(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をマイクロ放電加工により加工する装置であって、この装置は、加工段階を有し、この加工段階では、エッチング電極（２０）の先端（２２）を、前記被加工物の一方の加工対象面を浸す誘電体流体浴に浸漬して、この被加工物の加工を、放電加工により行うのに際し、この先端（２２）を十分に細いものとして、１０μｍ未満の交叉幅を有する溝を、前記面にエッチング形成しうるようにした装置において、
前記装置は、前記装置の構成の変更を可能にすることにより、前記構成を加工段階から尖鋭化段階に、交互に、かつ可逆的に移行させる機構（４４，４５，４６）と、
前記エッチング電極（２０）の先端の形状を測定するセンサ（５４）と、
制御ユニット（７０）とを備え、
前記尖鋭化段階では、同じエッチング電極の前記先端、及び別の電極（６４）を電解浴（６２）に浸漬して、前記先端の尖鋭化を電解加工により行なわせ、
制御ユニット（７０）は、測定された前記形状を、所定のテンプレートと比較すること、前記加工段階への前記移行を、前記形状が前記所定のテンプレートに収まる場合に許可し、前記形状が、前記所定のテンプレートに収まらない場合に、前記加工段階への前記移行を禁止することが可能であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置は、前記誘電体流体浴を収容する第１容器（１８）と、前記電解浴を収容する第２容器（６０）とを有し、前記機構（４４，４５，４６，４８）は、前記エッチング電極を、前記第１容器と前記第２容器との間で搬送して、前記加工段階から前記尖鋭化段階に、そして逆に、前記尖鋭化段階から前記加工段階に移行させることができるようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、前記誘電体流体浴を収容する第１容器と、前記電解流体浴を収容する第２容器とを有し、前記機構は、前記第１及び第２容器を前記エッチング電極に対してシフトさせて、前記加工段階から前記尖鋭化段階に、そして逆に、前記尖鋭化段階から前記加工段階に移行させることができるようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記誘電体流体浴（１７２）及び前記電解浴（１７４）を同時に収容する同じ容器（１７１）を有し、これらの浴は、異なる質量密度を有し、かつ非混和性であって、これらの浴を上下に重ねることができるようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記装置は、アクチュエータ（４４）を備え、前記アクチュエータは、前記加工段階では、前記エッチング電極（２０）を、前記被加工物の前記加工対象面に直交する方向にシフトさせて、この電極の先端と、この加工対象面とのギャップの幅を調整することができ、かつ同じアクチュエータ（４４）は、前記尖鋭化段階では、前記エッチング電極を、前記電解浴の表面に直交する方向にシフトさせることができるようになっている、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、
−前記加工段階において、前記エッチング電極（２０）を、前記被加工物の加工対象面と直交する方向にシフトさせて、この電極の先端（２２）と、この加工対象面とのギャップの幅を調整することができる制御可能なアクチュエータ（４４）と、
−この先端の形状センサ（５４）と、
−制御ユニット（７０）とを備え、前記制御ユニットは、
・前記先端の摩耗量を前記形状センサの測定値に基づいて求め、そして
・前記アクチュエータに指示して、前記ギャップの幅を、求めた前記摩耗量の関数として調整することができるようになっている、上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記エッチング電極（２０）の先端の形状を測定する前記形状センサ（５４）は、カメラである、上記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
被加工物を、マイクロ放電加工により、構成可能なマイクロ放電加工装置を利用して加工する方法であって、この方法は、装置の構成を変更して、加工段階と尖鋭化段階との間を交互に、かつ可逆的に移行させる機構を作動させるステップ（９０，１１２）を有し、
−前記加工段階では、エッチング電極の先端を、加工対象面を浸す誘電体流体浴に浸漬して、この被加工物の加工を放電加工により行ない、この先端は十分に細くて、１０μｍ未満の交叉幅を有する溝を、前記面にエッチング形成することができるようになっており、かつ
−前記尖鋭化段階では、同じエッチング電極の前記先端、及び別の電極を、電解浴に浸漬して、前記エッチング電極の前記先端の尖鋭化を電解加工により行い、
前記加工段階に移行する前に、前記方法は、
−前記先端の形状を測定するステップ（１０４，１４２）と、
−測定された前記形状を、所定のテンプレートと比較するステップ（１１０）と、
−前記加工段階への前記移行を、前記形状が前記所定のテンプレートに収まる場合に許可し、前記形状が、前記所定のテンプレートに収まらない場合に、前記加工段階への前記移行を禁止するステップ（１１０）とを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記方法は、
−前記先端の形状を測定するステップ（１０４，１０２）と、
−前記先端の摩耗量をこれらの測定から求めるステップと、
−前記加工段階から前記尖鋭化段階への自動的な移行を、求めた前記摩耗量が所定の閾値を上回ると直ぐに開始するステップ（１５０）とを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、
−前記先端の形状を測定するステップ（１０４，１０２）と、
−前記先端の摩耗量を、前記先端の形状の測定値から求めるステップ（１４０）と、
−前記先端と前記加工対象面とのギャップの幅を、求めた前記摩耗量の関数として調整するステップ（１５２）とを含む、請求項８または９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物をマイクロ放電加工により加工する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工は、頭字語ＥＤＭとして広く知られている。この放電加工の微細化（マイクロＥＤＭまたはμＥＤＭ）により、エッチング電極（以後、微細電極とも呼ぶ）の形状によって種々の変形が得られる。これらの変形例は、次の通りである。
−マイクロ型放電加工において、この放電加工では、加工対象の形状を補完する形状を有する微細電極を、被加工物中に沈める。
−導電ワイヤ電極を循環させる構成か、または交互に移動を繰り返すことにより、加工を行なうマイクロワイヤ放電加工。
−先端電極またはチューブ電極を用いるマイクロ放電加工による孔のドリル加工。
−切削ＥＤＭとして知られているマイクロ切削放電加工。
【０００３】
マイクロ切削放電加工は、必ずしも、微細電極または被加工物の回転運動含んでいる訳ではない。
【０００４】
本明細書においては、以後、「マイクロ放電加工」について述べる場合には、必ず、マイクロ切削放電加工に対応する技術を参照しているものとする。
【０００５】
本願の出願者は、被加工物をマイクロ放電加工により加工する種々の装置を知っている。これらの装置は、エッチング電極の先端を、被加工物の加工対象の一方の面を浸す（絶縁）誘電体流体の浴に浸漬し、この被加工物の加工を、マイクロ放電加工により行なうための形状を先端に有する。この先端は、十分に細いので、１０μｍ以上の幅を有する溝を、面にエッチング形成することができる。
【０００６】
