(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極となる１本のワイヤ電極を他方の電極となる柱状の被加工物の長手方向所定範囲内において短手方向に複数回互いに離隔して折り返すことにより、前記被加工物に近接した位置の長手方向に並列配置される所定長ワイヤ電極で構成される複数の切断ワイヤ部と、
前記複数の切断ワイヤ部それぞれの一端側および他端側における各ワイヤ電極に電気的に接続される態様で摺接配置される第１および第２の複数の給電子であって、前記複数の切断ワイヤ部それぞれと前記被加工物との間の複数の極間それぞれから前記第１の複数の給電子までのワイヤインピーダンスが前記複数の極間それぞれから前記第２の複数の給電子までのワイヤインピーダンスよりも高くなるように設定される第１および第２の複数の給電子と、
前記被加工物と前記第１の複数の給電子それぞれとの間に低電圧長パルス幅の第１の加工パルスを出力し、前記第１の加工パルス印加後の任意のタイミングにおいて、前記被加工物と前記第２の複数の給電子それぞれとの間に、前記第１の加工パルスよりも電圧が高くパルス幅が小さい第２の加工パルスを印加することで、前記第１の加工パルスと前記第２の加工パルスからなる合成パルスを出力する加工電源と
を備えたことを特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
一方の電極となる１本のワイヤ電極を他方の電極となる柱状の被加工物の長手方向所定範囲内において短手方向に複数回互いに離隔して折り返すことにより、前記被加工物に近接した位置の長手方向に並列配置される所定長ワイヤ電極で構成される複数の切断ワイヤ部と、
前記複数の切断ワイヤ部それぞれの片端側における各ワイヤ電極に電気的に接続される態様で摺接配置される複数の給電子と、
前記複数の給電子それぞれと前記被加工物との間に、低電圧長パルス幅の第１の加工パルスを出力し、前記第１の加工パルス印加後に、前記第１の加工パルスよりも電圧が高くパルス幅が小さい第２の加工パルスを印加することで、前記第１の加工パルスと前記第２の加工パルスからなる合成パルスを出力する加工電源と、
前記複数の切断ワイヤ部それぞれと前記被加工物との間の複数の極間それぞれの放電状態に基づいて、前記加工電源が出力する前記第１および第２の加工パルスの両方または一方の加工パルスの電圧値、パルス幅、周期の全部または一部を調整する加工エネルギー調整手段と、
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３】
前記加工エネルギー調整手段は、
前記複数の極間それぞれの放電状態を前記加工電源の出力電流を基に判断する
ことを特徴とする請求項２に記載のマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項４】
前記加工エネルギー調整手段は、
前記複数の極間それぞれの放電状態を該複数の極間それぞれの電圧を基に判断する
ことを特徴とする請求項２に記載のマルチワイヤ放電加工装置。
【請求項５】
一方の電極となる１本のワイヤ電極を他方の電極となる柱状の被加工物の長手方向所定範囲内において短手方向に複数回互いに離隔して折り返すことにより、前記被加工物に近接した位置の長手方向に所定長ワイヤ電極で構成される複数の切断ワイヤ部を並列配置し、該複数の切断ワイヤ部それぞれと前記柱状の被加工物との間の複数の極間それぞれに加工パルスを印加して同時に放電を発生させ、前記柱状の被加工物から複数の板状部材を一度に切り出すマルチワイヤ放電加工装置において、
前記複数の切断ワイヤ部それぞれの一端側および他端側における各ワイヤ電極に電気的に接続される態様で摺接配置される第１および第２の複数の給電子に、前記複数の切断ワイヤ部それぞれと前記被加工物との間の複数の極間から前記第１の複数の給電子までのワイヤインピーダンスが前記複数の極間から前記第２の複数の給電子までのワイヤインピーダンスよりも高くなる関係を設定する第１の工程と、
前記加工パルスとして、前記被加工物と前記第１の複数の給電子のそれぞれとの間に低電圧長パルス幅の第１の加工パルスを出力し、前記第１の加工パルス印加後に、前記被加工物と前記第２の複数の給電子のそれぞれとの間に、前記第１の加工パルスよりも電圧が高くパルス幅が小さい第２の加工パルスを印加することで、前記第１の加工パルスと前記第２の加工パルスとからなる合成パルスを出力する第２の工程と
を含むことを特徴とするマルチワイヤ放電加工方法。
【請求項６】
一方の電極となる１本のワイヤ電極を他方の電極となる柱状の被加工物の長手方向所定範囲内において短手方向に複数回互いに離隔して折り返すことにより、前記被加工物に近接した位置の長手方向に所定長ワイヤ電極で構成される複数の切断ワイヤ部を並列配置し、該複数の切断ワイヤ部それぞれと前記柱状の被加工物との間の複数の極間それぞれに加工パルスを印加して同時に放電を発生させ、前記柱状の被加工物から複数の板状部材を一度に切り出すマルチワイヤ放電加工装置において、
