JP2006305645A - 電解加工方法、装置および電極 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極を伸縮させて電解加工する場合に、モータなどのアクチュエータを不用にして電極の構造を簡単にする。
【解決手段】 翼状部２２に対して前進・後退する主電極４４に、翼状部２２と翼端板２４，２６とで挟まれる隅に対向する斜面４８に沿ってスライド可能な一対の補助電極４６を設け、主電極４４が所定前進位置に来るまでは主電極４４と補助電極４６とを一体にして被加工物２０に接近させる一方、主電極４４の所定前進位置で翼状部２２側に設けたストッパに当接して作動開始する機械式連動機構によって主電極４４の前進動に連動して補助電極４６を斜面４８に沿って外側へスライドさせつつ翼端板２４，２６に接近させる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、タービンの静翼などを加工するための電解加工方法と、この方法の実施に直接使用する装置および電極に関するものである。

ガスタービンなどに用いる静翼や動翼は、断面翼型の翼状部の両端あるいは一端にこの翼状部の長手方向にほぼ直交する翼端板を持つ構造となっている。この静翼や動翼は耐熱性に優れた特殊な合金で作られるため機械加工が非常に困難である一方、高い加工精度が要求される。このため、その加工には電解加工法が用いられている。

特開平５−３１８２３０

特許文献１には電極を翼状部の長手方向に伸縮可能とし、電解加工中にこの電極を次第に伸長させることにより、被加工物（静翼）の加工面と電極との間隙（加工間隙）を適切に保つことが示されている。ここに被加工物の加工面と電極とに電圧（通常は直流電圧）を印加しつつこの間隙（加工間隙）に電解液を流すことにより加工を行うものである。電解液は導電性の液であり、通常食塩水、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ₃）水溶液、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）水溶液などである。

特許文献１に開示された方法では、電極を翼状部長手方向に伸縮させるために、モータやスクリュー型カムなどからなる電極送り機構を設けていた。すなわち電極の長手方向（翼状部の長手方向）にシャフトを設け、このシャフトをステッピングモータで正逆転させる一方、このシャフトに設けた偏心カムによって中央の中間電極と両側の端部電極との高さを変化させ、さらに端部電極の長手方向（翼状部の長手方向）の移動量をスクリュー型カムにより制御するものである。

このように特許文献１に開示されたものは、電極にステッピングモータや偏心カム、スクリュー型カムなどを有する電極送り機構を設ける必要があるため、電極の構造が複雑になるという問題があった。

またこの電極には電解液が降り懸かるため、電極送り機構に耐蝕性も十分に考慮しておく必要があり、構造が一層複雑になっていた。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、電極を伸縮させる場合にモータなどのアクチュエータを不用にして電極の構造を簡単にすることができる電解加工方法を提供することを第１の目的とする。

またこの発明は、この方法の実施に直接使用する電解加工装置を提供することを第２の目的とする。さらにこの方法の実施に直接使用する電極を提供することを第３の目的とする。

この発明によれば第１の目的は、翼状部の長手方向の端にこの翼状部の長手方向に対してほぼ直交する翼端板を有する導電性の被加工物の電解加工方法において、前記翼状部に対して前進・後退する主電極に、前記翼状部と前記翼端板とで挟まれる隅に対向する斜面に沿ってスライド可能な一対の補助電極を設け、前記主電極が所定前進位置に来るまでは前記主電極と前記補助電極とを一体にして被加工物に接近させる一方、前記主電極の所定前進位置で前記翼状部側に設けたストッパに当接して作動開始する機械式連動機構によって前記主電極の前進動に連動して前記補助電極を前記斜面に沿って外側へスライドさせつつ翼端板に接近させることを特徴とする電解加工方法、により達成される。

