JP3953400B2 - Ion dissociation promotion method, electrode for electrolytic processing, electrolytic processing method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン解離促進方法に係り、特に電解加工などにおいて液体中のイオン解離を促進するためのイオン解離促進方法に関するものである。また、本発明は、電解加工において被加工物を接触又は近接させる電解加工用電極に関するものである。更に、本発明は、かかるイオン交換体を用いて電解加工を行う電解加工方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的なイオン交換体は、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体やフッ素樹脂などの基材に、スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム基(=N+=)、3級以下のアミノ基などのイオン交換基を結合させたイオン交換樹脂やイオン交換膜である。また、グラフト重合法によって不織布などにイオン交換基を導入したイオン交換繊維も知られている。
【0003】
例えば、電解加工、特に超純水を用いた電解加工においては、加工速度を増加させるために、上述したイオン交換膜やイオン交換繊維などが用いられている。図1は、従来のイオン交換体を用いた電解加工装置を示す模式図である。図1に示すように、この電解加工装置においては、電源200に接続される陽極210と陰極220の表面にそれぞれイオン交換体230,240を取付け、これらの電極210,220と被加工物(例えば銅膜)250との間に純水や超純水などの流体260を供給する。そして、電極210,220の表面に取付けたイオン交換体230,240に被加工物250を接触又は近接させ、陽極210と陰極220との間に電源200を介して電圧を印加する。流体260中の水分子はイオン交換体230,240により水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンが被加工物250の表面に供給される。これにより、被加工物250近傍の水酸化物イオンの濃度が高まり、被加工物250の原子と水酸化物イオンとが反応して被加工物250の表面層の除去加工が行われる。このように、イオン交換体230,240は、流体260中の水分子を水素イオンと水酸化物イオンに分解する触媒作用を有すると考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のようにイオン交換繊維を用いた場合には、加工の途中で繊維が脱離し、脱離した繊維の影響により加工特性が時間とともに変化することが問題となる。また、繊維の継ぎ目が被加工物の表面粗さに与える影響なども懸念されている。このような観点から、網状のイオン交換繊維を不織布の上に巻きつけ、これを円筒電極に取付けて被加工物の全面を平坦化する試みもなされているが、イオン交換繊維の厚さの不均一性が障害となって、被加工物表面の平坦化が妨げられてしまう。
【0005】
また、従来のイオン交換樹脂やイオン交換繊維については、特に微細な(小径の)電極210,220を形成しようとした場合、イオン交換体230,240を陽極210と陰極220の表面にそれぞれ分離して配置することができず、陽極210と陰極220の双方に亘るイオン交換体によりこれらの電極210,220を覆わざるを得なくなる。
【0006】
この場合において、陽極210と陰極220との間の距離L1を、電極210,220と被加工物である金属(例えば銅)250との間の距離L2よりも短くすると、電極210,220間の通電が電極210,220と被加工物250との間の通電よりも優先される。このため、電極210,220間の距離L1を電極210,220と被加工物250との間の距離L2よりも長くなるように電極210,220を配置しなければならない。
【0007】
しかしながら、イオン交換体230,240自体の厚みにより電極210,220と被加工物250との間の距離L2を十分に短くすることができない。このため、陽極210と陰極220とを一定以上近づけることができず、結果として電極210,220の形状などに制限が生じてしまう。
【0008】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安定した加工特性を得ることができるイオン解離促進方法を提供することを第1の目的とする。
【0009】
また、本発明は、安定した加工特性を得ることができ、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる電解加工用電極を提供することを第2の目的とする。
【0010】
更に、本発明は、かかるイオン交換体を用いて電解加工を行う電解加工方法及び装置を提供することを第3の目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第1の態様は、イオン交換基を有する、チオール及びジスルフィドからなる群から選択される有機化合物と、該有機化合物を含む水溶液中に浸漬させることで当該有機化合物が表面に化学結合可能な、金、銀、白金、銅、及び酸化インジウム(III)からなる群から選択される少なくとも1つを含む物質からなる導電性物質とを用意し、前記有機化合物を含む水溶液中に浸漬させて該有機化合物を表面に化学結合させた導電性物質を用い、純水また超純水中に前記導電性物質を配置し、該導電性物質に電圧を印加することにより、純水または超純水中の水酸化物イオンと水素イオンの解離を促進することを特徴とするイオン解離促進方法である。
【0012】
本発明の第2の態様は、被加工物に給電電極より給電し、前記給電電極と加工電極との間に電圧を印加し、前記加工電極を前記被加工物に接触又は近接させて、純水または超純水からなる液体の存在化において、前記給電電極及び前記加工電極の少なくとも一方に取付けたイオン交換能を有するイオン交換材料により、液体を水酸化物イオンと水素イオンに解離させて、前記被加工物の表面の電解加工を行う、前記イオン交換材料を取付けた前記給電電極及び前記加工電極の少なくとも一方に使用される電極であって、イオン交換基を有する、チオール及びジスルフィドからなる群から選択される有機化合物と、該有機化合物を含む水溶液中に浸漬させることで当該有機化合物が表面に化学結合可能な、金、銀、白金、銅、及び酸化インジウム( III )からなる群から選択される少なくとも1つを含む物質からなる導電性物質とを用意し、前記有機化合物を含む水溶液中に浸漬させて該有機化合物を表面に化学結合させたことを特徴とする電解加工用電極である。
