電解加工装置、電解加工方法および微細工具の機上成形機
【課題】
加工対象を軸回転させて微細部品や微細工具を製造する際に当該加工対象に機械ストレスや熱ストレスを与えないで、高精度かつ高効率の微細加工を行う。
【解決手段】
電解液ＬＱをフィルム状に出射するスリット状出射口１１１を備えたノズル１１と、ノズル１１に電解液ＬＱを供給する電解液供給源１２と、フィルム状の電解液ＬＱと加工対象ＯＢとの間に電圧Ｖを加える電源１３と、加工対象ＯＢを支持し加工対象ＯＢをフィルム状の電解液ＦＬＱに接触させつつ相対的に軸回転させる加工対象支持回転ジグ１４とを備え、フィルム状の電解液ＦＬＱが加工対象ＯＢに接触する線状部分を電解加工する電解加工装置１。
加工対象を軸回転させて微細部品や微細工具を製造する際に当該加工対象に機械ストレスや熱ストレスを与えないで、高精度かつ高効率の微細加工を行う。
【解決手段】
電解液ＬＱをフィルム状に出射するスリット状出射口１１１を備えたノズル１１と、ノズル１１に電解液ＬＱを供給する電解液供給源１２と、フィルム状の電解液ＬＱと加工対象ＯＢとの間に電圧Ｖを加える電源１３と、加工対象ＯＢを支持し加工対象ＯＢをフィルム状の電解液ＦＬＱに接触させつつ相対的に軸回転させる加工対象支持回転ジグ１４とを備え、フィルム状の電解液ＦＬＱが加工対象ＯＢに接触する線状部分を電解加工する電解加工装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する導電性の加工対象に電解液をフィルム状に出射しつつ、このフィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えて前記加工対象を電解加工する技術に関し、具体的には、前記加工対象に機械ストレスを与えることなく微細な軸対称・非軸対称に加工する電解加工装置および電解加工方法、並びに上記の電解加工装置を備えた微細工具の機上成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばマイクロパンチプレス、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、マイクロマシーニング、微細加工の各技術分野では、微細（たとえば、数から数十ミクロン径）な金属線材を高精度に加工して、微細部品や微細工具を製造する技術が必要とされている。
【０００３】
この種の微細部品や微細工具は、電解加工，加熱延伸等により製造することができる。たとえば、本発明者は、上記の微細工具のひとつであるマイクロソーワイヤーを製造する技術を既に提案している（特許文献１）。この技術は電解加工にかかるもので、フィルム状の電解液を金属線材に接触させつつ、金属線材と電解液出射ノズルとの間に電圧を加え、当該金属線材に複数の切り欠き（凹部）を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４８８７９号
【特許文献２】米国特許第２，７４１，５９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、加工対象（金属線材）を軸回転することは想定していないため、軸対称製品（あるいは非軸対称であっても製造に軸回転を必要とする製品）を作製することができない。特に、ＭＥＭＳ、マイクロマシーニング等の各技術分野では、軸回転により製造される高精度の微細部品や微細工具（たとえば、微細パンチ，微細ネジ等）が必要とされるが、特許文献１の技術では、これらを作製することができない。
【０００６】
また、電解液を砲弾（切断対象）に噴射するとともに、砲弾と電解液出射ノズルとの間に電圧をかけ、機械ストレスや熱ストレスを起こすことなく砲弾を電解加工により切断する技術が知られている（特許文献２）。
【０００７】
しかし、特許文献２の技術は、電解液は線状に噴射される（ノズル口は円形である）。このため、この技術を、たとえば径が１０μｍオーダの微細部品や微細工具の製造に応用しようとした場合、ノズル径は加工対象より十分に小さい必要がある。この場合、電解液は加工対象に点接触することになり、加工効率が悪いことに加え、ノズル径が小さすぎるためノズル詰まりが生じやすくなる。したがって、特許文献２の技術を、微細部品や微細工具の製造に応用することは不可能である。
【０００８】
本発明の目的は、加工対象を軸回転させて微細部品や微細工具を製造する際に当該加工対象に機械ストレスや熱ストレスを与えないで、高精度かつ高効率の微細加工を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電解加工装置は（１）から（４）を要旨とする。
（１） 電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工装置であって、
前記電解液をフィルム状に出射するスリット状出射口を備えたノズルと、
前記ノズルに前記電解液を供給する電解液供給源と、
前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に前記電圧を加える電源と、
前記加工対象を支持し前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させる加工対象支持回転ジグと、
を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【００１０】
（２） 前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させる移動機構を備えたことを特徴とする（１）に記載の電解加工装置。
【００１１】
（３） 前記電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする（２）に記載の電解加工装置。
【００１２】
（４） 前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の電解加工装置。
【００１３】
本発明の電解加工方法は（５）から（８）を要旨とする。
（５） 電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工方法であって、
前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ、前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させることを特徴とする電解加工方法。
【００１４】
（６） 前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させることを特徴とする（５）に記載の電解加工方法。
【００１５】
（７） 前記加工電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする（６）に記載の電解加工方法。
【００１６】
（８） 前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする（５）から（７）の何れかに記載の電解加工方法。
本発明の微細工具の機上成形機は（９）および（１０）を要旨とする。
【００１７】
（９） （１）から（４）の何れかに記載の電解加工装置を備えた工作機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細工具として用い、当該微細工具により工作物を工作することを特徴とする工作機。
（１０） （１）から（４）の何れかに記載の電解加工装置を備えた組み立て機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細ビスとして用い、当該微細ビスにより微細構造物を組み立てることを特徴とする組み立て機。
【００１８】
加工対象は典型的には等速で軸回転するが、変速で軸回転するようにしてもよい。たとえば、軸回転が、ある規則をもって有速変化しながら加工対象を加工するようにしてもよい。また、たとえば、軸回転が、停止と有速とを交互に繰り返して加工対象を加工するようにしてもよい。
【００１９】
本発明では、フィルム状の電解液に対する、加工対象の相対的な軸回転角度は任意である。たとえば、フィルム状の電解液が出射する方向を−ｚ軸、ノズル口の長さ方向をｙ軸で定義したときに、軸回転の当該軸は、図１（Ａ）に示すようにｘ方向を向いていてもよいし、図１（Ｂ）に示すようにｘｙ平面に平行（ｚ方向に垂直）でかつｘ方向・ｙ方向以外を向いていてもよい。さらに、軸回転の当該軸は、図１（Ｃ）に示すように、ｙ方向を向いていてもよい。
【００２０】
また、フィルム状の電解液のフィルム幅は、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、加工対象の幅よりも大きく設定されるが、図１（Ｃ）に示す場合には、加工対象の幅よりも小さく設定することができる。また、図２に示すように、フィルム状の電解液の側部を用いて加工対象を加工することもできるが、この場合には、フィルム状の電解液のフィルム幅は、加工対象の幅よりも小さく設定することができる。
