CN102101205A - 电化学加工装置及加工方法及其电极单元 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种电化学加工装置及加工方法及其电极单元，其包含一电极、一导磁层、复数个磁性体与一磁力控制单元，以用于加工至少一工件，工件与电极分别位于一电解液中，导磁层形成于电极外部部分表面，该些磁性体加入于电解液中，且该些磁性体为不导电，磁力控制单元耦接导磁层，并控制导磁层吸附该些磁性依如此以使该些磁性体形成一绝缘体而覆盖于导磁层。由于，本发明藉由控制导磁层吸附该些磁性体，即可控制该些磁性体吸附于电极的厚度，即控制绝缘体的厚度，如此可提高加工精度与节省加工成本。

Description

电化学加工装置及加工方法及其电极单元

技术领域

本发明是有关于一种加工装置及方法，尤其是指一种电化学加工装置及加工方法。

背景技术

电化学(electrochemistry)是一门涉及电子与化学反应相互关系的科学，而电子的各种性质与行为，直到近百年来，才逐渐明了。使得电化学虽比其它科学古老，但发展却较为延迟。然而，在环保意识高涨的今日，电化学已成为一门「新兴」且倍受期待的科学。一般而言，电化学(electrochemistry)是指与电有关的化学现象的技术，而探讨化学反应与电荷转移间的关系，并利用电源的电位而调整电极的表面电子能量，使得电活性物种(electroactivespecies)与电极发生电子转移。

基于此原理，现今发展出电化学加工(electro chemicalmachining)，其有别于传统加工方法，是用来加工极硬材料或者传统加工方法难以加工的材料或加工对象，电化学加工方法又称为电解加工。然而，其限制条件是加工对象必须可导电。运用电化学加工时，电极是阴极用于作为刀具，而加工对象是阳极，也就是电极与加工对象分别耦接电源的阴极与阳极。电源的高电流从加工对象经电解液至电极，如此即可对加工对象进行加工，而移除加工对象不要的部份，电化学加工在加工的过程中没有和加工对象接触，也没有电火花的产生，所以相当安全。

由上述说明可知，电极是用于作为加工刀具而控制加工对象的加工位置与深度。一般而言，若电极相对于工件不需要加工的处，是会形成有一绝缘层，以避免电极对工件不需要加工之处进行加工。但是，绝缘层的厚度，是会影响电极的加工精度，所以若形成于电极的绝缘层的厚度控制不当，则会发生工件的加工尺寸不符合预期，如此则必须丢弃原有电极，而更换新电极并调整绝缘层形成于新电极的厚度，这样反复调整绝缘层的厚度即会提高加工成本，且不易控制加工精度。因此，如何提高加工精度与节省加工成本，乃为现今电化学加工的一重要课题。

因此，本发明即在针对上述问题而提出一种电化学加工装置及加工方法及其电极单元，不仅可改善上述现有技术缺点，又可提高加工精度与节省加工成本，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种电化学加工装置及加工方法及其电极单元，其藉由控制导磁层吸附电解液中的磁性体的磁力，即可控制磁性体吸附于电极的厚度，而控制电极的绝缘厚度，如此可提高加工精度与节省加工成本。

