JP2002501442A - 電気化学加工のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電解液内の導電性加工物を該加工物と導電性電極との間に電気パルスを印加することにより電気化学的に加工する方法に関するもので、上記加工物上に不動態化層を付着させるために１以上の加工パルス（ＭＰ）が電圧パルス（ＰＰ）と交互とされる。これら電圧パルスの振幅は調整処理の間に調整され、該処理においては上記電圧パルスの振幅は零から当該加工物が電解液中で溶解し始める電圧まで徐々に増加される。各電圧増加の後に、上記電極と加工物との間の間隙の抵抗が測定される。最も高い間隙抵抗に対する電圧値がメモリに記憶され、更なる加工の間で使用される。上記電圧パルスの時間間隔は時間スライス（Ｄｔ）に分割することができ、各時間スライス毎に、その電圧が当該時間スライスにおける最大の間隙抵抗に対して調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 電気化学加工のための方法及び装置 技術分野 本発明は、導電性加工物を、該加工物と電極との間に電解液が供給される間に 、これら加工物と導電性電極との間に電気加工パルスを印加することにより電気 化学的に加工する処理のための方法、装置及び電源に関する。 背景技術 電気化学加工は、導電性加工物が、電解液と電流とが供給されている間に電極 の位置において溶解されるような処理である。この目的のため、上記電極は上記 加工物に近付けられ、電解液が該加工物と電極との間の間隙に供給される間に、 これら加工物及び電極を経て上記電解液を介して大電力の電流が流されるように し、その際に該加工物は電極に対して正にされる。上記電流は、所与の振幅及び 持続時間を有する加工パルスの形態で供給される。これら加工パルスの間の期間 内で電解液は更新される。上記加工パルスの供給の間に、上記電極及び加工物は 互いに向かって所与の送り速度で移動され、その結果として上記電極が上記加工 物の表面に窪み（cavity）又は最終的には孔を形成することになり、この場合、 該窪み又は孔の形状は上記電極の形状に対応した形状を有する。このような処理 は、例えば、硬質金属又は合金に複雑な窪み又は孔を形成し、又はこれらを成形 するために使用することができる。 上記加工物の窪み又は孔の形状が電極の形状に従う複写精度は、結果の品質に とり重要である。ところで、電気化学加工の複写精度を改善する提案がなされた 雑誌及び特許文献内の記事の形態での多くの出版物が現れてきている。 発明の開示 従って、本発明の目的は良好な複写精度を持つ電気化学加工方法及び装置を提 供することにある。この目的のため、冒頭で述べた型式の方法は、前記加工パル スが、該加工パルスと同一の極性の電気不動態化パルスと交互となり、該不動態 化パルスの電圧が、前記加工物及び該加工物上の不動態化膜を溶解するには不十 分な振幅を有することを特徴としている。 上記加工パルスの間の期間においては、電解液の更新の間に、不動態化パルス が、金属酸化物の不動態化層が上記加工物上の電極の周囲に形成されるような振 幅で、慎重に供給される。次の加工パルスの間に、この層は当該電極の端面にお いて選択的に除去される。このようにして、加工パルスには送り方向において高 度の実効性が与えられる。これは前記複写精度を向上させる。何故なら、当該加 工物の比較的多くの材料が当該電極の端面において溶解され、当該加工物内に加 工されるべき窪みにおいては該窪みの側面の縁部及び斜部において一層小さな半 径が形成されるからである。言及すべき付加的利点は、当該処理のエネルギ消費 が一層少なく、送り方向における当該加工物の溶解速度が一層高くなるという点 にある。これは、上記局部的不動態化層のために、上記加工パルスのエネルギが 当該加工物の窪みの側面からの材料の望ましくない除去には最早使用されないか らである。 好ましくは、前記加工物と前記電極との間に、前記加工パルスの間の方が前記 不動態化パルスの間よりも短いような距離が維持されるようにする。不動態化パ ルスの間に加工物と電極との間の距離を増加させることにより、該大きな距離に より当該不動態化パルスの電場が当該加工物の窪みの側壁におけるよりも当該電 極の端面において小さな効果しか有さないようになるからである。このように、 高い精度で、当該電極の端面に対向して、即ち当該加工物の窪みの底部において は、加工されるべき当該窪みの他の場所よりも一層薄い不動態化層しか形成され ないか又は全く不動態化層が形成されなくなる。加工パルスの振幅、持続時間及 び波形は、加工されるべき表面の活性化が加工パルスの間の上記の短い距離の場 合においてのみ発生するように、選択される。このような場合には、加工パルス の印加の間の陽極溶解が、当該加工物の上記間隙が臨界距離よりも短いような箇 所のみで発生する。該加工物の残部は不動態化層により保護され、溶解されない 。この結果、非常に高い複写精度が得られる。本発明による方法の変形例におい ては、加工物と電極とが互いに振動運動を行い、前記加工物と前記電極との間の 距 離が前記加工パルスの間において極小に到達するようになされる。 上記不動態化パルスの電圧の振幅は重要な役割を果たす。低過ぎる電圧は、不 動態化層が薄過ぎるので、何の又は殆ど効果を有さない。逆に、高過ぎる電圧は 、以前に形成された不動態化層を前記窪みの側面で消滅させ、複写精度を悪化さ せる。更に高い電圧は、最終的に、通常の加工パルスと同じ効果を生じ、当該加 工物を、加工されるべき窪みの種々の望ましくない箇所で溶解させるであろう。 