(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細加工電極と被加工物の表面との間で放電させ、被加工物を微細加工する微細加工方法において、
前記微細加工電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置に撮像手段を配置し、
前記放電加工部位近傍に加工液を供給し、
前記加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成し、
この加工液膜の厚み方向から前記撮像手段によって被加工物の加工状況を観察して、被加工物を微細加工する、ことを特徴とする微細加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の微細加工方法において、
前記微細加工電極は、長手方向へ走行されるワイヤ電極とされ、
前記被加工物は、円柱状で、円柱状の中心軸線を中心に回転可能に、かつ、前記ワイヤ電極の走行方向に対して略直交する姿勢に支持され、
前記撮像手段の光軸が、前記ワイヤ電極の走行方向および前記被加工物の回転軸線に対して略直交するように前記撮像手段が配置されている、ことを特徴とする微細加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の微細加工方法において、
前記ワイヤ電極は、上下方向へ走行するよう配置され、
前記放電加工部位近傍に前記ワイヤ電極の走行方向と平行にかつ前記撮像手段の光軸に対して略垂直に加工液受けプレートを配置するとともに、この加工液受けプレートに向けてかつ前記放電加工部近傍に向けて加工液噴射ノズルを配置し、この加工液噴射ノズルから加工液を噴射しながら、被加工物を微細加工する、ことを特徴とする微細加工方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の微細加工方法において、
前記撮像手段は、長作動距離対物レンズまたは油浸型対物レンズを有する顕微鏡である、ことを特徴とする微細加工方法。
【請求項５】
微細加工電極と被加工物の表面との間で放電させ、被加工物を微細加工する微細加工装置において、
前記微細加工電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置に配置された撮像手段と、
前記放電加工部位に加工液を供給する加工液供給手段と、
前記加工液供給手段によって供給された加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液膜形成手段とを備え、
前記撮像手段の光軸が、前記加工液膜の厚み方向と略平行になるように前記撮像手段が配置されている、ことを特徴とする微細加工装置。
【請求項６】
長手方向へ走行されるワイヤ電極と円柱状の被加工物の表面との間で放電させ、被加工物を微細加工する微細加工装置において、
前記被加工物を前記ワイヤ電極の走行方向に対して略直交する姿勢でかつ円柱状の中心軸線を中心に回転可能に支持する回転保持手段と、
前記ワイヤ電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置で、かつ、光軸が前記ワイヤ電極の走行方向および前記被加工物の回転軸線に対して略直交するように配置された撮像手段と、
前記放電加工部位近傍に加工液を噴射する加工液噴射ノズルと、
前記加工液噴射ノズルによって供給された加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液膜形成手段とを備え、
前記加工液膜形成手段は、前記放電加工部位近傍に前記ワイヤ電極の走行方向と平行にかつ前記撮像手段の光軸に対して略垂直に配置され、前記加工液噴射ノズルから噴射された加工液を受けて前記加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液受けプレートによって構成されている、ことを特徴とする微細加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工方法および微細加工装置に関する。例えば、測定機などに用いられる測定子の微細加工に適する微細加工方法および微細加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動軸の先端に取り付けられた測定子を被測定物に接触させることにより、被測定物の形状や寸法の測定を行う三次元測定機、表面形状測定機、および、小穴測定機等の測定機が知られている。これらの測定機に用いられる測定子は、柱状のステムと、ステムの先端に形成された接触部とを備えて構成されている。
【０００３】
