JPH10151525A - 精密電解加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲に影響する要因を除去し、局所的溶出
を可能とすることにより、高精度の局所的電解加工を実
現する。 【解決手段】 ワークＷの表面と電極６先端部Ｐとの間
を満たすように電解液７を電極先端部を中心としてその
近傍を含む局所加工領域に限定的に供給し、ワークＷの
表面の局所加工領域内に電解液が滞留しないようにしな
がら、ワークＷと電極６との間を通電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密電解加工方法
およびその装置に係り、特に、加工をする必要のないエ
リアへの影響を極力少なくして局所電解を可能とするこ
とにより加工精度の向上を図った精密電解加工方法およ
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】耐熱材料の加工や、微細加工あるいは超
精密加工などの要求が多くなり、電気化学エネルギを加
工エネルギ源として用いる加工法が開発されている。電
解加工、電解砥粒加工もその一つである。

【０００３】電解加工には、大別して面加工と局所加工
とがある。図８は、電解加工による面加工の原理を説明
する図である。この面加工では、ワーク１と型電極２と
は対向させて電解液または電解液に砥粒を分散したもの
に浸した状態で加工が行なわれる。電源３は、ワーク１
を陽極、型電極２を陰極とするように接続される。通電
すると、ワーク１からの電解液中へ溶出を利用して、型
電極２の形状の凹凸が逆になったものをワーク１に転写
することができる。

【０００４】図９は、局所加工の原理を説明する図で、
小径ワーク４と、ワイヤ電極５とを対向させて電解液中
に浸漬し、小径ワーク４を回転させながら通電すると、
小径ワーク４の先端を針状に尖らせるような加工を施す
ことができる。

【０００５】この電解加工による局所加工では、ワーク
４と電極５との対向面があたかも円断面と円断面との点
接触的（実際には接触せずに電解液を介して通電してい
る）になっているため、電荷の集中が起こり易く、した
がって、かなりの微細な加工が可能となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電解加
工により、図１０のような大きな曲面を含むワークＷの
平面形状を更に高精度に仕上げようとすると、面加工で
は溶出した金属イオン斑や、凹凸による電荷の集中度の
違いにより、精度に限度がある。

【０００７】したがって、局所加工を行ない、精度の悪
い部分を修正するようにすれば、高精度となるはずであ
るが、面加工とは異なり、ワーク側に電荷の集中が起こ
り難い上、被加工物の溶出部が広い範囲に及び、修正加
工の不要な部分にも影響を与える。

【０００８】このことを図１０により説明する。ワーク
Ｗの加工面に対向させて、針電極６を設け、全体を電解
液中に浸漬したものとする。このとき、針電極６の先端
部ＰとワークＷ上の最短距離点をＯとし、その距離をｈ
とする。また、ワークＷ上でＯ点より距離ｘの点をＱと
し、ワークＷの加工面上の単位面積Ｓo から通電により
溶出する量ｑを算出する。

【０００９】単位面積当りの溶出量ｑは、溶液、電極、
ワーク等条件が決まると、電流Ｉと時間ｔとの積に比例
するから、 ｑ＝ｋＩｔ ｋ：比例定数 …（１） また、 Ｉ＝Ｖ／Ｒ …（２）

【００１０】

【数１】 （７）式をグラフに表わしたのが図１１で、Ｏ点より離
れたところは、Ｏ点近傍に較べて溶出量は急激に低下す
るものの、無限遠点に至るまでわずかではあるが、溶出
があることを意味している。

【００１１】すなわち、針電極６によりＯ点の近傍だけ
に限って溶出除去したい場合でも、遠方まで若干量では
あるが溶出し、形状を悪くすることがわかる。

【００１２】このように針電極６を用いて局所加工を行
なっても、局所的に限定した溶出とならずに広い範囲に
及び、修正加工の不要な部分も加工されて加工誤差が生
じてしまう。

【００１３】特に、ワークに段差やエッジ等がある場合
や、表面粗さの悪い場合（例えば、０．４〜０．６μｍ
以上）では、突起あるいはエッジに通電時に電荷の集中
が発生して、尖部から大量に溶出するので、さらに形状
がくずれてしまう問題があった。

