(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中で電気絶縁性の被加工板表面に棒状電極を押し当てて棒状電極と電解液との間に電圧を印加して前記被加工板に貫通孔をあける電解放電孔加工方法において、被加工板の貫通孔があけられるべき部分の裏面側に電気絶縁性気体の空間を設けることを特徴とする電解放電孔加工方法。
【請求項２】
前記空間には加圧された電気絶縁性気体が満たされている請求項１記載の電解放電孔加工方法。
【請求項３】
前記被加工板の貫通孔があけられるべき部分の裏面に撥水剤を予め塗布してある請求項１または２記載の電解放電孔加工方法。
【請求項４】
棒状電極と、補助電極と、電解液槽と、その底面に設けた電気絶縁性気体供給管と、被加工板の裏面と電解液槽底面の間をシールして空間を形成するために電解液槽底面に設けるシール部材とを有する電解放電孔加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、セラミックスのような板に微細な貫通孔をあける方法、特に電気基板用の薄いガラス基板に電気信号取り出し用の微細孔を電解放電加工する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックスの薄板や、電気用の薄いガラス基板をレーザ加工方法や電解放電加工方法により微細孔加工が施されている。レーザ加工方法は装置コストが高価であるため生産現場に導入することは難しいので、電解放電加工方法が用いられることがある。通常の電解放電加工方法では、たとえば「ルビーの放電小孔加工」（１９７０年６月、電気加工学会誌第３巻、第６号、第３３〜４０頁）および、「電解放電法によるセラミックスの加工技術の検討」（昭和６１年１２月、日立造船技報第４７巻第３号・４号、第１６〜２２頁）に記載されているように、例えば図３に示すように、電気絶縁性被加工物であるセラミックス板１１を電解液槽１５内に保持した電解液１６中に浸した状態で、セラミックス板表面に押し当てた棒状電極１２と、被加工物から離れた電解液中に浸した補助電極１３との間に電圧（ＡＣ，ＤＣ）を印加することにより、棒状電極先端で起こる放電エネルギーにより電極先端近傍の電解液は高温状態になり、この高温の電解液とセラミックスとの高熱化学反応によってセラミックスが除去されて微細孔加工がおこなわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電解放電加工法でガラス基板等のセラミックス板に微細孔加工をおこなった場合、図４に示すように、セラミックス板１１の棒状電極の入り口側１７が広いテーパー状の孔１８が加工できる。しかしその棒状電極の先端が被加工物であるガラス基板を貫通したときに、もともと被加工物の裏側に存在していた電解液と棒状電極が接触して棒状電極とガラス基板裏面の電解液との導通が始まるために電極に流れる電流が急に大きくなり、孔径の小さいガラス基板裏面側が選択的に加工され、逆テーパー状のいわゆるアンダーカット１９の円形腐食欠点が発生し、最終的に加工された孔の形状は鼓状になる。
【０００４】
このガラス基板を電気基板として使用する場合、基板の表裏を貫通孔を通して電気的導通をとるためにテーパー状の微細孔表面にガラス基板の表側の表面から金属を蒸着するが、アンダーカットが存在するとその部分が影になって金属が充分に付着せず、微細孔の一端と他端との間には導電性が得られず、にガラス基板をシリコン基板と陽極接合する際などに電気的導通が取れなくなる等の問題が発生する。
【０００５】
また上記アンダーカット発生と同時にガラス基板裏面側からみて基板裏面に孔半径方向に伸びる鳥の足のような形状の腐食欠点がしばしば発生する。
【０００６】
更に、共通の電源を用いて複数の棒状電極を使用して同時に１枚の基板に複数の微細孔をあける電解放電孔加工をおこなう場合は、最初に貫通した棒状電極に電力が集中するために、他の孔の加工を妨げることがあるために複数孔間の均一な加工を妨げる場合がしばしばある。
【０００７】
本発明は上記のようなガラス基板裏面のアンダーカットその他の欠点を防ぎ、複数の微細孔の均一加工が可能な電解放電孔加工および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解液中で電気絶縁性の被加工板表面に棒状電極を押し当てて棒状電極と電解液との間に電圧を印加して前記被加工板に貫通孔をあける電解放電孔加工方法において、被加工板の貫通孔があけられるべき部分の裏面側に電気絶縁性気体の空間を設けることを特徴とする電解放電孔加工方法である。
【０００９】
