電気化学加工：原理、プロセス、装置、用途、メリット・デメリット

電気化学加工（ECM）

電気化学的溶解で金属除去する非伝統的機械加工プロセス。近年、有利な操作性で多産業で広く使用。メッキプロセスの逆と見なせます。

電気化学加工の原理

ファラデーの電気分解法則に基づく。2電極を導電液（電解液）充填容器に配置、大電流直流電圧印加で、陽極（正極）から金属析出、陰極（負極）にメッキ。この加工では工具を負極（陰極）、ワークを正極（陽極）接続。微小距離で電解液中に配置。直流通電でワークから金属除去。これがECMの基本原理。

電気化学溶接図

装置

電源

ECMでは大電流約40,000A、低電圧約10〜25Vが望ましい。電極間隔（極間ギャップ）は加工適正値。小さすぎるとアーク発生、大きすぎると加工不適。約1mm。三相交流をシリコン制御整流器で直流変換し大電流確保。

電解液供給・洗浄システム

配管系、貯蔵タンク、ポンプ、制御弁、圧力計、加熱・冷却コイル等で構成。ECMではワークから除去金属がスラッジ化し電解液から除去必要。電解液流量・洗浄制御。配管はステンレス、ガラス繊維強化プラスチック、プラスチックライニング鋼等耐食材料。タンク容量約500ガロン/10,000A電流。

工具と工具送りシステム

工具は長時間耐食環境耐久のため耐食材料製。高熱伝導率・易加工性も必要。ワーク寸法精度・仕上げ面は工具寸法に直接依存。加工不要部分は適切絶縁必要（絶縁不足で望まぬ加工・寸法精度低下）。

ワークとワーク保持システム

ワークは優良導電性必要。導電性材料のみECM加工可能。ワークは陽極。ワーク保持装置は非導電性必要。

電気化学加工の作業

メッキプロセスの逆で動作。陽極から電解液へ金属除去、電解液内逆イオンと反応しスラッジ形態で析出。手順：

1. ECMでは工具にメッキせず工具形状不変となる電解液選定。一般に食塩水使用
2. 工具を負極、ワークを正極接続
3. 電極間通電で陽極（ワーク）と陰極（工具）で反応発生。低炭素鋼加工例で理解
4. 電位差で電解液内イオン解離発生

NaCl ↔ Na⁺ + Cl⁻ H₂O ↔ H⁺ + OH⁻

5. 電位差印加で正イオンは工具、負イオンはワークへ移動
6. 水素イオンが工具到達、電子受取り気体化、環境放出
7. 水素イオンが工具から電子受取り電子不足生成。補償でワーク（陽極）で第一鉄イオン生成、同量電子供給

2H⁺ + 2e⁻ = H₂ ↑ （陰極） Fe = Fe²⁺ + 2e⁻ （陽極）

8. 第一鉄イオンが逆塩素イオン・水酸化イオンと反応、スラッジとして沈殿

Fe ↔ Fe²⁺ + 2e⁻ Fe²⁺ + 2Cl⁻ ↔ FeCl₂ Fe²⁺ + 2(OH)⁻ ↔ Fe(OH)₂ FeCl₂ + 2(OH)⁻ ↔ Fe(OH)₂ + 2Cl⁻

9. 鉄・第一鉄が電解液へ移行、機械加工プロセス完了。原子単位加工で極めて高仕上げ面獲得

より理解深めるには以下動画参照。

用途

• ディスク・タービンローターブレード加工
• 極薄肉コレットのスロット加工
• 内部カム内部プロファイル生成
• 衛星リング・コネクティングロッド製造、ギア・長尺プロファイル加工等

メリットとデメリット

メリット

• 極めて複雑形状加工可能
• 単一工具で多数ワーク加工可能。理論上工具摩耗なし
• 加工性が工具強度・硬度に非依存
• 極めて高仕上げ面獲得

デメリット

• 機械初期コスト高
• 設計・工具システム複雑
• 加工表面疲労特性低下可能性
• 非導電材料加工不可
• 止まり穴加工不可
• 従来加工比でスペース・床面積大

以上、電気化学加工の原理、作業、装置、用途、メリット・デメリットについて解説しました。ご質問があればコメントでお知らせください。記事がお役に立てば、ソーシャルネットワークで共有をお願いします。ご覧いただきありがとうございました。