JP7357108B2 - 加工パラメータを調整可能な放電加工装置及び放電加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工装置及び加工方法に関し、特に加工パラメータを調整可能な放電加工装置及び放電加工方法に関する。

半導体産業が盛んに発展していることに伴い、放電加工技術は、一般的にインゴット又はウエハの加工処理に使用されている。放電加工（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ、ＥＤＭ）は、放電によって火花を発生させ、被加工物を必要な形状にする製造プロセスである。誘電体材料は、２つの電極を分離して電圧を印加し、周期的で高速に変化する電流放電を発生させて、上記被加工物を加工する。放電加工技術では、２つの電極が使用され、一方の電極は、工具電極又は放電電極と呼ばれ、他方の電極は、ワーク電極と呼ばれ、上記被加工物に接続されている。放電加工中に、放電電極とワーク電極との間が実際に接触することはない。

２つの電極間の電位差が大きくなると、電界強度が絶縁耐力よりも高くなるまで、２つの電極間の電界も大きくなり、このとき、絶縁破壊が発生し、電流が２つの電極を流れ、材料の一部が除去される。電流が停止すると、新たな誘電体材料が電極間の電界に流れ込み、上記材料の一部が除去され、誘電体の絶縁効果が再提供される。電流が流れた後、２つの電極間の電位差が絶縁破壊の発生前に戻り、このように新たな絶縁破壊を繰り返すことができる。しかしながら、従来の放電加工技術では、切断厚さが大きいため、切断速度（すなわち、加工時の放電電極の加工物における送り速度と切断厚さとの積、ｍｍ^２／ｍｉｎ）が遅くなるという問題が存在する。

これに鑑みて、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決するために、加工パラメータを調整可能な放電加工装置及び放電加工方法を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、切断手順を実行するための加工パラメータを調整可能な放電加工装置であって、加工対象領域が画定される少なくとも１つの被加工物を載置するための載置ステージと、前記切断手順の第１の切断ステップで、少なくとも１つの放電電極を用いて少なくとも１つの加工パラメータで第１の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域を切断するための放電加工（ＥＤＭ）ユニットであって、前記加工パラメータは、前記被加工物の指定されたパラメータが第１の数値に変化した時に応じて調整されることにより、調整された前記加工パラメータを用いて前記被加工物の前記加工対象領域に対して第２の切断ステップを実行する、放電加工（ＥＤＭ）ユニットと、を含む、ことを特徴とする加工パラメータを調整可能な放電加工装置を提供する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記加工パラメータは、配向パラメータ、放電電気的パラメータ、残渣排出パラメータ、及び、移動及び張力パラメータのうちの１つ又は複数を含む。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記配向パラメータは、前記被加工物に対する加工方向であり、前記放電電気的パラメータは、ピーク電流、前記被加工物が前記放電電極から離れた時の電圧、放電パルス持続時間、放電パルス休止時間、及び、前記放電電極と前記被加工物との間のサーボ基準電圧のうちの１つ又は複数を含み、前記残渣排出パラメータは、前記放電電極に提供された残渣排出溶液の流速を含み、前記移動及び張力パラメータは、前記放電電極の移動速度及び前記放電電極の張力のうちの１つ又は複数を含む。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記指定されたパラメータは、前記被加工物の第１の切断すべき厚さを含み、前記加工パラメータは、前記被加工物の前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値に増加した時に応じて調整されることにより、調整された前記加工パラメータを用いて前記被加工物の前記加工対象領域に対して前記第２の切断ステップを実行する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記加工パラメータは配向パラメータであり、前記被加工物の前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値に増加した時に、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットは、前記配向パラメータを前記第１の切断方向から第２の切断方向に変更することにより、前記第２の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して前記第２の切断ステップを実行する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記第２の切断方向と前記第１の切断方向との間には、０度～３６０度の間の範囲の第１の夾角がある。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記第１の夾角は１８０度である。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記被加工物の前記第２の切断ステップにおける第２の切断すべき厚さは、前記第１の数値よりも小さい。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記第２の切断ステップにおける前記放電電極による前記被加工物の切断速度は、前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値になった時の、前記放電電極による前記被加工物の切断速度よりも大きい。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記被加工物の前記第２の切断ステップにおける第２の切断すべき厚さが第２の数値に増加した時に、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットは、前記配向パラメータを前記第２の切断方向から第３の切断方向に変更することにより、前記第３の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して第３の切断ステップを実行し、前記被加工物は、前記第３の切断ステップで第３の切断すべき厚さを有する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記第３の切断方向と前記第２の切断方向との間には、０度～３６０度の間の第２の夾角がある。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記第２の夾角は９０度である。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記被加工物の前記第３の切断ステップにおける前記第３の切断すべき厚さは、前記第１の数値又は前記第２の数値よりも小さい。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記第３の切断ステップにおける前記放電電極による前記被加工物の切断速度は、前記放電電極による前記被加工物の、前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値になった時の切断速度、又は前記第２の切断すべき厚さが前記第２の数値になった時の切断速度よりも大きい。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記切断手順で前記被加工物を加熱する熱源をさらに含む。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記放電電極は、流体中で前記被加工物の前記加工対象領域を切断する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記加工対象領域には、前記切断手順で前記加工対象領域に形成された表面亀裂を埋めるように埋め材がある。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記埋め材は、前記切断手順で前記加工対象領域に形成された表面亀裂を埋めるように、熱源によって前記加工対象領域に形成される。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記切断手順で前記加工対象領域の表面亀裂を埋め材で埋めるようにする外力外乱源をさらに含む。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記被加工物の数は、１つ又は複数である。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記放電電極の数は、１つ又は複数である。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工装置によると、前記放電電極は、真空環境で前記被加工物の前記加工対象領域を切断する。