ところで、近年、測定のニーズが多様化し、例えば直径２０μｍ以下の穴の内壁面などの微細な被測定物の測定に対するニーズが高まっており、このような微細な被測定物を測定できる極細（例えば５μｍ以下）の測定子の開発が求められている。
従来、測定子の加工方法としては、放電時の熱を利用して材料を加工する加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法では、導電性の材料であれば加工することができるので、超合金やタングステン等の超硬材を加工することにより、剛性および耐久性を有する測定子を製造することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３１４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した加工方法では、被加工物を加工液（主に油）中に浸した状態で加工が行われるため、加工が終了するまで、加工状況を確認することができない。
例えば、直径２０μｍ以下のステム、特に、微細径で先端が先細りしたステムを加工する場合などでは、加工途中が確認できないと、加工途中に変形、折損しても、加工が終了するまで気づくことがないので、時間を浪費しかねない。また、加工中の被加工物の挙動がわからないため、最適かつ最速な加工条件を見つけるのも困難である。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、加工中の被加工物の加工状況を観察できるようにした微細加工方法および微細加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の微細加工方法は、微細加工電極と被加工物の表面との間で放電させ、被加工物を微細加工する微細加工方法において、前記微細加工電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置に撮像手段を配置し、前記放電加工部位近傍に加工液を供給し、前記加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成し、この加工液膜の厚み方向から前記撮像手段によって被加工物の加工状況を観察して、被加工物を微細加工する、ことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、微細加工電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置に撮像手段を配置し、放電加工部位近傍に加工液を供給し、この加工液を放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成するようにしたので、この加工液膜の厚み方向から撮像手段によって被加工物の加工状況を観察することができる。
従って、例えば、被加工物の直径を２０μｍ以下に加工する場合でも、加工量の限界を目視で速やかに確認しながら加工作業を実行することができる。また、被加工物の挙動も観察できるので、最適かつ最速な加工条件を見出すことができるほか、比較的簡単な形状の加工であれば、手動で操作しながら加工することができる。そのため、ＣＮＣプログラムなどを作成する必要もない。
もとより、加工途中に被加工物が変形、折損しても、その状況を撮像手段によって直ちに観察することができるから、時間を浪費することも少ない。
【０００９】
本発明の微細加工方法において、前記微細加工電極は、長手方向へ走行されるワイヤ電極とされ、前記被加工物は、円柱状で、円柱状の中心軸線を中心に回転可能に、かつ、前記ワイヤ電極の走行方向に対して略直交する姿勢に支持され、前記撮像手段の光軸が、前記ワイヤ電極の走行方向および前記被加工物の回転軸線に対して略直交するように前記撮像手段が配置されている、ことが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、被加工物をその中心軸線を中心に回転させながら、ワイヤ電極の走行方向に対して略直交する方向へ送ると、被加工物の外周面が放電加工され、被加工物の直径が細く加工されるから、被加工物を微細円柱状、例えば、直径が２０μｍ以下のスタイラスなども加工することができる。しかも、撮像手段の光軸が、ワイヤ電極および被加工物の回転軸線に対して略直交するように撮像手段が配置されているから、つまり、被加工物の加工状況を最も確認しやすい位置に撮像手段が配置されているから、被加工物の加工状況を確認しながら、微細スタイラスも加工できる。
【００１１】