不動態化パルスの振幅を最適化するため、本発明による方法の変形例は、前記不 動態化パルスの電圧の振幅が電気化学加工の間に少なくとも１回調整され、一連 の連続する不動態化パルスにおける前記不動態化パルスの振幅が、前記加工物と 前記電極との間で測定される抵抗値が極大に到達するまで変化され、その後、電 気化学加工が前記抵抗値の極大に対応するような前記不動態化パルスの振幅を用 いて継続されることを特徴としている。 一連の連続した不動態化パルスの間において、該不動態化パルスの電圧の振幅 が、例えば零から当該加工物が溶解し始める所与の最大値まで増加されるように 徐々に変化される。後続の各不動態化パルスにおいては、僅かに高い電圧が印加 され、前記間隙の抵抗が測定及び記憶される。測定された抵抗値から最高値が選 択され、前記電圧の対応する振幅が、当該加工物の続く加工の間の或る時間にわ たり固定され及び維持される。このように、不動態化パルスの電圧の振幅は、最 大間隙抵抗に対して最適化される。このことは、前記側面上での不動態化層の形 成も最大となり、複写精度が最適化となることを意味している。 この目的のため、本発明による装置は、 電極と、 前記電極及び前記加工物を、これら電極と加工物との間に間隙を維持するよう な空間関係で位置させる手段と、 前記間隙に電解液を供給する手段と、 前記加工物と前記電極とに加工パルスを供給すべく前記電極と前記加工物とに 電気的に接続可能な第１の電源供給源と、 前記第１の電源供給源と同一の極性であると共に制御信号により制御可能な出 力電圧を有し、且つ、前記加工物と前記電極とに不動態化パルスを供給すべく前 記電極と前記加工物とに電気的に接続可能な第２の電源供給源と、 前記第１の電源供給源と前記第２の電源供給源とを、前記加工物及び前記電極 に交互に接続する手段と、 連続する不動態化パルスの間に前記第２の電源供給源の出力電圧を変化させる ための変化する制御信号を発生する手段と、 前記連続する不動態化パルスの間において前記加工物と前記電極との間の間隙 の電気抵抗を前記不動態化パルスの間の或る時点で測定し、該時点における前記 間隙の抵抗を表す抵抗情報値を記憶すると共に該時点における前記制御信号の対 応する制御信号値を記憶する手段と、 前記抵抗情報値から最大値を算出する手段と、 前記第２の電源供給源に対する前記制御信号を前記最大値に対応する制御信号 値に維持する手段と、 を有していることを特徴としている。 上記第２の電源供給源は可制御型であって、その電圧は徐々に上昇され、該電 圧の前記の測定された間隙抵抗が極大となるような値が記憶される。 変化するような間隙の距離が用いられる場合は、加工物と電極との間の距離の 如何なる値も、不動態化パルスの電圧の他の最適振幅に対応するであろう。これ は、加工物と電極とが互いに振動運動を行い、これらの間の距離が実際に決して 一定にはならないような場合に、特にそうである。この問題を解決するため、本 発明による方法の他の変形例は、前記不動態化パルスが時間スライスに分割され ると共に、各個別時間スライスに関して前記不動態化パルスの電圧の瞬時振幅が 、前記加工物と前記電極との間で測定される前記抵抗値が当該個別時間スライス の間に極大に到達するまで変化され、その後、電気化学加工が、各時間スライス に対して見付けられると共に当該時間スライスにおける前記抵抗値の極大に対応 するような振幅に従って瞬時振幅が変化するような不動態化パルスを用いて継続 されることを特徴とする。 不動態化パルスの各々の時間間隔が複数のスライスに分割され、各スライスに おいて、連続する不動態化パルスの間の電圧の振幅が、当該スライスにおいて最 大の抵抗が見つかるまで変化される。そして、このスライスにおける不動態化パ ルスの対応する最適スライス電圧が記憶される。この調整処理の終了の後、全て の記憶された最適スライス電圧が、不動態化パルスの時間間隔内で正しい順序で 連続的に発生され、その結果として、当該不動態化パルスの電圧の振幅は上記間 隙距離の変化に対して最適化された波形を持つようになる。 この目的のため、本発明による装置の一実施例は、 前記変化する制御信号を発生する手段が、前記第２の電源供給源の出力電圧を １つの不動態化パルスの時間間隔内の異なる時点において変化させる手段を含み 、 前記測定及び記憶する手段が、前記不動態化パルス内の前記異なる時点におけ る前記間隙の瞬時抵抗を表す抵抗情報値を記憶すると共に前記異なる時点におけ る前記制御信号の対応する制御信号値を記憶するように構成され、 前記算出する手段が、連続する不動態化パルス内の対応する時点の前記抵抗情 報値から個別の最大値を算出すると共に、これら個別の最大値に対応する制御信 号値に前記異なる時点において等しいような瞬時値を有する制御信号を発生する ように構成される、 ことを特徴とする。 このように、上記第２の電源供給源の電圧は、不動態化パルスの時間間隔内で 、その波形が当該不動態化パルスの間の変化する間隙寸法に最良に適合するよう に変化される。 不動態化パルスの電圧に対して最適の振幅波形を決定し且つ維持するための上 述した調整処理は、当該加工物の更なる電気化学加工の間において必要なだけの 頻度で繰り返すことができる。 また、本発明による方法の変形例は、前記連続する加工パルスの間の期間にお いて、更に、前記加工物と前記電極との間に反対の極性の電気パルスが印加され 、これら最後に述べたパルスが、前記電極が前記電解液中で溶解し始める振幅を 越えないような振幅の電圧を有するようにするか、及び／又は前記連続する加工 パルスの間の期間において、前記不動態化パルスが反対の極性の電気パルスと交 互となり、これら最後に述べたパルスが、前記電極が前記電解液中で溶解し始め る振幅を越えないような振幅の電圧を有するようにすることを特徴とする。 