【００２１】
本発明では、フィルム状の電解液の厚みを薄くしたり厚くしたりすることで、切削領域を狭くしたり広くしたりできる。本発明では、フィルム状の電解液の厚みを調節するために、スリット状出射口の形状を調整することができる。たとえば、フィルム状の電解液の中央が肉薄になるように、スリット状出射口の中央部を狭くすることができる。
【００２２】
本発明では、前記電解液に、表面張力調整材（表面張力低下促進材）や粘性調整材（粘性向上材）を添加することができ、たとえば、フィルム状の電解液の出射後の形状を、ノズル口からの距離に応じて調整（保持または変形）することができる。
【００２３】
本発明では、加工対象が軸回転するように構成してもよいし、ノズル口が加工対象の周りを回転するようにしてもよい。
【００２４】
本発明では、電解切削を行う場合に、加工対象の非加工予定部にマスクを施しておくことができる。なお、このマスクは、本発明による電解メッキにより行うこともできるし、他のメッキ技術、たとえばフォトリソグラフィ技術を用いたメッキ方法（電解メッキ、無電解メッキを問わない）により形成することもできる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、加工対象に機械ストレス（加工反力，残留応力等）や熱ストレスを与えることなく、微細な軸対称線材や非軸対称線材を高精度に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における、加工対象とフィルム状の電解液との配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は回転軸がフィルム状の電解液に垂直な場合を示す図、（Ｂ）は回転軸がフィルム状の電解液に斜めの場合を示す図、（Ｃ）は回転軸がフィルム状の電解液に平行な場合を示す説明図である。
【図２】フィルム状の電解液の側部を用いて加工対象を加工する様子を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す説明図である。
【図４】図３に示した電解加工装置におけるノズルの拡大説明図である。
【図５】図３に示した電解加工装置における電解液供給源の構造例を示す図である。
【図６】図３に示した電解加工装置において、フィルム状の電解液が加工対象に接触している様子を示す図であり、（Ａ）は電解液の回り込みを小さくした図、（Ｂ）は電解液の回り込みを大きくした図である。
【図７】図３に示した電解加工装置におけるノズルの出射口の態様の説明図であり、（Ａ）はスリット状出射口の中央部を狭くしたノズルを示す図、（Ｂ）は加工（切削）された状態の加工対象を示す図である。
【図８】図３に示した電解加工装置を切削装置として使用する場合の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図９】（Ａ）は図８の実施形態における軸方向長さと加工深さとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は図８の実施形態における加工対象の加工後側面図である。
【図１０】（Ａ）は、図８の実施形態において、供給電流一定で、加工時間を変えて加工対象の切削を行ったときの軸方向長さと加工深さとの関係を示す図、（Ｂ）は加工対象の加工後側面図を示す図である。
【図１１】（Ａ）は、図８の実施形態において、加工時間一定で、供給電流を変えて加工対象の切削を行ったときの軸方向長さと加工深さとの関係を示す図、（Ｂ）は加工対象の加工後側面図を示す図である。
【図１２】図３に示した電解加工装置を切削装置として使用する場合の他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図１３】（Ａ）は図１２の実施形態における軸方向長さと加工深さとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は図１２の実施形態における加工対象の加工後側面図である。
【図１４】図１２の実施形態において軸径をさらに細く形成した加工対象の加工例を示す図である。
【図１５】図３に示した電解加工装置を用いて、直径が軸方向の位置に応じて変化する軸を作製する例を示す図であり、（Ａ）は出力波形（加工時間と電流との関係）を示すグラフ、（Ｂ）に加工対象の加工後側面図である。
【図１６】図３に示した電解加工装置を用いて、錐状軸（先細り状の軸）を作製する例を示す図であり、（Ａ）は出力波形（加工時間と電流との関係）を示すグラフ、（Ｂ）に加工対象の加工後側面図である。
【図１７】加工対象ＯＢに対するフィルム状の電解液の角度を変えることにより切削形状を調整する実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工部分の領域を狭くした例を示す図、（Ｂ）は加工部分の領域を広くした例を示す図である。
【図１８】電解加工装置を切削装置として使用し、ネジを作製する場合の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図、（C）は同じく平面図である。
【図１９】電解加工装置を切削装置として使用し、ネジを作製する場合の他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図２０】図１９の実施形態の作用を説明する図であり、（Ａ）は加工対象を示す図、（Ｂ）はマスクパターンを施した加工対象を示す図、（Ｃ）は加工対象にネジ溝を形成した様子を示す図、（Ｄ）はマスクパターンを除去した様子を示す図である。
【図２１】本発明において、加工対象の端面を加工する実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工対象を突っ切り加工した状態（中心部に突起部分が残った様子）を示す図、（Ｂ）はフィルム状の電解液に対して、軸方向に加工対象を移動することで端面加工を行う様子を示す図、（Ｃ）は突起部分が除去され端面が平坦に成形された加工対象を示す図である。
【図２２】電解加工装置をメッキ装置として使用する場合の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図２３】軸を中心に所定角度で回転させることができるノズルを示す図である。
【図２４】本発明に使用されるノズルの態様を示す図であり、（Ａ）は電解液を放射出射するノズルの実施形態を示す断面図、（Ｂ）は同じく斜視図、（Ｃ）は管の形状をなす加工対象の内面を加工する様子を示す図である。
【図２５】本発明の機上成形機の一実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図３は本発明の一実施形態を示す説明図である。図３において、電解加工装置１は、ノズル１１と、電解液供給源１２と、電源１３と、加工対象支持回転ジグ１４と、加工対象移動機構１５と、制御装置１６と、電解液槽１７とを備えている。
【００２８】
ノズル１１は、図４（Ａ），（Ｂ）（拡大説明図）に示すように電解液ＬＱをフィルム状に出射するスリット状出射口１１を備えている。
電解加工装置１が、電解切削しか行わないのであれば、通常は、電解液に金属イオンが含まれない。したがって、図４（Ａ）に示すように、ノズル１１を金属などの導電性の材料で作り、ノズル１１に直接通電することができる。電解加工装置１が、電解メッキを行う場合には、ノズル１１は、銅や鋼で作製したときには溶けてしまうが、グラファイトや白金を使えば溶けること（消耗すること）はない。
【００２９】
電解液ＬＱに金属イオンを含むものを用いて、電解切削と電解メッキとを両方行う場合には、図４（Ｂ）に示すように、電極棒を備えたノズル１１を使用することができる。ノズル１１は、非導電性材料（たとえば、プラスチックやセラミックなど)から構成されている。ノズル１１は、液溜ＣＨに達するように電極棒ＥＰが挿通されている。図４（Ｂ）では、取り込まれた電解液ＬＱは液溜ＣＨに蓄積され、スリット状出射口１１１からフィルム状の電解液ＦＬＱとして出射される。また、ノズル１１には、液溜ＣＨに達するように電極棒ＥＰが挿通されている。この場合には、切削加工をしたことにより、電極棒ＥＰに、電解液ＬＱに含まれる金属イオンが成膜されたときは、適時、加工時とは逆極性の電圧を、電極棒ＥＰと加工対象ＯＢとの間に加えることにより、電極棒ＥＰのクリーニングを行うことができる。
なお、グラファイトや、イオン化傾向が小さい金属（たとえば白金）を使用すれば、電極の消耗を防止ないし低減することができる。
【００３０】
