JPH0742591B2

JPH0742591B2 - 化学的加工方法

Info

Publication number: JPH0742591B2
Application number: JP60283155A
Authority: JP
Inventors: ジエイ．ローズローレンス
Original assignee: エクスツル−ドホ−ンコ−ポレ−シヨン
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPS62146281A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、バリ取り、微細加工、ミリング等を化学的に
行なう化学的加工方法に関するものである。

従来技術エッジ及び表面の仕上げ及びコンディショニングにおい
て今日使用可能な技術は、単に化粧目的（これも未だ重
要ではあるが）の為の金属の不所望な破片を除去するこ
とをはるかに越えるものである。今日、制御された一貫
性のあるエッジ／表面仕上げは著しく製品の性能及び寿
命を改善することが可能であることが知られている。エ
ッジに制御した半径を与えることによって鋭った角度で
応力を上昇させるものを除去することにより、高い応力
がかけられる部品の熱的及び機械的疲労をかなり改善す
ることが可能である。熱機械加工方法後に残存する様な
引張応力がかけられる表面を除去するか、又は正当な圧
縮力を印加させる方法によって発生される改善された表
面特性は部品の疲労強度を改善することが可能である。

気体又は流体が流れる通路内における改善された表面仕
上げ（及び半径）は境界層乱流を減少させ且つ流量を改
善する。歯車上の改善された表面及びエッジは寿命を改
善し且つ動力伝達効率を改善する。表面及びエッジ上に
なした見掛け上ささいな加工も、自動的プロセスによっ
て一貫性をもってなされると、製造される製品の強度、
信頼性、寿命及び性能を改善することが可能である。

幾つかの主要な自動仕上げプロセスがあり、その幾つか
は研摩剤流動仕上げ、熱バリ取りブラスト仕上げ、振動
仕上げ、遠心バレル仕上げ、電気化学的バリ取り半径加
工、化学的バリ取り等がある。或るプロセスは選択的で
あるが或るものはそうではなく、或るものは内側区域の
仕上げに良いが或るものはそうではなく、或るものは特
別の設備を必要とするが或るものはそうではなく、或る
ものは測定し得る程度の消耗品コストがかかるが或るも
のは実際上かからず、多くのものはバリ取りの間に研摩
及び径加工するが或るものはそうではなく、或るものは
装置上かなりの投資を必要とするが或るものはかなり廉
価である。

化学的バリ取りのプロセスにおいては、バリを有する加
工物を腐食性媒体内に浸漬させ、該媒体がバリと反応し
それを除去する。本発明に関し、「バリ」という用語
は、切削、形成、打抜、又は剪断プロセスから発生する
物質の不所望の突起のことを意味するものとして使用す
る。

多くの場合、加工物の前表面の化学的アタック即ち反応
が発生し、不所望なものであることが多い。これらの表
面に保護を与える為に、腐食性溶液から保護されるべき
加工物の部分をマスクし、マスクしていない部分、即
ち、バリのみを腐食性溶液に露呈させることが可能であ
る。然しながら、加工物の選択部分をマスクしたりマス
クしなかったりすることは時間がかかると共に高価な作
業であり、厳しい公差や寸法を有する加工物又は内側表
面のバリ取りを行なうべき場合の加工物の場合には特
に、化学的バリ取りが使用されることはない。本発明方
法は、全てのタイプの加工物に適用可能であり、且つ厳
しい公差や寸法の場合又は内側表面の場合に特に有用で
ある。

当該技術において公知のマスク体の多くは、バリをアタ
ックする腐食性媒体に不溶性である。この様なマスク体
は米国特許第4,023,998号に開示されており、該特許は
それを介して孔をドリルで穿孔した積層体の薄い金属層
を保護する為に、金属又はプラスチックで構成すること
の可能な保護膜（ホイル）乃至は層を使用することを開
示している。ドリル作業から形成されるバリを除去する
為に該積層体が化学的に処理されると、アタックされな
い金属膜は薄い金属層が溶融することを防止する。

米国特許第4,023,998号も、別法として、保護膜乃至は
層内の物質をアタックするよりも一層迅速にバリ物質を
アタックする化学薬品を使用することを開示しており、
該保護層が腐食性媒体中で溶融させることが可能である
ことを示唆している。

米国特許第3,741,804号は、加工物上に氷の保護層を形
成し、次いでそれを化学的にバリ取りすることを開示し
ている。低質量のバリは水溶性金属−腐食性媒体で加熱
され、氷の保護層が溶融されてバリを腐食性媒体に選択
的に露呈させアタックさせる。

