JP3370015B2

JP3370015B2 - 金属加工品の仕上げ処理方法

Info

Publication number: JP3370015B2
Application number: JP17172299A
Authority: JP
Inventors: 一彌服部
Original assignee: 株式会社エッチ．エム．イー
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2003-01-27
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP2001003200A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバリ，異物等を嫌う
精密部品で特に高硬度が要求される金属加工品の仕上げ
処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】異物を嫌う精密部品で高硬度が要求され
る金属加工品は、自動車，航空機などのエンジン周り部
品等に存在する。例えば、近年のコモンレール方式の圧
力センサには図２，図３のごとくの金属加工品が使用さ
れ、その要求性能として、ガス流通部に異物がないこ
と、２０００気圧程度の圧力に耐えること、応力腐
食割れのないこと等が挙げられている。そのため、熱処
理により非常に大きな強度のでるＳＵＳ６３０材等の材
料を使った金属加工品が採用され、また圧力センサの透
孔がエンジン室内へのガス流通部になることから異物を
完璧に排除すべく、従来は、図６のような金属加工品の
仕上げ処理方法を実施してきた。切削加工で造られる圧
力センサにはバリが残るケースが多く、その除去と共に
高硬度処理（時効処理）が図示の一連の手順で進められ
てきた。従来の金属加工品の仕上げ処理方法は、切削加
工を終えたワーク（金属加工品）を先ず洗浄し、次い
で、流体研磨によりバリを含めた異物を取り除き、その
後、洗浄工程を経て時効処理を実施し、高硬度にしてガ
ス流通部にバリ等の異物なき仕上げ処理を施してきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来法では
時効処理したものを完成品とするため、時効処理後の着
色，異物付着が許されなかった。そのため、真空度１×
１０^−６［Ｔｏｒｒ］位の高真空下での時効処理が必要
で、且つ不活性ガスによる冷却が必要になっていた。ま
た、真空炉に入れる前の洗浄には徹底した水洗（純水洗
を含む）が求められ、イニシャルコストのみならずラン
ニングコストも高くなっていた。さらに、流体研磨は粘
土（研磨材）を強い力で押し込んでバリを取り除く方法
であるが、研磨材が完全にとれたかどうか確認できず、
洗浄後でも研磨材の残留可能性の問題があった。加え
て、時効処理直後のワークは光沢があるものの、表面状
態が活性化しているために自然酸化しやすく、応力腐食
割れの一つの要因になる可能性があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するもので、低コスト化を可能にして且つ研磨材残
留の心配がなく、さらには耐蝕性をも向上させて応力腐
食割れ防止に役立つ金属加工品の仕上げ処理方法を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１に記載の本発明の要旨は、切削や研削等の加工
を施した金属加工品の仕上げ処理方法にあって、まず該
金属加工品を洗浄した後、電解バリ取りを行い、次い
で、時効処理を実施し、その後、電解研磨を実施するこ
とを特徴とする金属加工品の仕上げ処理方法にある。請
求項２に記載の本発明たる金属加工品の仕上げ処理方法
は、請求項１で、電解バリ取りをパルス電解処理とする
ことを特徴とする。請求項３に記載の本発明たる金属加
工品の仕上げ処理方法は、請求項１または２で、電解研
磨液として燐酸単独水溶液を用いることを特徴とする。

【０００６】請求項１の発明ごとくの一連工程の仕上げ
処理を実施すると、時効処理の後に電解研磨処理が控え
ているので、時効処理で着色してもよく時効処理をこれ
までの高真空下での処理から低真空の下で処理が可能と
なり、コスト的に安くでき、さらに技術的にも非常に行
いやすくなる。そして、電解バリ取りとするので、流体
研磨にみられる研磨材残留の心配はいらなくなる。請求
項２の発明のごとく、パルス電解処理とすると、広範囲
で且つ一層綺麗にバリ取り除去をなし得る。また、請求
項３の発明のごとく、電解研磨液として燐酸単独水溶液
を用いると、電解研磨に付随して電解研磨されたワーク
表面に不動態皮膜が形成されるので、耐蝕性を大幅に向
上させ、応力腐食割れの心配をなくすことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る金属加工品の
仕上げ処理方法について詳述する。図１〜図４は本発明
の金属加工品の仕上げ処理方法の一形態で、図１はその
ブロック工程図、図２金属加工品の斜視図、図３は図２
の縦断面図、図４はコスト比較図である。

