JP2962583B2 - Strain-free precision numerical control processing method and apparatus by radical reaction - Google Patents
Strain-free precision numerical control processing method and apparatus by radical reactionInfo
- Publication number
- JP2962583B2 JP2962583B2 JP3027894A JP2789491A JP2962583B2 JP 2962583 B2 JP2962583 B2 JP 2962583B2 JP 3027894 A JP3027894 A JP 3027894A JP 2789491 A JP2789491 A JP 2789491A JP 2962583 B2 JP2962583 B2 JP 2962583B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- processing
- workpiece
- electrode
- data
- reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for precise numerical control of strain using a radical reaction, and more particularly, to a semiconductor such as silicon single crystal or a conductor or an insulator such as glass or ceramic. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distortion-free precision numerical control processing method and apparatus capable of processing with high accuracy without introducing a thermal deterioration 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。2. Description of the Related Art Conventionally, a neutral radical based on a reaction gas generated by an electrode to which a high voltage is applied is supplied to a processing surface of a workpiece, and a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules of the processing surface is performed. Volatile substances generated by vaporization can be removed by vaporization, and processing can be performed with high precision without introducing defects or thermally altered layers in semiconductors such as silicon single crystals or conductors or insulators such as glass or ceramics. The distortion-free precision machining method has been disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-125.
No. 829 has already been disclosed.
【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 processing or the like based on the conventional processing principle using fine cracks, numerical control is performed in which coordinates of a target processing surface are input numerically and a feed amount of a cutting tool in a direction approaching a workpiece is controlled based on the input. 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。[0004] However, in the method and the apparatus for distortion-free precision numerical control by radical reaction, the processing principle is fundamentally different from that of the numerically controlled machine, so that the control mechanism used in the conventional numerically controlled machine is used. It cannot be applied as is. For example, in a conventional numerically controlled machine tool, after a workpiece is processed into a target shape, even if the cutting tool is moved along the target shape, the workpiece is not further processed. In the method of the present invention using
When the processing electrode is similarly moved, neutral radicals generated based on the reaction gas are supplied to the processing surface, whereby the processing proceeds 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。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, the present invention aims at solving the problem by generating a radical reaction between a neutral radical based on a reactive gas and an atom or a molecule on a processing surface of a workpiece. In removing the volatile substances that have been removed and proceeding with the machining, 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 is used, and the pre-machining surface input to the control circuit and the target machining Set the processing time according to the processing amount corresponding to the deviation of the coordinates of the surface, and specifically, numerically control the scanning speed according to the processing amount or set the stop time according to the processing amount when scanning stepwise. It is an object of the present invention to provide a distortion-free precision numerical control processing method by a radical reaction and an apparatus therefor, which can perform numerical control and perform numerical control 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、加工電極を加工面に対して相対的に変化させて
加工するものであって、反応ガスの種類と被加工物の材
質に応じて決定される、加工時間と加工量との間の相関
データと、前加工面と目的加工面の座標データとに基づ
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。According to the present invention, a neutral radical based on a reactive gas generated by a processing electrode to which a high voltage is applied is supplied to a processing surface of a workpiece to solve the above-mentioned problem. Volatile substances generated by the radical reaction between the neutral radicals and atoms or molecules on the processing surface are removed by vaporization, and the processing is performed by changing the processing electrode relative to the processing surface. It is determined according to the material type and the workpiece gas, processing time and the processing amount and the correlation data and the machining time according to the coordinates difference based on the front working surface and the coordinate data of the object processed surface between the A numerical control method for distortion-free precision numerical control by radical reaction was established.
【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、該座標データ
と前記相関データとによって作成された座標と走査速度
を関係づけるNCデータに基づき、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
走査速度を制御するとともに、走査速度が連続的に変化
するように加速度制御した。In controlling the processing time, the shape of the pre-processed surface is measured before starting the process, and the coordinate data of the pre-processed surface and the target processed surface are input to a control circuit, and the coordinate data and the correlation data are input. based on the NC data relating to scanning speed and the coordinates created by the controls the relative scanning speed of the machining electrode and the workpiece at numerically controlled drive mechanism by the control circuit, the scanning speed is continuously The acceleration was controlled to change.
【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、該座標データ
と前記相関データとによって作成された座標と停止時間
を関係づけるNCデータに基づき、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加工電極の移動が緩やかにな
るように速度制御することも可能である。In controlling the machining time, the shape of the pre-machined surface is measured before machining is started, and coordinate data of the pre-machined surface and the target machined surface are input to a control circuit, and the coordinate data and the correlation data are input. gradual movement of the scanned and processed electrode based on the NC data relating the stop time and coordinates created, the machining electrode and the workpiece at numerically controlled drive mechanism by the control circuit to a relatively stepwise by a It is also possible to control the speed so that
【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、該座標データと前記相関データとによって作
成された座標と走査速度を関係づけるNCデータに基づ
き、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するとともに、
走査速度が連続的に変化するように加速度制御するか若
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
制御するとともに、加工電極の移動が緩やかになるよう
に速度制御することも可能である。Furthermore, the pre-machined surface shape of the measured during machining progress, enter the coordinate data of the previous working surface and purpose processing surface to the control circuit, the coordinates created by said correlation data and the coordinate data Based on the NC data relating the scanning speed, the driving mechanism numerically controlled by the control circuit controls the relative scanning speed between the processing electrode and the workpiece,
When controlling the acceleration so that the scanning speed changes continuously or when scanning the processing electrode and the workpiece relatively stepwise, control the stop time according to the coordinate difference between both processing surfaces, It is also possible to control the speed so that the movement of the processing electrode becomes gentle.
