KR100379748B1 - 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법 - Google Patents

초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100379748B1
KR100379748B1 KR10-2000-0058440A KR20000058440A KR100379748B1 KR 100379748 B1 KR100379748 B1 KR 100379748B1 KR 20000058440 A KR20000058440 A KR 20000058440A KR 100379748 B1 KR100379748 B1 KR 100379748B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
processed
processing
diameter
ultra
electrolytic
Prior art date
Application number
KR10-2000-0058440A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020027072A (ko
Inventor
김수현
임영모
임형준
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR10-2000-0058440A priority Critical patent/KR100379748B1/ko
Priority to US09/706,292 priority patent/US6398942B1/en
Priority to JP2000337684A priority patent/JP3330368B2/ja
Publication of KR20020027072A publication Critical patent/KR20020027072A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100379748B1 publication Critical patent/KR100379748B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/08—Sharpening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소성분인 음극봉에 음전압을 인가하고, 가공대상물에 양전압을 인가한 후 일정크기의 용기에 담긴 전해액에 수장하여 길이에 따른 직경변화가 일정한 초미세 전극을 얻기 위해 인가되는 전류량을 조절하여 전해가공하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법에 관한 것이다. 이때, 상기 가공대상물은 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위해 아세톤과 증류수를 이용하여 초음파로 세척한다. 그리고, 상기 전해액은 그 몰수가 4∼6 Mol인 수산화칼륨용액인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법을 들 수 있다.

Description

초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법{Fabrication Of A Cylindrical Micro Probe by Electrochemical Machining Process}
본 발명은 전해가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인가되는 전류량을 조절하여 길이에 따른 직경이 일정한 초미세 전극을 제작하기 위한 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법에 관한 것이다.
일반적으로 전해가공은 전압이 인가되어 전해액에 수장된 가공대상물이 역시 전압이 인가되어 전해액에 수장된 공구 사이의 전류를 통해 화학반응을 일으켜 전해액으로 용해되면서 가공되는 것으로서 전해액에 수장되어 가공될 때 보통 네 단계의 과정이 진행되는데 다음과 같다.
첫번째로, 전해액에 있는 이온들이 전극표면으로 이동하는 과정과, 두번째로, 가공대상물 표면에 있던 금속원자가 이온과 반응하여 분자를 형성하는 과정과 그리고, 세번째로, 분자가 안정된 이온 형태로 변화하는 과정, 마지막 네번째로, 이온이 전해액으로 확산되는 과정이다.
상술한 과정들 중에 가공대상물 표면의 금속원자가 이온과 반응하여 분자를 형성하는 과정의 속도와, 분자가 안정된 이온 형태로 변화되는 과정의 속도를 비교하여 전자가 후자보다 빠르면 전해연마이고, 이와 반대로 후자가 전자보다 빠르면 전해에칭이 된다. 이러한 네 개의 과정사이의 속도차이는 가공대상물의 표면상태 뿐만 아니라 가공형상에도 중요하게 작용하는데, 보통 금속의 용해속도는 마지막 네번째 과정인 이온이 전해액으로 확산되는 단계에서 결정된다.
상기와 같은 전해가공 중 전해에칭을 통해 수 나노미터(Nanometer) 정도의 정밀도를 갖는 미세탐침을 제작하는데, 통상적으로 비교적 낮은 농도의 전해액과 전류로 가공이 진행된다. 이 때, 가공대상물은 길이방향의 측면부위보다 큰 곡률(Curvature)를 갖는 끝단부위에서 용해가 더 빠르게 진행되어 보통 원뿔 형상을 갖게 된다. 이러한 현상을 형상효과(Geometric Effect)라 한다.
