マルチワイヤ放電加工装置及びそれを用いた炭化ケイ素板の製造方法
【課題】マルチワイヤ放電加工装置において加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行う。
【解決手段】間隔をおいて配設された複数のガイドローラ２４Ａ〜２４Ｆを含むガイドローラ組と、各ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｆの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分２６を構成するワイヤ１５と、ワイヤ１５の各条に接して共通の放電加工電力を給電する回転電極２００Ａ，２００Ｂと、を備え、ワイヤ１５を矢印Ｒの方向に送りながら各切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間で放電を行ってインゴット２８を切断加工するマルチワイヤ放電加工装置１００であって、回転電極２００Ａ，２００Ｂはワイヤ１５の送り方向と同じ方向に向かって回転する。
【解決手段】間隔をおいて配設された複数のガイドローラ２４Ａ〜２４Ｆを含むガイドローラ組と、各ガイドローラ２４Ａ〜２４Ｆの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分２６を構成するワイヤ１５と、ワイヤ１５の各条に接して共通の放電加工電力を給電する回転電極２００Ａ，２００Ｂと、を備え、ワイヤ１５を矢印Ｒの方向に送りながら各切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間で放電を行ってインゴット２８を切断加工するマルチワイヤ放電加工装置１００であって、回転電極２００Ａ，２００Ｂはワイヤ１５の送り方向と同じ方向に向かって回転する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチワイヤ放電加工装置の構造及びそのマルチワイヤ放電加工装置を用いて炭化ケイ素板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン等の円柱状インゴットからウェハを切り出す場合における切断手段として、砥粒を用いたワイヤソーが知られている。このワイヤソーは、複数のガイドローラ間に巻回された切断用ワイヤをその長手方向に高速駆動しながら、ワイヤに対してワークを切断送りすることにより、ワークから多数枚の薄片を同時に切り出すものである。
【０００３】
しかし、このようなワイヤソーでは、ガイドローラ間に形成された複数本の切断ワイヤ部分に対し、加工用砥粒が混合された加工液（スラリー）を同時供給する必要があり、その取扱いは容易でない。また、ワイヤがワークに直接接触することによる断線を抑制するために比較的太いワイヤを使用する必要があり、切断加工代が大きくなってしまうという問題があった。さらに、従来のワイヤソーは、インゴットからウェハを切り出すのに長時間を要する場合もあり、加工時間短縮のニーズが高まっている。
【０００４】
一方、近年、シリコンカーバイドが半導体の材料として注目されている。しかし、このシリコンカーバイドは硬質材料であるため、従来のワイヤソーでは、シリコンのインゴットを切断する以上の時間がかかってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、シリコンカーバイドのインゴットと切断用ワイヤとの間に電圧を断続的に印加し、各切断ワイヤ部分によってインゴットを放電加工の原理で切断する放電式ワイヤソーの開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、単一の切断用ワイヤを複数のガイドローラに巻回することにより複数条の切断ワイヤ部分を形成し、通電部材を各条と接するように設け、各条と半導体インゴットとの間に電圧を印加して放電を発生させ、半導体インゴットを同時に３個以上に切断する方法が提案されている。
【０００６】
一方、インゴットからウェハを高速で切り出すことが要請されている。この要請に対してワイヤをガイドローラに巻回する回数を増やして切断ワイヤ部分の条数を多くし、各切断ワイヤ部分それぞれに放電電力を印加して各切断ワイヤ部分とワークとの間で同時に複数の放電を発生させることによって切断速度を上げることが考えられる。この場合、１本のワイヤをガイドローラに巻回して複数条のワイヤ切断部分を形成するので各切断ワイヤ部分は電気的に接続された状態となっている。このため、各切断ワイヤ部分それぞれに放電電力を印加するには各切断ワイヤ部分同士の間を何らかの方法で絶縁することが必要となってくる。そこで、各切断ワイヤ部分同士の間でワイヤをコイル状にすることによって各切断ワイヤ部分間のインピーダンスを高くして電気的な絶縁状態とすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、互いに磁気的に絶縁されたコアの周囲にコイル状にしたワイヤを配置し、切断ワイヤ部分同士の間の電気的な絶縁をより高めようとすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
特許文献２，３記載された従来技術では、各切断ワイヤ部分それぞれに放電電力を印加することが必要となるので、各条のワイヤにそれぞれ接する切断ワイヤ部分と同数の導体ブロックと絶縁ブロックとが交互に並べて配置され、各ブロックをボルトで締め付けて一体化された電極ユニットが提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、ワイヤが導電ブロックと擦れることによって導電ブロックが磨耗してしまうので、頻繁に導電ブロックを交換することが必要であった。このため、マルチワイヤ放電加工装置において、導電体を硬質の超硬合金とする方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
また、複数の切断ワイヤ部分を規定するローラに当接するスリップリングを設け、スリップリング及びローラを介して各切断ワイヤ部分に並列に通電する方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２４８７１９号公報
【特許文献２】特開２０００−９４２２１号公報
【特許文献３】特開２００６−７５９５２号公報
【特許文献４】特開２０００−１０７９４１号公報
【特許文献５】特開２００９−１６６２１１号公報
【特許文献６】特開平１０−５５５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１から６に記載されたような複数の切断ワイヤ部分を有するマルチワイヤ放電加工装置では、複数の切断ワイヤ部分は1本のワイヤを複数回ローラなどに巻きかけることによって形成されていることから、１本のワイヤが複数回ワークとの間で放電を行うこととなる。ワイヤ表面には放電のたびにワークの成分が付着するため、放電加工によってシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行うと、シリコンカーバイドの粉が付着した切断ワイヤ部分が次のワイヤ切断部分まで送られ、給電のために導電ブロックに接触すると、ワイヤ表面に付着したシリコンカーバイドの粉がいわば砥石のような働きをして、導電ブロックの表面を磨耗させてしまうという問題があった。シリコンカーバイドは非常に硬質であることから、特許文献５に記載された従来技術のような超硬合金であってもその表面が簡単に磨耗してしまい、導電ブロックを頻繁に交換することが必要となる。また、特許文献１から５に記載された従来技術では、ワイヤと導電ブロックの表面との間に滑りがあるため、ワイヤと導電ブロックとの間に瞬間的に隙間ができ、ワイヤと導電ブロックとの間で放電が発生し、この放電により導電ブロックが削られてしまう場合がある。このため、特許文献１から５に記載された従来技術では直径の大きなシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行う場合のような長時間の加工を安定して行うことが難しいという問題があった。
【００１１】
また、特許文献５に記載された従来技術のような超硬合金は電気伝導率が低いことから、ワイヤの各条に給電する電圧が低下し、電気伝導度の高い材料を電極に用いた場合に比較してインゴットの切断速度が低下してしまうという問題があった。また、直径の大きなシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行う場合には、その加工時間が長時間となるため、切断ワイヤ部分を規定するローラに電気伝導率は高いが摩耗しやすい材料を用いると、加工中にローラが摩耗して切断ワイヤ部分とインゴットとの距離が変化し、放電が不安定となってしまう場合がある。このため、切断ワイヤ部分を規定するローラには電気伝導率が低く、ワイヤが巻き掛けられても摩耗が少ない硬度の高い材料が用いられるので、特許文献６に記載されたようにローラにスリップリングを介して放電電力を印加する場合にもワイヤの各条に給電する電圧が低下し、電気伝導度の高い電極によってワイヤに直接給電する場合に比較してインゴットの切断速度が低下してしまうという問題があった。更に、特許文献６に記載された従来技術では、スリップリングとローラとの接触による電気抵抗により更にワイヤの各条に給電する電圧が低下し、電気伝導度の高い電極によってワイヤに直接給電する場合に比較してインゴットの切断速度が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、マルチワイヤ放電加工装置において加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、ワイヤの各条に接して共通の放電加工電力を給電する電極と、を備え、ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分とワークとの間で放電を行ってワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置であって、電極がワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転すること、を特徴とする。
【００１４】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極は、円筒状の導電体であること、としても好適であるし、ワイヤの各条はワイヤのワークに向かう側と反対側で電極に接すること、としても好適である。
【００１５】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極が回転自在に取り付けられ、放電加工電力が入力される回転しない中心軸と、電極と中心軸との間に設けられ、電極と中心軸とを電気的に導通させる導電性グリスが充填された導電性軸受と、を有すること、としても好適である。
【００１６】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、放電加工電力が入力される回転しないブラケットと、ブラケットに回転自在に接続され、電極と共に回転する回転軸とを含み、ブラケットと回転軸とは導電性の流動体によって電気的に接続されていること、としても好適である。
【００１７】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極のワイヤ送り方向の上流側または下流側または両側に配置され、ワイヤの各条を電極に押しつけるアイドルローラを備えること、としても好適であるし、アイドルローラは、電極との間にワイヤの各条を挟みこむこと、としても好適である。
【００１８】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、円筒状の導電体で、電極との間にワイヤの各条を挟みこんでワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転する他の電極を有すること、としても好適である。
【００１９】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極は、ワイヤの各条に接離する方向に移動してワイヤの各条に押しつけられること、としても好適である。
【００２０】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、複数の電極を含み、各電極は、切断ワイヤ部分が伸びる方向の切断ワイヤ部分の中央からワイヤに沿って互いに反対方向に向かって等距離の位置に配置されていること、としても好適である。
【００２１】
本発明の炭化ケイ素板の製造方法は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、ワイヤの各条に接し、ワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転して共通の放電加工電力をワイヤの各条に給電する電極と、スイッチングトランジスタを含み放電加工電力を供給する共通の加工電源と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置を用い、ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分と炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って炭化ケイ素のインゴットから複数の炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法であって、加工電源のスイッチングトランジスタをオンオフさせて高周波パルスを発生させ、この高周波パルスを放電加工用電力として供給すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、マルチワイヤ放電加工装置において加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極と切断ワイヤ部分とを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極とワイヤの付着物とを示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極の支持構造を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の加工電源の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の放電加工用の高周波パルスの波形を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の放電加工の状態を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極の軸受構造を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置のアイドルローラと回転電極とを示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置のアイドルローラと回転電極とを示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極とアイドルローラとを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００は、送り出しモータ２５Ａによって回転駆動されて放電加工に用いられる黄銅、鉄線、タングステン線、モリブデン線などの金属線であるワイヤ１５を送り出す送り出しボビン１０Ａと、滑りクラッチ２２を介して取り付けられた巻き取りモータ２５Ｈによって駆動されてワイヤ１５を巻き取る巻き取りボビン１０Ｂと、ワイヤ１５の送り経路を規定するプーリ１１Ａ〜１１Ｉと、ワイヤ１５の走行長さを調整してワイヤ１５の走行を安定させるダンサロール１２と、ワイヤ１５が巻き掛けられる面にゴム製の滑り止め部材が設けられ、速度モータ２５Ｂによって駆動されてワイヤ１５の送り速度を規定する速度プーリ１６と、第１のワイヤ張力センサ１３Ａ、第２のワイヤ張力センサ１３Ｂと、出力トルクを調整することができるトルクモータ２５Ｄによって駆動され、ワイヤ１５が巻き掛けられている面にゴム製の滑り止め部材が取り付けられており、対向して設けられたクランプユニット１９のクランプローラ１９ａとの間にワイヤ１５を挟みこんで送り方向に引っ張り、ワイヤ１５に張力を掛ける張力プーリ１８と、位置決めモータ２５Ｇによって軸方向に移動するワイヤ整列ユニット２１と、ワイヤ１５が複数回巻き掛けられて複数の切断ワイヤ部分２６を構成する複数のガイドローラ２４Ａ〜２４Ｆを含むガイドローラ組と、放電加工用の電源２９と、ワイヤ１５が巻き掛けられて回転する複数の回転電極２００Ａ、２００Ｂと、回転電極２００Ａ，２００Ｂの表面にワイヤ１５を押し付けるアイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂとワークであるシリコンカーバイトのインゴット２８を送る送りユニット２７と、制御部８０とを備えている。回転電極２００Ａ，２００Ｂは回転しないよう固定された各中心軸２０３Ａ，２０３Ｂの周りに回転するよう構成されている。
