JP2003266246A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【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の中空体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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電解作用と物理的擦
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を封入した圧力容器
など内周面が円形状を成す中空体を研磨対象とし、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。

【０００２】

【従来の技術】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、バレル研磨や電解研磨など
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レ
ベルに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Ｒ
ａ、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、液晶や半導体の製造に使
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
の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、その種の大型容器は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
気絶縁性の酸化膜（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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】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の中空体内に粒
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、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。

【００１７】

【発明の実施の形態】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１
Ａ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４
Ａ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Ｑ_１〜Ｑ_ｎに区分
される。尚、最下流の部屋Ｑ_ｎには往路管３Ｂの一端が
接続され、最上流の部屋Ｑ_１には復路管４Ｂの一端が接
続される。因に、貯液槽５に濾材を収納したり、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の外周面に押
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，１
Ｂ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８
Ａ，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の黄銅の丸棒）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に電気絶
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、又はゴムや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（CB
N）、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２
０％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に電解電圧を印加
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の回転数や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２
２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は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３４
Ａ，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３
３Ａ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３
３Ｂ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３
６には電源Ｅに通じるマイナスの端子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３
７，３８を介して貯液槽５に接続され、ホース３７，３
８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，３
４Ｂ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３３
Ａ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３４
Ａ，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３４
Ａ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Ｗ
Ａ砥粒５００ｇ、コンパウンド（弱酸性液状添加剤）６
００ｇ、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】

【表１】

【表２】 表１から明らかなように、現行のバレル研磨では表面粗
さ０．２５μmＲａを得るのに１４０時間程度を要して
いるのに対し、本発明によれば僅か２０時間程度で表面
粗さ０．２５μmＲａを達成していることが判る。尚、
本発明では現行の回転バレルに比べ加工時間が１／７程
度と短いが、設定条件の工夫により、より短時間で表面
粗さ０．２５μmＲａを達成できると考えられる。

【００４２】

【発明の効果】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】

【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の部分拡大図

【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

【符号の説明】

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

フロントページの続き (72)発明者 河野 秀樹 群馬県渋川市中村1118番地 カンサン株式 会社内 (72)発明者 下田 祐紀夫 群馬県前橋市鳥羽町580番地 群馬工業高 等専門学校内 (72)発明者 櫻井 文仁 群馬県前橋市鳥羽町580番地 群馬工業高 等専門学校内 (72)発明者 斉藤 喜泰 群馬県前橋市鳥羽町580番地 群馬工業高 等専門学校内 (72)発明者 折茂 和久 群馬県前橋市鳥羽町580番地 群馬工業高 等専門学校内 Ｆターム(参考） 3C058 AA01 AA11 CB01 CB03 DA13 3C059 AA02 AB01 GA02 GA07 GA08 GC01 HA11

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【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。
3. 【請求項３】 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、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。
4. 【請求項４】 ベース部の部位に中空体との間隙を一定
   に保つ電気絶縁性の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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。