JPH09108948A

JPH09108948A - 帯電粒子の電気泳動現象を利用した物体の加工方法

Info

Publication number: JPH09108948A
Application number: JP29759695A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kunieda; 正典国枝
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-28
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: JP3733540B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な方法により、物体を加工する物体の加
工方法を提供すること。【解決手段】帯電粒子４Ａの電気泳動現象を利用した
物体の加工方法であって、陽極２Ａ及び陰極３Ａの一
方、あるいは両方に加工用物体を配置するとともに、前
記陽極２Ａ及び陰極３Ａ間に加工工作物の加工面に対応
して該加工面を十分網羅する数の導体粒子４Ａを介在さ
せ、両電極間に電圧を印加すると、下方の陰極３Ａに接
触していた前記導体粒子４Ａは負に帯電される。この負
に帯電した導体粒子４Ａは両電極間に印加された電圧に
より、静電力が作用し陽極２Ａに向かって加速され、陽
極に衝突することにより負電荷を放出して正電荷に帯電
して陰極３Ａに向かって加速され、陰極に衝突して正電
荷を放出して負の電荷に帯電して陽極に向かうという往
復運動をなし、この電気泳動によって加工用物体の加工
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電粒子の電気泳
動現象を利用した物体の加工方法、更に詳しくは帯電粒
子を両電極間に往復運動させて物体を加工することに特
徴のある帯電粒子の電気泳動現象を利用した物体の加工
方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、帯電粒子の電気泳動現象を利用
した加工方法は、精密工学会誌Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．
７、１９９４の第９８４頁〜第９８８頁に「電気泳動現
象を利用した光学カラスの超精密研磨」（先行例１）に
開示されるように、アルミナやシリカの微粒子の砥粒を
蒸留水、またはアルコール等に懸濁し、砥粒が常にマイ
ナスに帯電されることを利用して、加工面あるいはポリ
ッシャに砥粒を引き付けることによって、砥粒を集合・
固定させ、凝集した砥粒の工作物との相対運動によって
擦過除去するものである。

【０００３】また、放電加工において、加工液中にシリ
コンの粉末を混入して仕上げ面荒さを向上する技術が、
電気加工学会誌Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．４９、１９９１の
第４７頁〜第６０頁に「粉末混入加工液による放電仕上
加工」（先行例２）に開示されている。これは、加工液
中にシリコンの粉末を混入して電極間にパルス電圧を印
可することにより、加工表面全域にわたって放電電流が
分散し、放電圏の局在による加工ムラが発生しない技術
を開示したものである。

【０００４】また、精密機械誌４３巻、３号、１９７７
年３月の第９１頁〜第９７頁に「粉末粒子ビーム銃にお
ける帯電現象」（先行例３）が開示され、この技術は、
粉末粒子ビーム銃によって微細な粉末粒子を帯電させ、
静電加速し、材料表面に高速で衝突させることにより材
料を極微小量な単位で機械的（弾性的）に破壊、除去
し、結晶学的に乱れのない超精密な加工を得ようとする
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術によると、先行例１の帯電粒子の電気泳動現象
を利用した加工方法は、ポリッシャに砥粒を引き付ける
ことによって、砥粒を集合・固定させ、ポリッシャとと
もに砥粒を、加工液の流れる方向に移動させ、凝集した
砥粒の工作物との相対運動によって擦過除去するもので
ある。よって、層流では砥粒と工作物との接触の頻度は
少なく、大きな加工効率は期待できない。そして、ポリ
ッシャ及び加工液を一定方向に移動させる特別な機構を
必要とし、装置が大型化するとともに方法を複雑化する
ものであった。

