(57)【要約】      （修正有）【課題】微細工具により被加工物を加工した時に、被加工物に由来の物質が微細工具に付着した場合に、この付着物を微細工具から除去する。【解決手段】微細工具３のリコンディショニング装置１０は、指定領域を電解質水溶液が存在する電解質水溶液領域にする水溶液領域生成ユニット５と、微細工具３が電解質水溶液領域に位置するように微細工具３を支持する工具支持装置７と、電解質水溶液領域の電解質水溶液に接触する陰極９と、微細工具３が電解質水溶液領域に位置する状態で、微細工具３に正の電圧を印加するとともに、陰極９に負の電圧を印加して、微細工具３から付着物を電解作用で除去する電圧印加装置１１と、を備える【選択図】図４
2015098064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に微細加工を行った微細工具から、その付着物を除去する微細工具のリコンディショニング装置であって、
指定領域を、電解質水溶液が存在する電解質水溶液領域にする水溶液領域生成ユニットと、
前記微細工具が電解質水溶液領域に位置するように該微細工具を支持する工具支持装置と、
電解質水溶液領域の電解質水溶液に接触する陰極と、
前記微細工具が電解質水溶液領域に位置する状態で、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに、前記陰極に負の電圧を印加し、これにより、微細工具から、被加工物に由来する付着物を電解作用で除去する電圧印加装置と、を備える、ことを特徴とする微細工具のリコンディショニング装置。
【請求項２】
電解質水溶液は、水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液である、ことを特徴とする請求項１に記載の微細工具のリコンディショニング装置。
【請求項３】
前記水溶液領域生成ユニットは、指定領域内の前記微細工具に電解質水溶液を噴射することにより、前記指定領域を電解質水溶液領域にするノズルを有し、
前記ノズルは、前記陰極としても機能する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の微細工具のリコンディショニング装置。
【請求項４】
水溶液領域生成ユニットは、指定領域に電解質水溶液を保持することにより、前記指定領域を電解質水溶液領域にする容器である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の微細工具のリコンディショニング装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のリコンディショニング装置と、被加工物を加工する加工機とを備えるリコンディショニング機能付き加工装置であって、
前記指定領域は、電解質水溶液を受ける容器の内部における領域であり、
前記加工機は、前記工具支持装置を備え、
前記工具支持装置は、前記微細工具であるエンドミルを支持するスピンドルであり、
前記加工機は、
前記スピンドルを回転駆動する第１の駆動装置と、
被加工物が設置される台と、
該台と前記スピンドルと前記容器のうち少なくとも１つを移動させる第２の駆動装置と、
第１および第２の駆動装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
（Ａ）第１の駆動装置により、前記エンドミルを支持したスピンドルを回転駆動させた状態で、第２の駆動装置により、前記台および前記スピンドルの一方または両方を移動させて、前記エンドミルにより、前記台上の被加工物を加工させ、
（Ｂ）次に、第２の駆動装置により、前記スピンドルと前記台の一方または両方を移動させて、前記エンドミルを被加工物から離間させ、次いで、前記スピンドルと前記容器の一方または両方を移動させて、前記エンドミルを前記容器内の前記指定領域に移動させ、これにより、微細工具の付着物を前記電解作用で除去できるようにする、ことを特徴とするリコンディショニング機能付き加工装置。
【請求項６】
前記（Ｂ）により、微細工具の付着物を前記電解作用で除去した後に、前記制御装置は、
（Ｃ）第２の駆動装置により、前記スピンドルと前記容器の一方または両方を移動させて、前記エンドミルを前記指定領域外に移動させ、かつ、第１の駆動装置により、前記エンドミルを支持したスピンドルを回転駆動させた状態で、第２の駆動装置により、前記台および前記スピンドルの一方または両方を移動させて、前記エンドミルにより、前記台上の被加工物を加工させ、
前記制御装置は、少なくとも前記（Ａ）の開始から前記（Ｃ）の終了まで、第１の駆動装置により、前記エンドミルを支持したスピンドルを継続して回転駆動させる、ことを特徴とする、請求項５に記載のリコンディショニング機能付き加工装置。
【請求項７】
被加工物に微細加工を行った微細工具から付着物を除去する微細工具のリコンディショニング方法であって、
指定領域を電解質水溶液が存在する電解質水溶液領域にする水溶液領域生成ユニットと、前記微細工具が電解質水溶液領域に位置するように該微細工具を支持する工具支持装置と、電解質水溶液領域の電解質水溶液に接触する陰極と、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに前記陰極に負の電圧を印加する電圧印加装置と、を用意し、
前記微細工具が電解質水溶液領域に位置する状態で、前記電圧印加装置により、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに、前記陰極に負の電圧を印加し、これにより、微細工具の付着物を電解作用で除去する、ことを特徴とする微細工具のリコンディショニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物に加工を行う微細工具から付着物を除去する微細工具のリコンディショニング装置と方法に関する。また、本発明は、リコンディショニング装置を備えるリコンディショニング機能付き加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信用のマイクロレンズや、金型（例えば、ＬＥＤ照明装置の製造に用いられ、表面に微細な凹凸を有する金型）や、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）用のバイオ分析チップなどを製造するために、これらの素材である被加工物に微細加工（マイクロ加工）を行うことの要求が増加してきている。このような微細加工では、微細工具により、数百μｍの寸法の微細な凹凸や形状を被加工物に形成することが行われたり、被加工物の表面を鏡面に仕上げたりすることが行われている。