【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、反応ガスの種類と被加工物の材質に応じ
て決定される、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
の間の相関データが入力され、更に被加工物の前加工面
と目的加工面の座標データが入力され、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。In order to carry out the method, a reaction vessel capable of sealing or flowing an atmospheric gas containing a reaction gas at a high pressure, a processing electrode disposed in the reaction vessel, and a direct current or alternating current A power supply for applying a high voltage to generate neutral radicals based on the reaction gas, a drive mechanism having a servomotor capable of displacing one of the processing electrode or the workpiece relative to the other, and Or a measuring means for measuring the shape of the pre-processed surface of the workpiece during the progress of processing, and determined by the type of reaction gas and the material of the workpiece, the processing time by the processing electrode, neutral radicals seat front working surface and purpose processing surface of the correlation data are inputted, further workpiece between the processing amount can be removed by vaporizing the volatile material produced by the radical reaction with atoms or molecules of the working surface Data is input, it constituted their coordinate difference workpiece with no strain precision numerical control machining apparatus a control signal related to the relative scanning by more becomes a radical reaction and a control circuit for outputting to the drive mechanism of the machining electrode in accordance with the.
【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、反応ガスの種類と被加
工物の材質に応じた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。According to the present invention, there is provided a method and an apparatus for precise numerical control of distortion-free processing by radical reaction according to the present invention, the processing time by a processing electrode, the radical reaction between neutral radicals and atoms or molecules constituting a processing surface. Between the type of reaction gas and
Utilizing the fact that there is a correlation according to the material of the workpiece, when the coordinates of the pre-processed surface and the target processed surface of the workpiece are input to the control circuit to which this correlation data has been input in advance, it corresponds to the coordinate difference. The optimum machining time at a certain point on the machining surface is calculated from the correlation data according to the machining amount to be machined, and the machining electrode and the workpiece are relatively moved by a drive mechanism having a servomotor to which a control signal is input based on the calculated machining time. Moving and processing,
This is to obtain a target processed surface without introducing a defect or a thermally altered layer.
【0012】また、加工面のある点を最適な加工時間で
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
度を数値制御する場合には、加工電極が所定の滞在時間
になるように走査速度を最適に設定するとともに、走査
速度が連続的に変化するように加速度制御し、また加工
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
とともに、加工電極の移動が緩やかになるように速度制
御し、加工電極の急激な移動に伴って発生する振動や加
工量の異常を極力抑制し、0.01μm以上の形状精度
を出すのである。 Further, in order to machine a certain point on the machined surface in an optimal machining time, the relative scanning speed between the machining electrode and the workpiece according to the machining amount corresponding to the coordinate difference between the previous machined surface and the target machined surface. If the machining electrode is controlled numerically , the machining electrode
Optimally set the scanning speed so that
Acceleration control so that the speed changes continuously, and machining
When scanning the electrode and workpiece relatively stepwise
Controls the stop time according to the coordinate difference between both processing surfaces
At the same time, control the speed so that the machining electrode moves slowly.
Vibrations and stresses caused by rapid movement of the machining electrode.
Abnormality of workmanship is suppressed as much as possible, and shape accuracy of 0.01μm or more
Is issued.
【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。Further, when measuring the shape of the pre-processed surface before starting the process and inputting the coordinate data to the control circuit,
Since the relative scanning speed or stop time between the processing electrode and the workpiece is calculated in advance, the number of coordinate calculations during processing 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。When the shape of the pre-processed surface is measured during the processing and the coordinate data is input to the control circuit, the optimum scanning speed or stop time is calculated as the processing progresses. It is possible to proceed while correcting the inside machining error.
【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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention;
【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 is a conceptual diagram of a precision distortion-free numerical control apparatus by a radical reaction according to the present invention. In the figure, 1 is a reaction vessel, 2 is a working electrode, 3 is a power source, 4 is a driving mechanism, and 5 is a control mechanism. A computer as a circuit is shown, 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。According to the present invention, a DC or AC high voltage is applied from a power source 3 to a processing electrode 2 disposed in a reaction vessel 1 capable of sealing or flowing an atmosphere gas containing a reaction gas, thereby forming a processing electrode 2 and a processing target. A high electric field is generated in the processing gap between the workpieces S, and a neutral radical based on the reaction gas is generated by the electric field, and a radical reaction between the neutral radicals and atoms or molecules constituting the processing surface of the workpiece S is performed. The generated volatile substances are vaporized and removed to advance the processing. The processing electrode 2 attached to the drive mechanism 4 receives a control signal for scanning calculated based on the correlation data of the processing time and the processing amount previously input from the computer 5, and inputs the control signal to the drive mechanism 4. The rotation angle or the number of rotations of the servo motor constituting the drive mechanism 4 is numerically controlled, scanned along a predetermined scanning line, and processed into a target shape. Also, although not shown, a measuring means for measuring the shape of the front processing surface is provided, and the shape data of the workpiece S is measured before starting the processing, or is measured during the processing by using the measuring means, and the coordinate data is transmitted to the computer 5. It is possible to enter.
