(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細軸の形成方法であって、
前記微細軸に加工するための電極を提供する工程と、
前記電極を成形するための成形材を提供する工程と、
前記電極の長手方向を中心に前記電極を回転させる電極回転工程と、
前記電極と前記成形材との間に放電を発生させるために、放電加工電源を用いて前記電極及び前記成形材に給電する給電工程と、
前記電極回転工程により回転している前記電極を、前記成形材の側端側から前記成形材を横切るように移動させる電極移動工程と、
前記電極移動工程中に、前記放電工程により前記電極と前記成形材との間に発生した放電を用いて、前記成形材に溝を形成しつつ前記電極を成形して前記微細軸を形成する微細軸形成工程と、を備え、
前記成形材には、前記電極移動工程の前に、予め前記電極が移動する方向に沿って前記成形材にスリットを形成するスリット形成工程を更に備えることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細軸の形成方法において、前記成形材は２つの成形材から構成され、前記スリットは前記２つの成形材の間の隙間として形成されることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の微細軸の形成方法において、前記２つの成形材が互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項４】
請求項２記載の微細軸の形成方法において、前記２つの成形材が互いに電気的に接続されていることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の微細軸の形成方法において、
前記電極移動工程中に、前記成形材の側端側から前記成形材を横切る方向とは異なる方向で、前記電極に副運動を加えることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の微細軸の形成方法において、
前記副運動は、前記成形材の上面に対して垂直方向への前記電極の往復運動であることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項７】
請求項５に記載の微細軸の形成方法において、
前記副運動は、前記成形材の上面に対して傾斜方向への前記電極の往復運動であることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項８】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の微細軸の形成方法において、
前記電極移動工程中に、前記成形材の上面に平行な方向で、前記成形材に対して前記電極を揺動運動させることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項９】
請求項２乃至４の何れか一項に記載の微細軸の形成方法において、
前記２つの成形材の間の放電頻度を測定する放電頻度測定工程と、
前記放電頻度測定工程で測定された前記放電頻度が互いに等しくなるように制御する放電頻度制御工程とを備えることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の微細軸の形成方法において、
前記放電頻度制御工程は、前記２つの成形材のそれぞれと前記電極との距離が等しくなるように制御する距離制御手段とを備えることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の微細軸の形成方法において、
前記放電頻度測定工程は、前記２つの成形材に流れる電流をそれぞれ検知する電流検知工程であることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項１２】
請求項２乃至４、９乃至１１の何れか一項に記載の微細軸の形成方法において、
前記電極移動工程の前に、予め前記２つの成形材の間で放電加工を行って、前記スリット内面を成形するスリット放電加工工程を備えることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の微細軸の形成方法において、
前記微細軸形成工程の後に、前記成形材の前記溝を狭める溝幅調整工程と、
前記溝幅調整工程の後に、前記電極回転工程と、前記給電工程と、前記電極移動工程、前記微細軸形成工程とを順に行う再加工工程とを備えることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の微細軸の形成方法において、
前記再加工工程を複数回繰り返すことを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の微細軸の形成方法を用いて、前記電極から前記微細軸を形成することを特徴とする微細軸。
【請求項１６】
微細軸の形成装置であって、
前記微細軸に加工するための電極と、
前記電極を成形するための成形材と、
前記電極の長手方向を中心に前記電極を回転させる電極回転手段と、
前記電極と前記成形材との間に放電を発生させるために、前記電極及び前記成形材に給電する放電加工電源と、
前記電極回転手段により回転している前記電極を、前記成形材の側端側から前記成形材を横切るように移動させる電極移動手段とを備え、
前記成形材は、予め前記電極が移動する方向に沿って形成されたスリットを備え、