통상의 상기와 같은 전해에칭가공방법은 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
우선 가공대상물의 수장깊이에 따라 가공조건에 차이가 발생하여 국부적으로 용해속도가 불균일하게 되고, 이에 따라 균일한 형상을 갖는 초미세 직경의 가공물을 제작하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 이러한 용해속도의 분균일로 인해 정밀하면서도 다양한 형상의 초미세 가공물을 제작하기 어려운 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은 균일한 형상의 초미세 전극을 제작할 수 있는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제 2목적은 정밀하면서도 다양한 형상의 초미세 전극을 제작할 수 있는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적들은 음전압이 인가된 음극봉이 전해액 내에 수장되고, 양전압이 인가된 가공대상물이 상기 전해액으로 이송될 때 처음으로 전류가 흐르기 시작하는 접촉점을 측정하고, 전압을 제거한 후 상기 접촉점을 기준으로 상기 가공대상물의 가공할 길이만큼만을 전해액에 수장하는 준비단계;
상기 가공대상물의 가공할 직경, 상기 가공대상물의 전기화학등가부피상수, 전류밀도, 가공시간간격을 설정하고, 상기 가공대상물과, 상기 음극봉을 상기 전해액 내로 수장하는 조건설정단계;
전압을 인가하여 상기 가공대상물이 가공됨에 따라 변화되는 표면적과, 인가되는 전류와, 인가되는 상기 전류에 따른 전기량과, 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경이 소정의 가공시간의 흐름에 따라 연속적으로 계산 및 측정되면서 전해가공이 진행되는 가공단계; 및
상기 가공단계가 상기 가공대상물의 직경이 가공할 직경에 근사화될 때까지 반복되다가 상기 가공할 직경에 도달했을 때 가공을 종료하는 가공종료단계;로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법에 의해 달성된다.
그리고, 가공이 진행됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 표면적은 Am=π[LD +h(D0+2D)/3] 에 의해 계산되고, 여기서, Am은 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 표면적(mm2), L은 상기 가공대상물의 가공할 길이(mm), h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물의 접촉길이(mm), D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경(mm) 및 Do는 상기 가공대상물의 원래 직경(mm)이다.
또한, 상기 전류량은 i=AmJ에 의해 계산되고, 여기서, i는 단위시간당 인가되는 전류(C/sec), Am은 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 표면적(mm2), J는 전류밀도(C/mm2sec)이다.
아울로, 상기 전기량은 Qt=Qp+iΔt에 의해 계산되고, 여기서, Qt는 총가공시간동안 인가되는 전기량(C), Qp는 전단계 전기량(C), Δt는 가공시간변화량(sec)이다.
그리고, 가공되는 상기 가공직경은 π(D0-D)[L(D0+D)/4+h(3D0+2D)/15]/αe=Qt에 의해 계산되고, 여기서, D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경(mm), Do는 상기 가공대상물의 원래 직경(mm), Qt는 총가공시간동안 인가되는 총전기량(C), L은 가공할 상기 가공대상물의 길이(mm),h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물의 접촉길이(mm), αe는 상기 가공대상물의 전기화학등가부피상수(mm3/C)이다.
또한, 상기 가공단계는 상기 가공대상물 수장부위의 금속이온들의 용해 및 확산 속도가 인가되는 전류량에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 음극봉으로는 도체성을 지닌 여러 금속들 중에서 그 재질을 임의로 택일하여 사용할 수 있지만, 보다 바람직하게는 탄소를 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 전해액으로는 일반적으로 전해가공 시 사용되는 산성이나, 염기성 성분의 용액을 가공대상물에 따라 임의의 몰수로 이용할 수 있으나, 보다 바람직하게는 몰수 4∼6 Mol의 수산화칼륨용액을 이용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가공대상물은 가공 전에 표면의 이물질을 제거하기 위하여 아세톤과 증류수로 상기 가공대상물 표면을 초음파 세척한다.
또한, 상기 가공대상물의 표면장력으로 인한 부가적인 가공부피는 Vp=πh(-2D2-DoD+3Do 2)/15에 의해 계산되며, 여기서, Vp는 표면장력의 영향으로 상기 가공대상물이 부가적으로 가공되는 부피(mm3), h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물의 접촉길이(mm), D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경(mm), Do는 상기 가공대상물의 원래 직경(mm)이다.
