JPH06238519A - 電解研磨方法及び電解研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バリ取り、粗研磨の必要な加工物に、一工程
で同時的に鏡面を形成することができる電解研磨方法を
提供すること。 【構成】 陽極とする加工物９と陰極１１とを対面させ
て、両極対面間に電解液１を介在させて電解研磨をする
方法。両極対面間に、高電圧・低電圧区間を夫々所定時
間ずつ繰り返すパルス波形となるように電圧を印加する
ともに、該パルス波形に対応させて、電解液１を流動さ
せる間欠ポンプ５を、高電圧区間でオン、低電圧区間で
オフさせて電解研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陽極とする加工物と陰
極とを対面させて、両極対面間に電解液を介在させて電
解研磨をする方法及び装置に関する。特に、金属表面に
高度の平滑性・物性が要求される製品、例えば、半導体
製造設備、超高真空機器、原子力関係設備、電子部品等
の金属材料の鏡面加工に好適な電解研磨方法及びそれに
使用する装置である。

【０００２】本発明で使用する用語を下記に定義する。

【０００３】ヤッケ層…陽極（加工物）の電気化学的溶
解によって発生する金属イオンとその他の電解液組成物
によって構成される高電気抵抗層を言う。

【０００４】

【従来の技術】電解研磨は、機械的仕上げ方法のよう
に、加工時の力及び熱による加工変質層を加工物の表面
に生じさせないで平滑面が得られるため、また、銅やア
ルミニウム等の軟質の金属の研磨も容易であるため、上
記高度の表面物性が要求される金属製品の研磨方法とし
て着目されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そして、電解研磨に
は、陽極（加工物）と陰極との対面間の電解液を、ヤッ
ケ層を発生させないように流動させて、粗研磨（表面あ
らさ２〜１００μｍ）を行う方法、及び、両極間の電解
液を流動させずにヤッケ層を発生させて鏡面研磨（表面
あらさ２μｍ未満）を行う方法の、二つに大別される。

【０００６】従って、電解研磨のみで、加工物を鏡面加
工にするためには、通常は、粗研磨と鏡面研磨の、二工
程を別々に行なう必要があった。さらに、加工物にバリ
が存在する場合には、バリ取り工程を加える必要があっ
た。

【０００７】なお、機械仕上げで、バリ取り、及び、粗
研磨をしておき、電解研磨により鏡面加工することも考
えられるが（特開昭６２−３７３９３号公報等参照）、
上記の如く、加工物表面に加工変質層が発生するおそれ
があるとともに加工工数も嵩み、望ましくない。

【０００８】本発明は、上記にかんがみて、バリ取り、
粗研磨の必要な加工物に、要求されるレベルの鏡面を一
工程で同時的に形成することができ、加工変質層が発生
するおそれがないとともに加工工数も削減できる電解研
磨方法及びそれに使用する装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電解研磨方法及
びそれに使用する装置は、上記課題を、下記構成により
解決するものである。

【００１０】(1) 本発明の電解研磨方法は、陽極とする
加工物と陰極とを対面させて、両極対面間に電解液を介
在させて電解研磨をするに際して、両極対面間に、高電
圧・低電圧区間を夫々所定時間ずつ繰り返すパルス波形
となるように電圧を印加するともに、該パルス波形に対
応させて、前記電解液を流動させる間欠ポンプを、高電
圧区間でオン、低電圧区間でオフさせて電解研磨を行う
ことを特徴とする。

【００１１】(2) 本発明の電解研磨装置は、上記電解研
磨方法に使用する装置であって、加工物をセットする陽
極と、該陽極に対面する陰極を備えた電解槽と、該電解
槽との間に電解液を間欠的に循環流動させる間欠ポンプ
を備えた貯留タンクと、電解槽と貯留タンクとを接続す
る循環路とからなり、間欠ポンプの駆動電源と電解槽の
電解電源とが、制御装置からの信号を受けて連動するよ
うに接続されていることを特徴とする。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の方法及び装置を、図例に基づ
いて詳細に説明をする。

【００１３】Ａ．本発明の方法に使用する電解研磨装置
の実験用モデル図を図１・２に示す。

【００１４】電解液１の貯留タンク３中に間欠ポンプ５
を配設し、該間欠ポンプ５の吐出口に一端を接続させ、
他端を貯留タンク３中に開放吐出するように接続させた
門型の電解液循環路７が形成されている。そして、電解
液循環路７の途中に、陽極とする加工物９と陰極１１と
を対面させて、電解槽１３を配置する（図２参照）。陰
極１１は、直列可変抵抗１５を備えた電解電源１７の陰
極側を介して接続され、加工物（陽極）９は、電解電源
１７の陽極側と接続されている。また、間欠ポンプ５は
ポンプ駆動電源１９と接続されている。そして、電解電
源１７とポンプ駆動電源１９とは、電源制御装置２１か
らの信号を受けて、連動するようになっている。

