JPH10277841A - 放電加工用工具電極の製造方法及びその電極を用いた放電加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 その断面形状が複雑かつ微小であったとして
も、簡便かつ高精度に工具電極を製作でき、トータルと
してみて生産性の高い高精度の放電加工が行い得る放電
加工用工具電極の製造方法及びその電極を用いた放電加
工方法を実現することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、工具電極部材１に対して、そ
の軸方向の所定範囲内で、断面形状が軸方向と垂直な方
向で略均等に小さくなるように腐食加工または食刻加工
を行って、軸方向で段付き形状１ａを有する放電加工用
工具電極を得る製造方法、またはその放電加工用工具電
極を用いて加工を行う放電加工方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工用工具電
極の製造方法及びその電極を用いた放電加工方法に関
し、特に段付き形状を有する放電加工用工具電極の製造
方法及びその電極を用いた放電加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、加工技術に対する複雑化・微小化
の要請の高まりの中、そのようなニーズに生産性を高く
維持しながら適切に応え得る放電加工用工具電極の新規
な製造方法やその電極を用いた加工方法が切望された状
態にある。

【０００３】従来において、放電加工に使用される段付
き形状の工具電極としては、特開昭５３−９７６９８号
公報に開示されたものが公知である。

【０００４】図４に、その工具電極の構成を示す。図４
においては、グラファイト製の粗加工用工具電極１０１
に、銅製の仕上加工用工具電極１０２が、導電性の接着
剤を用いて固着されたいわゆる複合工具電極が形成さ
れ、この電極は２段の段付き形状である。

【０００５】そして、微小穴の放電加工に使用される円
筒状の段付き形状工具電極としては、特開昭６０−１４
１４３５号公報に開示されたものが公知である。

【０００６】図５は、その工具電極の構成を示す。図５
においては、タングステン製の円筒型の工具電極１０３
に、段１０３ａを形成した一体型の工具電極が形成さ
れ、この電極も２段の段付き形状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示される放電加工用の工具電極は、放電加工の工具電極
の送り方向に、同じ断面形状でわずかに大きさの違う２
つの工具電極を１つずつ加工した後に接着して、１つの
複合工具電極とするものであり、その製作には複雑かつ
高精度な加工や組立が必要になる。

【０００８】しかも、断面形状が複雑になったり、微小
になればなるほど、その度合いは増大するため、きわめ
て生産性の低いものであるといわざるを得ない。

【０００９】また、図５に示される放電加工用の工具電
極は、一体型の構造になってはいるが、断面形状が円に
限定されている。

【００１０】この場合、例えば旋盤加工や放電加工によ
って製作が可能と考えられるが、断面形状が複雑になっ
た場合には、これらの一般的な加工では製作が困難にな
り、微小になればほとんど作製は不可能に近くなる。

【００１１】理論的には、わずかに型彫りや創成型の放
電加工によって製作が可能とも考えられるが、その場合
でもやはり生産性の低い方法であるといわざるを得な
い。

【００１２】つまり、加工技術の複雑化・微小化を求め
るニーズに対して、生産性を高く維持しながら適切に応
え得る放電加工用工具電極の新規な製造方法やその電極
を用いた加工方法は、全く実現されていない状況にあ
る。

【００１３】本発明は、その断面形状が複雑かつ微小で
あったとしても、簡便かつ高精度に工具電極を製作で
き、トータルとしてみて生産性の高い高精度の放電加工
が行い得る放電加工用工具電極の製造方法及びその電極
を用いた放電加工方法を実現することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、工具電極部材に対して、その軸方向の所
定範囲内で、断面形状が軸方向と垂直な方向で略均等に
小さくなるように腐食加工または食刻加工を行って、軸
方向で段付き形状を有する放電加工用工具電極を得る製
造方法、またはその放電加工用工具電極を用いて加工を
行う放電加工方法である。

