(57)【要約】【課題】複雑形状であっても正確に電解研磨をする。【解決手段】開口を備えた溝であって、前記開口を前記対象物に向けて押し当てると対象物に平行な流路が前記対象物との間に確保される溝を備えた治具に、前記溝内において前記対象物に平行になるように電極を埋め込み、前記開口および前記電極を前記対象物に向けて前記治具を前記対象物に押し当て、前記流路に電解液を前記対象物に平行に流しながら、一定の時間、前記電極と前記対象物との間に電流を印加し、前記一定の時間が経過した後、前記電解液を回収して前記治具を取り外し、研磨された面において前記残留応力を測定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解研磨により対象物を削り、研磨された面において残留応力を測定する方法であって、
開口を備えた溝であって、前記開口を前記対象物に向けて押し当てると前記対象物に平行な流路が前記対象物との間に確保される溝を備えた治具に、前記溝内において前記対象物に平行になるように電極を埋め込み、
前記開口および前記電極を前記対象物に向けて前記治具を前記対象物に押し当て、
前記流路に電解液を前記対象物に平行に流しながら、前記電極と前記対象物との間に電流を印加し、
前記電流を停止した後に前記電解液を回収して前記治具を取り外し、
前記研磨された面において前記残留応力を測定する、ことよりなる方法。
【請求項２】
前記電流を印加する段階において、前記電解液は順方向と逆方向とに繰り返して流す、請求項１の方法。
【請求項３】
前記電極を埋め込む段階において、前記溝内において前記電極とは異なる位置に前記対象物に平行になるようにさらに一以上の他の電極を埋め込み、
前記電流を印加する段階において、複数の前記電極に同時に前記電流を印加する、請求項１または２の方法。
【請求項４】
複数の前記電極に対応する複数の窓を備えたマスクを前記対象物に貼り付ける、
ことをさらに含む、請求項３の方法。
【請求項５】
電解研磨により対象物を削り、研磨された面において残留応力を測定するための治具であって、
前記対象物に対向する開口を有し、前記開口を前記対象物に向けて押し当てると前記対象物に平行な流路を形成する溝を囲む本体と、
前記対象物に対向するべく前記本体に埋め込まれた電極と、
前記流路に電解液を前記対象物に平行に流すべく前記本体にそれぞれ埋め込まれて前記溝にそれぞれ連通した一対のチューブと、
を備えた治具。
【請求項６】
前記電解液を順方向と逆方向とに繰り返して流すべく、三方バルブと、
前記三方バルブにそれぞれ連通した送液チューブおよび排液チューブと、
をさらに備えた請求項５の治具。
【請求項７】
前記溝内において前記電極とは異なる位置に前記対象物に平行になるように前記本体に埋め込まれた一以上の他の電極、
をさらに備えた請求項５または６の治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の開示は、電解研磨により対象物を削り、研磨面において残留応力を測定する方法および治具に関し、特に対象物を少しずつ削り、その度に残留応力を測定することを繰り返し、深さ方向に残留応力分布を測定することを可能にする方法および治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造、鍛造、切削等の加工は、一般に物品に残留応力を残す。残留応力の大きさと部位によっては、残留応力それ自体により、あるいは残留応力と環境要因や外部応力との組み合わせにより、時にはその物品に欠陥が生じることがある。そこで物品の製造の直後に、あるいは一定の使用の後に、さらにあるいは試作品を評価するために、物品の各部において残留応力を測定することがある。
【０００３】
残留応力を測定するには、しばしばＸ線応力測定法が利用される。かかる測定法によれば、照射したＸ線の回折現象を利用して格子面間隔を測定し、格子面間隔の増減から応力が算出される。かかる測定には平滑面が必要だが、研磨が二次的な応力を生じることがあってはならないので、電解研磨が利用されることがある。電解研磨によれば、例えば、測定対象部位を残して測定対象の全体をマスクした上で電解液に浸漬し、電極と測定対象との間に電流を印加して、マスクから露出した部位を電解反応により研磨する。