【０００３】
微細工具は、例えば、１００μｍ〜１０００μｍ程度の直径を有するエンドミルである。微細工具は、例えば、多結晶ダイヤモンドで形成されている。多結晶ダイヤモンドの工具は、劈開性や硬度の異方性がなく、化学的安定性を有し、単結晶ダイヤモンドの工具よりも安価であるため、広く用いられている。近年では、特に、粒径が０．５μｍ〜１μｍの微粒ダイヤモンドからなる多結晶ダイヤモンドの微細工具により、超硬合金やセラミックスなどの硬脆材料の被加工物に、上述した微細形状を加工しつつ、加工されたその表面を、平均粗さＲａが４ｎｍ以下の鏡面に仕上げることができることが確認されている。
【０００４】
図１は、微細工具による加工の例を示す走査型電子顕微鏡画像である。図１の例では、円柱形のマイクロウェル（窪み）を、炭化ケイ素ＳｉＣの被加工物に複数形成している。図１の例では、多結晶ダイヤモンドで形成され２００μｍの直径を有するエンドミル（微細工具）を用いて各マイクロウェルが形成されている。
【０００５】
なお、本願の先行技術文献として、例えば下記の特許文献１がある。この文献には、多結晶ダイヤモンドからなる微細工具が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２９７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、多結晶ダイヤモンドの微細工具により、微細加工を連続して行っていると、図２に示すように、加工された表面粗さが徐々に劣化していく。図２において、横軸は、同じ多結晶ダイヤモンドの微細工具で加工した図１のマイクロウェルの数を示し、縦軸は、マイクロウェルの底面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）を示す。
【０００８】
このように加工された表面粗さが劣化する原因は、微細加工で生じた被加工物の切り屑が微細工具に付着することにあると考えられる。微細加工中に、数十ｎｍの寸法を有する、被加工物の切り屑が発生し、この切り屑が微細工具の表面に化学反応によって強固に付着していく。このような微細工具の付着物は、被加工物に由来の酸化物、すなわち、被加工物の切り屑の酸化物である。このような付着物によって、微細工具の切削能力が低下してしまい、これが原因で、微細工具に加工された表面の粗さが劣化する。図３は、このように微細工具に付着した酸化物を示す走査型電子顕微鏡画像である。図３において、右側画像は、左側画像における四角で囲んだ部分の拡大画像である。
【０００９】
従来においては、このようなマイクロレベルの付着物を微細工具から除去することができなかった。微細工具への付着物に対して、真鍮ブラシを用いた機械的除去方法や超音波洗浄を行っても、全く効果がない。そのため、従来では、被加工物の切り屑の酸化物が付着した微細工具を再利用することができず、このような微細工具を新たな微細工具に交換するしかなかった。
【００１０】
上述したように、被加工物の切り屑の酸化物が微細工具に付着することは、被加工物が炭化ケイ素の場合だけでなく、被加工物がシリコン、超硬合金、ステンレス鋼などの場合でも確認された。また、被加工物の切り屑の酸化物が微細工具に付着することは、微細工具の材質にかかわらず生じると考えられる。
【００１１】
微細工具の性能を最大限に引き出し、微細工具を効率的に使用するために、微細工具の付着物を除去することは、喫緊の課題である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、微細工具により被加工物を加工した時に、被加工物に由来の物質が微細工具に付着した場合に、この付着物を微細工具から除去できる装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明によると、被加工物に微細加工を行った微細工具から、その付着物を除去する微細工具のリコンディショニング装置であって、
指定領域を、電解質水溶液が存在する電解質水溶液領域にする水溶液領域生成ユニットと、
前記微細工具が電解質水溶液領域に位置するように該微細工具を支持する工具支持装置と、
電解質水溶液領域の電解質水溶液に接触する陰極と、
前記微細工具が電解質水溶液領域に位置する状態で、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに、前記陰極に負の電圧を印加し、これにより、微細工具から、被加工物に由来する付着物を電解作用で除去する電圧印加装置と、を備える、ことを特徴とする微細工具のリコンディショニング装置が提供される。
【００１４】
本発明は、例えば、以下のように構成される。
【００１５】
電解質水溶液は、水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液である。
【００１６】
前記水溶液領域生成ユニットは、指定領域内の前記微細工具に電解質水溶液を噴射することにより、前記指定領域を電解質水溶液領域にするノズルを有し、
前記ノズルは、前記陰極としても機能する。
【００１７】
微細工具に電解質水溶液を噴射するので、微細工具に電解質水溶液の動圧が作用する。したがって、動圧で微細工具を振動させながら、電解作用を行うので、電解作用により生じた付着物の化学反応物の水和物が、この振動により除去され易くなる。
【００１８】
水溶液領域生成ユニットは、指定領域に電解質水溶液を保持することにより、前記指定領域を電解質水溶液領域にする容器であってもよい。
【００１９】
また、本発明によると、上述したリコンディショニング装置と、被加工物を加工する加工機とを備えるリコンディショニング機能付き加工装置であって、
前記指定領域は、電解質水溶液を受ける容器の内部における領域であり、
前記加工機は、前記工具支持装置を備え、
前記工具支持装置は、前記微細工具であるエンドミルを支持するスピンドルであり、
前記加工機は、