【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 processing time can be controlled by controlling the scanning speed, and when scanning stepwise, by controlling the stop time. When the processing electrode 2 and the workpiece S are relatively scanned, there is a case where one of them is fixed and the other is moved, and a case where both are moved. In the present embodiment, an embodiment will be described in which the shape of the pre-processed surface is measured before starting the process, the processing electrode 2 is moved based on the coordinate data of the pre-processed surface and the target processed 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 processing electrode 2 are to be appropriately adopted according to the shape of the target processing surface, and are roughly classified into an electric field concentration type and an electric field dispersion type. Is shown, the tip is narrowed, the plasma generated between the tip and the processing surface of the workpiece S is localized, and the region where neutral radicals are generated is limited. This makes it possible to perform point machining on a complicated machining surface. Examples of the electric field dispersion type electrode include a planar electrode, and a smoothing process can be performed using this electrode instead 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。The high voltage applied from the power source 3 to the processing electrode 2 is DC or AC depending on whether the workpiece S is a conductor, a semiconductor or an insulator.
The F region is used, and the voltage is set to the minimum necessary for the generation of neutral radicals based on the reaction gas from the ambient gas containing the reaction gas and the inert gas, and excessively high energy charged particles are generated. Thus, the workpiece S is not damaged. Here, when the workpiece S is a conductor or a semiconductor, a direct current high voltage is applied to the processing electrode 2, the workpiece S is grounded, and the workpiece S is a semiconductor or an insulator. , 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。ここで、加工速度と
は、加工量をその加工時間で除したものであり、従って
加工速度は加工時間と加工量に関係づけられ、前述の加
工時間と加工量との間の相関データとはこの加工速度に
関するデータを意味する。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S
F6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
スのプラズマを先す発生させ、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。The processing speed depends on the type of reaction gas and the workpiece S
Therefore, it is necessary to select an optimum reaction gas according to the workpiece S. Where the processing speed and
Is the machining amount divided by the machining time, and therefore
The processing speed is related to the processing time and the processing amount.
The correlation data between the processing time and the processing amount is
Related data. For example, when the workpiece S is silicon single crystal or quartz glass, the reaction gas is S
F 6 is suitable. Other reactive gases include CF 4 in the case of fluorine and Cl 2 , CCl 4 , and the like in the case of chlorine.
PCl 4 and the like. The reaction gas is not directly excited by the high electric field, but generates a plasma of an inert gas which is easily ionized or excited by the high electric field, and generates neutral radicals by collision with the reaction gas. is there. Here, even if the inert gas plasma and the neutral radicals due to the reaction gas are generated in the same region, the inert gas plasma is generated first, and then transported to collide with the reaction gas in different regions. It is also possible 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/
sec、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、0.5μm,0.1mm/se
c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 driving mechanism 4 includes the machining electrode 2
And a stage (X,
Y, Z), and each stage is driven by a servomotor via a ball screw. The minimum moving distance (moving distance per one pulse of the motor control signal) and the maximum moving speed of each stage are 0.16 μm and 8 mm / X-axis (direction along the reference plane), respectively.
sec, and 0.5 μm, 0.1 mm / sec in the Y axis (direction along the reference plane) and the Z axis (direction perpendicular to the reference plane).
c. Each servo motor is connected to a computer 5
FIG. 2 shows a system configuration diagram of the driving. Each stage has a similar drive system, and a normal drive state is always guaranteed by a feedback pulse from a rotary encoder as shown in the figure.
【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。As shown in FIG. 3, the scanning at the time of numerical control (NC) processing is carried out by feeding a predetermined length by an X stage capable of high-speed driving, then by one step by a Y stage, and again by an X stage. The operation of sending in the reverse direction is repeated. At this time, the processing surface is obtained as an accumulation of spot-like processing traces indicated by circles in the drawing.
【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 performing numerical control machining, stability of machining speed is very important for machining accuracy, and at the same time, what is selected as a control variable is an important problem. Volatile substances generated by a radical reaction between the neutral radicals based on the reaction gas of the present invention and atoms or molecules constituting the processing surface of the workpiece S are vaporized and removed, and the processing amount when the processing is advanced by removing and Since the scanning speed has a correlation, the scanning speed is used as a control variable. The amount of processing can be controlled by the scanning speed of each point. The correlation data between the processing amount and the scanning speed is input to 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−
Z2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(Chemi
cal VaporizationMachinin
g)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 in The reference plane assumed for the workpiece S is set to the XY plane,
The Z axis is taken in a direction perpendicular to this plane. When a target shape is obtained by the present invention, a procedure is adopted in which only the deviation from the shape of the pre-processed surface is processed. As shown in the figure, the pre-processed surface is measured with a predetermined accuracy in a constant temperature chamber, and the shape data (x, y, Z 1 ) at each coordinate point is input to the computer 5. Also,
Numerical data (x, y, Z 2 ) of the shape of the target machined surface is also input to the computer at the same time, and the required machining amount Z 1 − at each point.