かくして、当該処理は加工パルスの間の期間において反対の極性の電気パルス により補足されるか、及び／又は斯様な電気パルスと交互となる。斯かる反対の 極性のパルスの目的、効果及び電圧振幅の設定は、国際出願WO97/03781号に包括 的に記載されている。該出願は、一方においては電極が溶解して加工精度が低下 するのを防止し、他方においては例えば或る光沢の形態の良好に規定された表面 状態との組合せにおいて高い加工効率を達成するために、反対の極性のパルスの 電圧の振幅がどの様な最適限界の間に調整されるべきかを説明している。クロム −ニッケル鋼が加工される場合は、これらの作業条件の下では、使用済み電解液 溶液には低減された濃度の６価毒性クロムしか残留せず、その結果、環境汚染に 関する要件に従うのが一層容易になることが分かった。 前記間隙の抵抗は、電極と加工物との間の間隙を経る電流及び該間隙の間の電 圧を測定し、該測定したデータをメモリに記憶することにより算出することがで きる。斯かる電流及び電圧は、好ましくは、上記測定されたデータが記憶される コンピュータに結合されたアナログ／デジタル変換器により測定されるものとす る。該コンピュータは、上記測定データを解析して最大間隙抵抗を算出する。該 コンピュータは、更に、前記第２の電源供給源の出力電圧を制御するための制御 信号も発生する。前記調整処理の間に、第２の電源供給源の出力電圧は上記コン ピュータからの上記制御信号の命令の下で徐々に変化される。該コンピュータが 最大抵抗値を見付けた後、所与の時間の間に該コンピュータにより対応する制御 信号が連続的に発生される。 図面の簡単な説明 本発明の、これら及び他の特徴を添付図面を参照して一層詳細に説明するが、 添付図面において： 第１図は、本発明による方法を実施するための装置の一実施例を概念的に示し ； 第２図は、本発明による方法の変形例において現れる信号の波形を示し； 第３図は、本発明による方法の変形例が実施される場合の電極と加工物との間 の電解液の状況の変化を示し； 第４図は、本発明による方法の変形例において発生する信号の波形を示し； 第５図は、本発明による方法を実施するための他の電流パルス列の波形を示し ； 第６図は、本発明による方法を実施するための装置の一実施例の電気的ブロッ ク図を示し； 第７図は、本発明による方法の変形例が実施される場合の加工物の窪みの加工 における不動態化層の形成を示し； 第８図は、本発明による方法の変形例が実施される場合の電極と加工物との間 の電圧及び抵抗の波形を示し； 第９Ａ図及び第９Ｂ図は、本発明による方法の変形例における処理工程のフロ ーチャートであり； 第１０図は、本発明による方法の変形例において発生する付加的な信号の波形 を示し； 第１１図は、本発明による方法の他の変形例において発生する付加的な信号の 波形を示す。 尚、これらの図において、同様の機能及び目的を持つ部分は同様の符号を帯び ている。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、加工物２の電気化学加工のための装置を示している。該加工物２は テーブル４上に配置され、該テーブルは、該加工物２に対して振動運動を行う電 極６に向かって送り速度Ｖ_kで移動され、該振動運動はモータ１０により駆動さ れるクランクシャフト８により実行される。上記加工物は、例えば、クロムを含 む一種の鋼からなる。例えばアルカリ金属の硝酸の水溶液等の電解液が、加工物 ２と電極６との間の間隙５に流れ、貯留器３からの圧力Ｐ₁で循環される。上記 加工物２、テーブル４及び電極６は、導電性である。電極６及びテーブル４は電 源供給源１２に接続され、該電源供給源は、これら電極６及びテーブル４に電気 パルスを供給する。これら電気パルスは、テーブル４が、従って加工物２が電極 ６に対して正となるような極性を持つ加工パルスを含み、これら加工パルスは同 一の極性を持つが以下に説明するような電圧及び波形を有するような不動態化パ ルス と交互となる。上記加工パルスの間に、加工物２の金属は電解液において陽極溶 解を始める。不動態化パルスの間には、加工物２の表面は局部的に不動態化され る。 第２図の曲線Ｉは、電極６と加工物２との間の間隙５の寸法Ｓ(t)の変化を表 している。第２図の曲線IIは、以下に述べるような調整処理の間における該間隙 ５の間の電圧Ｕの変化を表し、曲線IIIは後続の加工期間における間隙５の間の 電圧変化を表している。加工パルスＭＰは第２図の曲線IVで示される期間tiにお いて供給され、該期間においては電極６が加工物２に最も近い。これらの加工パ ルスの間では、間隙５の間の電圧は、第２図の曲線IIに示すように大域極小を持 つ波形を有する。これら加工パルスは、第２図に曲線Ｖで示すように、期間tuに おける不動態化パルスＰＰと交互となる。尚、間隙５の間の電圧Ｕの図示の波形 は実際の電圧波形の近似に過ぎないことに注意されたい。 第３図は、間隙５で発生する過程の概念を与えるものである。電極６の加工物 ２への接近の初期の段階では、比較的大きな間隙Ｓ_maxの場合、電解液の流れは 乱流状のものであり、該電解液は蒸気及び気体の泡を含んでいる。この段階では 、電極６と加工物２との間の空間は比較的高い電気抵抗を有するが、これは第２ 図の曲線IIの電圧Ｕにおける最初の極大から明らかである。電極６が近づくにつ れて、電解液内の圧力が増加して上記蒸気及び気体の泡が溶解し、その結果とし て電解液は該間隙内で均一及び一様となり、小さな間隙寸法で高い電流密度を達 成することができる。