도 1은 본 발명에 따른 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법의 가공순서도,
도 2는 본 발명에 따른 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법의 구성도,
도 3은 도 1에 도시된 전해가공방법의 가공단계와 가공종료단계에 관한 순서도,
도 4는 도 1에 도시된 전해가공방법의 준비단계에 관한 순서도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 음극봉 3: 가공대상물
5: 전해액 S10: 준비단계
S20: 조건설정단계 S30: 가공단계
S40: 가공종료단계
일반적으로 전해가공(Electorchemical Machining)이란 "음극으로 인가된 공구와, 양극으로 인가된 가공대상물 사이에 전해액을 흐르게 하여 대전류밀도하에서 가공하는 것" 으로 공구와 가공대상물이 접촉되는 것을 전해연삭이라 하고, 접촉되지 않는 것을 전해형 조각이라 한다. 이중 일반적으로 전해가공은 후자를 뜻한다.
이러한 상기와 같은 전해가공에서 전해액에 수장된 양극인 가공대상물과 음극인 공구에 전압을 인가하면, 양극에서는 전자를 잃으면서 금속이온의 형태로 변화하여 전해액내로 용해되면서 산화반응이 일어나고, 음극에서는 주변의 이온이 전자를 얻어 원자나 분자형태로 변화하여 석출되는 환원반응이 일어난다. 이러한 산화반응을 통해 가공대상물은 전해액 내로 용해되면서 전해가공이 되는 것이다. 그리고, 이러한 전해가공 중에 양극으로 인가된 가공대상물과 음극으로 인가된 공구 사이의 전류를 조절하여 가공대상물의 길이에 따른 직경변화를 일정하게 가공함으로써, 마이크로 펀칭의 공구, 미세 구멍가공을 위한 마이크로 방전가공의 공구등에 이용되는 수 마이크로 미터 직경의 초미세 전극을 가공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법의 가공순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전해가공방법은 크게 다음과 같은 네계들로 구성된다.
첫번째로, 준비단계(S10)는 음전압이 인가된 음극봉(1)이 전해액(5) 내에 수장되고, 양전압이 인가된 가공대상물(3)이 상기 전해액(5)으로 이송될 때 처음으로 전류가 흐르기 시작하는 접촉점을 측정하고, 인가된 전압을 제거한 후 상기 접촉점을 기준으로 상기 가공대상물(3)의 가공할 길이만큼을 상기 전해액(5) 내로 수장하는 단계이다.
이러한, 상기 준비단계(S10)에서 접촉점 측정은 상기 가공대상물(3)이 상기 전해액(5)에 수장될 때 발생하는 표면장력을 고려하여 보다 정밀한 가공을 하기 위함이다.
두번째로, 조건설정단계(S20)는 상기 가공대상물(3)의 가공할 직경, 상기 가공대상물(3)의 전기화학등가부피상수, 전류밀도, 가공시간간격을 설정하고, 상기 가공대상물(3)과, 상기 음극봉(1)을 상기 전해액(5) 내로 수장하는 단계이다.
세번째로, 가공단계(S30)는 전압을 인가하여 상기 가공대상물(3)이 가공됨에 따라 변화되는 표면적과, 인가되는 전류와, 인가되는 상기 전류에 따른 전기량과, 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 직경이 소정의 가공시간의 흐름에 따라 연속적으로 계산 및 측정되면서 전해가공이 진행되는 단계이다.이 때 표면장력에 의한 부가적인 가공부피가 고려되는데, 앞서 준비단계(S10)에서 측정된 접촉점을 기준으로 가공대상물(3)을 전해액(5)에 수장할 경우 전해액(5)과 가공대상물(3)이 접하는 외주연 표면에서는 표면장력으로 인해 수면을 기준으로 일정높이만큼 상승 또는 하강하게 된다. 따라서 이러한 표면장력에 의한 부가적인 가공부피 또한 상기 표면적, 인가전류 및 전기량, 직경 등과 더불어 계산되면서 전해가공이 진행된다.