【００２５】
送り出しボビン１０Ａから図１に示す矢印Ｒの方向に繰出されたワイヤ１５は、プーリ１１Ａ、ダンサロール１２、プーリ１１Ｂ，１１Ｃ、速度プーリ１６、プーリ１１Ｄ、第１のワイヤ張力センサ１３Ａ、プーリ１１Ｅ、１１Ｆの順に巻き掛けられ、プーリ１１Ｆを出たワイヤ１５は、多数のガイド溝をもつガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂの外側にガイドローラ２４Ａ、アイドルローラ３００Ａ、回転電極２００Ａ、アイドルローラ３５０Ａ、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ、アイドルローラ３００Ｂ、回転電極２００Ｂ、アイドルローラ３５０Ｂ、ガイドローラ２４Ｅ，２４Ｆの順に巻きかけられる。ガイドローラ２４Ｆを出たワイヤ１５は最初にガイドローラ２４Ａに巻きかけられているワイヤ１５の部分とガイドローラ２４Ａの軸方向にピッチＰだけ離れた位置から再びガイドローラ２４Ａから２４Ｆに巻きかけられていく。最初に巻きかけられたワイヤ１５の部分と、次に巻き掛けられたワイヤ１５の部分との各ガイドローラ２４Ａから２４Ｆまで間の軸方向の間隔はいずれの場所でもピッチＰとなっている。このようにワイヤ１５はガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂに複数回巻き掛けられる。そして、ワイヤ１５はガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂに複数回巻き掛けされた後、プーリ１１Ｇ、第２のワイヤ張力センサ１３Ｂ、プーリ１１Ｈ、張力プーリ１８、プーリ１１Ｉ、ワイヤ整列ユニット２１を通り、巻き取りボビン１０Ｂに巻き取られる。
【００２６】
図１に示すように本実施形態では、ワイヤ１５はガイドローラ２４Ａから２４Ｆに４回巻き掛けられており、ワイヤ１５は５条となっている。ここで、巻き掛け回数は、切断ワイヤ部分２６を規定するガイドローラ２４Ｂ及び２４Ｃに巻き掛けられている回数である。従って、ワイヤ１５の最後の巻き掛けのようにワイヤ１５がガイドローラ２４Ｆからガイドローラ２４Ａに戻らずプーリ１１Ｇに向って延びてもガイドローラ２４Ｂ及び２４Ｃに巻きかけられているので、巻き掛け回数は１回と数える。つまり、巻き掛けの回数はガイドローラ２４Ｂとガイドローラ２４Ｃとの間に張られている切断ワイヤ部分２６の本数となり、本実施形態では、切断ワイヤ部分２６は５本となる。なお、本実施形態では、説明のためにワイヤ１５の巻き掛け回数は４回、条数は５条、切断ワイヤ部分２６は５本として説明するが、本発明は巻き掛け回数が数１０回、条数が数１０条、切断ワイヤ部分２６が数１０本であってもよい。
【００２７】
図１に示すように、ガイドローラ２４Ｆはドローモータ２５Ｃによって回転駆動される。ワーク送りユニット２７はステッピングモータ２５Ｅによって駆動されるよう構成されている。また、マルチワイヤ放電加工装置１００は、ダンサロール１２の位置を検出する位置センサ３１と、ワイヤの断線を検出する断線検出センサ３２とを備えている。送り出しモータ２５Ａ、速度モータ２５Ｂ、ドローモータ２５Ｃ、トルクモータ２５Ｄ、巻き取りモータ２５Ｈは、ロータリーエンコーダを内蔵しており、その回転数を出力することができるモータである。また、各位置決めモータ２５Ｆ，２５Ｇは、内部の回転子の回転角度を検出することができ、回転子の回転角度からガイド１７、ワイヤ整列ユニット２１の位置を検出することができるよう構成されている。また、ワーク送りユニット２７は、切断ワイヤ部分２６でワイヤ１５の送り方向と直交する方向に向かってインゴット２８を移動させることができるよう配置され、ステッピングモータ２５Ｅによって駆動されるよう構成されている。ステッピングモータ２５Ｅは内部の回転子の回転角度を検出することができ、回転子の回転角度からインゴット２８の位置を検出することができるよう構成されている。電源２９はプラス側出力線２９５によってインゴット２８に接続され、マイナス側出力線２９６から分岐した第１の回転電極接続線２９６Ａ、第２の回転電極接続線２９６Ｂによってそれぞれ回転電極２００Ａ，２００Ｂに接続され、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとの間に放電電力を給電するよう構成されている。
【００２８】
本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００では、インゴット２８及び回転電極２００Ｂは電気伝導率が調整された純水または油系の加工液に浸漬されており、切断ワイヤ部分２６とインゴット２８の間の放電は水中で行われ、加工中にインゴット２８全体の温度の上昇を抑えることができるよう構成されている。
【００２９】
送り出しボビン１０Ａ、巻き取りボビン１０Ｂを回転させる送り出しモータ２５Ａ、巻き取りモータ２５Ｈと、速度プーリ１６を回転させる速度モータ２５Ｂと、ガイドローラ２４Ｆを回転させるドローモータ２５Ｃと、張力プーリ１８を回転させるトルクモータ２５Ｄと、ステッピングモータ２５Ｅと、位置決めモータ２５Ｆ、２５Ｇと、電源２９とは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって動作するよう構成されている。また、第１、第２のワイヤ張力センサ１３Ａ、１３Ｂと、ダンサロール１２の位置を検出する位置センサ３１と、ワイヤ１５の断線を検出する断線検出センサ３２と、は制御部８０に接続され、各検出信号は制御部８０に入力されるよう構成されている。制御部８０は、内部の信号処理用のＣＰＵと制御用のプログラムやデータを格納するメモリを備えるコンピュータである。制御部８０は断線検出センサ３２によってワイヤ１５の断線が検出された場合には、マルチワイヤ放電加工装置１００の動作を停止する。
【００３０】
以上のよう構成されたマルチワイヤ放電加工装置１００において、図２に示す矢印Ｒの方向にワイヤ１５が送られると、ガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂはそれぞれワイヤ１５の巻きかけられている面がワイヤ１５の送り方向と同方向となるように、ガイドローラ２４Ａ、回転電極２００Ａ、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ、回転電極２００Ｂ、ガイドローラ２４Ｅ，２４Ｆは時計方向に回転し、各アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂは反時計周りに回転する。各アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂはフッ素系材料、ナイロン系材料等耐磨耗性の高い材料が用いられている。また、各回転電極２００Ａ，２００Ｂの円筒形の電極部材２０１Ａ，２０１Ｂには電気伝導度の高い銅、銅タングステン等の銅合金、銀タングステン等の銀合金等の材料が用いられている。各回転電極２００Ａ，２００Ｂの円筒形の電極部材２０１Ａ，２０１Ｂは、その周速がワイヤ１５の送り速度と略同様となるように回転するので、ワイヤ１５との相対速度が略ゼロであり、従来の固定式の電極のようなワイヤ１５と電極との擦れが発生することはなく、電気伝導度の高い銅等の材料を用いた場合でも表面が磨耗してしまうことが抑制される。また、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間に滑りがないのでワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間に瞬間的に隙間ができてワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間で放電が発生することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂが削られてしまうことが抑制される。
【００３１】
複数の切断ワイヤ部分２６を有するマルチワイヤ放電加工装置１００でシリコンカーバイド（炭化ケイ素）のインゴット２８を切断する場合、ワイヤ１５の表面には放電のたびにシリコンカーバイドの成分が粉７０として付着する。図３に示すように、放電加工ではインゴット２８を切断ワイヤ部分２６に向って送りながら行うので、ワイヤ１５とインゴット２８との放電はワイヤ１５のインゴット２８側とインゴット２８の加工溝２８ａとの間で発生することが多い。このため、放電加工によって飛び散ったシリコンカーバイドの粉７０は主にワイヤ１５のインゴット２８側の表面に付着する。そこで、本実施形態ではシリコンカーバイドの粉７０の付着が少ないインゴット２８と反対側のワイヤ１５の表面が電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの表面に設けられた溝２０６Ａ，２０６Ｂに接するように回転電極２００Ａ，２００Ｂを配置している。このため、放電加工によってワイヤ１５に付着したシリコンカーバイドの粉７０と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの溝２０６Ａ，２０６Ｂに接することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの溝２０６Ａ，２０６Ｂが磨耗することが抑制される。これによって、直径の大きなシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行う場合のように長時間の放電加工を行う場合でも繁雑に電極を交換することなく、安定してワイヤ１５に放電電力を給電し、放電加工をすることができる。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００では、回転電極２００Ａの矢印Ｒで示すワイヤの送り方向の上流側と下流側に２つのアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａが回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度が角度θ1（ｒａｄ）となるように配置されている。この場合、電極部材２０１Ａの直径をＤとすると、ワイヤ１５は回転電極に（θ1×Ｄ／２）の長さだけ接触する。また、ワイヤ１５には張力Ｔが掛かっていることから、張力Ｔにより、Ｆ1＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ1／２）、だけの力によってワイヤ１５が電極部材２０１Ａの表面に押し付けられる。このように、本実施形態の回転電極２００Ａ，２００Ｂは電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との接触長を長くとれると共に、ワイヤ１５が電極部材２０１Ａ，２０１Ｂに押し付けられるので、放電加工電力をワイヤ１５の各条に給電する際の電気抵抗が少なく、電圧を低下させずに放電加工電力を供給することができる。そして、回転電極２００Ａ，２００Ｂはワイヤ１５の送り方向と同方向に向かって回転するので電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との相対速度がほとんどない状態でワイヤ１５と接触する。このため、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂに電気伝導度の高い銅等の材料を用いた場合でも、接触距離が長く、ワイヤ１５が押し付けられた状態でもその表面が磨耗することがなく、ワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間に瞬間的に隙間ができてワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間で放電が発生することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂが削られてしまうことが抑制され、長時間安定してワイヤ１５に放電電力を給電し、放電加工をすることができる。また、電源２９から給電される放電電力の電圧を低下させずにワイヤ１５に給電することができ、放電加工速度が低下することを抑制することができる。
【００３３】
図２に示すように、２つの隣り合う同一直径のガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃの間の直線のワイヤ１５は複数の切断ワイヤ部分２６を構成する。より詳細にはガイドローラ２４Ｂの下端と２４Ｃの上端との間の高さＹ1が切断ワイヤ部分２６の長さとなる。切断ワイヤ部分２６のＹ方向（上下方向）の中心は点２６Ｃである。回転電極２００Ａ，２００Ｂは各回転中心２０５Ａ，２０５Ｂがそれぞれ切断ワイヤ部分２６の中心２６ＣからＸ方向（横方向）にＸ1で、Ｙ方向のプラス側、マイナス側にそれぞれＹ2の位置となるように配置されている。また、各ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃと各回転電極２００Ａ，２００Ｂとの間には切断ワイヤ部分２６の中心２６Ｃを通る中心線２８Ｄに対して上下対象で、中心２６ＣからのＸ方向の距離が同様となるような位置にアイドルローラ３５０Ａ，３００Ｂが配置されている。このように、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３５０Ａ，３００Ｂ、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃを配置することにより、各回転電極２００Ａ，２００Ｂは切断ワイヤ部分２６の中心からワイヤ１５の巻きかけられる経路に沿って同一距離に配置され、切断ワイヤ部分２６に対して均等に放電電力を供給することができる。そして、インゴット２８を切断する際には円筒状のインゴット２８の中心２８Ｃを切断ワイヤ部分２６のＹ方向の中心２６Ｃに合わせて各中心２６Ｃ，２８Ｃを通ってワークの送り方向に延びる中心線２８Ｄに沿って送って放電加工を行うので、放電加工の際に、インゴット２８の上部と下部とを均等に加工することができる。
