JP3330368B2 - 超微細な円筒型電極の製作のための電解加工方法 - Google Patents
超微細な円筒型電極の製作のための電解加工方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電解加工方法に関
し、もっと詳しくは、印加される電流量を調節して長さ
による直径が一定の超微細な円筒型電極の製作のための
電解加工方法に関するものである。
し、もっと詳しくは、印加される電流量を調節して長さ
による直径が一定の超微細な円筒型電極の製作のための
電解加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、電解加工は電圧が印加されて
電解液に受納された加工対象物が、やはり電圧が印加さ
れて電解液に受納された工具間の電流を通じて化学反応
を起こし、電解液に溶解されながら加工されることであ
って、電解液に受納されて加工される時、普通、次の通
りに四段階の過程として進行される。一番目に、電解液
にあるイオンなどが電極の表面に移動する過程と、二番
目に、加工対象物の表面にあった金属原子がイオンと反
応して分子を形成する過程と、三番目に、分子が安定し
たイオン形態に変化する過程、最後の四番目に、イオン
が電解液に拡散される過程である。
電解液に受納された加工対象物が、やはり電圧が印加さ
れて電解液に受納された工具間の電流を通じて化学反応
を起こし、電解液に溶解されながら加工されることであ
って、電解液に受納されて加工される時、普通、次の通
りに四段階の過程として進行される。一番目に、電解液
にあるイオンなどが電極の表面に移動する過程と、二番
目に、加工対象物の表面にあった金属原子がイオンと反
応して分子を形成する過程と、三番目に、分子が安定し
たイオン形態に変化する過程、最後の四番目に、イオン
が電解液に拡散される過程である。
【０００３】上述した過程のうち、加工対象物の表面の
金属原子がイオンと反応して分子を形成する過程の速度
と、分子が安定したイオン形態に変化する過程の速度と
を比較し、前者が後者より早ければ電解研磨であり、こ
れと反対に後者が前者より早ければ電解エッチングとな
る。このような四つの過程の間の速度差異は加工対象物
の表面状態だけでなく、加工形状にも重要に作用する
が、普通、金属の溶解速度は最後の四番目の過程である
イオンが電解液に拡散される段階で決定される。
金属原子がイオンと反応して分子を形成する過程の速度
と、分子が安定したイオン形態に変化する過程の速度と
を比較し、前者が後者より早ければ電解研磨であり、こ
れと反対に後者が前者より早ければ電解エッチングとな
る。このような四つの過程の間の速度差異は加工対象物
の表面状態だけでなく、加工形状にも重要に作用する
が、普通、金属の溶解速度は最後の四番目の過程である
イオンが電解液に拡散される段階で決定される。
【０００４】上記のような電解加工のうち、電解エッチ
ングを通じて数ナノメーター（Nanometer）くらいの精
密度を有する微細探針を製作するが、通常的には比較的
低い濃度の電解液と電流とで加工が進行される。この
時、加工対象物は長さ方向の側面部位より大きな曲率
（Curvature）を有する後端部位で溶解がもっと早く進
行され、普通、円錐形状を有することになる。このよう
な現象を形状効果（Geometric Effect）という。
ングを通じて数ナノメーター（Nanometer）くらいの精
密度を有する微細探針を製作するが、通常的には比較的
低い濃度の電解液と電流とで加工が進行される。この
時、加工対象物は長さ方向の側面部位より大きな曲率
（Curvature）を有する後端部位で溶解がもっと早く進
行され、普通、円錐形状を有することになる。このよう
な現象を形状効果（Geometric Effect）という。
【０００５】上記のような電解エッチング加工方法は、
次のような問題点を有している。まず、加工対象物の受
納深さによって加工条件に差異が生じ、局部的に溶解速
度が不均一となる。これにより、均一な形状を有する超
微細な直径の加工物を製作し難い問題点がある。また、
このような溶解速度の不均一により、精密で且つ多様な
形状の超微細な加工物を製作し難いという問題点もあ
る。
次のような問題点を有している。まず、加工対象物の受
納深さによって加工条件に差異が生じ、局部的に溶解速
度が不均一となる。これにより、均一な形状を有する超
微細な直径の加工物を製作し難い問題点がある。また、
このような溶解速度の不均一により、精密で且つ多様な
形状の超微細な加工物を製作し難いという問題点もあ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は上記
のような問題点に鑑みて案出されたものであって、本発
明の第１の目的は、均一な形状の超微細な円筒型電極の
製作のための電解加工方法を提供することである。そし
て、本発明の第２の目的は、精密で且つ多様な形状の超
微細な電極を製作できる超微細な円筒型電極の製作のた
めの電解加工方法を提供することである。
のような問題点に鑑みて案出されたものであって、本発
明の第１の目的は、均一な形状の超微細な円筒型電極の
製作のための電解加工方法を提供することである。そし
て、本発明の第２の目的は、精密で且つ多様な形状の超
微細な電極を製作できる超微細な円筒型電極の製作のた
めの電解加工方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためのもので、陰電圧が印加された陰極棒が電解