本発明が米国特許第4,023,998号に開示されているもの
と異なる点は、マスカント即ちマスク体が腐食性媒体に
溶融性があり、該マスク体は保護膜ではなく、且つ本方
法はプリント配線用に使用される積層体（ラミネート）
への使用に限定されないということである。本発明の方
法は全ての形状及び寸法の加工物に適合可能であり且つ
複雑な微細形状又は厳しい公差の加工物に使用するのに
特に有用である。本発明方法は又加工物の内側表面又は
内側エッジのバリ取りやミリング（表面研削）に使用す
るのにも有用である。最も簡単な加工物以外任意の多く
の内側表面へ保護膜を適用することは困難である。

本発明は、米国特許第3,741,804号に開示されているも
のからの著しい改良であり、特に本発明のマスク体は氷
よりも一層安定しており、且つ冷凍ステップは必要では
ない。本発明のプロセスを使用して、加工物をマスク
し、次いでその少し後の時刻に、待機期間中にマスク体
を失うこと無しに化学的にバリ取りを行なうことが可能
である。

発明の目的本発明の目的とするところは、加工物表面を実質的に腐
食することなしに又高価で複雑なマスキング及び非マス
キング技術を使用すること無しに加工物の化学的なバリ
取り、微細加工、ミリング等を行なう化学的加工方法を
提供することである。

発明の構成及び作用効果本発明の１態様によれば、加工物の残部を実質的に腐食
することなしに又高価で複雑なマスキング及び非マスキ
ング技術を使用することなしに、化学的にエッジ及びそ
の他の鋭った突起をミリングすることが可能である。

本発明の別の態様によれば、高価で複雑なマスキング及
び非マスキング技術を使用することなしに、加工物の内
側表面を化学的にバリ取り又は微細加工することが可能
である。

本発明の更に別の態様によれば、高価で複雑なマスキン
グ及び非マスキング技術を使用することなしに、複雑な
形状の加工物の化学的バリ取り又は微細加工を行なうこ
とが可能である。

本発明の更に別の態様によれば、エッジやバリ等の鋭っ
た突起を薄くして消滅させたり引き抜いたりし且つ広い
表面上で凝縮する可溶性マスキング物質を使用して加工
物の化学的バリ取り又はミリングを行なうことが可能で
ある。

本発明の更に別の態様によれば、所望の結果が得られる
迄、交互に可溶性マスキング物質でマスクし次いで腐食
性媒体に露呈させて加工物の制御した化学的バリ取り又
はミリングを行なうことが可能である。

本発明の更に別の態様によれば、加熱した加工物の最高
温度区域に優先的に接着し且つ加工物のバリ又はエッジ
上でより薄くなり、冷却した可溶性マスキング物質を使
用して、化学的バリ取り又はミリングを行なうことが可
能である。

本発明の更に別の態様によれば、冷却した加工物の最低
温度区域を優先的にコーティングし且つ加工物のバリ又
はエッジ上で一層薄くなり、加熱した可溶性で熱可塑性
のマスキング物質を使用して、加工物の化学的バリ取り
又はミリングを行なうことが可能である。

本発明の更に別の態様によれば、可溶性マスキング物質
を使用し且つ加工物を共振させてマスキング物質を加工
物のバリ取り及びエッジからはぎ取ることによって加工
物の化学的バリ取り又はミリングで行なうことが可能で
ある。

本発明の更に別の態様によれば、熱可塑、硬化又は乾燥
されてその最に収縮して加工物のバリ及びエッジから離
れることの可能なマスキング物質を使用して加工物の化
学的バリ取り又はミリングを行なうことが可能である。

本発明では、化学的にバリ取り又はミリングが行なわれ
るべき加工物の表面上にマスキング層を形成する。浸
漬、スプレー又はその他の当該技術において公知の手法
によって加工物をマスキング物質でコーティングし、従
って膜が加工物の全表面上に形成される。マスク体は、
より薄くなり、又エッジやバリから引き取られ、バリ取
り又はミリング操作期間中に、その膜は加工物の大きな
質量部分上に維持されるが、バリやエッジの如き低質量
部分からは除去される。次いで、保護した加工物を腐食
性媒体内に浸漬させる。比較的低質量のバリ又はエッジ
は保護膜を迅速に失うが、一層大きな質量の加工物の本
体は保護膜を維持する。その結果、バリやエッジは腐食
性媒体によってアタックされるが、保護膜で保護されて
いる表面は実質的に影響を受けることはない。

