JP6344730B2 - EEM processing method - Google Patents

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Description

本発明は、EEM加工方法に係わり、更に詳しくは異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を用いて超精密に形状創成するノズル型加工ヘッド方式のEEM加工方法に関するものである。   The present invention relates to an EEM processing method, and more particularly, to an EEM processing method of a nozzle type processing head type that forms a shape with high precision using a plurality of spot processing marks having different profiles.

従来から、金属酸化物などの微粒子を水分子が介在する環境で被加工物表面に供給し、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れなどの外力により離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去する加工方法、即ちEEM(Elastic Emission Machining)は公知である。EEMは、微粒子を水に分散させたスラリー(加工液)を被加工物表面に沿って流動させることにより、表面の凸部が優先的に除去されるという自動平坦化作用を備え、空間波長が短周期の凹凸(粗さ)を除去して原子オーダーで平坦化できるという特徴を有している。また、EEMは、結晶学的には化学エッチングと同等の優れた表面が得られ且つ加工制御性を有するという特徴も備えている。   Conventionally, fine particles such as metal oxides are supplied to the surface of the workpiece in an environment where water molecules are present, and the fine particles bonded to the surface atoms are separated by an external force such as a water flow by a chemical reaction between solids. A processing method for removing atoms, that is, EEM (Elastic Emission Machining) is known. The EEM has an automatic flattening action in which convex portions on the surface are removed preferentially by flowing a slurry (working fluid) in which fine particles are dispersed in water along the surface of the workpiece, and the spatial wavelength is reduced. It has a feature that it can be flattened on the atomic order by removing short-period irregularities (roughness). In addition, EEM has the characteristics that crystallographically excellent surface equivalent to chemical etching can be obtained and processing controllability can be obtained.

EEMでは、被加工物表面に結合した微粒子を除去するために、加工物表面に沿って加工液の高速な速度場を作り出す必要があり、特に表面近傍での流速が加工速度に大きな影響を及ぼすことから、高煎断流を実現することが要求される。このような加工液の速度場を作り出す方法として、特許文献1に記載されたノズル型加工ヘッド方式と、特許文献2などに記載された回転球型加工ヘッド方式が実用化されている。そして、これらの加工ヘッドを被加工物表面に対して相対的に走査し、滞在時間を制御することで局所的な除去量を制御して、任意の曲面を創成する数値制御EEM加工方法も提案され、Spring-8などの大型放射光施設で発生するX線用の楕円面ミラーや、極端紫外線リソグラフィー(EUVL)で使用される高度な光学素子など、P−V値が1nm以下の形状精度を有する高品位ミラーの作成に使用されている。   In EEM, it is necessary to create a high-speed velocity field of the machining fluid along the workpiece surface in order to remove the fine particles bound to the workpiece surface, and the flow velocity near the surface has a great influence on the machining speed. For this reason, it is required to achieve a high flow rate. As a method for creating such a working fluid velocity field, a nozzle type machining head system described in Patent Document 1 and a rotating sphere type machining head system described in Patent Document 2 and the like have been put into practical use. We also propose a numerically controlled EEM machining method that creates an arbitrary curved surface by scanning these machining heads relative to the surface of the workpiece and controlling the amount of local removal by controlling the staying time. The shape accuracy of PV value is 1nm or less, such as ellipsoidal mirrors for X-rays generated in large synchrotron radiation facilities such as Spring-8 and advanced optical elements used in extreme ultraviolet lithography (EUVL). Used to make high-quality mirrors.

ノズル型加工ヘッド方式のEEMは、被加工物表面に対して所定のスタンドオフ距離(ギャップ)だけ離した位置にノズル型加工ヘッドを配置し、ノズルから吐出された噴流によって被加工物表面に加工液の高速な速度場を作り出し、微小領域の数値制御加工を可能としている。ここで使用されるノズルは、開口部の断面形状が円形(円孔)と長方形(スリット孔)であり、内部の流路は開口部に向けて直線状となっている。このような直流型ノズルの特徴は、スポット加工痕がギャップの変化にルーズであり、つまりスポット加工痕が安定的に得られることであり、これは加工精度を高める上で有利であった。そして、直流型ノズルあるいは被加工物を他方に対して数値制御して走査することで、空間波長が長周期の形状を補正することができる。しかし、これまでに長時間安定な加工が実現している直流型ノズルの開口径は最小150μm程度であり、それにより空間分解能500μmを実現している。   Nozzle-type machining head type EEM has a nozzle-type machining head placed at a position that is a predetermined standoff distance (gap) from the workpiece surface, and the workpiece surface is machined by the jets discharged from the nozzle. It creates a high-speed velocity field of liquid and enables numerically controlled machining of minute areas. As for the nozzle used here, the cross-sectional shape of an opening part is circular (circular hole) and a rectangle (slit hole), and the internal flow path is linear toward the opening part. The feature of such a direct current type nozzle is that the spot machining trace is loose with respect to the change of the gap, that is, the spot machining trace is stably obtained, which is advantageous in increasing the machining accuracy. Then, by scanning the direct current type nozzle or the workpiece with numerical control with respect to the other, it is possible to correct the long-period shape of the spatial wavelength. However, the opening diameter of a direct current nozzle that has been stable for a long time so far is about 150 μm at the minimum, thereby realizing a spatial resolution of 500 μm.

回転球型加工ヘッド方式のEEMは、加工液を満たした加工槽内に弾性回転体と被加工物とを配し、該被加工物表面に対して弾性回転体を一定荷重にて押圧しながら回転させ、該弾性回転体と被加工物表面間に巻き込んだ加工液の流体動圧と荷重との釣り合いによって、弾性回転体と被加工物表面との間に1μm程度のギャップを維持しながら、該ギャップを横切る加工液の局所的な高煎断流を発生させて加工するのである。この場合、スポット加工痕のサイズはmm単位となり、空間分解能は高くない。   A rotating sphere machining head type EEM has an elastic rotating body and a workpiece placed in a machining tank filled with a machining fluid, and presses the elastic rotating body against the workpiece surface with a constant load. While maintaining a gap of about 1 μm between the elastic rotator and the workpiece surface by balancing the fluid dynamic pressure and the load of the working fluid that is rotated and wound between the elastic rotator and the workpiece surface, Processing is performed by generating a locally high flow of cutting fluid across the gap. In this case, the size of the spot machining mark is in mm, and the spatial resolution is not high.