液内に受納され、陽電圧が印加された加工対象物が上記
の電解液に移送される時、始めに電流が流れ始める接触
点を測定し、電圧を除去した後、上記の接触点を基準と
して上記の加工対象物が加工する長さほどのみを電解液
に受納する準備段階；上記の加工対象物の加工する直
径、上記の加工対象物の電気化学等価嵩常数、電流密
度、加工時間間隔を設定し、上記の加工対象物と、上記
の陰極棒とを上記の電解液内に受納する条件設定段階；
電圧を印加し、上記の加工対象物が加工されるに従って
変化する表面積と、印加される電流と、印加される上記
の電流による電気量と、加工されるに従って変化する上
記の加工対象物の直径が所定の加工時間の流れに従って
連続的に計算及び測定されながら電解加工が進行される
加工段階；及び、上記の加工段階が、上記の加工対象物
の直径が加工する直径に近似化される時まで繰返して上
記の加工する直径に至った時、加工を終了する加工終了
段階；とから構成されることを特徴とする超微細な円筒
型電極の製作のための電解加工方法によって達成され
る。そして、加工されるに従って変化する上記の加工対
象物の表面積はＡｍ＝π［ＬＤ＋ｈ（ＤＯ＋２Ｄ）／
３］によって計算され、ここで、Ａｍは加工されるに従
って変化する上記の加工対象物の表面積ｍｍ２、Ｌは上
記の加工対象物の加工する長さｍｍ；ｈは表面張力によ
る上記の加工対象物の接触長さｍｍ、Ｄは加工されるに
従って変化する上記の加工対象物の直径ｍｍ、及びＤＯ
は上記の加工対象物の元の直径ｍｍである。また、上記
の電流量はｉ＝ＡｍＪにより計算され、ここで、ｉは単
位時間当りの印加される電流Ｃ／ｓｅｃ、Ａｍは加工さ
れるに従って変化する上記の加工対象物の表面積ｍ
ｍ２、Ｊは電流密度Ｃ／ｍｍ２ｓｅｃである。合わせ
て、上記の電気量はＱｔ＝Ｑｐ＋ｉΔｔによって計算さ
れ、ここで、Ｑｔは総加工時間の間印加される電気量
Ｃ、Ｑｐは前段階の電気量Ｃ、Δｔは加工時間変化量ｓ
ｅｃである。そして、加工される上記の加工対象物の直
径は、π（ＤＯ−Ｄ）［Ｌ（ＤＯ＋Ｄ）／４＋ｈ（３Ｄ
Ｏ＋２Ｄ）／１５］αｅ＝Ｑｔによって計算され、ここ
で、Ｄは加工されるに従って変化する上記の加工対象物
の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物の元の直径ｍｍ、
Ｑｔは総加工時間の間印加される総電気量Ｃ、Ｌは上記
の加工対象物の加工する長さｍｍ、ｈは表面張力による
上記の加工対象物の接触長さｍｍ、αｅは上記の加工対
象物の電気化学等価嵩常数ｍｍ３／Ｃである。尚、上記
の加工段階は上記の加工対象物の受納部位の金属イオン
などの溶解及び拡散速度が、印加される電流量によって
調節されることを特徴とする。合わせて、上記の陰極棒
としては導体性を有した種々の金属などのうちで、その
材質を任意に択一して使用することができるが、より望
ましくは、炭素を使用するのが良い。ここで、上記の電
解液としては一般的に電解加工時に使用される酸性とか
塩基性成分の溶液を加工対象物によって任意のモル数と
用いることができるが、より望ましくは、モル数４〜６
Ｍｏｌの水酸化カリウム溶液を用いるのが良い。 そし
て、上記の加工対象物は加工前に表面の異物質を除去す
るためにアセトンと蒸留水とで上記の加工対象物の表面
を超音波洗浄する。また、上記の加工対象物の表面張力
による付加的な加工嵩はＶｐ＝πｈ（−２Ｄ２−ＤＯＤ
＋３ＤＯ ２）／１５によって計算され、ここで、Ｖｐは
表面張力の影響で上記の加工対象物が付加的に加工され
る嵩ｍｍ３、ｈは表面張力による上記の加工対象物の接
触長さｍｍ、Ｄは加工されるに従って変化する上記の加
工対象物の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物の元の直
径ｍｍである。本発明のその他の目的、特定した長所な
ど及び新規の特徴などは添付された図面などと連関され
る、以下の詳細な説明及び望ましい実施例などからもっ
と明らかになるだろう。
決するためのもので、陰電圧が印加された陰極棒が電解
液内に受納され、陽電圧が印加された加工対象物が上記
の電解液に移送される時、始めに電流が流れ始める接触
点を測定し、電圧を除去した後、上記の接触点を基準と
して上記の加工対象物が加工する長さほどのみを電解液
に受納する準備段階；上記の加工対象物の加工する直
径、上記の加工対象物の電気化学等価嵩常数、電流密
度、加工時間間隔を設定し、上記の加工対象物と、上記
の陰極棒とを上記の電解液内に受納する条件設定段階；
電圧を印加し、上記の加工対象物が加工されるに従って
変化する表面積と、印加される電流と、印加される上記
の電流による電気量と、加工されるに従って変化する上
記の加工対象物の直径が所定の加工時間の流れに従って
連続的に計算及び測定されながら電解加工が進行される
加工段階；及び、上記の加工段階が、上記の加工対象物
の直径が加工する直径に近似化される時まで繰返して上
記の加工する直径に至った時、加工を終了する加工終了
段階；とから構成されることを特徴とする超微細な円筒
型電極の製作のための電解加工方法によって達成され
る。そして、加工されるに従って変化する上記の加工対
象物の表面積はＡｍ＝π［ＬＤ＋ｈ（ＤＯ＋２Ｄ）／
３］によって計算され、ここで、Ａｍは加工されるに従
って変化する上記の加工対象物の表面積ｍｍ２、Ｌは上
記の加工対象物の加工する長さｍｍ；ｈは表面張力によ