前記電極移動手段の動作時に、前記放電加工電源により前記電極と前記成形材との間に発生した放電を用いて、前記成形材に溝を形成しつつ前記電極を成形して前記微細軸を形成することを特徴とする微細軸の形成装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の微細軸の形成装置において、
前記成形材は２つの成形材から構成され、前記スリットは前記２つの成形材の間の隙間として形成されることを特徴とする微細軸の形成装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の微細軸の形成装置において、
２つの前記成形材の間の放電頻度をそれぞれ測定する放電頻度測定手段と、
前記放電頻度測定手段で測定された前記放電頻度が互いに等しくなるように制御する放電頻度制御手段とを備えることを特徴とする微細軸の形成装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の微細軸の形成方法において、前記成形材として、シリコン製の成形材を用いることを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の微細軸の形成方法において、前記電極と、前記シリコン製の成形材との間に放電を発生させて、前記微細軸を形成しつつ、前記微細軸の表面にシリコン含有層を形成することを特徴とする微細軸の形成方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の微細軸の形成方法によって、前記微細軸の前記表面に形成された前記シリコン含有層を備えることを特徴とする微細軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電加工に用いる微細軸を形成する方法及び装置に関し、より詳細には、プレート材を対向電極として、走査回転される電極軸に対する放電現象を用いた微細軸形成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触加工である放電加工法は、加工反力が小さいため微細工具を用いるマイクロ加工の分野において効果を発揮している。マイクロ放電加工に利用する微細軸の成形法には、図２１に示すように、（１）逆放電法、（２）ワイヤ放電研削法（Wire Electro Discharge Grinding法、以下ＷＥＤＧ法）、（３）穴を利用した放電微細軸成形法、（４）繰り返し転写マイクロ放電加工法、（５）亜鉛電極による微細加工、（６）単発放電を利用した微細電極の微細軸瞬時成形法などがある。【０００３】
このようにして成形される微細軸は、微細形状や表面粗度の計測プローブ、マイクロマニピュレーション用工具、ノズル穴などの微細穴成形工具、微細金型用の２次元、３次元の微細形状創成工具などに用いられる。特に逆放電加工法は非接触加工であることから加工反力が小さく、容易に微細軸が形成できる。また、成形軸を持ち換えることなく、同一の加工装置で成形された軸を工具として次段の加工が実施できるため、標準的な加工プロセスになっている。
【特許文献１】特開２００４−１４２０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＷＥＤＧ法は、その図２１の（３）に示されるように、放電加工法を用いた微細軸形成法として代表的な方法であり、黄銅製の走行ワイヤを工具としたものである。この方法は高精度の微細軸が容易に実現できるため、標準手法であるが、成形時間がかかること、軸側面に対して非対称に放電が発生するために数ミクロン程度以下の微小半径になると振動の影響を免れ得ないという欠点があった。【０００５】
さらに、対称放電を実現する方法としては、軸を工具としてプレートに穴を開けながら一種の共摺り加工のように微細軸を成形する方法がある（図２１の（３）や特許文献１など参照）。この場合、主たる軸の走査方向がプレート上面に対して垂直方向であるため、加工微細軸直径と微細軸長さが独立には制御できない点が欠点となる。したがって、目標とする軸直径や軸形状を実現するために多くの経験データを必要とする。予め開けた穴に対して軸を揺動させる方法もあるが初期穴を開ける問題や、ＷＥＤＧ法と同様に加工時間や軸振動の問題にぶつかる。【０００６】
これらのことから、従来法では高度な熟練技能を必要とし、量産性も良くないため、発明当初期待されたようには普及していない。マイクロ加工が死の谷に落ち込んでいる遠因でもある。【０００７】
そこで、本発明は、従来法のような高度な熟練技能を習得する必要なしに、微細軸を効率よく成形することができる電極走査方式による微細軸形成方法及び微細軸形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであって、第１の発明は、前記微細軸に加工するための電極を提供する工程と、
前記電極を成形するための成形材を提供する工程と、前記電極の長手方向を中心に前記電極を回転させる電極回転工程と、前記電極と前記成形材との間に放電を発生させるために、放電加工電源を用いて前記電極及び前記成形材に給電する給電工程と、前記電極回転工程により回転している前記電極を、前記成形材の側端側から前記成形材を横切るように移動させる電極移動工程と、前記電極移動工程中に、前記放電工程により前記電極と前記成形材との間に発生した放電を用いて、前記成形材に溝を形成しつつ前記電極を成形して前記微細軸を形成する微細軸形成工程と、を備える微細軸の形成方法である。
【０００９】
