JPH04246184A - Method and device for strain-free precision numerically controlled working process by radical reaction - Google Patents

Method and device for strain-free precision numerically controlled working process by radical reaction

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JPH04246184A
JPH04246184A JP2789491A JP2789491A JPH04246184A JP H04246184 A JPH04246184 A JP H04246184A JP 2789491 A JP2789491 A JP 2789491A JP 2789491 A JP2789491 A JP 2789491A JP H04246184 A JPH04246184 A JP H04246184A
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Abstract

PURPOSE:To obtain a strain-free worked surface with high precision without introducing defects or heat-affected layers by numerically controlling the working time in conformity to coordinate data based on the coordinate data on the unworked surface and worked surface. CONSTITUTION:A DC or AC high voltage is impressed on a working electrode 2 arranged in a reaction vessel 1 to generate a high electric field between the electrode 2 and a material S to be worked. A neutral radical based on a gaseous reactant is produced by this electric field, hence the generated volatile substance is vaporized and removed, and working is allowed to proceed. A control signal related to the scanning calculated from the correlational data between the working time previously inputted from a computer 5 and the working quantity is inputted to a driving mechanism 4. The angle of rotation or number of revolutions of a servomotor constituting the driving mechanism 4 is numerically controlled, and the material S is scanned along a specified scanning line and worked into a desired shape. As a result, a desired worked surface is automatically obtained with the accuracy in shape of >= about 0.01mum.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、ラジカル反応を利用し
た無歪精密数値制御加工方法及びその装置に係わり、更
に詳しくはシリコン単結晶等の半導体若しくは導体又は
ガラスやセラミックス等の絶縁体に欠陥や熱的変質層を
導入することなく高精度に加工することが可能な無歪精
密数値制御加工方法及びその装置に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a strain-free precision numerical control processing method and apparatus using radical reactions, and more specifically, it relates to a distortion-free precision numerical control processing method using radical reactions, and more specifically, defects in semiconductors or conductors such as silicon single crystals, or insulators such as glass or ceramics. The present invention relates to a strain-free precision numerical control machining method and an apparatus thereof, which enable highly accurate machining without introducing a thermally altered layer.

【0002】0002

【従来の技術】従来、高電圧を印加した電極によって発
生させた反応ガスに基づく中性ラジカルを被加工物の加
工面に供給し、この中性ラジカルと加工面の原子又は分
子とのラジカル反応によって生成した揮発性物質を気化
させて除去し、シリコン単結晶等の半導体若しくは導体
又はガラスやセラミックス等の絶縁体に欠陥や熱的変質
層を導入することなく高精度に加工することが可能な無
歪精密加工方法は、本出願人によって特開平1−125
829号公報として既に開示されている。
[Prior Art] Conventionally, neutral radicals based on a reaction gas generated by an electrode to which a high voltage is applied are supplied to the machined surface of a workpiece, and the neutral radicals undergo a radical reaction with atoms or molecules on the machined surface. By vaporizing and removing the volatile substances generated by The strain-free precision machining method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-125 by the present applicant.
It has already been disclosed as Publication No. 829.

【0003】一方、微細クラックによる従来の加工原理
による旋盤加工等において、目的加工面の座標が数値的
に入力され、それに基づいて被加工物に接近する方向の
バイトの送り量を制御する数値制御工作機は既に公知で
ある。
On the other hand, in lathe machining based on conventional machining principles using fine cracks, the coordinates of the target machining surface are numerically input, and based on this, numerical control is used to control the amount of feed of the cutting tool in the direction toward the workpiece. Machine tools are already known.

【0004】しかし、ラジカル反応による無歪精密数値
制御加工方法、装置において、その加工原理が前記数値
制御工作機とは根本的に異なるので、従来の数値制御工
作機で使用されている制御機構をそのまま適用すること
はできない。例えば、従来の数値制御工作機では、被加
工物が目的形状に加工された後、バイトをその目的形状
に沿って移動させても、被加工物が更に加工されること
はないが、ラジカル反応を利用した本発明の方法では、
加工電極を同様に移動させた場合には、反応ガスに基づ
いて発生された中性ラジカルが加工面に供給されて、そ
れにより目的形状より更に加工が進行するのである。
However, in the strain-free precision numerical control machining method and device using radical reactions, the machining principle is fundamentally different from that of the numerically controlled machine tools, so the control mechanism used in the conventional numerically controlled machine tools is not used. It cannot be applied as is. For example, with conventional numerically controlled machine tools, even if the cutting tool is moved along the target shape after the workpiece has been machined into the desired shape, the workpiece will not be further machined, but the radical reaction In the method of the present invention using
When the machining electrode is moved in the same way, neutral radicals generated by the reaction gas are supplied to the machining surface, thereby progressing machining further than the target shape.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、反応ガスに基づく中
性ラジカルと被加工物の加工面の原子又は分子とのラジ
カル反応によって生成された揮発性物質を除去し、その
加工を進行させるにあたり、加工面のある点において加
工電極による加工時間と加工量に相関があることを利用
し、制御回路に入力された前加工面と目的加工面の座標
の偏差に相当する加工量に応じた加工時間に設定し、具
体的には加工量に応じて走査速度を数値制御又はステッ
プ状に走査する場合には加工量に応じて停止時間を数値
制御して、0.01μm以上の形状精度での数値制御加
工が行えるラジカル反応による無歪精密数値制御加工方
法及びその装置を提供する点にある。
[Problem to be Solved by the Invention] In view of the above-mentioned situation, the present invention aims to solve the problem by solving the above-mentioned situation. In order to remove the volatile substances and proceed with the machining, we use the fact that there is a correlation between the machining time and the machining amount by the machining electrode at a certain point on the machining surface, and the pre-machining surface input to the control circuit and the target machining are Set the machining time according to the amount of machining that corresponds to the deviation of the coordinates of the surface, and specifically control the scanning speed numerically according to the amount of machining, or set the stop time according to the amount of machining when scanning in steps. It is an object of the present invention to provide a strain-free precision numerical control processing method and an apparatus therefor by means of a radical reaction, which enables numerically controlled processing with a shape accuracy of 0.01 μm or more.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、高電圧を印加した加工電極により発生させ
た反応ガスに基づく中性ラジカルを加工面に供給し、こ
の中性ラジカルと加工面の原子又は分子とのラジカル反
応によって生成した揮発性物質を気化させて除去し、加
工するものであって、前加工面と目的加工面の座標デー
タに基づきその座標差に応じて加工時間を数値制御して
なるラジカル反応による無歪精密数値制御加工方法を確
立した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention supplies neutral radicals based on a reaction gas generated by a processing electrode to which a high voltage is applied to a processing surface, and This process vaporizes and removes volatile substances generated by radical reactions between the surface and atoms or molecules on the surface to be machined, and processes according to the coordinate difference based on the coordinate data of the pre-machined surface and the target surface to be machined. We have established a distortion-free precision numerically controlled machining method using radical reactions that are time-controlled numerically.

【0007】また、加工時間を制御するにあたり、加工
開始前に前加工面の形状を計測し、その前加工面と目的
加工面の座標データを制御回路に入力し、両加工面の座
標差に応じて制御回路によって数値制御された駆動機構
にて加工電極と被加工物の相対的走査速度を制御した。
In addition, in controlling the machining time, the shape of the pre-machined surface is measured before the start of machining, and the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface are input to the control circuit, and the coordinate difference between the two machining surfaces is calculated. Accordingly, the relative scanning speed of the processing electrode and the workpiece was controlled by a drive mechanism numerically controlled by a control circuit.

