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技術 電解複合研磨装置及び電解複合研磨用工具並びに電解複合研磨方法

出願人 カンサン株式会社独立行政法人国立高等専門学校機構
発明者 鈴木実河野秀樹下田祐紀夫櫻井文仁斉藤喜泰折茂和久
出願日 2002年3月12日 (18年8ヶ月経過) 出願番号 2002-066319
公開日 2003年9月24日 (17年1ヶ月経過) 公開番号 2003-266246
状態 未査定
技術分野 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削 放電加工、電解加工、複合加工 電解清浄、電解エッチング
主要キーワード 屈曲杆 両端開口型 三角柱形 粒状研磨材 ボラゾン 不働態化皮膜 円形内周面 研磨石
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

目的

容量が大きく開口部の小さい圧力容器などでもその内周面を効率よく精密に研磨する。

構成

内周面が円形状を成す導電性中空体1内に粒状研磨材Gsと電解液ELとを入れ、その電解液ELに内部電極8を浸漬させ、中空体1の外面には外部電極7を接触させる。そして、外部電極7により中空体1を陽極として内部電極8との間に通電しながら中空体1を回転させる。又、給液系3から中空体1内に電解液ELを順次供給しながら、これを排液系4より排出して循環させる。これにより、中空体1内で流動する粒状研磨材Gsの擦過作用と電解作用とで中空体1の内周面を研磨する。

概要

背景

従来、金属材料などの表面を研磨する方法として、フェルトなどの不織布に砥粒を固定せしめたバフを用いるバフ研磨ほか、バレル研磨電解研磨など種々の加工法が知られる。

バフ研磨は研磨対象の表面をバフによって擦過する方法であるが、この方法では研磨対象にバフによる適度の押圧力を加え続ける必要があるばかりでなく、バフの接触面だけしか研磨できないので大きな面積の加工には不向きであり、しかも表面粗さをミクロンベル仕上げるには多くの時間が必要である。

尚、一般に表面粗さは算術平均粗さをRa、十点平均粗さをRz、最大高さをRy、又はRmaxで表すが、近年では表面粗さの小さい超精密な研磨の必要性が高まっている。例えば、液晶半導体の製造に使用される高純度ガス(3フッ化窒素ガスなど)を封入しておく圧力容器では、内面の表面粗さが大きいと凹凸部分に塵埃などの微粒子パーティクル)が詰まってガス純度が低下してしまうため、その種の容器には内面の表面粗さに0.25μmRa以下を要求される。

この点、バレル研磨や電解研磨は、バフ研磨に対して比較的短時間で精密な研磨をすることが可能である。前者のバレル研磨とはバレル内に研磨対象ほか、研磨石や砥粒といった粒状研磨材、並びに研磨対象同士の衝突を防ぐガラスボールなどのメディアを入れ、その状態でバレルを回転させることにより内部の研磨対象を研磨するというものであるが、この方法は小型な部品の研磨には有用であるも研磨対象が大型なものではバレルに入らず研磨を行えない。

尚、バレル研磨には図9に示すような回転バレル法ほか、図10に示すような遠心バレル法などがあるが、図9及び図10に示される例では何れもバレル自体を研磨対象とし、そのバレルS内に研磨材の分散液GLを入れ、その研磨材によってバレルSの内周面を研磨する。ここに、図9の回転バレル法はバレルを回転(自転)させるだけであるのに対し、図10の遠心バレル法ではバレルを自転させつつ回転運動公転)させる。これらの方法は大きな面積を一度に研磨できるという利点を有するものの、回転バレル法では研磨対象に対する研磨材の擦過作用が小さいため、所定の表面粗さを得るのに数日以上といった相当な時間を要する。

又、遠心バレル法では、研磨対象に対する研磨材の擦過作用が遠心力により増大されるため、回転バレルで数日以上を要す表面粗さ精度を数時間足らずで得られるものの、数百リットルを越えるような大型の容器を高速で自転/公転させるには装置が大型化するため、その種の大型容器現実的な研磨対象にはなり得ない。

一方、電解研磨は、図11に示すよう研磨対象Wを陽極として電解液ELに浸し、これを陰極Cとの間で電解するというものである。これによれば、研磨対象の表面凸部が電解作用により集中的に溶解されるために、機械的な研磨に比べて加工面の平滑性が上がるとされている。しかし、電解研磨それ自体では加工面に電気絶縁性酸化膜不働態化皮膜)が生成されるために加工面は鏡面に至らず、その表面粗さは0.5μmRy程度が限界である。しかも、図11のような電解研磨によれば、研磨対象の表面積が大きくなると電流密度分布が不均一となるため、大きな研磨対象に適用するのは困難である。

