(57)【要約】  本発明のある局面では、加工電圧は、被加工物のアノードと工具のカソードとの間を流れる電解液の実質的な加水分解を開始することなく最大電流を維持するように選択される電解加工の方法および装置。本発明の別の局面では、特定の被加工物材料に関する低加工電位電圧（ＬＰＭＶ）および高加工電位電圧（ＨＭＰＶ）が特定され、ＬＭＰＶおよびＨＭＰＶにおける電圧または両者間の電圧を用いて被加工物を加工する。本発明のさらに別の局面では、最適に小さな（約ゼロ近くから約１０μの範囲）電極間ギャップ（ＩＥＧ）において、ＩＥＧを通して電解液を絶えず同時に引き入れ、かつ押し出しながら、ベータ絶縁層（ＢＩＬ）の直接的摂動を実施する。【選択図】図１
2013528127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性被加工物の電解加工方法において、
ａ）アノードを含む被加工物、カソードを含む工具、および電解液を設けるステップであって、加工が前記被加工物上にベータ絶縁層を形成する非ガス状イオン溶解副産物を生成する前記加工のプロセス中に、前記カソードは、前記被加工物と間隔を空けた関係で配置され、前記電解液が両者間を連続して流れるように方向付けられているステップと、
ｂ）前記被加工物およびカソード間に電圧を印加するステップであって、前記電圧は、前記電解液の実質的な加水分解を開始することなく最大化される前記被加工物および前記カソード間の電流を得るために選択されるステップと、
ｃ）前記カソードおよび／または前記被加工物の一方を用いて、前記ベータ絶縁層に摂動を与えて前記電解液を有する溶液中へと除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記被加工物および前記工具は、約０〜１０．０μｍの距離だけ間隔を空け、前記間隔は、前記加工プロセス中、実質的に一定に維持されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記被加工物および前記工具は、約０〜約７．０μｍの距離だけ間隔を空け、前記間隔は、前記加工プロセス中、実質的に一定に維持されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記被加工物および前記工具は、約０〜約５．０μｍの距離だけ間隔を空け、前記間隔は、前記加工プロセス中、実質的に一定に維持されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記被加工物および前記工具は、約０〜約１．０μｍの距離だけ間隔を空け、前記間隔は、前記加工プロセス中、実質的に一定に維持されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記工具を移動させることによって、前記ベータ絶縁層に摂動を与えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、約０．１〜約８０メートル／秒（以下ＭＰＳ）の速度で前記工具を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、約０．１〜約４０メートル／秒（以下ＭＰＳ）の速度で前記工具を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、約０．１〜約２０ＭＰＳの速度で前記工具を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法において、約０．１〜約１ＭＰＳの速度で前記工具を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記被加工物を移動させることによって、前記ベータ絶縁層に摂動を与えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、約０．１〜約８０ＭＰＳの速度で前記被加工物を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、約０．１〜約４０ＭＰＳの速度で前記被加工物を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、約０．１〜約２０ＭＰＳの速度で前記被加工物を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、約０．１〜約１ＭＰＳの速度で前記被加工物を移動させることによって、前記ＢＩＬに摂動を与えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記被加工物の線形抵抗を低下させるために、前記被加工物にフュージティブ電極を塗布することをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記線形抵抗は、約１０〜１００オームの範囲に低減されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、加工が行われない前記被加工物の領域に電気保護層を塗布するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
導電性被加工物の電解加工を、間隔を空け、前記被加工物との間に電極間ギャップ（ＩＥＧ）を規定する工具と、前記ＩＥＧを通るように方向付けられた電解液とを用いて行う方法において、前記加工は、前記被加工物上にベータ絶縁層を形成する非ガス状イオン溶解副産物を生成し、前記方法は、
ａ）実質的に０ボルトから開始して、前記被加工物および工具間に徐々に増加する電圧を印加するステップと、
ｂ）前記被加工物および工具間に発生する電流を監視するステップと、
ｃ）電流の発生を感知すると、前記電圧の第１の値を観測し、前記第１の値は、低加工電位電圧（ＬＭＰＶ）を規定するステップと、
ｄ）連続的に前記電圧を徐々に増加させながら、前記電流の低下を感知した際に前記電圧の第２の値を観測し、前記第２の値は、前記電流低下の開始の直前に生じ、前記第２の値は、高加工電位電圧（ＨＭＰＶ）を規定するステップと、
ｅ）前記ＬＭＰＶおよびＨＭＰＶ間に維持される電圧を用いて、前記被加工物を電解加工するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記加工プロセス中に、前記被加工物の表面積の増大に応じて、前記電圧を低下させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、前記加工プロセス中に、前記工具または被加工物を移動させることによって前記ベータ絶縁層に摂動を与えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、被加工物表面積の増大に応じて、工具の動作速度を増加させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法において、前記ＩＥＧを約０〜１０μｍの範囲に維持するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