【０００４】
測定対象の全体をくまなくマスクし、また電解研磨後にはかかるマスクを除去する作業は、測定作業の効率性を著しく損なう。そこで局所的な電解研磨を可能にする装置が提案されている。特許文献１から３までは、関連する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８５７２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３１３５４号公報
【特許文献３】特開２０１８−６２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のごとき局所電解研磨装置によれば、電解研磨と残留応力測定とを繰り返すことが容易なので、繰り返しにより深さ方向に残留応力分布を知ることもできそうである。ところがかかる装置によれば、しばしば元の面に対する平行を欠いた、偏りのある研磨がなされ、さらに電解研磨を繰り返すことによりかかる偏りは次第に悪化しかねない。それゆえ得られた測定値は、深さ方向分布の測定としては精度に疑問のあるものとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一局面によれば、電解研磨により対象物を削り、研磨された面において残留応力を測定する方法は、開口を備えた溝であって、前記開口を前記対象物に向けて押し当てると前記対象物に平行な流路が前記対象物との間に確保される溝、を備えた治具に、前記溝内において前記対象物に平行になるように電極を埋め込み、前記開口および前記電極を前記対象物に向けて前記治具を前記対象物に押し当て、前記流路に電解液を前記対象物に平行に流しながら、前記電極と前記対象物との間に電流を印加し、前記電流を停止した後に前記電解液を回収して前記治具を取り外し、前記研磨された面において前記残留応力を測定する、ことよりなる。
【０００８】
好ましくは、前記電流を印加する段階において、前記電解液は順方向と逆方向とに繰り返して流す。また好ましくは、前記電極を埋め込む段階において、前記溝内において前記電極とは異なる位置に前記対象物に平行になるようにさらに一以上の他の電極を埋め込み、前記電流を印加する段階において、複数の前記電極に同時に前記電流を印加する。より好ましくは、かかる方法は、複数の前記電極に対応する複数の窓を備えたマスクを前記対象物に貼り付けることをさらに含む。
【０００９】
他の局面によれば、電解研磨により対象物を削り、研磨された面において残留応力を測定するための治具は、前記対象物に対向する開口を有し、前記開口を前記対象物に向けて押し当てると前記対象物に平行な流路を形成する溝を囲む本体と、前記対象物に対向するべく前記本体に埋め込まれた電極と、前記流路に電解液を前記対象物に平行に流すべく前記本体にそれぞれ埋め込まれて前記溝にそれぞれ連通した一対のチューブと、を備える。
【００１０】
好ましくは、前記治具は、前記電解液を順方向と逆方向とに繰り返して流すべく、三方バルブと、前記三方バルブにそれぞれ連通した送液チューブおよび排液チューブと、をさらに備える。また好ましくは、前記治具は、前記溝内において前記電極とは異なる位置に前記対象物に平行になるように前記本体に埋め込まれた一以上の他の電極、をさらに備える。
【発明の効果】
【００１１】
電解研磨により対象物を元の面と平行を保ったまま削ることができ、またその度に研磨された面において残留応力を測定することができ、精度よくこれらの工程を繰り返すことができるので、深さ方向に残留応力分布を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一の例による残留応力測定の対象の斜視図である。
【図２】図２は、残留応力測定の対象の断面図であって、特に残留応力を測定する部位の付近を拡大した断面図である。