また第２の目的は、翼状部の長手方向の端にこの翼状部の長手方向に対してほぼ直交する翼端板を有する導電性の被加工物の電解加工装置において、前記翼状部を保持するワーク保持台と、前記翼状部に対して前進・後退するプランジャを有する電極送り機構と、前記プランジャに固定され前記翼状部と翼端板部とで挟まれた隅に対向する斜面が形成された主電極と、前記主電極の斜面に沿ってスライド可能に前記斜面に保持された補助電極と、前記ワーク保持台側に固定されたストッパと、前記主電極の所定前進位置で前記ストッパに当接して作動開始し前記主電極の前進に連動して前記補助電極を前記斜面に沿ってスライドさせつつ翼端板に接近させるように外側へ送る機械式連動機構と、前記主電極および補助電極と被加工物との間隙に電解液を供給する電解液供給手段と、前記主電極および補助電極と被加工物との間に電圧を印加する電源と、を備えることを特徴とする電解加工装置、により達成される。

さらに第３の目的は、請求項６の電解加工装置に用いる電極であって、前進方向の両隅に斜面が形成された主電極と、この主電極の斜面に沿ってスライド可能に前記斜面に保持された一対の補助電極と、前記主電極の両斜面に直交する端面に主電極の前進・後退方向へスライド可能かつ主電極の両斜面に交わる方向に長い一対のカム溝が形成された一対のカム板と、両カム板を結合し両カム板と共に主電極を囲む一対の連結枠材と、前記補助電極に保持され前記カム溝に係合するカムフォロワとを備えることを特徴とする電解加工装置の電極、により達成される。

請求項１の発明によれば、補助電極を主電極と共に被加工物に対して前進させ（接近させ）つつ電解加工を行う。そして主電極が所定の前進位置に来ると機械式連動機構がストッパに当接し、補助電極を主電極の斜面に沿って外側へスライドさせて押し開くので、補助電極と翼端板との加工間隙を常に適切に保ちつつ電解加工を行うことができる。

電極には補助電極を外側へ押し開いたり、主電極と補助電極の高さ（前進位置）を調整するためのモータなどのアクチュエータが必要ないので、電極の構成を簡単にすることができる。また電極にアクチュエータを設けないので、腐蝕を防ぐための対策が簡単であり、耐蝕性も向上する。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明の実施に直接使用する電解加工装置が得られる。また請求項８の発明によれば、同様に電極が得られる。

被加工物は翼状部の一端だけに翼端板を有するもの（例えば動翼）だけでなく両端に翼端板を有するもの（例えば静翼）がある。前者に対しては１つの補助電極を持つ電極が用いられるが、後者に対しては一対の補助電極を設けて、これらを同期して外側へスライドさせるものとすればよい（請求項２，４）。

機械式連動機構はカム機構で構成することができる。例えばストッパに当接して移動を規制されるカム板と、補助電極に設けられカム板に案内されて補助電極をスライドさせるカムフォロワとを備える構造とすることができる（請求項５）。一対の補助電極を備える場合には、このカム機構は、主電極の両斜面に直交する端面に主電極の前進・後退方向にスライド可能に保持された一対のカム板と、これらカム板を結合する一対の連結枠材とで、主電極を囲む外枠を形成し、カム板には主電極の両斜面と交わる方向に長いカムを形成する一方補助電極にはこれらカムに係合するカムフォロワを設けた構成とすることができる（請求項６）。この場合、外枠を構成する連結枠材（またはカム板）を主電極の所定前進位置でストッパに当接させ、その前進を規制する。このためカム板は固定される一方、主電極は前進し続けることになる。

カム板は主電極に対して反前進方向（後退方向）に相対移動することになり、このカム板の相対移動によりカム溝に係合したカムフォロワは外側へ移動する。この時補助電極は主電極の斜面に沿う方向（斜面の最大傾斜角方向）のみにスライド可能であるから、補助電極は斜面上で外側へスライドする。すなわち補助電極は外側へ押し出され、被加工物の翼端板との間隙が適切に保たれる。