通常、最も空間周波数の低い領域は一般に形状(Low spatial frequency roughness:LSFR)、中間の領域はうねり(Mid spatial frequency roughness:MSFR)、最も高い領域は表面粗さ(High spatial frequency roughness:HSFR)と呼ばれる。ここで、空間波長の長周期領域はLSFR、中周期領域はMSFR、短周期領域はHSFRに対応するが、領域の範囲に対する明確な規定はない。本発明は、X線光学系に使用できるミラー等の仕上げ加工に適用することを想定しているので、短周期領域の凹凸は走査型トンネル顕微鏡(STM)で観察する程度の粗さに対応し、また形状精度はP−V値で0.1nmのオーダーである。本発明では、空間波長の中周期領域として50〜1000μm程度を想定している。   Usually, the region with the lowest spatial frequency is generally the shape (Low spatial frequency roughness: LSFR), the middle region is the swell (Mid spatial frequency roughness: MSFR), and the region with the highest spatial frequency is the surface roughness (High spatial frequency roughness: HSFR). be called. Here, the long period region of the spatial wavelength corresponds to the LSFR, the medium period region corresponds to the MSFR, and the short period region corresponds to the HSFR, but there is no clear definition for the range of the region. Since the present invention is supposed to be applied to finishing processing of mirrors and the like that can be used in an X-ray optical system, the irregularities in the short period region correspond to the roughness that can be observed with a scanning tunneling microscope (STM). The shape accuracy is on the order of 0.1 nm in terms of PV value. In the present invention, it is assumed that the medium wavelength region of the spatial wavelength is about 50 to 1000 μm.

平面形状あるいは平面に近い曲面形状の加工は、前述のノズル型加工ヘッド方式と回転球型加工ヘッド方式のEEMを併用して、ほぼ全空間波長の表面凹凸を除去することができた。しかし、曲率が大きな曲面や急峻に変化する形状であれば、回転球型加工ヘッド方式のEEMによる除去可能な空間分解能領域は小さくなり、また従来のノズル型加工ヘッド方式のEEMでは中間空間波長領域の加工に弱みがあるので、理想形状に仕上げることができない。一般的に、この種のスポット加工痕を連続させて凹凸を除去し、目的形状を創成する加工方法では、スポット加工痕のサイズの半分程度の凹凸は除去できるが、それよりも小さな中周期の凹凸を完全に除去することは難しい。同様に、目的形状がスポット加工痕のサイズのオーダーで急峻に変化するような場合にも、従来の直流型ノズルでも加工が困難であった。   In the processing of a planar shape or a curved surface shape close to a plane, the surface unevenness of almost all spatial wavelengths could be removed by using the above-described nozzle type processing head method and rotating sphere processing head method EEM together. However, if the curved surface has a large curvature or a shape that changes sharply, the spatial resolution region that can be removed by the EEM of the rotating sphere type machining head method becomes small, and the EEM of the conventional nozzle type machining head type has a medium spatial wavelength region. Since there is a weakness in the processing of, it can not be finished in an ideal shape. In general, with this type of processing method that removes unevenness by continuously creating spot processing marks of this type and creates the target shape, unevenness that is about half the size of the spot processing marks can be removed, but a smaller medium period It is difficult to completely remove the unevenness. Similarly, even when the target shape changes abruptly in the order of the size of the spot processing mark, it is difficult to process with the conventional DC type nozzle.

特許第3860352号公報Japanese Patent No. 3860352 特公平07−016870号公報Japanese Patent Publication No. 07-016870

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、ノズル型加工ヘッド方式のEEM加工方法であって、従来のようにスポット加工痕のプロファイルを固定せずに、複数のプロファイルのスポット加工痕を積極的に使用して、それらを重ね合わせることにより目的形状を超精密に形状創成することが可能なEEM加工方法を提供する点にある。   Therefore, in view of the above-mentioned situation, the present invention is to solve the EEM processing method of the nozzle type processing head method, and a plurality of profiles without fixing the spot processing trace profile as in the prior art. An object of the present invention is to provide an EEM processing method capable of creating a target shape with high precision by actively using spot processing marks and superimposing them.

本発明は、前述の課題解決のために、以下の構成のEEM加工方法を提供する。   The present invention provides an EEM processing method having the following configuration in order to solve the aforementioned problems.

(1)
ノズルの先端と被加工物との間に所定のギャップを設けて水中に配置し、微粒子を水に分散させた加工液を所定背圧でノズルの開口部から吐出させて、被加工物表面に沿って高剪断流を発生させ、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れにより離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去する加工原理を用い、前記ノズルを被加工物表面に対して相対的に走査し、滞在時間を制御することで局部的な除去量を制御して加工するEEM加工方法において、一つのノズルを用い、静止状態において前記ギャップと背圧の少なくとも一方を変化させて、それぞれの加工条件でのスポット加工痕のプロファイルデータを取得し、該ギャップと背圧を制御することにより、スポット加工痕のプロファイルを制御し、異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を重ね合わして加工してなることを特徴とするEEM加工方法。
(1)
A predetermined gap is provided between the tip of the nozzle and the workpiece, and the workpiece is placed in the water. A processing liquid in which fine particles are dispersed in water is discharged from the nozzle opening at a predetermined back pressure, and is applied to the surface of the workpiece. A high shear flow is generated along the surface, the fine particles bonded to the surface atoms by the solid-state chemical reaction are separated by the flow of water , and the nozzle is moved against the workpiece surface using the processing principle of removing the surface atoms together with the fine particles . In the EEM processing method that controls the local removal amount by scanning relatively and controlling the stay time, using one nozzle, changing at least one of the gap and the back pressure in a stationary state , Obtain spot processing trace profile data under each processing condition, control the spot processing trace profile by controlling the gap and back pressure, EEM processing method characterized by comprising by processing by Kasaneawashi a plurality of spots working mark to.

(2)
ノズルの先端と被加工物との間に所定のギャップを設けて水中に配置し、微粒子を水に分散させた加工液を所定背圧でノズルの開口部から吐出させて、被加工物表面に沿って高剪断流を発生させ、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れにより離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去する加工原理を用い、前記ノズルを被加工物表面に対して相対的に走査し、滞在時間を制御することで局部的な除去量を制御して加工するEEM加工方法において、複数種のノズルを用い、各ノズル毎に前記ギャップと背圧の加工条件でのスポット加工痕のプロファイルデータを取得し、ノズルを交換することにより、スポット加工痕のプロファイルを変更し、異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を重ね合わして加工してなることを特徴とするEEM加工方法。
(2)
A predetermined gap is provided between the tip of the nozzle and the workpiece, and the workpiece is placed in the water. A processing liquid in which fine particles are dispersed in water is discharged from the nozzle opening at a predetermined back pressure, and is applied to the surface of the workpiece. A high shear flow is generated along the surface, the fine particles bonded to the surface atoms by the solid-state chemical reaction are separated by the flow of water, and the nozzle is moved against the workpiece surface using the processing principle of removing the surface atoms together with the fine particles. In the EEM processing method of controlling by scanning relatively and controlling the amount of local removal by controlling the staying time, a plurality of types of nozzles are used, and the processing conditions of the gap and the back pressure are used for each nozzle. By obtaining spot processing trace profile data and changing the nozzle, the spot processing trace profile is changed, and multiple spot processing traces with different profiles are overlapped and processed. EEM processing wherein the.