更に、第１の発明は、前記成形材には、前記電極移動工程の前に、予め前記電極が移動する方向に沿って前記成形材にスリットを形成するスリット形成工程を備えることを特徴とする。第２の発明は、第１の発明の微細軸の形成方法において、前記成形材は２つの成形材から構成され、前記スリットは前記２つの成形材の間の隙間として形成されることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明の微細軸の形成方法において、前記２つの成形材が互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする微細軸の形成方法である。第４の発明は、第２の発明の微細軸の形成方法において、前記２つの成形材が互いに電気的に接続されていることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至４の何れか一項の発明の微細軸の形成方法において、前記電極移動工程中に、前記成形材の側端側から前記成形材を横切る方向とは異なる方向で、前記電極に副運動を加えることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明の微細軸の形成方法において、前記副運動は、前記成形材の上面に対して垂直方向への前記電極の往復運動であることを特徴とする微細軸の形成方法である。第７の発明は、第５の発明の微細軸の形成方法において、前記副運動は、前記成形材の上面に対して傾斜方向への前記電極の往復運動であることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１３】
第８の発明は、第１乃至第４の何れか一つの発明の微細軸の形成方法において、前記電極移動工程中に、前記成形材の上面に平行な方向で、前記成形材に対して前記電極を揺動運動させることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１４】
第９の発明は、第２乃至第４の何れか一つの発明の微細軸の形成方法において、前記２つの成形材の間の放電頻度を測定する放電頻度測定工程と、前記放電頻度測定工程で測定された前記放電頻度が互いに等しくなるように制御する放電頻度制御工程とを備えることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１５】
第１０の発明は、第９の発明の微細軸の形成方法において、前記放電頻度制御工程は、前記２つの成形材のそれぞれと前記電極との距離が等しくなるように制御する距離制御手段とを備えることを特徴とする微細軸の形成方法である。第１１の発明は、第９又は１０の発明の微細軸の形成方法において、前記放電頻度測定工程は、前記２つの成形材に流れる電流をそれぞれ検知する電流検知工程であることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１６】
第１２の発明は、第２乃至第４、第９乃至第１１の何れか一つの発明の微細軸の形成方法において、前記電極移動工程の前に、予め前記２つの成形材の間で放電加工を行って、前記スリット内面を成形するスリット放電加工工程を備えることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１７】
第１３の発明は、第１乃至第１２の何れか一つの発明の微細軸の形成方法において、前記微細軸形成工程の後に、前記成形材の前記溝を狭める溝幅調整工程と、前記溝幅調整工程の後に、前記電極回転工程と、前記給電工程と、前記電極移動工程、前記微細軸形成工程とを順に行う再加工工程とを備えることを特徴とする微細軸の形成方法である。第１４の発明は、第１３の発明の微細軸の形成方法において、前記再加工工程を複数回繰り返すことを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００１８】
第１５の発明は、第１乃至第１４の何れか一つの発明の微細軸の形成方法を用いて、前記電極から前記微細軸を形成することを特徴とする微細軸である。
【００１９】
第１６の発明は、微細軸の形成装置であって、前記微細軸に加工するための電極と、前記電極を成形するための成形材と、前記電極の長手方向を中心に前記電極を回転させる電極回転手段と、前記電極と前記成形材との間に放電を発生させるために、前記電極及び前記成形材に給電する放電加工電源と、前記電極回転手段により回転している前記電極を、前記成形材の側端側から前記成形材を横切るように移動させる電極移動手段とを備え、前記電極移動手段の動作時に、前記放電加工電源により前記電極と前記成形材との間に発生した放電を用いて、前記成形材に溝を形成しつつ前記電極を成形して前記微細軸を形成する、微細軸の形成装置である。
【００２０】
更に、第１６の発明は、前記成形材が、予め前記電極が移動する方向に沿って形成されたスリットを備えることを特徴とする。第１７の発明は、第１６の発明の微細軸の形成装置において、前記成形材は２つの成形材から構成され、前記スリットは前記２つの成形材の間の隙間として形成されることを特徴とする微細軸の形成装置である。
【００２１】
第１８の発明は、第１７の発明の微細軸の形成装置において、２つの前記成形材の間の放電頻度をそれぞれ測定する放電頻度測定手段と、前記放電頻度測定手段で測定された前記放電頻度が互いに等しくなるように制御する放電頻度制御手段とを備えることを特徴とする微細軸の形成装置である。
【００２２】