本発明方法は、処理時間、温度、及び腐食性媒体の広範
囲のものが使用可能であり、それらの全ては遭遇する特
定のバリ取り問題に従って変化する。より厚手のバリ
は、完全な除去を行なう為には、一層強力な腐食性媒体
又は一層長い浸漬時間の何れかを必要とする。多大のミ
リングを必要とするエッジも、完全な除去を行なう為に
は、より強力な腐食性媒体か又は一層長い浸漬時間の何
れかを必要とする。任意の与えられたバリ取り場面に対
しての時間と、温度と、腐食性媒体の精密な組み合わせ
は、除去されることを必要とするバリ又はミリングを必
要とするエッジの精密な特性のみならず、金属加工物の
組成及び寸法と共に変化する。同様に、使用可能な工場
内処理時間及び装置も、与えられた適用に対してのパラ
メータの最も所望の組み合せの選択に或る程度影響を与
える。これらのパラメータは当業者等によって直ちに容
易に派生することが可能である。

実施例本方法は、化学的に腐食させることの可能な任意の金属
又は合金に使用することが可能である。可能な金属及び
腐食性媒体の組み合わせとしては以下のものがある。

（１）水酸化ナトリウム（８％〜20％）はアルミニウム
に有用である。

（２）塩化第二鉄（例えば36゜Baume′）は、アルミニ
ウム、ベリリウム−CU、黄銅、クロム、コンスタンタ
ン、銅、ハステロイ（Hastelloy）、ハーバー（Hava
r）、インバー（Invar）、アイバー（Ivar）、インコネ
ル、鉛、モリパーマロイ（moly Permalloy）、ニクロ
ム、ニッケル、銀ニッケル、青銅、ステンレス300（L
O）、スチール、錫等に有用である。FeCl₃に約１％の塩
酸を添加したものはエッチング速度を増加させる。

（３）クロム−硫酸は、ベリリウム−CU、黄銅、銅、コ
バール（Kovar）に有用である。

（４）塩酸は、クロム及びマンガンに有用である。

（５）弗化水素酸は、ゲルマニウム及びチタンに有用で
ある。

（６）弗化水素−硝酸は、シリコンスチール、ゲルマニ
ウム、タンタル及びチタンに有用である。

（７）硝酸は、鋳鉄、マグネシウム、モリブデン、銀、
テルリウム、亜鉛及びスチールに有用である。

（８）王水を含有する硝−塩酸は、モリブデン、金、プ
ラチナ、ステンレススチール300（hi）及びチタンに有
用である。

（９）米国特許第3,057,764号及び第3,057,765号はステ
ンレススチール、ニッケルベース及びコバルトベース合
金に対してのものである。

（10）硝酸−二弗化アンモニウムは400シリーズステン
レススチールに有用である。

ここにはリストしていないが当業者等に公知な多くのそ
の他の金属と腐食性媒体との組み合わせも本発明の目的
の為に使用することが可能である。

本発明の可溶性マスク／化学的バリ取り乃至はミリング
方法の好適実施態様を使用して選択的にバリ取り乃至は
エッジのミリングを行なう為には、最初に加工物を可溶
性マスキング物質でコーティングする。加工物に付与さ
れた結果として得られるコーティングが、エッジやバリ
等の鋭った突起から引き取られるか又は薄くなってなく
なり且つ広い表面上で凝縮する様に適宜の大きさの表面
張力を確保する為に、マスキング物質を適宜希釈するこ
とが望ましい。

本マスキング物質のその他の好適な特性は、それが加工
自身よりも僅かに一層可溶性であるということである。
この特性はミリングした区域と非ミリング区域との間に
滑らかな遷移を与えるので重要である。これは、マスク
体が加工物のエッジ又はバリにおいて最も薄いからであ
る。バリやエッジがアタックされると、これらのマスク
体の薄い区域は溶解してなくなり、コーティング及び非
コーティング加工物間の遷移において加工物表面を常に
露出させる。このマスク体の溶解は、この過程中ゆっく
りと露出される加工物の本体の溶解よりも高速で行なわ
れる。適切な量のマスク体が付与されると、このプロセ
スの結果は、バリが消費されて加工物の保護部分と非保
護部分との間に滑らかな遷移を残存させる。非溶融性マ
スク体が使用される場合には、この滑らかな遷移は一貫
して得られない。その代わりに、加工物の保護部分と非
保護部分との境界に段差が形成される。本発明のマスキ
ング物質は段差を形成することはない。

