(57)【要約】  電解加工の装置および方法は、電気絶縁されたカソード部分のコンピュータ制御された静的アレイを用いて、部品の表面を成形する目的で電極を選択的かつ個別に通電する。密に集合した電極のアレイは、一例として個々のワイヤで形成してもよい。加工精度が向上するように、不用な反応生成物を管理することが可能である。電極は、密に配置された状態での横断的腐食の問題に対処するために、酸化物層を生成できる材料、または電解溶解に耐える材料から構成してもよい。横断的腐食を是正するための別の手法は、絶縁の範囲をツールおよび部品の間隙空間まで伸張させることである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般的な静的多分割電極アレイを用いた電解溶解の作用によって、陽極分極された部品の表面を成形する方法であって、
各々が先端の加工表面を備える複数の電極を有するツールを提供するステップと、
複数の電極を順序付けられたアレイで支持するステップと、
各々の電極を互いに電気的に絶縁するステップと、
すべての電極で電気回路を確立するステップと、
加工すべき被加工表面を有する部品を提供するステップと、
被加工表面が電極の加工表面に対して間隔を置いて対向する関係で部品を支持するステップと、
被加工表面と加工表面との間の空間を通して電解質を流すステップと、
被加工表面に三次元構成を展開するために、特定の電極に送出される電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させるステップと、
形成作業全体を通して、すべての電極の加工表面を、互いに固定された関係で、かつ、部品に固定された関係で支持するステップとを含む、方法。
【請求項２】
電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させる前記ステップは、タイミング、継続時間およびシーケンス電力を操作することで電解溶解の不要な反応生成物の流れを意図的に制御するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電解質を流す前記ステップは、電解質を上流の方向から下流の方向へ送るステップを含み、さらに、上流の方向に位置付けられた電極に対して電気回路を確立する前に、下流の方向に位置付けられた電極に対して電気回路を確立するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電気回路には開いた状態と閉じた状態とがあり、さらに、被加工表面と電極の加工表面との間の空間に不用な反応生成物の集合体が存在するとき、その電極で閉じた電気回路が確立されるのを防ぐステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させる前記ステップは、電極への電圧供給および電流供給のうちの少なくとも一方を中断するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させる前記ステップは、電極への電圧供給および電流供給のうちの少なくとも一方の大きさを変化させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電気エネルギのプロファイルを確立する前記ステップは、電極への電圧供給を周期的にパルス化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
静的カソードアレイを用いた電解溶解の作用によって、陽極分極された部品の表面を成形する方法であって、
各々が先端加工表面を有する複数のカソード電極を提供するステップと、
複数の電極を順序付けられたアレイで支持するステップと、
各々の電極を互いに電気的に絶縁するステップと、
すべての電極に電気エネルギを送出するステップと、
加工すべき被加工表面を有する部品を提供するステップと、
被加工表面が電極の加工表面に対して間隔を置いて対向する関係で部品を支持するステップと、
被加工表面と加工表面との間の空間を通して電解質を流すステップと、
被加工表面に三次元構成を展開するために、特定の電極に送出される電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させるステップと、
電極の加工表面の横断的腐食を軽減するステップとを含む、方法。
【請求項９】
横断的腐食を軽減する前記ステップは、各々の電極上に導電性酸化物の層を形成するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
電解溶解の作用によって、陽極分極された部品の表面を成形するための電解加工装置であって、
アレイで支持された複数の電極を有するツールを含み、前記電極の各々は先端加工表面を有し、さらに
各々の電極を互いに電気的に絶縁する障壁と、
電気エネルギを供給するための電源と、
前記電極の前記加工表面に対して間隔を置いて対向する関係にある加工すべき被加工表面を有する部品とを含み、前記被加工表面と前記加工表面との間の空間には電解質の流動経路が定められており、さらに
