JP2015042430A - 電解加工装置、電解加工方法および工具電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】これまでの電解加工装置は、工作物を広範囲に亘って電解液に浸漬させるので、加工対象となる領域以外においても電位差が生じてしまう。したがって、電解液の金属イオンを部分的に析出させて特定形状を造形する付加加工には、加工精度の観点から不向きであった。【解決手段】電解加工装置は、先端部へ向けて電解液を吐出させる第１内通孔と先端部から電解液を吸引する第２内通孔が設けられた工具電極と、先端部に対向して設置された工作物に対して工具電極の電位が高くなるように電圧を印加する印加部と、電解液の循環制御および印加部の電圧制御を行って工作物の表面に金属を析出させる制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電解加工装置、電解加工方法および工具電極の製造方法に関する。

導電性の工作物と電極との間に電解液を噴射しつつ電位差を与えることにより工作物を除去加工する電解加工装置が知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００７−０６９３２８号公報

これまでの電解加工装置は、工作物を広範囲に亘って電解液に浸漬させるので、加工対象となる領域以外においても電位差が生じてしまう。したがって、電解液の金属イオンを部分的に析出させて特定形状を造形する付加加工には、加工精度の観点から不向きであった。

本発明の第１の態様における電解加工装置は、先端部へ向けて電解液を吐出させる第１内通孔と先端部から電解液を吸引する第２内通孔が設けられた工具電極と、先端部に対向して設置された工作物に対して工具電極の電位が高くなるように電圧を印加する印加部と、電解液の循環制御および印加部の電圧制御を行って工作物の表面に金属を析出させる制御部とを備える。

本発明の第２の態様における電解加工方法は、工具電極を工作物へ接近させる接近工程と、工具電極の内部、工具電極の先端部と工作物の表面との間、工具電極の内部の順に電解液を循環させる循環工程と、前記工作物に対して工具電極の電位が高くなるように電圧を印加して、工作物の表面に金属を析出させる析出工程とを有する。

本発明の第３の態様における工具電極の製造方法は、１枚の中央プレートにスリットを形成するスリット形成工程と、２枚の挟持プレートで中央プレートを挟み込んで固定することにより電解液を流通させる内通孔を形成する内通孔形成工程とを有する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電解加工機を概念的に示す概念図である。 電解加工機に装着される工具電極と、加工対象である工作物の断面図である。 付加加工の各段階を示す、工具電極と工作物の断面図である。 除去加工の段階を示す、工具電極と工作物の断面図である。 極間距離と吸引圧力の関係を示す図である。 電解加工の制御フロー図である。 三次元加工への応用を説明する概念図である。 他の工具電極の外観斜視図である。 工具電極の製造方法を説明する説明図である。 工具電極の先端部の拡大図である。 他の電解加工機を概念的に示す概念図である。 他の電解加工機を概念的に示す概念図である。 印加電圧の例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電解加工装置１０を概念的に示す概念図である。電解加工装置１０は、工具電極１００が装着されて、電解加工により加工対象である工作物２００に付加加工および除去加工を施す装置である。付加加工は、電解液中の金属イオンを工作物２００の表面に析出させて凸形状を造形する加工である。除去加工は、金属である工作物２００の表面を電解液中へ溶解させて凹形状を造形する加工である。電解加工装置１０は、工具電極１００と工作物２００への印加極性を反転させることにより、付加加工を行うか除去加工を行うかを選択することができる。なお、図示するように、工具電極１００の中心軸に沿って工作物２００から遠ざかる方向をｚ軸プラス方向とする。また、ｚ軸に直交する一方向をｘ軸、ｚ軸およびｘ軸共に直交する方向をｙ軸とする。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。

電解加工装置１０は、工作物２００を載置するステージ３００、ｚ軸方向へ進退可能に工具電極１００を保持するホルダー４００、電解液５５０を吸引するポンプ５００、電解液を介して工具電極１００と工作物２００の間に電圧を印加する電源６００および電解加工装置１０の全体を制御する制御ユニット７００を主に備える。制御ユニット７００は、ＣＰＵ７１０と操作パネル７２０を含む。ＣＰＵ７１０は、操作パネル７２０を介して入力された加工手順、加工条件等に従って加工制御を実行する。操作パネル７２０は、タッチパネルなどの入力部を備える表示装置であり、操作者からの入力を受け付けると共に、メニュー項目、加工進捗等の表示を行う。

工具電極１００は、詳しくは後述するが、電解液５５０を供給する供給口１２０と、電解液５５０を回収する回収口１３０を備える金属製の工具電極である。電解液５５０は、工作物２００の加工予定位置２１０に対向する端面である先端部１１０から加工予定位置２１０へ向けて吐出され、再び先端部１１０から回収される。工具電極１００は、ホルダー４００に交換可能に装着される。具体的には、クランプによりホルダー４００に固定される。

ホルダー４００は、ｚ軸方向に沿って固定された支柱４１０に軸支されており、ホルダー４００と一体的に設けられた駆動部４２０の駆動力により、支柱４１０を上下する。したがって、工具電極１００は、ホルダー４００の上下移動に伴って、工作物２００に対して進退する。なお、駆動部４２０は、例えば、支柱４１０に噛み合うギア機構を含むモータによって構成される。

ステージ３００は、チャック３１０により工作物２００を固定する載置台である。チャック３１０は、ｘｙ平面方向へ移動可能であり、工作物２００の表面に設定される加工予定位置２１０を、工具電極１００の先端部１１０の直下に配置することができる。

ポンプ５００は、回収口１３０に接続された回収チューブ５６２を介して、電解液５５０を吸引する吸引ポンプである。ポンプ５００は、例えば、ゲージ圧で最大吸引圧力が−５３ｋＰａ、最大吸引量が０．６Ｌ／ｍｉｎ程度の能力を有する。ポンプの性能は、工作物、工具電極および電解液の性質、加工速度等の加工条件などに合わせて適宜選択される。また、ポンプ５００は、圧力計５１０を備え、圧力計５１０は、電解液５５０の吸引圧力を出力する。ＣＰＵ７１０は、加工中においては圧力計５１０の出力を受け取って、電解液５５０の吸引圧力を監視する。

回収された電解液５５０は、濾過装置５８０へ送られて不純物が濾過される。濾過装置５８０は、電解液５５０のイオン濃度を一定に保つ濃度調整装置５８１を含む。濃度調整装置５８１は、電解液５５０のイオン濃度を検出してＣＰＵ７１０へ出力する。ＣＰＵ７１０は、定期的にイオン濃度を監視し、イオン濃度の低下を検知したら、濃度調整装置５８１が貯蔵している電解質を電解液５５０に投入する。また、イオン濃度の上昇を検知したら、濃度調整装置５８１が貯蔵している水などの溶媒を電解液５５０に投入する。つまり、ＣＰＵ７１０は、濃度調整装置５８１を介してイオン濃度の回復を図る濃度調整制御を実行する。イオン濃度が保たれ濾過された電解液５５０は、濾過装置５８０に接続された還流チューブ５６３を介して、タンク５２０へ送られて貯蔵される。

タンク５２０は、電解液５５０を貯蔵する容器である。タンク５２０には供給チューブ５６１の一端が接続されており、供給チューブ５６１の他端は供給口１２０に接続されている。供給チューブ５６１は、電解加工装置１０の停止状態においても電解液５５０で満たされるように、タンク５２０と供給口１２０に接続されている。