【0008】また、加工時間を制御するにあたり、加工
開始前に前加工面の形状を計測し、その前加工面と目的
加工面の座標データを制御回路に入力し、制御回路によ
って数値制御された駆動機構にて加工電極と被加工物を
相対的にステップ状に走査し且つ両加工面の座標差に応
じてその停止時間を制御することも可能である。
[0008] In addition, in controlling the machining time, the shape of the pre-machined surface is measured before the start of machining, the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface are input to the control circuit, and numerically controlled by the control circuit. It is also possible to scan the machining electrode and the workpiece relatively in a stepwise manner using the drive mechanism, and to control the stopping time according to the coordinate difference between the two machining surfaces.

【0009】更に、前加工面の形状を加工進行中に計測
し、その前加工面と目的加工面の座標データを制御回路
に入力し、両加工面の座標差に応じて制御回路によって
数値制御された駆動機構にて加工電極と被加工物の相対
的走査速度若しくは加工電極と被加工物を相対的にステ
ップ状に走査する場合には両加工面の座標差に応じてそ
の停止時間を制御することも可能である。
Furthermore, the shape of the pre-machined surface is measured during machining, the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface are input to the control circuit, and the control circuit performs numerical control according to the coordinate difference between the two machining surfaces. When scanning the relative scanning speed of the machining electrode and the workpiece in a stepwise manner using the drive mechanism, the stop time is controlled according to the coordinate difference between the two machining surfaces. It is also possible to do so.

【0010】また、前記方法を実施するために、反応ガ
スを含む雰囲気気体を高圧力で密封若しくは流動させ得
る反応容器と、前記反応容器内に配した加工電極と、前
記加工電極に直流若しくは交流高電圧を印加して反応ガ
スに基づく中性ラジカルを発生させる電源と、前記加工
電極又は被加工物の一方を他方に対して相対的に変位さ
せ得るサーボモータを有する駆動機構と、加工開始前若
しくは加工進行中に被加工物の前加工面の形状を計測す
る計測手段と、前記加工電極による加工時間と、中性ラ
ジカルと加工面の原子又は分子とのラジカル反応によっ
て生成した揮発性物質を気化させて除去し得る加工量と
の相関データが入力され、被加工物の前加工面と目的加
工面の座標データを入力可能であり、それらの座標差に
応じて被加工物と加工電極の相対的走査に関する制御信
号を駆動機構に出力する制御回路とよりなるラジカル反
応による無歪精密数値制御加工装置を構成した。
[0010] In addition, in order to carry out the above method, there is provided a reaction vessel in which an atmospheric gas containing a reaction gas can be sealed or made to flow under high pressure, a processing electrode arranged in the reaction vessel, and a direct current or alternating current applied to the processing electrode. A power supply that applies a high voltage to generate neutral radicals based on a reaction gas, a drive mechanism that includes a servo motor that can relatively displace one of the processing electrode or the workpiece relative to the other, and before starting processing. Alternatively, a measuring means for measuring the shape of a pre-processed surface of a workpiece during processing, a processing time using the processing electrode, and a volatile substance generated by a radical reaction between neutral radicals and atoms or molecules on the processing surface. Correlation data with the amount of machining that can be removed by vaporization is input, and coordinate data of the pre-machined surface and target machining surface of the workpiece can be input, and the relationship between the workpiece and the machining electrode is determined according to the coordinate difference between them. We constructed a distortion-free precision numerical control processing device using radical reaction, which consists of a control circuit that outputs control signals related to relative scanning to the drive mechanism.

【0011】[0011]

【作用】以上の如き内容からなる本発明のラジカル反応
による無歪精密数値制御加工方法及びその装置は、加工
電極による加工時間と、中性ラジカルと加工面を構成す
る原子又は分子とのラシカル反応による揮発性物質を除
去して進行する加工量との間に相関があることを利用し
、予めこの相関データを入力した制御回路に、被加工物
の前加工面と目的加工面の座標が入力されると、その座
標差に相当する加工量に応じて前記相関データから加工
面のある点での最適な加工時間が計算され、それに基づ
いて制御信号が入力されたサーボモータを有する駆動機
構によって、加工電極と被加工物を相対的に移動させて
加工し、欠陥や熱的変質層を導入することなく目的加工
面を得るものである。
[Function] The distortion-free precision numerical control machining method and its device using radical reactions of the present invention, which have the above-mentioned contents, are characterized by the machining time using the machining electrode and the radical reaction between neutral radicals and atoms or molecules constituting the machining surface. Taking advantage of the fact that there is a correlation between the amount of machining that progresses after removing volatile substances, the coordinates of the pre-machined surface and the target machining surface of the workpiece are input into a control circuit that has previously input this correlation data. Then, the optimum machining time at a certain point on the machining surface is calculated from the correlation data according to the machining amount corresponding to the coordinate difference, and based on that, the optimum machining time is calculated by a drive mechanism having a servo motor to which a control signal is input. , the processing is performed by moving the processing electrode and the workpiece relative to each other to obtain the desired processed surface without introducing defects or thermally altered layers.

【0012】また、加工面のある点で最適な加工時間で
加工するために、前加工面と目的加工面の座標差に相当
する加工量に応じて加工電極と被加工物の相対的走査速
度を数値制御若しくはステップ状に走査する場合にはそ
の停止時間を数値制御するのである。
[0012] In addition, in order to process a certain point on the machining surface in an optimal machining time, the relative scanning speed of the machining electrode and the workpiece is adjusted according to the machining amount corresponding to the coordinate difference between the pre-machining surface and the target machining surface. When scanning is performed numerically or in steps, the stopping time is numerically controlled.

【0013】更に、前加工面の形状測定を加工開始前に
行ってその座標データを制御回路に入力する場合には、
予め加工電極と被加工物の相対的走査速度又は停止時間
が計算されるので、加工中の座標計算が少なくて済むの
である。
Furthermore, when measuring the shape of the pre-processed surface before starting processing and inputting the coordinate data to the control circuit,
Since the relative scanning speed or stop time of the machining electrode and the workpiece is calculated in advance, coordinate calculations during machining can be reduced.

【0014】そして、前加工面の形状測定を加工進行中
に行ってその座標データを制御回路に入力する場合には
、加工の進行とともにその最適な走査速度又は停止時間
が計算されるので、加工中の加工誤差を修正しながら進
めることが可能である。
[0014] When the shape of the pre-processed surface is measured during processing and the coordinate data is input into the control circuit, the optimum scanning speed or stop time is calculated as the processing progresses. It is possible to proceed while correcting the machining errors inside.

【0015】[0015]

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be further explained in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.

【0016】図1は、本発明のラジカル反応による無歪
精密数値制御加装置の概念図を示し、図中1は反応容器
、2は加工電極、3は電源、4は駆動機構、5は制御回
路としてのコンピュータをそれぞれ示し、またSは被加
工物を示している。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of a strain-free precision numerical control processing device using radical reaction according to the present invention, in which 1 is a reaction vessel, 2 is a processing electrode, 3 is a power source, 4 is a drive mechanism, and 5 is a control device. Each shows a computer as a circuit, and S indicates a workpiece.