前記加工パルスとして、前記複数の切断ワイヤ部それぞれの片端側における各ワイヤ電極に電気的に接続される態様で摺接配置される複数の給電子のそれぞれと前記被加工物との間に、低電圧長パルス幅の第１の加工パルスを出力し、前記第１の加工パルス印加後に、前記第１の加工パルスよりも電圧が高くパルス幅が小さい第２の加工パルスを印加することで、前記第１の加工パルスと前記第２の加工パルスとからなる合成パルスを出力する工程と、
前記複数の切断ワイヤ部それぞれと前記被加工物との間の複数の極間それぞれの放電状態に基づき、前記第１および第２の加工パルスの両方または一方の加工パルスの電圧値、パルス幅、周期の全部または一部を調整する工程と、
を含む、ことを特徴とするマルチワイヤ放電加工方法。
【請求項７】
前記調整する工程では、
前記複数の極間それぞれの放電状態を前記第１および第２の加工パルスを出力する加工電源の出力電流を基に判断する工程が含まれている
ことを特徴とする請求項６に記載のマルチワイヤ放電加工方法。
【請求項８】
前記調整する工程では、
前記複数の極間それぞれの放電状態を該複数の極間それぞれの電圧を基に判断する工程が含まれている
ことを特徴とする請求項６に記載のマルチワイヤ放電加工方法。
【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およびマルチワイヤ放電加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルチワイヤ放電加工装置は、ワイヤ放電加工により柱状の被加工物から一度に複数枚の板状部材を切り出すスライス加工が行える加工装置であり、例えば半導体製造装置において、柱状の被加工物であるインゴットから複数枚の板状部材であるウェーハを同時にスライス加工するのに用いられている。
【０００３】
このマルチワイヤ放電加工装置でのスライス加工の原理構成を簡単に説明すると、例えば断面４角形状に配置される複数のガイドローラを用いて一方の電極となる１本のワイヤ電極を他方の電極となる柱状の被加工物の長手方向所定範囲内において短手方向に複数回互いに離隔して折り返すことにより、被加工物に近接した位置の長手方向に複数の切断ワイヤ部を並列配置し、その複数の切断ワイヤ部それぞれと柱状の被加工物との間の複数の極間それぞれに加工パルスを印加して同時に放電を起こさせる。すると、被加工物に、複数の切断ワイヤ部の相対的な移動経路に応じた複数の加工溝が形成される。放電の継続により、被加工物は、その複数の加工溝に沿って切断される。したがって、各切断ワイヤ部の並列間隔を狭くすることで、被加工物から複数枚の薄板が同時にスライス加工される。
【０００４】
このように、マルチワイヤ放電加工装置では、複数の切断ワイヤ部を被加工物の長手方向に等間隔に並列させて、柱状の被加工物に短手方向に横断する複数本の加工溝が被加工物の長手方向に平行して形成されるようにし、被加工物を各加工溝に沿って切断加工することにより、柱状の被加工物（インゴット）から厚さの揃った薄板（ウェーハ）を一度に複数枚スライス加工することができる。
【０００５】
ところで、このようなマルチワイヤ放電加工装置では、上記原理説明からも理解できるように、全ての切断ワイヤ部のそれぞれと被加工物との間でそれぞれの放電が同時に発生することが望ましい。
【０００６】
しかし、各切断ワイヤ部は、共通する一本のワイヤ電極であるから、隣接する切断ワイヤ部の間はワイヤ電極のインピーダンスを介して互いに導通している。そのため、或る一つの切断ワイヤ部で放電が発生すると、隣接する他の非放電の切断ワイヤ部では極間電圧が低下し、放電が発生しないという問題が生じる。
【０００７】
この問題に対する改善策として、例えば特許文献１では、各切断ワイヤ部をコイル状に巻きつけることで、各切断ワイヤ部のインピーダンスを高める方法や、給電点を切断ワイヤ部から遠ざけることで、給電点から各切断ワイヤ部までのワイヤインピーダンスを高くする方法が提案されている。また、例えば特許文献２では、フェライトコアに切断ワイヤ部を巻きつけることで、特許文献１と同様に隣接する切断ワイヤ部との間のインピーダンスを高くする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−０９４２２１号公報
【特許文献２】特開２００６−０７５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、ワイヤ放電加工装置での放電は、極間の浮遊容量を用いたコンデンサ放電であるから、極間電圧が放電開始（絶縁破壊）電圧を超えると極間に放電が発生し、絶縁破壊により浮遊容量に蓄えられた電荷を放出し、同時に、極間電圧が低下する。その後、極間電圧が放電を維持できる電圧（放電維持電圧もしくはアーク電圧）を下回ると放電停止に至る。放電を持続し、放電電力（加工エネルギー）を注入し続けるためには、放電の発生と同時に電源側から充分な加工電流を供給する必要がある。