【００１４】本発明は、従来の電解加工法では、電極、
ワークとも電解液中に浸漬するか、あるいは大量の電解
液を供給していたために、電極とワークとの間に電解液
が介在する範囲でワークの溶出が起こり、結果として溶
出量に差のあるものの、局所的溶出を実現することが困
難であったものを解決するためになされたものであっ
て、その目的とするところは、高精度の加工を可能とす
るため、広範囲に影響する要因を除去し、局所的溶出を
可能とすることにより、高精度の局所的電解加工を実現
するようにした精密電解方法およびその装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による精密電解加工方法は、ワークと電極
とを対向させ、ワークと電極との間に電解液を介在さ
せ、ワークと電極との間を通電して加工を行なう電解加
工方法において、ワークの表面と電極先端部との間を満
たすように電解液を電極先端部を中心としてその近傍を
含む局所加工領域に限定的に供給し、前記ワークの表面
の局所加工領域内に電解液が滞留しないようにしなが
ら、ワークと電極との間を通電するようにしたことを特
徴とするものである。

【００１６】この本発明による精密電解研磨方法の原理
的な内容について図１を参照して説明する。

【００１７】本発明の精密電解加工方法では、電解加工
により溶出する範囲を局所的に限定するために、電解液
７の介在する範囲をできるだけＯ点を中心とするその近
傍付近の局所加工領域に限定する。実際には、図１に示
すように、液膜が延びて局所外に介在する電解液を完全
に除去することが困難でも、その液膜の膜厚ｍは極力薄
くする。

【００１８】このようにすれば、局所外に液膜が延びて
も、Ｑ点以遠は導電性が非常に悪くなるため、直接の影
響範囲は、Ｑ点までと溶出の生じる範囲を実質的に限定
することができる。

【００１９】また、電解液を滞留させないためには、好
ましい実施形態によれば、ワークを前記局所加工領域を
含む表面が水平面に対して所定の角度をなすように保持
し、電極と一体または電極を内蔵する細管の先端部を前
記局所加工領域に対向させ、前記細管を通じて電解液を
供給し、電解液をワーク表面より流下させるようにすれ
ばよい。その際には、局所加工領域外での通電時間はで
きるだけ短くし、また、電極先端Ｐ以外も電解液に浸漬
していると、そこから電流が流れて影響範囲が広がるの
で、できるだけ電極は電気的に絶縁することが好まし
い。

【００２０】また、前記細管から流れ出た局所加工領域
外縁部にある電解液を散逸させながら電解液を供給すれ
ば、電解液の流下方向側の電解液との接触時間を短くす
ることができ、より溶出範囲を限定することができる。

【００２１】上記の精密電解方法を実施する装置は、ワ
ークと電極とを対向させ、ワークと電極との間に電解液
を介在させ、ワークと電極との間を通電して加工を行な
う電解加工装置において、導電性材料よりなる好ましく
は５mm以下の微小外径の細管と、電解液を前記細管の内
孔を通じて供給する電解液供給手段とを備える。

【００２２】また、より精密な加工を達成するために
は、非導電性材料よりなる微小外径の細管と、細管内に
収装される針状電極とを組み合わせるとよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による精密電解研磨
方法およびその装置の一実施形態について添付の図面を
参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施形態を
示す図である。図２において、ワークＷは、図示されな
い治具を用いて、その加工面が水平面と所定の角度αを
なすように固定される。１０は、電解液供給手段を構成
し、電解液源と接続されている電解液供給管である。電
極としての機能を営むのは、微細な内・外径を有する細
管電極１２であり、この細管電極１２は、継手１１を介
して電解液供給管１０と接続されている。この場合、細
管電極１２から吐出された電解液は、ワークＷの表面で
電解液膜を形成する。細管電極１２は、その先端部が電
解液膜に接触するように図示されない支持手段を用いて
支持されている。この場合、図示はしていないが、細管
電極１２とワークＷとの間では相対的変位を与える手段
と、ワークＷ表面の特定の部分を局所的に加工するた
め、その局所の直上に細管電極１２を位置決めする手段
とが設けられている。１３は、電源であり、この電源１
３により電圧を印加すると、細管電極１２とワークＷと
の間が通電されるようになっている。

【００２４】細管電極１２は、導電材料を材質として電
極としての機能を営むとともに、その内孔を通じて電解
液を供給する。細管電極１２の内・外径は、その加工条
件によっても異なるが、この実施形態の電解加工に用い
る場合、外径は大きくても５ミリ以下の微細パイプが望
ましい。