【0013】
本発明の第3の態様は、被加工物を保持する保持部と、加工電極と、前記被加工物に給電する給電電極と、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加する電源と、前記被加工物と前記加工電極との間に、純水または超純水からなる流体を供給する流体供給部とを備え、前記加工電極及び前記給電電極の少なくとも一方として請求項4乃至6のいずれかに記載の電解加工用電極を用い、前記被加工物を前記加工電極に接触又は近接させて、純水または超純水からなる流体の存在下において前記被加工物の表面の電解加工を行うことを特徴とする電解加工装置である。
【0014】
本発明の第4の態様は、被加工物に給電電極により給電し、前記給電電極と加工電極との間に電圧を印加し、前記加工電極を前記被加工物に接触又は近接させて、純水または超純水からなる液体の存在下において前記被加工物の表面の電解加工を行う電解加工方法において、前記加工電極及び前記給電電極の少なくとも一方として請求項4乃至6のいずれかに記載の電解加工用電極を用いたことを特徴とする電解加工方法である。
【0015】
本発明によれば、基材として導電性物質を用いているので、これを電解加工等における電極として用いることができる。このような構成により、電極と被加工物との間の距離を短くすることができる。したがって、陽極と陰極との間の距離も短くすることができ、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陰極として用いる導電性物質と陽極として用いる導電性物質のそれぞれに個別にイオン交換材料を結合させることができるので、陽極と陰極との間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【0017】
本発明の好ましい一態様は、上記イオン交換基は、スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム基、及びアミノ基からなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴としている。
【0019】
ここで、有機化合物を結合させる導電性物質として網状のものを用いることが好ましい。網状の金属を基材として用いることで、イオン交換体に通水性を持たせることができるので、効率よく水を分解することが可能となる。また、被加工物をイオン交換体に接触させて電解加工を行う場合には、被加工物の表面のスクラッチが問題となるので、被加工物をイオン交換体に接触させないで電解加工を行うことが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明に係るイオン交換体は、イオン交換基を有する有機化合物を基材としての導電性物質に化学結合させて形成されるものである。ここでいう「結合」とは、接着材などを介さずに、イオン交換基を有する物質が化学結合により導電性物質に結合されている状態をいう。なお、通常のイオン交換樹脂においては、樹脂を構成する有機物とイオン交換基を有する物質が「結合」している。
【0021】
以下、本発明に係るイオン交換体を詳細に説明する。ここでは、イオン交換基を有する有機化合物として、プロパンチオールスルホン酸ナトリウム(HSC3H6−SO3Na)を用い、これを白金(Pt)基板に直接結合させてイオン交換体を作製した。このプロパンチオールスルホン酸ナトリウム(チオール)は、プロパンチオールの片端にイオン交換基の1つであるスルホン酸基が置換したものである。
【0022】
平板白金基板(例えば、縦34mm、横12.5mm、厚さ0.5mm)を用意し、この白金基板の表面の有機物を硫酸・過酸化水素水溶液によって除去した。この白金基板をプロパンチオールスルホン酸ナトリウムの水溶液(数mmol/l)に約12時間浸漬した。プロパンチオールスルホン酸ナトリウムは、官能基であるスルホン酸基の影響で親水性を示すため、浸漬前には疎水性だった白金基板の表面が親水性に変化してチオールが表面に結合した。これにより、触媒(イオン解離能力)を有する平板白金電極(Pt−SC3H6−SO3Na)が得られた。
【0023】
このプロパンチオールスルホン酸ナトリウムで修飾した白金電極(以下、チオール白金電極という)における水分子解離反応の触媒効果を調べた。すなわち、上述のようにして得られたチオール白金電極を以下のように平行平板型実験装置に装着し、超純水を用いた電気分解を行い、それぞれの場合について電流−電圧特性を測定した。また、比較実験として、陽極及び陰極に通常の白金電極を用いた場合の電流−電圧特性についても測定した。
(1)陽極にチオール白金電極を用い、陰極に通常の白金電極を用いた。
(2)陽極に通常の白金電極を用い、陰極にチオール白金電極を用いた。
【0024】
電極間にはフッ素樹脂シートを配置し、電極の対向面積を約0.4cm2とした。フッ素樹脂シートの厚さにより電極間の距離を調整し、電極間の距離を50μm、12μmとした場合について測定を行った。
【0025】
図2(a)は電極間距離を12μmとしたときの実験結果を示すグラフ、図2(b)は、電極間距離を50μmとしたときの実験結果を示すグラフである。図2(a)及び図2(b)から、チオール白金電極を陽極又は陰極として用いた場合には、通常の白金電極を両極に用いた場合と比較して、電解電流値が数倍〜数十倍(最大で50倍)に増加したことがわかる。このように、チオール白金電極は、水をイオンに解離する触媒として機能している。なお、解離を促進する液体としては水に限られない。
【0026】
また、図2(a)及び図2(b)から、この電解電流値が増加する効果は、電極間の距離が短いほど大きいことがわかる。すなわち、電極間距離が12μmの場合は、通常の白金電極を用いた場合の50倍近くの電流値を示している(図2(a)参照)が、電極間距離が50μmの場合は、通常の白金電極を用いた場合の5倍程度の電流値を示している(図2(b)参照)。
