JP4897232B2 - 放電加工装置と加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電加工装置に関し、特にセラミックス材の加工に用いて好適な放電加工装置と加工方法に関する。

放電加工は、加工を行うサンプルとワイヤーなどの間に電圧を印加して、両者の間に放電を生じさせ、発生したプラズマによってサンプルを蒸発させることなどによって加工を行うことを原理とする。

このため、硬い金属で金型などを作る際には放電加工を用いることが標準的な方法となっている。これは、金属であるため電気が良く流れることと、硬いため他の加工法を用いることが出来ないためである。

さて、同様に硬い材料としては、セラミックスが知られている。これは、超硬金属材料より一般には更に硬いため、このような金型材料に用いるには適しているが、放電加工はサンプルに電流がある一定以上流れないと加工が出来ない。

このため、従来、放電加工は、セラミックスの加工に用いられてこなかった。

従来の放電加工装置では、加工液として油や純水を利用してきた。一方、セラミックスなど高抵抗材料では、従来より、高い電圧を印加する必要があるため、少なくとも水は利用することが出来ない。

絶縁性セラミックスの放電加工のための導電性付与に関して、特許文献１には、レーザ等の高密度エネルギーを照射することで、構成元素の一部が分解、昇華するセラミックスに、レーザを非酸化性雰囲気中で照射することにより導電性を付する方法が開示されており、窒化珪素の表層にレーザを用いて非酸化性雰囲気下で３ｋＪ／ｃｍ^２以上の熱量を付与することにより導電性変質層を形成した後、各種加工を行いながら、導電性変質層を伸展し、所定の形状に加工する加工方法が開示されている。またファインセラミックスの焼結素材に対し、複合放電加工またはレーザ加工による一度溶解して再凝固した変質層を、超音波振動により容易に破砕し平滑化する、ファインセラミックスの複合加工法が開示されている（特許文献２）。

特開平５−２０８３２３号公報 特開昭６２−３４７２７号公報

セラミックスを金型などの材料に利用することで、特段に長寿命の金型を作ることが出来る。

したがって本発明の主たる目的は、セラミックスの加工に用いて好適な装置と方法を提供することにある。

前記目的を達成する本発明に係る装置は、加工対象のサンプルに取り付けられる電極と、加工用の導電部材と、前記サンプルに光を照射する光源と、を備え、電極の平面形状が、前記ワイヤー側に突出している。

本発明において、前記サンプルを加熱する加熱部を備えている。

本発明において、前記加工用の導電部材がワイヤーである。

本発明において、前記ワイヤーを冷却する手段を備えている。前記ワイヤーを冷却する手段が、相対的に低温のガス流が供給される熱交換器を備えた構成としてもよい。

本発明において、前記ワイヤーに給電する給電子をカーボン部材で構成してもよい。

本発明において、前記カーボン部材が、前記ワイヤーを通す方向に直交する方向に延在された形状を有する構成としてもよい。

本発明において、加工時、前記カーボン部材を前記ワイヤーを通す方向と直交する向きに所定の速さで往復させるようにしてもよい。

本発明において、前記サンプルを間に挟む電極が、球形電極、平行電極、球針電極、針電極の電極構造のいずれかで構成してもよい。

本発明において、前記電極を、前記サンプルに対して押圧する押圧部材を備えた構成としてもよい。

本発明において、前記光源から光を、前記サンプルの加工領域に対して一の側から、又は、相対する両側から、照射する。

本発明において、前記電極は、そのサンプル当接部に、導電性の流動部材を設ける構成としてもよい。

本発明において、前記サンプルの放電部に放電ガスを放出する手段と、前記ガスを吸収する手段とを備えた構成としてもよい。

本発明において、前記ワイヤーによる加工の進行に連動して前記電極の移動を制御するようにしてもよい。

本発明において、前記光源からの光を集光してサンプル加工部に案内する手段を備えた構成としてもよい。

本発明の他のアスペクトに係る方法は、加工対象のサンプルに取り付けられた電極と、ワイヤーとの間のサンプルの領域に光源から光を照射して放電加工する工程を含む加工方法であって、前記サンプルの少なくとも加工領域を加熱する工程を含む。