【００１０】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示された技術では、切断ワイヤ部の給電点から極間の放電箇所までは高インピーダンスであるから、大きなインダクタンス成分により電源電流が阻まれ、瞬時に電流を供給できない。そのため、放電電力の投入が難くなり、放電一回当たりの放電電力を充分に注入できず、放電停止を招来しやすくなる。したがって、安定した加工が困難となり、加工速度の向上が図れないという問題がある。
【００１１】
なお、このように放電一回当たりの放電電力を十分に注入できない場合に、加工速度を向上するためには、印加電圧を高くするか、印加周波数を高くするか、のいずれかが必要となるが、次のような問題がある。
【００１２】
まず、印加電圧を高くすると、極間距離が離れても放電するため、放電ギャップが広がり、加工溝幅が広がってしまう。また、印加周波数を高めるためにパルス幅を狭めると、放電確率を低下させるため放電の不安定性を引き起こす。一方、印加周波数を高めるためにパルスとパルスの間隔（休止期間）を狭めると、ワイヤ電極のごく一部に集中的に放電が発生する「集中放電」を起こしやすく、アーク放電が連続し過大電流が流れて断線に至りやすい。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、１本のワイヤ電極を用いたマルチワイヤ放電加工により柱状の被加工物から複数の板状部材を一度に切り出すスライス加工を、安定的に実施でき、かつ加工速度の向上が図れるマルチワイヤ放電加工装置およびマルチワイヤ放電加工方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるマルチワイヤ放電加工装置は、一方の電極となる１本のワイヤ電極を他方の電極となる柱状の被加工物の長手方向所定範囲内において短手方向に複数回互いに離隔して折り返すことにより、前記被加工物に近接した位置の長手方向に並列配置される所定長ワイヤ電極で構成される複数の切断ワイヤ部と、前記複数の切断ワイヤ部それぞれの一端側および他端側における各ワイヤ電極に電気的に接続される態様で摺接配置される第１および第２の複数の給電子であって、前記複数の切断ワイヤ部それぞれと前記被加工物との間の複数の極間それぞれから前記第１の複数の給電子までのワイヤインピーダンスが前記複数の極間それぞれから前記第２の複数の給電子までのワイヤインピーダンスよりも高くなるように設定される第１および第２の複数の給電子と、前記被加工物と前記第１の複数の給電子それぞれとの間に低電圧長パルス幅の第１の加工パルスを出力し、前記第１の加工パルスの印加後の任意のタイミングにおいて、前記被加工物と前記第２の複数の給電子それぞれとの間に、前記第１の加工パルスよりも電圧が高くパルス幅が小さい第２の加工パルスを出力することで、第１の加工パルスと第２の加工パルスとで構成される合成パルスが出力可能な加工電源とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、極間への給電経路として、高インピーダンス経路と低インピーダンス経路とを設け、まず、第１の加工パルスが高インピーダンス経路による高いインピーダンス状態で複数の第１の給電子から対応する極間に供給される。これによって、どこかの切断ワイヤ部で放電が発生しても、隣接する非放電状態の切断ワイヤ部では、極間電圧の低下が抑制されるので、複数の切断ワイヤ部において隣接する切断ワイヤ部同士の電気的な独立性を高く保つことができ、第１の加工パルスの印加中に全て切断ワイヤ部を放電状態にすることができる。そして、一度放電が発生すると、全ての極間のインピーダンスがそれぞれ等しくなること利用して、第２の加工パルスが低インピーダンス経路による低インピーダンス状態で第２の複数の給電子から対応する極間へ供給され、加工電流が継続して注入される。したがって、１本のワイヤ電極を用いたマルチワイヤ放電加工により柱状の被加工物から複数の板状部材を一度に切り出すスライス加工を、安定的に実施でき、かつ加工速度の向上が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるマルチワイヤ放電加工装置の要部構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す２つの加工電源から出力される加工パルス（第１の加工パルス（放電形成パルス）および第１の加工パルス（加工援用パルス））の波形および極間に現れる合成パルスの波形を説明する概念図である。
【図３】図３は、図１に示す２つの加工電源の構成例を示す回路図である。
【図４】図４は、図３に示す構成により図２に示す放電形成パルスおよび加工援用パルスを生成出力する動作例を説明するタイミングチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２によるマルチワイヤ放電加工装置の要部構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかるマルチワイヤ放電加工装置およびマルチワイヤ放電加工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるマルチワイヤ放電加工装置の要部構成を示す斜視図である。図１において、本実施の形態１によるマルチワイヤ放電加工装置１ａは、柱状の被加工物２から一度に複数の板状部材を切り出す切断ワイヤ部３を形成する構成として、被加工物２の配置面の下方に、例えば、４つのガイドローラ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配置されている。なお、被加工物２とガイドローラ４ａ〜４ｄの全体は、図示しない加工槽内に配置されている。