마지막 네번째로, 가공종료단계(S40)는 상기 가공단계(S30)가 상기 가공대상물(3)의 직경이 가공할 직경에 근사화될 때까지 반복되다가 상기 가공할 직경에 도달했을 때 가공을 종료하는 단계이다.
이러한 네 단계로 이루어진 상기 전해가공방법은 형상효과라 일컫어지는 전해가공 시의 통상의 현상을 상쇄시키기 위해 가공 시 인가되는 전류량을 제어하고, 상기 가공대상물의 재질에 따른 전류밀도를 일정하게 제어하여 확산효과를 창출한다. 이러한, 확산효과는 전해가공 시 상기 가공대상물(3)의 하단으로 갈수록 끝이 뾰족해지는 형상효과와는 달리 상기 가공대상물(3) 하단으로 갈수록 끝이 두꺼워지는 현상으로 확산효과와 형상효과를 적절히 병행하면 전체적으로 직경이 균일한 가공물이 얻어진다. 이를 위해서, 본 발명에 따른 전해방법은 상기 가공대상물(3)이 용해되는 속도와, 상기 가공대상물(3)의 이온이 확산에 의해 떨어져 나가는 속도를 균형있게 유지하기 위해 인가하는 전류와 전류밀도를 제어하고 이로써, 초미세 직경의 전극이 가공될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 상기 전해가공방법을 통한 정밀한 가공을 위해서 상기 준비단계(S10) 이전에 아세톤과 증류수를 이용하여 상기 가공대상물(3)을 초음파 세척함으로써, 상기 가공대상물(3) 겉표면상에 부착되어 있을지 모를 이물질을 미리 제거해둔다.
상기 음극봉(1)과, 상기 가공대상물(3) 그리고, 상기 전해액(5)은 하술할 도 2에 도시된다.
도 2는 본 발명에 따른 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전해가공방법은 일정크기의 용기에 담긴 수산화칼륨용액인 전해액(5)과, 상기 전해액(5) 내로 수장되는 음극봉(1)과, 상기 전해액(5) 내에 수장되는 상기 가공대상물(3)로 이루어져 전원공급장치로부터 전압을인가받아 흐르는 전류량에 따라 상기 가공대상물(3)이 전해액(5)내로 용해되면서 가공된다.
이 때, 전해가공됨에 따라 변화하는 상기 가공대상물(3)의 표면적과, 인가되는 전류량 그리고, 이러한 전류량에 따른 전기량 및 가공시점에 따라 가공되면서 변화하는 상기 가공대상물(3)의 가공직경을 전류검출기와 이에 연결된 컴퓨터를 통해 계산하고, 계산된 결과를 디스플레이 하며, 상기 가공대상물(3)의 가공할 직경까지 가공되도록 컴퓨터를 통해 전류를 제어하면서 인가한다. 이렇게 인가되는 전류를 제어하여 전해가공을 하면 길이에 따른 직경이 수 마이크로미터에 이르는 초미세 전극을 제작할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 전해가공방법의 가공단계(S30)와 가공종료단계(S40)에 관한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가공대상물(3)의 가공할 길이와, 상기 가공대상물(3)의 가공할 직경, 상기 가공대상물(3)의 전기화학등가부피상수 및 전류밀도, 가공시간간격을 설정하는 조건설정단계(S20) 이후 상기 가공단계(S30)가 시작된다.
이러한 상기 가공단계(S30)는 상기 전해액(5) 내에 수장되어진 상기 가공대상물(3)과 상기 음극봉(1)에 전압을 인가하게 되고, 가공되는 표면적과, 인가되는 전류와, 인가되는 상기 전류에 따른 전기량과, 상기 전기량에 따라 가공되어 변화되는 상기 가공대상물(3)의 가공직경이 소정의 가공시간의 흐름에 따라 연속적으로 계산 및 측정되면서 전해가공이 진행되는 단계이다.이 때 상기 가공되는 표면적과 가공되는 직경은 전해가공시 가공에 따른 부피로서 계산될 수 있는데, 가공대상물(3)이 전해액(5)에 수장되면서 가공될 경우 전해액(5)과 외주연 표면이 접촉하면서 표면장력에 의해 부가적으로 수면이 상승 또는 하강하게 되며 이에 따라 이럴 경우의 부가적인 가공부피를 계산해야 한다.그럼으로써 앞서 언급된 가공 표면적 및 직경과 같이 표면장력이 없을 경우의 조건과 비교하여 소망하는 가공정도를 정확하게 산출하여 가공할 수 있다. 이러한 표면장력으로 인한 부가적인 가공부피는 하기에서 설명될 식에 의해 계산된다.