【0027】
ここで、有機化合物を結合させる導電性物質として網状(例えば格子状、パンチングメタル状)のものを用いることが好ましい。網状の導電性物質を基材として用いることで、イオン交換体に通水性を持たせることができるので、効率よく水を分解することが可能となる。
【0028】
上述した例では、有機化合物を結合させる基材として白金を用いた場合を説明したが、これに限られるものではなく、金、銀、銅などの金属を基材として用いることもできる。また、Au膜付きガラス基板やGaAs(ガリウムひ素)、CdS(硫化カドミウム)、In2O3(酸化インジウム(III))、炭素(グラファイト)などを基材として用いることもできる。実験によれば、Au膜付きガラス基板を用いた場合も、上述と同様の電流−電圧特性が得られることが確認された。また、有機性導電性物質(ポリアニリン系材料、カーボンナノチューブ等)を電極として用いる、すなわち、イオン交換基を有する有機化合物を、有機性導電性物質に直接結合させることもできる。
【0029】
また、上述した例では、基材に結合させる有機化合物としてチオールを用いた場合を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、ジスルフィドや有機性導電性物質(ポリアニリン系材料、カーボンナノチューブ等)を有機化合物として用いることもできる。更に、上述したスルホン酸基だけではなく、カルボキシル基や4級アンモニウム基、アミノ基をイオン交換基として用いることもできる。実験によれば、チオールのイオン交換基としてカルボキシル基を用いた場合にも、上述と同様の効果が得られることが確認された。
【0030】
図3は、本発明に係るイオン交換体を用いた電解加工装置の一例を示す模式図である。図3に示すように、この電解加工装置においては、本発明に係るイオン交換体1,2中の基材としての導電性物質1a,2aに電源3を接続し、それぞれ陽極及び陰極として用いている。イオン交換体1,2と被加工物4との間には、純水や超純水などの流体5が供給される。そして、イオン交換体1,2中のイオン交換能を有するイオン交換材料1b、2bに被加工物4を接触又は近接させ、陽極1aと陰極2aとの間に電源3を介して電圧を印加する。流体5中の水分子はイオン交換材料1b、2bにより水酸化物イオンと水素イオンに解離され、例えば生成された水酸化物イオンが被加工物4の表面に供給される。これにより、被加工物4近傍の水酸化物イオンの濃度が高まり、被加工物4の原子と水酸化物イオンとが反応して被加工物4の表面層の除去加工が行われる。
【0031】
このように、本発明によれば、基材として導電性物質を用いているので、これを電解加工等における電極として用いることができる。このような構成により、電極と被加工物との間の距離を短くすることができる。したがって、陽極と陰極との間の距離も短くすることができ、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陰極として用いる導電性物質と陽極として用いる導電性物質のそれぞれに個別にイオン交換材料を結合させることができるので、陽極と陰極との間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【0032】
また、本発明に係るイオン交換体は、図4乃至図6に示すような電解加工装置にも適用することができる。図4に示すように、この電解加工装置は、例えばステンレス製で超純水10を保持する加工槽12を有する加工装置本体14と、廃液タンク16、超純水循環・精製部18、及び高圧ポンプ20を有する超純水循環・精製装置22と、プランジャポンプ24及び圧力トランスミッタ26を有する高圧超純水供給装置28とを備えている。
【0033】
図5は、図4に示す電解加工装置の加工装置本体14を示す縦断面図である。加工装置本体14は、図5に示すように、半導体ウェハ等の被加工物Wを吸着等によって着脱自在に水平に保持する保持部(保持テーブル)30を備えている。この保持部30は、加工槽12の内部に配置されており、XYθの3自由度を持っている。すなわち、保持部30で保持された被加工物Wは、超純水10中に浸漬された状態で、X,Y方向に水平移動自在で、θ軸(Z軸)を中心に水平面上を回転するようになっている。この保持部30は、被加工物Wを保持するとともに、被加工物Wへの給電を行う役割を果たすもので、例えばチタン製でその表面に1μmの白金めっきが施されている。また、ラジアル方向、スラスト方向ともに超純水による静圧軸受32(図4参照)により支持されている。
【0034】
図6は、図5に示す加工装置本体14の主要部を示す斜視図である。図6に示すように、保持部30の上方には、その軸心O−Oが水平方向に延びる円柱又は円筒状の加工電極体34が配置されている。この加工電極体34は、本発明に係るイオン交換体により構成されており、円柱又は円筒状の導電性物質34aの外周面にイオン交換能を有するイオン交換材料34bが結合されたものである。加工電極体34中の導電性物質34aは、加工電極として用いられる。また、イオン交換材料34bは、加工電極体34と被加工物Wとの間の超純水10の水分子を水素イオンと水酸化物イオンに分解する触媒として作用する。
【0035】
この加工電極体34は、軸心O−Oに沿って延び、上下動自在な回転軸36に連結されている。この回転軸36は、保持部30と同様に、ラジアル方向、スラスト方向ともに超純水による静圧軸受(図示せず)により支持されている。このような構成により、加工電極体34は、回転軸36の回転に伴って軸心O−Oを中心に自転し、しかも保持部30で保持した被加工物Wとの間隔が調整できるようになっている。電解加工時には、加工電極体34を下降させ、イオン交換材料34bの下端部を保持部30で保持した被加工物Wの表面に接触又は近接させる。
【0036】
また、図5に示すように、加工電極体34の電極34aと保持部30で保持した被加工物Wとの間に電圧を印加する電源38が設けられている。なお、この例では、例えば被加工物としての銅を電解加工するため、加工電極体34の電極34aを電源38の陰極に、被加工物(銅)Wを電源38の陽極にそれぞれ接続した例を示している。被加工物の種類によっては、加工電極体34の電極34aを電源38の陽極に、被加工物(銅)Wを電源38の陰極にそれぞれ接続してもよい。
【0037】