図４では、説明の便宜上、加工対象ＯＢが電解切削や電解メッキされていない状態で示す。ノズル１１の作製には周知技術を用いることができ、たとえば特許文献１に記載のように薄板を積層して作製することができる。
電解液供給源１２は、電解液槽１７に蓄えられた電解液ＬＱをノズル１１に循環供給する。電解液供給源１２は、図５に示すように、ポンプ圧Ｐにより電解液の射出圧をつくり、ノズル１１から電解液ＬＱを射出している。電源１３は、フィルム状の電解液ＦＬＱと導電性の加工対象ＯＢとの間に加工電圧を加える。
【００３１】
加工対象支持回転ジグ１４は、加工対象ＯＢを支持し加工対象ＯＢをフィルム状の電解液ＦＬＱの面に交差する軸Ｌ（図３では直交軸）を中心に回転させる。加工対象移動機構１５は、ノズル１１に対し（すなわちフィルム状の電解液ＦＬＱに対し）加工対象ＯＢを軸Ｌに沿って相対移動させることができる。制御装置１６は、加工電圧および／または送り速度を変化させることができる。電解液槽１７には、使用済みの電解液ＬＱが蓄えられる。
【００３２】
電解加工装置１では、電解液ＬＱをフィルム状にして加工対象ＯＢに向けて出射させつつ、フィルム状の電解液ＦＬＱと加工対象ＯＢとの間に電圧を加える。これにより、フィルム状の電解液ＦＬＱが加工対象ＯＢに接触する線状部分を電解加工することができる。
【００３３】
加工量は電気量（すなわち電流と加工時間の積）に比例するので、ノズルと加工対象ＯＢの位置に関係なく、電気量によって切り込みの制御が可能である。したがって、旋盤加工などに比べ当たりが不要であり、定電流で加工することで一定の体積加工速度が得られる。
【００３４】
図６（Ａ），（Ｂ）は、フィルム状の電解液ＦＬＱが加工対象ＯＢに接触している様子を示している。図６（Ａ），（Ｂ）では、説明の便宜上、加工対象ＯＢが電解切削や電解メッキがされていない状態で示す。電解液ＬＱの表面張力や粘性を調整することにより、回り込みを調整できる。すなわち、図６（Ａ）に示すように電解液ＬＱの表面張力を小さくすることにより回り込みを小さくできるし、図６（Ｂ）に示すように電解液ＬＱの粘性を大きくすることにより回り込みを大きくできる。
【００３５】
また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、スリット状出射口１１１の中央部を狭くすることで、加工状態を調整することができる。なお、図示はしないが、スリット状出射口１１１の中央部を広くすることができるし、スリット状出射口１１１を曲線上に形成することができる。また、スリット状出射口１１１が形成される出射面を平面としたが、アーチ状曲面等の二次曲面とすることができる。
【００３６】
本発明では、電解加工装置１は、切削装置として使用することもできるし、メッキ装置として使用することができる。
【００３７】
電解加工装置１を切削装置として使用する場合（すなわち、加工が切削である場合）の一実施形態を、図８（Ａ）の側面図、図８（Ｂ）の正面断面部分図（図８（Ａ）におけるａ−ａ断面図）を用いて説明する。
【００３８】
図８（Ａ），（Ｂ）では、スリット状出射口１１１（図４参照）のサイズを２００×４０μｍの長方形とし、スリット状出射口１１１と加工対象ＯＢとの距離（ギャップ長）を１．５ｍｍとした。また、加工対象ＯＢとして直径３００μｍの銅線を使用し、電解液ＬＱとしてＮａＮＯ3の２０重量％溶液を使用した。さらに、タンク圧（電解液供給源１２の内部圧）を０．５ＭＰａに設定した。
【００３９】
そして、制御装置１６により加工対象支持回転ジグ１４の回転速度Ｎを一定（Ｎ＝２，５００ｒｐｍ）にして駆動し、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を１秒とすることで、加工対象ＯＢの切削を行った。なお、図８（Ａ），（Ｂ）での例では、軸Ｌの方向に、加工対象ＯＢを移動させていない。図９（Ａ）に軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示し、図９（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。
【００４０】
図１０（Ａ）は、図８（Ａ）の実施形態において、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を１秒、２秒、３秒、４秒、５秒として、加工対象ＯＢの切削を行ったときの軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示している。図１０（Ｂ）に、加工時間が５秒のときの加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。
【００４１】
図１１（Ａ）は、図８（Ａ）の実施形態において、加工時間（電源駆動時間）を５秒とし、電源１３の供給電流Ｉを、１０ｍＡ，２０ｍＡ，３０ｍＡ，４０ｍＡ，５０ｍＡとして、加工対象ＯＢの切削を行ったときの軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示している。図１１（Ｂ）に、加工時間が５０ｍＡのときの加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。なお、図１０（Ｂ）と図１１（Ｂ）とに示す加工例では、それぞれについての加工条件が同じ（加工時間５秒，供給電流５０ｍＡ）であるので、加工後形状が同じである。
【００４２】
電解加工装置１を切削装置として使用する場合（すなわち、加工が切削である場合）の他の実施形態を、図１２（Ａ）の側面図、図１２（Ｂ）の正面断面部分図（図１２（Ａ）におけるａ−ａ断面図）を用いて説明する。
【００４３】
本実施形態でも、電解加工装置スリット状出射口１１１（図４参照）のサイズ、スリット状出射口１１１と加工対象ＯＢとの距離（ギャップ長）等の構成は、図８（Ａ），（Ｂ）で説明した実施形態と同様であり、さらに、使用する加工対象ＯＢ、電解液ＬＱや、タンク圧（電解液供給源１２の内部圧）も図８（Ａ），（Ｂ）で説明した実施形態と同様である。図８（Ａ），（Ｂ）での例では、軸Ｌの方向に、加工対象ＯＢを移動させていないが、本実施形態では、軸Ｌの方向に、加工対象ＯＢを移動させることができる。
【００４４】
そして、制御装置１６により加工対象支持回転ジグ１４の回転速度Ｎを一定（Ｎ＝２，５００ｒｐｍ）にして駆動し、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を１０秒とし、かつ加工対象ＯＢを軸Ｌの方向に秒速ｖ（ｖ＝６ｍｍ／ｍｉｎ）で移動させることで、加工対象ＯＢの切削を行った。図１２（Ａ）、（Ｂ）では、加工対象ＯＢの切削前の表面をＳ１で示し、切削後の表面をＳ２で示してある。
【００４５】
図１３（Ａ）に軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示し、図１３（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。図１３（Ａ），（Ｂ）からわかるように、本発明により、均一な所望径の軸を作製することができた。なお、加工面の表面粗さ（Ｒｚ）は約１０μｍであった。
【００４６】
図１４は、加工対象ＯＢ（銅線）の軸径をさらに細く形成した例を示している。この場合には、加工対象ＯＢに、電流値Ｉを変更して加工を繰り返すことで径を細くしている。ここでは、Ｉ＝５０ｍＡで３回，Ｉ＝２５ｍＡで１回，Ｉ＝１０ｍＡで２回の繰り返し加工を行うことで、直径が６０μｍの軸を作製した。この場合の総加工時間は６０秒とした。
【００４７】
次に、直径が軸方向の位置に応じて変化する軸を作製する例を説明する。この場合には、電流値Ｉを正弦波状に０〜５０ｍＡまで変化させ、定電流での加工と同様に加工対象の移動（送り）を行い、くびれ加工を行った。図１５（Ａ）に出力波形（加工時間Ｔと電流Ｉとの関係）を示し、図１５（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。図１５（Ｂ）に示すように、軸径が軸方位置で異なる軸が成形できた。なお、図１５（Ａ）では加工時刻をａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示し、図１５（Ｂ）では加工時刻に対応した加工対象ＯＢ軸方向の位置を、同じくａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示してある。
【００４８】
また、つぎに、錐状軸（先細り状の軸）を作製する例を説明する。この場合には、電流値Ｉをランプ波で０〜５０ｍＡまで変化させ、定電流での加工と同様に加工対象の移動（送り）を行い、テーパ加工を行った。図１６（Ａ）に出力波形（加工時間Ｔと電流Ｉとの関係）を示し、図１６（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。図１６（Ｂ）に示すように、先細りの軸が成形できた。