【0017】本発明は、反応ガスを含む雰囲気気体を密
封若しくは流動させ得る反応容器1内に配した加工電極
2に電源3から直流若しくは交流高電圧を印加して、該
加工電極2と被加工物S間の加工ギャップに高電界を発
生し、この電界によって反応ガスに基づく中性ラジカル
を発生させ、この中性ラジカルと被加工物Sの加工面を
構成する原子又は分子とのラジカル反応によって生成し
た揮発性物質を気化、除去して加工を進行させるもので
ある。そして、駆動機構4に取付けられた前記加工電極
2は、コンピュータ5から予め入力された加工時間と加
工量の相関データに基づき計算された走査に関する制御
信号が前記駆動機構4に入力され、それにより駆動機構
4を構成するサーボモータの回転角若しくは回転数が数
値制御されて所定走査線に沿って走査され、目的形状に
加工するものである。また、図示しないが前加工面の形
状を測定する測定手段を設け、それを用いて加工開始前
に被加工物Sの形状を測定し、又は加工進行中に測定し
てコンピュータ5に座標データを入力することが可能で
ある。
In the present invention, a DC or AC high voltage is applied from a power source 3 to a machining electrode 2 disposed in a reaction vessel 1 in which an atmospheric gas containing a reaction gas can be sealed or made to flow, thereby connecting the machining electrode 2 and the workpiece. A high electric field is generated in the machining gap between the objects S, and this electric field generates neutral radicals based on the reaction gas, and a radical reaction between these neutral radicals and the atoms or molecules that constitute the machining surface of the workpiece S causes Processing proceeds by vaporizing and removing the volatile substances generated. The machining electrode 2 attached to the drive mechanism 4 receives a scanning control signal calculated based on correlation data between machining time and machining amount inputted in advance from the computer 5 to the drive mechanism 4. The rotation angle or rotation speed of the servo motor constituting the drive mechanism 4 is numerically controlled and scanned along a predetermined scanning line to process it into the desired shape. Further, although not shown, a measuring means for measuring the shape of the pre-processed surface is provided, and the shape of the workpiece S is measured using the measuring means before the start of processing, or is measured during processing and coordinate data is sent to the computer 5. It is possible to input.

【0018】ここで、加工時間は、走査速度を制御する
ことにより、またステップ状に走査する場合にはその停
止時間を制御することにより制御可能である。また、加
工電極2と被加工物Sを相対的に走査する場合、何れか
一方を固定し、他方を移動させる場合と、両者を移動さ
せる場合がある。本実施例では、加工開始前に前加工面
の形状を測定し、この前加工面と目的加工面の座標デー
タに基づき加工電極2を移動させるとともに、走査速度
を制御する実施例について述べる。
Here, the machining time can be controlled by controlling the scanning speed or, in the case of stepwise scanning, by controlling the stopping time. Moreover, when scanning the processing electrode 2 and the workpiece S relatively, there are cases in which either one is fixed and the other is moved, or both are moved. In this embodiment, an embodiment will be described in which the shape of the pre-machined surface is measured before the start of machining, and the machining electrode 2 is moved based on the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface, and the scanning speed is controlled.

【0019】前記加工電極2の形状及び構造は、目的加
工面の形状に応じて適宜採用されるるべきのものであり
、電界集中型と電界分散型に大別され、図1には電界集
中型の代表的な実施例を示し、先端を細くして、この先
端と被加工物Sの加工面との間に発生するプラズマを局
在させ、もって生成される中性ラジカルの存在領域を限
定し、複雑な加工面の点加工を行えるようになしたもの
である。電界分散型の電極としては、平面状のものが挙
げられ、この電極を用いてラッピングに代わる平滑化加
工が行える。
The shape and structure of the machining electrode 2 should be appropriately adopted depending on the shape of the target surface to be machined, and are roughly divided into electric field concentration type and electric field dispersion type. A typical example of this is shown in which the tip is made thinner and the plasma generated between the tip and the machined surface of the workpiece S is localized, thereby limiting the region where the generated neutral radicals exist. , which allows point machining of complex machining surfaces. Examples of the electric field dispersion type electrode include planar electrodes, which can be used to perform smoothing processing in place of lapping.

【0020】また、前記電源3から加工電極2に印加す
る高電圧は、被加工物Sが導体、半導体又は絶縁体であ
るかによって、直流又は交流が選択され、この交流はR
F領域を使用し、更にその電圧は、反応ガス及び不活性
ガスを含む雰囲気気体から反応ガスに基づく中性ラジカ
ルが生成するのに必要最小限に設定し、過度に高エネル
ギーの荷電粒子が発生して、被加工物Sにダメージを与
えないようにしている。ここで、被加工物Sが導体又は
半導体である場合には、加工電極2に直流高電圧を印加
するとともに、被加工物Sを接地し、また被加工物Sが
半導体又は絶縁体である場合には、加工電極2に高周波
電圧を印加するとともに、反応容器1を接地する。
Further, the high voltage applied from the power supply 3 to the processing electrode 2 is selected as direct current or alternating current depending on whether the workpiece S is a conductor, a semiconductor, or an insulator, and this alternating current is R
F region is used, and the voltage is set to the minimum necessary to generate neutral radicals based on the reactive gas from the ambient gas containing the reactive gas and inert gas, and excessively high-energy charged particles are generated. This prevents damage to the workpiece S. Here, when the workpiece S is a conductor or a semiconductor, a high DC voltage is applied to the processing electrode 2 and the workpiece S is grounded, and when the workpiece S is a semiconductor or an insulator, the workpiece S is grounded. In this step, a high frequency voltage is applied to the processing electrode 2, and the reaction vessel 1 is grounded.

【0021】加工速度は、反応ガスの種類と被加工物S
の材質に大きく依存するので、被加工物Sに応じて最適
な反応ガスを選択する必要がある。例えば、被加工物S
をシリコン単結晶又は石英ガラスとした場合には、反応
ガスはSF6が適している。その他の反応ガスとしては
、フッ素系ではCF4 等があり、塩素系ではCl2 
,CCl4,PCl4等がある。尚、この反応ガスは高
電界によって直接励起されるのではなく、高電界によっ
て先ず電離又は励起が容易な不活性ガスのプラズマを発
生させ、それと反応ガスとの衝突によって中性ラジカル
を生成するのである。ここで、不活性ガスのプラズマと
反応ガスによる中性ラジカルを同一領域で生成しても、
また不活性ガスのプラズマを先ず発生させ、それを移送
して異なった領域で反応ガスと衝突させて中性ラジカル
を生成することも可能である。
[0021] The machining speed depends on the type of reaction gas and the workpiece S.
It is necessary to select the optimum reaction gas depending on the material of the workpiece S. For example, the workpiece S
When silicon single crystal or quartz glass is used, SF6 is suitable as the reaction gas. Other reactive gases include CF4 for fluorine-based gases, and Cl2 for chlorine-based gases.
, CCl4, PCl4, etc. Note that this reactive gas is not directly excited by a high electric field, but the high electric field first generates an inert gas plasma that is easy to ionize or excite, and then collisions with the reactive gas generate neutral radicals. be. Here, even if neutral radicals are generated in the same area by inert gas plasma and reactive gas,
It is also possible to first generate a plasma of an inert gas and then transport it to collide with a reactant gas in different regions to generate neutral radicals.

【0022】次に、前記駆動機構4は、前記加工電極2
を取付け、それを3次元に移動可能なステージ(X,Y
,Z)を備え、各ステージはそれぞれボールねじを介し
てサーボモータによって駆動されるものである。それぞ
れのステージの最小移動距離(モータ制御信号1パルス
当たりの移動距離)、最大移動速度は、それぞれX軸(
基準面に沿った方向)では、0.16μm,8mm/s
ec、またY軸(基準面に沿った方向)及びZ軸(基準
面と垂直方向)では、0.5 μm,0.1 mm/s
ec のものを用いた。各サーボモータは、コンピュー
タ5からの指令パルスによって駆動されるが、そのシス
テム構成図を図2に示す。各ステージとも同様の駆動シ
ステムになっており、図に示すようにロータリーエンコ
ーダからのフィードバックパルスによって、常に正常な
駆動状態が保証される仕組みになっている。
Next, the drive mechanism 4 moves the processing electrode 2
on a stage that can be moved in three dimensions (X, Y
, Z), and each stage is driven by a servo motor via a ball screw. The minimum travel distance (travel distance per motor control signal pulse) and maximum travel speed of each stage are determined by the X-axis (
(direction along the reference plane), 0.16μm, 8mm/s
ec, and 0.5 μm and 0.1 mm/s on the Y axis (direction along the reference plane) and Z axis (direction perpendicular to the reference plane).
ec was used. Each servo motor is driven by command pulses from the computer 5, and a system configuration diagram thereof is shown in FIG. Each stage has a similar drive system, and as shown in the figure, feedback pulses from the rotary encoder ensure a normal drive state at all times.