【００１９】
ガイドローラ４ａ〜４ｄは、それぞれ軸線方向の外周囲に多数のガイド溝を有し、互いの軸線方向を平行に、所定の間隔を有する断面４角形状に配置されている。被加工物２との関係では、ガイドローラ４ａ，４ｂが被加工物２の配置面に近い方に配置されている。ガイドローラ４ａの垂直下方にガイドローラ４ｄが配置され、ガイドローラ４ｂの垂直下方にガイドローラ４ｃが配置されている。ガイドローラ４ａ側にはワイヤボビン５が配置され、また、ガイドローラ４ｃ側にはワイヤ排出ローラ６が設けられている。
【００２０】
すなわち、ワイヤボビン５から繰り出されるワイヤ電極７は、図示例では右回り回転するガイドローラ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれが有するガイド溝に案内されてガイドローラ４ａ〜４ｄの外周に巻き取られる。これを複数回繰り返すことで、ガイドローラ４ａ〜４ｄの外周に、ワイヤ電極７は、ガイド溝間の間隔で決まる微小な間隔を置いて巻回される。ワイヤ電極７は、ガイドローラ４ａ〜４ｄの外周の軸線方向に所定回数巻回された後に、ワイヤ排出ローラ６により排出される。
【００２１】
この場合、被加工物２は、その配置面に近い位置に配置されているガイドローラ４ａ，４ｂ間において、その長手方向をガイドローラ４ａ〜４ｄの軸線方向と並行させて位置決め配置させられるので、ガイドローラ４ａ，４ｂ間には、被加工物２を短手方向に横断する所定長ワイヤ電極部が、被加工物２の長手方向の所定範囲内に並列して複数個形成される。このガイドローラ４ａ，４ｂ間に軸線方向に並列する複数の所定長ワイヤ電極部は、被加工物２と対向し加工放電を行う複数の電極間隙を構成し、各所定長ワイヤ電極部の間隔が被加工物２の加工幅（切り出される板状部材（ウェーハ）の厚さ）となるので、この明細書では、その複数の所定長ワイヤ電極部それぞれを、被加工物２を切断加工するための「切断ワイヤ部３」と称する。
【００２２】
以上の構成において、柱状の被加工物２から一度に複数の板状部材を切り出す動作を簡単に説明すると、被加工物２を複数の切断ワイヤ部３に対して所定間隔だけ離隔させて対向配置した状態で、複数の切断ワイヤ部３のそれぞれと被加工物２との間の複数の極間それぞれに加工パルスを印加しながら、被加工物２を複数の切断ワイヤ部３に対して切断送りを行う。そうすると、被加工物２に複数の切断ワイヤ部３の配列間隔に応じた複数の加工溝が形成される。被加工物２は、その複数の加工溝のそれぞれに沿って放電切断されるので、被加工物２から一度に複数枚の薄板が切り出される。
【００２３】
なお、被加工物２は、素材を複数の薄板にスライスするものであって、例えば、スパッタリングターゲットとなるタングステンやモリブデンなどの金属や、各種構造部材として使われる多結晶シリコンカーバイトなどのセラミックス、半導体デバイスウェーハとなる単結晶シリコンや単結晶シリコンカーバイトなどの半導体素材、さらに太陽電池ウェーハとなる単結晶および多結晶シリコンなどの太陽電池素材などである。
【００２４】
さて、本実施の形態１に関わる部分の構成、つまり、柱状の被加工物２から一度に複数の板状部材を切り出す放電加工を、安定的に実施でき、かつ加工速度の向上が図れる構成について説明する。
【００２５】
まず、複数の切断ワイヤ部３それぞれに両端から給電を行う構成として、図１に示すように、２つの給電子ユニット８，９が設けられている。２つの給電子ユニット８，９は、それぞれ、ワイヤ電極７に電気的に接続される態様で摺接配置される複数の給電子を収納している。一方の給電子ユニット８がガイドローラ４ｂ、４ｃの間においてガイドローラ４ｃに近い位置に設けられ、他方の給電子ユニット９がガイドローラ４ａ、４ｄの間においてガイドローラ４ａに近い位置に設けられている。
【００２６】
したがって、被加工物２と複数の切断ワイヤ部３それぞれとの間の複数の極間それぞれから給電子ユニット８が収納する複数の給電子までの各ワイヤ電極長は、被加工物２と複数の切断ワイヤ部３それぞれとの間の複数の極間それぞれから給電子ユニット９が収納する複数の給電子までの各ワイヤ電極長よりも長いため、それだけ電気抵抗成分やインダクタンス成分が大きくなる。したがって、被加工物２と複数の切断ワイヤ部３それぞれとの間の複数の極間それぞれから給電子ユニット８が収納する複数の給電子までのワイヤインピーダンスは、被加工物２と複数の切断ワイヤ部３それぞれとの間の複数の極間それぞれから給電子ユニット９が収納する複数の給電子までのワイヤインピーダンスよりも高くなっている。よって、給電子ユニット８が収納する複数の給電子は第１の複数の給電子に対応し、給電子ユニット９が収納する複数の給電子は第２の複数の給電子に対応している。