複雑な形状を加工する場合、チップ除去方法におけるマイクロミルにより行なわれるように、電極は、材料を被加工物から徐々に除去するときに、３次元経路を移動する。違いは、材料を除去する基本操作が機械的操作ではなく、電気アークによって発生する熱的操作にある。切断操作は、迅速に行なわれる。冷却は、電気アークがエッチング電極と加工対象の被加工物との間に発生する空間を満たす誘電体流体浴により、行なうことができる。この空間は「ギャップ」と呼ばれる。
【０００７】
マイクロ放電加工を利用して、あらゆる導電性材料（スチール、チタンなど）及び半導電性材料（シリコーン、シリコーンカーバイドなど）を加工することができる。このマイクロ放電加工によって、従来の方法では加工することができなかった高硬質金属の加工が可能になる。電極と加工対象である被加工物との間に、機械的接触は生じない。
【０００８】
マイクロ放電加工は、従来技術において電解加工（ＥＣＭ）として知られている電気化学的腐食法から、エッチング電極と加工対象の被加工物との間に、大きな電位差を作り出す必要がある点で区別することができる。この電位差を作り出すために、誘電体流体でギャップを埋める必要がある。逆に、電解加工は、電流を、エッチング電極と加工対象の被加工物との間に流すことにより促進される酸化反応を利用している。電流を流すことができるようにするために、エッチング電極及び加工対象の被加工物を、電解浴に浸漬する、すなわち、導電性流体浴に浸漬する。電気化学的腐食は、電流をエッチング電極と加工対象の被加工物との間に流すことにより、または電流を、これらの２つの要素の間で放電させることにより起こすことができる。被加工物に電解腐食加工を施している間は、電極の摩耗が、無視することができる場合が多い。これは、電極の摩耗量を無視することができない程度に大きくなるおそれのある放電加工法には、当てはまらない。
【０００９】
切削をマイクロ放電加工により行なう場合、電極を、加工経路に追従させて、被加工物の面を加工する。この方法の大きな価値は、加工経路が、高さに関して、加工対象の被加工物の面に対して、複数段で変化をするか、または連続的に変化することができることである。この加工経路が、高さに関して、加工対象の被加工物の面に対して幾つかの変化を示す場合、当該加工は、３次元加工であると言える。３次元加工は、被加工物の面に対して、段階を経るたびに変化する深さを有する刻印、孔、または非貫通溝を形成することにより行なわれる。この３次元加工は、コンピュータ援用設計により得られたデジタル定義により、直接行なうことができるので、複雑な高コストの工具の製作を回避することができる（これは、例えば形彫りマイクロ放電加工に当てはまる）。この方法によると、高形状ファクタ（切削直径に対する切削深さの比）、例えば、１０または１００を超える代表的な形状ファクタが得られる。
【００１０】
本明細書における以下の説明から分かるように、電極の製造が、この方法の展開例であるが、潜在的な極めて多くの用途が考えられる。マイクロ切削放電加工によると、基本的に、例えば、次のような加工を行うことができる。
−工具の加工、
−硬質スチール製の超微細プラスチック射出成形用金型
−マイクロスタンピングのマスターモデル
−ホットエンボス加工またはマイクロホットエンボス加工による金属刻印
−微細被加工物の加工。
−極めて硬度の高い材料により作製されるマイクロタービン
−マイクロ熱交換器
−チタン製の医療用被加工物（例えば、マイクロステント）
−ディーゼル噴射ノズルなど。
【００１１】
詳細に述べると、マイクロナノテクノロジーの分野では、マイクロ切削電気加工を使用して、この分野ではほとんど使用されることのない材料（チタン、ＳｉＣ，ダイヤモンドなど）を、非常に高い分解能で、かつ低いコストで加工することができる。更に、従来のマイクロテクノロジーの技術（ＦＩＢ，ＲＩＥなど）によって、半導電性材料を高形状ファクタで加工することは非常に難しく、この場合に使用される主要技術は、頭字語ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｆｉｅ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ、またはＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｏｌｄｉｎｇ（リソグラフィ電気メッキ及び成形））として知られ、このリソグラフィ電気メッキ及び成形は、コストが非常に高く付く。これらの技術を用いても、深さが連続的に変化する加工を行なうことは不可能である（フォトリソグラフィマスクの数は、マイクロテクノロジーでは必ず制限される）。従って、十分に微細な先端を、例えば１０μｍ未満の直径を有する電極を使用することが容易であるとすると、シリコン加工によってさえも、マイクロ切削放電加工の利点を生かすことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上に述べてきたように、従来技術においては、マイクロ放電加工による切削を行なうための電極は、２０〜４０μｍの直径を有するワイヤ、先端、またはチューブである。実際、これらの微細電極は、機械加工（例えば、研磨）により、または反転放電加工により、または、ワイヤ電極を循環させるマイクロワイヤ放電加工により、微細に形成することができる。マイクロ放電加工により穿孔する場合、原理的には、５μｍの電極で行いうることが判明しているが、この原理を拡張して、複雑な形状を加工することはできていない。最後に、マイクロワイヤ放電加工の場合、ワイヤの直径は、実際には、機械的強度の問題にあるので、２０μｍ以下に限定される。
【００１３】
マイクロ放電加工を行なうために使用されるエッチング電極は、非常に小さい。これらの電極は、マイクロ放電加工中に摩耗してしまう。従って、これらの電極を頻繁に取り替える必要がある。この電極の取り替えは、電極が小さく、かつ脆いので、複雑な作業である。例えば、この電極の取り替えは、加工操作後のたびに、手作業で行なわれる。従って、この困難な電極の取り替え作業のために、マイクロ放電加工を使用する現在の加工工具の生産性は、低いものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、先行技術における不具合を、１０μｍ未満の分解能を有し、かつ生産性を向上させた加工工具を使用することにより、軽減させようとするものである。
【００１５】
従って、本発明の目的は、マイクロ放電加工装置であって、その構成を変更することにより、加工用から尖鋭化用に、交互に、かつ可逆的に移行させる機構を有し、前記尖鋭化においては、同じエッチング電極の先端、及び別の電極を電解浴に浸漬して、前記エッチング電極の先端の尖鋭化を、電解加工により行なうようにしている。
【００１６】
上述の装置では、電極の交換の頻度は小となっているが、その理由は、電極をマイクロ放電加工装置から取り外す必要なく、再尖鋭化させうるからである。この特徴によって、エッチング電極を取り替えるための操作回数を抑えることができ、この装置の生産性を高めることができる。
【００１７】
更に、電解加工により尖鋭化することにより、先端の直径を１０ｎｍ〜１０μｍの範囲に、代表的には１００ｎｍ〜１μｍの範囲に収めることができる。従って、加工を、１０μｍ未満の分解能で行なうことができる。
【００１８】
この装置の種々の実施形態においては、次の特徴のうちの１つ以上を備えることができる。
−この装置は、誘電体流体浴を収容する第１容器と、前記電解浴を収容する第２容器とを有し、かつ前記機構は、前記エッチング電極を、前記第１容器と前記第２容器との間で搬送して、前記加工段階から前記尖鋭化段階に、そして逆に、前記尖鋭化段階から前記加工段階に移行させることができる。
−この装置は、前記誘電体流体浴を収容する第１容器と、前記電解流体浴を収容する第２容器とを有し、かつ前記機構は、前記第１及び第２容器を、前記エッチング電極に対してシフトさせて、前記加工段階から前記尖鋭化段階に、そして逆に、前記尖鋭化段階から前記加工段階に移行させることができる。
−この装置は、誘電体流体浴及び電解浴を同時に収容する同じ容器を有し、これらの浴は、異なる質量密度を有し、かつ非混和性であるので、これらの浴を上下に重ねることができる。