本発明の他のアスペクトに係る方法は、加工対象のサンプルに取り付けられた電極と、ワイヤーとの間のサンプルの領域に光源から光を照射して放電加工する工程を含む加工方法であって、前記ワイヤーによる加工の進行に連動して前記電極の移動を制御する工程を含む。

本発明の他のアスペクトに係る方法は、加工対象のサンプルに取り付けられた電極と、ワイヤーとの間のサンプルの領域に光源から光を照射して放電加工する工程を含む加工方法であって、前記絶縁性のサンプル表面に所定膜厚の導電膜を被着する工程を含む。

本発明の他のアスペクトに係る方法は、加工対象のサンプルに取り付けられた電極と、ワイヤーとの間のサンプルの領域に光源から光を照射して放電加工する工程を含む加工方法であって、前記ワイヤーに給電する給電子をなすカーボン部材を、前記ワイヤーを通す向きと直交する向きに所定の速さで往復させる工程を含む。

本発明によれば、ＳｉＣ等の絶縁性のサンプルに光を照射することで、電気抵抗率を下げ、放電加工可能としている。

本発明者は、セラミックスのような絶縁物／半導体に電流を流すための方策を検討してきた。

その結果、一つはサンプルに光を照射する方法である。図１に示すように、材料のバンドギャップエネルギーEg以上のエネルギーを持つ光が半導体に照射されると、価電子帯（バレンスバンド）にある電子が吸収し、伝導体（conduction band）に遷移する。すると、この電子によって電流が流れるようになる。絶縁物と半導体の相違は、バンドギャップの大きさであり、バンドギャップが大きいと絶縁物と呼ばれる。なお、フェルミ・エネルギーFEは、バンドギャップのほぼ中央にあり、温度が上昇するとEgは減少しFEも中心からずれる。これは温度が上がると照射する光エネルギーが低くなっても効果があることを意味する。そこで、このような光伝導の原理を確認するために、図２に示すような実験を行った。

用いたサンプルは、炭化ケイ素(ＳｉＣ)である。これは、ワイドギャップ半導体と呼ばれ、シリコンに比べて約3倍のバンドギャップを持ち（Ｓｉは1.1eVであり、ＳｉＣは3.2eV）、ダイヤモンドに次いで硬い材料である。

図２に示す構成において、ＳｉＣのサンプル板１０１に、銀ペースを塗り電極１０２とする。そして、２つの電極１０２間に、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源１０４を照射する。４端子法で抵抗測定を行う。電流端子を接続して直流電源１０３を接続し、２つの電極１０２間に電圧計１０５を接続する。

図３は、ＳｉＣサンプル板に電極を取り付けた形状を示している。２つの電極１０２は平行に並んで取り付けられている。

図４は、このような状態で多結晶ＳｉＣサンプルの電圧電流特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す図であり、横軸は電極間の電圧、縦軸は電流である。図４に示される特性は、よく知られている、典型的な絶縁物／ワイドギャップ半導体の電圧電流特性である。最大印加電圧は、1.1kVであり、電極間距離は約5mmである。この電圧は、現在広く用いられている放電加工機の電圧より１桁程度高い。

図４において、光を照射しなかったときのデータは丸印を実線で結んであり、赤色照射（□）、黄色照射（◇）、みどり照射（▲）、青色照射（▼）、紫外線の発光照射が示されている。なお、波長も示している。同じように光照射を行っても、色によって大きく結果が異なることが分かる。これは、バンドギャップ以上のエネルギーを持った光では効果的に伝導帯電子の密度を高くできるからである。