前記目的を達成するために、本発明は、上記加工パラメータを調整可能な放電加工装置を用いて切断手順を実行する、ことを特徴とする加工パラメータを調整可能な放電加工方法を提供する。

前記目的を達成するために、本発明は、切断手順を実行するための加工パラメータを調整可能な放電加工方法であって、載置ステージに載置され、加工対象領域が画定される少なくとも１つの被加工物を用意するステップと、少なくとも１つの放電電極を介して少なくとも１つの加工パラメータで第１の切断方向に沿って放電エネルギーを前記被加工物の前記加工対象領域に印加することにより、前記被加工物の前記加工対象領域を切断する第１の切断ステップを実行するステップと、前記被加工物の第１の切断すべき厚さが第１の数値に増加した時に応じて、前記加工パラメータを調整する第１の調整ステップを実行するステップと、前記放電電極を介して前記第１の調整ステップで調整された前記加工パラメータで前記放電エネルギーを前記被加工物の前記加工対象領域に印加することにより、前記被加工物の前記加工対象領域を切断する第２の切断ステップを実行するステップと、を含む、ことを特徴とする加工パラメータを調整可能な放電加工方法を提供する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記加工パラメータは配向パラメータであり、前記第１の切断ステップでは、前記被加工物の前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値に増加した時に、前記第１の調整ステップを実行することにより、前記配向パラメータを前記第１の切断方向から第２の切断方向に変更し、前記第２の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して前記第２の切断ステップを実行する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記被加工物の前記第２の切断ステップにおける第２の切断すべき厚さは、前記第１の数値よりも小さい。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記第２の切断ステップでは、前記放電電極によって切断される前記被加工物の第２の切断すべき厚さが第２の数値に増加した時に、第２の調整ステップを実行することにより、前記配向パラメータを前記第２の切断方向から第３の切断方向に変更し、前記第３の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して第３の切断ステップを実行する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記被加工物の前記第３の切断ステップにおける第３の切断すべき厚さは、前記第１の数値又は前記第２の数値よりも小さい。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記第１の調整ステップは、前記被加工物の配置方向を変更して前記加工パラメータを調整する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記第１の調整ステップは、前記放電電極の前記被加工物に対する送り方向を変更して前記加工パラメータを調整する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、前記第１の調整ステップは、前記載置ステージを用いて前記被加工物の配置方向を変更して前記加工パラメータを調整する。

本発明に係る加工パラメータを調整可能な放電加工方法によると、埋めステップを実行することにより、前記切断手順で前記加工対象領域に形成された表面亀裂を埋めるステップをさらに含む。

上記のように、本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工装置及び放電加工方法は、以下の利点を有する。

（１）段階的切断技術により、放電加工切断厚さが大きいため、総切断時間が長くなるという問題を解決することができる。

（２）段階的切断技術により、指定されたパラメータが設定数値に変化した時に、送り方向を直ちに変更する。

（３）段階的切断技術により、切断すべき厚さが設定数値よりも大きい場合、送り方向を直ちに変更し、厚さの大きな切断すべき面を、複数の厚さの小さな切断面に分割することにより、放電加工切断厚さが大きいため、切断速度が遅くなるという問題を解決することができる。

本発明の技術的特徴および達成し得る技術的効能の理解を深めるために、より良い実施例と詳細な説明を以下に示す。

図１は本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工方法のステップフローチャートである。 図２は本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工装置の第１の実施例の模式図である。 図３は本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工装置の第２の実施例の模式図である。 図４ａは本発明の第１の切断ステップを実行する時の被加工物の正面図である。 図４ｂは本発明の第１の切断ステップを実行する時の被加工物の断面側面図である。 図５ａは本発明の第２の切断ステップを実行する時の被加工物の正面図である。 図５ｂは本発明の第２の切断ステップを実行する時の被加工物の断面側面図である。 図６ａは本発明の第３の切断ステップを実行する時の被加工物の正面図である。 図６ｂは本発明の第３の切断ステップを実行する時の被加工物の断面側面図である。 図７ａは本発明の単一の放電電極で複数の被加工物を切断する模式図である。 図７ｂは本発明の複数の放電電極で単一の被加工物を切断する模式図である。 図７ｃは本発明の複数の放電電極で複数の被加工物を切断する模式図であり、図７ａの視角は、図７ｂ及び図７ｃとは異なる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施の形態の図面における各部材の比率は、説明を容易に理解するために示され、実際の比率ではない。また、図に示すアセンブリの寸法の比率は、各部品とその構造を説明するためのものであり、もちろん、本発明はこれに限定されない。一方、理解を便利にするために、下記の実施の形態における同じ部品については、同じ符号を付して説明する。