る上記の加工対象物の接触長さｍｍ、Ｄは加工されるに
従って変化する上記の加工対象物の直径ｍｍ、及びＤＯ
は上記の加工対象物の元の直径ｍｍである。また、上記
の電流量はｉ＝ＡｍＪにより計算され、ここで、ｉは単
位時間当りの印加される電流Ｃ／ｓｅｃ、Ａｍは加工さ
れるに従って変化する上記の加工対象物の表面積ｍ
ｍ２、Ｊは電流密度Ｃ／ｍｍ２ｓｅｃである。合わせ
て、上記の電気量はＱｔ＝Ｑｐ＋ｉΔｔによって計算さ
れ、ここで、Ｑｔは総加工時間の間印加される電気量
Ｃ、Ｑｐは前段階の電気量Ｃ、Δｔは加工時間変化量ｓ
ｅｃである。そして、加工される上記の加工対象物の直
径は、π（ＤＯ−Ｄ）［Ｌ（ＤＯ＋Ｄ）／４＋ｈ（３Ｄ
Ｏ＋２Ｄ）／１５］αｅ＝Ｑｔによって計算され、ここ
で、Ｄは加工されるに従って変化する上記の加工対象物
の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物の元の直径ｍｍ、
Ｑｔは総加工時間の間印加される総電気量Ｃ、Ｌは上記
の加工対象物の加工する長さｍｍ、ｈは表面張力による
上記の加工対象物の接触長さｍｍ、αｅは上記の加工対
象物の電気化学等価嵩常数ｍｍ３／Ｃである。尚、上記
の加工段階は上記の加工対象物の受納部位の金属イオン
などの溶解及び拡散速度が、印加される電流量によって
調節されることを特徴とする。合わせて、上記の陰極棒
としては導体性を有した種々の金属などのうちで、その
材質を任意に択一して使用することができるが、より望
ましくは、炭素を使用するのが良い。ここで、上記の電
解液としては一般的に電解加工時に使用される酸性とか
塩基性成分の溶液を加工対象物によって任意のモル数と
用いることができるが、より望ましくは、モル数４〜６
Ｍｏｌの水酸化カリウム溶液を用いるのが良い。 そし
て、上記の加工対象物は加工前に表面の異物質を除去す
るためにアセトンと蒸留水とで上記の加工対象物の表面
を超音波洗浄する。また、上記の加工対象物の表面張力
による付加的な加工嵩はＶｐ＝πｈ（−２Ｄ２−ＤＯＤ
＋３ＤＯ ２）／１５によって計算され、ここで、Ｖｐは
表面張力の影響で上記の加工対象物が付加的に加工され
る嵩ｍｍ３、ｈは表面張力による上記の加工対象物の接
触長さｍｍ、Ｄは加工されるに従って変化する上記の加
工対象物の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物の元の直
径ｍｍである。本発明のその他の目的、特定した長所な
ど及び新規の特徴などは添付された図面などと連関され
る、以下の詳細な説明及び望ましい実施例などからもっ
と明らかになるだろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明にかかる実施の形態を以下
に説明する。一般的に、電解加工（Electorchemical Ma
chining）とは、“陰極に印加された工具と、陽極に印
加された加工対象物の間に電解液を流れるようにして対
電流密度下で加工すること”であって、工具と加工対象
物とが接触されることを電解研削といい、接触されない
ことを電解型彫刻という。このうち、一般的に電解加工
は後者を意味する。上記のような電解加工で、電解液に
受納された陽極の加工対象物と、陰極の工具に電圧を印
加すると、陽極では電子を失いながら金属イオンの形態
に変化し、電解液内に溶解されながら酸化反応が生じ、
陰極では周辺のイオンが電子を得て原子とか分子の形態
に変化し、析出される還元反応が生じる。このような酸
化反応を通じて加工対象物は電解液内に溶解されながら
電解加工される。そして、このような電解加工中に陽極
に印加された加工対象物と、陰極に印加された工具との
間の電流を調節して加工対象物の長さによる直径変化を
一定に加工することによってマイクロポンチングの工
具、微細孔加工のためのマイクロ放電加工の工具などに
用いられる数マイクロメーターの直径の超微細な電極を
加工することができる。
に説明する。一般的に、電解加工（Electorchemical Ma
chining）とは、“陰極に印加された工具と、陽極に印
加された加工対象物の間に電解液を流れるようにして対
電流密度下で加工すること”であって、工具と加工対象
物とが接触されることを電解研削といい、接触されない
ことを電解型彫刻という。このうち、一般的に電解加工
は後者を意味する。上記のような電解加工で、電解液に
受納された陽極の加工対象物と、陰極の工具に電圧を印
加すると、陽極では電子を失いながら金属イオンの形態
に変化し、電解液内に溶解されながら酸化反応が生じ、
陰極では周辺のイオンが電子を得て原子とか分子の形態
に変化し、析出される還元反応が生じる。このような酸
化反応を通じて加工対象物は電解液内に溶解されながら
電解加工される。そして、このような電解加工中に陽極
に印加された加工対象物と、陰極に印加された工具との
間の電流を調節して加工対象物の長さによる直径変化を
一定に加工することによってマイクロポンチングの工
具、微細孔加工のためのマイクロ放電加工の工具などに
用いられる数マイクロメーターの直径の超微細な電極を
加工することができる。
【０００９】図１は本発明による超微細な円筒型電極の
製作のための電解加工方法の加工順序図である。図１に
図示されているように、上記の電解加工方法は大別する
と次のような四段階に構成される。一番目に、準備段階
Ｓ１０は、陰電圧が印加された陰極棒１が電解液５内に
受納され、陽電圧が印加された加工対象物３が上記の電