このため、表面粗さに0.5μmRy以下を要求されるような場合には、電解複合研磨といって、電解研磨に物理的な研磨を複合させた方法が採用される。図12にその概念図を示して説明すれば、Dは回転板、Gは回転板に固定される砥石又はバフといった研磨材であり、回転板Dの中心には研磨材Gの外周に向けて電解液を供給するための流路hが形成される。そして、これによれば、回転板Dを陰極、研磨対象Wを陽極として、その相互間に流れる電解液を通じて研磨対象Wに電解作用を生じさせつつ、研磨対象Wの表面を研磨材Gにて擦過することにより、その表面を超精密に研磨することができる。

概要

容量が大きく開口部の小さい圧力容器などでもその内周面を効率よく精密に研磨する。

内周面が円形状を成す導電性中空体1内に粒状研磨材Gsと電解液ELとを入れ、その電解液ELに内部電極8を浸漬させ、中空体1の外面には外部電極7を接触させる。そして、外部電極7により中空体1を陽極として内部電極8との間に通電しながら中空体1を回転させる。又、給液系3から中空体1内に電解液ELを順次供給しながら、これを排液系4より排出して循環させる。これにより、中空体1内で流動する粒状研磨材Gsの擦過作用と電解作用とで中空体1の内周面を研磨する。

目的

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は容量が大きく開口部の小さい圧力容器などでもその内周面を効率よく精密に研磨できるようにすることにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

内周面円形状を成す導電性中空体内粒状研磨材電解液とを入れて当該中空体の内周面を研磨する装置であって、前記中空体を回転させる装置本体と、前記中空体内に電解液を供給する給液系と、前記中空体内で電解液に浸漬される内部電極と、前記中空体の外面部に摺接する外部電極とを具備して成る電解複合研磨装置

請求項2

中空体内に供給すべき電解液が蓄えられる貯液槽と、電解液を中空体内から排出する排液系とを有し、その排液系を前記貯液槽に接続して電解液の循環系を形成した請求項1記載の電解複合研磨装置。

請求項3

軸方向両端内径を狭めた開口部が形成される中空体を研磨対象とし、内部電極が前記開口部の双方から別々に出し入れ可能とされる一対の屈曲杆から成り、その両屈曲杆がそれぞれ中空体の軸方向片側面に沿って延びるベース部と該ベース部の一端から前記開口部に向かって傾斜状に延びるアーム部とを有して成る請求項1記載の電解複合研磨装置。

請求項4

ベース部の部位に中空体との間隙を一定に保つ電気絶縁性スペーサが取り付けられる請求項3記載の電解複合研磨装置。

請求項5

内周面が円形状を成す導電性中空体の内周面を研磨するのに用いる工具であって、前記中空体内に電解液を供給する給液管と、中空体内の電解液を外部に排出するための排液管とを備え、その給液管と排液管とが軸方向に相対移動可能な一体の二重管とされ、その先端部に給液管と排液管との相対移動によって開閉する一対のヘッドが設けられ、そのヘッドは閉時において前記二重管の軸線に沿って互いに近接するよう二重管の先端部にリンクを介して接続されると共に、前記ヘッドの少なくとも一方が開時において中空体の内面部に近接する導電性の内部電極とされて成ることを特徴とする電解複合研磨用工具。

請求項6

ヘッドの少なくとも一方が開時において中空体の内面部に近接する導電性の内部電極とされ、前記ヘッドの少なくとも一方には開時において中空体の内面部に摺接する研磨材が取り付けられることを特徴とする請求項5記載の電解複合研磨用工具。

請求項7

内周面が円形状を成す導電性の中空体内に粒状研磨材と電解液とを入れ、その電解液に陰極と成す内部電極を浸らしめ、その状態で中空体を陽極として内部電極との間に電解液を介して電解電流を流しつつ、前記中空体を所定方向に回転させてその内部で粒状研磨材を流動させることにより中空体の内周面を研磨することを特徴とする電解複合研磨方法

請求項8

電解液を中空体内に供給しながら、その電解液を中空体内から排出し、排出した電解液から研磨屑を除去した後、これを中空体内に再供給して循環させると共に、循環中の電解液の電解質濃度を測定し、その濃度が所定値以下になったときに硝酸ナトリウムなどの電解質を補充することを特徴とする請求項7記載の電解複合研磨方法。

技術分野

0001

本発明は電解作用物理擦過作用とを併用する高度な研磨技術に係わり、詳細には半導体製造に用いられる高純度ガス封入した圧力容器など内周面円形状を成す中空体研磨対象とし、その内周面を短時間で精密に研磨することのできる装置及び工具並びに方法に関する。