【０００６】また、先行例２の放電加工において、加工
液中にシリコンの粉末を混入して仕上げ面荒さを向上す
る技術は、加工表面全域にわたって放電電流が分散する
ものであるが、加工単位はあくまでも加工電源から供給
されるパルス状の放電によるもので、一つのパルスに対
して１箇所でしか放電は生じていない。よって、絶縁回
復時間を有したパルス状電圧の印加が必要であり、加工
方法を複雑にする。また、一つのパルスに対して１箇所
でしか放電が生じないので、加工速度が遅い。さらに、
一般にパルス状の放電のエネルギを小さく制御すること
は困難が伴うので、得られる仕上げ面あらさには限界が
あった。

【０００７】また、先行例３の技術は、粉末粒子ビーム
銃によって微細な粉末粒子を帯電させ、静電加速し、材
料表面に高速で衝突させることにより材料を極微小量な
単位で機械的（弾性的）に破壊、除去しようとするもの
であり、粉末粒子ビーム銃を必要とし、装置が大型化す
るとともに方法が複雑になる。

【０００８】このように、従来の技術においては、装置
が大型化するとともに方法が複雑になるという問題を有
していた。上述の事情に鑑み、本発明は、簡単な方法に
より、物体を加工する物体の加工方法を提供することを
目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、帯電粒子の電気泳動現象を利用した物体
の加工方法である。そして、陽極及び陰極の一方、ある
いは両方に加工用物体を配置するとともに、前記陽極及
び陰極間に帯電した粒子を介在させ、前記粒子を両電極
間に電気泳動によって往復運動させることにより前記加
工用物体の加工を行うことを特徴とする。

【００１０】陽極及び陰極の一方、あるいは両方に加工
用物体を配置するとともに、前記陽極及び陰極間に加工
工作物の加工面に対応して該加工面を十分網羅する数の
鋼球もしくはアルミナ球で形成される導体粒子を介在さ
せ、両電極間に電圧を印加すると、下方の陰極に接触し
ていた前記導体粒子は負に帯電される。この負に帯電し
た導体粒子は両電極間に印加された電圧により、静電力
が作用し陽極に向かって加速され、陽極に衝突すること
により負電荷を放出して正電荷に帯電して陰極に向かっ
て加速され、陰極に衝突して正電荷を放出して負の電荷
に帯電して陽極に向かうという往復運動をなし、加工用
物体の加工を行う。

【００１１】この導体粒子４Ａの電極表面除去加工のメ
カニズムは機械的な砥粒加工的作用と、放電加工的作用
及び化学反応による化学的作用の三つが考えられる。図
６（ａ）に示すものは、静電力により得た導体粒子４Ａ
の運動エネルギが電極表面との衝突の際に、該表面に凹
所を形成するとともに、その凹所の縁が若干盛り上が
り、新しい面の生成に費やされる機械的作用である。

【００１２】また、（ｂ）に示すものは、導体粒子４Ａ
の帯電電荷が、導体粒子４Ａが電極に当接する直前に、
該粒子４Ａと電極面との間の微小ギャップで絶縁破壊が
生じて、導体粒子４Ａの電荷が放電される。この放電は
電子流、イオン流として加工物の一点に衝突して、そこ
を高温にする熱的作用（１）をなすとともに、加工液を
急激に気化膨張させ、それによって加工物の高温によっ
て溶解した部分が吹き飛ばされる。

【００１３】また、（ｃ）に示すものは導体粒子が電界
に沿って柱状に積み重なり、極間を狭くすることによっ
て放電を生じさせるもう一つの、熱的作用（２）であ
る。この場合は、放電の発生とともに除去が生じると同
時に柱状の粒子が飛散し、放電は消滅する。これらが熱
的加工が行われる熱的作用である。

【００１４】そして、前記導体粒子が電極に衝突して運
動エネルギが開放するか、あるいは放電が生じるなどに
より、衝突が生じた箇所の温度が上昇し、または、内部
応力が増大するなどして電極が局部的に活性化する。こ
れを活性化エネルギとして砥粒と工作物、あるいは極間
の加工液と工作物との間で化学反応が生じ、加工物表面
が除去され易い物質に変化して離脱する。これが化学反
応による化学的作用である。したがって、前記機械的作
用と熱的作用に、化学反応による化学的作用が加工に寄
与され、加工物の表面は、これらの三つの作用により加
工される。