解液５に移送される時、始めに電流が流れ始める接触点
を測定し、印加された電圧を除去した後、上記接触点を
基準として上記加工対象物３の加工する長さ部分のみを
上記の電解液５内に受納する段階である。即ち、上記加
工対象物３に加工される長さ部分のみが、上記電解液５
内に収容される。このような上記の準備段階Ｓ１０での
接触点の測定は、上記の加工対象物３が上記の電解液５
に受納される時に発生する表面張力を考慮してもっと精
密な加工をするためである。二番目に、条件設定段階Ｓ
２０は、上記の加工対象物３の加工する直径、上記の加
工対象物３の電気化学等価嵩常数、電流密度、加工時間
間隔を設定し、上記の加工対象物３と、上記の陰極棒１
とを上記の電解液５内に受納する段階である。三番目
に、加工段階Ｓ３０は電圧を印加し、上記の加工対象物
３が加工されるに従って変化する表面積と、印加される
電流と、印加される上記の電流による電気量と、加工さ
れるに従って変化する上記の加工対象物３の直径が所定
の加工時間の流れに従って連続的に計算及び測定されな
がら電解加工が進行される段階である。最後の四番目
に、加工終了段階Ｓ４０は、上記の加工段階Ｓ３０が、
上記の加工対象物３の直径が加工する直径に近似化され
る時まで繰り返して上記の加工する直径に至った時に加
工が終了する段階である。このような四段階からなる上
記の電解加工方法は、形状効果と称する電解加工時の通
常の現象を相殺させるために、加工時に印加される電流
量を制御し、上記の加工対象物の材質による電流密度を
一定に制御して拡散効果を創出する。このような拡散効
果は電解加工時、上記の加工対象物３の下端へ行くほど
先が尖る形状効果とは異なり、上記の加工対象物３の下
端へ行くほど先が厚くなる現象であって、拡散効果と形
状効果とを適切に並行すると、全体的に直径が均一な加
工物が得られる。
製作のための電解加工方法の加工順序図である。図１に
図示されているように、上記の電解加工方法は大別する
と次のような四段階に構成される。一番目に、準備段階
Ｓ１０は、陰電圧が印加された陰極棒１が電解液５内に
受納され、陽電圧が印加された加工対象物３が上記の電
解液５に移送される時、始めに電流が流れ始める接触点
を測定し、印加された電圧を除去した後、上記接触点を
基準として上記加工対象物３の加工する長さ部分のみを
上記の電解液５内に受納する段階である。即ち、上記加
工対象物３に加工される長さ部分のみが、上記電解液５
内に収容される。このような上記の準備段階Ｓ１０での
接触点の測定は、上記の加工対象物３が上記の電解液５
に受納される時に発生する表面張力を考慮してもっと精
密な加工をするためである。二番目に、条件設定段階Ｓ
２０は、上記の加工対象物３の加工する直径、上記の加
工対象物３の電気化学等価嵩常数、電流密度、加工時間
間隔を設定し、上記の加工対象物３と、上記の陰極棒１
とを上記の電解液５内に受納する段階である。三番目
に、加工段階Ｓ３０は電圧を印加し、上記の加工対象物
３が加工されるに従って変化する表面積と、印加される
電流と、印加される上記の電流による電気量と、加工さ
れるに従って変化する上記の加工対象物３の直径が所定
の加工時間の流れに従って連続的に計算及び測定されな
がら電解加工が進行される段階である。最後の四番目
に、加工終了段階Ｓ４０は、上記の加工段階Ｓ３０が、
上記の加工対象物３の直径が加工する直径に近似化され
る時まで繰り返して上記の加工する直径に至った時に加
工が終了する段階である。このような四段階からなる上
記の電解加工方法は、形状効果と称する電解加工時の通
常の現象を相殺させるために、加工時に印加される電流
量を制御し、上記の加工対象物の材質による電流密度を
一定に制御して拡散効果を創出する。このような拡散効
果は電解加工時、上記の加工対象物３の下端へ行くほど
先が尖る形状効果とは異なり、上記の加工対象物３の下
端へ行くほど先が厚くなる現象であって、拡散効果と形
状効果とを適切に並行すると、全体的に直径が均一な加
工物が得られる。
【００１０】このために、本発明による電解方法は上記
の加工対象物３が溶解される速度と、上記の加工対象物
３のイオンが拡散により離れていく速度とを均衡あるよ
うに維持するために、印加する電流と電流密度とを制御
し、これにより、超微細な直径の電極が加工され得る。
の加工対象物３が溶解される速度と、上記の加工対象物
３のイオンが拡散により離れていく速度とを均衡あるよ
うに維持するために、印加する電流と電流密度とを制御
し、これにより、超微細な直径の電極が加工され得る。
【００１１】本発明による上記の電解加工方法を通じた
精密な加工のために、上記の準備段階Ｓ１０の以前に、
アセトンと蒸留水とを用いて上記の加工対象物３を超音
波洗浄することにより、上記の加工対象物３の表面上に
付着されているかも知れない異物質を予め除去してお
く。
精密な加工のために、上記の準備段階Ｓ１０の以前に、
アセトンと蒸留水とを用いて上記の加工対象物３を超音
波洗浄することにより、上記の加工対象物３の表面上に
付着されているかも知れない異物質を予め除去してお
く。
【００１２】上記の陰極棒１と、上記の加工対象物３、
また上記の電解液５は下記に述べる図２に図示される。
図２は本発明による超微細な円筒型電極の製作のための
電解加工方法の構成図である。図２に図示されているよ
うに、上記の電解加工方法は一定の大きさの容器に収ま
れた水酸化カリウム溶液である電解液５と、上記の電解