【００４９】
本発明では、図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、加工対象ＯＢに対するフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を変えることにより切削形状を調整できる。図１７（Ａ）では、加工対象ＯＢに対してフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を９０°にすることで、加工部分の凹凸の境界（たとえば、切削領域と非切削領域の境界により作られる稜）を鋭くできる。また、図１７（Ｂ）では、加工対象ＯＢに対してフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を９０°にすることで、加工部分の凹凸の境界（たとえば、切削領域と非切削領域の境界により作られる稜）を鈍くすることができる。
【００５０】
本発明では、電解加工装置を切削装置として使用してネジを作製することができる。図１８は、ネジを作製の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図（図１８（Ａ）におけるａ−ａ断面図）、（Ｃ）は同じく平面図である。本実施形態では、加工対象ＯＢに対してフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を斜めに設定しておくとともに、加工対象ＯＢを回転軸Ｌに沿って移動させることで、加工対象ＯＢの表面にネジを切ることができる。
【００５１】
図１９は、マスクパターンを使用してネジを作製する実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図（（Ａ）におけるａ−ａ断面図）である。本実施形態では、加工対象ＯＢにらせん状のマスクパターンＳ３を形成しておくことで、ネジ溝Ｇを形成することができる。
【００５２】
本実施形態では、図２０（Ａ）に示す加工対象ＯＢ（銅線）に図２０（Ｂ）に示すマスクパターンＳ３を施しておき、図１９（Ａ），（Ｂ）に示した切削を行う。なお、本実施形態では、均一な所望径の軸を作製するときと同様の制御が行われ（図１３（Ａ）参照）。これにより、図２０（Ｃ）に示すように加工対象ＯＢにネジ溝Ｇを形成することができる。この図２０（Ｄ）に示すように、マスクパターンＳ３を除去することができる。
【００５３】
次に、加工対象ＯＢの端面加工の実施形態を説明する。まず、図２１（Ａ）に示すように、加工対象ＯＢの突っ切り加工を行った。図２１（Ａ）に示すように、加工対象ＯＢ（銅線）の中心部に突起部分が残っている。これはフィルム状の電解液ＦＬＱの中心部ほど電流密度が高いことに起因する。したがって、突っ切り加工だけでは端面を平坦にできない。
【００５４】
本実施形態では、突っ切り後に、図２１（Ｂ）に示すようにフィルム状の電解液ＦＬＱに対して、軸Ｌ方向に加工対象ＯＢを移動することで端面加工を行った。これにより，フィルム状の電解液ＦＬＱに接触している突起部分のみの加工が可能となる。
【００５５】
本実施形態では、移動速度０．２ｍｍ／ｍｉｎで銅線軸方向に１００μｍ移動した。これにより、図２１（Ｃ）に示すように、端面の突起部分が除去された銅線を作製できた。電解加工装置１をメッキ装置として使用する場合（すなわち、加工がメッキである場合）の一実施形態を、図２２（Ａ）の側面図、図２２（Ｂ）の正面断面部分図（図２２（Ａ）におけるａ−ａ断面図）を用いて説明する。
【００５６】
図２２（Ａ），（Ｂ）では、スリット状出射口１１１（図４参照）のサイズを２００×４０μｍの長方形とし、スリット状出射口１１１と加工対象ＯＢとの距離（ギャップ長）を１．５ｍｍとした。また、加工対象ＯＢとして直径３００μｍの銅線を使用した。電解液ＬＱとしてメッキ用溶液を使用した。さらに、タンク圧（電解液供給源１２の内部圧）を０．５ＭＰａに設定した。
【００５７】
そして、制御装置１６により加工対象支持回転ジグ１４の回転速度Ｎを一定（Ｎ＝２，５００ｒｐｍ）にして駆動し、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を３０秒とし、かつ加工対象ＯＢを軸Ｌの方向に秒速ｖ（ｖ＝６ｍｍ／ｍｉｎ）で移動させることで、加工対象ＯＢにメッキを行った（図２２ではメッキ膜をＳ４で示す）。
【００５８】
上記の各実施形態では、ノズル１１を固定して、加工対象ＯＢを回転するようにしたが、本発明では、図２３に示すようにノズル１１を、ガイドレール１１０に沿って回転（回転軸Ｌ）させることもできる。図２４（Ａ），（Ｂ）は、電解液ＬＱを放射出射するノズル１１の実施形態を示す図であり、フィルム状の電解液ＦＬＱが形成される実施形態を示している。本実施形態では、筒体Ｏに、フランジＨを持つロッドＩが内装されている。
【００５９】
注入口ＩＮから高圧の電解液ＬＱが供給され、筒体Ｏ端面とヘッドＨとの隙間（スリット状出射口１１１）からフィルム状の電解液ＦＬＱが出射される。図２４（Ａ），（Ｂ）のノズル１１を使用することで、管の形状をなす加工対象ＯＢの内面を加工（図２４（Ｃ）では切削）することができる。
【００６０】
図２５に本発明の工作機の実施形態を示す。図２５では、工作機３は放電加工機２として機能するもので、電解加工装置１を備えている。電解加工装置１において作製（加工）された加工対象ＯＢは、放電加工機２において加工電極（微細工具）Ａとして用いられ、工作物Ｂの工作に使用される。
【００６１】
すなわち、電解加工装置１における加工対象支持回転ジグ１４は、放電加工装置２において加工電極（微細工具）Ａの電極保持ジグとしてそのまま使用されるので、軸心のずれが生じることなく高精度の放電加工を行うことができる。
【００６２】
上記実施形態では、加工機が放電加工機である場合を説明したが、加工機は、電解液槽内で加工を行う電解加工機であってもよいし、超音波加工機であってもよく、さらに、打ち抜き加工機であってもよい。
【００６３】
本発明の、工作機は電解加工装置を備えた組み立て機であってもよい。この場合には、電解加工装置１により加工された加工対象を、加工対象支持回転ジグ１４に取り付けたまま微細ビスとして用い、当該微細ビスにより微細構造物を組み立てることもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 電解加工装置
２ 放電加工機
３ 工作機
１１ ノズル
１２ 電解液供給源
１３ 電源
１４ 加工対象支持回転ジグ
１５ 加工対象移動機構
１６ 制御装置
１７ 電解液槽
１１１ スリット状出射口
Ａ 加工電極
ＣＨ 液溜
ＥＰ 電極棒
ＦＬＱ フィルム状の電解液
ＬＱ 電解液
Ｌ 回転軸
ＯＢ 加工対象
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する導電性の加工対象に電解液をフィルム状に出射しつつ、このフィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えて前記加工対象を電解加工する技術に関し、具体的には、前記加工対象に機械ストレスを与えることなく微細な軸対称・非軸対称に加工する電解加工装置および電解加工方法、並びに上記の電解加工装置を備えた微細工具の機上成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばマイクロパンチプレス、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、マイクロマシーニング、微細加工の各技術分野では、微細（たとえば、数から数十ミクロン径）な金属線材を高精度に加工して、微細部品や微細工具を製造する技術が必要とされている。
【０００３】
この種の微細部品や微細工具は、電解加工，加熱延伸等により製造することができる。たとえば、本発明者は、上記の微細工具のひとつであるマイクロソーワイヤーを製造する技術を既に提案している（特許文献１）。この技術は電解加工にかかるもので、フィルム状の電解液を金属線材に接触させつつ、金属線材と電解液出射ノズルとの間に電圧を加え、当該金属線材に複数の切り欠き（凹部）を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４８８７９号
【特許文献２】米国特許第２，７４１，５９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、加工対象（金属線材）を軸回転することは想定していないため、軸対称製品（あるいは非軸対称であっても製造に軸回転を必要とする製品）を作製することができない。特に、ＭＥＭＳ、マイクロマシーニング等の各技術分野では、軸回転により製造される高精度の微細部品や微細工具（たとえば、微細パンチ，微細ネジ等）が必要とされるが、特許文献１の技術では、これらを作製することができない。