−この装置はアクチュエータを有し、このアクチュエータは、前記加工段階では、前記エッチング電極を、前記被加工物の加工対象面に直交する方向にシフトさせて、この電極の先端と、この加工対象面とのギャップの幅を調整することができ、かつ同じアクチュエータは、前記尖鋭化段階では、前記エッチング電極を前記電解浴の表面と直交する方向に、シフトさせることができる。
−この装置は：
−前記加工時において、前記エッチング電極を、前記被加工物の加工対象面に直交する方向にシフトさせて、この電極の先端と、この加工対象面とのギャップの幅を調整することができる制御可能なアクチュエータと、
−この先端の形状を有するセンサと、
−制御ユニットとを備え、この制御ユニットは、
・前記先端の摩耗量を、前記形状センサの測定値に基づいて求め、
・前記アクチュエータを制御して、前記ギャップの幅を、求めた前記摩耗量の関数として、調整することができるようになっている。
【００１９】
マイクロ放電加工工具の実施形態は、更に、次の利点を有する。
−エッチング電極を、誘電体流体浴と電解浴との間で搬送する機構を使用することにより、装置の構成を簡単に変更することができる。
−誘電体流体浴及び電解流体浴を、電極に対してシフトさせることにより、装置の構成を簡単に変更することもできる。
−同じ容器内で、互いに重なる誘電体流体浴及び電解流体浴を使用することにより、加工段階から尖鋭化段階に、そして逆に、尖鋭化段階から加工段階に移行させる機構を、簡単にすることができる。
−同じアクチュエータを使用して、ギャップの幅を加工中に調整し、かつ電極を電解浴の表面に対してシフトさせることにより、この装置の製造コストを低減させることができる。
−ギャップの幅を、電極先端の摩耗量に合わせて調整することにより、３次元加工の精度を高めることができる。
【００２０】
本発明の目的はまた、被加工物を、マイクロ放電加工しうるようになっているマイクロ放電加工装置を利用して、加工する方法にも関する。この方法は、装置の構成を変更して、加工段階と尖鋭化段階との間を、交互に、かつ可逆的に移行させる機構を作動させるステップを有し、
−前記加工段階では、エッチング電極の先端を、加工対象面を浸す誘電体流体浴に浸漬して、この被加工物の加工を放電加工により行ない、この先端は十分に細くて、１０μｍ未満の交叉幅を有する溝を、前記面にエッチング形成することができ、
−前記尖鋭化段階では、同じエッチング電極の前記先端、及び別の電極を、電解浴に浸漬して、前記エッチング電極の先端の尖鋭化を、電解加工により行なうようになっている。
【００２１】
この方法の種々の実施形態は、次の特徴のうちの１つ以上の特徴を備えることができる。
−前記方法は、
−前記先端の形状を測定するステップと、
−前記先端の摩耗量を、これらの測定値から求めるステップと、
−前記加工段階から、前記尖鋭化段階への自動的な移行を、求めた前記摩耗量が所定の閾値を上回ると、直ぐに開始するステップとを含み、
−前記加工段階に移行する前に、前記方法は、
−前記先端の形状を測定するステップと、
−測定された前記形状を、所定のテンプレートと比較するステップと、
−前記加工段階への前記移行を、前記形状が所定のテンプレートに収まる場合に許可し、前記形状が、前記所定のテンプレートに収まらない場合に、前記加工段階への移行を禁止するステップとを含み、かつ
−前記方法は：
−前記先端の形状を測定するステップと、
−前記先端の摩耗量を、前記先端の形状の測定値から求めるステップと、
−前記先端と加工対象面とのギャップの幅を、求めた前記摩耗量の関数として調整するステップとを含んでいる。
【００２２】
このマイクロ放電加工方法のこれらの実施形態は、更に次の利点を有する。
−電極の摩耗量を、加工プロセス中に、少なくとも１回だけ検証し、この検証を数回行なうことによって、不良電極が被加工物の加工に使用されることを防止することができる。
−電極の先端の尖鋭化を、この先端に関して求めた摩耗量の関数として開始することにより、この先端を、必要なときにのみ再尖鋭化することができる。
−加工段階への移行を、先端の形状が、所定のテンプレートに収まる場合にのみ許可することによって、被加工物を、不良電極で加工することを防止することができる。
【００２３】
本発明の非限定的な例を示す添付の図面と、その説明から、本発明を明確に理解しうるものと思う。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】マイクロ放電加工装置の略式斜視図である。
【図２】図１の装置を利用するマイクロ放電加工方法のフローチャートである。
【図３】図１の装置のエッチング電極を尖鋭化する種々の段階の模式図である。
【図４】図１の装置のエッチング電極を尖鋭化する種々の段階の模式図である。
【図５】図１の装置のエッチング電極を尖鋭化する種々の段階の模式図である。
【図６】図１の装置のエッチング電極を尖鋭化する種々の段階の模式図である。
【図７】図１の装置のエッチング電極を尖鋭化する種々の段階の模式図である。
【図８】図１の装置のエッチング電極を尖鋭化する種々の段階の模式図である。
【図９】図１の装置を利用して行なわれる３次元加工の模式図である。
【図１０】マイクロ放電加工装置の別の実施形態の部分模式図である。  これらの図において、同じ符号は、同じ構成要素を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書における以下の記述では、この技術分野の当業者には公知である特徴及び機能については、詳細に説明することはしない。
【００２６】
図１は、被加工物４をマイクロ放電加工する装置２を示している。この装置２の形状は、任意である。装置２は、加工状態から尖鋭化状態に、そして逆に、尖鋭化状態から加工状態に移行することができる。加工状態では、装置を使用して被加工物４を加工することができる。尖鋭化状態では、装置２を使用して、エッチング電極を尖鋭化することができる。この実施形態では、加工状態から尖鋭化状態に移行するために、エッチング電極を、加工ステーションから尖鋭化ステーションに搬送することができる。図１は、装置が加工状態になっている様子を示している。
【００２７】
本明細書においては、被加工物４は、半導電性材料または導電性材料により作製される直方体基板である。例えば、半導電性材料は、ケイ素またはインジウムリン（ＩｎＰ）、或いは類似材料とすることができる。導電性材料は、スチール、炭化ケイ素、チタン、或いは類似材料とすることができる。
【００２８】
被加工物４は、加工されるべき水平の上面５を有する。
【００２９】
被加工物４は、いかなる自由度なしに、可動基板ホルダー１０に取り付けられる。例えば、被加工物４は、ストップ６と８との間に押し込まれ、これらのストップで、被加工物は、基板ホルダー１０上に保持される。
【００３０】
基板ホルダー１０は、水平作業台１２に対して、水平にシフトさせることができる。この目的のために、装置２は、並進移動モータ、例えば圧電アクチュエータ１４及び１６を有し、これらのアクチュエータは、基板ホルダー１０を２つのＸ方向及びＹ方向に、それぞれシフトさせることができる。Ｘ方向及びＹ方向は、水平方向及び直交方向である。これらのアクチュエータ１４及び１６は、制御可能である。圧電アクチュエータ１４及び１６は、３ｎｍ以下の分解能を有する。これらのアクチュエータは、位置センサを有しており、基板ホルダー１０の絶対位置を、６ｎｍ以内の精度で制御することができる。
【００３１】
説明を簡潔に行なうために、機械的増幅を行なう圧電セラミック積層体、または機械的増幅を行なわない圧電セラミック積層体を利用する圧電アクチュエータを例とする。これらの圧電アクチュエータについては、例えばＰｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（フィジーク社、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｈｙｓｉｋｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ．ｃｏｍ／）の技術文書に記載されている。