液５内に受納される陰極棒１と、上記の電解液５内に受
納される上記の加工対象物３とからなり、電源供給装置
から電圧の印加を受けて流れる電流量によって上記の加
工対象物３が電解液５内に溶解されながら加工される。
また上記の電解液５は下記に述べる図２に図示される。
図２は本発明による超微細な円筒型電極の製作のための
電解加工方法の構成図である。図２に図示されているよ
うに、上記の電解加工方法は一定の大きさの容器に収ま
れた水酸化カリウム溶液である電解液５と、上記の電解
液５内に受納される陰極棒１と、上記の電解液５内に受
納される上記の加工対象物３とからなり、電源供給装置
から電圧の印加を受けて流れる電流量によって上記の加
工対象物３が電解液５内に溶解されながら加工される。
【００１３】この時、電解加工されるに従って変化する
上記の加工対象物３の表面積と、印加される電流量、ま
た、このような電流量による電気量及び加工時点によっ
て加工されながら変化する上記の加工対象物３の加工直
径を電流検出器と、これに連結されたコンピューターを
通じて計算し、計算された結果をディスプレーし、上記
の加工対象物３の加工する直径まで加工されるようにコ
ンピューターを通じて電流を制御しながら印加される。
このように印加される電流を制御して電解加工をすれ
ば、長さによる直径が数マイクロメーターに至る超微細
な電極を製作することができる。
上記の加工対象物３の表面積と、印加される電流量、ま
た、このような電流量による電気量及び加工時点によっ
て加工されながら変化する上記の加工対象物３の加工直
径を電流検出器と、これに連結されたコンピューターを
通じて計算し、計算された結果をディスプレーし、上記
の加工対象物３の加工する直径まで加工されるようにコ
ンピューターを通じて電流を制御しながら印加される。
このように印加される電流を制御して電解加工をすれ
ば、長さによる直径が数マイクロメーターに至る超微細
な電極を製作することができる。
【００１４】図３は図１に図示された電解加工方法の加
工段階Ｓ３０と、加工終了段階Ｓ４０に関する順序図、
即ち、工程図である。図３に図示されているように、上
記の加工対象物３の加工する長さと、上記の加工対象物
３の加工する直径、上記の加工対象物３の電気化学等価
嵩常数及び電流密度、加工時間間隔を設定する条件設定
段階Ｓ２０の以後、上記の加工段階Ｓ３０が始まる。こ
のような上記の加工段階Ｓ３０は上記の電解液５内に受
納された上記の加工対象物３と上記の陰極棒１に電圧を
印加することになり、加工される表面積と、印加される
電流と、印加される上記の電流による電気量と、上記の
電気量によって加工され、変化する上記の加工対象物３
の加工直径が所定の加工時間の流れに従って連続的に計
算及び測定されながら電解加工が進行される段階であ
る。そして、上記の加工段階Ｓ３０は上記の加工対象物
３の直径が加工する直径に至る時まで連続的に繰り返し
て加工される上記の加工対象物３の直径が、予め設定さ
れた加工する直径に至る時頃、加工を終了する加工終了
段階Ｓ４０として電解加工を仕上げる。この時、加工さ
れるに従って変化する上記の加工対象物３の直径はＡｍ
＝π［ＬＤ＋ｈ（ＤＯ＋２Ｄ）／３］によって計算さ
れ、ここで、Ａｍは加工されるに従って変化する上記の
加工対象物３の表面積ｍｍ２であって、Ｌは上記の加工
対象物３の加工する長さｍｍであり、ｈは表面張力によ
る上記の加工対象物３の接触長さｍｍ、そして、Ｄは加
工されるに従って変化する上記の加工対象物３の直径ｍ
ｍ、ＤＯは上記の加工対象物３の元の直径ｍｍである。
なお、加工される間に印加される上記の電流量はｉ＝Ａ
ｍＪによって計算され、ここで、ｉは単位時間当りの印
加される電流Ｃ／ｓｅｃ、Ａｍは加工されるに従って変
化する上記の加工対象物３の表面積ｍｍ２、Ｊは電流密
度Ｃ／ｍｍ２ｓｅｃである。合わせて、上記の電流量に
よる電気量はＱｔ＝Ｑｐ＋ｉΔｔによって計算され、こ
こで、Ｑｔは総加工時間の間に印加される電気量Ｃ、Ｑ
ｐは前段階の電気量Ｃ、Δｔは加工加工時間変化量ｓｅ
ｃである。そして、上記の加工対象物３が加工されなが
ら変化する加工直径はπ（ＤＯ−Ｄ）［Ｌ（ＤＯ＋Ｄ）
／４＋ｈ（３ＤＯ＋２Ｄ）／１５］αｅ＝Ｑｔによって
計算され、ここで、Ｄは加工されるに従って変化する上
記の加工対象物３の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物
の元の直径ｍｍ、Ｑｔは総加工時間の間印加される総電
気量Ｃ、Ｌは上記加工対象物３の加工する長さｍｍ、ｈ
は表面張力による上記の加工対象物３の接触長さｍｍ、
αｅは上記の加工対象物３の電気化学等価嵩常数ｍｍ３
／Ｃである。
工段階Ｓ３０と、加工終了段階Ｓ４０に関する順序図、
即ち、工程図である。図３に図示されているように、上
記の加工対象物３の加工する長さと、上記の加工対象物
３の加工する直径、上記の加工対象物３の電気化学等価
嵩常数及び電流密度、加工時間間隔を設定する条件設定
段階Ｓ２０の以後、上記の加工段階Ｓ３０が始まる。こ
のような上記の加工段階Ｓ３０は上記の電解液５内に受
納された上記の加工対象物３と上記の陰極棒１に電圧を
印加することになり、加工される表面積と、印加される
電流と、印加される上記の電流による電気量と、上記の
電気量によって加工され、変化する上記の加工対象物３
の加工直径が所定の加工時間の流れに従って連続的に計
算及び測定されながら電解加工が進行される段階であ