機械式連動機構は液圧シリンダで構成することができる（請求項７）。例えば主電極に設けた駆動側シリンダのピストンロッドがストッパに当たって押し込まれた時に発生する液圧（例えば油圧）を補助電極を送る被動側シリンダに導いて補助電極をスライドさせる構造とすることができる（請求項７）。

図１は本発明の一実施例である電解加工装置の正面図、図２は同じく拡大平面図である。図３は被加工物の一例である静翼の斜視図、図４は電極の斜視図であって（Ａ）はカム機構の不作動時を、（Ｂ）は同じく作動時を示す。図５は電極の分解斜視図、図６は電極の動作行程Ａ〜Ｃを示す図、図７は同じく動作行程Ｄ〜Ｅを示す図である。

図１，２において符号１０は電解加工装置であり、左右一対の駆動部１２，１２と、中央の加工部１４とを持つ。駆動部１２，１２には共通の直線Ａ上で進退および回動可能なスピンドル１６，１６が保持されている。加工部１４の床面にはワーク保持台１８が固定されている。前記スピンドル１６，１６の先端はこのワーク保持台１８の上方に延出している。

ワーク保持台１８には被加工物であるタービン・エンジン用の静翼２０が固定されている。この静翼２０は翼状部２２とその両端の翼端板２４，２６とを一体に形成したものである。この静翼２０は例えばＡｌＴｉなどの耐熱合金で作られる。

この静翼２０は、ワーク保持台１８に翼状部２２をほぼ水平かつ直線Ａにほぼ直交する方向にして治具を用いて固定される。スピンドル１６，１６の先端には本発明に係る電極３０，３０が保持され、これら電極３０，３０が翼端板２４，２６の間から翼状部２２に向かって前進・後退する。

加工物１４には電解液の給液管３２と排液管３４が接続され、電解供給手段３６から供給される電解液が給液管３２によって静翼２０と電極３０，３０との間隙に供給され、この間隙を通った電解液は排液管３４から排出される。この排出された電解液は電解液供給手段３６に設けたフィルタ（図示せず）を通りかつ温度制御された後、加工部１４に戻されて循環する。

また静翼２０と電極３０との間には電圧が印加される。例えば電源３８により静翼２０が正電圧に、電極３０が負電圧となるように直流電圧が印加される。加工部１４はカバー４０（図１）で覆われ、カバー４０の内部は排気管４２により排気されている。

次に電極３０，３０を説明する。一対の電極３０，３０は同一構造である。なお説明を簡単にするため、電極３０の前進方向は図５で下方に対応するから、以下単に下方とも言うことにする。電極３０は、図５に示すように、主電極４４と、一対の補助電極４６，４６とを持つ。主電極４４はスピンドル１６に固定され、その先端すなわち静翼２０の翼状部２２に対向する先端は２つの斜面４８，４８によって断面Ｖ型の屋根状に形成されている。

補助電極４６は断面略直角三角形の三角柱状であり、斜面４８の最大傾斜方向（傾き方向）に沿ってスライド可能である。すなわち両電極４４，４６の対向面はあり継手４４Ａ、４６Ａ（図５）により係合している。なお補助電極４６，４６の長さは主電極４４の幅とほぼ同一であり、両電極４４，４６の端面はほぼ同じ平面上に位置する。

主電極４４の両端面（両斜面４８に直交する端面）には、カム板５０，５０が図５で上下方向（電極３０の進退方向）にスライド可能に保持される。すなわち両カム板５０，５０は連結枠材５２，５２と共に主電極４４を囲むように結合され、これらの結合体である枠体は一体となって上下動する。なお主電極４４の両端面にはガイドキー５４，５４が固定され、これらガイドキー５４，５４はカム板５０，５０に設けた長孔５６，５６を貫通して突出している。