前記スピンドルを回転駆動する第１の駆動装置と、
被加工物が設置される台と、
該台と前記スピンドルと前記容器のうち少なくとも１つを移動させる第２の駆動装置と、
第１および第２の駆動装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
（Ａ）第１の駆動装置により、前記エンドミルを支持したスピンドルを回転駆動させた状態で、第２の駆動装置により、前記台および前記スピンドルの一方または両方を移動させて、前記エンドミルにより、前記台上の被加工物を加工させ、
（Ｂ）次に、第２の駆動装置により、前記スピンドルと前記台の一方または両方を移動させて、前記エンドミルを被加工物から離間させ、次いで、前記スピンドルと前記容器の一方または両方を移動させて、前記エンドミルを前記容器内の前記指定領域に移動させ、これにより、微細工具の付着物を前記電解作用で除去できるようにする、ことを特徴とするリコンディショニング機能付き加工装置が提供される。
【００２０】
リコンディショニング装置は、微細工具用のものであるため非常にコンパクトに構成でき、加工機に設置することができる。したがって、付着物のために加工能力が低下した微細工具を、加工機（スピンドル）から取り外すことなく、加工装置上において、リコンディショニング装置により、微細工具から付着物を除去できる。
【００２１】
好ましくは、前記（Ｂ）により、微細工具の付着物を前記電解作用で除去した後に、前記制御装置は、
（Ｃ）第２の駆動装置により、前記スピンドルと前記容器の一方または両方を移動させて、前記エンドミルを前記指定領域外に移動させ、かつ、第１の駆動装置により、前記エンドミルを支持したスピンドルを回転駆動させた状態で、第２の駆動装置により、前記台および前記スピンドルの一方または両方を移動させて、前記エンドミルにより、前記台上の被加工物を加工させ、
前記制御装置は、少なくとも前記（Ａ）の開始から前記（Ｃ）の終了まで、第１の駆動装置により、前記エンドミルを支持したスピンドルを継続して回転駆動させる。
【００２２】
この構成により、微細工具から付着物を除去したら、スピンドルを移動させるだけで、速やかに、被加工物の加工を再開できる。したがって、被加工物の加工時間を大幅に短縮できる。
【００２３】
また、本発明によると、被加工物に微細加工を行った微細工具から付着物を除去する微細工具のリコンディショニング方法であって、
指定領域を電解質水溶液が存在する電解質水溶液領域にする水溶液領域生成ユニットと、前記微細工具が電解質水溶液領域に位置するように該微細工具を支持する工具支持装置と、電解質水溶液領域の電解質水溶液に接触する陰極と、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに前記陰極に負の電圧を印加する電圧印加装置と、を用意し、
前記微細工具が電解質水溶液領域に位置する状態で、前記電圧印加装置により、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに、前記陰極に負の電圧を印加し、これにより、微細工具の付着物を電解作用で除去する、ことを特徴とする微細工具のリコンディショニング方法が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
上述した本発明によると、前記微細工具が電解質水溶液領域に位置する状態で、前記微細工具に正の電圧を印加するとともに、前記陰極に負の電圧を印加し、これにより、微細工具から、被加工物に由来する付着物を電解作用で除去できる。
したがって、従来では、微細工具から付着物を除去できなかったため、付着物により加工能力が低下した微細工具を廃棄していたのに対して、本発明では、微細工具から付着物を除去して微細工具を再利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】微細工具による加工の例を示す走査型電子顕微鏡画像である。
【図２】加工量と、加工された表面粗さとの関係を示す。
【図３】微細工具に付着した酸化物を示す走査型電子顕微鏡画像である。
【図４】本発明の第１実施形態による微細工具のリコンディショニング装置の構成を示す。
【図５】リコンディショニング機能付き加工装置の構成例を示す。
【図６】被加工物が単結晶シリコンである場合における本発明の実施例の効果を示す画像である。
【図７】被加工物が超硬合金である場合における本発明の実施例の効果を示す画像である。
【図８】被加工物が焼結炭化ケイ素である場合における本発明の実施例の効果を示す画像である。
【図９】被加工物が窒化ケイ素である場合における本発明の実施例の効果を示す画像である。
【図１０】本発明の第２実施形態による微細工具のリコンディショニング装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２７】
図４は、本発明の第１実施形態による微細工具３のリコンディショニング装置１０の構成図である。リコンディショニング装置１０は、被加工物に微細加工を行った微細工具３から、被加工物に由来する付着物を除去することにより、微細工具３の加工能力（例えば、切れ味）を回復させる。リコンディショニング装置１０は、水溶液領域生成ユニット５と、工具支持装置７と、陰極９と、電圧印加装置１１とを備える。なお、図４において上下方向が鉛直方向である。
【００２８】
微細工具３により加工される被加工物は、硬脆材料である。ここで、硬脆材料は、セラミックス（炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなど）、超硬合金、石英ガラス、単結晶シリコンなどである。
【００２９】
微細工具３は、導電性を有する。微細工具３は、６０００μｍ以下の寸法（例えば、直径）を有する。微細工具３は、第１実施形態では、１００μｍ〜１０００μｍ程度の直径を有する先端を持つエンドミルである。微細工具３は、例えば、１００μｍ〜数百μｍ程度の微細構造（例えば窪み）を被加工物に形成することに用いられる。また、第１実施形態では、微細工具３は、導電性多結晶ダイヤモンドで形成されている。多結晶ダイヤモンドの微細工具３は、硬脆材料の被加工物を加工するのに適している。多結晶ダイヤモンドは、硬脆材料に対して劈開性がなく、硬度の異方性がなく、化学的安定性も高いためである。多結晶ダイヤモンドの微細工具３は、好ましくは、ワイヤー放電加工により作製される。ただし、本発明によると、微細工具３の材質は、多結晶ダイヤモンドに限定されず、他の材質（例えば、立方晶窒化ホウ素）であってもよい。