【００１５】このような構成により、その断面形状が複
雑かつ微小であったとしても、簡便かつ高精度に工具電
極を製作でき、トータルとしてみて生産性の高い高精度
の放電加工が行い得る放電加工用工具電極の製造方法及
びその電極を用いた放電加工方法を実現する。

【００１６】このような構成により、その断面形状が複
雑かつ微小であったとしても、簡便かつ高精度に工具電
極を製作でき、トータルとしてみて生産性の高い高精度
の放電加工が行い得る放電加工用工具電極の製造方法及
びその電極を用いた加工方法を実現する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、軸方向に延在し前記軸方向について切った断面形状
が所定の断面形状である工具電極部材を用意する行程
と、前記工具電極部材に対してその軸方向の所定範囲内
で前記断面形状が前記軸方向と垂直な方向で略均等に小
さくなるように腐食加工または食刻加工を行い前記工具
電極部材を加工する加工工程とを有する放電加工用工具
電極の製造方法である。

【００１８】これにより、軸方向で段付き形状を有する
高精度の放電加工用工具電極が、簡便に得られる。

【００１９】ここで、請求項２記載のように、加工工程
は、前記工具電極部材の前記断面形状が前記軸方向と垂
直な方向で略均等に小さくなる程度が異なる複数の加工
工程を含むものであってもよい。

【００２０】これにより、軸方向で複数の段付き形状を
有する高精度の放電加工用工具電極が、得られる。

【００２１】また、請求項３記載のように、加工工程
は、電気化学的腐食加工行程を採り得、より具体的に
は、請求項４記載のように、電気化学的腐食加工行程は
電解加工工程であり、前記電解加工行程は、電解液を用
意する行程と、前記工具電極部材と前記電解液との間に
電圧を印加しながら前記工具電極部材を前記電解液に対
して浸漬する浸漬行程と、前記工具電極部材と前記電解
液との間の電流を検出する電流検出行程と、前記電流検
出行程で所定の電流が検出されたときに対応して初期位
置を設定する初期位置設定行程とを有し、前記工具電極
部材は、前記初期位置設定行程で設定された初期位置か
ら所望の距離だけ前記電解液に浸漬される構成であって
もよい。

【００２２】これにより、高い精度の範囲内で段付き形
状を有する放電加工用工具電極が、得られる。

【００２３】また、請求項５記載のように、更に、工具
電極部材を電解液中で回転させる行程を有するものであ
ってもよく、請求項６記載のように、更に、浴電圧を変
化させる行程を有するものであってもよい。

【００２４】これにより、加工面の表面粗さを適宜変化
すべく制御することができる。また、請求項７や８に記
載のように、加工工程は、化学的腐食加工行程や、ドラ
イエッチング行程であってもよく、同様の段付き形状を
有する放電加工用工具電極が、得られる。

【００２５】一方、請求項９記載のように、工具電極部
材は、基板を用意する行程と、前記基板上にレジストを
配置する行程と、前記レジスト上に所定の微細パターン
を有するマスクを配置する行程と、前記所定の微細パタ
ーンを転写したレジストをエッチングして第１の複数の
微細構造部を得るリソグラフィ行程と、前記リソグラフ
ィ行程で得た前記第１の複数の微細構造部を含む前記基
板に対してメッキ処理をするメッキ処理工程と、前記メ
ッキ処理工程でメッキ処理された前記第１の複数の微細
構造部を含む前記基板から前記第１の複数の微細構造部
を除去して第２の複数の微細構造部を形成する形成行程
とを有する工具電極部材形成行程により複数形成される
ものであってもよい。

【００２６】これにより、導電性の高い材料で高いアス
ペクト比の工具電極部材が一度に複数形成され、それを
用いて段付き形状を有する放電加工用工具電極が、非常
に効率よく得られる。

【００２７】また、請求項１０記載のように、工具電極
部材形成行程は、更に、第２の複数の微細構造部を基板
から分離する工程を有するものであってもよく、このよ
うに分離すれば、分離された工具電極部材を各々独立の
加工電極として用い得、分離しない場合は、これらを一
体とした加工電極として用いることができる。