背景技術

0002

従来、金属材料などの表面を研磨する方法として、フェルトなどの不織布に砥粒を固定せしめたバフを用いるバフ研磨ほか、バレル研磨電解研磨など種々の加工法が知られる。

0003

バフ研磨は研磨対象の表面をバフによって擦過する方法であるが、この方法では研磨対象にバフによる適度の押圧力を加え続ける必要があるばかりでなく、バフの接触面だけしか研磨できないので大きな面積の加工には不向きであり、しかも表面粗さをミクロンベル仕上げるには多くの時間が必要である。

0004

尚、一般に表面粗さは算術平均粗さをRa、十点平均粗さをRz、最大高さをRy、又はRmaxで表すが、近年では表面粗さの小さい超精密な研磨の必要性が高まっている。例えば、液晶半導体の製造に使用される高純度ガス(3フッ化窒素ガスなど)を封入しておく圧力容器では、内面の表面粗さが大きいと凹凸部分に塵埃などの微粒子パーティクル)が詰まってガス純度が低下してしまうため、その種の容器には内面の表面粗さに0.25μmRa以下を要求される。

0005

この点、バレル研磨や電解研磨は、バフ研磨に対して比較的短時間で精密な研磨をすることが可能である。前者のバレル研磨とはバレル内に研磨対象ほか、研磨石や砥粒といった粒状研磨材、並びに研磨対象同士の衝突を防ぐガラスボールなどのメディアを入れ、その状態でバレルを回転させることにより内部の研磨対象を研磨するというものであるが、この方法は小型な部品の研磨には有用であるも研磨対象が大型なものではバレルに入らず研磨を行えない。

0006

尚、バレル研磨には図9に示すような回転バレル法ほか、図10に示すような遠心バレル法などがあるが、図9及び図10に示される例では何れもバレル自体を研磨対象とし、そのバレルS内に研磨材の分散液GLを入れ、その研磨材によってバレルSの内周面を研磨する。ここに、図9の回転バレル法はバレルを回転(自転)させるだけであるのに対し、図10の遠心バレル法ではバレルを自転させつつ回転運動公転)させる。これらの方法は大きな面積を一度に研磨できるという利点を有するものの、回転バレル法では研磨対象に対する研磨材の擦過作用が小さいため、所定の表面粗さを得るのに数日以上といった相当な時間を要する。

0007

又、遠心バレル法では、研磨対象に対する研磨材の擦過作用が遠心力により増大されるため、回転バレルで数日以上を要す表面粗さ精度を数時間足らずで得られるものの、数百リットルを越えるような大型の容器を高速で自転/公転させるには装置が大型化するため、その種の大型容器現実的な研磨対象にはなり得ない。

0008

一方、電解研磨は、図11に示すよう研磨対象Wを陽極として電解液ELに浸し、これを陰極Cとの間で電解するというものである。これによれば、研磨対象の表面凸部が電解作用により集中的に溶解されるために、機械的な研磨に比べて加工面の平滑性が上がるとされている。しかし、電解研磨それ自体では加工面に電気絶縁性酸化膜不働態化皮膜)が生成されるために加工面は鏡面に至らず、その表面粗さは0.5μmRy程度が限界である。しかも、図11のような電解研磨によれば、研磨対象の表面積が大きくなると電流密度分布が不均一となるため、大きな研磨対象に適用するのは困難である。

0009

このため、表面粗さに0.5μmRy以下を要求されるような場合には、電解複合研磨といって、電解研磨に物理的な研磨を複合させた方法が採用される。図12にその概念図を示して説明すれば、Dは回転板、Gは回転板に固定される砥石又はバフといった研磨材であり、回転板Dの中心には研磨材Gの外周に向けて電解液を供給するための流路hが形成される。そして、これによれば、回転板Dを陰極、研磨対象Wを陽極として、その相互間に流れる電解液を通じて研磨対象Wに電解作用を生じさせつつ、研磨対象Wの表面を研磨材Gにて擦過することにより、その表面を超精密に研磨することができる。

発明が解決しようとする課題

0010

然し乍ら、従来の電解複合研磨によれば、加工面に生成される酸化膜を研磨材で除去しながら電解研磨を行うので、電解研磨のみの加工に比べて表面粗さの小さい超精密研磨を効率的に行えるという利点を有する反面、バフ研磨のように大きな面積を研磨加工するには時間が掛かるという難点がある。しかも、研磨対象が圧力容器のように開口部の小さいものでは、その内部に回転板Dや研磨材Gを導入することすら困難であり、これを導入できたとしても研磨材Gを容器の内面に適圧で接触させ続けることは容易でない。よって、従来の電解複合研磨は、研磨対象が加工面積の小さい比較的小型なものに限られ、しかも板材表面や容器の外表面のように砥石や研磨布といった研磨材を好適に接触させ得るものでなければ研磨加工を施せないという問題があった。