【００３２】
被加工物４を、容器１８に収容される誘電体流体浴１９（図９）に浸漬する。容器１８の垂直壁は、面５が浴１９に浸るように被加工物４を取り囲んでいる。被加工物４を見ることができる図１では、被加工物４の背後の容器１８の垂直壁のみが示されている。
【００３３】
容器１８に収容される誘電体流体は、絶縁性流体である、すなわち誘電体流体の抵抗率は、極めて大きくする必要がある。「極めて大きい抵抗率」とは、０．１ＭΩ．ｃｍ超の、好ましくは１ＭΩ．ｃｍ超の抵抗率を指す。例えば、誘電体流体は、この場合、次の論文に記載されているように、１ＭΩ．ｃｍ超の抵抗率の脱イオン水である。
【００３４】
「ジャーナル・オブ・マイクロメカニックス・アンド・マイクロエンジニアリング（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）  ｖｏｌ  １７  （２００７）」  ８６７−８７４頁に掲載されているＤｏ  Ｋｗａｎ  Ｃｈｕｎｇ（ドゥ  クワン  チャン）、  Ｂｏ  Ｈｙｕｎ  Ｋｉｍ（ボ  ヒュン  キム）、及びＣｈｏｎｇ  Ｎａｍ  Ｃｈｕ（チョン  ナム  チュー）による「マイクロ−エレクトリカル・ディスチャージ・ミリング・ユージング・ディオナイズド・ウォーター・アズ・ア・ディエレクトリック・フルード（Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  ａｓ  ａ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｌｕｉｄ）（脱イオン水を誘電体流体として使用するマイクロ放電切削）」と題する論文。
【００３５】
誘電体流体の電気抵抗率は、出来る限り大きくするのが望ましい。実際、電気抵抗率が大きくなると、エッチング電極と面５とのギャップを小さくすることができ、かつ加工精度が高くなる。
【００３６】
装置２は、エッチング電極２０を有する。この電極２０の先端２２は、その自由端側にある。
【００３７】
装置２が、図１に示すように、加工状態となっている場合、先端２２は、被加工物４の上面から、幅Ｌのギャップによって隔てられている。このギャップは、先端２２を面５から電気的に絶縁するために、十分に広くする必要がある。このギャップは更に、電位差を、電極２０と被加工物４との間に与えるときに、電気アークが、このギャップに発生し得るように、十分小さくする必要がある。電極２０を使用して、放電加工による３次元加工を面５に対して施す。この目的のために、電極２０を、面５に破線２４で示す加工経路に追従させる。
【００３８】
図１は更に、面５に、電極２０によって既にエッチングされている溝２６を示している。この溝の高さは、連続的に、または非連続的に変化する。図９は、高さが連続的に変化する様子を示している。この経路はまた、非連続的に変化させることができる、例えば場合によっては、被加工物の他方の面を開口してしまう垂直孔を、溝２６の加工後に追加することができる。
【００３９】
先端２２は、高形状ファクタを有する。すなわち、１０よりも大きいファクタを有する。「形状ファクタ」という用語は、本明細書では、先端２２の長さと、当該先端の自由端の近くにおける先端の幅との比を指す。この長さは、先端２２の遠位端から、反対側の端に向かって測定される。この長さについては、先端の直径に対して、１０％のバラツキが許容されている。一般的に、この形状ファクタは、１０〜１００の範囲である。先端の形状ファクタを高くすることによって、被加工物４を、高形状ファクタを有するパターンにエッチングすることもできる。１０％のバラツキ基準範囲に含まれる長さ全体を使用して、加工を行なうことができる。
【００４０】
この場合、電極２０は、複数の溝を、被加工物４にエッチング形成することができるように設計され、これらの溝の交叉幅は、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲であり、通常１００ｎｍ〜１μｍの範囲である。エッチングされる最小溝の幅によって、先端２２の直径は決まる。この直径は、エッチングされる最小溝の交叉幅よりも短くする必要がある。
【００４１】
この場合、電極２０のうち、先端とは反対側の部分は、ほぼ円筒形である。この部分の直径は、例えば１００〜５００μｍの範囲であり、通常２５０μｍであるので、先端全体は、十分高い機械的信頼性を有している。電極の直径は、この部分から尖鋭化部分に向かうと、尖鋭化または加工のいずれにも使用されない遷移領域を経て、ゼロになることは極めて明白である。例えば、電極２０の合計長は１ｃｍである。
【００４２】
理想的には、先端２２の端は、数原子相当の厚さしか有していない。この目的のために、図３〜図８に示す方法を使用する。この尖鋭化方法に関する更に詳細な情報に関しては、遠隔操作技術分野、すなわち、原子力顕微鏡または走査型トンネル顕微鏡の分野に属する次の文献を参照することができる：
【００４３】
「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー・エイ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａ）」、「バキューム・サーフェイシイズ・アンド・フィルムズ（Ｖａｃｕｕｍ，  Ｓｕｒｆａｃｅｓ，  ａｎｄ  Ｆｉｌｍｓ）ｖｏｌ  ８，  ｐｐ．  ３５７０−３５７５，  １９９０に掲載されたＪ．  Ｐ．  Ｉｂｅ（Ｊ．  Ｐ．イベ），  Ｊ．  Ｐ．  Ｐ．  Ｂｅｙ（Ｊ．  Ｐ．  Ｐ．ベイ），  Ｓ．  Ｌ．  Ｂｒａｎｄｏｗ（Ｓ．  Ｌ．ブランドウ），  Ｒ．  Ａ．  Ｂｒｉｚｚｏｌａｒａ（Ｒ．  Ａ．ブリーゾラーラ），  Ｎ．  Ａ．  Ｂｕｒｎｈａｍ（Ｎ．  Ａ．バーナム），  Ｄ．  Ｐ．，  ＤｉＬｅｌｌａ（Ｄ．  Ｐ．，ディレラ），  Ｋ．  Ｐ．  Ｌｅｅ（Ｋ．  Ｐ．リー），  Ｃ．  Ｒ．  Ｋ．  Ｍａｒｒｉａｎ（Ｃ．  Ｒ．  Ｋ．マリアン），及びＲ．  Ｊ．  Ｃｏｌｔｏｎ（Ｒ．  Ｊ．コルトン）による「オン・ザ・エレクトロケミカル・エッチング・オブ・チップス・フォア・スキャニング・タネリング・マイクロスコピー（Ｏｎ  ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  ｔｉｐｓ  ｆｏｒ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（走査型トンネル顕微鏡による先端の電気化学エッチングについて）」と題する論文。
【００４４】
電極２０は、例えば白金−イリジウム（ＰｔＩｒ）またはタングステン（Ｗ）により作製される。
【００４５】
電気アークが、先端２２と面５との間で飛ぶたびに、材料微粒子が、被加工物４から飛散する。加工プロセス中、物質粒子群がギャップに残留することがある。この際、これらの粒子は、被加工物４と同じ材料、すなわち半導電性材料または導電性材料から成っている。従って、これらの粒子は、先端２２と面５との間の誘電体流体の導電率を、局所的に変化させてしまう。
【００４６】
この現象を低減するために、誘電体流体を新たに入れ替える必要がある。この目的のために、装置２は、誘電体流体をギャップの近傍に噴射させる装置３０を有する。この噴射装置を使用して、このギャップにある半導電性粒子または導電性粒子を放出させる。従って、この噴射装置３０によって、このギャップにある誘電体流体を、少なくとも部分的に元の低導電率の状態に戻すことができる。例えば、非常に広い意味で言うと、噴射装置３０は、制御可能なポンプ３２、及びチューブ３４により形成することができ、このチューブ３４は、ポンプ３２から排出される誘電体流体を、ギャップに向かって噴射することができる。
【００４７】