本発明の微細加工方法において、前記ワイヤ電極は、上下方向へ走行するよう配置され、前記放電加工部位近傍に前記ワイヤ電極の走行方向と平行にかつ前記撮像手段の光軸に対して略垂直に加工液受けプレートを配置するとともに、この加工液受けプレートに向けてかつ前記放電加工部近傍に向けて加工液噴射ノズルを配置し、この加工液噴射ノズルから加工液を噴射しながら、被加工物を微細加工する、ことが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、加工液噴射ノズルから加工液を噴射すると、噴射された加工液は加工液受けプレートに当たり、その周囲に拡がりながら均一な膜を形成する。つまり、放電加工部位を中心としてその周囲に厚みが略均一な加工液膜が形成される。すると、その膜内に放電加工部が浸され、かつ、撮像手段側の面がフラットな面となるため、加工液で浸された放電加工部位を、撮像手段によって鮮明に観察できる。
しかも、ワイヤ電極が上下方向へ走行するよう配置されているから、放電加工により出た加工屑が噴射後の加工液とともに、下へ流れ落ちていくため、加工屑が観察に支障を及ぼすことがない。
【００１３】
本発明の微細加工方法において、前記撮像手段は、長作動距離対物レンズまたは油浸型対物レンズを有する顕微鏡である、ことが好ましい。
この発明によれば、長作動距離対物レンズの顕微鏡であれば、放電加工部から離れた位置に配置して観察できる。従って、顕微鏡の対物レンズから放電加工部位までの距離を確保できるから、放電加工にあたっての各種調整作業を行いやすい。また、油浸型対物レンズの顕微鏡であれば、加工液膜内に油浸型対物レンズを着けた状態で観察できるので、極微細な領域での観察も可能である。
【００１４】
本発明の微細加工装置は、微細加工電極と被加工物の表面との間で放電させ、被加工物を微細加工する微細加工装置において、前記微細加工電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置に配置された撮像手段と、前記放電加工部位に加工液を供給する加工液供給手段と、前記加工液供給手段によって供給された加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液膜形成手段とを備え、前記撮像手段の光軸が、前記加工液膜の厚み方向と略平行になるように前記撮像手段が配置されている、ことを特徴とする。
この発明によれば、加工液供給手段によって供給された加工液が、加工液膜形成手段によって放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成されるため、撮像手段によって、微細加工電極と被加工物との放電加工部位を観察できる。従って、微細加工方法と同様な効果が期待できる。
【００１５】
本発明の他の微細加工装置によれば、長手方向へ走行されるワイヤ電極と円柱状の被加工物の表面との間で放電させ、被加工物を微細加工する微細加工装置において、前記被加工物を前記ワイヤ電極の走行方向に対して略直交する姿勢でかつ円柱状の中心軸線を中心に回転可能に支持する回転保持手段と、前記ワイヤ電極と被加工物との放電加工部位を観察可能な位置で、かつ、光軸が前記ワイヤ電極の走行方向および前記被加工物の回転軸線に対して略直交するように配置された撮像手段と、前記放電加工部位近傍に加工液を噴射する加工液噴射ノズルと、前記加工液噴射ノズルによって供給された加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液膜形成手段とを備え、前記加工液膜形成手段は、前記放電加工部位近傍に前記ワイヤ電極の走行方向と平行にかつ前記撮像手段の光軸に対して略垂直に配置され、前記加工液噴射ノズルから噴射された加工液を受けて前記加工液を前記放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液受けプレートによって構成されている、ことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、上述した微細加工方法と同様に、加工液噴射ノズルから加工液を噴射すると、噴射された加工液は加工液受けプレートに当たり、その周囲に拡がりながら厚みが略均一な加工液膜が形成される。すると、その膜内に放電加工部が浸され、かつ、撮像手段側の面がフラットな面となるため、加工液で浸された放電加工部を、撮像手段によって鮮明に観察できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の微細加工装置をワイヤ放電加工機に適用した要部の斜視図、図２は、図１のワイヤ放電加工機を上から見た平面図、図３は、図２の矢示III方向から見た図である。
【００１８】
＜実施形態の構成＞