導電性被加工物の電解加工方法において、
ａ）アノードを含む被加工物、カソードを含む工具、および電解液を設けるステップであって、加工が前記被加工物上にベータ絶縁層を形成する非ガス状イオン溶解副産物を生成する前記加工のプロセス中に、前記カソードは、前記被加工物と間隔を空けた関係で配置され、それによって、電極間ギャップ（ＩＥＧ）が規定され、前記電解液が両者間を連続して流れるように方向付けられているステップと、
ｂ）前記被加工物およびカソード間に電圧を印加するステップと、
ｃ）前記カソードおよび／または前記被加工物の一方を移動させることによって、前記電解液を有する溶液中へと前記ベータ絶縁層に摂動を与えて除去するステップであって、前記摂動により、同時に、前記電解液が約０〜１０μｍの範囲に維持されるＩＥＧ内へと押し入れられ、かつ前記ＩＥＧの外へと引き出されるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、被加工物の電解加工（本明細書において「ＥＣＭ」と称する場合もある）に関し、特に、電解加工技術の現状に対して著しい向上を示す、被加工物の電解加工を行うための新規の方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性被加工物の電解加工は、周知のものであり、加工が行われる導電性被加工物（アノード）と、被加工物に対して非接触の間隔を空けた関係で配置される工具（カソード）と、工具と被加工物との間を流れる例えばＨ２Ｏ中のＮａＣＩ等の導電性流体を含む電解液とを含む。アノードおよびカソード間の距離または間隔は、電極間ギャップまたは「ＩＥＧ」と呼ばれる。被加工物およびカソード間に電圧が印加され、そこで、電解液を通して被加工物およびカソード間に電気回路が確立される。カソードが被加工物に向かって継続的に前進する状態で、イオンがＩＥＧを横断すると、原子および分子が被加工物を離れ、イオンおよび分子として電解液に入り、ＩＥＧを通って流れるので、導電性材料（以下、「材料」）は、被加工物から除去される。被加工物のターゲット領域からの原子および分子の除去は、被加工物を所望の形状に「加工する」ものである。従って、ＥＣＭプロセスは、電解槽によって材料が被加工物に加えられる電気化学めっきの逆であると考えることができる。
【０００３】
被加工物材料から分離された原子および分子（それらの酸化物を含む）に加えて、ＥＣＭプロセス中に形成されたさらなる粒子がＩＥＧに堆積し、「溶解副産物」と総称される。ＥＣＭ中に生成される正確な副産物は、特定の適用において使用される被加工物材料および電解液の種類によって異なるが、このような溶解副産物の例には、電解液中の水の加水分解によって形成される水素および酸素の気泡、水酸分子、および他の分子および原子を有する金属粒子の様々な化学量論的相が含まれる。ＩＥＧにおけるこれらの溶解副産物の堆積および効果の上がらない除去は、例えば、速度、コスト、表面仕上げ、寸法公差を含むＥＣＭプロセスの多分野に悪影響を及ぼす。スパークまたは溶解副産物による障害と誤解されることが多いＩＥＧにおけるガス発生の結果、表面仕上げの質が悪くなり、寸法精度が低下する。二次的に、非ガス状イオン溶解副産物により、ＥＣＭプロセスの全ての局面を阻害する、被加工物にすぐ隣接した電気絶縁層（本明細書において本発明者によって特定および定義される完全に特性化された形式で、本明細書においてベータ絶縁層または「ＢＩＬ」と称する）が生じる。ＥＣＭプロセスは実用化されて何年も経っているが、先行技術では、ガス発生によって生じる悪影響の多くを克服できず、少なくとも部分的にＢＩＬの正確な組成および流体力学、並びに、ＥＣＭプロセス中の被加工物、ＩＥＧ、工具、およびＢＩＬ間の相互作用の認識の失敗によるものと考えられる、ＢＩＬを完全に理解することの重要性の認識に失敗してきた。ＩＥＧにおいてガスの生成およびＢＩＬの電気絶縁効果を完全に取り除くことは不可能であるが、ＥＣＭプロセス中にＩＥＧにおけるガス生成およびＢＩＬの指示された除去をより効果的に制御する向上したＥＣＭプロセスおよび装置の必要性がある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、ＩＥＧにおけるガス生成を制御し、ＢＩＬの組成および本発明のＥＣＭプロセス中の関連の流体力学の完全な特性化および定義を行い、その際、上記の先行技術のＥＣＭプロセスを悩ませた問題点に上手く対処している。
【０００５】
ＥＣＭでは、被加工物の加工速度の向上が望ましいが、先行技術では、一般的に、より高い電流をより高い加工速度に関連付けたが、高電流が電解液の望ましくない高い加水分解速度も生じさせることを理解または認識していなかった。高い加水分解速度は、アノード被加工物から発生するＯおよびＯ２分子と、カソード工具から発生するＨおよびＨ２とを含む過量の気泡形成につながる。これらの気泡は、電気絶縁効果を有するアノードおよびカソード間の電気接触を妨げる。また、加工中にＢＩＬが継続的に被加工物から除去されていない場合には、ＢＩＬは、ＩＥＧに堆積し、気泡が最終的に堆積したＢＩＬ中を押し進み、これにより、ＢＩＬ中に一時的空洞が生じ、これにより、今度は、被加工物に対して一時的かつ無制御の明確な電流路が生じる。空洞は、被加工物表面にすぐ隣接するＢＩＬ中のどこにでも生じ得るので、この現象により、被加工物表面における穴、並びに加工地点の周辺境界において不明瞭な端部が生じる。堆積したＢＩＬ中を押し進む気泡により生じる表面の穴および質の悪い表面端部のこの現象は、先行技術ではこれまで認識されておらず、従って、これまで十分に対処されていなかった。
【０００６】
本発明は、ある方法では、印加電圧の適切な選択および制御によって電解液の加水分解およびその結果生じる気泡の形成を最小限に抑えることにより、上記の問題に対処する。本発明は、別の方法では、約０（限りなく近いが到達はしない）〜約１０ミクロンの範囲であり得る最適に維持された非常に小さなＩＥＧにおいて工具を用いたＢＩＬの直接的摂動（本明細書において、「摂動」または「機械的摂動」とも称する）により、ＢＩＬを絶えず均一に除去することによって上記の問題に対処する。以下により完全に説明するように、本明細書において、本発明者は、約０〜約１０ミクロンのこの範囲内で被加工物に隣接して形成するものとしてＢＩＬを測定した。ＢＩＬは、累積的に０〜１ミクロンと測定される、ヘルムホルツ（あるいは、二重層または電気二重層と称される）およびグイ・チャップマン・シュテルン（遮蔽および隣接する拡散層を含む）モデル、並びに、移動性流体をアノードおよび／またはカソードの表面に付着した流体から分離する滑性面として説明される慣例によって表される層を封入する。層モデルは、包括的に、電極表面付近のイオンおよび電荷の分布を表し、これによって、正味電荷が電極表面付近で最も高く、イオン分布が均質となるまで電極表面にすぐ隣接した界面領域から離れるにつれてイオン濃度が減少する、電荷の拡散層が電解液中に形成される。