【０００８】本実施形態の金属加工品の仕上げ処理方法
に用いられるワークはコモンレール・ディーゼルエンジ
ンの圧力センサ部品である。コモンレール方式のディー
ゼルエンジンでは、空気を圧縮し、高温になったところ
に軽油を噴射するのであるが、１０００気圧を越える超
高圧でその噴射を制御する圧力センサが必要になってい
る。ここでは、図２のような圧力センサに用いる金属加
工部品１の仕上げ処理方法に適用する。図中、符号１ａ
はねじ部、符号１ｂは頭部、符号１１は金属加工部品１
を縦通する透孔、符号１２は透孔を形成する壁面、符号
１３は環状溝、符号１４は窪みを示す。

【０００９】切削や研削等の加工を施した圧力センサ用
金属加工品（以下、「ワーク」という。）にはバリが存
在するため、その仕上げ処理としてバリ除去を行う。ま
た、超高圧に耐える部品にするため、ＳＵＳ６３０材の
材料を用い時効処理（析出硬化熱処理）を行うことにな
る。

【００１０】まず、切削加工段階で付着した油分等を取
り除くため、切削加工を終えたワーク１を洗浄する。従
来の切削メーカにおける洗浄（洗浄タイプ１）では溶剤
洗浄から石油系と多彩であるが、多少の油分でも残ると
後工程の時効処理の際に残渣分が焼き付いてしまう問題
がある。これに対し、本実施形態の洗浄（洗浄タイプ
２）は、安価な水系の脱脂洗浄剤（例えばケイ酸ソー
ダ）を使った水溶液で処理する。メッキ処理で用いられ
る安価で完全な脱脂システムを採用する。なお、前記脱
脂洗浄剤の濃度は１０％程度である。

【００１１】前記洗浄を終えたワーク１は、次に電解バ
リ取りを実施する。電解バリ取りは電解により金属を陰
極に析出させる電気メッキとは反対の原理で、電解によ
り陽極金属が溶出するのを利用した公知のバリ取り方法
である。形状の大きなバリ取りには向かないが、本ワー
ク１のような微小なバリ除去に威力を発揮する。電解液
には塩化ナトリウム，硝酸ナトリウム，塩化カリウム，
臭化カリウムなどの電解液（ここでは硝酸ナトリウム水
溶液）が使用される。ＳＵＳ６３０材等の粘り強い材質
のものは、その粘りによってバリが発生し易い傾向にあ
る。このバリを電解バリ取りによって電気化学的に溶か
してしまう。ワーク１を陽極に、対向する電極を陰極に
配して、両極間に導電性の電解液を満たすことによって
陽極側の金属を溶解するが、微細な突起たるバリを優先
的に溶解して除去する。

【００１２】本電解バリ取りにあたってはパルス電解に
よるバリ取りとするとより好ましくなる。直流電源装置
として大電流を供給できるパルス電源装置を配備してパ
ルス波を与えながら電解バリ取りを実施するのである。
通常の直流電源による電解バリ取りだと、部分バリ取り
のため全体的な清浄性確保は難しい。これに対し、パル
ス電解を行うと、通常の電解バリ取りよりも範囲を全体
的に広げて綺麗にバリ取りを行うことができ好都合とな
る。陽極のワーク１に対し該ワークの透孔１１に陰極を
突っ込み、至近距離に配して且つ透孔１１内に電解液を
流しながら直流のパルス通電を実施し、ワーク表面に在
るバリを効率良く除去する。ここでの電流密度は１００
〜１５０Ａ／ｃｍ^２で、電解バリ取りの処理時間は２０
〜４０秒程度になっている。本実施例形態では図３の矢
印に示すように透孔１１内に電解液を通すことにより一
層のバリ除去が図られる。透孔１１内を新たな電解液が
次々と供給されることになり、溶出したバリ部分を取り
除き、また残っているバリ部分に電流密度が集中してバ
リを電解液中に溶出除去する。