適宜のマスキング物質は、硫酸及び塩酸に溶融するポリ
エチレングリコールと、アルカリ溶液に溶融するポリア
クリル酸と、塩化ポリビニルと、他のアクリルコ−モノ
マとヒドロキシエチルメタクリレートの共重合体等を包
含する。適宜のマスキング物質及び腐食性媒体は与えら
れた加工物に対して選択することが可能である。

次いで、コーティングした加工物を腐食性溶液中に浸漬
して、突出するバリを侵食させるか又はエッジをミリン
グさせる。漸次の侵食作用によってバリのみならずマス
キング物質も除去されるが、バリが侵食されている間に
加工物の広い表面から除去されることを防止する為にコ
ーティングは適宜の厚さでなければならない。

本発明の好適実施態様において、マスク体が完全に溶解
されることはないが、バリが完全に除去される前に非常
に薄くなる場合には、更にマスク体をコーティングして
本方法を繰り返し行なうことが可能である。

本発明の好適実施態様は、又、制御したミリング乃至は
バリ取りに適用可能であって、その場合、加工物を腐食
性媒体から取り出し、当業者等に公知の何等かの手段で
腐食プロセスを停止させ、次いで加工物をマスキング物
質で再度コーティングし、腐食性媒体内に再度浸漬させ
ることが可能である。このプロセスを繰り返し行なうこ
とにより、ミリング乃至はバリ取りを注意深く制御する
ことが可能である。

本発明の好適実施態様の変形例として、マスク体を付与
する前に加工物を加熱することによってバリ除去の選択
性を増加させることが可能である。冷却されたマスキン
グ物質を、最も高温の部分に一層容易に接着する加工物
に付与する。加工物の本体は、バリ又はエッジよりも比
例的に一層多くの熱を保持する。従って、マスキング物
質の加工物の本体に優先的に接着し、バリやエッジ上で
は一層薄くなる。次いで、加工物を酸又はアルカリ溶液
中に浸漬させて、突出するバリを除去し、且つ、所望と
する箇所において、エッジに所望の半径を形成する。

一方、著しい粘性温度感度を持ったマスク体は、予熱さ
れた場合に、加熱されたマスク体浴内に浸漬された低温
部分の広い表面によって冷却されると、著しく厚いコー
ティングを与える。鋭ったエッジ及びバリは、表面積対
質量の比が一層高いので、高温浴によって迅速に加熱さ
れ、より薄いマスク体のコーティングが発生される。

本方法の別の変形例では、加工物をマスク体でコーティ
ングし、次いで該加工物を共振させる。共振は物理的又
は超音波手段の何れかによって発生させることが可能で
ある。エッジ及びバリは加工物の広い表面よりも一層高
い周波数で共振し、従ってこれらの区域ではマスク体が
一層薄くなる。この方法はロールオーバーされたバリが
存在する場合に特に有用である。このタイプのバリの特
質から、マスク体はバリの下側に堆積する傾向となり、
下側からのアタックを阻止しバリ除去プロセスを遅滞化
させる。マスク体でコーティングした後に加工物を共振
させることによって、バリの下側へのマスク体の不所望
の堆積を防止することが可能である。