【００１５】そして、電気泳動によって１個の砥粒が１
秒間に１千回近く工作物に衝突するので、加工能率を格
段に向上させる。そして、前記熱的作用（１）の導体粒
子の放電は、複数の導体粒子が電極間に介在しているの
で、加工電源をパルス的に印加する必要はなく、両電極
間に一定の電圧を印加した状態で、同時に複数箇所で生
じ、導体粒子１個の帯電量が加工単位を決定する。ま
た、導体粒子１個の帯電量から極間に流れる電流量を計
算でき、このことから加工中の電流を測定することによ
り極間に往復運動する導体粒子の個数を測定でき、電流
で加工速度をモニタできる。

【００１６】また、前記熱的作用（２）の導体粒子の放
電においても、放電は粒子の飛散によって消滅するの
で、加工電源をパルス的に印加する必要はない。したが
って、加工液、ポリッシャ等の移動機構、パルス状加工
電源、粉末粒子ビーム銃等は必要なく、簡単な方法で加
工物を加工することができる。

【００１７】また、前記導体粒子が介在する前記両極間
は、電気的絶縁状態の液体で満たされるように構成する
と好ましい。このように構成すると、前記導体粒子が電
極に接近すると、図６（ｂ），（ｃ）に示すように放電
を起こす。この放電は電子流、イオン流となって加工物
の一点に衝突して、そこを高温にするとともに、前記電
気的絶縁状態の液体を急激に気化膨張させ、それによっ
て加工物の高温によって溶解した部分が吹き飛ばされ
る。したがって、前記機械的作用に、放電による熱的作
用が加工に寄与される。また、加工物と液体とが化学反
応を生じ易い組み合わせであると、衝突に起因した発熱
や内部応力を活性化エネルギとして化学反応が生じる。
こうして化学的作用が加工に寄与される。

【００１８】また、前記導体粒子が介在する前記両極間
は、電気的絶縁状態の気体で満たされるように構成する
と好ましい。何故ならば、気体は液体よりも粘性抵抗が
小さく、粒子の往復運動の速度が大きくなり、加工速度
が増大するからである。さらに、このように構成するこ
とにより、前記導体粒子が電極に接近して放電を起こ
す。この放電は電子流やイオン流となり、この電子流や
イオン流と電極との衝突により電極が加熱され、加工物
の表面は、この熱的作用と前述した機械的作用とにより
加工される。また、加工物と気体とが化学反応を生じ易
い組み合わせであると、衝突に起因した活性化によって
化学反応が生じる。こうして化学的作用が加わる。

【００１９】また、少なくとも、前記導体粒子が介在す
る前記両極間は、真空状態で形成されるように構成する
と好ましい。このように構成すると、前記導体粒子と衝
突する気体は極端に減少しているので、前記導体粒子は
エネルギを減じないで、加工物の表面に衝突し、また、
放電電子流やイオン流は加工物表面にほとんどすべてが
衝突するので、効率が良く前記熱的作用と前述した機械
的作用とにより加工される。さらに、真空中では他の汚
染源となる元素が存在しないので、シリコンの加工など
の汚染を嫌う場合に適している。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２１】図１は、本発明に係る帯電粒子の電気泳動
現象を利用した物体の加工方法の第１実施例を示す図、
図２は、その第２実施例を示す図、図３は、その第３実
施例を示す図、図４は、その第４実施例を示す図、図５
は、導体粒子が陰極に接触している状態の平行平板電極
間の電位分布を示す図、図６は、加工メカニズムの説明
図、図７は、電圧印加後の極間粒子の挙動を示す図、図
８は、実験装置の概略図であり、（ａ）は全体の概略
図、（ｂ）は電極の設置図、図９は、鋼球を導体粒子と
しての加工形状測定結果を示す図、図１０は、アルミナ
を粒子としての加工痕を示す図、図１１は、導体粒子が
鋼球の場合の導体粒子による加工痕を示す図である。

