(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの構成要素の電気化学処理のための方法であって、前記構成要素が、電解質によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
ａ）電解質のリザーバを提供するステップと、
ｂ）前記リザーバからの前記電解質を、少なくとも第１の部分量と第２の部分量とに分割するステップであって、前記第１の部分量においてｐＨ値は減少され、かつ前記第２の部分量においてｐＨ値は増加される、当該分割するステップと、
ｃ）少なくとも第１の分流で前記減少されたｐＨ値を有する前記第１の部分量を、前記少なくとも１つの構成要素に供給するステップと
を含み、
前記第１の部分量が前記少なくとも１つの構成要素に供給された後、前記第１の部分量と前記第２の部分量とが相互に中和される、
方法。
【請求項２】
少なくとも１つの構成要素の電気化学処理のための方法であって、前記構成要素が、電解質によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
ａ）電解質のリザーバを提供するステップと、
ｂ）前記リザーバからの前記電解質を、少なくとも第１の部分量と第２の部分量とに分割するステップであって、前記第１の部分量においてｐＨ値は減少され、かつ前記第２の部分量においてｐＨ値は増加される、当該分割するステップと、
ｃ）少なくとも第１の分流で前記減少されたｐＨ値を有する前記第１の部分量を、前記少なくとも１つの構成要素に供給するステップと
を含み、
前記増加されたｐＨ値を有する前記部分量が、第２の分流で、前記少なくとも１つの構成要素を迂回して伝達される、
方法。
【請求項３】
少なくとも１つの構成要素の電気化学処理のための方法であって、前記構成要素が、電解質によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
ａ）電解質のリザーバを提供するステップと、
ｂ）前記リザーバからの前記電解質を、少なくとも第１の部分量と第２の部分量とに分割するステップであって、前記第１の部分量においてｐＨ値は減少され、かつ前記第２の部分量においてｐＨ値は増加される、当該分割するステップと、
ｃ）少なくとも第１の分流で前記減少されたｐＨ値を有する前記第１の部分量を、前記少なくとも１つの構成要素に供給するステップと
を含み、
前記第１の部分量が前記少なくとも１つの構成要素に供給された後、前記第１の部分量と前記第２の部分量とが、中和のために、前記少なくとも１つの構成要素の下流で合流される、
方法。
【請求項４】
前記電解質が、閉回路内で循環される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ｐＨ値を設定するために電気分離法が使用される請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの構成要素の電気化学処理用のデバイスであって、処理空間と、電解質を前記処理空間に供給するための少なくとも１つの供給構成とを有し、前記電解質を、少なくとも減少されたｐＨ値を有する第１の部分量と増加されたｐＨ値を有する第２の部分量とに分割する分割手段が、前記処理空間の上流に提供され、前記供給構成は、少なくとも第１の分流で前記減少されたｐＨ値を有する前記第１の部分量を、前記少なくとも１つの構成要素に供給し、
前記第１の部分量が前記少なくとも１つの構成要素に供給された後、前記第１の部分量と前記第２の部分量とが相互に中和される
デバイス。
【請求項７】
前記分割手段が、電気分離セルである請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記供給構成が、減少されたｐＨ値を有する電解質用の第１の伝達手段を有する請求項６又は請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記供給構成が、増加されたｐＨ値を有する電解質用の第２の伝達手段を有する請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記供給手段が、閉回路として設計される請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの構成要素の電気化学処理用の方法およびデバイスに関する。構成要素の電気化学処理は、導電性、したがって金属性の構成要素の特に正確な処理を行うことができるようにする。処理は、実質的に摩耗を生じずに行われ、材料に対して特に注意が払われる。本発明は、特に工業分野で、大量生産に関わる場合に採用される。