さらに、明細書全体および実用新案登録請求の範囲で使用される用語は、特に明記しない限り、通常、この分野、本明細書に開示される内容、および特別な内容で使用される各用語の通常の意味を有する。本発明を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本発明の説明に関する追加のガイダンスを提供するために、本明細書の以下または他の場所で説明される。

この記事での「第１」、「第２」、「第３」などの使用については、順序や順次を具体的に示すものではなく、本発明を制限するためにも使用されていない。これは、同じ専門用語で説明するコンポーネントまたは操作を区別するだけために使用される。

次に、この記事で「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などの用語が使用されている場合、それらはすべてオープンな用語である。つまり、これらは、含むがこれに限定されないことを意味する。

本発明は、段階的切断技術を提供し、好ましくは、指定されたパラメータが対応する設定数値（第１の数値、第２の数値、第３の数値、…）に変化した時に、加工パラメータを調整することにより、放電加工手順中に指定されたパラメータが変化するため、切断速度が遅くなり、総切断時間が長くなるという問題を解決することができる。上記指定されたパラメータは、例えば、被加工物の切断すべき厚さ又は切断速度である。指定されたパラメータが被加工物の切断すべき厚さであることを例として、放電加工手順の第１の切断ステップでは、被加工物の第１の切断すべき厚さが、第１の数値などの対応する設定数値に増加した時に、加工パラメータを調整し、調整された加工パラメータで後続の第２の切断ステップを実行し、以下同様とする。指定されたパラメータが被加工物の切断速度であることを例として、放電加工手順の第１の切断ステップでは、被加工物の第１の切断速度が対応する設定数値（第１の数値など）に低下した時に、加工パラメータを調整し、調整された加工パラメータで後続の第２の切断ステップを実行し、以下同様とする。

図１及び図２を参照すると、図１は本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工方法のステップフローチャートである。図２は本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工装置の第１の実施例の模式図である。本発明は、段階的切断技術を提供し、指定されたパラメータが対応する設定数値に変化した時に、加工パラメータを調整することにより、放電加工切断厚さが大きいため、切断速度が遅くなり、総切断時間が長くなるという問題を解決することができる。本発明の第１の実施例では、本発明の放電加工装置１０は、載置ステージ２０及び放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０を含み、被加工物１００に対して切断手順などの放電加工手順を実行して、スライシング（Ｃｕｔｔｉｎｇ、Ｓｌｉｃｉｎｇ）又は薄型化（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）効果を達成することに用いられる。載置ステージ２０には、例えば、治具２２が設けられ、載置ステージ２０は、可動載置ステージ又は固定載置ステージであってもよい。

先ず、本発明の放電加工方法は、被加工物１００を用意し（ステップＳ１０）、治具２２を用いてこの被加工物１００を載置ステージ２０に載置し、被加工物１００には加工対象領域１１０が画定され、この加工対象領域１１０は、被加工物１００の任意の適切な加工位置に位置してもよい。被加工物１００は、ウエハ又はインゴットなどの任意の導体又は半導体構造であってもよいが、被加工物１００の断面は円形に限定されず、任意の形状であってもよい。

本発明の放電加工装置１０の放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、少なくとも放電電極５２を有し、放電電極５２は、例えば、線状の導電線、板状の導電板又は他の形状の導電性構造である。本発明の放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、さらに選択的に送給リール５６ａ及び巻取リール５６ｂを有してもよく、放電電極５２の両端は、それぞれ送給リール５６ａ及び巻取リール５６ｂに接続され、送給リール５６ａ及び巻取リール５６ｂは、選択的に、それぞれプーリ５７ａ、５７ｂを用いて放電電極５２に套設されて、放電電極５２を位置決めし、且つ例えば、放電電極５２の張力を調整する。

図２を引き続き参照すると、本発明の放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、電力源５４をさらに有し、電力源５４は、電気回路を介して放電電極５２に接続されることにより、放電電極５２と被加工物１００との間に電圧差を発生させ、放電エネルギーを被加工物１００の加工対象領域１１０に提供して、加工対象領域１１０に沿って被加工物１００を切断することができる（ステップＳ２０）。

本発明は、加熱効果、アニール効果又は研磨効果を提供するように、マイクロ波エネルギー又は高周波エネルギーを被加工物１００の加工対象領域１１０に供給するためのマイクロ波又は高周波源６０を選択的に含んでもよく、これにより表面粗さを効果的に低減させ、後続の機械的又は化学的研磨ステップを実行する必要性を回避することができる。同様に、本発明のマイクロ波又は高周波源６０は、放電電極５２を介してマイクロ波エネルギー又は高周波エネルギーを被加工物１００の加工対象領域１１０に供給してもよい。マイクロ波又は高周波源６０がマイクロ波であることを例として、本発明のマイクロ波の波長範囲は、約１ｍｍ～約１ｍであり、周波数範囲は、約３００ＧＨｚ～約０．３ＧＨｚであり、電力範囲は、約２００ワット～約５，０００ワットである。放電電極５２の材料は、例えば、銅（Ｃｏｐｐｅｒ）、黄銅（Ｂｒａｓｓ）、モリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）、タングステン（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ）、グラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、鋼（Ｓｔｅｅｌ）、アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ）及び亜鉛（Ｚｉｎｃ）からなる群から選択されてもよい。放電電極５２の厚さ範囲は、約３００μｍよりも小さく、好ましくは、約３０μｍ～３００μｍである。