以上にしてなる本発明のEEM加工方法は、ノズルの先端と被加工物との間に所定のギャップを設けて水中に配置し、微粒子を水に分散させた加工液を所定背圧でノズルの開口部から吐出させて、被加工物表面に沿って高剪断流を発生させ、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れにより離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去するEEM加工方法において、異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を用いて、前記ノズルを被加工物表面に対して相対的に走査し、滞在時間を制御することで局部的な除去量を制御して加工するので、複数のプロファイルのスポット加工痕を足し合わせることにより、色々な形状を創出でき、加工対象の応用が広がる。特に、複雑形状の光学素子の超精密加工に適用できるようになる。   In the EEM processing method of the present invention as described above, a predetermined gap is provided between the tip of the nozzle and the workpiece, and the processing liquid in which fine particles are dispersed in water is placed at a predetermined back pressure with a predetermined back pressure. An EEM processing method that discharges from the opening, generates a high shear flow along the surface of the workpiece, separates the fine particles bonded to the surface atoms by a chemical reaction between solids, and removes the surface atoms together with the fine particles. In the above, using a plurality of spot machining traces having different profiles, the nozzle is scanned relative to the surface of the workpiece, and the removal time is controlled by controlling the staying time. By adding the spot machining traces of multiple profiles, various shapes can be created, and the application of the machining object can be expanded. In particular, the present invention can be applied to ultra-precision processing of complex-shaped optical elements.

つまり、本発明は、複数のプロファイルのスポット加工痕を重ね合わせて目的形状に合致した除去量分布を作成することができ、それにより急峻な形状や複雑形状も加工することができる。ここで、急峻な形状とは、例えば幅1mm、長さ50mm、深さ10μm程度の回転楕円面のような形状である。複数のスポット加工痕の形状を計算機に入れて、複数のスポット加工痕を用いた際の最適な形状加工の条件を見つけ出すことが可能になり、特に複雑形状の加工の時に理論上有効に働くと予想される。   That is, the present invention can create a removal amount distribution that matches a target shape by superimposing spot processing traces of a plurality of profiles, and can thereby process steep shapes and complex shapes. Here, the steep shape is a shape such as a spheroid having a width of 1 mm, a length of 50 mm, and a depth of about 10 μm. It is possible to find the optimum shape processing conditions when using multiple spot processing traces by putting the shapes of multiple spot processing traces in a computer. is expected.

ノズル型加工ヘッド方式のEEM加工装置の概略図である。It is the schematic of the EEM processing apparatus of a nozzle type processing head system. (a)は比較のための従来の直流型ノズルの部分断面図、(b)は本発明に用いた集流型ノズルの部分断面図である。(A) is the fragmentary sectional view of the conventional direct current type nozzle for comparison, (b) is the fragmentary sectional view of the current collection type nozzle used for this invention. 直線流路と集束流路のシミュレーション結果を示し、(a)は直線流路の場合の中心線を含むXZ平面上の速度分布、(b)は集束流路の場合の中心線を含むXZ平面上の速度分布、(c)は直線流路の場合の被加工物表面から1μmの面上の速度分布、(d)は集束流路の場合の被加工物表面から1μmの面上の速度分布、(e)は直線流路の場合の速度分布の断面形状、(f)は集束流路の場合の速度分布の断面形状を示している。The simulation result of a straight flow path and a focusing flow path is shown, (a) is the velocity distribution on the XZ plane including the center line in the case of the straight flow path, and (b) is the XZ plane including the center line in the case of the focusing flow path. Upper velocity distribution, (c) velocity distribution on the surface of 1 μm from the workpiece surface in the case of the straight flow path, and (d) velocity distribution on the surface of 1 μm from the workpiece surface in the case of the focusing flow path. (E) shows the cross-sectional shape of the velocity distribution in the case of the straight flow path, and (f) shows the cross-sectional shape of the velocity distribution in the case of the focusing flow path. スタンドオフ距離(ギャップ)が1mmの場合の静止スポットプロファイルの除去分布を示し、(a)は直流型ノズル、(b)は集流型ノズルの場合である。The removal distribution of the static spot profile when the standoff distance (gap) is 1 mm is shown, (a) is a direct current type nozzle, and (b) is a current collecting type nozzle. 0.4mmから1.8mmのスタンドオフ距離(ギャップ)での静止スポット加工痕のプロファイルの除去分布を示し、(a)は直流型ノズル、(b)は集流型ノズルの場合である。The removal distribution of the profile of a static spot machining trace at a standoff distance (gap) of 0.4 mm to 1.8 mm is shown, (a) is a case of a direct current type nozzle, and (b) is a case of a current collecting type nozzle. 0.4mmから1.8mmのスタンドオフ距離(ギャップ)でのスポット加工痕の横断面プロファイルを示し、(a)は直流型ノズル、(b)は集流型ノズルの場合である。The cross-sectional profile of the spot processing trace in the stand-off distance (gap) of 0.4 mm to 1.8 mm is shown, (a) is a direct current type nozzle, (b) is a current collecting type nozzle. 0.4mmから1.8mmのスタンドオフ距離(ギャップ)でのスポット加工痕の縦断面プロファイルを示し、(a)は直流型ノズル、(b)は集流型ノズルの場合である。The longitudinal cross-sectional profile of the spot processing trace in the stand-off distance (gap) of 0.4 mm to 1.8 mm is shown, (a) is a direct current type nozzle, (b) is a case of a current collecting type nozzle. スタンドオフ距離(ギャップ)に対する除去量やスポットサイズとの関係を示し、(a)は直流型ノズル、(b)は集流型ノズルの場合である。The relationship between the removal amount and the spot size with respect to the stand-off distance (gap) is shown, where (a) is a direct current type nozzle and (b) is a current collecting type nozzle. 石英表面のSTM像と表面粗さを示し、(a)は加工する前の表面、(b)は集流型ノズルを用いて加工した後の表面を示す。The STM image and surface roughness of the quartz surface are shown, (a) shows the surface before processing, and (b) shows the surface after processing using a collecting nozzle. 集流型ノズルの実施例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the Example of a current collecting type nozzle. 同じく集流型ノズルの実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which similarly shows the Example of a current collecting type nozzle. 背圧と流量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a back pressure and a flow volume. 背圧をパラメータとしてギャップとスポット加工痕の半値幅の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the half value width of a gap and a spot processing mark using back pressure as a parameter. 背圧をパラメータとしてギャップとスポット加工痕の加工レートの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a gap and the processing rate of a spot processing trace using back pressure as a parameter.

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図1は、ノズル型加工ヘッド方式のEEM加工装置の概略図を示し、図中符号1はノズルヘッド、2は被加工物、3は水槽、4はNCステージをそれぞれ示している。   Next, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic view of a nozzle type machining head type EEM machining apparatus, wherein reference numeral 1 denotes a nozzle head, 2 denotes a workpiece, 3 denotes a water tank, and 4 denotes an NC stage.