【００１５】Ｂ．次に、本発明の電解研磨方法を具体的
に説明する。

【００１６】(1) 本発明の方法は、陽極とする加工物９
と陰極１１とを対面させ、両極対面間に電解液１を介在
させて電解研磨をすることを前提とする。

【００１７】このとき、加工物（陽極）と陰極との間隔
は、加工物・電解液の種類・大きさにより異なるが、通
常、０．５〜３cmとする。

【００１８】加工物としては、Ｆｅ系・Ａｌ系・Ｃｕ系
・Ｎｉ系・Ｔｉ系の金属及び合金等、電解研磨可能なも
のなら特に限定されない。

【００１９】電解液としては、通常、硝酸ソーダ、塩化
ナトリウム、リン酸、塩化カリ、等の中性・酸性・アル
カリ性、のもの等、適宜使用できる。

【００２０】(2) 両極対面間に、高電圧・低電圧区間を
夫々所定時間ずつ繰り返すパルス波形となるように電圧
を印加するともに、該パルス波形に対応させて、電解液
を流動させる間欠ポンプを、高電圧区間でオン、低電圧
区間でオフさせて電解研磨を行う（図３参照）。

【００２１】ここで、高電圧区間の設定電圧は、電解
液、加工物、電極間隙間により異なるが、１５〜３０Ｖ
とする。１５Ｖ未満では電解力が小さく、バリ取り、及
び、粗研磨の作業効率が低い。３０Ｖを越えると、加工
物の表面荒れの原因となる異常放電が発生し易い。ま
た、この高電圧区間では、電解液を流動させるため、高
電気抵抗層であるヤッケ層の成長が阻止され、ヤッケ層
極小の状態となる。従って、大きな電流流れが、電極と
加工物との間に発生し、大きな凹凸を平滑化する粗研磨
が行われる。特に、バリがある場合、該バリと電極との
間に大きな電流流れが優先的に発生し、バリ部が電解溶
出して、バリ取りが行われる。

【００２２】また、低電圧の範囲は、電解液、加工物、
電極間隙間により異なるが、２〜１５Ｖとする。２Ｖ未
満では鏡面研磨ができる閾値電流が流れ難く、１５Ｖを
越えると、粗研磨される電流領域に近くなり、奇麗な光
沢鏡面を加工物の表面に得難くなる。また、低電圧区間
では、電解液の実質的な液流れが存在せず、高電気抵抗
層であるヤッケ層が成長し、ヤッケ層極大状態となる。
従って、電極に近い、バリ取りされた部位や粗研磨され
た部位は、鏡面研磨される。また、電極から遠い部位
は、鏡面研磨の作用は弱くなるが、該部位は鏡面研磨さ
れているため、奇麗な光沢鏡面が得られる。これらの鏡
面化は、ヤッケ層の存在により、金属の電解溶出量は、
凹部と凸部でほとんど変わらないとともに、ヤッケ層の
存在により電解溶出した金属イオンが拡散せず、凹部に
蓄積して該部が平滑面となるためである。

【００２３】このとき、電解液・加工物の種類、電極間
距離、印加電圧により異なるが、高電圧区間を１秒以下
とし、低電圧区間を１秒以上とすることが望ましい。

【００２４】また、電解液の流れ早さは、ヤッケ層を減
失可能な程度ならよく、通常、０．１cm／秒以上、望ま
しくは、５０cm／秒以上とする。上限は、電気流れを阻
害するキャビティションが発生しない程度なら、特に限
定されない。

【００２５】

【発明の作用・効果】本発明の電解研磨方法及びそれに
使用する装置は、陽極とする加工物と陰極とを対面させ
て、両極対面間に電解液を介在させて電解研磨をするに
際して、両極対面間に、高電圧・低電圧区間を夫々所定
時間ずつ繰り返すパルス波形となるように電圧を印加す
るともに、該パルス波形に対応させて、電解液を流動さ
せる間欠ポンプを、高電圧区間でオン、低電圧区間でオ
フさせて電解研磨を行うことにより下記のような作用・
効果を奏する。

【００２６】即ち、粗研磨と鏡面研磨とが交互に繰り返
され、バリ取り、粗研磨、及び鏡面研磨が、一工程で同
時的に行なわれ、粗研磨ないしバリ取りが必要な加工物
に、鏡面を形成することができる。従って、加工変質層
が発生するおそれがないとともに電解研磨の加工工数を
大幅に、削減可能となる。

【００２７】そして、高電圧・定電圧区間及び電圧・電
解液を適宜設定することにより、要求されるレベルの鏡
面を加工物に自由に形成することができる。

【００２８】なお、特開昭６２−２７８２９９号公報に
おいて「鏡面研磨領域を保持する電流密度の基準電流を
連続状態で流すとともに、基準電流に短時間の高電流を
間欠的に付加することを特徴とする電解研磨方法」が開
示されているが、本発明の電解研磨方法とは、目的・構
成・効果が異なり、本発明の技術的思想を示唆するもの
ではない。すなわち、上記公報に係る発明は、高電流区
間で研磨面に発生・付着した酸素泡の除去を目的として
おり、本発明の如く、高電圧（高電流）区間での粗研磨
を目的とするものではない。さらに、高電圧区間と電解
液流れを連動させる技術的思想も上記公報には何ら示唆
されていない。

