JPH0423609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミツクスの加工方法に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

一般にセラミツクスと呼ばれているものには、
酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、珪化物、弗化
物、硫化物、セレン化物、テレル化物等の主に一
種類の化合物で構成されている単一相セラミツク
ス、上記セラミツクスの二種以上の化合物から成
る複合セラミツクス、更には上記セラミツクスに
金属を添加した酸化物、炭化物、若しくは硼化物
系のサーメツト等の天然若しくは人工の粉末状化
合物を成型、高温焼成により作られ、金属と非金
属元素による無機化合物から成る多結晶固体材料
等がある。

而して、これらのセラミツクスの殆どは、一般
に金属より融点が高く、且つ、その生成自由エネ
ルギ（結合エネルギ）が高く、化学的にも極めて
安定であり、また硬度も高いため、これを機械的
に加工するためには、ダイヤモンドやCBN（立方
晶窒化硼素）等の切削チツプ又は砥粒を切刃とし
て有する切削工具やドリル、或いは研削砥石等の
超高硬質工具によるほかはなく、その場合の切削
又は研削加工能は金属、合金に比較して著しく低
くなり、また、脆く割れ易いので、機械的切削又
は研削による加工成形には適さない。

又、この種のセラミツクスは、一般的には絶縁
体とも云うべく、その電気伝導率は金属、合金に
比べ著しく低く、又、その熱伝導率も同様に極め
て低いので、ダイヤモンド等のチツプ又は砥粒を
有する工具による切削又は研削加工に要したエネ
ルギは、金属、合金等のい材料を加工する場合よ
りも多く前記工具側に伝達され、従つて、工具側
の摩耗、損傷が金属、合金の加工の場合に比べて
著しく大きくなることが少なくない。

このように、セラミツクスは融点が高く、高硬
度であるが割れ易く、電気伝導率が低く、又、化
学的にも安定であるところから、従来通常の加工
手段に対しては、相当な難加工材であることが知
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而して、セラミツクスに用いられている金属酸
化物の如き化学的に安定な化合物は、通常の金
属、合金に比べて、一般的に耐酸及び耐アルカリ
性に優れているが、これは、例えば室温程度の比
較的低温領域のことであつて、高温域では、金
属、合金等に或いは劣らない程度に反応性が高
い。即ち、一般的に知られているように通常の金
属酸化物は高温域（例えば、約100℃前後よりも
高い約100〜400℃前後）の酸（例えば硫酸等の強
酸）、アルカリ（例えば、水酸化ナトリウム等の
強アルカリ）に溶解する。

然しながら、上記の如き高温の酸やアルカリ等
による化学反応作用をセラミツクスに対して行な
うにしても、そのような高温の酸やアルカリ等に
耐え得る容器や供給、回収等を行なう等の信頼性
をおける物及び手段がなく、又、この化学反応作
用を被加工体セラミツクスの所望局部部分のみに
作用させることも従来技術では難しかつた。

〔問題点を解決するための手段〕

このような高温の酸やアルカリ或いは塩による
反応作用を、セラミツクスの所望加工部分に限定
して局部的に与えて周囲の他の部分から切り離
し、そしてその加工部分を何等かの手段で除去す
ることができれば、セラミツクスの加工が可能と
なる。

かかる加工の態様は高温の酸、アルカリに限ら
ず、例えば、電解により正極に酸、そして負極に
アルカリを生ずるNaCl等の中性塩の電解液、化
学的に活性なイオン、例えば、ハロゲンイオン
Cl^-等を所定の高温条件下でセラミツクスに作用
させて、当該部分の酸化物を分解させる態様のも
のであつてもよい。又、所望加工部分に置いたイ
オン結晶の固体である塩を融点以上に加熱し、こ
れを溶融して溶融塩となし、所定の高温条件を保
つて加工可能な状態にした。その溶融塩には塩の
組成中に結晶水を含む含水塩、水素イオンを含む
酸性塩、水素イオンを含む塩基性塩とがあつて、
加工すべきセラミツクによつて選定される。

そして又、この溶融塩の溶液に酸或いはアルカ
リを添加したものを電解性加工液として使用する
ものである。

本発明は叙上の観点に立つてなされたものであ
り、被加工体セラミツクスの所望加工部分の表面
領域の単位局部に酸、アルカリ等の電解質を通常
溶媒である水に溶解した電解性加工液を所望単位
量だけ噴射、流下、滴加等により供給介在せしめ
た状態或いは溶融塩を置いた状態で、当該局部に
電気エネルギを供給し、放電を生ぜしめて高温状
態とし、更には電解作用を生ぜしめ、当該局部に
於て酸又はアルカリ等の電解性加工液の高温状態
に於けるセラミツクスとの反応を好ましくは供給
した電解性加工液中の酸、アルカリ又は塩等の全
部乃至大部分が行なうようにし、この反応による
変質生成物又は残留物、或いは前記反応により脆
弱化等した反応部分を超音波振動エネルギが付与
される超音波振動加工用工具によつて前記局部か
ら機械的に除去することにより加工が行なわれる
ようにしたもので、前記加工局部を被加工体セラ
ミツクス上の水平面内の所定の位置又は厚さ方向
に順次に制御移動させて所望の目的加工が行なわ
れるものである。