0011

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は容量が大きく開口部の小さい圧力容器などでもその内周面を効率よく精密に研磨できるようにすることにある。

課題を解決するための手段

0012

本発明は上記目的を達成するため、内周面が円形状を成す導電性中空体内に粒状研磨材と電解液とを入れて当該中空体の内周面を研磨する装置であって、前記中空体を回転させる装置本体と、前記中空体内に電解液を供給する給液系と、前記中空体内で電解液に浸漬される内部電極と、前記中空体の外面部に摺接する外部電極とを具備して成る電解複合研磨装置を提供する。

0013

特に、上記の装置において、中空体内に供給すべき電解液が蓄えられる貯液槽と、電解液を中空体内から排出する排液系とを有し、その排液系を前記貯液槽に接続して電解液の循環系を形成することを特徴とする。

0014

又、軸方向両端内径を狭めた開口部が形成される中空体を研磨対象とし、内部電極が前記開口部の双方から別々に出し入れ可能とされる一対の屈曲杆から成り、その両屈曲杆がそれぞれ中空体の軸方向片側面に沿って延びるベース部と該ベース部の一端から前記開口部に向かって傾斜状に延びるアーム部とを有し、しかもベース部の部位に中空体との間隙を一定に保つ電気絶縁性のスペーサが取り付けられることを特徴とする。

0015

更に、本発明は内周面が円形状を成す導電性中空体の内周面を研磨するのに用いる工具であって、前記中空体内に電解液を供給する給液管と、中空体内の電解液を外部に排出するための排液管とを備え、その給液管と排液管とが軸方向に相対移動可能な一体の二重管とされ、その先端部に給液管と排液管との相対移動によって開閉する一対のヘッドが設けられ、そのヘッドは閉時において前記二重管の軸線に沿って互いに近接するよう二重管の先端部にリンクを介して接続されると共に、前記ヘッドの少なくとも一方が開時において中空体の内面部に近接する導電性の内部電極とされて成ることを特徴とする。ここに、好ましくはヘッドの少なくとも一方が開時において中空体の内面部に近接する導電性の内部電極とされ、前記ヘッドの少なくとも一方には開時において中空体の内面部に摺接する研磨材が取り付けられる。

0016

一方、本発明は、内周面が円形状を成す導電性の中空体内に粒状研磨材と電解液とを入れ、その電解液に陰極と成す内部電極を浸らしめ、その状態で中空体を陽極として内部電極との間に電解液を介して電解電流を流しつつ、前記中空体を所定方向に回転させてその内部で粒状研磨材を流動させることにより中空体の内周面を研磨することを特徴とする電解複合研磨方法を提供する。ここで、好ましくは電解液を中空体内に供給しながら、その電解液を中空体内から排出し、排出した電解液から研磨屑を除去した後、これを中空体内に再供給して循環させると共に、循環中の電解液の電解質濃度を測定し、その濃度が所定値以下になったときに硝酸ナトリウムなどの電解質を補充する。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、本発明の適用例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の実施形態を示した概念図である。図1において、1は高純度ガスを封入する圧力容器などとして用いられる導電性の中空体(研磨対象)であり、その内外両周面は円形状を成し、軸方向両端には内径を狭めた開口部1A,1Bが形成される。尚、その開口部1A,1Bは高純度ガスその他の内容物を出し入れするためのものであり、通常は図示せぬバルブによって密閉される。そして、この中空体1内には後述の如く電解液ELと粒状研磨材Gsとが入れられる。

0018

2は上記のような中空体1の内周面を研磨するための装置本体であり、これは中空体1を水平状にして回転自在に支持する摩擦ローラ2A、中空体1の軸方向の移動を規制するガイドローラ2B、並びに摩擦ローラ2Aを回転駆動させる駆動源2Cなどから構成される。

0019

3は中空体1内に電解液を供給する給液系、4は中空体1内から電解液を排出する排液系であり、それら給液系3と排液系4は貯液槽5を介して電解液の循環系を形成する。給液系3は貯液槽5内に蓄えられた電解液を取り出すためのポンプ3Aと、このポンプ3Aを介して中空体1内に電解液を誘導するための往路管3Bなどから成り、その往路管3Bは一方の開口部1Aから中空体1内に挿入され、その先端には中空体1の内部上方に向けて電解液を噴出する図示せぬノズルが取り付けられる。