電極２０のうち、先端２２とは反対側の端部は、自由度を全く有することなく、マンドレル３６に垂直に保持される。マンドレル３６は、プレート３８に固く連結される。プレート３８は、Ｘ軸及びＹ軸に垂直であり、かつ直交するＺ方向にのみシフトさせることができる。この目的のために、例えばプレート３８の一方の端部は、垂直構造セクション４２に形成されている垂直摺動路４０を、摺動するように取り付けられる。
【００４８】
構造セクション４２に固く連結される制御可能なアクチュエータ４４を使用して、プレート３８を、上部から下部にシフトさせる。アクチュエータ４４は、例えば３ｎｍ以下の分解能を有する圧電アクチュエータである。
【００４９】
アクチュエータ群３９を使用して、電極２０の傾斜及び方位を、ＸＹＺ基準座標系のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りに、それぞれ回転角θX、θY、θZだけ調整する。例えば、これらのアクチュエータは、プレート３８とマンドレル３６との間に収容される。
【００５０】
装置２を、当該装置の加工状態から、当該装置の尖鋭化状態に移行させるために、この装置は、電極２０を加工ステーションから尖鋭化ステーションに、この電極を取り外す必要を生じることなく、搬送する機構を有する。更に、この場合、この機構によって、電極を計測ユニットに送り込むことができる。
【００５１】
これまでに説明してきたのは、加工ステーションである。次に、尖鋭化ユニット及び計測ユニットについて説明する。
【００５２】
装置２の構成を変更するために使用される機構は、垂直軸４６の回りに回転可能に取り付けられ、かつ作業台１２に固く連結される基台４５を備えている。構造セクション４２は、自由度を全く持つことなく、基台４５に固定されている。更に、軸４６の回りの基台４５の回転は、制御可能なアクチュエータ４８により指示される。
【００５３】
基台４５が軸４６の回りを回動すると、電極２０は、水平円形アーク５０に沿って移動する。円形アーク５０は、作業台１２に模式的に示されている。
【００５４】
この場合、電極２０が、右から左に移動するときに、アーク５０に沿ってシフトすると、電極２０はまず、計測ステーションに達し、次に、尖鋭化ステーションに達する。
【００５５】
計測ステーションを、加工ステーションと尖鋭化ステーションとの間に示して、図１の構成図を見易くしてある。有利な構成としては、この計測ステーションを加工ステーションの上方に位置させて、加工ステーションから計測ステーションへの移行、及び逆の計測ステーションから加工ステーションへの移行がアクチュエータ４４によってのみ行なわれるようにする。
【００５６】
計測ステーションは、先端２２の位置、方位、及び形状を検出するセンサ群を備えている。「形状センサ」という語は、本明細書では、この先端の摩耗量を求めるために使用される先端の幾何学的形状を表わす、少なくとも１つの物理量を測定することができるセンサを指す。形状センサは、先端２２の直径、先端の形状ファクタ、及び移行ゾーンの高さを測定することもできるので有利である。方位センサを使用して、加工対象の被加工物のＸＹＺ基準座標系の軸に対する、かつ電解液の自由液面に対する電極の傾斜を求める。位置センサを使用して、ＸＹＺ基準座標系における先端２２の最遠位端の位置を特定する。
【００５７】
この場合、これらの３つのセンサは、非常に高い分解能を有する単一カメラ５４により構成されている。「非常に高い分解能」という用語は、本明細書では、ピクセル群が０．５μｍ未満の、好ましくは０．３μｍ未満のサイズを有するカメラを指す。このカメラ５４は、アーク５０の近傍に配置される対物レンズ５６を有するので、このカメラは、先端２２を、電極２０が計測ステーションの内部に在るときに撮影することができる。作業台１２に固く固定されるＸＹＺ基準座標系におけるこのカメラの位置は、固定され、かつ既知である。従って、カメラ５４により撮影される画像の各ピクセルの座標は、ＸＹＺ基準座標系で表わすことができる。このカメラ５４の動作について、図２を参照しながら、更に詳細に説明する。
【００５８】
尖鋭化ステーションによって、１０ｎｍ〜１０μｍの直径、代表的には、１００ｎｍ〜１μｍの直径を有する電極を、迅速に、すなわち３０分以内に、そして自動的に、かつ低コストで作製することができる。
【００５９】
この目的のために、尖鋭化ステーションは、
−電解浴６２を収容する容器６０と、
−浴６２に浸した電極６４とを備えている。
【００６０】
この浴６２は、例えば食塩（ＮａＣｌ）浴である。
【００６１】
装置２は、更に電源６６を有し、この電源６６は、完全に制御可能であり、かつ加工ステーション及び尖鋭化ステーションに共通である。例えば、この電源６６は、 
−尖鋭化段階では、ＤＣ電流発生器または非ＤＣ電流発生器として調整可能な電圧範囲で動作し、電流が、これらの電極を浴６２に浸したときに、電極２０と６４との間に流れるようにすることができ、かつ
−加工段階では、ＤＣ電圧発生器、または非ＤＣ電圧発生器として調整可能な電流範囲で動作し、電気アークが先端２２と面５との間で、電極２０を浴１９に浸したときに飛び始めるために十分な電位差を生成することができる。
【００６２】
この目的のために、電極２０及び６４、及び被加工物４は、この電源６６に電気的に接続されている。図１を簡略にするために、電極２０と電源６６との間の電気的接続を省略してある。
【００６３】
電源６６は更に、電極２０と被加工物４との間の電位差及び電流密度と、電極２０と６４との間の電位差及び電流密度とを、交互に測定することができる。
【００６４】
最後に、装置２は、アクチュエータ１４，１６，３９，４４，及び４８に指示する制御ユニット７０を有する。このユニット７０はまた、電源６６に指示し、そしてカメラ５４が測定した情報を取得することができる。図１を簡略にするために、ユニット７０と種々の被制御素子との間の接続の、全てを示している訳ではない。
【００６５】
ユニット７０は、プログラム可能な電子コンピュータにより構成され、この電子コンピュータは、情報記録媒体に格納された命令を実行することができる。例えば、この目的のために、ユニット７０を、図２の方法を実行するために必要な種々の命令を格納するメモリ７２に接続する。更に、この場合、メモリ７２は、電極２０の所定の経路を記憶するファイルを格納することにより、被加工物４の所望の３次元加工を達成する。
【００６６】
例えば、電子コンピュータは、本明細書では、中央処理ユニット７４と、スクリーン７６及びキーボード７８により構成されるマン／マシンインターフェースとを備えるコンピュータである。
【００６７】
次に、装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００６８】
Ｄを、初期直径Φを有する電極の初期長さとする。例えば、Ｄ＝１ｃｍ及びΦ＝２５０μｍとする。まず、装置２を当該装置の尖鋭化段階にする。例えば、ステップ９０では、ユニット７０はアクチュエータ４４及び４８に指示して、電極２０を尖鋭化ステーションまで搬送させる。次に、これらのアクチュエータに指示して、電極２０の自由端を浴６２に浸して、電極の高さδに相当する第１セグメントが電解液に濡れるようにする。高さδに相当するセグメントは、電極のうち、仕上がり予定の先端、直径Φになる電極の移行ゾーン、及び安全マージンを含む部分に対応する。例えば、仕上がり予定の先端の直径が１μｍの場合、高さδは、約５０〜１００μｍである。電極２０の自由端が浴６２に浸漬される場合、装置２は、当該装置の尖鋭化段階になっていると考えられる。
【００６９】
一旦、装置２が尖鋭化段階になると、この装置は、ステップ９２を実行して、電極２０を尖鋭化する。ここで、次の論文に詳細に報告されている「ドロップオフ（ｄｒｏｐ  ｏｆｆ）」の方法として知られる尖鋭化方法について説明することとする：
【００７０】
Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ，  ｖｏｌ．  ９，  ｐｐ．  ６０１−６０８，  １９９１に掲載されたＡ．  Ｊ．  Ｍｅｌｍｅｄ（Ａ．  Ｊ．メルムド）による「ジ・アート・アンド・サイエンス・アンド・アザー・アスペクト・オブ・メイキング・シャープ・チップス（Ｔｈｅ  ａｒｔ  ａｎｄ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  ａｓｐｅｃｔｓ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ｓｈａｒｐ  ｔｉｐｓ）（尖鋭な先端を形成する技術及び科学及び他の態様）」と題する論文。
【００７１】
従って、例えば操作９４では、ユニット７０は、電源６６に指示して、電流を電極６４と電極２０との間に流させる。従って、電極２０の細線化が、電極２０の周りの浴６２により形成されるメニスカス９６（図３〜８を参照）の液面で生じる。
【００７２】
高さδに相当するセグメントを、操作９４中に細線化する種々の連続する段階を、図３〜図８に示す。電流が、電極２０と６４との間を流れることに起因する電解加工により、電極２０が、他の箇所よりもメニスカス９６の位置で迅速に尖鋭化される。従って、高さδに相当するセグメントの最遠位端が、当該セグメントの主要部分から切り離されるまで、電解加工によって、徐々に電極２０内が、このメニスカス９６の位置で浸食される（図８）。この切り離しの後、電極２０の下側端部が成形されて先端を形成する。この先端は非常に細く、かつこの先端の遠位端で、原子数個分の幅しか有しない。先端２２は、このようにして形成される。
【００７３】
必要に応じて、操作９４と並行して、操作９８では、アクチュエータ４４に指示して、電極２０を徐々に上方にシフトさせる。この操作９８によって、より延伸した先端２２が得られる。アクチュエータ４４に指示して、先端２２を延伸させる方法についての更なる詳細は、例えば次の論文に記載されている：
【００７４】
Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ａｄｖ．  Ｍａｎｕｆ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ（２００７），  ｐａｇｅｓ  ６８２−６８７に掲載されたＳ．  Ｈ．  Ｃｈｏｉ（Ｓ．  Ｈ．チョイ）、Ｓ．  Ｈ．  Ｒｙｕ（Ｓ．  Ｈ．リュー）、Ｄ．  Ｋ．  Ｃｈｏｉ（Ｄ．  Ｋ．チョイ）、Ｃ．  Ｎ．  Ｃｈｕ（Ｃ．  Ｎ．チュー）による「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＷＣ  ｍｉｃｒｏ−ｓｈａｆｔ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ（電気化学エッチングを使用することによるＷＣマイクロシャフトの製造）」と題する論文。
【００７５】
一旦、尖鋭化ステップ９２が完了すると、ステップ１００において、アクチュエータ４４及び４８に指示して、先端２２を計測ステーションまで移動させる。
【００７６】
先端２２が計測ステーションに位置すると、ステップ１０２において、先端２２の形状、位置、及び傾斜を測定する。例えば、操作１０４では、アクチュエータ４４及び４８に指示して先端２２を、対物レンズ５６に正確に対向するように配置する。次に、操作１０４では、カメラで先端２２を、必要に応じて先端を移動させながら撮影し、当該カメラから、撮影画像をユニット７０に送信する。各画像から、先端２２の形状、位置、及び方位を測定する。
【００７７】
次に、操作１０６では、ユニット７０は任意であるが、電極の空間方位を、アクチュエータ３９に指示して補正する。
【００７８】
操作１０７では、当該ユニット７０は、先端２２の最遠位端の位置を、マンドレル３６の位置に関連付ける空間関係を求める。例えば、仮に電極２０が完全に垂直であるとすると、この空間関係は、マンドレル３６上の基準ポイントと先端２２の最遠位端との間の長さｌ0に帰することができる。操作１０７では、この長さは、非常に正確に測定される。操作１０７では、受信画像を更に処理して、先端２２の輪郭を求める。ＸＹＺ基準座標系におけるマンドレル上の基準ポイントの位置も取得される。基準ポイントの位置は、例えばアクチュエータ４４及び４８の状態から得られる。
【００７９】
次に、操作１１０では、ユニット７０は、先端２２について求めた輪郭を、１つ以上の所定のテンプレートと比較する。求めた輪郭が、所定のテンプレートからはみ出す場合、方法はステップ９０に戻る。何故なら、これは、欠陥が電極２０を尖鋭化する際に、ステップ９２において、極めて深刻な程度に発生したので、この電極で、被加工物４を高精度には加工することができないことを意味するからである。この場合、電極を、例えば高さδに相当する更に別のセグメントを電解液に浸す。従って、再尖鋭化操作をＤ／δ回分だけ、装置オペレータが電極を操作する必要を生じることなく、実行することができる。
【００８０】
電極の輪郭が、テンプレートに一致する場合、方法はステップ１１２に進み、アクチュエータ４４及び４８に指示して、装置２を加工段階に移行させる。加工段階では、先端２２を加工ステーションの誘電体流体浴１９に浸漬させる。
【００８１】
一旦、装置がこの加工段階になると、加工ステップ１１４が始まる。
【００８２】
例えば、操作１１６では、アクチュエータ１４，１６，４４，及び４８に指示して、先端２２を被加工物４の加工経路の開始ポイントの上方に位置させる。
【００８３】
次に、操作１１８では、電位差を電極２０と部材４との間に与える。好適には、電極２０を接地し、正電位を被加工物４に与える。この電位差は、トランジスタ群（電流密度を制限し、そして制御するように有利に調整される有限の出力抵抗を有する）によって駆動される発生器を用いて直接得ることができる。この電位差は、弛緩発振回路として知られるデバイスのコンデンサによって間接的に発生させることもできる。複合デバイスを用いることもできる。通常、作動電位の差は、０．１〜２００Ｖの間で経験的に調整され、特に、電極の性質、先端の直径、当該先端の正確な形状（曲率半径）、ギャップの値、誘電体の性質、導電率が加工中に変化するとした場合の当該誘電体の導電率、及び加工対象の被加工物の性質（物理的性質、熱伝導率、熱容量、電気伝導率など）の関数として経験的に調整される。例えば、１０Ｖの電位差によって、シリコンを、直径が１μｍのタングステンの先端で加工することができる（誘電体は脱イオン水）。ステンレス鋼を、同じ先端で加工するためには、３０〜１００Ｖの電圧を印加するのが有利である。
【００８４】
一旦、電極２０が被加工物４に対してバイアスされると、操作１２０において、アクチュエータ４４に指示し、先端２２が面５に徐々に近づくようにする。先端２２が面５に近付くにつれ、電気アークが発生する。これらの電気アークの電気的特性をモニタリングすることにより、被加工物４の面５を加工するための第１有効電気アークを検出する。
【００８５】
電気アークは、このアークによって、被加工物のエッチングがギャップの近傍で可能になる場合に、有効になると考えられる。電気アークが有効である（操作時に、方法を中断することがなく、かつ加工を安定させることができるようにすると有利である）かどうかを迅速に判断する種々の手法が存在する。例えば、電源がトランジスタ群によって駆動される場合に、ギャップ電流を測定するときに判断する、またはこの場合にも、同じように、電源がコンデンサの電荷を利用する場合に電位差が変化する様子を、電極が降下している間に追跡するときに判断する。後者の場合、電位差のどのような急激な変化も、浸食を伴なう強制的なエネルギーの転移に対応することが多い。他の量を使用して、電気アークを定性化することができる（アーク発生時に生成される無線電気周波数、光エネルギーなど）。
【００８６】
明確にしておくと、非浸食放電（ｎｏｎ−ｅｒｏｓｉｖｅ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ）以外の種々の状況は、閉路状態に至る機械的接触に対応する（この閉路状態は、絶対に検出して電極先端の劣化を防止する必要がある）。電極が被加工物から離れすぎた状態に対応する開路状態に対応するか、またはこの場合も同じように、加工を阻むギャップ内の電気リークに対応する。
