JP2014000661A - 給電子ユニット、ワイヤ放電加工システム、給電方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ電極との接触距離を調整するために給電子を摺動させる機構が必須な場合であっても、給電子を摺動させるための隙間からの放電を低減させる。
【解決手段】放電によりワークを切断するワイヤ放電加工装置においてワイヤ電極に給電子を接触させる給電子ユニットが、給電子を保持する導電性である給電子ホルダを備え、給電子ホルダに加工電源を供給することで保持している給電子に給電し、給電子ホルダを格納するための空洞を有する給電子ホルダ格納部と、給電子ホルダの外周面の一部が給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が当該空洞をスライドすることで、給電子が前記ワイヤ電極と接触する方向に移動可能な摺動面と、を備える。

【選択図】 図１７

Description

給電子ユニット、ワイヤ放電加工システム、給電方法に関する。

シリコンインゴットを多数の薄片にスライスするための装置としてワイヤソーが知られているが、近年マルチワイヤを使用して放電加工技術により部材を薄板に加工するマルチワイヤ放電加工装置がある。

そのワイヤ放電加工装置に関する技術の中では、例えば先行文献１には、給電子と側面同士が接する導電性材料のカバーに直接配線を接続し、当該カバーにて給電子を取り付け、給電子をワイヤ電極に押圧する技術が開示されている。

特開平５−３３７７４６号公報

ワイヤ放電加工装置は加工部で放電することによりワークを切断するが、加工部まで加工電源を供給するまでの途中で放電が発生してしまう場所が存在すると、その場所でも放電が発生し、その場所にある部品が劣化してしまうという問題が起こる。

本願発明は、ワイヤ電極との接触距離を調整するために給電子を摺動させる機構が必須な場合であっても、給電子を摺動させるための隙間からの放電を低減させる仕組みを提供することを目的とする。

本願発明は、放電によりワークを切断するワイヤ放電加工装置においてワイヤ電極に給電子を接触させる給電子ユニットであって、給電子を保持する導電性である給電子ホルダを備え、前記給電子ホルダに加工電源を供給することで前記保持している給電子に給電し、前記給電子ホルダを格納するための空洞を有する給電子ホルダ格納部と、前記給電子ホルダの外周面の一部が前記給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が当該空洞をスライドすることで、前記給電子が前記ワイヤ電極と接触する方向に移動可能な摺動面と、を備えること特徴とする。
また、前記加工電源を、前記給電子ホルダの前記摺動面ではない位置に配置されている接点に供給することを特徴とする。

また、前記給電子の材質は超硬合金であり、前記給電子ホルダの材質は前記超硬合金よりも硬度が低い金属であり、前記接点に、前記加工電源を接続するための加工がされていることを特徴とする。

本願発明により、ワイヤ電極との接触距離を調整するために給電子を摺動させる機構が必須な場合であっても、給電子を摺動させるための隙間からの放電を低減させる仕組みを提供することが可能となる。

本願発明におけるマルチワイヤ放電加工システム。 本願発明におけるマルチワイヤ放電加工装置。 本願発明における給電子。 従来技術における電気回路図。 従来技術におけるマルチワイヤ放電加工装置。 本願発明における放電パルス。 本願発明における電気回路図。 本願発明におけるマルチワイヤ放電加工システム。 本願発明における給電子の配置の一例を示す図。 本願発明における給電子の配置の一例を示す図。 本願発明における給電子の配置の一例を示す図。 本願発明における給電子の配置の一例を示す図。 本願発明における給電子の配置による電流の流れ方を示す図。 本願発明における第１の冷却ユニットを示す図。 本願発明における第２の冷却ユニットを示す図。 従来技術における給電子ユニットの構造を示す図 本願発明における給電子ユニットの構造を示す図

図１を説明する。

図１は、本願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。

図１は本願発明におけるマルチワイヤ放電加工システムの構成を示す図である。マルチワイヤ放電加工システムは、マルチワイヤ放電加工装置１、電源装置２、加工液供給装置５０から構成されている。
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（ワイヤ電極）の間隔で被加工物を薄片にスライスすることができる。

１はマルチワイヤ放電加工装置であり、１には、サーボモータにより駆動されるワーク送り装置３がワイヤ１０３上部に設けられ上下方向にワーク１０５を移動できる。本願発明ではワーク１０５が下方向に送られ、ワーク１０５とワイヤ１０３の間で放電加工が行われるが、ワーク送り装置３をワイヤ１０３の下部へ設けワーク１０５を上方向へ移動してもよい。

２は電源装置であり、２には、サーボモータを制御する放電サーボ制御回路が放電の状態に応じて効率よく放電を発生させるために放電ギャップを一定の隙間に保つように制御し、またワーク位置決めを行い、放電加工を進行させる。

加工電源回路（図７）は、放電加工のための放電パルスをワイヤ１０３へ供給するとともに、放電ギャップで発生する短絡などの状態に適応する制御を行い、また放電サーボ制御回路への放電ギャップ信号を供給する。