第１９の発明は、第１乃至第１４の何れか一つに記載の微細軸の形成方法において、前記成形材として、シリコン製の成形材を用いることを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００２３】
第２０の発明は、第１９の発明の微細軸の形成方法において、前記電極と、前記シリコン製の成形材との間に放電を発生させて、前記微細軸を形成しつつ、前記微細軸の表面にシリコン含有層を形成することを特徴とする微細軸の形成方法である。
【００２４】
第２１の発明は、第１９又は第２０の発明の微細軸の形成方法によって、前記微細軸の前記表面に形成された前記シリコン含有層を備えることを特徴とする微細軸である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る微細軸形成方法を示す概念側面図である。
【図２】図１の微細軸形成方法による加工状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の放電加工に用いる放電加工装置の概略ブロック図である。
【図４】図１の微細軸形成方法における加工時間に対する電極の軸径の変化を示すグラフである。
【図５】表１の加工条件で加工された電極の状態を示す図である。
【図６】図１の微細軸形成方法における各材料毎の加工時間に対する電極の軸径の変化を示すグラフである。
【図７】亜鉛合金及び超硬合金の加工時の放電電圧波形を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る微細軸形成方法を示す概念上面図である。
【図９】図８の微細軸形成方法による加工状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る微細軸形成方法を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る微細軸形成方法を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る微細軸形成方法を示す斜視図である。
【図１３】斜め上方走査によって加工された電極の状態を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る微細軸形成方法を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る微細軸形成方法を示す斜視図である。
【図１６】図１５の微細軸形成方法により電極を段付き微細軸に加工した状態を示す図である。
【図１７】本発明の第１の付加形態を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第２の付加形態を示す斜視図である。
【図１９】サーボ電圧の切替時における加工時間に対する電極軸の半径を表すグラフである。
【図２０】第２の付加形態により電極から成形された微細軸を示す図である。
【図２１】従来の微細軸の成形方法を示す図である。
【図２２】本発明の実施例による放電加工の様子を示す図である。
【図２３】本発明の実施例の放電加工時における（ａ）Ｓｉ電極の放電波形図、（ｂ）ＢＳ電極の放電波形図である。
【図２４】本発明の実施例によって加工形成された微細線軸を示す側面図である。
【図２５】本発明の実施例から得られた微細線軸の腐食実験であって、（ａ）塩酸浸食前の状態図、（ｂ）塩酸浸食後の状態図である。
【図２６】図２５の腐食実験において、腐食時間に対する軸の直径変化を示す図である。
【図２７】本発明の実施例から得られたＳｉ電極及びＢＳ電極の表面荒さプロファイルを示す図である。
【図２８】本発明の実施例から得られたＳｉ電極に関して、ＳＥＭ画像及びＥＤＳ分析の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    電極
１ａ  回転軸
１ｂ  微細軸
３    成形プレート
３ａ  端面
３ｂ  スリット
３ｃ  溝
５    放電加工電源
７    走査方向（電極移動方向）
９    放電加工装置
１１    載置ステージ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ステッピングモータ
１５    駆動クロック制御部
１６    加工液面
１７    ビデオマイクロスコープ
１８    パーソナルコンピュータ
１９    ドライバ
２１    平均化回路
２３    コンパレータ
２７    放電偏差検出回路
２７ａ  電流検知器
３３    成形プレート
３３ａ  端面
３３ｂ  スリット
３３ｃ  溝
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の電極走査方式による微細軸形成方法及び微細軸形成装置に係る各実施の形態を、以下図面を参照して説明する。なお、各実施の形態において、同一部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態は、本発明の参考技術として言及される。第１の実施形態は、「直行走査方式」に係る微細軸形成方法である。図１に示す概念図において、長細い円柱状の成形用の電極１（すなわち走査回転軸）が、不図示の回転機構によって軸線方向（長手方向）１ａを中心として回転可能に配置され、且つ不図示の電極走査移動機構により水平方向に移動可能に配置されている。電極１の側方には、好ましくは厚さ数mm程度以下の板状の成形プレート（成形材）３が水平に固定配置される。
【００２９】
