(57)【要約】【課題】スリット加工に寄与しない放電を発生させず、高速加工により平滑な面を実現すると共に、加工幅が小さく被加工物の歩留まりの良い一方向加工のための放電加工用ワイヤを提供する。【解決手段】ワイヤ表面が、長手方向に連続する真直な放電域と、該放電域より電気抵抗の高い非放電域とで形成される放電加工用ワイヤとする。更に非放電域は絶縁層としたり、放電域は分散性のよい層に改質したり、ワイヤ自体の断面形状を異形、好ましくはトラック形にしたりすることで、加工速度の向上、加工面粗さの低減や加工溝幅の縮小等を達成することができる。【選択図】図１
2010208009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ表面が、ワイヤ断面の周縁同一部位においてワイヤ長手方向に連続する放電域と、その他の部位が該放電域より電気抵抗の高い非放電域とで構成される放電加工用ワイヤ。
【請求項２】
前記非放電域が絶縁層である請求項１に記載の放電加工用ワイヤ。
【請求項３】
前記放電域が金属層、または高抵抗層である請求項１又は２に記載の放電加工用ワイヤ。
【請求項４】
ワイヤ断面の周縁が、対向する一対の直線部を有し、それら一対の直線部両端の互いに対向する端部同士を接続する部分のうちの少なくとも一方に外側へ膨らんだ曲線部を有する形状のワイヤであって、前記一方の曲線部がワイヤ長手方向に連続してなる曲面部に、前記放電域を有し、且つワイヤ断面が該直線部の直線方向に長い形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の放電加工用ワイヤ。
【請求項５】
前記ワイヤ断面の形状が、前記一対の直線部が同寸且つ互いに平行で、それら一対の直線部両端の互いに対向する端部同士を接続する部分の両方に前記曲線部を有するトラック形状である請求項４に記載の放電加工用ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ワイヤ放電加工において、特に特定の一方向に対する高速度・高精度な加工が行える放電加工用ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ放電加工は細いワイヤを電極線として、放電エネルギーにより被加工物を切断する加工である。電極線に張力をかけた状態で連続走行させながら、加工液雰囲気において電極線と被加工物（金型やダイス等）との間に電圧をかける。すると被加工物と電極線との間でパルス状の放電が繰り返し発生する。加工液は純度の高い水または油であり、放電部位に供給されたり、放電加工が液中で行われたりする。放電加工は、溶融・爆発・飛散・冷却・スラッジ除去の工程で構成されている。電極線と被加工物が連続して接近することにより放電加工が繰り返し行われ、被加工物を所定の形状に加工する。
【０００３】
ワイヤ放電加工は元来、様々な曲面を有する物を製作することに好まれて使用されてきた。しかし、近年、その加工性能の向上から複雑な形状のみならず、単純スリット加工にも使用が検討されている。特にＳｉやＳｉＣ等の化合物半導体といった硬脆性材料のスライス加工への適用が期待される。
【０００４】
従来のワイヤ放電加工は複雑な加工面を形成するために使用されてきた。このような加工面を得るために、ワイヤが切り進む方向（以下、加工方向と称す）は刻々と変わる。その際、加工方向に対面するワイヤ表面も刻々と変わる。従ってワイヤ表面の全面において均一な加工性能を有することが求められていた。
【０００５】
従来の具体的な放電加工用ワイヤを図５に示す。図５は従来のワイヤの長手方向に対する垂直断面（以下、単に断面と称す）図を示す。（ｐ）は母材１２のみからなるもので、例えば黄銅線やタングステン線等がある。（ｑ）は母材１２の表面に層を形成、あるいは表面を改質したもので、例えば特許文献１のように母材１２として鋼線、金属層１４としてブラスメッキ層を有したものがある。また（ｒ）のように表面を更に覆う層を形成したものがある。例えば特許文献２にあるように最表面の略全面に母材よりも電気抵抗の大きい非絶縁性抵抗膜（高抵抗層１６）を有するワイヤが記載されている。
【０００６】
図５（ｒ）のような構成のワイヤは小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができる。また、ワイヤ放電加工機に使用して極間サーブ制御（サーボ電圧値の制御）を最適化することで、放電ギャップを小さくして加工面を平滑にすることができる。更に加工溝幅を小さくすることができ、且つ、放電回数を増やして加工速度を速くすることができる。総じて微細加工の加工能率を高めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１３６９５２号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に代表されるように、これまでの放電加工用ワイヤは加工方向が不特定であるため、全面において同一の性能が求められていた。ワイヤの特定箇所において放電加工性能に斑があっては、安定した加工を達成することができない。