【００３０】
水溶液領域生成ユニット５は、指定領域を、電解質水溶液が存在する電解質水溶液領域にする。第１実施形態では、水溶液領域生成ユニット５は、指定領域を内部に有する容器５ａを備える。
【００３１】
第１実施形態によると、水溶液領域生成ユニット５は、指定領域内の微細工具３に電解質水溶液を噴射することにより、指定領域を電解質水溶液領域にするノズル５ｂを有する。このように、ノズル５ｂから電解質水溶液が微細工具３に噴射されている間、この電解質水溶液を通して、ノズル５ｂと微細工具３は電気的に接続された状態になる。また、水溶液領域生成ユニット５は、加圧した電解質水溶液をノズル５ｂに供給する電解質水溶供給装置５ｃ（後述の図５を参照）を備える。電解質水溶供給装置５ｃは、例えば、後述する図５に示すように、電解質水溶液を保持するタンク５ｃ１と、タンク５ｃ１の電解質水溶液を加圧してノズル５ｂの送るポンプ５ｃ２と、ポンプ５ｃ２からの加圧電解質水溶液をノズル５ｂへ送る管５ｃ３と、を有している。
【００３２】
容器５ａの内部空間は、上述の指定領域を含む。指定領域は、電解質水溶液を受ける容器５ａの内部における領域である。また、容器５ａは、開口５ａ１を有する。図４の例では、容器５ａは、容器５ａの上端に開口５ａ１を有する。開口５ａ１を通して、容器５ａの外部から容器５ａ内の指定領域まで微細工具３が移動できるようになっている。図４の例では、容器５ａは、上端に開口５ａ１を有する円筒形である。
【００３３】
図４の例では、ノズル５ｂは、容器５ａの内部空間に開口している。図４の例では、ノズル５ｂは、容器５ａの外部から容器５ａの側部を貫通して容器５ａの内部空間に至るように設けられている。また、ノズル５ｂは、斜め下方に電解質水溶液を噴射するように、先端の開口が斜め下方を向くように配置されている。
【００３４】
図４の例では、ノズル５ｂから噴射された電解質水溶液は、指定領域内の微細工具３に当たって微細工具３を通過し容器５ａの内側面に当たって、容器５ａ内で容器５ａの下方（例えば、容器５ａの底面）へ落下する。したがって、ノズル５ｂから噴射された電解質水溶液は、容器５ａの外部へ漏れない。なお、容器５ａの下方（例えば、容器５ａの底面）へ落下した電解質水溶液は、例えば、容器５ａの底部において容器５ａの内部空間から外部のタンク１３（後述の図５を参照）へ延びる排出管を通してタンク１３に排出される。
【００３５】
工具支持装置７は、微細工具３が電解質水溶液領域に位置するように該微細工具３を支持する。第１実施形態では、工具支持装置７は、微細工具３を支持し、微細工具３を指定領域に移動させる。図４の例では、工具支持装置７は、微細工具３を支持し、容器５ａの開口５ａ１を通して、（例えば自身が移動することにより）微細工具３を容器５ａ内の指定領域に移動させる。工具支持装置７は、図４の例では、微細工具３が取り付けられるスピンドルである。
【００３６】
陰極９は、電解質水溶液領域の電解質水溶液に接触するように配置される。第１実施形態では、陰極９は上述のノズル５ｂである。すなわち、ノズル５ｂが陰極９としても機能する。この場合、ノズル５ｂは、導電性の材料で形成されている。
【００３７】
電圧印加装置１１は、微細工具３が電解質水溶液領域に位置する状態で、微細工具３に正の電圧を印加するとともに、陰極９に負の電圧を印加する。図４の例では、電圧印加装置１１は、導電性ブラシ１２と、この導電性ブラシ１２に接触しながら回転するスピンドル７とを介して、スピンドル７に取り付けられて支持されている微細工具３に正の電圧を印加する。
【００３８】
次に、本発明の第１実施形態による微細工具３のリコンディショニング方法を説明する。このリコンディショニング方法は、上述した微細工具３のリコンディショニング装置１０を用いて行われる。
【００３９】
この方法では、工具支持装置７により微細工具３を容器５ａ内の指定領域に位置させた状態で、ノズル５ｂが、指定領域内の微細工具３に電解質水溶液を噴射することにより、指定領域を電解質水溶液領域にする。これと同時に、電圧印加装置１１は、微細工具３に正の電圧を印加するとともに、陰極９であるノズル５ｂに負の電圧を印加することにより、電流が微細工具３から電解質水溶液を通して陰極９へ流れる。これにより、微細工具３の付着物を電解作用で除去する。すなわち、この電解作用により、微細工具３の付着物の化学反応物が生じ、この化学反応物が電解質水溶液中の水分子と結合して水和物になり、この水和物が微細工具３から除去される。なお、この水和物は、微細工具３から剥がれることにより、若しくは、電解質水溶液に溶けることにより、微細工具３から除去される。
【００４０】
第１実施形態では、指定領域内の微細工具３に電解質水溶液を噴射するとともに、電圧印加装置１１は、微細工具３に正の電圧を印加しノズル５ｂに負の電圧を印加することを、連続的に一定時間（例えば、６０秒）継続させる。これにより、上述の電解作用による付着物の除去がこの一定時間行われる。
【００４１】
また、ノズル５ｂが、指定領域内の微細工具３に電解質水溶液を噴射するので、微細工具３に、電解質水溶液の動圧が作用する。これにより、微細工具３を振動させて、付着物の除去を促進できる。すなわち、電解作用により生じた付着物の化学反応物の水和物が、微細工具３から剥がれ落ちること、若しくは、この水和物が電解質水溶液に溶けることが促進される。
【００４２】
次に、本発明の第１実施形態によるリコンディショニング機能付き加工装置２０を説明する。図５は、リコンディショニング機能付き加工装置２０の構成を示す。図５（Ａ）は、リコンディショニング機能付き加工装置２０の正面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。
【００４３】
リコンディショニング機能付き加工装置２０は、上述のリコンディショニング装置１０と、被加工物１を加工する加工機３０を備える。
【００４４】
加工機３０は、上述の工具支持装置７を備える。図５の例では、工具支持装置７は、微細工具３であるエンドミルを支持するスピンドルである。
【００４５】