【００３４】
図４を参照しながら、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００の回転電極２００Ａの支持構造について説明する。図４（ａ）に示すように、本実施形態の回転電極２００Ａは、マルチワイヤ放電加工装置１００のベースに取り付けられて回転しない基盤２５０Ａに固定された回転しない金属製の中心軸２０３Ａの基盤２５０Ａと反対側の先端部分に設けられた段部２１０Ａの外周に２つの導電性ベアリング２０２Ａを介して電極部材２０１Ａが取り付けられたものである。電極部材２０１Ａは、電気伝導率が良い銅等の材料で構成された円筒状の導電体である。中心軸２０３Ａは基盤２５０Ａに対して電気的に絶縁されるよう固定されていてもよい。導電性ベアリング２０２Ａは、金属製の段部２１０Ａの外周に固定される金属製の内輪２１１Ａと、電極部材２０１Ａの内面に嵌め込まれる金属製の外輪２１２Ａと、内輪２１１Ａと外輪２１２Ａとの間に挟みこまれた周状に配置された金属製のボール２１３Ａとによって構成されている。また、内輪２１１Ａと外輪２１２Ａとの間には導電性グリス２１４Ａが充填されている。段部２１０Ａの先端には先端側の導電性ベアリング２０２Ａを軸方向に押さえるキャップ２１６Ａが取り付けられている。図４（ｂ）に示すように電極部材２０１Ａの外面にはワイヤ１５を巻けるＶ字型の溝２０６Ａが設けられており、各溝２０６Ａの間隔はワイヤ１５の間隔と同様、ピッチＰとなっている。
【００３５】
回転しない中心軸２０３Ａには、加工用の電源２９からの放電加工電力が入力される入力端子２２０Ａが設けられている。入力端子２２０Ａは円形でも良いし、四角など他の形状でも良い。入力端子２２０Ａから入力された放電電力の電流は、図４の矢印２２１，２２２，２２３に示すように、中心軸２０３Ａから段部２１０Ａに流れ、段部２１０Ａから導電性ベアリング２０２Ａの内輪２１１Ａ、ボール２１３Ａ、外輪２１２Ａを通って電極部材２０１Ａに達し、電極部材２０１Ａの外面に設けられた溝２０６Ａに接触しているワイヤ１５の各条に流れていく。また、導電性ベアリング２０２Ａの内輪２１１Ａと外輪２１２Ａとの間には導電性グリス２１４Ａが充填されているので、内輪２１１Ａに流れた電流は、導電性グリス２１４Ａの中を流れて外輪２１２Ａに達し、外輪２１２Ａから電極部材２０１Ａに達する。このように、導電性ベアリング２０２Ａは電気抵抗が低くなるように構成されているので、回転しない入力端子２２０Ａから回転する電極部材２０１Ａまでに達するまで放電電力の電圧降下が少ない構造となっている。
【００３６】
以上の実施形態では、電極部材２０１Ａの外面に設けられた溝２０６ＡはＶ字形とすることとして説明したが、図４（ｃ）に示すように、ワイヤ１５の外面に沿った半円形の溝２０７Ａとしても良い。この場合には、ワイヤ１５を線ではなく面でサポートするため、回転電極２００Ａに巻き掛けられることによるワイヤ１５の負荷を低減し、ワイヤ１５の断線を抑制することができる。
【００３７】
図５を参照して、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００に用いられる放電加工用の電源２９の構成と動作について説明する。図５に示すように、電源２９は、主直流電源２９２と、主直流電源２９２と直列に接続され、主直流電源２９２の出力を入り切りする主スイッチングトランジスタ２９１と、主直流電源２９２と並列で、プラスマイナスの方向が逆でその電圧が主直流電源２９２よりも低い副直流電源２９４と、副直流電源２９４と直列に接続され、副直流電源２９４の出力を入り切りする副スイッチングトランジスタ２９３と、を備えている。各スイッチングトランジスタ２９１，２９３の各ゲートは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によってオンオフするよう構成されている。主直流電源２９２のプラス側にはプラス側出力線２９５が接続され、主直流電源２９２のマイナス側にはマイナス側出力線２９６が接続されている。プラス側出力線２９５はインゴット２８に接続され、マイナス側出力線２９６は第１の回転電極接続線２９６Ａと第２の回転電極接続線２９６Ｂとに分岐し、第１の回転電極接続線２９６Ａは回転電極２００Ａに接続され、第２の回転電極接続線２９６Ｂは回転電極２００Ｂに接続されている。従って、電源２９は各回転電極２００Ａ，２００Ｂに共通の電源であり、各回転電極２００Ａ，２００Ｂには共通の電源２９から同一の放電加工電力が給電される。
【００３８】
図６に示すように、放電加工電力は、放電加工を行う放電加工パルス２９７と、放電加工後に電源系統内のコンデンサ等に残留している残電荷を除去するための放電加工パルス２９７と逆電圧の残留電荷除電パルス２９８とを含む高周波パルス２９９である。この高周波パルス２９９は次のように各スイッチングトランジスタ２９１，２９３を動作させることによって得られる。最初、各スイッチングトランジスタ２９１，２９３はオフとなっており、電源２９から出力はでていない。図６の時間ｔ1に、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなると主直流電源２９２からの電流がプラス側出力線２９５から出力され、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間には放電加工パルス２９７の電圧Ｖ1が印加される。そして、時間Δｔ1の間だけ主スイッチングトランジスタ２９１のオン状態を継続した後、図６の時間ｔ2に主スイッチングトランジスタ２９１をオフとする。すると、プラス側出力線２９５から出力されていた主直流電源２９２からの電流が停止し、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間の印加電圧はゼロとなり放電加工パルス２９７は停止する。そして、所定の時間Δｔ2の間だけ印加電圧をゼロの状態に保持した後、時間ｔ3に副スイッチングトランジスタ２９３がオンとなると副直流電源２９４からの電流がマイナス側出力線２９６から出力され、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間にはマイナスの電圧Ｖ2の残留電荷除電パルス２９８が印加される。そして、時間Δｔ3の間だけ副スイッチングトランジスタ２９３のオン状態を継続した後、図６の時間ｔ4に副スイッチングトランジスタ２９３をオフとする。すると、マイナス側出力線２９６から出力されていた副直流電源２９４からの電流が停止し、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間の印加電圧はゼロとなり残留電荷除電パルス２９８は停止する。そして残留電荷除電パルス２９８の停止後、時間Δｔ4後の時間ｔ5に再度、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなる。このように、主スイッチングトランジスタ２９１、副スイッチングトランジスタ２９３を交互にオンオフしてプラス側の高圧の放電加工パルス２９７とマイナス側の低圧の残留電荷除電パルス２９８とを出力する。図６に示すように高圧の放電加工パルス２９７の周期はΔｔ0であり、その周波数は数１０ｋＨｚから数１００ｋＨｚの高周波である。また、低圧の残留電荷除電パルス２９８の周波数は高圧の放電加工パルス２９７との周波数と同じ周波数である。なお、図６では、残留電荷除電パルス２９８停止の後、時間Δｔ4後の時間ｔ5に再度、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなることとして説明したが、残留電荷除電パルス２９８停止直後に再度、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなることとしてもよい。この場合には、高圧の放電加工パルス２９７の周期はΔｔ0が短くなるのでより高い周波数の放電加工パルス２９７とでき、放電加工の速度を上げることができる。
【００３９】
本実施形態では、主直流電源２９２、副直流電源２９４は電池等の単純な直流電源として説明したが、放電加工パルス２９７の電圧Ｖ1あるいは残留電荷除電パルス２９８の電圧Ｖ2をそれぞれ供給できるものであれば、例えば、コンデンサやトランスを用いて電力を蓄えておき、この蓄えた電力を直流電力として供給するようなものとしても良い。
【００４０】
図１から図４を参照して説明したような構造を有し、図５、図６を参照して説明した放電加工用の電源２９を備えている本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００の動作について図７を参照しながら説明する。図７は、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、インゴット２８と、電源２９の電気的な接続状態を模式的に表した図である。各回転電極２００Ａ，２００Ｂは金属製で一体となっており各回転電極２００Ａ，２００Ｂは１つのマイナス側出力線２９６に接続されていることから、各回転電極２００Ａ，２００Ｂはワイヤ１５の各条に対して共通の電極となっている。また、各回転電極２００Ａ，２００Ｂは切断ワイヤ部分２６の中心２６Ｃまでの距離ＬA，ＬBが同一となるように配置されており、インゴット２８は、その中心２８Ｃと切断ワイヤ部分２６の中心２６Ｃを通ってワークの送り方向に沿って延びる中心線２８Ｄに沿って送り方向に移動していくので、各回転電極２００Ａ，２００Ｂからインゴット２８の中心２８Ｃまでの距離も同一となっている。従って、各切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間には同一の放電加工パルス２９７、残留電荷除電パルス２９８がワイヤ１５の各条の２箇所から同時に印加されることとなる。
【００４１】
図７に示すように、電源２９から放電加工パルス２９７がインゴット２８に入力されると回転電極２００Ａと回転電極２００Ｂを通して各切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間に同一の放電加工パルス２９７が印加される。回転電極２００Ａ，２００Ｂは電気抵抗が低くなるように構成されているので、このような高周波の放電加工パルス２９７が印加された場合でも、その電圧を低下させずに切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間に放電加工パルス２９７が印加される。１つの放電加工パルス２９７が印加された際、放電は各切断ワイヤ部分２６の中で、点ａと点ａ´、点ｂと点ｂ´、点ｃと点ｃ´、点ｄと点ｄ´、点ｅと点ｅ´の間で示されるインゴット２８の中に入り込んでいる部分と、インゴット２８との間の距離が最も近くなる部分で１回だけ発生する。例えば、放電加工パルス２９７が入力された際に第１の切断ワイヤ部分２６１の点ａ側とインゴット２８との距離が他の切断ワイヤ部分２６２から２６５よりも短い場合には、放電は第１の切断ワイヤ部分２６１とインゴット２８との間でのみ発生し、他の切断ワイヤ部分２６２から２６５とインゴット２８との間では放電は発生しない。この場合、電流はインゴット２８から切断ワイヤ部分２６１に流れ、点ａに近い側に配置されている回転電極２００Ａに流れる。この放電によって点ａの近傍が削られると、切断ワイヤ部分２６１とインゴット２８との距離が他の部分よりも大きくなるので、次の放電加工パルス２９７が印加された際には点ａの近くではないところ、例えば、第２の切断ワイヤ部分２６の点ｂ近傍で放電が発生する。このように１つの放電加工パルス２９７によって電圧が印加される都度１回だけ放電が発生し、その放電は切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との距離が一番近くなっている部分でランダムに発生するので、各切断ワイヤ部分２６はインゴット２８を送り方向に均等に切断していくことができる。インゴット２８を切断すると複数枚のシリコンカーバイド（炭化ケイ素）の薄板を製造することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００は、電極を回転電極２００Ａ，２００Ｂとすると共に、入力端子２２０Ａから回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂまでの電気抵抗を少なくして高周波パルス２９９を印加してもその電圧を低下させずに切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間に印加することができるので、加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。また、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間に滑りがないのでワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間に瞬間的に隙間ができてワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間で放電が発生することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂが削られてしまうことが抑制されると共に、ワイヤ１５の張力コントロールを容易に行うことができるという効果を奏する。また、本実施形態では、巻き掛け回数が数５回、条数が数５条、切断ワイヤ部分２６が数５本として説明したが、本発明は巻き掛け回数が数１０回、条数が数１０条、切断ワイヤ部分２６が数１０本の以上のマルチワイヤ放電加工装置にも適用でき、特に、このような多くの巻き掛け回数のマルチワイヤ放電加工装置に適用されるとその効果が更に顕著となる。
【００４３】
図８を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。図８に示すように、本実施形態では、円筒形の電極部材２０１Ａと共に回転する回転軸２０８Ａをベアリング２０９Ａで基盤２５０Ａに回転自在に取り付け、回転軸２０８Ａの電極部材２０１Ａと反対側の端部２３６Ａに回転軸２０８Ａと相対的に回転でき、基盤２５０Ａに接続されて回転しないブラケット２３８Ａを取り付け、ブラケット２３８Ａと回転軸２０８Ａの端部２３６Ａとの間に無機水銀などの導電性の流動体２３９Ａを封入するようにしたものである。本実施形態においては、ベアリング２０９Ａを絶縁ベアリングとして構成し、回転軸２０８Ａと基盤２５０Ａとの間を絶縁するようにしても良い。この場合、内輪２３１Ａの段部２３０Ａと接する面、あるいは外輪２３２Ａの基盤２５０Ａの内面２５１Ａに接する面のいずれかに絶縁面を設けてもよい。また、ベアリング２０９Ａはカラー２３５Ａによって軸方向に固定されている。ブラケット２３８Ａには端部２３６Ａの外面を覆う環状で内部にポケットが設けられた接続部材２３７Ａが取り付けられている。導電性の流動体２３９Ａは接続部材２３７Ａの内部のポケットに充填されている。
【００４４】
ブラケット２３８Ａに入力された放電加工電力の電流は、ブラケット２３８Ａ、接続部材２３７Ａから導電性の流動体２３９Ａに流れ、端部２３６Ａから回転軸２０８Ａを通って電極部材２０１Ａに流れる。本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。
【００４５】