前記電極の各々に対して電気回路を独立して、かつ選択的に完成させるために、前記電源と前記複数の電極とを相互接続させるよう動作する制御可能なインターフェイスを含み、
前記電極の各々は可撓性ワイヤを含み、前記障壁は前記各ワイヤを覆う可撓性絶縁ジャケットを含む、電解加工装置。
【請求項１１】
前記電極を連続的な表面構成で固定するマトリックスを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記コントローラはコンピュータ制御のスイッチを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラは電圧調整器を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記コントローラはパルス発生器を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記電解質の流動経路は上流の領域と下流の領域とを有し、前記コントローラは、前記電解に対して電気回路を完成させるシーケンスを選択的に操作するためのプログラミング回路を含むことで、上流の不用な反応生成物による影響を受けない電解加工を促す、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
電解溶解の作用によって、陽極分極された部品の表面を成形するための電解加工装置であって、
アレイで支持された複数の電極を有するツールを含み、前記電極の各々は先端加工表面を有し、さらに
各々の電極を互いに電気的に絶縁する障壁と、
電気エネルギを供給するための電源と、
前記電極の前記加工表面に対して間隔を置いて対向する関係にある加工すべき被加工表面を有する部品とを含み、前記被加工表面と前記加工表面との間の空間には電解質の流動経路が定められており、さらに
前記電極の各々に対して電気回路を独立して、かつ選択的に完成させるために、前記電源と前記複数の電極とを相互接続させるよう動作する制御可能なインターフェイスと、
前記電極の前記加工表面の横断的腐食を軽減するための手段とを含む、電解加工装置。
【請求項１７】
横断的腐食を軽減するための前記手段は、前記加工表面に酸化物層を生成できる材料組成を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記加工表面の前記材料組成は、チタニウム、タンタル、タングステン、ならびにチタニウム、タンタル、およびタングステンの合金からなる群から選択される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記加工表面の前記材料組成は、黒鉛、セラミック、ならびに黒鉛およびセラミックを含有する合金からなる群から選択される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
横断的腐食を軽減するための前記手段は、前記電極の前記加工表面から立設する、前記障壁の突出端部を含む、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
この発明は、一般に、電解加工（ＥＣＭ）のための装置およびその方法に関する。より具体的には、この発明は、配列した多電極ＥＣＭ装置、および一般的な形状の静的カソードアレイから無数のさまざまな部品表面を成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術
従来の電解加工（ＥＣＭ）処理では、金属除去は、電解槽の一構成部品である陽極分極された部品を電解溶解させることによって行われる。ツール電極（カソード）および部品（アノード）はいずれも電解質中に配置され、ポテンシャル電圧が印加される。この槽のアノード（陽極）側では、金属原子がイオン化して、部品表面から抜け出る。これらの金属原子は、電解質中の水酸化物イオンと結合して、金属水酸化物を形成する。カソード（陰極）表面では、水素イオンが水素ガスに還元される。金属水酸化物およびＨ２ガスを含む反応生成物は、電解質の流動によって流される。
【０００３】
従来の技術に従って、ツールの加工表面は、所望の設計形状および部品に対して概ね凹形をなすように、輪郭が付けられるか、または外形が作られる。したがって、アノードの腐食により、ツールで加工された、または成形された表面の輪郭または外形の複写イメージが作られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ツールおよび部品はいずれも、典型的には単一ブロックの導電体であり、通常は金属材料または合金から作られる。表面の水平化または平滑化のために、各々が異なる位置に異なる電位を有する複数または分割された電極を有するツールが主に知られている。これらの多分割の手法は、とりわけ電解溶解から生じた不用な反応生成物が電極部分上のさまざまな位置に堆積することで加工処理の制御が困難になるという事実により、その有用性および応用性に限界がある。