また、加工機３０は、スピンドル７を回転駆動する第１の駆動装置１５と、被加工物１が設置される台１７と、台１７とスピンドル７と容器５ａの少なくとも１つ（１つの場合は、スピンドル７）を移動させて互いの相対位置を変える第２の駆動装置１９と、第１および第２の駆動装置１５，１９を制御する制御装置２１と、を備える。
【００４６】
第１の駆動装置１５は、例えば、圧縮ガスによりスピンドル７を回転駆動する装置である。この場合、スピンドル７と第１の駆動装置１５は、エアタービンスピンドルを構成する。また、この場合、第１の駆動装置１５は、例えば、圧縮ガス源（図示を省略）と、スピンドル７を回転可能に支持するスピンドル支持体１６内に設けられた流路（図示を省略）を有する。圧縮ガス源からの圧縮ガスは、この流路を通して、スピンドル支持体１６内に導入され、スピンドルの外周面に吹き付けられることによりスピンドルを回転駆動し、その後、スピンドル支持体１６の外部へ排出される。なお、第１の駆動装置１５は、他の構成により、スピンドル７を回転駆動してもよい。
【００４７】
第２の駆動装置１９は、台１７およびスピンドル７の一方または両方を移動させることによりスピンドル７と台１７との相対位置を変える。これにより、第２の駆動装置１９は、スピンドル７に取り付けられたエンドミル３を、台１７に設置された被加工物１に接触させたり、この被加工物１から離間させたりすることができる。また、第２の駆動装置１９は、スピンドル７と容器５ａの一方または両方を移動させることによりスピンドル７と容器５ａとの相対位置を変える。これにより、第２の駆動装置１９は、スピンドル７に取り付けられたエンドミル３を、容器５ａ内の指定領域へ移動させたり、容器５ａの外部へ移動させたりすることができる。
【００４８】
図５の例では、第２の駆動装置１９は、スピンドル移動装置２５と、第１水平移動体２７と、第１水平方向移動装置２９と、第２水平移動体３１と、第２水平方向移動装置３３とを備える。スピンドル移動装置２５は、第１の駆動装置１５が組み込まれスピンドル７を回転可能に支持するスピンドル支持体１６を第１水平移動体２７に対して鉛直方向（図５のＺ軸方向）に往復移動させる。第１水平移動体２７には、スピンドル移動装置２５が設けられる。第１水平移動体２７は、スピンドル移動装置２５を介してスピンドル支持体１６を鉛直方向に移動可能に支持する。第１水平方向移動装置２９は、静止構造体２３に対して第１水平移動体２７を第１の水平方向（図５のＸ軸方向）に往復移動させる。第２水平移動体３１には、台１７と容器５ａが取り付けられている。第２水平方向移動装置３３は、静止構造体２３に対して、第２水平移動体３１を第２水平方向（図５のＹ軸方向）に往復移動させる。
【００４９】
なお、図５の例では、タンク５ｃ１とタンク１３は、第２水平移動体３１に取り付けられており、タンク５ｃ１の内部にポンプ５ｃ２が設けられている。また、導電性ブラシ１２は、スピンドル支持体１６に支持されている。導電性ブラシ１２は、スピンドル支持体１６とともに移動可能に、電圧印加装置１１の正極端子に適宜の手段により電気的に接続されている。代わりに、導電性ブラシ１２は、容器５ａに取り付けられてもよい。この場合、後述のステップＳ２では、スピンドル７またはエンドミル３を導電性ブラシ１２に接触させて、導電性ブラシ１２に正の電圧を印加し、陰極９に負の電圧を印加する。
【００５０】
制御装置２１は、次のステップＳ１〜ステップＳ３の制御を順に行う。
【００５１】
（ステップＳ１）
制御装置２１は、第１の駆動装置１５により、エンドミル３を支持したスピンドル７を回転駆動させた状態で、第２の駆動装置１９により、台１７およびスピンドル７の一方または両方を移動させて、エンドミル３により、台１７上の被加工物１を加工させる。この時、図５の例では、制御装置２１は、第２の駆動装置１９を制御して、第２水平移動体３１のＹ軸方向移動と、スピンドル支持体１６の鉛直方向移動との組み合わせにより、エンドミル３を被加工物１に接触させて被加工物１の加工を行う。この時、第１水平移動体２７のＸ軸方向移動も、必要に応じて組み合わせてよい。
【００５２】
（ステップＳ２）
次に、制御装置２１は、第２の駆動装置１９により、スピンドル７と台１７の一方または両方を移動させて、エンドミル３を被加工物１から離間させ、次いで、スピンドル７と容器５ａの一方または両方を移動させて、エンドミル３を容器５ａ内の指定領域に移動させて、微細工具３の付着物を上述の電解作用で除去する。この時、図５の例では、制御装置２１は、第２の駆動装置１９を制御して、スピンドル支持体１６の鉛直方向移動と第２水平移動体３１のＹ軸方向移動を組み合わせることにより、エンドミル３を、被加工物１から容器５ａ内の指定領域に移動させる。この時、第１水平移動体２７のＸ軸方向移動も、必要に応じて組み合わせてよい。このようにエンドミル３を容器５ａ内の指定領域に位置させた状態で、制御装置２１は、電圧印加装置１１を制御して、導電性ブラシ１２とスピンドル７を介してエンドミル３に正の電圧を印加しノズル５ｂに負の電圧を印加するとともに、電解質水溶供給装置５ｃ（例えば、ポンプ５ｃ２）を制御して、ノズル５ｂからエンドミル３に電解質水溶液を噴射させる。これにより、上述したように微細工具３の付着物を電解作用で除去する。
【００５３】
（ステップＳ３）
その後、制御装置２１は、第２の駆動装置１９により、スピンドル７と容器５ａの一方または両方を移動させて（図５の例では、スピンドル７を移動させて）、エンドミル３を指定領域外に移動させ、かつ、第１の駆動装置１５により、エンドミル３を支持したスピンドル７を回転駆動させた状態で、第２の駆動装置１９により、台１７およびスピンドル７の一方または両方を移動させて、エンドミル３により、台１７上の被加工物１を加工させる。この時、図５の例では、制御装置２１は、第２の駆動装置１９を制御して、第２水平移動体３１のＹ軸方向移動と、スピンドル支持体１６の鉛直方向移動との組み合わせにより、エンドミル３を被加工物１に接触させて被加工物１の加工を再び行う。この時、第１水平移動体２７のＸ軸方向移動も、必要に応じて組み合わせてよい。
【００５４】
制御装置２１は、上述のステップＳ３の制御を終えたら、エンドミル３による被加工物１の加工が終了するまで、上述のステップＳ２とステップＳ３を繰り返す。
【００５５】
