終点Ｐ１を通るＺ軸方向の直線である。直線Ｋは、ＸＺ面内の直線であって、ＸＺ面内における被加工物２の外縁である円のうち終点Ｐ１以外の任意の点と中心Ｏとを通る直線である。角度αは、直線Ｌを基準とする角度であって、直線Ｌと直線Ｋとがなす角度である。直線Ｌから反時計回りの方に直線Ｋがあるときの角度をプラスの角度、直線Ｌから時計回りの方に直線Ｋがあるときの角度をマイナスの角度とする。角度αは、－１８０度から＋１８０度までの範囲内の角度とする。

実施の形態１では、被加工物２とダミーワーク２５との間の摩擦力を保つとともにダミーワーク２５の加工量を少なくするために、接触面２５ｂ，２５ｃは、－４５度から＋４５度までの角度αの範囲に形成されている。このように、Ｚ軸とＸ軸とを含むＸＺ平面において、接触面２５ｂ，２５ｃは、直線Ｌを基準として±４５度の範囲内において被加工物２の曲面に接触可能に配置されている。また、角度αが０度である位置、すなわち終点Ｐ１を中心とする一定の範囲には、凹部２５ａが形成されている。接触面２５ｂ，２５ｃは、終点Ｐ１を中心とする当該範囲を除いて配置されている。

次に、被加工物２のうち押さえ部２８が接触する領域と被加工物２にかかる主応力との関係について説明する。図８は、実施の形態１における、被加工物２のうち押さえ部２８が接触する領域と被加工物２にかかる主応力との関係について説明するための第１の図である。図９は、実施の形態１における、被加工物２のうち押さえ部２８が接触する領域と被加工物２にかかる主応力との関係について説明するための第２の図である。図１０は、実施の形態１における、被加工物２のうち押さえ部２８が接触する領域と被加工物２にかかる主応力との関係について説明するための第３の図である。

被加工物２のうち押さえ部２８が接触する領域が広いほど、被加工物２と押さえ部２８との間の摩擦力が大きくなり、被加工物２の拘束力が高くなる。一方、被加工物２のうち押さえ部２８に接触する領域が広くなるに従って、押さえ部２８による被加工物２の押さえ付けが開始されるまでにおける被加工物２の切断距離は長くなる。押さえ部２８が接触する領域の設定次第では、被加工物２にかかる主応力が被加工物２の最大引張応力に到達して、被加工物２が割れる場合がある。したがって、被加工物２の放電加工が行われている間は被加工物２にかかる主応力が常に最大引張応力を下回るように、押さえ部２８が接触する領域が設定される必要がある。

図８および図９に示す領域２８ａ、領域２８ｂ、領域２８ｃは、被加工物２の曲面における互いに異なる領域とする。図８に示すように、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４は、Ｚ軸方向における位置を表す。図１０に示すグラフは、加工位置と主応力最大値との関係を解析した結果を表す。図１０には、領域２８ａに押さえ部２８を接触させた場合におけるグラフと、領域２８ｂに押さえ部２８を接触させた場合におけるグラフと、領域２８ｃに押さえ部２８を接触させた場合におけるグラフとを示す。

領域２８ａに押さえ部２８を接触させた場合、主応力最大値は、加工が進むにつれて著しく増加する。領域２８ａに押さえ部２８を接触させた場合よりも領域２８ｂに押さえ部２８を接触させた場合のほうが、主応力最大値の増加幅は減少する。さらに、領域２８ｂに押さえ部２８を接触させた場合よりも領域２８ｃに押さえ部２８を接触させた場合のほうが、主応力最大値の増加幅は減少する。領域２８ａ、領域２８ｂ、領域２８ｃのうち、領域２８ｃに押さえ部２８を接触させた場合に、主応力最大値の増加は最も緩やかとなる。このため、領域２８ａ、領域２８ｂ、領域２８ｃのうち、領域２８ｃに押さえ部２８を接触させることで、被加工物２の割れを低減できる。