【００２９】

【試験例】本発明の効果を確認するために、下記試験を
行なった。

【００３０】(1) 試験方法 下記の仕様の電解研磨装置を使用して、実施例の場合は
表１に示すような高電圧区間（ポンプオン）時間／定電
圧区間（ポンプオフ）時間を組合わせて、下記条件で合
計通電量０．４Ａｍとなるように電解研磨を行なった。

【００３１】また、比較例は、下記条件以外は実施例と
同様の条件で電解研磨を行った。

【００３２】 比較例１：ポンプオン時間なし、電解電圧３Ｖ、 比較例２：ポンプオフ時間なし、電解電圧２０Ｖ、 そして、各電解研磨面について、目視判定するととも
に、その表面凹凸形状をを、東京精密（株）製の表面粗
さ形状測定器「サーフコン」で計測し、凹み深さ（μ
ｍ）を、凹み深さの１／２位置での広さ（mm）の値で除
した数値を、粗研磨度の指標として求めた。

【００３３】 電解液：「パクナＥ」ユケン工業株式会社製電解液。

【００３４】試験片（加工物）：ＳＰＣＣ、１cm角、電
極間距離： １mm 高電圧区間の電解電圧：２０Ｖ、低電圧区間の電解電
圧：３Ｖ、電解液最大流速：１００cm／秒、電極形状：
６mmφ円錐状 (2) 試験結果 本発明の方法で、即ち、表１に示す条件でポンプオン・
ポンプオフと電圧の工程を組み合わせて交互に実施した
各実施例の研磨面について、目視判定をした結果は、い
ずれも、鏡面研磨（ミクロ研磨）効果が認められた。ま
た、表１の粗研磨度を示す結果から、粗研磨（マクロ研
磨）も有効に行われていることが分かる。これらの結果
から、本発明の方法によれば、精度の高い鏡面研磨を、
バリ取り工程（研削工程）、粗面研磨工程を別に設けな
くても可能であることが分かる。

【００３５】特に、高電圧区間（ポンプオン）時間が、
低電圧区間（ポンプオフ）時間の１／２以下のとき、そ
の効果が顕著であることが分かる。

【００３６】これは、ポンプをオフとしても、急には電
解液の流れが停止せず、ヤッケ層極大となるまでの時間
遅れがある。これに対して、ポンプをオンとしたとき
は、電解液は直ちに流動してヤッケ層極小の状態になる
ものと推定される。

【００３７】なお、ポンプオン時間なし比較例１の場
合、鏡面研磨効果が得られたが、粗研磨度３．０と粗研
磨効果がほとんど得られなかった。これは、ポンプオン
時間が零であるため、ヤッケ層が定常的に形成され、鏡
面研磨は行われるが、粗研磨が行われないためである。

【００３８】また、ポンプオフ時間なしの比較例２の場
合、粗研磨度２０．１と大きな粗研磨効果は得られた
が、素地荒れが発生し鏡面研磨効果はほとんど得られな
かった。これは、ポンプオフ時間が零であるため、ヤッ
ケ層が実質的に形成されず、粗研磨効果が得られる一
方、鏡面研磨効果に関しては、電流集中部分で鏡面研磨
が行われ易いが、その回りの低電流密度部分では、素地
荒れが発生し易いためである。

【００３９】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に使用する電解研磨装置の概略図

【図２】図１における電解槽の拡大モデル図

【図３】本発明の電解研磨方法における印加電圧のパル
ス図

【符号の説明】

１ 電解液 ５ 間欠ポンプ ７ 電解液循環路 ９ 加工物（陽極） １１ 陰極 １３ 電解槽 １７ 電解電源 １９ ポンプ駆動電源 ２１ 電源制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極とする加工物と陰極とを対面させ
   て、両極対面間に電解液を介在させて電解研磨をするに
   際して、 前記両極対面間に、高電圧・低電圧区間を夫々所定時間
   ずつ繰り返すパルス波形となるように電圧を印加すると
   もに、該パルス波形に対応させて、前記電解液を流動さ
   せる間欠ポンプを、高電圧区間でオン、低電圧区間でオ
   フさせて電解研磨を行うことを特徴とする電解研磨方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１の電解研磨を行う際に使用する
   電解研磨装置であって、加工物をセットする陽極と、該
   陽極に対面する陰極を備えた電解槽と、該電解槽との間
   に電解液を間欠的に循環流動させる間欠ポンプを備えた
   貯留タンクと、前記電解槽と前記貯留タンクとを接続す
   る循環路とからなり、前記間欠ポンプの駆動電源と前記
   電解槽の電解電源とが、制御装置からの信号を受けて連
   動するように接続されていることを特徴とする電解研磨
   装置。