図９を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。本実施形態では、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａに巻きかけられるワイヤ１５の巻き掛け角度θを規定する様に配置されるアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａの位置を移動させることによって電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度θを調整することができるようにしたものである。図９で点線で示されるアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａは通常の位置を示し、実線で示されるアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａは通常よりも巻き掛け角度θが大きくなるように調整した状態を示す。
【００４６】
通常状態では、アイドルローラ３００Ａ，３５０Ａは電極部材２０１Ａのワイヤ１５の巻き掛け角度が角度θ1（ｒａｄ）となる位置に配置されている。この場合、電極部材２０１Ａの直径をＤとすると、ワイヤ１５は電極部材２０１Ａに、（θ1×Ｄ／２）の長さだけ接触する。また、ワイヤ１５には張力Ｔが掛かっていることから、張力Ｔにより、Ｆ1＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ1／２）、だけの力によってワイヤ１５が電極部材２０１Ａの表面に押し付けられる。また、アイドルローラ３００Ａ，３５０Ａを実線で示される位置に移動させると電極部材２０１Ａのワイヤ１５の巻き掛け角度が角度θ1（ｒａｄ）からθ2（ｒａｄ）に大きくなり、これによって接触長さは（θ2×Ｄ／２）に長くなり、ワイヤ１５が電極部材２０１Ａを押し付ける押しつけ力Ｆは通常状態のＦ1から、Ｆ2＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ2／２）、に大きくなる。このように、回転電極２００Ａの両側にアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａを配置してワイヤ１５の電極部材２０１Ａへの巻き掛け角度θを適切な角度とすることによって、ワイヤ１５と電極部材２０１Ａとの接触長さ、押し付け力Ｆを調整することができる。
【００４７】
本実施形態では、印加する高周波の放電加工パルス２９７の周波数や、ワイヤ１５の材質、太さ、加工するインゴットの材質大きさ等に応じてアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａの位置を変化させて、最適の接触長さ、押し付け力とすることができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。
【００４８】
図１０を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図９を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。図１０（ａ）に示すように、本実施形態は、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａとの間にワイヤ１５を挟みこむようにアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａを配置したものである。より詳細には、図１０（ｂ）に示すように、電極部材２０１Ａの外表面に設けられた溝２０６Ａと、アイドルローラ３５０Ａの外表面に設けられた溝３５６Ａとによってワイヤ１５を力Ｇで挟み込むようにしたもので、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａの外表面とアイドルローラ３５０Ａの外表面との間には微小な隙間４０１がある。
【００４９】
先に図１から図９を参照して説明した実施形態では、回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間の相対速度はほとんどないが、実際には微小なすべりが発生する場合がある。ワイヤ１５と回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間にすべりが発生すると電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの磨耗が発生したり、ワイヤ１５への給電が不安定となったり、ワイヤ１５の送りが不安定となる場合がある。本実施形態のように、回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとアイドルローラ３５０Ａとの間にワイヤ１５を挟みこむと電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間のすべりが更に抑制されることから、給電、ワイヤ送りを安定して行うことができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。また、ワイヤ１５を滑らないように電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとアイドルローラ３５０Ａとの間にワイヤ１５を挟みこむので、アイドルローラ３５０Ａあるいは回転電極２００Ａにモータを接続してワイヤ１５を送る駆動機構としてもよい。
【００５０】
図１１を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図１０を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。図１１（ａ）に示すように、本実施形態はアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａ，３００Ｂ，３５０Ｂを設けず、各回転電極２００Ａ，５００Ａの電極部材２０１Ａ，５０１Ａの間にワイヤ１５を挟みこむように２つの回転電極２００Ａ，５００Ａを隣接して配置したものである。図１１（ａ）のＫ部の詳細を示す図１１（ｂ）のように、電極部材２０１Ａ，５０１Ａの外表面に設けられた溝２０６Ａ，５０６Ａによって力Ｇでワイヤ１５を挟み込むようにしたもので、各回転電極２００Ａ，５００Ａの各電極部材２０１Ａ，５０１Ａの各外表面の間には微小な隙間４０１がある。電極部材５０１Ａには電極部材２０１Ａと同様、電気伝導度の高い銅、銅タングステン等の銅合金、銀タングステン等の銀合金等の材料が用いられている。
【００５１】
本実施形態は、図１０を参照して説明した実施形態と同様、回転電極２００Ａ，５００Ａの各電極部材２０１Ａ，５０１Ａの間にワイヤ１５を挟みこむことによって電極部材２０１Ａ，５０１Ａとワイヤ１５との間のすべりが更に抑制されることから、給電、ワイヤ送りを安定して行うことができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。更に、２つの回転電極２００Ａ，５００Ａによってワイヤ１５に給電するのでワイヤ１５への給電を確実に行うことができるという効果を奏する。
【００５２】
図１２を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図１１を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。本実施形態は、回転電極２００Ａをワイヤ１５に接離する方向に移動できるようにして、電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度θを調整することができるよう構成したものである。図１２で点線示される回転電極２００Ａは、回転電極２００Ａをワイヤ１５に押し付ける前の位置を示し、実線で示される回転電極２００Ａは回転電極２００Ａをワイヤ１５に向って移動させてワイヤ１５に押し付け、点線で示した位置の場合よりも巻き掛け角度θが大きくなるように調整した状態を示す。
【００５３】
押し付け前の状態では、回転電極２００Ａは電極部材２０１Ａのワイヤ１５と接触するのみで、ワイヤ１５の巻き掛け角度θは略ゼロとなっている。この場合、ワイヤ１５は回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａと略点で接触しており、ワイヤ１５に掛かる張力によってワイヤ１５を電極部材２０１Ａの表面に押し付ける力Ｆは略ゼロとなっている。そして、回転電極２００Ａをワイヤ１５に接する方向に向かって図１２の実線の位置まで移動させると、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度は角度θ1（ｒａｄ）となる。この場合、電極部材２０１Ａの直径をＤとすると、ワイヤ１５は電極部材２０１Ａに、（θ1×Ｄ／２）の長さだけ接触し、ワイヤ１５に掛かる張力Ｔにより、Ｆ1＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ1／２）、の押し付け力Ｆでワイヤ１５が電極部材２０１Ａの表面に押し付けられる。このように、回転電極２００Ａをワイヤ１５に接離する方向に移動させることによってワイヤ１５と電極部材２０１Ａとの接触長さ、押し付け力Ｆを適切な値に調整することができる。
【００５４】
本実施形態では、印加する高周波の放電加工パルス２９７の周波数や、ワイヤ１５の材質、太さ、加工するインゴットの材質大きさ等に応じて回転電極２００Ａの位置を変化させて、最適の接触長さ、押し付け力とすることができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。
【００５５】
また、本実施形態においては、その先端がワイヤ１５に接離する方向に移動する回転アームの先端に回転電極２００Ａを取り付け、そのアームを回転させることによって回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａをワイヤ１５に押し付けるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ 送り出しボビン、１０Ｂ 巻き取りボビン、１１Ａ〜１１Ｉ プーリ、１２ ダンサロール、１３Ａ，１３Ｂ ワイヤ張力センサ、１５ ワイヤ、１６ 速度プーリ、１７ ガイド、１８ 張力プーリ、１９ クランプユニット、１９ａ クランプローラ、２１ ワイヤ整列ユニット、２２ 滑りクラッチ、２４Ａ〜２４Ｆ ガイドローラ、２５Ａ 送り出しモータ、２５Ｂ 速度モータ、２５Ｃ ドローモータ、２５Ｄ トルクモータ、２５Ｅ ステッピングモータ、２５Ｆ，２５Ｇ 位置決めモータ、２５Ｈ 巻取りモータ、２６ 切断ワイヤ部分、２６Ｃ，２８Ｃ 中心、２７ ワーク送りユニット、２８ インゴット、２８Ｄ 中心線、２８ａ 加工溝、２９ 電源、３１ 位置センサ、３２ 断線検出センサ、７０ 粉、８０ 制御部、１００ マルチワイヤ放電加工装置、２００Ａ，２００Ｂ，５００Ａ 回転電極、２０１Ａ，２０１Ｂ，５０１Ａ 電極部材、２０２Ａ 導電性ベアリング、２０３Ａ，２０３Ｂ 中心軸、２０５Ａ，２０５Ｂ 回転中心、２０６Ａ，２０６Ｂ，２０７Ａ，３５６Ａ，５０６Ａ 溝、２０８Ａ 回転軸、２０９Ａ ベアリング、２１０Ａ 段部、２１１Ａ，２３１Ａ 内輪、２１２Ａ，２３２Ａ 外輪、２１３Ａ，２３３Ａ ボール、２１４Ａ 導電性グリス、２１６Ａ キャップ、２２０Ａ 入力端子、２３０Ａ 段部、２３５Ａ カラー、２３６Ａ 端部、２３７Ａ 接続部材、２３８Ａ ブラケット、２３９Ａ 流動体、２５０Ａ 基盤、２５１Ａ 内面、２６１〜２６５ 切断ワイヤ部分、２９１ 主スイッチングトランジスタ、２９２ 主直流電源、２９３ 副スイッチングトランジスタ、２９４ 副直流電源、２９５ プラス側出力線、２９６ マイナス側出力線、２９６Ａ，２９６Ｂ 回転電極接続線、２９７ 放電加工パルス、２９８ 残留電荷除電パルス、２９９ 高周波パルス、３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂ アイドルローラ、４０１ 隙間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチワイヤ放電加工装置の構造及びそのマルチワイヤ放電加工装置を用いて炭化ケイ素板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン等の円柱状インゴットからウェハを切り出す場合における切断手段として、砥粒を用いたワイヤソーが知られている。このワイヤソーは、複数のガイドローラ間に巻回された切断用ワイヤをその長手方向に高速駆動しながら、ワイヤに対してワークを切断送りすることにより、ワークから多数枚の薄片を同時に切り出すものである。
【０００３】
しかし、このようなワイヤソーでは、ガイドローラ間に形成された複数本の切断ワイヤ部分に対し、加工用砥粒が混合された加工液（スラリー）を同時供給する必要があり、その取扱いは容易でない。また、ワイヤがワークに直接接触することによる断線を抑制するために比較的太いワイヤを使用する必要があり、切断加工代が大きくなってしまうという問題があった。さらに、従来のワイヤソーは、インゴットからウェハを切り出すのに長時間を要する場合もあり、加工時間短縮のニーズが高まっている。
【０００４】
一方、近年、シリコンカーバイドが半導体の材料として注目されている。しかし、このシリコンカーバイドは硬質材料であるため、従来のワイヤソーでは、シリコンのインゴットを切断する以上の時間がかかってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、シリコンカーバイドのインゴットと切断用ワイヤとの間に電圧を断続的に印加し、各切断ワイヤ部分によってインゴットを放電加工の原理で切断する放電式ワイヤソーの開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、単一の切断用ワイヤを複数のガイドローラに巻回することにより複数条の切断ワイヤ部分を形成し、通電部材を各条と接するように設け、各条と半導体インゴットとの間に電圧を印加して放電を発生させ、半導体インゴットを同時に３個以上に切断する方法が提案されている。
【０００６】
一方、インゴットからウェハを高速で切り出すことが要請されている。この要請に対してワイヤをガイドローラに巻回する回数を増やして切断ワイヤ部分の条数を多くし、各切断ワイヤ部分それぞれに放電電力を印加して各切断ワイヤ部分とワークとの間で同時に複数の放電を発生させることによって切断速度を上げることが考えられる。この場合、１本のワイヤをガイドローラに巻回して複数条のワイヤ切断部分を形成するので各切断ワイヤ部分は電気的に接続された状態となっている。このため、各切断ワイヤ部分それぞれに放電電力を印加するには各切断ワイヤ部分同士の間を何らかの方法で絶縁することが必要となってくる。そこで、各切断ワイヤ部分同士の間でワイヤをコイル状にすることによって各切断ワイヤ部分間のインピーダンスを高くして電気的な絶縁状態とすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、互いに磁気的に絶縁されたコアの周囲にコイル状にしたワイヤを配置し、切断ワイヤ部分同士の間の電気的な絶縁をより高めようとすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