上述のステップＳ１とステップＳ３において、制御装置２１は、エンドミル３と被加工物１の姿勢を変えることもできる。例えば、制御装置２１は、台１７を貫通する鉛直軸（Ｃ軸）回りに台１７を、第２水平移動体３１に対して揺動させ、台１７を貫通する水平軸（Ａ軸）に台１７を第２水平移動体３１に対して揺動させて、台１７の姿勢を変えることもできる。
【００５６】
制御装置２１は、少なくともステップＳ１の開始からステップＳ３の終了まで、第１の駆動装置１５により、エンドミル３を支持したスピンドル７を継続して回転駆動させる。好ましくは、制御装置２１は、第１の駆動装置１５により、少なくともステップＳ１の開始からステップＳ３の終了まで、エンドミル３の回転速度を、エンドミル３による被加工物１の加工時の回転速度に維持させる。
【００５７】
このような制御により、ステップＳ２の後、速やかに、同じ被加工物１に対する加工を再開できる。すなわち、特に、第１の駆動装置１５が、圧縮ガスによりスピンドル７を回転駆動する装置である場合には、ステップＳ１の後、スピンドル７の回転を停止させて、再び、スピンドル７の回転速度を被加工物１の加工時の回転速度に戻して、この回転を安定させるには、１０分程度かかるが、当該制御により、この時間を省略できる。
【００５８】
また、上述のステップＳ１〜ステップＳ３を行った後、制御装置２１は、第１の駆動装置１５により、エンドミル３を支持したスピンドル７を回転駆動させた状態で、上述のステップＳ２とステップＳ３を繰り返す。この場合、好ましくは、制御装置２１は、第１の駆動装置１５により、エンドミル３の回転速度を、エンドミル３による被加工物１の加工時の回転速度に維持させた状態で、上述のステップＳ２とステップＳ３を繰り返す。
【００５９】
このような制御により、ステップＳ２の後、速やかに、同じ被加工物１に対する加工を再開できる。したがって、このような制御は、台１７に設置された１つの被加工物１に対する加工量が多い場合に、特に有利である。例えば、このような制御は、図１に示すような多数の窪みを１つの被加工物１に加工する場合に、有利である。また、ステップＳ２において、エンドミル３が回転しているので、この回転によるエンドミル３の振動で、エンドミル３からの付着物の除去が促進される。すなわち、電解作用により生じた付着物の化学反応物の水和物が、エンドミル３から剥がれ落ちること、若しくは、この水和物が電解質水溶液に溶けることが促進される。
【００６０】
上述の電解作用の実施例１〜４を述べる。なお、実施例１〜４では、微細工具３として導電性の多結晶ダイヤモンドで形成された微細工具３を用いた。
【実施例１】
【００６１】
この実施例１では、被加工物１は単結晶シリコンである。この場合には、被加工物１の加工により生じた微細工具３の付着物は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２であると考えられる。このことは、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により確認された。すなわち、ＥＤＳを付着物に対して行った結果、検出したＸ線エネルギースペクトルのピークが、シリコン（ケイ素）Ｓｉと酸素Ｏに相当する位置で現れた。
【００６２】
このような微細工具３の付着物に対して、第１実施形態によるリコンディショニング方法を行った。この実施例１では、電解質水溶液として、水酸化カリウムＫＯＨを用いた。この実施例１の結果を、図６に示す。図６は、微細工具３の先端の一部を示す走査型電子顕微鏡の画像である。図６の左側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を実施する前の状態を示し、図６の真ん中は、リコンディショニング方法の実施中の状態を示し、図６の右側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を実施した後の状態を示す。図６から分かるように、第１実施形態によるリコンディショニング方法により、微細工具３から付着物が除去されている。
【００６３】
付着物ＳｉＯ２は、上述のリコンディショニング方法により、次の化学反応で微細工具３から除去されたと考えられる。
ＳｉＯ２＋２ＫＯＨ  →  Ｋ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
【００６４】
この化学反応式のように、Ｋ２ＳｉＯ３が、電解質水溶液（水酸化カリウム水溶液）と反応し、メタケイ酸カリウム（上述した化学反応物に相当）と水に変わる。
この反応は、上述の電解作用によって促進される。すなわち、電解作用によって、水酸化物イオンＯＨ−が発生し、このＯＨ−が陽極としての微細工具３に引き寄せられることによって、上記の化学反応が促進される。
【００６５】
上述の化学反応で形成されたＫ２ＳｉＯ３は、次の化学反応式のように、付着物由来の水和物となり、電解質水溶液に溶ける。
Ｋ２ＳｉＯ３＋ｎＨ２Ｏ  →  Ｋ２ＳｉＯ３・ｎＨ２Ｏ
【００６６】
このように生じたメタケイ酸カリウムの水和物が微細工具３から剥がれ落ちることにより、若しくは、メタケイ酸カリウムの水和物が電解質水溶液に溶けることにより、付着物が微細工具３から除去される。
【００６７】
なお、この実施例１において、上述の水酸化カリウム水溶液の代わりに、他の電解質水溶液を用いてもよい。例えば、電解質水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を用いてもよい。この場合には、付着物ＳｉＯ２は、上述のリコンディショニング方法により、次の化学反応で微細工具３から除去される。
ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ  →  Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
この場合、他の点は、上述と同じである。
【実施例２】
【００６８】
この実施例２では、被加工物１は超硬合金である。被加工物１が炭化タングステンＷＣとコバルトＣｏの焼結体としての超硬合金である場合には、被加工物１の加工により生じた微細工具３の付着物は、Ｗ系酸化物ＷＯ２またはＷＯ３であると考えられる。このことは、ＥＤＳにより確認された。すなわち、ＥＤＳを付着物に対して行った結果、検出したＸ線エネルギースペクトルのピークが、タングステンＷと酸素Ｏに相当する位置で現れた。