ここで、保持部30は鉛直軸を中心として、加工電極体34は水平軸を中心として、超純水10を巻き込む方向にそれぞれ回転するように構成されており、この回転方向の上流側には、保持部30で保持した被加工物Wと加工電極体34との間に超純水を高圧で吹き付ける超純水ノズル40が配置されている。これにより、被加工物Wと加工電極体34の少なくとも一方を回転させながら、この回転方向の上流側から加工電極体34と被加工物Wとの間に超純水10を吹き付けて、加工電極体34と被加工物Wとの間に溜まる気泡や加工生成物などを効果的に除去できるようになっている。
【0038】
この超純水ノズル40には、図4に示すように、超純水循環・精製装置22の超純水循環・精製部18で精製された超純水が、高圧超純水供給装置28の圧力トランスミッタ26からプランジャポンプ24を介して昇圧されて供給されるようになっている。また、加工槽12内の超純水10は、図4に示すように、オーバーフローして廃液タンク16に溜まり、超純水循環・精製装置22で精製された後、高圧ポンプ20から加工槽12内に戻される。また、この超純水10の一部は、静圧軸受32にも供給される。
【0039】
このような電解加工装置において、保持部30で被加工物Wを保持し、加工電極体34を下降させて、この加工電極体34のイオン交換材料34bを被加工物Wの表面に線接触又は近接させる。この状態で、超純水循環・精製装置22によって、加工槽12内の超純水10を精製しながら循環させつつ、加工電極体34の電極34aを電源38の陰極に、被加工物Wを電源38の陽極にそれぞれ接続して、両極34a,40間に電圧を印加する。同時に、保持部30と加工電極体34とを超純水10を巻き込む方向に同時に回転させ、この回転方向の上流側に配置した超純水ノズル40から加工電極体34と被加工物Wとの間に超純水を高圧で吹き付ける。これにより、イオン交換材料(触媒)34bの固体表面での化学反応により生成した水素イオンと水酸化物イオンとによって、被加工物Wの表面の除去加工が行われる。この場合、加工槽12内に超純水10の流れが形成され、これがイオン交換材料34b内を流通することにより、水素イオンと水酸化物イオンが多量に生成され、これを被加工物Wの表面に供給して効率のよい加工を行うことができる。
【0040】
ここで、保持部30と加工電極体34とを超純水10を巻き込む方向に同時に回転させ、この回転方向の上流側から加工電極体34と被加工物Wとの間に超純水を高圧で吹き付けることによって、被加工物Wと加工電極体34との間にある超純水10を効果的に置換することが可能になり、これにより、加工に伴って発生するガスや加工生成物を効率的に除去して安定な加工を行うことができる。
【0041】
また、本発明に係るイオン交換体は、図7に示すような電解加工装置にも適用することができる。図7に示す電解加工装置が上述した電解加工装置と異なる点は、加工電極体134として、楕円体又は球状のものを使用し、この加工電極体134を下降させたとき、電極134aの外周面のイオン交換材料134bの下部が保持部30で保持した被加工物Wに点接触した状態で、加工電極体134と保持部30が回転するようになっている点にある。その他の構成は、上述した電解加工装置と同様である。図7に示す電解加工装置によれば、加工部の面積が小さくなって、加工部周辺への超純水10の供給が容易に行われて、安定した条件で加工を行うことができる。なお、加工液としての超純水は、必ずしもノズル40で吹きつける必要はなく、例えば、タンクの中に超純水を入れ、その中に電極と被加工物とを配置させる浸漬型の加工装置を用いてもよい。
【0042】
上述した電解加工装置によれば、超純水以外のケミカルを使用しないので、加工槽12内の汚染は加工工程で発生する反応生成物のみである。超純水の循環処理を行うことで、排水量も低減し、また、薬液の処理も不要であるので、稼動コストを極めて小さく抑えることができる。
【0043】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【0044】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、基材として導電性物質を用いているので、これを電解加工等における電極として用いることができる。このような構成により、電極と被加工物との間の距離を短くすることができる。したがって、陽極と陰極との間の距離も短くすることができ、電極の微細化や電極の形状のフレキシブル化に容易に対応することができる。また、陰極として用いる導電性物質と陽極として用いる導電性物質のそれぞれに個別にイオン交換材料を結合させることができるので、陽極と陰極との間に生じる漏れ電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のイオン交換体を用いた電解加工装置を示す模式図である。
【図2】図2(a)及び図2(b)は、本発明に係るイオン交換体を用いて電気分解を行ったときの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図3】本発明に係るイオン交換体を適用した電解加工装置の一例を示す模式図である。
【図4】本発明に係るイオン交換体を適用した電解加工装置の他の例を示す概念図である。
【図5】図4に示す電解加工装置の加工装置本体を示す縦断面図である。
【図6】図5に示す加工装置本体の主要部を示す斜視図である。
【図7】本発明に係るイオン交換体を適用した電解加工装置の他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
1,2 イオン交換体
1a,2a 導電性物質(電極)
1b,2b イオン交換材料
3 電源
4 被加工物
5 流体
10 超純水
12 加工槽
14 加工装置本体
16 廃液タンク
18 超純水循環・精製部
20 高圧ポンプ
22 超純水循環・精製装置
24 プランジャポンプ
26 圧力トランスミッタ
28 高圧超純水供給装置
30 保持部
32 静圧軸受
34,134 加工電極体
34a,134a 導電性物質(電極)
34b,134b イオン交換材料
36 回転軸
38 電源