为了达到上述的目的，本发明提供一种电化学加工装置，该

电化学加工装置用以加工至少一工件，该电化学加工装置包含有：

一槽体，具有一电解液，其中该工件位于该电解液中；

一电极，位于该电解液中；

一导磁层，形成于该电极的部份表面；

复数个磁性体，位于该电解液中，且该些磁性体不导电；

一磁力控制单元，耦接该导磁层，并控制该导磁层吸附该些磁性体，如此以使该些磁性体形成一绝缘体，该绝缘体覆盖该导磁层；以及

一电源单元，其两极分别耦接该工件与该电极。

本发明中，其中该导磁层覆盖于该电极的侧向表面或该电极的底部表面。

本发明中，其中该导磁层为镍材或铁材所制。

本发明中，其中每一该磁性体更包含：

一金属体；以及

一绝缘层，覆盖于该金属体的外表面。

本发明中，其中该金属体为一镍珠或一钢珠。

本发明中，其中该绝缘层为一陶瓷、一树脂或一塑料。

本发明中，其中该磁力控制单元为一磁铁或一电磁铁。

本发明中，其中该导磁层包含一第一图案，该绝缘体包含一第二图案而大体上相同于该第一图案，该工件包含一第三图案对应于该第二图案。

本发明还公开了一种电化学加工方法，其包含有下列步骤：

提供一槽体，具有一电解液；

将至少一工件配置于该电解液中；

提供一电极及一导磁层，其中该导磁层形成于该电极的部份表面，该电极位于该电解液中；

加入复数个磁性体于该电解液中，且该些磁性体不导电；

控制该导磁层吸附该些磁性体，如此以使该些磁性体形成一绝缘体，该绝缘体覆盖该导磁层；以及

分别耦接一电源单元的两极于该工件与该电极。

本发明还公开了一种用于电化学加工的电极单元，其包含有：

一电极；

一导磁层，形成于该电极的部份表面；

复数个磁性体，该些磁性体不导电；以及

一磁力控制单元，耦接该导磁层，并控制该导磁层吸附该些磁性体，如此以使该些磁性体形成一绝缘体，该绝缘体覆盖该导磁层。

本发明具有的有益效果，本发明电化学加工装置及加工方法及其电极单元，其包含一电极、一导磁层、复数磁性体与一磁力控制单元，而用以加工至少一工件，工件与电极分别位于一电解液中，导磁层形成于电极的部分表面，该些磁性体加入于电解液中，且该些磁性体为不导电材质，磁力控制单元耦接导磁层，以控制导磁层吸附该些磁性体的多寡，如此即调整电极的绝缘厚度。另外，本发明更包含一电源单元，其两极分别耦接工件与电极。由于本发明可简易控制吸附于电极的该些磁性体的多寡，而简易控制电极的绝缘厚度，如此，即可达到提高加工精度与节省加工成本的目的。

附图说明

图1是本发明电化学加工装置的一较佳实施例的示意图；

图2是本发明电化学加工装置的磁性体的一较佳实施例的示意图；

图3是本发明电化学加工方法的一较佳实施例的流程图；以及

图4A至图4C是本发明电化学加工进行图案化加工的一较佳实施例的流程示意图。

【图号简单说明】

10槽体      12工件

13电解液      14电极

16导磁层      17第一图案

19第二图案    18磁性体

181金属体

183绝缘层

22磁力控制单元

24电源单元

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

首先，请参阅图1，是本发明电化学加工装置的一较佳实施例的示意图。如图所示，本发明电化学加工装置包含一槽体10、一电解液13、一电极14、一导磁层16、复数磁性体18、一磁力控制单元22与一电源单元24。其中，电极14、导磁层16、该些磁性体18与磁力控制单元22用于作为电化学加工的一电极单元。电解液13容置于槽体10，且槽体10内更放置有欲进行加工的工件12，电极14与工件12皆浸于电解液13中。导磁层16形成于电极14的部份表面，例如外侧表面。磁性体18为不导电且位于电解液13中，以供电极14的表面的导磁层16吸附，如此以使该些磁性体18形成一绝缘体，而覆盖导磁层16，以作为电极14的绝缘体。本发明的磁性体18的一较佳实施例为微粒状体。上述的导磁层16并未覆盖电极14的所有表面，即电极14的部分表面外露接触于电解液13。导磁层16可覆盖于电极14的侧向表面或底部表面。

于此实施例中，导磁层16覆盖于电极14的侧向表面，而电极14的底部表面则外露接触于电解液13，以对工件12进行纵向加工。磁力控制单元22可为一磁铁或可为一电磁铁，以耦接于导磁层16，其用于控制导磁层16吸附电解液13中的磁性体18，而吸附于电极14作为绝缘体，或者释放磁性体18，以进行操作选择性的电化学加工。此外，磁力控制单元22更可控制导磁层16的磁性大小，进而控制电解液13中的磁性体18吸附于导磁层16的数量多寡，以控制电极14的绝缘厚度。

承接上述，电源单元24的两极分别耦接于工件12与电极14。如图所示，电源单元24的正极耦接工件12，而负极耦接电极14。如此，电极14配合电解液13即可对工件12进行加工，而移除工件12不要的部份。由于，本发明的电极14的导磁层16会吸附电解液13中的磁性体18，而吸附于电极14的表面，以作为电极14的绝缘体，如此即可避免电极14对工件12不需要加工之处进行加工。于此实施例中，是并未对工件12进行侧向加工，所以导磁层16是覆盖于电极14的侧向表面，以避免电极14对工件12进行侧向加工。此外，本发明的电极14本身具有导电性且为低导磁，例如铜材，而无法吸附磁性体18；而导磁层16可为导电，例如导磁层16可为镍材或者铁材所制，并藉由电镀制程而形成于电极14外表面，以形成导磁层16。