５０は加工液供給装置であり、５０は、放電加工部の冷却、加工チップ（屑）の除去に必要な加工液をポンプによりワーク１０５とワイヤ１０３へ送液する共に、加工液中の加工チップの除去、イオン交換樹脂による比抵抗または電気伝導度（１μＳ〜２５０μＳ）の管理、液温（２０℃付近）の管理を行う。加工液には、主に水が使用されるが、放電加工油を用いることもできる。

８，９はメインローラであり、メインローラには、所望する厚さで加工出来るようにあらかじめ決められたピッチ、数で溝が形成されており、ワイヤ供給ボビン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、巻き取りボビンへ送られる。ワイヤ速度は１００ｍ／ｍｉｎから９００ｍ／ｍｉｎ程度が用いられる。

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、ワイヤ繰出し部から送られた１本のワイヤ１０３がメインローラ（２つ）の外周を周回し、並設されている複数本のワイヤ１０３を同一方向に走行させることができる。

ワイヤ１０３は図８に示すように、１本の繋がったワイヤであり、図示しないボビンから繰り出され、メインローラの外周面のガイド溝（図示しない）に嵌め込まれながら、当該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、図示しないボビンに巻き取られる。
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。

マルチワイヤ放電加工機１は、図１に示すように、マルチワイヤ放電加工機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２０と、ワーク送り装置３と、接着部４と、シリコンインゴット１０５と、加工槽６と、メインローラ８と、ワイヤ電極１０３と、メインローラ９と、給電子ユニット１０と、給電子１０４と、を備えている。

加工槽６は、所定の範囲の比抵抗（電気伝導度）に管理されたイオン交換水を、並設されたワイヤ電極とワークとが近接する位置（放電点）に加工液として供給している。

２０１は、ワイヤ電極と接する部分の材質が熱に弱い樹脂製であるガイドローラ８を、給電されている場合にワイヤ電極からの発熱から保護するために、ガイドローラの上部（第１の部位）にノズルから冷却水を噴射するための冷却水をガイドローラ８全体に分散させているパイプ（第１の冷却ユニット）である。

２０２は、ワイヤ電極と接する部分の材質が熱に弱い樹脂製であるガイドローラ９を、給電されている場合にワイヤ電極からの発熱から保護するために、ガイドローラの上部（第１の部位）にノズルから冷却水を噴射するための冷却水をガイドローラ９全体に分散させているパイプ（第１の冷却ユニット）である。

噴射される冷却水の比抵抗は、イオン交換水（加工液）の比抵抗とほぼ等しくなるように、冷却水の比抵抗も加工液と同様にイオン交換樹脂により管理されている。これは冷却水と加工液が混ざっても放電に影響をあたえないためである。

２０３は、ワイヤ電極と接する部分の材質は熱に強い超硬合金製である給電子１０４は、給電されている場合にワイヤ電極からの発熱に対してはガイドローラ９と比べて耐熱性が高いが、給電されている場合のワイヤ電極自身の電気抵抗値による発熱に加えて、さらにワイヤ電極が走行する状態で給電子１０４と接している場合のワイヤ電極と給電子との接触抵抗（摩擦熱）も発生し、この部位での発熱量はさらに増加する。
給電子１０４の表面（第２の部位）にノズルから冷却水を噴射するための冷却水を給電子１０４全体に分散させているパイプ（第２の冷却ユニット）である。

給電子１０４の表面にはとガイドローラの上部に比べて低い（弱い）噴射圧にて冷却水が噴射されている。これは給電子１０４の表面には、ガイドローラにあるワイヤ電極を拘束する機構がないため、冷却水の噴射によりワイヤ電極と給電子の接触状態を乱さないようにするためである。
このように給電子１０４の表面（第２の部位）に向けて噴射される冷却水の噴射圧を設定するために、図示しない第２設定部がある。

給電子１０４の表面（第２の部位）に噴射される噴射圧がガイドローラの上部（第１の部位）に噴射される噴射圧よりも低く（弱く）なるように、第１設定部および第２設定部の圧力がそれぞれ設定されている。

２０４はガイドローラ８の上部に噴射した冷却水が、外周に飛散せずガイドローラ８下部まで冷却水が流れるようにすることで、上部に噴射した冷却水を利用してガイドローラの表面（ワイヤ電極との接触面）全体を効率よく冷却するために、ガイドローラ８の外周を覆うように設置された外周板である。

２０５はガイドローラ９の上部に噴射した冷却水が、外周に飛散せずガイドローラ９下部まで冷却水が流れるようにすることで、上部に噴射した冷却水を利用してガイドローラの表面（ワイヤ電極との接触面）全体を効率よく冷却するために、ガイドローラ９の外周を覆うように設置された外周板である。
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。

