特許 7561411 電解研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】電解研磨装置

(51)【国際特許分類】

   C25F 7/00 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

C25F7/00 M

C25F7/00 J

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020138532

(22)【出願日】2020-08-19

(65)【公開番号】P2022034705

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-08-18

(73)【特許権者】

【識別番号】509154420

【氏名又は名称】株式会社ＮＳＣ

(72)【発明者】

【氏名】港 一博

(72)【発明者】

【氏名】渡部 勝

【審査官】安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】特公昭５０－００８５５９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特表２００３－５１６４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９００２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１１７０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０１７２９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｆ １／００－７／０２

Ｃ２５Ｄ １７／１６，１７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を収容するとともに電解液が出入り可能になるように構成された導電性を有する第１のバレル部と、前記第１のバレル部を電解液に浸漬するための処理槽と、
前記第１のバレル部を回転させるための駆動部と、第１のバレル部と第２のバレル部が同じ回転軸を少なくとも備える電解研磨装置であって、
前記第１のバレル部は、内部において前記第１のバレル部と同じ枢軸で回転するように構成されるとともに導電性を有する第２のバレル部が設けられ、かつ、
前記第１のバレル部が第１の電極部に接続される一方で、前記第２のバレル部が第２の電極部に接続され、前記第１のバレル部と前記第２のバレル部との間に配置されたる被処理物に対して電解研磨処理を行うように構成された電解研磨装置。

【請求項2】

前記電解液を収容するための電解液収容槽をさらに備え、
前記処理槽は、前記枢軸よりも下側で前記電解液をオーバーフローさせる開口部を有するとともに、
オーバーフローした前記電解液が前記電解液収容槽に排出されることを特徴とする請求項１に記載の電解研磨装置。

【請求項3】

前記処理槽は、前記第１のバレル部に向かって電解液を噴射する噴射部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電解研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バレル槽内に被処理物を収容した状態で均一に電解研磨処理を行うことが可能な電解研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電解研磨は、金属物品の平滑化や不純物の除去等を目的とした表面処理を行うため、多くの産業分野で行われる。電解研磨は、一般的に被加工物および電極を電解液に浸漬したうえで、電流を通電させることにより行われている。被加工物が陽極側に配置された状態で通電させると、被加工物の表面の金属が溶解する。

【0003】

また、複数の被加工物を同時に処理する場合は、バレル式の電解研磨装置を用いて処理することもある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の加工方法は、粒子状の被加工物を陽極に接続したバレル槽内で保持し、バレル槽および陰極を電解液が収容された研磨槽に浸漬する。さらに、バレル槽を回転させながら、電流を通電させることで、陽極に接触している被加工物が電解研磨されるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１６２７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の電解研磨装置は、陽極、陰極および被加工物の距離を均一にすることが困難であるため、電解研磨の品質を安定させることが困難であった。電解研磨を均一に行うためには、陰極と被加工物の距離を一定に保つ必要があるが、陽極となるバレルの外部に配置されている対極と被加工物の距離を一定にすることは難しい。このため、対極の近くに位置する被加工物が過剰に電解研磨される一方で、対極から遠くに位置する被加工物は、電解研磨処理が不十分になってしまうおそれがあった。

【0006】

本発明の目的は、バレル槽内に被処理物を収容した状態で均一に電解研磨処理を行うための電解研磨装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電解研磨装置は、第１のバレル部、処理槽および駆動部を少なくとも備えるものである。第１のバレル部は、導電性物質で形成され、被処理物を収容するとともに電解液が出入り可能になるように構成される。処理槽は、第１のバレル部を電解液に浸漬するように構成される。駆動部は、第１のバレル部を回転するように構成される。さらに、第１のバレル部は、内部において第１のバレル部と同じ枢軸で回転するように構成されるとともに導電性を有する第２のバレル部が設けられている。また、第１のバレル部は、第１の電極部に接続され、第２のバレル部は、第２の電極部に接続されている。電解研磨装置は、第１のバレル部と第２のバレル部との間に配置されたる被処理物に対して電解研磨処理を行うように構成される。

【0008】

電解研磨装置は、内部に第２のバレル部を設けた第１のバレル部の内部で電解研磨処理を行うため、複数の被処理物を効率的に電解研磨処理することができる。さらに、電解研磨処理の電極となる第１のバレル部と第２のバレル部が同じ回転軸で回転するため、電解研磨処理中も電極と被処理物の距離を一定に保つことができ、電解研磨処理を均一に行うことが可能になる。