【００２２】本発明に係る第１実施例の加工装置１Ａ
は、図１に示すように、灯油からなる加工液５内に、上
方に銅材で形成された陽極２Ａと該陽極２Ａに対面して
下方に加工物鋼材からなる陰極３Ａが配置され、該陰極
３Ａの表面に加工する面積を網羅して鋼鉄製の導体粒子
４Ａが載置され、前記両電極間には図示しないスイッチ
機構を介して１００Ｖの直流電圧源に接続されている。

【００２３】このように構成された第１実施例は、図示
しないスイッチ機構をＯＮにすると、両電極間に１００
Ｖの電圧が印加され、下方の陰極３Ａに接触していた導
体粒子４Ａは負に帯電される（図５）。この負に帯電し
た導体粒子４Ａは両電極間に印加された１００Ｖの電圧
により、静電力が作用し陽極２Ａに向かって加速され、
陽極２Ａに衝突することにより負電荷を放出して正電荷
に帯電する。この正に帯電した導体粒子４Ａは両電極間
に印加された１００Ｖの電圧により、静電力が作用し、
今度は陰極３Ａに向かって加速され、陰極３Ａに衝突す
ることにより正電荷を放出して負に帯電する。そして、
負に帯電した導体粒子４Ａは再度陽極に向い、爾後はこ
の往復運動をなし、加工用物体の加工を行う。

【００２４】ここで重要なことは、帯電した導体粒子の
電荷量は、電極を離れたあと、他方の電極に接触するま
では保存されることである。これを利用して極間を移動
する導体粒子について、両極間の中心０を基準として、
縦軸に、−４５、−３０、−１５、０、１５、３０μｍ
の位置でのモデルを作り、各位置で電位分布と、それか
ら求まる静電力を数値計算し、加工液から受ける粘性抵
抗と重力を考慮にいれて運動方程式を解いた結果が図７
に示されている。この結果によると、極間隙１２０μ
ｍ、印加電圧１００Ｖ、粒径３０μｍの導体粒子の場合
は、初速度ゼロで陰極を離れた導体粒子の運動は３ｍｓ
後に定常状態となる。また、陰極に接していた導体粒子
１個の電荷帯電量は−５．６３×１０ -¹⁴Ｃ、定常状態
における片道の運動の平均速度は０．１３６ｍ／ｓであ
るために、導体粒子１個の往復運動により極間には８．
５３×１０ -¹¹Ａの電流が流れることになる。

【００２５】さて、前記導体粒子４Ａの電極表面除去加
工のメカニズムは機械的な砥粒加工的作用と、放電加工
的作用及び化学反応による化学的作用の三つが考えられ
る。図６（ａ）に示すものは、静電力により得た導体粒
子４Ａの運動エネルギが電極表面との衝突の際に、該表
面に凹所を形成するとともに、その凹所の縁が若干盛り
上がり、新しい面の生成に費やされる機械的作用であ
り、（ｂ）や（ｃ）に示すものは、導体粒子４Ａが電極
に当接する直前に、該粒子４Ａと電極面との間の微小ギ
ャップで絶縁破壊が生じて、放電による熱的加工が行わ
れる熱的作用である。

【００２６】そして、前記導体粒子が電極に衝突すると
運動エネルギが熱エネルギやひずみエネルギに変化す
る。また、粒子が電極に接近すると、図６（ｂ）や
（ｃ）に示すように放電を起こす。この放電は電子流や
イオン流となって加工物の一点に衝突して、そこを高温
にする。このようにして、局部的に温度が上昇したり内
部応力が増大したりして、化学的に活性化し、化学反応
が生じる。これが化学反応による化学的作用である。し
たがって、前記機械的作用と熱的作用に、化学反応によ
る化学的作用が加工に寄与され、加工物の表面は、これ
らの三つの作用により加工される。

