JP5130697B2

JP5130697B2 - 電解加工方法及び凹凸面を有する部品の製造方法

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Publication number: JP5130697B2
Application number: JP2006309420A
Authority: JP
Inventors: 文人寺井; 義輝柏原; 英則柴田; 暢彦永井; 正明塩谷; 菊男鬼頭
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: JP2008119807A

Description

本発明は、被加工物と電極との間に電解液を介在させ、両者間に電流を供給することにより、被加工物の表面を所定形状に加工する電解加工に関するもので、特に、被加工物の加工面を、電解除去される加工部と電解されない非加工部よりなる凹凸面を有する特定パターンに電解加工する電解加工装置を用いた加工方法及び凹凸面を有する部品の製造方法に関する。

電解加工法は、近年、スラスト軸受けやハードディスク駆動装置の動圧軸受けなどの微細な溝パターン（凹凸面）の加工に用いられるようになってきている。その場合、特許文献１に示されるように、被加工物の加工面と対向する面に、所定のパターン形状で導電部と絶縁部が形成された電極を用い、被加工物の表面を導電部と同一パターンで溶出させて、電極のパターン形状を加工面に形成するようにしている。
しかし、上記のような技術では、電解液の滞留やスラッジ（加工屑）の堆積が起こりやすく、加工精度や加工効率の点で問題があった。

そのような問題に対し、特許文献２には、図４に示すように電解液供給孔を設けた電極に矢印方向の振動を付加し、新しい電解液を供給孔から矢印方向に供給することによってスラッジ（加工屑）を排出しながら電解加工する技術が示されている。
しかし、このような技術を用いても、被加工物の電解除去される加工部と電解されない非加工部との境界部の付近では、スラッジを多く含む清浄度の低い電解液が巻き上がり、加工抵抗が高くなり、酸化皮膜が形成されるなど、前記境界部の形状精度が悪化するという問題がある。また、電極の導電部に電解液供給孔が設けられているため、この孔に面する被加工物の部分に加工残しが発生するという問題もあった。

特開２００３−２１１３２４号公報特表２００３−５１２１８９号公報

そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消し、加工部と非加工部の境界であるエッジ部近傍の形状を高精度に電解加工できる電解加工方法、及び凹凸面を有する部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、被加工物（３）の加工面と対向する面に導電部（９）と絶縁部（１０）が形成され、該絶縁部に電解液供給孔（７）が配置されている電解加工用電極（１）を備える電解加工装置を用いる電解加工方法において、
前記電解加工用電極（１）を被加工物に対して接近及び離反するように往復動させるとともに、前記電解液供給孔（７）からの電解液の供給圧力を前記電解加工用電極（１）の往復動と同期して制御し、さらに、前記電解加工用電極（１）が被加工物から離反する際には、前記電解液の供給圧力を、前記電解加工用電極（１）の移動速度あるいは移動加速度の変化に比例して制御することを特徴とする。
請求項１の発明によれば、電解液が、加工面の非加工部（１２）およびエッジ部（１３）に安定して供給され、かつ、電解加工用電極（１）と被加工物（３）の間の空間のスラッジを高速で排出することができ、非加工部及びエッジ部近傍の形状を高精度に電解加工することができるので、形状に高精度を要求される軸受け部品の溝加工に有利に適用することができ、さらに、電解液の供給圧力を電解加工用電極（１）の移動速度にあわせてより最適化できるので、その効果をさらに高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、さらに、前記絶縁部（１０）は、導電部（９）に絶縁材を圧入あるいは接合して形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、さらに、前記絶縁部（１０）は、耐熱性及び耐水性を有する樹脂材料からなる絶縁材で形成されていることを特徴とする。
請求項２、３に記載の発明によれば、より確実に請求項１の発明の効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、さらに、前記電解液供給孔（７）は、ストレートな形状に形成されているかあるいはその出口部がさらにテーパ状に形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、さらに、前記電解液供給孔（７）は、絶縁部（１０）のパターン形状に応じたスリット状であることを特徴とする。
請求項４、５に記載の発明によれば、より確実に請求項１の発明の効果を得ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、さらに、電解加工用電極（１）が被加工物に接近する際、電解液の供給を停止するかあるいは０．５ＭＰａ以下の圧力で供給することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、さらに、電解加工用電極（１）が被加工物から離反する際、電解液を１ＭＰａ以上の圧力で供給することを特徴とする。
請求項６、７に記載の発明によれば、電解液の供給圧力を電解加工用電極の移動にあわせてより最適化できるので、請求項６の発明の効果をさらに高めることができる。