このように、電解液５５０の循環経路は、タンク５２０→供給チューブ５６１→工具電極１００（供給口１２０→先端部１１０→回収口１３０）→回収チューブ５６２→ポンプ５００→濾過装置５８０→還流チューブ５６３→（タンク５２０）として確立される。ここで、電解液５５０を循環させるポンプ５００は、上述の通り工具電極１００の回収口１３０に接続された吸引ポンプとして設けられており、本実施形態においては、供給口１２０に電解液５５０を押し出す送出用のポンプは接続されていない。電解液５５０が工具電極１００の先端部１１０を経て循環するメカニズムは、他の図を用いて後述する。なお、本実施形態においては、回収した電解液５５０を濾過してタンク５２０へ戻す構成であるが、タンク５２０が加工に必要な量の電解液５５０を貯蔵できるのであれば、電解液５５０をタンク５２０へ戻す構成でなくても良い。

電源６００は、工作物接続線６１０を介して接続された工作物２００と、工具接続線６２０を介して接続された工具電極１００との間に電位差を生じさせる。電源６００は、ＣＰＵ７１０によって制御される。具体的には、ＣＰＵ７１０は、生じさせる電位差を設定したり、間欠的に電位差を生成させたり、印加極性を反転したりする。ＣＰＵ７１０は、印加極性については、工作物２００に対して工具電極１００に印加する電圧を高くする正電位極性と、工作物２００に対して工具電極１００に印加する電圧を低くする負電位極性のいずれかを設定する。例えば、正電位極性の場合、工作物２００をグランド電位として、工具電極１００にプラスの電圧を与える。あるいは、後述するように、工作物２００にプラスのオフセット電圧を与える場合には、そのオフセット電圧よりも高い電圧を工具電極１００に与える。ＣＰＵ７１０は、様々な態様の印加制御を実行し得る。例えば、加工中のパルス電流の値を一定にする定電流モードを実行する。パルス電流は、一例として、ハイレベルの電流値が１５Ａ、ローレベルの電流値が０Ａ、パルス幅が５ｍｓｅｃ、パルス周期が５０ｍｓｅｃである。

正電位極性に設定した場合は、加工予定位置２１０に対して付加加工が施され、負電位極性に設定した場合は、加工予定位置２１０に対して除去加工が施される。いずれの印加極性で制御されているかは、例えばＬＥＤのインジケータ６０１によって確認することができる。

なお、工作物接続線６１０は、直接的に工作物２００に接続されていても、チャック３１０などを介して工作物２００に接続されていても良い。同様に、工具接続線６２０は、直接的に工具電極１００に接続されていても、ホルダー４００などを介して工具電極１００に接続されていても良い。

図２は、電解加工装置１０に装着される工具電極１００と、加工対象である工作物２００の断面図である。本実施形態に係る工具電極１００は、二重円筒構造であり、その胴部をホルダー４００によって保持されている。

より具体的には、外筒１４０と内筒１５０の２つの筒がｚ軸方向を中心軸として同心状に入れ子に嵌め込まれている。外筒１４０の上部の内径と内筒１５０の上部の外径とはほぼ等しく、互いに嵌合している。外筒１４０は、当該上部以外においては、先端部１１０まで当該上部よりも内径が大きく形成されている。当該上部の下端側の境界部には、Ｏリング１６０が嵌め込まれており、外筒１４０と内筒１５０を互いに固定している。

例えば、外筒１４０の外径は１０ｍｍであり、上記上部以外の内径は８ｍｍである。同様に、内筒１５０の外径は５ｍｍであり、内径は３ｍｍである。なお、図においては、説明の観点からこの比率とは異なる比率で示している。

このように二重円筒構造を採用することにより、外筒１４０の内面と内筒１５０の外面との間の空間である第１内通孔１２１と、内筒１５０の内面から中心軸側の空間である第２内通孔１３１とが形成される。第１内通孔１２１は、工具電極１００の上方において、電解液５５０を導入する供給口１２０と連通している。第２内通孔１３１は、工具電極１００の上端において、電解液５５０を排出する回収口１３０と連通している。

第１内通孔１２１は、先端部１１０側で開口されており、開口部は電解液５５０を加工予定位置２１０へ吐出する吐出口１７１として機能する。第２内通孔１３１も、先端部１１０側で開口されており、開口部は電解液５５０を吸引する吸引口１７２として機能する。このような構造においては、第１内通孔１２１の吐出口１７１は、第２内通孔１３１の吸引口１７２よりも、先端部１１０において周縁側に設けられることになる。

図示するように、先端部１１０は、外筒１４０の先端部である外筒先端部１４１と、内筒１５０の先端部である内筒先端部１５１とから構成される。外筒先端部１４１は、内径が先端へ向かって徐々に大きくなるような、先細となるテーパを有する。内筒先端部１５１は、外筒１４０方向へ伸延する鍔部として形成される。鍔部は、工作物２００の表面である加工予定位置２１０に対向する面においては平面であるが、外筒１４０方向へ向かって徐々に肉薄となるテーパを有する。本実施形態において、鍔部の外径は９ｍｍである。このような、外筒先端部１４１のテーパと内筒先端部１５１のテーパにより、吐出口１７１は、第１内通孔１２１の流路断面よりも狭い開口となり、また、鉛直方向よりも若干周縁方向へ傾斜して形成される。

内筒先端部１５１がこのような幅広な鍔部として形成されることにより、内筒先端部１５１は、加工予定位置２１０との間で電流を流す実効的な電極として機能する。したがって、少なくとも内筒１５０が導電体であれば、外筒１４０が絶縁体であっても付加加工および除去加工を行うことができる。内筒１５０には、工作物２００の素材に応じて様々な導電体を採用し得るが、例えば工作物２００がステンレス鋼で場合、黄銅を用いることができる。特に、付加加工を行う場合に工具電極１００自身が溶解しないように、表面を金、銀などでメッキしても良い。

本実施形態においては、工作物２００は、ニッケル合金であり、外筒１４０、内筒１５０は、共に表面が金メッキされた黄銅であるものとして説明する。また、電解液５５０は、工具電極１００および工作物２００の素材に応じて適宜選択される。本実施形態においては、硝酸銅水溶液を用いる。

外筒先端部１４１は、内筒先端部１５１よりも、工作物２００側へ突出している。電解加工においては、工具電極１００と工作物２００とを接触させない。加工時において、工作物２００の表面に対する外筒先端部１４１のクリアランスをｃとする。また、内筒先端部１５１と工作物２００の表面との距離である極間距離をｇ_ｗとする。すると、外筒先端部１４１の内筒先端部１５１に対する突出量は、ｇ_ｗ−ｃとなる。本実施形態においては、突出量は５０μｍである。

このような断面構造において、先端部１１０が工作物２００の表面に十分接近し、電解液５５０がポンプ５００により吸引されて循環している状況における流路について説明する。

電解液５５０は、供給口１２０から第１内通孔１２１へ導入され、第１内通孔１２１を通過して吐出口１７１へ到達する。そして、電解液５５０は、ポンプ５００の吸引力により吐出口１７１から吐出される。吸引圧力は中心軸方向である吸引口１７２側から作用し、また、外筒先端部１４１が工作物２００の表面側へ突出して外部に漏れにくい構造であることから、ほぼ全量の電解液５５０が吸引口１７２へ向かって流動する。すなわち、電解液５５０は、内筒先端部１５１と工作物２００の表面との間に形成される極間空間を充填するように吸引口１７２へ移動する。吸引口１７２から再び工具電極１００の内部に取り込まれた電解液５５０は、第２内通孔１３１を通過して回収口１３０へ到達して外部へ排出される。

さらに、電解液５５０が工具電極１００の先端部１１０を経て循環するメカニズムについて、図３を用いて、穴加工の各段階を追いつつ詳述する。図３は、付加加工の各段階を示す、工具電極１００と工作物２００の断面図である。