この加工装置では、ノズルヘッド1と被加工物2とを水槽3の内部に所定のギャップを設けて配置し、前記被加工物2の表面に沿って前記ノズルヘッド1を相対的に走査できるようにしている。例えば前記ノズルヘッド1を固定し、前記被加工物2をNCステージ4に保持して、NCステージ4の駆動により、前記ギャップを設定するとともに、前記被加工物2の表面を前記ノズルヘッド1に対して移動できるようにしている。そして、水と微粒子を分散させたスラリー(加工液)は、ダイヤフラムポンプ5からノズルヘッド1に供給して水槽3内に吐出させ、水槽3に溜まった加工液を前記ダイヤフラムポンプ5で吸引して循環させている。この際、前記ノズルヘッド1に供給する加工液の圧力(背圧)は、前記ダイヤフラムポンプ5の出口管に接続されたダンパ6に空気圧縮機7からレギュレータ8を通して供給した圧縮空気によって設定値に保たれ、背圧は圧力計9でモニターしている。   In this processing apparatus, the nozzle head 1 and the workpiece 2 are arranged inside the water tank 3 with a predetermined gap so that the nozzle head 1 can be relatively scanned along the surface of the workpiece 2. I have to. For example, the nozzle head 1 is fixed, the workpiece 2 is held on the NC stage 4, the NC stage 4 is driven to set the gap, and the surface of the workpiece 2 is placed on the nozzle head 1. It is possible to move against. Then, the slurry (processing liquid) in which water and fine particles are dispersed is supplied from the diaphragm pump 5 to the nozzle head 1 and discharged into the water tank 3, and the processing liquid accumulated in the water tank 3 is sucked by the diaphragm pump 5. Circulating. At this time, the pressure (back pressure) of the machining fluid supplied to the nozzle head 1 is set to a set value by the compressed air supplied from the air compressor 7 through the regulator 8 to the damper 6 connected to the outlet pipe of the diaphragm pump 5. The back pressure is monitored with a pressure gauge 9.

本実施形態では、前記NCステージ4は、前記水槽3内で被加工物2を水平面上に載せて制御するXYステージと、前記ノズルヘッド1と被加工物2の間のギャップを調整するZステージで構成されている。そして、先ず、静止状態において、前記ノズルヘッド1から吐出された加工液の噴流を被加工物2の表面に吹き付けて、該表面に沿った高剪断流を安定的に発生させ、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れにより離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去することにより形成されるスポット加工痕のプロファイルデータを取得する。そして、被加工物2の加工前形状と目的形状との差に相当する除去量分布を求め、前記スポット加工痕のプロファイルデータに基づき、被加工物2の表面の局所毎に対するノズルヘッド1の滞在時間を決定し、その局所的な滞在時間を実現できるように、前記ノズルヘッド1を被加工物2の表面に対して相対的に走査する走査速度を規定したNCデータを作成する。それから、加工装置の制御部にNCデータを入力して、前記ノズルヘッド1を被加工物2の表面に対して相対的に走査し、走査速度を制御することで局部的な除去量を制御して加工するのである。除去量が多い場合には、一度の走査で目的形状を得ることが難しいので、中間目的形状を設定して複数回の走査を行えば良い。   In this embodiment, the NC stage 4 includes an XY stage for controlling the workpiece 2 on a horizontal plane in the water tank 3 and a Z stage for adjusting a gap between the nozzle head 1 and the workpiece 2. It consists of First, in a stationary state, a jet of the machining liquid discharged from the nozzle head 1 is sprayed on the surface of the workpiece 2 to stably generate a high shear flow along the surface, and a chemical reaction between solids. The fine particles bonded to the surface atoms are separated by the flow of water, and the profile data of the spot machining marks formed by removing the surface atoms together with the fine particles is acquired. Then, a removal amount distribution corresponding to the difference between the pre-processing shape and the target shape of the workpiece 2 is obtained, and the nozzle head 1 stays with respect to each local surface of the workpiece 2 based on the profile data of the spot machining trace. NC data defining the scanning speed for scanning the nozzle head 1 relative to the surface of the workpiece 2 is created so that the time is determined and the local residence time can be realized. Then, NC data is input to the control unit of the processing apparatus, the nozzle head 1 is scanned relative to the surface of the workpiece 2, and the local removal amount is controlled by controlling the scanning speed. To process. If the removal amount is large, it is difficult to obtain the target shape by one scan, so it is sufficient to set the intermediate target shape and perform a plurality of scans.

スポット加工痕は、前記ギャップと背圧を加工条件のパラメータとして、そのプロファイルを変更することができる。先ず、ノズルヘッド1と被加工物2が静止状態で、ギャップと背圧で決まる加工条件毎の複数のスポット加工痕のプロファイルデータを取得する。それから、目的の除去量分布を得るために最適なスポット加工痕のプロファイルの組み合わせを選んでNCデータを作成する。そして、NCデータに基づき、ギャップと背圧を制御して、スポット加工痕のプロファイルを制御し、異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を用いて加工するのである。   The profile of the spot machining trace can be changed using the gap and back pressure as parameters of the machining conditions. First, the profile data of a plurality of spot machining traces is obtained for each machining condition determined by the gap and back pressure while the nozzle head 1 and the workpiece 2 are stationary. Then, NC data is created by selecting an optimum combination of spot machining trace profiles in order to obtain a target removal amount distribution. Based on the NC data, the gap and back pressure are controlled to control the profile of the spot machining trace, and machining is performed using a plurality of spot machining traces having different profiles.

ここで、微粒子としては、粒径が10nm〜5μmの酸化ケイ素(シリカ)や酸化ジルコニウムなどの金属酸化物が主に使用される。また、微粒子は、単粒子の他に、粒径が1〜100nmの微粒子が凝集して平均径が0.5〜5μmの集合体となった凝集微粒子を用いることも好ましい。そして、微粒子を分散させる水は、超純水あるいは純水を用いることが好ましく、加工液の濃度は1〜10vol%である。   Here, as the fine particles, metal oxides such as silicon oxide (silica) and zirconium oxide having a particle size of 10 nm to 5 μm are mainly used. In addition to the single particles, it is also preferable to use aggregated fine particles obtained by aggregating fine particles having a particle diameter of 1 to 100 nm into an aggregate having an average diameter of 0.5 to 5 μm. And as for the water which disperse | distributes microparticles | fine-particles, it is preferable to use ultrapure water or pure water, and the density | concentration of a process liquid is 1-10 vol%.

プロファイルデータを用いた処理では、スポット加工痕のプロファイルの滞留時間は、除去深さを制御するために使用されるパラメータである。滞留時間分布は、NCステージ4の走査速度分布に変換される。静止状態のスポット加工痕のサイズ、除去率、再現性などの特徴は、基本的には形状補正の性能を決定する。スポット加工痕のサイズと除去速度は、形状補正においてそれぞれ空間分解能及び加工時間に直接関連している。特性の高い再現性は、必要な精度が達成されるまで行われる加工と測定間のサイクル数を減らすことができる。   In the processing using the profile data, the dwell time of the spot machining trace profile is a parameter used to control the removal depth. The residence time distribution is converted into a scanning speed distribution of the NC stage 4. Features such as the size, removal rate, and reproducibility of the spot processing mark in a stationary state basically determine the shape correction performance. The size and removal speed of the spot machining marks are directly related to the spatial resolution and the machining time, respectively, in the shape correction. The high reproducibility of the characteristics can reduce the number of cycles between processing and measurement performed until the required accuracy is achieved.