【００２８】ここで、請求項１１記載のように、リソグ
ラフィ行程の光源は、Ｘ線光源が使用され得るもので、
このような短波長光源を用いることにより、高いアスペ
クト比の工具電極部材が、確実に複数形成され得る。

【００２９】また、請求項１２記載のように、工具電極
部材は、ワイヤ放電加工により形成されてもよく、たと
え断面形状が複雑であっても、確実に工具電極部材を形
成し得る。

【００３０】そして、請求項１３記載の本発明は、請求
項１から９のいずれかに記載の放電加工用工具電極の製
造方法により得られた工具電極を用いて放電加工により
加工対象物を加工する放電加工方法であって、前記工具
電極の断面形状が相対的に小さい部分と相対的に大きな
部分とを順次前記加工対象物に接近させて前記加工対象
物を加工する放電加工方法である。

【００３１】これにより、簡便かつ高精度であって生産
性の高い放電加工が行い得る。ここで、より具体的に
は、請求項１４記載のように、工具電極の面粗さが粗い
部分を粗加工に用いるものであり、確実に、簡便かつ高
精度であって生産性の高い放電加工が行い得る。

【００３２】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、電解加工を利用した本発明の
実施の形態１における放電加工用工具電極の製造方法の
説明図である。

【００３３】図１において、１は工具電極部材、２は加
工漕で電解液である加工液２ａを収容している。

【００３４】本実施の形態では、工具電極部材１は、公
知のワイヤ放電加工によって製作したタングステン製の
ものを用い、加工液２ａの電解液は、０．０２〜２．０
Ｎの苛性ソーダ浴とした。

【００３５】また、３は工具電極部材１の位置決め機構
であり、工具電極部材１を加工液２ａに浸漬すべくその
軸方向に所定の速度で移動可能であり、４は工具電極部
材１と加工液２ａとの間に浴電圧となる電圧を印加可能
な電源である。

【００３６】そして、５は、電源４により工具電極部材
１と加工液２ａとの間に印加された電圧に対応して流れ
る電流を検出する電流計である。

【００３７】ここで、工具電極部材１と加工液２ａとの
間に電圧を印加すべく、加工液２ａ中に銅製の陰極６が
配置されており、工具電極部材１は、陽極として機能す
る。

【００３８】以上の構成において、本実施の形態では、
浴電圧６〜８Ｖ，２２〜２４Ａ／ｄｍ2とすることによ
って、１〜２分間で良好な電解加工を行い得る設定とし
た。

【００３９】このような構成において、本実施の形態に
おける放電加工用工具電極は、以下のように形成され
る。

【００４０】まず図１（ａ）において、工具電極部材１
を加工液２ａに対して位置させた後、位置決め機構３に
より工具電極部材１の軸方向に工具電極部材１を加工液
２ａに向かって移動していく。

【００４１】ここで、工具電極部材１と陰極６との間
に、電源４により、電圧を印加しておくが、雰囲気は絶
縁体であるから電流自体は流れないため、電流計５の電
流値はゼロを表示している。

【００４２】ついで、工具電極部材１が加工液２ａに接
触した瞬間に、工具電極部材１と陰極６との間に電流が
流れ始め、電流計５には所定の電流値が表示され、これ
以降工具電極部材１の表面で、電解加工がなされていく
ことになる。

【００４３】本実施の形態では、この電流が検出された
瞬間を初期位置に設定した。もちろん、検出の安定性等
を考慮して、電流が検出され所定期間経過した位置を初
期位置に設定してもよい。

【００４４】そして、図１（ｂ）に示すように、位置決
め機構３を動作させ、この初期位置から所望の範囲だけ
工具電極部材１の表面が加工されるように、所定距離ほ
ど工具電極部材１を加工液２ａ中に進入させていき、点
線で示す所望の加工表面１ａを形成すべく電解加工を行
う。