この結果、電気抵抗が減少するが、これは第２図の曲線II における大域極小の発生から明らかである。電極６と加工物２との間の距離の増 加並びに蒸気及び気体の泡の再発生の結果として、電気抵抗は第２図の曲線IIに 示すように再び第２の極大に増加する。電力の供給は、電解液が激しく沸騰し、 結果として該間隙中にキャビテーションが生じる程、大きい可能性がある。該キ ャビテーションは電解液の電気抵抗を一時的に増加させ、これが加工パルス中に おける電極と加工物との間の電圧変化Ｕにおける局部的極大として現れる。第４ 図は、大域極小Ｕ_minの後に発生する局部極大Ｕ３_maxを伴う電圧Ｕの変化を詳細 に示している。 上記のような激しいキャビテーションは、不動態化パルスと交互となるような 群の加工パルスの群を供給することにより避けることができることに注意された い。このようなパルス列が第５図に示されている。かくして、同一の最小間隙寸 法を用いながら、当該処理は一層正確な結果を伴って一層安定に進行する。 第６図は、本発明による電気化学加工装置の電気的なブロック図を示し、該装 置は本発明による電源供給源１２を含んでいる。該電源供給源１２は前記加工パ ルスを供給する電流源１４と、前記不動態化パルスを供給する可制御電圧源１６ とを有し、上記電流源は制御信号CSIにより制御可能な大きさの電流Ｉを供給し 、上記電圧源は制御信号CSUにより制御可能な出力電圧Ｕ_Pを供給する。電流源１ ４の負側端子及び可制御電圧源１６の負側端子は、共に、直列抵抗１８を介して 前記電極１６に接続されている。電流源１４の正側端子はスイッチ２０を介して 前記加工物２に接続されている。スイッチ２０は、同期ユニット２２により供給 される信号Ｓ_iの制御の下で期間tiにおいて閉成される(第２図参照)。可制御電 圧源１６の正側端子は、スイッチ２４を介して加工物２に接続されている。スイ ッチ２４は、前記モータ１０も同期させる同期ユニット２２により供給される信 号Ｓ_uの制御の下で期間tuにおいて閉成される(第２図参照)。電極６と加工物２ との間のアナログ電圧Ｕは、端子３２及び３４においてアナログ／デジタル変換 器２６により測定されて、デジタル信号ＤＵに変換され、該デジタル信号はコン ピュータ２８において記憶され、解析され及び処理される。前記間隙を経る電流 Ｉは、直列抵抗１８の両端間電圧降下を端子３６及び３８上で第２アナログ／デ ジタル変換器３０により測定することにより測定される。該アナログ／デジタル 変換器は上記アナログ電圧降下をデジタル信号ＤＩに変換し、該デジタル信号は 上記デジタル信号ＤＵと同様にコンピュータ２８により処理される。直列抵抗１ ８の代わりに、電流トランス又は何らかの他の好適なインターフェースを選択す ることもできる。アナログ／デジタル変換器３０は、適切な時点でアナログ／デ ジタル変換器２６の入力端子が端子３２及び３４を介しての電圧測定から端子３ ６及び３８を介しての電流測定に切り換えられるならば、不要とすることができ る。同期ユニット２２、アナログ／デジタル変換器２６及び３０、並びにコンピ ュータ２８にはクロックパルス（第６図には図示せず）が供給され、これらクロ ックパルスはデータ収集及びデータ処理が、交互の加工パルス及び不動態化パル スの 出現並びに前記電極の振動と同期するのを保証する。前記テーブル４の位置は位 置センサ４０により監視され、該センサはテーブル４の変位の尺度である信号Ｄ Ｓを供給する。コンピュータ２８は、電流源１４用の制御信号CSI及び可制御電 圧源１６用の制御信号CSUを適切なインターフェース４２及び４４を介して発生 するが、これらインターフェースは、例えば、デジタル／アナログ変換器として 構成することができる。前記クランクシャフト８の回転角度はセンサ４６により 測定され、該センサは電極６と加工物２との間の相対距離の尺度である信号ＤＰ をコンピュータ２８に供給する。 テーブル４の送り速度Ｖ_kを制御することにより、間隙５は、局部極大Ｕ３_max が第４図に示す如くに発生するように調整することができる。この局部極大は、 電圧Ｕをアナログ／デジタル変換器２６及びコンピュータ２８により又はオシロ スコープにより解析することにより検出することができる。しかしながら、もし 所望なら、間隙５の寸法に関する他の動作点、即ち電圧Ｕに何の局部極大Ｕ３_{ma x} も生じないようなもの、を選択することもできる。 第７図は、不動態化パルスの効果を示している。可制御電圧源１６の電圧Ｕ_P の振幅は、加工物２の加工窪み内に不動態化層ＰＬを形成するように選定される 。しかしながら、電圧Ｕ_Pの振幅は、当該加工物が溶解する程は高くなく、該不 動態化層が再び溶解する程にも高くない。前記振動運動のため、加工パルスの間 での電極６の端面との間の距離ｄ２は、当該加工窪みの側壁と電極６との間の距 離ｄ１よりも小さい。加工パルスの振幅と持続期間とを正しく選択した場合は、 加工物２は正面だけが、即ち送り方向における電極６の端面と対向してのみ溶解 し、不動態化層ＰＬの位置では溶解しないようになる。これは、非常に良好な複 写精度が得られる結果となり、加工物２の窪みの形状は電極６の形状に非常に正 確に従う。１０分の弧の精度で複雑な輪郭及び穿孔傾斜を得ることができる。局 部的に付着された不動態化層ＰＬは、高い加工精度をもたらすのみならず、一層 良好なエネルギ効率及び高い加工速度をもたらす。これは、エネルギが当該加工 窪みの側壁からの材料の望ましくない除去に浪費されないからである。 従って、最適な効果のためには、不動態化パルスの電圧Ｕ_Pが、不動態化層Ｐ Ｌ又は加工物２さえもが溶解する程には大きくないが、充分な又は殆ど何の不動 態 化層も形成されない程には小さくもないような振幅を有することが望ましい。