本発明では、先端の開口部へ向けて狭まった集束流路を備え、微粒子を水に分散させた加工液を所定背圧で前記集束流路に供給して前記開口部から吐出させて、該開口部のサイズよりも小さなウエスト部を有する集束流を発生させる機能を備えた集流型ノズルを使用する。ノズル型EEMでは、被加工物表面に粒子を輸送し、表面からそれらを除去するために、高剪断流が表面に必要である。除去領域及び除去速度は、表面と接触する流体の速度分布に依存する。速度分布の形状は、流路の幅、速度、角度、スタンドオフ距離などのノズル仕様を変更することによって制御することができる。ここで、スタンドオフ距離は、ノズル出口と被加工物表面との間の長さとして定義される。   In the present invention, a converging flow path narrowed toward the opening at the tip is provided, and a processing liquid in which fine particles are dispersed in water is supplied to the converging flow path with a predetermined back pressure and discharged from the opening, A current collecting type nozzle having a function of generating a focused flow having a waist portion smaller than the size of the opening is used. In a nozzle-type EEM, a high shear flow is required on the surface to transport particles to the workpiece surface and remove them from the surface. The removal area and removal rate depend on the velocity distribution of the fluid in contact with the surface. The shape of the velocity distribution can be controlled by changing nozzle specifications such as the width, velocity, angle, and standoff distance of the flow path. Here, the standoff distance is defined as the length between the nozzle outlet and the workpiece surface.

従来のノズル型加工ヘッド方式のEEMに用いたノズルは、流路が直線であり、図2(a)に示すように、その開口部は、矩形または円形であった。加圧された流体は、容器内の流体に向けてノズルから吐出する。この場合には、一般的にジェット流は強い乱流状態であるので、開口部から出た後に流れは発散することが考えられる。静止スポット加工に必要な小ささ及び除去速度の両方を満足させるために、スタンドオフ距離が短くなるように選択される。直径500μmのスポットサイズの微小な静止スポット加工が、300μm未満のスタンドオフ距離で実現している。   The nozzle used in the conventional nozzle type machining head type EEM has a straight flow path, and its opening is rectangular or circular as shown in FIG. The pressurized fluid is discharged from the nozzle toward the fluid in the container. In this case, since the jet flow is generally in a strong turbulent state, the flow may diverge after exiting from the opening. In order to satisfy both the smallness and removal rate required for stationary spot processing, the standoff distance is selected to be short. A micro static spot processing with a spot size of 500 μm in diameter is realized with a stand-off distance of less than 300 μm.

更に詳しくは、図2(a)は比較のための従来の直流型ノズル10を示し、図2(b)は本発明に用いた集流型ノズル20を示している。直流型ノズル10は、内部の流路の断面形状が先端の開口部11まで同じ形状で直線流路12を備えたものである。それに対して、集流型ノズル20は、先端の開口部21へ向けて狭まった集束流路22を備えたものであり、先端部に円錐外面24を有するコア23と、先端部に円錐内面26を有し且つ頂部に開口部21を有する外筒25とを、前記コア23の円錐外面24と外筒25の円錐内面26との間に所定の間隙を設けて同心軸状に配置した構造を有している。   More specifically, FIG. 2A shows a conventional DC type nozzle 10 for comparison, and FIG. 2B shows a current collecting type nozzle 20 used in the present invention. The direct current type nozzle 10 includes a straight flow path 12 in which the cross-sectional shape of the internal flow path is the same as that of the opening 11 at the tip. On the other hand, the collecting nozzle 20 includes a converging flow path 22 narrowed toward the opening 21 at the tip, a core 23 having a conical outer surface 24 at the tip, and a conical inner surface 26 at the tip. And an outer cylinder 25 having an opening 21 at the top and a concentric shaft disposed with a predetermined gap between the conical outer surface 24 of the core 23 and the conical inner surface 26 of the outer cylinder 25. Have.

前記集流型ノズル20は、加工液を所定圧力で前記集束流路22に供給して前記開口部21から吐出させて、該開口部21から一定の距離で該開口部21のサイズよりも小さなウエスト部27を有する集束流28を発生させる機能を備えている。一方、直流型ノズル10から吐出させた加工液は、開口部11のサイズよりも小さくなることはなく、前記開口部11からの距離の増加とともに拡がる拡散流13となる。実際は、図2(a)に示すような極端な拡散流13ではなく、前記開口部11からの距離の増加とともに緩やかに拡がる流れとなる。集流型ノズル20は、収束した点で、開口部21から遠くても最大流速は高い。更に、図2(a)に示す直流型ノズル10と比較して、集流型ノズル20は、被加工物表面上の速度分布は狭く、長いスタンドオフ距離の場合にも高い除去率を持つ小さい静止スポットプロファイルを可能にする。   The collecting nozzle 20 supplies a working fluid to the focusing channel 22 at a predetermined pressure and discharges it from the opening 21, and is smaller than the size of the opening 21 at a certain distance from the opening 21. A function of generating a focused flow 28 having a waist portion 27 is provided. On the other hand, the machining liquid discharged from the direct current nozzle 10 does not become smaller than the size of the opening 11, and becomes a diffusion flow 13 that spreads as the distance from the opening 11 increases. Actually, it is not an extreme diffusion flow 13 as shown in FIG. 2A, but a flow that gradually spreads as the distance from the opening 11 increases. The collecting nozzle 20 has a converged point, and the maximum flow velocity is high even if it is far from the opening 21. Further, compared with the direct current nozzle 10 shown in FIG. 2A, the current collecting nozzle 20 has a narrow velocity distribution on the surface of the work piece and a small removal rate with a high standoff distance. Allows a static spot profile.

集束流れの特性を検証するために、流体シミュレーションソフトウェア(PHOENICS CHAM社)を用いて、いくつかの流体シミュレーションを行った。シミュレーションパラメータは、表1に記載されている。集流型ノズル20の場合、図2(b)に示すように幅500μm、厚さ300μmを有する二つの開口から流入した後に二つの流れが合流する。二つの流れの間の角度は90°である。それに対して、直流型ノズル10は1mm×300μm程度の寸法を有する長方形の開口部を有している。両ノズルの開口部の断面積は同じにしている。両方のノズルについて、三次元の速度及び圧力分布を計算した。ソフトウェアに含まれたk−εモデルは、乱流を計算するために用いられる。流路構造の効果を定量的に分析するために、両方のノズル開口における流れ速度は同じに設定されている。図3は、直線流路と集束流路のシミュレーション結果を示している。中心線を含むXZ平面上の速度分布は、図3(a)及び(b)に示している。被加工物表面から1μmの面上の速度分布は、図3(c)及び(d)に比較されている。   In order to verify the characteristics of the focused flow, several fluid simulations were performed using fluid simulation software (PHOENICS CHAM). The simulation parameters are listed in Table 1. In the case of the collecting nozzle 20, as shown in FIG. 2B, the two flows merge after flowing in through two openings having a width of 500 μm and a thickness of 300 μm. The angle between the two flows is 90 °. On the other hand, the direct current nozzle 10 has a rectangular opening having a size of about 1 mm × 300 μm. The cross-sectional areas of the openings of both nozzles are the same. Three-dimensional velocity and pressure distributions were calculated for both nozzles. The k-ε model included in the software is used to calculate turbulence. In order to quantitatively analyze the effect of the channel structure, the flow velocity in both nozzle openings is set to be the same. FIG. 3 shows simulation results of the straight flow path and the focusing flow path. The velocity distribution on the XZ plane including the center line is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). The velocity distribution on the surface of 1 μm from the workpiece surface is compared with FIGS. 3 (c) and 3 (d).