図３（ａ）は、工具電極１００の先端部１１０を徐々に工作物２００の表面へ近づけている段階の様子を示す図である。この段階では、先端部１１０が工作物２００の表面から大きく離間しているので、ポンプ５００が吸引しても吸引口１７２からは空気が取り込まれるのみであり、したがって、電解液５５０は第２内通孔１３１へは導かれない。一方、タンク５２０と接続されている第１内通孔１２１は、電解液５５０で満たされている。ここで、上述のように吐出口１７１は第１内通孔１２１の流路断面よりも狭く、また、供給口１２０には送出用のポンプは接続されていないので、電解液５５０は、吐出口１７１における表面張力により第１内通孔１２１に留まり、吐出口１７１から滴下しない。なお、本実施形態においては、表面張力により電解液５５０を第１内通孔に留めるが、電解液５５０が滴下しない構成はこれに限らない。例えば、圧力差により開閉する弁を吐出口１７１近傍に設けて滴下を防ぐことができる。また、供給口１２０の高さとタンク５２０の液面の高さを調整することによっても、吐出口１７１の圧力差により滴下を防ぐことができる。

図３（ｂ）は、工具電極１００の先端部１１０が工作物２００の表面へ十分近づき、電解液５５０が循環し始めた段階の様子を示す図である。実質的には図２の先端部の様子と同様である。先端部１１０を徐々に工作物２００の表面へ近づけると、内筒先端部１５１と工作物２００の表面によって形成される極間空間である流路の断面積が狭められ、吸引口１７２から取り込まれる空気の流速が増加する。すると、ベンチェリ効果により極間空間の圧力が低下する。極間空間と第１内通孔１２１の圧力差が閾値を超えると、それまで第１内通孔に留まっていた電解液５５０が、吐出口１７１から吹き出し、極間空間を満たしつつ吸引口１７２へ向かって流動する。そして、吸引圧力により吸引口１７２から吸い上げられ、第２内通孔１３１を遡る。このようにして電解液５５０の循環が開始され、先端部１１０と工作物２００の表面との間が一定の間隔未満であれば、循環が継続される。

吐出口１７１は、吸引口１７２よりも周縁側に設けられているので、電解液５５０は、工具電極１００の中心軸方向へ向かって流れる。したがって、周縁方向へ向かって流すよりも、電解液５５０が先端部１１０より外側へ漏れ出すことを大幅に低減できる。すなわち、電解液５５０を加工領域に限定して循環させることができる。また、極間空間の流路断面ｇ_ｗよりも、工作物２００の表面に対する外筒先端部１４１のクリアランスｃを小さくしているので、電解液５５０の漏出を防ぐと共に、電解液５５０の循環中における空気の流入を低減することもできる。

図３（ｃ）は、電解液５５０中の銅が析出して凸形状が成長する様子を示す。電解液５５０の循環が開始された後に、電源６００による通電を開始すると、電解反応が進み、先端部１１０の形状に応じた隆起（凸形状）が徐々に形成される。隆起が成長すると極間距離ｇ_ｗが狭まるので、隆起の成長に応じて工具電極１００を矢印方向（ｚ軸プラス方向）へ段階的に引き上げる。

なお、本実施形態においては、供給口１２０には送出用のポンプを接続しないが、ポンプ５００と協調的に動作する送出用ポンプを供給チューブ５６１に介在させても良い。上述のようにベンチェリ効果は極間空間と第１内通孔１２１の圧力差が閾値を超えたときに生じるが、送出用ポンプを補助的に作動させ、第１内通孔１２１の圧力を一時的に高めることにより、電解液５５０の吹き出しを促すことができる。このような構成を採用すれば、粘度の高い電解液、粒状物が混在する電解液などに対しても有効にベンチェリ効果を生じさせることができる。

本実施形態においては対象とする加工領域に限定的に電解液５５０を供給することができるので、図示するように、工具電極１００の先端形状が隆起形状として転写されるように加工が進行する。すなわち、対象とする加工領域以外では加工が進行することなく、精度の高い付加加工を実現することができる。

ここで、従来の電解加工装置による加工方法との違いについて説明する。従来の電解加工装置は、電解液槽を満たす電解液に沈められた工作物に対し、少なくとも工具電極先端を電解液に浸して工作物に接近させて、工作物と工具電極の間に電流を流していた。このような構成を採用した場合、電解液中において、工具電極と工作物の加工対象領域（工具電極先端との対向領域）以外の領域との間にも電流経路が生じてしまい、結果的に加工対象領域以外も加工が進んでしまっていた。つまり、電解液が加工領域以外にも存在することが漂流電流を発生させる原因となって、加工精度の低下を招いていた。また、このような構成の場合、大型の電解液槽が必要となるので、大量の電解液を消費し、環境汚染の観点からも好ましくなかった。

また、別の従来の電解加工装置によれば、電解液を工作物に直噴させることにより、生成する不純物の除去を行い、加工速度の向上を実現する。しかし、対象とする加工領域に限定して電解液を供給するのではないので、加工精度の向上はわずかであり、やはり大量の電解液を消費することには変わりがなかった。精度の良い付加加工を実現するためには、対象加工領域に限定して電解液を行き渡らせること、換言すれば、対象加工領域以外の領域は電解液に浸されないことが重要である。この観点において、電解加工機は、電解液を対象加工領域に吐出すると共に、対象加工領域から漏出させること無く確実に回収することが要求される。本実施形態における電解加工装置１０は、これらの要求を満たして加工精度が優れると共に、少量の電解液で加工を行えるという利点を有する。

図４は、除去加工の段階を示す、工具電極１００と工作物２００の断面図である。特に、除去加工の一形態である穴加工において、加工深さｆまで進んだ様子を示す。図示するように、工具電極１００の先端形状が穴形状として転写されるように加工が進行する。穴が成長すると極間距離ｇ_ｗが広がるので、穴の成長に応じて工具電極１００を矢印方向（ｚ軸マイナス方向）へ段階的に送る。本実施形態においては、対象とする加工領域以外では加工が進行することなく、精度の高い除去加工を実現することができる。換言すると、工具電極１００の側面と加工によって形成された穴の内面との間隔である側面ギャップｇ_ｓを小さくすることができる。

次に、極間距離と吸引圧力の関係について説明する。図５は、電解加工開始時における工作物２００の表面に対する極間距離と吸引圧力の関係を示す図である。図において、横軸は内筒先端部１５１と工作物２００の表面との距離である極間距離（μｍ）を表し、縦軸は圧力計５１０が示す吸引圧力（ｋＰａ）を表す。

この実験結果から、吸引圧力を監視すれば、極間距離が推定できることがわかる。特に、付加加工においては、隆起の成長に伴って極間距離が小さくなるので、吸引圧力が徐々に低下することがわかる。同様に、除去加工においては、穴の成長に伴って極間距離が大きくなるので、吸引圧力が徐々に上昇することがわかる。そこで、本実施形態において、電解加工装置１０は、付加加工においては、ＣＰＵ７１０が監視する圧力計５１０の吸引圧力が予め定められた閾値Ｐ_ａを下回ったら工具電極１００を一定量引き離す動作を繰り返して、目標高さの凸形状を成形する。同様に、除去加工においては、ＣＰＵ７１０が監視する圧力計５１０の吸引圧力が予め定められた閾値Ｐ_ｉを上回ったら工具電極１００を一定量近づける動作を繰り返して、目標深さの凹形状を成形する。

