JP2010538848A - 電気化学加工用の方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの加工対象物（３）の電気化学加工用のデバイス（１）および方法であって、伝達手段（８）と、電解質（６）用の第１の貯蔵手段（１７）とを備え、電解質（６）の少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つの測定ユニット（１２）が、伝達手段（８）に配置されるデバイス（１）および方法。

Description

本発明は、電気化学加工用のデバイス、および電気化学加工方法に関する。加工対象物の電気化学加工は、導電性であり金属性の加工対象物の特に正確な加工を行うことができるようにする。加工は、実質的に摩耗を生じずに行われ、材料に非常に配慮される。本発明は、特に工業分野で、大量生産に関わる場合に使用される。

電気化学加工は、電気腐食の原理で機能する。このために、例えば、加工対象物がアノード的に接触され、ツールがカソード的に接触される。導電性液体（電解質とも呼ばれる）が、加工対象物とツールとの間に残る作業ギャップを通るようにポンプされる。加工対象物とツールとの間に電圧が印加されるとき、電流が流れ、電気分解を開始し、この電気分解によって、金属イオンが加工対象物から解放される。このとき、規定の材料腐食が実現される。電気化学加工により、アクセスしにくい場所でさえ、高い精度で半径および輪郭を生成することができる。さらに、様々な加工対象物位置を同時に加工することができる。ツールと加工対象物とが直接接触しないので、加工は、実質的に摩耗を生じずに行われ、非常に一定のプロセス品質が保証される。さらに、加工対象の加工物において、機械的応力または熱的影響が誘発されない。切断が難しい材料でさえ、この加工方法によって簡単に加工することができる。数秒となることがある短いサイクル時間により、高いプロセス信頼性で、比較的大量を加工することができる。この方法は、噴射ノズルにおけるダクトの再加工で特に広く使用される。

電気化学加工が有する上述したいくつかの利点に加えて、実際には、使用される電解質が、加工中にその特性を変え、加工結果に影響を及ぼすことが繰返し示されている。

したがって、本発明の目的は、従来技術において生じる問題を少なくとも一部は解決すること、および特に、使用される電解質を改良された様式で調整することができるデバイスおよび方法を規定することである。

これらの目的は、特許請求項１の特徴によるデバイス、および特許請求項１１の特徴による方法によって実現される。本発明のさらなる有利な改良形態は、従属特許請求項で規定される。従属特許請求項に個別に列挙される特徴を、所望の技術的に好適な任意の様式で互いに組み合わせて、本発明のさらなる改良形態を定義することができることを指摘すべきである。さらに、以下の説明で、特許請求項で規定される特徴をより具体的に詳述して説明し、本発明のさらに好ましい例示的実施形態が示す。

本発明では、これらの目的は、少なくとも１つの加工対象物の電気化学加工用のデバイスであって、伝達手段と、電解質用の第１の貯蔵手段とを備え、電解質の少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つの測定装置が伝達手段に配置されるデバイスによって実現される。この場合、測定装置は、例えば、電解質を伝達するように意図されたパイプラインに取り付けられることがある。そのような伝達手段またはその他の既知の伝達手段は、例えば、電解質の処理を行う冷却アセンブリまたは熱交換器装置に連絡することがある。用途に応じて、測定装置は、伝達手段に一体化される、または伝達手段内に一体化されることがある。例えばタンクまたは槽などの貯蔵手段内に測定装置が配置されるとき、不正確な測定が行われることがあるが、そのような測定の不正確さは、測定装置を伝導手段内または伝導手段に配置することによって完全に回避され、または少なくとも無視できる程度になる。これは、大容量の貯蔵手段では、そこで蓄積した電解質が層を生成する傾向があるからである。これは、電解質中に含有される物質が、それ自体、異なる特性を有する様々な層または相になることがあることを意味する。この場合、層化は、特定の密度に応じて生じるが、不均質な電解質が正にそのような特性を有するので、これは電気化学加工においては欠点となる。しかし、とりわけ、これにより、できるだけ電解質全体の代表となるような電解質特性の一様な検出を高い信頼性で行うことはできない。そこで、本発明は、大容量の貯蔵手段とは対照的に、伝達手段内では、そのような悪影響の層化が生じず、または非常にわずかにしか生じず、その結果、非常に正確な測定が可能になることを認識した。ここで、大容量とは、特に、電解質の流通方向での構造長さが垂直方向での構造高さにほぼ相当し、流通方向での断面積が、使用される伝達手段の断面積の２倍よりも大きい貯蔵手段を意味するものと理解される。したがって、高さが長さの０．５倍以上に相当する貯蔵手段の場合でさえ、望ましくない層化が生じることがある。