【0023】また、数値制御(NC)加工の際の走査は
、図3に示すように、高速駆動の可能なXステージによ
って所定長さ送った後、Yステージによって1ステップ
送られ、再びXステージによって逆方向へ送るといった
動作を繰り返す。このとき、加工面は、図中に円で示し
たスポット状の加工痕の集積として得られることになる
Furthermore, in scanning during numerical control (NC) machining, as shown in FIG. Repeat the operation of sending it in the opposite direction. At this time, the machined surface is obtained as an accumulation of spot-shaped machining marks indicated by circles in the figure.

【0024】この種の加工方法において、数値制御加工
を行う場合、加工速度の安定性が加工精度に非常に重要
であると同時に、制御変数として何を選ぶかが重要な問
題となる。本発明の反応ガスに基づく中性ラジカルと被
加工物Sの加工面を構成する原子又は分子とのラシカル
反応によって生成する揮発性物質を気化、除去させて加
工を進行させる際の加工量と、走査速度に相関があるた
め、この走査速度を制御変数としている。加工量は各点
の走査速度によって制御できるのである。この加工量と
走査速度との相関データは予めコンピュータ5に入力さ
れている。
In this type of machining method, when numerically controlled machining is performed, the stability of machining speed is very important for machining accuracy, and at the same time, what to select as control variables is an important issue. A processing amount when processing is progressed by vaporizing and removing volatile substances generated by a radical reaction between neutral radicals based on the reaction gas of the present invention and atoms or molecules constituting the processing surface of the workpiece S, Since there is a correlation with scanning speed, this scanning speed is used as a control variable. The amount of processing can be controlled by the scanning speed of each point. This correlation data between the amount of processing and the scanning speed is input into the computer 5 in advance.

【0025】本発明に係る数値制御加工システムにおけ
る座標を図4の如く設定し、加工の概念的な手順を図5
に示す。被加工物Sに想定した基準面をXY面にとり、
この面と直交する方向にZ軸をとる。本発明によって目
的形状を得る場合、前加工面形状との偏差分のみを加工
するという手順をとる。図に示すように、恒温室で前加
工面を所定の精度で計測し、各座標点での形状データ(
x,y,Z1)をコンピュータ5に入力する。また、目
的加工面の形状の数値データ(x,y,Z2)も同時に
コンピュータに入力され、各点での必要加工量Z1−Z
2が計算される。コンピュータには、既にそのときの被
加工物Sに対する加工量と走査速度の相関データが入力
されており、この値に基づいて、制御変数である各点で
の走査速度が計算され、数値制御CVM(Chemic
al Vaporization Machining
)加工が行われる。
The coordinates in the numerically controlled machining system according to the present invention are set as shown in FIG. 4, and the conceptual procedure of machining is shown in FIG.
Shown below. Take the reference plane assumed for the workpiece S as the XY plane,
The Z-axis is taken in the direction perpendicular to this plane. When obtaining a target shape according to the present invention, a procedure is taken in which only the deviation from the previously machined surface shape is machined. As shown in the figure, the pre-processed surface is measured with a specified accuracy in a constant temperature room, and the shape data at each coordinate point (
x, y, Z1) are input into the computer 5. In addition, the numerical data (x, y, Z2) of the shape of the target machining surface is also input into the computer at the same time, and the required machining amount Z1-Z at each point is calculated.
2 is calculated. Correlation data between the processing amount and scanning speed for the workpiece S at that time has already been input into the computer, and based on this value, the scanning speed at each point, which is a control variable, is calculated, and the numerical control CVM (Chemical
al Vaporization Machining
) processing is performed.

【0026】次に、前加工面の計測結果と加工したい形
状との座標差から計算されるNCデータを用いてNC加
工を行うソフトウェアについて簡単に述べる。
Next, software for performing NC machining using NC data calculated from the coordinate difference between the measurement result of the pre-machined surface and the shape to be machined will be briefly described.

【0027】このソフトウェア(NCソフト)のフロー
チャートを図6に示し、そのサブルーチンを図7及び図
8(図7と図8は■で連続している)に示している。N
Cソフトは、NCデータを読み込み、次にその中のデー
タに従って各軸の制御を行う。既に述べたようなX軸方
向に加工電極を往復させながらターンのたび毎にY軸方
向に少しずつ移動していく走査方法は、このNCデータ
の中に記述されている。NC加工のために必要な各点で
の加工時間の制御はX軸走査中における加工電極の走査
速度の制御によって行うのである。
A flow chart of this software (NC software) is shown in FIG. 6, and its subroutines are shown in FIGS. N
The C software reads the NC data and then controls each axis according to the data therein. The scanning method described above, in which the machining electrode is reciprocated in the X-axis direction and moved little by little in the Y-axis direction with each turn, is described in this NC data. The machining time required for NC machining at each point is controlled by controlling the scanning speed of the machining electrode during X-axis scanning.

【0028】NCデータ上では分割された各制御区間に
おける平均の加工量に相当する走査速度がNCデータと
して与えられており、このNCソフトにより制御区間の
あいだの走査速度の変化ができるだけ穏やかになるよう
な加速度で走査速度を制御するようになっている。この
制御方法により各制御区間のあいだの加工量を直線補間
できることになる。また、このような制御をしないで走
査速度を急激に変更すると、その瞬間に大きな加速度が
働き、このときステージに発生する振動のために、加工
電極と被加工物との間隔が変化し、その点で加工量が異
常な値を示すのである。このため、走査速度が連続的に
なるように制御することは重要である。その他、NC加
工を行うにあたって注意すべき点は、加工電極の走査速
度の最小値である。全加工量が多い場合、加工電極の走
査速度を小さくすると加工量は大きくできるが、このと
き、一回のX軸方向への走査によって生じる加工部と非
加工部の間の段差が大きくなり、中性ラジカルの分布状
態が変化する可能性がある。従って、走査速度の最小値
は固定とし、大きな加工量が必要な場合には、加工領域
を繰り返し走査することで対応している。
[0028] On the NC data, the scanning speed corresponding to the average machining amount in each divided control section is given as NC data, and this NC software makes the change in the scanning speed between the control sections as gentle as possible. The scanning speed is controlled by the acceleration. With this control method, the machining amount between each control section can be linearly interpolated. In addition, if the scanning speed is suddenly changed without such control, a large acceleration will be applied at that moment, and the vibration generated in the stage at this time will change the distance between the processing electrode and the workpiece. The amount of machining shows an abnormal value at this point. Therefore, it is important to control the scanning speed so that it is continuous. Another point to be noted when performing NC machining is the minimum value of the scanning speed of the machining electrode. When the total amount of machining is large, the amount of machining can be increased by reducing the scanning speed of the machining electrode, but at this time, the step difference between the processed part and the non-processed part caused by one scan in the X-axis direction increases, The distribution state of neutral radicals may change. Therefore, the minimum value of the scanning speed is fixed, and when a large amount of processing is required, the processing area is repeatedly scanned.