【００４５】このように、所望の加工表面１ａが形成さ
れたならば、直ちに電源４をオフにして、位置決め機構
３を動作させて加工液２ａ中から工具電極部材１を引き
上げて、加工は終了する。

【００４６】さて、引き上げた工具電極部材１の表面１
ａは、点線で示すように一様に除去されており、この結
果、電解加工の終了した工具電極部材１は、図２に示す
ような、上半分はもとのままの形状である上部加工部１
ｂと、下半分は断面が小さくなった下部加工部１ｃとを
有することになるが、その断面形状は相似形で維持さ
れ、そして、上部加工部１ｂと下部加工部１ｃとの間に
は、段付き部１ｄが形成された。

【００４７】次に、このように作製された工具電極部材
１を加工電極１０に用いて放電加工を行った。

【００４８】具体的には、加工電極１０の長手方向（軸
方向）、つまり図２のＺ方向に、加工電極１０を不図示
の加工対象物に対して送りながら放電加工を行う。

【００４９】つまり、まず、小さい方の加工部１ｃで
「粗加工」を行い、続いて、本来の加工部１ｂでより精
度の高い「仕上げ加工」を行うことになる。

【００５０】このとき、加工部１ｃの表面は、加工部１
ｂの表面よりも、電解加工によってやや表面粗さが劣化
しているが、「粗加工」を行うのが目的であるため、実
用上全く問題はなかった。

【００５１】以上の構成で、工具電極部材１は、その長
手方向（軸方向）に、同一な断面形状を有するものを代
表的に用いたが、もちろん所望の断面形状のものを加工
の態様にあわせて用いることが可能である。

【００５２】また、段付き形状も、１カ所のみ設けるの
ではなく、本実施の形態と同様の方法を範囲と加工時間
等を変えて繰り返すことにより、２カ所以上の段付き形
状を形成することももちろん可能であり、求められる加
工の態様により、浴電圧や電解液の組成等を制御するこ
とにより各電解加工条件を制御し、各加工部の表面粗さ
を段階的に良好にすべく変化させてもよい。この場合
は、「粗加工」を複数回繰り返せるため、最終的な「仕
上げ加工」により精度の高い加工に仕上げることが可能
となる。

【００５３】また、工具電極部材１を、電解液２ａ内で
回転できるように位置決め機構３を構成しておいてもよ
く、加工部の表面粗さの均一化等の制御が可能である。

【００５４】もちろん、同一の断面形状について表面粗
さを変化させるべく、電解加工条件や工具電極部材の回
転を行ってもよい。

【００５５】また、以上では、電気化学的な腐食加工と
しての電解加工を代表例として説明したが、化学的な腐
食加工によっても同様に実施可能である。

【００５６】この場合には、例えば、工具電極部材１が
銅製の場合、研磨液を温度６０〜６５℃の５％硫酸浴と
することによって、数分間で良好なその加工が可能であ
り、電解加工で得られた加工電極と同様の放電加工が可
能であった。

【００５７】また、さらに、ドライエッチング等の食刻
加工によっても同様に、工具電極部材１の加工は可能で
ある。

【００５８】この場合には、例えば、工具電極部材１の
下半分をレジストで覆った状態でエッチング加工を施
し、上半分の表面を一様にエッチングで除去すればよ
い。但し、この場合には、以上の例と異なり、上半分が
「粗加工」、下半分が「仕上げ加工」ようの加工部とな
る。

【００５９】（実施の形態２）本実施の形態では、工具
電極部材を、一般的なワイヤ放電加工ではなく、半導体
デバイス等の製造方法として用いられ得るリソグラフィ
を応用し加工して製作するものである。