40 超純水ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion dissociation promoting method, and more particularly to an ion dissociation promoting method for promoting ion dissociation in a liquid in electrolytic processing or the like. The present invention also relates to an electrode for electrolytic processing that brings a workpiece into contact or close proximity in electrolytic processing. Furthermore, the present invention relates to an electrolytic processing method and apparatus for performing electrolytic processing using such an ion exchanger.
[0002]
[Prior art]
Common ion exchangers include styrene and divinylbenzene copolymers, fluororesins, etc., sulfonic acid groups, carboxyl groups, quaternary ammonium groups (= N + =), tertiary and lower amino groups, etc. An ion exchange resin or an ion exchange membrane to which an ion exchange group is bonded. Also known are ion exchange fibers in which ion exchange groups are introduced into a nonwoven fabric or the like by a graft polymerization method.
[0003]
For example, in the electrolytic processing, particularly electrolytic processing using ultrapure water, the above-described ion exchange membrane, ion exchange fiber, and the like are used to increase the processing speed. FIG. 1 is a schematic view showing an electrolytic processing apparatus using a conventional ion exchanger. As shown in FIG. 1, in this electrolytic processing apparatus,
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when ion exchange fibers are used as in the prior art, the fibers are detached during the processing, and the processing characteristics change with time due to the influence of the detached fibers. There are also concerns about the effect of fiber seams on the surface roughness of the workpiece. From this point of view, attempts have been made to flatten the entire surface of the workpiece by wrapping a reticulated ion exchange fiber on a nonwoven fabric and attaching it to a cylindrical electrode. However, the thickness of the ion exchange fiber is not satisfactory. Uniformity becomes an obstacle, and flattening of the workpiece surface is hindered.
[0005]
In addition, with regard to conventional ion exchange resins and ion exchange fibers, particularly when trying to form fine (small-diameter)
[0006]
In this case, if the distance L 1 between the
[0007]
However, it is impossible to sufficiently reduce the distance L 2 between the
[0008]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and a first object of the present invention is to provide an ion dissociation promoting method capable of obtaining stable processing characteristics.
[0009]
The second object of the present invention is to provide an electrode for electrolytic processing that can obtain stable processing characteristics and can easily cope with the miniaturization of electrodes and the flexibility of the shape of the electrodes. .