【0009】

また、電解液を収容するための電解液収容槽をさらに備えるとともに、処理槽が枢軸よりも下側で電解液をオーバーフローさせる開口部を有し、開口部からオーバーフローした電解液が電解液収容槽に排出されることが好ましい。処理槽内の電解液をオーバーフローさせることにより、処理槽内の電解液を循環させて液温を管理しやすくなる。さらに、電解研磨処理によって電解液中に不純物が滞留することも防止できる。

【0010】

また、処理槽は、第１のバレル部に向かって電解液を噴射する噴射部を有することが好ましい。噴射部から電解液を噴射することによって、第１のバレル部内の被処理物がかき混ぜられるので、さらに均一に電解研磨を行うことが可能になる。また、噴射部から電解液の噴射により、第１のバレル部の壁面に被処理物が付着して電解液から被処理物が出てしまうことも防止できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、バレル槽内に被処理物を収容した状態で均一に電解研磨処理を行う電解研磨装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る電解研磨装置の概略図である。

【図2】処理槽、ろ過部および電解液収容槽を示す図である。

【図3】第２のバレルの構成を示す図である。

【図4】電解研磨装置の電極部の構成を示す図である。

【図5】電解研磨装置の使用時のバレル部の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

ここから、図面を用いて本発明に係る電解研磨装置を説明する。電解研磨装置１０は、図１および図２に示すように、バレル部１２、処理槽１４、ろ過部１６、駆動部１８および電解液収容槽２０を備えている。

【0014】

バレル部１２は、内部に被処理物を収容し、処理槽１４内に浸漬されるように構成される。バレル部１２は、第１のバレル３０、第２のバレル３２およびシャフト３４を備えている。第１のバレル３０は、図１に示すように、断面視八角形の筒形状を呈しており、複数のパンチ孔が形成された金属部材により形成される。第１のバレル３０は、複数のパンチ孔が形成された多孔質状であるため、電解液が自由に出入りするように構成される。第１のバレル３０の端部は、少なくとも内部に収容した被処理物が落下しないように壁面が設けられている。第１のバレル３０に使用される金属部材としては、銅、ステンレス、チタン等が挙げられる。また、第１のバレル３０の形状は、断面視八角形以外に限定されるものではなく、断面視多角形形状や円形形状であってもよく、外周面はメッシュ状であっても良い。

【0015】

第１のバレル３０の外周面には、被処理物を内部に投入するための扉３６が設けられている。第１のバレル３０は、扉３６から投入された被加工物を内部に保持する。被加工物としては、ナットやボルト等の金属部品が挙げられる。第１のバレル３０の外周面は、電解研磨における陽極となり、被加工物は、第１のバレル３０と接触している間に電解研磨処理が行われる。

【0016】

また、本実施形態では、第１のバレル３０の外周面を陽極としているが、陽極となる導電部材を第１のバレル３０に別途取り付けても良い。この場合、バレルの内部において被加工物と陽極が接触するように、外周面の内側に陽極となる導電部材を取り付ける。

【0017】

第２のバレル３２は、図３（A）に示すように、第１のバレル３０の内部に設けられた円筒状のバレル体である。第２のバレル３２は、第１のバレル３０と同様に、電解液が出入りできるように表面に複数のパンチ孔が形成されている。第２のバレル３２は、金属部材で構成されており、銅、ステンレス、チタン等を使用することが可能である。なお、本実施形態では、第２のバレル３２が電解研磨における陰極となる。第２のバレル３２を第１のバレル３０の内部に設けることにより、図３（B）に示すように、第１のバレル３０に収容された被加工物と第２のバレル３２との距離を一定に保つことが可能になる。

【0018】

シャフト３４は、第１のバレル３０および第２のバレル３２の内部を貫通するようにバレル部１２の長さ方向に沿って設けられている。シャフト３４は、第１のバレル３０および第２のバレル３２と同じ回転軸となるように構成される。シャフト３４の一部は、処理槽１４から延出している。シャフト３４は、処理槽１４の外部において、陰極通電部４２、陽極通電部４４および従動ギア４６が外周面に設けられている。

【0019】

陰極通電部４２は、第２のバレル３２と導通しているフランジ状導電部である。陰極通電部４２は、図４（A）に示すように、シャフト３４内の導電部４８１を介して、第２のバレル３２に接続されており、不図示の電源部からの電流を第２のバレル３２に通電させるように構成される。なお、陰極通電部４２は、シャフト３４の両端部にそれぞれ１つずつ設けられている。

【0020】

陰極通電部４２は、図４（B）に示すように、側面部が集電子５４に挟持されている。集電子５４は、コの字状を呈しており、電源部と陰極通電部４２を電気的に接続する部材である。集電子５４は、陰極通電部４２が回転しても側面部と接触し続けるように設けられており、シャフト３４の回転中も第２のバレル３２に電流を通電させることができる。

【0021】

陽極通電部４４は、第１のバレル３０と導通しているフランジ状導電部である。陽極通電部４４は、シャフト３４の表面側の導電部４８２を介して、第１のバレル３０と接続されている。また、陰極接続部４２と陽極接続部４４の導電部の間には、絶縁部（図中ハッチング部）が設けられており、通電時にショート等の不具合が発生することが防止される。また、陽極通電部４４も陰極通電部４２と同様に、集電子５４によって電源部と接続されている。

【0022】

従動ギア４６は、シャフト３４の外周面に設けられたギアである。従動ギア４６は、駆動部１８からの駆動力をシャフト３４に伝達するように構成される。

【0023】

駆動部１８は、シャフト３４を回転させる駆動部材であり、モータ等を使用することができる。駆動部１８は、従動ギア４６と連結する駆動ギア１８１を備えており、駆動部１８の回転力をシャフト３４に伝達する。また、駆動部１８は、インバータ等の回転速度を調整する機構を備えていることが好ましい。

【0024】

処理槽１４は、バレル部１２および電解液を収容して、電解研磨処理を行う槽である。処理槽１４は、立方体状の槽であり、内部に電解液を収容するように構成される。処理槽１４の側面部からシャフト３４が延出しており、内部に第１のバレル３０および第２のバレル３２が収容されている。処理槽１４は、電解液に耐性を有する部材で形成されており、例えば、ポリカーボネートやポリプロピレン等の樹脂材を使用することが可能である。処理槽１４は、開口部５０および噴射部５２を備えている。

【0025】

開口部５０は、処理槽１４内の電解液をオーバーフローさせて外部に排出するために処理槽１４の壁面に形成される。開口部５０は、電解液の液面がシャフト３４よりも下側になり、かつ、第２のバレル３２が電解液と接触する位置となるように形成される。また、本実施形態では、１つの開口部５０が側壁面に形成されているが、開口部を複数設けても良い。

【0026】

噴射部５２は、処理槽１４内で第１のバレル３０に向かって電解液を噴射するノズルである。噴射部５２は、第１のバレル３０の長さ方向の全域に沿って電解液を噴射できるように配置されている。噴射部５２から電解液を噴射することで、第１のバレル３０に被処理物が付着することが防止される。

【0027】

電解液収容槽２０は、処理槽１４に供給される電解液を収容する槽である。電解液は、被処理物に応じて溶液を適宜混合して電解液収容槽２０に保管される。電解液として使用される溶液としては、リン酸、硫酸、フッ酸、硝酸等の無機酸やクエン酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸が挙げられる。電解液収容槽２０内の電解液は、ポンプ等の液体輸送手段によって処理槽１４に供給される（図２参照）。さらに、噴射部５２から噴射される電解液も電解液収容槽２０から供給されるものである。

【0028】

ろ過部１６は、開口部５０から排出された電解液中の不純物をフィルタ等によってろ過するように構成される。本実施形態では、ろ過部１６は、開口部５０と電解液収容槽２０を接続する液体供給ライン上に設けられるが、ろ過部の設置場所は特に制限されない。例えば、電解液収容槽２０の内部にろ過部を配置しても良い。また、ろ過部１６を電解液の流路に複数設けても良い。電解研磨処理に伴って電解液中に析出物が発生するが、ろ過部を設けることにより、処理槽１４に析出物が滞留することが防止される。

【0029】

ここから、電解研磨装置１０を用いた電解研磨処理について説明する。電解研磨装置１０で電解研磨処理を行う場合、最初に第１のバレル３０に複数の被処理物８０を投入する。本実施形態では、被処理物８０としてステンレス製のナットを例にして説明する。被処理物８０を扉３６から第１のバレル３０に投入し、再び扉３６を閉じると、処理槽１４に電解液を注入する。電解液は、電解液収容槽２０にてあらかじめ調合されたものが処理槽１４に供給される。電解液は、処理槽１４内の液面が第２のバレル３２と接触する高さになるように供給される。

【0030】

所定量の電解液が処理槽１４に供給されると、駆動部１８および電源部を起動して、電解研磨処理を行う。駆動部１８から回転力がシャフト３４に伝達され、シャフト３４が回転する。シャフト３４の外周面においてシャフト３４の回転軸と同軸になるように取り付けられる第１のバレル３０および第２のバレル３２もシャフト３４とともに回転する。

【0031】

さらに、陰極通電部４２および陽極通電部４４を介して、電源部から第１のバレル３０および第２のバレル３２に電流が供給される。電源部から供給される電流は、例えば５～１００Ａ程度であり、被処理物に応じて適宜調整される。

【0032】

電解研磨処理中は、図５（A）に示すように、第１のバレル３０と第２のバレル３２がシャフト３４よりも下側において電解液に一部浸漬された状態で回転する。本実施形態では、第１のバレル３０が陽極であるため、第１のバレル３０と接触している被処理物８０が溶解されることで電解研磨処理が行われる。第１のバレル３０は電解研磨処理中に回転しているため、複数の被処理物が第１のバレル３０に投入されても、均一に第１のバレル３０の壁面と接触し、電解研磨が行われる。さらに、陰極である第２のバレル３２と被処理物８０の距離が一定に保たれていることにより、複数の被処理物が収容されても、電解研磨の品質に差が生じることが防止される。

【0033】

また、電解研磨処理中には、噴射部５２から第１のバレル３０に向かって電解液が噴射される。噴射部５２からの電解液の噴射がない場合、被処理物８０が電解液の表面張力により第１のバレル３０の壁面に付着したまま、第１のバレル３０が一回転することによって、被処理物８０が電解液から出てしまうことがある。これを防止するために、第１のバレル３０に向かって電解液を噴射し、バレル内で被処理物８０を撹拌することで、第１のバレル３０の壁面に被処理物が付着することを防止する。

【0034】

電解研磨処理中は、電解液収容槽２０または噴射部５２から処理槽１４に電解液が流入し続けるように制御されている。電解液は、開口部５０から排出されるため、処理槽１４の電解液の液面は一定に保たれる。処理槽１４の液面は、第２のバレル３２と電解液が触れ、かつ、シャフト３４より下側になるように調整される。これにより、電解液の液面がシャフト３４よりも下側に位置したまま電解研磨処理を行うことが可能になる。このような構成により、駆動部位であるシャフト３４と処理槽１４の接触箇所の密封構造が簡素化され、装置に使用する部品数を削減することが可能になる。さらには、処理槽１４からシャフト３４ごとバレル部１２を取り外し易くなるため、バレル部１２のメンテナンスが行い易いという優れたメリットがある。

【0035】

開口部５０から排出された電解液は、ろ過部１６にて不純物等を取り除かれた後に、電解液収容槽２０に収容される。さらに、電解研磨処理中は、電解液収容槽２０から処理槽１４に電解液が供給される。このように、電解液を循環させることにより、電解液中の不純物を除去できるだけでなく、電解液の温度の調整を行うことも可能になる。電解研磨処理を継続していると、処理槽１４内の電解液の温度が上昇し、装置に負荷がかかるおそれがあるが、電解液をオーバーフローさせて循環させることにより、電解液の温度の調整が容易になる。なお、電解液収容槽２０にヒータやチラー等の液温調整機構を設けることが好ましい。

【0036】

電解研磨処理を所定時間行った後に、駆動部１８および電源部を停止し、処理槽１４から電解液を排出する。電解液の排出は、開口部５０とは別の排出口（不図示）から行われる。処理槽１４から排出された電解液は、電解液収容槽２０で回収される。電解液を全て排出した後に、第１のバレル３０の扉３６を開放する。扉３６が開いた状態で、第１のバレル３０を回転させると、図５（B）に示すように、バレル内に収容された被処理物８０が第１のバレル３０の下側に配置された回収トレイ５６に落下する。回収トレイ５６を用いることで、バレル内の複数の被処理物８０を簡易に回収することが可能になる。なお、電解液の排出は、被処理物８０の回収の後に行っても良い。この場合、回収トレイ５６に落下する被処理物８０に浮力が作用するため、落下による被処理物８０の破損を防止する効果が期待できる。

【0037】

また、本実施形態では、第１のバレル３０を陽極とし、第２のバレル３２を陰極としたが、電極部にて電流を反転させて、陽極および負極を入れ替えることも可能である。電極の入れ替えは、電解研磨処理中に行っても良いし、被処理物の形状に応じて電極を入れ替えても良い。

【0038】

また、本発明に係る電解研磨装置を用いて金属微粒子や黒鉛微粒子の処理を行っても良い。微粒子の処理も上記実施形態と同様に、第１のバレル３０に被処理微粒子を投入した状態で行われる。微粒子を電解研磨処理することにより、微粒子の表面に付着した不純物が除去され金属や黒鉛の純度が向上する。この場合は、第１のバレル３０は、被処理微粒子の粒径よりも小さいメッシュ径を有するものを使用すれば良い。

【0039】

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0040】

１０-電解研磨装置
１２-バレル部
１４-処理槽
１６-ろ過部
１８-駆動部
３０-第１のバレル
３２-第２のバレル
４２-陰極接続部
４４-陽極接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】