不用な反応生成物の集合体がＥＣＭ中に電極部分と部品との間の間隙に入り込むと、電流密度の状態が不安定になるか、または予測不能となるために、加工の精度が低下する可能性がある。さらに、先行技術の多分割設計は、主として、隣接する電極間の絶縁された間隔を比較的大きく取るような過程をたどってきた。これは、破壊的な横断的腐食現象のためであり、ある電極の電圧が浮動したままにされているのに対し、隣の電極の電圧が十分に印加されている場合、当該電極の表面に破壊作用を及ぼす可能性がある。このような多分割装置を用いる先行技術の処理に特有の限界によって、本来は達成可能であったような性能の向上が阻害されてきた。たとえば、電解質の流路内、特にその端部付近または間隙の空間が狭くなっている領域に堆積した沈殿物または不用な生成物によって、部品の加工後の表面形状が、多分割電極システムを用いることで期待されていた所望の制御形状から外れてしまう可能性がある。しかしながら、加工の精度を高くするには、流路の空間を小さくすることが非常に望ましいが、一方で不用な生成物の問題を悪化させる。横断的腐食現象によって電極が損傷した場合も、同様の問題が生じる。
【０００５】
ＥＣＭ処理中にツールを送り出すことで、電極の間隙の制御ならびにその結果生じるＥＣＭ電圧および／または電流の制御をよりよく維持するなど、単一または複数の電極ＥＣＭ処理に関連する限界を克服すべく、さまざまな手法が提案されてきた。そのような伝統的な処理では、電極の送り出しによって表面外形を得るために、部品表面に犠牲になる材
料が必要となることで、サイクル時間およびコストが増大してしまう。もう１つの手法は、加工中にツールおよび／または部品を回転させることで、電極の間隙の詰まりおよび／または堆積を回避して、ＥＣＭ電流および／または電圧を制御するというものであった。しかしながら、それらの手法は、あらゆるＥＣＭ用途で必ずしも望ましいというわけではなく、さらには必ずしも実行可能であるというわけでもない。特に、それらの手法は、たとえば輪郭が付けられたストッパー構成を利用してヘッドボルト荷重をよりよく分布させることのできる金属シリンダヘッドガスケットの分野のように、概ね平坦な表面から輪郭外形を作る上で実用的であることが実証されていない。
【０００６】
したがって、ＥＣＭ装置、および多分割電極アレイを用いたその操作方法、特に、各々の電極の選択的かつ個別の制御に適しており、かつ、不用な反応生成物の集合体が電極の間隙部分を流路に沿って移動する際にそれらの集合体を制御するのに適した装置および方法を開発することが望ましい。さらに、ＥＣＭプロセス中に、ツールと部品との間にいかなる種類の回転または相対運動も必要とせず、またはツールの１つまたは複数の分割電極を部品の表面に向けて送り出す必要のない装置および方法を開発することが望ましい。さらには、無数のさまざまな輪郭が付けられた外形を作るのに適した一般的な加工表面を有する多分割ツールを用いるＥＣＭ装置および方法を開発することが望ましい。エネルギ／材料の消費を節減し、かつ、精度を高めるために、犠牲になる材料を排除することが望ましい。さらにまた、その装置および方法が、デジタル処理コントローラのコンピュータなどのコンピュータで部品表面の外形をプログラム可能に制御するのに適したシステムを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
この発明は、一般的な静的多分割電極アレイを用いた電解溶解の作用によって、陽極分極された部品の表面を成形する方法を意図するものである。この方法は、各々が先端加工表面を備える複数の電極を有するツールを提供するステップと、複数の電極を順序付けられたアレイで支持するステップと、各々の電極を互いに電気的に絶縁するステップと、すべての電極で電気回路を確立するステップと、加工すべき被加工表面を有する部品を提供するステップと、被加工表面が電極の加工表面に対して間隔を置いて対向する関係で部品を支持するステップと、被加工表面と加工表面との間の空間を通して電解質を流すステップと、被加工表面に三次元構成を展開するために、特定の電極に送出される電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させるステップとを含む。この発明はさらに、形成作業全体を通して、すべての電極の加工表面を、互いに固定された関係で、かつ、部品に固定された関係で支持するステップを含む。
【０００８】
この発明の別の局面に従って、多分割電極アレイを用いた電解溶解の作用を通して陽極分極された部品の表面を成形する方法は、各々が先端加工表面を備えた複数の電極を有するツールを提供するステップと、複数の電極を順序付けられたアレイで支持するステップと、各々の電極を互いに電気的に分離するステップと、すべての電極で電気回路を確立するステップと、加工すべき被加工表面を有する部品を提供するステップと、被加工表面が電極の加工表面に対して間隔を置いて対向する関係で部品を支持するステップと、被加工表面と加工表面との間の空間を通して電解質を流すステップと、被加工表面に三次元構成を展開するために、特定の電極に送出される電気エネルギのプロファイルを選択的に変化させるステップとを含む。この発明のこの局面に従って、この方法はさらに、電極の加工表面の横断的腐食を軽減するステップを含む。