本发明的电化学加工装置在对工件12进行加工时，可随时依据工件12的加工状态，即随时观测工件12的加工尺寸是否符合预计，而藉由磁力控制单元22控制导磁层16的磁性大小，进而控制导磁层16吸附电解液13中的磁性体18的数量多寡，而调整电极14的绝缘厚度与电阻大小，以精确控制加工精度；或者，磁力控制单元22可控制磁性体18无吸附于导磁层16，以便于进行此电极状态的电化学加工。磁力控制单元22的设定值可依加工需求而事先设定一数值，而且在加工过程中亦可随时做更动，以精确控制加工精度。由上述可知，本发明可随时在线调整电极14的绝缘厚度，而不需因绝缘厚度的调整而需重新制作不同厚度绝缘体的电极，因此可大幅降低电极的制作成本，如此即可达到节省加工成本的目的。

此外，本发明的导磁层16更可具有导电性，而本发明可控制导磁层16不吸附磁性体18于电极14的表面，如此即能利用电极14表面的导磁层16对工件12进行加工。于此实施例来说，起初电极14进行加工时，由于电极14的侧向表面的导磁层16会吸附磁性体18，所以即会于电极14的侧向表面形成绝缘体，而仅具有底部表面加工能力，而不具侧向加工能力。然而，若欲对工件12进行侧向加工时，即可控制导磁层16释放所吸附的磁性体18，如此电极14即能拥有不同之侧向与底部表面加工能力，因而可以提升电极14的加工能力与其应用的范围。另外，上述实施方式仅为本发明的一较佳实施例，并不局限本发明的实施例仅为上述方式。例如，本发明亦可在槽体10内设置复数个工件12与电极14，以对该些工件12进行加工。

请参阅图2，是本发明的磁性体18的示意图。如图所示，本发明的每一磁性体18更包含一金属体181与一绝缘层183，绝缘层183覆盖金属体181的外表面，使得磁性体18具有导磁而不导电的特性。本发明的磁性体18的金属体181的一较佳实施例为一镍珠或一钢珠，而绝缘层183的一较佳实施例为一陶瓷、一树脂或一塑料，其中树脂可为一环氧树脂。上述的金属体181与绝缘层183的材质仅为本发明的一实施例，而并非限制其种类仅可于此。

请参阅图3，是本发明电化学加工的另一较佳实施例的流程图，本发明可应用于对工件12进行图案化加工，例如欲于工件12的表面形成一图案。首先，请参阅图4A，提供一电极14及一导磁层16，导磁层16形成于电极14的外侧表面上。接着，请参阅图4B，将导磁层16图案化，例如利用机械力加工或雷射加工以移除部份导磁层16，而裸露电极14的表面，以于导磁层16形成一第一图案17，亦即完成图案化导磁层16。

如图3的步骤S1所示，本发明是提供电极14及图案化导磁层16。在本实施例中，上述图案化导磁层16是指依据第一图案17而形成图案化导磁层16于电极14的表面，也就是电极14相对于第一图案17的表面不覆盖有导磁层16，而电极14相对于第一图案17的其余表面则全部覆盖有导磁层16。也就是说，电极14相对于第一图案17之外的表面全部覆盖有导磁层16，仅有相对于第一图案17的电极14表面并未覆盖有导磁层16而外露。在另一实施例中，上述图案化导磁层16亦可依据第一图案17而形成图案化导磁层16于电极14的表面，但是电极14相对于第一图案17的表面覆盖有导磁层16，而电极14相对于第一图案17的其余表面则全部不覆盖有导磁层16。也就是说，电极14相对于第一图案17之外的表面全部不覆盖有导磁层16而外露，仅有相对于第一图案17的电极14表面覆盖有导磁层16。