ワイヤ放電加工機は、加工機本体１と、この加工機本体１に上下方向へ走行可能に配置された微細加工電極としてのワイヤ電極１１と、加工機本体１に設けられワイヤ電極１１をガイドするガイド手段２１と、被加工物Ｗをワイヤ電極１１の走行方向に対して略直交する姿勢でかつ被加工物Ｗの中心軸線を中心に回転可能に支持する回転保持手段３１と、ワイヤ電極１１と被加工物Ｗとの放電加工部位を観察可能な位置に配置された撮像手段４１と、放電加工部位に加工液を噴射する加工液供給手段としての加工液噴射ノズル５１と、加工液噴射ノズル５１によって噴射された加工液を放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成する加工液膜形成手段６１とを備える。
【００１９】
被加工物Ｗは、直径が２０〜３０μｍ程度の円柱状の超硬材が用いられている。
ワイヤ電極１１は、直径が極細、たとえば、直径が数ミクロン程度の導電性材料により形成され、ガイド手段２１により上下方向へ走行される。
【００２０】
ガイド手段２１は、ワイヤ電極１１の両端側を旋回させる一対のワイヤ旋回リール（図示省略）を有し、ワイヤ電極１１を一方のワイヤ旋回リールから他方のワイヤ旋回リールまで案内するための走行ガイドの役目を果たす。このガイド手段２１には、少なくとも、ワイヤ電極１１と被加工物Ｗとの放電加工部位を挟む送り方向前後位置に２つのガイド部材２２，２３を有している。これらのガイド部材２２，２３は、２つの球体２４が加工機本体１に積み上げられ、これらが固定軸２５で加工機本体１に回転可能に支持された構造である。
【００２１】
回転保持手段３１は、ワイヤ電極１１の送り方向に対して略直交する姿勢に配置された回転軸３２と、この回転軸３２を回転させるモータ３３と、回転軸３２の先端に取り付けられ被加工物Ｗをワイヤ電極１１の送り方向に対して直交する姿勢で保持するコレットチャック３４と、回転軸３２およびモータ３３を三次元方向へ移動可能に保持する移動機構３５とから構成されている。移動機構３５は、ワイヤ電極１１の走行方向をｚ方向とすると、ｚ方向、このｚ方向に対して直交するｘ方向（被加工物Ｗがワイヤ電極１１に対して接近離間する方向）、および、これらｚｘ方向に対して直交するｙ方向（被加工物Ｗの軸方向）へ、回転軸３２およびモータ３３を移動させる機構を備えている。
【００２２】
撮像手段４１は、長作動距離対物レンズを有する顕微鏡４２によって構成されている。例えば、同焦距離が９５ｍｍの長作動距離対物レンズ（株式会社ミツトヨ製  ＦＳ顕微鏡対物レンズM Plan Apoシリーズ、M Plan NIRシリーズ、M Plan NUVシリーズ、M Plan NVシリーズなど）によって構成されている。
長作動距離対物レンズを有する顕微鏡４２の光軸が、ワイヤ電極１１の走行方向および被加工物Ｗの回転軸線に対して略直交するよう、顕微鏡４２が配置されている。
【００２３】
加工液噴射ノズル５１は、ワイヤ電極１１を挟んで回転保持手段３１とは反対側から、加工液膜形成手段６１に向けてかつ放電加工部近傍に向けて加工液が噴出されるように位置されている。つまり、図示省略のポンプによって、加工液噴射ノズル５１から放電加工部近傍に向けて加工液が噴出されるように配置されている。なお、加工液としては、透明な純水や油などが利用される。
【００２４】
加工液膜形成手段６１は、放電加工部位近傍において、加工液噴射ノズル５１から噴射された加工液を受けて放電加工部位で厚みが略均一な加工液層６３に形成する加工液受けプレート６２によって構成されている。
加工液受けプレート６２は、ワイヤ電極１１を挟んで顕微鏡４２とは反対側の加工機本体１に、顕微鏡４２の光軸に対して略直交して配置され、顕微鏡４２と対向する表面が平坦面をなした矩形板状に形成されている。
【００２５】
＜実施形態の作用・効果＞
被加工物Ｗを極細加工するには、被加工物Ｗをコレットチャック３４に保持したのち、モータ３３を駆動させる。すると、回転軸３２およびコレットチャック３４を介して被加工物Ｗが回転される。この状態において、移動機構３５を動作させて、被加工物Ｗをワイヤ電極１１に接近させる。
【００２６】
被加工物Ｗがワイヤ電極１１にある程度近づいた段階で、ワイヤ電極１１を走行させるとともに、加工液噴射ノズル５１から加工液を噴射させる。すると、噴射された加工液は、加工液受けプレート６２の表面に当たったのち、加工液受けプレート６２の表面に沿って拡がり、放電加工部位を中心としてその周囲に略均一な厚みを有する加工液膜６３が形成される。そのため、その加工液膜６３内に放電加工部が浸され、かつ、撮像手段４１側の面がフラットな面となるため、加工液で浸された放電加工部位を、撮像手段４１によって鮮明に観察できる。
【００２７】