【背景技術】
【０００２】
電気化学処理は、電気腐食の原理で機能する。このために、例えば、構成要素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（電解質とも表される）が、構成要素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。構成要素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、金属イオンが構成要素から解放される。このとき、規定の材料腐食が実現される。電気化学処理により、アクセスしにくい場所でさえ、非常に正確に半径および輪郭を生成することができる。さらに、様々な構成要素位置を同時に処理することができる。ツールと構成要素とが直接接触しないので、処理は、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、処理対象の構成要素において、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、この処理法によって難なく処理することができる。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、かなりの量を処理することができる。この方法は、噴射ノズルにおけるダクトの再加工時に特に広く使用される。
【０００３】
構成要素の電気化学処理用のデバイスが動作するとき、特定の環境下で堆積物が生じることがあるという欠点が判明している。従って、電気化学処理中に解放される金属が、例えば金属水酸化物を形成することがある。これらの金属水酸化物は、例えば、特に加工対象物およびカソード上に層の形態で堆積物を生成するので、問題を生じることがある。時として、例えば非常に細いカソード管および他の比較的小さい開口の場合には、それらが、そのような堆積物によって完全にまたは部分的に閉塞され、したがって電解質を通せなくなることも起こりうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、従来技術から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、そのような堆積物を、完全にはなくせないとしても少なくとも減少させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの目的は、特許請求項１の特徴による方法、および特許請求項１０の特徴によるデバイスによって実現される。本発明のさらに有利な改良形態は、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、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を示す。
【０００６】
本発明では、この目的は、少なくとも１つの構成要素の電気化学処理のための方法であって、構成要素が、電解質によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
ａ）電解質のｐＨ値の少なくとも１回の変化を発生するステップと、
ｂ）ｐＨ値を修正された電解質を、少なくとも１つの構成要素に供給するステップと
を含む方法によって実現される。
【０００７】
ここで言及される方法は、特に、加工対象物での材料の腐食用の電気化学処理方法であって、加工対象物とツールとの間に電圧が印加され、加工対象物とツールとの間の領域（ギャップ）内に電解質が少なくとも一時的に供給される方法である。電解質の「発生」という用語は、特に、所望のｐＨ値が得られるように、電解質の対応する組成物が活性的に調整され、混合され、かつ／または構成されることを意味する。次いで、この電解質の量（適切であれば、短時間、中間的に貯蔵される）が、意図された様式で所定の処理プロセスに供給される。この場合、基本的には、構成要素の電気化学処理のための方法中に、ｐＨ値が変えられることがあり、かつ／または（一時的に）一定に保たれることもある。「発生」が意味するものは、特に、電解質が単に生成されることであり、すなわち、既存の電解質への添加物の純粋な添加のみを対象とするわけではない。
【０００８】