0020

一方、排液系4は中空体1の底部に溜まった電解液を取り出すためのポンプ4Aと、このポンプ4Aを介して貯液槽5に電解液を戻すための復路管4Bなどから成り、その復路管4Bの一端側は開口部1Bから中空体1内に挿入され、その端部は可撓性を有して中空体1内の電解液中に垂らし込まれる。

0021

又、貯液槽5は、排液系4からの電解液に含まれる研磨屑を除去するための沈殿地として、内部が仕切板5Aを介して連なる複数の部屋Q1〜Qnに区分される。尚、最下流の部屋Qnには往路管3Bの一端が接続され、最上流の部屋Q1には復路管4Bの一端が接続される。因に、貯液槽5に濾材収納したり、給液系3や排液系4にフィルタを装置するなどして、それら循環系に研磨屑を除去するための濾過機能をもたせてもよい。そして、本例によれば、中空体1と貯液槽5との間で循環される電解液を媒介して、中空体1の内周面の電解研磨が行われる。

0022

6は、中空体1の内周面を電解研磨するための電気回路であり、これは電源部E、可変抵抗器R、電圧計V、及び電流計Aなどを含んで構成され、中空体1の外面には該中空体1を陽極(アノード)と成すブラシとして黒鉛質の外部電極7が摺接されると共に、中空体1内には陰極(カソード)と成す棒状の内部電極8が配置される。このうち、外部電極7は一定の接触圧が保たれるよう図示せぬバネを介して中空体1の外周面押し付けられる。尚、外部電極7は中空体の外周面に直に接触させても良いが、好ましくは中空体1の外周に銅板など表面が平滑な導電性の帯を巻き付け、その帯に外部電極7を摺接させると良い。これによれば、中空体1の外周面が摩耗したり変色したりすることがなく、外部電極7の摩耗も防止できる。一方、内部電極8はその一部が中空体1の内面部に近接する状態で電解液に浸漬される。特に、本例において、内部電極8は開口部1A,1Bの双方から別々に出し入れ可能とされる左右対称な一対の屈曲杆8A,8Bから構成される。

0023

図2で明らかなように、それら屈曲杆8A,8Bは中空体1の軸方向片側面に沿うベース部9と、このベース部9の一端から開口部1A,1Bに向かって傾斜状に延びるアーム部10とを具備して成り、そのベース部9及びアーム部10は導電性の棒材(本例において直径20mmの黄銅丸棒)を塑性加工して一連に形成される。尚、このような内部電極8によれば抵抗損失が少なく、大電流を流すことが可能である。又、内部電極8の両端は中空体1の軸線に平行して開口部1A,1Bから外部に突き出されるほか、ベース部9の一端側は中空体1の端部曲面に臨む曲線部11を形成する。ここで、内部電極8の両端は装置本体のフレーム電気絶縁体を介して固定してもよいが、好ましくは電気絶縁物12に内部電極8の両端部や上記の往路管3B及び復路管4Bを水密的に貫通せしめ、その電気絶縁物12を開口部1A,1Bに取り付けて電解液の流出を防ぐ栓と成す。尚、その電気絶縁物12はスリップリング内に填め込むなどして開口部1A,1Bに回転自在にして取り付けられる。ここで、その種の電気絶縁物12にて開口部1A,1Bを密閉せず、開口部1A,1Bから流出した電解液を排液系と別の管路で貯液槽5に回収するようにしてもよい。

0024

又、図3から明らかなように、ベース部9の部位には中空体1との接触を避けるべく電気絶縁性のスペーサ13が取り付けられる。本例において、スペーサ13はベース部9の外周に回転自在に嵌められるリングにして中空体1に内接される。そして、そのスペーサ13によれば、中空体1と内部電極8との接触を防いでその間隙を一定に保つことができる。尚、内部電極8のベース部9と中空体1との間隙は0.5〜1mmに設定される。ここで、図2に示した電気絶縁物12にゴム状弾性体を用いるか、又はゴムコイルバネなどの弾性体で内部電極8を中空体1の内周面側に付勢することにより、中空体1と内部電極8との間に粒状研磨材が挟まり込むなどした場合の衝撃を緩和して、内部電極8が損傷することを防止できるほか、中空体1の偏心などに起因して内部電極8と中空体1との間隙が変動することも防ぎ得る。

