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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrolytisch integriertes Schleifverfahren
für die
Außenfläche von
Metallrohren und Substrate aus Aluminiumlegierung für lichtempfindliche
Trommeln, die damit hergestellt werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Das
elektrolytisch integrierte Schleifen ist bereits als ein Verfahren
zur Spiegelschleifbearbeitung der Außenfläche von Metallrohren bekannt.
Das elektrolytisch integrierte Schleifverfahren, wobei ein Schleifmittel
wie z. B. ein Schleifstein oder ähnliches als
negativer Pol wirkt, ein zu bearbeitendes Metallrohr als positiver
Pol wirkt, und ein Elektrolyt zum Schleifen zugeführt wird,
führt das
Spiegelschleifen der Außenfläche des
Metallrohrs durch eine Integrierung der Schleifwirkung durch das
Schleifmittel mit der Elektrolyse durch das Elektrolyt durch. (Siehe zum
Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5-31628
und die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 6-720.
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VON DER ERFINDUNG
ZU LÖSENDE
PROBLEME
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Obwohl
das konventionelle elektrolytisch integrierte Schleifverfahren bei
Metallrohren effektiv ist, die aus Grundwerkstoffen wie rostfreier
Stahl, Kohlenstoffstahl oder dergleichen bestehen, ist es nicht bei
Metallrohren aus Aluminiumlegierungen effektiv, die für lichtempfindliche
Trommeln mit organischen Fotoleitern (OPC) verwendet werden.
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Metallrohre
aus Aluminiumlegierung neigen dazu, Oberflächenfehler aufzuweisen, die
Aluminiumwerkstoffen aufgrund ihrer Weichheit eigen sind, und die
durch Ausbruch oder durch Anhaften des Schleifkorns während des
Schleifens mit Schleifmitteln verursacht werden, was zur Folge hat,
dass die für
lichtempfindliche OPC-Trommeln erforderliche Qualität nicht
gewährleistet
werden kann. Damit eine lichtempfindliche OPC-Trommel hochempfindlich
gemacht wird, muss der OPC leicht und gleichmäßig auf die Oberfläche des
Substrats aufgetragen werden. Daher ist für die Fläche des Metallrohrs, die das Substrat
darstellen soll, eine Hochpräzisionsspiegelschleifbearbeitung
erforderlich.
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Bei
konventionellen elektrolytisch integrierten Schleifverfahren gab
es Probleme wie häufig
auftretende Oberflächenfehler
wie Ausbruch, Anhaften oder dergleichen; schlechte Maßhaltigkeit
wie Rundheit oder dergleichen; oder die Senkung des Produktausstoßes, weil
die Elektroden für
die elektrolytische Wirkung und die Schleifmittel zum Schleifen
separat wirken, und die Anordnung der Schleifmittel für die Metallrohre
unausgeglichen ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
elektrolytisch integrierten Schleifverfahrens für die Außenfläche von Metallrohren, wobei
die Hochpräzisionsspiegelschleifbearbeitung
der Außenfläche von
Metallrohren, insbesondere aus Aluminiumlegierung, durchgeführt werden kann,
um Oberflächenfehler
zu vermeiden, die für lichtempfindliche
OPC-Trommeln erforderliche Qualität auf angemessene Weise gewährleistet
werden kann, und sowohl die Maßhaltigkeit
als auch die Rundheit oder dergleichen und der Produktausstoß verbessert
werden können,
und die Bereitstellung von Substraten aus Aluminiumlegierung für lichtempfindliche
Trommeln, die dadurch hergestellt werden, um die oben genannten
bestehenden Probleme zu lösen.