詳しくは、図２及び図４ａに示すように、ステップＳ２０では、放電電極５２は、少なくとも１つの加工パラメータで第１の切断方向Ｄ１に沿って放電エネルギーを被加工物１００の加工対象領域１１０に印加することにより、被加工物１００の加工対象領域１１０を切断する。被加工物１００が円筒形のインゴットであることを例として、加工対象領域１１０は、例えば、図４ｂ及び図５ｂの点線で示すように、インゴットの径方向に画定されており、点線は、切断されていない加工対象領域１１０を表し、実線は、切断された加工対象領域１１０を表している。インゴットの切断すべき厚さは固定値ではないが変化し、例えば、放電電極５２が上から下へ平行に切断することについて、インゴット最上部の切断すべき厚さが最小値であり、インゴットの切断すべき厚さの最大値はその直径長さである。さらに、通常、インゴットの切断すべき厚さがある数値を超える場合、インゴットの切断速度は、その切断すべき厚さの増加に伴って非線形に低下する。従って、本発明が提供する段階的切断技術における指定されたパラメータは、切断すべき厚さによって例示され、すなわち、被加工物１００の切断すべき厚さに応じて加工パラメータを調整する。例えば、放電電極５２と被加工物１００との重なり長さ（すなわち、被加工物１００の切断すべき厚さ）が設定数値になった時に、加工パラメータを変更することができ、例えば、被加工物１００に対する送り方向を変更するため、被加工物１００の後続の切断すべき厚さをこの設定数値よりも小さくして、被加工物全体の総切断時間を最適化するという効果を達成できる。例えば、本発明は、被加工物１００の第１の切断ステップＳ２０における第１の切断すべき厚さＴ１に応じて、加工パラメータを調整することができ（ステップＳ３０）、すなわち、被加工物１００の第１の切断ステップＳ２０における第１の切断すべき厚さＴ１が前記設定数値（第１の数値）になるか否かを判断し、「イエス」であれば、加工パラメータを調整でき、次に、調整された加工パラメータを用いて被加工物１００の加工対象領域１１０に対して第２の切断ステップＳ４０を実行する。

加工パラメータが配向パラメータ（すなわち、被加工物に対する加工方向）であることを例として、第１の切断ステップＳ２０では、放電電極５２は、少なくとも１つの加工パラメータで放電エネルギーを被加工物１００の加工対象領域１１０に印加することにより、第１の切断方向Ｄ１に沿って被加工物１００を切断する。しかしながら、被加工物１００の第１の切断すべき厚さＴ１が設定数値（第１の数値）に増加した時に、本発明は、第１の調整ステップＳ３０を実行することにより、上記配向パラメータを第１の切断方向Ｄ１から第２の切断方向Ｄ２に変更する。続いて、第２の切断ステップＳ４０を実行する。第２の切断方向Ｄ２と第１の切断方向Ｄ１との間には、１８０度などの第１の夾角がある。しかしながら、本発明はこれに限定されず、上記第１の夾角は、例えば、０度～３６０度の間の範囲である。

同様に、第２の切断ステップＳ４０では、放電電極５２は、第２の切断方向Ｄ２で被加工物１００を切断する。第２の切断ステップＳ４０では、放電電極５２によって切断される被加工物１００の第２の切断すべき厚さＴ２が第２の数値に増加した時に、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、配向パラメータを再調整することにより（Ｓ５０）、配向パラメータを第２の切断方向Ｄ２から第３の切断方向Ｄ３に変更し、第３の切断方向Ｄ３に沿って前記被加工物１００の加工対象領域１１０に対して第３の切断ステップＳ６０を実行し、第３の切断ステップＳ６０では、被加工物１００の第３の切断方向Ｄ３における第３の切断すべき厚さＴ３は、第３の数値を有する。第２の数値は、例えば、第１の数値よりも小さいか、よりも大きいか又は等しい。上記第３の数値は、例えば、第１の数値又は第２の数値よりも小さいか、よりも大きいか又は等しい。本発明の一実施形態では、第２の数値は、第１の数値に等しく、第３の数値は、第１の数値（第２の数値）よりも小さい。第３の切断方向Ｄ３と第２の切断方向Ｄ２との間には第２の夾角があり、前記第２の夾角は、０度～３６０度の間、例えば、９０度であるが、本発明はこれに限定されず、上記第２の夾角は、例えば、０度～３６０度の間の範囲である。しかしながら、本発明の別の実施形態では、２段階切断を例として、第２の数値が第１の数値に等しく、放電電極５２によって切断される被加工物１００の第２の切断ステップＳ４０における第２の切断すべき厚さＴ２がすべて第２の数値（第１の数値）に増加していない時に、本発明は、切断が完了するまで、上記第２の切断方向Ｄ２で被加工物１００を切断することができる。２段階切断では、本発明の第２の切断すべき厚さＴ２はすべてインゴットの直径よりも小さいため、本発明の被加工物１００を切断する速度は、依然として従来の非段階的切断技術よりも速くなり、必要な総切断時間はより短くなる。

