JP2016124056A - ワイヤ放電加工装置、受け部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電加工時と、放電加工後とで、受け部材とワイヤとの間の距離を変えることができる仕組みを提供すること。【解決手段】 ワイヤ放電加工装置が、被加工物とワイヤとの間の放電により被加工物を加工するために用いられる加工液が貯留される加工液槽と、放電加工する前に加工液槽に加工液を供給し、放電加工後に加工液槽内の加工液を排出する加工液供給排出手段と、加工液槽の中に設けられた、当該加工液に浮く物質を含む受け部材であって放電加工された加工物を受ける受け部材と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置、受け部材に関し、放電加工時と、放電加工後とで、受け部材とワイヤとの間の距離を変える技術に関する。

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、走行する複数本のワイヤで被加工物を放電加工することにより、薄片に切断することが記載されている。
また、特許文献２には、ウエハの受け部材が開示されている。

特開２０１０−２６０１５１号公報 特開２００７−１６０４３１号公報

しかしながら、従来、特許文献２に記載されているウエハの受け部材は、固定されており、また、受け部材の直ぐ上にワイヤが位置し、受け部材とワイヤとの間の距離が短いため、スライスされたウエハを受け部材から取り出し難い。

そこで、受け部材とワイヤとの間の距離を長くすることが考えられるが、そのようにすると、スライスされるウエハが受け部材に入らないおそれがある。

そこで、本発明は、放電加工時と、放電加工後とで、受け部材とワイヤとの間の距離を変えることができる仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、ワイヤと被加工物との間の放電により前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工装置であって、前記被加工物との放電に用いられるワイヤと、前記被加工物と当該ワイヤとの間の放電により前記被加工物を加工するために用いられる加工液が貯留される加工液槽と、放電加工する前に前記加工液槽に加工液を供給し、放電加工後に前記加工液槽内の加工液を排出する加工液供給排出手段と、前記加工液槽の中に設けられた、前記加工液に浮く物質を含む受け部材であって前記放電加工された加工物を受ける受け部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、被加工物との放電に用いられるワイヤと、前記被加工物と当該ワイヤとの間の放電により前記被加工物を加工するために用いられる加工液が貯留される加工液槽と、放電加工する前に前記加工液槽に加工液を供給し、放電加工後に前記加工液槽内の加工液を排出する加工液供給排出手段と、を備えるワイヤ放電加工装置により放電加工された加工物を受ける受け部材であって、前記加工液槽の中に設けられた、前記加工液に浮く物質を含む受け部材であることを特徴とする。

本発明によれば、放電加工時と、放電加工後とで、受け部材とワイヤとの間の距離を変えることができる。

マルチワイヤ放電加工システムを前方から見た正面図である。 加工液槽６の拡大図である。 浮力型ウエハ回収トレイ１２の斜視図である。 浮力型ウエハ回収トレイ１２の正面図、側面図、上面図である。 加工液槽６の拡大図である。 加工液槽６の拡大図である。 加工液槽６の拡大図である。 加工液槽６の拡大図である。 加工液槽６の拡大図である。 加工液槽６の拡大図である。 加工液槽６の拡大図である。

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の説明＞

図１は、マルチワイヤ放電加工システムを前方から見た正面図である。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。

本発明の実施の形態に係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、電源ユニット（電源装置）１５、加工液供給装置１８から構成されている。

また、マルチワイヤ放電加工装置１、電源ユニット（電源装置）１５、加工液供給装置１８を含むマルチワイヤ放電加工システムをマルチワイヤ放電加工装置とすることもできる。

マルチワイヤ放電加工システムは、放電により、同一方向に並設された複数本のワイヤ７（ワイヤ電極）の間隔で被加工物（図１の例では、インゴット５）を薄片にスライスすることができる。スライスされた加工物（例えばウエハ）は、加工液槽６内の浮力型ウエハ回収トレイに収容される。

マルチワイヤ放電加工装置１は、大きな被加工物をスライス加工することも、小さな被加工物をスライス加工することも可能である。

マルチワイヤ放電加工装置１は、電源ユニット１５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１５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、不図示のサーボモータにより駆動されるワーク送り装置３が上下方向に移動することにより、ワーク送り装置３に接着剤（接着部４の接着剤）により接着されている被加工物（図１の例ではインゴット５である）を上下方向に移動することができる。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、本発明のワイヤ放電加工装置の適用例であり、ワイヤと被加工物との間で発生する放電により被加工物を加工する。

