JP5233051B2

JP5233051B2 - 電解加工方法

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Publication number: JP5233051B2
Application number: JP2010056816A
Authority: JP
Inventors: 直久岩本; 正典国枝
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 2010-03-13
Filing date: 2010-03-13
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-03-13
Also published as: JP2011189443A

Description

本発明は、導電性の加工対象に電解液をフィルム状に出射しつつ、このフィルム状電解液と前記加工対象との間に電圧を加えて前記加工対象を電解加工する技術に関し、具体的には、前記加工対象に出射するフィルム状電解液の面角度を９０度変化させることができる電解加工方法に関する。

ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）、マイクロマシーニング、微細加工の各技術分野では、たとえば微細な（たとえば、数から数百ミクロン径の）金属線材を高精度に加工して、微細部品や微細工具を製造する技術が必要とされている。

この種の微細部品や微細工具は、電解加工，加熱延伸等により製造することができる。たとえば、本発明者は、上記の微細工具のひとつであるソーワイヤーを製造する技術を既に提案している（特許文献１）。この技術は電解加工にかかるもので、図１１に示すように、ノズル９１の出射口ＯＵＴは、櫛状に配列され、これらのノズルＯＵＴから一直線上に配置され面方向が当該直線に垂直な多数のフィルム状電解液ＦＬＱが出射される。そして、金属線材に接触させると同時に、各フィルム状電解液と金属線材との間に電圧を加えることで、金属線材に複数の切り欠き溝（凹部）を形成することができる。

特開２００９−１４８８７９号

コムのように配列された多数の出射口からフィルム状電解液を出射する従来の電解加工装置では、各ノズルを同時かつ一体に形成することができず、製造効率が極めて悪い。
また、従来の電解加工装置では、フィルム状電解液の幅や厚み自在に変化させることができないため、電解加工技術の応用に限界がある。

本発明の他の目的は、フィルム状電解液の幅や厚みを自在に変化させることができる電解加工方法を提供することである。

本発明の電解加工方法は、（１）を要旨とする。

（１）電解加工用ノズルからフィルム状電解液を導電性の加工対象に向けて出射するとともに、前記フィルム状電解液と前記加工対象との間に電圧を加えて当該加工対象を加工（除去切削処理または堆積処理）する電解加工方法であって、
前記電解加工用ノズルとして出射口に至る流路断面が長方形であって、前記流路の幅が前記出射口に向けて先窄み、または前記流路の厚みが前記出射口に向けて先開きである電解加工用ノズルを用いて、前記フィルム状電解液を、
前記出射口から遠ざかるにつれて、幅狭かつ肉厚となるリーフ形状（第１薄状片）に形成し、
前記出射口からさらに遠ざかるにつれて、前記リーフ形状とは面の向きが９０°異なるリーフ形状（第２薄状片）に形成する、
ことを特徴とする電解加工方法。

本発明によれば、距離を隔てて重なるように配列された複数のフィルム状電解液を出射する電解加工用ノズルを用いてフィルム状電解液の幅や厚みを自在に変化させることができる電解加工方法を提供することができる。

流路の幅が出射口に向けて先窄みの電解加工用ノズルの例を示す図であり、（Ａ）は分解図，（Ｂ）は組み立て図である。流路の幅が出射口に向けて先窄みの本発明の電解加工用ノズルの他の例を示す図であり、（Ａ）は分解図，（Ｂ）は組み立て図である。流路の厚みが出射口に向けて先開きの電解加工用ノズルの例を示す図であり、（Ａ）は分解図，（Ｂ）は組み立て図である。図１および図３で使用したノズルからフィルム状電解液が出射される様子を示す図であり、（Ａ）は正面説明図、（Ｂ）は側面説明図である。本発明で使用される電解加工装置の具体例を詳細に示す図である。図５の電解加工装置に使用されているノズルの説明図である。図５の電解加工装置に使用されている電解液供給源の説明図である。本発明の電解加工方法において、ノズルを距離を隔てて重なるように多数配置した例を示す図である。本発明の電解加工方法において、ノズルから出射されるフィルム状電解液が角度を９０°変化させる前に加工を行う例を示す図である。捩りを加えた本発明で使用される電解加工用ノズルのさらに他の例を示す図であり、（Ａ）は分解図，（Ｂ）は組み立て図である。金属線材に複数の切り欠き溝（凹部）を形成するための従来のノズルを示す説明図である。