【００６０】図３は、工具電極部材を、リソグラフィを
応用して製作する行程を順次示している。

【００６１】図３において、１１は導電性の基板、１２
はＰＭＭＡ製レジスト、１３はマスク、１４ａは第１の
微細構造体、及び１４ｂは第２の微細構造体である。

【００６２】まず、図３（ａ）に示されるように、基板
１１上にレジスト１２を所要の厚さに塗布し、その上に
必要な工具電極部材の軸方向の断面形状に対応した所定
の微細パターンを有するマスク１３を配置する。

【００６３】ついで、このマスク１３に対して不図示の
Ｘ線源からＸ線を照射し、マスク１３の微細パターン
を、Ｘ線リソグラフィによって、レジスト１２に露光部
１２ａを形成して転写した。

【００６４】ここで、本実施の形態で用いたＸ線は、直
進性、透過性ともに通常の白色光等の露光光源に対して
非常に優れるので、数百μｍ程度の厚いレジストに対し
てもサブミクロンの精度での露光が可能である。

【００６５】ついで、図３（ｂ）に示すように、レジス
ト１２の露光部１２ａを現像処理した後、未露光部をエ
ッチングにより溶解除去して、微細パターンを断面形状
とするレジスト構造体である第１の微細構造体１４ａを
形成する。

【００６６】この第１の微細構造体１４ａは、きわめて
アスペクト比の高い高精度な微細構造体である。

【００６７】ついで、図３（ｃ）に示すように、基板１
１を電極として、基板１１上に銅メッキを行った後、第
１の微細構造体１４ａを形成するレジストを溶解して基
板１１と分離し、結果として側面の平滑性に優れかつア
スペクト比の高い銅製の第２の微細構造体１４ｂを得
た。

【００６８】ついで、図３（ｄ）に示すように、この微
細構造体１４ｂと基板１１とを切断して、多量の工具電
極部材を得た。

【００６９】このようにして得られた工具電極部材は、
側面の平滑性に優れた高アスペクト比を有するものであ
る。

【００７０】そして、この工具電極部材に対して段付き
形状の加工電極として用いるべく加工を施すのは、実施
の形態で説明した腐食加工や食刻加工を適用すればよ
い。

【００７１】この場合、あえて基板１１から分離せず、
複数の工具電極部材が一体となった態様で、段付き加工
を施し、そのまま分離せず加工電極として用いてもよ
い。

【００７２】なお、本実施の形態では、高アスペクト比
の微細構造体を得る手段として、Ｘ線光源を用いたいわ
ゆるＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａ
ｎｏｆｏｒｍｉｎｇ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスを
適用して説明したが、その他のプロセス、例えば同様に
ＬＩＧＡ手法を用いるが、露光源を紫外線とするプロセ
スあるいは、ＲＩＥなどのドライエッチングによる深溝
レジスト加工とメッキ処理によるプロセスによっても、
同様に微細構造体が実現可能である。

【００７３】また、以上の全本実施の形態において例示
した材料等の諸条件は、あくまで本発明を限定するもの
ではなく、代表例として用いたに過ぎないことはいうま
でもない。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加工面の
表面粗さを適宜変化させ得て軸方向で任意の個数の段付
き形状を有する高精度の放電加工用工具電極が、場合に
よっては一度に大量に得られ、このような工具電極を用
いることによって、簡便かつ高精度であって生産性の高
い放電加工が行い得るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の放電加工用工具電極の
製造方法を示す説明図