特許文献２，３記載された従来技術では、各切断ワイヤ部分それぞれに放電電力を印加することが必要となるので、各条のワイヤにそれぞれ接する切断ワイヤ部分と同数の導体ブロックと絶縁ブロックとが交互に並べて配置され、各ブロックをボルトで締め付けて一体化された電極ユニットが提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、ワイヤが導電ブロックと擦れることによって導電ブロックが磨耗してしまうので、頻繁に導電ブロックを交換することが必要であった。このため、マルチワイヤ放電加工装置において、導電体を硬質の超硬合金とする方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
また、複数の切断ワイヤ部分を規定するローラに当接するスリップリングを設け、スリップリング及びローラを介して各切断ワイヤ部分に並列に通電する方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２４８７１９号公報
【特許文献２】特開２０００−９４２２１号公報
【特許文献３】特開２００６−７５９５２号公報
【特許文献４】特開２０００−１０７９４１号公報
【特許文献５】特開２００９−１６６２１１号公報
【特許文献６】特開平１０−５５５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１から６に記載されたような複数の切断ワイヤ部分を有するマルチワイヤ放電加工装置では、複数の切断ワイヤ部分は1本のワイヤを複数回ローラなどに巻きかけることによって形成されていることから、１本のワイヤが複数回ワークとの間で放電を行うこととなる。ワイヤ表面には放電のたびにワークの成分が付着するため、放電加工によってシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行うと、シリコンカーバイドの粉が付着した切断ワイヤ部分が次のワイヤ切断部分まで送られ、給電のために導電ブロックに接触すると、ワイヤ表面に付着したシリコンカーバイドの粉がいわば砥石のような働きをして、導電ブロックの表面を磨耗させてしまうという問題があった。シリコンカーバイドは非常に硬質であることから、特許文献５に記載された従来技術のような超硬合金であってもその表面が簡単に磨耗してしまい、導電ブロックを頻繁に交換することが必要となる。また、特許文献１から５に記載された従来技術では、ワイヤと導電ブロックの表面との間に滑りがあるため、ワイヤと導電ブロックとの間に瞬間的に隙間ができ、ワイヤと導電ブロックとの間で放電が発生し、この放電により導電ブロックが削られてしまう場合がある。このため、特許文献１から５に記載された従来技術では直径の大きなシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行う場合のような長時間の加工を安定して行うことが難しいという問題があった。
【００１１】
また、特許文献５に記載された従来技術のような超硬合金は電気伝導率が低いことから、ワイヤの各条に給電する電圧が低下し、電気伝導度の高い材料を電極に用いた場合に比較してインゴットの切断速度が低下してしまうという問題があった。また、直径の大きなシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行う場合には、その加工時間が長時間となるため、切断ワイヤ部分を規定するローラに電気伝導率は高いが摩耗しやすい材料を用いると、加工中にローラが摩耗して切断ワイヤ部分とインゴットとの距離が変化し、放電が不安定となってしまう場合がある。このため、切断ワイヤ部分を規定するローラには電気伝導率が低く、ワイヤが巻き掛けられても摩耗が少ない硬度の高い材料が用いられるので、特許文献６に記載されたようにローラにスリップリングを介して放電電力を印加する場合にもワイヤの各条に給電する電圧が低下し、電気伝導度の高い電極によってワイヤに直接給電する場合に比較してインゴットの切断速度が低下してしまうという問題があった。更に、特許文献６に記載された従来技術では、スリップリングとローラとの接触による電気抵抗により更にワイヤの各条に給電する電圧が低下し、電気伝導度の高い電極によってワイヤに直接給電する場合に比較してインゴットの切断速度が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、マルチワイヤ放電加工装置において加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、ワイヤの各条に接して共通の放電加工電力を給電する電極と、を備え、ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分とワークとの間で放電を行ってワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置であって、電極がワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転すること、を特徴とする。
【００１４】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極は、円筒状の導電体であること、としても好適であるし、ワイヤの各条はワイヤのワークに向かう側と反対側で電極に接すること、としても好適である。
【００１５】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極が回転自在に取り付けられ、放電加工電力が入力される回転しない中心軸と、電極と中心軸との間に設けられ、電極と中心軸とを電気的に導通させる導電性グリスが充填された導電性軸受と、を有すること、としても好適である。
【００１６】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、放電加工電力が入力される回転しないブラケットと、ブラケットに回転自在に接続され、電極と共に回転する回転軸とを含み、ブラケットと回転軸とは導電性の流動体によって電気的に接続されていること、としても好適である。
【００１７】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極のワイヤ送り方向の上流側または下流側または両側に配置され、ワイヤの各条を電極に押しつけるアイドルローラを備えること、としても好適であるし、アイドルローラは、電極との間にワイヤの各条を挟みこむこと、としても好適である。
【００１８】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、円筒状の導電体で、電極との間にワイヤの各条を挟みこんでワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転する他の電極を有すること、としても好適である。
【００１９】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、電極は、ワイヤの各条に接離する方向に移動してワイヤの各条に押しつけられること、としても好適である。
【００２０】
本発明のマルチワイヤ放電加工装置において、複数の電極を含み、各電極は、切断ワイヤ部分が伸びる方向の切断ワイヤ部分の中央からワイヤに沿って互いに反対方向に向かって等距離の位置に配置されていること、としても好適である。
【００２１】
本発明の炭化ケイ素板の製造方法は、間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、ワイヤの各条に接し、ワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転して共通の放電加工電力をワイヤの各条に給電する電極と、スイッチングトランジスタを含み放電加工電力を供給する共通の加工電源と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置を用い、ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分と炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って炭化ケイ素のインゴットから複数の炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法であって、加工電源のスイッチングトランジスタをオンオフさせて高周波パルスを発生させ、この高周波パルスを放電加工用電力として供給すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、マルチワイヤ放電加工装置において加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極と切断ワイヤ部分とを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極とワイヤの付着物とを示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極の支持構造を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の加工電源の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の放電加工用の高周波パルスの波形を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の放電加工の状態を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極の軸受構造を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置のアイドルローラと回転電極とを示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置のアイドルローラと回転電極とを示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態におけるマルチワイヤ放電加工装置の回転電極とアイドルローラとを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００は、送り出しモータ２５Ａによって回転駆動されて放電加工に用いられる黄銅、鉄線、タングステン線、モリブデン線などの金属線であるワイヤ１５を送り出す送り出しボビン１０Ａと、滑りクラッチ２２を介して取り付けられた巻き取りモータ２５Ｈによって駆動されてワイヤ１５を巻き取る巻き取りボビン１０Ｂと、ワイヤ１５の送り経路を規定するプーリ１１Ａ〜１１Ｉと、ワイヤ１５の走行長さを調整してワイヤ１５の走行を安定させるダンサロール１２と、ワイヤ１５が巻き掛けられる面にゴム製の滑り止め部材が設けられ、速度モータ２５Ｂによって駆動されてワイヤ１５の送り速度を規定する速度プーリ１６と、第１のワイヤ張力センサ１３Ａ、第２のワイヤ張力センサ１３Ｂと、出力トルクを調整することができるトルクモータ２５Ｄによって駆動され、ワイヤ１５が巻き掛けられている面にゴム製の滑り止め部材が取り付けられており、対向して設けられたクランプユニット１９のクランプローラ１９ａとの間にワイヤ１５を挟みこんで送り方向に引っ張り、ワイヤ１５に張力を掛ける張力プーリ１８と、位置決めモータ２５Ｇによって軸方向に移動するワイヤ整列ユニット２１と、ワイヤ１５が複数回巻き掛けられて複数の切断ワイヤ部分２６を構成する複数のガイドローラ２４Ａ〜２４Ｆを含むガイドローラ組と、放電加工用の電源２９と、ワイヤ１５が巻き掛けられて回転する複数の回転電極２００Ａ、２００Ｂと、回転電極２００Ａ，２００Ｂの表面にワイヤ１５を押し付けるアイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂとワークであるシリコンカーバイトのインゴット２８を送る送りユニット２７と、制御部８０とを備えている。回転電極２００Ａ，２００Ｂは回転しないよう固定された各中心軸２０３Ａ，２０３Ｂの周りに回転するよう構成されている。
【００２５】
送り出しボビン１０Ａから図１に示す矢印Ｒの方向に繰出されたワイヤ１５は、プーリ１１Ａ、ダンサロール１２、プーリ１１Ｂ，１１Ｃ、速度プーリ１６、プーリ１１Ｄ、第１のワイヤ張力センサ１３Ａ、プーリ１１Ｅ、１１Ｆの順に巻き掛けられ、プーリ１１Ｆを出たワイヤ１５は、多数のガイド溝をもつガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂの外側にガイドローラ２４Ａ、アイドルローラ３００Ａ、回転電極２００Ａ、アイドルローラ３５０Ａ、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ、アイドルローラ３００Ｂ、回転電極２００Ｂ、アイドルローラ３５０Ｂ、ガイドローラ２４Ｅ，２４Ｆの順に巻きかけられる。ガイドローラ２４Ｆを出たワイヤ１５は最初にガイドローラ２４Ａに巻きかけられているワイヤ１５の部分とガイドローラ２４Ａの軸方向にピッチＰだけ離れた位置から再びガイドローラ２４Ａから２４Ｆに巻きかけられていく。最初に巻きかけられたワイヤ１５の部分と、次に巻き掛けられたワイヤ１５の部分との各ガイドローラ２４Ａから２４Ｆまで間の軸方向の間隔はいずれの場所でもピッチＰとなっている。このようにワイヤ１５はガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂに複数回巻き掛けられる。そして、ワイヤ１５はガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂに複数回巻き掛けされた後、プーリ１１Ｇ、第２のワイヤ張力センサ１３Ｂ、プーリ１１Ｈ、張力プーリ１８、プーリ１１Ｉ、ワイヤ整列ユニット２１を通り、巻き取りボビン１０Ｂに巻き取られる。
【００２６】
図１に示すように本実施形態では、ワイヤ１５はガイドローラ２４Ａから２４Ｆに４回巻き掛けられており、ワイヤ１５は５条となっている。ここで、巻き掛け回数は、切断ワイヤ部分２６を規定するガイドローラ２４Ｂ及び２４Ｃに巻き掛けられている回数である。従って、ワイヤ１５の最後の巻き掛けのようにワイヤ１５がガイドローラ２４Ｆからガイドローラ２４Ａに戻らずプーリ１１Ｇに向って延びてもガイドローラ２４Ｂ及び２４Ｃに巻きかけられているので、巻き掛け回数は１回と数える。つまり、巻き掛けの回数はガイドローラ２４Ｂとガイドローラ２４Ｃとの間に張られている切断ワイヤ部分２６の本数となり、本実施形態では、切断ワイヤ部分２６は５本となる。なお、本実施形態では、説明のためにワイヤ１５の巻き掛け回数は４回、条数は５条、切断ワイヤ部分２６は５本として説明するが、本発明は巻き掛け回数が数１０回、条数が数１０条、切断ワイヤ部分２６が数１０本であってもよい。
【００２７】
図１に示すように、ガイドローラ２４Ｆはドローモータ２５Ｃによって回転駆動される。ワーク送りユニット２７はステッピングモータ２５Ｅによって駆動されるよう構成されている。また、マルチワイヤ放電加工装置１００は、ダンサロール１２の位置を検出する位置センサ３１と、ワイヤの断線を検出する断線検出センサ３２とを備えている。送り出しモータ２５Ａ、速度モータ２５Ｂ、ドローモータ２５Ｃ、トルクモータ２５Ｄ、巻き取りモータ２５Ｈは、ロータリーエンコーダを内蔵しており、その回転数を出力することができるモータである。また、各位置決めモータ２５Ｆ，２５Ｇは、内部の回転子の回転角度を検出することができ、回転子の回転角度からガイド１７、ワイヤ整列ユニット２１の位置を検出することができるよう構成されている。また、ワーク送りユニット２７は、切断ワイヤ部分２６でワイヤ１５の送り方向と直交する方向に向かってインゴット２８を移動させることができるよう配置され、ステッピングモータ２５Ｅによって駆動されるよう構成されている。ステッピングモータ２５Ｅは内部の回転子の回転角度を検出することができ、回転子の回転角度からインゴット２８の位置を検出することができるよう構成されている。電源２９はプラス側出力線２９５によってインゴット２８に接続され、マイナス側出力線２９６から分岐した第１の回転電極接続線２９６Ａ、第２の回転電極接続線２９６Ｂによってそれぞれ回転電極２００Ａ，２００Ｂに接続され、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとの間に放電電力を給電するよう構成されている。