る。そして、上記の加工段階Ｓ３０は上記の加工対象物
３の直径が加工する直径に至る時まで連続的に繰り返し
て加工される上記の加工対象物３の直径が、予め設定さ
れた加工する直径に至る時頃、加工を終了する加工終了
段階Ｓ４０として電解加工を仕上げる。この時、加工さ
れるに従って変化する上記の加工対象物３の直径はＡｍ
＝π［ＬＤ＋ｈ（ＤＯ＋２Ｄ）／３］によって計算さ
れ、ここで、Ａｍは加工されるに従って変化する上記の
加工対象物３の表面積ｍｍ２であって、Ｌは上記の加工
対象物３の加工する長さｍｍであり、ｈは表面張力によ
る上記の加工対象物３の接触長さｍｍ、そして、Ｄは加
工されるに従って変化する上記の加工対象物３の直径ｍ
ｍ、ＤＯは上記の加工対象物３の元の直径ｍｍである。
なお、加工される間に印加される上記の電流量はｉ＝Ａ
ｍＪによって計算され、ここで、ｉは単位時間当りの印
加される電流Ｃ／ｓｅｃ、Ａｍは加工されるに従って変
化する上記の加工対象物３の表面積ｍｍ２、Ｊは電流密
度Ｃ／ｍｍ２ｓｅｃである。合わせて、上記の電流量に
よる電気量はＱｔ＝Ｑｐ＋ｉΔｔによって計算され、こ
こで、Ｑｔは総加工時間の間に印加される電気量Ｃ、Ｑ
ｐは前段階の電気量Ｃ、Δｔは加工加工時間変化量ｓｅ
ｃである。そして、上記の加工対象物３が加工されなが
ら変化する加工直径はπ（ＤＯ−Ｄ）［Ｌ（ＤＯ＋Ｄ）
／４＋ｈ（３ＤＯ＋２Ｄ）／１５］αｅ＝Ｑｔによって
計算され、ここで、Ｄは加工されるに従って変化する上
記の加工対象物３の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物
の元の直径ｍｍ、Ｑｔは総加工時間の間印加される総電
気量Ｃ、Ｌは上記加工対象物３の加工する長さｍｍ、ｈ
は表面張力による上記の加工対象物３の接触長さｍｍ、
αｅは上記の加工対象物３の電気化学等価嵩常数ｍｍ３
／Ｃである。
【００１５】図４は図１に図示された電解加工方法の準
備段階Ｓ１０に関する順序図である。 図４に図示され
ているように、上記の準備段階Ｓ１０は次の通りであ
る。まず、上記の加工対象物３には陽電圧を印加し、上
記の陰極棒１には陰電圧を印加する。そして、このう
ち、陰極棒１は上記の電解液５内に移送されて収納さ
れ、陽電圧で印加された上記の加工対象物３は上記の電
解液５上にゆっくりと移送されながら上記の電解液５と
最初に接触する接触点を測定するが、このような最初の
接触点は上記の加工対象物３が移送されて上記の電解液
５と接触する時、上記の電解液５を伝導媒介体として上
記の陰極棒１に流れる最初の電流を検出することにより
測定される。そして、上記の加工対象物３と、上記の陰
極棒１に印加された電圧を除去し、上記の電解液５の水
面上に移送した後、測定された上記の接触点を基準とし
て受納し、加工される上記の加工対象物３の加工する長
さ部分のみを上記の電解液５内に受納する。このような
上記の準備段階Ｓ１０は表面張力により付加的に加工さ
れる嵩を計算するのに必須的に経なければならない段階
であって、これは、精密加工のために必ず考慮されなけ
ればならない点である。上記の加工対象物３の表面張力
による付加的な加工嵩はＶｐ＝πｈ（−２Ｄ２−ＤＯＤ
＋３ＤＯ ２）／１５によって計算され、ここで、Ｖｐは
表面張力の影響で上記の加工対象物３が付加的に加工さ
れる嵩ｍｍ３、ｈは表面張力による上記の加工対象物３
の接触長さｍｍ、Ｄは加工されるに従って変化する上記
の加工対象物３の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物の
元の直径ｍｍである。
備段階Ｓ１０に関する順序図である。 図４に図示され
ているように、上記の準備段階Ｓ１０は次の通りであ
る。まず、上記の加工対象物３には陽電圧を印加し、上
記の陰極棒１には陰電圧を印加する。そして、このう
ち、陰極棒１は上記の電解液５内に移送されて収納さ
れ、陽電圧で印加された上記の加工対象物３は上記の電
解液５上にゆっくりと移送されながら上記の電解液５と
最初に接触する接触点を測定するが、このような最初の
接触点は上記の加工対象物３が移送されて上記の電解液
５と接触する時、上記の電解液５を伝導媒介体として上
記の陰極棒１に流れる最初の電流を検出することにより
測定される。そして、上記の加工対象物３と、上記の陰
極棒１に印加された電圧を除去し、上記の電解液５の水
面上に移送した後、測定された上記の接触点を基準とし
て受納し、加工される上記の加工対象物３の加工する長
さ部分のみを上記の電解液５内に受納する。このような
上記の準備段階Ｓ１０は表面張力により付加的に加工さ
れる嵩を計算するのに必須的に経なければならない段階
であって、これは、精密加工のために必ず考慮されなけ
ればならない点である。上記の加工対象物３の表面張力
による付加的な加工嵩はＶｐ＝πｈ（−２Ｄ２−ＤＯＤ
＋３ＤＯ ２）／１５によって計算され、ここで、Ｖｐは
表面張力の影響で上記の加工対象物３が付加的に加工さ
れる嵩ｍｍ３、ｈは表面張力による上記の加工対象物３
の接触長さｍｍ、Ｄは加工されるに従って変化する上記
の加工対象物３の直径ｍｍ、ＤＯは上記の加工対象物の
元の直径ｍｍである。
【００１６】以上に説明した本発明で炭素材質の上記の
陰極棒１と、水酸化カリウム溶液である上記の電解液５
とは上記の加工対象物３によって適切な他の材質と成分
とに取り替えて使用され得る。そして、印加してくれる
電流量と電流密度及び電解液のモル数のような加工条件
などを異にして多様な形状の加工物を加工することがで