【００１３】電解バリ取りを終えたら、水洗を実施し、
ワーク１に付着した電解液，残留物を除去する。そし
て、低真空下でのワーク１の時効処理（タイプ２）を行
う。比較的低温の熱処理によって不安定な相を析出さ
せ、硬度，強度を高める公知の時効処理技術である。ワ
ーク素材になる析質硬化系ステンレスたるＳＵＳ６３０
材は、時効処理（析質硬化熱処理）によって強度（引張
り強度）を増大させることができる。例えば、４８０℃
で時効処理を行えば引張り強度を１３４ｋｇ／ｍｍ^２以
上で伸びを１０％程度に、また５８０℃で時効処理を行
えば引張り強度を１０２ｋｇ／ｍｍ^２以上で伸びを１３
％程度にすることができる。

【００１４】ところで、従来の高真空下での時効処理
（タイプ１）にあっては、既述のごとく時効処理したも
のを完成品とするため（図６）、時効処理後の着色，異
物付着が許されない。それゆえ高真空での処理が必要で
また不活性ガスによる冷却も必要になり、さらには真空
炉に入れる前の洗浄に徹底した水洗（純水洗を含む）が
求められていた。これに対し、本発明では時効処理の後
に電解研磨を実施するためにワーク１を元の色調に戻す
ことができる。本時効処理（タイプ２）では、時効処理
後、脱スケール処理を当初から考慮にいれているために
低真空下での処理が可能になっている。実際、そのよう
な時効処理（タイプ２）を実施する。ここで、低真空下
とは真空度が１×１０^−１〜１×１０^−３［Ｔｏｒｒ］
の範囲をいう。なお、本発明では、時効処理後に脱スケ
ール処理できることから、真空炉に入れる前の洗浄もラ
フな洗浄で足りる。

【００１５】前記時効処理（タイプ２）を済ませたら、
その後、電解研磨を実施する。この電解研磨の技術自体
は公知のものである。ただし、本発明では電解研磨の電
解液として燐酸単独水溶液を使用することで従来法との
違いをみせる。ＳＵＳ６３０材はオーステナイト系ステ
ンレス鋼ベースであり、オーステナイト系ステンレス鋼
に使用する電解研磨の電解液については、従来、過塩素
酸系，燐酸系，硫酸系の様々な電解研磨液が知られてい
る。例えば、燐酸が４０〜６５％，硫酸が１５％，残部
が水とする溶液組成等であり、従来はいずれも二種以上
の化合物を混ぜた混合水溶液となっている。

【００１６】さらに、これまでＳＵＳ６３０材の電解研
磨処理技術は存在せず、本発明者は従来の電解液を採用
して取り組んだがうまくいかなかった。種々実験を積み
重ね、遂にＳＵＳ６３０材の電解研磨の電解液として燐
酸単独の水溶液が優れることを見い出すに至った。時効
処理を終えた段階のワーク１は着色しているが、燐酸単
独水溶液を用いて電解研磨を実施すると、ワーク１の着
色を完全に取り除き、さらに電解研磨された表面に安定
した不動態化皮膜を形成して耐蝕性向上を図ることがで
きた。ここで、燐酸単独水溶液の燐酸濃度については特
に限定しないが、好ましくは５０重量％以上、より好ま
しくは７５重量％以上となる。