【０００９】
しかし、加工方向が特定する（以下、一方向加工と称す）ことができる場合、ワイヤの全面において均一な加工性能を有していることが弊害となることが明らかとなった。図６に断面方向における従来の放電加工状態の概略図を示す。一方向加工においては加工方向（図中片矢印方向）にのみ放電２０が行われれば良い。しかし、実際には加工方向のみならず、ワイヤの加工方向に対して横面、あるいは後方に対して放電２０ａが発生していることが明らかとなった。このような加工方向以外の放電２０ａは、加工に直接寄与しないのみならず、害悪となる。つまり無用な放電により加工面を荒らしてしまう。
【００１０】
更に図６からも明らかなようにワイヤ後方における放電２０ａにより加工幅２４（図中両矢印）が大きくなる。マルチで行う場合、できるだけ加工幅２４を小さくすることが求められている。なぜなら、放電加工により被加工物２２は溶融・爆発・飛散される。つまり被加工物２２の歩留まりに大きく影響する。例えば前述したＳｉウエハを数十枚、数百枚を一度にスライスするマルチ放電加工を行う場合にあっては僅かな歩留まり低下も大きく影響することになる。
【００１１】
以上より、一方向加工においては従来の放電加工用ワイヤは適していない。そこで加工に寄与しない放電を発生させず、効果的に放電を発生させて高速加工を達成し、且つ平滑な面を実現すると共に、加工幅が小さく被加工物の歩留まりの良い一方向加工に特化した放電加工用ワイヤを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決する放電加工用ワイヤとして、
ワイヤ表面が、ワイヤ断面の周縁同一部位においてワイヤ長手方向に連続する放電域と、その他の部位が該放電域より電気抵抗の高い非放電域とで構成される、
ことを特徴とする。
【００１３】
更に、前記非放電域が絶縁層であるのが良い。
【００１４】
更に、前記放電域が金属層、または高抵抗層であるのが良い。
【００１５】
また、前記放電加工用ワイヤの断面形状は一方向加工に優位な形状であると尚良い。具体的には、
ワイヤ断面の周縁が、対向する一対の直線部を有し、それら一対の直線部両端の互いに対向する端部同士を接続する部分のうちの少なくとも一方に外側へ膨らんだ曲線部を有する形状のワイヤであって、前記一方の曲線部がワイヤ長手方向に連続してなる曲面部に、前記放電域を有し、且つワイヤ断面が該直線部の直線方向に長い形状であるのが良い。
【００１６】
更に、前記ワイヤ断面の形状が、前記一対の直線部が同寸且つ互いに平行で、それら一対の直線部両端の互いに対向する端部同士を接続する部分の両方に前記曲線部を有するトラック形状であるのがより好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
ワイヤの周縁において放電する部分が特定されているため、加工方向にのみ効率的に放電を発生させることができる。そのため、被加工物の加工面を荒らすことなく、平滑な面が得られる。更に無駄な放電エネルギーを消費しないため、省エネ加工が行える。
【００１８】
また放電が加工方向のみとなることで、被加工物が溶融・除去される部分が最小限に抑えられるため、歩留まりが良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の代表的なワイヤの概略図（ａ）ワイヤ長手方向と直交する断面図（ｂ）側面外観図
【図２】放電域の例を示す断面図
【図３】断面形状の例を示す断面図
【図４】非放電域の例を示す断面図
【図５】従来の代表的なワイヤの断面図
【図６】従来の放電加工状態の断面概略図
【図７】本発明の放電加工状態の断面概略図
【図８】実施例１に基づく放電域角度における放電性能の相関図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ワイヤ表面に連続する特定の放電域と、放電が起こらない非放電域を設けたことが最大の特徴である。図１は本発明の代表的なワイヤの概略図を示す。図１中の（ａ）はワイヤ長手方向と直交する断面図であり、（ｂ）は側面外観図である。放電加工用ワイヤ２はワイヤ芯材４の周縁同一部位においてワイヤ長手方向に連続する放電域８を有している。且つその他の部位は放電域８より電気抵抗の高い、例えば絶縁層６で形成される非放電域１０を有している。
【００２１】
放電域８と非放電域１０を設ける方法としてはワイヤ芯材４の表面状態を変化させることで容易に形成できる。具体的には電気抵抗に差を有する状態を形成すればよい。電気抵抗に差があれば、必然的に抵抗の小さいほうへ電気は流れる。これを利用して放電する方向を特定することができる。つまり加工したい方向にのみ放電を発生させることができるワイヤが実現できる。
【００２２】