とくに、本実施形態では、撮像手段４１の光軸が、ワイヤ電極１１および被加工物Ｗの回転軸線に対して略直交するように撮像手段４１が配置されているから、つまり、被加工物Ｗの加工状況を最も確認しやすい位置に撮像手段４１が配置されているから、被加工物Ｗの加工状況を確実に確認できる。
【００２８】
従って、被加工物Ｗの直径を２０μｍ以下に加工する場合でも、加工量の限界を目視で速やかに確認しながら加工作業を実行することができる。また、被加工物Ｗの挙動も観察できるので、最適かつ最速な加工条件を見出すことができるほか、比較的簡単な形状の加工であれば、手動で操作しながら加工することもできる。そのため、ＣＮＣプログラムなど作成する必要がない。
もとより、加工途中に被加工物Ｗが変形、折損しても、その状況を撮像手段４１によって直ちに観察することができるから、時間を浪費することも少ない。
【００２９】
その後、放電加工部位で加工液膜を形成した加工液は、ワイヤ電極１１とともに、下へ流れ落ちる。つまり、ワイヤ電極１１が上から下方向へ走行するよう配置されているから、放電加工により出た加工屑が噴射後の加工液とともに、下へ流れ落ちていくため、加工屑が観察に支障を及ぼすことがない。
【００３０】
このようにして、被加工物Ｗをその中心軸線を中心に回転させながら、ワイヤ電極１１の走行方向に対して略直交する方向へ送ると、つまり、被加工物Ｗを軸方向へ送ると、被加工物Ｗの外周面が加工されて径小に加工されるから、被加工物Ｗを微細円柱状、例えば、直径が２０μｍ以下のスタイラスなどに容易に加工することができる。
【００３１】
とくに、本実施形態では、撮像手段４１として、長作動距離対物レンズの顕微鏡４２を用いたので、放電加工部から離れた位置に配置して観察できる。従って、顕微鏡４２の対物レンズから放電加工部位までの距離を確保できるから、放電加工にあたっての各種調整作業を行いやすい。
【００３２】
＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、撮像手段４１として、長作動距離対物レンズを有する顕微鏡４２を用いたが、これに限らず、他の顕微鏡であってもよい。例えば、油浸形対物レンズを有する顕微鏡であってもよい。油浸型対物レンズを有する顕微鏡４３の場合、図４に示すように、加工液膜６３の内部に油浸型対物レンズを着けた状態まで接近させ、この状態で観察する。高倍率の油浸型対物レンズを使用し、波長の短い光を照明として使用することにより、極微細な領域での観察も可能である。
【００３３】
上記実施形態では、被加工物Ｗとして、円柱状のワークを極細に加工する例を示したが、先端に球状の接触子を有する測定子の加工にも適用できる。また、被加工物Ｗとしては、測定子に限らず、他の微細形状を有するものであってもよい。
【００３４】
上記実施形態では、ワイヤ電極１１を上下方向へ走行させるようにしたが、必ずしも、これに限られない。例えば、水平状態に配置して走行させるようにしてもよい。このようにすれば、一般のワイヤ放電加工機にも適用できる。
また、微細加工電極として走行するワイヤ電極１１を用いたが、必ずしも、走行するワイヤ電極１１でなくてもよい。固定された微細加工電極とし、この微細固定電極に対して被加工物Ｗを移動させながら、被加工物Ｗを加工するであってもよい。
【００３５】
上記実施形態では、加工液膜形成手段６１を、放電加工部位近傍にワイヤ電極の走行方向と平行に配置された加工液受けプレート６２によって構成したが、これに限られない。要するに、加工液噴射ノズル５１から噴射された加工液を受けて、その加工液を放電加工部位で略均一な厚みを有する加工液膜状に形成できるものであれば、どのような形状のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、例えば、測定機などに用いられる測定子の微細加工に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る微細加工装置の実施形態を示すワイヤ放電加工機の斜視図。
【図２】同上実施形態において、ワイヤ放電加工機を上から見た平面図。
【図３】図２の矢示III方向から見た図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１…加工機本体、
１１…ワイヤ電極（微細加工電極）、
２１…ガイド手段、
３１…回転保持手段、
４１…撮像手段、
４２…長作動対物レンズを有する顕微鏡、
４３…油浸形対物レンズを有する顕微鏡、
５１…加工液噴射ノズル（加工液供給手段）、
６１…加工液膜形成手段、
６２…加工液受けプレート
６３…加工液膜。
【図１】
0005027611.tif 000002
【図２】
0005027611.tif 000003
【図３】
0005027611.tif 000004
【図４】
0005027611.tif 000005