本発明の電解加工方法の実施形態を、図１（Ａ）の分解図，図１（Ｂ）の組み立て図により説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、電解加工用ノズル１は、幅が出射口に向けて先窄みの流路Ｐとなる切り欠きを有する薄状体（薄板，シート等）と、この薄状体の両面側に設けた挟持材とを結合することにより形成される。

すなわち、図１（Ａ）に示すように、電解加工用ノズル１は、挟持材１１１と、薄板材１１２と、挟持材１１３とを結合（積層）することより構成されている。薄板材１１２は、流路Ｐとなる形状の先窄の切り欠きを有している（窄んだ端面を符号ｗで示す）。また、挟持材１１１，１１３は、薄板材１１２の両面側に設けられる。

なお、挟持材１１１、薄板材１１２、挟持材１１３には、液溜を形成するための孔ｈ１，ｈ２，ｈ３が形成されている。また、挟持材１１１、薄板材１１２、挟持材１１３は、保持部材１１２，１２２により支持されている。
本実施形態では、これらの積層体は、保持部材１２１，１２２により保持されている。保持部材１２１には孔ＨＬが形成されており、この孔ＨＬから電解液ＬＱが電解加工用ノズル１に供給される。

図１（Ｂ）に示すように、電解加工用ノズル１の出射口ＯＵＴの輪郭は長方形（正方向としてもよい）で、かつ出射口ＯＵＴの近傍の流路Ｐの出射方向に垂直な断面（出射口ＯＵＴに平行な断面）は長方形である。また、流路Ｐは、その断面（出射口ＯＵＴに至る断面）の長辺が、出射口ＯＵＴに近いほど短くなるように構成されている。すなわち、電解加工用ノズル１の出射口ＯＵＴの近傍において、流路Ｐの厚みを形づくる両面が平行であり、流路Ｐの幅を形づくる両端面が出射口ＯＵＴに向かって窄むように形成されている。

図２（Ａ）の分解図および図２（Ｂ）の組み立て図は、電解加工用ノズル１を２部材１３１，１３２により構成し、部材１３２に流路Ｐとなる溝、および液溜ＣＨとなる溝を形成した例を示している。この例では、電解加工用ノズル１には背面側から電解液ＬＱが供給される。

本発明で使用される電解加工用ノズルの他の例を、図３（Ａ）の分解図，図３（Ｂ）の組み立て図により説明する。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、電解加工用ノズル２は、出射口に向けて厚みが先開きの流路Ｐを構成する２部材を結合することにより形成される。

すなわち、図３（Ａ）に示すように、電解加工用ノズル２は、２部材２１１，２１３とを結合（積層）することにより構成されている。また、２部材２１１，２１３には、向かい合う面に流路Ｐの形状をなす溝が出射口ＯＵＴに向けて流路を広くするように傾斜を持たせて形成されている。

なお、２部材２１１，２１３には、液溜を形成するための孔ｈ１，ｈ３が形成されている。また、部材２１１，２１３は、保持部材２１２，２２２により支持されている。

図３（Ｂ）に示すように、電解加工用ノズル２の出射口ＯＵＴの輪郭は長方形（正方向としてもよい）で、かつ出射口ＯＵＴの近傍の流路Ｐの出射方向に垂直な断面（出射方向に沿った断面）が長方形である。

また、流路Ｐは、その断面の短辺が出射口ＯＵＴに近いほど長くなるように構成されている。すなわち、電解加工用ノズル２の出射口ＯＵＴの近傍において、流路Ｐの幅を形づくる両端面が出射口ＯＵＴに向かって開いている。