【００８７】
それはともかくとして、第１有効電気アークが検出される場合、先端２２の最遠位端の高さｚ1は、コンピュータにより操作１２２中に、例えば電極の位置を、アクチュエータ４４に組み込まれた位置センサを利用して認識することにより記録される。次に、高さｚ1は、電極２０の垂直シフト量の原点として利用される。
【００８８】
次に、操作１２４では、被加工物４固有の加工が始まる。次に、
−電極を垂直方向に押し続けて、特に被加工物の浸食に起因するか、場合によっては、電極の浸食に起因するギャップの広がりの影響を補正し、
−電極を、横方向に、および／または垂直方向にシフトさせて被加工物を加工し、
−この操作を実行するに当たって、同時に特定の電位差を与えながら当該操作を行なう必要がある。
【００８９】
例えば、電位差を与えながら、被加工物４をＸ方向またはＹ方向に、操作１２４中にシフトさせて、先端２２が所定の加工経路を辿るようにする。同時に、操作１２６では、電極２０をＺ方向にシフトさせて被加工物を所望の深さまで加工する。加工深度は、この場合、操作１２２中に取得される位置ｚ1を基準にして求める。
【００９０】
正確な加工を行なうために、放電進展速度、誘電体取り替え頻度、電極のシフト速度及び進行速度、従って特に、ギャップの変化速度を適合させる必要がある。この目的のために、本発明で、電位差を制御するサイクル、特に電位差を与える期間及びシステムが休止している期間を利用する。この期間を利用して、誘電体の状態を操作１２８中に復旧させる場合が多い。この操作では、ギャップに含まれる誘電体流体の元の誘電体特性を復旧させる。実際、これらの誘電体特性は、電気アークが飛ぶたびに、導電性または半導電性粒子がギャップ内に放散され、従って、電極２０と被加工物４との間の電気伝導率が変化すると仮定すると、加工が行なわれるにつれて、そして行なわれてしまうと、劣化する。元の誘電体状態を復旧させるために、電極２０を、約数１０〜約数１００ナノメートルの振幅で上下に揺動するように構成すると有利である。被加工物４も、揺動するように構成するのが望ましい。被加工物４のこれらの揺動は、被加工物を水平面内でシフトさせることにより実現される。最後に、かつ更に並行して、誘電体流体流を、ギャップにチューブ３４により噴射させて、このギャップに含まれる可能性のある導電性及び半導電性粒子を除去する。
【００９１】
定期的に、ステップ１３６を実行して、アクチュエータ４４及び４８に指示することにより、電極２０を計測ステーションに移動させる。次に、ステップ１４０では、先端２２の摩耗量を求める。例えば、操作１４２では、先端２２の形状を、再度、カメラ５４により測定する。取得される画像をユニット７０に送信する。
【００９２】
操作１４４では、ユニット７０は、次に先端２２の最遠位端の位置とマンドレル３６の位置とを関連付ける新規の空間関係を求める。例えば、操作１４４は、操作１０４と同じである。操作１４４の最後に測定される長さを、ｌ’0と表記する。
【００９３】
次に、操作１４８では、先端の摩耗量を、次の差分Δで表わす。
Δ＝ｌ0−ｌ’0
【００９４】
次に、ステップ１５０では、ユニット７０はチェックを行なって、求めた摩耗量から、電極２０の再尖鋭化が必要であるかどうかについて明らかにする。例えば、ステップ１５０では、先端２２の摩耗量を表わす差分Δを所定の閾値Ｓ1と比較する。この閾値Ｓ1を上回る場合、ユニット７０は、自動的に、装置２の構成変更を開始し、そして尖鋭化段階への移行を開始する。これは、ステップ９０への戻りに対応する。
【００９５】
この閾値Ｓ1を上回ることがない場合、方法は、ステップ１１４に戻って、新規の被加工物を、または被加工物４の面５の新規部分を加工する。しかしながら、ステップ１１４に戻る前に、ステップ１５２において、高さｚ1の原点を、差分Δの関数として変更する。例えば、次の関係式で定義される高さｚ1’の新規の開始ポイントを考慮に入れて、電極２０を垂直方向に変位させる。
ｚ1’＝ｚ1−Δ
【００９６】
従って、ギャップの幅Ｌは、差分Δの関数として、被加工物４を加工する次の操作中に調整される。これにより、操作１２４を、操作１１６〜１２２を経由することなく直接実行することができる。
【００９７】
この場合、方法がステップ９０に戻ると、先端２２を浴６２に、前の高さの直ぐ上の新規の高さδの位置まで浸漬させる。従って、再尖鋭化操作では、電気化学エッチングによって最終的に、先端２２を電極２０の主要部分から分離して、全く新しい先端を露出させ、この先端が、次の加工操作に使用されることになる。
【００９８】
加工ステップ１１４は、全経路を辿った後に停止する。
【００９９】
図９は、装置２を利用して行なわれる３次元加工の１つの例を示している。この例では、加工対象の形状の垂直セクションは、２つの階段平坦面を深さｈ1及びｈ2にそれぞれ有する。深さｈ1及びｈ2は、面５を基準にしてＺ方向に測定される。深さｈ1の階段平坦面を加工形成するために、ユニット７０は、アクチュエータ４４に指示して、先端２２が高さｚ1−ｈ1に位置するときに加工を停止させる。同様に、深さｈ2の階段平坦面は、面５のエッチングを、電極２０が高さｚ1−ｈ2に位置するときに停止させることにより得られる。高さｚ’1は、ｚ1の代わりに、後続の加工操作中に、かつ先端の摩耗量が閾値Ｓ1を上回ることがない限り使用される。
【０１００】
図１０は、マイクロ放電加工装置１７０を示している。図１０を簡略にするために、加工ステーション及び尖鋭化ステーションのほんの一部のみを示している。
【０１０１】
装置１７０は、装置２と、加工段階から尖鋭化段階に移行するために、そして逆に、尖鋭化段階から加工段階に移行するために、Ｚ方向の垂直変位を１回だけ生じさせれば済むことを除いて同じである。この目的のために、容器１８を、誘電体流体浴１７２だけでなく、電解浴１７４を収容する容器１７１に取り替える。浴１７２の質量密度は、浴１７４の質量密度とは異なる。更に、使用する浴１７２及び１７４は、非混和性である。例えば、図１０では、浴１７２の密度は、浴１７４の密度よりも大きい。これらの状態では、浴１７４は浴１７２の上に、かつ浴１７２にじかに触れて位置する。被加工物４、特にこの被加工物４の面５は、浴１７２に浸っている。
【０１０２】
装置１７０の操作モードは、装置２の操作モードと同様である。更に詳細に述べると、面５を電極２０で加工している間は、先端２２を浴１７２に浸漬させる。先端２２を再尖鋭化する必要がある場合、マンドレル３６を垂直に上方にシフトさせて、先端２２を浴１７４内に位置させる。次に、電極２０を電気化学的に浸食することによる再尖鋭化を行なうことができる。
【０１０３】
装置１７０では、構造４２を作業台に回転可能に取り付ける必要はない。アクチュエータ４８は省略することができる。同様に、容器６０を無くすことができる。
【０１０４】
多くの他の実施形態が可能である。例えば、誘電体流体を、ガスとすることができ、液体にする必要はない。また誘電体流体を、純水またはアルコール混合水とすることができる。誘電体流体を、放電加工に使用される他のいずれかの誘電体、特に炭化水素とすることができる。
【０１０５】
図１０の実施形態では、誘電体流体の密度は、電解液の密度よりも小さくすることができるので、電解浴を誘電体流体の下に位置させることができる。
【０１０６】