【０００７】
より具体的には、本発明の一実施形態では、本発明のＥＣＭ方法は、被加工物の加工を行う最適ＥＣＭ動作電圧および電流を決定するステップを含む。ある特定の種類の被加工物材料に関する最適最大電圧は、選択電解液を含むＥＣＭシステムにおいて使用される条件を反映した１組の条件下で、加工が行われる被加工物材料および本発明のＥＣＭシステムで使用されるカソード材料を含むカソード間で引き起こされるポテンショスタットボルタンメトリー曲線を用いて特定することができる。最適最大電圧は、電圧をゼロまたはゼロに近いボルト数から徐々に増加させながら電流を能動的に監視することによって特定される。電圧が増加すると、電流が監視され、電流が急激に増加し始める地点により、この特定の被加工物に関して実際の材料の溶解が始まる低加工電位電圧（ＬＭＰＶ）が規定される。その後電圧は、電解液の過剰な加水分解を起こすことなく被加工物に対する本発明のＥＣＭプロセス中に用いられるべき高加工電位電圧（ＨＭＰＶ）を規定する電流増加率の低下が検出されるまで、連続的に増加される。従って、被加工物の加工に用いられるＬＭＰＶ（概算の最低許容電圧）およびＨＭＰＶ（概算の最大許容電圧）を共に決定する。最大加工速度を達成するためにはＨＭＰＶを用いることが好ましいが、ＬＭＰＶおよびＨＭＰＶ間のいずれの電圧も適している。万一それより高い電圧が使用される場合には、その結果生じる電流増加は、電解液の加水分解に充てられ、従って、寸法公差がさらに悪化する。
【０００８】
高電流であるほど加工速度が高いと信じられていた先行技術では、本明細書で特定された最適電圧および電流より高い電圧および電流を用いてきた。先行技術では、得られた加工表面に問題があると、スパークまたは溶解副産物による障害によるものと考える。この問題に応えて、より高い電流が、加工ではなく、より多くのガスの生成に向けられることを認識していなかったことにより、先行技術では、様々な手段（例えば、圧縮波を用いてＩＥＧを流れる電解液にパルスを与える、または被加工物に対して工具を振動させることにより、最大のＩＥＧ間隔期間中に電流の同相パルシングの有無にかかわらずＩＥＧ間隔の振動増加を可能にする）によって行われる溶解副産物の除去により一層の努力をしながら、高電圧および電流の維持に努めることにより対処している。この例では、先行技術は、実際に、加工電流を間欠的にオフにすると同時に、強制的に堆積した副産物を除去するためにＩＥＧ間隔を増大させている。先行技術の米国特許第６，８３５，２９９号明細書の例では、振動工具は、被加工物に対して前後の動きを行い、これにより、ＩＥＧ間隔が交互に増大および減少し、ＩＥＧの一時的増加の期間中は、電流の同時パルスオフモード状態である。この特許によれば、加工電流がオフ状態のＩＥＧ間隔のこの増大は、堆積した副産物の除去の試みであり、これは、言うまでもなく、加工プロセスを一時的に止めることにもなり、それによって、加工速度および寸法精度の一貫性に悪影響がある。
【０００９】
本発明の別の局面では、本明細書において絶縁層の組成を完全に特徴付け、ベータ絶縁層（ＢＩＬ）と名付けることにより、ＩＥＧにおけるその形成および堆積に対して正確な制御が可能となる。本発明のある実施形態では、本発明のＥＣＭ方法は、約０〜約１０ミクロンの範囲であり得る最適に維持された非常に小さなＩＥＧにおいて、工具を用いてＢＩＬの絶え間ない直接的な摂動によってＢＩＬを絶えず均一に除去する。その結果は、先行技術のＥＣＭ方法を用いては従来達成できなかった、非常に滑らかな加工表面（±０．２マイクロインチ）を持つ高速の加工速度である。工具は、絶えず同時に、電解液をＩＥＧ内に引き入れ、かつＩＥＧの外に押し出すように構成することができ、ＢＩＬの絶え間ない摂動と共にこれによって、本発明においてＢＩＬが絶えず除去される結果となり、これにより、先行技術では堆積副産物を一掃する概ね効果のない試みの合間に少なくとも一時的に堆積することが許された溶解副産物の無制御の堆積によって引き起こされる加工の悪影響が防止される。
【００１０】
上記で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明は、図面に示され、以下により詳細に説明される実施形態例から得られる。これを参照することにより、上記の特徴並びにこれより明らかとなる他の特徴がどのように得られるかが分かり、詳細に理解することができる。しかしながら、図面は、本発明の典型的で好適な実施形態を示しているにすぎず、本発明は他の同等に効果的な実施形態を許容できるので、その範囲を限定するものと見なされるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による本発明のＥＣＭシステムの概略図である。
【図２】図２ａは、ＥＣＭプロセスの準備段階を経る被加工物例の単純化側面図である。図２ｂは、ＥＣＭプロセスの準備段階を経る被加工物例の単純化側面図である。図２ｃは、ＥＣＭプロセスの準備段階を経る被加工物例の単純化側面図である。図２ｄは、ＥＣＭプロセスの準備段階を経る被加工物例の単純化側面図である。図２ｅは、ＥＣＭプロセスの準備段階を経る被加工物例の単純化側面図である。図２ｆは、ＥＣＭプロセスの準備段階を経る被加工物例の単純化側面図である。
【図３】図３は、単一のスイープの半分のみが表示されている典型的なポテンショスタットボルタンメトリー曲線のグラフである。
【図４】図４は、安定した等方性溶解状態への移行を示す第１の曲線（Ｌ１）と、本発明によるＢＩＬの摂動効果を示す第２の曲線（Ｌ２）とを有する、ＢＩＬの急速形成を示す時間対電流グラフである。
【図５ａ】図５ａは、被加工物の加工端部に近接する工具ホイールの一実施形態の単純化側面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの線５ｂ−５ｂに概ね沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の基本的な異方性加工の化学作用の図表示である。
【図７】図７は、本発明に従って上手く加工された表面の顕微鏡写真である。
【図８】図８は、本明細書において提供される実施例の電流対時間グラフである。
【図９】図９は、ＬＭＰＶおよびＨＭＰＶを決定するためのポテンショスタット設定の図表示である。
【図１０】図１０は、ＢＩＬの非摂動勾配の図表示である。
【図１１】図１１は、走査電子顕微鏡を用いて上手く加工された被加工物表面上で得られた表面測定の顕微鏡写真である。