図９に示す直線Ｌは、図７に示す直線Ｌと同様である。直線Ｌは、始点Ｐ２を通る。直線Ｍは、ＸＺ面内の直線であって、ＸＺ面内における被加工物２の外縁である円のうち始点Ｐ２以外の任意の点と中心Ｏとを通る直線である。角度βは、直線Ｌを基準とする角度であって、直線Ｌと直線Ｍとがなす角度である。直線Ｌから反時計回りの方に直線Ｍがあるときの角度をプラスの角度、直線Ｌから時計回りの方に直線Ｍがあるときの角度をマイナスの角度とする。角度βは、－１８０度から＋１８０度までの範囲内の角度とする。

実施の形態１では、被加工物２と押さえ部２８との間の摩擦力を保つとともに、被加工物２にかかる主応力が常に最大引張応力を下回るように、押さえ部２８は、－７５度から＋７５度までの角度βの範囲に形成されている。このように、ＸＺ平面において、押さえ部２８は、直線Ｌを基準として±７５度の範囲内において被加工物２の曲面に接触可能に配置されている。

次に、ダミーワークの変形例について説明する。図１１は、実施の形態１の変形例にかかるダミーワーク２５Ａの平面図である。図１１には、ダミーワーク２５Ａと、被加工物２のうちダミーワーク２５Ａと接する部分とを示す。ダミーワーク２５Ａは、下方から被加工物２を支持する。

ダミーワーク２５Ａは、２つの部品３１，３２から構成されている。部品３１と部品３２とは、被加工物２の曲面のうち終点Ｐ１を除いた部分に接触可能に配置されている。部品３１は、終点Ｐ１よりもマイナスＸ方向側の部分に接触する。部品３１のうち被加工物２と接する接触面３１ａは、被加工物２の曲面に合うように湾曲している。部品３２は、終点Ｐ１よりもプラスＸ方向側の部分に接触する。部品３２のうち被加工物２と接する接触面３２ａは、被加工物２の曲面に合うように湾曲している。接触面３１ａと接触面３２ａとの各々は、被加工物２の曲面のうち終点Ｐ１以外の部分に接触可能に湾曲した接触面である。

被加工物２は、終点Ｐ１ではダミーワーク２５Ａに接触せず、かつ終点Ｐ１以外の部分が接触面３１ａ，３２ａに接触した状態で、ダミーワーク２５に支持される。部品３１，３２は、放電加工が可能な材料からなる。望ましくは、部品３１，３２の材料は、被加工物２と同等の加工特性を有する材料である。

部品３１，３２の接触面３１ａ，３２ａが、被加工物２の曲面に接触可能に湾曲していることで、被加工物２のうちダミーワーク２５Ａに接触する領域の面積を増やすことができる。これにより、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の保持力を強くすることができる。複数の部品３１，３２によってダミーワーク２５Ａが構成されることによって、ダミーワーク２５Ａを簡易な形状とすることができる。

終点Ｐ１の下方、すなわち、部品３１と部品３２との間は、空間とされている。加工位置が終点Ｐ１に到達したときにダミーワーク２５Ａの加工量が急激に増加するということが無い。このため、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の加工量が局所的に多くなることを防ぎ、被加工物２の割れを生じにくくすることができる。各接触面３１ａ，３２ａの位置は、上述する接触面２５ｂ，２５ｃの場合と同様に設定することができる。

なお、ダミーワーク２５Ａは、２つの部品３１，３２から構成されるものに限られず、３つ以上の部品から構成されるものであっても良い。ダミーワーク２５Ａは、被加工物２の曲面のうち終点Ｐ１を除いた部分に接触可能な２つ以上の部品から構成されていれば良い。部品の各々には、被加工物２の曲面のうち終点Ｐ１を除いた部分に接触可能に湾曲した接触面が含められる。