被加工物１００がインゴットであることを例として、本発明の特色としては、指定されたパラメータ（第１の切断すべき厚さＴ１、第２の切断すべき厚さＴ２及び第３の切断すべき厚さＴ３など）の数値がすべてインゴットの直径よりも小さくなるため、従来の放電加工技術では、切断厚さが大きいため、切断速度が遅くなるという問題を解決することができる。さらに、上記列挙された３段階切断を例として、本発明の第３の切断すべき厚さＴ３の第３の数値は、第１の切断すべき厚さＴ１の第１の数値（すなわち、第２の切断すべき厚さＴ２の第２の数値）よりも小さく、勿論インゴットの直径よりも小さいため、第３の切断方向Ｄ３（左側から右側へ）に沿ってインゴットを完全に切断する場合、本発明の被加工物１００を切断する速度は、従来の非段階的切断技術よりも速くなり、必要な総切断時間はより短くなる。

上記言及されている設定数値は、例えば、計算によるものであってもよく、例えば、使用者は、先ず被加工物のサイズを測定することにより、第１の切断すべき厚さＴ１の第１の数値が第３の切断すべき厚さＴ３の第３の数値よりも大きいという条件を満たす数値を取得し、次に、これらの数値を放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０に手動で入力することにより、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０が異なる切断すべき厚さ時の加工パラメータを調整し、この設定数値の設定については、切断すべき厚さと切断速度との関係に応じて最適な解決策を見つけることができる。又は、上記第１の切断すべき厚さＴ１、第２の切断すべき厚さＴ２及び第３の切断すべき厚さＴ３の数値は、例えば、学習アルゴリズムによって学習されるものであってもよく、例えば、複数回の実際の加工データに応じてデータベースを作成して、学習アルゴリズムによって最適化された加工パラメータを提供することにより、異なる厚さ時の加工パラメータを自動的に調整することができる。さらに又は、本発明は、第１の切断すべき厚さＴ１、第２の切断すべき厚さＴ２及び第３の切断すべき厚さＴ３の間の数値関係を考慮しなくてもよいが、使用者は、例えば、第１の切断すべき厚さＴ１の第１の数値及び／又は第２の切断すべき厚さＴ２の第２の数値を直接指定し、この第１の数値及び／又は第２の数値は、０よりも大きくインゴットの直径よりも小さい任意の数値であってもよい。被加工物１００の径方向断面が真円形であることを例とすると、上記設定数値（第１の数値）は、例えば、円内正方形の辺長と円の直径との間にあってもよい。しかしながら、他の実施態様では、上記設定数値（第１の数値）は、例えば、円内正方形の辺長以下であってもよい。すなわち、上記第２の切断すべき厚さＴ２又は第３の切断すべき厚さＴ３がインゴットの直径よりも小さい限り、全体的な切断速度の向上に寄与する。例えば、他の実施態様では、放電電極５２は、第１の切断ステップＳ２０で第１の切断方向Ｄ１に沿って被加工物１００の加工対象領域１１０を部分的に切断する場合、本発明は、例えば、被加工物１００に対する加工方向を第１の切断方向Ｄ１から第２の切断方向Ｄ２に変更し、第２の切断方向Ｄ２に沿って第２の切断ステップＳ４０を実行することができる。同様に、放電電極５２は、第２の切断ステップＳ４０で第２の切断方向Ｄ２に沿って被加工物１００の加工対象領域１１０を部分的に切断する場合、本発明は、例えば、被加工物１００に対する加工方向を第２の切断方向Ｄ２から第３の切断方向Ｄ３に変更し、第３の切断方向Ｄ３に沿って第３の切断ステップＳ６０を実行することができ、以下同様とする。さらに、本発明の段階的切断技術は、３段階切断によって例示されるが、本発明は、上記列挙された３段階切断に限定されず、本発明は、２段階切断、４段階切断又はさらに多段階切断を実行してもよく、全体的な切断速度が従来の非段階的切断技術よりも速くなる限り、それらはいずれも本発明に適用できる。