きる。
陰極棒１と、水酸化カリウム溶液である上記の電解液５
とは上記の加工対象物３によって適切な他の材質と成分
とに取り替えて使用され得る。そして、印加してくれる
電流量と電流密度及び電解液のモル数のような加工条件
などを異にして多様な形状の加工物を加工することがで
きる。
【００１７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による超
微細な円筒型電極の製作のための電解加工方法による
と、加工対象物の溶解速度と加工対象物のイオンが拡散
される速度の均衡を維持しながら加工できるので、長さ
による直径が一定した、超微細な電極加工物を得ること
ができる。そして、加工条件を異にして加工することに
なると、多様な直径の加工物を得ることができる。合わ
せて、電解液と加工対象物との間に発生する表面張力に
対する影響まで考慮して加工されるので、もっと精密な
加工をすることができる。また、工具と加工対象物とが
直接的に接触せず、化学反応を応用した加工であるた
め、強度の大きい加工対象物も容易に加工でき、短い加
工時間に多数の加工対象物を加工することができる。
微細な円筒型電極の製作のための電解加工方法による
と、加工対象物の溶解速度と加工対象物のイオンが拡散
される速度の均衡を維持しながら加工できるので、長さ
による直径が一定した、超微細な電極加工物を得ること
ができる。そして、加工条件を異にして加工することに
なると、多様な直径の加工物を得ることができる。合わ
せて、電解液と加工対象物との間に発生する表面張力に
対する影響まで考慮して加工されるので、もっと精密な
加工をすることができる。また、工具と加工対象物とが
直接的に接触せず、化学反応を応用した加工であるた
め、強度の大きい加工対象物も容易に加工でき、短い加
工時間に多数の加工対象物を加工することができる。
【００１８】本発明を上記で言及した望ましい実施例と
関連して説明したが、本発明の要旨と範囲から外れるこ
となく、他の多様な修正及び変形が可能なことは明白で
ある。従って、本発明の請求の範囲は本発明の範囲内に
属する修正及び変形を含む。
関連して説明したが、本発明の要旨と範囲から外れるこ
となく、他の多様な修正及び変形が可能なことは明白で
ある。従って、本発明の請求の範囲は本発明の範囲内に
属する修正及び変形を含む。
【図１】本発明にかかる超微細な円筒型電極の製作のた
めの電解加工方法を示す加工順序図。
めの電解加工方法を示す加工順序図。
【図２】本発明にかかる超微細な円筒型電極の製作のた
めの電解加工方法を示した構成図。
めの電解加工方法を示した構成図。
【図３】図１に図示された電解加工方法の加工段階と加
工終了段階に関する順序図。
工終了段階に関する順序図。
【図４】図１に図示された電解加工方法の準備段階に関
する順序図。
する順序図。
１ 陰極棒 ３ 加工対象物 ５ 電解液 Ｓ１０ 準備段階 Ｓ２０ 条件設定段階 Ｓ３０ 加工段階 Ｓ４０ 加工終了段階
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−51230（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−184838（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−13521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−36799（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23H 3/02 C25F 3/00
Claims (11)
- 【請求項１】 陰電圧が印加された陰極棒が電解液内に
受納され、陽電圧が印加された加工対象物が前記電解液
に移送される時、始めに電流が流れ始める接触点を測定
し、電圧を除去した後、前記接触点を基準として前記加
工対象物の加工する長さほどのみを電解液に受納する準
備段階； 前記加工対象物の加工する直径、前記加工対象物の電気
化学等価嵩常数、電流密度、加工時間間隔を設定し、前
記加工対象物と、前記陰極棒とを前記電解液内に受納す
る条件設定段階； 電圧を印加し、前記加工対象物が加工されるに従って変
化する表面積と、印加される電流と、印加される前記電
流による電気量と、加工されるに従って変化する前記加
工対象物の直径が所定の加工時間の流れに従って連続的
に計算及び測定されながら電解加工が進行される加工段
階；及び前記加工段階が、前記加工対象物の直径が加工
する直径に近似化される時まで繰返して前記加工する直
径に至った時、加工を終了する加工終了段階；とから構
成されることを特徴とする超微細な円筒型電極の製作の
ための電解加工方法。 - 【請求項２】 加工されるに従って変化する前記加工対
象物の表面積はＡｍ＝π［ＬＤ＋ｈ（ＤＯ＋２Ｄ）／
３］によって計算され、 ここで、Ａｍは加工されるに従って変化する前記加工対
象物の表面積ｍｍ２； Ｌは前記加工対象物の加工する長さｍｍ； ｈは表面張力による前記加工対象物の接触長さｍｍ； Ｄは加工されるに従って変化する前記加工対象物の直径
ｍｍ； ＤＯは前記加工対象物の元の直径ｍｍ；であることを特
徴とする請求項１に記載の超微細な円筒型電極の製作の
ための電解加工方法。 - 【請求項３】 加工が進行されるに従って印加される前
記電流量はｉ＝ＡｍＪにより計算され、 ここで、ｉは単位時間当りの印加される電流Ｃ／ｓｅ