【０００９】
この発明の別の局面は、電解溶解の作用を通して陽極分極された部品の表面を成形するための電解加工装置を含む。この装置は、各々が先端加工表面を有する、アレイで支持されている複数の電極を有するツールを含む。各々の電極は障壁によって互いに電気的に絶
縁されている。電気エネルギは電源から供給されている。加工すべき被加工表面を有する部品は、電極の加工表面に対して間隔を置いて対向する関係で位置付けられている。被加工表面と加工表面との間の空間には、電解質の流路が定められている。電極の各々に対して電気回路を独立して、かつ選択的に完成させるために、制御可能なインターフェイスが、電源と複数の電極とを相互接続させるよう動作する。この発明のこの局面に従って、電極の各々は可撓性ワイヤを含み、障壁は各ワイヤを囲む可撓性絶縁ジャケットを含む。
【００１０】
この発明のさらに別の局面に従って、電解溶解の作用を通して陽極分極された部品の表面を成形するための電解加工装置が提供される。この装置は、アレイで支持された複数の電極を有するツールを含む。電極の各々は、先端加工表面を有する。各々の電極は障壁によって互いに電気的に絶縁されている。電気エネルギは電源から供給されている。加工すべき被加工表面を有する部品が、電極の加工表面に対して間隔を置いて対向する関係で位置付けられ、被加工表面と加工表面との間の空間には電解質の流路が定められている。電極の各々に対して電気回路を独立して、かつ選択的に完成させるために、制御可能なインターフェイスが、電源と複数の電極とを相互接続させるよう動作可能である。この発明のこの局面に従って、電極の加工表面の横断的腐食を軽減するための手段が提供される。
【００１１】
この発明のこれらの種々の局面に従って、先行技術の電解加工の装置および方法の欠点および短所が克服される。
【００１２】
この発明のこれらの特徴および利点ならびにその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面と関連して考えることで、より容易に認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好ましい実施例の詳細な説明
図面を参照して、種々の図面全体を通して、同じ番号は同じまたは対応する部分を示す。概ね２２で示す一般的な静的多分割ツールを用いた電解溶解の作用を通して、概ね２０で示す陽極分極された部品の表面２１を成形するための装置および方法を、さまざまな構成および代替の状態で示す。図１では、ツール２２は、順序付けられた環状アレイの複数の個別の（すなわち、分割された）電極２４として示される。図１では見られないが、各々の電極は、たとえばプラスチックまたはその他の材料を含み得る適切な絶縁材料によって隣の電極から絶縁されている。各々の電極２４は、先端加工表面２６を有する（図３および図１１から図１４）。図１では隠れて見えないが、加工表面２６は、部品２０に向けられた環状表面を含む。電気回路が完成すると（図８から図１０）、部品２０をアノードとして、かつ、電極２４の各々をそれぞれカソードとして、電解槽が確立される。種々の図面において方向矢印で示す電解質３０は、被加工表面２１と加工表面２６との間の空間を通して流され、（図１１Ａから図１１Ｃで最もよく示す）不用な反応生成物の集合体である粒子が被加工表面２１から移動しやすくする。電解質は、塩類または硝酸ナトリウムを含む、任意の適切な種類のものであってよい。特定の電極２４に対して確立される電気回路を（電圧、電流、シーケンス、タイミングおよび／または継続時間を介して）選択的に変化させることで、図２に例証的に示すように、被加工表面２１に三次元構成を展開することができる。
【００１４】
ツール２２は、数多くの異なる形状を取り得る。図１では、ツール２２の加工表面２６は、環状構造として設けられている。図３では、加工表面２６は、平面領域として設けられている。図４では、分かりやすくするために、先に定めた参照番号の頭に前置番号「１」を付しており、加工表面１２６は、内側の円筒の表面として設けられている。図５では、分かりやすくするために、先に定めた参照番号の頭に前置番号「２」を付しており、加工表面２２６は、外側の円筒の表面として設けられている。図６および図７では、それぞれ前置番号「３」および「４」を用いており、これらも内側および外側の円筒の表面を表
わしているが、図４および図５の加工表面１２６、２２６が径方向に設けられたアーチ形の部分を含むのに対し、それぞれの電極３２４、４２４は、個々の円筒表面が軸方向に重ねられたものとして設けられている。これらの例は、ツール２２が、ここで記載した平面状、円筒状および管状のアレイに加え、任意の適切で一般的な幾何学的形状であってもよいと実証することを意図している。さらに、個々の電極２４は、多角形、円盤形、環形、またはその他の任意の適切な形状を有していてよい。