Figure 0006344730
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流れが被加工物表面に近づくにつれて、その速度方向において、垂直な方向から壁にほぼ平行な方向に回転するように、有意な変化を受ける。スタンドオフ距離が1mmである場合でも、これが被加工物表面上の高剪断速度を有する流れをもたらす。流体圧力は、二つの流れが交わる中心における面上で増加する。そして、主流の方向はY軸に向かって変化する。加工性の観点から、表面近傍の速度が重要な評価因子である。図3(e)及び(f)は、2種類のノズルに対する速度分布の断面形状を示している。集流型ノズル20が使用されている場合の速度分布プロファイルは、0.5mmの半値全幅を有するガウス状である。それに対して、直流型ノズル10では、速度分布プロファイルに二つのピークがあり、この二つのピークの間の距離は、ノズル開口幅と同じで1mmである。EEMにおいて、静止状態でのスポット加工痕のプロファイルの形状は、被加工物表面に供給され、表面から除去された粒子数の分布に依存する。本実施形態での微粒子の直径は2μm程度であるため、粒子は流線に沿って移動する。二つのプロファイルを比較すると、除去深さが被加工物表面に近い速度に基本的に比例するので、集流型ノズルを用いて微細な静止スポットプロファイルを得ることができることを示している。   As the flow approaches the workpiece surface, it undergoes a significant change in its velocity direction to rotate from a perpendicular direction to a direction substantially parallel to the wall. Even when the standoff distance is 1 mm, this results in a flow having a high shear rate on the workpiece surface. The fluid pressure increases on the plane at the center where the two flows meet. The mainstream direction changes toward the Y axis. From the viewpoint of workability, the speed near the surface is an important evaluation factor. 3E and 3F show cross-sectional shapes of velocity distributions for two types of nozzles. The velocity distribution profile when the collecting nozzle 20 is used is Gaussian having a full width at half maximum of 0.5 mm. In contrast, the DC nozzle 10 has two peaks in the velocity distribution profile, and the distance between the two peaks is 1 mm, which is the same as the nozzle opening width. In EEM, the shape of the profile of spot machining marks in a stationary state depends on the distribution of the number of particles supplied to the surface of the workpiece and removed from the surface. Since the diameter of the fine particles in this embodiment is about 2 μm, the particles move along the streamline. Comparison of the two profiles shows that a fine static spot profile can be obtained using a collecting nozzle because the removal depth is basically proportional to the velocity close to the workpiece surface.

次に、流体シミュレーションで用いたものと同じ流路構造を有する2種類のノズルを用意し、加工装置に取り付けた。いくつかの静止スポット加工痕が石英表面上に加工され、3.74×2.81mmの視野範囲を持つ顕微干渉計(ZYGO NewViewTM700)により測定した。速度もまた、シミュレーションに応じて調整した。スタンドオフ距離は、0.4mmから1.8mmまで変化させた。実験パラメータを表2に記載されている。 Next, two types of nozzles having the same flow path structure as that used in the fluid simulation were prepared and attached to the processing apparatus. Several static spot machining traces were machined on the quartz surface and measured with a microscopic interferometer (ZYGO NewView ™ 700) with a field of view of 3.74 × 2.81 mm 2 . The speed was also adjusted according to the simulation. The standoff distance was changed from 0.4 mm to 1.8 mm. Experimental parameters are listed in Table 2.

Figure 0006344730
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図4(a)及び(b)は、それぞれスタンドオフ距離(ギャップ)が1mmである直流型ノズルと集流型ノズルを使って得た静止スポット加工痕のプロファイルの除去分布を拡大して示している。図5(a)及び(b)は、それぞれ0.4mmから1.8mmのスタンドオフ距離での直流型ノズルと集流型ノズルを使って得た静止スポット加工痕のプロファイルの除去分布を示している。図6(a)及び(b)は、それぞれ0.4mmから1.8mmのスタンドオフ距離での直流型ノズルと集流型ノズルを使って得たスポット加工痕の横断面プロファイルを示し、図7(a)及び(b)は同じく直流型ノズルと集流型ノズルを使って得た縦断面プロファイルを示している。スタンドオフ距離(ギャップ)は、スポット加工痕の形状、深さ、サイズに影響することがわかる。図8(a)及び(b)は、それぞれ直流型ノズルと集流型ノズルの場合におけるスタンドオフ距離(ギャップ)に対する除去量やスポットサイズとの関係を示す。ここで、スポットサイズは、全容積の80%を含む領域の直径として定義する。   FIGS. 4A and 4B are enlarged views showing the removal distribution of the profile of the static spot machining trace obtained by using the direct current type nozzle and the current collecting type nozzle each having a standoff distance (gap) of 1 mm. Yes. FIGS. 5 (a) and 5 (b) show the removal distribution of the static spot machining trace profile obtained using a DC nozzle and a collecting nozzle at a standoff distance of 0.4 mm to 1.8 mm, respectively. Yes. FIGS. 6 (a) and 6 (b) show the cross-sectional profiles of spot machining marks obtained using a direct current nozzle and a current collecting nozzle at a standoff distance of 0.4 mm to 1.8 mm, respectively. (A) And (b) has shown the longitudinal cross-sectional profile similarly obtained using the direct current | flow type nozzle and the current collecting type nozzle. It can be seen that the standoff distance (gap) affects the shape, depth, and size of the spot machining mark. FIGS. 8A and 8B show the relationship between the removal amount and the spot size with respect to the standoff distance (gap) in the case of a direct current type nozzle and a current collecting type nozzle, respectively. Here, the spot size is defined as the diameter of the region containing 80% of the total volume.