【0029】次に、NCソフトの具体的な働きについて
述べる。先ず、フロッピーディスク等の外部記憶媒体に
格納されたNCデータをコンピュータのメモリーに格納
する。NCデータはヘッダー部と指令データ部からなっ
ており、ヘッダー部には表題、加工量、作成日時、バー
ジョン番号等の情報をもち、続く実際にNC加工を実行
するためのデータである指令データ部にはループ指令や
各軸制御指令が含まれている。
Next, the specific operation of the NC software will be described. First, NC data stored in an external storage medium such as a floppy disk is stored in the memory of the computer. NC data consists of a header part and a command data part.The header part has information such as title, processing amount, creation date and time, version number, etc., followed by the command data part which is the data for actually executing NC machining. includes loop commands and each axis control command.

【0030】以上のデータをもとに、図6〜図8のフロ
ーチャートに示したようにコンピュータは指令データ並
びを前から順に読み出し実行する。(1) 指令データ
が終了指示ならそこでNC加工を終了する。(2) 指
令データがY軸又はZ軸の移動指示データなら、コンピ
ュータの拡張I/Oスロットに装着されたモータのコン
トロールボードのステータスを読み出すことによってY
Z軸のステージが停止していることを確認してモータの
コントロールボードに全パルス及び移動速度をセットし
て移動を指示する。(3) X軸の移動指示データなら
、最初に(NC加工のための速度制御データがあるなら
ば)加速度と速度変更位置の計算を行って、X軸ステー
ジが停止していることを確認した後、コントロールボー
ドに初速度、加速度、到達速度、減速開始ポイント、減
速度等のパラメータを与えてモータを起動する。モータ
が動き出すとコンピュータは、X軸のモータのコントロ
ールボード上にあるパルスカウンタによりX軸ステージ
の位置を監視し、先に計算しておいた速度変更点にきた
ら、変更する速度と加速度をコントロールボードにセッ
トし速度変更の指示を行う。この速度変更を速度制御デ
ータがなくなるまで繰り返し行う。尚、(4) ループ
開始指示データなら、次の指令データからループ終了指
示データの直前の指令データまでのデータを指定回数実
行する。
Based on the above data, the computer sequentially reads and executes the command data array from the front as shown in the flowcharts of FIGS. 6 to 8. (1) If the command data indicates a termination instruction, the NC machining is terminated at that point. (2) If the command data is Y-axis or Z-axis movement instruction data, the Y axis can be moved by reading the status of the motor control board installed in the computer's expansion I/O slot.
Confirm that the Z-axis stage is stopped, set all pulses and movement speed on the motor control board, and instruct movement. (3) For X-axis movement instruction data, first calculate the acceleration and speed change position (if there is speed control data for NC machining) and confirm that the X-axis stage is stopped. After that, parameters such as initial speed, acceleration, final speed, deceleration start point, deceleration rate, etc. are given to the control board to start the motor. When the motor starts moving, the computer monitors the position of the X-axis stage using the pulse counter on the X-axis motor control board, and when the previously calculated speed change point is reached, the computer changes the speed and acceleration to the control board. Set it to instruct the speed change. This speed change is repeated until there is no more speed control data. Note that (4) if it is loop start instruction data, the data from the next instruction data to the instruction data immediately before the loop end instruction data is executed a specified number of times.

【0031】続いてNC加工のためのX軸の速度制御の
詳細について述べる。モータ及びコントローラの機能に
は、加速開始、等速回転、減速停止の一連の動作を自動
的に行う機能があり、更に等速回転中に速度変更の指示
を行うと与えられた加速度で速度変更を行う機能もある
。この機能を利用してNC加工のための速度制御を行う
のである。NCソフトにより、図9のように各制御区間
のあいだに加速期間w(モータの回転パルス数)を設け
、走査速度が連続的に変化するように加速度制御を行う
ようにした。加速を開始してw/2回転したところがN
Cデータに与えられた速度変更点と一致するようにする
ため、NCデータに与えられた速度変更点よりw/2だ
け前の点を実際の速度変更点とする。なるべく加速度が
小さくて済むようにするためにはwをできるだけ大きく
することが必要であるが、NCデータに与えられた速度
変更点の前後w/2の範囲で加速が行われるため、次の
速度変更点のための加速区間と重ならないようにし且つ
wを最も大きくとろうとすると、速度変更点の前と後の
制御区間の長さのうち短い方と同じにしなければならな
い。速度変更位置と加速度は各制御区間の長さとそこで
の速度データから、前に述べたようにNCソフト中でX
軸を走査するたび毎に計算される。
Next, details of X-axis speed control for NC machining will be described. The function of the motor and controller is to automatically perform a series of operations such as starting acceleration, rotating at a constant speed, and decelerating and stopping. Furthermore, if a speed change instruction is given during constant speed rotation, the speed will be changed at the given acceleration. There is also a function to do this. This function is used to control speed for NC machining. Using the NC software, an acceleration period w (the number of rotational pulses of the motor) was provided between each control section as shown in FIG. 9, and acceleration control was performed so that the scanning speed changed continuously. When I started accelerating and rotated w/2, it was N.
In order to match the speed change point given to the C data, a point w/2 before the speed change point given to the NC data is set as the actual speed change point. In order to keep the acceleration as small as possible, it is necessary to make w as large as possible, but since acceleration is performed within the range of w/2 before and after the speed change point given to the NC data, the next speed In order to avoid overlapping with the acceleration section for the speed change point and to make w the largest, it must be made equal to the shorter of the lengths of the control sections before and after the speed change point. The speed change position and acceleration are determined from the length of each control section and the speed data there by
Calculated each time the axis is scanned.

【0032】以上のように電界集中型の加工電極2を走
査し、スポット状の加工痕を集積して任意の目的形状に
加工する例を述べたが、被加工物Sを平滑化加工する場
合には、図10に示すように平板状の電界分散型の加工
電極2を用いて行うことができる。この場合の加工電極
2の走査制御は前記同様であるが、Y軸方向の送りステ
ップを大きく設定する。
As described above, an example has been described in which the electric field concentration type machining electrode 2 is scanned and spot-like machining marks are accumulated to be machined into an arbitrary target shape.However, when smoothing the workpiece S This can be carried out using a flat electric field dispersion type machining electrode 2 as shown in FIG. The scanning control of the processing electrode 2 in this case is the same as described above, but the feed step in the Y-axis direction is set large.

【0033】また、図11に示したように電界集中型で
はあるが、Y軸方向に延びた形状の加工電極2を用いる
場合には、Y軸方向の走査が不要となり、X軸方向にの
み走査することによって図示したような波形の加工面が
得られる。
Furthermore, as shown in FIG. 11, when using a machining electrode 2 that is electric field concentrated but has a shape that extends in the Y-axis direction, scanning in the Y-axis direction becomes unnecessary, and scanning is performed only in the X-axis direction. By scanning, a wave-shaped processed surface as shown in the figure can be obtained.

【0034】以上に示した加工電極2は、何れもこの加
工電極2の先端と被加工物Sの加工面との加工ギャップ
間にプラズマを発生し、それによってその領域に中性ラ
ジカルを生成する外部発生型のものである。しかし、加
工ギャプが変化するとプラズマの発生状態が異なるので
、電極内部で常に同一条件でプラズマを発生するととも
に、中性ラジカルを生成し、その中性ラジカルを加工面
に供給して加工を進行させる内部発生型が好ましい場合
がある。また、プラズマの発生に高周波を用いる場合、
被加工物Sの材質によってはこの高周波が吸収され、加
熱される場合があるので、内部発生型が適している。以
下に内部発生型の二例を示す。
The processing electrode 2 described above generates plasma between the processing gap between the tip of the processing electrode 2 and the processing surface of the workpiece S, thereby generating neutral radicals in that region. It is an externally generated type. However, as the machining gap changes, the plasma generation state changes, so plasma is always generated under the same conditions inside the electrode, and neutral radicals are generated and the neutral radicals are supplied to the machining surface to advance machining. Endogeneous forms may be preferred. In addition, when using high frequency to generate plasma,
Depending on the material of the workpiece S, this high frequency may be absorbed and heated, so an internal generation type is suitable. Two examples of internally occurring types are shown below.