閾値Ｐ_ａおよび閾値Ｐ_ｉは適宜設定し得る。互いに異なる値にしても良いし、同じ値にしても良い。例えば、図の例においては、両閾値とも、極間距離の変化に対する吸引圧力の変化量が大きい領域と小さい領域の境界値であるおよそ１００μｍに対応する−９ｋＰａとする。また、付加加工において工具電極１００を引き離すステップ量、および除去加工において工具電極１００を近づけるステップ量は、境界値として採用した１００μｍよりも小さいことが好ましいが、ここでは安全幅を考慮してここでは１０μｍとする。

従来の電解加工装置においては、極間距離の測定が困難であり、多くの場合は経験則に基づいて単位時間当たりの工具電極の送り量を決定していた。しかし、実際の極間距離に基づく送り制御ではないので、加工速度にむらが生じたり、加工形状が安定しなかったりしていた。しかし、本実施形態のように、極間距離と相関を持つ吸引圧力を監視して工具電極を移動する制御は、いわゆるフィードバック制御であり、このような制御によれば、最適な加工速度と、安定した加工形状を得ることができる。なお、上述の応用例のように、補助的に送出用ポンプを備える場合であっても、吸引圧力を監視する段階において送出用ポンプを停止させれば、同様にフィードバック制御を実行することができる。

次に、ＣＰＵ７１０の制御について説明する。図６は、電解加工の制御フロー図である。フローは、工具電極１００がホルダー４００に装着され、電解加工装置１０が起動した時点から開始する。

ＣＰＵ７１０は、ステップＳ１０１で、ポンプ５００を始動させ、吸引を開始する。この時点では、図３（ａ）の段階であり、第２内通孔１３１を介して空気が吸い込まれる。

ステップＳ１０２へ進み、ＣＰＵ７１０は、駆動部４２０を駆動して、工具電極１００を徐々に工作物２００へ接近させる。ステップＳ１０３では、ＣＰＵ７１０は、圧力計５１０の出力値を受け取り、当該出力値が電解液５５０の循環時における圧力範囲に含まれるか否かを判断することにより、電解液５５０の循環が開始されたか否かを判断する。なお、工具電極１００の先端部１１０が工作物２００の加工予定位置２１０へ接近することにより、電解液５５０が自ら循環を開始するメカニズムは、図３（ｂ）を用いて説明した通りである。電解液５５０の循環がまだ開始されていないと判断した場合は、ステップＳ１０２へ戻る。

電解液５５０の循環が開始されたと判断したら、ＣＰＵ７１０は、ステップＳ１０４へ進み、指定された加工が付加加工であるか、除去加工であるかを判断する。付加加工であると判断した場合にはステップＳ１０５へ進み、除去加工であると判断した場合にはステップＳ１１２へ進む。

付加加工であると判断してステップＳ１０５へ進むと、ＣＰＵ７１０は、工作物２００に対して工具電極１００に印加する電圧を高くする正電位極性を設定して、電源６００に通電を開始させる。工作物２００は、この時点から電解反応が始まり、凸形状の生成が進行する。

ＣＰＵ７１０は、圧力計５１０の出力値Ｐ_ｔを継続的に受け取ることにより、付加加工中の吸引圧力を監視する。ステップＳ１０６では、ＣＰＵ７１０は、吸引圧力としての出力値Ｐ_ｔが予め定められた閾値Ｐ_ａ（図４を用いて説明した例では−９ｋＰａ）を下回ったか否かを判断する。下回っていないと判断した場合には、ステップＳ１０６を定期的に繰り返す。

下回ったと判断した場合には、ＣＰＵ７１０は、ステップＳ１０７で、工具電極１００のそれまでの引き離し量を積算して、凸形状が目標高さに到達したか否かを判断する。目標高さに到達していないと判断した場合には、ステップＳ１０８へ進み、工具電極１００を予め定められた距離であるＤ_ａ（図４を用いて説明した例では１０μｍ）分だけ引き離す。そして、ステップＳ１０６へ戻る。ステップＳ１０６からステップＳ１０８を繰り返すことにより、凸形状が高くなる。このように、ＣＰＵ７１０と駆動部４２０は、工具電極１００と工作物２００の距離を調整する調整部として機能する。

ステップＳ１０７で目標高さに到達したと判断したら、ステップＳ１０９へ進み、ＣＰＵ７１０は、電源６００による通電を停止させる。そして、ステップＳ１１０へ進み、駆動部４２０を駆動して、工具電極１００を工作物２００から退避させる。すると、退避過程において電解液５５０の循環が自ずと停止するので、その後ステップＳ１１１で、ポンプ５００の吸引を停止させ、一連の付加加工を終了する。

ステップＳ１０４で除去加工であると判断してステップＳ１１２へ進むと、ＣＰＵ７１０は、工作物２００に対して工具電極１００に印加する電圧を低くする負電位極性を設定して、電源６００に通電を開始させる。工作物２００は、この時点から電解反応が始まり、凹形状の生成が進行する。

ＣＰＵ７１０は、圧力計５１０の出力値Ｐ_ｔを継続的に受け取ることにより、除去加工中の吸引圧力を監視する。ステップＳ１１３では、ＣＰＵ７１０は、吸引圧力としての出力値Ｐ_ｔが予め定められた閾値Ｐ_ｉ（図４を用いて説明した例では−９ｋＰａを超えたか否かを判断する。超えていないと判断した場合には、ステップＳ１１３を定期的に繰り返す。

超えたと判断した場合には、ＣＰＵ７１０は、ステップＳ１１４で、工具電極１００のそれまでの送り量（近づけた量）を積算して、目標深さに到達したか否かを判断する。目標深さに到達していないと判断した場合には、ステップＳ１１５へ進み、工具電極１００を予め定められた距離であるＤ_ｉ（図４を用いて説明した例では１０μｍ）分だけ近づける。そして、ステップＳ１１３へ戻る。ステップＳ１１３からステップＳ１１５を繰り返すことにより、凹形状が深くなる。

ステップＳ１１４で目標深さに到達したと判断したら、ステップＳ１１６へ進み、ＣＰＵ７１０は、電源６００による通電を停止させる。そして、ステップＳ１１０へ進み、駆動部４２０を駆動して、工具電極１００を工作物２００から退避させる。すると、退避過程において電解液５５０の循環が自ずと停止するので、その後ステップＳ１１１で、ポンプ５００の吸引を停止させ、一連の除去加工を終了する。

以上においては工具電極１００をｚ軸方向へ移動させる付加加工と除去加工について説明してきたが、工具電極１００をｘｙ平面方向へも移動させることにより、工作物２００に三次元加工を施すこともできる。図７は、三次元加工への応用を説明する概念図である。

図７（ａ）で示すように、工作物２２０の表面にＮ字形状の凹部を形成する除去加工について説明する。電解加工装置は、工具電極１００をｘｙ平面方向へ移動させる駆動部を備え、目標深さに応じて工具電極１００をＮ字に沿って何度か掃引させる。このとき、図７（ｂ）に示すように、一度の掃引において進行させる加工深さｓは、極間距離ｇ_ｗよりも小さく留める。ｓ＜ｇ_ｗであれば、矢印方向へ工具電極１００を移動させることができるので、掃引を繰り返すことにより徐々に深さを大きくすることができ、目標深さのＮ字形状の凹部を工作物２２０の表面に形成することができる。なお、工作物２２０に対して工具電極１００をｘｙ平面方向へ移動させるのではなく、工具電極１００に対して工作物２２０をｘｙ平面方向へ移動させても良い。