[0010]
Furthermore, a third object of the present invention is to provide an electrolytic processing method and apparatus for performing electrolytic processing using such an ion exchanger.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems in the prior art, a first aspect of the present invention is an organic compound selected from the group consisting of thiols and disulfides having an ion exchange group, and an aqueous solution containing the organic compound. A conductive substance made of a substance containing at least one selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, and indium (III) oxide, wherein the organic compound can be chemically bonded to the surface by being immersed in Using a conductive substance prepared and immersed in an aqueous solution containing the organic compound to chemically bond the organic compound to the surface, and the conductive substance is disposed in pure water or ultrapure water; This method promotes dissociation of hydroxide ions and hydrogen ions in pure water or ultrapure water by applying a voltage to the ion dissociation promoting method.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, a workpiece is fed from a feeding electrode, a voltage is applied between the feeding electrode and the machining electrode, and the machining electrode is brought into contact with or in proximity to the workpiece, In the presence of a liquid consisting of water or ultrapure water, the liquid is dissociated into hydroxide ions and hydrogen ions by an ion exchange material having an ion exchange capacity attached to at least one of the feeding electrode and the processing electrode, A group consisting of thiol and disulfide having an ion exchange group , which is an electrode used for at least one of the feeding electrode and the processing electrode to which the ion exchange material is attached, which performs electrolytic processing on the surface of the workpiece. an organic compound selected from the organic compound by dipping in an aqueous solution containing an organic compound capable chemically bonded to the surface, gold, silver, platinum, copper, and oxide indium Preparing a conductive material made of a material containing at least one selected from the group consisting of (III), wherein is immersed in an aqueous solution containing an organic compound is chemically bonded to the surface of said organic compound The electrode for electrolytic processing.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a holding unit that holds a workpiece, a machining electrode, a feeding electrode that feeds power to the workpiece, and a power source that applies a voltage between the machining electrode and the feeding electrode. If the between the machining electrode and the workpiece, and a fluid supply unit for supplying a fluid consisting of pure water or ultrapure water, to claim 4 as at least one of the processing electrode and the feeding electrode 6 Electrolytic machining of the surface of the workpiece in the presence of a fluid made of pure water or ultrapure water , using the electrode for electrolytic machining according to any one of the above, and bringing the workpiece into contact with or in proximity to the machining electrode It is an electrolytic processing apparatus characterized by performing.
[0014]
A fourth aspect of the present invention is to feed the feeding electrode to the workpiece, a voltage is applied between the feeding electrode and the processing electrode, said machining electrode in contact or close to the workpiece, pure The electrolytic processing method for performing electrolytic processing on the surface of the workpiece in the presence of water or a liquid made of ultrapure water, according to any one of claims 4 to 6 as at least one of the processing electrode and the feeding electrode. An electrolytic processing method using an electrode for electrolytic processing.
[0015]
According to the present invention, since the conductive material is used as the base material, it can be used as an electrode in electrolytic processing or the like. With such a configuration, the distance between the electrode and the workpiece can be shortened. Therefore, the distance between the anode and the cathode can be shortened, and it is possible to easily cope with the miniaturization of the electrode and the flexible shape of the electrode. In addition, since the ion exchange material can be individually bonded to each of the conductive substance used as the cathode and the conductive substance used as the anode, leakage current generated between the anode and the cathode can be suppressed.
[0017]
In a preferred aspect of the present invention, the ion exchange group is at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a quaternary ammonium group, and an amino group.
[0019]
Here, it is preferable to use a net-like material as the conductive substance to which the organic compound is bonded. By using a net-like metal as a base material, the ion exchanger can be made water-permeable, so that water can be efficiently decomposed. In addition, when electrolytic processing is performed by bringing the workpiece into contact with the ion exchanger, scratching of the surface of the workpiece becomes a problem, and therefore, the electrolytic processing is performed without bringing the workpiece into contact with the ion exchanger. Is preferred.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ion exchanger according to the present invention is formed by chemically bonding an organic compound having an ion exchange group to a conductive material as a base material. Here, “bond” refers to a state in which a substance having an ion exchange group is bonded to a conductive substance by a chemical bond without using an adhesive or the like. In a normal ion exchange resin, an organic substance constituting the resin and a substance having an ion exchange group are “bonded”.
[0021]
Hereinafter, the ion exchanger according to the present invention will be described in detail. Here, sodium propanethiolsulfonate (HSC 3 H 6 —SO 3 Na) was used as an organic compound having an ion exchange group, and this was directly bonded to a platinum (Pt) substrate to produce an ion exchanger. This sodium propanethiolsulfonate (thiol) is obtained by replacing one end of propanethiol with a sulfonic acid group that is one of ion exchange groups.