集流型ノズルを用いた場合には、スポットサイズは、スタンドオフ距離(ギャップ)が0.4mmから1mmへ増加と共に減少する。最小スポットサイズは、1mmのスタンドオフ距離(ギャップ)で1.3mmであり、スタンドオフ距離(ギャップ)が増加すると、スポット径が徐々に大きくなる。その結果、スポットサイズ及び除去速度は、ノズルを交換せずに単にスタンドオフ距離(ギャップ)を調節することによって制御することができることを示している。更に、図6及び図7より、集流型ノズルの場合、スタンドオフ距離(ギャップ)に応じてスポット加工痕のプロファイルも大きく変化することがわかる。一方、直流型ノズルを用いた場合、スポット加工痕がスタンドオフ距離(ギャップ)に関わらず同じ大きさのままで、プロファイルの変化も少ない。加工条件の変更が必要な場合は、異なるサイズのノズルを取り付けなければならない。それに対して、集流型ノズルを用いた場合には、同じノズルのまま、ギャップなどの加工条件を変更することにより、スポット加工痕のプロファイルを変更することが可能である。尚、集流型ノズルの開口部の形状が円形のように回転対称形であれば、理想的にはスポット加工痕も回転対称形になる。   When a collecting nozzle is used, the spot size decreases as the standoff distance (gap) increases from 0.4 mm to 1 mm. The minimum spot size is 1.3 mm with a standoff distance (gap) of 1 mm, and the spot diameter gradually increases as the standoff distance (gap) increases. The results show that the spot size and removal rate can be controlled by simply adjusting the standoff distance (gap) without changing the nozzle. Further, from FIGS. 6 and 7, it can be seen that, in the case of the current collecting type nozzle, the profile of the spot machining mark changes greatly according to the stand-off distance (gap). On the other hand, when a direct current nozzle is used, the spot machining trace remains the same regardless of the standoff distance (gap), and the profile does not change much. If it is necessary to change the processing conditions, nozzles of different sizes must be installed. On the other hand, when the current collecting type nozzle is used, it is possible to change the profile of the spot processing mark by changing the processing conditions such as the gap while maintaining the same nozzle. If the shape of the opening of the current collecting nozzle is a rotationally symmetric shape such as a circle, ideally, the spot machining trace is also rotationally symmetric.

次に、EEM加工表面の粗さを評価するために、石英表面上の5mmの正方形領域にわたりラスター走査を行い、図9に集流型ノズルを用いた処理の前と後の表面粗さを示す。処理前と後のRMS値はほぼ同じであり、従って集流型ノズルも高度な光学素子の形状補正に用いることができる。図4(a)及び(b)の中の静止スポットプロファイルは、それぞれ図3(c)及び(d)における速度分布とよく一致していることがわかる。従って、流体シミュレータを使用して、様々な形態のノズルによる静止スポットプロファイルの形状を予測することができる。   Next, in order to evaluate the roughness of the EEM processed surface, raster scanning was performed over a 5 mm square area on the quartz surface, and FIG. 9 shows the surface roughness before and after the treatment using the collecting nozzle. . The RMS values before and after the treatment are almost the same, so that the current collecting type nozzle can also be used for advanced optical element shape correction. It can be seen that the static spot profiles in FIGS. 4 (a) and 4 (b) are in good agreement with the velocity distributions in FIGS. 3 (c) and 3 (d), respectively. Therefore, the shape of a stationary spot profile with various forms of nozzles can be predicted using a fluid simulator.

前記集流型ノズル20の具体的構造を図10、図11に基づいて更に詳しく説明する。本実施形態では、前記集流型ノズル20は、前記コア23を中心部に突設するとともに、該コア23の周囲に接合面30を設けた第1部材29と、前記外筒25を中心部に設けるとともに、該外筒25の周囲に接合面32を設けた第2部材31とを、両接合面30,32を密閉状態で接合し、前記第1部材29には反対側から前記コア23の中心にかけて主流路33を形成するとともに、該コア23の円錐外面24よりも基部側の側面に前記主流路33に連通する複数の分岐孔34,…を形成し、前記コア23の円錐外面24と外筒25の円錐内面26との間に形成した前記集束流路22に、主流路33から分岐孔34,…を通して加工液を供給する構造である。更に、前記集流型ノズル20は、第2部材31の外筒25の円錐内面26が接合面32まで延び、前記第1部材29のコア23の円錐外面24よりも基部側の側面との間にバッファ流路35を形成している。   The specific structure of the current collecting nozzle 20 will be described in more detail with reference to FIGS. In the present embodiment, the current collecting type nozzle 20 projects from the core 23 at the center, the first member 29 having a joint surface 30 around the core 23, and the outer cylinder 25 at the center. And the second member 31 provided with the joining surface 32 around the outer cylinder 25 is joined to the first member 29 from the opposite side to the first member 29 in a sealed state. A main flow path 33 is formed at the center of the core 23, and a plurality of branch holes 34,... Communicating with the main flow path 33 are formed on the side surface closer to the base than the conical outer surface 24 of the core 23. And the converging inner surface 26 of the outer cylinder 25, the working fluid is supplied from the main channel 33 through the branch holes 34,. Further, the current collecting type nozzle 20 has a conical inner surface 26 of the outer cylinder 25 of the second member 31 extending to the joining surface 32 and a side surface on the base side of the conical outer surface 24 of the core 23 of the first member 29. The buffer flow path 35 is formed in this.

また、前記第1部材29の接合面30又は前記第2部材31の接合面32の一方に、前記流路を取り囲むようにOリング溝36を設け、該Oリング溝36に嵌めたOリング37を他方の接合面に圧接してシールしている。更に、前記コア23と外筒25とが正確に同心状に組み付けることができるように、前記第1部材29の接合面30の周囲に環状段部38を設け、前記第2部材31の外周縁を嵌合する構造となっている。また、図示しないが、前記第1部材29と第2部材31は、前記Oリング溝36の外側をネジで互いに締結する。   Further, an O-ring groove 36 is provided on one of the bonding surface 30 of the first member 29 or the bonding surface 32 of the second member 31 so as to surround the flow path, and an O-ring 37 fitted in the O-ring groove 36. Is pressed against the other joint surface and sealed. Further, an annular step 38 is provided around the joint surface 30 of the first member 29 so that the core 23 and the outer cylinder 25 can be assembled accurately and concentrically. It is the structure which fits. Although not shown, the first member 29 and the second member 31 fasten the outside of the O-ring groove 36 with screws.

本実施形態の集流型ノズル20の開口部21は、内径1mm(コア23の先端の直径)、集束流路22の幅が300μmの環状スリットである。先ず、このノズルに対して流量測定を純水にて行ったところ、図12のように、ほぼ理論値通りの値となった。バッファ流路35を設けたことにより、圧力損失の少ない構造となっている。それから、雰囲気を加工液に取り換えて、ギャップと背圧を変化させて実験を行ったところ、ノズル開口よりは小さな加工痕が得られた。図13は、背圧が2、3、4atmの場合におけるギャップに対するスポット加工痕の半値幅のグラフであり、ギャップを離しても加工痕の大きさは劇的な変化は見られないことがわかる。図14は、背圧が2、3、4atmの場合におけるギャップに対するスポット加工痕の加工レートのグラフである。このグラフから、従来の直流型ノズルであればEEM加工が行われなかった長ギャップでも、集流型ノズルであれば加工可能であることがわかる。また、ギャップが小さい場合には、背圧を変化させることにより加工レ−トを有意に変更できることも確認できた。つまり、背圧を制御することによって、スポット加工痕のプロファイルを制御可能であることを示唆している。   The opening 21 of the current collecting nozzle 20 of the present embodiment is an annular slit having an inner diameter of 1 mm (diameter at the tip of the core 23) and a width of the focusing flow path 22 of 300 μm. First, when the flow rate of this nozzle was measured with pure water, the value was almost the theoretical value as shown in FIG. By providing the buffer flow path 35, it has a structure with little pressure loss. Then, the atmosphere was changed to the machining fluid, and the experiment was performed with the gap and back pressure changed. As a result, a machining trace smaller than the nozzle opening was obtained. FIG. 13 is a graph of the half width of the spot machining trace with respect to the gap when the back pressure is 2, 3, and 4 atm, and it can be seen that there is no dramatic change in the size of the machining trace even if the gap is released. . FIG. 14 is a graph of the processing rate of the spot processing trace with respect to the gap when the back pressure is 2, 3, and 4 atm. From this graph, it can be seen that even a long gap, which was not subjected to EEM processing with a conventional DC nozzle, can be processed with a current collecting nozzle. It was also confirmed that when the gap was small, the machining rate could be changed significantly by changing the back pressure. That is, it is suggested that the profile of the spot machining mark can be controlled by controlling the back pressure.