【図２】同工具電極の構成及び加工の様子を示す説明図

【図３】本発明の実施の形態２の放電加工用工具電極と
なる部材の製造方法を示す説明図

【図４】従来の放電加工用工具電極の構成図

【図５】同他の電加工用工具電極の構成図

【符号の説明】

１ 工具電極部材 ２ 加工漕 ２ａ 電解液 ４ 電源 ３ 位置決め機構 ５ 電流計 ６ 陰極 １０ 加工電極 １１ 基板 １２ レジスト １３ マスク １４ａ 第１の微細構造体 １４ｂ 第２の微細構造体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 隆宏 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 芝池 成人 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に延在し前記軸方向について切っ
   た断面形状が所定の断面形状である工具電極部材を用意
   する行程と、前記工具電極部材に対してその軸方向の所
   定範囲内で前記断面形状が前記軸方向と垂直な方向で略
   均等に小さくなるように腐食加工または食刻加工を行い
   前記工具電極部材を加工する加工工程とを有する放電加
   工用工具電極の製造方法。
2. 【請求項２】 加工工程は、前記工具電極部材の前記断
   面形状が前記軸方向と垂直な方向で略均等に小さくなる
   程度が異なる複数の加工工程を含む請求項１記載の放電
   加工用工具電極の製造方法。
3. 【請求項３】 加工工程は、電気化学的腐食加工行程で
   ある請求項１または２記載の放電加工用工具電極の製造
   方法。
4. 【請求項４】 電気化学的腐食加工行程は電解加工工程
   であり、前記電解加工行程は、電解液を用意する行程
   と、前記工具電極部材と前記電解液との間に電圧を印加
   しながら前記工具電極部材を前記電解液に対して浸漬す
   る浸漬行程と、前記工具電極部材と前記電解液との間の
   電流を検出する電流検出行程と、前記電流検出行程で所
   定の電流が検出されたときに対応して初期位置を設定す
   る初期位置設定行程とを有し、前記工具電極部材は、前
   記初期位置設定行程で設定された初期位置から所望の距
   離だけ前記電解液に浸漬される請求項３記載の放電加工
   用工具電極の製造方法。
5. 【請求項５】 更に、工具電極部材を電解液中で回転さ
   せる行程を有する請求項４記載の放電加工用工具電極の
   製造方法。
6. 【請求項６】 更に、浴電圧を変化させる行程を有する
   請求項４または５記載の放電加工用工具電極の製造方
   法。
7. 【請求項７】 加工工程は、化学的腐食加工行程である
   請求項１または２記載の放電加工用工具電極の製造方
   法。
8. 【請求項８】 加工工程は、ドライエッチング行程であ
   る請求項１または２記載の放電加工用工具電極の製造方
   法。
9. 【請求項９】 工具電極部材は、基板を用意する行程
   と、前記基板上にレジストを配置する行程と、前記レジ
   スト上に所定の微細パターンを有するマスクを配置する
   行程と、前記所定の微細パターンを転写したレジストを
   エッチングして第１の複数の微細構造部を得るリソグラ
   フィ行程と、前記リソグラフィ行程で得た前記第１の複
   数の微細構造部を含む前記基板に対してメッキ処理をす
   るメッキ処理工程と、前記メッキ処理工程でメッキ処理
   された前記第１の複数の微細構造部を含む前記基板から
   前記第１の複数の微細構造部を除去して第２の複数の微
   細構造部を形成する形成行程とを有する工具電極部材形
   成行程により複数形成される請求項１から８のいずれか
   記載の放電加工用工具電極の製造方法。
10. 【請求項１０】 工具電極部材形成行程は、更に、第２
    の複数の微細構造部を基板から分離する工程を有する請
    求項９記載の放電加工用工具電極の製造方法。
11. 【請求項１１】 リソグラフィ行程の光源は、Ｘ線光源
    である請求項９または１０記載の放電加工用工具電極の
    製造方法。
12. 【請求項１２】 工具電極部材は、ワイヤ放電加工によ
    り形成される請求項１から８のいずれか記載の放電加工
    用工具電極の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれかに記載の
    放電加工用工具電極の製造方法により得られた放電加工
    用工具電極を用いて放電加工により加工対象物を加工す
    る放電加工方法であって、前記工具電極の断面形状が相
    対的に小さい部分と相対的に大きな部分とを順次前記加
    工対象物に接近させて前記加工対象物を加工する放電加
    工方法。
14. 【請求項１４】 工具電極の面粗さが粗い部分を粗加工
    に用いる請求項１３記載の放電加工方法。