付加加工についても同様である。例えば、工作物２２０の表面にＮ字形状の凸部を形成する場合には、印加極性を反転させて、目標高さに応じて工具電極１００をＮ字に沿って何度か掃引させれば良い。もちろん、付加加工と除去加工を連続的に行っても良い。工具電極１００と工作物２２０の相対的な移動と、印加極性を制御すれば、付加と除去を任意に施すことができるので、より自由に三次元形状を形成することができる。使用者は、例えば操作パネル７２０を介して制御ユニット７００へ予めプログラムすれば、ＣＰＵ７１０は、当該プログラムに沿って付加加工と除去加工を切り替えつつ連続的に三次元形状を形成することができる。このような構成により、本実施形態に係る電解加工装置は、いわば金属を素材とする３Ｄプリンタのような造形を可能とする。

また、本実施形態における工具電極１００によれば、電解液を対象加工領域に限定して循環させることができるので、工具電極を鉛直方向に支持しなくても良い。例えば、工具電極を保持するホルダーが、固定された工作物に対して工具電極の先端部を鉛直方向とは異なる方向からも接近させることができるロボットハンドのような移動機構を備えれば、鉛直方向とは異なる方向へ加工を進めることができる。

また、以上説明した本実施形態においては、二重円筒構造の工具電極１００を説明したが、工具電極の構造は、２つの円筒を組み合わせるものに限らない。金属棒に対して第１内通孔と第２内通孔をドリル加工により形成しても良い。この場合、第１内通孔の吐出口は、第２内通孔の吸引口よりも、先端部において周縁側に設けることが好ましい。また、工具電極は円柱形状に限らず、さまざまな形状を採用し得る。

図８は、他の工具電極８００の外観斜視図である。図は、電解液の経路がわかるように、一部の内部構造を細線で示している。工具電極８００は、工具電極１００に替えて電解加工装置１０に装着し得る。

工具電極８００は、主に、中央プレート８１０と、中央プレート８１０を挟み込む第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０と、これら３枚のプレートを支持するベースプレート８５０と、３枚のプレートをベースプレート８５０へ固定する固定ブロック８４０により構成される。

中央プレート８１０は略正方形の薄板であり、共通の一辺から第１スリット８１１および第２スリット８１２が形成されている。第１スリット８１１および第２スリット８１２は、中央プレート８１０が第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０に挟み込まれることにより、それぞれ、電解液５５０を供給する第１内通孔と電解液５５０を回収する第２内通孔として機能する。そして、当該一辺における開口は、それぞれ、電解液５５０を吐出する吐出口８１１１と電解液５５０を吸引する吸引口８１２１として機能する。

第１スリット８１１のうち供給口８１１２と反対の端である供給口８１１２は、第１接続孔８６１と連通している。第１接続孔８６１は、中央プレート８１０、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０に跨いで形成された円柱孔であり、上述の供給チューブ５６１は、第１接続孔８６１に差し込まれて嵌合している。したがって、供給チューブ５６１を介して供給される電解液５５０は、工具電極８００の内部を流通して吐出口８１１１へ到達できる。

同様に、第２スリット８１２のうち吸引口８１２１と反対の端である回収口８１２２は、第２接続孔８６２と連通している。第２接続孔８６２は、中央プレート８１０、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０に跨いで形成された円柱孔であり、上述の回収チューブ５６２は、第２接続孔８６２に差し込まれて嵌合している。したがって、吸引口８１２１から吸引された電解液５５０は、工具電極８００の内部を流通して回収チューブ５６２へ到達できる。

固定ブロック８４０は、重ね合わされた３枚のプレート（中央プレート８１０、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０）を、ビス８４１の螺合によりベースプレート８５０側へ押しつけてベースプレート８５０へ固定するクランプ部材である。本実施例においては、固定ブロック８４０を採用してクランプする構造を成すが、固定構造は様々なバリエーションを採用し得る。例えば、ベースプレート８５０とは反対側に位置する第１挟持プレート８２０側から、重ね合わされた３枚のプレートを貫通してビスをベースプレート８５０へ螺合する構成でも良い。

ベースプレート８５０は、ビス８５１を介して、ホルダー４００に固定される。なお、固定はビスに限らず、例えばベースプレート８５０の一部を円筒形状にすることにより、他の一般的な工具電極と互換性を持たせた固定構造を採用することもできる。

なお、工具電極８００は、少なくとも電極として機能させる中央プレート８１０が工作物２００に応じた導電体であれば良い。他の部材については、樹脂等の絶縁体を採用しても良い。

図９は、工具電極８００の製造方法を説明する説明図である。図９（ａ）は、中央プレート８１０へ第１スリット８１１および第２スリット８１２を形成するスリット形成工程を示す図である。第１スリット８１１および第２スリット８１２は、ワイヤ放電加工により形成される。したがって、その幅はおよそ放電ワイヤの線径となるので、目標とする電解液の循環量に応じて適宜放電ワイヤが選択される。

図示するように、第１スリット８１１を形成する放電ワイヤは、中央プレート８１０の外縁を成す一辺の略中央から約４５度の方向へ進行し、途中から対辺へ向かって進行する。放電ワイヤは、対辺へ到達する手前で停止する。当該一辺における端点は、工具電極８００として組み上げられたときに吐出口８１１１となり、他の端点は、供給口８１１２となる。

同様に、第２スリット８１２を形成する放電ワイヤは、上記一辺の略中央であって吐出口８１１１とは少し離れた点から、第１スリット８１１の進行方向とは逆の約４５度の方向へ進行し、途中から対辺へ向かって進行する。放電ワイヤは、対辺へ到達する手前で停止する。当該一辺における端点は、工具電極８００として組み上げられたときに吸引口８１２１となり、他の端点は、回収口８１２２となる。なお、中央プレート８１０の板圧は、例えば０．１ｍｍである。

図９（ｂ）は、工具電極８００の組み立て工程の、特に内通孔形成工程を示す分解斜視図である。まず、中央プレート８１０は、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０に挟まれて相互の位置が調整される。このとき、互いの位置がずれないように相互に接着しても良い。位置調整がされた３枚のプレートは、固定ブロック８４０によりベースプレート８５０側へ押しつけられてビス８４１により固定される。このように２枚の挟持プレートに挟まれることにより、電解液５５０を供給する第１内通孔と電解液５５０を回収する第２内通孔が形成される。

図９（ｃ）は、第１接続孔８６１および第２接続孔８６２を形成する流路形成工程を示す図である。固定されて一体化された中央プレート８１０、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０は、ベースプレート８５０ごとボール盤に装着され、ドリル９１０によりそれぞれ第１接続孔８６１および第２接続孔８６２が形成される。このとき、中央プレート８１０は、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０のそれぞれに対して薄いので、第１接続孔８６１および第２接続孔８６２は、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０の少なくともいずれかに跨いで形成される。形成された第１接続孔８６１および第２接続孔８６２には、上述のように、それぞれ供給チューブ５６１および回収チューブ５６２が挿入されて嵌合する。

図１０は、工具電極８００の先端部の拡大図である。図示するように、吐出口８１１１の開口長さはｇ_ｉであり、例えば０．２ｍｍである。また、吸引口８１２１の開口長さはｇ_ｏであり、例えば１．０ｍｍである。本実施例のように、吸引口８１２１の開口長さを吐出口８１１１の開口長さより大きくすると、すなわち、吸引口の開口面積を吐出口の開口面積よりも大きくすると、電解液５５０の循環がスムースとなる。

吸引口８１２１と吐出口８１１１の間は、電解液５５０が循環する領域であり、実質的に電解加工が進行する加工領域である。この間隔は、電解加工を行う加工精度に合わせて適宜設定される。また、この加工領域においては、中央プレート８１０の一辺に対してオフセットするように、若干退避させることが好ましい。図の例ではオフセット量はｇ_ｗであり、例えば０．０２ｍｍである。このようにオフセットを持たせることにより、電解液５５０の循環がよりスムースとなる。また、加工領域において電極が溶解しないように、表面を金、銀などでメッキしても良い。