先端２２の形状、位置、及び方位の測定は、互いに別体の装置により行なうことができる。これらの装置は更に、加工ステーションに、または尖鋭化ステーションに、部分的に組み込むか、または全体を組み込むことができる。従って、これらの測定は、カメラ及び計測ステーションを使用することなく行なうことができ、そして計測ステーションを省略することができる。例えば、形状及び位置は、先端２２と基準面との機械的接触または電気的接触により測定することができる。先端２２の位置及び形状は、トンネル効果が生じるまで、先端２２を導電性基準面に非常にゆっくり近付けることにより測定することもできる。トンネル効果が生じると、先端２２は導電性面に接触しないが、電流がこれらの２つの要素の間を流れる。この電流の電気特性、特に密度によって、導電性面に対する先端の位置を、接触をこれらの２つの要素の間で全く生じさせることなく推定することができる。この後者の実施形態では、電源６６を非浸食及び／又は非尖鋭化を指示する非常に微弱な電気信号を供給して、電気的検出による電極と加工対象の被加工物、及び／又は電解液の表面との機械的接触（または、トンネル効果により電流が流れるような近接状態）の検出を可能にすると有利である。
【０１０７】
Ｚ軸に平行な視線を有する更に別のカメラを使用して、先端２２を下から撮影することもできる。従って、電極の長手方向並進運動は、電極２０が傾いている場合には、先端の水平方向シフト量により表現される。この水平方向シフト量の絶対値は、電極２０の傾斜に比例する。
【０１０８】
先端２２の形状を非接触測定する他の方法を実施することができる。他の方法としては、例えば次の論文に記載されている方法を挙げることができる：
【０１０９】
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｔｏｏｌｓ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ４７（２００７），  ｐａｇｅｓ  １  ５５６−１  ５６２に掲載されたＨ．Ｓ．  Ｌｉｍ（Ｈ．Ｓ．リム），  Ｓ．Ｍ．  Ｓｏｎ（Ｓ．Ｍ．ソン），  Ｙ．Ｓ．  Ｗｏｎｇ（Ｙ．Ｓ．ウォン），  Ｍ．  Ｒａｈｍａｎ（Ｍ．ラーマン）による「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  ｏｎ−ｍａｃｈｉｎｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ（オンマシン光学的測定装置の開発及び評価）」と題する論文。
【０１１０】
他の尖鋭化方法を用いることができ、これらの方法の全てが、電気化学エッチングを利用している（異なる強度の電気信号、傾斜波、異なるサイクル比のパルスなどを印加する非ＤＣ電源の使用）。
【０１１１】
先端２２を新たに尖鋭化している間に、先端の最遠位端のみを浸漬して先端を再尖鋭化することも可能である。
【０１１２】
本明細書において記載されている装置は、３次元加工に限定されない。これらの装置は、プレートを貫通するビアホールの形成のような、より簡単な加工操作の性能に特に適合させることもできる。この場合、装置を簡単にすることができる。先端の摩耗量の判定の必要がなくなり、この判定を省略することができる。
【０１１３】
加工装置の構成を変更する機構の他の多くの可能な実施形態が存在する。例えば、誘電体流体浴及び電解浴を固定電極に対してＸＹＺ基準座標系においてシフトさせることができる。例えば、この実施形態では、容器１８及び６０を、軸４６の回りを回転するトレイに取り付け、構造セクション４２を、作業台１２上で回る回転自由度を全く持つことなく固定する。従って、この実施形態では、動くのは電極２０ではなく、種々のステーション、すなわち加工ステーション、計測ステーション、及び尖鋭化ステーションである。加工ステーション及び尖鋭化ステーションに対する電極の相対運動を、円形運動ではなく、直線運動とすることができる。
【０１１４】
別の変形例では、装置は、誘電体流体浴及び電解流体浴を交互に収容することができる容器を１つだけ有する。この目的のために、この容器に制御可能なバルブを設け、このバルブによって、まず、容器に現時点で収容されている流体を全て抜き出し、次に、容器を、別の浴で再度満たすようにする。このように、この実施形態では、加工段階において、容器に誘電体流体浴を収容する。尖鋭化段階では、同じ容器に電解浴を収容する。
【０１１５】
この場合の別の実施形態では、加工段階から尖鋭化段階への移行、及び逆に尖鋭化段階から加工段階への移行を可能にする機構は、誘電体ガスをギャップに向けて、電解浴を全て流出させるために、十分に強い力で、このガスの圧力の影響を受けながら噴射する。このガス流を中断すると、電解浴でギャップを再度満たして、電気化学エッチングによる尖鋭化を行なうことができる。
【０１１６】
積層圧電アクチュエータではなく、他の圧電アクチュエータを用いる構成を想到することができる。例えば、スティックスリップ型運動を利用する圧電アクチュエータを用いる構成を想到することができる。実際、２つのオブジェクトが相対摺動している間に観察される痙攣的な動きを利用する作動原理を持つこれらのデバイスは、コスト、シフト精度、及び行程の間の妥協点を求めた構成である。追求する加工分解能が１０ｎｍに達しない場合、特に分解能が１００ｎｍ〜１μｍの範囲である場合、他の変形例が可能である。例えば、同じ並進移動軸に、圧電アクチュエータ及び電動モータを配設して、複数の移動を、十分大きい行程値（通常、１０〜１００ｎｍ）を高分解能で実現する利点と組み合わせることができる。容量センサのような移動センサを用いること、または純粋に圧電材料のみで形成される圧電軸を利用する場合の歪みゲージを用いること、或いは光学則を広く用いることを考慮するのが有利である。
【０１１７】
先端２２と面５との間の誘電体流体の入れ替えは、他の方法により行なうことができる。例えば、次の方法を、単独で、または組み合わせて採用することができる。
−エッチング電極を、例えば回転マンドレルを利用して回転させる方法。
−エッチング電極を、例えば圧電アクチュエータを利用して揺動させる方法。
−容器１８内の流体を全て入れ替える方法。
【０１１８】
これらの方法は、例えば次の文献に記載されている。
【０１１９】
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｄｅ  l’Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ，ｖｏｌ．  Ｂ７３１０．  Ｐａｒｉｓ，  １９８７，  ｐｐ．  ２４に掲載されたＬ．  Ｂｉａｎｃｈｉ（Ｌ．ビアンチ）及びＥ．  Ｒｉｇａｌ（Ｅ．リガル）による「Ｕｓｉｎａｇｅ  ｐａｒ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｒｏｓｉｏｎ  （放電加工）」と題する論文。
【０１２０】
所定の摩耗量を利用して、先端２２と面５との間のギャップの幅を調整する操作は、加工段階から、尖鋭化段階に移行させる機構とは独立して行なうことができる。具体的には、ギャップの幅を調整するこのような方法は、放電加工を行なう装置において、装置の構成を変更するこのような機構を利用することなく、実行することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
２，１７０マイクロ放電加工装置
４被加工物
５水平上面
６，８ストップ
１０可動基板ホルダー
１２水平作業台
１４，１６圧電アクチュエータ
１８，６０，１７１容器
１９，１７２誘電体流体浴
２０エッチング電極
２２先端
２４破線
２６溝
３０噴射装置
３２ポンプ
３４チューブ
３６マンドレル
３８プレート
３９，４４，４８アクチュエータ
４０垂直摺動路
４２垂直構造セクション、構造
４５基台
４６垂直軸
５０水平円形アーク
５４カメラ
５６対物レンズ
６２，１７４電解浴
６４電極
６６電源
７０ユニット
７２メモリ
７４中央処理ユニット
７６スクリーン
７８キーボード
９６メニスカス
Ｄ初期長さ
ｈ1，ｈ2深さ
Ｌギャップの幅
ｌ0長さ
Ｓ1閾値
ｚ1高さ、位置
ｚ1’高さ
Φ初期直径
θX、θY、θZ回転角
Δ差分
δ高さ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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