驚くべきことに、酸性の電解質中では、解放された金属が金属水酸化物を形成しないことが明らかになった。したがって、電解質のｐＨ値の変化が例えばｐＨ値の低下に関わる場合、そのようにして修正された電解質を、電気化学処理用の処理空間内に導入することができる。この場合、後続の電気化学処理中、上述した、従来技術における望ましくない堆積物は、処理空間内部または機械内のどこにも生じない。しかし、前記有利なｐＨ値減少の他に、電解質のｐＨ値が増加されることもある。別の手法として、ｐＨ値は、同時に、電解質の一部では増加され、電解質のさらなる部分では減少されることがある。したがって、この目的のために、電解質は、適切であれば、そのｐＨ値に関して、（常に、または適切であればインサイチュで）監視され、または適切であれば調整または制御され、それにより、所与の処理状況に関して、特に金属水酸化物の生成が顕著に減少され、例えば最小値未満に正確に保たれる。
【０００９】
有利には、これは、ｐＨ値が、少なくとも電解質の第１の分流において減少され、かつ／または電解質の少なくとも１つの第２の分流において増加されることによって行われることがある。したがって、ｐＨ値が減少された分流を、電気化学処理用の処理空間を通して伝達し、かつｐＨ値が増加された電解質の分流を、この処理空間を迂回して伝達することが可能になる。したがって、例えば、元々はｐＨ値が中性の電解質を使用することができ、同時に、本発明による設定された目的を実現することができる。
【００１０】
この場合、減少されたｐＨ値と、増加されたｐＨ値とが、関連の分流を相互に中和することができるように選択されると特に有利である。さらに、本発明による方法の実装形態では、減少されたｐＨ値を有する第１の分流が、少なくとも１つの構成要素に伝達されると有利であると判明しており、なぜなら、それにより、処理対象の構成要素上および処理空間内での堆積物が回避されるからである。
【００１１】
さらに、増加されたｐＨ値を有する分流が、少なくとも１つの構成要素を迂回して伝達されると有利である。この場合、元々は中性の電解質は、異なるｐＨ値を有する分流に分割される。既に上述したように、次いで、分流は、相応に、処理空間を通して、または処理空間を迂回して伝達することができる。
【００１２】
さらにまた、２つの分流が、中和のために、少なくとも１つの構成要素の下流で合流されると有利である。１つには、このとき、特に高いまたは低いｐＨ値を有する電解質に関して通常であれば必要とされるように、中和点の下流の領域で耐酸性または耐塩基性になるようにデバイスを設計する必要はもはやない。特に、処理プラントの特定の部分において、電解質がこれらの部分領域内で再び中和される場合には、耐酸性または耐塩基性の構成要素（例えばパイプラインおよびポンプなど）がなくされることがある。さらに、中和の際、解放された金属は、いわゆる水酸化物を形成し、例えばフィルタ・システムなど既知の手段によって、電解質から分離または沈殿させることができることが明らかになった。
【００１３】
連続動作のために、電解質が閉回路内で循環されると有益であることが判明している。その結果、所要の電解質体積が最小限まで減少され、消費される電解質の不要な増加が回避される。
【００１４】
さらに、本発明の別の特に好ましい実施形態では、ｐＨ値を設定するために電気分離法が使用されることが企図される。そのような電気分離法は、例えば、電気分離セルによって行われることがある。電気分離は、イオン成分を分離するためにイオン交換膜が電位差と組み合わせて使用される、電気化学的に誘発される膜プロセスである。そのような電気分離セルにより、電解質を酸性成分と塩基性成分とに分離することができる。これらの成分はそれぞれ、本発明による分流を形成することができ、これらの分流を、本発明による方法の範囲内で採用することができる。特に、１〜３の間のｐＨ値を有する酸性分流と、１１〜１３のｐＨ値を有する塩基性分流とを使用することが適切であると判明している。さらに、電気化学処理が行われた後、塩基性分流を加えることによって、解放された金属分が水酸化物を形成する程度まで酸性分流のｐＨ値を増加させることができることが示されている。これは、特に、７〜９の間のｐＨ値の範囲内、特にｐＨ値８で有利に実施することができる。
【００１５】
さらに、本発明による目的はまた、少なくとも１つの構成要素の電気化学処理用のデバイスであって、少なくとも１つの処理空間と、処理空間に電解質を供給するための少なくとも１つの供給構成とを有するデバイスによって実現することができる。この場合、電解質のｐＨ値を変えるための少なくとも１つの設定手段が、処理空間の上流に提供される。そのような設定手段は、例えば、酸または塩基用のリザーバ、あるいは酸または塩基が所望の量で電解質に添加されるようにする計量構成からなることがある。このようにして構成された設定手段によって、電解質のｐＨ値を、選択的に、かつ意図された様式で（例えば、小さな公差範囲内で、時点、量、平均ｐＨ値などに関して）低下または上昇させることができる。しかし、別の手法として、例えば、１つの分流でｐＨ値を減少させ、別の分流でｐＨ値を増加させるために、少なくとも２つの設定手段の使用が企図されることもある。