【0035】図12は内部発生型で且つ電界集中型の加
工電極2を示している。この加工電極2は、中心部の高
電圧を印加する電極6とその周囲の接地した対向電極7
からなり、電極6は中空の対向電極7の内部にガイシ等
の絶縁体8を介して挿入されている。対向電極7は、先
端部にテーパー状に形成したノズル部9とその中心に噴
出口10を設けたものであり、前記電極6の先端を噴出
口10に臨むノズル部9に近接させて配している。また
、対向電極7の内部に反応ガスを含む雰囲気気体を供給
すべく、該対向電極7の側面又は絶縁体8に開口したガ
ス供給孔11に伸縮自在且つ屈曲自在な供給パイプ12
を接続している。該供給パイプ12から雰囲気気体が対
向電極7内部に供給されると、電極6の先端と対向電極
7のノズル部9の内面間でプラズマが発生し、中性ラジ
カルが生成される。雰囲気気体の連続的な供給により前
記噴出口10から中性ラジカルを含む雰囲気気体が被加
工物Sの加工面に供給されて前述の如く加工が進行する
。加工に供された後の雰囲気気体及び加工によって発生
した揮発性物質を加工面から速やかに除去するために、
前記対向電極7のノズル部9の周囲に先端側を開口した
ガス回収部13を設け、このガス回収部13に形成した
ガス回収孔14に前記供給パイプ12と同様な回収パイ
プ15が接続されている。尚、この加工電極2は、スポ
ット状の加工をする場合には円柱状に形成し、広い面積
を同時に加工する場合には、図示した断面形状で長尺に
形成するのであり、その形状は特に限定されるものでは
ない。
FIG. 12 shows an internally generated and electric field concentration type machining electrode 2. This processing electrode 2 consists of an electrode 6 at the center that applies a high voltage and a counter electrode 7 that is grounded around the electrode 6.
The electrode 6 is inserted into a hollow counter electrode 7 via an insulator 8 such as insulator. The counter electrode 7 has a nozzle part 9 formed in a tapered shape at its tip and a jet nozzle 10 at its center. ing. Further, in order to supply an atmospheric gas containing a reaction gas into the interior of the counter electrode 7, a supply pipe 12 which is extendable and bendable is connected to a gas supply hole 11 opened in the side surface of the counter electrode 7 or in the insulator 8.
are connected. When atmospheric gas is supplied into the counter electrode 7 from the supply pipe 12, plasma is generated between the tip of the electrode 6 and the inner surface of the nozzle portion 9 of the counter electrode 7, and neutral radicals are generated. By continuously supplying the atmospheric gas, the atmospheric gas containing neutral radicals is supplied from the ejection port 10 to the machining surface of the workpiece S, and the machining progresses as described above. In order to quickly remove atmospheric gases and volatile substances generated by processing from the processing surface,
A gas recovery section 13 having an open end side is provided around the nozzle section 9 of the counter electrode 7, and a recovery pipe 15 similar to the supply pipe 12 is connected to a gas recovery hole 14 formed in the gas recovery section 13. There is. The processing electrode 2 is formed into a cylindrical shape when performing spot processing, and is formed into a long length with the cross-sectional shape shown in the figure when processing a large area at the same time. It is not limited.

【0036】図13は内部発生型で且つ電界分散型の加
工電極2を示している。この加工電極2は、平板状の電
極6を偏平中空の対向電極7の内部に配し、対向電極7
の一側面に該電極6から延びた支持棒16を絶縁体8を
介して固定するとともに、被加工物Sの加工面と対面す
る他側面の平坦面17には多数の噴出口10,…を形成
している。平板状の前記電極6は、平坦面17の内面に
近接させて配してあり、対向電極7に接続した供給パイ
プ12とガス供給孔11を通して反応ガスを含む雰囲気
気体を供給し、電極6と平坦面17との間でプラズマが
発生し、そして中性ラジカルが生成され、噴出口10か
ら被加工物Sの加工面に供給される。尚、図示しないが
前述したガス回収部13と同様な回収部を適宜設けてい
る。
FIG. 13 shows an internally generated electric field dispersion type machining electrode 2. This processing electrode 2 has a flat plate-shaped electrode 6 arranged inside a flat hollow counter electrode 7.
A support rod 16 extending from the electrode 6 is fixed to one side via an insulator 8, and a large number of jetting ports 10, . is forming. The plate-shaped electrode 6 is disposed close to the inner surface of the flat surface 17, and an atmospheric gas containing a reaction gas is supplied through the supply pipe 12 connected to the counter electrode 7 and the gas supply hole 11, so that the electrode 6 and Plasma is generated between the flat surface 17 and neutral radicals, which are supplied from the jet nozzle 10 to the processing surface of the workpiece S. Although not shown, a recovery section similar to the gas recovery section 13 described above is provided as appropriate.

【0037】また、図14は外部発生型で且つ電界集中
型の加工電極2の例であるが、単一先細電極の先端中央
に雰囲気気体の噴出口10を形成し、該噴出口10に連
通したガス供給孔11を形成し、該ガス供給孔11に供
給パイプ12を接続し、更に前記同様にガス回収部13
を設け、それにガス回収孔14を形成し、該ガス回収孔
14に回収パイプ15を接続したものである。
FIG. 14 shows an example of an externally generated and electric field concentration type machining electrode 2, in which an atmospheric gas outlet 10 is formed at the center of the tip of a single tapered electrode, and the outlet 10 is communicated with. A gas supply hole 11 is formed, a supply pipe 12 is connected to the gas supply hole 11, and a gas recovery section 13 is connected in the same manner as described above.
A gas recovery hole 14 is formed therein, and a recovery pipe 15 is connected to the gas recovery hole 14.

【0038】前記加工電極2と被加工物Sの加工面との
加工ギャップの調節は、Z軸ステージの移動によってリ
ジッドに行えるが、図12〜図14に示したように噴出
口10から雰囲気気体を加工面に供給する構造のものに
あっては、この噴出する雰囲気気体の動圧による加工電
極2の浮上で行うことも可能である。即ち、供給パイプ
12によって供給するガス圧を調節し、噴出口10から
の雰囲気気体の噴出圧力で気体軸受的に加工ギャップの
調節を行うことができる。
The machining gap between the machining electrode 2 and the machining surface of the workpiece S can be rigidly adjusted by moving the Z-axis stage, but as shown in FIGS. 12 to 14, atmospheric gas is If the structure is such that the gas is supplied to the machining surface, the machining electrode 2 can be floated by the dynamic pressure of the ejected atmospheric gas. That is, by adjusting the gas pressure supplied by the supply pipe 12, the machining gap can be adjusted in a gas-bearing manner using the pressure of the atmospheric gas ejected from the ejection port 10.

【0039】また、図15及び図16は主に被加工物S
を切断する場合に用いる偏平なブレード型の加工電極2
の実施例を示している。これは切断の進行につれて加工
溝が深くなり、通常のガス供給手段では反応ガスを含む
雰囲気気体の供給が十分に行えなくなるので、偏平な加
工電極2の内部にガス供給路18とガス回収路19を設
けたものである。
Furthermore, FIGS. 15 and 16 mainly show the workpiece S.
Flat blade-shaped processing electrode 2 used for cutting
An example of this is shown. This is because the machining groove becomes deeper as the cutting progresses, and ordinary gas supply means cannot sufficiently supply the atmospheric gas containing the reaction gas. It has been established.