【図３】図３は、電解研磨のための治具を対象に押し付けた態様を示す治具および対象の断面図であって、図２に対応する図である。
【図４】図４は、一の実施形態による電解研磨のための治具の平面図であって、流路の側から見た平面図である。
【図５】図５は、マスクが貼り付けられた残留応力測定の対象の斜視図である。
【図６】図６は、電解研磨のための治具を対象に押し付けた態様を示す治具および対象の斜視図であって、図１および図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。
【００１４】
平板や円筒のごとき単純な形状において残留応力が問題になることは少なく、従って測定の対象物は概して複雑形状を有する物品である。主に図１を参照するに、例えば測定の対象物は鋳造体１であり、これは例えば平板部３から突出した突起部５を備え、突起部５の麓のような特異な形状を有する部位が、しばしば測定の対象部位７である。以下において、対象部位７において測定箇所は１か所ではなく、互いに離れた独立の第１の測定箇所ｍ１および第２の測定箇所ｍ２を測定する例について説明するが、測定箇所は１か所でもよく、あるいは３か所以上でもよい。また対象物は鋳造品に限らず、鍛造品、焼結品、切削加工品、曲げ加工品等でありうるし、あるいは複数種の加工を経た物品でありうる。
【００１５】
主に図２を参照するに、測定箇所ｍ１またはｍ２において、例えば表面ｆ０から深さｄずつ削って露出する面ｆ１，ｆ２，ｆ３・・・が測定の対象である。ある面ｆ１における残留応力Ｆ１は、他の面ｆ３における残留応力Ｆ３とは異なる。本実施形態によれば、深さの異なるこれらの面において残留応力をそれぞれ測定することを繰り返すことにより、深さ方向に残留応力分布を測定することができる。図２は３つの異なる深さの面において測定する例を示しているが、言うまでもなく１あるいは２つの面のみでもよく、あるいは４つ以上の面であってもよい。また削る深さｄは一定でもよく、すなわち等間隔に残留応力を測定してもよいし、あるいは深さｄは一定でなくてもよい。
【００１６】
図１，２より容易に理解できるように、対象部位７は平坦でもなくまた適当な基準面もないために、電極を手作業によってその表面に平行にし、また正確に平行を保持することは難しい。僅かに電極が傾くだけで電場は著しく偏り、従って表面を均一に研磨することは本来的に困難である。さらに電解液を循環させようとしても、対象部位７の表面に均一に流すことは困難であり、電解液の流れが不均一であることもまた研磨の不均一性の要因となりうる。
【００１７】
本実施形態においては、図３に例示するように、治具を利用して電極Ｅ１，Ｅ２を支持すると共に、対象部位７と治具の本体１１とによって流路２１を囲み、ここに電解液を流す。本体１１が支持することにより電極Ｅ１，Ｅ２は表面ｆ０から適宜の間隔ｇだけ離れて平行に保持され、また電解液は表面ｆ０に平行に流れ、以って均一な電解研磨が実現する。
【００１８】
主に図４を参照するに、治具は例えば樹脂よりなる本体１１と、本体１１に形成された溝１３と、本体１１に埋め込まれて溝１３に連通する一対のチューブ１７と、を概して備える。本体１１には第１の電極Ｅ１および第２の電極Ｅ２が埋め込まれて支持される。なお以下の説明および特許請求の範囲を通じて、「埋め込まれ」の語は台となるべき物に固定的に密に置かれあるいは接着される意味を含み、必ずしも物に相当程度に埋没することを要しない。
【００１９】
本体１１は、鋳造体１の対象部位７を覆い、かつその周囲に密着するように形成される。本体１１は対象部位７およびその周りのみを覆う形状であってもよいが、あるいは鋳造体１の一方の面の大部分ないし全体を覆う形状であってもよい。また本体１１は、開口を備えた溝１３を囲み、この溝１３は、開口を対象部位７に向けて本体１１を押し当てると対象部位７に平行な流路２１を溝１３と対象部位７との間に囲む形状である。
【００２０】
電解液を流すための一対のチューブ１７は、本体１１に埋め込まれて溝１３を外部に連通する。その一方は溝１３の一端であって流路２１において上流にあたる部位に、他方は溝１３の他端であって下流にあたる部位に開口し、以って電解液は表面ｆ０に平行に流れる。