【００１６】
ここで言及するデバイスは、本発明に従って説明される方法を実施するのに特に適しており、したがって、ここで、対応する説明をそのまま参照する。
【００１７】
ｐＨ値を増加および／または減少するのに適するように設定手段を選択することが特に好ましい。このために、本発明の特に好ましい実施形態では、設定手段が電気分離セルであることが企図される。電気分離セルは、既存の電解質を分割することができる。このとき、電解質の一部分のｐＨ値が減少され、電解質の別の部分のｐＨ値が増加される。電気分離セルによって分割された電解質の部分量は、電気分離セルから個別の分流で放出することができる。このために、１つの分流、正確には、低下されたｐＨ値を有する分流は、好ましくは処理空間を通して伝達され、一方、第２の分流、正確には、増加されたｐＨ値を有する分流は、好ましくは処理空間を迂回して伝達される。
【００１８】
有利には、このために、減少されたｐＨ値を有する電解質用の第１の伝達手段を有するように供給構成がデバイスに設計される。この第１の伝達手段は、ｐＨ値を修正された電解質を設定手段から処理空間内に案内する。
【００１９】
さらに、有利には、供給構成が、増加されたｐＨ値を有する電解質用の第２の伝達手段を有することが企図される。この第２の伝達手段は、電解質を、設定手段から、処理空間を迂回させて伝達する。
【００２０】
上述した方法に関連して既に述べたように、本発明によるデバイスは、有利には、供給手段が閉回路として設計されるように設計される。その結果、使用される電解質は、処理デバイス内部で循環することができ、絶えず排出する、または新規の電解質によって交換する必要はない。
【００２１】
本発明による方法と、本発明によるデバイスとの両方に関して、連続動作の場合に、電解質が、フィルタ構成によってフィルタされると有利である。その結果、電解質中に溶解された金属、または例えば縣濁物質として存在することがある生成された化合物を、電解質からフィルタ除去することができる。特に、チャンバ型のフィルタ・プレスが、フィルタ構成として使用される。
【００２２】
さらに、本発明の範囲内で、有利には、１つの分流、特に、増加されたｐＨ値を有する分流を分割し、回路内の様々な位置で、減少されたｐＨ値を有する分流に混和させることが企図されることがある。
【００２３】
さらにまた、部分領域、特に処理空間の下流にある部分領域内で、処理空間から放出された分流のｐＨ値が、ｐＨ値７〜９の間の範囲まで増加されると有利であることがある。それにより、特に効率的な様式で金属水酸化物の形成を実現することができ、金属水酸化物は、その後、例えばフィルタ・システムによって電解質から除去される。この場合、例えば、電気分離セルとして設計される設定手段は、特定の状況下では、さらに、塩基性電解質または他の塩基性物質の計量添加によって支援されることがある。
【００２４】
さらに、本発明の範囲内で、有利には、少なくとも１つの中和タンクを処理空間の下流に配置することが企図され、中和タンク内で、減少されたｐＨ値を有する分流と、増加されたｐＨ値を有する分流とが合流され、それらは、その後、完全に、または少なくとも部分的に中和された形態でリザーバ内にさらに伝達される。好ましくは、提供されるフィルタ構成が、このリザーバの上流に配置され、それにより、さらなる循環のために準備された新鮮な電解質のみがリザーバ内に含まれる。
【００２５】
以下、本発明および技術的背景を、図面によってより詳細に説明する。図面は、本発明の特に好ましい設計変形形態を示すが、本発明がそれに限定されないことを指摘すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】設定手段と２つの分流とを有する本発明による処理デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明による電気化学処理用の処理デバイス１を例示する。右上に、処理空間２が例示され、処理空間２内に、電気化学処理のために４つの構成要素３が配置される。構成要素３は、アノード５に固定される。それに対応して処理のために提供されるカソード４が、構成要素３の上方に位置される。さらに、電解質６が、処理空間２内部に貯蔵されて、構成要素３の周りを濡らして洗浄する。