【図１２】図１２ａは、表面積によって変化する好ましい動作電圧（ＰＯＶ）を示すグラフである。図１２ｂは、被加工物の表面積が増大するにつれて、単一の未調整の動作電圧で、ＩＥＧにおいてガス発生の総合的な増加が存在することを示す単純化グラフである。
【図１３】図１３は、摂動カソード工具の好ましい摂動速度（ＰＰＳ）および／または表面積の異なるアノード被加工物を示すグラフである。
【図１４】図１４は、被加工物ホルダの代替実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の上記の特徴、利点、および目的を達成する方法が詳細に理解できるように、上記で簡潔に要約した本発明のより詳しい説明は、添付の図面に示されるその実施形態を参照することによって得られる。全ての図面において、同一の番号は、同一要素を表す。
【００１３】
図１は、参照符号１０で通常示される本発明の可能な一実施形態による本発明のＥＣＭシステムを示す。この実施形態では、工具１２は、他の工具構成も可能であることは分かっているが、変速モータ１４を介してそのスピンドル軸ｘ−ｘの周りを回転可能な鋳鉄ホイールの形態で提供される。加工が行われる導電性被加工物１６は、例えば真鍮等の導電性材料から形成されたホルダ１８内に取り付けられる。図１４を参照する下記の別の実施形態では、ホルダ１８は、アクリル等の電気絶縁材料から作られ、被加工物１６を被加工物ホルダ１８に接続させる導電性ポリマー等の中間材料を用いて被加工物１６に正電荷を運ぶ銅線等の内部導電体を備えていてもよい。被加工物ホルダ１８自体は、Ｘ調整ノブ２６およびＹ調整ノブ２８を有するＸＹモーションコントローラ２４上に取り付けられる電気絶縁板２２上に取り付けられる導電性ホルダ２０（例えば、ステンレス鋼）に取り付けられる。手動の調整ノブが図示されているが、所望であれば、ＸＹ移動（かつ所望であればＺ軸に沿う）は、コンピュータ制御されてもよい。別の実施形態（図１４）では、ホルダ１８は、アクリル等の電気絶縁材料から作られ、ネジ等の機械的／電気的接続２１を介して被加工物１６をホルダ２０に接続させる導電性ポリマー等の中間材料１９を用いて被加工物１６に正電荷を運ぶ銅線等の内部導電体１７を備えていてもよい。
【００１４】
選択された被加工物材料に基づいて、アノードおよびカソード間の設定電圧によって定められる電流を伝導させる目的で、電解液３１を選択する。本発明では、この電解液は、例えば、無機または有機電解液または溶融塩の形態を取り得る。電解液排出管３０は、選択された電解液３１を電極間ギャップ（ＩＥＧ）３２に届けるために設けられる。電解液３１は、管３４を介してポンプ３６およびフローダンプナー（ｆｌｏｗ  ｄａｍｐｅｎｅｒ）３８に電解液を届けることにより排出管３０に到達する電解液量の計量を可能にするリザーバタンク３３から、排出管３０へと届けられる。電解液は、回収された電解液が管４２を介してリザーバ３３へと戻されるサンプ４０で回収される。
【００１５】
１１０ＶＡＣのプラグ４６から電力を受け取る０〜５０ＶＤＣの変動出力を有するＶＡＣ−ＶＤＣ変換器の形態でもよい電源４４が設けられる。ＤＣ正端子４８は、回路線５０を介してホルダ２０へとつながり、これは、正電荷を被加工物１６へと届け、従って被加工物１６は、ＥＣＭシステムにおける正のアノードを含み、工具１２は、モータ１４の接地への接続を介して負のカソードを含む。ＩＲデータロガー出力を有するデジタルＤＣ電流計５２（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能）は、回路線５０に接続されることにより、０．１ｍＡレベルの電流電荷を最大１００ｍＡおよび最小０ｍＡで表示可能な動作中のＥＣＭシステムの時間／電流グラフを表示する出力スクリーン５４を介した、被加工物１６へと届けられた電流のリアルタイム監視が可能となる。電圧出力も同様に電源４４に接続されたデジタルボルト計５６上で監視される。
【００１６】
図２ａ〜２ｄは、ＥＣＭシステムで加工を行うための例示的被加工物１６の準備を示す。この実施形態では、被加工物は、その開示内容全体が本明細書において援用される共有の米国特許第６，６１６，８９０号明細書の発明対象であるアルミニウムドープされた炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の導電性材料から作られる。もちろん、全ての金属、合金、およびそれらの複合材料を含むが、必ずしもそれらに限定されない任意の導電性材料の加工に本発明を用いることができることを理解されたい。この例では、被加工物１６はまず、外科用ブレードへの加工を意図した高アスペクト比を持つ長方形のブランクに成形される。ＳｉＣは、非常に耐食性および耐久性があることで知られており、従って、上記の外科用ブレード等のこれらの特性の恩恵を受ける部品を製造するための材料として望ましい。しかしながら、高速かつ正確に加工を行うことが非常に難しいことでも知られており、この理由のために選択材料として用いられることがあまりない。
【００１７】
第６，６１６，８９０号の特許は、ＳｉＣがアルミニウムまたはアルミナでドープされることにより、均質的に導電性となり、本発明のＥＣＭプロセスを用いた加工が可能となる方法を記載している。アルミニウムドープされたＳｉＣは、実際に導電性であるが、本発明者は、被加工物の電気抵抗がアスペクト比の増加に伴って増加し、その結果、加工前に本明細書において「フュージティブ電極」（“ｆｕｇｉｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ”）と称するものを塗布することによって、電解加工結果をさらに最適化することができることを発見した。本明細書の被加工物１６の例は、後に説明されるようなフュージティブ電極６０を含むが、他に選択された被加工物は、それらの材料組成および／または形状による十分な導電率を有し、フュージティブ電極を必要としない場合があることを理解されたい。
【００１８】
図２ａでは、この例ではブレードに加工することを意図した被加工物１６の端部１６ａは、これに塗布された第１の除去可能コーティング５８を有する。第１のコーティング５８は、図２ｂ〜２ｄに見られるフュージティブ電極６０の塗布を行う間に、端部１６ａを保護する任意の適切な材料から形成することができる。第１のコーティング５８に適した材料には、例えば、シリコーン、ウレタン、またはシアノアクリレート等のポリマーが含まれるが、必ずしもそれらに限定されることはない。第１のコーティング５８が端部１６ａに塗布されると、図２ｂに見られるように、被加工物１６のコーティングされていない部分にフュージティブ電極６０が塗布される。フュージティブ電極は、例えばニッケルめっきプロセスにおけるニッケル等の任意の導電性コーティング材料を用いて塗布することができる。図２ｃでは、加工端部１６ａの反対側の被加工物端部１６ｂは、例えば真鍮から形成することができる適切な導電性ホルダ１８内に取り付けられる。次に、少なくとも本発明のＥＣＭプロセスによる加工を意図していない領域を覆い、保護するために、例えばワックスまたはシリコーン等の第２の除去可能コーティング６２を被加工物に塗布する。