【００２７】
次に、加工電源として、加工電源１０，１１と、それらに制御信号を出力する発振器１２とを備えている。加工電源１０の一方の出力端は被加工物２に接続され、他方の出力端は給電子ユニット８内の複数の給電子に接続されている。また、加工電源１１の一方の出力端は被加工物２に接続され、他方の出力端は給電子ユニット９内の複数の給電子に接続されている。
【００２８】
加工電源１０，１１は、発振器１２からの制御信号によって、加工電源１０が先に動作し、その後、加工電源１１が動作するように制御される。加工電源１０は、低電圧長パルス幅の第１の加工パルスを出力する。加工電源１１は、第１の加工パルスが消滅する前の任意のタイミングにおいて、第１の加工パルスよりも電圧が高くパルス幅が小さい第２の加工パルスを出力する。したがって、複数の切断ワイヤ部３それぞれと被加工物２との間の各極間に、第１の加工パルスと第２の加工パルスとが合成されたパルス電圧が印加される。そのとき、先に出力される第１の加工パルスは、放電を誘発する作用を営むから、以降、「放電形成パルス」と称し、その後に、重複した関係で出力される第２の加工パルスは、発生した放電を維持し加工を援用する作用を営むから、以降、「加工援用パルス」と称する。
【００２９】
加工電源１０，１１の動作について、図２を参照して具体的に説明する。図２は、図１に示す２つの加工電源から出力される加工パルス（第１の加工パルス（放電形成パルス）および第２の加工パルス（加工援用パルス））の波形および極間に現れる合成パルスの波形を説明する概念図である。図２では、（Ａ）放電前と（Ｂ）放電後とにおける、（１）加工電源１０の出力（放電形成パルス）の波形と、（２）加工電源１１の出力（加工援用パルス）の波形と、（３）極間の合成パルス波形とが示されている。なお、図２で示す波形は、被加工物２を接地した場合に各切断ワイヤ部３に印加される極性を示す。本実施の形態では各切断ワイヤ部３の電位が高くなるような単極性を印加するものとしているが、この限りではない。逆の極性としてもよいし、交互にパルスの極性が入れ替わる両極性としてもよい。
【００３０】
図２（Ａ）において、（１）加工電源１０が出力する放電形成パルスは、パルス幅ｔ１の期間内一定の電圧Ｖ１で推移する矩形状のパルス電圧であり、周期Ｔで繰り返す。（２）加工電源１１が出力する加工援用パルスは、放電形成パルスの消滅前の所定タイミングからパルス幅ｔ１よりも短いパルス幅ｔ２であり、そのパルス幅ｔ２の期間内に電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）の高いピークがあるパルス電圧である。このパルス電圧は周期Ｔで繰り返す。したがって、放電形成パルスと加工援用パルスとの関係では、放電形成パルスは低電圧長パルスの波形であり、加工援用パルスは高電圧短パルスの波形である。（３）被加工物２と各ワイヤ切断部３との間の各極間には、（１）に示す放電形成パルスと（２）に示す加工援用パルスとの合成パルスが印加される。なお、例えば、周期Ｔは４ｕｓ（周波数２５０ｋＨｚ）、パルス幅ｔ１は２ｕｓ、パルス幅ｔ２は２００ｎｓ、電圧Ｖ１は１００Ｖ、電圧Ｖ２は２００Ｖである。
【００３１】
極間に印加される図２（Ａ）（３）に示す合成パルスのうち図２（Ａ）（１）に示す放電形成パルスの部分により極間に放電が発生すると、極間に放電電流が流れるので、電圧波形と電流波形は図２（Ｂ）に示すようになる。
【００３２】
図２（Ｂ）において、（１）加工電源１０が出力する放電形成パルスの極間への印加開始からおよそ時間ｓ経過したときに放電が発生し、それと同時に極間電圧がアーク電圧に低下する。放電形成パルスによる放電電流は、放電形成パルスが出力されている間継続してながれるので、長パルス幅低振幅の波形になる。続いて、（２）放電が途切れる前に加工電源１１から加工援用パルスが放電形成パルスの後端部分と重複する形で極間へ供給される。加工援用パルスによる極間電圧は、アーク電圧であるが、加工援用パルスの電圧Ｖ２は放電形成パルスの電圧Ｖ１よりも大きく設定してあるので、加工援用パルスによる放電電流は、高いピークが現れる大電流になる。したがって、極間に印加される合成パルスによる電圧波形と電流波形は、（３）に示すようになる。
【００３３】
ここで、放電の開始タイミングは、複数の切断ワイヤ部３それぞれと被加工物２との間の極間状態や偶発的現象によりばらついている。従来では、このばらつきによって、どこかの切断ワイヤ部３で放電が発生すると、隣接する非放電状態の切断ワイヤ部３では、極間電圧が低下し、放電が起こりにくくなる。
【００３４】
これに対して、本実施の形態では、極間への給電経路として、高インピーダンス経路と低インピーダンス経路とを設け、まず、放電形成パルスが高インピーダンス経路による高いインピーダンス状態で給電子ユニット８の各給電子から対応する極間に供給される。これによって、どこかの切断ワイヤ部３で放電が発生しても、隣接する非放電状態の切断ワイヤ部３では、極間電圧の低下が抑制されるので、複数の切断ワイヤ部３において隣接する切断ワイヤ部３同士の電気的な独立性を高く保つことができる。したがって、この放電形成パルスにより、それぞれの切断ワイヤ部３で放電遅れ時間が存在したとしても、最終的には放電形成パルス印加中におよそ全ての切断ワイヤ部３と被加工物２とが放電状態になる。