これは、とりわけ、伝達手段内部で、電解質の非常に良好な混和が生じるからであり、したがって層の生成ができるだけなくされる。したがって、ここで伝達手段内に配置される測定装置は、従来可能であったよりも実質的に正確であり信頼性の高い測定値を送達することができる。

有利には、本発明の範囲内で、使用される測定装置が、少なくとも、ｐＨ値、伝導性、または温度を検出するように設計されることが企図される。この場合、測定装置は、電解質の特性の１つまたはさらに多くを検出することができるように設計されることがある。用語「伝導性」は、特に、電解質の導電率を意味するものと理解される。しかし、言及した電解質の特性に加えて、本発明の範囲内で、電解質のさらなる物理的および化学的特性も測定装置によって検出されることがある。

本発明の完全に異なる好ましい発展形態では、少なくとも１種の計量物質を電解質中に導入するための計量装置が提供されることが企図される。この好ましい発展形態を本発明の範囲内で説明するが、さらに、独立した有利な様式でこの発展形態を実施および採用することもできる。したがって、例えば、計量物質を添加することによって電解質のｐＨ値を連続的に変えることができ、または所定の値で保つことができる。この場合、計量装置は、選択的に、継続的または断続的に作用することがある。特に、断続的に作用する計量装置（接種ステーションとも表される）が採用され、電解質での特定のｐＨ値を保つ、またはｐＨ値の突然の変化をもたらすことがある。とりわけ、考慮しうる計量物質は、電解質のｐＨ値を調整または変更するのに適したアルカリ液または酸である。しかし、電気化学加工方法に関して有利な効果を有する他の計量物質をそこに添加することもできる。

本発明のさらに特に有利な実施形態では、電解質用の少なくとも１つの混合デバイスが、伝達手段または貯蔵手段の領域内に配置されることが企図される。本発明の範囲内で説明して特許請求する本発明のこの発展形態もまた、単独で実施されて、有利に採用されることがあり、以下に説明する有利な効果を実現する。したがって、混合デバイスは、例えば受動混合器の形態で設計されることがあり、受動混合器は、混合器を通って流れる電解質を、非常に良く混和されるように少なくとも一部偏向させる。これは、例えば、ガイド・プレートによって行われることがあり、ガイド・プレートで、電解質の部分流が、電解質の他の部分流から方向をずらされる。しかし、さらに、例えばモータによって駆動される能動混合デバイスが使用されることもあり、これらは、伝達手段内または貯蔵手段内に選択的に配置される。例えば、これらは、撹拌機構または他の既知の混合デバイスを備えることがあり、その多くが知られている。

やはり本発明として独立して実施することができる、完全に異なり、同様に有利な本発明の発展形態は、第２の貯蔵手段が提供され、第２の貯蔵手段が、第１の貯蔵手段の内部に少なくとも部分的に配置されることを企図する。第２の貯蔵手段は、例えば酸または塩基など計量物質を受け入れるように設計されることがあり、この物質が、計量装置によって電解質に添加される。この計量物質を受け入れるための第２の貯蔵手段が、例えば電解質を受け入れるように設計された第１の貯蔵手段の内部に完全に、または部分的に配置される場合、これは、デバイスの安全性をかなり高める。例えば、計量物質として使用される酸またはアルカリ液が、欠陥により第２の貯蔵手段から流出した場合、周囲に直接達せずに、第１の貯蔵手段内にある電解質と混合される。

有利には、この場合、第２の貯蔵手段が、少なくとも１種の計量物質を受け入れるように設計されることが企図される。既に上述したように、この計量物質は、酸またはアルカリ液であってよい。しかし、さらに、第２の貯蔵手段が、２種以上の計量物質を同時に別々に受け入れるように設計され、それにより電解質の１つまたは複数の分岐流に計量物質を導入することも企図されることがある。

また、このために、デバイスは、少なくとも１つの計量装置と少なくとも１つの測定装置とが制御装置に接続されるように設計されると特に有利である。前記装置間の接続とは、特に、制御装置を意味するものと理解すべきである。これは、例えば、信号伝送用の手段、しかしまたエネルギー伝達用の手段を含む。一般に、本発明の範囲内で、制御接続とは、計量装置または測定装置を、それらが所望の機能を行うことができるように制御装置に接続させることができる全ての手段を意味するものと理解される。これは、測定装置によって検出される測定値を制御装置内で所定の法則に従って処理し、その後、このとき発生される制御コマンドを計量装置に伝送し、それにより、意図された様式で計量装置が電解質を調整することができるようにすることを含む。さらに、調整とは、特定の電解質特性の変化を意味するものと理解される。これらの特性は、例としていくつかだけ挙げると、例えば、ｐＨ値、温度、伝導性、密度、または流速であってよい。

さらに、本発明の範囲内で、有利には、少なくとも、伝達手段と、第１の貯蔵手段と、搬送手段と、少なくとも１つの加工空間とが、電解質回路を形成することが企図される。使用される電解質は、そのような電解質回路内を循環することができ、したがって複数回使用することができる。これは、一方では電解質を節約し、また電解質の調整のための経費を低減する。本発明の発展形態では、第１の貯蔵手段に加えて、第２の貯蔵手段も電解質回路内で使用されることが企図されることがある。さらに、１つの共通の電解質回路から複数の加工空間が供給されることもあり、その結果、電解質を調整するために提供される構成要素をただ１つずつ用意すればよい。したがって、調整に必要なデバイスに関わる加工空間当たりの経費がかなり低減される。

また、少なくとも、計量装置、混合デバイス、または測定装置が、加工空間の下流に配置されると特に有利である。そこでは、加工空間の下流で電解質を伝達する伝達手段内で特に良好な混和が生じる。特に、計量装置が混合デバイスのすぐ上流に配置されるとき、混合デバイスは、事前に添加された計量物質を電解質中に混合することができる。さらに、電解質の最適な混和が生じるので、使用される測定装置が混合デバイスのすぐ下流に位置されると特に良好である。しかし、別の実施形態では、測定装置が計量装置の上流に配置され、それにより計量要件を決定することが企図されることもある。

さらにまた、少なくとも、第１の貯蔵手段または第２の貯蔵手段が、加工空間の下に配置されると有利である。本発明のこの態様もまた、独立した有利な様式で単独で実施することができる。加工空間の下での構成は、電解質伝達に必要とされる伝達手段の長さを短縮し、その結果、漏れまたは他の欠陥の危険が同時に低減される。さらに、加工空間の下に適切な構成空間が存在し、貯蔵手段への簡単なアクセスが保証され、それにより、例えば貯蔵手段に対して保守作業を行うことができる。

さらに、本発明による設定された目的はまた、本発明によりここで説明したタイプのデバイスを動作させるための電気化学加工方法であって、電解質の少なくとも１つの特性が、少なくとも１つの測定装置によって監視される電気化学加工方法によって実現される。特に伝達手段内での電解質の特性の監視は、操作者または制御装置に、電解質の特性、したがってその状態に関する非常に正確な情報を継続的に与える。この情報を評価して、手動または自動で、電解質の調整の際に考慮に入れることができる。したがって、「監視」は、加工中、特に加工プロセス全体（電圧印加の期間）中の特性の継続的な制御を意味する。しかし、「監視」は、例えば、具体的に規定された間隔で、かつ／または加工休止（電圧中断）時に断続的に行うこともできる。

この場合、好ましくは、少なくとも１種の計量物質が、計量装置によって電解質に添加されることが企図される。計量装置により、計量物質を特に正確に計量することができる。これは、手動添加の場合には、かなりの経費をかけないと実現できないだろう。さらに、必要に応じて、計量装置は、複数の計量物質を電解質中に導入するように、またはそれらを電解質に混入するように設計されることもある。

したがって、好ましい発展形態では、計量物質の計量が、測定された電解質特性に応じたタイプまたは量に従って設定されることも企図される。この方法は、好ましくは、自動であり、使い易く、特に正確な様式で計量を行うことができる自動制御装置によって行われることがある。

さらに、本発明の範囲内で、または独立して、有利には、少なくとも１つのリフト装置がデバイスに提供されることが企図される。このリフト装置は、例えば、デバイスからの搬送手段または貯蔵手段の持ち上げを行うことがある。これらの手段は、例えば保守目的で比較的頻繁に交換しなければならない。これは、特に、搬送手段としてポンプが使用されるときに当てはまる。これらは重く、したがって手動で取り外すのは非常に大変である。このとき、リフト・デバイスが、操作者にとって作業を特に容易にする。

以下、本発明および技術的背景を、図面を参照してより詳細に説明する。この場合、図面は、本発明の特に好ましい設計変形形態を示すが、本発明がこれらに限定されないことを指摘すべきである。

電気化学加工用のデバイスを示す概略図である。 電気化学加工用の本発明によるデバイスのさらなる実施形態を示す概略図である。

図１は、電気化学加工用のデバイス１を概略図で示す。右上に、加工空間２が示され、加工空間２内で、電気化学加工のために提供される構成要素３が、アノード４とカソード５との間に配置される。このとき、液体電解質６が、構成要素３の周りを洗う。電解質６は、伝達手段８を通って、回路７内を第１の矢印９の方向に循環する。この移動は、ポンプ１１として設計される搬送手段１０によって駆動される。

電解質６は、構成要素３の周りを流れた後、加工空間２から出て下流に流れる。そこで、電解質６の少なくとも１つの特性が、測定装置１２によって測定される。本事例では、この特性はｐＨ値である。測定装置１２は、電解質６のｐＨ値を表す信号を発生し、この信号を第１の信号ライン１３を介して制御装置１４に伝送する。その後、制御装置１４は、それ自体、計量装置１６を制御するためのさらなる信号を発生し、この信号を第２の信号ライン１５を介して計量装置１６に伝送する。計量装置１６は、第１の貯蔵手段１７の上に配置され、貯蔵手段１７は、電解質６用の貯蔵部となり、例えばタンクとして設計される。計量装置１６は、第２の貯蔵手段１８を有し、第２の貯蔵手段１８内に計量物質１９が入っている。例えば酸またはアルカリ液であることがある計量物質１９は、第２の信号ラインを介して受信された信号に対応して、第２の矢印２０の方向に回路７に混入され、したがって電解質６に混入される。

制御装置１４に記憶された所定のｐＨ値の変化が生じ、したがって、測定装置１２からの信号により制御装置１４がこの変化を検出するとすぐに、計量物質１９の添加によって、対応する電解質６の調整が誘発される。したがって、電解質６は、非常に長い動作時間にわたって使用されることができ、常に、監視されて調整された特性を有する。

図２は、電気化学加工用のデバイス１の別の好ましい実施形態を示す。ここでもまた、やはり右上領域に、加工対象の構成要素３がアノード４とカソード５との間に位置された加工空間２が配置される。ここでも、電解質６は、回路７内を第１の矢印９の方向に循環する。しかし、この場合、計量物質１９を含む第２の貯蔵手段１８は、電解質６用の第１の貯蔵手段１７の内部に配置される。この利点は、例えば漏れにより流出した酸またはアルカリ液が、第２の貯蔵手段１８から環境または周囲に達しないことである。そうではなく、流出した計量物質１９は、第１の貯蔵手段内にある電解質６によって希釈され、それにより人員の怪我または材料の損傷の危険を低減する。さらに、例えば酸容器として設計された第２の貯蔵手段１８は、第１の貯蔵手段１７によって、損壊しないように保護される。ここでも、計量物質１９は、計量装置１６によって、第２の矢印２０の方向で、第２の貯蔵手段１８から回路７に混入される。混入は、第２の信号ライン１５を介した制御装置１４による作動後に行われる。本発明のこの好ましい発展形態では、さらに、加工空間２の下流に配置された混合デバイス２１が提供される。この場合、計量物質１９は、混合デバイス２１のすぐ上流に、または混合デバイス２１内に直接導入され、それにより、流通する電解質６と直接混合される。例示される混合デバイスは受動型であり、電解質６の１つまたは複数の部分流を偏向させ、それにより、それらの部分流が電解質６の他の部分流とある角度でぶつかり、同時に混和される。図示される実施形態では、制御装置１４が制御ライン２２を有し、制御ライン２２を介して、さらに搬送手段１１のパワーを制御することができる。その結果、例えば、電解質６の温度に応じて、回路７内の電解質６の循環速度および流速を変えることができる。さらに、混和された電解質６は、第１の貯蔵手段１７内に中間的に貯蔵され、その後、搬送手段１１によって、フィルタ装置２３を通って第３の貯蔵手段２４に輸送される。そこで、純化されて調整された電解質６が、加工空間２を通る新たな流通のために提供される。