なお、以上の例では、中央プレート８１０、第１挟持プレート８２０および第２挟持プレート８３０を、いずれも略同一の正方形であるとして説明したが、形状はこれに限らない。例えば、吸引口８１２１と吐出口８１１１の近傍の実質的な加工領域を、工作物側へ突出させても良い。実質的な加工領域を突出させれば、加工中における工具電極８００のｘｙ方向への移動を容易にすることができる。

次に、電解加工機全体のバリエーションについて説明する。図１１は、他の電解加工装置２０を概念的に示す概念図である。上述の電解加工装置１０は、装着できる工具電極がひとつであったが、複数の工具電極が装着できるように電解加工装置を構成しても良い。電解加工装置２０は、工具電極を２つ装着できる構成の例である。なお、図１の電解加工装置１０と同じ要素については同符番を付してその説明を省略する。

上述のように、工具電極の先端部で電解液を循環させる場合、電解液と接する工作物表面の面積が加工速度および加工精度に大きく影響する。そこで、例えば、多くの電解液を循環させる工具電極と、少ない電解液を循環させる工具電極を組み合わせて加工すれば、高速な粗加工と高精度な仕上げ加工を両立することができる。

また、付加加工と除去加工を共に行う場合には、一方を付加加工に最適な工具電極を採用し、他方を除去加工に最適な工具電極を採用することもできる。すなわち、付加加工は付加加工に最適な工具電極を用いて行い、除去加工は除去加工に最適な工具電極を用いて行う。このように付加加工と除去加工で用いる工具電極を専用化することにより、共通した電解液を利用する場合であっても、工具電極が溶解することがなく、また析出した金属が工具電極に付着することもない電解加工を実現することができる。

電解加工装置２０は、第１工具電極１００１および第２工具電極１００２を備える。第１工具電極１００１は、電解液５５０を供給する第１供給口１２０１と、電解液５５０を回収する第１回収口１３０１を備える金属製の工具電極である。電解液５５０は、工作物２００の加工予定位置２１０に対向する端面である第１先端部１１０１から加工予定位置２１０へ向けて吐出され、再び第１先端部１１０１から回収される。第１工具電極１００１は、第１ホルダー４００１に交換可能に装着される。

第１回収口１３０１は、第１回収チューブ５６２１を介してポンプ５００と接続されている。第１供給口１２０１は、第１供給チューブ５６１１を介してタンク５２０と接続されている。第１供給チューブ５６１１は、電解加工装置２０の停止状態においても電解液５５０で満たされるように接続されている。第１工具電極１００１が用いられる場合には、電解液５５０の循環経路は、タンク５２０→第１供給チューブ５６１１→第１工具電極１００１（第１供給口１２０１→第１先端部１１０１→第１回収口１３０１）→第１回収チューブ５６２１→ポンプ５００→濾過装置５８０→還流チューブ５６３→（タンク５２０）として確立される。

第１ホルダー４００１は、ｚ軸方向に沿って固定された第１支柱４１０１に軸支されており、第１ホルダー４００１と一体的に設けられた第１駆動部４２０１の駆動力により、第１支柱４１０１を上下する。したがって、第１工具電極１００１は、第１ホルダー４００１の上下移動に伴って、工作物２００に対して進退する。なお、第１駆動部４２０１は、例えば、第１支柱４１０１に噛み合うギア機構を含むモータによって構成される。

第２工具電極１００２は、電解液５５０を供給する第２供給口１２０２と、電解液５５０を回収する第２回収口１３０２を備える金属製の工具電極である。電解液５５０は、工作物２００の加工予定位置２１０に対向する端面である第２先端部１１０２から加工予定位置２１０へ向けて吐出され、再び第２先端部１１０２から回収される。第２工具電極１００２は、第２ホルダー４００２に交換可能に装着される。

第２回収口１３０２は、第２回収チューブ５６２２を介してポンプ５００と接続されている。第２供給口１２０２は、第２供給チューブ５６１２を介してタンク５２０と接続されている。第２供給チューブ５６１２は、電解加工装置２０の停止状態においても電解液５５０で満たされるように接続されている。第２工具電極１００２が用いられる場合には、電解液５５０の循環経路は、タンク５２０→第２供給チューブ５６１２→第２工具電極１００２（第２供給口１２０２→第２先端部１１０２→第２回収口１３０２）→第２回収チューブ５６２２→ポンプ５００→濾過装置５８０→還流チューブ５６３→（タンク５２０）として確立される。

第２ホルダー４００２は、ｚ軸方向に沿って固定された第２支柱４１０２に軸支されており、第２ホルダー４００２と一体的に設けられた第２駆動部４２０２の駆動力により、第２支柱４１０２を上下する。したがって、第２工具電極１００２は、第２ホルダー４００２の上下移動に伴って、工作物２００に対して進退する。なお、第２駆動部４２０２は、例えば、第２支柱４１０２に噛み合うギア機構を含むモータによって構成される。

ステージ３００は、ガイドレール３２０に載置されて、ｘｙ方向へ自在に移動する。ステージ３００のｘｙ方向への移動は、ＣＰＵ７１０により制御される。特に、ステージ３００は、加工に供する工具電極が切り替えられるタイミングに同期して、加工予定位置２１０をこれまで用いていた工具電極の先端部に対向する位置から新たに用いる工具電極の先端部に対向する位置へ移動する。

第１工具電極１００１と第２工具電極１００２とは、工具接続線６２１により接続されて同電位に保たれる。このように構成すれば電源６００に切替スイッチを設けなくても良いので、簡易な回路構成を採用することができる。もちろん、ＣＰＵ７１０により第１工具電極１００１と第２工具電極１００２の電位を独立に制御できるように、電源６００に切替スイッチを設けて、それぞれの工具電極に対して工具接続線を接続しても良い。このように構成すれば、ＣＰＵ７１０は、例えば、第１工具電極１００１を付加加工用として、第２工具電極１００２を除去加工用として制御することができる。

本実施例においては、ベンチェリ効果を利用して電解液５５０を循環させるので、２つの工具電極に対してポンプ５００およびタンク５２０を共有することができる。すなわち、加工に供する工具電極を工作物２００へ接近させればその先端部において電解液５５０が循環し始め、加工に供さない工具電極を工作物から離間させておけば、ポンプ５００が吸引しても電解液５５０が循環することもなければ飛散することも無い。したがって、本実施例においては、ポンプ５００およびタンク５２０を複数設けなくても良いので、電解加工装置２０全体の構成を簡素化することができる。

図１２は、他の電解加工装置３０を概念的に示す概念図である。上述の電解加工装置１０は、循環させる電解液が１種類であったが、複数種類の電解液を選択的に循環させるように構成しても良い。電解加工装置３０は、２種類の電解液を循環させることができる構成の例である。なお、図１の電解加工装置１０と同じ要素については同符番を付してその説明を省略する。

電解加工装置において電解液の選択は、加工速度および加工精度に大きく影響する。そこで、例えば、電解反応が早いが精度のコントロールが困難な電解液と、電解反応は遅いが精度のコントロールが容易な電解液を組み合わせて選択的に用いれば、高速な粗加工と高精度な仕上げ加工を両立することができる。例えば、前者の電解液として硫酸銅溶液を、後者の電解液として硝酸銅溶液を利用し得る。

また、付加加工と除去加工を共に行う場合には、それぞれに最適な電解液を採用することもできる。このように付加加工と除去加工で用いる電解液を専用化することにより、共通した工具電極を利用する場合であっても、工具電極が溶解することがなく、また析出した金属が工具電極に付着することもない電解加工を実現することができる。例えば、前者の電解液として硝酸銅溶液を、後者の電解液として硝酸ナトリウム溶液を利用し得る。