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MITTEL ZUM
LÖSEN DER
PROBLEME
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Als
ein Mittel zum Erreichen der Aufgabe kann die vorliegende Erfindung
als ein elektrolytisch integriertes Schleifverfahren für die Außenfläche von Metallrohren
beschrieben werden, umfassend die Schritte des positiven Ladens
und Drehens eines Metallrohrs um seine Achse sowie des Tragens beider Enden
des Rohrs, des Pressens mehr als eines Schleifsteins, mit einem
konstanten Druck, gegen die Außenfläche des
Metallrohrs aus entgegengesetzten Richtungen oder aus radialen Richtungen,
die als radiales Zentrum die Drehachse aufweisen, des Anordnens
von negativen Elektroden derart, dass die Schleifsteine entlang
einer Umfangsrichtung dazwischen liegen, des Zuführens eines Elektrolyts aus
einem Elektrolytversorgungsmechanismus auf die Fläche des
Metallrohrs, und des Durchführens
der Hochpräzisisionsspiegelschleifbearbeitung
des Metallrohrs durch Integrieren der Schleifwirkung durch die Schleifsteine,
um die Passivierungsschicht zu entfernen, die auf der Außenfläche des
Metallrohrs gebildet wurde, mit der starken elektrolytischen Elution
durch das Elektrolyt.
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Zudem
kann die vorliegende Erfindung auch dadurch beschrieben werden,
dass das elektrolytisch integrierte Schleifverfahren für die Außenfläche von Metallrohren
außerdem
die Schritte umfasst des Bewegens des Metallrohrs entlang der Achsrichtung, während dieses
Metallrohr um seine Achse gedreht wird; oder des Hin- und Herbewegens
eines Gehäuses,
das diese Schleifsteine trägt,
entlang der Achsrichtung des Metallrohrs; oder des Kombinierens
der Bewegung des Metallrohrs mit der Hin- und Herbewegung des Gehäuses, und
dass die obigen Schleifsteine, die unterschiedliche Schleifkörner aufweisen, in
mehr als einer Spalte entlang der Achsrichtung des Metallrohrs in
einem bestimmten Abstand angeordnet sind, und Schleifsteine in jeder
Spalte an Positionen angeordnet sind, die um ein bestimmtes Maß entlang
der Umfangsrichtung so gedreht sind, dass die Schleifsteine in jeder
anderen Spalte auf einer Linie liegen.
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Überdies
kann die vorliegende Erfindung auch als ein Substrat aus Aluminiumlegierung
für eine
lichtempfindliche Trommel beschrieben werden, das durch das obige
elektrolytisch integrierte Schleifverfahren für die Außenfläche von Metallrohren hergestellt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches
Diagramm, das das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen elektrolytisch
integrierten Schleifverfahrens zeigt.
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2 veranschaulicht ein Beispiel
des erfindungsgemäßen elektrolytisch
integrierten Schleifverfahrens, wobei (a) eine
grobe Querschnittsansicht entlang der Vertikalachse, (b) eine
Querschnittsansicht von (a) entlang
der Achse X-X, und (c) eine grobe Querschnittsansicht
einer Methode der Hin- und Herbewegung entlang der Vertikalachse
ist.
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3 veranschaulicht ein Beispiel
des elektrolytisch integrierten Schleifverfahrens mit Hin- und Herbewegung,
wobei (a) eine grobe Querschnittsansicht
entlang der Vertikalachse und (b) eine
Querschnittsansicht von (a) entlang
X-X ist.
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4 veranschaulicht Beispiele
anderer Anordnungen der Schleifsteine als in entgegengesetzten Richtungen,
wobei (a) eine Anordnung mit drei Schleifsteinen, (b) vier kreuzförmig angeordnete Schleifsteine
und (c) eine Anordnung mit fünf Schleifsteinen
zeigt.
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5 veranschaulicht ein Beispiel
einer Anordnung von Schleifsteinen, die verschiedene Schleifkörner in
mehr als einer Spalte aufweisen, wobei (a) eine
grobe Querschnittsansicht entlang der Vertikalachse ist und (b) eine Querschnittsansicht von (a) entlang X-X ist.