【００１９】
図２ｄでは、被加工物１６は、第１のコーティング５８、フュージティブ電極６０、ホルダ１８、および第２のコーティング６２によって完全に覆われて見える。図２ｅは、回転ホイール１２（および必要であれば適切な潤滑剤５９）を用いて被加工物端部１６ａが露出するように、コーティング５８および６０を研磨により除去するステップを示している（但し、端部１６ａにおいてコーティングを除去する任意の適切な方法を用いることもできることは理解されたい）。最後に、図２ｆは、本明細書に記載される本発明のＥＣＭプロセスを用いて加工される被加工物端部１６ａを露出させるためのコーティング５８および６０の除去後の加工準備が整った被加工物１６を示している。次に、被加工物１６は、真鍮ホルダ１８をステンレス鋼ホルダ２０内に挿入することによって、本発明のＥＣＭシステム１０に移される。真鍮ホルダ１８は、外科用ブレードの意図された鋭いエッジを形成するための被加工物端部上に加工される所望の角度を反映した角度で、工具１２の平側面１２ａの近くに被加工物１６を位置決めする（図１を参照）。電源４４が作動すると、正電圧の印加により、ＤＣ電流は、線５０に沿ってホルダ２０へと伝達され、これは、真鍮ホルダ１８を通って伝導し、被加工物端部１６ｂおよびフュージティブ電極６０に到達する。図２ｆに見られるように、フュージティブ電極６０は、この例ではブレードに加工される端部である端部１６ａ付近の地点まで被加工物１６の長さを伸びている。加工が意図されていない被加工物１６の領域の保護、並びに、フュージティブ電極６０の遠位端６０ａの保護を行うために、少量の第１のコーティング５８が端部１６ａの周囲に残存する。フュージティブ電極６０の助けにより、正電圧が印加され、その結果、電流が回路において被加工物１６を通って被加工物端部１６ａまで流れ、その結果、これが本発明のＥＣＭシステムにおけるアノードを形成する。
【００２０】
上記のように、本発明のＥＣＭシステムは、材料の種類および特性に応じて異なる、被加工物を加工するための最適な本発明のＥＣＭ動作電圧および電流を算出するステップを含む。これは、参照電極が好ましくは飽和カロメル電極である図９に示すような実験によって行うことができる。
【００２１】
ある特定の種類の被加工物材料に関するＬＭＰＶ（Ｌｏｗ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ｖｏｌｔａｇｅ（低加工電位電圧））およびＨＭＰＶ（Ｈｉｇｈ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ｖｏｌｔａｇｅ（高加工電位電圧））は、電圧がゼロまたはゼロに近いボルト数から徐々に増加する間の電流を能動的に監視することにより、図９のポテンショスタットシステムにおいて被加工物を使用して特定することができる。図３は、図９の装置設定を用いた、材料がはっきりと溶解し始めるおおよそ２ＶＤＣのＤＣ電圧（ＬＭＰＶ）を点「Ａ」が表す典型的なポテンショスタットボルタンメトリー曲線（単一のスイープの半分のみが表示されている）を示している。点「Ａ」は、電圧がゆっくりと増加している時に、電流が急激に増加し始める曲線の点で特定される。約２．８ＶＤＣと読み取れる点「Ｃ」は、加水分解および関連のガス生成が最小である、被加工物の溶解が最適に高い速度であるＨＭＰＶ点を指定する。点「Ｃ」は、曲線が横ばい状態（すなわち、変化率の減少）となり始める時に特定される。好ましい動作電圧（ＰＯＶ）（図１２ａ）は、ＨＭＰＶおよびＬＭＰＶの一方または両者間のどこかの点であり、この点では、被加工物材料の溶解は、電解液および被加工領域のアスペクト比に関して効率的に最大である。上記のように、本明細書に記載する実施形態の被加工物１６は、高アスペクト比の部品である。低アスペクト比の被加工面（加工場所におけるより大きな表面積を意味する）は、以下にさらに説明を行う（図１２ｂ）高アスペクト比の被加工面と比較して、プロセスによって発生するガスによる妨害に対してより弱い。結果的に、表面積が大きくなるにつれてＩＥＧにおいて発生するガスの合計量の増加を補償するために、ＰＯＶは、表面積の増加に伴って低下する。ＰＯＶへの減少は、表面積と直接相関されず、電流および出力パラメータの注意深い監視を必要とする。ＰＯＶへの調整は、ガスの発生を制御し、ガスのエントロピーが加工プロセスを妨害することを防ぐために必要である。ＰＯＶが適宜に調整されなければ、ＩＥＧにおいて発生するガスの総量（これは、表面積が増大するにつれて増加する）は、ガスエントロピー効果（図１２ｂ）をもたらす。
【００２２】
図１３に示すように、本実施形態では変速モータ１４がホイール１２を回転させる選択速度もまた、被加工物の表面積に左右される。好ましい摂動速度（ＰＰＳ）、または工具１２が直接ＢＩＬに摂動を与える理想の速度は、同時に新たな電解液を狭いＩＥＧ内に導入しながら、ガス状および非ガス状の全ての溶解副産物を効率的かつ効果的に除去するためには、より大きな表面積を補償するために増加される必要がある。図１２ｂに示すように、ＩＥＧにおいて発生するガスの総量は、表面積の増大に伴って増加する。成長する、および／またはより大きな表面積を加工する際にＰＰＳが増加しなければ、無制御の成長するＢＩＬおよび過剰な加水分解によって、ＩＥＧは抑制されることとなる。この過剰な加水分解により、ＩＥＧにおいて過剰なガスが発生し、その結果、ガスエントロピー効果が生じる（以下にさらに説明する）。ＰＰＳへの調整は、ガスの発生を制御するため、およびガスエントロピーが加工プロセスを妨害し、それによって、被加工物の表面に穴を開ける無制御の空洞がＢＩＬに形成されることを防止するために必要である。さらに、より小さな表面積を加工する際には、ＰＰＳが高すぎると、電解液中でキャビテーションを生じさせるリスクがプロセスにはあり、これは、被加工物の表面上の加工ターゲット場所からＢＩＬを引き離し、ＢＩＬが以前に存在した場所に真空を生じさせる。従って、加工電流フローは、この領域で止まる。ＰＰＳへの増加は、表面積と直接相関されず、電流および出力パラメータの注意深い監視を必要とする。
【００２３】
図３を再び参照して、線「Ｂ」によって示される点「Ａ」および「Ｃ」間の範囲は、ボルタンメトリー曲線を得るために使用される特定の被加工物の電圧許容範囲を表す。この文脈では、点Ａを越える電圧が高くなるにつれ、被加工物が高溶解となり、特定の被加工面およびアスペクト比に関する上記の機械的抑制ガスが高生成となる。この個々のボルタンメトリー曲線は、特定の被加工物材料と、電解液の選択およびその電解液材料の濃度と、システムに印加される電圧範囲との関数である。従って、この曲線は、全ての電解液、導電性被加工物、および電圧範囲に関するＬＭＰＶおよびＨＭＰＶ加工変曲点の規定に広く適用可能である。