８，９はメインローラ（ガイドローラ）であり、メインローラにワイヤ１０３が複数回巻きつけられており、メインローラに刻まれた溝に従い、所定ピッチでワイヤ１０３が整列している。
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。
メインガイドローラの間中央部の下部に、加工電源からの放電パルスを供給するため
に給電子１０４が設けられていてワイヤ１０３の１０本と接触させている（図３）。
給電子１０４の配置は、シリコンインゴット１０５の両端よりワイヤの長さが等しくなる位置を中心に設けてある。
給電子１０４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。
メインローラの間中央部の上部に、シリコンインゴット１０５を配置、ワーク送り装置３に取付け上下方向に移動し加工を行う。
メインローラの間中央部に加工槽６を設け、ワイヤ１０３およびシリコンインゴット１０５を浸漬し、放電加工部の冷却、加工チップの除去を行う

図３のように、ワイヤ１０３の本数を１０本に対して接触する給電子１０４を１個で示しているが、給電子当たりのワイヤ本数や給電子の総数は必要数に応じて増やすことは言うまでもない。

ブロック２０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１０５（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１０５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１０５（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、導電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１０５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１０５をワイヤ１０３に近づけることが可能となる。

加工槽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１０３と、シリコンインゴット１０５との間に、加工液を設けられることにより、ワイヤ１０３と、シリコンインゴット１０５との間で放電が起き、シリコンインゴット１０５を削ることが可能となる。

メインローラ８、９には、ワイヤ１０３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１０３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１０３が走行する。
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。

また、ワイヤ１０３は、伝導体であり、電源ユニット２から電圧が供給された給電子ユニット１０の給電子１０４と、ワイヤ１０３とが接触することにより、当該供給された電圧が給電子１０４からワイヤ１０３に印加される。（給電子１０４がワイヤ１０３に電圧を印加している。）

そして、ワイヤ１０３と、シリコンインゴット１０５との間で放電が起き、シリコンインゴット１０５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。
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（３００μｍ）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放電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。

４０１は加工電源（Ｖｍ）である。放電加工に必要な電流を供給するために設定される電圧である。Ｖｍは６０Ｖ〜１５０Ｖで任意の電圧に設定することができる。

４０２は加工電源（Ｖｓ）である。放電を誘発するために設定される電圧である。さらにワイヤとワークとの間にて極間電圧（極間電流）の状態をモニターする目的にも使用される。Ｖｓは６０Ｖ〜３００Ｖで任意の電圧に設定することができる。 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。

４０５は電流制限抵抗体（Ｒｍ）である。固定の抵抗値を設定することで、１本毎のワイヤ電流（Ｉｗ）や放電電流（Ｉｇ）を制限する。Ｒｍは１Ω〜１００Ωで任意の抵抗値に設定することができる。つまりＶｍ＝６０Ｖ（ボルト）、Ｖｇ＝３０Ｖ、Ｒｍ＝１０Ωとした場合で、Ｉｗ（Ｉｇ）＝（６０Ｖ−３０Ｖ）／１０Ω＝３Ａ（アンペア）となる。

なお、上記の計算式では、加工電源から給電点までの電圧降下を３０Ｖとしたが、ワイヤ抵抗（Ｒｗ）による給電点から放電点までの電圧降下は考慮していない。

つまり従来方式である個別給電方式の場合にはＩｗは、Ｒｍにより決定されるので、１本毎に所望のワイヤ電流（Ｉｗ）や放電電流（Ｉｇ）を得るためには、ワイヤ抵抗ＲｗがＲｍ＞Ｒｗの関係になるように設定される。

４０６は電流制限抵抗（Ｒｓ）である。固定の抵抗値を設定することで放電を誘発する電流を制限する。Ｒｓは１Ω〜１００Ωで任意の抵抗値に設定することができる。
４０７は極間電圧（Ｖｇ）である。放電中にワイヤ１０３とワーク１０５との間に印加される放電電圧である。
４０８は極間電流（Ｉｇ）である。放電中にワイヤ１０３とワーク１０５との間に流れる放電電流である。
４１０はワイヤ１本毎に個別に供給されるワイヤ電流（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放電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箇所の個別給電子から放電パルスを印加し、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６は、本願発明の極間電圧（Ｖｇｎ）及び極間電流（Ｉｇｎ）の変化とＴｒ１、Ｔｒ２のＯＮ／ＯＦＦ動作（タイミングチャート）を示す。グラフの横軸は時間である。

まずトランジスタＴｒ１５０３をＯＮし、電圧を印加する。このときワイヤ１０３とワーク１０５間は絶縁されているため、ほとんど極間電流は流れない。その後、放電を開始するとＶｇｎが電圧降下することで、放電を検出しＴｒ２をＯＮすると、大きな極間電流を得る。所定時間経過後にＴｒ２をＯＦＦする。Ｔｒ２のＯＦＦを所定時間経過した後に再び一連の動作を繰り返す。
図７を説明する。