【００２５】次に、以上のように構成される装置により
実施する電解加工法について説明する。電解液を細管電
極１２を通して供給し、細管電極１２とワークＷとの間
に電圧を印加する。電解液は、ワークＷの加工面におい
て細管電極１２の先端部を中心に広がる液膜を形成し、
通電によりワークＷの加工面から金属イオンが電解液中
に溶出する。ワークＷの表面は、水平面に対して角度α
で傾斜しているので、液膜を形成する電解液は、細管電
極１２の先端部の周りに滞留することなく自然に流れ落
ちる。

【００２６】このようにワークＷの加工面を水平面に対
して傾けた状態で細管電極１２から電解液を供給するこ
とにより、電極先端近傍の領域に限定して局所的に電解
液を供給することができ、その際、電解液が滞留しない
ようにすることができるので、局所的な電解加工の進行
を可能とできる。

【００２７】以上の実施形態では、細管電極１２から流
出した電解液は、電極を中心に周囲に向かって流れる
が、主として、下に向って流下し、流れの方向が決まっ
て固定的である。その場合、電解液の流量の如何、ある
いは電解液の粘性等の条件によって流れ落ちる程度がゆ
っくりである場合には、細管電極１２から上側にある部
分に較べて下側の流下方向の方が、電解液との接触時間
が長くなる。電解液との接触時間が長くなると、電解加
工を局所的に限定しにくくなる。

【００２８】そこで、図３に示す実施形態は、このよう
な不都合を防止するため、細管電極１２から出た電解液
を電極回りに散逸させるようにした実施の形態である。

【００２９】図３において、１４は細管電極１２を回転
させるモータである。回転する細管電極１２に電解液を
流すために、細管電極１２はスイベル機能をもったロー
タリジョイント１５を介してモータ１４と接続されてい
る。細管電極１２の先端部には、電解液を散逸させる手
段として、回転による遠心力を利用して電解液を分散さ
せる遠心分散部材１６が装着されている。

【００３０】図４は、細管電極１２の先端部における遠
心分散部材１６の取り付け位置を示す図で、図４（ａ）
に示すように、細管電極１２の端面と遠心分散部材１６
の端面とが面一になるように取り付けてもよく、また、
図４（ｂ）に示すように、遠心分散部材１６をわずかに
後退させた位置に取り付けるようにしてもよい。

【００３１】遠心分散部材１６は、この実施形態では、
ワークＷの表面に傷をつけないように、好ましくはゴム
やスポンジなどの多孔質材を素材としたリング体である
が、図５に示すように、遠心ポンプのインペラのような
放射状体の遠心分散部材１６ａ（図５（ａ））あるい
は、渦巻き状に湾曲した放射状湾曲体の遠心分散部材１
６ａ（図５（ｂ））のようにしてもよく、その形状は適
宜選択できる。

【００３２】モータ１４により細管電極１２を回転させ
ながら電解液を供給すると、遠心分散部材１６は遠心力
によりワークＷから金属イオンの溶出した使用済みの電
解液を周囲に散逸させるので、細管電極１２の先端近傍
以外の外延領域で電流が流れる時間を非常に短くするこ
とができ、したがって、電解加工される範囲を細管電極
１２の先端近傍に限定できる。

【００３３】ところで、ワークＷの溶出する範囲が局所
以外に及ばないようにするためには、細管電極１２をで
きるだけ電解液から絶縁することが効果的であるという
知見を得ている。

【００３４】図６は、細管電極１２の好ましい絶縁位置
を示す図で、図２の実施形態のように、遠心分散部材１
６を取り付けない場合（図６（ａ））は、電解液の液膜
に浸漬する部分である先端部の外周部全体を電気絶縁体
１８で被覆するようにすればよい。図３の実施形態のよ
うに、細管電極１２の先端に遠心分散部材１６を装着し
た場合（図６（ｂ））では、遠心分散部材１６自体は電
気絶縁材料なので、その部分以外を電気絶縁体１９で被
覆する。