これらガイドキー５４，５４は長孔５６，５６内でスライド可能である。主電極４４にはカム板５０，５０の上端の上方に庇状に突出する庇状突部５８，５８が形成され、これら庇状突部５８，５８とカム板５０，５０との間にばね手段としての２本のコイルばね６０，６０が縮装されている。このためカム板５０はコイルばね６０により下方への復帰習性が付与され、カム板５０はガイドキー５６と長孔５６に案内されて下方へ押される。なおこの時両補助電極４６，４６の対向端が主電極４６の屋根形の稜線付近で当接して、カム板５０，補助電極４６の下降位置が規制される（図６，のＡ、Ｂ、Ｃ参照）。

次に主電極４４の所定前進位置でストッパに当たって作動開始し、補助電極４６，４６を外側へ押し開くカム機構を説明する。補助電極４６には斜め下方に長いカム溝６２，６２が形成されている。これらカム溝６２，６２は主電極４４の斜面４８に交わる方向、すなわちほぼ直交する方向に長い。補助電極４６の両端面にはカムフォロワとなるガイドキー６４，６４が固定されている。ガイドキー６４はカム溝６２に係合している。このためカム板５０がコイルばね６０を圧縮しつつ上方へ移動すると、ガイドキー６４はカム溝６２内をスライドする。一方補助電極４６はあり継手４４Ａ、４６Ａにより斜面４８と平行にスライドするように規制されている。このため補助電極４６は斜面４８上を斜め上方へスライドしつつ外側へ開いていく（図７，Ｄ、Ｅ）。

この発明ではカム板５０を上方へ移動させるために、連結枠材５２，５２を電極３０の所定前進位置でワーク保持台１８に固定したストッパ６６に当接させる。すなわち電極３０を前進させ、その先端（下端）を図６Ａ〜Ｂで示すように静翼２０の両翼端板２４，２６の間に進入させ、電極３０の先端面が翼状部２２と所定寸法の間隙を形成する位置に来ると、連結枠材５２，５２がストッパ６６に当接する（図６，Ｃ）。

スピンドル１６をさらに前進させると、連結枠材５２，５２をストッパ６６に係止させたまま主電極４４が前進し続ける。このためカム板５０が主電極４４に対して相対的に上方へ移動することになり、両補助電極４６，４６が外側へ開いてゆく（図７，Ｄ）。そして電極３０をさらに前進させれば、主電極４４の下端（稜線部分）が両補助電極４６，４６の間から翼状部２２に向かって前進し、結局補助電極４６，４６の下面と主電極４４の先端とがほぼ同一平面上に揃いつつ翼状部２２に接近する（図７，Ｅ）。

この時外側へ開いた補助電極４６，４６の側面が翼端板２４，２６に接近する。この結果静翼２０の翼状部２２および翼端板２４，２６で囲まれる略コ字状の内壁面を高精度に電解加工することができる。なおこの加工中には静翼２０と電極３０とに電圧が印加される。静翼２０はワーク保持台１６に設けた治具を介して正電圧に保たれる。電極３０は、２つのガイドキー５４，および４つのガイドキー６４，６４の先端に接続された給電線（図示せず）を介して負電圧に保たれる。

図８，９は他の実施例である電極を示す断面図である。図８はその補助電極が外側へ開く前の位置を示し、図９は同じく外側へ開いた位置を示す。これらの図では被加工物である静翼２０Ａは両端に翼端板２４Ａ、２６Ａを持つ。

翼状部２２Ａに対して２組の電極３０Ａ、３０Ｂが両側から同時に加工するものであるが、両電極３０Ａ、３０Ｂは同じ構造であるから以下その一方３０Ａのみを説明する。また一対の補助電極４６Ａ、４６Ａの駆動機構も図８に示すように対称に構成されているので、対応部分に同一符号を付してその説明は繰り返さない。この実施例は液圧式駆動機構によって補助電極を駆動するものである。