マスキング物質は熱可塑性であっても良く、この場合コ
ーティングは収縮してエッジ及びバリから遠く離れる。
それは、又、硬化させたり又は乾燥させても良く、物質
によっては、交差結合（クロスリンク）を行なっても良
い。これらの場合も加工物のエッジやバリ上のマスク体
のコーティングを薄くさせることに貢献する。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バリ取り、微細加工、化学的ミリング等を
行うための化学的加工方法において、加工物を可溶性マ
スキング物質でコーティングし、前記マスキング物質を
収縮させるか又は前記加工物に振動を付与することによ
り前記マスキング物質が前記加工物のバリやエッジのご
とき鋭い突起に対しては鋭い突起のない部分と比較して
薄くコーティングされるか又はコーティングされない状
態とさせ、前記コーティングした加工物を腐食性溶液に
露呈させて前記薄くコーティングされるか又はコーティ
ングされない鋭い突起を前記腐食性溶液で優先的に化学
的に反応させて除去し、前記腐食性溶液による化学的反
応を停止させる、上記各ステップを有することを特徴と
する方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記鋭い
突起が除去される迄、前記コーティング、引き離し、露
呈及び停止の各ステップを繰り返し行うことを特徴とす
る方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記マス
キング物質は前記加工物を前記腐食性溶液に露呈する前
に熱硬化させることを特徴とする方法。
【請求項４】特許請求の範囲第３項において、前記熱硬
化されたマスキング物質は収縮し前記突起から引き離さ
れることを特徴とする方法。
【請求項５】特許請求の範囲第１項において、前記加工
物が前記腐食性溶液に露呈される前に前記マスキング物
質を硬化させることを特徴とする方法。
【請求項６】特許請求の範囲第５項において、前記硬化
したマスキング物質が収縮し前記鋭い突起から引き離さ
れることを特徴とする方法。
【請求項７】特許請求の範囲第１項において、前記加工
物を前記腐食性溶液に露呈させる前に前記マスキング物
質を乾燥させることを特徴とする方法。
【請求項８】特許請求の範囲第７項において、前記熱硬
化させたマスキング物質が収縮し前記鋭い突起から引き
離されることを特徴とする方法。
【請求項９】特許請求の範囲第１項において、前記加工
物を前記腐食性溶液に露呈させる前に前記マスキング物
質を架橋結合させることを特徴とする方法。
【請求項１０】特許請求の範囲第９項において、前記架
橋結合されたマスキング物質が収縮し前記鋭い突起から
引き離されることを特徴とする方法。
【請求項１１】特許請求の範囲第１項において、前記加
工物を加熱し且つ前記コーティングステップの前に前記
可溶性マスキング物質を冷却することを特徴とする方
法。
【請求項１２】特許請求の範囲第11項において、前記冷
却したマスキング物質を前記加工物の最も暖かい部分に
優先的に付着させることを特徴とする方法。
【請求項１３】特許請求の範囲第12項において、前記加
工物の前記鋭い突起が前記加工物の本体よりも低温であ
ることを特徴とする方法。
【請求項１４】特許請求の範囲第１項において、前記コ
ーティングステップの前に前記可溶性マスキング物質を
加熱させることを特徴とする方法。
【請求項１５】特許請求の範囲第14項において、前記加
熱されたマスキング物質が前記加工物の前記鋭い突起を
加熱し且つ前記加工物の本体によって冷却されることを
特徴とする方法。
【請求項１６】特許請求の範囲第15項において、前記加
熱されたマスキング物質は前記加熱された鋭い突起上に
薄手のコーティングを形成するか又はコーティングを形
成せず且つ前記加工物の本体上に厚手のコーティングを
形成することを特徴とする方法。
【請求項１７】特許請求の範囲第１項において、前記コ
ーティングステップの後に前記コーティングされた加工
物を共振させることを特徴とする方法。
【請求項１８】特許請求の範囲第17項において、前記共
振が物理的手段によって発生されることを特徴とする方
法。
【請求項１９】特許請求の範囲第17項において、前記共
振が超音波手段によって発生されることを特徴とする方
法。
【請求項２０】特許請求の範囲第17項において、前記共
振ステップは前記露呈ステップの前に行うことを特徴と
する方法。
【請求項２１】特許請求の範囲第17項において、前記共
振ステップは前記露呈ステップと同時に行うことを特徴
とする方法。
【請求項２２】特許請求の範囲第17項において、前記加
工物の鋭い突起は前記加工物の本体よりも高周波数で共
振することを特徴とする方法。
【請求項２３】特許請求の範囲第22項において、前記加
工物の前記鋭い突起上のコーティングは前記高い共振周
波数のために厚さがより薄くなることを特徴とする方
法。
【請求項２４】特許請求の範囲第１項において、前記マ
スキング物質が、ポリエチレングリコール、ポリアクリ
ル酸、ポリ塩化ビニル、他のアクリルコーモノマとのヒ
ドロキシエチレンメタクリレートの共重合体、及びそれ
らの結合からなるグループから選択される少なくとも一
つの要素を有していることを特徴とする方法。
【請求項２５】特許請求の範囲第１項において、前記加
工物の内側表面を化学的にバリ取り乃至は微細機械加工
させることを特徴とする方法。
【請求項２６】特許請求の範囲第１項において、前記加
工物の内側表面のエッジを化学的に表面切削させること
を特徴とする方法。
【請求項２７】特許請求の範囲第１項において、前記加
工物が複雑な形状であることを特徴とする方法。