【００２８】
例示される処理デバイスの機能を、リザーバ７から始めて以下に説明する。リザーバ７は、ｐＨ値が中性の電解質８を含む。中性とは、本発明の場合には、約７のｐＨ値を意味するものと理解される。しかし、用途に応じて、別のｐＨ値を有する電解質が開始点として選択されることもある。中性の電解質８は、第１のポンプ９によって、電気分離セル１０にポンプされ、そこでｐＨ値の変化が生じる。この場合、電気分離セル１０は、所望のｐＨ値を設定するための設定手段２１を形成する。
【００２９】
ｐＨ値の変化とは、本発明の範囲内では、特に、継続的に生じられるｐＨ値の変化を意味するものと理解される。これは、ｐＨ値が、設定または変化手段で値の跳躍を受けることを意味する。この変化は、電気化学処理中に継続的に生じ、したがって、例えばあるｐＨ値を処理デバイス１に与える際に１回だけ行われる設定など、ｐＨ値のただ１回の設定とは異なる。
【００３０】
電気分離セル１０は、始めは中性である電解質８を分割する。この場合、電解質の一部のｐＨ値が低下され、電解質の一部のｐＨ値が増加される。この場合、ｐＨ値が減少された電解質部分２５は、好ましくは１〜３のｐＨ値を有し、一方、ｐＨ値が増加された電解質部分２４は、１１〜１３のｐＨ値を有する。ｐＨ値が減少された電解質部分２５は、第１の分流１１で、第２のポンプ１２によって、第１の伝達手段２２を通って処理空間２内に搬送される。したがって、ｐＨ値が減少された酸性電解質２５のみが、処理空間２内に含まれる。電解質は、構成要素３の周りを洗浄した後、第１の分流１１で中和タンク１３内にさらに放出される。
【００３１】
電気分離セル１０でそのｐＨ値を増加された電解質部分２４は、第２の分流１４で、第３のポンプ１５によって、第２の伝達手段２３を通り、処理空間２を迂回して、中和タンク１３内に搬送される。中和タンク１３内で、第１の分流１１と第２の分流１４とが混合され、中和が行われる。このとき、特定の前提条件の下で、処理空間２内で構成要素３から解放された材料の一部が反応することがある。特に、第１の分流１１の電解質２５中に溶解された金属が、中和タンク内で反応して、金属水酸化物を形成することがあり、固体１６として中和タンク１３の底に堆積されることがある。中和された電解質１７は、さらに、第４のポンプ１８によって、中和タンク１３からフィルタ構成１９を通してリザーバ７内に搬送される。
【００３２】
フィルタ構成１９によって、電解質１７中に存在する残りの縣濁物質がフィルタ除去され、それにより、純化された中性の電解質８のみが、処理デバイス１の回路内でのさらなる循環のためにリザーバ７内に準備される。
【００３３】
したがって、本発明に従ってそのように構成された処理デバイス１は、構成要素上、またはカソード４およびアノード５など電極上での堆積物の生成を効率的に防止する。
【００３４】
したがって、本発明による処理デバイス１における電気化学処理は、堆積物を生じずに行うことができる。さらに、特に長い動作時間にわたる電解質８の循環、したがって複数回の利用が可能であり、したがって処理コストも低下する。
【００３５】
さらに、本発明は、例示した実施形態に限定されない。逆に、特許請求の範囲の範囲内で本発明のいくつかの修正形態が可能である。したがって、例えば、図１に示される電気分離セル１０と中和タンク１３との直接接続ではなく、ｐＨ値が増加された電解質の量２４が、複数の分流にさらに分割されて、異なる位置で、すなわち複数回の合流で第１の分流１１に混和されることがある。
【００３６】
さらに、設定手段として電気分離セルを使用することに加えて、例えば、電解質回路２０内の様々な位置で、そこで所望のｐＨ値の変化を行うために、例えば計量構成の形態での追加または他の設定手段を構成することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  処理デバイス
２  処理空間
３  構成要素
４  カソード
５  アノード
６  電解質
７  リザーバ
８  中性であり純化された電解質
９  第１のポンプ
１０  電気分離セル
１１  第１の分流
１２  第２のポンプ
１３  中和タンク
１４  第２の分流
１５  第３のポンプ
１６  固体
１７  中和された電解質
１８  第４のポンプ
１９  フィルタ構成
２０  回路
２１  設定手段
２２  第１の伝達手段
２３  第２の伝達手段
２４  ｐＨ値を増加された電解質
２５  ｐＨ値を減少された電解質
【図１】
0005473917.tif 000002