また、本発明は、従来からある電気加工、超音
波加工、化学加工等の各加工方法を個別に適用す
る単純加工ではなく、上記の加工方法を各加工方
法の特質、特性だけでなく、加工を施すタイミン
グ、即ち、例えば被加工体の同一箇所に対して略
同時又は一方の加工方法の適用後時間を置かずに
直後に引き続いて他の加工方法を適用するとか、
或いは、二つ以上の加工方法を交互に適用する
等、一方の加工方法による加工作用又は効果が残
存している状態に於て他の加工方法を適用するよ
うにした複合加工方法によりセラミツクス加工の
難点を克服したものである。

〔作用〕

上記のような構成により、高温の酸、アルカリ
又は塩等の加工液の加工部からの回収除去は、た
とえ或る程度の回収量があるにしても、超音波加
工に冷却液を必要としない場合には、その量は極
めて少なくすることができ、又、回収する電解性
加工液が高温状態である可能性がほとんどないか
ら、本発明の目的を達成する加工装置を構成する
ことが可能となる。

本発明では、前記の所望加工部分に供給するエ
ネルギとして電解放電エネルギ（電解による電気
化学的作用、電気の通電に伴う通電加熱作用や放
電による熱及び衝撃作用等の複合作用を伴う）を
用い、これを、例えば数10μｍ〜1μｍの所定の局
部範囲に作用させ、それ以外の領域には熱等を全
く作用させないので、局部加工が可能となる。

また、被加工体セラミツクスが熱伝導が悪く、
加工局部から熱拡散が比較的少ないことから、本
発明に於ける高温に加熱された酸、アルカリ又は
塩等による反応は局部的に行なわれるのである。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつゝ本発明の実施例につい
て説明する。

図面は本発明方法を実施する際に用いる加工装
置の一実施例を示す説明図である。

図中、１は加工液供給ノズル、２は加工液供給
ノズル１の先端部に設けた一方の電極、３はアー
ム、４はアーム３に取り付けられた他方の電極、
５は超音波振動子、６は超音波振動子５の一端に
取り付けられたホーン、７はホーン６の先端に取
り付けられた超音波加工用工具、８は被加工体で
ある。

加工液供給ノズル１はその先端噴出口が幅広の
偏平となつており、ここには一方の電極２（＋
極）が設けられており、他方の電極４（−極）は
ノズル１から前方に延びたアーム３の先端部に、
ノズル１から噴出した電解性加工液と接するよう
に設けられている。

超音波振動子５は超音波加工機のアーム（図示
せず）に取り付けられ、高周波電流を機械的な振
動に変換し、超音波振動子５の一端に設けたホー
ン６はこの振動の振幅を拡大し、先端部に取り付
けた工具７に伝達する。

被加工体８は、図示しないクロススライドテー
ブルに取り付けられ、水平面上で任意の位置にサ
ーボ制御移動されるよう構成されている。

而して、加工液供給ノズル１から、例えば、濃
度５〜40％の塩酸（HCl）を、速度約10ｍ／ｓ〜
100ｍ／ｓ、流量約１〜10c.c.で超音波加工用工具
７による加工領域に合わせてフイルム状に噴出さ
せ、この電解性加工液にノズル１に設けた一方の
電極２（＋極）と、他方の電極４（−極）との間
に直流、交流、高周波、又は間歇的電圧パルスの
電圧を印加して、この電解性加工液を通電、電
解、及び放電により所定の高温状態に加熱した状
態で被加工体セラミツクス８の加工すべきセラミ
ツクス表面に供給し、セラミツクスの分解、反応
層、脆化層８ａを生ぜしめ、同時に被加工体８を
図中矢印方向に順次に制御移動せしめてこの層８
ａに超音波加工用工具７を軽く接触させて超音波
振動エネルギを与え、これにより超音波振動研削
加工除去する。

尚、必要があれば、超音波加工用工具７と被加
工体８との間に砥粒を超音波加工の常套手段に応
じ、軽油等に混合、分散させたものを適宜の手段
により供給介在させてもよい。

また、加工液供給ノズル１から供給する電解性
加工液中の電解質は必ずしも強酸及び強アルカリ
である必要はなく、例えば塩化ナトリウムとか塩
化カリウム等の中性塩であつてもよく、この場合
には電解により正極で酸、負極でアルカリが生成
し、同様な効果が得られるものである。