光源として、紫外ＬＥＤを利用している。紫外ＬＥＤは青ＬＥＤより、その効果が低いが、これは光量不足と思料される。強力な紫外線ランプを用いて実験を行うと、青ＬＥＤより電流の増加が大きくなること、及びＬＥＤに流す電流を増大することによって、光量を増すと電流がより増大することから推測できる。光源の光量の増加は、抵抗率の低減に重要であることが分かる。２つの電極１０２間に印加する電圧を増大させることによって、最初は、電流と電圧が比例しており、「オーム法則」に対応する。２つの電極１０２間に印加する電圧が増大するにしたがい、電流が急激に増大し、電圧と電流が比例しなくなっていることが分かる。これは、２つの電極１０２間に印加する電圧が所定の閾値を越えると、該印加電圧によって電流を作るキャリアの流れが加速され、原子と衝突した時に、該原子の電子を伝導帯に遷移させるため、急激に電子密度が増大するものであり、よく知られた「アバランシェ効果」と呼ばれる現象に対応する。そして、さらに電圧を増大すると、最後はサンプルは絶縁破壊をする。アバランシェ効果は、電圧の絶対値ではなく、電場（電界）Eの大きさと、電流密度Jがあるレベルを超すと発生する。２つの電極１０２間に印加される電圧が低電圧であっても、電極間距離を短くし、電流路断面積を小さくすると、アバランシェ効果が生じ易い。電極間距離を短くすることが重要であることが分かる。

アバランシェ効果は、光照射によってより低い電圧（２つの電極１０２間の電圧）から発生していることが分かり、高電圧では、光照射した場合、光照射を行わないで同一電圧を印加した場合と比べて、数倍も大きな電流が流れることが分かる。

図５は、図４に示したデータを基に、多結晶ＳｉＣサンプルの抵抗率を求め、２つの電極１０２間の電圧との関係をプロットした結果であり、横軸は、電界強度（電場の大きさ；V/ｍｍ）、縦軸は抵抗率（Ω・ｍ）である。電圧の増大によって、抵抗率は減少するが、光照射によって、大幅に、減少していることが分かる。そして、２つの電極１０２間の印加電圧を上げ、光を照射することで、最終的には、抵抗率は、光照射無しの最低電界強度の場合の約１／20以下になる。

オーム法則にしたがう領域（低電圧領域）でも、抵抗率は、少しづつ低下していることが分かる。これは、測定を、低電圧側から、順次同じ手順で、高い電圧にして測定を行っており、このため、多結晶ＳｉＣサンプルに流れる電流が増し、その結果、サンプルの温度が上昇し、抵抗率が減少しているものと思料される。多結晶ＳｉＣサンプルの温度が高くなると、熱振動が増大し、価電子帯の電子が伝導体に遷移する確率が大きくなるからである。多結晶ＳｉＣサンプルの伝導性を高くするには、多結晶ＳｉＣサンプルの温度を上げることが確認できている。

次に、図３には、ＳｉＣを間に挟んだ２つの平行な電極（平行電極）が示されているが、図６（A）乃至（D）に示すように、
・球形電極、
・平行電極（端部が互いに相離間する向きに曲げられている）、
・球針電極、
・針電極、
等さまざまな電極の組み合わせがある。２つの電極間距離dを同じにしても、絶縁破壊を生じる電圧は異なり、下記の順で絶縁破壊が生じやすい。

針電極＞ 球針電極＞ 球形電極＞ 平行電極
したがって、絶縁破壊が発生する前に生じるアバランシェ効果も同様にこの順で発生しやすいと思料される。これは、電極形状によって、電極近傍の電場の強さが大きく異なり、先が尖った電極では、先端部に、大きな電場が形成される（電束密度が大となる）ためである。

平行電極は、アバランシェ効果が生じにくい。放電加工装置では電極形状を先が、尖った形状が用いられる。

ただし、図４、図５に結果を示した実験では、平行平板電極を用いた。したがって、アバランシェ効果が発生する閾値電圧は、針電極、球針電極、球形電極よりも、高い電圧となる。直流電源（図２の１０３）の電圧を高くしようとすると、多くの技術的課題が付随することになる。よって、低い電源電圧で放電加工が行われることが好ましい。

そこで、本実施例では、図７に示すように、被加工対象のサンプル２０１において、ワイヤー２０４と対向する側が尖った形状の電極２０２を配置する。図７は、サンプル２０１を上からみた上面図である。

