JP2000500077A - 工作物の電気化学加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は電気化学加工装置（ＥＣＭ装置）によりひげそりホィル又はひげそり櫛のような金属工作物に１個以上の貫通孔を形成する方法に関する。そのため加工の間、貴金属（合金）、特に主として白金から構成される貴金属（合金）のように導電性で電気化学的不活性材料の支持層に上記工作物を備えおくことを特徴とする。好適には工作物を支持層にクランプする。これら手段により、形成した孔と加工中に支持層にクランプした工作物の表面との間の縁の丸みは充分に減少する。このことが鋭い切断面の形成に有利な効果をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】 工作物の電気化学加工方法 この発明は、電気化学加工装置（ＥＣＭ装置）により金属工作物に１個以上の 貫通孔を形成する方法に関する。またこの発明は上記方法に従い製造した工作物 に関する。 冒頭にて述べたタイプの方法は、例えばドイツ国特許第40 02 700 号明細書に 開示されている。この明細書に記載されているように、工作物の電気化学加工（ 省略語．ＥＣＭ）は高密度イオンを有する電解液中で行われる。このプロセスで は、加工される工作物は陽極の役を果たし、そしてＥＣＭ装置の電極は陰極の役 を果たす。電気化学加工の間、陽極と陰極との間に電流を流す。この状態の下で 電極は成形工具として働く。加工の間、陽極として働く工作物は局所的に、例え ば金属水酸化物の形で溶解し、その水素が電極表面に形成される。この電気化学 加工方法では、比較的簡単でしかも精密な方法で金属工作物に任意の形状をもつ 貫通孔（のパターン）を形成することはできない。 上述した既知の方法は重大な欠点を有する。貫通孔に形成される工作物の両側 表面の縁は丸みを示す。ＥＣＭに面する工作物の表面において丸みの度合いが最 も著しくなることが分かる。しかし工作物の他の表面においてもまた、孔周囲の 縁に相当な程度の丸みが生じる。後者の場合、丸みの半径は概略２０マイクロメ ートルを超える。丸みの半径は孔の断面にて最も良く合う円の半径で規定し、こ の円は出口表面に対し直角で定める。 工作物の各種適用に関し、このように大きさの丸み半径は、特に、形成した縁 を切断面として用いる場合に望ましくない。この場合とは、例えば完成工作物を ひげそり器用のひげそりホィル又はひげそり櫛として使用しなければならない場 合である。 上述した欠点を取り除くことがこの発明の目的である。さらに特にこの発明は 、加工作業にて孔の周りに形成される縁の丸み度合いが十分な減少を示すように 、工作物に１個以上の孔を電気化学的に形成する方法を提供することを目的とす る。 この発明に従う方法により形成する孔の丸み半径は工作物の表面で１０マイクロ メートル未満、望ましくは５マイクロメートル未満でなければならない。 この発明の上記目的は、電気化学加工装置（ＥＣＭ装置）により金属工作物に １個以上の貫通孔を形成する方法において、この発明に従い、加工作業過程中に 導電性で、かつ電気化学的不活性材料の支持層上に工作物を装着することを特徴 とする貫通孔形成方法により達成する。 この発明は、導電性で電気化学的に不活性な支持層上に工作物を装着すること が有利な効果を発揮するという経験上得られた知見に基づく。例えば、これらの 状態の下で、電極から離れて対面する工作物の表面における丸みは十分に減少す るということが立証されている。この発明に従う方法によれば半径が１０マイク ロメートル未満の丸み、最適条件の下では５マイクロメートル未満の丸みでさえ 形成させることが可能であるということを確認している。 導電性で電気化学的に不活性な支持層にはいくつかの材料から製造したものを 使用することができる。例えば、主として（すなわち８０重量パーセントを超え る）パラジウム、イリジウム、チタニウム及び／又はロジウムから構成される材 料のような、導電性で電気化学的に不活性な金属又は合金から構成される材料か ら製造したものを使用することができる。完全にこのような金属又は合金から支 持層を製造しても良い。