図２は、電極１が成形プレート中で放電加工されている状態である。図２に示すように、電極１と成形プレート３との間に放電を発生させるために、電極１及び成形プレート３はそれぞれ放電加工電源５に接続されている。これによって、放電加工電源５により電極１と成形プレート３との間に放電電圧が印加されて、これらの間で放電が発生する。この放電状態において、電極１は回転しつつ、プレート３の側端面３ａ側からプレート３の内部に向かって、成形プレート３の上面に平行な走査方向７に成形プレート３を横切るように移動される。この走査時の放電により電極１及び成形プレート３が削られて、成形プレート３に溝３ｂが形成される。一方、この走査時の放電により電極１も削られるが、電極１は回転しているため、電極１の周囲が均等に削られて細くなり、電極１が成形されて微細軸を形成することができる。
【００３０】
図３にこのような加工に用いる放電加工装置９の概念図を示す。放電加工装置９は、加工プレート３を水平に載置する載置ステージ１１を有している。この載置ステージ１１は、ステッピングモータ１２ａによりＸ軸方向に駆動され、ステッピングモータ１２ｂによりＹ軸方向に駆動され、ステッピングモータ１２ｃによりＺ軸方向（図３の上下方向）に駆動される。また、電極１は、載置ステージ１１上方で電極回転機構１ｃによりその軸線方向１ａを中心に回転可能に配置される。
【００３１】
図３に示すように、電極１と加工プレート３との間の印加電圧は、平均化回路２１で平均化されて、駆動クロック制御部（Ｖ-ｆコンバータ）１５及びコンパレータ２３に入力する。放電加工時には、サーボモータと同様の動作を実現するために、駆動クロック制御部１５により、各ステッピングモータの駆動クロックが制御される。さらに、放電加工装置９には、加工した微細軸の計測を容易にするために、加工装置９上での微細軸観察、微細軸径計測が可能なビデオマイクロスコープ１７が設けられる。このビデオマイクロスコープ１７は、加工装置９の加工中または加工後の微細軸を撮影可能な位置に設置される。さらに、ビデオマイクロスコープ１７の映像をパーソナルコンピュータ１８のディスプレイに表示し、加工途中あるいは加工後の電極１（微細軸）の観察を行って、その軸径及び形状を評価した。なお、電極１と加工プレート３との周囲は、放電を促進するために加工液面１６下に配置されている。【００３２】
放電加工装置９による電極１の加工条件の一例を表１に示す。電極１には、φ500μｍの超硬合金を用い、成形プレート３には、加工の安定化が期待できる亜鉛合金（ＺＡＰＲＥＣ）、黄銅及びＳ５０Ｃ、超硬合金を用いた。【００３３】
【表１】
0005126713.tif 000002
【００３４】
図４に示す加工時間に対する電極１の軸径の変化により、微細軸成形過程が観察できた。電極１の軸径は、ビデオマイクロスコープ１７で取り込んだ画像から計測した。計測は３箇所の平均値とし、分解能は３μｍ/pixelである。また、同図には各加工時間において加工された軸形状も示している。成形プレート３は、黄銅製とした。電極１の軸径は加工時間の経過に伴って細線化し、２０分程度の加工時間で５００μmの直径が約２０μｍの微細軸に成形された。したがって、所定の条件下で加工を実施し、加工時間と軸径とのあるいは走査距離と軸径との関係をデータベース上に構築しておけば、本方法において任意の軸径を得ることができる。図５に、この加工条件で加工された電極を観察した結果を示す。【００３５】
次に、成形プレート３の材料が、電極１から成形される微細軸の成形特性に及ぼす影響について調査した。成形プレート３の材料として、亜鉛合金、黄銅、Ｓ５０Ｃ、超硬合金をそれぞれ用いて加工した結果を図６に示す。微細軸の成形速度は、亜鉛合金、黄銅が速く、次いで超硬合金、Ｓ５０Ｃの順となった。【００３６】
この原因を調査するために、亜鉛合金及び超硬合金の加工時の放電電圧波形を観察した結果を図７に示す。超硬合金の加工においては、短絡状態が多く間欠的な放電状態となっているのに対し、亜鉛合金では短絡はほとんど見られず、放電頻度は非常に高い状態であった。黄銅についても同様の傾向であり、放電頻度の違いが軸の成形速度に影響を及ぼしたと考えられる。【００３７】
（第２の実施形態）  第２の実施形態は、「スリット付きプレート」を用いる微細軸形成方法及び装置である。第１の実施形態のように所定の条件下で加工を実施し、加工時間と軸径あるいは走査距離と軸径との関係をデータベース上に構築しておいた場合でも、放電加工においては、加工液の状態や電極材料、成形プレート材料などによって放電状態が変化するために、再現性よく所望の電極径を得ることは困難な場合がある。特に、電極径が細い場合ほど、この方法を適用することは難しい場合が生じる可能性がある。【００３８】
そこで、第２の実施形態の加工方法では、図８に示すように、厚さ数mm程度以下の成形プレート３にワイヤ放電加工により、スリット加工を行って予めスリット３ｃを形成しておく。そして、図８に示すように、このスリット３ｃ中心面３ｄに沿って、第１の実施形態の場合と同様に、電極１を回転しつつ走査させる。そして、この電極１を図９に示すように成形プレート３の内部に向かって走査して、電極１の加工を実施した。この場合には、スリット３ｃの幅に対応した軸径の微細軸を得ることが可能となった。【００３９】
（第３の実施形態）  第３の実施形態は、「２枚プレートによるスリット形成プレート」に係る微細軸形成方法及び装置である。「２枚プレートによるスリット形成プレート」とは、図１０に示すように、厚さ数mm程度以下の２枚の成形プレート３３の側面を互いに平行に接近させて固定配置することにより、スリット（隙間）３３ｃを形成する。また、２枚の成形プレート３３は、電気的に接続されており同一電位となっている。【００４０】