次に、被加工物治具の変形例について説明する。図１２は、実施の形態１の変形例にかかる被加工物治具２０Ｂを示す斜視図である。被加工物治具２０Ｂは、図２に示すサブプレート２２の代わりに、サブプレート２２とは異なるサブプレート２２Ｂを備える。サブプレート２２Ｂは、サブプレート２２および通電電極２３の各機能を兼ね備える。サブプレート２２Ｂは、複数の電極固定具２４Ｂによって基準プレート２１に固定されている。複数の電極固定具２４Ｂが使用されていることで、サブプレート２２Ｂの保持力を向上させることができる。マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物治具２０Ｂを備える場合も、被加工物治具２０を備える場合と同様に、被加工物２を保持することができる。

実施の形態１によると、マルチワイヤ放電加工機１は、ダミーワーク２５，２５Ａと押さえ機構２６とを備えることにより、強い保持力で被加工物２を保持できる。マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２のうち互いに切り離される部分同士の振動を抑え、被加工物２の割れを低減できる。被加工物２のうち終点Ｐ１を除いた部分にダミーワーク２５，２５Ａが接することで、加工位置が終点Ｐ１に到達したときにダミーワーク２５，２５Ａの加工量が急激に増加するということが無い。マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の加工量が局所的に多くなることを防ぎ、被加工物２の割れを生じにくくすることができる。以上により、マルチワイヤ放電加工機１は、被加工物２の割れを低減できるという効果を奏する。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１ マルチワイヤ放電加工機、２ 被加工物、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ ガイドローラ、４ ワイヤボビン、５ ワイヤ排出ローラ、６ ワイヤ電極、６ａ 切断ワイヤ部、６ｂ 給電ワイヤ部、７ 加工電源、８ 加工電源ユニット、９ 加工制御装置、１０ 接地電極、１１ ケーブル、１２ 給電子、１３ 給電子ユニット、１４ 駆動ユニット、１５ 加工状態検出装置、１６ 加工状態検出ユニット、１７ ワイヤボビン駆動部、１８ ガイドローラ駆動部、２０，２０Ｂ 被加工物治具、２０ａ 支持体、２１ 基準プレート、２２，２２Ｂ サブプレート、２３ 通電電極、２４，２４Ｂ 電極固定具、２５，２５Ａ ダミーワーク、２５ａ 凹部、２５ｂ，２５ｃ，３１ａ，３２ａ 接触面、２６ 押さえ機構、２７ スペーサ、２８ 押さえ部、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 領域、３１，３２ 部品。

Claims (10)