【０００６】
また、電解液を砲弾（切断対象）に噴射するとともに、砲弾と電解液出射ノズルとの間に電圧をかけ、機械ストレスや熱ストレスを起こすことなく砲弾を電解加工により切断する技術が知られている（特許文献２）。
【０００７】
しかし、特許文献２の技術は、電解液は線状に噴射される（ノズル口は円形である）。このため、この技術を、たとえば径が１０μｍオーダの微細部品や微細工具の製造に応用しようとした場合、ノズル径は加工対象より十分に小さい必要がある。この場合、電解液は加工対象に点接触することになり、加工効率が悪いことに加え、ノズル径が小さすぎるためノズル詰まりが生じやすくなる。したがって、特許文献２の技術を、微細部品や微細工具の製造に応用することは不可能である。
【０００８】
本発明の目的は、加工対象を軸回転させて微細部品や微細工具を製造する際に当該加工対象に機械ストレスや熱ストレスを与えないで、高精度かつ高効率の微細加工を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電解加工装置は（１）から（４）を要旨とする。
（１） 電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工装置であって、
前記電解液をフィルム状に出射するスリット状出射口を備えたノズルと、
前記ノズルに前記電解液を供給する電解液供給源と、
前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に前記電圧を加える電源と、
前記加工対象を支持し前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させる加工対象支持回転ジグと、
を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【００１０】
（２） 前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させる移動機構を備えたことを特徴とする（１）に記載の電解加工装置。
【００１１】
（３） 前記電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする（２）に記載の電解加工装置。
【００１２】
（４） 前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の電解加工装置。
【００１３】
本発明の電解加工方法は（５）から（８）を要旨とする。
（５） 電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工方法であって、
前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ、前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させることを特徴とする電解加工方法。
【００１４】
（６） 前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させることを特徴とする（５）に記載の電解加工方法。
【００１５】
（７） 前記加工電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする（６）に記載の電解加工方法。
【００１６】
（８） 前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする（５）から（７）の何れかに記載の電解加工方法。
本発明の微細工具の機上成形機は（９）および（１０）を要旨とする。
【００１７】
（９） （１）から（４）の何れかに記載の電解加工装置を備えた工作機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細工具として用い、当該微細工具により工作物を工作することを特徴とする工作機。
（１０） （１）から（４）の何れかに記載の電解加工装置を備えた組み立て機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細ビスとして用い、当該微細ビスにより微細構造物を組み立てることを特徴とする組み立て機。
【００１８】
加工対象は典型的には等速で軸回転するが、変速で軸回転するようにしてもよい。たとえば、軸回転が、ある規則をもって有速変化しながら加工対象を加工するようにしてもよい。また、たとえば、軸回転が、停止と有速とを交互に繰り返して加工対象を加工するようにしてもよい。
【００１９】
本発明では、フィルム状の電解液に対する、加工対象の相対的な軸回転角度は任意である。たとえば、フィルム状の電解液が出射する方向を−ｚ軸、ノズル口の長さ方向をｙ軸で定義したときに、軸回転の当該軸は、図１（Ａ）に示すようにｘ方向を向いていてもよいし、図１（Ｂ）に示すようにｘｙ平面に平行（ｚ方向に垂直）でかつｘ方向・ｙ方向以外を向いていてもよい。さらに、軸回転の当該軸は、図１（Ｃ）に示すように、ｙ方向を向いていてもよい。
【００２０】
また、フィルム状の電解液のフィルム幅は、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、加工対象の幅よりも大きく設定されるが、図１（Ｃ）に示す場合には、加工対象の幅よりも小さく設定することができる。また、図２に示すように、フィルム状の電解液の側部を用いて加工対象を加工することもできるが、この場合には、フィルム状の電解液のフィルム幅は、加工対象の幅よりも小さく設定することができる。
【００２１】
本発明では、フィルム状の電解液の厚みを薄くしたり厚くしたりすることで、切削領域を狭くしたり広くしたりできる。本発明では、フィルム状の電解液の厚みを調節するために、スリット状出射口の形状を調整することができる。たとえば、フィルム状の電解液の中央が肉薄になるように、スリット状出射口の中央部を狭くすることができる。
【００２２】
本発明では、前記電解液に、表面張力調整材（表面張力低下促進材）や粘性調整材（粘性向上材）を添加することができ、たとえば、フィルム状の電解液の出射後の形状を、ノズル口からの距離に応じて調整（保持または変形）することができる。
【００２３】
本発明では、加工対象が軸回転するように構成してもよいし、ノズル口が加工対象の周りを回転するようにしてもよい。
【００２４】
本発明では、電解切削を行う場合に、加工対象の非加工予定部にマスクを施しておくことができる。なお、このマスクは、本発明による電解メッキにより行うこともできるし、他のメッキ技術、たとえばフォトリソグラフィ技術を用いたメッキ方法（電解メッキ、無電解メッキを問わない）により形成することもできる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、加工対象に機械ストレス（加工反力，残留応力等）や熱ストレスを与えることなく、微細な軸対称線材や非軸対称線材を高精度に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における、加工対象とフィルム状の電解液との配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は回転軸がフィルム状の電解液に垂直な場合を示す図、（Ｂ）は回転軸がフィルム状の電解液に斜めの場合を示す図、（Ｃ）は回転軸がフィルム状の電解液に平行な場合を示す説明図である。
【図２】フィルム状の電解液の側部を用いて加工対象を加工する様子を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す説明図である。
【図４】図３に示した電解加工装置におけるノズルの拡大説明図である。
【図５】図３に示した電解加工装置における電解液供給源の構造例を示す図である。
【図６】図３に示した電解加工装置において、フィルム状の電解液が加工対象に接触している様子を示す図であり、（Ａ）は電解液の回り込みを小さくした図、（Ｂ）は電解液の回り込みを大きくした図である。
【図７】図３に示した電解加工装置におけるノズルの出射口の態様の説明図であり、（Ａ）はスリット状出射口の中央部を狭くしたノズルを示す図、（Ｂ）は加工（切削）された状態の加工対象を示す図である。
【図８】図３に示した電解加工装置を切削装置として使用する場合の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図９】（Ａ）は図８の実施形態における軸方向長さと加工深さとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は図８の実施形態における加工対象の加工後側面図である。
