JPH0441120A

JPH0441120A - 微細放電加工方法

Info

Publication number: JPH0441120A
Application number: JP14782190A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mizutani; 武水谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1992-02-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、マイクロメカニクス部品、加速度圧力センサ
、インクジェットプリンタノズル、電子銃アパチャー、
流体噴射ノズルなどに用いる単結晶シリコンなどの半導
体セラミック、若しくはＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４、Ｚ　ｒ　
Ｂ　２などの導電性セラミックに直径１ｏｏミクロン以
下の微細穴や複雑立体形状を加工するための微細放電加
工方法に関するものである。

従来の技術近時、単結晶シリコンを素材に用いたセンサやアクチュ
エータ等のマイクロマシーニングの開発実用化研究が盛
んになってきた。

単結晶シリコンを用いたセンサやマイクロメカニクス部
品を製作するには、従来のＬＳＩの製作の場合と同様に
、フォトファブリケーション、いわゆるフォトプロセス
が用いられている（日経エレクトロニクス誌１９８９　
９−４　　Ｎｏ、４８　　「動くシリコンへ、Ｓｉマイ
クロマシーニング技術ｌ　参照）。

一方、微細放電加工の原理を利用して単結晶シリコンな
どの半導体セラミック、若しくはＳｉＣ１Ｓｉ３Ｎ４、
Ｚ　ｒ　８２などの導電性セラミックを用いたインクジ
ェットプリンタにおける直径数十ミクロン以下のノズル
穴加工やマイクロメカニクス部品の三次元の複雑立体形
状を加工する試みが行われてきた（精密工学会誌　５５
／６／１９８９　「放電加工による微細穴加工および微
細ポンチの成形」参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来技術について説明す
る。

第３図（ａ）、（ｂ）は従来のフォトプロセスによるセ
ンサの製作方法を示し、第３図（ａ）はエツチング前の
斜視図、第３図ｆｂ）はエツチング後の斜視図である。

本例は圧力、振動センサ用として、５ｉｏ２０片持ち梁
を８１の異方性エツチングにより得るもので、第３図（
ａ）に示すように、８１基板３１の表面に５ｉ０２薄Ｗ
Ｘ３２を形成し、この５ｉ０２薄膜３２にマスクを用い
て梁の輪郭に相当する開口３３を形成し、ＫＯＨ水溶液
などで化学的に８１基板３１のエツチングを行う。この
とき、８１基板３１の５ｉ０２薄膜３２側の表面を（１
ｏｏ）面、側面を（１１１）面の結晶方位とすると、エ
ツチングレートの這いにより、第３図（ｂ）に示すよう
に、エツチング溝３４を形成して立体形状に加工するこ
とができ、片持ち梁を製作することができる。このよう
なセンサ、あるいはマイクロメカニクス部品においては
、１ｏｏミクロンオーダの深い加工や、断面のアスペク
ト比（穴の深さ一口径）が大きい加工を行うことがあり
、ときには基板を貫通させるエツチングが必要とされる
。

第４図（ａ）は従来の微細放電加工方法を示す斜視図で
ある。

第４図（ａ）において、所定の材質の加工ワーク４１と
加工工具である単純な棒状の加工電極４２に、これらに
接続された電源４３により放電加工エネルギーを供給す
る。そして、加工電極４２を回転手段４４で矢印Ｘ方向
に回転させると共に、駆動手段４６で矢印Ｚ方向に送り
込み、ＮＣ制御装置（図示せず）により加工ワーク４１
を加工電極４２のＺ方向の駆動と同期させながら左右に
駆動させることにより、マイクロ歯車等の複雑立体形状
の微細放電加工を行うことができる。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記従来技術のうち、前者では、高アス
ペクト比の加工、つまり表面形状に対して深さ寸法の大
きい加工に不向きで、通常は１／１の加工が限度であり
、所定の複雑立体形状を得るためには、分割して作成し
た部品を接合するなど、複雑で困難な工程を必要とし、
精度の確保も困難である。また、材質の結晶方位に依存
する化学的な異方性を利用したエツチングで加工が可能
な材質としては、Ｓｉｓ水晶などの一部に限定される。