そして、成形プレート３３の溝端面３３ａ側より成形用電極１を、スリット３３ｃの内部に向かって走査することによって、成形プレート３３の間に、スリット３３ｃより広い溝３３ｂを形成して、電極１の形状が成形される。【００４１】
この場合には、第２の実施形態に比べて、予めスリットを放電加工により形成する必要が無く、スリットの幅も任意に調整できる。【００４２】
（第４の実施形態）  第４の実施形態は、「絶縁接続プレート」に係る微細軸形成方法及び装置である。「絶縁接続プレート」とは、基本的には第３の実施形態のものと同様に、２枚の成形プレートを用いてスリット３３ｃを構成する。しかし、第４の実施形態では、図１１に示すように、一方の成形プレート３３ｄを放電加工電源５と電気的に接続し、他方の成形プレート３３ｅを放電加工電源５から電気的に絶縁する。【００４３】
そして、成形プレート３３ｄ、３３ｅの溝端面３３ａ側より、成形用電極１をスリット３３ｃの内部に向かって回転しつつ走査する。この時、成形プレート３３ｄと電極１との間では、放電が発生して、成形プレート３３ｄと電極１とが削られ、成形プレート３３ｅと電極１との間では、放電が発生せず、成形プレート３３ｅと電極１とはほとんど削られない。【００４４】
この場合には、絶縁された成形プレート３３ｅのスリット３３ｃ側の側面は放電加工されないため、この側面に沿って、電極１を走査することができる。【００４５】
さらに、この第４の実施形態（図１１）において、２枚の成形プレートを１つのコンデンサと考えることもでき、この静電容量と成形プレート間の溝幅とは比例する。そこで、このコンデンサの静電容量を静電容量検知手段により検知して、サーボモータを駆動して適切な溝幅となるように成形プレート３３を移動すれば、視覚的に溝幅を測定することなく、成形プレート間の溝幅制御を行うこともできる。【００４６】
（第５の実施形態）  第５の実施形態は、「上下走査」、「斜め上方走査」、「間歇走査」に係る微細軸形成方法及び装置である。第１の実施形態で説明したが、ステッピングモータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって、成形プレート３３に対して、電極１を任意の方向に動かすことができる。以下に説明する副運動５０は、電極１の走査方向７における移動である主運動とは異なる方向において、電極１に加えられる運動である。【００４７】
例えば、図１２に示す電極１の水平走査時に、電極１を成形プレート３３の上面に対して垂直な方向で、上下往復する副運動５０を加える。これによって、電極１の軸方向の形状を平滑することができる。また、図１２に示す電極１の走査時に、電極１を成形プレート３３の上面に対して斜め上方向で、往復する運動を副運動５０として加えることもできる。このような加工によって、図１３に示すように電極１の下端部を、滑らかな円錐形状に成形することができる。図１３の場合は、仰角が４５°となるように副運動５０を加えた。また、これらの副運動５０を間歇的に加えて走査することもできる。【００４８】
第５の実施形態（図１２）は、第３の実施形態（図１０）に副運動５０を適用したものであるが、この副運動５０は他の実施形態の何れにも適用することができる。【００４９】
（第６の実施形態）  第６の実施形態は、「揺動運動」に係る微細軸形成方法及び装置である。図１４に示すように、電極１の走査時に、成形プレート３３の水平な上面に対して平行に揺動運動を加えるものである。揺動運動は、ステッピングモータ１２ａ、１２ｂを用いて載置ステージ１１を適宜往復運動させることにより実現される。【００５０】
第６の実施形態（図１２）は、第３の実施形態（図１０）に上記揺動運動を適用したものであるが、この揺動運動は他の実施形態の何れにも適用することができる。【００５１】
（第７の実施形態）第７の実施形態は、「放電頻度差比例制御」に係る微細軸形成方法及び装置である。「放電頻度差比例制御」とは、互いに絶縁された２枚の成形プレート３３に流れる電流あるいは放電頻度が均等になるよう、電極１の走査方向７を制御するものである。【００５２】
図１５に示すように、成形プレート３３と放電加工電源５との接続線にそれぞれ電流検知器２７ａを設けて、それぞれの成形プレート３３に流れる電流を検出する。さらに、それぞれの電流検知器２７ａでそれぞれの成形プレートに流れる電流（即ち放電量）を検知する。さらに、検知された電流を放電偏差検出回路２７で比較して、両者が等しくなるようにドライバ２９を介してステッピングモータ１２ｂを駆動して、電極１の走査方向７に対して垂直方向に成形プレート３３を移動する。これによって、視覚的に電極１の位置を検出することなく、常に電極１がスリット３３ｃの中心面を移動することができる。【００５３】
なお、それぞれの成形プレート３３に流れる電流は放電頻度に比例し、さらに放電頻度は、電極１の表面とスリット３３ｃに面する成形プレート３３の側面との距離に比例している。したがって、両成形プレート３３の放電頻度が等しくなるよう制御すれは、両成形プレート３３と電極１との距離は等しい状態で、電極１を走査することができる。
【００５４】
図１６に第７の実施形態によって電極１を加工した状態を示す。なお、図１６に示したものは、電極材料に超硬合金を、成形プレートに黄銅を用いて、段付きの微細軸に加工した。その結果、５１μｍの先端径を有する微細軸を成形することができた。