Z 2 is calculated. Correlation data between the processing amount and the scanning speed for the workpiece S at that time has already been input to the computer. Based on this value, the scanning speed at each point as a control variable is calculated, and numerical control CVM is performed. (Chemi
cal VaporizationMachinin
g) 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 processing using NC data calculated from the coordinate difference between the measurement result of the pre-processed surface and the shape to be processed 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。FIG. 6 shows a flowchart of this software (NC software), and its subroutine is shown in FIGS. 7 and 8 (FIGS. 7 and 8 are continuous). N
The C software reads the NC data, and then controls each axis according to the data therein. The above-described NC data describes a scanning method in which the processing electrode is reciprocated in the X-axis direction and is gradually moved in the Y-axis direction at each turn while being reciprocated. The control of the processing time at each point required for NC processing is performed by controlling the scanning speed of the processing 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。On the NC data, the scanning speed corresponding to the average processing amount in each divided control section is given as NC data, and the change of the scanning speed during the control section is made as gentle as possible by the NC software. The scanning speed is controlled by such acceleration. With this control method, the amount of processing during each control section can be linearly interpolated. Also, if the scanning speed is suddenly changed without such control, a large acceleration acts at that moment, and at this moment, the vibration generated on the stage changes the distance between the processing electrode and the workpiece, and the The machining amount shows an abnormal value at the point. For this reason, it is important to control the scanning speed to be continuous. Another point to be noted in performing the NC processing is the minimum value of the scanning speed of the processing electrode. If the total processing amount is large, the processing amount can be increased by reducing the scanning speed of the processing electrode, but at this time, the step between the processed portion and the non-processed portion caused by one scan in the X-axis direction increases, The distribution of neutral radicals may change. Therefore, the minimum value of the scanning speed is fixed, and when a large processing amount is required, the processing area is repeatedly scanned to cope with the processing amount.
【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 a memory of a computer. The NC data includes a header portion and a command data portion. The header portion has information such as a title, a processing amount, a creation date and time, and a version number, and a command data portion which is data for actually executing the NC processing. Contains a loop command 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YZ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 reads and executes the command data sequence from the front as shown in the flowcharts of FIGS. (1) If the command data is a termination instruction, the NC processing is terminated there. (2) If the command data is Y-axis or Z-axis movement instruction data, confirm that the YZ-axis stage has stopped by reading the status of the control board of the motor mounted on the expansion I / O slot of the computer. Then, all the pulses and the moving speed are set on the control board of the motor, and the movement is instructed. (3) If it is X-axis movement instruction data, first calculate acceleration (if there is speed control data for NC machining) and speed change position, and confirm that the X-axis stage is stopped. Thereafter, parameters such as initial speed, acceleration, arrival speed, deceleration start point, and deceleration 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 by the pulse counter on the control board of the X-axis motor, and when it comes to the previously calculated speed change point, the computer changes the speed and acceleration to be changed. And instruct speed change. This speed change is repeated until there is no speed control data. (4) If it is the 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
NC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, the details of the X-axis speed control for NC machining will be described. Motor and controller functions include a function that automatically performs a series of operations such as acceleration start, constant speed rotation, and deceleration stop. When a speed change instruction is given during constant speed rotation, the speed changes at the given acceleration. There is also a function to perform. The speed control for NC machining is performed using this function. As shown in FIG. 9, an acceleration period w (number of rotation pulses of the motor) is provided between the control sections by the NC software, and the acceleration control is performed so that the scanning speed changes continuously. In order to match the speed change point given to the NC data at the point where w / 2 rotation is started after acceleration, the speed change point given to the NC data is changed by w / 2 from the speed change point given to the NC data.
The point just before is the actual speed change point. In order to make the acceleration as small as possible, it is necessary to increase w as much as possible. However, since acceleration is performed in the range of w / 2 before and after the speed change point given in the NC data, the next speed In order not to overlap the acceleration section for the change point and to try to maximize w, the length of the control section before and after the speed change point must be the same as the shorter of the lengths. The speed change position and the acceleration are calculated each time the X axis is scanned in the NC software as described above, from the length of each control section and the speed data there.
【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 processing electrode 2 of the electric field concentration type is scanned, spot-shaped processing traces are integrated and processed into an arbitrary target shape. As shown in FIG. 10, the process can be performed using a flat plate-shaped electric field dispersion type processing electrode 2. The scanning control of the machining 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。In addition, as shown in FIG. 11, when the processing electrode 2 which is of the electric field concentration type but extends in the Y-axis direction is used, scanning in the Y-axis direction becomes unnecessary, and only the X-axis direction is used. By scanning, a processed surface having a waveform as shown in the figure is 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。Each of the processing electrodes 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 the region. It is externally generated. However, when the processing gap changes, the state of plasma generation is different, so that plasma is always generated under the same conditions inside the electrode, neutral radicals are generated, and the neutral radicals are supplied to the processing surface to process. Endogenous types may be preferred. When a high frequency is used for generating plasma, the high frequency may be absorbed and heated depending on the material of the workpiece S, so that the internally generated type is suitable. Two examples of the internally generated type 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1
2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 the internally generated type and the electric field concentrated type processing electrode 2. The processing electrode 2 is composed of an electrode 6 for applying a high voltage at the center and a grounded counter electrode 7 around the electrode 6.