【００２１】
第１の電極Ｅ１および第２の電極Ｅ２は溝１３内であってそれぞれ第１の測定箇所ｍ１および第２の測定箇所ｍ２に平行に対向するように、本体１１に埋め込まれる。図４において電極Ｅ１，Ｅ２は二つだが、測定箇所に対応して１つでもよく、あるいは３つ以上でありうる。電極Ｅ１，Ｅ２からは電流を流すためのリード線Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ引き出され、本体１１外に引き出される。
【００２２】
電極Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ、例えば金属のワイヤを適宜のコアに巻いたものであって、測定箇所ｍ１，ｍ２に対応する面積および形状を有するものである。ワイヤの端を引き出すことによりリード線Ｌ１，Ｌ２とすることができ、あるいはワイヤの端にリード線Ｌ１，Ｌ２を溶接、ろう付け、あるいははんだ付けしてもよい。あるいはワイヤに代えて多少の幅を有するリボンであってもよく、あるいは平板であってもよい。
【００２３】
上述のワイヤ、リボン、あるいは平板は、電気化学的に安定な適宜の金属よりなり、例えば白金よりなる。あるいは白金に代えて、例えば金、パラジウム、ロジウム、銀であってもよい。あるいは可能ならば銅や他の金属でもよく、もちろん単体の金属でなく適宜の合金であってもよい。
【００２４】
コアは例えば適宜の樹脂であって、矩形、断面コの字形等適宜の形状である。コアごと本体１１に埋め込んでもよいし、あるいはコアなしに電極Ｅ１，Ｅ２のみを本体１１に埋め込んでもよい。
【００２５】
本体１１は、測定の対象物である鋳造体１自体を型として、例えば以下のようにして作製することができる。
【００２６】
測定箇所ｍ１，ｍ２と好ましくは外形を同じくし、厚さが間隔ｇと一致する柔軟な樹脂等を、測定箇所ｍ１，ｍ２に貼着し、その上に電極Ｅ１，Ｅ２を貼着する。その周りを、例えばワックスあるいは可撓性の樹脂のごとき、後で容易に除去できる性質の固体により覆い、これを流路２１の形状に整える。さらにその両端にチューブ１７の先端をそれぞれ押し当て、または僅かに押し込む。これらのワックスないし樹脂は、流路２１の型となる。
【００２７】
これらの全体を、例えばシリコーンのごとき型に密着する性質の樹脂により隙間なく覆う。既に述べた通り、対象部位７およびその周りのみを覆ってもよく、あるいは鋳造体１の一方の面の大部分ないし全体を覆ってもよい。チューブ１７およびリード線Ｌ１，Ｌ２は樹脂の外部に引き出しておく。樹脂を硬化させると、電極Ｅ１，Ｅ２、チューブ１７は硬化した樹脂に埋め込まれて一体化する。ここから流路２１の型となっていたワックスないし樹脂を除去すると、シリコーンのごとき樹脂は本体１１となる。
【００２８】
容易に理解される通り、本体１１は鋳造体１に倣う形状であり、これによく密着しうる。本体１１を鋳造体１に押し当てればその間に電解液が流通する流路２１が確保され、電極Ｅ１，Ｅ２は測定箇所ｍ１、ｍ２に平行に保持される。また本体１１は繰り返し同一箇所に押し当てて使用することができ、同一の測定箇所を繰り返し研磨することができる。すなわち測定箇所ｍ１，ｍ２を繰り返し電解研磨により削り、露出した面をその度に測定することにより、深さ方向に分布を測定することができる。通常には本実施形態を残留応力の測定に利用することができるが、もちろん他の物性の測定に利用することもでき、あるいは組織観察に利用することもできる。
【００２９】
本実施形態による治具を用いた残留応力測定は、以下のようにして行われる。
【００３０】
主に図５を参照するに、測定箇所以外が研磨されることのないよう、好ましくは鋳造体１において例えば対象部位７の全体に、マスク１５を貼付する。マスク１５には市販のビニルテープを利用することができ、またビニルテープは粘着剤が付いたものであってもよい。測定箇所ｍ１，ｍ２が露出するように、マスク１５は第１の窓Ｗ１および第２の窓Ｗ２を有する。言うまでもなく測定箇所に応じて窓は１つまたは３つ以上でありうる。
【００３１】