【００２８】
本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００では、インゴット２８及び回転電極２００Ｂは電気伝導率が調整された純水または油系の加工液に浸漬されており、切断ワイヤ部分２６とインゴット２８の間の放電は水中で行われ、加工中にインゴット２８全体の温度の上昇を抑えることができるよう構成されている。
【００２９】
送り出しボビン１０Ａ、巻き取りボビン１０Ｂを回転させる送り出しモータ２５Ａ、巻き取りモータ２５Ｈと、速度プーリ１６を回転させる速度モータ２５Ｂと、ガイドローラ２４Ｆを回転させるドローモータ２５Ｃと、張力プーリ１８を回転させるトルクモータ２５Ｄと、ステッピングモータ２５Ｅと、位置決めモータ２５Ｆ、２５Ｇと、電源２９とは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって動作するよう構成されている。また、第１、第２のワイヤ張力センサ１３Ａ、１３Ｂと、ダンサロール１２の位置を検出する位置センサ３１と、ワイヤ１５の断線を検出する断線検出センサ３２と、は制御部８０に接続され、各検出信号は制御部８０に入力されるよう構成されている。制御部８０は、内部の信号処理用のＣＰＵと制御用のプログラムやデータを格納するメモリを備えるコンピュータである。制御部８０は断線検出センサ３２によってワイヤ１５の断線が検出された場合には、マルチワイヤ放電加工装置１００の動作を停止する。
【００３０】
以上のよう構成されたマルチワイヤ放電加工装置１００において、図２に示す矢印Ｒの方向にワイヤ１５が送られると、ガイドローラ２４Ａから２４Ｆ、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂはそれぞれワイヤ１５の巻きかけられている面がワイヤ１５の送り方向と同方向となるように、ガイドローラ２４Ａ、回転電極２００Ａ、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃ、回転電極２００Ｂ、ガイドローラ２４Ｅ，２４Ｆは時計方向に回転し、各アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂは反時計周りに回転する。各アイドルローラ３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂはフッ素系材料、ナイロン系材料等耐磨耗性の高い材料が用いられている。また、各回転電極２００Ａ，２００Ｂの円筒形の電極部材２０１Ａ，２０１Ｂには電気伝導度の高い銅、銅タングステン等の銅合金、銀タングステン等の銀合金等の材料が用いられている。各回転電極２００Ａ，２００Ｂの円筒形の電極部材２０１Ａ，２０１Ｂは、その周速がワイヤ１５の送り速度と略同様となるように回転するので、ワイヤ１５との相対速度が略ゼロであり、従来の固定式の電極のようなワイヤ１５と電極との擦れが発生することはなく、電気伝導度の高い銅等の材料を用いた場合でも表面が磨耗してしまうことが抑制される。また、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間に滑りがないのでワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間に瞬間的に隙間ができてワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間で放電が発生することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂが削られてしまうことが抑制される。
【００３１】
複数の切断ワイヤ部分２６を有するマルチワイヤ放電加工装置１００でシリコンカーバイド（炭化ケイ素）のインゴット２８を切断する場合、ワイヤ１５の表面には放電のたびにシリコンカーバイドの成分が粉７０として付着する。図３に示すように、放電加工ではインゴット２８を切断ワイヤ部分２６に向って送りながら行うので、ワイヤ１５とインゴット２８との放電はワイヤ１５のインゴット２８側とインゴット２８の加工溝２８ａとの間で発生することが多い。このため、放電加工によって飛び散ったシリコンカーバイドの粉７０は主にワイヤ１５のインゴット２８側の表面に付着する。そこで、本実施形態ではシリコンカーバイドの粉７０の付着が少ないインゴット２８と反対側のワイヤ１５の表面が電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの表面に設けられた溝２０６Ａ，２０６Ｂに接するように回転電極２００Ａ，２００Ｂを配置している。このため、放電加工によってワイヤ１５に付着したシリコンカーバイドの粉７０と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの溝２０６Ａ，２０６Ｂに接することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの溝２０６Ａ，２０６Ｂが磨耗することが抑制される。これによって、直径の大きなシリコンカーバイド等の硬質材料のスライスを行う場合のように長時間の放電加工を行う場合でも繁雑に電極を交換することなく、安定してワイヤ１５に放電電力を給電し、放電加工をすることができる。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００では、回転電極２００Ａの矢印Ｒで示すワイヤの送り方向の上流側と下流側に２つのアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａが回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度が角度θ1（ｒａｄ）となるように配置されている。この場合、電極部材２０１Ａの直径をＤとすると、ワイヤ１５は回転電極に（θ1×Ｄ／２）の長さだけ接触する。また、ワイヤ１５には張力Ｔが掛かっていることから、張力Ｔにより、Ｆ1＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ1／２）、だけの力によってワイヤ１５が電極部材２０１Ａの表面に押し付けられる。このように、本実施形態の回転電極２００Ａ，２００Ｂは電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との接触長を長くとれると共に、ワイヤ１５が電極部材２０１Ａ，２０１Ｂに押し付けられるので、放電加工電力をワイヤ１５の各条に給電する際の電気抵抗が少なく、電圧を低下させずに放電加工電力を供給することができる。そして、回転電極２００Ａ，２００Ｂはワイヤ１５の送り方向と同方向に向かって回転するので電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との相対速度がほとんどない状態でワイヤ１５と接触する。このため、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂに電気伝導度の高い銅等の材料を用いた場合でも、接触距離が長く、ワイヤ１５が押し付けられた状態でもその表面が磨耗することがなく、ワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間に瞬間的に隙間ができてワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間で放電が発生することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂが削られてしまうことが抑制され、長時間安定してワイヤ１５に放電電力を給電し、放電加工をすることができる。また、電源２９から給電される放電電力の電圧を低下させずにワイヤ１５に給電することができ、放電加工速度が低下することを抑制することができる。
【００３３】
図２に示すように、２つの隣り合う同一直径のガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃの間の直線のワイヤ１５は複数の切断ワイヤ部分２６を構成する。より詳細にはガイドローラ２４Ｂの下端と２４Ｃの上端との間の高さＹ1が切断ワイヤ部分２６の長さとなる。切断ワイヤ部分２６のＹ方向（上下方向）の中心は点２６Ｃである。回転電極２００Ａ，２００Ｂは各回転中心２０５Ａ，２０５Ｂがそれぞれ切断ワイヤ部分２６の中心２６ＣからＸ方向（横方向）にＸ1で、Ｙ方向のプラス側、マイナス側にそれぞれＹ2の位置となるように配置されている。また、各ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃと各回転電極２００Ａ，２００Ｂとの間には切断ワイヤ部分２６の中心２６Ｃを通る中心線２８Ｄに対して上下対象で、中心２６ＣからのＸ方向の距離が同様となるような位置にアイドルローラ３５０Ａ，３００Ｂが配置されている。このように、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、アイドルローラ３５０Ａ，３００Ｂ、ガイドローラ２４Ｂ，２４Ｃを配置することにより、各回転電極２００Ａ，２００Ｂは切断ワイヤ部分２６の中心からワイヤ１５の巻きかけられる経路に沿って同一距離に配置され、切断ワイヤ部分２６に対して均等に放電電力を供給することができる。そして、インゴット２８を切断する際には円筒状のインゴット２８の中心２８Ｃを切断ワイヤ部分２６のＹ方向の中心２６Ｃに合わせて各中心２６Ｃ，２８Ｃを通ってワークの送り方向に延びる中心線２８Ｄに沿って送って放電加工を行うので、放電加工の際に、インゴット２８の上部と下部とを均等に加工することができる。
【００３４】
図４を参照しながら、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００の回転電極２００Ａの支持構造について説明する。図４（ａ）に示すように、本実施形態の回転電極２００Ａは、マルチワイヤ放電加工装置１００のベースに取り付けられて回転しない基盤２５０Ａに固定された回転しない金属製の中心軸２０３Ａの基盤２５０Ａと反対側の先端部分に設けられた段部２１０Ａの外周に２つの導電性ベアリング２０２Ａを介して電極部材２０１Ａが取り付けられたものである。電極部材２０１Ａは、電気伝導率が良い銅等の材料で構成された円筒状の導電体である。中心軸２０３Ａは基盤２５０Ａに対して電気的に絶縁されるよう固定されていてもよい。導電性ベアリング２０２Ａは、金属製の段部２１０Ａの外周に固定される金属製の内輪２１１Ａと、電極部材２０１Ａの内面に嵌め込まれる金属製の外輪２１２Ａと、内輪２１１Ａと外輪２１２Ａとの間に挟みこまれた周状に配置された金属製のボール２１３Ａとによって構成されている。また、内輪２１１Ａと外輪２１２Ａとの間には導電性グリス２１４Ａが充填されている。段部２１０Ａの先端には先端側の導電性ベアリング２０２Ａを軸方向に押さえるキャップ２１６Ａが取り付けられている。図４（ｂ）に示すように電極部材２０１Ａの外面にはワイヤ１５を巻けるＶ字型の溝２０６Ａが設けられており、各溝２０６Ａの間隔はワイヤ１５の間隔と同様、ピッチＰとなっている。
【００３５】
回転しない中心軸２０３Ａには、加工用の電源２９からの放電加工電力が入力される入力端子２２０Ａが設けられている。入力端子２２０Ａは円形でも良いし、四角など他の形状でも良い。入力端子２２０Ａから入力された放電電力の電流は、図４の矢印２２１，２２２，２２３に示すように、中心軸２０３Ａから段部２１０Ａに流れ、段部２１０Ａから導電性ベアリング２０２Ａの内輪２１１Ａ、ボール２１３Ａ、外輪２１２Ａを通って電極部材２０１Ａに達し、電極部材２０１Ａの外面に設けられた溝２０６Ａに接触しているワイヤ１５の各条に流れていく。また、導電性ベアリング２０２Ａの内輪２１１Ａと外輪２１２Ａとの間には導電性グリス２１４Ａが充填されているので、内輪２１１Ａに流れた電流は、導電性グリス２１４Ａの中を流れて外輪２１２Ａに達し、外輪２１２Ａから電極部材２０１Ａに達する。このように、導電性ベアリング２０２Ａは電気抵抗が低くなるように構成されているので、回転しない入力端子２２０Ａから回転する電極部材２０１Ａまでに達するまで放電電力の電圧降下が少ない構造となっている。
【００３６】
以上の実施形態では、電極部材２０１Ａの外面に設けられた溝２０６ＡはＶ字形とすることとして説明したが、図４（ｃ）に示すように、ワイヤ１５の外面に沿った半円形の溝２０７Ａとしても良い。この場合には、ワイヤ１５を線ではなく面でサポートするため、回転電極２００Ａに巻き掛けられることによるワイヤ１５の負荷を低減し、ワイヤ１５の断線を抑制することができる。
【００３７】
図５を参照して、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００に用いられる放電加工用の電源２９の構成と動作について説明する。図５に示すように、電源２９は、主直流電源２９２と、主直流電源２９２と直列に接続され、主直流電源２９２の出力を入り切りする主スイッチングトランジスタ２９１と、主直流電源２９２と並列で、プラスマイナスの方向が逆でその電圧が主直流電源２９２よりも低い副直流電源２９４と、副直流電源２９４と直列に接続され、副直流電源２９４の出力を入り切りする副スイッチングトランジスタ２９３と、を備えている。各スイッチングトランジスタ２９１，２９３の各ゲートは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によってオンオフするよう構成されている。主直流電源２９２のプラス側にはプラス側出力線２９５が接続され、主直流電源２９２のマイナス側にはマイナス側出力線２９６が接続されている。プラス側出力線２９５はインゴット２８に接続され、マイナス側出力線２９６は第１の回転電極接続線２９６Ａと第２の回転電極接続線２９６Ｂとに分岐し、第１の回転電極接続線２９６Ａは回転電極２００Ａに接続され、第２の回転電極接続線２９６Ｂは回転電極２００Ｂに接続されている。従って、電源２９は各回転電極２００Ａ，２００Ｂに共通の電源であり、各回転電極２００Ａ，２００Ｂには共通の電源２９から同一の放電加工電力が給電される。
【００３８】