こ れら両方の場合とも、加工パルスは加工物２を可能な箇所で溶解し、全ての方向 において比較的大きな加工窪みを生成し、これにより複写精度を低下させてしま う。不動態化パルスの最適な振幅は、間隙５の抵抗が最高となるような振幅であ る。これは、その場合に、低い導電度を持つ不動態化層ＰＬの成長が最大となり 、複写精度も最大となるからである。 不動態化パルスの電圧の振幅の最適な調整を達成するために、当該電気化学加 工装置（第６図）は調整処理を実行し、該処理においては、不動態化パルスの電 圧Ｕ_Pが電極６の複数の順次の振動の間に、零ボルトから加工物２が陽極溶解に 突入する電圧Ｕ_apまでステップ状に増加される。この目的のため、コンピュータ ２８は、可制御電圧源１６に対しインターフェース４４を介して適切な制御信号 CSUを供給する。電圧Ｕ_Pの各増加の後、間隙５の抵抗がアナログ／デジタル変換 器２６及び３０により測定される。該測定された抵抗値及び対応する制御信号CS Uは、コンピュータ２８の主メモリに数値として記憶される。見付けられた全て の抵抗値から、当該コンピュータは最大値、及び電圧Ｕ_Pのそれに関連する振幅 を決定する。かくして、該調整処理は完了し、当該加工処理は斯様にして見付け られた電圧Ｕ_Pの振幅を用いて所与の時間ＴＭにわたり継続される。電極６の振 動運動の結果、加工物２と電極６との間の送り方向の距離は、不動態化パルスの 間において連続的に変化する。加工物と電極との間の該距離の各値は、不動態化 パルスの電圧の他の最適振幅に対応する。これを見込むため、不動態化パルスの 時間間隔はスライスに分割される。かくして、各時間スライスに対する最適振幅 が決定され、該時間スライスにおいて当該間隙の抵抗は最大とする。上記調整処 理の完了に際し、コンピュータ２８は、各不動態化パルスの時間間隔内で可制御 電圧源１６に対して、該不動態化パルスの振幅に上記の変化する間隙寸法に対し て最適化された変化が付与されるような、一連の制御信号を供給する。不動態化 パルスの斯様な変化する振幅の一例が、第２図の曲線IIIに示されている。この 入念な調整処理を、第８図の図並びに第９Ａ図及び第９Ｂ図のフローチャートを 参照して一層詳細に説明する。 第８図の曲線Ｉは、加工物２と電極６との間の距離Ｓを示している。前記クラ ンクシャフト８の回転は該距離Ｓのサイン状の変化を生じさせ、該距離は加工パ ルスＭＰの間に極小Ｓ_minに到達する。クランクシャフト８の各回転は、周期Ｔ を持つ振動に対応する。当該調整処理はｍ個の振動の群をカバーし、結果として ｍＴなる持続時間を有する。該調整処理、即ちｍ振動の群、には加工期間ＴＭが 後続し、該期間においては当該加工物が加工パルスＭＰと、先行した前記調整処 理において決定された振幅変動を有する不動態化パルスＰＰとにより更に加工さ れる。該加工期間ＴＭの長さは、動作条件に依存し、必要に応じて設定すること ができる。この加工期間ＴＭが完了すると、再びｍ振動をカバーするような調整 処理が繰り返される。該調整処理が繰り返される回数も、動作条件と所望の結果 とに依存する。単純な場合には、該調整処理は１回のみ実行され、加工物は後続 の加工期間において一度に電気化学加工される。各群は、１から加工処理の全時 間長により決まる値まで変化するような連続番号ｉを有している。群ｉの各振動 は１からｍまで変化する連続番号ｊを有している。更に、各振動は、即ち加工期 間ＴＭにおける振動も、長さＤｔの時間スライスに分割される。各スライスは１ からｎまで変化する連続番号ｋを有している。第８図においては、各不動態化パ ルスＰＰは８つのスライス、即ちｎ＝８、に分割されているが、もっと大きな又 は小さな数のスライスも可能であることは明らかである。必要なスライスの数は 、当該加工物と電極との間の相対運動の大きさ及び時間変化に依存する。より多 くのスライスは、結果として、不動態化パルスの電圧の振幅の最適波形が決定さ れる分解能が上昇され、複写精度が改善されることとなる。 第８図の曲線IIは、不動態化パルスの振幅のステップ状の増加を示している。 振動ｊ＝１においては、零ボルトから開始して、最初のステップが適用される。 ｋ＝１ないしｋ＝ｎの全スライスに対して、各ステップは等しい。更に、連続番 号ｊ＝ｍ−１を有する最後から２番目の振動、及び連続番号ｊ＝ｍを有する最後 の振動が示されている。連続番号ｊ＝ｍを持つ最後の振動においては、電圧の振 幅は、加工物が陽極溶解に突入する電圧Ｕ_apに等しい。各時間スライス（ｋ＝１ …ｎ）の経過に際して、当該間隙の抵抗Ｒが測定されコンピュータのメモリに記 憶される。更に、制御信号CSUの対応する値が数値として記憶される。これらの ｎ回の抵抗測定は各振動ｊ（ｊ＝１…ｍ）に対して繰り返され、結果は曲線III で 示されるようなもので、そこには個別のスライスに対する抵抗値が示されている 。各スライスに対して、一連のｍ回の測定における最大抵抗Ｒ_maxが決定される 。例示として、連続番号ｊ＝ｍ−１を持つ最後から２番目の振動において測定さ れたスライス当たりの抵抗値が、各スライスに関しＲ_max(j=m-1,k=1)ないしＲ_{ma x} (j=m-1,k=n)であると仮定している。しかしながら、これは必須ではない。各々 の個別スライスｋに対する最大間隙抵抗は、異なる連続番号を有する振動におい ても見付けることができる。当該コンピュータは、該最大抵抗Ｒ_maxに関して見 付けられた各値に対する対応する制御信号CSUの値を知っている。当該調整処理 の完了後、即ち加工期間ＴＭにおいて、コンピュータ２８は、各不動態化パルス の時間スパン内で上記制御信号CSUの対応する値を正しい順序で発生する。