(57)【要約】  本発明は、電解液（８）および金属部材（５）の電気化学的加工方法に関し、前記電解液（８）はプロトン性溶媒（１５）を含む。
2010539328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材（５）の電気化学的加工用の電解液（８）であって、ある割合のプロトン性溶媒（１５）を有する電解液（８）。
【請求項２】
前記電解液（８）中の前記プロトン性溶媒（１５）の平均割合が、０．０１〜８０体積％の範囲である、先行請求項に記載の電解液（８）。
【請求項３】
前記プロトン性溶媒（１５）が、プロトン性極性溶媒である、先行請求項のいずれかに記載の電解液（８）。
【請求項４】
前記プロトン性溶媒（１５）が、カルボキシル基、カルボキシレート基、水酸基、およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも１つの官能基を含む、先行請求項のいずれかに記載の電解液（８）。
【請求項５】
金属部材（５）の電気化学的加工のための、先行請求項のいずれかに記載の電解液（８）の使用。
【請求項６】
少なくとも１つの金属部材（５）を加工するための電気化学的加工方法であって、プロトン性溶媒（１５）が、電解液（８）に添加される電気化学的加工方法。
【請求項７】
前記プロトン性溶媒が、前記電解液（８）中の前記溶媒（１５）の測定された濃度に応じて添加される、請求項６に記載の加工方法。
【請求項８】
加工対象の前記部材（５）が、予め事前洗浄されている、請求項６または７に記載の加工方法。
【請求項９】
少なくとも１つの部材（１）の電気化学的加工用の装置（１）であって、電解液（８）へのプロトン性溶媒（１５）の添加のための少なくとも１つの計量装置（１３）が備えられた装置（１）。
【請求項１０】
前記電解液（８）用の循環システム（１１）を形成する導管（１０）と輸送手段（１９）とを備える、先行請求項に記載の装置（１）。
【請求項１１】
前記電解液（８）の少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つの測定装置（１７）を備える、請求項９または１０に記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記計量装置（１３）と前記測定装置（１７）とに接続された制御装置（１６）を備える、請求項９〜１１のいずれかに記載の装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的加工用の電解液、前記電解液の使用、さらには、電気化学的加工用の方法および装置に関する。部材の電気化学的加工は、特に、導電性金属部材の精密な加工を可能にする。加工は、実質的に摩耗を生じずに行われ、特に材料に優しい。本発明は、特に工業分野において、大量生産を行う場合に採用される。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的加工は、材料を電気化学的に除去する原理に従って機能する。この目的で、部材が、例えばアノードとして接続され、ツールが、カソードとして接続される。導電性液体（電解液とも呼ばれる）が、部材とツールとの間に残る作業ギャップを通るように供給される。部材とツールとの間に電位が印加されると、電流が流れ、電気分解を開始し、この電気分解によって部材から、金属イオンが溶解される。このようにして、規定の材料除去が実現される。電気化学的加工は、アクセスしにくい場所でさえ、非常に正確に半径および輪郭を生成できるようにする。さらに、部材の様々な位置を同時に加工することができる。ツールと部材とが直接接触しないので、加工は、実質的に摩耗を生じずに行われ、極めて一定のプロセス品質が保証される。さらに、加工対象の部材において、機械的応力または熱的影響が誘発されない。切断手法によって加工するのが難しい材料でさえ、問題なく加工することができる。最大で数秒となることがある短いサイクル時間により、高いプロセス信頼性で、比較的多数の部材を加工することができる。この方法は、噴射ノズルにおけるチャネルの後加工で特に広く使用される。
【０００３】