主に図６を参照するに、溝１３の開口を対象部位７に向けて、マスク１５の上から本体１１を鋳造体１に押し当てる。溝１３と対象部位７との間に、対象部位７に平行な流路２１が確保される。
【００３２】
リード線Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ電源の陽極に接続し、測定対象である鋳造体１を電源の陰極に接続する。
【００３３】
チューブ１７ａ，１７ｂには電解液槽および送液ポンプを連結する。チューブ１７の一方には送液チューブ１７ａを、他方には排液チューブ１７ｂを連結し、送液チューブ１７ａから排液チューブ１７ｂへ電解液を流す。送液ポンプには送液方向を逆転できるものを利用してもよいが、あるいはチューブ１７にそれぞれ三方バルブ２３を接続し、これを介してチューブ１７ａ，１７ｂの両方を連結してもよい。三方バルブ２３を同時に一方に切り替えたときには電解液は一方から他方へ順方向に流れ、同時に他方に切り替えたときには、送液ポンプを逆転することなく、逆方向に流れる。
【００３４】
送液ポンプを稼働し、表面ｆ０に（あるいはｆ１、ｆ２・・・に）平行に電解液を流しつつ、電源を稼働して、電極Ｅ１，Ｅ２と鋳造体１との間に電流を印加する。電流密度と印加時間とにより、測定箇所ｍ１，ｍ２を削る量（深さｄ）を調整することができる。
【００３５】
電流を印加する間に、送液ポンプを逆転し、または２つの三方バルブ２３を同時に切り替えることにより、電解液が流れる方向を逆転することができる。繰り返して順方向と逆方向とに流すことは、上流側と下流側で電解研磨に偏りができるのを防止するのに役立つ。送液方向を切り替える頻度あるいは時間には特に制限はなく、適宜に定めることができるが、例えば１５分に一度切り替えることができる。
【００３６】
一定の時間、電流を印加した後には、電源を停止し、さらに送液ポンプを停止する。液圧が失われることにより電解液は電解液槽に自然に回収され、流路２１からは電解液は取り除かれる。電解液が十分に電解液槽に回収されたことを確認した後、鋳造体１から本体１１を取り外す。
【００３７】
鋳造体１からマスク１５を取り除き、水またはエタノールのごとき溶剤で洗浄し、乾燥した上で、測定箇所ｍ１，ｍ２において第１の面ｆ１における残留応力を測定する。必要ならば上述の工程を繰り返し、第２の面ｆ２，第３の面ｆ３・・・における残留応力の測定を繰り返す。
【００３８】
既に述べた通り、治具の本体１１は測定の対象物である鋳造体１自体から型取りされたものであるから、繰り返し正確に同一の個所に同一の向きで押し当てることが容易であり、すなわち電極Ｅ１，Ｅ２は繰り返し同一の個所に平行に対向するので、測定箇所ｍ１，ｍ２を偏りなく削ることができる。また複数の測定箇所ｍ１，ｍ２を同時に削ることができ、効率的な測定をすることができる。
【００３９】
幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
複雑形状であっても正確に電解研磨をすることができ、以って残留応力のごとき物性の深さ方向分布を正確に測定することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    鋳造体
３    平板部
５    突起部
７    対象部位
１１  本体
１３  溝
１５  マスク
１７  チューブ
１７ａ  送液チューブ
１７ｂ  排液チューブ
２１  流路
２３  三方バルブ
ｄ    深さ
Ｅ１  第１の電極
Ｅ２  第２の電極
ｆ０  表面
ｆ１  第１の面
ｆ２  第２の面
ｆ３  第３の面
Ｆ１  残留応力
Ｆ３  残留応力
ｆａ  順方向の流れ
ｆｂ  逆方向の流れ
ｇ    間隔
Ｌ１  第１のリード線
Ｌ２  第２のリード線
ｍ１  第１の測定箇所
ｍ２  第２の測定箇所
Ｗ１  第１の窓
Ｗ２  第２の窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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