【００１７】かくのごとく、切削加工後、洗浄（タイプ
２），電解バリ取り，水洗，時効処理（タイプ２），電
解研磨を終えたワーク１は水洗を経て本発明に係る一連
の仕上げ処理が完了し、その後は最終検査を実施し、製
品出荷されていく。

【００１８】コスト比較次に、前述のごとく仕上げ処理したワーク１（金属加工
品）と、図６の従来技術の処理によるワーク１とのコス
ト試算比較を図４に示す。従来法が流体研磨→ 脱脂 →
時効処理の３つの主要処理であるのに対し、本発明で
は電解バリ取り → 脱脂 → 時効処理 → 電解研磨と４
つの主要処理が必要になっている。そのため、本発明に
よる処理方法が高コストになると思われるが、実際はそ
うではない。従来法がワーク１個あたり約２４０円であ
るのに対し、本発明ではワーク１個あたり約６１円で、
従来の１／４程度の処理費になった。本発明の仕上げ処
理方法は、流体研磨に代え電解バリ取りを行うことの違
い、さらに最後に電解研磨処理をすることで時効処理段
階で着色を基本的に許容できるため、技術的に大幅に処
理しやすくなり、処理コストも安いものとなっている。

【００１９】他の金属加工品の仕上げ処理方法との比
較図６の従来法に限らず、種々の金属加工品の仕上げ処理
方法を検討し、鋭意研究を重ね本発明に到達した。図５
は本発明に至るまでに種々検討した金属加工品の仕上げ
処理方法の一例である。図中、洗浄１は既述した切削メ
ーカにおける洗浄（洗浄タイプ１）のことを表し、洗浄
２は本発明の安価な水系の脱脂洗浄剤を使った水溶液で
実施する洗浄（タイプ２）のことを表す。また、時効処
理１は図６で説明した高真空下での時効処理（タイプ
１）を表し、時効処理２は本発明の低真空下での時効処
理（タイプ２）を表す。

【００２０】Ａ工程のワーク仕上げ処理方法は、直流電
源による部分バリ取りの考え方でありコストは安価にな
り、また時効処理で最終製品とするため工程が簡素化さ
れる。しかし、直流電源による部分バリ取りのため全体
的な清浄確保は難しかった。また、時効処理が最終工程
となるため、時効処理前の洗浄システム（水洗−純粋）
の確立が必要となった。さらに、時効処理では不活性ガ
スによる冷却が必要となった。斯る洗浄システム，冷却
システムを採らないと金茶色酸化皮膜が発生した。

【００２１】Ｂ工程のワーク仕上げ処理方法は、本発明
の電解研磨に代えて硝フッ酸のような酸類への浸漬処理
を行う脱スケール処理を施したものである。ここでは、
パルス電解加工することによって透孔全体へバリ取り作
用が伝播し、Ａ工程でみられた部分バリ取りの問題が解
消した。また、時効処理１から時効処理２へ変更したこ
とにより時効処理コスト低減並びに前洗浄でのコスト低
減を可能にした。また、硝フッ酸浸漬により不動態皮膜
が形成されるため、耐蝕性の向上が期待できた。しかし
ながら、脱スケール処理において水素脆性の問題があり
評価として今一歩となった。また、ワーク表面が浸漬の
時間経過によりエッチングされるので、外観品質上の問
題があった。

【００２２】Ｃ工程のワーク仕上げ処理方法は、脱スケ
ール処理でエッチングされる問題を解消すべく電解研磨
としたものである。Ｃ工程の処理法は先の実施形態と洗
浄２が洗浄１と異なっており、コスト的には高くなるも
のの本発明の範囲内にある。ワーク１はエッチングされ
ずに光沢面が得られる。また、ワーク１が正電解になる
ため基本的に水素脆性は起らない。そして、燐酸電解液
による電解研磨処理を行うことにより耐蝕性向上が図ら
れる。また、切削加工後、ワーク１の時効処理前にパル
ス電解（パルス電解バリ取り）を行うため、ワーク１の
透孔壁面１２の研磨面に光沢が得られる。