【００２７】そして、前記熱的作用の導体粒子の放電
は、図１に示すように複数の導体粒子４Ａが電極間に介
在しているので、加工電源をパルス的に印加する必要は
なく、両電極間に一定の電圧を印加した状態で、同時に
複数箇所で生じ、図６（ｂ）の場合は導体粒子４Ａ１個
の帯電量が加工単位を決定する。また、図６（ｃ）の場
合は、柱状の粒子が飛散するまでの時間が加工単位を決
定する。したがって、加工液、ポリッシャ等の移動機
構、パルス状加工電源、粉末粒子ビーム銃等の必要はな
く、簡単な方法で加工物を加工することができる。

【００２８】図２は、本発明に係る第２実施例図であ
り、陽極及び陰極ともに加工物により形成されている。
この第２実施例の加工装置１Ｂは、図２に示すように、
灯油からなる加工液５内に、上方に加工物鋼材で形成さ
れた陽極６Ａと該陽極６Ａに対面して下方に加工物鋼材
からなる陰極３Ａが配置され、該陰極３Ａの表面に加工
する面積を網羅して鋼鉄製の導体粒子４Ａが載置され、
前記両電極間には図示しないスイッチ機構を介して１０
０Ｖの直流電圧源に接続されている。

【００２９】このように構成された第２実施例は、図示
しないスイッチ機構をＯＮにすると、両電極間に１００
Ｖの電圧が印加され、下方の陰極３Ａに接触していた導
体粒子４Ａは負に帯電される（図５）。この負に帯電し
た導体粒子４Ａは両電極間に印加された１００Ｖの電圧
により、静電力が作用し陽極６Ａに向かって加速され、
陽極６Ａに衝突することにより負電荷を放出して正電荷
に帯電する。この正に帯電した導体粒子４Ａは両電極間
に印加された１００Ｖの電圧により、静電力が作用し、
今度は陰極３Ａに向かって加速され、陰極３Ａに衝突す
ることにより正電荷を放出して負に帯電する。そして、
負に帯電した導体粒子４Ａは再度陽極に向い、爾後はこ
の往復運動をなし、加工用物体の加工を行う。

【００３０】図３は、本発明に係る第３実施例図であ
り、陽極に加工物が配置されている。この第３実施例の
加工装置１Ｃは、図３に示すように、灯油からなる加工
液５内に、上方に加工範囲を規制するマスク配置した加
工物鋼材で形成された陽極６Ｂと該陽極６Ｂに対面して
下方に鋼材からなる陰極７が配置され、該陰極７の表面
に加工する面積を網羅して鋼鉄製の導体粒子４Ａが載置
され、前記両電極間には図示しないスイッチ機構を介し
て１００Ｖの直流電圧源に接続されている。

【００３１】このように構成された第３実施例は、図示
しないスイッチ機構をＯＮにすると、両電極間に１００
Ｖの電圧が印加され、下方の陰極７に接触していた導体
粒子４Ａは負に帯電される（図５）。この負に帯電した
導体粒子４Ａは両電極間に印加された１００Ｖの電圧に
より、静電力が作用し陽極６Ｂに向かって加速され、陽
極６Ｂに衝突することにより負電荷を放出して正電荷に
帯電する。この正に帯電した導体粒子４Ａは両電極間に
印加された１００Ｖの電圧により、静電力が作用し、今
度は陰極７に向かって加速され、陰極７に衝突すること
により正電荷を放出して負に帯電する。そして、負に帯
電した導体粒子４Ａは再度陽極に向い、爾後はこの往復
運動をなし、加工用物体の加工を行う。