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6 veranschaulicht ein Beispiel
einer Anordnung, in welcher die Schleifsteine in jeder anderen Spalte
auf einer Linie liegen, wobei (a) eine
grobe Querschnittsansicht entlang der Vertikalachse und (b) eine Querschnittsansicht von (a) entlang X-X ist.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt das Grundprinzip
eines erfindungsgemäßen elektrolytisch
integrierten Schleifverfahrens, wobei das elektrolytisch integrierte
Schleifen durchgeführt
wird, indem ein Schleifstein 2 mit einem konstanten Druck
F gegen die Außenfläche eines
zu bearbeitenden Metallrohrs 1 aus Aluminiumlegierung gepresst
wird, negative Elektroden 3 so entlang der Umfangsrichtung
angeordnet werden, dass der Schleifstein 2 dazwischen liegt,
das Metallrohr 1, das schnell um seine Achse in die durch
einen Pfeil A gezeigte Richtung gedreht wird, positiv geladen wird, und
Elektrolyt 4 der Außenfläche des
Metallrohrs zugeführt
wird.
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Unmittelbar
bevor der obige Schleifstein 2 seine Schleifwirkung beginnt,
wird durch die elektrolytische Wirkung des Elektrolyts 4 eine
dünne Passivierungsschicht
B auf der Außenfläche des
Metallrohrs 1 gebildet. Der Schleifstein 2 entfernt
die Passivierungsschicht B, ohne eine Verstopfung zu bewirken, indem
er das Schleifen auf der Passivierungsschicht B durchführt, um
das Grundmetall C des Metallrohrs 1 freizulegen. Unmittelbar
danach wird der elektrolytische Strom auf der Höhe der freigelegten Fläche des
Grundmetalls konzentriert, was eine starke Elution der Höhe durch
selektive Elektrolyse zur Folge hat, und die Außenfläche des Metallrohrs 1 wird
geglättet.
Die jeweilige Regelung des Verhältnisses
der erzeugten Fläche
der Passivierungsschicht und der starken Elution ist möglich, indem
die Größe der obigen
negativen Elektrode 3 angepasst wird.
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2(a) und (b) zeigen
ein Beispiel des erfindungsgemäßen elektrolytisch
integrierten Schleifverfahrens, wobei beide Enden des Metallrohrs 1 von einem
Halteelement 5 getragen werden, das Metallrohr 1 durch
das Halteelement 5 positiv geladen wird, und das Metallrohr 1,
das schnell um seine Achse rotiert, innerhalb eines Gehäuses 6 zum
Tragen der Schleifsteine 2 vertikal beweglich ist.
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Die
Schleifsteine 2, die auf abnehmbare Weise am Schleifsteinhalter 7 befestigt
sind, sind dem Metallrohr 1 gegenüber in entgegengesetzten Richtungen
angeordnet, mit anderen Worten so, dass das Metallrohr 1 von
beiden Seiten dazwischen eingeklemmt wird. Auf dem Spitzenabschnitt
des Schleifsteinhalters 7 sind, wie in (b) gezeigt,
jeweils entlang der Achsrichtung des Metallrohrs 1 die
obigen negativen Elektroden 3 angeordnet, zwischen denen
entlang der Umfangsrichtung die Schleifsteine 2 liegen. Zudem
ist ein Paar Schleifsteine 2 gegenüberliegend angeordnet vorgesehen,
um jeweils durch ein geeignetes elastisches Element oder ein Stellglied,
das nicht dargestellt ist, mit einem konstanten Druck gegen die
Außenfläche des
Metallrohrs 1 gepresst zu werden. Das Einstellen der Breite
D der Schleifsteine 2 liegt in einem Bereich von 8 bis
10 mm, wenn der Außendurchmesser
des Metallrohrs 1 gleich ∅ 30 mm ist, ermöglicht ein
wirkungsvolles Schleifen ohne Verstopfung.
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Das
oben erwähnte
Elektrolyt 4, das aus einer Versorgungsöffnung 6a zugeführt wird,
die im oberen Abschnitt des Gehäuses 6 vorgesehen
ist, fließt
auf der Außenfläche der
des Metallrohrs 1 ab, führt
die Elektrolyse durch, und der flüssige Abfall, der Schleifkörner enthält, fließt durch
eine Abflussöffnung 6b ab,
die im unteren Abschnitt des Gehäuses 6 angeordnet
ist, so dass kein Schleifkorn auf der Oberfläche des Metallrohrs 1 zurückbleibt.