【００３５】次に、本発明の他の実施形態について、図
７を参照して説明する。上記の実施形態では、電極とし
て細管１２を用いたが、この実施形態では、より精密な
加工を実現するため電極として針電極２０が用いられ
る。一方、細管２１は、非導電性の材料から形成され、
その先端には遠心分散部材１６が取り付けられるととも
に、その内部に同軸的に針電極２０が挿入されている。
針電極２０は、細管２１の先端が同一面近傍にあるよう
にケース２２によって保持されており、細管２１につい
ては、ケース２２にベアリング２３を介して回転自在に
固定されている。２４は、細管２１を回転するモータで
あり、このモータ２４の回転は、減速機構を構成する歯
車２５、２６を介して細管２１に伝達されるようになっ
ている。電圧は、電源１３により針電極２０とワークＷ
の間に印加され、通電する間、電解液は、ケース２２に
設けた入口部２５からケース内部を経て細管２１を通っ
て供給され、細管２１とともに回転する遠心分散部材１
６によって散逸させてワークＷから溶出する範囲が局所
以外に及ばないようにしているのは図３の実施形態と同
様である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来、電極とワークとの間に電解液が介在す
る範囲で加工物の溶出が起こり、局所的溶出を実現する
ことが困難であった電解加工を改良し、溶出する範囲を
局所的に限定してその周辺への影響を非常に少なくする
ことができ、精密な加工を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による精密電解加工方法の原理説明図。

【図２】本発明による精密電解加工方法を実施する装置
の実施の形態を示す構成説明図。

【図３】本発明による精密電解加工方法を実施する装置
の他の実施の形態を示す構成説明図。

【図４】図３の実施の形態において、細管電極における
遠心分散部材の取り付け位置を示す説明図。

【図５】遠心分散部材の変形例を示す図。

【図６】細管電極における絶縁する部分の位置を説明す
る図。

【図７】本発明による精密電解加工方法を実施する装置
の他の実施の形態を示す構成説明図。

【図８】従来の電解加工による面加工の説明図。

【図９】従来の電解加工による局所加工の説明図。

【図１０】従来の電解加工において、溶出部が広い範囲
におよぶことの説明に供される図。

【図１１】電極からの距離と溶出量との関係をグラフに
表わした図。

【符号の説明】

１０ 電解液供給管 １１ 継手 １２ 細管電極 １３ 電源 １４ モータ １５ ロータリジョイント １６ 遠心分散部材 １８ 絶縁体 １９ 絶縁体 ２０ 針電極 ２１ 細管 ２２ ケース

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークと電極とを対向させ、ワークと電極
   との間に電解液を介在させ、ワークと電極との間を通電
   して加工を行なう電解加工方法において、 ワークの表面と電極先端部との間を満たすように電解液
   を電極先端部を中心としてその近傍を含む局所加工領域
   に限定的に供給し、 前記ワークの表面の局所加工領域内に電解液が滞留しな
   いようにしながら、ワークと電極との間を通電するよう
   にしたことを特徴とする精密電解加工方法。
2. 【請求項２】前記ワークを前記局所加工領域を含む表面
   が水平面に対して所定の角度をなすように保持し、電極
   と一体または電極を内蔵する細管の先端部を前記局所加
   工領域に対向させ、前記細管を通じて電解液を供給し、
   電解液がワーク表面より流下するようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の精密電解加工方法。
3. 【請求項３】前記細管から流れ出た局所加工領域外縁部
   にある電解液を散逸させながら電解液を供給することを
   特徴とする請求項２に記載の精密電解加工方法。
4. 【請求項４】ワークと電極とを対向させ、ワークと電極
   との間に電解液を介在させ、ワークと電極との間を通電
   して加工を行なう電解加工装置において、 導電性材料よりなる微小外径の細管と、 電解液を前記細管の内孔を通じて供給する電解液供給手
   段とを備えることを特徴とする精密電解加工装置。
5. 【請求項５】ワークと電極とを対向させ、ワークと電極
   との間に電解液を介在させ、ワークと電極との間を通電
   して加工を行なう電解加工装置において、 非導電性材料よりなる微小外径の細管と、 前記細管内に収装される針状電極と、 電解液を前記細管の内孔を通じて供給する電解液供給手
   段とを備えることを特徴とする精密電解加工装置。
6. 【請求項６】前記細管の先端部に電解液を散逸させる電
   解液散逸手段を設けたことことを特徴とする請求項４ま
   たは５に記載の精密電解加工装置。
7. 【請求項７】前記電解液散逸手段は、前記細管と連結さ
   れるモータと、前記細管の先端部に装着される遠心分散
   部材とからなることを特徴とする請求項６に記載の精密
   電解加工装置。
8. 【請求項８】前記細管は、その外径が５mm以下であり、
   その先端の電解液と接触する外周部が電気的に絶縁され
   ていることを特徴とする請求項４に記載の精密電解加工
   装置。