【００１５】
電極２４は、好ましくは、金属などの導電性材料から作られる。加工性およびコストを考慮して、電極は、典型的には、銅、アルミニウム、鋼、または他のそのような一般的な導電性金属から作られる。
【００１６】
図３に、代替の構成を示しており、電極２４は各々、一体化されるとあらかじめ定められたアレイをなす可撓性絶縁ワイヤを含む。絶縁ワイヤ３２の各々は、ワイヤ電極２４として用いられる導電性金属ワイヤコアを有する。図３の表現では、個別のワイヤ３４を、平面またはマトリックスで配列して示している。ただし、この技術を用いることで、環形、円筒形、球形など、任意の表面を形成することができる。ワイヤ電極３２は、円形断面形状または、扁球形もしくは楕円形、正方形もしくは長方形を含む、ワイヤの数多くの他の公知の断面形状のいずれか、または数多くの他のアーチ形または多角形断面形状のいずれか、またはその組み合わせを含む、任意の好適な断面形状を有していてもよい。ツール２２における複数のワイヤ３４の各々は同一の断面形状を有していてもよいし、隣のワイヤ同士で断面形状が異なっていてもよい。これらのワイヤは、いくつかの異なる形状が反復されるパターンを呈していてもよい。ワイヤ電極３２は、銅またはアルミニウムなどの、典型的には金属の導体から作られている。各ワイヤ電極３２の先端部は、加工表面２６を含む。
【００１７】
各ワイヤ３２の絶縁コーティングは、有機または無機絶縁材料から作られる周知の電気ワイヤ用コーティングを含む、既知の絶縁材料のいずれかから選択してもよい。この実施例では、各々のワイヤ電極は個別に制御可能であるため、表面の加工／テクスチャ形成において、非常に優れた分解能が得られる。所定の用途における最適な解像度がシステムの能力を下回っている（すなわち、目がより粗い）場合、これらのワイヤ電極２４は、同時に通電および切電されるグループまたは部分として扱われる可能性がある。
【００１８】
固定マトリックス３４によって、ワイヤ電極２４の各々はそれらの連続的な表面構成で確実に固定される。固定マトリックス３４は、金属、プラスチック、セラミック、またはその他の材料を含む、任意の適切な材料から形成できる。マトリックスの材料は、好ましくは、ツール２２の形状を作る際に、使用する電極との適合性に合わせて選択する。別の例として、マトリックス３４は、ワイヤの位置を固定し、さらに電解質に対してワイヤを封止するためのものとして知られ、かつそのために用いられる種類の従来の充填材料から構成してもよい。そのような充填材料は、典型的には誘電材料であるので、形成作業の間に、加工表面２６の電極２４に対応付けられた電界に影響を与えることはない。適切な誘電体の例には、種々の非導電性エポキシ樹脂を含む、さまざまな工学的熱可塑性および熱硬化性材料が含まれる。
【００１９】
ここで図８を参照して、この発明のための電気回路を例示する。この図面では、部品２０を概略的に示しており、ツール２２を分解図で表わしている。図示した代表的な電極２４は３つであるが、好ましい実施例では、実質的により多くの電極２４がツール２２に組み込まれるであろうことを理解されたい。電源２８は単一ユニットとして示しているが、代替の応用例では、さまざまな設計効率に合わせて複数の電源２８を使用してもよい。電源２８は、好ましくは、ツール２２の各々の電極２４に電圧および電流を供給するのに適したＤＣ電源である。この実施例では、電源２８は、電力バス３６を通して電圧パルスを
供給するのに適したパルス電力型である。パルス電力型の電源は、以下で詳述するデジタル処理制御部と連係させて使用するのが望ましい。パルスパラメータは、パルス幅、パルス間隔、パルス計数、およびパルス振幅または電圧振幅を含んでいてもよい。パルス幅およびパルス間隔は、好ましくは、１から５００ミリ秒の範囲にある。パルス電圧は、好ましくは、５から３５Ｖの範囲にある。
【００２０】
スイッチ３８は、開いた状態と閉じた状態とを切替えることができ、さらに各々の電極２４と対応付けられている。スイッチ３８はコントローラ４０の一部であり、これは、各電極２４にプログラム可能な制御を与えるためのデジタル処理コントローラであってもよい。コントローラ４０は、あらかじめ定められたプログラムに従って、個々のスイッチ３８を、独立して、かつ選択的に作動させるので、電源２８からの電気エネルギは、適切なシーケンスで、かつ、あらかじめ定められた期間にわたって、各々の電極２４に送出される。換言すると、コントローラ４０は、特定の電極に送出される電気的プロファイルを選択的に変化させて、被加工表面２１上に三次元構成を展開する。各電極２４は、通電されると、電解質を介して電解処理を開始し、そこで原子が電流密度の影響下で部品（アノード）から移動し、それらが（副産物である水素ガスとともに）金属水酸化物を形成しようとする。しかしながら、好ましくは、電解質３０の流動によって、金属水酸化物が、水素気泡、すなわち不用な反応生成物とともに下流の方向に押し流される。よって、複数のスイッチ３８を開閉することで、デジタル処理コントローラなどのコントローラ４０内部で、またはそれを通して実行される、あらかじめ定められたアルゴリズムまたはコンピュータ切替制御プログラムに従って、それらのスイッチに対応する電極２４に電圧パルスが与えられる。よって、一定のスイッチ３８が開かれて、電圧パルスが他の電極に供給されるのを防ぐ。切替シーケンスおよび電圧パルスが与えられる継続時間は、部品の所望の設計形状（図２）、部品２０の材料、電解質３０ならびにその濃度および温度、電解質の流量、不用な集合体の管理目的、ならびに電解加工処理に関連するその他の周知の要素によって変わる。