さらに、フック２６を有するリフト装置２５も提供され、フック２６は、軸２７の周りでの回転により、かつ交差する矢印２８の方向での移動により、空間内で自由に移動できる。このリフト装置２５は、デバイス１の操作者が、例えば比較的重いポンプ１１を保守目的でデバイス１から持ち上げるために使用することができる。必要である場合には、貯蔵手段１７、１８、および２４の持ち上げにもこれが当てはまる。リフト装置２５の設置は、操作安全性を高め、デバイス１の操作をより簡単にする。

さらに、本発明が、例示した例示的実施形態に限定されないことが指摘される。逆に、特許請求の範囲の範囲内で、図示したデバイスのいくつかの修正形態が可能である。したがって、例えば、説明した貯蔵手段および計量装置の代わりに、異なる動作原理を有するが同じ効果をもたらす手段が使用されることもある。さらに、本発明の保護範囲から逸脱することなく、さらに特定の機能を実施するために、計量装置、貯蔵手段、伝達手段、フィルタ装置、およびリフト装置、ならびにまた測定装置および制御装置の数を変えることができる。

１ デバイス
２ 加工空間
３ 構成要素
４ アノード
５ カソード
６ 電解質
７ 回路
８ 伝達手段
９ 第１の矢印
１０ 搬送手段
１１ ポンプ
１２ 測定装置
１３ 第１の信号ライン
１４ 制御装置
１５ 第２の信号ライン
１６ 計量装置
１７ 第１の貯蔵手段
１８ 第２の貯蔵手段
１９ 計量された物質
２０ 第２の矢印
２１ 混合デバイス
２２ 制御ライン
２３ フィルタ装置
２４ 第３の貯蔵手段
２５ リフト装置
２６ フック
２７ 回転軸

Claims (13)

1. 少なくとも１つの加工対象物（３）の電気化学加工用のデバイス（１）であって、伝達手段（８）と、電解質（６）用の第１の貯蔵手段（１７）とを備え、前記電解質（６）の少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つの測定装置（１２）が、前記伝達手段（８）に配置されるデバイス（１）。
2. 前記測定装置（１２）が、少なくとも、ｐＨ値、伝導性、または温度を検出するように設計される請求項１に記載のデバイス（１）。
3. 少なくとも１つの計量物質（１９）を前記電解質（６）中に導入するための計量装置（１６）が提供される請求項１または２に記載のデバイス（１）。
4. 前記電解質（６）用の少なくとも１つの混合デバイス（２１）が、前記伝達手段（８）または前記貯蔵手段（１７）の領域内に配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
5. 第２の貯蔵手段（１８）が提供され、前記第２の貯蔵手段（１８）が、前記第１の貯蔵手段（１７）の内部に少なくとも部分的に配置される請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
6. 前記第２の貯蔵手段（１８）が、少なくとも１種の計量物質（１９）を受け入れるように設計される請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
7. 少なくとも１つの計量装置（１６）と、少なくとも１つの測定装置（１２）とが、制御装置（１４）に接続される請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
8. 少なくとも、前記伝達手段（８）と、第１の貯蔵手段（１７）と、搬送手段（１０）と、少なくとも１つの加工空間（２）とが、電解質回路（７）を形成する請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
9. 少なくとも、前記計量装置（１６）、前記混合デバイス（２１）、または前記測定デバイス（１２）が、前記加工空間（２）の下流に配置される請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
10. 少なくとも、前記第１の貯蔵手段（１７）または第２の貯蔵手段（１８）が、前記加工空間（２）の下に配置される請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
11. 電解質（６）の少なくとも１つの特性が、少なくとも１つの測定装置（１２）によって監視される請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイス（１）を動作させるための電気化学加工方法。
12. 少なくとも１つの計量物質（１９）が、計量装置（１６）によって電解質（６）に添加される請求項１１に記載の方法。
13. 前記計量物質（１９）の計量が、前記測定された前記電解質（６）の特性に応じたタイプまたは量に従って設定される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。

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