【００６９】
このような微細工具３の付着物に対して、第１実施形態によるリコンディショニング方法を行った。この実施例２では、電解質水溶液として、水酸化カリウムＫＯＨを用いた。この実施例２の結果を、図７に示す。図７は、微細工具３の先端の一部を示す走査型電子顕微鏡の画像である。図７の左側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を実施する前の状態を示し、図７の右側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を実施した後の状態を示す。図７から分かるように、第１実施形態によるリコンディショニング方法により、微細工具３から付着物が除去されている。
【００７０】
付着物ＷＯ２またはＷＯ３は、上述のリコンディショニング方法により、次の化学反応で微細工具３から除去されたと考えられる。
ＷＯ２＋２ＫＯＨ  →  Ｋ２ＷＯ４＋Ｈ２
または
ＷＯ３＋２ＫＯＨ  →  Ｋ２ＷＯ４＋Ｈ２Ｏ
【００７１】
この化学反応式のように、二酸化タングステンＷＯ２または三酸化タングステンＷＯ３が、アルカリ性水溶液（水酸化カリウム水溶液）と反応し、タングステン酸カリウムと水素ガスまたは水に変わる。
この反応は、上述の電解作用によって促進される。すなわち、電解作用によって、水酸化物イオンＯＨ−が発生し、このＯＨ−が陽極としての微細工具３に引き寄せられることによって、上記の化学反応が促進される。
【００７２】
このように生じたＫ２ＷＯ４の水和物が微細工具３から剥がれ落ちることにより、若しくは、Ｋ２ＷＯ４の水和物が電解質水溶液に溶けることにより、付着物が微細工具３から除去される。
【００７３】
なお、この実施例２において、上述の水酸化カリウム水溶液の代わりに、他の電解質水溶液を用いてもよい。例えば、電解質水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を用いてもよい。この場合には、付着物ＷＯ２またはＷＯ３は、上述のリコンディショニング方法により、次の化学反応で微細工具３から除去される。
ＷＯ２＋２ＮａＯＨ  →  Ｎａ２ＷＯ４＋Ｈ２
または
ＷＯ３＋２ＮａＯＨ  →  Ｎａ２ＷＯ４＋Ｈ２Ｏ
この場合、他の点は、上述と同じである。
【実施例３】
【００７４】
この実施例３では、被加工物１は焼結炭化ケイ素ＳｉＣである。この場合には、被加工物１の加工により生じた微細工具３の付着物は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２であると考えられる。すなわち、被加工物１は、微細工具３により加工される際に、次の化学反応式のように酸化し、ＳｉＯ２として微細工具３に付着すると考えられる。
２ＳｉＣ＋３Ｏ２  →  ２ＳｉＯ２＋２ＣＯ↑
このことは、ＥＤＳにより確認された。すなわち、ＥＤＳを付着物に対して行った結果、検出したＸ線エネルギースペクトルのピークが、シリコン（ケイ素）Ｓｉと酸素Ｏに相当する位置で現れた。
【００７５】
このような微細工具３の付着物に対して、第１実施形態によるリコンディショニング方法を行った。この実施例３では、電解質水溶液として、水酸化カリウムＫＯＨを用いた。この実施例３の結果を、図８に示す。図８は、微細工具３の先端の一部を示す走査型電子顕微鏡の画像である。図８の左側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を実施する前の状態を示し、図８の右側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を６０秒間だけ実施した後の状態を示す。図８から分かるように、第１実施形態によるリコンディショニング方法により、微細工具３から付着物が除去されている。
【００７６】
付着物ＳｉＯ２は、上述のリコンディショニング方法により除去される。この点は、実施例１と同じである。
【００７７】
なお、この実施例３において、上述の水酸化カリウム水溶液の代わりに、他の電解質水溶液を用いてもよい。例えば、電解質水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を用いてもよい。
【実施例４】
【００７８】
この実施例４では、被加工物１は窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４である。この場合には、被加工物１の加工により生じた微細工具３の付着物は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２であると考えられる。すなわち、被加工物１は、微細工具３により加工される際に、次の化学反応式のように酸化し、ＳｉＯ２として微細工具３に付着すると考えられる。
Ｓｉ３Ｎ４＋３Ｏ２  →  ３ＳｉＯ２＋２Ｎ２↑
このことは、ＥＤＳにより確認された。すなわち、ＥＤＳを付着物に対して行った結果、検出したＸ線エネルギースペクトルのピークが、シリコン（ケイ素）Ｓｉと酸素Ｏに相当する位置で現れた。
【００７９】
このような微細工具３の付着物に対して、第１実施形態によるリコンディショニング方法を行った。この実施例４では、電解質水溶液として、水酸化カリウムＫＯＨを用いた。この実施例４の結果を、図９に示す。図９は、微細工具３の先端の一部を示す走査型電子顕微鏡の画像である。図９の左側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を実施する前の状態を示し、図９の右側は、第１実施形態によるリコンディショニング方法を６０秒間だけ実施した後の状態を示す。図９から分かるように、第１実施形態によるリコンディショニング方法により、微細工具３から付着物が除去されている。
【００８０】
付着物ＳｉＯ２は、上述のリコンディショニング方法により除去される。この点は、実施例１と同じである。
【００８１】
なお、この実施例４において、上述の水酸化カリウム水溶液の代わりに、他の電解質水溶液を用いてもよい。例えば、電解質水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を用いてもよい。
【００８２】
［第２実施形態］