なお、図１の挟持材１１１，１１３，薄板材１１２、図２の２部材１３１，１３２、図３の２部材２１１，２１３として、電解液の種類に応じて、銅，鉄，ステンレス，グラファイト，白金等の導電材を使用することができる。また、なお、図１の挟持材１１１，１１３，薄板材１１２、図２の２部材１３１，１３２、図３の２部材２１１，２１３として、電解液の種類に応じて、たとえばポリテトラフルオロエチレンといったフッ素系樹脂を使用することができる。
図１の挟持材１１１，１１３，薄板材１１２、図２の２部材１３１，１３２、図３の２部材２１１，２１３を金属により構成した場合には、これらを電極として使用することができる。図１の挟持材１１１，１１３，薄板材１１２、図２の２部材１３１，１３２、図３の２部材２１１，２１３を絶縁体により構成した場合には、電極子を適宜の箇所に設ける必要がある。

図１（Ｂ）のノズル１、図３（Ｂ）のノズル２から出射するフィルム状電解液ＦＬＱは、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、出射口から遠ざかるにつれて幅狭かつ肉厚となった後、幅広かつ肉薄となるリーフ形状の第１薄状片ＬＦ１を形成する。すなわち、フィルム状電解液ＦＬＱは、ある箇所（図４（Ａ），（Ｂ）では符号Ｋで示す）に収束する。電解液ＦＬＱは、Ｋを過ぎ、出射口からさらに遠ざかるにつれて幅広かつ肉薄となる、第１薄状片ＬＦ１とは面の向きが９０°異なるリーフ形状の第１薄状片ＬＦ２を形成する。なお、この場合に、電解液ＬＱの速度は、出射されて加工対象Ｏに到達するまで大きくは変化しないとする。

図１（Ｂ）のノズル１、図３（Ｂ）のノズル２を使用すれば、加工対象Ｏの姿勢制御が不十分であるような場合に、加工位置を調整することで、フィルム状電解液ＦＬＱが加工対象Ｏに当たる角度を９０°回転でき、加工環境が向上する。

図５は本発明で使用される電解加工装置の一例を示す説明図である。図５において、電解加工装置５は、ノズル５１と、電解液供給源５２と、電源５３と、加工対象支持回転ジグ５４と、加工対象移動機構５５と、制御装置５６と、電解液槽５７とを備えている。

ノズル５１として、図１または図３に示したノズル１または２が用いられる。電解加工装置５が、電解除去加工しか行わないのであれば、通常は、電解液に金属イオンが含まれない。したがって、ノズル５１の電解液に接する部分を金属などの導電性の材料で作り（図１のノズル１の挟持材１１１，１２３等参照）、ノズル５１に直接通電することができる。

電解加工装置５が、電解メッキを行う場合において、ノズル５１の電解液に接する金属部分が消耗すること（溶けてしまうこと）もあろうが、ノズル５１の電解液に接する金属部分をグラファイトにより構成するか、白金メッキすることで、当該消耗を防止できる。

電解液ＬＱに金属イオンを含むものを用いて、電解切削と電解メッキとを両方行う場合には、図６に示すように、電極棒を備えたノズル５１を使用することができる。図６に示したノズル５１は、非導電性材料（たとえば、プラスチックやセラミックなど）から構成されている。ノズル５１は、液溜ＣＨに達するように電極棒ＥＰが挿通されている。

図６では、取り込まれた電解液ＬＱは液溜ＣＨに蓄積され、スリット状の出射口ＯＵＴからフィルム状電解液ＦＬＱとして出射される。また、ノズル５１には、液溜ＣＨに達するように電極棒ＥＰが挿通されている。この場合には、切削加工をしたことにより、電極棒ＥＰに、電解液ＬＱに含まれる金属イオンが成膜されたときは、適時、加工時とは逆極性の電圧を、電極棒ＥＰと加工対象Ｏとの間に加えることにより、電極棒ＥＰのクリーニングを行うことができる。

なお、電極棒ＥＰとして、グラファイトや、イオン化傾向が小さい金属（たとえば白金）を使用すれば、電極の消耗を防止ないし低減することができる。
電解液供給源５２は、電解液槽５７に蓄えられた電解液ＬＱをノズル５１に循環供給する。電解液供給源１２は、図７に示すように、ポンプ圧ＰＲＳＳにより電解液ＬＱの出射圧をつくり、ノズル１１から電解液ＬＱを出射している。電源５３は、フィルム状電解液ＦＬＱと導電性の加工対象Ｏとの間に加工電圧を加える。