【００２４】
従って、電圧が増加する間、電流を監視し、電流が急激に増加し始める点「Ａ」は、この特定の被加工物および対応する所定の１組の加工条件に関して、材料溶解の実際の開始が生じる電圧（ＬＭＰＶ）を規定する。次に、電解液の過剰な加水分解を開始することなく、被加工物に対する本発明のＥＣＭプロセス中に用いられるべき最大電圧（ＨＭＰＶ）を規定する点「Ｃ」において電流増加率の低下が検出されるまで、電圧を継続的に増加する。従って、この方法を用いることによって、被加工物の加工に用いられる概算の最低許容電圧（ＬＭＰＶ）および概算の最大許容電圧（ＨＭＰＶ）が共に決定される。最大加工速度を達成するためには、概算の最大許容電圧（ＨＭＰＶ）を用いることが好ましいが、溶解電圧の始まりとＨＭＰＶとの間のいずれの電圧も適している。より大きな表面積の加工場所の場合には、ガスの発生は、線「Ｂ」によって示される範囲の下端付近のＰＯＶで本発明のＥＣＭシステムを動作させることによって制限することができる（図１２ａも参照）。万一ＨＭＰＶより高い電圧が使用される場合は、その結果生じる電流増加は、被加工物を効率的に加工することではなく、電解液の加水分解に充てられ、これは、加工速度を効率的に高めるのではなく、それを抑制することにのみ作用し、従って、ガス穴による損傷の発生により、望ましくない。
【００２５】
ＨＭＰＶの決定が済むと、アノード被加工物１６およびカソード工具１２に接続された負電極に接続される開始電圧としてＨＭＶＰを用いて本発明のＥＣＭシステムを開始することができる。被加工物１６を、少なくとも約５０ミクロンの第１の距離にある工具１２の平側面１２ａ付近に移動させる。システム１０における全ての電源をオンにし、電解液を管３０から外へ向かわせる。次に、オペレータは、ＩＥＧ３２を規定する工具面１２ａから約０〜約１０ミクロンのＢＩＬ領域内へと、被加工物１６を工具面１２ａに向けて前進させる。スクリーン５４の単純化したグラフ出力である図４に見られるように、観測される第１の曲線は、点「Ｅ」（電源を入れてから最初の約１００ミリ秒以内）において最初のピークを有し、上記のＢＩＬの初期形成を表す曲線「Ｌ１」である。その後、電流ピークは、急激に低下し、約３ｍＡの均衡状態電流「Ｄ」レベルへと横ばい状態となる。これは、上記で説明したように加工プロセスから被加工物を電気的に絶縁するＢＩＬの形成によるものである。
【００２６】
被加工物の加工を開始するためには、工具１２の１０ミクロン以下以内に被加工物１６を移動させ、約０〜約１０ミクロンの間にＩＥＧを設定する。約０〜１０ミクロン間に維持されるＩＥＧの範囲により、均一で絶え間ない、被加工物にすぐ隣接したＢＩＬの明確なターゲット領域の制御された直接的摂動が可能となる（本発明者によって定義され、以下にさらに説明を行う本明細書において被加工物の「異方性加工」と呼ばれる）。直接的摂動工具および／または約１０ミクロンを超えるＩＥＧを使用しない加工は、望ましくない、ＥＣＭ先行技術の多くの発明対象である被加工物の「等方性加工」をもたらす。
【００２７】
図５ａおよび５ｂに見られるように、加工端部１６ａは、工具１２の回転する平側面１２ａに対向する。そのため、工具面１２ａは、絶えず均一に被加工物端部１６ａの側を通過し、これは、絶えず同時に電解液３１をＩＥＧ３２の内部へと引き入れ、かつＩＥＧ３２の外へと押し出すように作用する。絶えず同時に電解液をＩＥＧ３２の内部へと引き入れ、かつＩＥＧ３２の外へと押し出すことに加えて、動作中の工具面１２ａは、絶えず均一にＢＩＬに摂動を与えるようにも作用し、これによって、ＢＩＬは、電解液３１と共に除去され、ＩＥＧ３２から一掃される。以下により詳細に説明するように、ＢＩＬは、本発明のＥＣＭプロセス中に絶えず均一に形成および再形成されており、動作中の工具１２によるＢＩＬの直接的な機械的摂動により、ＢＩＬの形成および再形成とほぼ同じ速さで継続的にＢＩＬを除去し、それによって、先行技術で悩まされた問題であるＩＥＧにおける被加工物にすぐ隣接したＢＩＬの堆積が防止される。従って、狭いＩＥＧを通る電解液の絶え間ない強制的フラッシングと共に行われるこのＢＩＬの絶え間ない直接的な機械的摂動により、特に、ＢＩＬの一掃、ガスの除去、およびＩＥＧへの新鮮な電解液の供給を行うように作用する好ましい摂動速度（ＰＰＳ）（図１３）と、上記で説明したように加水分解による過剰なガス発生を抑制するように作用するＨＭＰＶに最初に設定される好ましい動作電圧（ＰＯＶ）（図１２ａ）とを伴った場合に、本明細書に記載されるような本発明が提供する最適な加工結果がもたらされる。
【００２８】
図６は、直接的な機械的摂動（力ベクトルとして示される）によるＢＩＬの機械的除去によってより速度の増したプロセス中のＳｉＣ被加工物の電解加工を示している。ＳｉＯ２の表面コーティングは、部分的に除去されて図示されており、この簡易化した概観では、ガスの化学作用は、ＣＯおよびＣＯ２形態の炭素が除去されて図示されている。各Ｓｉ原子は、中性ＳｉＯＨ相として除去され、被加工物表面にすぐ隣接して形成されるＢＩＬの一部となる。これと同じプロセスの説明が全ての導電性金属、半導体、およびレジスタに適用可能である。金属の場合、個々の金属原子は、図６のＳｉに取って代わる。炭素、窒化物、金属酸化物等の処理金属中の金属介在物は、上記と同じまたは類似の方法で除去される。
【００２９】
本発明のこの実施形態では、材料除去の階層は以下の通りである。
１．電解液溶液中でアノードおよびカソードに電圧を印加することにより、ＨおよびＯＨ−へのＨ２Ｏの分解を増加させ、Ｈ分子は、カソード表面においてガスとしてＩＥＧを離れる（図６。ステップ＃１）。
【００３０】
２．ステップ１で生じたＯＨ−イオンは、ＳｉＣアノードへとアニオンとして移動し（図６。ステップ＃２）、そこで、ＳｉＣ被加工物の表面上に形成されたＳｉＯ２原層からＳｉ原子を除去し（図６。ステップ＃３）、ＳｉＯＨ分子を形成し（図６。ステップ＃４−Ａ）、Ｏ２分子を利用可能にする。電解液の溶液中のＳｉＯＨ分子は、ＩＥＧを構成する電解液中で、被加工物にすぐ隣接してＢＩＬを形成する。摂動を受けなければ、このＢＩＬは、アノード表面から離れるにつれて減少する中性分子の密度分布から成る分子勾配として、被加工物にすぐ隣接して成長し続ける（図１０）。ＩＥＧからＢＩＬを構成するこれらの分子を除去するために、先行技術では、電解液のフラッシング動作に依存している。しかしながら、ＢＩＬを構成する分子（アノード表面にすぐ隣接した分子）の最も密度の高い分布は、本明細書においてさらに詳述される下層のＳｉＣをより効果的に露出させて、より速く被加工物からＳｉ材料を除去するために、本発明のＥＣＭシステムに示すＢＩＬの直接的摂動を必要とする。
【００３１】
３．ステップ２からのＯ２は、（ａ）抜け出して、Ｏ２分子としてアノード表面から離れる、（ｂ）自由Ｓｉ分子に結合し、ＳｉＯ２層に再結合する、または（ｃ）ステップ５と同様にＣＯ分子を除去するかのいずれかである。