【００３２】また、前記導体粒子が介在する前記両極間
は、電気的絶縁状態の気体で満たされるように構成する
ことができる。このように構成すると、気体は液体より
も粘性抵抗が小さく、粒子の往復運動の速度が大きくな
り、加工速度を増大することができる。粒子の往復運動
の速度が大きくなった前記導体粒子は、電極に接近して
放電を起こす。この放電は電子流やイオン流となり、こ
の電子流やイオン流との衝突により電極が加熱され、加
工物の表面は、この熱的作用と前述した機械的作用とに
より加工される。また、加工物と気体とが化学反応を生
じ易い組み合わせであると、衝突に起因した活性化によ
って化学反応が生じる。こうして化学的作用が加わる。

【００３３】図４は、本発明に係る第４実施例図であ
り、真空容器内に両極を配置したものである。この第４
実施例の加工装置１Ｄは、図４に示すように、真空ポン
プ８により配管９を介して真空にされる真空容器１６内
に銅材で形成された陽極２Ｂと該陽極２Ｂに対面して下
方に鋼材からなる陰極３Ｂが配置され、該陰極３Ｂの表
面に加工する面積を網羅して鋼鉄製の導体粒子４Ａが載
置され、前記両電極間には図示しないスイッチ機構を介
して１００Ｖの直流電圧源に接続されている。

【００３４】このように構成された第４実施例は、図示
しないスイッチ機構をＯＮにすると、両電極間に１００
Ｖの電圧が印加され、下方の陰極７に接触していた導体
粒子４Ａは負に帯電される（図５）。この負に帯電した
導体粒子４Ａは両電極間に印加された１００Ｖの電圧に
より、静電力が作用し陽極２Ｂに向かって加速され、陽
極２Ｂに衝突することにより負電荷を放出して正電荷に
帯電する。この正に帯電した導体粒子４Ａは両電極間に
印加された１００Ｖの電圧により、静電力が作用し、今
度は陰極３Ｂに向かって加速され、陰極３Ｂに衝突する
ことにより正電荷を放出して負に帯電する。そして、負
に帯電した導体粒子４Ａは再度陽極に向い、爾後はこの
往復運動をなし、加工用物体の加工を行う。

【００３５】このように構成すると、前記導体粒子４Ａ
と衝突する気体は極端に減少しているので、前記導体粒
子４Ａはエネルギを減じないで、加工物３Ｂの表面に衝
突し、また、放電電子流やイオン流は加工物表面にほと
んどすべてが衝突するので、前記熱的作用と前述した機
械的作用とにより効率が良く加工される。さらに、真空
中では他の汚染源となる元素が存在しないので、他の元
素による汚染の問題などが解決される。

【００３６】以下に本実施例の効果を説明する。従来の
フロートポリッシングは、流体中に懸濁した砥粒が対流
に乗って工作物に接触するので、大きな加工効率は期待
できない、また、ポリシャとともに砥粒を移動させる機
構を設ける装置は大型化するとともに、方法が複雑にな
る。上述した本実施例によると、フロートポリッシング
に見られるような遊離砥粒による機械的加工も行ってい
るが、導体粒子の電気泳動により１個の砥粒（導体粒
子）が１秒間に１千回近くも工作物に衝突するので、加
工能率を格段に向上することができる。

【００３７】また，本実施例は、機械的な作用だけでな
く、熱的な作用、化学的反応の促進も考えられ、粒子材
料、加工雰囲気、工作物材料、の組み合わせにより様々
な複合的な加工作用が期待される。

【００３８】また、従来の放電加工においては、パルス
電源を印加し、１パルスにおいて放電が発生する場所は
１箇所であったが、本実施例においては至るところ粒子
が衝突するところで放電が発生する。よって、従来の放
電加工は特に仕上加工の領域で加工速度が非常に低下す
るという問題があったが、本実施例においては高い加工
効率を得ることができる。