従来の放電加工機では、サンプルを固定する部分が電極とされている（すなわち、電極でサンプルを固定している）。

本実施例では、ワイヤー２０４と電極２０２は、相対的に近づく方向に動くことになる。これによって、ワイヤー２０４と電極２０２との間の電場の大きさは大となり、アバランシェ効果が生じやすくなる。

図８には、図７の電極２０２−ワイヤー２０４の構造を、横から見た図を示している。電極２０２の平面形状は、図７のような三角形とされる。電極２０２は、サンプル２０１の形状が板状の場合、サンプル２０１の両面の電極２０２にそれぞれ一端が当接する押さえ棒２０５で挟持する。こうすることで、電気的に良好な接続が実現される。より良好な接続を実現するために、サンプル２０１と当接する部分の電極２０２の材料は、液体金属（水銀等）を銅などの電極とサンプルの間に入れて用いられる。このような電極構造は、アバランシェ効果が生じる領域が、平行平板のような構造をとると、サンプル全域に渡るが、図７で示したような針状の電極を用いると、針状の電極２０２の先からワイヤー２０４の間に限られる。アバランシェが発生すると、材料の特性が変化し、たとえば材料強度が落ちたり、割れたりする場合がある。

そこで、本実施例では、サンプルに流す電流を精度よく制御するとともに、針状電極を用いることで、アバランシェ発生領域を加工部に限定することができる。このため、被加工対象のサンプルの材料強度の低下等の発生は回避される。

図８に示したように、電極２０２はサンプル２０１を挟むように両側から押さえつけることが望ましい。

また、図９に示すように、光源２０７からの光を、サンプル２０１の非加工領域（電極２０２とワイヤー２０４の間の領域）に照射する。光源２０７からの光は、サンプル２０１の両面から照射することが望ましい。これは、サンプル２０１の両面から光源を照射すると、サンプル２０１に照射される光量が増大するほか、サンプル２０１内での電流パスが増えるので、実効的に、加工電流を増大させることが出来るためである。

次に、本実施例における、電極の移動について説明する。図７、図８に示したように、加工が進むにしたがって、ワイヤー２０４と電極２０２の距離は短くなるので、順次、電極２０２を移動する必要が出てくる。したがって、一時的に電極２０２をサンプル２０１に固定して押さえつけるかわりに、サンプル２０１から離し、図１０に示すように、ワイヤー２０４による加工の進行方向に対して、後ろに移動して、再度、サンプル２０１に押さえつけるようにして移動する。こうすると、一時的に、電極２０２をサンプル２０１から離したときには、放電が止まるので、加工を行うために、サンプル２０１とワイヤー２０４間の相対運動をその時だけ止めるように制御する。

この様に電極を移動するのは、電流を流すためには一定以上の接圧が必要になるが、これは一般に高いので、サンプルと電極材料（通常は固体金属が用いられる）の間の「摩擦力」が大きくなり、接触したまま移動できないためである。この問題を解消するために、固体金属電極とサンプルの間に液体金属（水銀やガリウムなど）を挿入することによって、電気的接合は、良好に保ったまま、機械的には、わずかな力で滑らせることを可能としている。

電極２０２とワイヤー２０４の間の距離が短くなると、その距離が長い場合と比べて、同じ印加電圧では、より大きな電流が流れる。このため、加工（切断）速度を上げることが出来る。本実施例において、相対移動速度を上げるような制御が望ましい。逆に、電極２０２とワイヤー２０４間の距離が短くなったときに、電圧を下げる制御をすれば、加工（切断）速度を一定にすることが出来る。このため、電極２０２とワイヤー２０４の相対移動速度を一定にすることができるとともに、材料強度が低下するような、大きなアバランシェの発生を回避することが出来る。

従来の放電加工装置では、加工液として油や純水を利用している。一方、セラミックスなど高抵抗材料を放電加工する場合、高電圧を印加する必要があるため、少なくとも水は利用することは出来ない。利用できない理由は、たとえば以下の３つある。