組成SiCに小量のSiO₂、CaO、K₂O、TiC、
TiNを含む導電性SiCセラミツクスにNa₂CO₃を
40％含む水溶液をノズルから流出して電極２と４
との間に通電して、Na₂CO₃が沸騰しない程度に
加熱すると、セラミツクスSiC中の粒界に存在す
るSiO₂、CaO、K₂Oなどがアルカリ性腐食液と
反応して珪酸塩をつくり、浸食を著しくして、加
工性が付与される。

同様に電解性加工液としての溶融NaOHをノ
ズルから流出して加熱した場合、セラツクス粒界
のSiO₂などが高温のNaOH液と容易に反応し、
珪酸ソーダとなり溶融し浸食が進んで加工性が付
与される。この電解性加工液Na₂CO₃とK₂CO₃は
約70.0℃より急激に浸食が増し、電解性加工液
NaNO₃の場合は450℃から浸食が始まるが、何れ
の場合でも850℃に於てその浸食は良好となる。

又、加工液供給ノズル１の部分からは、液体で
ない炭酸水素ナトリウムNaHCO₃、フツ化水素
カリウムKHF₂の酸性塩や塩化水酸化マグネシウ
ムMgCl（OH）等の塩基性塩の結晶或いは炭酸ナ
トリウム水塩Na₂CO₃・H₂Oや硫酸銅（）五水
塩CuSO₄・5H₂O等の含水塩を供給して、一方の
電極２と他方の電極４との間に直流、交流、高周
波又は間歇的電圧パルスの電圧を印加して、この
結晶を溶融塩となし、その電解性加工液を所定の
高温状態に保つことによつて、被加工体セラミツ
クス８の表面にセラミツクスの分解、反応層、脆
化層８ａを生ぜしめ、そこを前記同様、超音波加
工用工具で加工したり、図示していないが、砥石
で研削をする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、酸、アルカリ又は塩等の電解
性加工液を電気エネルギにより通電及び通電で高
温に加熱し、更には電解して、被加工体セラミツ
クス上に局部的に供給し、これにより被加工体セ
ラミツクスの少なくとも一部以上を分解、溶解等
反応させ、また部分的に脆弱化し、そしてその部
分を超音波振動エネルギが付与される超音波加工
用工具により機械的に除去加工するという特殊な
複合加工方法の適用により被加工体セラミツクス
への穿孔、型彫、切断、溝形成等の成形等の加工
や従来不可能とされていたダイヤのない砥石での
加工が可能となり、広い範囲への適用が予想され
るセラミツクス製品の容易且つ安価な提供を可能
とするものである。

尚、電解性加工液が或る程度以上の量供給され
る場合には、被加工体セラミツクスの載物台を一
方の電極とし、超音波加工用工具を他方の電極と
して通電すると、超音波加工用工具の主として被
加工体近接先端部周囲に於て微小放電が生起して
本発明の目的を達し得るから、電極２，４等は本
発明の必須構成要件ではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法を実施する際に用いる加工装
置の一実施例を示す説明図である。 １……加工液供給ノズル、２……一方の電極、
３……アーム、４……他方の電極、５……超音波
振動子、６……ホーン、７……超音波加工用工
具、８……被加工体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被加工体セラミツクスの所望加工部の表面部
   領域に、電解性加工液を供給浸漬等により介在せ
   しめた状態で上記加工部の表面領域に電気エネル
   ギを付与して上記加工部を変質せしめ、次いで上
   記変質加工部に超音波振動エネルギが付与される
   超音波振動加工用工具により超音波加工すること
   を特徴とするセラミツクスの加工方法。 ２ 上記電解性加工液が電解質を水に溶解させた
   加工液である特許請求の範囲第１項記載のセラミ
   ツクスの加工方法。 ３ 上記電解性加工液が加熱溶融せしめた溶解塩
   である特許請求の範囲第１項記載のセラミツクス
   の加工方法。 ４ 上記電解性加工液が酸である特許請求の範囲
   第１項記載のセラミツクスの加工方法。 ５ 上記電解性加工液が塩基である特許請求の範
   囲第１項記載のセラミツクスの加工方法。 ６ 上記電解性加工液が塩である特許請求の範囲
   第１項記載のセラミツクスの加工方法。 ７ 上記加工部表面領域に付与される電気エネル
   ギが、上記電解性加工液を介して通電される電流
   である特許請求の範囲第１項乃至第６項記載のセ
   ラミツクスの加工方法。 ８ 上記加工部表面領域に付与される電気エネル
   ギが、加工部表面に近接して設けられた一対の電
   極間の放電により与えられるエネルギである特許
   請求の範囲第１項乃至第６項記載のセラミツクス
   の加工方法。