그리고, 상기 가공단계(S30)는 상기 가공대상물(3)의 직경이 가공할 직경에 도달할 때까지 연속적으로 반복되다가 가공되는 상기 가공대상물(3)의 직경이 이미 설정되어진 가공할 직경에 도달할 때 즈음 가공을 종료하는 가공종료단계(S40)로 전해가공을 마무리한다.
이 때, 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 직경은 Am=π[LD +h(D0+2D)/3] 에 의해 계산되고, 여기서, Am은 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 표면적(mm2)이고, L은 가공할 상기 가공대상물(3)의 길이(mm)이며, h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물(3)의 접촉길이(mm), 그리고, D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 직경(mm), Do는 상기 가공대상물(3)의 원래 직경(mm)이다.
또한, 가공동안 인가되는 상기 전류량은 i=AmJ에 의해 계산되고, 여기서, i는 단위시간당 인가하는 전류(C/sec), Am은 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 표면적(mm2), J는 전류밀도(C/mm2sec)이다.
아울러, 상기 전류량에 따른 전기량은 Qt=Qp+iΔt에 의해 계산되고, 여기서, Qt는 총가공시간동안 인가되는 전기량(C), Qp는 전단계 전기량(C), Δt는 가공시간변화량(sec)이다.
그리고, 상기 가공대상물(3)이 가공되면서 변화하는 가공직경은 π(D0-D)[L(D0+D)/4+h(3D0+2D)/15]/αe=Qt에 의하여 계산되고, 여기서, D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 직경(mm), Do는 상기 가공대상물(3)의 원래 직경(mm), Qt는 총가공시간동안 인가되는 총전기량(C), L은 상기 가공대상물(3)의 가공할 길이(mm), h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물(3)의 접촉길이(mm), αe는 상기 가공대상물(3)의 전기화학등가부피상수(mm3/C)이다.아울러 상기 가공대상물(3)의 표면장력으로 인한 부가적인 가공부피는 Vp=πh(-2D2-DoD+3Do 2)/15에 의해 계산되며, 여기서, Vp는 표면장력의 영향으로 상기 가공대상물(3)이 부가적으로 가공되는 부피(mm3)이고, h 는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물(3)의 접촉길이(mm)이며, D 는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 직경(mm)이고, Do는 상기 가공대상물(3)의 원래 직경(mm)이다.
도 4는 도 1에 도시된 전해가공방법의 준비단계(S10)에 관한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 준비단계(S10)는 우선 상기 가공대상물(3)과, 상기 음극봉(1)에 전압을 인가하여 이 중 음극봉(1)을 우선 상기 전해액(5) 내로 이송하여 수장하고, 상기 가공대상물(3)은 상기 전해액(5) 상으로 이송되어 상기 전해액(5)과 최초로 접촉하는 접촉점은 양극인 상기 가공대상물(3)이 상기 전해액(5)과 접촉할 때 상기 음극봉(1)과 흐르는 전류를 통해 측정된다.
그리고, 상기 가공대상물(3)과, 상기 음극봉(1)에 인가된 전압을 제거하고, 상기 전해액(5) 수면상으로 이송한 후 측정된 상기 접촉점을 기준으로 수장하여 가공될 상기 가공대상물(3)의 가공할 길이만큼을 상기 전해액(5) 내로 수장한다.