続いで、加工パラメータが配向パラメータ（すなわち、被加工物に対する加工方向）であることを例として、本発明は、例えば、被加工物１００の配置方向を調整することにより、送り方向を変更するという効果を達成できる。被加工物１００の配置方向を自動的に変更することを例として、図２に示すように、本発明の載置ステージ２０は、例えば、多軸（２軸、３軸又は以上など）モータを備えた可動載置ステージであってもよく、これにより治具２２の放電電極５２に対する加工方向を変更し、放電電極５２が前記第１の切断方向Ｄ１、第２の切断方向Ｄ２、第３の切断方向Ｄ３又は他の方向から被加工物１００を切断するようにする。又は、図２に示すように、送給リール５６ａ及び巻取リール５６ｂなどの本発明の放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０は、例えば、多軸（２軸、３軸又は以上など）モータを備えてもよく、放電加工（ＥＤＭ）ユニット５０の送り方向を調整して、放電電極５２の被加工物１００に対する加工方向を変更することにより、放電電極５２が前記第１の切断方向Ｄ１、第２の切断方向Ｄ２、第３の切断方向Ｄ３又は他の方向から被加工物１００を切断することができる。被加工物１００の配置方向を手動で変更することを例として、使用者は、例えば、載置ステージ２０上の被加工物１００の配置方向を手動で変更することにより、放電電極５２は、前記第１の切断方向Ｄ１、第２の切断方向Ｄ２、第３の切断方向Ｄ３又は他の方向から被加工物１００を切断することができる。

また、本発明の加工パラメータは配向パラメータによって例示されるが、本発明を限定するものではない。加工パラメータは、例えば、配向パラメータ、放電電気的パラメータ、残渣排出パラメータ、及び、移動及び張力パラメータのうちの１つ又は複数であってもよい。詳しくは、配向パラメータは、例えば、被加工物に対する加工方向であり、放電電気的パラメータは、ピーク電流（放電中に放電電極の２つの極の間を流れる最大電流）、被加工物が放電電極から離れた時の電圧、放電パルス持続時間、放電パルス休止時間、放電電極と被加工物との間のサーボ基準電圧のうちの１つ又は複数を含み、残渣排出パラメータは、放電電極に提供された残渣排出溶液の流速を含み、残渣排出溶液は、例えば、水、好ましくは脱イオン水であり、残渣排出溶液は、例えば、放電電極の両端点の間に提供され、移動及び張力パラメータは、放電電極の移動速度及び放電電極の張力のうちの１つ又は複数を含む。電極間電圧（放電電極とワーク電極との間の電圧）は、約０～約３００Ｖの範囲であり、放電パルス持続時間は、約５μｓ～約２４００μｓの範囲であり、放電パルス休止時間は、約５μｓ～約２４００μｓの範囲である。換言すると、本発明は、加工パラメータが、例えば、様々な放電加工パラメータを含んでもよいが、これらの加工パラメータのうちの１つ又は複数を調整することに限定されない。さらに、本発明は、好ましくは、異なる切断すべき厚さに応じて、上記加工パラメータを調整してもよい。

また、図３及び図４ｂに示すように、放電電極５２の表面と、被加工物１００の進行方向における表面（切断面１００ａ）及び非進行方向における表面（切断面１００ｂ、１００ｃ）との間には隙間があり、この隙間内に、誘電体材料として空気、脱イオン水又は油などの絶縁材料又は他の適切な絶縁性物質が充填される。例えば、脱イオン水中で放電加工ステップが実行される場合、脱イオン水は上記隙間を充填する。同様に、大気環境で放電加工ステップが実行される場合、空気は上記隙間を充填する。また、図３に示すように、本発明の第２の実施例では、液体タンク５９ａ内で放電加工ステップが実行される場合、液体５９ｂは上記隙間を充填し、液体タンク５９ａ内の液体５９ｂは、例えば、油などの加熱可能な液体であり、熱衝撃を低減させ、又は熱均一性を向上させることができる。また、放電加工手順中に、本発明は、液体圧力によって被加工物１００の振れを低減させ、切断面１００ｂ、１００ｃの表面粗さを低減させることができ、放電加工品質を向上させることに寄与する。上記のように、図４ａに示すように、本発明は、１つの放電電極５２（単一の導電性構造）で１つの被加工物（すなわち、単一の固体構造）を切断することを例として説明するが、本発明はこれに限定されない。図７ａに示すように、本発明の放電電極５２は、例えば、複数の被加工物１００（すなわち、複数の固体構造）に対して放電加工手順を同時に実行してもよく、すなわち、放電電極５２は、複数の被加工物１００を同時に切断することができる。同様に、本発明は、複数の分離された放電電極５２（複数の導電性構造）で１つの被加工物１００（図７ｂに示される）又は複数の被加工物（図７ｃに示される）に対して切断手順を同時に実行してもよい。さらに、本発明の放電加工手順は、上記液状又はガス状などの流体中で実行されることに限定されず、真空環境で実行されてもよい。換言すると、本発明の放電加工手順は、放電電極５２で被加工物１００を湿式切断できる（すなわち、液体タンク５９ａ内で実行される）ことに加えて、放電電極５２で被加工物１００を乾式切断できる（すなわち、空気又は真空環境で実行される）。本発明は、放電電極５２による被加工物１００の乾式切断中に、放電電極５２を選択的に降温してもよく、例えば、液体又はガスなどの降温流体を用いて放電電極５２を降温させ又は温度を維持させ、又は、液体又はガスなどの降温流体を用いることなく、放電電極５２を放電エネルギーによって昇温させてもよい。