請求項８に記載の発明は、凹凸面を有する部品の製造方法であって、凹凸面の凹部に対応する形状の導電部（９）と、凹凸面の凸部に対応する形状の絶縁部（１０）とを有する電解加工用電極（１）を用いて、凹凸面を電解加工によって形成する凹凸面を有する部品の製造方法において、
前記電解加工用電極（１）を前記凹凸面に対して接近及び離反するように往復動させるとともに、前記絶縁部（１０）から電解液を供給して前記凹凸面を電解加工し、さらに、前記電解加工用電極（１）が前記凹凸面から離反する際、前記電解液の供給圧力を、前記電解加工用電極（１）の移動速度あるいは移動加速度の変化に比例して制御することを特徴とする。
これにより、電解液が、凹凸面の凹部と凸部との間のエッジ部（１３）に安定して供給され、エッジ部の付近でのスラッジを多く含む電解液の巻き上がりを抑制して、凸部近傍の形状を高精度に電解加工することができ、さらに、電解液の供給圧力を電解加工用電極（１）の移動速度にあわせてより最適化できるので、その効果をさらに高めることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、電解加工用電極（１）が凹凸面に接近する際、電解液の供給を停止するかあるいは０．５ＭＰａ以下の圧力で供給することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の発明において、電解加工用電極（１）が凹凸面から離反する際、電解液を１ＭＰａ以上の圧力で供給することを特徴とする。
請求項９、１０に記載の発明によれば、電解液の供給圧力を電解加工用電極の移動にあわせてより最適化できるので、請求項８の発明の効果をさらに高めることができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施の形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、電解加工装置の概略を示すもので、電解加工用電極１は、電極保持具２に保持されている。被加工物３は、ベース４に固定され、所定形状に電解加工される。ベース４は、銅などの電気抵抗の低い金属で形成されている。電源５は、電解加工用電極１と被加工物間３に電流を供給するものであり、例えばパルス電源や直流電源が用いられる。

また、電解液供給装置６は、塩化ナトリウムや硝酸ナトリウムの水溶液などの電解液を、電解加工用電極１に形成した電解液供給孔７（図２参照）を通して電解加工用電極１と被加工物の間に供給する。電解液供給装置６は、電解液の供給圧力を制御できるとともに、複数の電解液を準備しておき、被加工物の種類毎に適した電解液に切り替えできるようにするのが好ましい。また、遠心分離装置やフィルタを有するろ過装置８を通してクリーンな電解液を供給できるようにする。

電解加工にあたっては、被加工物３をベース４に導電状態で固定し、電極１を被加工物の加工面に対向させて配置し、電解液供給装置６により電解加工用電極１に形成した電解液供給孔７を通して電解液を被加工物３の加工面へ供給し、電源５により発生させた電圧により電極１を陰極に、被加工物３を陽極に電位させて、電解液を介して電解反応を起こし、被加工物３の表面を所定の形状に除去加工する。

その際、本実施の形態では、図２に示すように、製品形状に対応した凹凸パターンで凹部に対応した導電部９と凸部に対応した絶縁部１０が形成され、絶縁部１０に電解液供給孔７が配置された電解加工用電極１を用いる。
このような電解加工用電極１を用いて、電解液供給孔７から電解液を矢印のように供給しながら被加工物３と導電部９の間に電圧を印加し、導電部９と対向する被加工物の金属を溶出させ、被加工物の表面に、導電部に対応したパターンの凹部となる加工部１１を形成する。また、被加工物３の絶縁部１０と対向する加工面では電解反応は起こらずに、絶縁部に対応したパターンの凸部となる非加工部１２となる。