Der flüssige
Abfall wird in einen Absetzbehälter
des Elektrolytversorgungssystems (nicht gezeigt) geleitet und erneut
als Elektrolyt durch die Versorgungsöffnung 6a des Gehäuses 6 geleitet,
nachdem er gefiltert und gereinigt wurde.
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Das
elektrolytisch integrierte Schleifen der Außenfläche des Metallrohrs 1 wird
also durchgeführt,
indem die Metallstange 1, die sich schnell dreht, mit Elektrolyt
versorgt und vertikal bewegt wird. Beim elektrolytisch integrierten
Schleifen kann das obige Gehäuse 6 vertikal
hin- und herbewegt werden, wie in 2(c) gezeigt,
statt das Metallrohr 1 zu bewegen, oder die Bewegung des
Metallrohrs 1 kann mit der Hin- und Herbewegung des Gehäuses 6 kombiniert
werden. Diese Arten des Schleifens, d. h. durch Bewegung, durch
Hin- und Herbewegung, oder durch eine Kombination beider Methoden,
kann je nach Qualitätsniveau
(Oberflächenrauheit),
das für die
Erzeugnisse notwendig ist, selektiv verwendet werden.
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3(a) und (b) zeigen
ein Beispiel des elektrolytisch integrierten Schleifverfahrens mit
der Methode der Hin- und
Herbewegung, wobei das Metallrohr 1, dessen oberer und
unterer Abschnitt vom Halteelement 5 getragen wird, positiv
geladen ist und schnell gedreht wird, die Schleifsteine 2,
die in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind und auf abnehmbare
Weise am Schleifsteinhalter 7 befestigt sind, durch ein
Stellglied 8, das an der Seite des Gehäuses 6 angeordnet
ist, mit einem konstanten Druck gegen die Außenfläche des Metallrohrs 1 gepresst wird.
In diesem Fall werden zwei plattenförmige Schleifsteine, die ein
Paar bilden, als Schleifsteine 2 verwendet, die auf bewegbare
Weise von einem Halterahmen 9 getragen werden, der im Inneren
des obigen Gehäuses 6 befestigt
ist.
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Im
obigen Halterahmen 9 ist ein Kasten 10, der aus
einem korrosionsgeschützten
Material besteht und eine Nut mit kreisförmigem Querschnitt aufweist,
wie in 3(b) gezeigt,
so angeordnet, dass das Metallrohr 1 dazwischen liegt,
wobei zwischen dem Kasten 10 und dem Metallrohr 1 ein
Elektrolytkanal E angeordnet ist, das obere Ende des Elektrolytkanals
E mit der Versorgungsöffnung 6a des
Gehäuses 6 verbunden
ist, und das untere Ende mit der Abflussöffnung 6b verbunden
ist. Außerdem
sind die negativen Elektroden 3 jeweils an beiden Enden
(benachbart zur Kontaktfläche
zwischen dem Schleifstein 2 und dem Metallrohr 1)
der Nut des Kastens 10 angebracht, während die negativen Elektroden 3 auch
zwischen den zwei Schleifsteinen 2 angebracht sind. Das
Bauteil 11 ist eine Glasplatte, die auf beiden Seiten angeordnet
ist, wobei der obige Schleifsteinhalter 7 dazwischenliegt
ist, um die während
des Schleifens auftretende Reibungskraft zu reduzieren. Das Bauteil 11 kann
auch aus anderen Materialien bestehen, unter der Bedingung, dass
sie hervorragende Gleiteigenschaften aufweisen.
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Das
Gehäuse 6,
das so aufgebaut ist, dass es durch einen geeigneten Mechanismus
(nicht gezeigt) hin und her beweglich ist, wird vertikal zum Metallrohr 1,
das schnell um seine Achse rotiert, hin und her bewegt, Elektrolyt
wird aus der obigen Versorgungsöffnung 6a zugeführt, und
das Elektrolyt wird durch den Elektrolytkanal E geleitet, wodurch
das elektrolytisch integrierte Schleifen der Außenfläche des Metallrohrs 1 ermöglicht wird.
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Statt
die Schleifsteine 2 in entgegengesetzten Richtungen anzuordnen,
ist es im erfindungsgemäßen Verfahren
auch möglich,
mehr als einen Schleifstein mit einem konstanten Druck aus radialen Richtungen
zu pressen, die als radiales Zentrum die Drehachse des Metallrohrs 1 aufweisen.
Zum Beispiel können
drei Schleifsteine 2 jeweils um 120 Grad auseinanderliegend
entlang der Umfangsrichtung des Metallrohrs 1 angeordnet
sein, wie in 4(a) gezeigt,
vier Schleifsteine 2 können
kreuzförmig
jeweils um 90 Grad auseinanderliegend entlang der Umfangsrichtung
des Metallrohrs 1 angeordnet sein, wie in (b) gezeigt,
und fünf
Schleifsteine 2 können
jeweils um 72 Grad auseinanderliegend entlang der Umfangsrichtung
des Metallrohrs 1 angeordnet sein, wie in (c) gezeigt.
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Diese
Anordnung ist besonders für
breite oder lange Rohre effektiv, deren Durchmesser ∅ 30 mm
oder mehr beträgt.
Auch wenn eine größere Zahl von
Schleifsteinen 2 die Arbeitsleistung und die Rundheit der
Erzeugnisse verbessert, erhöht
sie auch die Kosten und nimmt aufgrund der erhöhten Integriertheit des Geräteaufbaus
mehr Raum in Anspruch, weshalb den Produktionsbedingungen entsprechend
eine geeignete Wahl zu treffen ist.
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Bei
Substraten für
lichtempfindliche Trommeln ist es wesentlich, dass das Schleifen
von Produkten mit kurzer Länge
(etwa 250 bis 300 mm) mit hohem Wirkungsgrad und geringen Kosten
durchzuführen.
Da die erfindungsgemäße Anordnung
der Schleifsteine in entgegengesetzten Richtungen weniger Raum in
Anspruch nimmt, können
Mehrfachvorrichtungen (zum Beispiel mit fünf Reihen) verwendet werden,
um das gleichzeitige Schleifen mehrerer Rohre zu ermöglichen
und eine höhere
Leistung und niedrigere Kosten zu erreichen.
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5(a) und (b) veranschaulichen
ein Beispiel für
die Anordnung von Schleifsteinen, die verschiedene Schleifkörner in
mehr als einer Spalte entlang der Achsrichtung des Metallrohrs 1 aufweisen, wobei
die Schleifsteine 2P für
das Grobschleifen, die Schleifsteine 2Q für das Zwischenschleifen
und die Schleifsteine 2R für das Feinschleifen jeweils
von unten nach oben in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind.
Außerdem
sind auch Stellglieder 8P, 8Q und 8R angeordnet,
jeweils den Schleifsteinen entsprechend. Gemäß diesem elektrolytischen Schleifverfahren
können
die drei Bearbeitungen durchgeführt
werden, d. h. das Grobschleifen durch die groben Schleifsteine 2P,
das Zwischenschleifen durch die mittleren Schleifsteine 2Q und
das Feinschleifen durch die feinen Schleifsteine 2R, indem das
Metallrohr 1, das schnell um seine Achse rotiert, nur einmal
im Gehäuse 6 von
unten nach oben bewegt wird. Dies ermöglicht eine effektive Spiegelschleifbearbeitung.
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Auch
wenn das in 6(a) und (b) gezeigte Beispiel mit dem in 5 darin vergleichbar ist,
dass drei Arten von Schleifsteinen, die unterschiedliche Schleifkörner aufweisen,
in mehr als einer Spalte angeordnet sind, unterscheidet es sich
darin, dass die Schleifsteine in jeder Spalte nicht in derselben
Richtung liegen, sondern an einer Position angeordnet sind, die
um 90 Grad entlang der Umfangsrichtung des Metallrohrs 1 so
gedreht ist, dass die Schleifsteine in jeder anderen Spalte auf
einer Linie liegen. Das heißt,
die groben Schleifsteine 2P im unteren Abschnitt des Gehäuses 6,
die in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, sind mit den
feinen Schleifsteinen 2R im oberen Abschnitt ausgerichtet, während die
mittleren Schleifsteine 2Q in entgegengesetzten Richtungen
an einer Position angeordnet sind, die um 90 Grad entlang der Umfangsrichtung gedreht
ist. In diesem Fall wird ein Loch im mittleren Abschnitt des obigen
Kastens 10 vorgesehen, um die mittleren Schleifsteine 2Q durchzuführen.
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In
einem Verfahren, das drei Arten von Schleifsteinen mit verschieden
Schleifkörner
verwendet, bei dem die Schleifsteine in jeder Spalte nicht in entgegengesetzten
Richtungen angeordnet sind, können
drei bis fünf
Schleifsteine in derselben Spalte wie in 4(a) bis (c) gezeigt
angeordnet werden. Zudem brauchen die Schleifsteine in jeder Spalte nicht
in der gleichen Richtung zu liegen, sondern können an einer Position angeordnet
sein, die entlang der Umfangsrichtung um ein bestimmtes Maß so gedreht
ist, dass die Schleifsteine in jeder anderen Spalte auf einer Linie
liegen.
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Überdies
ist es möglich,
die Kombination der Schleifkörner
der Schleifsteine für
die dreistufige Anordnung der groben, mittleren und feinen Schleifsteine
dem für
die Erzeugnisse erforderlichen Qualitätsniveau entsprechend auf geeignete
Weise zu wählen.
Die Zahl der Spalten ist nicht auf drei beschränkt, und mehr als eine Spalte
für jedes
Bearbeitungsstadium kann der Länge
des Metallrohrs 1 entsprechend vorgesehen werden.
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Der
vorliegenden Erfindung gemäß wird das Metallrohr
aus Aluminiumlegierung, das dem elektrolytisch integrierten Schleifen
unterzogen wird, hoher Präzision
spiegelgeschliffen, ohne dass auf der Außenfläche Oberflächenfehler auftreten. Indem
seine Oberfläche
mit einer dünnen
Schicht (etwa 20 pm) OPC überzogen
wird, lassen sich lichtempfindliche Trommeln für Kopiergeräte, Faxgeräte oder dergleichen herstellen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist auch für
lichtempfindliche Trommeln geeignet, die durch andere Mittel als
durch OPC-Beschichtung hergestellt werden, und ist auch auf Metallrohre
anwendbar, die aus anderen Materialien als Aluminiumlegierungen
bestehen.
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Wirkungsweise
der Erfindung
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Das
oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren
ist ein elektrolytisch integriertes Schleifverfahren, wobei die
Schleifwirkung durch die Schleifsteine und die Elektrolyse durch
das Elektrolyt im Unterschied zum Stand der Technik integriert werden, wodurch
Spiegelschleifbearbeitungen mit sehr hoher Präzision durchgeführt werden
können,
ohne dass Oberflächenfehler
wie Ausbruch, Anhaften oder dergleichen auf der Außenfläche von
Metallrohren auftreten, die aus weichen Aluminiumlegierungen bestehen,
und Erzeugnisse mit hoher Maßhaltigkeit
wie z. B. Rundheit oder dergleichen und hoher Ausbeute bei hohem
Wirkungsgrad produziert werden können, indem
die Anordnung der Schleifsteine ohne Abweichung ausgeglichen wird.
Der vorliegenden Erfindung gemäß können daher
ideale Substrate für
lichtempfindliche OPC-Trommeln erzeugt werden.
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ERLÄUTERUNG
DER BEZUGSZEICHEN
- 1
- Metallrohr
- 2
- Schleifstein
- 3
- Negative
Elektrode
- 4
- Elektrolyt
- 5
- Halteelement
- 6
- Gehäuse
- 7
- Schleifsteinhalter
- 8
- Stellglied
- 9
- Halterahmen
- 10
- Kasten
- 11
- Glasplatte