尚、本発明における「電気抵抗」とはワイヤ芯材４の表面からワイヤの最外表面までの電気的な抵抗のことを意味する。
【００２３】
また、「絶縁」とは通常使用における電圧、具体的には５０Ｖから３００Ｖにおける電圧において電気を通さないことを意味する。
【００２４】
更に、「高抵抗」とは前述の電圧において、集中放電を回避し、分散放電性を高められるものであれば良い。具体的には酸化層（例えば酸化亜鉛層等）や樹脂層（例えばアルキド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂等からなり、厚み０．１〜５μｍに形成した層）である。これらに類する効果のあるものであればよく、特に指定されない。
【００２５】
従って通常使用における電圧にあって、「放電する」あるいは「放電しない」ように形成することが肝要である。よって放電域と非放電域が同じ物質であっても良い。例えばポリエステルやポリエチレン等の樹脂をワイヤ表面に薄く形成（例えば１μｍ）すれば高抵抗層となる。しかし、厚く形成（例えば１０μｍ以上）すれば絶縁層になることもできる。
【００２６】
放電域の具体的な例として図２に示す。図２は放電域の例を示す断面図である。図２中の（ｃ）は母材１２が露出している。例えば一般的に使用されているタングステン線であれば電気伝導度が高く且つ強靭であるため、放電加工において問題ない。
【００２７】
図２中の（ｄ）は母材１２に金属層１４が形成された例である。母材１２が例えば鋼線であれば、伸線加工性の向上のために亜鉛メッキやブラスメッキがなされることがある。更に電気伝導度の面では銅メッキ、銀メッキや金メッキを施しても良い。こうした金属メッキによる金属層１４は放電域とすることができる。
【００２８】
図２中の（ｅ）及び（ｆ）は放電域８において前記金属層１４の外周に高抵抗層１６を形成された例である。高抵抗層１６としては前記の通りで、樹脂等を所定の厚みで形成すると良い。この時、高抵抗層１６が（ｅ）のように絶縁層６の内周側に形成されていても良いし、あるいは（ｆ）のように放電域８にのみ形成されていても良い。
【００２９】
尚、絶縁層６により形成される非放電域１０は、前記のような樹脂によるものの他に、例えばゴム系のもの等、電気抵抗が極めて高いものが有効であり、絶縁を実現するものであればよく、特に指定されない。
【００３０】
またワイヤの断面形状を種々変更することで、より加工性能を向上させることができる。図３は断面形状の例を示す断面図である。図３中の（ｇ）は断面円形状であり、（ｈ）は断面四角形、（ｉ）はトラック形状、（ｊ）は楕円形、（ｋ）は六角形、（ｌ）は略前方後円形のものである。いずれも絶縁層６が形成されている部分が非放電域であり、その他の部位が放電域である。図３は一例でありこれらに限定されるものではない。
【００３１】
前記の形状の中でも好ましい断面形状は加工方向に対して長径であるものである。例えば図３中の（ｉ）や（ｊ）や（ｌ）である。これらは加工幅をより小さく、且つ強靭な引張強度を備えたワイヤである。
【００３２】
また、放電域としては凸状の曲線部１８を有していることが望ましい。例えば図３中の（ｇ）、（ｉ）、（ｊ）や（ｌ）等のように円弧状の場合、加工方向に対して均一な放電が行われ易い。
【００３３】
前記のとおり、断面形状としては（ｉ）や（ｌ）が好ましく、特に角部がなくワイヤ芯材４の断面が点対称な形状である（ｉ）のトラック形状がワイヤの成形面からも最良の形態と言える。
【００３４】
尚、非放電域を形成する領域も種々変更が可能である。図４は非放電域の例を示す断面図である。代表例として断面が円形のもので説明している。円周における放電域の占める割合を円周角で示すと、凡そ１２０°〜２５０°において効果があり、更には１２０°〜１７０°がより好ましい。詳細には以下のように加工に求める品質に従って種々変更が可能である。
【００３５】
詳細について図７を用いて示す。図７は本発明の放電加工状態の断面概略図である。（ｓ）は放電ギャップを小さくした条件で放電加工を行った場合である。対して（ｔ）は放電ギャップを大きくした条件で放電加工を行った場合である。
【００３６】
もし被加工物の加工面をより平滑に精度良く行いたいのであれば、（ｓ）のように行えば良い。つまり放電加工機の電圧設定を低めにし、放電域は１６０°〜１７０°に設定するのが良い。この場合、より平滑な面に仕上げることができる。
【００３７】
もし、加工を早く行いたいのであれば、放電加工機の電圧設定を高めると良い。この時より大きな放電２０ｂが生じ、被加工物とワイヤ間の距離（ギャップ）も大きくなる。この条件のとき放電域は狭くしておくと良い。放電域が狭くなっても大きな放電により加工が行われることで、ワイヤが進むのに十分な加工幅２４を確保できる。尚、その他の断面形状において放電域の範囲を検討する場合にも同様に考えれば良い。
【００３８】
放電域−非放電域を設けたワイヤの製造方法は難しくない。例えば非放電域として絶縁樹脂層を形成するには次のような方法がある。