【００３５】
また、極間に高い電圧を印加すると絶縁破壊可能な極間距離が広がるため、放電ギャップが広くなる。加工溝の広がりは、スライス材料の収量の低下を招くため、１枚あたりの素材単価が高くなるという欠点につながる。さらに、印加電圧が高くなると一度放電した箇所に放電が連続しやすくなり、放電の集中により断線しやすいという問題も生じる。この点、本実施の形態では、極間には、比較的低電圧な放電形成パルスを印加するので、上記した問題は生じない。
【００３６】
一度、放電が発生すると極間電圧はアーク電圧となる。放電形成パルスは低電圧であるため、十分な加工エネルギーを放電形成パルスのみで供給しようとすると、パルス幅が長くなり、結果的に放電の周波数が低下し、十分な高速加工が実現できない。一方、複数の切断ワイヤ部３それぞれと被加工物２との間の各極間が放電状態であれば、低インピーダンスな経路で放電電流を供給しても、アーク電圧にばらつきは生じない。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、低インピーダンス経路にある給電子ユニット９の複数の給電子それぞれから加工援用パルスを極間へ供給し放電を持続させるようにした。加工援用パルスは、アーク放電状態で印加するため、高い電圧を印加しても電流ピーク値が高くなるだけであるから、放電ギャップを広げることなく加工電力を注入することができる。これによって、パルス幅を不要に長くすることもなく、放電周波数が低下することもないため、加工速度の向上が期待できる。
【００３８】
さらに、実施の形態２にて説明するように、加工エネルギーの調整を、加工援用パルスの電圧値Ｖ２のみならずパルス幅ｔ２の調整でも行うことができる。電圧値とパルス幅とを組み合わせて調整することで、細かく微調しながら加工を進めることができる。加工援用パルスは、短パルス波形であるが、この加工エネルギーの調整では、パルス幅を細かく制御するので、加工電源１１から給電子ユニット９の各給電子までの配線や、給電子ユニット９の各給電子から極間までのインピーダンスは、低ければ低い方がよい。そのため、例えば加工電源１１から給電子ユニット９の各給電子までの配線には同軸ケーブルを用いるとよい。逆に、加工電源１０から給電子ユニット８の各給電子までの配線にツイスト線を用いれば、加工電源１０から給電子ユニット８までのインピーダンスも大きくなり、瞬時に極間状態が変動しても、加工電源１０からの供給電流が急激に変動することはなくなる。これは加工の安定性には有利に働く。
【００３９】
次に、図３と図４を参照して、加工電源１０，１１の構成と動作について具体的に説明する。なお、図３は、図１に示す２つの加工電源の回路構成例を示す回路図である。図４は、図３に示す構成により図２に示す放電形成パルスおよび加工援用パルスを生成出力する動作例を説明するタイミングチャートである。
【００４０】
図３において、加工電源１０は、放電形成パルスを、直流電源１５、リアクトル１６Ａ、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ１、コンデンサ１７およびスイッチング素子Ｓ２とで構成される回路で生成し、ダイオードＤ３を介して給電子ユニット８の各給電子へ出力する。また、加工電源１１は、加工援用パルスを、直流電源１８、リアクトル１９Ａ、スイッチング素子Ｓ３、ダイオードＤ２、コンデンサ２０およびスイッチング素子Ｓ４とで構成される回路で生成し、ダイオードＤ４を介して給電子ユニット９の各給電子へ出力する。被加工物２は、直流電源１５，１６の各負極端に接続されている。給電子ユニット８の各給電子と給電子ユニット９の各給電子との間を接続する各ワイヤ電極部は、抵抗成分がＲｗでインダクタンス成分がＬｗであるワイヤインピーダンスを有している。
【００４１】
なお、直流電源１５の電源電圧はＶ１に設定し、直流電源１８の電源電圧はＶ２に設定する。放電形成パルスおよび加工援用パルスの波高値およびパルス幅はコンデンサ１７およびコンデンサ２０の容量値と電圧値とで決まる。したがって、パルス幅の広い放電形成パルスのためのコンデンサ１７の容量値は、コンデンサ２０の容量値よりも大きく設定する。
【００４２】
なお、コンデンサ１７，２０に電荷が蓄えられればよいから、リアクトル１６Ａ，１９Ａは、抵抗素子１６Ｂ，１９Ｂに置き換えてもよい。抵抗素子を用いた場合は、充電時定数がパルス印加周期よりも十分に速ければ、スイッチング素子Ｓ１やスイッチング素子Ｓ３は不要である。しかし、抵抗素子を用いる場合は抵抗素子による発熱分だけ電力消費は多くなる。また、コンデンサ１７，２０に代えて、特許文献１と同様に、電流制限抵抗とスイッチング素子とを組み合わせたものを使用してもよい。
【００４３】