主電極４４Ａに対してスライドする補助電極４６Ａ、４６Ａ、斜面４８Ａなどは前記図１〜７の実施例と実質的に同じ構造である。この主電極４４Ａの両側は、ワーク保持台１８Ａに対向するように拡がっている。両者の対向面の一方であるワーク保持台１８Ａにはアジャスタブルストッパ６６Ａが取付けられ、他方の主電極４４Ａには駆動側シリンダ７０が装着されている。このシリンダ７０のピストンロッド７２はストッパ６６Ａに当接してシリンダ７０内に押し込まれると、シリンダ７０は作動液（作動油）を吐出する。

７４は主電極４４Ａに装着された被動側シリンダであり、補助電極４６Ａがスライドする斜面４８Ａと平行なピストンロッド７６は補助電極４６Ａに連結されている。このシリンダ７４には前記駆動側シリンダ７０の液圧が導かれ、駆動側シリンダ７０のピストンロッド７２がストッパ６６Ａに当たりシリンダ７０内に押し込まれると、被動側シリンダ７４はピストンロッド７６をシリンダ７４内に引き込むように作動する。このため補助電極４６Ａが斜面４８Ａに沿って外側へスライドする。

なおストッパ６６Ａはワーク保持台１８Ａに螺入され、その螺入量を変えることによりストッパ６６Ａの高さ（突出量）を調整可能である。従ってストッパ６６Ａの高さを調整することによって補助電極４６Ａがスライド開始するタイミングを変えることができる。

電極３０Ａは図８に示すように、補助電極４６Ａを主電極４４Ａの先端よりも電極３０Ａの前進方向に前進させた状態に保持して静翼２０Ａに対して前進させ、電解加工を行う。そして電極３０Ａが所定位置まで来ると、ピストンロッド７２がストッパ６６Ａに当たりシリンダ７０が液圧を発生し始める。図８はこの時の状態を示している。

電極３０Ａがさらに前進すれば、ピストンロッド７２がストッパ６６Ａに押され、シリンダ７０の液圧が被動側シリンダ７４に導かれる。このためピストンロッド７６が移動し、補助電極４６Ａを後退させる。この後退量は電極３０Ａの前進量に比例する。この結果補助電極４６Ａが静翼２０Ａの翼状部２２Ａと翼端部２４Ａとが挟む隅部を加工しつつ主電極４４Ａの前端が加工を行う。

そして最終的に補助電極４６Ａと主電極４４Ａの前端が図９に示すように同一平面上に揃って翼状部２２Ａを均一な曲面に加工する。なお図９では１つの補助電極４６Ａの動作だけが示され、他の補助電極４６Ａは図８の位置に示されているが、実際には４つが同期して後退して加工を行う。また図８で静翼２０Ａに付した実線ａは電解加工前の表面を、仮想線ｂは加工後の表面を示している。

本発明の一実施例である電解加工機の正面図 同じく平面図 被加工物である静翼の斜視図 電極の作動を示す斜視図 電極の分解斜視図 電極の動作説明図 電極の動作説明図 他の実施例である電極を示す断面図 他の実施例である電極を示す断面図

符号の説明

１０ 電解加工装置
１８、１８Ａ ワーク保持台
２０、２０Ａ 静翼（被加工物）
２２、２２Ａ 翼状部
２４、２６、２４Ａ、２６Ａ 翼端板
３０、３０Ａ、３０Ｂ 電極
３６ 電解液供給手段
３８ 電源
４４、４４Ａ 主電極
４６、４６Ａ 補助電極
４８、４８Ａ 斜面
５０ カム板
５２ 連結枠材
５４，６４ ガイドキー
５６ 長孔
６０ コイルばね（ばね手段）
６２ カム溝
６６、６６Ａ ストッパ
７０ 駆動側シリンダ
７２ ピストンロッド
７４ 被動側シリンダ
７６ ピストンロッド

Claims (8)