The electrode 6 is inserted into a hollow counter electrode 7 via an insulator 8 such as a insulator. The counter electrode 7 is provided with a nozzle portion 9 formed in a tapered shape at the tip and an ejection port 10 at the center thereof, and the tip of the electrode 6 is arranged close to the nozzle portion 9 facing the ejection port 10. ing. Further, in order to supply an atmosphere gas containing a reaction gas into the inside of the counter electrode 7, a supply pipe 1 which can be extended and contracted to a gas supply hole 11 opened in a side surface of the counter electrode 7 or an insulator 8.
2 are connected. When the atmosphere gas is supplied from the supply pipe 12 into the counter electrode 7, 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 the continuous supply of the atmospheric gas, the atmospheric gas containing neutral radicals is supplied from the jet port 10 to the processing surface of the workpiece S, and the processing proceeds as described above. In order to quickly remove the atmosphere gas after the processing and the volatile substances generated by the processing from the processing surface, a gas recovery unit 13 having a tip end side opened around the nozzle 9 of the counter electrode 7 is provided. 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. In addition, this processing electrode 2
In the case of processing a spot, it is formed in a columnar shape, and in the case of processing a large area simultaneously, it is formed in a long shape with the cross-sectional shape shown in the figure, and the shape is not particularly 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 and electric field dispersion type processing electrode 2. This processed electrode 2 has a flat electrode 6 disposed inside a flat hollow counter electrode 7,
A support rod 16 extending from the electrode 6 is fixed to one side surface via an insulator 8, and a large number of ejection ports 10 are provided on a flat surface 17 on the other side facing the processing surface of the workpiece S. Has formed. The plate-shaped electrode 6 is disposed close to the inner surface of the flat surface 17, and supplies an atmosphere gas containing a reaction gas through a supply pipe 12 and a gas supply hole 11 connected to the counter electrode 7. Plasma is generated between the flat surface 17 and neutral radicals are generated, and supplied to the processing surface of the workpiece S from the ejection port 10. Although not shown, a recovery unit similar to the gas recovery unit 13 described above is appropriately provided.
【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 concentrated type processing electrode 2. An injection port 10 for an atmospheric gas is formed at the center of the tip of a single tapered electrode and communicates with the injection port 10. A gas supply hole 11 is formed, a supply pipe 12 is connected to the gas supply hole 11, and a gas recovery unit 13 is formed 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 adjustment of the processing gap between the processing electrode 2 and the processing surface of the workpiece S can be rigidly performed by moving the Z-axis stage. As shown in FIGS. Can be performed by floating the processing electrode 2 by the dynamic pressure of the ejected atmospheric gas. That is, the gas pressure supplied by the supply pipe 12 is adjusted, and the processing gap can be adjusted as a gas bearing by the ejection pressure of the atmospheric gas 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。FIGS. 15 and 16 mainly show the work S
Blade-type machining electrode 2 used for cutting a workpiece
Is shown. This is because the processing groove becomes deeper as the cutting progresses, and the normal gas supply means cannot supply the atmosphere gas including the reaction gas sufficiently. Therefore, the gas supply path 18 and the gas recovery path 19 are formed inside the flat processing electrode 2. Is provided.
【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2
0,…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1
8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. 15 has a flat electrode 6 disposed at the center, and spacers 2 from both sides thereof.
The flat surface plates 21 and 21 are fixed with 0,.
The gap between the electrode 6 and one surface plate 21 is defined as a gas supply path 1
8 and the gap with the other surface plate 21 is
It is of the following structure. In this case, the tip of the electrode 6 is made to protrude from both surface plates 21 and 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 machining electrode 2 shown in FIG. 16 has a large number of grooves 2 on both sides of the flat intermediate plate 22 from the base end toward the tip end.
Are formed, the surface plates 21 and 21 are joined from both sides thereof, and the gas supply path 18 partitioned by the concave groove 23 and the surface plate 21 is formed.
And a gas recovery path 19, and a rod-shaped electrode 6 coated with a material having corrosion resistance to reactive gas and neutral radicals is fixed along the tip of the intermediate plate 22, and is provided on both sides of the electrode. Has 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 described above is to simultaneously supply a reactive gas and an inert gas and to generate plasma by the inert gas and neutral radicals based on the reactive gas in the same region. As shown in the figure, first, a plasma is generated by an inert gas, which is transferred toward the processing surface of the workpiece S, and collides with a reaction gas in a region different from the plasma generation region to generate neutral radicals. It is.