図４において、タイミング（ａ）では、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とを同時にＯＮにする。そうすると、加工電源１０では、直流電源１５からリアクトル１６Ａを介してコンデンサ１７に共振電流が流れ、コンデンサ１７が充電される。同様に、加工電源１１では、直流電源１８からリアクトル１９Ａを介してコンデンサ２０に共振電流が流れ、コンデンサ２０が充電される。
【００４４】
タイミング（ｂ）では、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とを同時にＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ２をＯＮにする。これによって、放電形成パルスが極間に出力される。コンデンサ１７に蓄えられた電荷は、浮遊インダクタンスを介して極間容量に移行する。
【００４５】
タイミング（ｃ）では、スイッチング素子Ｓ４をＯＮにする。このとき、スイッチング素子Ｓ２はＯＮ期間中である。スイッチング素子Ｓ２のＯＮ時間は例えば２μｓであり、スイッチング素子Ｓ４のＯＮ時間は例えば２００ｎｓである。スイッチング素子Ｓ２は、スイッチング素子Ｓ４がＯＦＦする前にＯＦＦになる。
【００４６】
休止時間を経た次のサイクルでも同様であって、タイミング（ａ’）の期間に再度、コンデンサ１７，２０を充電し、タイミング（ｂ’）にてスイッチング素子Ｓ２をＯＮにして放電形成パルスを出力する。
【００４７】
なお、図４にて説明した動作は一例であって、例えば、放電形成パルスの出力中に、加工援用パルスのためのコンデンサ２０を充電してもよいし、逆に、加工援用パルスの出力中に、放電形成パルスのためのコンデンサ１７を充電してもよい。
【００４８】
ここで、本実施の形態１では、放電形成パルスと加工援用パルスとを別々の給電点から供給し、極間に合成パルスを出力方法について述べた。このとき、（１）電源出力から各々の給電点までの電気的インピーダンスを異ならせることにより放電の安定性が向上することについて説明するとともに、（２）極間に高い電圧を印加した状態で絶縁破壊すると極間距離が広がり、スライス材料の収量が低下することから、放電形成パルスを加工援用パルスよりも低電圧にすることで放電ギャップの縮小、すなわちスライス収量の向上につながると述べた。ここで上記（２）の効果は、必ずしも給電点を分けて別々に印加しなくても得ることができる。
【００４９】
すなわち、図１において、給電子ユニット９をなくし、給電子ユニット８に加工電源１０および加工電源１１を接続しても良い。あるいは、給電子ユニット８および給電子ユニット９のいずれに対しても加工電源１０および加工電源１１を接続すればよい。低電圧長パルスな放電形成パルスの印加時に放電が開始するだけでも放電ギャップを縮小する効果を得ることができる。
【００５０】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２によるマルチワイヤ放電加工装置の要部構成を示す斜視図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一または同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００５１】
本実施の形態２では、図１（実施の形態１）に示した構成において、極間状態に応じて加工電源１０，１１が出力する加工パルスの波形を調整する構成について説明する。図５では、その一例が示されている。すなわち、図５において、本実施の形態２によるマルチワイヤ放電加工装置１ｂでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、給電検出子ユニット２５と状態検出回路２６と図示しない制御回路とが追加されている。これらは、加工エネルギー調整手段に対応している。図示しない制御回路は、本実施の形態２によるマルチワイヤ放電加工装置１ｂを統括制御する制御装置内に設けられている。
【００５２】
給電検出子ユニット２５は、ガイドローラ４ｃ，４ｄ間に配置されている。給電検出子ユニット２５は、給電子ユニット８，９と同様の構成であって、ガイドローラ４ｃ，４ｄ間のワイヤ電極７に電気的に接続される態様で摺接配置される複数の給電検出子を収納している。各給電検出子は、複数の切断ワイヤ部３それぞれに供給されるパルス電圧を検出し、状態検出回路２６に出力する。
【００５３】
複数の切断ワイヤ部３のそれぞれと被加工物２との間の各極間はそれぞれ状態が若干異なる。そして、放電する位置によって給電点から極間までの距離が異なり、その線長の差分だけワイヤインピーダンスが異なる。そのため、給電検出子ユニット２５内の各給電検出子に表れる電圧波形は、切断ワイヤ部３毎に形状が異なるものとなる。しかし、給電検出子ユニット２５内の各給電検出子は、全ての切断ワイヤ部３に対して電気的に共通であるため、給電検出子ユニット２５から状態検出回路２６への出力信号には、複数の切断ワイヤ部３の全てと被加工物２との間の全体的な極間状態が現れていることになる。
【００５４】
状態検出回路２６は、極間平均電圧をモニタリングするもので、積分回路を用いて構成されている。状態検出回路２６の出力は、図示しない制御回路に入力される。
【００５５】
