JP2004299029A - ３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な３次元自由曲面が研磨でき、手動で行っても安全である電解砥粒研磨装置を提供する。
【解決手段】回転駆動機８によりフレキシブル回転シャフト７を介して回転する電極工具１は、電極工具回転シャフト５の先端周囲にスリット６を有する研磨体２が取付けられ、研磨体２と金属部材４とが接触する近傍に電解液１４を供給する電解液供給手段を有し、前記電極工具１と金属部材４との間に電解のための電流を流す直流電源供給手段を有し、上記電解液供給手段から電解液１４を供給し、上記直流電源供給手段により電流を流しながら、上記の電極工具１を手動により前記金属部材４の３次元自由曲面に当接させて研磨するものであることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、金属材料からなる部材の３次元自由曲面を鏡面研磨するための電解砥粒研磨装置に関するものでものである。
【０００２】
【従来の技術】
被加工物が、例えば金型その他の複雑な凹凸表面を有する金属部材の任意の自由曲面を鏡面研磨するものとして、電解により被加工物表面に生じる不導態皮膜を砥粒で除去し、それによって被加工物表面を鏡面研磨するようにした電解砥粒研磨装置が提案されている。（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２０７２７号公報（特許請求の範囲の請求項１、２頁４欄〜４頁７欄、および第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術は、以下の問題点を有するものであった。
１任意の自由曲面と言うものの、その曲面は大きなうねりに追従するものを想定しており、３次元自由曲面は想定していない。
２従って狭いところを研磨するに適していない。
３また、電動工具は研磨体と駆動モーターが一体となっているので、大きく、また重量が重く、電動工具を手動で研磨するのはやり難い。
４手動で研磨する場合、巻き込み、跳ね返り等の問題があり、安全上も問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は上述した点に鑑み、小さな部材の複雑な３次元自由曲面が研磨でき、手動で行っても安全である３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
上記の課題を解決するため、本発明の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置は、
回転駆動機（８）によりフレキシブル回転シャフト（７）を介して回転する電極工具（１）は、電極工具回転シャフト（５）の先端周囲にスリット（６）を有する研磨砥粒を含有する研磨体（２）が取付けられてなり、前記電極工具（１）の研磨体（２）と被加工物の金属部材（４）と接触する近傍に電解液（１４）を供給する電解液供給手段を有し、前記電極工具（１）をマイナス極、被加工物の金属部材（４）をプラス極として上記電極工具（１）と被加工物の金属部材（４）との間に電解のための電流を流す直流電源供給手段を有し、上記電解液供給手段から電解液（１４）を供給しながら、上記直流電源供給手段により電解のための電流を流しながら、上記の電極工具（１）を手動により前記被加工物の金属部材（４）の３次元自由曲面に当接させて研磨するものであることを特徴とする。
【０００７】
上記の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置は、回転駆動機８と電極工具１はフレキシブルなシャフトで連結されているので、電極工具１の大きさが小さくでき、かつ重量も小さくなり、手動で小さな部材の複雑な３次元自由曲面を研磨することが可能となる。
【０００８】
更に、上記の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置は、上記の請求項１において、前記電極工具（１）の回転は前記電極工具回転シャフト（５）の軸の中心点Ｏを回転しながら（以下、工具回転という）、前記電極工具回転シャフト（５）の軸の中心点Ｏが円Ｐの半径ｒの円周上を移動しながら回転する揺動回転をするものであることを特徴とする。
【０００９】
上記の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置は、電極工具１の回転は電極工具回転シャフト５の軸中心点Ｏの回転と共に電極工具回転シャフト５の軸中心点Ｏが円Ｐの円周上を移動しながら回転する揺動回転をするものであるので、研磨に際し発熱が少なく、熱くなりにくい、また研磨力が向上し、早く作業ができる、また小さい力で研磨でき、研磨面がきれいである、また巻き込みがなく、跳ね返りもないので安全である、細部まで研磨ができ、エッジ部、稜線部をダラさずに偏った研磨が防止できる、研磨体の目詰まりを起こし難く、研磨体の長寿命化が可能となる。
【００１０】
【作用】
本発明の３次元自由曲面の電解砥粒手動研磨装置の電極工具１の揺動回転の動作を、図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図３（ａ）において、Ｏは電極工具１の中心点であり、Ａは電極工具１上の任意の点（実際には工具電極の先端設けられた研磨体の外周に相当する）であり、ＲはＯからＡまでの距離（実際には電極工具１の中心点から研磨体外周までの半径）であり、ω１は電極工具１の回転速度を示すものであり、電極工具１は工具中心点Ｏを中心にして回転速度ω１で回転している（この回転は従来の電極工具１での回転である。以下、工具回転という）。
更に、工具回転をしながら電極工具１の中心点Ｏは、円Ｐの円周上を移動しながら回転速度ω２で回転する。この回転が揺動回転である。
このように、電極工具１は、従来の工具回転に加えて揺動回転をするものである。
従来の工具回転のみの電解砥粒研磨装置に比べて、工具回転に揺動回転を加えることにより、研磨体が被加工物に対して常時同じ場所で接触しない、図３（ｂ）に示す軌跡を描いて研磨するものであるので、次のような特有の作用効果が得られる。
１発熱が少なく、温度上昇が少なく安定した良好な研磨が出来る。
２研磨力が向上し、研磨時間の大幅な短縮が可能となる。
３押し付け力が少なくて研磨ができ、研磨面がきれいである。
４巻き込みがなく、特に、手動研磨において安全に作業ができる。
５被加工物の細部に研磨体が行き届き、隆起部の偏った研磨を防止できる。
６研磨体の目詰まりがなく、研磨体の長寿命化が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の３次元自由曲面の電解砥粒研手動研磨装置について、図を用いて説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１は、本発明の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置の斜視図を示すものである。
図１において、電極工具１は電極工具回転シャフト５を有し、前記電極工具回転シャフト５は回転駆動機８によりフレキシブル回転シャフト７を介して回転するものである。前記回転駆動機８は回転駆動機用電源により駆動される。
【００１３】
上記電極工具１の電極工具回転シャフト５の回転は、図３（ａ）に示すように、電極工具回転シャフト５の軸の中心点Ｏを中心に回転しながら、電極工具回転シャフト５の軸の中心点Ｏが円Ｐの半径ｒの円周上を移動しながら回転する揺動回転をするものである。
【００１４】
また、電極工具１は回転駆動機８とはフレキシブル回転シャフト７を介して回転するものであり回転駆動機８を有しないので、小型、軽量となり手動で自在に扱うことが可能である。
【００１５】
図２に示すように、電極工具１の電極工具１回転シャフトの先端部には研磨砥粒を含有する研磨体が形成されている。前記研磨体２には螺旋状のスリット６が形成されており、前記スリット６の間には電極線３が嵌め込まれている。そして、前記電極線３は電極工具１の電極工具回転シャフト５に電気的に接続されている。前記電極線３の直径はスリット６の深さよりも小さくし、弾性体の表面よりも出ないようにする。
【００１６】
前記スリット６が電極工具シャフト５まで突き抜けている場合は、電極線３がなくても良い。この場合、電極工具１シャフトと研磨体２表面までの距離を短くし電解研磨がスムースに行われるよう、研磨体２の厚みは薄くしたほうが良い。
【００１７】
研磨体２は粘弾性体であることが望ましい。被加工物の金属部材４の３次元自由曲面に対して研磨体２が整形可能になり、均一な研磨が可能となる。
【００１８】
上記の研磨体２は砥粒を含有するものであるが、羽布のように研磨砥粒を捕獲する材質のものであれば研磨砥粒は含有しないものでも用いることができる。この場合は、研磨液に砥粒を含有させることが必要となる。
【００１９】
図１において、被加工物の金属部材４の材質は、チタン（Ｔｉ）、ステンレス、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などが適用できる。また、被加工物の金属部材４の３次元自由曲面の形状の一例を図４に示す。実際の応用例としては、チタン製のポンプ部品等は内面が３次元自由曲面で設計される。
【００２０】
図１において、電解液供給装置１０は電解液１４をシリンジ１１から圧送するものであり、シリンジ１１より電解液１４が供給される。
電解液１４の供給は、図２に示すように研磨体２が被加工物の金属部材４に当接する箇所の近傍に供給され、供給された電解液１４は電解液回収容器１６に回収される。
【００２１】
電解液回収容器１６に回収された電解液１４を水中ポンプなどを用いて研磨体２が被加工物の金属部材４に当接する箇所の近傍に供給し、循環使用してもよい。
【００２２】
図１において、整流器１５より直流電流供給用電線１２を介して、研磨体とスリット６に埋め込まれている電極線３をマイナス電極、被加工物の金属部材４をプラス電極として電流を印加される。
前記直流電流供給用電線の間には電流計１３がセットされている。この電流計１３は電流密度を管理するために用いられるものである。
【００２３】
図１において、電流を流す直流電流供給用電線１２は回転駆動機８とフレキシブル回転シャフト７の取付け部に接続され、電極線３から電極工具１の電極工具回転シャフト５とフレキシブル回転シャフト７を通って電流が流れるものである。
【００２４】
被加工物の金属部材４に印加された電流は電解液１４を通して電極線３に流れる。流す電流は電流計１３で電流を読み取り、電流密度で管理する。
【００２５】
電解液１４は硝酸塩（硝酸ナトリウムなど）の水溶液が用いられる。組成は硝酸ナトリウムの３〜３０ｗｔ％の範囲で用いられる。
【００２６】
被加工物の金属部材４がチタン（Ｔｉ）の場合、図２に示すように電解砥粒研磨を行ったところ、チタンの３次元自由曲面の切削面が鏡面に仕上げることが出来、研磨代の偏りもなく仕上げることができた。そのときの条件は、以下の通りである。
・電解液１４：硝酸ナトリウムの１５ｗｔ％水溶液
・電流密度：５０ｍＡ／ｃｍ２（研磨体２接触面積；０．２ｃｍ２、電流；１０ｍＡ）
・工具回転数：２７００回転／分
・揺動回転数：３０００回転／分
・押し付け圧力：手動により適宜
【００２７】
【効果】
上記の本発明の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置は、回転駆動機８と電極工具１はフレキシブルなシャフトで連結されているので、電極工具１の大きさが小さくでき、かつ重量も小さくなり、手動で小さな部材の複雑な３次元自由曲面を研磨することが可能となる。
また、電極工具１の回転はシャフトの軸中心の回転と共にシャフトの軸中心点が円Ｐの円周上を移動しながら回転する揺動回転をするものであるので、研磨に際し発熱が少なく、熱くなりにくい、また研磨力が向上し、早く作業ができる、また小さい力で研磨でき、研磨面がきれいである、また巻き込みがなく、跳ね返りもないので安全である、細部まで研磨ができ、エッジ部、稜線部をダラさずに偏った研磨が防止できる、研磨体の目詰まりを起こし難く、研磨体の長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３次元自由曲面の電解砥粒手動研磨装置の斜視図を示すものである。
【図２】図１の○部の拡大詳細図を示すものである。
【図３】（ａ）本発明の電極工具１の工具回転と揺動回転の動作を示す説明図を示すものである。
同図（ｂ）は工具回転と揺動回転の軌跡を示すものである。
【図４】３次元自由曲面を有する被加工物の金属部材４の形状の一例を示したものである。
【符号の説明】
１ 電極工具
２ 研磨体
３ 電極線
４ 被加工物の金属部材
５ 電極工具回転シャフト
６ 弾性体のスリット
７ フレキシブル回転シャフト
８ 回転駆動機
９ 回転駆動機用電源
１０ 電解液供給装置
１１ シリンジ
１２ 直流電流供給用電線
１３ 電流計
１４ 電解液
１５ 整流器
１６ 電解液回収容器
Ｏ 電極工具回転シャフトの軸中心点
Ａ Ａは電極工具上の任意の点
Ｒ ＲはＯからＡまでの距離
Ｐ 揺動中心点
ｒ 揺動半径
ω１ 電極工具回転シャフトの回転速度
ω２ 揺動回転速度

Claims (2)

1. 回転駆動機（８）によりフレキシブル回転シャフト（７）を介して回転する電極工具（１）は、電極工具回転シャフト（５）の先端周囲にスリット（６）を有する研磨砥粒を含有する研磨体（２）が取付けられてなり、前記電極工具（１）の研磨体（２）と被加工物の金属部材（４）と接触する近傍に電解液（１４）を供給する電解液供給手段を有し、前記電極工具（１）をマイナス極、被加工物の金属部材（４）をプラス極として上記電極工具（１）と被加工物の金属部材（４）との間に電解のための電流を流す直流電源供給手段を有し、上記電解液供給手段から電解液（１４）を供給しながら、上記直流電源供給手段により電解のための電流を流しながら、上記の電極工具（１）を手動により前記被加工物の金属部材（４）の３次元自由曲面に当接させて研磨するものであることを特徴とする３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置。
2. 上記の前記電極工具（１）の回転は前記電極工具回転シャフト（５）の軸の中心点Ｏを回転しながら（以下、工具回転という）、前記電極工具回転シャフト（５）の軸の中心点Ｏが円Ｐの半径ｒの円周上を移動しながら回転する揺動回転をするものであることを特徴とする請求項１記載の３次元自由曲面の電解砥粒研磨装置。

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