図６に示すように、放電加工電力は、放電加工を行う放電加工パルス２９７と、放電加工後に電源系統内のコンデンサ等に残留している残電荷を除去するための放電加工パルス２９７と逆電圧の残留電荷除電パルス２９８とを含む高周波パルス２９９である。この高周波パルス２９９は次のように各スイッチングトランジスタ２９１，２９３を動作させることによって得られる。最初、各スイッチングトランジスタ２９１，２９３はオフとなっており、電源２９から出力はでていない。図６の時間ｔ1に、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなると主直流電源２９２からの電流がプラス側出力線２９５から出力され、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間には放電加工パルス２９７の電圧Ｖ1が印加される。そして、時間Δｔ1の間だけ主スイッチングトランジスタ２９１のオン状態を継続した後、図６の時間ｔ2に主スイッチングトランジスタ２９１をオフとする。すると、プラス側出力線２９５から出力されていた主直流電源２９２からの電流が停止し、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間の印加電圧はゼロとなり放電加工パルス２９７は停止する。そして、所定の時間Δｔ2の間だけ印加電圧をゼロの状態に保持した後、時間ｔ3に副スイッチングトランジスタ２９３がオンとなると副直流電源２９４からの電流がマイナス側出力線２９６から出力され、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間にはマイナスの電圧Ｖ2の残留電荷除電パルス２９８が印加される。そして、時間Δｔ3の間だけ副スイッチングトランジスタ２９３のオン状態を継続した後、図６の時間ｔ4に副スイッチングトランジスタ２９３をオフとする。すると、マイナス側出力線２９６から出力されていた副直流電源２９４からの電流が停止し、インゴット２８と各回転電極２００Ａ，２００Ｂとインゴット２８との間の印加電圧はゼロとなり残留電荷除電パルス２９８は停止する。そして残留電荷除電パルス２９８の停止後、時間Δｔ4後の時間ｔ5に再度、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなる。このように、主スイッチングトランジスタ２９１、副スイッチングトランジスタ２９３を交互にオンオフしてプラス側の高圧の放電加工パルス２９７とマイナス側の低圧の残留電荷除電パルス２９８とを出力する。図６に示すように高圧の放電加工パルス２９７の周期はΔｔ0であり、その周波数は数１０ｋＨｚから数１００ｋＨｚの高周波である。また、低圧の残留電荷除電パルス２９８の周波数は高圧の放電加工パルス２９７との周波数と同じ周波数である。なお、図６では、残留電荷除電パルス２９８停止の後、時間Δｔ4後の時間ｔ5に再度、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなることとして説明したが、残留電荷除電パルス２９８停止直後に再度、主スイッチングトランジスタ２９１がオンとなることとしてもよい。この場合には、高圧の放電加工パルス２９７の周期はΔｔ0が短くなるのでより高い周波数の放電加工パルス２９７とでき、放電加工の速度を上げることができる。
【００３９】
本実施形態では、主直流電源２９２、副直流電源２９４は電池等の単純な直流電源として説明したが、放電加工パルス２９７の電圧Ｖ1あるいは残留電荷除電パルス２９８の電圧Ｖ2をそれぞれ供給できるものであれば、例えば、コンデンサやトランスを用いて電力を蓄えておき、この蓄えた電力を直流電力として供給するようなものとしても良い。
【００４０】
図１から図４を参照して説明したような構造を有し、図５、図６を参照して説明した放電加工用の電源２９を備えている本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００の動作について図７を参照しながら説明する。図７は、回転電極２００Ａ，２００Ｂ、インゴット２８と、電源２９の電気的な接続状態を模式的に表した図である。各回転電極２００Ａ，２００Ｂは金属製で一体となっており各回転電極２００Ａ，２００Ｂは１つのマイナス側出力線２９６に接続されていることから、各回転電極２００Ａ，２００Ｂはワイヤ１５の各条に対して共通の電極となっている。また、各回転電極２００Ａ，２００Ｂは切断ワイヤ部分２６の中心２６Ｃまでの距離ＬA，ＬBが同一となるように配置されており、インゴット２８は、その中心２８Ｃと切断ワイヤ部分２６の中心２６Ｃを通ってワークの送り方向に沿って延びる中心線２８Ｄに沿って送り方向に移動していくので、各回転電極２００Ａ，２００Ｂからインゴット２８の中心２８Ｃまでの距離も同一となっている。従って、各切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間には同一の放電加工パルス２９７、残留電荷除電パルス２９８がワイヤ１５の各条の２箇所から同時に印加されることとなる。
【００４１】
図７に示すように、電源２９から放電加工パルス２９７がインゴット２８に入力されると回転電極２００Ａと回転電極２００Ｂを通して各切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間に同一の放電加工パルス２９７が印加される。回転電極２００Ａ，２００Ｂは電気抵抗が低くなるように構成されているので、このような高周波の放電加工パルス２９７が印加された場合でも、その電圧を低下させずに切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間に放電加工パルス２９７が印加される。１つの放電加工パルス２９７が印加された際、放電は各切断ワイヤ部分２６の中で、点ａと点ａ´、点ｂと点ｂ´、点ｃと点ｃ´、点ｄと点ｄ´、点ｅと点ｅ´の間で示されるインゴット２８の中に入り込んでいる部分と、インゴット２８との間の距離が最も近くなる部分で１回だけ発生する。例えば、放電加工パルス２９７が入力された際に第１の切断ワイヤ部分２６１の点ａ側とインゴット２８との距離が他の切断ワイヤ部分２６２から２６５よりも短い場合には、放電は第１の切断ワイヤ部分２６１とインゴット２８との間でのみ発生し、他の切断ワイヤ部分２６２から２６５とインゴット２８との間では放電は発生しない。この場合、電流はインゴット２８から切断ワイヤ部分２６１に流れ、点ａに近い側に配置されている回転電極２００Ａに流れる。この放電によって点ａの近傍が削られると、切断ワイヤ部分２６１とインゴット２８との距離が他の部分よりも大きくなるので、次の放電加工パルス２９７が印加された際には点ａの近くではないところ、例えば、第２の切断ワイヤ部分２６の点ｂ近傍で放電が発生する。このように１つの放電加工パルス２９７によって電圧が印加される都度１回だけ放電が発生し、その放電は切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との距離が一番近くなっている部分でランダムに発生するので、各切断ワイヤ部分２６はインゴット２８を送り方向に均等に切断していくことができる。インゴット２８を切断すると複数枚のシリコンカーバイド（炭化ケイ素）の薄板を製造することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のマルチワイヤ放電加工装置１００は、電極を回転電極２００Ａ，２００Ｂとすると共に、入力端子２２０Ａから回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂまでの電気抵抗を少なくして高周波パルス２９９を印加してもその電圧を低下させずに切断ワイヤ部分２６とインゴット２８との間に印加することができるので、加工速度の低下を抑制するとともに長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。また、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間に滑りがないのでワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間に瞬間的に隙間ができてワイヤ１５と電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間で放電が発生することが抑制され、電極部材２０１Ａ，２０１Ｂが削られてしまうことが抑制されると共に、ワイヤ１５の張力コントロールを容易に行うことができるという効果を奏する。また、本実施形態では、巻き掛け回数が数５回、条数が数５条、切断ワイヤ部分２６が数５本として説明したが、本発明は巻き掛け回数が数１０回、条数が数１０条、切断ワイヤ部分２６が数１０本の以上のマルチワイヤ放電加工装置にも適用でき、特に、このような多くの巻き掛け回数のマルチワイヤ放電加工装置に適用されるとその効果が更に顕著となる。
【００４３】
図８を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。図８に示すように、本実施形態では、円筒形の電極部材２０１Ａと共に回転する回転軸２０８Ａをベアリング２０９Ａで基盤２５０Ａに回転自在に取り付け、回転軸２０８Ａの電極部材２０１Ａと反対側の端部２３６Ａに回転軸２０８Ａと相対的に回転でき、基盤２５０Ａに接続されて回転しないブラケット２３８Ａを取り付け、ブラケット２３８Ａと回転軸２０８Ａの端部２３６Ａとの間に無機水銀などの導電性の流動体２３９Ａを封入するようにしたものである。本実施形態においては、ベアリング２０９Ａを絶縁ベアリングとして構成し、回転軸２０８Ａと基盤２５０Ａとの間を絶縁するようにしても良い。この場合、内輪２３１Ａの段部２３０Ａと接する面、あるいは外輪２３２Ａの基盤２５０Ａの内面２５１Ａに接する面のいずれかに絶縁面を設けてもよい。また、ベアリング２０９Ａはカラー２３５Ａによって軸方向に固定されている。ブラケット２３８Ａには端部２３６Ａの外面を覆う環状で内部にポケットが設けられた接続部材２３７Ａが取り付けられている。導電性の流動体２３９Ａは接続部材２３７Ａの内部のポケットに充填されている。
【００４４】
ブラケット２３８Ａに入力された放電加工電力の電流は、ブラケット２３８Ａ、接続部材２３７Ａから導電性の流動体２３９Ａに流れ、端部２３６Ａから回転軸２０８Ａを通って電極部材２０１Ａに流れる。本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。
【００４５】
図９を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。本実施形態では、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａに巻きかけられるワイヤ１５の巻き掛け角度θを規定する様に配置されるアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａの位置を移動させることによって電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度θを調整することができるようにしたものである。図９で点線で示されるアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａは通常の位置を示し、実線で示されるアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａは通常よりも巻き掛け角度θが大きくなるように調整した状態を示す。
【００４６】
通常状態では、アイドルローラ３００Ａ，３５０Ａは電極部材２０１Ａのワイヤ１５の巻き掛け角度が角度θ1（ｒａｄ）となる位置に配置されている。この場合、電極部材２０１Ａの直径をＤとすると、ワイヤ１５は電極部材２０１Ａに、（θ1×Ｄ／２）の長さだけ接触する。また、ワイヤ１５には張力Ｔが掛かっていることから、張力Ｔにより、Ｆ1＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ1／２）、だけの力によってワイヤ１５が電極部材２０１Ａの表面に押し付けられる。また、アイドルローラ３００Ａ，３５０Ａを実線で示される位置に移動させると電極部材２０１Ａのワイヤ１５の巻き掛け角度が角度θ1（ｒａｄ）からθ2（ｒａｄ）に大きくなり、これによって接触長さは（θ2×Ｄ／２）に長くなり、ワイヤ１５が電極部材２０１Ａを押し付ける押しつけ力Ｆは通常状態のＦ1から、Ｆ2＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ2／２）、に大きくなる。このように、回転電極２００Ａの両側にアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａを配置してワイヤ１５の電極部材２０１Ａへの巻き掛け角度θを適切な角度とすることによって、ワイヤ１５と電極部材２０１Ａとの接触長さ、押し付け力Ｆを調整することができる。
【００４７】
本実施形態では、印加する高周波の放電加工パルス２９７の周波数や、ワイヤ１５の材質、太さ、加工するインゴットの材質大きさ等に応じてアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａの位置を変化させて、最適の接触長さ、押し付け力とすることができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。
【００４８】
図１０を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図９を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。図１０（ａ）に示すように、本実施形態は、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａとの間にワイヤ１５を挟みこむようにアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａを配置したものである。より詳細には、図１０（ｂ）に示すように、電極部材２０１Ａの外表面に設けられた溝２０６Ａと、アイドルローラ３５０Ａの外表面に設けられた溝３５６Ａとによってワイヤ１５を力Ｇで挟み込むようにしたもので、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａの外表面とアイドルローラ３５０Ａの外表面との間には微小な隙間４０１がある。
【００４９】
先に図１から図９を参照して説明した実施形態では、回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間の相対速度はほとんどないが、実際には微小なすべりが発生する場合がある。ワイヤ１５と回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとの間にすべりが発生すると電極部材２０１Ａ，２０１Ｂの磨耗が発生したり、ワイヤ１５への給電が不安定となったり、ワイヤ１５の送りが不安定となる場合がある。本実施形態のように、回転電極２００Ａ，２００Ｂの電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとアイドルローラ３５０Ａとの間にワイヤ１５を挟みこむと電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとワイヤ１５との間のすべりが更に抑制されることから、給電、ワイヤ送りを安定して行うことができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。また、ワイヤ１５を滑らないように電極部材２０１Ａ，２０１Ｂとアイドルローラ３５０Ａとの間にワイヤ１５を挟みこむので、アイドルローラ３５０Ａあるいは回転電極２００Ａにモータを接続してワイヤ１５を送る駆動機構としてもよい。
【００５０】