More specifically, in addition to the structure substantially similar to the processing electrode 2 shown in FIG. 12, the inert gas supplied from the inert gas supply pipe 12 is supplied to the inner surface of the nozzle portion 9 at a predetermined distance from the jet port 10. And between the tip of the electrode 6 to be ionized and excited, transferred to the jet port 10 side by the gas pressure, and supplied to a reaction space 24 provided immediately before the jet port 10 with a flexible reaction gas supply pipe 25 and Gas inlet pipe 26
In this structure, a neutral radical is generated by colliding with a reaction gas supplied through the workpiece S and supplied to the processing surface of the workpiece S. With this configuration, there is no possibility that the generated plasma comes into contact with the processing surface, and the temperature of the processing surface hardly increases, so that processing at a lower temperature becomes possible. It is also effective when a reaction gas that captures electrons in the plasma and adversely affects the plasma state is used, for example, when a halogen gas is used.
【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、反応ガスの種類と被加工物の材質に応じ
た相関があることを利用し、加工面に欠陥や熱的変質層
を導入することなく、加工時間を数値制御することによ
り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。As described above, according to the method and apparatus for precise numerical control of distortion-free by radical reaction of the present invention,
Between the processing time by the processing electrode at a certain point on the processing surface of the workpiece and the processing amount progressing by removing volatile substances due to radical reactions between neutral radicals and atoms or molecules constituting the processing surface Depending on the type of reaction gas and the material of the workpiece
By taking advantage of the fact that there is a correlation, the processing time can be numerically controlled without introducing defects or thermally altered layers on the processing surface .
The target machined surface can be automatically obtained with a shape accuracy of 0.01 μm or more.
【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。その上、走査速
度を制御する場合には、加工電極が所定の滞在時間にな
るように走査速度を最適に設定するとともに、走査速度
が連続的に変化するように加速度制御し、また加工電極
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とと
もに、加工電極の移動が緩やかになるように速度制御す
ることによって、加工電極の急激な移動に伴って発生す
る振動や加工量の異常を極力抑制し、0.01μm以上
の形状精度を達成することができるのである。 Further, when scanning is performed at a scanning speed or in a step-like manner capable of performing accurate and highly repetitive control as a control variable, the stop time is used, so that the optimal processing time at a certain point on the processing surface is reduced. It can be set accurately and easily, and numerical control becomes easy. In addition, the scanning speed
When controlling the degree, the machining electrode
Optimally set the scanning speed so that
The acceleration is controlled so that
And when scanning the workpiece relatively stepwise,
The stop time is controlled according to the coordinate difference between the two machining surfaces.
In addition, speed control is performed so that the machining electrode moves slowly.
Generated by the sudden movement of the machining electrode
Vibration and processing abnormalities are suppressed as much as possible, and 0.01μm or more
Shape accuracy can be achieved.
【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。Further, when measuring the shape of the pre-processed surface before starting the process and inputting the coordinate data to the control circuit,
Since the relative scanning speed or the stop time between the processing electrode and the workpiece is calculated in advance, the number of coordinate calculations during processing can be reduced, so that high-speed processing can be performed.
【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 the processing and the coordinate data is input to the control circuit, the optimum scanning speed or stop time is calculated with the progress of the processing. Since it is possible to proceed while correcting the middle processing error, the accuracy can be further improved.
【図1】本発明の装置の概念図FIG. 1 is a conceptual diagram of the apparatus of the present invention.
【図2】駆動用サーボモータの制御ブロック図FIG. 2 is a control block diagram of a driving servomotor.
【図3】スポット走査による広領域加工の概念図FIG. 3 is a conceptual diagram of wide area processing by spot scanning.
【図4】前加工面と目的加工面の関係を示す概念図FIG. 4 is a conceptual diagram showing a relationship between a front processing surface and a target processing surface.
【図5】数値制御加工の手順を示すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing a 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FIG. 6 is a 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FIG. 7 is a flowchart showing the first half of a subroutine of the 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FIG. 8 is a flowchart showing the latter half of the subroutine of the numerical control software.
【図9】走査における加減速制御の概念図FIG. 9 is a 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 is a simplified perspective view showing an example of an electric field dispersion type processing 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 is 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FIG. 12 is a simplified cross-sectional view illustrating 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 is 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 is 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
図FIG. 15 is a partially simplified perspective view showing an example of a blade-type machining 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 is a 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 is a simplified cross-sectional view showing an example of an internally generated processing electrode in which a plasma generation region and a neutral radical generation region are different.