【００５５】
（付加形態）  第１の付加形態としては、図１７に示すように、電極１の走査前に、予め絶縁プレート相互に２次元または３次元運動を与え溝断面形状を制御することができる。この付加形態は、第３の実施形態（図１０）の前処理として、成形プレート３３間で予め放電加工を行って双方の面を成形して均等なスリット（溝）３３ｃを形成するものである。具体的には、電極１の走査前に、載置プレート２５上で、一方の成形プレート３３をステッピングモータにより上下左右の往復運動を加えつつ、同時に、両成形プレート３３を放電加工電源５に接続して、成形プレート３３の間のスリット３３ｃに放電を発生させる。これによって、スリット３３ｃに対面する成形プレート３３の両側面を平滑に成形することができる。このような平滑なスリット３３ｃを用いて、電極１を走査すれば放電が均等に発生し、より高い精度で微細軸を成形できる。【００５６】
さらに、第１の付加形態（図１７）において、溝形成時の放電頻度と、成形プレート間の溝幅とは比例する。そこで、図１５に示したような溝幅制御機構を用いて、溝形成時の放電頻度を測定し、この放電頻度によって基づいて溝幅計測を実施し、サーボモータを駆動して適切な溝幅となるように成形プレート３３を移動すれば、視覚的に溝幅を測定することなく、溝幅制御を行うこともできる。【００５７】
また、第２の付加形態としては、第１〜第７の実施形態の何れかにおいて、溝幅を制御しながら繰り返し軸成形加工を行う、所謂、「繰り返し走査におけるスリット幅制御」又は「繰り返し走査」が考えられる。第２の付加形態では、各繰り返し成形工程において放電電気条件及び極間距離の指標となるサーボ電圧を、次第により微細な軸を形成する条件に切り替える。【００５８】
以下、第２の付加形態を図１８を用いて説明する。先ず第１工程において、図１８の右上に示す電極１を、成形プレート３３の間のスリット３３ｃを走査して放電加工する。第１工程で放電成形されて微細軸１’ｂが成形された電極１’が図１８の左上に示されている。第２工程において、成形プレート３３のスリット３３ｃの幅を狭くしてスリット３３’ｃとした状態で、図１８の右下に示すように、再度、電極１’がスリット３３’ｃを走査して放電加工される。第２工程で放電成形された微細軸を有する電極１’’が図１８の左下に示されている。この第２工程と同様の工程を、スリット３３’ｃをより狭くして繰り返すことにより、電極により細い微細軸を成形することができる。
【００５９】
図１９は、サーボ電圧を次第に微細条件に切り替えた場合において、横軸に加工時間を、電極１の軸の半径を縦軸に取った図である。また、図２０に、第２の追加形態により電極１から成形された微細軸を示す。【００６０】
なお、上記各実施形態において、成形プレート３、３３の材料として、銅―タングステン、などの低消耗プレート、シリコンプレートや圧粉体、半焼結体などの有消耗プレート、亜鉛合金などの小仕事関数プレートを用いることができる。【００６１】
さらに、第２〜第７の実施形態において、電極１に替えて、非導電性軸を走査して成形することもできる。具体的には、２枚のプレート材料の一方を導電被覆用電極とし他方を整形用電極として双方のプレート間に非導電性軸を走査すれば、両プレート間の放電により、非導電性軸を成形することもできる。【００６２】
本発明による微細軸形成方法及び装置によれば、電極の基本運動（走査方向７）が成形プレートの上面に対して平行であるために、放電頻度(単位時間あたりの放電発生回数)が大きくなり理想に近い値をとる。また電極の進行方向に垂直な方向では、電極の左右の放電頻度を同一とすることができ、加工時の振動の影響が少なくなり安定した電極成形が実現される。さらに、電極の進行方向に対して後方が開放されるために加工屑の排出性が向上し、その結果、加工時間を短くできる。【００６３】
さらに、成形プレートに対して予めスリット（溝）を形成した場合は、スリット幅から放電ギャップ（電極と溝内面との間）を引いた距離が、微細軸の最終軸直径となることから、放電が自動的に終了し加工の途中で軸が消滅することがなく、形状制御が極めて容易である。また、加工される軸径が微細になると、成形プレートのスリット方向と、電極の回転軸の走査方向７との間の誤差が相対的に大きくなるが、２枚の成形プレートを絶縁して配置し、双方の成形プレートにおける放電頻度が一致するように移動制御すれば、走査方向と溝方向とを平行に保つことが可能になる。この場合に、電極を走査する前に、２枚の成形プレート間で予め放電加工を行えば、さらに成形プレートのスリット内の対向面をより完全に一致させることができる。【００６４】
また、成形プレートの材料を仕事関数の小さな材料に選べば、放電が容易に発生するため、たとえば気中加工においても、安定的に放電加工を実現できる。成形プレートの材料としてシリコンなどを選べば、成形軸表面をきわめて高い耐食性を有する表面に改質できる。【００６５】
なお、各実施形態及び追加形態に加えて、前記電極１から成形された微細軸を持ち替えることなく、当該微細軸を工具として、放電加工を行う方法及びその装置を提供することもできる。具体的には、上述の各実施形態又は追加形態によって成形された微細軸を放電加工装置９から取り外すことなく、載置ステージ１１から成形プレート３又は３３を除去する。その後、同一の放電加工装置９の載置ステージ１１上に、新たに被加工物を装着し、さらに、この被加工物に対して、微細軸を工具として用いて、被加工物に微細穴成形あるいは走査形状創成を行うこともできる。
【実施例１】
【００６６】