【図１０】（Ａ）は、図８の実施形態において、供給電流一定で、加工時間を変えて加工対象の切削を行ったときの軸方向長さと加工深さとの関係を示す図、（Ｂ）は加工対象の加工後側面図を示す図である。
【図１１】（Ａ）は、図８の実施形態において、加工時間一定で、供給電流を変えて加工対象の切削を行ったときの軸方向長さと加工深さとの関係を示す図、（Ｂ）は加工対象の加工後側面図を示す図である。
【図１２】図３に示した電解加工装置を切削装置として使用する場合の他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図１３】（Ａ）は図１２の実施形態における軸方向長さと加工深さとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は図１２の実施形態における加工対象の加工後側面図である。
【図１４】図１２の実施形態において軸径をさらに細く形成した加工対象の加工例を示す図である。
【図１５】図３に示した電解加工装置を用いて、直径が軸方向の位置に応じて変化する軸を作製する例を示す図であり、（Ａ）は出力波形（加工時間と電流との関係）を示すグラフ、（Ｂ）に加工対象の加工後側面図である。
【図１６】図３に示した電解加工装置を用いて、錐状軸（先細り状の軸）を作製する例を示す図であり、（Ａ）は出力波形（加工時間と電流との関係）を示すグラフ、（Ｂ）に加工対象の加工後側面図である。
【図１７】加工対象ＯＢに対するフィルム状の電解液の角度を変えることにより切削形状を調整する実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工部分の領域を狭くした例を示す図、（Ｂ）は加工部分の領域を広くした例を示す図である。
【図１８】電解加工装置を切削装置として使用し、ネジを作製する場合の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図、（C）は同じく平面図である。
【図１９】電解加工装置を切削装置として使用し、ネジを作製する場合の他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図２０】図１９の実施形態の作用を説明する図であり、（Ａ）は加工対象を示す図、（Ｂ）はマスクパターンを施した加工対象を示す図、（Ｃ）は加工対象にネジ溝を形成した様子を示す図、（Ｄ）はマスクパターンを除去した様子を示す図である。
【図２１】本発明において、加工対象の端面を加工する実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工対象を突っ切り加工した状態（中心部に突起部分が残った様子）を示す図、（Ｂ）はフィルム状の電解液に対して、軸方向に加工対象を移動することで端面加工を行う様子を示す図、（Ｃ）は突起部分が除去され端面が平坦に成形された加工対象を示す図である。
【図２２】電解加工装置をメッキ装置として使用する場合の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図である。
【図２３】軸を中心に所定角度で回転させることができるノズルを示す図である。
【図２４】本発明に使用されるノズルの態様を示す図であり、（Ａ）は電解液を放射出射するノズルの実施形態を示す断面図、（Ｂ）は同じく斜視図、（Ｃ）は管の形状をなす加工対象の内面を加工する様子を示す図である。
【図２５】本発明の機上成形機の一実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図３は本発明の一実施形態を示す説明図である。図３において、電解加工装置１は、ノズル１１と、電解液供給源１２と、電源１３と、加工対象支持回転ジグ１４と、加工対象移動機構１５と、制御装置１６と、電解液槽１７とを備えている。
【００２８】
ノズル１１は、図４（Ａ），（Ｂ）（拡大説明図）に示すように電解液ＬＱをフィルム状に出射するスリット状出射口１１を備えている。
電解加工装置１が、電解切削しか行わないのであれば、通常は、電解液に金属イオンが含まれない。したがって、図４（Ａ）に示すように、ノズル１１を金属などの導電性の材料で作り、ノズル１１に直接通電することができる。電解加工装置１が、電解メッキを行う場合には、ノズル１１は、銅や鋼で作製したときには溶けてしまうが、グラファイトや白金を使えば溶けること（消耗すること）はない。
【００２９】
電解液ＬＱに金属イオンを含むものを用いて、電解切削と電解メッキとを両方行う場合には、図４（Ｂ）に示すように、電極棒を備えたノズル１１を使用することができる。ノズル１１は、非導電性材料（たとえば、プラスチックやセラミックなど)から構成されている。ノズル１１は、液溜ＣＨに達するように電極棒ＥＰが挿通されている。図４（Ｂ）では、取り込まれた電解液ＬＱは液溜ＣＨに蓄積され、スリット状出射口１１１からフィルム状の電解液ＦＬＱとして出射される。また、ノズル１１には、液溜ＣＨに達するように電極棒ＥＰが挿通されている。この場合には、切削加工をしたことにより、電極棒ＥＰに、電解液ＬＱに含まれる金属イオンが成膜されたときは、適時、加工時とは逆極性の電圧を、電極棒ＥＰと加工対象ＯＢとの間に加えることにより、電極棒ＥＰのクリーニングを行うことができる。
なお、グラファイトや、イオン化傾向が小さい金属（たとえば白金）を使用すれば、電極の消耗を防止ないし低減することができる。
【００３０】
図４では、説明の便宜上、加工対象ＯＢが電解切削や電解メッキされていない状態で示す。ノズル１１の作製には周知技術を用いることができ、たとえば特許文献１に記載のように薄板を積層して作製することができる。
電解液供給源１２は、電解液槽１７に蓄えられた電解液ＬＱをノズル１１に循環供給する。電解液供給源１２は、図５に示すように、ポンプ圧Ｐにより電解液の射出圧をつくり、ノズル１１から電解液ＬＱを射出している。電源１３は、フィルム状の電解液ＦＬＱと導電性の加工対象ＯＢとの間に加工電圧を加える。
【００３１】
加工対象支持回転ジグ１４は、加工対象ＯＢを支持し加工対象ＯＢをフィルム状の電解液ＦＬＱの面に交差する軸Ｌ（図３では直交軸）を中心に回転させる。加工対象移動機構１５は、ノズル１１に対し（すなわちフィルム状の電解液ＦＬＱに対し）加工対象ＯＢを軸Ｌに沿って相対移動させることができる。制御装置１６は、加工電圧および／または送り速度を変化させることができる。電解液槽１７には、使用済みの電解液ＬＱが蓄えられる。
【００３２】
電解加工装置１では、電解液ＬＱをフィルム状にして加工対象ＯＢに向けて出射させつつ、フィルム状の電解液ＦＬＱと加工対象ＯＢとの間に電圧を加える。これにより、フィルム状の電解液ＦＬＱが加工対象ＯＢに接触する線状部分を電解加工することができる。
【００３３】
加工量は電気量（すなわち電流と加工時間の積）に比例するので、ノズルと加工対象ＯＢの位置に関係なく、電気量によって切り込みの制御が可能である。したがって、旋盤加工などに比べ当たりが不要であり、定電流で加工することで一定の体積加工速度が得られる。
【００３４】
図６（Ａ），（Ｂ）は、フィルム状の電解液ＦＬＱが加工対象ＯＢに接触している様子を示している。図６（Ａ），（Ｂ）では、説明の便宜上、加工対象ＯＢが電解切削や電解メッキがされていない状態で示す。電解液ＬＱの表面張力や粘性を調整することにより、回り込みを調整できる。すなわち、図６（Ａ）に示すように電解液ＬＱの表面張力を小さくすることにより回り込みを小さくできるし、図６（Ｂ）に示すように電解液ＬＱの粘性を大きくすることにより回り込みを大きくできる。
【００３５】
また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、スリット状出射口１１１の中央部を狭くすることで、加工状態を調整することができる。なお、図示はしないが、スリット状出射口１１１の中央部を広くすることができるし、スリット状出射口１１１を曲線上に形成することができる。また、スリット状出射口１１１が形成される出射面を平面としたが、アーチ状曲面等の二次曲面とすることができる。
【００３６】
本発明では、電解加工装置１は、切削装置として使用することもできるし、メッキ装置として使用することができる。
【００３７】
電解加工装置１を切削装置として使用する場合（すなわち、加工が切削である場合）の一実施形態を、図８（Ａ）の側面図、図８（Ｂ）の正面断面部分図（図８（Ａ）におけるａ−ａ断面図）を用いて説明する。
【００３８】
図８（Ａ），（Ｂ）では、スリット状出射口１１１（図４参照）のサイズを２００×４０μｍの長方形とし、スリット状出射口１１１と加工対象ＯＢとの距離（ギャップ長）を１．５ｍｍとした。また、加工対象ＯＢとして直径３００μｍの銅線を使用し、電解液ＬＱとしてＮａＮＯ3の２０重量％溶液を使用した。さらに、タンク圧（電解液供給源１２の内部圧）を０．５ＭＰａに設定した。
【００３９】