また、加工する形状パターンに合わせて必ずマスクを必
要とし、コストアップになると共に、製作日数を要する
。更には、化学薬品を使用するため、安全面、公害対策
処理でも問題がある。ＬＳＩの加工ではドライ・プロセ
スによるＲＩＥ（反応性イオン・エツチング）も用いる
が、このＲＩＥでは加工の深さは１０μｍ程度が限度で
あり、マイクロメカニクス部品などの加工に適用するこ
とばできない。

一方、後者の放電加工方法では、上記問題を解決するこ
とはできるが、加工ワーク４１が８１などの半導体、若
しくはＳ　ｉ　０％　８１３Ｎ４、Ｚｒ８２などの導電
性セラミックである場合、これらは硬脆材であるために
脆く、第４図（ｂ）に示すように、特に、加工微細穴４
６の加工入口および出口表面にチッピング、カケ４７が
発生し、微小で精密な加工が不可能であるという問題が
あった。

本発明は、上記のような従来の問題を解決するものであ
り、加工を行う半導体、若しくは導電性セラミックから
なる加工ワークを放電加工する際、この加工ワークにカ
ケ、チッピングを生じるのを防止することができ、しか
も、放電加工する際、加工ワークを補強して割れ破断を
防止することができ、したがって、微細で高精度に加工
することができるようにした微細放電加工方法を提供す
ることを目的とするものである。

課題を解決するための手段上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
導電性セラミック、若しくは半導体セラミックからなる
加工ワークの少なくとも片側表面に導電性物質を設け、
上記加工ワークと導電性物質を同時に放電加工し、加工
完了後、上記導電性物質を除去するようにしたものであ
る。

そして、上記導電性物質は金属からなり、上記加工ワー
クの表面にコーティングにより設けることができ、また
は、金属、若しくは導電性セラミックの薄板からなり、
上記加工ワークの表面に導電性接着剤により設けること
ができる。

作用したがって、本発明によれば、導電性セラミック、若し
くは半導体セラミックからなる加工ワークを導電性物質
と共に放電加工するので、加工ワークにカケ、チッピン
グが発生するのを防止することができ、しかも、放電加
工の際、加工ワークを導電性物質により補強して割れ破
断を防止することができる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例における
微細放電加工方法を示し、第１図（ａ）は一部断面説明
図、第１図（ｂ）は加工ワークに放電加工した後の状態
の断面図である。

第１図（ａ）において、１は８１などの半導体セラミッ
ク、若しくは５Ｉｎｓ　Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＢ２などの導
電性セラミック材からなる加工ワーク、２は加工ワーク
１０両側の表面に放電加工によるカケ、チッピングから
保護する領域で、スパッタリング、蒸発、メツキ等のコ
ーティング手段により設けられた導電性物質である金属
からなる薄膜であり、これら加工ワーク１、導電性物質
薄膜２は加工槽の絶縁液（図示せず）中に浸されている
。３は棒状の加工電極であり、回転手段４により矢印Ｘ
方向に回転され、駆動手段６により矢印Ｚ方向に送り込
まれる。６は加工ワーク１と加工電極３に接続された微
細放電回路であり、放電のエネルギーを供給する電源７
と放電エネルギーの大きさを設定するコンデンサ８とで
構成されている。

そして、加工ワーク１を絶縁液中で固定し、この状態で
加工電極３を回転手段４で矢印Ｘ方向に回転させると共
に、適当なコンデンサ８を設定し、電源７を動作させて
加工ワーク１と加工電極３に放電加工エネルギーを供給
し、駆動手段６により加工電極３を矢印Ｚ方向に移動さ
せ、加工ワーク１および導電性物質薄膜２と加工電極３
のギャップを制御して放電させ、導電性物質薄膜２と加
工ワーク１を同時に一体的に順次所定の形状に放電加工
する。その−例として、第１図（ｂ）に示すように、微
細穴９を形成する。放電加工完了後、導電性物質薄膜２
を除去する。これにより加工ワーク１がセラミック系の
材質でもカケ、チッピングが発生するのを防止すること
ができ、しかも、放電加工の際、加工ワーク１を導電性
物質薄膜２により補強して割れ破断を防止することがで
き、したがって、微細で高精度に放電加工することがで
きる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第２図（、）、（ｂ）は本発明の第２の実施例における
微細放電加工方法を示し、第２図（ａ）は加工ワークに
放電加工する前の状態の断面図、第２図（ｂ）は加工ワ
ークに放電加工した後の状態の断面図である。