図７は本願発明における複数本のワイヤ（１０本）に一括で放電電流を給電する一括給電での電気回路２を示す図である。放電電流が流れている状態を示している。
図８に示す電気回路２との等価回路を示している。

仮に図４に示す従来方式の電気回路４００を、複数のワイヤ（１０本）に一括で放電電流を給電する一括給電での電気回路にそのまま導入したとすれば、加工電源から給電点の間にて放電電流を制御するために、電流制限抵抗体Ｒｍ４０５の代わりに、複数のワイヤ（１０本）に供給される放電電流の合計（１０倍）の放電電流が供給されるように、Ｒｍを１０本（メインローラ８、９を巻回する周回数）で割った抵抗値の電流制限抵抗体を加工電源から給電点との間に設置すればよい。
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。

１０本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合には、１０本のワイヤで放電電流が均等に分散されるので、固定された抵抗値（Ｒｍ／１０本）に応じた放電電流が各ワイヤとワークとの間に供給されるので、過剰な放電電流の供給は問題とならない。

しかしながら、１０本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こらなかった場合には、固定された抵抗値（Ｒｍ／１０本）に応じた放電電流が放電状態になったワイヤとワークとの間に集中して供給されるので、過剰な放電電流の供給が問題となる。つまり、１０本の中で１本のみが放電状態になった場合には、本来１本のワイヤとワークに供給されるべき放電電流の１０倍の放電電流が、放電状態になっているワイヤとワークに供給され、ワイヤが断線してしまう。

本願発明の抵抗値Ｒｍｎ５０５は従来方式の電流制限抵抗体のように抵抗値を所定の値に固定するものではなく、１０本の中で１本のみが放電状態になった場合であっても、放電状態となった本数に応じて抵抗値が変動するように制御できる機構を備えている。

さらに、本願発明の抵抗値Ｒｍｎ５０５をＲｗｎ５０９と比べて十分に小さな抵抗値の範囲で変動させることで、放電電流を制限するにあたってＲｗｎ５０９が支配的になり、Ｒｍｎ５０５の影響はほぼ無視することができる。

つまり、加工電源部５０１から給電子１０４までの間にワーク１０５に放電する電流の下限を制限する抵抗体を備えなくてもよいということである。 つまり、Ｒｍｎを１０本（メインローラ８、９を巻回する周回数）で割った抵抗値よりも小さくすればよいということである。

つまり各ワイヤの抵抗Ｒｗｎ５０９であるインピーダンスを利用することで、各ワイヤの放電電流Ｉｇｎが安定して供給されるので、放電電流の集中が起こらない。
５０９はワイヤ１本毎のワイヤによる抵抗（Ｒｗｎ）である。
ここで給電子１０４から放電部までの抵抗値とは、給電子１０４と接触し、かつ走行するワイヤ（１本）による抵抗である。
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。

従来方式のように、ＲｍｎではなくＲｗｎを１本毎のワイヤ電流（Ｉｗ）や放電電流（Ｉｇ）を制限する抵抗とすることで、１本毎のワイヤ電流（Ｉｗｎ）や放電電流（Ｉｇｎ）を制限することができる。つまり給電点（給電子）と放電点（放電部）との距離（長さＬ）を変えることで任意の抵抗値に設定することができる。つまりＶｍｎ＝６０Ｖ、Ｖｇｎ＝３０Ｖ、Ｒｗｎ＝１０Ωとした場合には、Ｉｗｎ（Ｉｇｎ）＝（６０Ｖ−３０Ｖ）／１０Ω＝３Ａとなる。

なお、上記の計算式では、ワイヤ抵抗（Ｒｗｎ）による給電点から放電点までの電圧降下を３０Ｖとしたが、加工電源から給電点までの電圧降下を起こす抵抗（Ｒｍｎ）による給電点から放電点までの電圧降下は考慮していない。

つまり本願発明である一括給電方式の場合にはＩｗｎは、Ｒｍｎにより決定されるので、１本毎に所望のワイヤ電流（Ｉｗｎ）や放電電流（Ｉｇｎ）を得るためには、加工電源から給電点までの電圧降下を起こす抵抗ＲｍｎがＲｍｎ＜Ｒｗｎの関係になるように設定される。

また各ワイヤ個別のワイヤ抵抗Ｒｗｎは（１）ワイヤの材質による電気抵抗値ρ、（２）ワイヤの断面積Ｂ、（３）ワイヤの長さＬ、の３つのパラメータからＲｗｎ＝（ρ×Ｂ）／Ｌの関係式によりで定めることができる。

５０１は加工電源部（Ｖｍｎ）である。放電加工に必要な電流を供給するために設定される電圧である。Ｖｍｎは任意の電圧に設定することができる。さらに従来方式よりも放電電流の供給量が大きくなるので、４０１と比べると大きな電力を供給する。
加工電源部５０１は給電子１０４に加工電源（Ｖｍｎ）を供給する。