1 反応容器 2 加工電極 3 電源 4 駆動機構 5 制御回路(コンピュータ) 6 電極 7 対向電極 8 絶縁体 9 ノズル部 10 噴出口 11 ガス供給孔 12 供給パイ
プ 13 ガス回収部 14 ガス回収
孔 15 回収パイプ 16 支持棒 17 平坦面 18 ガス供給
路 19 ガス回収路 20 スペーサ
ー 21 表面板 22 中間板 23 凹溝 24 反応空間 25 供給パイプ 26 ガス導入
管DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 2 Processing electrode 3 Power supply 4 Drive mechanism 5 Control circuit (computer) 6 Electrode 7 Counter electrode 8 Insulator 9 Nozzle part 10 Spout port 11 Gas supply hole 12 Supply pipe 13 Gas recovery part 14 Gas recovery hole 15 Recovery pipe 16 Support rod 17 Flat surface 18 Gas supply path 19 Gas recovery path 20 Spacer 21 Surface plate 22 Intermediate plate 23 Groove 24 Reaction space 25 Supply pipe 26 Gas introduction pipe
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−125829(JP,A) 米国特許4668366(US,A) ”SPIE”Vol.966 Adsr ances in Fabricati on and Metrology f or Optics and Larg e Optics(1988)PP.82〜90 ”SPIE”Vol.1333 Adva nced Optical Manuf acturing and Tasti ng(1990)pp.44〜57Continuation of front page (56) References JP-A-1-125829 (JP, A) U.S. Pat. No. 4,668,366 (US, A) "SPIE" Vol. 966 Adsrances in Fabrication and Metrology for Optics and Large Optics (1988) PP. 82-90 "SPIE" Vol. 1333 Advanced Optical Manufacturing and Testing (1990) pp. 44-57
Claims (6)
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、加工電極を加工面に対して相対的に変化させ
て加工するものであって、反応ガスの種類と被加工物の
材質に応じて決定される、加工時間と加工量との間の相
関データと、前加工面と目的加工面の座標データとに基
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。1. A neutral radical based on a reaction gas generated by a processing electrode to which a high voltage is applied is supplied to a processing surface of a workpiece, and a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules of the processing surface is performed. The generated volatile substances are vaporized and removed, and the processing electrode is processed by changing relative to the processing surface, and is determined according to the type of the reaction gas and the material of the workpiece, correlation data and, before processing surface and unstrained precision numerical control machining method by a radical reaction in which a numerically controlled machining time according to the coordinates difference based on the coordinate data of the object processed surface between the processing time and the processing amount .
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、該座標データと前記相関データとによって作成さ
れた座標と走査速度を関係づけるNCデータに基づき、
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するとともに、走査
速度が連続的に変化するように加速度制御してなる請求
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。2. The shape of a pre-processed surface is measured before processing is started,
Enter the coordinate data of the unprocessed surface and the objective working surface to the control circuit, based on the NC data relating to scanning speed and the coordinates created by said correlation data and the coordinate data,
2. A radical reaction according to claim 1, wherein the relative scanning speed between the processing electrode and the workpiece is controlled by a drive mechanism numerically controlled by a control circuit, and the acceleration is controlled so that the scanning speed changes continuously. No distortion precision numerical control processing method.
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、該座標データと前記相関データとによって作成さ
れた座標と停止時間を関係づけるNCデータに基づき、
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加工電極
の移動が緩やかになるように速度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. The shape of the pre-processed surface is measured before starting the process,
Enter the coordinate data of the unprocessed surface and the objective working surface to the control circuit, based on the NC data relating the stop time and the coordinates created by the with the coordinate data and the correlation data,
2. A method according to claim 1, wherein the driving mechanism numerically controlled by the control circuit scans the processing electrode and the workpiece relatively stepwise and controls the speed so that the movement of the processing electrode becomes gentle.
A distortion-free precision numerical control processing method by the radical reaction as described.
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、該座標データと前記相関データとによって作成さ
れた座標と走査速度を関係づけるNCデータに基づき、
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するとともに、走査
速度が連続的に変化するように加速度制御してなる請求
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. The shape of a pre-processed surface is measured while the process is in progress,
Enter the coordinate data of the unprocessed surface and the objective working surface to the control circuit, based on the NC data relating to scanning speed and the coordinates created by said correlation data and the coordinate data,
2. A radical reaction according to claim 1, wherein the relative scanning speed between the processing electrode and the workpiece is controlled by a drive mechanism numerically controlled by a control circuit, and the acceleration is controlled so that the scanning speed changes continuously. No distortion precision numerical control processing method.
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、該座標データと前記相関データとによって作成さ
れた座標と停止時間を関係づけるNCデータに基づき、
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加工電極
の移動が緩やかになるように速度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. The shape of a pre-processed surface is measured while the process is in progress,
Enter the coordinate data of the unprocessed surface and the objective working surface to the control circuit, based on the NC data relating the stop time and the coordinates created by the with the coordinate data and the correlation data,
2. A method according to claim 1, wherein the driving mechanism numerically controlled by the control circuit scans the processing electrode and the workpiece relatively stepwise and controls the speed so that the movement of the processing electrode becomes gentle.
A distortion-free precision numerical control processing method by the radical reaction as described.