0025

次に、図4で明らかなように、中空体1内には電解液ELほか、その電解液中に沈む適量の粒状研磨材Gsが収容される。粒状研磨材Gsとしては、アルミナ(Al2O3)、エメリ(Al2O3FeO4)、ボラゾン(CBN)、カーボンランダム(SiC)、又はダイヤモンド(C)などの粒子(砥粒)、あるいは其れらの粒子を焼結するなどした研磨石が好適に用いられる。特に、本例において、粒状研磨材Gsは三角錐状を成す研磨石であり、その粒度は1〜20mmとされ、特に電解液中に浮遊せぬよう高密度のものが選ばれる。そして、この粒状研磨材Gsは中空体1の容積に対して5〜60%、好ましくは20〜30%投入される。尚、粒状研磨材としての研磨石の大きさ(粒度)や硬度、並びにこれを構成する砥粒粒度などは、中空体1の材質によって適宜好ましいものを選択し、しかも研磨加工の最終段階では初期段階よりも砥粒粒度の小さい研磨石を選択してその入れ替えを行う。一方、電解液ELは硝酸リン酸クロム酸蓚酸などの電解質を含むが、本例では硝酸ナトリウム20%の中性塩水溶液が用いられる。

0026

そして、以上のような研磨装置によれば、中空体1の内周面を短時間で高精度に研磨することができる。以下、その具体的方法を説明すれば、先ず研磨対象としての中空体1を横臥してこれを装置本体の摩擦ローラ2A上に水平状に設置する。そして、その中空体1内に開口部1A,1Bから適量の粒状研磨材Gsを導入するほか、双方の開口部1A,1Bから中空体1内に内部電極を成す屈曲杆8A,8Bを挿入して交差させ、その各ベース部9を中空体1の軸方向に沿って左右半分ずつその片側面に近接させる。特に、図4のように、それら屈曲杆8A,8Bは粒状研磨材Gsが衝突せぬよう、中空体1の中心を通る垂線を基準に、中空体1の回転方向と逆向きにして下方に45度程度傾斜させた状態で固定する。

0027

一方、中空体1の外周面には内部電極8と隔てた位置で外部電極7を直接、又は銅板などの導電性帯を介して接触させる。又、図1のように、一方の開口部1Aには往路管3Bの一端を差し込み、他方の開口部1Bには復路管4Bの一端を差し込む。この状態で、往路管3Bより中空体1内に電解液ELを供給し、この電解液に粒状研磨材Gsおよび内部電極のベース部9を浸漬させ、その液面が中空体1の半分程度に達した段階で中空体1内への電解液の供給を続けたまま、その電解液を復路管4Bを通じて貯液槽5内に排出して中空体1内の電解液を一定量に保つ。そして、電解液を循環させながら、中空体1を所定方向に回転(50〜150rpm)させるほか、電源Eから外部電極7に電解電圧印加し、これが摺接する中空体1を陽極として内部電極8との間に電解液を介して電解電流(10〜1000A)を流す。すると、陽極側の中空体1は電解作用により内周面の微小凸部が集中的に溶解され、しかもその微小凸部が中空体1内で流動する粒状研磨材Gsによる擦過作用により除去される。

0028

特に、粒状研磨材Gsは中空体1の内周面に生成される酸化皮膜を物理的に除去する役割を果たす。このため、電解作用が促され、中空体1の内周面は電解、擦過の相乗作用で効率的に研磨される。尚、これによって発生する研磨屑は電解液に分散して加工面の仕上げ精度に悪影響を及ぼすが、本例によれば、研磨屑は電解液に分散したまま貯液槽5に運ばれ、ここで沈殿又は濾過され、その除去済み電解液が貯液槽5から往路管3Bを通じて中空体1内に再供給されるのであり、このため研磨精度は格段と向上する。又、電解液を繰り返して使用すると、これに含まれる電解質が電気化学反応により失われ、研磨効率が低下する。このため、電解質濃度を測定し、これが所定値以下になったときにはその補充を行うが、補充する電解質は貯液槽5内に投入すればよい。因に、電解質として硝酸ナトリウムを用いた場合、その分解によってアンモニアが生成され、これによって電解液がアルカリ化する。よって、電解質が低下したか否かは電解液のペーハを測定することにより検知することができるが、本例では電流計Aの値から電解質濃度を検知し、その指示値が低下したときに電解質を貯液槽5内に投入して電解電流を所定レベルまで回復させる。尚、中空体1の回転数電解電流密度などの関係から電解質の経時的低下傾向を事前に調べ上げ、これに基づいて電解質の補充を時間単位で行うようにしても良い。

0029

ここで、研磨加工を開始してから一定時間経過後には、中空体1内の粒状研磨材を砥粒粒度が相対的に小さいものに入れ替えて仕上げ研磨を行うが、仕上げ研磨終了後には中空体1内から電解液や粒状研磨材を取り出し、その内部を純水や窒素ガスなどにて洗浄し、好ましくは超音波による洗浄を併用する。これによって、中空体1内の微粒子は完全に除去されることになる。

0030

以上、本発明の一例を説明したが、研磨対象は以上のような形態の中空体に限らず、図5のように口径が全長に亙って同一な中空体21でもその円形内周面を好適に研磨することができる。尚、以下の説明において、上記例と共通する部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

0031

ここで、図5に示すような中空体21では、その内部に適量の電解液を蓄え得るよう両端開口部が電気絶縁性の仕切板22(本例において内部を視認できる透明なアクリル板)で水密的に閉鎖される。但し、その中心部にはそれぞれ開口23A,23Bを施し、その開口23A,23Bを通じて中空体21内への往路管3Bおよび復路管4Bの挿入を可能とし、且つ内部電極24の両端を外部へ突き出し可能とする。尚、内部電極24は予め中空体21内に収納され、その後で仕切板22の取り付けが行われる。

0032

特に、本例において、内部電極24はクランク状に屈曲され、その中央部分が中空体21の軸方向に沿うベース部25として中空体21の全長に亙ってその内面部に近接される。そして、本例においても中空体21内に研磨石をはじめとする粒状研磨材と電解液とを入れ、その電解液に粒状研磨材Gsと内部電極24とを浸らしめ、その状態で電解液を循環させつつ中空体21を回転させるほか、外部電極7により中空体21を陽極として内部電極24との間に通電することにより、中空体21の内周面を効率よく研磨することができる。

0033

次に、図6軸方向一端のみに内径が狭まる開口部31Aを有する中空体31を研磨対象とした例を示す。ここで、本例では特に開口部31Aから出し入れ可能な工具32が用いられる。この工具32は、所定の長さを有して電解液の給排を行う直線状の二重管33と、その先端部に設けられる一対の棒状のヘッド34A,34Bなどから構成される。本例において、二重管33は中空体31内に電解液を供給するための給液管33Aを外管として、その内部に該給液管の内径よりも外径の小さい排液管33Bを通して構成される。排液管33Bは一端側が電気絶縁性のパイプ35とされると共に、他端側が導電性のパイプ36とされ、そのパイプ36には電源Eに通じるマイナス端子eが接続される。又、給液管33Aと排液管33Bはそれぞれホース37,38を介して貯液槽5に接続され、ホース37,38にはそれぞれポンプ3A,4Aが介在される。そして、その給液管33Aと排液管33Bとは給液管33Aの両端に設けられる図示せぬシールリングを介して軸方向に相対移動可能とされ、その相対移動により先端部のヘッド34A,34Bが開閉するようにしてある。

0034

図7で明らかなように、ヘッド34A,34Bは二重管33(給液管33Aおよび排液管33B)の先端部に導電性のリンク39を介して接続される。リンク39は、排液管33Bとヘッド34A,34Bとを結ぶ節39A、および給液管33Aと節39Aとを結ぶ節39Bから成り、給液管33Aを図示矢印方向に移動させたときにはヘッド34A,34Bが想像線に示すよう二重管33の軸線に沿って近接する状態に閉じるようになっている。一方、給液管33Aを逆向きに移動させたときにはヘッド34A,34Bが二重管33の軸線を中心として放射状に開き、それらが中空体31の内面部に近接するようになっている。

0035

ここで、一方のヘッド34Aは陰極を成す導電性の内部電極として、その部位に中空体31との接触を防ぐ電気絶縁性のスペーサ13が回転自在に取り付けられると共に、他方のヘッド34B(電気絶縁体)には中空体31の内面部に接触する研磨材40が取り付けられる。本例において、研磨材40は砥粒を固着した不織布などの研磨布で成るが、これを砥石としてもよい。

0036

又、図7から明らかなように、給液管33Aの先端部外周にはその半径方向に電解液を噴出するための噴口41が穿設されると共に、排液管33Bの先端には下方に垂れ下げられるチューブ42(図6参照)が接続される。

0037

そして、本例によれば、図8に示すよう中空体31内に粒状研磨材Gsを入れた後、中空体31の開口部31Aに工具32を差し込んで一対のヘッド34A,34Bを開き、その状態で給液管33Aから中空体31内に電解液ELを供給しつつ、中空体31内の電解液ELを排液管33Bより排出して循環させる一方、外部電極7により中空体31を陽極として、中空体31内の電解液ELに浸漬される内部電極としてのヘッド34Aとの間に通電しながら、中空体31を所定方向に回転させることにより、該中空体31の内周面を研磨することができる。尚、工具32は中空体31の外部に突き出される末端(排液管のパイプ35の部分)を図6のようにベルトコンベヤなどの送り装置43に取り付けてヘッド34A,34Bを開いたまま中空体31の軸方向に順次移動される。