一つは、水は、高電圧ではよく電流が流れるため、サンプルに電流が流れず、加工が出来ないからである。

更に、水を利用すると、作業者等が感電する可能性があり、サンプル温度を高くすることが出来ない。

また、油を加工液として利用すると、サンプルを加熱して高温（実験では、100℃から200℃くらいで行っている）にする場合には、油蒸気が多く発生すること、更に、光照射するとき、紫外線照射の場合、油が紫外線を吸収してしまう。

そこで、本実施例では、ガスを利用する。ガスを利用した放電加工の実験を行ったところ、基本的には、窒素、アルゴン、Tig溶接用ガス、空気などどれも利用可能であったが、アルゴンでの実験が一番良好であった。これは不活性ガスのためと思料するが、放電を行うため、サンプルの温度が高温になるので、高温で反応するようなガスが用いられる。

水や油などの加工液を利用する場合、ワイヤーを冷却する効果がある。ワイヤーに給電する部分（パワーフィード、あるいは給電子ともいう）には、水がポンプで供給され、ダイヤモンドダイスガイド部から、水がワイヤーに沿って流れる。図１１は、給電子（パワーフィード）の断面構造を示す図である。給電子３０５とその先のノズル３０３まで水が流れ、被加工物（サンプル）３０１に、水が降り注ぐ状態で放電加工が行われる。なお、先端のダイヤモンドダイスガイド３０２は、ワイヤー３０４の軸あわせに利用される。ダイヤモンドダイスガイド３０２を用いることでワイヤー３０４と擦れても、摩耗の程度は低く抑えられる。水温度が上昇するとワイヤー３０４は切れ易くなる。このため、ガスを利用する場合には、必要に応じてワイヤー３０４は冷却される。

本実施例では、図１２に示すように、低温ガスによるワイヤー冷却系を用いる。給電子４０５から電気を供給されたワイヤー４０４を、温度の低いガス４０７を用いて冷却する。給電子４０５からワイヤー４０４に供給された電流は、放電部４０３を通って、被加工対象のサンプル４０１に流れ、放電部４０３で加工を行う。

また、ワイヤー４０４の軸合わせのためダイヤモンドダイスガイド４０６を用いている。２つの給電子４０５が設けられているが、ワイヤー４０４の両側から電気が放電部４０３に流れると、ワイヤー４０４に流れる電流は、加工電流の半分になるので、電流によるジュール発熱が全体として半分になる。

給電子４０５を出た後のワイヤー４０４は、熱交換ケース４０８で囲まれた空間に入り、そこで低温のガス流と熱交換を行うことで、ワイヤー４０４を冷却する。尚、このガス４０７は、放電には関与しないので、安価な窒素ガス等を用いても良い。また、この熱交換部は、図１２に示すように、２カ所に設けることで、効率よくワイヤー４０４を冷却することができる。図１２では、冷却に、低温ガスを用いた説明を行っているが、これは、低温の液体を利用してもよい。例えば、液体窒素を利用してもよい。更に、図１２には、水平方式の放電加工機の構成を示したが、縦型にしても良いことは勿論である。

実験では、給電子４０５の部位で、ワイヤー４０４と給電子４０５が溶着する場合が認められた。給電のために、接触部でアークが発生すると、給電子４０５もワイヤー４０４もともに、金属であるため、アーク溶接で、接合されるからである。ワイヤーと給電子の接合（溶着）は、水や油を用いると生じない。そこで、本実施例では、ワイヤー４０４と給電子４０５との溶着を回避するために、給電子４０５をカーボン材で構成している（溶着等の問題はカーボン材を用いることで解決される）。カーボン材は、金属の給電子と比べ、柔らかいため、給電子部４０５の構成が、金属部材の場合と相違している。

図１３に、給電子にカーボン材を用いた実施例の構成を示す。ワイヤー４０４は、図の上から下に走行し、途中で、ダイヤモンドダイスガイド４０６を通りワイヤー４０４の通り道を一定にしている。給電子４０５（カーボン材）は、ワイヤー４０４を押圧するようにして当接しており、給電する。給電子は、一般に超硬金属材料から形成されているため、長時間、ワイヤー４０４が走行しても、さほど減摩しない。これに対して、本実施例では、給電子４０５のカーボン材は、柔らかいので、ワイヤー４０４との接触部が一カ所であると、走行により、該箇所が、ただちに摩耗してしまう場合がある。