加工対象支持回転ジグ５４は、加工対象Ｏを支持し加工対象Ｏをフィルム状電解液ＦＬＱの面に交差する軸Ｌ（図５では直交軸）を中心に回転させる。加工対象移動機構５５は、ノズル５１に対し（すなわちフィルム状電解液ＦＬＱに対し）加工対象Ｏを軸Ｌに沿って相対移動させることができる。制御装置５６は、加工電圧および／または送り速度を変化させることができる。電解液槽５７には、使用済みの電解液ＬＱが蓄えられる。

電解加工装置５では、電解液ＬＱをフィルム状にして加工対象Ｏに向けて出射させつつ、フィルム状電解液ＦＬＱと加工対象Ｏとの間に電圧を加える。これにより、フィルム状電解液ＦＬＱが加工対象Ｏに接触する線状部分を電解加工することができる。

ノズルを距離を隔てて重なるように多数形成する場合には、図８に示すように、一枚の薄状体１５２と、二枚の支持材１５１，１５２とを用いて、複数のノズルを作成することができる。この場合のフィルム状電解液ＦＬＱは出射口から出た後に９０°回転するので、リーフ形状の第２薄状片ＬＦ２は、距離を隔てて重なるように形成される。

本発明では、出射口ＯＵＴから所定の位置にて加工対象Ｏの加工を行うことができる。図９に示すように、出射口ＯＵＴから出射されたフィルム状電解液ＦＬＱ（リーフＬＦ１）は、射出口ＯＵＴから遠ざかるにつれて幅狭かつ肉厚となる。図９の例では、ノズルから出射されるフィルム状電解液ＦＬＱが角度を９０°変化する前に、電解液ＦＬＱを加工対象Ｏに当てて加工を行っている。
図９に示した手法は、加工対象Ｏの姿勢制御が不十分であるような場合に適用できる。すなわち、加工位置（ノズル１２の出射口ＯＵＴと、加工対象Ｏまでの距離）を調整することで、フィルム状電解液ＦＬＱが加工対象Ｏに当たる角度を９０°回転でき、加工環境が向上する。

本発明で使用される電解加工用ノズルに捩りを加えたさらに他の例を、図１０（Ａ）の分解図および図１１（Ｂ）の組み立て図により説明する。
図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、本実施形態では電解加工用ノズル３は、流路Ｐが出射方向を軸とした捩れを持っている。

本実施形態の電解加工用ノズル３は、図１（Ｂ）に示した電解加工用ノズル１に捩じれを加えて形成することができる。図１０（Ａ），（Ｂ）において、挟持材３１１、薄板材３１２、挟持材３１３は、図１（Ａ），（Ｂ）の挟持材１１１、薄板材１１２、挟持材１１３に対応する。また、液溜ＣＨを形成するための孔ｈ１，ｈ２，ｈ３、出射口ＯＵＴは、図１（Ａ），（Ｂ）の構成と同じである。

図１０（Ａ），（Ｂ）の電解加工用ノズル３を使用することでも、加工対象Ｏの姿勢制御が不十分であるような場合に、加工位置を調整することで、フィルム状電解液ＦＬＱが加工対象Ｏに当たる角度を適宜に回転でき、加工環境が向上する。

１，２電解加工用ノズル
１１１挟持材
１１２薄板材
１１３挟持材
ｈ１，ｈ２，ｈ３孔
Ｐ流路
ＯＵＴ出射口

Claims

電解加工用ノズルからフィルム状電解液を導電性の加工対象に向けて出射するとともに、前記フィルム状電解液と前記加工対象との間に電圧を加えて当該加工対象を加工する電解加工方法であって、
前記電解加工用ノズルとして出射口に至る流路断面が長方形であって、前記流路の幅が前記出射口に向けて先窄み、または前記流路の厚みが前記出射口に向けて先開きである電解加工用ノズルを用いて、前記フィルム状電解液を、
前記出射口から遠ざかるにつれて、幅狭かつ肉厚となるリーフ形状に形成し、
前記出射口からさらに遠ざかるにつれて、前記リーフ形状とは面の向きが９０°異なるリーフ形状に形成する、
ことを特徴とする電解加工方法。