前述の電気化学的加工についてのいくつかの利点の他に、実際には、電気化学的加工プロセス中に不均一な表面が形成されることがあることが判明している。このようにして形成された表面は、部材の不良機能または故障をもたらすことがある粗さまたは構造を生成するので、製造ラインにおける欠陥の原因となることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、従来技術から生じる問題を少なくとも一部は解決すること、および、特に、加工プロセスを実施する単純で信頼性の高い方法であって、同時に高い表面品質を保証する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの目的は、請求項１の特徴を有する電解液、請求項５に記載の電解液の使用、請求項６に記載の電気化学的加工方法、および請求項９に記載の電気化学的加工用の装置によって実現される。本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項に示される。従属請求項に言及される個々の特徴を、技術的に有用な任意の様式で互いに組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を定義することができることが注目されるべきである。さらに、以下の説明で、特許請求の範囲に示される特徴をより厳密に定義して説明し、本発明のさらなる好ましい例を提示する。
【０００６】
本発明によれば、前記目的は、金属部材の電気化学的加工用の電解液であって、ある割合のプロトン性溶媒、好ましくは水ではないプロトン性溶媒を含む電解液によって実現される。本発明において、電気化学的加工用の電解液とは、固体状態または溶解状態で少なくとも一部がイオンの形態で存在し、電流を伝達することができる材料である。そのような電解液は、特に、イオンを含有し、したがって電流を伝達することができる液体を含む。本発明による好ましい電解液は、特に水性塩溶液であり、水性塩溶液として、例えば、好ましくは３０〜４０重量％の範囲の濃度で塩（ＮａＣｌまたはＮａＮＯ3）が存在するＮａＣｌ水溶液またはＮａＮＯ3水溶液を使用することができる。
【０００７】
電気化学的加工では、使用される電解液が、加工対象の部材の少なくとも一部分の周りを流れるか、または部材を少なくとも濡らす。特に、加工対象の部材の表面上に付着物が存在する場合、電気化学的加工中に不均一な表面構造が形成されることが判明している。特に、グリースまたは油の付着物が、加工対象の部材の材料の不均一な溶解をもたらす。そのような汚染物質は、パッシベーション層に匹敵する作用を有する。それらは、除去すべき金属材料が電解液中に溶解するのを妨げる。プロトン性溶媒、好ましくは水ではないプロトン性溶媒を電解液に添加することにより、電解液の存在下でこれらの汚染物質を洗浄除去できるようになり、それにより、溶解による均一な材料除去が行われる。本発明において、プロトン性溶媒とは、強塩基の存在下で解離によってプロトンをそこから分離することができる少なくとも１つの官能基を有する材料である。そのようなプロトン性溶媒は、水素結合を形成することができる。プロトン性溶媒、好ましくは水ではないプロトン性溶媒の添加により、電解液は、油およびグリースなどの汚染物質を溶解して輸送除去することができるようになる。したがって、加工対象の部材の表面上で汚染物質がパッシベーション層として作用せず、金属材料の均一な除去が保証される。
【０００８】
電解液中のプロトン性溶媒の平均割合が、０．０１〜８０体積％の範囲、特に好ましくは０．０５〜２５体積％の範囲、最も好ましくは０．１〜１０体積％の範囲であると有利である。例えばグリースおよび油の汚染または付着が激しい、またはあまり激しくないなど、使用状況に応じて、電解液を、その溶媒含有量に関して広い範囲において各要件に適合させることができる。
【０００９】
本発明において、プロトン性溶媒が、水ではないプロトン性極性溶媒であると非常に有利である。１〜２５個の炭素原子、特に好ましくは４〜１２個の炭素原子を有する有機溶媒が特に有利である。比較的長鎖の化合物は、依然として比較的顕著な極性特性を有し、同時に、グリースおよび油に対して非常に良好な溶媒特性を有する。
【００１０】
特に、有利な実施形態では、カルボキシル基、カルボキシレート基、水酸基、およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも１つの官能基を有するプロトン性溶媒が提供される。したがって、プロトン性溶媒は、好ましくは、カルボン酸、カルボン酸の塩、アルコール、またはアミンである。カルボン酸の塩として、脂肪酸塩、特に石鹸を使用することが好ましく、これは、電解液と相互作用し、電解液中に溶解されたグリースおよび油を特に容易に洗浄除去することができる。石鹸は、好ましくは、１０〜１６個の炭素原子を有するカルボン酸のナトリウム塩またはカリウム塩である。本発明による好ましいアルコールは、４つ以上の水酸基を有するモノオール、ジオール、トリオール、またはポリオールであってよく、モノオール、特に１〜１０個の炭素原子を有するモノオールが特に好ましい。本発明による特に好ましいアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、およびヘキサノールからなる群から選択され、ブタノール、ペンタノール、またはヘキサノールが特に好ましい。言及した材料または材料のグループは全て、本発明による電解液中で単独で、または組み合わせて使用することができ、電解液の洗浄作用またはグリース溶解作用および油溶解作用を改善する。