そこで、本実施例では、給電子４０５のカーボン材の摩耗を回避するために、カーボン材は、図１３に示すように、ワイヤー４０４の走行方向に直交する向きを長くして（図では横長）、これを、図の左右に、ワイヤー４０４の走行と比べて相対的にゆっくりと往復移動させると、接触面は、一カ所とはならず、時間平均をとると、面全体で、当接することになる。この結果、長時間、カーボン材を給電子として利用することができる。なお、カーボン材は、自己潤滑性があるため、ワイヤー４０４と接触して給電を行っても、円滑にワイヤー４０４を走行させることができる。

このように、本実施例においては、好ましくは、カーボン材よりなる給電子４０５を、左右に所定の速さで往復移動させる機構と、ワイヤー４０４をあらかじめ定められた所定の力で押圧する機構を備え、カーボン材が摩耗した場合に交換自在とされる。

なお、給電子としては、断面の中心に、貫通穴のある、略円柱状のカーボン材に、ワイヤーを通し、これを回転させて、ワイヤーとの当接部位を、常時、移動させるようにした構成としてもよい。ワイヤー４０４と接触している給電部を、一カ所に固定しないようにできるのであれば、任意の構成の給電子を用いることができる。

図１４は、本実施例の放電加工ヘッド部の構造を示す図である。ワイヤーは、給電され、冷却されてから、サンプル４０１との放電部４０３に導かれる。これは、ワイヤー４０４の走行方向に進む。そして、切断を行う方向（電極ある方向）に全体が進む。

電極４０２とワイヤー４０４の間は、ＬＥＤ４１１によって光照射され、光伝導効果によって、電気が流れやすくなっている。図１４では、ＬＥＤ４１１はサンプル４０１の一側面に対向して配置されているが、両面に配置し、両側から照射する構成としてもよい。ＬＥＤ４１１は短い波長が好ましい。本実施例では、好ましくは、紫外線や紫、青などが用いられる。

光源として、ＬＥＤのほかにも、紫外線ランプからの光を集光し光ファイバで導波するようにしてもよい。実験で利用した結果、光伝導効果が高効率で発現することが確認された。

セラミックスなどの高抵抗率材料は、温度が高くなると、電気抵抗率が低下する傾向がある。本実施例では、赤外線ランプ４１２などでサンプル４０１を加熱する。赤外線ランプ４１２を、サンプル両側に配置してもよいことは勿論である。サンプル４０１を加熱する手段として、ヒータや温風器などを利用してもよい。

前述したように、電極４０２の形状はワイヤー４０４側に対向する側が尖っている形状とされ、切断方向に、移動自在とする機構、及び制御が実装される。

放電ガスは、実験ではアルゴンガスが良好である。一般に、アルゴンガスやTig溶接で用いるガスは、高価であるため、放電部にのみ吹きかけるようにしている。すなわち、本実施例では、ワイヤー４０４がサンプルの放電部４０３に送り出される方向から、放電ガス放出パイプ４１３にて放出し、反対側から放電ガス吸収パイプ４１４にて吸引し、加工時、放電部４０３に、あらたな放電ガスを、連続的に（あるいは持続して）供給することができる。

放電を安定に維持するには、紫外線照射が有効である。放電電圧を観測していると、高圧水銀灯からの所定の強さの紫外線を照射すると、放電電圧が安定し、ほぼ一定な値を保った。これは、放電プラズマが紫外線を吸収して、プラズマの持続時間が長くなったためと思料される。放電加工が進み、ワイヤーがサンプルを加工してサンプル内に入り込んでいくと、外部からの紫外線照射は放電部に届きにくくなる。このため、放電は、不安定となる場合がある。そこで、本実施例では、紫外線を光ファイバーでサンプルとワイヤーの間の放電部に導くようにしている。