図示しない制御回路は、状態検出回路２６の出力信号を基に、加工電源１０並びに加工電源１１に出力させる加工パルスのパルス波形を調整する。具体的には、放電形成パルスの電圧Ｖ１，パルス幅ｔ１あるいは加工援用パルスの電圧Ｖ２，パルス幅ｔ２および周期Ｔを調整する。すなわち、放電が起こりにくい状態と判断すれば、放電形成パルスの電圧Ｖ１を高く、パルス幅ｔ１を長めに設定する。放電頻度が多く、各切断ワイヤ部３と被加工物２との極間距離が狭いと判断すると、加工援用パルスの電圧Ｖ２を低く、パルス幅ｔ２を狭くする。また、断線する可能性が高いと考えられると、周期Ｔを長くする。
【００５６】
図５では、給電検出子ユニット２５および状態検出回路２６を用いて極間状態を判断する場合を示したが、極間状態の判断は、給電検出子ユニット２５および状態検出回路２６を用いずに、加工電源１０，１１の出力電力から見積もってもよい。例えば、図３における直流電源１５の出力電流から放電形成パルスの消費電力を算出することも可能である。
【００５７】
出力電流が高ければ、パルス印加後すぐに放電を開始しているとみなせるため、極間距離が狭まっていると判断することができるし、出力電流が低ければ、複数の切断ワイヤ部３では、部分的に放電していない切断ワイヤ部３が存在していることも危惧される。このように部分的に放電していないときに、加工援用パルスをむやみに印加すると、その非放電状態に入るべきエネルギーも放電状態の切断ワイヤ部３に投入されてしまうため、断線しやすくなったり、加工が不安定になったりする。あるいは、加工援用パルスの高電圧が直接極間に印加されるため、放電ギャップが広がり加工溝幅が大きくなる、集中放電が発生して断線しやすくなるなどの弊害が生じる。
【００５８】
したがって、複数の切断ワイヤ部３において部分的に放電していない切断ワイヤ部３が存在すると判断したときは、加工援用パルスの電圧Ｖ２を下げ、あるいはパルス幅ｔ２を狭めることになる。
【００５９】
あるいは逆に、極間距離が狭く、放電がすぐに開始していると判断した場合は、加工援用パルスの印加タイミングを早めればよい。放電開始から加工援用パルス印加までの時間が長すぎると、例えば放電形成パルス出力中であっても場合によっては放電が途中で途切れることも考えられる。この観点から放電形成パルスは、複数の切断ワイヤ部３においておよそ全ての切断ワイヤ部３が放電状態になる最小のパルス幅が望ましいと言える。
【００６０】
同様に、図３における直流電源１８の出力電流は、加工援用パルスを印加したときに流れる電流である。定常的に放電加工している場合は、およそ一定値であるが、過度に大きくなった場合は、極間が短絡していると推測することができる。短絡状態が長く続くとワイヤ断線にいたったり、加工が不安定になったりする可能性があるため、一度、加工援用パルスの電圧Ｖ２を下げ、あるいはパルス幅ｔ２を狭めることが望ましく、さらには周波数を下げるために周期Ｔを大きくすることが望ましいと言える。
【００６１】
このように、本実施の形態２によれば、状態検出回路、あるいは直流電源の出力電流を用いて極間状態を判断し、放電形成パルスおよび加工援用パルスの形状を最適化することができるので、安定した加工を得ることができるとともに、加工速度の向上も期待することができる。
【００６２】
なお、実施の形態１，２において、給電子ユニット８の各給電子から極間までのインピーダンスを高めるために給電子ユニット８の配置場所を極間から遠い、ガイドローラ４ｃ付近としたが、例えば特許文献１，２のようにガイドローラ３ｂに各ワイヤ電極７をコイル状に巻きつけ、複数の切断ワイヤ部３におけるインダクタンスを増やしてもよい。あるいはまた、フェライト材の中に複数の切断ワイヤ部３を貫通するように構成してインダクタンスを増やしてもよい。その他、給電子ユニット８の各給電子から極間までのインピーダンスが給電子ユニット９の各給電子から極間までのインピーダンスよりも高くなるような構成であればいかなるものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかるマルチワイヤ放電加工装置およびマルチワイヤ放電加工方法は、１本のワイヤ電極を用いたマルチワイヤ放電加工により柱状の被加工物から複数の板状部材を一度に切り出すスライス加工を、安定的に実施でき、かつ加工速度の向上が図れるマルチワイヤ放電加工装置およびマルチワイヤ放電加工方法として有用であり、特に、半導体素材や太陽電池素材を安定的にかつ高速に製造するのに適している。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ，１ｂ  マルチワイヤ放電加工装置
２  被加工物
３  切断ワイヤ部
４ａ〜４ｂ  ガイドローラ
５  ワイヤホビン
６  ワイヤ排出ローラ
７  ワイヤ電極
８，９  給電子ユニット
１０，１１  加工電源
１２  発振器
２０  給電検出子ユニット
２１  状態検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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