多くの場合工作物と接触する支持層の表面のみがこの材 料の薄い層を備えるのが有利であることが分かる。このことはコスト節減に役立 つ。 この発明に従う方法の好適例によれば、主として貴金属（その合金）を構成要 素とする電気化学的不活性材料から製造したものを使用する。このことは、文の 前後関係から、とりわけ主として（すなわち８０重量パーセントを超える）銀及 び／又は金を含む材料を意味することと理解すべきである。これら材料の支持層 は慣例のＥＣＭ条件の下で極めて耐久性に富むことが分かる。主として（すなわ ち８０重量パーセントを超える）白金を含む合金が最も耐久性に優れることが分 かる。従ってこれらの合金が望ましい。 未公開の出願第９５２０３０３２．８号（ＰＨＮ １５．５３９）明細書にお いて同様な方法が記載されている。この方法では電極から離して対面させる処理 対象の工作物の表面に備えた補助層からできているものを用いる。実施例の方法 として、上記明細書には金属の犠牲層が記述されている。これら犠牲層は電気化 学的に不活性ではない。 この発明に従う方法の他の好適実施例は、加工の間に工作物を電極にクランプ することを特徴とするものである。これにより工作物を支持層に強固に取り付け る。その結果、支持層に係合する表面における丸みはさらに一層減少する。この 手段は、比較的薄い金属ホィルからできている工作物を使用するときに特に重要 である。 直前に述べたこの発明に従う方法は各種のクランプ手段により実施可能である 。例えば１個以上の物理的クランプ手段により工作物を支持層に取り付けること ができる。好適には真空排気作用を介し工作物を多孔質支持層にクランプする。 磁気材料からできた工作物を用いるときは磁力の作用下で上記工作物を有利に支 持層にクランプすることができる。 この発明の他の興味深い実施例は、加工の間に１個以上の電極を収容するよう に配列した１個以上の孔を支持層が有することを特徴とするものである。この実 施例は、支持層を孔無しで用いた実施例と比較してより鋭い縁を得ることが可能 である。これは工作物に加工する孔の軸線が傾いている場合に特に信頼できる。 孔の直径は対応する電極部分の直径より幾分より大きいことが必要である。 この発明に従う方法の興味深い実施例は、電極と工作物との間の距離が周期的 に増加し、この増加の間は工作物と電極との間の電流を遮断することを特徴とす るものである。 ホィルに電極の精密なインプレッション（impression）を得るため、電極から ホィルまでの距離は加工の間は小さくなければならない。実際上この距離は約１ ０〜５０マイクロメートルである。結果として加工中に形成される金属水酸化物 のような、分割電極を放電させる働きをする電解液のすすぎ洗い容量は比較的低 い。上記の電極と工作物との間の距離の周期的増加、それも数百マイクロメート ルまでの増加によりすすぎ洗い容量を改善する。この距離の増加の間、工作物と 電極との間の電流は遮断する。この方法は形成する貫通孔のより高い精密さ及び 再現性をもたらす。 実験によりこの発明に従う方法により各種タイプの金属工作物を極めて有利に 加工することが可能であることを立証している。この方法は金属ホィル、例えば ひげそりホィル及びひげそり櫛の製造のため用いる金属ホィルにおける孔パター ン形成に極めて適していることを見出している。形成する孔と工作物の表面との 間の縁の丸み半径はこのタイプの工作物に極めて重要である。丸みの小さな半径 はこれらの縁を比較的鋭くさせ、その結果これらの縁を切断面として使用するこ とができる。 原則として電気化学的に加工し得る金属及び合金は工作物のための材料として 使用することができる。クローム鋼タイプの合金は極めて適合することが分かる 。クローム鋼は好適には１３重量パーセントのクロームを含有する。クローム鋼 の極めて興味深いタイプはいわゆるマルエージング鋼である。クローム・ニッケ ル含有マルエージングタイプの鋼で良好な結果を達成しているし、少量のアルミ ニウム、チタニウム、シリコン、炭素と同様に僅かなパーセントの銅及びモリブ デンを含有する上記鋼も良い結果を得ている。 