５０２は加工電源部（Ｖｓｎ）である。放電を誘発するために設定される電圧である。さらにワイヤとワークとの間にて極間電圧（極間電流）の状態をモニターする目的にも使用される。Ｖｓｎは任意の電圧に設定することができる。さらに従来方式よりも放電電流の供給量が大きくなるので、４０２と比べると大きな電力を供給する。
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電圧をそれぞれＶｇ１、Ｖｇ２、〜Ｖｇ１０とする。

放電によりワイヤ１０３とワーク１０５との間に極間電圧が印加される部分が放電部である。放電部において、走行する複数のワイヤと給電子との接触により走行する複数のワイヤに一括で給電された加工電源をワークに放電する。
５０８は極間電流（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電流をそれぞれＩｇ１、Ｉｇ２、〜Ｉｇ１０とする。

放電によりワイヤ１０３とワーク１０５との間に極間電流が流れる部分が放電部である。放電部において、走行する複数のワイヤと給電子との接触により走行する複数のワイヤに一括で給電された加工電源をワークに放電する。

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、すなわち給電点から放電点までのワイヤの長さである。
図８を説明する。
図８は本願発明における複数本のワイヤ（１０本）に一括で放電電流を給電する一括給電での電気回路２が複数本のワイヤに一括給電している図である。

１０４は給電子である。給電子１０４は走行する複数のワイヤに一括で接触する。シリコンインゴット１０５と対向する位置に設けた、１箇所の給電子１０４から放電パルスを印加し、放電加工を行う。
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、説明する。

図８に示すように、給電点（給電子１０４とワイヤ１０３が接触する位置）から放電点（ワイヤ１０３とワーク１０５との間）に流れる電流は左右のメインローラの２方向に流れるので、各方向に対するワイヤ抵抗が存在している。
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。

ワイヤ１０３の材質の主成分は鉄であり、ワイヤの直径は０．１２ｍｍ（断面積０．０６×０．０６×πｍｍ^２）である。ワイヤの抵抗値Ｒｗ１ａ、Ｒｗ１ｂはそれぞれ、同じ長さ（Ｌ１＝Ｌ２＝１ｍ）であるので各々のワイヤ抵抗値は同一の２０Ω程度とすればＲｗ１ａとＲｗ１ｂによる１本（メインローラ８、９を１周巻回する）の合成のワイヤ抵抗値は１０Ω程度となる。

ここで、給電子（給電点）からワーク（ワーク）まで（１ｍ）のワイヤ電極１本当たりの、ワイヤ電極自身の抵抗値（２０Ωの場合）による損失を計算してみると、
Ｉｗ１の半分×Ｉｗ１の半分×Ｒｗ１ａ×ＤｕｔｙＦａｃｔｏｒ（放電ＯＮ時間の比率）が電力損失（Ｗｓ）であるので、

Ｗｓ＝１．５Ａ×１．５Ａ×２０Ω×０．５＝２２．５Ｗとなり、ワイヤ電極１本当たり、Ｗｓ＝２２．５Ｗの分の発熱が発生する。つまりワイヤ電極の本数Ｎに比例して、このＷｓもＮ倍になるため、ワイヤ電極自体の冷却とワイヤ電極に接触する部分の冷却が必要となる。

よって第１の冷却ユニットは、給電子を介して並設されたワイヤ電極に加工電源が給電されている場合には、複数のガイドローラの回動により並設されたワイヤ電極が同一方向に走行しているかいなかに関わらずガイドローラの表面とワイヤ電極とが接触している部位は（第１の部位）を冷却している必要がある。

つまり、複数のガイドローラの回動により並設されたワイヤ電極が同一方向に走行していない時でも、給電子の位置との距離が離れているガイドローラの表面は冷却しなければならない。

また、図８のようにＬ１及びＬ２の長さによるワイヤ抵抗値を同じ抵抗値にするために、Ｌ１とＬ２の長さが同じになるように給電子１０４を配置することが好ましいが、Ｌ１とＬ２の長さの違いが１０％程度（例えばＬ１が１ｍでＬ２が１．１ｍ）ことなるように給電子１０４を配置しても特に問題はない。
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、１０本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合のＲｍｎを計算すると、全てのワイヤで放電状態となり１０本のワイヤにＩｗ１＝３Ａが流れている場合は、加工電源から給電点との間では全体で１０本×３Ａ＝３０Ａの加工電流が必要となり、この加工電源から給電点との間の電圧降下をＶｍｎの１００分の１（０．６Ｖ）とすれば、この場合のＲｍｎは以下のようになる。
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本の加工電流を求めると（６０Ｖ−３０Ｖ）／（（１０Ω／１０本）＋０．０２Ω）＝２９．４１Ａとなり
ワイヤ一本当たりの加工電流は２．９４１Ａとなる。

また、１０本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こらなかった場合に１本のワイヤ電流が流れたとしても、ワイヤ一本当たりの加工電流は（６０Ｖ−３０Ｖ）／（１０Ω＋０．０２Ω）＝２．９９４Ａとなり、１０本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合と比べても大きな差は生じない。