EEMにおいて、ノズル出口と被加工物表面との間に集束流状態を実現し、ギャップと背圧を制御することによって、静止状態におけるスポット加工痕のプロファイルの形状の制御することを実験的に確かめ、複数のプロファイルのスポット加工痕を用いて複雑形状や急峻な形状の加工ができる可能性を示した。そして、シミュレーション結果は、集流型ノズルが被加工物表面上の速度分布をシャープにしたことを示す。また、加工実験の結果は、シミュレーションのものを確認した。流路の形状は、加工パラメータに影響を与えることがわかった。静止スポット加工痕のプロファイルの形状を制御するために、ノズル孔の大きさだけでなく、流路構造をも考慮する基本的な考え方は、種々のEEM光学製造プロセス、特に複雑な形状を有する高度な光学系に広く適用することができる。   In EEM, it has been experimentally confirmed that the shape of the spot processing mark profile in the stationary state is controlled by realizing a focused flow state between the nozzle outlet and the workpiece surface and controlling the gap and back pressure. The possibility of machining complex shapes and steep shapes using spot machining traces of multiple profiles was shown. And the simulation results show that the collecting nozzle sharpens the velocity distribution on the workpiece surface. Moreover, the result of the processing experiment confirmed the thing of simulation. It was found that the shape of the flow path affects the processing parameters. In order to control the shape of the static spot machining trace profile, the basic idea of considering not only the size of the nozzle hole but also the channel structure is the various EEM optical manufacturing processes, especially advanced with complex shapes It can be widely applied to various optical systems.

1 ノズルヘッド
2 被加工物
3 水槽
4 NCステージ
5 ダイヤフラムポンプ
6 ダンパ
7 空気圧縮機
8 レギュレータ
9 圧力計
10 直流型ノズル
11 開口部
12 直線流路
13 拡散流
20 集流型ノズル
21 開口部
22 集束流路
23 コア
24 円錐外面
25 外筒
26 円錐内面
27 ウエスト部
28 集束流
29 第1部材
30 接合面
31 第2部材
32 接合面
33 主流路
34 分岐孔
35 バッファ流路
36 Oリング溝
37 Oリング
38 環状段部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle head 2 Work piece 3 Water tank 4 NC stage 5 Diaphragm pump 6 Damper 7 Air compressor 8 Regulator 9 Pressure gauge 10 DC type nozzle 11 Opening part 12 Straight flow path 13 Diffusion flow 20 Concentration type nozzle 21 Opening part 22 Focusing Flow path 23 Core 24 Conical outer surface 25 Outer cylinder 26 Conical inner surface 27 Waist part 28 Concentrated flow 29 First member 30 Joint surface 31 Second member 32 Joint surface 33 Main flow path 34 Branch hole 35 Buffer flow path 36 O-ring groove 37 O-ring 38 Annular steps

Claims (2)

ノズルの先端と被加工物との間に所定のギャップを設けて水中に配置し、微粒子を水に分散させた加工液を所定背圧でノズルの開口部から吐出させて、被加工物表面に沿って高剪断流を発生させ、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れにより離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去する加工原理を用い、前記ノズルを被加工物表面に対して相対的に走査し、滞在時間を制御することで局部的な除去量を制御して加工するEEM加工方法において、一つのノズルを用い、静止状態において前記ギャップと背圧の少なくとも一方を変化させて、それぞれの加工条件でのスポット加工痕のプロファイルデータを取得し、該ギャップと背圧を制御することにより、スポット加工痕のプロファイルを制御し、異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を重ね合わして加工してなることを特徴とするEEM加工方法。 A predetermined gap is provided between the tip of the nozzle and the workpiece, and the workpiece is placed in the water. A processing liquid in which fine particles are dispersed in water is discharged from the nozzle opening at a predetermined back pressure, and is applied to the surface of the workpiece. A high shear flow is generated along the surface, the fine particles bonded to the surface atoms by the solid-state chemical reaction are separated by the flow of water , and the nozzle is moved against the workpiece surface using the processing principle of removing the surface atoms together with the fine particles . In the EEM processing method that controls the local removal amount by scanning relatively and controlling the stay time, using one nozzle, changing at least one of the gap and the back pressure in a stationary state , Obtain spot processing trace profile data under each processing condition, control the spot processing trace profile by controlling the gap and back pressure, EEM processing method characterized by comprising by processing by Kasaneawashi a plurality of spots working mark to. ノズルの先端と被加工物との間に所定のギャップを設けて水中に配置し、微粒子を水に分散させた加工液を所定背圧でノズルの開口部から吐出させて、被加工物表面に沿って高剪断流を発生させ、固体間化学反応により表面原子に結合した微粒子を水の流れにより離脱させ、微粒子と共に表面原子を除去する加工原理を用い、前記ノズルを被加工物表面に対して相対的に走査し、滞在時間を制御することで局部的な除去量を制御して加工するEEM加工方法において、複数種のノズルを用い、各ノズル毎に前記ギャップと背圧の加工条件でのスポット加工痕のプロファイルデータを取得し、ノズルを交換することにより、スポット加工痕のプロファイルを変更し、異なるプロファイルを有する複数のスポット加工痕を重ね合わして加工してなることを特徴とするEEM加工方法。 A predetermined gap is provided between the tip of the nozzle and the workpiece, and the workpiece is placed in the water. A processing liquid in which fine particles are dispersed in water is discharged from the nozzle opening at a predetermined back pressure, and is applied to the surface of the workpiece. A high shear flow is generated along the surface, the fine particles bonded to the surface atoms by the solid-state chemical reaction are separated by the flow of water, and the nozzle is moved against the workpiece surface using the processing principle of removing the surface atoms together with the fine particles. In the EEM processing method of controlling by scanning relatively and controlling the amount of local removal by controlling the staying time, a plurality of types of nozzles are used, and the processing conditions of the gap and the back pressure are used for each nozzle. By obtaining spot processing trace profile data and changing the nozzle, the spot processing trace profile is changed, and multiple spot processing traces with different profiles are overlapped and processed. EEM processing wherein the.
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