0038

ここで、ヘッド34A,34Bの構成として、(1)上記例のように一方を内部電極として他方に研磨材を取り付ける構成、(2)双方を内部電極として双方に研磨材を取り付ける構成、(3)双方を内部電極として一方にのみ研磨材を取り付ける構成、(4)双方を内部電極のみとする構成とがあるが、(1)〜(3)の構成では研磨材40により中空体31の内周面を擦過するため、中空体31内への粒状研磨材Gsの導入は必ずしも必要としない。尚、(2)〜(4)の構成では一方のヘッド34Bが電解液ELの液面上で中空体31内の内面部に摺接されるものの、ここに噴口41から噴射される電解液ELが浴びせられるため、そのヘッド34Bに内部電極としての機能を発揮させることができる。

0039

次に、本発明に係る実験結果を下表1に太線で示す。ここに、本実験には図5の装置を用い、研磨対象として内径600mm、長さ300mmの鋼円筒試料A)を製作し、その両端をアクリル板にて閉鎖した。又、本実験では開始から16時間までを粗研磨、16時間経過後を仕上げ研磨とし、粗研磨には粒状研磨材として8×8mmの三角柱形をした研磨石(粒度#150のMA砥粒)25Kg、仕上げ研磨にはアルミナ焼結球(直径6mm)20Kgを使用した。尚、粗研磨、仕上げ研磨における設定条件を表2に示す。

0040

又、表1には比較例として、現行の回転バレルによる実験結果を細線で示す。尚、比較例では上記と同じ鋼円筒(試料B)を製作し、その両端をアクリル板にて閉鎖した。又、比較例では開始から128時間までを粗研磨、128時間経過後を仕上げ研磨とし、粗研磨時には試料B内に8×8mmの三角柱形をした研磨石(粒度#150のMA砥粒)25Kg、粒度#120のWA砥粒500g、コンパウンド弱酸性液状添加剤)600g、純水19.5lを入れ、仕上げ研磨時にはアルミナ焼結球(直径6mm)20Kg、コンパウンド(中性粉末添加剤)700g、純水21.7lを入れた。尚、試料Bの回転数は粗研磨、仕上げ研磨共に24rpmとした。

0041

発明の効果

0042

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、遠心バレル研磨を適用できない大型の圧力容器などでも、その内周面を電解作用と物理的擦過作用の相乗効果によって短時間で高精度に研磨することが可能となる。特に、大型の圧力容器でも、その内部に収容される粒状研磨材により内周面全体を一度に擦過できる上、その擦過作用による酸化皮膜の除去効果によって電解作用が促されるため、研磨効率が飛躍的に向上する。

0043

又、研磨対象としての中空体の内外で電解液を循環させるようにしていることから、研磨加工中に発生する研磨屑を電解液中から容易に取り除け、しかも電解質が不足したときにはこれを容易に補充することができる。

0044

更に、軸方向両端に内径を狭めた開口部が形成される中空体を研磨対象として、その開口部双方から別々に出し入れ可能とされる一対の屈曲杆を内部電極とし、それら両屈曲杆がそれぞれ中空体の軸方向片側面に沿って延びるベース部と該ベース部の一端から開口部に向かって傾斜状に延びるアーム部とを有して成ることから、中空体の全長に亙って電解電流密度を均一に保つことができ、しかもベース部に中空体との間隙を一定に保つ電気絶縁性のスペーサが取り付けられるためショートの虞れがない。

0045

又、本発明に係る工具によれば、一端に内径の狭まる開口部が形成される圧力容器などの中空体でも、一対のヘッドを開口部から中空体内に挿入した後、そのヘッドの少なくとも一方を内部電極として中空体内周面の研磨を好適に実行できる。

図面の簡単な説明

0046

図1本発明の一例を示した概念図
図2両端開口型の中空体内に内部電極を配置した状態を示す断面図
図3図2部分拡大図
図4両端開口型の中空体内を概略的に示した横断面図
図5本発明の他の実施態様を示した概念図
図6本発明の他の実施態様を示した概念図
図7本発明に係る工具の先端部を示した部分断面図
図8同工具の使用状態を示す概略図
図9従来の研磨法(回転バレル研磨)を示す概念図
図10従来の研磨法(遠心バレル研磨)を示す概念図
図11従来の研磨法(電解研磨)を示す概念図
図12従来の研磨法(電解複合研磨)を示す概念図

--

0047

1,21,31中空体(研磨対象)
2 装置本体
3給液系
4排液系
5貯液槽
6電気回路
7外部電極
8,24内部電極
8A,8B屈曲杆
9ベース部
10アーム部
13スペーサ
32工具
33二重管
33A給液管
33B排液管
34A,34Bヘッド
39リンク
40研磨材
41噴口
EL電解液
Gs 粒状研磨材

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