【００２３】Ｄ，Ｅ工程のワーク仕上げ処理方法は、時
効処理を外注にて実施する場合はフロー的に流しやすい
が、メリットがない。時効処理を初めに実施すると、金
属組成配列が変り、酸化スケールが出てしまうからであ
る。後からパルス電解や電解研磨を行っても、金属表面
にスマットと呼ばれる黒色状の残渣物（炭化物）が出て
しまい品質的に劣る。なお、Ｄ工程とＥ工程の違いは電
解研磨を先にするかパルス電解を先にするかである。

【００２４】Ｆ，Ｇ工程のワーク仕上げ処理方法は、前
記Ｄ，Ｅ工程における洗浄１が洗浄２に変るだけで、そ
の分、低コスト化が図られるが、Ｄ，Ｅ工程における同
様の問題が残る。

【００２５】このように構成した金属加工品の仕上げ処
理方法によれば、バリ取りを従来の流体研磨でなしに電
解バリ取りを実施するので、研磨材を使わず、洗浄後の
研磨材残留の心配がなくなる。ここで、電解バリ取りで
パルス電解処理を採用した場合は、バリ除去がより効果
的になされるので、品質向上に一層優れたものとなる。
そして、最終工程で電解研磨を施すので、時効処理での
着色が許容できる。そのため、高真空操作や不活性ガス
冷却を要せず、低真空下での時効処理が可能となって仕
上げ処理操作が容易になる。また、最終段階で電解研磨
処理を行うので、ワーク表面に不動態皮膜が形成されて
耐蝕性を向上させ、応力腐食割れ防止にも役立つものと
なっている。さらに、一連の工程を組み合わせた本金属
加工品の仕上げ処理方法は、効率的で、且つ従来法に比
し処理コストが約１／４程度となり低コスト化に貢献す
る。

【００２６】尚、本発明においては、前記実施形態に示
すものに限られず、目的，用途に応じて本発明の範囲で
種々変更できる。ワーク１の種類，形状，材質等は用途
に合わせて適宜選択できる。ワークは実施形態の自動車
部品に限らず、航空機部品、原子炉用精密部品、半導体
加工装置等の電子用および機械機器用のあらゆる部品に
適用できる。実施形態のワークは切削加工品によった
が、バリが発生する研削加工等のワークの仕上げ処理方
法も本発明の範囲内にある。

【００２７】

【発明の効果】以上のごとく、本発明の金属加工品の仕
上げ処理方法は、低コスト化を可能にして且つ研磨材残
留の心配がなく、さらに耐蝕性をも向上させて応力腐食
割れ防止できるなど多大な効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属加工品の仕上げ処理方法の一
形態で、そのブロック工程図である。

【図２】金属加工品の斜視図である。

【図３】図２の縦断面図である。

【図４】コスト比較図である。

【図５】他の金属加工品の仕上げ処理方法のブロック工
程図である。

【図６】従来技術の金属加工品の仕上げ処理方法に係る
ブロック工程図である。

【符号の説明】

１ワーク（金属加工品）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25F 1/00 - 7/02 C21D 1/02 - 1/84 C21D 9/00 - 9/44 C21D 9/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】切削や研削等の加工を施した金属加工品
の仕上げ処理方法にあって、まず該金属加工品を洗浄し
た後、電解バリ取りを行い、次いで、時効処理を実施
し、その後、電解研磨を実施することを特徴とする金属
加工品の仕上げ処理方法。
【請求項２】前記電解バリ取りをパルス電解処理とす
る請求項１記載の金属加工品の仕上げ処理方法。
【請求項３】前記電解研磨液として燐酸単独水溶液を
用いる請求項１記載の金属加工品の仕上げ処理方法。