【００１１】
本発明の電解液の好ましい実施形態では、電解液は、アルコール、好ましくはモノオールを含む。０．０１〜８０体積％の範囲、特に好ましくは０．０５〜２５体積％の範囲、最も好ましくは０．１〜１０体積％の範囲の量の、３〜７個の炭素原子を有するモノオールが特に好ましい。
【００１２】
本発明による金属部材の電気化学的加工用の電解液の使用により、材料が均一に除去された特に高品質の表面を部材に形成され、これは、例えば、非常に小さく非常に壊れ易い部材または精密部材の製造に望ましい。
【００１３】
特許請求される少なくとも１つの金属部材の加工用の電気化学的加工方法によれば、プロトン性溶媒が、電解液に添加される。プロトン性溶媒の添加は、様々な様式で行うことができる。例えば、電解液が初めに調製されるとき、添加は、全て一度に行うことができる。しかし、プロトン性溶媒を電解液流中に導入することもできる。これは、継続的または断続的に行うことができる。
【００１４】
したがって、本発明の加工方法の一実施形態では、測定された電解液中の溶媒の濃度に応じて添加されるプロトン性溶媒が提供される。これは、電解液が使用される時間全体にわたって、特に経済的に、しかし常に正確に所望の濃度の溶媒が維持されることを保証する。したがって、電気化学的加工方法に相応の悪影響を及ぼす過多または過少の添加が効果的に避けられる。
【００１５】
また、特に激しく汚染された部材の場合、加工対象の部材に、予め事前洗浄を施すことが有利である。溶媒含有電解液による事前洗浄は、特に激しい汚染の場合でさえ、部材に付着した汚染物質が高い信頼性で完全に除去されることを保証する。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、少なくとも１つの部材の電気化学的加工用の装置であって、電解液へのプロトン性溶媒の添加用の計量装置を備えた装置によって実現される。そのような計量装置は、電解液流中に連続的に少量を導入し、それにより電解液流に接種することができる。量を変えることができる連続的または継続的添加の他に、時間をかけて別々に導入される個別の投与の形態で断続的に添加を行うこともできる。
【００１７】
本発明において、電解液用の循環システムを形成する導管と輸送手段とを備えることが特に好ましい。このようにすると、電解液は、何回も循環することができ、したがって、加工空間を通って、部材の周りを何回も流れることもできる。
【００１８】
電解液の少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つの測定装置を備えることが非常に有利である。そのような特性は、例えば、電解液中のプロトン性溶媒の濃度であってよい。しかし、電解液の粘性、導電性、温度、またはｐＨなど、さらなる特性を測定することもできる。さらに、必要な場合には電解液を浄化または交換するために、そのような測定装置によって電解液の汚染も監視することができる。測定装置の設置は、循環システムに関連して特に有利であり、なぜなら、このようにして電解液の寿命を顕著に延ばすことができるからである。
【００１９】
最後に、本発明はまた、計量装置と測定装置とに接続された制御装置の使用を提供する。接続は、プロセス制御性のものである。すなわち、制御信号および／またはエネルギー供給ラインを内部に包含することができる。本発明において、制御装置が、測定装置によって求められた値を受け取ることができ、そこから、計量装置に関する制御命令を決定し、その後、これらの制御命令を計量装置に伝送することが重要である。これは、例えば、信号ラインを介した情報信号の伝送によって行うことができる。代替形態として、計量装置は、特に単純な場合には、エネルギー供給ラインを介するエネルギーの単純な提供によって作動または作動停止させることもでき、これは、制御装置によって行うことができる。
【００２０】
以下、本発明および技術的状況を、図面を用いてより詳細に説明する。図は、本発明の特に好ましい変形形態を示すが、本発明がこれらに限定されないことに注目すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電解液回路を有する電気化学的加工用の装置の概略図である。
【図２】電気化学加工後の、汚染された部材の概略図である。