光源のＬＥＤの先端にはレンズが設けられているが、この部分の材料の屈折率とほぼ同じ材料で、延在された光ガイドを設けることで、図１５に示すように、光を絞ることができる。光ファイバーと同じように、フレキシブル（折り曲げ自在）とされ、ワイヤーとサンプルの間の領域に導波（光を導く）することができる。

図１６は、彫塑を行う放電加工装置の一実施例の構成を示す図である。彫塑用の放電加工機においては、放電ヘッド部は、行う彫塑の形状に対応しているが、本実施例では、ワイヤー４０４を用いている。光を回りから照射するには、金属製の彫塑型では光を通さないが、ワイヤー４０４を用いれば、ワイヤー４０４の回りに配置した光源からの光が放電部４０３に到達する。ワイヤー４０４を３次元（ｘ, y, z）方向に移動させることによって、加工サンプルの表面を所定の形に加工する。この移動制御は、放電加工装置のコンピュータによるプログラム制御によって行う。

また、サンプル４０１を加熱するため、赤外線ランプ４１２を用いている。光を放電部４０３によりよく集光するためや、加工部の温度を上げるために、回りに、反射部材（覆い）を配設してもよいことは勿論である。

ワイヤー４０４として、切断加工の場合、黄銅が多用されるが、本実施例では、曲げにくいこと、先が放電部になり高温となりやすいことから、好ましくは、タングステンやモリブデンなどの高融点の比較的硬い材料が用いられる。

前述したように、放電を安定させるために、サンプルとワイヤー間の距離を一定にする計測システムや制御システム（不図示）が実装される。

セラミックス表面に金属を薄くコーティングする例について説明する。実験したところ、1mm程度の薄いＳｉＣの板に、金を50nmから100nm（=0.1ミクロン）コーティングした。真空中で行った。そして、放電加工実験を行った。その結果は下記のようである。

何もコーティングしない電気抵抗率の高いＳｉＣでは、初期に放電は始まるが、最終的には加工できなかった。

膜厚50nmでコーティングしたサンプルでは、少し放電加工は出来たが、やはり最終的には切断加工は出来なかった。

100nmコーティングしたサンプルは、放電加工を持続的に行うことができ、所定の切断加工ができた。

サンプル表面に所定膜厚で金属をコーティングすることが有効である。薄膜であるため、コーティング時間は短時間で済み、加工後に容易にそれを除去することが出来る。

更に、コーティング方法によっては、コーティング材以外の化学材料が使われないので、サンプルを変質するようなことはない。導電性さえ具備すればよいため、コーティングする材料は、金である必要は必ずしもない。コーティング方法としては、通常のメッキなどの方法も利用可能である。

本発明を説明するための図である。 本発明を説明するための図であり、ＳｉＣの光伝導実験の原理を示す図である。 本発明によるＳｉＣサンプルと電極を示す図である。 多結晶ＳｉＣサンプルの電圧電流特性（実験結果）を示す図である。 多結晶ＳｉＣサンプルの電圧抵抗率特性（実験結果）を示す図である。 本発明における電極形状を示す図である。 本発明における電極形状と設置を示す平面図である。 図７のA−A線の断面を示す断面図である。 本発明における光照射を説明する図である。 本発明における電極の移動を説明する図である。 従来の放電加工機の給電子部分の典型的な構成の一例を示す断面図である。 本発明における低温ガスによるワイヤー冷却システムを示す図である。 本発明におけるカーボン材の給電子の構成を示す図である。 本発明における放電加工ヘッドの構成を示す図である。 本発明における放電加工ヘッドの構成を示す図である。 本発明における放電加工ヘッドの構成を示す図である。

符号の説明

１０１ ＳｉＣサンプル板
１０２ 電極
１０３ 直流電源
１０４ 光源
１０５ 電圧計
２０１ サンプル
２０２ 電極
２０３ 電源
２０４ ワイヤー
２０５ 押さえ棒
２０６ 放電部
２０７ 光源
３０１ サンプル
３０２ ダイヤモンドダイスガイド
３０３ ノズル
３０４ ワイヤー
３０５ 給電子
４０１ サンプル
４０３ 放電部
４０４ ワイヤー
４０５ 給電子
４０６ ダイヤモンドダイスガイド
４０７ 低温ガス流
４０８ 熱交換ケース
４１０ 押さえ棒
４１１ ＬＥＤ
４１２ 赤外線ランプ
４１３ 放電ガス放出パイプ
４１４ 放電ガス吸収パイプ