そして、制御装置１６により加工対象支持回転ジグ１４の回転速度Ｎを一定（Ｎ＝２，５００ｒｐｍ）にして駆動し、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を１秒とすることで、加工対象ＯＢの切削を行った。なお、図８（Ａ），（Ｂ）での例では、軸Ｌの方向に、加工対象ＯＢを移動させていない。図９（Ａ）に軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示し、図９（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。
【００４０】
図１０（Ａ）は、図８（Ａ）の実施形態において、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を１秒、２秒、３秒、４秒、５秒として、加工対象ＯＢの切削を行ったときの軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示している。図１０（Ｂ）に、加工時間が５秒のときの加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。
【００４１】
図１１（Ａ）は、図８（Ａ）の実施形態において、加工時間（電源駆動時間）を５秒とし、電源１３の供給電流Ｉを、１０ｍＡ，２０ｍＡ，３０ｍＡ，４０ｍＡ，５０ｍＡとして、加工対象ＯＢの切削を行ったときの軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示している。図１１（Ｂ）に、加工時間が５０ｍＡのときの加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。なお、図１０（Ｂ）と図１１（Ｂ）とに示す加工例では、それぞれについての加工条件が同じ（加工時間５秒，供給電流５０ｍＡ）であるので、加工後形状が同じである。
【００４２】
電解加工装置１を切削装置として使用する場合（すなわち、加工が切削である場合）の他の実施形態を、図１２（Ａ）の側面図、図１２（Ｂ）の正面断面部分図（図１２（Ａ）におけるａ−ａ断面図）を用いて説明する。
【００４３】
本実施形態でも、電解加工装置スリット状出射口１１１（図４参照）のサイズ、スリット状出射口１１１と加工対象ＯＢとの距離（ギャップ長）等の構成は、図８（Ａ），（Ｂ）で説明した実施形態と同様であり、さらに、使用する加工対象ＯＢ、電解液ＬＱや、タンク圧（電解液供給源１２の内部圧）も図８（Ａ），（Ｂ）で説明した実施形態と同様である。図８（Ａ），（Ｂ）での例では、軸Ｌの方向に、加工対象ＯＢを移動させていないが、本実施形態では、軸Ｌの方向に、加工対象ＯＢを移動させることができる。
【００４４】
そして、制御装置１６により加工対象支持回転ジグ１４の回転速度Ｎを一定（Ｎ＝２，５００ｒｐｍ）にして駆動し、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を１０秒とし、かつ加工対象ＯＢを軸Ｌの方向に秒速ｖ（ｖ＝６ｍｍ／ｍｉｎ）で移動させることで、加工対象ＯＢの切削を行った。図１２（Ａ）、（Ｂ）では、加工対象ＯＢの切削前の表面をＳ１で示し、切削後の表面をＳ２で示してある。
【００４５】
図１３（Ａ）に軸方向長さＷと加工深さＤとの関係を示し、図１３（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。図１３（Ａ），（Ｂ）からわかるように、本発明により、均一な所望径の軸を作製することができた。なお、加工面の表面粗さ（Ｒｚ）は約１０μｍであった。
【００４６】
図１４は、加工対象ＯＢ（銅線）の軸径をさらに細く形成した例を示している。この場合には、加工対象ＯＢに、電流値Ｉを変更して加工を繰り返すことで径を細くしている。ここでは、Ｉ＝５０ｍＡで３回，Ｉ＝２５ｍＡで１回，Ｉ＝１０ｍＡで２回の繰り返し加工を行うことで、直径が６０μｍの軸を作製した。この場合の総加工時間は６０秒とした。
【００４７】
次に、直径が軸方向の位置に応じて変化する軸を作製する例を説明する。この場合には、電流値Ｉを正弦波状に０〜５０ｍＡまで変化させ、定電流での加工と同様に加工対象の移動（送り）を行い、くびれ加工を行った。図１５（Ａ）に出力波形（加工時間Ｔと電流Ｉとの関係）を示し、図１５（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。図１５（Ｂ）に示すように、軸径が軸方位置で異なる軸が成形できた。なお、図１５（Ａ）では加工時刻をａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示し、図１５（Ｂ）では加工時刻に対応した加工対象ＯＢ軸方向の位置を、同じくａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示してある。
【００４８】
また、つぎに、錐状軸（先細り状の軸）を作製する例を説明する。この場合には、電流値Ｉをランプ波で０〜５０ｍＡまで変化させ、定電流での加工と同様に加工対象の移動（送り）を行い、テーパ加工を行った。図１６（Ａ）に出力波形（加工時間Ｔと電流Ｉとの関係）を示し、図１６（Ｂ）に加工対象ＯＢの加工後側面図を示す。図１６（Ｂ）に示すように、先細りの軸が成形できた。
【００４９】
本発明では、図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、加工対象ＯＢに対するフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を変えることにより切削形状を調整できる。図１７（Ａ）では、加工対象ＯＢに対してフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を９０°にすることで、加工部分の凹凸の境界（たとえば、切削領域と非切削領域の境界により作られる稜）を鋭くできる。また、図１７（Ｂ）では、加工対象ＯＢに対してフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を９０°にすることで、加工部分の凹凸の境界（たとえば、切削領域と非切削領域の境界により作られる稜）を鈍くすることができる。
【００５０】
本発明では、電解加工装置を切削装置として使用してネジを作製することができる。図１８は、ネジを作製の実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図（図１８（Ａ）におけるａ−ａ断面図）、（Ｃ）は同じく平面図である。本実施形態では、加工対象ＯＢに対してフィルム状の電解液ＦＬＱの角度を斜めに設定しておくとともに、加工対象ＯＢを回転軸Ｌに沿って移動させることで、加工対象ＯＢの表面にネジを切ることができる。
【００５１】
図１９は、マスクパターンを使用してネジを作製する実施形態を示す図であり、（Ａ）は加工状態を示す側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図（（Ａ）におけるａ−ａ断面図）である。本実施形態では、加工対象ＯＢにらせん状のマスクパターンＳ３を形成しておくことで、ネジ溝Ｇを形成することができる。
【００５２】
本実施形態では、図２０（Ａ）に示す加工対象ＯＢ（銅線）に図２０（Ｂ）に示すマスクパターンＳ３を施しておき、図１９（Ａ），（Ｂ）に示した切削を行う。なお、本実施形態では、均一な所望径の軸を作製するときと同様の制御が行われ（図１３（Ａ）参照）。これにより、図２０（Ｃ）に示すように加工対象ＯＢにネジ溝Ｇを形成することができる。この図２０（Ｄ）に示すように、マスクパターンＳ３を除去することができる。
【００５３】
次に、加工対象ＯＢの端面加工の実施形態を説明する。まず、図２１（Ａ）に示すように、加工対象ＯＢの突っ切り加工を行った。図２１（Ａ）に示すように、加工対象ＯＢ（銅線）の中心部に突起部分が残っている。これはフィルム状の電解液ＦＬＱの中心部ほど電流密度が高いことに起因する。したがって、突っ切り加工だけでは端面を平坦にできない。
【００５４】
本実施形態では、突っ切り後に、図２１（Ｂ）に示すようにフィルム状の電解液ＦＬＱに対して、軸Ｌ方向に加工対象ＯＢを移動することで端面加工を行った。これにより，フィルム状の電解液ＦＬＱに接触している突起部分のみの加工が可能となる。
【００５５】
本実施形態では、移動速度０．２ｍｍ／ｍｉｎで銅線軸方向に１００μｍ移動した。これにより、図２１（Ｃ）に示すように、端面の突起部分が除去された銅線を作製できた。電解加工装置１をメッキ装置として使用する場合（すなわち、加工がメッキである場合）の一実施形態を、図２２（Ａ）の側面図、図２２（Ｂ）の正面断面部分図（図２２（Ａ）におけるａ−ａ断面図）を用いて説明する。
【００５６】