【００３２】
４．ステップ２においてＳｉＯ２層から除去されたＳｉ分子は、Ｓｉが補充される必要のあるＳｉＯ２層においてＳｉ空孔を生じさせる。ＳｉＯ２層全体を通ってアノード材料内へ入る十分な深さの貫通の場合、Ｓｉ空孔は、ＳｉＣマトリックスからのＳｉ原子で満たされる。ＳｉＣマトリックスからＳｉを除去することにより、露出したＣ原子を残す。
【００３３】
５．ステップ４からのＣ原子は、ＣＯまたはＣＯ２として、利用可能な酸素と結合することによってアノード表面から離れる。
【００３４】
上記では、現在理解されている基本的な化学作用を記載したが、ＳｉＣマトリックスを通って下に加工が進むにつれて生じる化学溶解の枠組み内で、他のより複雑な分子反応および一時的部分反応が存在し得ることに留意されたい。ステップ２においてＢＩＬの直接的摂動がなければ、溶解反応は、ＢＩＬにおけるＳｉＯＨの非摂動堆積によって直面する電気抵抗によって制限を受ける拡散律速反応（ＤＬＲ）にすぐに進む。
【００３５】
１組の所定の条件（以下の実施例１におけるようなアノード、カソード、および電解液濃度の選択を含む）の下で本発明のＥＣＭシステムに電圧を印加すると、点「Ｅ」（電源を入れてから最初の１００ミリ秒以内）においてピークを迎え、上記のＢＩＬの初期形成を表すヘルムホルツ層曲線「Ｌ１」の帯電を発端に、電流が最初に急上昇する。異方性加工は、電流のこの初期ピーク時に最も良く達成され、この電流は、ＢＩＬの直接的摂動によって維持される。ＢＩＬの直接的摂動がなければ、電流は、非常に遅い溶解速度で長期の等方性溶解（図４の部分「Ｄ」として示される等方性加工曲線）へと速やかに落ち着く。ＢＩＬの直接的な機械的摂動がなければ、電解液界面における被加工物の溶解に利用可能な電圧を効果的に減少させるために、完全に成長した電気抵抗性ＢＩＬが形成される。
【００３６】
図４の曲線部分「Ｆ」に見られるようにＢＩＬに直接的に摂動が与えられると、電流は、点「Ｅ」における初期ピーク近くの値まで急激に上昇する。電流フローは、被加工物の加工対象領域全体に沿った連続的かつ均一な直接的摂動によってこの高い速度に維持される。この異方性材料除去は、ＩＥＧにおいて被加工物表面にすぐ隣接する約０〜約１０ミクロンのＢＩＬ領域に注目した場合、セルフレベリング性があり、迅速である。適切に制御された電気的シャットダウンプロセスを用いて加工が成功すれば、図７に見られるように、被加工物表面は色彩豊かで、穴がほとんどなく、粒子脱落が限られて粒界の目が詰まっており、ＳｉＯ２表面は透明である。
【実施例】
【００３７】
実施例１
共有の米国特許第６，６１６，８９０号明細書に記載のドープされた炭化ケイ素から作られた被加工物を用いて、以下に記載するように約（３ｍｍ×７ｍｍ×３００ミクロン）のセラミックブレードブランクの加工を行った。
【００３８】
加工を意図した場所である上記のブレードブランク１６の端部１６ａに対して、シリコーン材料を含む第１の除去可能な電気絶縁性コーティング５８の塗布を行った。次に、ブランク１６をニッケルめっき槽に浸して、被加工物の非コーティング領域を２５〜５０μのめっき厚に金属化した。めっきはＮｉの連続的で光沢のあるコーティング６０であった。次に、導電性エポキシ樹脂を用いて、めっきされた被加工物を真鍮ホルダ１８内に取り付け、その後、めっき６０並びに第１のコーティング５８を覆うワックス６２を含む第２の除去可能な電気絶縁性コーティング６２でコーティングを行った。
【００３９】
機械設定の準備
次に、真鍮ホルダ１８は、Ｘ−Ｙ機械的マイクロメータ位置コントローラ２４の導電性鋼製ホルダ内に取り付けられ、コントローラ自体は、回転ホイール１２を含む工具に隣接して配置された工具プラットフォーム２４に取り付けを行った。次に、加工対象の被加工物の端部１６ａをホイールの平側面１２ａに対して間隔を空けるように移動させ、次に、電解液供給管３０を、管の出口が工具および被加工物間のＩＥＧ３２に向けられた状態で、被加工物の上部および僅か後部に配置させた。電解液供給管３０は、工具および被加工物間のＩＥＧ３２の空間へと供給管３０を通して電解液を届けるように動作可能なポンプ３６およびダンプナー３８を備えた電解液リザーバ３３に接続した。Ｘ−Ｙコントローラ２４に対する機械的マイクロメータ制御装置を用いて、被加工物１６および工具１２間のＩＥＧ３２が１０ミクロンを超えて観測された位置へと被加工物を移動させた。被加工物を回転工具１２に向けて移動させた。次に、加工を行う予定の被加工物の端部１６ａから、第１のコーティング５８および第２のコーティング６２の除去を行った。これは、２ｆに示されるようにコーティングが研磨除去されるまで、被加工物端部１６ａを回転ホイール１２（この時点では、電源の負端子に未接続である）上に通過させることによって行った。デジタルボルト計５６およびデジタルアンペア（電流）計５２（データロギング機能を有する）の接続を、電気的概略を表示した図１に示すように行った。データロギング機能は、直接的にＤＣＡ電流計５２からのものであることに留意されたい。可変の電源を図１に示すが、この実施例１では、電源として１２Ｖの鉛酸マルチセル電池を使用した。電池の正端子（＋）を被加工物ホルダ２０に接続し、負端子（−）を工具１２に接続した。次に、電気的概略図１に示すような極性およびデータ記録計との相互接続の確認を行った。
【００４０】
ＥＣＭプロセスの開始
例えば、脱イオン精密濾過水における２モル濃度のＮａＣＩで電解液リザーバタンク３３を満たし、次に、電解液ポンプ３６をオンにした。次に、ホイール工具１２の回転を開始させるスイッチ４７を介して、ホイール工具への電力をオンにした。被加工物の端部上を流れる電解液３１の小さな波が観測され、これにより、被加工物１６および回転ホイール１２の工具間に流れる電解液と被加工物１６が接触していることを確認した。次に、被加工物端部１６ａを、回転ホイール（カソード）１２の表面から１０ミクロンを超えて離れるように移動させた。アノード１６およびカソード１２への電源４４をＨＭＰＶ（約６．４４Ｖ）でオンにし、電流計５２のデータロギング表示の測定値をスクリーン５４で観測し、限られた導電性の完全に成長した摂動を受けないＢＩＬを流れる基準電流を表す約０．００１Ａ〜０．００２Ａ範囲（図８を参照）の測定値であるとの確認を行った。この完全に成長したＢＩＬは、ブレードブランク被加工物（アノード）１６からホイール工具（カソード）１２を電気的に絶縁する。
【００４１】