1. ワイヤ電極が間隔をとりながら複数回巻き掛けられて、前記ワイヤ電極の走行をガイドする複数のガイドローラと、
   前記ワイヤ電極のうち、前記複数のガイドローラに含まれる第１のガイドローラおよび第２のガイドローラの間にて並行する部分である複数の切断ワイヤ部の各々と被加工物との間に電圧を印加する加工電源と、
   曲面を有する前記被加工物の前記曲面のうち前記被加工物の加工終了時に複数の前記切断ワイヤ部の各々が到達する終点を除いた部分に接触可能に湾曲した接触面を含み、複数の前記切断ワイヤ部に対して前記被加工物が移動する方向である第１の方向における一方の側から前記被加工物を支持するダミーワークと、
   前記被加工物の前記曲面に接触可能な押さえ部を有し、前記第１の方向における他方の側から前記被加工物に前記押さえ部を接触させて前記ダミーワークの方へ前記被加工物を押さえ付ける押さえ機構と、
   を備えることを特徴とするマルチワイヤ放電加工機。
2. 前記ダミーワークおよび前記押さえ機構と一体化された基準プレートと、
   前記加工電源に電気的に接続された通電電極と一体化され、かつ、前記基準プレートに電気的に接続されたサブプレートと、を備え、
   前記基準プレートと前記サブプレートとは、前記被加工物を挟み込むことにより前記被加工物を保持することを特徴とする請求項１に記載のマルチワイヤ放電加工機。
3. 前記ダミーワークは、前記被加工物の前記曲面のうち前記終点を含む部分に対向する位置に形成された凹部を有し、
   前記接触面は、前記凹部の隣に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチワイヤ放電加工機。
4. 前記ダミーワークは、前記被加工物の前記曲面のうち前記終点を除いた部分に接触可能な２つ以上の部品から構成され、
   前記部品の各々は、前記接触面を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチワイヤ放電加工機。
5. 前記第１の方向と複数の前記切断ワイヤ部の各々における前記ワイヤ電極の走行方向である第２の方向とを含む面において、前記接触面は、前記終点を通る前記第１の方向の直線を基準として±４５度の範囲内において前記被加工物の前記曲面に接触可能に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のマルチワイヤ放電加工機。
6. 前記被加工物のうち前記第１の方向と複数の前記切断ワイヤ部の各々が走行する方向である第２の方向とを含む切断面において、前記被加工物のうち前記切断ワイヤ部による加工が開始される始点を通る前記第１の方向の直線を基準として±７５度の範囲内に接触可能に、前記押さえ部が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のマルチワイヤ放電加工機。
7. 前記押さえ部は、前記被加工物に押し当てられることによって変形可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のマルチワイヤ放電加工機。
8. ワイヤ電極を複数回周回させて走行させ、前記ワイヤ電極のうち互いに並行して走行する部分である複数の切断ワイヤ部の各々と被加工物との間への電圧の印加によって、曲面を有する前記被加工物の放電加工を行うマルチワイヤ放電加工方法であって、
   前記被加工物に対して複数の前記切断ワイヤ部が移動する方向である第１の方向における一方の側から前記被加工物を支持するダミーワークの接触面に、前記曲面のうち前記被加工物の加工終了時に複数の前記切断ワイヤ部が到達する終点以外の部分を接触させた状態で、前記放電加工を開始するステップと、
   前記放電加工の継続中において、前記第１の方向における他方の側から前記被加工物の方へ押さえ部を移動させ、前記被加工物の前記曲面に前記押さえ部を接触させて前記ダミーワークの方へ前記被加工物を押さえ付けるステップと、
   を含むことを特徴とするマルチワイヤ放電加工方法。
9. ワイヤ電極を複数回周回させて走行させ、前記ワイヤ電極のうち互いに並行して走行する部分である複数の切断ワイヤ部の各々と被加工物との間への電圧の印加による放電加工を行い、曲面を有する前記被加工物から複数の薄板を切り出すことによって複数の前記薄板を製造する薄板製造方法であって、
   前記被加工物に対して複数の前記切断ワイヤ部が移動する方向である第１の方向における一方の側から前記被加工物を支持するダミーワークの接触面に、前記曲面のうち前記被加工物の加工終了時に複数の前記切断ワイヤ部が到達する終点以外の部分を接触させた状態で、前記放電加工を開始するステップと、
   前記放電加工の継続中において、前記第１の方向における他方の側から前記被加工物の方へ押さえ部を移動させ、前記被加工物の前記曲面に前記押さえ部を接触させて前記ダミーワークの方へ前記被加工物を押さえ付けるステップと、
   を含むことを特徴とする薄板製造方法。
10. ワイヤ電極を複数回周回させて走行させ、前記ワイヤ電極のうち互いに並行して走行する部分である複数の切断ワイヤ部の各々とインゴットとの間への電圧の印加による放電加工を行い、曲面を有する前記インゴットから複数の半導体ウェハを切り出すことによって複数の前記半導体ウェハを製造する半導体ウェハ製造方法であって、
    前記インゴットに対して複数の前記切断ワイヤ部が移動する方向である第１の方向における一方の側から前記インゴットを支持するダミーワークの接触面に、前記曲面のうち前記インゴットの加工終了時に複数の前記切断ワイヤ部が到達する終点以外の部分を接触させた状態で、前記放電加工を開始するステップと、
    前記放電加工の継続中において、前記第１の方向における他方の側から前記インゴットの方へ押さえ部を移動させ、前記インゴットの前記曲面に前記押さえ部を接触させて前記ダミーワークの方へ前記インゴットを押さえ付けるステップと、
    を含むことを特徴とする半導体ウェハ製造方法。

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