この発明の特徴は以降に記述する実施例から、また実施例に関連して明瞭にな る。 図において、 図１はこの発明に従う方法の多数のステップの概要を示し、 図２はこの発明に従う方法により製作した完成ひげそり金属薄板（ホィル）で あり、 図３はこの発明に従う方法により製作した完成ひげそり櫛である。 各図は明確を期すため実際の寸法通りに描いていない。 この発明に従うプロセスを図１に示す概略図解によりさらに説明する。符号１ はＥＣＭ装置（詳細図示省略）の電極の一部を断面で示す。この電極は８個の分 割電極を備え、これら分割電極はいかなる形状もとることができる。前記分割電 極は金属工作物３に向かいそれから短い距離に位置する。金属工作物３は、例え ばクローム鋼の薄いホィル形状を有する。工作物は導電性で電気化学的不活性材 料の支持層４にクランプする。該支持層は望ましくは加工中（図示せず）の電極 の分割電極を受け入れるように配列した多数個の孔を備える。この場合、上記材 料は主として白金の薄い層からなり、この層をセラミック支持体５の上に設ける 。煩雑さを避けるためこの発明に従う方法を実施するため用いる機械的クランプ 手段は図示していない。 電気化学加工の間、高イオン密度を有する溶液、例えば０．８Ｍ硝酸ナトリウ ム溶液中に分割電極と工作物とを位置させる。分割電極と工作物との間に電圧を 印加し、電極が陰極として働き工作物が陽極として働くように極を選択する。こ の場合電圧は９〜１０ボルトを印加する。 図１Ａに示す図解は、この発明に従う方法の始まりにおける状態を示す。この 段階において電極と工作物とは互いに約２０マイクロメートルの距離にある。電 極と金属ホィルとに電圧を印加し、所定時間の後にホィルに貫通孔６を形成する （図１Ｂ参照）。 形成する孔の精度と再現性とを増すため、電極とホィルとの間の距離は２０マ イクロメートルから約２５０マイクロメートルまで周期的に増加させる。これに よりホィルと電極との間の電解液のすすぎ洗い効果を増加させる。電極と工作物 との間の距離が２０マイクロメートルを超える時から、電極と工作物との間の距 離が再び２０マイクロメートルまで減少する時まで電圧を遮断する。この場合、 加工サイクルは最大約０．２５秒の持続を有する。１サイクルは３〜２００ミリ 秒（ｍｓ）の第一期間と、１０〜５０ミリ秒（ｍｓ）の第二期間とを有し、第一 期間ではホィルと電極との間の電位差は保持され、第二期間の間は電圧を遮断す る。第一期間の間は電極とホィルとの間の２０マイクロメートルの距離を保持す る。引き続き第二期間の間は距離を２５０マイクロメートルに増加し、そして２ ０マイクロメートルまで減少させる。 以降述べる実施例においては、分割電極間のスペースをＰＯＭ（ポリオキシメ チレン）のような電気絶縁材料７で完全に満たす。これにより平坦な電極表面８ を得る。これは電解液が分割電極間に侵入することができない利点を有する。そ の結果、電極の空電（漂遊）場を減少させる。このことは分割電極によりホィル に作られるインプレッション精度をより高めることにつながる。この手段は薄い ホィルに孔パターンを備えさせねばならぬ場合に限り適合するということに注意 しなければならない。もし５０マイクロメートル超える厚さの工作物を用いるな ら、この手段は適していない。そのような場合、電極は部分的に工作物内部に入 り込まねばならない。この場合絶縁材料を（部分的に）省かねばならない。 電気化学上の加工プロセスの後、工作物を支持層４から取り外す。目視検査で は支持層に据えたホィルの表面に形成した縁は殆ど丸み示していないように見え る。この発明に従う手段を使用すれば丸みの半径は５マイクロメートル未満であ る。この場合、丸みの半径は２〜４マイクロメートルである。加工中にホィルを 支持層にクランプしておかなければ縁の丸みは相当な大きさとなる。この場合、 丸みの半径は２０マイクロメートルを超える。加工中にホィルの自由表面に位置 している縁の丸みの半径は比較的大きく、すなわち３０マイクロメートルを超え るということを解明している。この値は支持層上にホィルを載せても影響は殆ど ないか又は全くない。 図２はこの発明に従う方法により極めて有利に製造することができるひげそり ホィルを示す。