【００３９】
細く仕上げたワイヤ芯材を用意する。この時、金属メッキ等により放電域となる表層部を形成しておくと良い。用意されるワイヤ芯材は異形ダイス引き伸線やローラー圧延等により断面が円でない異形線にしても良い。また異形加工は非放電域を形成した後でも良い。ワイヤ芯材の準備はこれらの方法に限定するものでなく、類するものであれば良い。
【００４０】
このワイヤを走行させながら溶融した絶縁樹脂層に浸漬する。更に走行させながらワイヤの放電域としたい領域に付着する溶融樹脂を剥ぎ落とす。樹脂を剥ぎ落とす方法は特に指定されるものではない。例えばダイスやローラー等、物理的に接触を与えることで容易に剥ぎ落とすことができる。この剥ぎ落とされる領域により、放電域が決定される。その後直ちに乾燥させて非放電域を確定し形成する。
【００４１】
なお、現状の技術においては一方向にのみの加工にしか適用できない。しかし、本発明のワイヤの放電域を加工方向に向ける制御が放電加工機に備わっていれば、不特定方向への放電加工においても適用できる。
【実施例１】
【００４２】
本発明に基づき数種のワイヤを製作し実験を行った。いずれの実施例においてもφ０．２０ｍｍからなる硬鋼線の周縁にブラスメッキを有するワイヤ芯材を用いた。放電域として１００°〜２５０°まで、１０°刻みで用意し、各ワイヤの非放電域としてナイロン樹脂を１０μ塗布して各種ワイヤを製作した。被加工物としては材質がＳＫＤ１１材、厚みが１０ｍｍの板を用意し、放電加工を行った。使用した設備は三菱電機社製（型番ＰＸ−０５）放電加工機であり、設定電圧を１５０Ｖ、ワイヤ走行速度を１０ｍ／ｍｉｎにて行った。
【００４３】
評価項目としては（１）５０ｍｍ切断加工した時の時間（速度）、（２）加工面粗さ、及び（３）加工幅を測定した。その結果を従来の非放電域を設けていないワイヤでの各計測値を１としたときの相対評価で各々行った。その結果が図８である。
【００４４】
放電域を１００°、及び１１０°とした場合は、加工幅が小さく、ワイヤが進まず断線した。しかし、設定電圧を高くし、放電ギャップが大きくなれば１１０°より小さくとも加工は行えたと推察される。
【００４５】
放電域を２５０°とした場合、加工速度（右軸）は非放電域を設けない場合とほぼ変わらない。しかしその後、放電域を小さくすると比例して加工速度比は大きくなる、つまり加工時間が短くなった。１２０°の場合には最大２．５倍の速さとなった。加工面粗さ（左軸）については放電域を２５０°という広角とした場合であっても、非放電域がない場合と比べて効果があった。放電域を狭くしていくと加工面粗さはより平滑となり、１８０°までは比例して改善された。１６０°〜１８０°あたりで最も良い加工面が得られ、その後はほぼ同程度の面粗さで、従来の８割程度の粗さに抑えられた。加工溝幅（左軸）についても同様に、放電域の角度を小さくする程加工溝幅は狭くなり、１２０°〜１４０°において従来比で最小８５％の幅となった。
【実施例２】
【００４６】
次に基本条件を実施例１と同様の条件で行い、断面形状による影響の確認実験を行った。準備したワイヤとして、実施例１の断面が円形状の他、断面がトラック形のワイヤをそれぞれ２本用意した。トラック形状は圧延により成形し、長径ａと短径ｂの比がａ：ｂ＝２：１とした。いずれも引張強さが同程度となるよう断面積を調整した。各々２本のうち、一方は全周にブラスメッキ層（放電域）を有している。もう一方のうち断面が円形状のものは放電域として１８０°の範囲に形成した。断面がトラック形状のものは一方の曲線部の面のみ放電域とし、その他の面を非放電域とした。その結果が表１である。
【００４７】
【表１】
2010208009.tif 000003
【００４８】
従来のものと比較して、断面円形の効果は実施例１の結果からも明らかに改善されている。対してトラック形状とすることでワイヤ幅がより狭くなっている。そのため加工幅を更に狭くすることが可能になる他、非放電域を有しないトラック形と比較しても、非放電域を設けることで加工速度や加工面粗さが格段に向上した。
【符号の説明】
【００４９】
２・・・・・放電加工用ワイヤ
４・・・・・ワイヤ芯材
６・・・・・絶縁層
８・・・・・放電域
１０・・・・非放電域
１２・・・・母材
１４・・・・金属層
１６・・・・高抵抗層
１８・・・・曲線部
２０、２０ａ、２０ｂ・・・・放電
２２・・・・被加工物
２４・・・・加工幅
【図１】
2010208009.tif 000004
【図２】
2010208009.tif 000005
【図３】
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【図４】
2010208009.tif 000007
【図５】
2010208009.tif 000008
【図６】
2010208009.tif 000009
【図７】
2010208009.tif 000010
【図８】
2010208009.tif 000011