このように、電解加工用電極１の絶縁部１０に電解液供給孔７を配置することにより、被加工物３の非加工部１２および非加工部と加工部１１の境界部であるエッジ部１３には、ろ過装置８によりろ過された清浄な電解液が絶えず供給され、非加工部１２上での電解液の抵抗を理想に近い状態に保つことができ、高精度なエッジ部のＲ形状加工をすることができる。

例えば、ハードディスク駆動装置の動圧軸受け用部品の場合、凹部となる加工部１１は油通路、凸部となる非加工部１２は摺動面となり、エッジ部１３は油膜発生部となる。摺動面や油膜発生部は高度な寸法精度が要求されるが、上記のような本発明の電極を用いれば、十分な寸法精度で加工することができる。

以上のような電極において、導電部９は、ステンレス鋼などの電気抵抗が低くかつ電解液により腐食されない金属で形成され、絶縁部１０は、ジュラコン（登録商標）や耐熱塩ビなどの電気抵抗の高く、かつ耐熱特性や耐水性を有する樹脂材料などの絶縁材で形成される。

絶縁部１０は、図２に示されるように導電部９から突き出すように形成してもよいが、突き出さないで端部が導電部と同一面になるようにしてもよい。
突き出す場合の突出量は、０．３ｍｍ以下とする。それ以上になると、導電部９と被加工物３の間の間隔が大きくなりすぎて、加工効率や精度が低下する。

絶縁部１０は、導電部９に圧入されあるいは接着などにより接合されて導電部９と一体化される。また、絶縁部１０は、図２のように導電部９を貫通して設けてもよいが、図３（ａ）、（ｂ）のように導電部９に形成された凹部に挿入されていてもよい。

絶縁部１０に配置した電解液供給孔７は通常はストレート形状の孔とし、それを絶縁部１０の形状に応じて１箇所以上設ける。絶縁部１０が連続的に長いパターン形状のものである場合は、パターンに沿って複数の孔を適宜間隔を置いて連続的に設けるが、パターンに応じたスリット形状の孔とすることもできる。孔はストレートなものに限らず、電解液の出口部がテーパ状に広くなっていてもよい。

次に、以上説明したような電解加工装置を用いて、凹凸面を電解加工により形成する方法（凹凸面を有する部品を製造する方法）について説明する。
電解加工に当たっては、特許文献２と同様に、電解加工用電極１を被加工物３に対し接近・離反する方向（Ｚ軸方向）に往復動させることにより、電解加工のステップを、電解加工用電極１が被加工物３に向けて下降する加工ステップと、電解加工用電極１が被加工物３から離れて上昇するスラッジ排出ステップに分割するのがよい。
このため、電極保持具２を、モータやシリンダなどの駆動装置１４により駆動されるねじ軸やカムなどの動力伝達機構１５を介して往復動できるような構造とし、その電極保持具２に電極１を取り付けるようにする。

そして、電極下降時（加工ステップ）には、電源から電極と被加工物間に電流を供給するとともに、電解液の供給圧力を低圧（０〜０．５ＭＰａ）とし、電極上昇時（スラッジ排出ステップ）には、電流の供給を停止するとともに電解液の供給圧力を高圧（１ＭＰａ以上）にする。尚、本実施の形態では、高圧は１〜８ＭＰａ程度である。
そのために、電極位置センサ１６により電極のＺ軸方向位置を検出し、検出したＺ軸座標値を制御装置１７に入力し、電極の移動方向と移動速度を演算し、電源からの電流の供給や電解液の供給圧力を制御する。

電解加工中に電解液を高圧で供給すると、非加工部１２で跳ね返った電解液が乱流を起こし、加工精度に悪影響を与えるので、加工中は電解液の供給を停止するか、０．５ＭＰａ以下の低圧で供給し、電解液が非加工部１２およびエッジ部１３に安定して供給されるようにする。

また、スラッジ排出ステップで電解液を低圧で供給した場合は、加工時に発生したスラッジが排出されるのに時間がかかり、加工能率が低下するので、スラッジ排出ステップでは、電解液を１ＭＰａ以上の高圧で供給することにより、電解液が、電極１と被加工物３の間の空間から加工阻害要因であるスラッジを高速で排出して、高能率な加工を実現する。