また更なる効果として、複数本であるＮ本（メインローラ８、９をＮ周巻回する）のワイヤに１箇所（一括）で給電する場合には、１本のワイヤ毎に個別に給電したときの加工速度に比べて加工速度が１／Ｎとなるが，本願発明によれば、Ｎ本のワイヤへ１箇所（一括）で給電した場合においても１本のワイヤへ個別に給電したときと同等の加工速度を維持することができる。
図９を説明する。
１００本のワイヤに一括で給電する給電子を配置した場合を示した図である。
この場合の給電子1個の長さは３０ｃｍ程度である。

本願発明のマルチワイヤ放電加工システムにおいては１つの加工電源及び１つの給電子からワイヤに供給される加工電流の総電流は給電子が接触しているワイヤの本数に比例するのではなく、放電状態が均一にかつ同時に起こったワイヤの本数に比例するので、

図８で説明したように、１０本のワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合には、Ｒｍｎを考慮して１０本のワイヤに供給される加工電流の総電流を求めると（６０Ｖ−３０Ｖ）／（（１０Ω／１０本）＋０．０２Ω）＝２９．４１Ａとなり、この時にワイヤ一本当たりに流れている加工電流は２．９４１Ａである。

よって、１００本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合には、Ｒｍｎを考慮して１００本のワイヤに供給される加工電流の総電流（最大）を求めると（６０Ｖ−３０Ｖ）／（（１０Ω／１００本）＋０．０２Ω）＝２５０Ａとなり、この時にワイヤ一本当たりに流れている加工電流は２．５Ａとなる。

このように、１つの加工電源及び１つの給電子から、もし１００本のワイヤに一括で給電し、１００本のワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合には、６０Ｖ×２５０Ａ＝１５ｋＷの大きな加工電源の供給能力が必要となる。

また、１つの加工電源及び１つの給電子から、もし１００本のワイヤに一括で給電し、１０本のワイヤとワークとの間でしか放電状態が均一にかつ同時に起こらなかった場合には、加工電源の供給能力は６０Ｖ×２９．４１Ａ＝１．７ｋＷになり、ワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こっているワイヤに供給する総電流の変動幅が大きくなり、総電流を制御するための加工電源の負荷が増大する。
図１０を説明する。
図１０は、２０本のワイヤに一括で給電する給電子を並べて配置した場合を示した図である。
この場合の給電子１個の長さは６ｃｍ程度である。

この時、２０本全てのワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合には、Ｒｍｎを考慮して１００本のワイヤに供給される加工電流の総電流（最大）を求めると（６０Ｖ−３０Ｖ）／（（１０Ω／２０本）＋０．０２Ω）＝５７．６９Ａとなり、この時にワイヤ一本当たりに流れている加工電流は２．８８４６Ａとなる。

このように、１つの加工電源及び１つの給電子から、２０本のワイヤに一括で給電し、２０本のワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こった場合には、６０Ｖ×５７．６９Ａ＝３．４ｋＷとなり、図９の場合とくらべて、大きな加工電源の供給能力は必要なく、ワイヤとワークとの間で放電状態が均一にかつ同時に起こっているワイヤに供給する総電流の変動幅は小さくなり、総電流を制御するための加工電源の負荷が低減する。

加工電源の負荷側のケーブル等での短絡が発生した場合の電気的な保護を考慮すると、加工電源の１ユニット当たり、数十Ａとするのが適切である。ワイヤ一本当たりに流れる電流の最大値は各ワイヤの抵抗Ｒｗｎにより制限することができるので、ワイヤ一本に流れる電流が例えば３Ａとすると、一つの給電子に供給する加工電源の供給電流が３０Ａである加工電源を使用する場合、一括給電するワイヤの本数を１０本以下、または供給電流６０Ａである加工電源を使用する場合、一括給電するワイヤの本数を２０本以下に制限すれば、加工電源の供給能力を超えることはない。

よって、１００本のワイヤへの給電する場合には、供給能力が等しい加工電源を５ユニットまたは１０ユニットとして、それぞれに対応するよう給電子を５個ないしは１０個設ければ、加工電源の供給能力に対しての関係を維持することができる（給電子毎に加工電源を個別に供給する加工電源部）。
図１１を説明する。
図１１は、２０本のワイヤに一括で給電する給電子を並べて配置した場合を示した図である。

図１０のように給電子を並べて配置した場合、近接する（隣合う）給電子の間に隙間ができてしまう。本願発明による並設されたワイヤの間隔（ピッチ）は０．３ｍｍ（３００μｍ）程度であり、近接する給電子の間に隙間を走行するワイヤには給電されないという課題が生じる。よって図１１のように近接する給電子をワイヤが走行する方向と垂直な方向に整列しないように配置すれば、隙間の問題を解消することができる。