図１０（Ａ）は、本発明の第２実施形態によるリコンディショニング装置１０の構成を示す。第２実施形態では、水溶液領域生成ユニット５の構成が第１実施形態と異なる。第２実施形態において、以下で説明しない点は、上述と同じである。
【００８３】
本発明の第２実施形態によると、水溶液領域生成ユニット５は、図１０（Ａ）に示すように、指定領域に電解質水溶液を保持することにより、指定領域を電解質水溶液領域にする容器５ｄである。容器５ｄは、その内部の指定領域に、電解質水溶液を溜めていることにより、指定領域を電解質水溶液領域にしている。なお、第２実施形態においても、陰極９は、電解質水溶液領域に接触するように配置される。好ましくは、図１０（Ａ）の容器５ｄは、非導電性材料で形成されている。
【００８４】
また、容器５ｄは、開口５ｄ１を有する。図１０（Ａ）の例では、容器５ｄは、容器５ｄの上端に開口５ｄ１を有する。開口５ｄ１を通して、容器５ｄの外部から容器５ｄ内の指定領域まで微細工具３が移動できるようになっている。図１０の例では、容器５ｄは、上端に開口５ｄ１を有する円筒形である。
【００８５】
水溶液領域生成ユニット５は、好ましくは、容器５ｄ（例えば、容器５ｄの下面）に取り付けられた超音波振動子５ｅと、超音波振動子５ｅに電力を供給することにより超音波振動子５ｅを駆動して超音波振動子５ｅに超音波を発生させる電力供給部５ｆとをさらに有する。超音波振動子５ｅが発生した超音波により、電解質水溶液を振動させて、付着物の除去を促進できる。すなわち、電解作用により生じた付着物の化学反応物の水和物が、微細工具３から剥がれ落ちること、若しくは、この水和物が電解質水溶液に溶けることが促進される。
【００８６】
図１０（Ｂ）は、本発明の第２実施形態によるリコンディショニング装置１０の別の構成を示す、図１０（Ｂ）では、導電性ブラシ１２が、非導電性材料で形成された容器５ｄに取り付けられている。したがって、電解作用により、微細工具３の付着物を除去する時には、工具支持装置７に支持された微細工具３が導電性ブラシ１２に接触する位置に、工具支持装置７を移動させる。
【００８７】
図１０（Ｂ）におけるリコンディショニング装置１０の他の構成は、図１０（Ａ）におけるリコンディショニング装置１０の構成と同じである。
【００８８】
リコンディショニング機能付き加工装置２０は、第１実施形態によるリコンディショニング装置１０の代わりに、第２実施形態による図１０（Ａ）または図１０（Ｂ）のリコンディショニング装置１０を備えていてもよい。この場合、上述の容器５ａが容器５ｄに置き換えられる。すなわち、上述の説明では、容器５ａが容器５ｄに読み替えられ、開口５ａ１は開口５ｄ１に読み替えられる。例えば、容器５ｄは、図１０の例では、第２水平移動体３１に取り付けられる。
【００８９】
このように、リコンディショニング機能付き加工装置２０が第２実施形態によるリコンディショニング装置１０を備えている場合には、上述のステップＳ２は、次のように行われる。
【００９０】
ステップＳ２において、制御装置２１は、第２の駆動装置１９により、スピンドル７と台１７の一方または両方を移動させて、エンドミル３を被加工物１から離間させ、次いで、スピンドル７と容器５ｄの一方または両方を移動させて、エンドミル３を容器５ａ内の指定領域（すなわち、電解質水溶液領域）に移動させて（図１０（Ｂ）の場合には、かつ、スピンドル７またはエンドミル３を導電性ブラシ１２に接触させ）、微細工具３の付着物を上述の電解作用で除去する。この時、図１０の例では、制御装置２１は、第２の駆動装置１９を制御して、スピンドル支持体１６の鉛直方向移動と第２水平移動体３１のＹ軸方向移動を組み合わせることにより、エンドミル３を、被加工物１から容器５ｄ内の電解質水溶液領域に移動させる。このようにエンドミル３を容器５ｄ内の指定領域に位置した状態で、制御装置２１は、電圧印加装置１１を制御して、エンドミル３に正の電圧を印加し陰極９に負の電圧を印加する。
【００９１】
また、ステップＳ２において、制御装置２１は、電圧印加装置１１を制御して、エンドミル３に正の電圧を印加し陰極９に負の電圧を印加している時に、電力供給部５ｆを制御して、電力供給部５ｆから超音波振動子５ｅへ電力を供給させる。これにより、超音波振動子５ｅから超音波を発生させ、この超音波で、電解質水溶液領域の電解質水溶液を振動させ、微細工具３を振動させる。
【００９２】
なお、第２実施形態によるリコンディショニング装置１０を備えるリコンディショニング機能付き加工装置２０の場合に、ステップＳ１の後、または、ステップＳ３の後、スピンドル７の回転駆動を停止して、ステップＳ２を行ってもよいし、スピンドル７の回転駆動をステップＳ１〜ステップＳ３を通じて上述のように維持してもよい。
【００９３】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９４】
本発明に至る背景には武末翔吾氏による多大な貢献がある。
【符号の説明】
【００９５】
１  被加工物、３  微細工具（エンドミル）、５  水溶液領域生成ユニット、５ａ  容器、５ａ１  開口、５ｂ  ノズル、５ｃ  電解質水溶供給装置、５ｃ１  タンク、５ｃ２  ポンプ、５ｃ３  管、５ｄ  容器、５ｄ１  開口、５ｅ  超音波振動子、５ｆ  電力供給部、７  工具支持装置（スピンドル）、９  陰極、１０  リコンディショニング装置、１１  電圧印加装置、１２  導電性ブラシ、１３  タンク、１５  第１の駆動装置、１６  スピンドル支持体、１７  台、１９  第２の駆動装置、２０  リコンディショニング機能付き加工装置、２１  制御装置、２３  静止構造体、２５  スピンドル移動装置、２７  第１水平移動体、２９  第１水平方向移動装置、３０  加工機、３１  第２水平移動体、３３  第２水平方向移動装置
【図４】
2015098064.tif 000003
【図５】
2015098064.tif 000004
【図１０】
2015098064.tif 000005
【図１】
2015098064.tif 000006
【図２】
2015098064.tif 000007
【図３】
2015098064.tif 000008
【図６】
2015098064.tif 000009
【図７】
2015098064.tif 000010
【図８】
2015098064.tif 000011
【図９】
2015098064.tif 000012