【００２１】
パルスを発生する電源２８は、電圧レベル、パルス幅、パルス間隔およびパルス総計の設定値を判定する。コントローラ４０は、ラインに沿って、電源２８から電極２４の各々に電力パルスを与えるか否かの制御に影響を及ぼし、それによって、加工すべき表面２１に対する電解加工を促す。よって、所与の時間間隔にわたって、あらかじめ定められたシーケンスに従って個々に通電されている電極に対して、電圧およびパルスの設定値がカソード側で固定される。オフに切り替えられた電極２４は電力を与えられていないため、これらの電極２４に対向する加工表面２６では電気化学反応はほとんど起こらないか、またはまったく起こらない。コントローラ４０を用いて、電源２８およびスイッチ３８の動作を協調させることで、対応する電極２４に対する電力の制御に影響を及ぼす。
【００２２】
図９は、独立したパルス発生の制御方式を用いた、この発明の別の実施例を示す。図９に示すように、電源２８´は、パルス発生器として、一般的な固定電圧ＤＣ電源と多数の独立した切替ユニット４２とを含む。切替ユニット４２は、図８の実施例に関して記載したのと同様の方法で、あらかじめ定められた電圧を、制御された複数の電圧パルスとして与えるのに適している。切替ユニット４２によって得られるパルス特性は、固定されていてもよいし、または選択した切替ユニット４２のタイプに応じて変化させてもよい。電極に対するパルスの印加は、コントローラ４０´によって制御される。切替ユニット４２は、好ましくは同一であるが、異なっていてもよく、異なる特性を有する電圧パルスを供給するように適合させることができる。切替ユニット４２は、それらに対応する電極２４と個々に接続される。切替ユニット４２は、コントローラ４０´から直接パルス設定値に関するデータを受けるように適合しており、かつ、コントローラ４０´内で実行される制御アルゴリズムに応じて、異なる周波数の異なる電圧パルスを発生させることができる。個々の切替ユニット４２は、好ましくは、プログラム可能な発振器と、電力増幅器または他
の必須の構成要素間の増幅器とを含む。図９に示すような独立したパルス発生方式は、電圧パルス特性および各々の電極２４に対するパルス設定値の個々の制御がより柔軟性に富むという点で有利である。
【００２３】
図１０は、可変の電圧要素の制御方式を用いた、さらに別の実施例を示す。図１０に示すように、電源２８´´は、好ましくは、前述の実施例で記載したような、一般的な固定電圧ＤＣ電源である。電極２４の各々の対応する１つに、プログラム可能な電圧調整器４４を電気的に接続する。この実施例におけるコントローラ４０´´は、周知の開ループ方式またはフィードバック方式に従って、プログラム可能な電圧調整器４４を制御するための複数のインターフェイスを含む。この実施例では、個々の電極２４に印加される電圧レベルおよびパルス特性は、コントローラ４０´´で直接制御することができる。可変の電圧要素を採用するＥＣＭ方法および装置は、電極２４に対する電流分布を最も柔軟に制御することができるので、有利である。
【００２４】
特徴的な空間制御性を備えたカソードアレイＥＣＭ処理によって、性能および機能性の向上する機会が数多くなる。第一に、この処理により、普遍的（一般的）な幾何学形状として構成された静的な（すなわち、固定的な、または不動の）ツールを用いた、制御された可変アノード溶解が可能となる。個々の電極２４の制御シーケンスにより、コンピュータによる数値制御法を介して、無数のさまざまな表面２１の形状を容易に作り出すことができる。第二に、電極２４が通電されるシーケンスとそれらが通電状態にある継続時間とに対する空間制御を用いて、電解質の流路における不用な反応生成物の分布を管理することができる。特に、図１１Ａから図１１Ｃを参照して、金属水酸化物および水素気泡の不用な反応生成物を、粒子の集合体４６として示している。この不用な集合体４６は、第１の電極（１）は通電されているが、隣接する電極（２および３）は通電されていないときに生じる。好ましくは、電極２４は、不用な集合体４６が他の電極に干渉するのを回避するようにタイミングを合わせたシーケンスで通電される。適切に管理されない場合、電解質の流路のうちの一定の狭いまたは限られた部分で、電解質が下流の電極２４の上に堆積する可能性があり、望ましくない。他の電極２４が通電されているとき、それらの電極の加工表面２６の下を不用な集合体４６が通過した場合、電解質の導電性が局部的に変化し、その電極に関連する所望の材料除去および被加工表面２１に生じる外形輪郭の精度に悪影響を及ぼす。このように、種々の電極２４がアレイに沿って通電されるシーケンスおよびタイミングおよび継続時間を管理することによって適切な空間補償が行なわれない場合、被加工表面２１のＥＣＭ表面外形は、汚染された電極における表面拡散および表面対流の予測速度が本質的に不正確となるために、望ましくない処理誤りを発生させてしまう可能性がある。