本発明の実施の形態では、被加工物（図１の例ではインゴット５である）が下方向に移動することで、被加工物とワイヤ７とが接近し、被加工物とワイヤ７との間で放電が発生し、被加工物の放電加工を行う。

このとき、被加工物とワイヤ７との間の空間（放電ギャップ（被加工物とワイヤ７との間の隙間））には加工液が満たされており、この加工液が所定幅の電気抵抗値を有していることから、被加工物とワイヤ７との間で放電が発生し、被加工物の放電加工を行うことができる。

また、ワーク送り装置３をワイヤ７よりも下部へ設け、被加工物を上方向へ移動させることにより、被加工物とワイヤ７との間で放電加工を行わせるようにすることも可能である。

本実施の形態では、被加工物の一例としては、ＳＩＣ（炭化シリコン）などの、絶縁体ではない導体又は半導体とすることができる。

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１９と、ブロック１９の上部の装置内に設置されている、ブロック２と、ワーク送り装置３と、接着部４と、インゴット５と、加工液槽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と、浮力型ウエハ回収トレイ１２とを備えている。

１５は、電源ユニット（電源装置）であり、３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、またワークの位置決めを行い、放電加工を進行させる。

１８は、加工液供給装置であり、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加工液槽６に供給すると共に、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（脱塩水など）が使用されるが、放電加工油を用いることもできる。本実施の形態では、加工液の例として水を用いるが、放電加工油でもよい。

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７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７を同一方向に走行させることができる。

ワイヤ７は、１本の繋がった同一のワイヤであり、図示しないボビンから繰り出され、メインローラ８、９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。

加工液槽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７（ワイヤ電極とも言う）とインゴット５とが近接する放電ギャップの位置（放電点）に加工液として供給している。

加工液槽６は、本発明の加工液槽の適用例であり、被加工物とワイヤとの間で放電加工されるために用いられる加工液が貯留される。

加工液槽６内への加工液の供給は、加工液槽６の下部に備えられた給液口から行われる。

この給液口は、加工液槽に導通し、加工液を供給する加工液供給装置１８から加工液槽６内に加工液を供給する口（供給口とも言う）が設けられている。

供給口は、加工液槽６の下部の左右にそれぞれ設けられており、加工液槽６に加工液を供給する口である。このように、加工液槽６には、加工液を加工液槽６内に供給する供給口が複数設けられている。
＜図２の説明＞
次に、図２について、説明する。

図２は、図１に示す加工液槽６の拡大図である。

図２には、加工液槽６だけではなく、浮力型ウエハ回収トレイ１２、ワーク送り装置４、接着部４、インゴット５、ワイヤ７も示している。

図１に示すブロック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、インゴット５と接着部４により接着（接合）されている。

接着部４は、ワーク送り装置３と、インゴット５（被加工物）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、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７と、インゴット５との間に、加工液が設けられることにより、ワイヤ７と、インゴット５との間で放電が発生し、インゴット５を削ることが可能となる。
図２に示す加工液槽６には、加工液が供給されていない状態を示している。

このとき、浮力型ウエハ回収トレイ１２は、最下部に位置しており、加工液により浮いていない状態である。
図３は、図１に示す浮力型ウエハ回収トレイ１２の斜視図である。

浮力型ウエハ回収トレイ１２は、図３に示すウエハ受けトレイ３０１、及びウエハ受けトレイの台３０４を含んでいる。

ここでは、ウエハ受けトレイ３０１、及びウエハ受けトレイの台３０４が一体になったものを浮力型ウエハ回収トレイ１２と呼ぶことにする。

また、支柱３０３は、加工液槽６の底に固着（固定）されており、ウエハ受けトレイの台３０４の穴に貫通している、支柱３０３は、重力方向に伸びた構造となっている。
そのため、浮力型ウエハ回収トレイ１２は、重力方向に上下に移動可能である。

ウエハ受けトレイの台３０４は、本発明の支持部の適用例であり、支柱により貫通し、重力方向に移動可能である。
また、ストッパー３０２は、支柱３０３の最上部に設けられている。