該ひげそりホィルは可撓性に富む金属の平坦な四角形のホィル１ １を有し、この金属には毛入口アパーチャのパターンを長円形又は楕円形の貫通 孔の形態で備える。慣例の長円形又は楕円形の分割電極を備えるＥＣＭ装置の電 極を用い、この発明の方法に従う電気化学加工により上記パターンを得る。 孔のパターンを形成するとき、白金を主たる構成要素とする電極にホィルをク ランプする。この方法では、孔と加工中に支持層に接触しているホィルの表面と の間の境界を形成する縁１３は比較的小さな半径の丸みを示すことが達成される 。上記ひげそりホィルをひげそり器に使用する際には、切断システムは小さな丸 み半径を有するホィル表面に押しつける。ひげそり器を動作させる時、上記切断 システムはホィルを通過しながら移動するので縁１３は切断システムの切断面と して働く。従ってこれらの縁は比較的小さな丸み度合いを示さなければならない 。これら縁の丸みの平均半径は４マイクロメートル未満であることを測定データ 及び適切データが示している。 図３はこの発明に従う方法により極めて有利に製造したひげそり櫛を示す。該 ひげそり櫛はほぼ平らで円形の金属壁部２１を有する。該壁部は放射方向断面で Ｕ字形状の溝２２のパターンを備え、該溝はこの発明に従う方法により得られる 。 これらの溝２２は壁部２１の本体部分を薄板２３に分割する。 ＥＣＭ動作により溝を形成するとき、壁部２１の内面を導電性で電気化学的不 活性の支持層にクランプする。このようにして溝２２と上記内面との間の境界を 形成する縁が小さな丸みを示すことが達成される。このひげそり櫛をひげそり器 に使用するとき、切断システムはこの内面に押しつける。ひげそり器を動作させ る時、この切断システムは壁部２１の内面を通過しながら回転するので上記縁は 切断システムの切断面として働く。従ってこれらの縁は丸みを示してはならない 。これら縁の丸みの平均半径は４マイクロメートル未満であることを測定データ 及び適切データが示している。 この発明は電気化学加工装置（ＥＣＭ装置）によりひげそりホィル又はひげそ り櫛のような金属工作物に１個以上の貫通孔を形成する方法に関する。この目的 のため、加工中に導電性で電気化学的に不活性材料の電極に工作物を装着する方 法に特徴を有する。このようにして形成された孔と、加工の間に電極にクランプ している工作物の表面との間の縁の丸みを充分な程度まで減少させる。このこと が鋭い切断面の形成に有利な効果をもたらす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気化学加工装置（ＥＣＭ装置）により金属工作物に１個以上の貫通孔を形 成する方法において、 加工作業過程中に導電性で、かつ電気化学的不活性材料の支持層上に上記工 作物を装着することを特徴とする貫通孔形成方法。 ２．不活性材料が主として貴金属又はその合金から構成されていることを特徴と する請求項１に記載した方法。 ３．材料が主として白金から構成されていることを特徴とする請求項２に記載し た方法。 ４．加工の間に前記工作物を電極にクランプすることを特徴とする請求項１〜３ のいずれか一項に記載した方法。 ５．加工の間に１個以上の電極を収容するように配列した１個以上の孔を前記支 持層が有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載した方法。 ６．電極と工作物との間の距離が周期的に増加し、この増加の間は工作物と電極 との間の電流を遮断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載し た方法。 ７．工作物にひげそりホィルを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか 一項に記載した方法。 ８．工作物にひげそり櫛を用いることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又 は６に記載した方法。 ９．工作物がクローム鋼から構成されていることを特徴とする請求項１〜８のい ずれか一項に記載した方法により製造された工作物。