이와 같은 상기 준비단계(S10)는 표면장력으로 인해 부가적으로 가공되는 부피를 계산하는데 필수적으로 거쳐야 할 단계로써, 이는 정밀가공을 위해 반드시 고려되어야 할 점이다. 이는 상기 준비단계(S10)에서의 가공대상물(3)을 전해액에 수장하면서 측정되는 접촉점 측정에서 표면장력의 영향으로 발생되는 부가적인 접촉길이(h)가 측정되기 때문이다.이러한 상기 준비단계(S10)에서의 접촉길이(h) 측정은 가공단계(S30)에서 표면장력으로 인한 부가적인 가공부피의 계산시 필수적으로 필요한 인자이다.
상기 가공대상물(3)의 표면장력으로 인한 부가적인 가공부피는 Vp=πh(-2D2-DoD+3Do 2)/15에 의해 계산되며, 여기서, Vp는 표면장력의 영향으로 상기 가공대상물 (3)이 부가적으로 가공되는 부피(mm3), h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물(3)의 접촉길이(mm), D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물(3)의 직경(mm), Do는 상기 가공대상물(3)의 원래 직경(mm)이다.여기서 상기 접촉길이 h 및 가공대상물(3)의 원래 직경 Do등은 준비단계(S10)에서 이미 측정되며, 가공단계(S30)에서 상기 표면장력으로 인한 부가적인 가공부피의 계산에 이용된다.
이상에서 설명한 본 발명에서 탄소재질의 상기 음극봉(1)과 수산화칼륨용액인 상기 전해액(5)은 상기 가공대상물(3)에 따라 적절한 다른 재질과 성분으로 대체하여 사용될 수 있다. 그리고, 인가해주는 전류량과 전류밀도 및 전해액의 몰수 등과 같은 가공조건 등을 달리하여 다양한 형상의 가공물을 가공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법에 의하면, 가공대상물의 용해속도와 가공대상물의 이온이 확산되는 속도의 균형을 유지하면서 가공할 수 있기 때문에 길이에 따른 직경이 일정한 초미세 전극가공물을 얻을 수 있다. 그리고, 가공조건을 달리하여 가공하게 되면 다양한 직경의 가공물을 얻을 수 있다. 아울러, 전해액과 가공대상물 사이에 발생하는 표면장력에 대한 영향까지 고려되어 가공되기 때문에 보다 정밀한 가공을 할 수 있다. 또한, 공구와 가공대상물이 직접적으로 접촉하지 않고, 화학반응을 응용한 가공이므로 강도가 큰 가공대상물도 용이하게 가공할 수 있으며, 짧은 가공시간에 다수의 가공대상물을 가공할 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (11)

  1. 음전압이 인가된 음극봉이 전해액 내에 수장되고, 양전압이 인가된 가공대상물이 상기 전해액으로 이송될 때 처음으로 전류가 흐르기 시작하는 접촉점을 측정하고, 전압을 제거한 후 상기 접촉점을 기준으로 상기 가공대상물의 가공할 길이만큼만을 전해액에 수장하는 준비단계;
    상기 가공대상물의 가공할 직경, 상기 가공대상물의 전기화학등가부피상수, 전류밀도, 가공시간간격을 설정하고, 상기 가공대상물과, 상기 음극봉을 상기 전해액 내로 수장하는 조건설정단계;
    전압을 인가하여 상기 가공대상물이 가공됨에 따라 변화되는 표면적과, 인가되는 전류와, 인가되는 상기 전류에 따른 전기량과, 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경을 계산하고, 가공에 따라 표면장력으로 인하여 발생되는 부가적인 가공부피(Vp)(㎣)를 표면장력으로 인한 접촉길이(h)(mm)와, 가공됨에 따라 변화되는 직경(D)(mm)과, 원래 가공대상물의 직경(Do)(mm)으로 이루어진 πh(-2D2-DoD+3Do 2)/15에 의해 계산하면서 전해가공이 진행되는 가공단계(S30); 및
    상기 가공단계가 상기 가공대상물의 직경이 가공할 직경에 근사화될 때까지 반복되다가 상기 가공할 직경에 도달했을 때 가공을 종료하는 가공종료단계;로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가공단계(S30)에서 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 표면적은 Am=π[LD +h(D0+2D)/3] 에 의해 계산되고,
    여기서, Am은 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 표면적(mm2);
    L은 가공할 상기 가공대상물의 길이(mm)
    h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물의 접촉길이(mm);
    D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경(mm);
    Do는 상기 가공대상물의 원래 직경(mm);인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가공단계(S30)에서 가공이 진행됨에 따라 인가되는 상기 전류량은 i=AmJ에 의해 계산되고,
    여기서, i는 단위시간당 인가하는 전류(C/sec);
    Am은 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 표면적(mm2);
    J는 전류밀도(C/mm2sec);인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가공단계(S30)에서 상기 전기량은 Qt=Qp+iΔt에 의해 계산되고,
    여기서, Qt는 총가공시간동안 인가되는 전기량(C);
    Qp는 전단계 전기량(C);
    Δt는 가공시간변화량(sec);인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가공단계(S30)에서 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경은
    π(D0-D)[L(D0+D)/4+h(3D0+2D)/15]/αe=Qt에 의해 계산되고,
    여기서, D는 가공됨에 따라 변화되는 상기 가공대상물의 직경(mm);
    Do는 상기 가공대상물의 원래 직경(mm);
    Qt는 총가공시간동안 인가되는 총전기량(C);