さらに整列しないように配置されている給電子のセットをワイヤが走行する方向と垂直な方向に繰り返し整列するように配置すれば、給電子を広げて配置することにより発生する、スペース幅が小さくなり、給電子を並べて配置するために必要なスペースをワイヤ表面上に確保する必要がなくなり、マルチワイヤ放電加工装置をコンパクトに設計することが可能となる。
図１２を説明する。
図１２は、２０本のワイヤに一括で給電する給電子を並べて配置した場合を示した図である。

図１１のように給電子を並べて配置した場合、配置する給電子同士の間隔や位置に高い精度を求められ、劣化により定期的に交換する必要のある給電子を取り換えて再配置する場合に非常の手間となる。

本願発明によれば、近接する２つの給電子が重複して接触しているワイヤの本数は何本でもよく、さらに重複して接触しているワイヤの本数が一定ではないように、給電子が配置されていても特に問題はない。例えば給電子を１００個配置する場合に、位置精度よく給電子を均等に配列する必要はなく、一部がオーバラップするように配置すれば、全てのワイヤに給電することが可能となる。理由の詳細は図１３で説明する

また、近接する２つの給電子に供給される加工電源のパルスが同一になるように、個別に供給する加工電源を制御する電源制御部を備えている。もし同一のパルスが供給されないと、オーバラップしている部分とオーバラップしていない部分とで印加するパルス条件（時間等）のずれが生じてしまい、放電加工の条件が異なってしまうからである。
図１３を説明する。
図１３は、複数本のワイヤの中の一部のワイヤに、近接する２つの給電子（ＡとＢ）が重複して接触するように配置されている場合を示している。

前述したように、ワイヤ一本当たりに流れる電流の最大値は各ワイヤの抵抗Ｒｗｎにより制限することができるので、重複しているワイヤに流れるＩｗ８＋Ｉｗ１’の合算の電流値と、重複していないワイヤに流れるＩｗ７の単独の電流値がほぼ等しくなるように流れるので、重複しているワイヤと重複していないワイヤとで、ワークの加工精度が不均一になることはない。
図１４を説明する。

図１４は第１の冷却ユニット（２つ）が、ガイドローラ（２つ）の表面（ワイヤ電極との接触面）に冷却水が散布されるように、全ての並設するワイヤ電極とガイドローラ（２つ）よりも上から、下に向けて冷却水を分散させて噴射している状態を示した図である。
図１５を説明する。

図１５は第２の冷却ユニット（１つ）が、給電子（多数）の表面（ワイヤ電極との接触面）に冷却水が散布されるように、全ての並設するワイヤ電極と給電子（多数）よりも下から、上に向けて冷却水を分散させて噴射している状態を示した図であるが、仮に給電子の配置位置がワイヤ電極よりも下で給電子（多数）の表面に接するように配置されている場合には、全ての並設するワイヤ電極と給電子（多数）よりも上から、下に向けて冷却水を分散させて噴射しても何ら問題はない。
図１６を説明する。
図１６は従来技術における給電子ユニット１０の構造を示す図である。
３０１は給電子を保持するための、導電性の材質の給電子ホルダである。

給電子ホルダの役割は、給電子を保持すること、給電子ホルダの外周面の一部を給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部がスライドすることで、給電子を保持する給電子ホルダをワイヤ電極と接触する方向（またはその逆方向）に摺動させることである。
３０２Ａは給電子ホルダ側のスライド面（給電子ホルダの外周面の一部）である。
３０２Ｂは給電子ホルダ格納部側のスライド面（空洞）である。

３０２Ａと６０２Ｂとの間には給電子ホルダが摺動をスムーズに行うための隙間（スペース）がある。隙間にも加工電源が流れることで給電子ホルダ３０１に給電される。
３０３は、電線５１３を介して給電された加工電源と給電子ホルダ格納部との接点である。

３０４は給電子ホルダを空洞に格納し、格納した給電子ホルダをスライドさせて給電子１０４とワイヤ電極１０３との距離を調整する給電子ホルダ格納部であり、接点３０３に加工電源が直接供給される。
（Ａ）は給電子と給電子ユニットが一体となった構造を示している。
（Ｂ）給電子ホルダ格納部と電線が一体となった構造を示している。
（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）が一体となった給電子ユニットの構造を示している。
（Ｄ）は（Ｃ）を下から見た場合の給電子ユニットの構造を示している。

この構造では給電位置（接点）３０３から給電子１０４に加工電源が流れるまでの間に給電子ホルダを摺動させるためのわずかな隙間（スペース）があるので、この隙間（スペース）からも放電が発生してしまい、放電により給電子ホルダの摺動性が劣化してしまうという問題がある。
図１７を説明する。
図１７は本願発明における給電子ユニット１０の構造を示す図である。
給電子ユニット１０の役割は、放電によりワークを切断するワイヤ放電加工装置１においてワイヤ電極１０３に給電子１０４を接触させることである。
６０１は給電子を保持するための、導電性の材質の給電子ホルダである。
給電子ホルダ６０１の材質は超硬合金よりも硬度が低い金属である。
この材質を利用して、給電子１０４の保持部や加工電源を接続するための接点等の形状加工を給電子ホルダ６０１に容易にすることができる。