第１ポンプ５００１は、第１回収チューブ５６２１を介して切替弁５７０に接続された、第１電解液５５０１を吸引する吸引ポンプである。第１電解液５５０１は、例えば、除去加工に供される硝酸ナトリウム溶液である。第１回収チューブ５６２１は、図１を用いて説明した吸引ポンプ５００と同様の性能を有する。また、第１ポンプ５００１は、第１圧力計５１０１を備え、第１圧力計５１０１は、第１電解液５５０１の吸引圧力を出力する。ＣＰＵ７１０は、加工中においては第１圧力計５１０１の出力を受け取って、第１電解液５５０１の吸引圧力を監視する。

回収された第１電解液５５０１は、第１濾過装置５８０１へ送られて不純物が濾過される。循環中に濃度の調整が不要な電解液を用いる場合は、図１を用いて説明したような濃度調整装置を設けなくても良いが、加工中に濃度が変化する電解液を用いる場合には、濃度調整装置を設けても良い。濾過された第１電解液５５０１は、第１タンク５２０１へ送られて貯蔵される。

第１タンク５２０１は、第１電解液５５０１を貯蔵する容器である。第１タンク５２０１には第１供給チューブ５６１１の一端が接続されており、第１供給チューブ５６１１の他端は切替弁５７０に接続されている。

第２ポンプ５００２は、第２回収チューブ５６２２を介して切替弁５７０に接続された、第２電解液５５０２を吸引する吸引ポンプである。第２電解液５５０２は、例えば、付加加工に供される硝酸銅溶液である。第２回収チューブ５６２２は、図１を用いて説明した吸引ポンプ５００と同様の性能を有する。また、第２ポンプ５００２は、第２圧力計５１０２を備え、第２圧力計５１０２は、第２電解液５５０２の吸引圧力を出力する。ＣＰＵ７１０は、加工中においては第２圧力計５１０２の出力を受け取って、第２電解液５５０２の吸引圧力を監視する。

回収された第２電解液５５０２は、第２濾過装置５８０２へ送られて不純物が濾過される。このとき、図１を用いて説明したように、濃度調整装置５８１を設けて濃度調整を行っても良い。濾過された第２電解液５５０２は、第２タンク５２０２へ送られて貯蔵される。

第２タンク５２０２は、第２電解液５５０２を貯蔵する容器である。第２タンク５２０２には第２供給チューブ５６１２の一端が接続されており、第２供給チューブ５６１２の他端は切替弁５７０に接続されている。

切替弁５７０は、第１電解液５５０１を循環させるか、第２電解液５５０２を循環させるかを切り替える弁機構を備える。切替弁５７０の弁機構は、ＣＰＵ７１０の制御により駆動される。より具体的には、切替弁５７０には、一端が工具電極１００の供給口１２０に接続された供給チューブ５６１の他端が接続されており、弁機構は、供給チューブ５６１と、第１供給チューブ５６１１および第２供給チューブ５６１２のいずれかを連通させる。また、切替弁５７０には、一端が工具電極１００の回収口１３０に接続された回収チューブ５６２の他端が接続されており、弁機構は、回収チューブ５６２と、第１回収チューブ５６２１および第２回収チューブ５６２２のいずれかを連通させる。このとき、弁機構は、供給チューブ５６１と第１供給チューブ５６１１を連通させる場合には、回収チューブ５６２と第１回収チューブ５６２１を連通させる。同様に、供給チューブ５６１と第２供給チューブ５６１２を連通させる場合には、回収チューブ５６２と第２回収チューブ５６２２を連通させる。

このように構成することにより、第１電解液５５０１を利用する場合には、その循環経路は、第１タンク５２０１→第１供給チューブ５６１１→切替弁５７０→供給チューブ５６１→工具電極１００（供給口１２０→先端部１１０→回収口１３０）→回収チューブ５６２→切替弁５７０→第１回収チューブ５６２１→第１ポンプ５００１→第１濾過装置５８０１→（第１タンク５２０１）として確立される。同様に、第２電解液５５０２を利用する場合には、その循環経路は、第２タンク５２０２→第２供給チューブ５６１２→切替弁５７０→供給チューブ５６１→工具電極１００（供給口１２０→先端部１１０→回収口１３０）→回収チューブ５６２→切替弁５７０→第２回収チューブ５６２２→第２ポンプ５００２→第２濾過装置５８０２→（第２タンク５２０２）として確立される。

以上のように、図１１を用いて複数の工具電極を選択的に利用する例を、図１２を用いて複数種類の電解液を選択的に循環させる例を説明したが、もちろん、相互に組み合わせた電解加工装置を構成することもできる。複数設けられた工具電極のそれぞれに複数種類の電解液を循環させることができれば、より多彩な加工を効果的に実現することができる。

次に、印加電圧のバリエーションについて説明する。上述の各例においては、工具電極および工作物の一方をグランド電位とし、他方を正電位とするパルス印加制御を行っていた。しかし、印加制御はこれに限らない。

パルス印加制御を行えば、加工精度が向上することが知られているが、例えば除去加工において、０ボルトと＋Ｖボルトの間でオンとオフを繰り返すと、パルスの立ち下がり時のオーバーシュートにより瞬間的に負電位となる場合がある。パルス印加制御にいては、オンとオフが短時間の間に何度も繰り返されるので、負電位となる累積時間が大きくなり、結果的に工具電極が溶解を招く。０ボルトと−Ｖボルトの間でオンとオフを繰り返す付加加工においても同様であり、パルスの立ち上がり時のオーバーシュートにより瞬間的に正電位となる場合がある。この場合は、結果的に工具電極に金属が析出することになる。つまり、０ボルトを基準としてパルス印加制御を行うと、工具が消耗する場合があった。これまでは、工具電極の消耗を回避したい場合には、パルス印加制御では無く、直流印加制御が行われてきた。

本実施形態における、印加制御のバリエーションについて説明する。図１３は、当該バリエーションに係る印加電圧の例を示す図である。ＣＰＵ７１０は、例えば除去加工において正電位のパルスを与える場合、グランド電位を少し持ち上げて、正電位のオフセット電圧を与えるように制御することができる。この場合、図示するように、ハイレベル電圧をＶ_ＨＩとし、ローレベル電圧をＶ_ＬＯとし、Ｘ_ｐパルスごとに一定の停止時間を設ける。具体的には、Ｖ_ＨＩを１０Ｖ程度に設定する場合、Ｖ_ＬＯはＶ_ＨＩの１割から３割程度の範囲である例えば２Ｖ程度にすれば良いことが実験的にわかった。このように、同極側にオフセット電圧を設ければ、パルスの立ち下がり時に電位が反転する恐れが軽減され、よって工具電極の消耗を回避できる。

また、一定の停止時間の間に工具電極を振動させれば、工具電極に付着する不純物を除去したり、電解液を攪拌したりすることができる。具体的には、工具電極に貼着した圧電素子をＣＰＵ７１０によって制御すれば、工具電極を当該停止時間に同期させて振動させることができる。