また、本発明は、さらに選択的に埋めステップを実行してもよく、例えば、超音波ユニット９５などの外力外乱源を用いて超音波を提供し、加工対象領域１１０の切断面１００ｂ、１００ｃの表面亀裂を埋め材で埋めるようにし、これらの余分な表面亀裂の連続的な拡大を回避することにより、その構造を強化できるだけでなく、切断ステップＳ２０、Ｓ４０又はＳ６０を高速（さらに加速）実行する効果を達成できる。埋め材の組成は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ又はＩｎＰなどの材料であってもよいが、これらに限定されず、埋め剤又は接着剤などの、亀裂を埋めるのに適する任意の材料は、いずれも本発明に適用できる。超音波の周波数範囲は、例えば、約１５ＫＨｚ～約３０ＫＨｚであるが、これに限定されない。この埋めステップは、好ましくは、流体中で実行され、この流体は、例えば、油又は水などの液体５９ｂ又は空気などの伝導媒体であり、超音波は、流体中に流体液滴及び衝撃圧力波を発生させて、埋め材の材料粒子を加工対象領域１１０の切断面又は薄型化面の表面亀裂に埋め込むようにする。また、本発明は、特定の構造の超音波ユニット９５に限定されず、超音波ユニット９５が超音波を提供する方向も特に限定されず、任意の方向であってもよく、埋め効果を達成できる限り、本発明に適用できる。本発明は、切断手順では、熱源７０を用いて被加工物を加熱してもよい。熱源７０は、例えば、前記液体タンク５９ａ、マイクロ波又は高周波源６０、又はレーザー源、及び／又は赤外線光源であってもよい。また、本発明は、上記熱源７０によって提供された熱エネルギーにより、分離又は切断された固体構造（第１の半部の構造１００ａなど）の表面又はその改質層１２０の表面を酸化し又は他の化学反応を発生させて、酸化ケイ素又は酸化物などの埋め材を形成し、さらに表面亀裂を埋めて表面亀裂の伝播を防止することができる。

上記のように、本発明の加工パラメータを調整可能な放電加工装置及び放電加工方法は、以下の利点を有する。

（１）段階的切断技術により、放電加工切断厚さが大きいため、総切断時間が長くなるという問題を解決することができる。

（２）段階的切断技術により、指定されたパラメータが設定数値に変化した時に、送り方向を直ちに変更する。

（３）段階的切断技術により、切断すべき厚さが設定数値よりも大きい場合、送り方向を直ちに変更し、厚さの大きな切断すべき面を、複数の厚さの小さな切断面に分割することにより、放電加工切断厚さが大きいため、切断速度が遅くなるという問題を解決することができる。

以上の記述は例を挙げたものにすぎず、限定するものではない。本発明の精神及び範疇から逸脱しない、それに対して行ういかなる同等効果の修正又は変更も、添付の請求の範囲に含まれる。

１０：放電加工装置
２０：載置ステージ
２２：治具
５０：放電加工（ＥＤＭ）ユニット
５２：放電電極
５４：電力源
５６ａ：送給リール
５６ｂ：巻取リール
５７ａ、５７ｂ：プーリ
５９ａ：液体タンク
５９ｂ：液体
６０：マイクロ波又は高周波源
７０：熱源
９５：超音波ユニット
１００：被加工物
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：切断面
１１０：加工対象領域
Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０：ステップ
Ｄ１：第１の切断方向
Ｄ２：第２の切断方向
Ｄ３：第３の切断方向
Ｔ１：第１の切断すべき厚さ
Ｔ２：第２の切断すべき厚さ
Ｔ３：第３の切断すべき厚さ

Claims (26)