【００３９】また、本実施例において、電極間の電圧
は、粒子の帯電量、粒子に働く静電力に影響を及ぼし、
加工単位や加工速度を決定する。また、粒子直径の２乗
すなわち表面積に比例して帯電量が決まるので、粒子の
直径が加工単位に大きな影響があり、仕上げ面あらさを
決定する。粒径３０μｍの導体粒子の帯電量は、１００
％帯電していると仮定した場合、５．６３×１０ -¹⁴Ｃ
であり、片道の移動時間を６６０μｓとすると、１個の
導体粒子の往復運動により、極間には８．５３×１０ -
¹¹Ａの電流が流れることになる。したがって、加工中の
電流の想定により極間を往復運動する導体粒子の個数を
測定でき、電流で加工速度をモニタすることができる。

【００４０】上記実施例においては、導体粒子に鋼球を
用いて説明してきたが、これに限定されるものではな
く、金属粉末、シリコン、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、酸化クロ
ム、アルミナ等一般的に絶縁体として扱われている材料
も使用可能である。これは、どんな材料でも程度の差こ
そあれ電気伝導性があるからである。もっとも、電気伝
導率は帯電量に大きな影響を及ぼし、加工単位、運動速
度、加工能率は粒子の種類で大きく異なる。そして、工
作物や加工雰囲気と考え合わせ反応のしやすい組み合わ
せを選び、メカノケミカル的作用を期待することができ
る。

【００４１】また、本実施例においては、加工に要する
電流はわずかであるので、シリコン、ＳｉＣなどの高抵
抗材料も加工可能である。

【００４２】

【実施例】図８は、実験装置の概略図であり、（ａ）は
全体の概略図、（ｂ）は電極の設置図である。これらの
図において、陽極６Ｂ及び陰極３Ｂはトランジスタ１
２、抵抗１１を介して直流電源１３と直列に接続され、
図示しない制御回路によりトランジスタ１２は符号１４
に示すようにパルス状に両極に直流電圧を印加するよう
に構成されている。陽極である工作物電極６Ｂにはマス
ク１５で縁取りされ、陰極３Ｂの表面には工作物６Ｂの
加工面を十分カバーするだけの粒子４Ｂが載置され、両
極は加工液５で満たされている。

【００４３】実験に際しての一番の問題点は、導体粒子
４Ｂが互いに集積しあって柱状化し、極間が短絡状態と
なることである。短絡を防止するには、極間を大とす
る、放電開始電圧を大とする等の方法が考えられるが、
実験段階であり、直流電圧１３を数秒毎にパルス状に印
加して、ある一定の休止時間を設けて実験した。

【００４４】また、重力の影響で、下側の電極３Ｂ表面
は導体粒子４Ｂの密度が高くなり、導体粒子相互間の衝
突が生じて運動粒子のエネルギが直接工作物６Ｂ表面に
作用され難いと考えられ、図８（ｂ）に示すように工作
物電極６Ｂは上側に設け、工作物表面の両側は基準面と
するためにマスク１５を施している。

【００４５】実験に際して、導体粒子は完全導体とみな
せる鋼球（粒径：３０〜５０μｍ）と、体積抵抗率が非
常に大きく金属と比べて絶縁体とみなせるＡｌ ₂Ｏ
₃（粒径：３０〜４０μｍ）を用い、工作物としては鋼
製ブロックゲージとアルミ合金板を使用し、印加電圧５
００Ｖ、極間隙３００〜４００μｍに設定した。

【００４６】「実験結果」（Ａ）導体粒子が鋼球、工作物がブロックゲージの場合図９は、導体粒子が鋼球、工作物がブロックゲージの場
合の表面あらさ計での加工形状測定結果をプロットした
図であり、図１１は、導体粒子が鋼球の場合の走査型電
子顕微鏡で観察した加工痕の顕微鏡写真であり、図９の
測定位置の一部を示す。図９から、導体粒子が鋼球、工
作物がブロックゲージの場合、基準面０から略０．４μ
ｍを最大として除去加工されていることがわかる。図１
１から、加工痕は放電痕と見受けられるために、鋼球を
用いた場合の加工メカニズムは主に放電によるものと考
えられる。（Ｂ）尚、鋼球の場合は、アルミ合金板においても加工
が可能であった。