本发明对导磁层16进行图案化的一实施方式如图4B所示，是在电极14的外侧表面形成导磁层16，而覆盖电极14的外侧表面。接着，移除部份导磁层16而形成第一图案17，如此即形成图案化的导磁层16于电极14上，而提供具有图案化导磁层16的电极14。之后，如图3的步骤S3与S4所示，加入磁性体18于电解液13，且电极14放置于电解液13，并控制导磁层16的磁力大小，进而控制导磁层16吸附磁性体18的多寡，而吸附磁性体18为绝缘体。如此在本实施例中，即会如图4C所示，电极14的外侧表面未吸附有磁性体18的部分，即形成一第二图案19，因此即完成图案化的绝缘体，即该些磁性体18所形成的绝缘体具有第二图案19，且第二图案19大体上相同于第一图案17，而如图3的步骤S5所示，可利用具有图案化的绝缘体(磁性体18)的电极14对工件12进行图案化加工，如此在工件12上即形成对应第二图案19的一第三图案。

由上述可知，本发明可依欲形成于工件12的不同图案，而形成不同图案的导磁层16于电极14上，以藉由不同图案的导磁层16而吸附磁性体18，以成为图案化的绝缘体于电极14的外侧表面，如此即形成具有图案化的绝缘体(磁性体18)的电极14，而对工件12进行图案化加工。

综上所述，本发明为一种电化学加工装置及加工方法及其电极单元，其包含电极、导磁层、复数磁性体与磁力控制单元，工件与电极浸于电解液中，电极用于对工件进行加工，导磁层形成于电极的部分表面，磁性体加入于电解液中且不导电，磁力控制单元用于控制导磁层吸附磁性体，进而控制电极的绝缘厚度。因为本发明可控制导磁层吸附磁性体，所以可轻易调整电极的绝缘厚度，而不需更换电极而调整绝缘厚度，如此，本发明可节省电化学加工的加工成本，且提高其加工精度。

综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电化学加工装置，该电化学加工装置用以加工至少一工件，该电化学加工装置包含有：

一槽体，具有一电解液，其中该工件位于该电解液中；

一电极，位于该电解液中；

一导磁层，形成于该电极的部份表面；

复数个磁性体，位于该电解液中，且该些磁性体不导电；

一磁力控制单元，耦接该导磁层，并控制该导磁层吸附该些磁性体，如此以使该些磁性体形成一绝缘体，该绝缘体覆盖该

导磁层；以及

一电源单元，其两极分别耦接该工件与该电极。

2.根据权利要求1所述的电化学加工装置，其特征在于，其中该导磁层覆盖于该电极的侧向表面或该电极的底部表面。

3.根据权利要求1所述的电化学加工装置，其特征在于，其中该导磁层为镍材或铁材所制。

4.根据权利要求1所述的电化学加工装置，其特征在于，其中每一该磁性体更包含：

一金属体；以及

一绝缘层，覆盖于该金属体的外表面。

5.根据权利要求4所述的电化学加工装置，其特征在于，其中该金属体为一镍珠或一钢珠。

6.根据权利要求4所述的电化学加工装置，其特征在于，其中该绝缘层为一陶瓷、一树脂或一塑料。

7.根据权利要求1所述的电化学加工装置，其特征在于，其特征在于，其中该磁力控制单元为一磁铁或一电磁铁。

8.根据权利要求1所述的电化学加工装置，其特征在于，其中该导磁层包含一第一图案，该绝缘体包含一第二图案而大体上相同于该第一图案，该工件包含一第三图案对应于该第二图案。

9.一种电化学加工方法，其特征在于，其包含有下列步骤：

提供一槽体，具有一电解液；

将至少一工件配置于该电解液中；

提供一电极及一导磁层，其中该导磁层形成于该电极的部份表面，该电极位于该电解液中；

加入复数个磁性体于该电解液中，且该些磁性体不导电；

控制该导磁层吸附该些磁性体，如此以使该些磁性体形成一绝缘体，该绝缘体覆盖该导磁层；以及

分别耦接一电源单元的两极于该工件与该电极。

10.一种用于电化学加工的电极单元，其特征在于，其包含有：

一电极；

一导磁层，形成于该电极的部份表面；

复数个磁性体，该些磁性体不导电；以及

一磁力控制单元，耦接该导磁层，并控制该导磁层吸附该些磁性体，如此以使该些磁性体形成一绝缘体，该绝缘体覆盖该导磁层。

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