【0040】更に詳しくは、図15の加工電極2は、中
央に偏平な電極6を配し、その両側からスペーサー20
,…を介在させて偏平な表面板21,21を固定し、前
記電極6と一方の表面板21との間隙をガス供給路18
となし、他方の表面板21との間隙をガス回収路19と
なした構造のものである。この場合、電極6の先端は両
表面板21,21より突出させている。
More specifically, the processing electrode 2 shown in FIG.
, ... are interposed to fix the flat surface plates 21, 21, and the gap between the electrode 6 and one surface plate 21 is connected to the gas supply path 18.
This structure has a structure in which the gap between the surface plate 21 and the other surface plate 21 is used as a gas recovery path 19. In this case, the tips of the electrodes 6 are made to protrude from both surface plates 21, 21.

【0041】また、図16の加工電極2は、偏平な中間
板22の両側に基端から先端方向へ向けて多数の凹溝2
3,…を形成し、その両側から表面板21,21を接合
し、凹溝23と表面板21で区画されたガス供給路18
とガス回収路19を形成し、そして中間板22の先端に
沿って反応ガス及び中性ラジカルに対して耐食性を有す
る材料をコーティングした棒状の電極6を固定したもの
であり、該電極の両側には前記ガス供給路18及びガス
回収路19が開口した構造のものである。ここで、前記
中間板22と表面板21はセラミックス製としている。
The processing electrode 2 shown in FIG. 16 has a large number of grooves 2 on both sides of a flat intermediate plate 22 extending from the base end toward the distal end.
3,... are formed, and the surface plates 21, 21 are joined from both sides thereof, and the gas supply path 18 is partitioned by the groove 23 and the surface plate 21.
A rod-shaped electrode 6 coated with a material having corrosion resistance against reaction gases and neutral radicals is fixed along the tip of the intermediate plate 22, and a gas recovery path 19 is formed on both sides of the electrode. This is a structure in which the gas supply path 18 and the gas recovery path 19 are open. Here, the intermediate plate 22 and the surface plate 21 are made of ceramics.

【0042】以上示した加工電極の構造は、反応ガスと
不活性ガスを同時に供給し、同一領域で不活性ガスによ
るプラズマと反応ガスに基づく中性ラジカルを生成する
ものであるが、図17に示すように先ず不活性ガスによ
るプラズマを発生させ、それを被加工物Sの加工面方向
へ移送し、プラズマの発生領域とは異なった領域で反応
ガスと衝突させて中性ラジカルを生成するものである。 更に詳しくは、図12で示した加工電極2と略同様な構
造に加え、噴出口10より所定距離だけ内方位置で、不
活性ガス供給パイプ12から供給した不活性ガスをノズ
ル部9の内面と電極6の先端間でプラズマ化して電離及
び励起し、それを噴出口10側へそのガス圧によって移
送し、該噴出口10の直前に設けた反応空間24にフレ
キシブルな反応ガス供給パイプ25及びガス導入管26
を通して供給した反応ガスと衝突させ、中性ラジカルを
発生させて被加工物Sの加工面に供給するようになした
構造のものである。このようにすれば、発生したプラズ
マが加工面に接触する恐れがなく、加工面の温度上昇が
殆ど生じないので、より低温での加工が可能となる。ま
た、プラズマ中の電子を捕獲し、プラズマ状態に対して
悪影響を及ぼす反応ガスを用いる場合、例えばハロゲン
ガスを用いる場合には効果的である。
The structure of the processing electrode shown above is one in which a reactive gas and an inert gas are supplied simultaneously, and plasma from the inert gas and neutral radicals based on the reactive gas are generated in the same area. As shown, first a plasma is generated using an inert gas, then it is transferred toward the processing surface of the workpiece S, and collides with a reactive gas in an area different from the plasma generation area to generate neutral radicals. It is. More specifically, in addition to having a structure substantially similar to that of the processing electrode 2 shown in FIG. The plasma is generated between the tip of the electrode 6 and the tip of the electrode 6, and the plasma is ionized and excited, and the plasma is transferred to the jet nozzle 10 by the gas pressure, and a flexible reaction gas supply pipe 25 and Gas introduction pipe 26
This structure is such that neutral radicals are generated and supplied to the processing surface of the workpiece S by colliding with the reaction gas supplied through the reactor gas. In this way, there is no fear that the generated plasma will come into contact with the processing surface, and the temperature of the processing surface will hardly rise, so processing can be performed at lower temperatures. It is also effective when using a reactive gas that captures electrons in the plasma and has a negative effect on the plasma state, such as when using a halogen gas.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上にしてなる本発明のラジカル反応に
よる無歪精密数値制御加工方法及びその装置によれば、
被加工物の加工面上のある点での加工電極による加工時
間と、中性ラジカルと加工面を構成する原子又は分子と
のラジカル反応による揮発性物質を除去して進行する加
工量との間に相関があることを利用し、欠陥や熱的変質
層を導入することなく、0.01μm以上の形状精度で
自動的に目的加工面を得ることができるのである。
[Effects of the Invention] According to the strain-free precision numerical control processing method and its apparatus by radical reaction of the present invention, as described above,
Between the machining time with a machining electrode at a certain point on the machining surface of the workpiece and the amount of machining that progresses by removing volatile substances through radical reactions between neutral radicals and atoms or molecules that make up the machining surface. Utilizing the fact that there is a correlation between

【0044】また、制御変数として正確で且つ反復性の
高い制御が可能な走査速度又はステップ状に走査する場
合にはその停止時間を用いたので、加工面のある点での
最適な加工時間を正確且つ容易に設定することが可能で
あり、数値制御が容易になるのである。
In addition, since the scanning speed, which can be controlled accurately and with high repeatability, or the stopping time in the case of stepwise scanning is used as a control variable, the optimum machining time at a certain point on the machining surface can be determined. It is possible to set accurately and easily, and numerical control becomes easy.

【0045】更に、前加工面の形状測定を加工開始前に
行ってその座標データを制御回路に入力する場合には、
予め加工電極と被加工物の相対的走査速度又は停止時間
が計算されるので、加工中の座標計算が少なくて済むの
で高速加工が可能となる。
Furthermore, when measuring the shape of the pre-processed surface before starting processing and inputting the coordinate data to the control circuit,
Since the relative scanning speed or stop time of the machining electrode and the workpiece is calculated in advance, the number of coordinate calculations during machining can be reduced, making high-speed machining possible.