本実施例においては、第２図（ａ）に示すように、半導
体セラミック、若しくは導電性セラミック材からなる加
工ワーク１の両側に放電加工によるカケ、チッピングか
ら保護する領域で、導電性物質からなる薄板１１を導電
性接着剤１０で一体化するように設ける。したがって、
この導電性物質として、金属、若しくは導電性セラミッ
クのいずれをも用いることができる。そして、上記第１
の実施例と同様に導電性物質薄板１１と加工ワーク１と
を同時に放電加工し、その−例として、第２図（ｂ）に
示すように、微細穴９を形成する。所定の加工が完了し
た後、導電性物質薄板１１を除去することにより、加工
ワーク１がセラミック系の材質でもカケ、チッピングが
発生するのを防止することができ、しかも、放電加工の
際、加工ワーク１を導電性物質薄板１１により補強して
割れ破断を防止することができ、したがって、微細で高
精度に放電加工することができる。

なお、放電加工後、導電性物質薄板１１を除去するので
、加工電極３の出口側の導電性物質薄板１１は第２図（
ｂ）に示すように、微細穴９を貫通させなくてもよい。

第１図に示す導電性物質薄膜２の場合にも制御可能であ
れば微細穴９を貫通させなくてもよい。また、上記各実
施例共に、導電性物質薄膜２、若しくは導電性物質薄板
１１は加工ワーク１の放電加工の際、カケ、チッピング
の発生頻度が高い加工電極３の入口および出口側表面の
少なくとも片側に設ければよい。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、導電性セラミック
、若しくは半導体セラミック材からなる加工ワークを少
なくとも片側表面に設けた導電性物質と共に放電加工す
るので、加工ワークにカケ、チッピングが発生するのを
防止することができ、しかも、放電加工の際、加工ワー
クを導電性物質により補強して割れ破断を防止すること
ができる。したがって、容易に直径６ミクロン程度の超
微細穴や、軸、更にはアスペクト比の大きい複雑立体形
状の微細放電加工を高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）、（ｂ）は本発明の第１の実施例における
微細放電加工方法を示し、第１図（ａ）は一部断面説明
図、第１図（ｂ）は加工ワークに放電加工した後の状態
の断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施
例における微細放電加工方法を示し、第２図（ａ）は加
工ワークに放電加工する前の状態の断面図、第２図（ｂ
）は加工ワークに放電加工した後の状態の断面図、第３
図（ａ）、（ｂ）は従来のフォトプロセスによるセンサ
の製作方法を示し、第３図（ａ）はエツチング前の斜視
図、第３図（ｂ）はエツチング後の斜視図、第４図（、
）は従来の微細放電加工方法を示す全体の説明図、第４
図（ｂ）は上記従来の微細放電加工方法により微細穴を
加工した状態の斜視図である。１・・・加工ワーク（導電性、若しくは半導体セラミッ
ク）、２・−・導電性物質薄膜、３・・・加工電極、４
・・・回転手段、５・・・駆動手段、７・・・電源、８
・・・コンデンサ、９・・・加工微細穴、１ｏ・・・導
電性接着剤、１１・・・導電性物質薄板。第１図代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名（ｂ
）第図（ａ）（ｂ）第図エツチング溝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性セラミック、若しくは半導体セラミックか
らなる加工ワークの少なくとも片側表面に導電性物質を
設け、上記加工ワークと導電性物質を同時に放電加工し
、加工完了後、上記導電性物質を除去することを特徴と
する微細放電加工方法。
（２）導電性物質が金属からなり、加工ワークの表面に
コーティングにより設ける請求項１記載の微細放電加工
方法。
（３）導電性物質が金属、若しくは導電性セラミックの
薄板からなり、加工ワークの表面に導電性接着剤により
設ける請求項１記載の微細放電加工方法。