1. 切断手順を実行するための加工パラメータを調整可能な放電加工装置であって、
   加工対象領域が画定される少なくとも１つの被加工物を載置するための載置ステージと、
   前記切断手順の第１の切断ステップで、少なくとも１つの放電電極を用いて少なくとも１つの加工パラメータで第１の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域を切断するための放電加工（ＥＤＭ）ユニットであって、前記加工パラメータは、前記被加工物の指定されたパラメータが第１の数値に変化した時に応じて調整されることにより、調整された前記加工パラメータを用いて前記被加工物の前記加工対象領域に対して第２の切断ステップを実行する、放電加工（ＥＤＭ）ユニットと、を含み、
   前記指定されたパラメータは、前記被加工物の第１の切断すべき厚さを含み、
   前記加工パラメータは、前記被加工物の前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値に増加した時に応じて調整されることにより、調整された前記加工パラメータを用いて前記被加工物の前記加工対象領域に対して前記第２の切断ステップを実行し、
   前記加工パラメータは配向パラメータであり、前記被加工物の前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値に増加した時に、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットは、前記配向パラメータを前記第１の切断方向から第２の切断方向に変更することにより、前記第２の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して前記第２の切断ステップを実行することを特徴とする加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
2. 前記加工パラメータは、配向パラメータ、放電電気的パラメータ、残渣排出パラメータ、及び、移動及び張力パラメータのうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
3. 前記配向パラメータは、前記被加工物に対する加工方向であり、前記放電電気的パラメータは、ピーク電流、前記被加工物が前記放電電極から離れた時の電圧、放電パルス持続時間、放電パルス休止時間、及び、前記放電電極と前記被加工物との間のサーボ基準電圧のうちの１つ又は複数を含み、前記残渣排出パラメータは、前記放電電極に提供された残渣排出溶液の流速を含み、前記移動及び張力パラメータは、前記放電電極の移動速度及び前記放電電極の張力のうちの１つ又は複数を含む、請求項２に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
4. 前記第２の切断方向と前記第１の切断方向との間には、第１の夾角がある、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
5. 前記第１の夾角は１８０度である、請求項４に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
6. 前記被加工物の前記第２の切断ステップにおける第２の切断すべき厚さは、前記第１の数値よりも小さい、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
7. 前記第２の切断ステップにおける前記放電電極による前記被加工物の切断速度は、前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値になった時の、前記放電電極による前記被加工物の切断速度よりも大きい、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
8. 前記被加工物の前記第２の切断ステップにおける第２の切断すべき厚さが第２の数値に増加した時に、前記放電加工（ＥＤＭ）ユニットは、前記配向パラメータを前記第２の切断方向から第３の切断方向に変更することにより、前記第３の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して第３の切断ステップを実行し、前記被加工物は、前記第３の切断ステップで第３の切断すべき厚さを有する、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
9. 前記第３の切断方向と前記第２の切断方向との間には、第２の夾角がある、請求項８に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
10. 前記第２の夾角は９０度である、請求項９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
11. 前記被加工物の前記第３の切断ステップにおける前記第３の切断すべき厚さは、前記第１の数値又は前記第２の数値よりも小さい、請求項８に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
12. 前記第３の切断ステップにおける前記放電電極による前記被加工物の切断速度は、前記放電電極による前記被加工物の、前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値になった時の切断速度、又は前記第２の切断すべき厚さが前記第２の数値になった時の切断速度よりも大きい、請求項８に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
13. 前記切断手順で前記被加工物を加熱する熱源をさらに含む、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
14. 前記放電電極は、流体中で前記被加工物の前記加工対象領域を切断する、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
15. 前記被加工物の数は、１つ又は複数である、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
16. 前記放電電極の数は、１つ又は複数である、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
17. 前記放電電極は、真空環境で前記被加工物の前記加工対象領域を切断する、請求項１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置。
18. 請求項１～３のいずれか１項に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工装置を用いて切断手順を実行する、ことを特徴とする加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
19. 切断手順を実行するための加工パラメータを調整可能な放電加工方法であって、
    載置ステージに載置され、加工対象領域が画定される少なくとも１つの被加工物を用意するステップと、
    少なくとも１つの放電電極を介して少なくとも１つの加工パラメータで第１の切断方向に沿って放電エネルギーを前記被加工物の前記加工対象領域に印加することにより、前記被加工物の前記加工対象領域を切断する第１の切断ステップを実行するステップと、
    前記被加工物の第１の切断すべき厚さが第１の数値に増加した時に応じて、前記加工パラメータを調整する第１の調整ステップを実行するステップと、
    前記放電電極を介して前記第１の調整ステップで調整された前記加工パラメータで前記放電エネルギーを前記被加工物の前記加工対象領域に印加することにより、前記被加工物の前記加工対象領域を切断する第２の切断ステップを実行するステップと、を含み、
    前記加工パラメータは配向パラメータであり、前記第１の切断ステップでは、前記被加工物の前記第１の切断すべき厚さが前記第１の数値に増加した時に、前記第１の調整ステップを実行することにより、前記配向パラメータを前記第１の切断方向から第２の切断方向に変更し、前記第２の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して前記第２の切断ステップを実行することを特徴とする加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
20. 前記被加工物の前記第２の切断ステップにおける第２の切断すべき厚さは、前記第１の数値よりも小さい、請求項１９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
21. 前記第２の切断ステップでは、前記放電電極によって切断される前記被加工物の第２の切断すべき厚さが第２の数値に増加した時に、第２の調整ステップを実行することにより、前記配向パラメータを前記第２の切断方向から第３の切断方向に変更し、前記第３の切断方向に沿って前記被加工物の前記加工対象領域に対して第３の切断ステップを実行する、請求項１９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
22. 前記被加工物の前記第３の切断ステップにおける第３の切断すべき厚さは、前記第１の数値又は前記第２の数値よりも小さい、請求項２１に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
23. 前記第１の調整ステップは、前記被加工物の配置方向を変更して前記加工パラメータを調整する、請求項１９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
24. 前記第１の調整ステップは、前記放電電極の前記被加工物に対する送り方向を変更して前記加工パラメータを調整する、請求項１９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
25. 前記第１の調整ステップは、前記載置ステージを用いて前記被加工物の配置方向を変更して前記加工パラメータを調整する、請求項１９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。
26. 埋めステップを実行することにより、前記切断手順で前記加工対象領域に形成された表面亀裂を埋めるステップをさらに含む、請求項１９に記載の加工パラメータを調整可能な放電加工方法。