本発明において使用する電解液としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ2Ｓ，Ｋ2ＳＯ4、ＮａＳＯ4、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3、ＮａＮＯ2、Ｋ2ＣｒＯ7、ＮａＡｌＯ2、Ｎａ2Ｂ4Ｏ7等をあげることができ、それらの中でＮａＯＨおよびＮａＡｌＯ2が加工速度が大きいので好ましい。これらは水で希釈してもよいが、できるだけ高い濃度を保つ方が加工速度が大きいので好ましく、その反面、あまり高濃度では電極が腐食しやすくなるので、５〜２０重量％の濃度で用いることが好ましい。
【００１０】
また棒状電極としては、耐熱性、耐アルカリ性、圧縮力に強い材料が好ましく、具体的には鋼、白金イリジウム合金、炭素を挙げることができ、それらの中で鋼、特にステンレス鋼が特に好適に用いられる。棒状電極の寸法はあけるべき孔の寸法に依存するが、０．０２〜１．０ｍｍの直径の孔をあける場合は、それよりも若干小さな直径の、例えば０．０１〜０．８ｍｍの直径を有する電極が用いられる。電極の先端は、例えば先端角度が２０〜４０度になるように尖らせてもよい。
【００１１】
棒状電極と対にして電解液に浸漬して用いる対向電極は耐アルカリ性を有する導電性材料であれば何でもよいが、棒状電極と同じ材料例えば、ステンレス鋼の棒状、またはブロック状のものを用いることができる。
【００１２】
棒状電極は放電時の衝撃力で動くことがあるので、それを避けるために１〜１０ｇの荷重をかけることが好ましい。
【００１３】
両電極に印加する電圧としては直流、脈流、または交流を用いることができるが、棒状電極の消耗を小さくするためには直流、または脈流が好ましく、２０〜６０Ｖの電圧を、棒状電極側が負になるようにして用いることが好ましい。
【００１４】
本発明において、被加工物の裏面に空気、窒素、酸素、その他の不燃性で電気絶縁性の気体で形成した空間を形成させる。電解放電加工が進むに従って棒状電極が被加工板の厚み方向に進み、棒状電極の先端が被加工板裏面から突き出た時に、被加工物の裏側には電解液が存在しないので、電極に流れる電流が急に大きくなることはなく、被加工物の裏面側での急激な電解放電が生じることがないので、アンダーカットその他の腐食欠点発生が防止される。被加工物の裏面側の空間は外気に通じる開口を有していてもよい。しかし棒状電極の先端と加工された孔表面との間の間隙を通って進行して電解液が被加工板裏面に回り込もうとするので、この回り込みをより効果的に防止するためには、この空間は電気絶縁性の気体で密閉されていることが好ましい。この電気絶縁性の気体が加圧されていることがより好ましい。というのは、電気絶縁性気体の圧力により加圧気体が電解液の進行方向とは逆の方向に上記間隙を進もうとするので、この電解液の回り込みが完全に防止され、被加工物の裏面側での急激な電解放電、従って、アンダーカットその他の腐食欠点発生が完全に防止される。
【００１５】
この被加工物の裏面側の空間の電気絶縁性気体を密閉する場合、またはこの気体を加圧する場合には、前記被加工板の裏面をシールして空間を設け、そして更に該空間に加圧した電気絶縁性気体、例えば大気圧＋０．１〜＋１．０ｋｇｆ／ｃｍ2の空気を外部から供給することが好ましい。
【００１６】
被加工板の裏面をシールして空間を設けるために、電解液を収容する電解液槽の底面に好ましくは電気絶縁性気体供給管を設け、そして電解液槽に収容した電解液中に浸漬する被加工板の裏面の貫通孔があけられるべき部分および前記電気絶縁性気体供給管出口を取り囲むように、電解液槽底面と被加工板裏面との間にシール部材、例えばゴム製のＯリングを介在させて空間を形成させ、その空間に上記電気絶縁性気体供給管を通して外部から加圧された電気絶縁性気体を前記空間に送り込むことが好ましい。
【００１７】
本発明において、電気絶縁性の被加工材料、例えばガラス板の厚みは０．１０〜１．５ｍｍのものが用いられる。
【００１８】
上記の被加工板の貫通孔があけられるべき部分の裏面に撥水剤を予め塗布することが好ましい。すなわち、電解放電加工が進むに従って棒状電極が被加工板の厚み方向に進み、棒状電極の先端が被加工板裏面から突き出た時に、棒状電極の先端と加工された孔表面との間の間隙を通って電解液が被加工板裏面に回り込もうとするが、被加工物の裏面に撥水剤を塗布してあるので電解液が被加工板裏面に付着することが防止され、被加工物の裏面側での急激な電解放電を防止することができる。
【００１９】
この撥水剤としては、例えば自動車のフロントガラスに塗布するための市販のポリジメチルシロキサン系撥水剤スーパーＲａｉｎ−Ｘ（Ｕｎｅｌｃｏ社製）その他の市販品を使用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の電解放電微細孔加工方法を実施例を図１に従い説明する。
図１に示す本発明の電解放電孔加工装置は、電解液槽５の底面に空気供給管７を設けて、図示されない空気タンクより約０．２Ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧制御した空気を該空気供給管７を通して電解液槽５中の被加工ガラス基板１の裏面、Ｏリング４、および電解液槽底面で形成された空気室８に送り込むことにより空気室８内を加圧空気で満たし、ガラス基板１の裏面に加圧空気の圧力を付与する。
【００２１】
被加工ガラス基板１として厚みが０．７ｍｍで２０ｃｍ×２０ｃｍの無アルカリガラス基板（ＮＨテクノ（株）製、ＮＡ３５）を、電解液槽５の底部に置いたゴム製で太さが２．０ｍｍでリング直径が２０ｍｍのＯリング４を介してセットした後、該空気供給管７を通して空気室８に加圧空気を送り込みながら、１０％ＮａＯＨ水溶液からなる電解液６約１６０ｃｃをその液面がガラス基板１の上面よりも２ｍｍ高くなるように供給して、棒状電極２をその先端が孔明け加工すべき基板表面に約３ｇの力で押し当て、電解液槽５内に電解液に浸漬するように設けたステンレス製の５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの補助電極３と棒状電極２との間に電圧を印加してガラス基板１に電解放電加工による孔加工をおこなう。
【００２２】
電解液は加工が進むにつれてその中に反応生成物である珪酸ナトリウム等が溶出してきて加工能率が低下するので、新しい電解液を５０ｃｃ／ｍｉｎの割合で電解液槽の一端から供給し、電解液６はガラス基板１の表面より一定の深さを維持した状態になるように、同量の電解液を電解液槽の他端から排出させた。
棒状電極２としては、直径が８０μｍで長さが約２０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）の線を用い、電源としては約４０Ｖの直流電源を棒状電極２側は−極、補助電極３側は＋極として約３０秒間通電して、孔あけ加工をおこなった。
【００２３】
その結果、図２に示すようにガラス基板１にはアンダーカットの無いテーパー状の孔９が加工できた。また、微細孔の最細部の孔直径も従来の加工方法では１４０μｍであったものが、本発明の加工方法では１００μｍに加工できた。
【００２４】
空気室８内の空気は加圧されているので、棒状電極２の先端がガラス基板１を貫通した際に、空気室８内の加圧空気がその貫通した孔を通って泡となって上昇するので、電解液がガラス基板１裏面に流れ込むことを防ぐことができる。最小部孔直径が２００μｍ以上の孔を加工する場合でも電解液のガラス基板１裏面への流れ込みを防ぐことができる。
【００２５】
また、上記ガラス基板の４カ所に孔をあけるために４本の電極を用いて共通の直流電源から同時に通電して孔あけ加工をおこなったところ、従来の加工方法では最初に貫通した電極に電力が集中することにより、その孔の加工がさらに進み、その反面、他の孔の加工が滞ることがあったが、本加工方法の場合では電解液がガラス基板１の裏面に回り込むことを防ぐことができるので、このような不都合は無くなり４カ所とも同じ直径の孔があき均一加工をおこなうことができた。
【００２６】
電解液槽の底部にガラス基板をセットした後に電解液を供給する上記実施例に代えて、電解液槽内に予め供給した電解液の浴の中にガラス基板をセットした後に空気室に圧力制御された空気を該空気供給管を通して送ることにより、該空気室内の電解液をＯリングと電解液槽底面との間の隙間から空気室外に追い出すようにしてもよい。
【００２７】
また、上記実施例で空気室に加圧空気を送る代わりに、単に空気室（密閉されていなくてもよい）のみを設けておき、ガラス基板の裏面に撥水剤、例えば自動車のフロントガラスに塗布するための市販のポリジメチルシロキサン系撥水剤スーパーＲａｉｎ−Ｘ（Ｕｎｅｌｃｏ社製）を塗ることにより、ガラス基板裏面への電解液の付着を防ぐことができ、アンダーカット欠点の無い加工が可能になることも確認できた。空気室に加圧空気を送って圧力をかけ、かつガラス基板の裏面に撥水剤を塗布すれば更に好ましいのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
従って、本発明の加工方法によれば、電解放電加工方法でアンダーカットその他の欠点の無い単純なテーパー形状の微細孔を得ることができる。また、電解放電加工方法による多孔同時加工をスムーズにおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解加工装置の断面図
【図２】本発明によって孔加工された状態を示す断面図
【図３】従来の電解加工装置の断面図
【図４】従来の方法によって孔加工された状態を示す断面図
【符号の説明】
１．ガラス基板
２．棒状電極
３．補助電極
４．Ｏリング
５．電解液槽
６．電解液
７．空気供給管
８．空気室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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