第８ 図の曲線IVは、加工期間ＴＭにおける当該間隙の間の電圧Ｕの変化の一例を示し ている。 上記加工処理及び調整処理は第９Ａ図及び第９Ｂ図のフローチャートに示すよ うに進行する。これらの図におけるブロックは、以下のような標題を有している ： Ｂ０： 開始 Ｂ１： ｉ＝１ Ｂ２： Ｕ^* _k＝０，ｋ＝１…ｎ Ｂ３： Ｒ^* _k＝０，ｋ＝１…ｎ Ｂ４： Ｕ_k11＝０，ｋ＝１…ｎ Ｂ５： ｊ＝１ Ｂ６： ＤＰをチェック スイッチ２０をオン；スイッチ２４をオフ 加工パルスを発生 Ｂ７： ｋ＝１ Ｂ８： Ｕ_kji＝（Ｕ_kji＋ｄＵ）＜Ｕ_ap スイッチ２０をオフ；スイッチ２４をオン Ｂ９： Ｄｔを待つ Ｂ10： Ｉ_kjiを測定 Ｂ11： Ｒ_kji＝Ｕ_kji／Ｉ_kji Ｂ12： Ｒ_kji＞Ｒ^* _k？ Ｂ13： Ｒ^* _k＝Ｒ_kji Ｂ14： Ｕ^* _k＝Ｕ_kji Ｂ15： ｋ＝ｋ＋１ Ｂ16： ｋ＞ｎ？ Ｂ17： ｊ＝ｊ＋１ Ｂ18： ｊ＞ｍ？ Ｂ19： ＥＣＭ（Ｕ^* _k，ＴＭ） Ｂ20： ｉ＝ｉ＋１ Ｂ21： ＥＣＭ停止？ Ｂ22： 終了 ブロックＢ１において、群の連続番号ｉが開始値１に設定される。ブロックＢ ２においては、全てのスライスｋに対する全ての個別最適電圧Ｕ^*が開始値零に 設定される。ブロックＢ３においては、全てのスライスｋに対する全ての個別最 大抵抗値Ｒ^*が開始値零に設定される。ブロックＢ４においては、全てのスライ スｋに対する増加されるべき不動態化パルス振幅の初期値が零に設定される。ブ ロックＢ５においては、経過した振動の数の点数を保持するカウンタｊが開始値 １に設定される。 この初期化の後に加工処理が開始される。ブロックＢ６においては、電極位置 を示す信号ＤＰがチェックされる。正しい位置の場合は、スイッチ２０を閉じる ことにより電流源１４が接続され、スイッチ２４を開くことにより可制御電圧源 １６が切断される。次いで、加工パルスが供給される。この加工パルスは、当該 コンピュータにより決定される所与の持続期間を有している。該加工パルスが終 了した後、ブロックＢ７においてスライスカウンタｋが１に設定される。 ブロックＢ８においては、不動態化パルスのｉ番目の群のｊ番目の振動のｋ番 目のスライスにおける振幅Ｕ_kjiが、ステップ値ｄＵによりインクリメントされ る。結果としての振幅は電圧Ｕ_apを越えてはならない。更に、電流源１４がスイ ッチ２０を開くことにより切断され、前記可制御電圧源がスイッチ２４を閉じる ことにより接続される。次いで、ブロックＢ９において、１スライス期間Ｄｔの 待ち 時間が監視される。この後、ブロックＢ10において、ｉ番目の群のｊ番目の振動 のｋ番目のスライスにおける電流Ｉ_kjiの瞬時値が測定され記憶される。ブロッ クＢ11においては、瞬時抵抗値Ｒ_kjiが瞬時電圧Ｕ_kjiを上記瞬時電流Ｉ_kjiによ り除算することにより算出される。 ブロックＢ12においては、上記のようにして見付けられた瞬時抵抗値Ｒ_kjiが 当該スライスの個別最大抵抗値Ｒ^* _kよりも大きいかが判定される。もし、そうで ないなら、ブロックＢ15へのジャンプが実行される。もし、上記値が大きい場合 は、上記個別最大抵抗値Ｒ^* _kは上記瞬時抵抗値Ｒ_kjiに等しくされるが、これは ブロックＢ13において実行される。更に、ブロックＢ14においては、該スライス に対する対応する個別最適電圧Ｕ^* _kが前記瞬時値Ｕ_kjiに等しくされる。ブロッ クＢ16においては、スライスカウントｋがｎより大きいかが検査される。もし、 そうでないなら、全てのスライスは未だ処理されていないので、当該プログラム はブロックＢ８に戻り、次のスライス用の電圧が１ステップ増加され、電流が測 定され、抵抗が算出され、最大の抵抗値が該抵抗値に関連する瞬時電圧値と共に 記憶される。この過程は、全てのスライスが処理されるまで継続される。 全てのスライスが一旦完了すると、ブロックＢ17において振動カウントｊが１ だけインクリメントされ、ブロックＢ18において値ｍと比較される。経過した振 動の数がｍより小さいか又はｍに等しい場合は、当該プログラムはブロックＢ６ に戻り、続く加工パルスが印加されると共に、後続の不動態化パルスにおいて電 圧が１ステップだけインクリメントされる。この処理はｍ振動にわたり継続する 。次いで、ブロックＢ19においては、期間ＴＭにおいて、電気化学加工処理が個 別最適スライス電圧Ｕ^* _k(k=1…n)を用いて継続される。この後、ブロックＢ20に おいて群カウンタｉが１だけインクリメントされる。ブロックＢ21においては、 当該加工処理が充分長く経過したかが判定される。もし、当該加工処理がもっと 長い時間継続されるべき場合は、停止の決定がなされる前に群カウンタｉはイン クリメントされねばならない。当該加工処理を停止する判断基準は、例えば、前 記位置センサ４０の信号ＤＳによるテーブル４の変位か、又は経過処理時間であ り得る。当該加工処理が未だ完了していない場台は、ブロックＢ２へ戻り、新た な調整処理が開始し、これに他の加工期間ＴＭが続く。最終的な値が到達される と、 当該加工処理はブロックＢ22において終了される。 上述した方法及び装置が、テストサンプルを加工するために使用された。該サ ンプル及び電極の材料は焼鈍された状態の鋼40X13であり、加工面積は２cm²であ り、電解液は８％のNaNO₃であった。加工処理において、加工パルスの電圧は７ ボルトであり、該加工パルスの持続時間は２msであり、当該間隙の入口付近の電 解液圧力は３５０kPaであり、該電解液の温度は１８℃であり、また、電極の振 動周波数は４７Hzであり、該振動の振幅は０.