[0022]
A flat platinum substrate (for example, 34 mm long, 12.5 mm wide, 0.5 mm thick) was prepared, and organic substances on the surface of the platinum substrate were removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide solution. This platinum substrate was immersed in an aqueous solution (several mmol / l) of sodium propanethiolsulfonate for about 12 hours. Since sodium propanethiolsulfonate has hydrophilicity due to the influence of the sulfonic acid group, which is a functional group, the surface of the platinum substrate, which was hydrophobic before immersion, changed to hydrophilic and thiol was bonded to the surface. Thus, the catalytic flat platinum electrode having (ion dissociation capability) (Pt-SC 3 H 6 -SO 3 Na) was obtained.
[0023]
The catalytic effect of the water molecule dissociation reaction on the platinum electrode modified with sodium propanethiolsulfonate (hereinafter referred to as thiol platinum electrode) was investigated. That is, the thiol platinum electrode obtained as described above was attached to a parallel plate type experimental apparatus as described below, electrolysis using ultrapure water was performed, and current-voltage characteristics were measured in each case. In addition, as a comparative experiment, current-voltage characteristics were measured when ordinary platinum electrodes were used for the anode and the cathode.
(1) A thiol platinum electrode was used for the anode, and a normal platinum electrode was used for the cathode.
(2) A normal platinum electrode was used for the anode, and a thiol platinum electrode was used for the cathode.
[0024]
A fluororesin sheet was placed between the electrodes, and the opposing area of the electrodes was about 0.4 cm 2 . The distance between the electrodes was adjusted according to the thickness of the fluororesin sheet, and the measurement was performed when the distance between the electrodes was 50 μm and 12 μm.
[0025]
FIG. 2A is a graph showing experimental results when the distance between electrodes is 12 μm, and FIG. 2B is a graph showing experimental results when the distance between electrodes is 50 μm. From FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), when the thiol platinum electrode is used as an anode or a cathode, the electrolytic current value is several times to several times as compared with the case where a normal platinum electrode is used for both electrodes. It can be seen that the number has increased ten times (up to 50 times). Thus, the thiol platinum electrode functions as a catalyst that dissociates water into ions. The liquid that promotes dissociation is not limited to water.
[0026]
2A and 2B show that the effect of increasing the electrolytic current value is greater as the distance between the electrodes is shorter. That is, when the distance between the electrodes is 12 μm, the current value is nearly 50 times that when a normal platinum electrode is used (see FIG. 2A), but when the distance between the electrodes is 50 μm, The current value is about five times that of the case where the platinum electrode is used (see FIG. 2B).
[0027]
Here, it is preferable to use a net-like (for example, a lattice shape or a punching metal shape) as a conductive substance to which an organic compound is bonded. By using a net-like conductive material as a base material, the ion exchanger can be made water-permeable, so that water can be efficiently decomposed.
[0028]
In the above-described example, the case where platinum is used as the base material to which the organic compound is bonded has been described. However, the present invention is not limited to this, and a metal such as gold, silver, or copper can also be used as the base material. Further, a glass substrate with Au film, GaAs (gallium arsenide), CdS (cadmium sulfide), In 2 O 3 (indium oxide (III)), carbon (graphite), or the like can be used as a base material. According to experiments, it was confirmed that the same current-voltage characteristics as described above were obtained even when a glass substrate with an Au film was used. In addition, an organic conductive substance (polyaniline-based material, carbon nanotube, etc.) is used as an electrode, that is, an organic compound having an ion exchange group can be directly bonded to the organic conductive substance.
[0029]
In the above-described example, the case where thiol is used as the organic compound to be bonded to the base material has been described. However, the present invention is not limited to this example. ) Can also be used as an organic compound. Furthermore, not only the sulfonic acid group described above but also a carboxyl group, a quaternary ammonium group, or an amino group can be used as the ion exchange group. According to experiments, it was confirmed that the same effect as described above can be obtained even when a carboxyl group is used as the ion exchange group of thiol.
[0030]
FIG. 3 is a schematic view showing an example of an electrolytic processing apparatus using the ion exchanger according to the present invention. As shown in FIG. 3, in this electrolytic processing apparatus, a power source 3 is connected to the
[0031]
Thus, according to the present invention, since the conductive material is used as the base material, it can be used as an electrode in electrolytic processing or the like. With such a configuration, the distance between the electrode and the workpiece can be shortened. Therefore, the distance between the anode and the cathode can be shortened, and it is possible to easily cope with the miniaturization of the electrode and the flexible shape of the electrode. In addition, since the ion exchange material can be individually bonded to each of the conductive substance used as the cathode and the conductive substance used as the anode, leakage current generated between the anode and the cathode can be suppressed.