【００２５】
このように、ツール２２の種々の電極２４が通電されるシーケンスおよびタイミング向けの管理方式を、図１１Ａから図１１Ｃに示す。電極２４において、個別に、またはグループで実行可能な制御方式は、１つの電極（または電極のグループ）２４の反応生成物４６が、別の電極（または電極のグループ）２４で起こることが意図される反応に干渉するのを回避する上で効果的となり得る。この方式は、概して、電極２４のうちのいずれか１つまたは複数が作動している間に不用な集合体４６の反応生成物が間隙空間を通過する可能性を低減するように、電極２４を通電する際のあらかじめ定められたシーケンス、タイミングおよび継続時間に対するプログラム可能な制御を実行するものとして説明することができる。この沈殿物の管理方式は、数多くのやり方で実行できる。１つの制御方式の例では、電解質の流路の下流の領域に概ね近接する電極２４が、電解質の流路の上流の領域に概ね近接する電極に先立って通電される。この「バックステップ」シーケンスおよびタイミングには、所望の下流の反応に対する上流の反応生成物の影響を軽減する効果がある。言うまでもなく、その他の管理方式に、所与の電解質の流量ならびに電極のタイミング、シーケンスおよび継続時間をマッピングしてもよい。
【００２６】
図１１Ａから図１１Ｃを特に参照して、第１の例証的な制御方式をより詳細に説明すると、切替シーケンスは、電解質の出口に最も近い電極２４（１）から入口に最も近い電極２４（ｎ）に向かってである。この処理によって、図１１Ａに示すように、第１の電極２４（１）を「オン」に切り替えると、金属水酸化物および水素気泡の形態である沈殿物を含む不用な反応生成物が、集合体４６として、電解質３０の流れの中に直ちに排出される。次に、電圧を「オフ」に切り替えることで第１の電極２４（１）が切電され、電圧を「オン」に切り替えることで隣の電極２４（２）が通電される。図１１Ｂに示すように、不用な集合体４６´が隣の電極２４（２）から電解質３０の流れを通って排出される。第１の電極２４（１）は、この時点で切電されているので、不用な集合体４６´の影響を受けることはない。あらかじめ定められた、第２の電極２４（２）または電極のグループが通電される継続時間が終了すると、その電極は切電され、次に、図１１Ｃに示すように、後続の電極２４（３）または電極のグループが通電される。このように、不用な集合体４６´´を電解質３０の流れに沿って運び、第１および第２の電極２４を通過させることができるが、これらの電極は「オフ」されているので、不用な反応生成物に影響されることはない。このシーケンスの工程は、好ましくは、すべての電極が通電されるようになるまで続けられる。この時点で、このシーケンスを、所望の外形が得られるまで、必要に応じて任意の数のサイクルで繰り返してもよい。この方法は、所望の外形およびその他の要素に応じて、上述のような単一のシーケンスを含んでいてもよいし、そのシーケンスの複数回の反復を含んでいてもよい。このあらかじめ定められたシーケンスにより、不用な集合体４６、４６´、４６´´が通電された電極２４の反応領域の内部に存在することはなくなるため、電気化学反応は常に汚染されていない電解質３０で起こることになる。問題のある沈殿物（金属水酸化物）および放出された気泡は常に、プログラムされた切替シーケンスに従って高速で上流に飛び越える電流反応領域の下流に存在する。
【００２７】
図１２は、隣接する電極２４を狭い部分で分離するＥＣＭ間隙の内部の電流分布を示す。有限要素法を適用して、部品２０の被加工表面２１から電極２４の加工表面２６に進むベクトルで電流分布をシミュレートする。電気的な絶縁を確立する目的で、隣接する電極２４の間に電気絶縁体４８が位置付けられている。上述したように、個々の電極２４が選択的かつ個別に通電されて、意図した表面成形技術が施される。隣接する電極２４がいずれも通電されているとき、間隙の領域内に確立された電界は、本質的に均一であり、かつ、カソード材料に対して腐食効果をほとんど及ぼさないか、またはまったく及ぼすことはない。しかしながら、ある電極２４が通電されたままであるか、または浮動電位を取った状態にされたままである間、隣接する電極２４を時々切電することが必要となるため、切電された電極２４における絶縁体４８付近の領域５０で横断的腐食の問題が生じる可能性がある。よって、図１３に示すように、「オフ」された電極２４が浮動電位を取り、その結果、一部の電流が横断的腐食領域５０における絶縁体４８付近の加工表面２６から離れる方へ向かう。よって、浮動電極２４は部分的なアノードとなり、電解溶解が局部的なものとなる可能性がある。横断的腐食の問題は、先行技術のシステムで見受けられるように、隣接する電極２４の間を分離する間隔が比較的大きいときは、概ね無視できる。しかしながら、この発明ではむしろ、密に配置された電極２４が望ましく、ここでは絶縁体４８は比較的小さくなっている。横断的腐食が処理されずに放置された場合、個々の電極２４の加工表面２６が浸食される可能性があり、それによって、対向する部品２０の被加工表面２１に隆起が生じてしまう。