【図３】電気化学加工後の、本発明に従って洗浄された部材の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、電気化学的加工用の装置１を概略的に示す。この装置１は、第１のリザーバ２と、第２のリザーバ３とを備える。さらに、装置１は、加工空間４を有し、加工空間４内で、加工対象の部材５がアノード６とカソード７との間に配置される。電解液８が、部材５の周りを流れる。電解液８は、ポンプによって形成された輸送手段９によって、回路１１における導管１０を通して時計回り方向に搬送される。加工プロセス中、電解液８は、電気化学プロセス中に材料を溶解させることによって、加工対象の部材５から金属材料を溶解する。次いで、電解液８は、導管１０を通って、第１のリザーバ２に進み、そこから、輸送手段９によって、フィルタ１２を通して第２のリザーバ３に搬送される。第２のリザーバ３内で、純化された電解液８は、その後、加工空間４を通る、別の経路に利用可能である。ある割合のプロトン性溶媒、例えばアルコールを有する電解液８の使用により、部材５に付着していることがある汚染物質、例えば油またはグリース、あるいは汚れが洗浄除去されることが保証される。これは、特に、部材５の周りに流れる、または部材５を通って流れる電解液８の連続流を生み出す輸送手段９によって補助される。
【００２３】
電解液８が部材５の加工対象表面全体の周りに流れるように、電解液８を偏向させる追加のフローガイドを備えることが特に有利である。特に、電解液もまた部材５を通して流されるように導管を構成することができる。加工プロセス中に変えることができない電解液８の上記の使用の他に、加工プロセス中に、プロトン性溶媒の添加によって電解液を変えることもできる。この目的で、ライン１４を通して部材５のごく近くでプロトン性溶媒を電解液８中に供給する計量装置１３が、加工空間４の近傍に備えられる。供給導管、または供給ライン１４の端部が部材５に対してごく近くにあることにより、部材５の近傍で特に高い濃度のプロトン性溶媒１５が実現される。それに関連して、特に高いグリース溶解および洗浄作用が実現される。さらに、供給ライン１４は、少なくとも短時間、流速を増加させるために利用することができる。これは、例えば、圧縮空気、プロトン性溶媒１５、またはその両方の導入によって行うことができる。このようにして、部材５のある種のフラッシングが行われる。加工空間４の領域における計量装置１３の上記構成の他に、基本的には、計量装置１３は、電解液８にプロトン性溶媒１５を添加するために回路１１内の任意の点に構成することができる。さらに、計量装置１３は、測定装置１７によって電解液中の溶媒の濃度を測定する制御装置１６（破線で示される）と共に使用して、制御装置１６によって制御することができる。この目的で、制御装置１６は、制御ライン１８（同様に破線で示される）を介して、測定装置１７と計量装置１３との両方に接続される。
【００２４】
図２は、加工空間４内に存在し、電解液８によって取り囲まれて濡らされる電気化学的加工される部材５を概略的に示す。部材５の中央に位置されるチャネル１９内で、突出部２１を有する粗い表面２０を明瞭に見ることができる。電気化学的加工中、グリース、油、または他の汚染物質が付着している部材５に電気化学的加工が行われる際に、そのような表面２０が形成される。このとき、汚染物質がパッシベーション層と同様に作用するので、汚染された場所に上記の突出部２１が形成される。
【００２５】
図３は、加工空間４内に存在し、同様に電解液８によって取り囲まれる加工対象の部材５を示す。ここで使用される電解液８は、ある割合のプロトン性溶媒１５を有し、それによって、チャネル１９の表面２０上の汚染物質が、電気化学的加工前または遅くとも電気化学的加工中に洗浄除去されている。これにより、電気化学的加工中に特に滑らかな表面２０を形成することができるようになる。この部材５の場合、汚染物質によりパッシベーションされる領域が形成されることがないので、図２に示される突出部２１は回避される。
【００２６】
さらに、本発明は、図示される例に限定されない。特許請求の範囲の範囲内で、本発明のいくつかの修正形態さえ可能である。したがって、例えば、説明した材料の代わりに、電気化学的加工用の装置内で電解液と共に搬送するのに適した多くのプロトン性溶媒を使用することができる。さらに、本発明の保護範囲から逸脱することなく、多くの変形形態を成すために、装置１の図示の構成を変形することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  装置
２  第１のリザーバ
３  第２のリザーバ
４  加工空間
５  部材
６  アノード
７  カソード
８  電解液
９  輸送手段
１０  導管
１１  回路
１２  フィルタ
１３  計量装置
１４  供給ライン
１５  プロトン性溶媒
１６  制御装置
１７  測定装置
１８  制御ライン
１９  チャネル
２０  表面
２１  突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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