２mmであった。不動態化パルスの 電圧は最小間隙の場合が＋２.８ボルトであり、最大間隙の場合で＋３.８ボルト であった。 該加工結果の解析は、従来の加工方法に較べて、本発明による電気化学加工方 法の使用は１.２５倍の加工生産性の増加及び１.２倍の電力消費の低減をもたら すことを示した。また、加工されるべき表面に対する電極の複写誤差は0.01mm以 下であった。 望むならば、第２図の曲線III及び第８図の曲線IVに示す不動態化パルスは、 反対の極性の電気パルスにより補足される及び／又は交互とされることができる 。斯かる反対極性のパルスの電圧の目的、効果及び振幅の設定は国際特許出願第 WO97/03781号に包括的に記載されている。この出願は、一方においては電極が溶 解して加工精度を減少させるのを防止し、他方においては例えば或る光沢の形態 のような良好に規定された表面状態との組合せでの高加工効率を達成するために 、どのような最適限界の間に、これら反対極性のパルスの電圧振幅を調整すべき かを記載している。多くの点で、上記国際出願に記載された装置は、第１図及び 第６図に示された装置と類似している。しかしながら、上記反対極性の電圧パル スを加工パルスの間の期間で発生させるには、可制御電圧源１６（第６図）の極 性は一時的に逆転されねばならないか、又は反対極性の追加の可制御電圧源及び スイッチ２４と同等の追加のスイッチを設けなければならない。 第１０図の曲線IIは、加工パルスがどの様にして負の電圧パルスと交互となる かを示している。この場合、正の不動態化パルスの代わりに、負のパルスが供給 され、これが加工物に高い光沢を与える。これら負の電圧パルスは上述した加工 方法の完了の前、最中又は後に供給することができる。 第１１図は、加工パルスの間の期間において先ず負の電圧パルスが印加され、 次いで前述した調整処理により決定された波形及び振幅の正の不動態化パルスが 印加されるような他の例を示している。 ここまでは、電極と加工物とが互いに振動運動を行い、加工パルスは該加工物 と電極との間の最小の距離の間に印加されると仮定してきた。該距離を増加させ ると、電解液が更新され得る容易さが増加する。しかしながら、厳密に言うと、 これを動作条件及び所望の結果が許容するなら、斯様な距離の変更は必要ではな い。 クランクシャフトを回転する代わりに、電極６と加工物２との間の距離を変化 させるための振動又は他の運動を発生させるべく他の駆動機構を使用することも 可能である。このような目的のため、ピニオン及び歯付きラックを備える電気的 又は流体的に駆動される構成、又は電気的又は流体的に駆動される親ネジを使用 することもできる。この場合、電極６は加工物２と当接させることができ、その 後間隙の寸法が調節される。加工処理の間では、該間隙寸法は、加工物２の溶解 速度に略等しいような平均して略一定な送り速度を達成するよう調整される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ベロゴルスカイ アレクサンダー エル オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ギマエフ ナジーク ゼット オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ザーチェフ アレクサンダー エヌ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 クチェンコ ヴィクター エヌ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ムシューディノフ ラファエル アール オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．導電性加工物を、該加工物と導電性電極との間に電気加工パルスを印加する と共に、その際に電解液が前記加工物と前記電極との間に供給されるようにし て電気化学的に加工する方法において、 前記加工パルスが、該加工パルスと同一の極性の電気不動態化パルスと交互 となり、該不動態化パルスの電圧が、前記加工物及び該加工物上の不動態化膜 を溶解するには不十分な振幅を有することを特徴とする方法。 ２．請求項１に記載の方法において、前記不動態化パルスの電圧の振幅が電気化 学加工の間に少なくとも１回調整され、一連の連続する不動態化パルスにおけ る前記不動態化パルスの振幅が、前記加工物と前記電極との間で測定される抵 抗値が極大に到達するまで変化され、その後、電気化学加工が前記抵抗値の極 大に対応するような前記不動態化パルスの振幅を用いて継続されることを特徴 とする方法。 ３．請求項２に記載の方法において、前記不動態化パルスが時間スライスに分割 されると共に、各個別時間スライスに関して前記不動態化パルスの電圧の瞬時 振幅が、前記加工物と前記電極との間で測定される前記抵抗値が当該個別時間 スライスの間に極大に到達するまで変化され、その後、電気化学加工が、各時 間スライスに対して見付けられると共に当該時間スライスにおける前記抵抗値 の極大に対応するような振幅に従って瞬時振幅が変化するような不動態化パル スを用いて継続されることを特徴とする方法。 ４．請求項１、２又は３に記載の方法において、前記加工物と前記電極との間に 、前記加工パルスの間の方が前記不動態化パルスの間よりも短いような距離が 維持されることを特徴とする方法。 ５．請求項４に記載の方法において、前記加工物と前記電極とが互いに振動運動 を行い、前記加工物と前記電極との間の前記距離が前記加工パルスの間におい て極小に到達することを特徴とする方法。 ６．請求項１、２、３、４又は５に記載の方法において、前記連続する加工パル スの間の期間において、更に、前記加工物と前記電極との間に反対の極性の電 気パルスが印加され、これら最後に述べたパルスは前記電極が前記電解液中で 溶解し始める振幅を越えないような振幅の電圧を有することを特徴とする方法 。 ７．請求項１、２、３、４又は５に記載の方法において、前記連続する加工パル スの間の期間において、前記不動態化パルスが反対の極性の電気パルスと交互 となり、これら最後に述べたパルスは前記電極が前記電解液中で溶解し始める 振幅を越えないような振幅の電圧を有することを特徴とする方法。 ８．導電性加工物を、該加工物と導電性電極との間に電気加工パルスを印加する と共に、その際に電解液が前記加工物と前記電極との間に供給されるようにし て電気化学的に加工する装置において、 電極と、 前記電極及び前記加工物を、これら電極と加工物との間に間隙を維持するよ うな空間関係で位置させる手段と、 前記間隙に電解液を供給する手段と、 前記加工物と前記電極とに加工パルスを供給すべく前記電極と前記加工物と に電気的に接続可能な第１の電源供給源と、 前記第１の電源供給源と同一の極性であると共に制御信号により制御可能な 出力電圧を有し、且つ、前記加工物と前記電極とに不動態化パルスを供給すべ く前記電極と前記加工物とに電気的に接続可能な第２の電源供給源と、 前記第１の電源供給源と前記第２の電源供給源とを、前記加工物及び前記電 極に交互に接続する手段と、 連続する不動態化パルスの間に前記第２の電源供給源の出力電圧を変化させ るための変化する制御信号を発生する手段と、 前記連続する不動態化パルスの間において前記加工物と前記電極との間の間 隙の電気抵抗を前記不動態化パルスの間の或る時点で測定し、該時点における 前記間隙の抵抗を表す抵抗情報値を記憶すると共に該時点における前記制御信 号の対応する制御信号値を記憶する手段と、 前記抵抗情報値から最大値を算出する手段と、 前記第２の電源供給源に対する前記制御信号を前記最大値に対応する制御信 号値に維持する手段と、 を有していることを特徴とする装置。 ９．請求項８に記載の装置において、 前記変化する制御信号を発生する手段が、前記第２の電源供給源の出力電圧 を１つの不動態化パルスの時間間隔内の異なる時点において変化させる手段を 含み、 前記測定及び記憶する手段が、前記不動態化パルス内の前記異なる時点にお ける前記間隙の瞬時抵抗を表す抵抗情報値を記憶すると共に前記異なる時点に おける前記制御信号の対応する制御信号値を記憶するように構成され、 前記算出する手段が、連続する不動態化パルス内の対応する時点の前記抵抗 情報値から個別の最大値を算出すると共に、これら個別の最大値に対応する制 御信号値に前記異なる時点において等しいような瞬時値を有する制御信号を発 生するように構成されている、 ことを特徴とする装置。 １０．請求項９に記載の装置において、当該装置が、更に、前記電極と前記加工 物との間の距離を変化させる手段を含み、該距離は前記加工パルスの供給の間 の方が前記不動態化パルスの供給の間よりも短いことを特徴とする装置。 １１．請求項１０に記載の装置において、当該装置が、前記加工物と前記電極と の間に振動運動を生じさせる手段と、前記第１及び第２の電源供給源を交互に 接続する前記手段を前記加工物の前記振動運動に同期させる手段とを含んでい ることを特徴とする装置。 １２．導電性加工物を、該加工物と導電性電極との間に電気加工パルスを印加す ると共に、その際に電解液が前記加工物と前記電極との間に供給されるように して電気化学的に加工する方法に用いるような電源供給源において、 前記加工物と前記電極とに加工パルスを供給すべく前記電極と前記加工物と に電気的に接続可能な第１の電源供給源と、 前記第１の電源供給源と同一の極性であると共に制御信号により制御可能な 出力電圧を有し、且つ、前記加工物と前記電極とに不動態化パルスを供給すべ く前記電極と前記加工物とに電気的に接続可能な第２の電源供給源と、 前記第１の電源供給源と前記第２の電源供給源とを、前記加工物及び前記電 極に交互に接続する手段と、 連続する不動態化パルスの間に前記第２の電源供給源の出力電圧を変化させ るための変化する制御信号を発生する手段と、 前記連続する不動態化パルスの間において前記加工物と前記電極との間の間 隙の電気抵抗を前記不動態化パルスの間の或る時点で測定し、該時点における 前記間隙の抵抗を表す抵抗情報値を記憶すると共に前記時点における前記制御 信号の対応する制御信号値を記憶する手段と、 前記抵抗情報値から最大値を算出する手段と、 前記第２の電源供給源に対する前記制御信号を前記最大値に対応する制御信 号値に維持する手段と、 を有していることを特徴とする電源供給源。 １３．請求項１２に記載の電源供給源において、 前記変化する制御信号を発生する手段が、前記第２の電源供給源の出力電圧 を１つの不動態化パルスの時間間隔内の異なる時点において変化させる手段を 含み、 前記測定及び記憶する手段が、前記不動態化パルス内の前記異なる時点にお ける前記間隙の瞬時抵抗を表す抵抗情報値を記憶すると共に前記異なる時点に おける前記制御信号の対応する制御信号値を記憶するように構成され、 前記算出する手段が、連続する不動態化パルス内の対応する時点の前記抵抗 情報値から個別の最大値を算出すると共に、これら個別の最大値に対応する制 御信号値に前記異なる時点において等しいような瞬時値を有する制御信号を発 生するように構成されている、 ことを特徴とする電源供給源。