図２２（Ａ），（Ｂ）では、スリット状出射口１１１（図４参照）のサイズを２００×４０μｍの長方形とし、スリット状出射口１１１と加工対象ＯＢとの距離（ギャップ長）を１．５ｍｍとした。また、加工対象ＯＢとして直径３００μｍの銅線を使用した。電解液ＬＱとしてメッキ用溶液を使用した。さらに、タンク圧（電解液供給源１２の内部圧）を０．５ＭＰａに設定した。
【００５７】
そして、制御装置１６により加工対象支持回転ジグ１４の回転速度Ｎを一定（Ｎ＝２，５００ｒｐｍ）にして駆動し、電源１３の供給電流一定（Ｉ＝５０ｍＡ）で、加工時間（電源駆動時間）を３０秒とし、かつ加工対象ＯＢを軸Ｌの方向に秒速ｖ（ｖ＝６ｍｍ／ｍｉｎ）で移動させることで、加工対象ＯＢにメッキを行った（図２２ではメッキ膜をＳ４で示す）。
【００５８】
上記の各実施形態では、ノズル１１を固定して、加工対象ＯＢを回転するようにしたが、本発明では、図２３に示すようにノズル１１を、ガイドレール１１０に沿って回転（回転軸Ｌ）させることもできる。図２４（Ａ），（Ｂ）は、電解液ＬＱを放射出射するノズル１１の実施形態を示す図であり、フィルム状の電解液ＦＬＱが形成される実施形態を示している。本実施形態では、筒体Ｏに、フランジＨを持つロッドＩが内装されている。
【００５９】
注入口ＩＮから高圧の電解液ＬＱが供給され、筒体Ｏ端面とヘッドＨとの隙間（スリット状出射口１１１）からフィルム状の電解液ＦＬＱが出射される。図２４（Ａ），（Ｂ）のノズル１１を使用することで、管の形状をなす加工対象ＯＢの内面を加工（図２４（Ｃ）では切削）することができる。
【００６０】
図２５に本発明の工作機の実施形態を示す。図２５では、工作機３は放電加工機２として機能するもので、電解加工装置１を備えている。電解加工装置１において作製（加工）された加工対象ＯＢは、放電加工機２において加工電極（微細工具）Ａとして用いられ、工作物Ｂの工作に使用される。
【００６１】
すなわち、電解加工装置１における加工対象支持回転ジグ１４は、放電加工装置２において加工電極（微細工具）Ａの電極保持ジグとしてそのまま使用されるので、軸心のずれが生じることなく高精度の放電加工を行うことができる。
【００６２】
上記実施形態では、加工機が放電加工機である場合を説明したが、加工機は、電解液槽内で加工を行う電解加工機であってもよいし、超音波加工機であってもよく、さらに、打ち抜き加工機であってもよい。
【００６３】
本発明の、工作機は電解加工装置を備えた組み立て機であってもよい。この場合には、電解加工装置１により加工された加工対象を、加工対象支持回転ジグ１４に取り付けたまま微細ビスとして用い、当該微細ビスにより微細構造物を組み立てることもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 電解加工装置
２ 放電加工機
３ 工作機
１１ ノズル
１２ 電解液供給源
１３ 電源
１４ 加工対象支持回転ジグ
１５ 加工対象移動機構
１６ 制御装置
１７ 電解液槽
１１１ スリット状出射口
Ａ 加工電極
ＣＨ 液溜
ＥＰ 電極棒
ＦＬＱ フィルム状の電解液
ＬＱ 電解液
Ｌ 回転軸
ＯＢ 加工対象
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工装置であって、
前記電解液をフィルム状に出射するスリット状出射口を備えたノズルと、
前記ノズルに前記電解液を供給する電解液供給源と、
前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に前記電圧を加える電源と、
前記加工対象を支持し前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させる加工対象支持回転ジグと、
を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させる移動機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする請求項２に記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電解加工装置。
【請求項５】
電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工方法であって、
前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ、前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させることを特徴とする電解加工方法。
【請求項６】
前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項５に記載の電解加工方法。
【請求項７】
前記加工電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする請求項６に記載の電解加工方法。
【請求項８】
前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする請求項５から７の何れかに記載の電解加工方法。
【請求項９】
請求項１から４の何れかに記載の電解加工装置を備えた工作機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細工具として用い、当該微細工具により工作物を工作することを特徴とする工作機。
【請求項１０】
請求項１から４の何れかに記載の電解加工装置を備えた組み立て機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細ビスとして用い、当該微細ビスにより微細構造物を組み立てることを特徴とする組み立て機。
【請求項１】
電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工装置であって、
前記電解液をフィルム状に出射するスリット状出射口を備えたノズルと、
前記ノズルに前記電解液を供給する電解液供給源と、
前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に前記電圧を加える電源と、
前記加工対象を支持し前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させる加工対象支持回転ジグと、
を備えたことを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させる移動機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする請求項２に記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電解加工装置。
【請求項５】
電解液をフィルム状にして導電性の加工対象に向けて出射させつつ、前記フィルム状の電解液と前記加工対象との間に電圧を加えることで、前記フィルム状の電解液が前記加工対象に接触する線状部分を電解加工する電解加工方法であって、
前記加工対象を前記フィルム状の電解液に接触させつつ、前記フィルム状の電解液に対して相対的に軸回転させることを特徴とする電解加工方法。
【請求項６】
前記軸回転にかかる当該軸方向に、前記加工対象を前記フィルム状の電解液に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項５に記載の電解加工方法。
【請求項７】
前記加工電圧を、前記加工対象の相対的な移動に応じて変化させることを特徴とする請求項６に記載の電解加工方法。
【請求項８】
前記加工が、電解切削または電解メッキであることを特徴とする請求項５から７の何れかに記載の電解加工方法。
【請求項９】
請求項１から４の何れかに記載の電解加工装置を備えた工作機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細工具として用い、当該微細工具により工作物を工作することを特徴とする工作機。
【請求項１０】
請求項１から４の何れかに記載の電解加工装置を備えた組み立て機であって、前記電解加工装置により加工された加工対象を、前記加工対象支持回転ジグに取り付けたまま微細ビスとして用い、当該微細ビスにより微細構造物を組み立てることを特徴とする組み立て機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１１０６４１（Ｐ２０１１−１１０６４１Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６８１６２（Ｐ２００９−２６８１６２）
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【Ｆターム（参考）】
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