    L은 가공할 상기 가공대상물의 길이(mm);
    h는 표면장력으로 인한 상기 가공대상물의 접촉길이(mm);
    αe는 상기 가공대상물의 전기화학등가부피상수(mm3/C);인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가공단계(30)에서는 상기 가공대상물 수장부위의 금속이온들의 용해 및 확산 속도가 인가되는 전류량에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 음극봉은 재질이 탄소인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액은 수산화칼륨용액인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전해액의 몰수는 4∼6 Mol인 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가공대상물은 상기 준비단계(S10) 이전에 가공 전에 표면의 이물질을 제거하기 위하여 아세톤과 증류수로 상기 가공대상물 표면을 초음파 세척하는 것을 특징으로 하는 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법.
  11. 삭제
KR10-2000-0058440A 2000-10-05 2000-10-05 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법 KR100379748B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0058440A KR100379748B1 (ko) 2000-10-05 2000-10-05 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법
US09/706,292 US6398942B1 (en) 2000-10-05 2000-11-03 Electrochemical machining process for fabrication of cylindrical microprobe
JP2000337684A JP3330368B2 (ja) 2000-10-05 2000-11-06 超微細な円筒型電極の製作のための電解加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0058440A KR100379748B1 (ko) 2000-10-05 2000-10-05 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020027072A KR20020027072A (ko) 2002-04-13
KR100379748B1 true KR100379748B1 (ko) 2003-04-11

Family

ID=19691908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0058440A KR100379748B1 (ko) 2000-10-05 2000-10-05 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6398942B1 (ko)
JP (1) JP3330368B2 (ko)
KR (1) KR100379748B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100580946B1 (ko) 2004-06-28 2006-05-17 한국산업기술대학교산학협력단 초미세바늘전극의 제조장치 및 그 방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7252746B2 (en) * 2003-11-12 2007-08-07 Cook Incorporated Electropolishing apparatus and method for medical implants
CN100544874C (zh) * 2006-10-20 2009-09-30 南京航空航天大学 微细圆柱群电极电化学腐蚀加工方法
KR101182267B1 (ko) 2010-07-12 2012-09-12 삼성디스플레이 주식회사 세정 장치
CN104043885B (zh) * 2014-06-12 2016-06-08 上海理工大学 基于声发射技术表面白层去除方法
CN110370792B (zh) * 2019-08-30 2021-06-04 中国航发动力股份有限公司 一种防伪标签电解烫印装置及采用其电解烫印防伪标签的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR920702268A (ko) * 1990-07-04 1992-09-03 수주키 시게오 전해가공에 의한 기어의 마무리 가공방법 및 그 방법에 사용하는 전극의 가공방법
JPH10277841A (ja) * 1997-04-07 1998-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 放電加工用工具電極の製造方法及びその電極を用いた放電加工方法
JP2000117549A (ja) * 1998-10-08 2000-04-25 Fuji Xerox Co Ltd 放電加工用電極、放電加工装置、および放電加工用電極の製造方法
KR20010076680A (ko) * 2000-01-27 2001-08-16 이억기 전해가공을 이용한 탐침 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3016129B2 (ja) * 1996-04-02 2000-03-06 セイコーインスツルメンツ株式会社 微細加工方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR920702268A (ko) * 1990-07-04 1992-09-03 수주키 시게오 전해가공에 의한 기어의 마무리 가공방법 및 그 방법에 사용하는 전극의 가공방법
JPH10277841A (ja) * 1997-04-07 1998-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 放電加工用工具電極の製造方法及びその電極を用いた放電加工方法
JP2000117549A (ja) * 1998-10-08 2000-04-25 Fuji Xerox Co Ltd 放電加工用電極、放電加工装置、および放電加工用電極の製造方法