給電子ホルダの役割は、（１）給電子を保持すること。（２）接点６０３に加工電源が直接供給され保持している給電子に給電すること。（３）給電子ホルダの外周面の一部を給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が給電子ホルダ格納部の空洞をスライドすることで、給電子を保持する給電子ホルダをワイヤ電極と接触する方向（またはその逆方向）に摺動させることである。
６０２Ａは給電子ホルダ側のスライド面（給電子ホルダの外周面の一部）である。

つまりスライド面とは、給電子ホルダの外周面の一部が給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が当該空洞をスライドすることで、給電子１０４がワイヤ電極１０３と接触する方向に移動可能な摺動面である。
６０２Ｂは給電子ホルダ格納部側のスライド面（空洞）である。また空洞は給電子ホルダを格納するためにも使用する。
６０２Ａと６０２Ｂとの間には給電子ホルダが摺動をスムーズに行うための隙間（スペース）がある。
６０３は、電線５１３を介して給電された加工電源と給電子ホルダとの接点である。
加工電源は電線５１３から、給電子ホルダの摺動面ではない位置に配置されている接点６０３に供給される。

６０４は給電子ホルダを空洞に格納し、格納した給電子ホルダをスライドさせて給電子１０４とワイヤ電極１０３との距離を調整する給電子ホルダ格納部である。

この構造では給電位置（接点）３０３から給電子１０４に加工電源が流れるまでの間に隙間（スペース）がないので、隙間（スペース）から放電が発生することはなく放電により給電子ホルダの摺動性が劣化することがない。
（Ａ）は給電子と給電子ユニットと電線が一体となった構造を示している。
（Ｂ）給電子ホルダ格納部の構造を示している。
（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）が一体となった給電子ユニットの構造を示している。
（Ｄ）は（Ｃ）を下から見た場合の給電子ユニットの構造を示している。

尚、本願発明のマルチワイヤ放電加工システムでスライスされた半導体インゴットは、半導体デバイス用の基板または太陽電池用の基板として使用することができる。

１ マルチワイヤ放電加工装置
２ 加工電源装置
１０３ ワイヤ電極
１０４ 給電子
１０５ ワーク（シリコンインゴット）
６０１ 給電子ホルダ
６０２ スライド面
６０４ 給電子ホルダ格納部

Claims (5)

1. 放電によりワークを切断するワイヤ放電加工装置においてワイヤ電極に給電子を接触させる給電子ユニットであって、
   給電子を保持する導電性である給電子ホルダを備え、
   前記給電子ホルダに加工電源を供給することで前記保持している給電子に給電し、
   前記給電子ホルダを格納するための空洞を有する給電子ホルダ格納部と、
   前記給電子ホルダの外周面の一部が前記給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が当該空洞をスライドすることで、前記給電子が前記ワイヤ電極と接触する方向に移動可能な摺動面と、
   を備えること特徴とする給電子ユニット。
2. 前記加工電源を、前記給電子ホルダの前記摺動面ではない位置に配置されている接点に供給することを特徴とする請求項１に記載の給電子ユニット。
3. 前記給電子の材質は超硬合金であり、
   前記給電子ホルダの材質は前記超硬合金よりも硬度が低い金属であり、
   前記接点に、前記加工電源を接続するための加工がされていることを特徴とする請求項２に記載の給電子ユニット。
4. ワイヤ電極に給電子を接触させる給電子ユニットを具備する放電によりワークを切断するワイヤ放電加工システムであって、
   前記給電子ユニットが、
   給電子を保持する導電性である給電子ホルダを備え、
   前記給電子ホルダに加工電源を供給することで前記保持している給電子に給電し、
   前記給電子ホルダを格納するための空洞を有する給電子ホルダ格納部と、
   前記給電子ホルダの外周面の一部が前記給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が当該空洞をスライドすることで、前記給電子が前記ワイヤ電極と接触する方向に移動可能な摺動面と、
   を備えることを特徴とするワイヤ放電加工システム。
5. 放電によりワークを切断するワイヤ放電加工装置においてワイヤ電極に給電子を接触させ、前記給電子を保持する導電性である給電子ホルダを備え、前記給電子ホルダに加工電源を供給することで前記保持している給電子に給電し、前記給電子ホルダを格納するための空洞を有する給電子ホルダ格納部を備える給電子ユニットによる給電方法であって、
   前記給電子ホルダの外周面の一部が前記給電子ホルダ格納部の空洞に面し、当該外周面の一部が当該空洞を摺動面としてスライドすることにより、前記給電子が前記ワイヤ電極と接触する方向に移動すること特徴とする給電子ユニットの給電方法。

Images