Claims (20)

1. 加工対象である絶縁物／ワイドギャップ半導体のサンプルを間に挟み電圧を印加する第１、第２の電極と、
   加工用の導電ワイヤーと、
   前記サンプルの加工領域に、前記サンプルのバンドギャップ以上のエネルギーを持った光として、紫外光を照射するＬＥＤ又は紫外線ランプからなる光源と、
   前記サンプルを加熱する加熱部と、
   を備え、
   前記第１及び第２の電極の少なくとも１つは、その平面形状が、前記加工用の導電ワイヤーに対向する側が突出している形状を有する、ことを特徴とする放電加工装置。
2. 前記光源からの光を集光して前記サンプルの加工領域に導波する光ガイドを備えている、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
3. 前記ワイヤーを冷却する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
4. 前記ワイヤーを冷却する手段が、冷却用の相対的に低い温度のガス流が供給される熱交換器を含む、ことを特徴とする請求項３記載の放電加工装置。
5. 前記ワイヤーに給電する給電子がカーボン部材よりなる、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
6. 前記カーボン部材が、前記ワイヤーを通す方向に直交する方向に延在された形状を有する、ことを特徴とする請求項５記載の放電加工装置。
7. 加工時、前記カーボン部材を、前記ワイヤーを通す方向と直交する向きに、所定の速さで往復させる手段を備えている、ことを特徴とする請求項５記載の放電加工装置。
8. 前記サンプルを間に挟む前記第１、第２の電極は、球形電極、平行電極、球針電極の構造のうちのいずれかである、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
9. 前記第１、第２の電極を、前記サンプルに対して押圧する押圧部材を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
10. 前記光源から光を、前記サンプルの加工領域に対して一の側から、又は、相対する両側から、照射する、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
11. 前記第１、第２の電極の前記サンプルとの当接部に、導電性の流動部材を設けてなる、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
12. 前記サンプルの放電部に、放電ガスを放出する手段を備え、
    前記サンプルの放電部に放出された前記放電ガスを吸収する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
13. 前記ワイヤーによる加工の進行に連動して前記第１、第２の電極の移動が制御される、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
14. 前記サンプルの加工領域に導電膜が被着されてなる、ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
15. 請求項１記載の放電加工装置が、彫塑放電加工装置よりなる、ことを特徴とする放電加工装置。
16. 前記加工用の導電ワイヤーを３次元空間で移動制御する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１５記載の放電加工装置。
17. 加工対象である絶縁物／ワイドギャップ半導体のサンプルを間に挟み電圧を印加する第１、第２の電極と、導電ワイヤーとの間の前記サンプルの加工領域に光源から前記サンプルのバンドギャップ以上のエネルギーを持った光を照射して放電加工する工程を含む加工方法であって、
    前記光源が紫外光を照射するＬＥＤ又は紫外線ランプからなり、
    前記第１及び第２の電極の少なくとも１つは、その平面形状が、前記加工用の導電ワイヤーの加工方向に対向する側が尖っている形状を有し、
    前記サンプルの少なくとも加工領域を加熱する工程を含む、ことを特徴とする加工方法。
18. 前記ワイヤーによる加工の進行に連動して前記電極の移動を制御する工程を含む、ことを特徴とする請求項１７記載の加工方法。
19. 前記絶縁性のサンプル表面に所定膜厚の導電膜を事前に被着しておく工程を含む、ことを特徴とする請求項１７記載の加工方法。
20. 前記ワイヤーに給電する給電子をなすカーボン部材を、前記ワイヤーを通す向きと直交する向きに所定の速さで往復させる工程を含む、ことを特徴とする請求項１７記載の加工方法。

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