【００４７】（Ｃ）混入粒子がＡｌ ₂Ｏ ₃球、工作物が
ブロックゲージの場合は、加工痕らしきものは認められ
なかった。（Ｄ）混入粒子がＡｌ ₂Ｏ ₃球、工作物がアルミ合金板
の場合混入粒子がＡｌ ₂Ｏ ₃球の場合、高抵抗ではあるが極間
を往復運動することが実体顕微鏡を用いた観察により確
認された。これは、Ａｌ ₂Ｏ ₃球といえども完全な絶縁
体ではないので、わずかながら帯電し静電力により運動
しているものと考えられる。図１０は、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ ₃）を粒子としての加工痕の顕微鏡写真を示す図で
ある。この図から、わずかながら加工痕が見いだされ
る。この加工痕は放電痕とも見られるが、前記ブロック
ゲージの場合には見いだされず、工作物の材質の違いに
より加工の可否があることを考慮すると、機械的な加工
メカニズも作用していると考えられる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、陽極及
び陰極の一方、あるいは両方に加工用物体を配置すると
ともに、前記陽極及び陰極間に帯電した粒子を介在さ
せ、前記粒子を両電極間に電気泳動によって往復運動さ
せることにより前記加工用物体の加工を行っているの
で、直流電源を印加するだけで、至るところで粒子が電
極と衝突し、そこで放電が発生する。よって、本発明に
おいては高い加工効率を得ることができるとともに、簡
単な方法により、物体を加工する物体の加工方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る帯電粒子の電気泳動現象を利用し
た物体の加工方法の第１実施例を示す図である。

【図２】その第２実施例を示す図である。

【図３】その第３実施例を示す図である。

【図４】その第４実施例を示す図である。

【図５】導体粒子が陰極に接触している状態の平行平板
電極間の電位分布を示す図である。

【図６】加工メカニズムの説明図である。

【図７】電圧印加後の極間粒子の挙動を示す図である。

【図８】実験装置の概略図であり、（ａ）は全体の概略
図、（ｂ）は電極の設置図である。

【図９】鋼球を導体粒子としての加工形状測定結果を示
す図である。

【図１０】アルミナを粒子としての加工痕の顕微鏡写真
を示す図である。

【図１１】導体粒子が鋼球の場合の導体粒子による加工
痕を示す図である。

【符号の説明】

１加工装置（１Ａ〜１Ｄ）２陽極（２Ａ，２Ｂ）３陰極４粒子（導体粒子、混入粒子）５加工液６陽極（６Ａ，６Ｂ）７陰極８真空ポンプ１０実験装置１１抵抗１２トランジスタ１３直流電源１４パルス波形１５マスク１６真空容器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極及び陰極の一方、あるいは両方に加
工用物体を配置するとともに、前記陽極及び陰極間に帯
電した粒子を介在させ、前記粒子を両電極間に電気泳動
によって往復運動させることにより前記加工用物体の加
工を行うことを特徴とする帯電粒子の電気泳動現象を利
用した物体の加工方法。
【請求項２】前記粒子が介在する前記両極間は、電気
的絶縁状態の液体で満たされていることを特徴とする請
求項１記載の帯電粒子の電気泳動現象を利用した物体の
加工方法。
【請求項３】前記粒子が介在する前記両極間は、電気
的絶縁状態の気体で満たされていることを特徴とする請
求項１記載の帯電粒子の電気泳動現象を利用した物体の
加工方法。
【請求項４】少なくとも、前記粒子が介在する前記両
極間は、真空状態で形成されていることを特徴とする請
求項１記載の帯電粒子の電気泳動現象を利用した物体の
加工方法。