図１１を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図１０を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。図１１（ａ）に示すように、本実施形態はアイドルローラ３００Ａ，３５０Ａ，３００Ｂ，３５０Ｂを設けず、各回転電極２００Ａ，５００Ａの電極部材２０１Ａ，５０１Ａの間にワイヤ１５を挟みこむように２つの回転電極２００Ａ，５００Ａを隣接して配置したものである。図１１（ａ）のＫ部の詳細を示す図１１（ｂ）のように、電極部材２０１Ａ，５０１Ａの外表面に設けられた溝２０６Ａ，５０６Ａによって力Ｇでワイヤ１５を挟み込むようにしたもので、各回転電極２００Ａ，５００Ａの各電極部材２０１Ａ，５０１Ａの各外表面の間には微小な隙間４０１がある。電極部材５０１Ａには電極部材２０１Ａと同様、電気伝導度の高い銅、銅タングステン等の銅合金、銀タングステン等の銀合金等の材料が用いられている。
【００５１】
本実施形態は、図１０を参照して説明した実施形態と同様、回転電極２００Ａ，５００Ａの各電極部材２０１Ａ，５０１Ａの間にワイヤ１５を挟みこむことによって電極部材２０１Ａ，５０１Ａとワイヤ１５との間のすべりが更に抑制されることから、給電、ワイヤ送りを安定して行うことができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。更に、２つの回転電極２００Ａ，５００Ａによってワイヤ１５に給電するのでワイヤ１５への給電を確実に行うことができるという効果を奏する。
【００５２】
図１２を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図１１を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。本実施形態は、回転電極２００Ａをワイヤ１５に接離する方向に移動できるようにして、電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度θを調整することができるよう構成したものである。図１２で点線示される回転電極２００Ａは、回転電極２００Ａをワイヤ１５に押し付ける前の位置を示し、実線で示される回転電極２００Ａは回転電極２００Ａをワイヤ１５に向って移動させてワイヤ１５に押し付け、点線で示した位置の場合よりも巻き掛け角度θが大きくなるように調整した状態を示す。
【００５３】
押し付け前の状態では、回転電極２００Ａは電極部材２０１Ａのワイヤ１５と接触するのみで、ワイヤ１５の巻き掛け角度θは略ゼロとなっている。この場合、ワイヤ１５は回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａと略点で接触しており、ワイヤ１５に掛かる張力によってワイヤ１５を電極部材２０１Ａの表面に押し付ける力Ｆは略ゼロとなっている。そして、回転電極２００Ａをワイヤ１５に接する方向に向かって図１２の実線の位置まで移動させると、回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａへのワイヤ１５の巻き掛け角度は角度θ1（ｒａｄ）となる。この場合、電極部材２０１Ａの直径をＤとすると、ワイヤ１５は電極部材２０１Ａに、（θ1×Ｄ／２）の長さだけ接触し、ワイヤ１５に掛かる張力Ｔにより、Ｆ1＝２×Ｔ×ｓｉｎ（θ1／２）、の押し付け力Ｆでワイヤ１５が電極部材２０１Ａの表面に押し付けられる。このように、回転電極２００Ａをワイヤ１５に接離する方向に移動させることによってワイヤ１５と電極部材２０１Ａとの接触長さ、押し付け力Ｆを適切な値に調整することができる。
【００５４】
本実施形態では、印加する高周波の放電加工パルス２９７の周波数や、ワイヤ１５の材質、太さ、加工するインゴットの材質大きさ等に応じて回転電極２００Ａの位置を変化させて、最適の接触長さ、押し付け力とすることができ、更に長時間の加工を安定して行うことができるという効果を奏する。
【００５５】
また、本実施形態においては、その先端がワイヤ１５に接離する方向に移動する回転アームの先端に回転電極２００Ａを取り付け、そのアームを回転させることによって回転電極２００Ａの電極部材２０１Ａをワイヤ１５に押し付けるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ 送り出しボビン、１０Ｂ 巻き取りボビン、１１Ａ〜１１Ｉ プーリ、１２ ダンサロール、１３Ａ，１３Ｂ ワイヤ張力センサ、１５ ワイヤ、１６ 速度プーリ、１７ ガイド、１８ 張力プーリ、１９ クランプユニット、１９ａ クランプローラ、２１ ワイヤ整列ユニット、２２ 滑りクラッチ、２４Ａ〜２４Ｆ ガイドローラ、２５Ａ 送り出しモータ、２５Ｂ 速度モータ、２５Ｃ ドローモータ、２５Ｄ トルクモータ、２５Ｅ ステッピングモータ、２５Ｆ，２５Ｇ 位置決めモータ、２５Ｈ 巻取りモータ、２６ 切断ワイヤ部分、２６Ｃ，２８Ｃ 中心、２７ ワーク送りユニット、２８ インゴット、２８Ｄ 中心線、２８ａ 加工溝、２９ 電源、３１ 位置センサ、３２ 断線検出センサ、７０ 粉、８０ 制御部、１００ マルチワイヤ放電加工装置、２００Ａ，２００Ｂ，５００Ａ 回転電極、２０１Ａ，２０１Ｂ，５０１Ａ 電極部材、２０２Ａ 導電性ベアリング、２０３Ａ，２０３Ｂ 中心軸、２０５Ａ，２０５Ｂ 回転中心、２０６Ａ，２０６Ｂ，２０７Ａ，３５６Ａ，５０６Ａ 溝、２０８Ａ 回転軸、２０９Ａ ベアリング、２１０Ａ 段部、２１１Ａ，２３１Ａ 内輪、２１２Ａ，２３２Ａ 外輪、２１３Ａ，２３３Ａ ボール、２１４Ａ 導電性グリス、２１６Ａ キャップ、２２０Ａ 入力端子、２３０Ａ 段部、２３５Ａ カラー、２３６Ａ 端部、２３７Ａ 接続部材、２３８Ａ ブラケット、２３９Ａ 流動体、２５０Ａ 基盤、２５１Ａ 内面、２６１〜２６５ 切断ワイヤ部分、２９１ 主スイッチングトランジスタ、２９２ 主直流電源、２９３ 副スイッチングトランジスタ、２９４ 副直流電源、２９５ プラス側出力線、２９６ マイナス側出力線、２９６Ａ，２９６Ｂ 回転電極接続線、２９７ 放電加工パルス、２９８ 残留電荷除電パルス、２９９ 高周波パルス、３００Ａ，３００Ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂ アイドルローラ、４０１ 隙間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、
各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、
ワイヤの各条に接して共通の放電加工電力を給電する電極と、を備え、
ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分とワークとの間で放電を行ってワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極がワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極は、円筒状の導電体であること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
ワイヤの各条はワイヤのワークに向かう側と反対側で電極に接すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極が回転自在に取り付けられ、放電加工電力が入力される回転しない中心軸と、
電極と中心軸との間に設けられ、電極と中心軸とを電気的に導通させる導電性グリス
が充填された導電性軸受と、を有すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
放電加工電力が入力される回転しないブラケットと、
ブラケットに回転自在に接続され、電極と共に回転する回転軸とを含み、
ブラケットと回転軸とは導電性の流動体によって電気的に接続されていること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極のワイヤ送り方向の上流側または下流側または両側に配置され、ワイヤの各条を電極に押しつけるアイドルローラを備えること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
アイドルローラは、電極との間にワイヤの各条を挟みこむこと、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
円筒状の導電体で、電極との間にワイヤの各条を挟みこんでワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転する他の電極を有すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項９】
請求項２から７のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極は、ワイヤの各条に接離する方向に移動してワイヤの各条に押しつけられること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
複数の電極を含み、
各電極は、切断ワイヤ部分が伸びる方向の切断ワイヤ部分の中央からワイヤに沿って互いに反対方向に向かって等距離の位置に配置されていること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項１１】
間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、ワイヤの各条に接し、ワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転して共通の放電加工電力をワイヤの各条に給電する電極と、スイッチングトランジスタを含み放電加工電力を供給する共通の加工電源と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置を用い、ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分と炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って炭化ケイ素のインゴットから複数の炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法であって、
加工電源のスイッチングトランジスタをオンオフさせて高周波パルスを発生させ、この高周波パルスを放電加工用電力として供給すること、
を特徴とする炭化ケイ素板の製造方法。
【請求項１】
間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、
各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、
ワイヤの各条に接して共通の放電加工電力を給電する電極と、を備え、
ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分とワークとの間で放電を行ってワークを加工するマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極がワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極は、円筒状の導電体であること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
ワイヤの各条はワイヤのワークに向かう側と反対側で電極に接すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極が回転自在に取り付けられ、放電加工電力が入力される回転しない中心軸と、
電極と中心軸との間に設けられ、電極と中心軸とを電気的に導通させる導電性グリス
が充填された導電性軸受と、を有すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
放電加工電力が入力される回転しないブラケットと、
ブラケットに回転自在に接続され、電極と共に回転する回転軸とを含み、
ブラケットと回転軸とは導電性の流動体によって電気的に接続されていること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極のワイヤ送り方向の上流側または下流側または両側に配置され、ワイヤの各条を電極に押しつけるアイドルローラを備えること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
アイドルローラは、電極との間にワイヤの各条を挟みこむこと、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
円筒状の導電体で、電極との間にワイヤの各条を挟みこんでワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転する他の電極を有すること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項９】
請求項２から７のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
電極は、ワイヤの各条に接離する方向に移動してワイヤの各条に押しつけられること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のマルチワイヤ放電加工装置であって、
複数の電極を含み、
各電極は、切断ワイヤ部分が伸びる方向の切断ワイヤ部分の中央からワイヤに沿って互いに反対方向に向かって等距離の位置に配置されていること、
を特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項１１】
間隔をおいて配設された複数のガイドローラを含むガイドローラ組と、各ガイドローラの長手方向に間隔をあけてガイドローラ組に複数回巻き掛けられて複数条となり、ガイドローラ組のうちの一対の隣り合うガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部分を構成するワイヤと、ワイヤの各条に接し、ワイヤの送り方向と同じ方向に向かって回転して共通の放電加工電力をワイヤの各条に給電する電極と、スイッチングトランジスタを含み放電加工電力を供給する共通の加工電源と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置を用い、ワイヤを巻き掛け方向に送りながら各切断ワイヤ部分と炭化ケイ素のインゴットとの間で放電を行って炭化ケイ素のインゴットから複数の炭化ケイ素板を切り出す炭化ケイ素板の製造方法であって、
加工電源のスイッチングトランジスタをオンオフさせて高周波パルスを発生させ、この高周波パルスを放電加工用電力として供給すること、
を特徴とする炭化ケイ素板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１２５８７９（Ｐ２０１２−１２５８７９Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９６７９（Ｐ２０１０−２７９６７９）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（３９１０５１４４１）株式会社東京カソード研究所 (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（３９１０５１４４１）株式会社東京カソード研究所 (40)
【Ｆターム（参考）】
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