【００２８】
この問題に対処するために、この発明は、酸化物層を生成できる材料組成から加工表面２６を形成する。異なる特性を備えた特殊なカソード材料を用いることで、横断的腐食の問題を軽減または排除できる。適切な材料を塩電解質中のアノード電位にさらすと、丈夫でありながら導電性のある酸化物の薄い層を生成することができる。表面の金属原子は、酸化物層によって二重層から分離される。この薄い酸化物層によって、酸素またはその他
のガスが発生するが、カソード金属自体の酸化を抑止するか、または遅らせる電気化学反応が可能となる。浮動する電位が負またはゼロ電位になると、電極表面ですべての必要な電気化学還元が促進されるので、酸化物層も還元される。酸化物層を生成するこの部類の材料には、チタニウム、タンタル、タングステン、およびそれらの元素を含有する合金が含まれる。
【００２９】
別の部類の適切な材料は、電気を通すが、表面がアノード電位にさらされたとき、金属腐食に必要とされる電位よりもかなり高い酸化電位を有する。カソードは浮動したままにされ、これらの材料の原子または分子は、酸化の障壁を乗り越えられないので、イオン化される。これらの材料は、余剰の電子を表面から離れるように導くことで、酸素の発生を促す。この回路は、電気化学反応の間は閉じたままであるが、浮動カソードから材料が溶解することはほとんどない。この高い酸化電位を有する第２の部類の材料は、室温で高濃度の黒鉛および極めて導電性の高い導電性セラミック（たとえば、ＳｉＣ）などの、黒鉛および導電性セラミックを含む。
【００３０】
このような横断的腐食を抑制する利点を得るために、電極２４は、全体を上述のような材料で構成してもよいし、または加工および成形を容易にするために、鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどの従来の材料を含んでいてもよく、ただし、その表面は上述の材料組成で被覆するものとする。化学気相成長法、プラズマ励起気相法およびその類似の方法などの被覆技術を実施することができる。
【００３１】
図１４に、横断的腐食を抑制するためのさらに別の手法を示す。ここでは、突出端部４９´が加工表面２６から立設するように、絶縁体４８´が間隙空間内に延在している。この場合、「オフ」になっている電極２４の縁の領域の電流密度が、突出端部４９´による干渉のために低下する。これらの手法およびその他の手法は、横断的腐食の問題を軽減または排除するために考案されたものである。
【００３２】
上記の教示に照らして、この発明の数多くの変形および変種が可能であることは明らかである。したがって、前掲の特許請求の範囲内で、この発明が特に記載した以外でも実施可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明のツール／部品構成の概略的な斜視図である。
【図２】被加工表面の三次元構成を強調するためにＺ軸の比率を誇張して示した部品の成形表面の概略的な斜視図である。
【図３】電極の各々が可撓性ワイヤを含む、この発明のある実施例を示す簡略化した斜視図である。
【図４】この発明の代替の多分割電極アレイの斜視図である。
【図５】この発明の別の代替の多分割電極アレイの斜視図である。
【図６】この発明のさらに別の代替の多分割電極アレイの斜視図である。
【図７】この発明のさらに別の代替の多分割電極アレイの斜視図である。
【図８】この発明の１つの電流分布の実施例の概略的な図である。
【図９】この発明の第２の電流分布の実施例の概略的な図である。
【図１０】この発明の第３の電流分布の実施例の概略的な図である。
【図１１Ａ】電解溶解の不用な反応生成物の流れを制御するためのシーケンスで個々の電極が通電される電解加工方法の工程を示す図である。
【図１１Ｂ】電解溶解の不用な反応生成物の流れを制御するためのシーケンスで個々の電極が通電される電解加工方法の工程を示す図である。
【図１１Ｃ】電解溶解の不用な反応生成物の流れを制御するためのシーケンスで個々の電極が通電される電解加工方法の工程を示す図である。
【図１２】有限要素法によって生じるようなＥＣＭ間隙内の電流分布を示し、隣接する電極同士は同時に通電されている図である。
【図１３】図１２のような電流分布の図であるが、１つの電極は通電され、隣接する電極は、切電されるか、または浮動モードにされて、横断的腐食が起こりやすい条件下の図である。
【図１４】図１３と類似しているが、横断的腐食を軽減する代替の手法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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