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、 反応ガスの種類と被加工物の材質に応じて決定される、
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間の相関デー
タが入力され、更に被加工物の前加工面と目的加工面の
座標データが入力され、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 capable of sealing or flowing an atmospheric gas containing a reaction gas at a high pressure, a processing electrode disposed in the reaction vessel, and a reaction gas applied by applying a high DC or AC voltage to the processing electrode. A driving mechanism having a servomotor capable of displacing one of the processing electrode or the workpiece relative to the other, and a workpiece before starting the processing or during the processing. Measuring means for measuring the shape of the pre-processed surface, determined according to the type of reaction gas and the material of the workpiece,
Correlation data between the processing time by the processing electrode and the processing amount capable of vaporizing and removing a volatile substance generated by a radical reaction between a neutral radical and atoms or molecules on the processing surface is input, and further processed. A control circuit for inputting coordinate data of a pre-processed surface of a workpiece and a target processed surface, and outputting a control signal relating to relative scanning between the workpiece and the processing electrode to a driving mechanism in accordance with a difference in the coordinates. A unique numerical processing machine for distortion-free precision control by radical reaction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3027894A JP2962583B2 (en) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | Strain-free precision numerical control processing method and apparatus by radical reaction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3027894A JP2962583B2 (en) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | Strain-free precision numerical control processing method and apparatus by radical reaction |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04246184A JPH04246184A (en) | 1992-09-02 |
JP2962583B2 true JP2962583B2 (en) | 1999-10-12 |
Family
ID=12233597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3027894A Expired - Fee Related JP2962583B2 (en) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | Strain-free precision numerical control processing method and apparatus by radical reaction |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2962583B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7776228B2 (en) | 2006-04-11 | 2010-08-17 | Ebara Corporation | Catalyst-aided chemical processing method |
EP2381008A2 (en) | 2006-08-28 | 2011-10-26 | Osaka University | Catalyst-aided chemical processing method and apparatus |
US8734661B2 (en) | 2007-10-15 | 2014-05-27 | Ebara Corporation | Flattening method and flattening apparatus |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3612158B2 (en) * | 1996-11-18 | 2005-01-19 | スピードファム株式会社 | Plasma etching method and apparatus |
JP5115466B2 (en) * | 2008-12-17 | 2013-01-09 | セイコーエプソン株式会社 | Plasma processing equipment |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4668366A (en) | 1984-08-02 | 1987-05-26 | The Perkin-Elmer Corporation | Optical figuring by plasma assisted chemical transport and etching apparatus therefor |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5391495A (en) * | 1977-01-23 | 1978-08-11 | Toshihiko Furukawa | Electrospark working method |
JP2521127B2 (en) * | 1987-06-26 | 1996-07-31 | 勇藏 森 | Strain-free precision processing method by radical reaction |
-
1991
- 1991-01-28 JP JP3027894A patent/JP2962583B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4668366A (en) | 1984-08-02 | 1987-05-26 | The Perkin-Elmer Corporation | Optical figuring by plasma assisted chemical transport and etching apparatus therefor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
"SPIE"Vol.1333 Advanced Optical Manufacturing and Tasting(1990)pp.44〜57 |
"SPIE"Vol.966 Adsrances in Fabrication and Metrology for Optics and Large Optics(1988)PP.82〜90 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7776228B2 (en) | 2006-04-11 | 2010-08-17 | Ebara Corporation | Catalyst-aided chemical processing method |
EP2381008A2 (en) | 2006-08-28 | 2011-10-26 | Osaka University | Catalyst-aided chemical processing method and apparatus |
US8734661B2 (en) | 2007-10-15 | 2014-05-27 | Ebara Corporation | Flattening method and flattening apparatus |
US10297475B2 (en) | 2007-10-15 | 2019-05-21 | Ebara Corporation | Flattening method and flattening apparatus |
US10916455B2 (en) | 2007-10-15 | 2021-02-09 | Ebara Corporation | Flattening method and flattening apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04246184A (en) | 1992-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013163238A (en) | Wire electric discharge machine performing turning tool machining, turning tool machining method with wire electric discharge machine, and program creation apparatus for wire electric discharge machine performing turning tool machining | |
US20110226742A1 (en) | Wire electric discharge machining apparatus | |
WO1989007035A1 (en) | Power control system for cnc laser-beam machine tool | |
US4476369A (en) | EDM Method of and apparatus for machining cavities using a plurality of independently movable segmented electrodes | |
JP2962583B2 (en) | Strain-free precision numerical control processing method and apparatus by radical reaction | |
JPS5853976B2 (en) | Running wire - EDM equipment | |
JP2011031388A (en) | Processing method for workpiece | |
JP4569973B2 (en) | Electric discharge machining apparatus and method, and method for determining occurrence of electric discharge | |
JPH09277071A (en) | Method and device for laser beam machining | |
JP2004174586A (en) | Numerical control device | |
JPH10337638A (en) | Shape creating method | |
CN114509992A (en) | Method for compensating the distance between a handling device and two workpieces in relative movement | |
KR100537769B1 (en) | Electrical discharge machining apparatus | |
JP2003094290A (en) | Machine tool and thermal displacement correction method thereof | |
JP2885228B2 (en) | Wire electric discharge machining method and apparatus | |
JP2010141193A (en) | Plasma processing apparatus | |
JP2006346752A (en) | Electric discharge machining method | |
JPH04176516A (en) | Second cut machining method and second cut machining controller in wire electric discharge machining | |
JP2003311589A (en) | Method of machining fine shapes and device of the same | |
JP3732290B2 (en) | Electric discharge machining apparatus and electric discharge machining method | |
JPH06216079A (en) | Processing method and device by radical reaction | |
WO2002055250A1 (en) | Wire electric discharge machining method and device | |
JP2001269821A (en) | Additional machining method and device by discharge | |
JP2004195467A (en) | Irradiation energy control method in laser beam machining | |
JP2001001174A (en) | Method for cutting pipe in laser beam machine and device therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090806 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100806 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |