(57)【要約】  この発明はワークピースを機械加工するための方法を提供する。当該方法は、予め定められた距離を空けてワークピースの表面と電極とを配置するステップを含む。当該方法はまた、表面と電極との間における電解質の流れを方向付けるステップを含む。当該方法はまた、ワークピースを機械加工するために表面と電極との間に電圧を印加して電流を生成するステップを含む。当該方法はまた、第１の予め定められた材料を電解質の流れに追加して、ワークピースの表面に結合し、保護層を残すステップを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを機械加工するための方法であって、
予め定められた距離を空けてワークピースの表面および電極を配置するステップと、
前記表面と前記電極との間において電解質の流れを方向付けるステップと、
前記ワークピースを機械加工するために前記表面と前記電極との間に電圧を印加して電流を生成するステップと、
第１の予め定められた材料を電解質の流れに追加して、前記ワークピースの表面に結合し、保護層を残すステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記追加するステップはさらに、
前記第１の予め定められた材料を電解質の流れに追加して、分子集合により前記ワークピースの表面に結合し、保護層を残すステップとして規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記追加するステップはさらに、
前記第１の予め定められた材料を電解質の流れに追加して、前記ワークピースの表面に結合し、前記表面の摩擦特性を向上させる保護層を残すステップとして規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステアリン酸ナトリウム、ゾニールＦＳＰ、ゾニールＦＳＮ、ＴＰＳ３２  ＤＤＰおよびステアリン酸から前記第１の予め定められた材料を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第２の予め定められた材料を電解質の流れに追加して、電解質における前記第１の予め定められた材料を乳化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
予め定められた材料としてステアリン酸ナトリウムを選択するステップと、
予め定められた距離として５００ミクロンを選択するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
乳化剤を電解質の流れに追加して、電解質におけるステアリン酸ナトリウムを乳化するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
予め定められた材料としてゾニールＦＳＰを選択するステップと、
予め定められた距離として１２００ミクロンを選択するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
予め定められた材料としてゾニールＦＳＮを選択するステップと、
予め定められた距離として１２００ミクロンを選択するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
予め定められた材料としてＴＰＳ３２  ＤＤＰを選択するステップと、
予め定められた距離として５００ミクロンを選択するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
予め定められた材料としてステアリン酸を選択するステップと、
予め定められた距離として５００ミクロンを選択するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
乳化剤を電解質の流れに追加して、電解質におけるステアリン酸を乳化するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
この発明は、ワークピースの電気化学機械加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
電気化学機械加工（ＥＣＭ）は、金属ワークピースを機械加工するための技術である。カソードは、電解質（electrolyte）がある状態ではアノードのワークピースに向かって進められる。カソードとワークピースとの間に電圧が印加されると、カソードとワークピースとの間に電流が生成される。電流が電解質を通ると、材料がワークピースの表面から電解により除去されることとなる。この技術は、ダイおよび型などの不規則な形状のワークピースや、容易に機械切断できない金属における不規則な形状の穴を機械加工するのに用いることができる。また、三次元のパターンを、対応する形状のカソードから得られるワークピースの表面に適用することもできる。一般に、高速で材料を除去するには高電流が望ましく、カソードとワークピースとの間の隙間が小さければ小さいほど、機械加工の精細度をより厳密なものにすることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
この発明は、ワークピースを機械加工するための方法を提供する。当該方法は、予め定められた距離を空けてワークピースの表面と電極とを配置するステップを含む。当該方法はまた、表面と電極との間において電解質の流れを方向付けるステップを含む。当該方法はまた、ワークピースを機械加工するために当該表面と電極との間に電圧を印加して電流を生成するステップを含む。当該方法はまた、第１の予め定められた材料を電解質の流れに追加してワークピースの表面に結合し、保護層を残すステップを含む。
【０００４】
この発明の利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に関連付けて考慮されると、より容易に明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明は、ワークピース１０を機械加工するための方法を提供する。当該方法は、予め定められた距離を空けてワークピース１０の表面１２と電極１４とを配置するステップを含む。当該方法はまた、表面１２と電極１４との間において電解質１６の流れを方向付けるステップを含む。当該方法はまた、ワークピース１０を機械加工するために表面１２と電極１４との間に電圧を印加して、電流を生成するステップを含む。当該方法はまた、第１の予め定められた材料１８を電解質１６の流れに追加してワークピース１０の表面１２に結合し、保護層を残すステップを含む。
【０００６】
当該予め定められた距離は、所望の結果をもたらすのであれば如何なる距離であってもよい。この発明の具体的な実施例においては、予め定められた距離は、５００ミクロンまたは１２万ミクロンである。電解質１６の流速は、所望の結果をもたらすのであれば如何なる流速であってもよい。この発明の具体的な実施例においては、電解質１６は、毎秒６メートルで表面を流れ過ぎる。表面１２と電極１４との間に印加される電圧は、所望の結果をもたらすのであれば如何なる電圧であってもよい。この発明の具体的な実施例におい
ては、表面１２と電極１４との間に印加される電圧は、１平方ミリメートル当たり約０．４アンペアの電流密度を生成する。
【０００７】
例示的な第１の予め定められた材料１８は、分子集合によりワークピース１０の表面１０に結合する。ＥＣＭプロセスにより材料が剥がされて「新しい」表面１２が現われ、第１の予め定められた材料１８が新しい表面１２上の位置に反応し、端部上においてある角度をなして立っているかまたは表面上に平坦に横たわっている毛髪または剛毛のような分子の集合を構築する。第１の予め定められた材料１８は、表面１２の摩擦特性（tribological properties）を向上させる保護層を表面１２上に形成する。摩擦学は、相対的に運動する相互作用面の摩擦、潤滑および摩耗についてのメカニズムの分野である。摩擦学は、摩擦および摩耗を制限するよう部品の設計に対処する工学技術の分野である。摩擦特性を向上させると、この発明のＥＣＭプロセスの実行後の動作において表面１２が被る摩擦および摩耗が低下することとなる。
【０００８】
表面１２の摩擦特性を向上させる如何なる材料が電解質１６に追加されてもよい。この発明の具体的な実施例においては、予め定められた材料は、ステアリン酸ナトリウム、ゾニール（zonyl）ＦＳＰ、ゾニールＦＳＮ、ＴＰＳ３２  ＤＤＰおよびステアリン酸から選択される。ゾニールＦＳＰおよびゾニールＦＳＮはデュポン社（DuPont）から入手可能である。ＴＰＳ３２  ＤＤＰは、ジターシャリードデシルポリスルフィド（di-tertiary dodecyl polysulfide）であり、アトフィナ・ケミカルズ社（Atofina Chemicals Inc.）から入手可能である。この発明を実施するために、上述の材料に動作的に類似する如何なる材料が用いられてもよい。電解質１６に追加された場合に表面１２の摩擦特性を向上させるのであれば、その材料は、上述の材料に動作的に類似している。
【０００９】
この発明の具体的な実施例は、第２の予め定められた材料２０を電解質１６の流れに追加して、電解質１６における第１の予め定められた材料１８を乳化するステップを含み得る。図１に最もよく示されるように、電解質１６と第１の予め定められた材料１８と第２の予め定められた材料２０とが組合された流れ２２は、電極１４と表面１２との間を流れる。この発明を実施するのに如何なる乳化剤が用いられてもよい。乳化剤は、表面１２上の保護層の形成を向上させるよう、第１の予め定められた材料を考慮に入れて選択され得る。
【００１０】
図２は、具体的なプロセスの簡略化されたフロー図を示す。当該プロセスはステップ２４から始まる。ステップ２６において、表面１２および電極１４は、予め定められた距離を空けて配置されている。ステップ２８において、電解質１６の流れは、表面１２と電極１４との間で方向付けられる。ステップ３０において、第１の予め定められた材料１８が選択される。ステップ３０は、この発明の代替的な実施例においてはステップ２８より前に行なわれてもよい。ステップ３２において、選択された第１の予め定められた材料１８が電解質１６の流れに追加される。ステップ３２は、この発明の代替的な実施例においてはステップ２８より前に行なわれてもよい。ステップ３４において、乳化剤が電解質１６に追加される。ステップ３４は、この発明の代替的な実施例においてはステップ２８より前に行なわれてもよい。ステップ３６において、表面１２と電極１４との間に電圧を印加して、電流を生成し、ワークピース１０を機械加工する。当該プロセスはステップ３８で終了する。
【００１１】
以下の段落においてこの発明の具体的な実施例を説明する。
例１  ０．１％のステアリン酸ナトリウムと乳化剤とを含む８％ＮａＮＯ３の電解質が、互いから５００ミクロンの隙間を空けて配置されている表面と電極との間において方向付けられた。その後の摩耗試験により、１．１２×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。電解質で処理された表面の摩耗試験により、３．０５×１０-17ｍ3／
Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。
【００１２】
例２  ０．１％のゾニールＦＳＰを含む８％ＮａＮＯ３の電解質が、互いから１２００ミクロンの隙間を空けて配置されている表面と電極との間において方向付けられた。その後の摩耗試験により、２．３×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。電解質で処理された表面の摩耗試験により、３．０５×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。
【００１３】
例３  ０．１％のゾニールＦＳＮを含む８％ＮａＮＯ３の電解質が、互いから１２００ミクロンの隙間を空けて配置されている表面と電極との間において方向付けられた。その後の摩耗試験により、２．３×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。電解質で処理された表面の摩耗試験により、３．０５×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。
【００１４】
例４  ０．１％のＴＰＳ３２  ＤＤＰを含む８％ＮａＮＯ３の電解質が、互いから５００ミクロンの隙間を空けて配置されている表面と電極との間において方向付けられた。その後の摩耗試験により、２．５５×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。電解質で処理された表面の摩耗試験により、３．０５×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。
【００１５】
例５  ０．１％のステアリン酸を含む８％ＮａＮＯ３の電解質が、互いから５００ミクロンの隙間を空けて配置されている表面と電極との間において方向付けられた。その後の摩耗試験により、２．９×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。電解質で処理された表面の摩耗試験により、３．０５×１０-17ｍ3／Ｎｍの固有の平均摩耗率が明らかになった。
【００１６】
この発明の多くの変更例および変形例が上述の教示を考慮することにより可能となる。したがって、この発明が、添付の特許請求の範囲内で、特に規定のない限り実施可能であることが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の具体的な実施例を示す概略図である。
【図２】この発明の具体的な実施例を示す簡略化されたフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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