このストッパー３０２は、本発明の停止部材の適用例であり、加工液槽内の加工液により浮いたウエハ受けトレイ３０１が、ワイヤ７に接触しないように、加工液槽６内の加工液によりウエハ受けトレイ３０１が更に浮くことを停止させる部材である。

そのため、ストッパー３０２は、ウエハ受けトレイの台３０４に設けられた穴よりも大きい部材である。また、ストッパー３０２は、ウエハ受けトレイ３０１の重力方向の長さよりも、ワイヤが走行する位置からストッパー３０２までの距離の方が長くなる位置に設けられている。
そのため、ウエハ受けトレイ３０１が浮いても、ワイヤ７に接触しない。

また、このストッパー３０２（停止部材）は、加工液槽６の縁の最上部よりも低い位置の支柱に設けられている。そのため、ウエハ受けトレイ３０１が浮いても、ワイヤ７に接触しない。

ウエハ受けトレイ３０１と、ウエハ受けトレイの台３０４とは、接着されており、ウエハ受けトレイの台３０４、またはウエハ受けトレイ３０１が浮くと、ウエハ受けトレイの台３０４、及びウエハ受けトレイ３０１が浮く構成になっている。

そのため、ウエハ受けトレイの台３０４、またはウエハ受けトレイ３０１に、加工液により浮く物質を含んでいれば、ウエハ受けトレイの台３０４、及びウエハ受けトレイ３０１が浮くこととなる。加工液により浮く物質とは、例えば、空気などの気体、又は発砲スチロールなど、加工液の密度（ｋｇ／ｍ³）よりも低い値の密度（ｋｇ／ｍ³）の物質であればよい。

浮力型ウエハ回収トレイ１２は、本発明の受け部材の適用例であり、加工液槽の中に設けられた、加工液に浮く物質を含む受け部材であって放電加工された加工物を受ける部材である。

また、ウエハ受けトレイ３０１は、本発明の、放電加工された加工物を収容するトレイの適用例である。そして、当該トレイは、加工液に浮く物質を含む。
＜図４の説明＞

図４は、浮力型ウエハ回収トレイ１２、支柱３０３、ストッパー３０２の正面図、側面図、上面図である。

図４に示すように、支柱３０３は、ウエハ受けトレイの台３０４の各角に４つ貫通するように設けられている。
＜図５の説明＞
図５は、加工液槽６の拡大図である。

図５に示す加工液槽６には、加工液供給装置１８から供給される加工液が、供給口を介して加工液槽６に供給されている状態（加工液が供給され始めた状態）を示している。

マルチワイヤ放電加工装置１は、放電加工の開始指示をユーザにより受け付けると、放電加工を開始する前に加工液槽６への加工液の供給を開始する。

ここでは、加工液供給装置１８が、放電加工を開始する前に加工液槽に加工液を供給する。加工液供給装置１８が、本発明の加工液供給排出手段の適用例である。
＜図６の説明＞
図６は、加工液槽６の拡大図である。

図６に示す加工液槽６には、加工液供給装置１８から供給される加工液が、供給口を介して加工液槽６に供給されている状態（加工液が供給されている途中の状態）を示している。

図６は、図５のときから引き続き加工液が加工液槽６に供給され浮力型ウエハ回収トレイ１２が浮力により浮いている状態を示している。
＜図７の説明＞
図７は、加工液槽６の拡大図である。

図７に示す加工液槽６には、加工液供給装置１８から供給される加工液が、供給口を介して加工液槽６に供給され、ワイヤ７とインゴット５とが放電加工する部分よりも上部まで加工液が加工液槽６に貯留されている状態を示している。

このような状態で、図７では、浮力型ウエハ回収トレイ１２が、ストッパー３０２により、更に浮き、上方向（重力方向）に移動することを停止していることを示している。
＜図８の説明＞
図８は、加工液槽６の拡大図である。

図８に示す加工液槽６には、加工液供給装置１８から供給される加工液が、供給口を介して加工液槽６に供給され、ワイヤ７とインゴット５とが放電加工する部分よりも上部まで加工液が加工液槽６に貯留されている状態になったため、ワーク送り装置３が重力方向（下方向）に移動し、ワイヤ７に電圧を給電子１１から供給して、インゴット５を放電加工している様子を示している。