マイクロメータ２４上のＸＹコントローラ（２６、２８）を用いて、被加工物端部１６ａとは反対の位置において、電解液３１がホイール工具表面１２ａを確実に濡らしながら、被加工物端部１６ａを回転ホイール１２に向けてゆっくりと移動させた。回転するホイール表面１２ａに向けて被加工物端部１６ａを前進させながら、データロギング電流監視システム５２の監視を行った。図８に見られるように、ＩＥＧ３２を約１０ミクロン以内に近づけると、ブレードブランク端部１６ａにすぐ隣接したＢＩＬは、（データロギングモニタ上の）加工電流が０．００６Ａ〜０．０１０Ａの値まで飛躍的に増大することの観測により証明されるように、回転工具の表面１２ａによって摂動を受けた。ＢＩＬの摂動は、一時的に、１０ミクロンのさらなる最大値分だけブレードブランク端部１６ａを回転工具１２から離れるように移動させ、０．００１Ａ〜０．００２Ａの基準電流への電流低下を観測することによって確認した。この基準電流への復帰は、回転工具１２からブレードブランク端部１６ａを電気的に絶縁するＢＩＬの再形成（約１００〜２，０００ミリ秒で）によるものであった。ブレードブランク端部１６ａにすぐ隣接したＢＩＬのこの摂動がこの様に確認されると、ブレードブランク端部１６ａをホイール１２に向けて元に戻すことによってＩＥＧを狭くし、約０．００６Ａ〜０．０１０Ａの値で開始される加工電流で端部の加工を行った。ブレードブランク端部１６ａから離れて材料の加工を行うと（約各々１〜１０秒）、データロギングモニタ５２上に示されるように、測定されたＤＣ電流は、僅かに低下した。この時、マイクロメータ制御装置（２６、２８）を用いて、ブレードブランク端部１６ａを回転ホイール１２に向けて約５ミクロン前進させることによって、ＩＥＧ３２をさらに狭くした。ＢＩＬが継続的に確実に摂動を受けるように、狭いＩＥＧを維持した。ブレードブランク端部１６ａを回転ホイール１２により近付けて再配置させることによって、回転ホイール表面１２ａは、ＢＩＬに摂動を与えることができ、その結果、完全な加工の回復を示す加工電流にまで電流が増大した。加工が進むにつれて、ブレードブランク端部１６ａの加工が成功した表面積の増大に伴って、基準電流および加工電流が共に徐々に増大した。図１２ｂに示すように、ある電圧に関して、より大きな加工表面積は、より高い総計のガス生成を生む。効率的な加工を妨げる（ガスエントロピー効果）過剰なガスの発生を防止するために、これらの大きな表面積の加工に、より低い電圧を用いる必要がある。この実施例で加工されるブレードブランク端部１６ａは非常に小さく、従って、回転ホイール表面１２ａを用いてＢＩＬを上手く摂動させるために、より高い電圧を用いることができる。
【００４２】
ブレードブランク端部１６ａが所望の深さにまで加工されると、本発明のＥＣＭシステムの制御されたシャットダウンプロセスを開始した。最初に、ＤＣ電圧を直ちにオフにし、速やかに、ブレードブランク１６を回転ホイール１２から離した。回転ホイール１２をオフにし、次に、電解液フローをオフにした。
【００４３】
次に、ブレードブランク１６を導電性被加工物ホルダ２０から取り外し、以前に塗布されたコーティング６２およびめっき材料６０を除去するために清浄した。端部１６ａの清浄は、電解液、脱イオン水、溶剤、または特定の清浄目的用の様々な混合物および組み合わせの酸／塩基化合物を用いた清浄スプレーから構成可能である。次に、顕微鏡を用いて、加工されたブレードブランク１６および加工された端部１６ａの検査を行った。
【００４４】
図７に見られるように、その結果は、過酸化による影響を受けない、良好に加工されたＳｉＣ表面であった。この加工の成功は、本発明のＥＣＭシステムの適切に制御された狭いＩＥＧ（約０〜約１０ミクロン）、豊富な電解液、ＬＭＰＶ〜ＨＭＰＶ範囲に制御された電圧、および制御されたシャットダウンプロセスによるものであった。図７の写真のようなランダムに配向したＳｉＣ粒子は、３〜１０ミクロン（長さ）範囲にある。粒子の色は、ランダムＳｉＣ粒子の配置角度に依存する。ガス穴はほとんどなく、粒子脱落が限られて、粒界の目が詰まっている。
【００４５】
表面は、走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）および機械的プロフィルメータを用いた表面平滑性の測定によって確認されるように平面である。その一部が図７に示されるブレードブランク端部１６ａの加工表面は、約１００μ×約１，０００μの測定値である。同様に色付けされた表面では、プロフィルメータデータは、３．０１マイクロインチの値であった。加工表面の小さな表面積により、このプロフィルメータ測定は、被加工ブレードブランク端部１６ａのサンプリングサイズと、この実施例１において用いられる加工工具表面（記録される工具表面）の欠陥による影響を受けないブレードブランク端部１６ａの領域（ブレードブランク端部の非影響部分）にプロフィルメータスタイラスを配置させる能力の限りとによって制約を受けるので、精度が限られている。本発明のＥＣＭシステムの好適な実施形態では、反射型で完全に平面のブレードブランク端部表面１６ａを加工するために、完全に平面の工具表面１２ａを用いる。結果的に、０．２マイクロインチ未満の色彩豊かなブレードブランク端部の非影響部分（その一部は、図７に示される）のより正確な表面平滑性測定を示す表面平滑性のより良い指標が、焦点を合わせたＳＥＭ顕微鏡写真（図１１）に示される。好適な実施形態における本発明のＥＣＭシステムでは、＋／−０．２マイクロインチの加工表面積全体にわたって、平らな表面平滑性が可能である。例えばレーザ干渉計等の他の方法を用いて、表面平滑性の測定を行ってもよい。
【００４６】
本発明の上記の開示および記載は、例示的かつ説明を行うためのものであり、大きさ、形状、および材料、並びに説明した構成の詳細において、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変更を加えることができる。
【図１】
2013528127.tif 000003
【図２ａ】
2013528127.tif 000004
【図２ｂ】
2013528127.tif 000005
【図２ｃ】
2013528127.tif 000006
【図２ｄ】
2013528127.tif 000007
【図２ｅ】
2013528127.tif 000008
【図２ｆ】
2013528127.tif 000009
【図３】
2013528127.tif 000010
【図４】
2013528127.tif 000011
【図５ａ】
2013528127.tif 000012
【図５ｂ】
2013528127.tif 000013
【図６】
2013528127.tif 000014
【図７Ａ】
2013528127.tif 000015
【図８】
2013528127.tif 000016
【図９】
2013528127.tif 000017
【図１０】
2013528127.tif 000018
【図１１】
2013528127.tif 000019
【図１２】
2013528127.tif 000020
【図１３】
2013528127.tif 000021
【図１４】
2013528127.tif 000022
【国際調査報告】
2013528127.tif 000023
2013528127.tif 000024