以上の実施形態において、付加加工を施す場合には、表面に特定の金属薄膜を形成すれば、薄膜干渉による着色効果を得ることもできる。本実施形態によれば、部分的に薄膜を形成することができるので、三次元形状の特定箇所に着色効果を施すことができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０、２０、３０ 電解加工装置、１００ 工具電極、１１０ 先端部、１２０ 供給口、１２１ 第１内通孔、１３０ 回収口、１３１ 第２内通孔、１４０ 外筒、１４１ 外筒先端部、１５０ 内筒、１５１ 内筒先端部、１６０ Ｏリング、１７１ 吐出口、１７２ 吸引口、２００ 工作物、２１０ 加工予定位置、２２０ 工作物、３００ ステージ、３１０ チャック、４００ ホルダー、４１０ 支柱、４２０ 駆動部、５００ ポンプ、５１０ 圧力計、５２０ タンク、５５０ 電解液、５６１ 供給チューブ、５６２ 回収チューブ、５６３ 還流チューブ、５８０ 濾過装置、５８１ 濃度調整装置、６００ 電源、６０１ インジケータ、６１０ 工作物接続線、６２０ 工具接続線、７００ 制御ユニット、７１０ ＣＰＵ、７２０ 操作パネル、８００ 工具電極、８１０ 中央プレート、８１１ 第１スリット、８１１１ 吐出口、８１１２ 供給口、８１２ 第２スリット、８１２１ 吸引口、８１２２ 回収口、８２０ 第１挟持プレート、８３０ 第２挟持プレート、８４０ 固定ブロック、８４１ ビス、８５０ ベースプレート、８５１ ビス、８６１ 第１接続孔、８６２ 第２接続孔、９１０ ドリル、１００１ 第１工具電極、１００２ 第２工具電極、１１０１ 第１先端部、１１０２ 第２先端部、１２０１ 第１供給口、１２０２ 第２供給口、１３０１ 第１回収口、１３０２ 第２回収口、３２０ ガイドレール、４００１ 第１ホルダー、４００２ 第２ホルダー、４１０１ 第１支柱、４１０２ 第２支柱、４２０１ 第１駆動部、４２０２ 第２駆動部、６２１ 工具接続線、５００１ 第１ポンプ、５００２ 第２ポンプ、５１０１ 第１圧力計、５１０２ 第２圧力計、５２０１ 第１タンク、５２０２ 第２タンク、５５０１ 第１電解液、５５０２ 第２電解液、５６１１ 第１供給チューブ、５６１２ 第２供給チューブ、５６２１ 第１回収チューブ、５６２２ 第２回収チューブ、５７０ 切替弁、５８０１ 第１濾過装置、５８０２ 第２濾過装置

Claims (27)

1. 先端部へ向けて電解液を吐出させる第１内通孔と前記先端部から前記電解液を吸引する第２内通孔が設けられた工具電極と、
   前記先端部に対向して設置された工作物に対して前記工具電極の電位が高くなるように電圧を印加する印加部と、
   前記電解液の循環制御および前記印加部の電圧制御を行って前記工作物の表面に金属を析出させる制御部と
   を備える電解加工装置。
2. 前記第２内通孔から吸引された前記電解液を前記第１内通孔へ導く循環路と、
   前記電解液を吸引して循環させる吸引用ポンプと
   を備える請求項１に記載の電解加工装置。
3. 前記吸引用ポンプの圧力を検出する圧力検出部と、
   前記圧力に基づいて前記工具電極と前記工作物との距離を調整する距離調整部と
   を備える請求項２に記載の電解加工装置。
4. 前記電解液の濃度を一定に保つ濃度調整部を備える請求項２または３に記載の電解加工装置。
5. 前記先端部を前記工作物の表面方向へ移動させる移動機構を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の電解加工装置。
6. 前記工具電極は、前記第１内通孔の吐出口が、前記第２内通孔の吸引口よりも、前記先端部において周縁側に設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載の電解加工装置。
7. 前記工具電極は、前記先端部において前記吐出口より周縁側が内周側より前記工作物の方向へ突出している請求項６に記載の電解加工装置。
8. 前記工具電極は、前記吸引口の面積が前記吐出口の面積よりも大きい請求項６または７に記載の電解加工装置。
9. 前記工具電極は、前記第１内通孔を形成する内筒と、前記内筒を挿通して前記内筒との間に前記第２内通孔を形成する外筒とを有する請求項１から８のいずれか１項に記載の電解加工装置。
10. 前記工具電極は、前記先端部の一部である前記内筒の内筒先端部が、外筒方向へ伸延する鍔部を有する請求項９に記載の電解加工装置。
11. 前記第１内通孔および前記第２内通孔の少なくともいずれかは、スリットが設けられた中央プレートと、前記中央プレートを挟み込んで支持する挟持プレートにより形成される請求項１から８のいずれか１項に記載の電解加工装置。
12. 前記印加部は、極性を反転させて前記工具電極に対して前記工作物の電位が高くなるように電圧を印加する反転部を有し、
    前記制御部は、前記反転部を制御して前記表面の金属を溶解させる請求項１から１１のいずれか１項に記載の電解加工装置。
13. 前記第１内通孔および前記第２内通孔を流通させる前記電解液を、第１電解液から第２電解液へ切り替える切替機構を備える請求項１から１２のいずれか１項に記載の電解加工装置。
14. 互いに異なる前記工具電極を複数備える請求項１から１３のいずれか１項に記載の電解加工装置。
15. 前記制御部は、同極のローレベルオフセット電圧に対してハイレベルのパルス電圧を印加するパルス電圧制御を実行する請求項１から１４のいずれか１項に記載の電解加工装置。
16. 工具電極を工作物へ接近させる接近工程と、
    前記工具電極の内部、前記工具電極の先端部と前記工作物の表面との間、前記工具電極の内部の順に電解液を循環させる循環工程と、
    前記工作物に対して前記工具電極の電位が高くなるように電圧を印加して、前記工作物の表面に金属を析出させる析出工程と
    を有する電解加工方法。
17. 前記循環工程は、前記電解液を前記先端部において周縁側から中心側へ流動させる請求項１６に記載の電解加工方法。
18. 前記循環工程は、前記工具電極の前記先端部と前記工作物の表面との間に形成される流路の断面が他の流路の断面よりも小さくなることにより生じるベンチェリ効果を用いて前記電解液を循環させる請求項１６または１７に記載の電解加工方法。
19. 前記循環工程は、前記ベンチェリ効果により前記電解液の循環が開始されるまでは、前記電解液は前記工具電極の内部に留まる請求項１８に記載の電解加工方法。
20. 前記循環工程は、前記電解液を吸引力のみを用いて循環させる請求項１６から１９のいずれか１項に記載の電解加工方法。
21. 前記電解液を吸引する圧力の変化に基づいて前記工具電極を前記工作物から離す距離調整工程を有する請求項２０に記載の電解加工方法。
22. 前記電解液の濃度を一定に保つ濃度調整工程を有する請求項１６から２１のいずれか１項に記載の電解加工方法。
23. 極性を反転させて前記工具電極に対して前記工作物の電位が高くなるように電圧を印加して、前記工作物の表面の金属を溶解させる溶解工程を有する請求項１６から２２のいずれか１項に記載の電解加工方法。
24. 前記電解液を、第１電解液から第２電解液へ切り替える切替工程を有する請求項１６から２３のいずれか１項に記載の電解加工方法。
25. 電圧を印加する前記工具電極を変更する変更工程を有する請求項１６から２４のいずれか１項に記載の電解加工方法。
26. １枚の中央プレートにスリットを形成するスリット形成工程と、
    ２枚の挟持プレートで前記中央プレートを挟み込んで固定することにより電解液を流通させる内通孔を形成する内通孔形成工程と
    を有する工具電極の製造方法。
27. 前記内通孔形成工程の後に、前記挟持プレートの少なくともいずれかと前記中央プレートに対して除去加工を施すことにより、前記スリットと接続される、前記電解液を供給する供給路および前記電解液を回収する回収路の少なくともいずれかを形成する流路形成工程を有する請求項２６に記載の工具電極の製造方法。

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