そして、浮力型ウエハ回収トレイ１２は、上部から序々下降してくるインゴット５により押され、序々に下降していく。
＜図９の説明＞
図９は、加工液槽６の拡大図である。

図９に示す加工液槽６は、インゴット５の放電加工が終了すると、加工液槽６内の加工液を供給口から排出する。この排出された加工液は、加工液供給装置１８（加工液供給排出手段）に排出される。そのため、加工液供給装置１８（加工液供給排出手段）は、放電加工後に加工液槽内の加工液を排出する。

そのため、水面で浮いている浮力型ウエハ回収トレイは、水面が下がるにつれて、序々に下降していく。図７は、その状態を示している。
＜図１０の説明＞
図１０は、加工液槽６の拡大図である。

図１０に示す加工液槽６は、インゴット５の放電加工が終了して、加工液槽６内の加工液を供給口からほとんど排出されている様子を示している。

そのため、水面で浮いていた浮力型ウエハ回収トレイは、加工液槽６の底の最下部まで下がる。図１０は、その状態を示している。

図１０に示すように、ワイヤと、放電加工されたウエハ（加工物）との間の距離が加工時よりも長くなり、ユーザはウエハを取り出しやすくなる。
＜図１１の説明＞
図１０は、加工液槽６の拡大図である。

図１０に示す加工液槽６は、インゴット５の放電加工が終了して、加工液槽６内の加工液を供給口から全て排出され、放電加工されたウエハ（加工物）を、ユーザが取り出している様子を示している。

以上、本発明によれば、放電加工時と、放電加工後とで、受け部材とワイヤとの間の距離を変えることができる。

すなわち、加工液槽の中に設けられた受け部材が、加工液に浮く物質を含むため、放電加工時には、加工液槽に加工液を供給され、受け部材が浮くため、受け部材とワイヤとの間の距離が短くなり、スライスされるウエハが受け部材に入り易くなる、一方、放電加工後は、加工液槽内の加工液を排出するため、受け部材が下降して、受け部材とワイヤとの間の距離が長くなり、スライスされたウエハを受け部材から取り出し易くなる。

また、本発明によれば、加工液に浮く物質を含む受け部材により、受け部材を放電加工時と、放電加工後とで、上下に上げ下げする駆動部などを設ける必要もなく、製作コストを低減させることも可能となる。

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 インゴット（被加工物）
６ 加工液槽
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
１５ 電源ユニット
１８ 加工液供給装置
１９ ブロック
１２ 浮力型ウエハ回収トレイ

Claims (6)

1. ワイヤと被加工物との間の放電により前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工装置であって、
   前記被加工物との放電に用いられるワイヤと、
   前記被加工物と当該ワイヤとの間の放電により前記被加工物を加工するために用いられる加工液が貯留される加工液槽と、
   放電加工する前に前記加工液槽に加工液を供給し、放電加工後に前記加工液槽内の加工液を排出する加工液供給排出手段と、
   前記加工液槽の中に設けられた、前記加工液に浮く物質を含む受け部材であって前記放電加工された加工物を受ける受け部材と、
   を備えることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記受け部材は、加工液の密度（ｋｇ／ｍ³）よりも低い値の密度（ｋｇ／ｍ³）の物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記受け部材は、前記放電加工された加工物を収容するトレイを備え、
   前記トレイは、前記加工液に浮く物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤ放電加工装置。
4. 前記加工液槽内の加工液により浮いた前記トレイが、前記ワイヤに接触しないように、前記加工液槽内の加工液によりトレイが更に浮くことを停止させる停止部材を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
5. 前記加工液槽内に、前記加工液槽に固定された支柱であって重力方向に伸びた支柱と、
   前記支柱により貫通し、重力方向に移動可能な前記トレイの支持部と、
   を備え、
   前記停止部材は、前記加工液槽の最上部よりも低い位置の前記支柱に設けられている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。
6. 被加工物との放電に用いられるワイヤと、
   前記被加工物と当該ワイヤとの間の放電により前記被加工物を加工するために用いられる加工液が貯留される加工液槽と、
   放電加工する前に前記加工液槽に加工液を供給し、放電加工後に前記加工液槽内の加工液を排出する加工液供給排出手段と、
   を備えるワイヤ放電加工装置により放電加工された加工物を受ける受け部材であって、
   前記加工液槽の中に設けられた、前記加工液に浮く物質を含む受け部材であることを特徴とする受け部材。
   

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