このスラッジ排出ステップでの電解液の供給圧力は、電解加工用電極１の上昇速度もしくは上昇加速度に応じて変化させることが好ましい。電解加工用電極１の上昇速度が早い場合には、より短時間でスラッジを排出することが必要であり、そのため電解液の供給圧力を高めるほうが好ましい。

上記のように電解加工用電極１のＺ軸方向の移動に対応した電解液の供給制御を行うことにより、電解液が非加工部１２およびエッジ部１３に安定して供給され、かつ、電解加工用電極１と被加工物３の間の空間のスラッジを高速で排出することができ、高精度に電解加工することが可能になる。

以上では、電極に絶縁部を２箇所設ける例で説明したが、説明した実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、特許請求の範囲の請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

本発明を説明するための概略図である。本発明の電極及びその電極を用いた加工方法を説明するための図である。本発明の電極の別の態様を説明するための図である。従来の電解加工技術を説明するための図である。

符号の説明

１電極
２電極保持部
３被加工物
４ベース
５電源
６電解液供給装置
７電極の絶縁部に形成された電解液供給孔
８ろ過装置
９電極の導電部
１０電極の絶縁部
１１被加工物の加工部
１２被加工物の非加工部
１３被加工物のエッジ部
１４駆動装置
１５動力伝達機構
１６Ｚ軸の位置を検出するセンサ
１７制御装置

Claims

被加工物（３）の加工面と対向する面に導電部（９）と絶縁部（１０）が形成され、該絶縁部に電解液供給孔（７）が配置されている電解加工用電極（１）を備える電解加工装置を用いる電解加工方法において、
前記電解加工用電極（１）を被加工物に対して接近及び離反するように往復動させるとともに、前記電解液供給孔（７）からの電解液の供給圧力を前記電解加工用電極（１）の往復動と同期して制御し、
さらに、前記電解加工用電極（１）が被加工物から離反する際には、前記電解液の供給圧力を、前記電解加工用電極（１）の移動速度あるいは移動加速度の変化に比例して制御することを特徴とする電解加工方法。
前記絶縁部（１０）は、前記導電部（９）に絶縁材を圧入あるいは接合して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
前記絶縁部（１０）は、耐熱性及び耐水性を有する樹脂材料からなる絶縁材で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電解加工方法。
前記電解液供給孔（７）は、ストレートな形状に形成されているかあるいはその出口部がさらにテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電解加工方法。
前記電解液供給孔（７）は、前記絶縁部（１０）のパターン形状に応じたスリット状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電解加工方法。
前記電解加工用電極（１）が被加工物に接近する際、前記電解液の供給を停止するかあるいは０．５ＭＰａ以下の圧力で供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電解加工方法。
前記電解加工用電極（１）が被加工物から離反する際、前記電解液を１ＭＰａ以上の圧力で供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電解加工方法。
凹凸面を有する部品の製造方法であって、前記凹凸面の凹部に対応する形状の導電部（９）と、前記凹凸面の凸部に対応する形状の絶縁部（１０）とを有する電解加工用電極（１）を用いて、前記凹凸面を電解加工によって形成する凹凸面を有する部品の製造方法において、
前記電解加工用電極（１）を前記凹凸面に対して接近及び離反するように往復動させるとともに、前記絶縁部（１０）から電解液を供給して前記凹凸面を電解加工し、
さらに、前記電解加工用電極（１）が前記凹凸面から離反する際、前記電解液の供給圧力を、前記電解加工用電極（１）の移動速度あるいは移動加速度の変化に比例して制御することを特徴とする凹凸面を有する部品の製造方法。
前記電解加工用電極（１）が前記凹凸面に接近する際、前記電解液の供給を停止するかあるいは０．５ＭＰａ以下の圧力で供給することを特徴とする請求項８に記載の凹凸面を有する部品の製造方法。
前記電解加工用電極（１）が前記凹凸面から離反する際、前記電解液を１ＭＰａ以上の圧力で供給することを特徴とする請求項８または９に記載の凹凸面を有する部品の製造方法。