【0046】そして、前加工面の形状測定を加工進行中
に行ってその座標データを制御回路に入力する場合には
、加工の進行とともにその最適な走査速度又は停止時間
が計算されるので、加工中の加工誤差を修正しながら進
めることが可能であるので、より精度の向上が図れる。
When the shape of the pre-processed surface is measured during processing and the coordinate data is input to the control circuit, the optimum scanning speed or stop time is calculated as the processing progresses, so that the processing Since it is possible to proceed while correcting machining errors inside, accuracy can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の装置の概念図[Fig. 1] Conceptual diagram of the device of the present invention

【図2】駆動用サーボモータの制御ブロック図[Figure 2] Control block diagram of drive servo motor

【図3】
スポット走査による広領域加工の概念図
[Figure 3]
Conceptual diagram of wide area processing using spot scanning

【図4】前加工
面と目的加工面の関係を示す概念図
[Figure 4] Conceptual diagram showing the relationship between the pre-processed surface and the target processed surface

【図5】数値制御加
工の手順を示すブロック図
[Figure 5] Block diagram showing the procedure of numerical control machining

【図6】数値制御用ソフトウ
ェアのフローチャート
[Figure 6] Flowchart of numerical control software

【図7】数値制御用ソフトウェア
のサブルーチンの前半を示したフローチャート
[Figure 7] Flowchart showing the first half of the subroutine of numerical control software

【図8】数値制御用ソフトウェアのサブルーチンの後半
を示したフローチャート
[Figure 8] Flowchart showing the second half of the subroutine of numerical control software

【図9】走査における加減速制御の概念図[Figure 9] Conceptual diagram of acceleration/deceleration control in scanning

【図10】電
界分散型の加工電極の例を示す簡略斜視図
[Fig. 10] A simplified perspective view showing an example of an electric field dispersion type machining electrode

【図11】電
界集中型の加工電極の他の例を示す簡略斜視図
[Fig. 11] A simplified perspective view showing another example of an electric field concentration type processing electrode.

【図12】内部発生型の加工電極の例を示す簡略断面図
[Figure 12] A simplified cross-sectional view showing an example of an internally generated processing electrode

【図13】内部発生型の加工電極の他の例を示す簡略断
面図
[Fig. 13] A simplified cross-sectional view showing another example of an internally generated processing electrode

【図14】外部発生型の加工電極の他の例を示す簡略断
面図
[Fig. 14] A simplified cross-sectional view showing another example of an externally generated processing electrode.

【図15】ブレード型加工電極の例を示す部分簡略斜視
[Fig. 15] Partially simplified perspective view showing an example of a blade-type processing electrode

【図16】ブレード型加工電極の他の例を示す部分簡
略斜視図
[Fig. 16] Partially simplified perspective view showing another example of a blade-type processing electrode

【図17】プラズマ発生領域と中性ラジカルの生成領域
が異なる内部発生型の加工電極の例を示す簡略断面図
[Fig. 17] A simplified cross-sectional view showing an example of an internally generated processing electrode in which the plasma generation region and the neutral radical generation region are different.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  高電圧を印加した加工電極により発生
させた反応ガスに基づく中性ラジカルを加工面に供給し
、この中性ラジカルと加工面の原子又は分子とのラジカ
ル反応によって生成した揮発性物質を気化させて除去し
、加工するものであって、前加工面と目的加工面の座標
データに基づきその座標差に応じて加工時間を数値制御
してなるラジカル反応による無歪精密数値制御加工方法
Claim 1: Neutral radicals based on a reaction gas generated by a machining electrode to which a high voltage is applied are supplied to the machining surface, and volatile substances are generated by a radical reaction between the neutral radicals and atoms or molecules on the machining surface. Distortion-free precision numerically controlled machining that involves vaporizing and removing substances, and numerically controlling the machining time according to the coordinate difference based on the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface. Method.
【請求項2】  加工開始前に前加工面の形状を計測し
、その前加工面と目的加工面の座標データを制御回路に
入力し、両加工面の座標差に応じて制御回路によって数
値制御された駆動機構にて加工電極と被加工物の相対的
走査速度を制御してなる請求項1記載のラジカル反応に
よる無歪精密数値制御加工方法。
[Claim 2] Before starting machining, measure the shape of the pre-machined surface, input the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface to a control circuit, and perform numerical control by the control circuit according to the coordinate difference between the two machining surfaces. 2. The strain-free precision numerical control machining method using radical reaction according to claim 1, wherein the relative scanning speed of the machining electrode and the workpiece is controlled by a drive mechanism that is controlled by a drive mechanism.
【請求項3】  加工開始前に前加工面の形状を計測し
、その前加工面と目的加工面の座標データを制御回路に
入力し、制御回路によって数値制御された駆動機構にて
加工電極と被加工物を相対的にステップ状に走査し且つ
両加工面の座標差に応じてその停止時間を制御してなる
請求項1記載のラジカル反応による無歪精密数値制御加
工方法。
3. Before starting machining, the shape of the pre-machined surface is measured, the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface are input to a control circuit, and a drive mechanism numerically controlled by the control circuit drives the machining electrode. 2. The strain-free precision numerical control machining method using radical reaction according to claim 1, wherein the workpiece is scanned relatively stepwise and the stopping time thereof is controlled according to the coordinate difference between the two machining surfaces.
【請求項4】  加工進行中に前加工面の形状を計測し
、その前加工面と目的加工面の座標データを制御回路に
入力し、両加工面の座標差に応じて制御回路によって数
値制御された駆動機構にて加工電極と被加工物の相対的
走査速度を制御してなる請求項1記載のラジカル反応に
よる無歪精密数値制御加工方法。
4. Measure the shape of the pre-machined surface while machining is in progress, input the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface to a control circuit, and perform numerical control by the control circuit according to the coordinate difference between the two machining surfaces. 2. The strain-free precision numerical control machining method using radical reaction according to claim 1, wherein the relative scanning speed of the machining electrode and the workpiece is controlled by a drive mechanism that is controlled by a drive mechanism.
【請求項5】  加工進行中に前加工面の形状を計測し
、その前加工面と目的加工面の座標データを制御回路に
入力し、制御回路によって数値制御された駆動機構にて
加工電極と被加工物を相対的にステップ状に走査し且つ
両加工面の座標差に応じてその停止時間を制御してなる
請求項1記載のラジカル反応による無歪精密数値制御加
工方法。
5. While machining is in progress, the shape of the pre-machined surface is measured, the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface are input to a control circuit, and a drive mechanism numerically controlled by the control circuit drives the machining electrode. 2. The strain-free precision numerical control machining method using radical reaction according to claim 1, wherein the workpiece is scanned relatively stepwise and the stopping time thereof is controlled according to the coordinate difference between the two machining surfaces.
【請求項6】  反応ガスを含む雰囲気気体を高圧力で
密封若しくは流動させ得る反応容器と、前記反応容器内
に配した加工電極と、前記加工電極に直流若しくは交流
高電圧を印加して反応ガスに基づく中性ラジカルを発生
させる電源と、前記加工電極又は被加工物の一方を他方
に対して相対的に変位させ得るサーボモータを有する駆
動機構と、加工開始前若しくは加工進行中に被加工物の
前加工面の形状を計測する計測手段と、前記加工電極に
よる加工時間と、中性ラジカルと加工面の原子又は分子
とのラジカル反応によって生成した揮発性物質を気化さ
せて除去し得る加工量との相関データが入力され、被加
工物の前加工面と目的加工面の座標データを入力可能で
あり、それらの座標差に応じて被加工物と加工電極の相
対的走査に関する制御信号を駆動機構に出力する制御回
路と、よりなることを特徴とするラジカル反応による無
歪精密数値制御加工装置。
6. A reaction vessel in which an atmospheric gas containing a reaction gas can be sealed or flowed under high pressure, a processing electrode arranged in the reaction vessel, and a DC or AC high voltage applied to the processing electrode to process the reaction gas. a drive mechanism having a servo motor capable of displacing one of the processing electrode or the workpiece relative to the other; A measuring means for measuring the shape of the pre-processed surface, the processing time using the processing electrode, and the amount of processing that can be removed by vaporizing volatile substances generated by the radical reaction between neutral radicals and atoms or molecules on the processing surface. It is possible to input the coordinate data of the pre-machined surface and the target machining surface of the workpiece, and drive the control signal related to the relative scanning of the workpiece and the machining electrode according to the coordinate difference between them. Distortion-free precision numerical control processing equipment using radical reaction, characterized by a control circuit that outputs to the mechanism, and the following.
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