[0032]
The ion exchanger according to the present invention can also be applied to an electrolytic processing apparatus as shown in FIGS. As shown in FIG. 4, this electrolytic processing apparatus is made of, for example, a processing apparatus
[0033]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the processing apparatus
[0034]
FIG. 6 is a perspective view showing a main part of the processing apparatus
[0035]
The
[0036]
Further, as shown in FIG. 5, a
[0037]
Here, the holding
[0038]
As shown in FIG. 4, the ultrapure water purified by the ultrapure water circulation /
[0039]
In such an electrolytic processing apparatus, the workpiece W is held by the holding
[0040]
Here, the holding
[0041]
The ion exchanger according to the present invention can also be applied to an electrolytic processing apparatus as shown in FIG. The electrolytic processing apparatus shown in FIG. 7 differs from the above-described electrolytic processing apparatus in that an ellipsoid or a spherical one is used as the
[0042]
According to the above-described electrolytic processing apparatus, since no chemical other than ultrapure water is used, the contamination in the
[0043]
Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the conductive material is used as the base material, it can be used as an electrode in electrolytic processing or the like. With such a configuration, the distance between the electrode and the workpiece can be shortened. Therefore, the distance between the anode and the cathode can be shortened, and it is possible to easily cope with the miniaturization of the electrode and the flexible shape of the electrode. In addition, since the ion exchange material can be individually bonded to each of the conductive material used as the cathode and the conductive material used as the anode, leakage current generated between the anode and the cathode can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an electrolytic processing apparatus using a conventional ion exchanger.
2 (a) and 2 (b) are graphs showing current-voltage characteristics when electrolysis is performed using the ion exchanger according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an example of an electrolytic processing apparatus to which the ion exchanger according to the present invention is applied.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another example of an electrolytic processing apparatus to which the ion exchanger according to the present invention is applied.
5 is a longitudinal sectional view showing a processing apparatus main body of the electrolytic processing apparatus shown in FIG.
6 is a perspective view showing a main part of the processing apparatus main body shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing another example of an electrolytic processing apparatus to which the ion exchanger according to the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1, 2
1b, 2b Ion exchange material 3 Power supply 4
34b, 134b
Claims (8)
イオン交換基を有する、チオール及びジスルフィドからなる群から選択される有機化合物と、該有機化合物を含む水溶液中に浸漬させることで当該有機化合物が表面に化学結合可能な、金、銀、白金、銅、及び酸化インジウム( III )からなる群から選択される少なくとも1つを含む物質からなる導電性物質とを用意し、前記有機化合物を含む水溶液中に浸漬させて該有機化合物を表面に化学結合させたことを特徴とする電解加工用電極。 A power is supplied to the workpiece from the feeding electrode, a voltage is applied between the feeding electrode and the machining electrode, and the machining electrode is brought into contact with or close to the workpiece so that a liquid made of pure water or ultrapure water is used. In the presence, the surface of the workpiece is electrolytically processed by dissociating the liquid into hydroxide ions and hydrogen ions by an ion exchange material having an ion exchange ability attached to at least one of the feeding electrode and the machining electrode. An electrode used for at least one of the feeding electrode and the processing electrode to which the ion exchange material is attached,
An organic compound selected from the group consisting of thiol and disulfide having an ion exchange group , and gold, silver, platinum, copper, which can be chemically bonded to the surface by immersion in an aqueous solution containing the organic compound and providing a conductive material made of a material containing at least one selected from the group consisting of indium oxide (III), it is chemically bonded to the surface of said organic compound is immersed in an aqueous solution containing an organic compound An electrode for electrolytic processing characterized by the above.
加工電極と、
前記被加工物に給電する給電電極と、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加する電源と、
前記被加工物と前記加工電極との間に、純水または超純水からなる流体を供給する流体供給部とを備え、
前記加工電極及び前記給電電極の少なくとも一方として請求項4乃至6のいずれかに記載の電解加工用電極を用い、
前記被加工物を前記加工電極に接触又は近接させて、純水または超純水からなる流体の存在下において前記被加工物の表面の電解加工を行うことを特徴とする電解加工装置。A holding section for holding a workpiece;
A machining electrode;
A feeding electrode for feeding power to the workpiece;
A power source for applying a voltage between the machining electrode and the power supply electrode;
A fluid supply unit for supplying a fluid composed of pure water or ultrapure water between the workpiece and the processing electrode;
Using the electrode for electrolytic processing according to any one of claims 4 to 6 as at least one of the processing electrode and the feeding electrode,
An electrolytic processing apparatus that performs electrolytic processing on a surface of the workpiece in the presence of a fluid made of pure water or ultrapure water by bringing the workpiece into contact with or close to the processing electrode.
前記加工電極及び前記給電電極の少なくとも一方として請求項4乃至6のいずれかに記載の電解加工用電極を用いたことを特徴とする電解加工方法。A power is fed to the workpiece by a feeding electrode, a voltage is applied between the feeding electrode and the machining electrode, and a liquid made of pure water or ultrapure water is brought into contact with or in close proximity to the workpiece. In the electrolytic processing method of performing electrolytic processing of the surface of the workpiece in the presence of
An electrolytic processing method using the electrolytic processing electrode according to any one of claims 4 to 6 as at least one of the processing electrode and the feeding electrode.
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