1. 翼状部の長手方向の端にこの翼状部の長手方向に対してほぼ直交する翼端板を有する導電性の被加工物の電解加工方法において、
   前記翼状部に対して前進・後退する主電極に、前記翼状部と前記翼端板とで挟まれる隅に対向する斜面に沿ってスライド可能な一対の補助電極を設け、前記主電極が所定前進位置に来るまでは前記主電極と前記補助電極とを一体にして被加工物に接近させる一方、前記主電極の所定前進位置で前記翼状部側に設けたストッパに当接して作動開始する機械式連動機構によって前記主電極の前進動に連動して前記補助電極を前記斜面に沿って外側へスライドさせつつ翼端板に接近させることを特徴とする電解加工方法。
2. 請求項１の電解加工方法において、被加工物は翼状部の両端に翼端板を持ち、一対の補助電極が主電極に設けた一対の斜面にそれぞれスライド可能に設けられ、機械式連動機構はこれら一対の補助電極を同期させて外側へスライドさせる電解加工方法。
3. 翼状部の長手方向の端にこの翼状部の長手方向に対してほぼ直交する翼端板を有する導電性の被加工物の電解加工装置において、
   前記翼状部を保持するワーク保持台と、
   前記翼状部に対して前進・後退するプランジャを有する電極送り機構と、
   前記プランジャに固定され前記翼状部と翼端板部とで挟まれた隅に対向する斜面が形成された主電極と、
   前記主電極の斜面に沿ってスライド可能に前記斜面に保持された補助電極と、
   前記ワーク保持台側に固定されたストッパと、
   前記主電極の所定前進位置で前記ストッパに当接して作動開始し前記主電極の前進に連動して前記補助電極を前記斜面に沿ってスライドさせつつ翼端板に接近させるように外側へ送る機械式連動機構と、
   前記主電極および補助電極と被加工物との間隙に電解液を供給する電解液供給手段と、
   前記主電極および補助電極と被加工物との間に電圧を印加する電源と、
   を備えることを特徴とする電解加工装置。
4. 請求項３の電解加工装置において、被加工物は翼状部の両端に翼端板を持ち、主電極に設けた一対の斜面にそれぞれスライド可能に設けられた一対の補助電極が機械式連動機構によって同期して外側へスライドする電解加工装置。
5. 請求項３または４の電解加工装置において、機械式連動機構は、ストッパに当接して移動を規制されるカム板と、補助電極に設けられ前記カム板に案内されて前記補助電極をスライドさせるカムフォロワとを備えるカム機構である電解加工装置。
6. カム機構は、主電極の両斜面に直交する端面に主電極の前進・後退方向にスライド可能に保持されかつ主電極の両斜面に交わる方向に長い一対のカム溝が形成された一対のカム板と、
   前記カム板を結合し両カム板と共に主電極を囲む一対の連結枠材と、
   前記補助電極に保持され前記カム溝に係合するカムフォロワとを備え、
   前記連結枠材が主電極の所定前進位置でストッパに当接する請求項５の電解加工装置。
7. 請求項３または４の電解加工装置において、機械式連動機構は、主電極に設けられストッパに当接して液圧を発生する駆動側シリンダと、この駆動側シリンダの液圧により補助電極を送る被動側シリンダとを備える液圧機構である電解加工装置。
8. 請求項６の電解加工装置に用いる電極であって、前進方向の両隅に斜面が形成された主電極と、
   この主電極の斜面に沿ってスライド可能に前記斜面に保持された一対の補助電極と、
   前記主電極の両斜面に直交する端面に主電極の前進・後退方向へスライド可能に保持されかつ主電極の両斜面に交わる方向に長い一対のカム溝が形成された一対のカム板と、
   両カム板を結合し両カム板と共に主電極を囲む一対の連結枠材と、
   前記補助電極に保持され前記カム溝に係合するカムフォロワとを備えることを特徴とする電解加工装置の電極。
   

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