ｃ； Ａｍは加工されるに従って変化する前記加工対象物の表
面積ｍｍ２； Ｊは電流密度Ｃ／ｍｍ２ｓｅｃ；であることを特徴とす
る請求項１に記載の超微細な円筒型電極の製作のための
電解加工方法。 - 【請求項４】 前記電気量はＱｔ＝Ｑｐ＋ｉΔｔによっ
て計算され、 ここで、Ｑｔは総加工時間の間印加される電気量Ｃ； Ｑｐは前段階の電気量Ｃ； Δｔは加工時間変化量ｓｅｃ；であることを特徴とする
請求項１に記載の超微細な円筒型電極の製作のための電
解加工方法。 - 【請求項５】 加工されるに従って変化する前記加工対
象物の直径は、 π（ＤＯ−Ｄ）［Ｌ（ＤＯ＋Ｄ）／４＋ｈ（３ＤＯ＋２
Ｄ）／１５］αｅ＝Ｑｔによって計算され、 ここで、Ｄは加工されるに従って変化する前記加工対象
物の直径ｍｍ； ＤＯは前記加工対象物の元の直径ｍｍ； Ｑｔは総加工時間の間印加される総電気量Ｃ； Ｌは前記加工対象物の加工する長さｍｍ； ｈは表面張力による前記加工対象物の接触長さｍｍ； αｅは前記加工対象物の電気化学等価嵩常数ｍｍ３／
Ｃ；であることを特徴とする請求項１に記載の超微細な
円筒型電極の製作のための電解加工方法。 - 【請求項６】 前記加工段階は、前記加工対象物の受納
部位の金属イオンなどの溶解及び拡散速度が、印加され
る電流量によって調節されることを特徴とする請求項１
に記載の超微細な円筒型電極の製作のための電解加工方
法。 - 【請求項７】 前記陰極棒は、材質が炭素であることを
特徴とする請求項１に記載の超微細な円筒型電極の製作
のための電解加工方法。 - 【請求項８】 前記電解液は、水酸化カリウム溶液であ
ることを特徴とする請求項１に記載の超微細な円筒型電
極の製作のための電解加工方法。 - 【請求項９】 前記電解液のモル数は、４〜６Ｍｏｌで
あることを特徴とする請求項８に記載の超微細な円筒型
電極の製作のための電解加工方法。 - 【請求項１０】 前記加工対象物は、加工前に表面の異
物質を除去するためにアセトンと蒸留水とで前記加工対
象物の表面を超音波洗浄することを特徴とする請求項１
に記載の超微細な円筒型電極の製作のための電解加工方
法。 - 【請求項１１】 前記加工対象物の表面張力による付加
的な加工嵩はＶｐ＝πｈ（−２Ｄ２−ＤＯＤ＋３
ＤＯ ２）／１５によって計算され、 ここで、Ｖｐは表面張力の影響で前記加工対象物が付加
的に加工される嵩ｍｍ３； ｈは表面張力による前記加工対象物の接触長さｍｍ； Ｄは加工されるに従って変化する前記加工対象物の直径
ｍｍ； ＤＯは前記加工対象物の元の直径ｍｍ；であることを特
徴とする請求項１に記載の超微細な円筒型電極の製作の
ための電解加工方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2000-0058440A KR100379748B1 (ko) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법 |
| KR2000-58440 | 2000-10-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002113618A JP2002113618A (ja) | 2002-04-16 |
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000337684A Expired - Fee Related JP3330368B2 (ja) | 2000-10-05 | 2000-11-06 | 超微細な円筒型電極の製作のための電解加工方法 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP3330368B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR100580946B1 (ko) | 2004-06-28 | 2006-05-17 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 초미세바늘전극의 제조장치 및 그 방법 |
| CN100544874C (zh) * | 2006-10-20 | 2009-09-30 | 南京航空航天大学 | 微细圆柱群电极电化学腐蚀加工方法 |
| KR101182267B1 (ko) | 2010-07-12 | 2012-09-12 | 삼성디스플레이 주식회사 | 세정 장치 |
| CN104043885B (zh) * | 2014-06-12 | 2016-06-08 | 上海理工大学 | 基于声发射技术表面白层去除方法 |
| CN110370792B (zh) * | 2019-08-30 | 2021-06-04 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种防伪标签电解烫印装置及采用其电解烫印防伪标签的方法 |
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| JP3016129B2 (ja) * | 1996-04-02 | 2000-03-06 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 微細加工方法 |
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