本実施例は、成形プレートの材料としてシリコンを選択して、成形される微細軸の表面をきわめて高い耐食性を有する表面に改質するものである。【００６７】
シリコンを電極（成形プレート）として鋼材に対して仕上放電加工を行った場合、銅電極に比べ加工速度が高く、加工面粗さは向上し、電極面積が大きくとも面粗さの劣化は見られないことが知られている。また、本発明の発明者らによって、ステンレスに対してシリコンを電極として放電加工を行い、被加工物表面には耐食・耐摩耗性を有する強固な層が形成されることが、報告されている。【００６８】
上述の実施形態で説明したように、走査放電加工による微細軸成形を行い、高いアスペクト比を有する微細線軸の成形が可能となったる。そこで、上記実施形態の装置及び方法を用いて、シリコンプレートを電極（成形プレート）として、微細軸成形走査放電加工を行い、成形された微細軸の耐蝕性・表面粗さ等を調査した。【００６９】
（シリコン電極による表面改質加工）  本実施例では、上述の実施の形態に示した成形方法を応用して、シリコンウェハー（厚さ０．５ｍｍ、比抵抗０．０２Ω・ｃｍ）を、電極３（成形プレート）として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）丸棒１に対する走査放電加工を行った。この実験の様子を図２２に示す。【００７０】
Ｓｉ電極（Ｓｉ製成形プレート）及びＢＳ（黄銅）電極（ＢＳ製成形プレート）による走査放電加工時の放電波形を図２３に示す。図２３からは、ＢＳ電極に比べＳｉ電極では加工初期における偏心の影響も直ぐに解消され安定した放電となっており、容易に微細軸が成形できると考えられる。また、微細線軸成形の条件としては、電極にＳｉ（−）を用い、ピーク電流Ｉｐ＝１Ａ、パルス幅（一つのパルスの電流継続時間）τｐ＝２μｍ、休止時間（パルスとパルスとの間の時間）τｒ＝１６μｍ、加工時間は２０分２１秒で加工した。結果として図２４に示すような先端直径が約１０μｍ程度の微細線軸を作ることが出来た。
【００７１】
この細線表面にはシリコンの皮膜が形成されていると考えられ、そうであれば耐食性に優れた微細軸成形が可能となる。そこで、シリコン電極加工を行った丸棒に対して、塩酸による腐食試験を行った。【００７２】
（腐食実験）  シリコン電極による放電加工では、５分程度の加工で表面がシリコン皮膜に覆われると考えられる。このことを確認するため、時間ごと（１分間隔）に被加工物（ＳＵＳ（ステンレス鋼）製丸棒）の状態を観察した。その結果、丸棒の偏心を考慮しても、約４分で外周面がシリコン皮膜と思われる滑らかな放電痕が観察され、５分程度の放電で表面改質が行われることが確認できた。この時の直径は４００μｍ程度であった。さらに、黄銅電極でも同一加工条件で直径４００μｍ程度に加工を行い、それぞれの電極により加工された丸棒を、塩酸（２６％溶液）に浸け、腐食の程度を比較した。【００７３】
図２５（ａ）に、ＢＳ電極材及びＳｉ電極材によって、直径４００μｍ程度に加工されたＳＵＳ丸棒の加工部位を未加工丸棒と共に示す。図２５（ｂ）は、上記の加工物を塩酸水溶液に９時間侵食した後の先端部位を示す。未加工物及びＢＳによる加工物は、侵食が進行している様子が分かる。それに対して、Ｓｉ電極による加工部位は全く侵食の形跡がなく、未加工部が侵食されてより細くなっている。【００７４】
次に、図２６に侵食時間に対する軸の直径変化を示す。未加工軸（ＳＵＳ丸棒）とＢＳ電極による軸は、放電加工によって生じた両者の直径の違いを保ったまま、時間経過に伴って直径が減少している。一方、Ｓｉ電極によるＳＵＳへの加工は微細軸成形においても、極めて高い耐食性が実現されていることが分かる。【００７５】
（表面粗さ測定）  マイクロスコープでの観察では、見た目では、Ｓｉ電極加工での表面がＢＳ電極加工表面より滑らかに見える。そこで、表面粗さ測定を、共焦点型３次元顕微鏡及び表面粗さ計で行った。【００７６】
両者の表面粗さプロファイルを図２７に示す。Ｓｉ電極（０．２５μｍ、Ｒａ）による加工部位は、ＢＳ電極（１．５μｍ、Ｒａ）によるものよりも滑らかな面性状を呈している。
【００７７】
（ＳＥＭ画像・ＥＤＳ分析）  Ｓｉ電極により放電加工を行い表面改質した丸棒に対して、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）及びＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光：energy-dispersive X-ray spectroscopy）による観察を行った。図２８に丸棒断面に関して、ＳＥＭ画像及びＥＤＳ分析によるＳｉ、Ｆｅ、Ｃｒの解析結果を示す。【００７８】
ＥＤＳ分析により加工物表面には、Ｓｉ（又はＳｉ含有化合物）が載っていることが見て取れる。また、ＳＥＭ画像から、その膜の厚さは数μｍ程であった。
【００７９】
以上まとめると、本実施例において、シリコンを電極（成形プレート）として走査放電加工を行い、微細線軸を成形できた。このようにして成形した微細軸は耐食性を有し、加工面粗さが向上し、通常の放電加工面より滑らかになった。被加工物表面に形成されたシリコン被膜は、塩酸等にも腐食されないため、腐食環境における走査プローブや微細ハンドリングツールとして利用できると考えられる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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