KR20010076680A (ko) * 2000-01-27 2001-08-16 이억기 전해가공을 이용한 탐침 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100580946B1 (ko) 2004-06-28 2006-05-17 한국산업기술대학교산학협력단 초미세바늘전극의 제조장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002113618A (ja) 2002-04-16
KR20020027072A (ko) 2002-04-13
JP3330368B2 (ja) 2002-09-30
US6398942B1 (en) 2002-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lim et al. An electrochemical fabrication method for extremely thin cylindrical micropin
Lee et al. A study of the characteristics for electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses
Kim et al. Micro electrochemical machining of 3D micro structure using dilute sulfuric acid
Fan et al. Electrochemical micro-drilling of deep holes by rotational cathode tools
Liu et al. Micro electrochemical milling of complex structures by using in situ fabricated cylindrical electrode
Choi et al. Fabrication of WC micro-shaft by using electrochemical etching
Liu et al. Fabrication of micro spherical electrode by one pulse EDM and their application in electrochemical micromachining
Anasane et al. Experimental investigation into micromilling of microgrooves on titanium by electrochemical micromachining
Ryu Eco-friendly ECM in citric acid electrolyte with microwire and microfoil electrodes
Rathod et al. Fabrication of microgrooves with varied cross-sections by electrochemical micromachining
Davydov et al. Electrochemical local maskless micro/nanoscale deposition, dissolution, and oxidation of metals and semiconductors (a review)
Duong et al. Electrochemical etching technique for tungsten electrodes with controllable profiles for micro-electrical discharge machining
KR100379748B1 (ko) 초미세 원통형 전극제작을 위한 전해가공방법
Wang et al. Electrochemical micromachining of small tapered microstructures with sub-micro spherical tool
Anasane et al. Parametric analysis of fabrication of through micro holes on titanium by maskless electrochemical micromachining
Hung et al. Micro-hole machining using micro-EDM combined with electropolishing
KR100371310B1 (ko) 전류밀도 제어를 이용한 전해가공방법
Wang et al. Developing a process chain with WEDG technology and pulse ECM to fabricate ultra micro pins
Sethi et al. Parametric investigation of pulse frequency and microtool rotational speed for precise fabrication of microchannels on nitinol shape memory alloy through ECMM
Mithu et al. Etching behaviour of tungsten microtool and its applications in electrochemical micromachining
Liu et al. Investigation of electrochemical nanostructuring with ultrashort pulses by using nanoscale electrode
CN110919115A (zh) 用于微细电解线切割抛光的磷酸乙醇混合电解液及其方法
Rathod et al. Electrochemical Micromachining (EMM): Fundamentals and Applications
Habib et al. Fabrication of EDM electrodes by localized electrochemical deposition
Sethi et al. Fabrication of high aspect ratio cylindrical tungsten micro tool by reverse micro-ECM process

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070228

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee