JP2009208197A - 袋穴加工電解加工装置および袋穴加工電解加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可視化した電解液の流れから、電極の支持方向を検証する他、電極の形状を事前判断できるようにした、袋穴加工電解加工装置および袋穴加工電解加工装置の電極形状最適化方法を提供する。
【解決手段】電極２を支持するガイド部３と、電極２の支持方向を微調整する調整部４とを有する。電極２は、中心軸に沿って電解液を流す通路５を備える。ガイド部３には、電極２における通路５からの電解液を装置外部に排出する排出路６を設ける。
電極２に被せる光透過性擬似ワーク１５を通して、電解液流れを可視化して、電極２の支持方向を検証する他、電極２形状決定の事前判断に供するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、袋穴加工電解加工装置および袋穴加工電解加工方法に関するものである。

近年、切削加工に代わる新しい金属加工法として電気化学加工ＥＣＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）が提案されている。
ＥＣＭでは、陰極に電極を、陽極に被加工物を配置して、両極間に電圧を印加すると共に、その両電極間に電解液（ＮａＮＯ_３）を流す。陽極の被加工物は、ファラデーの法則に従って溶解され、被加工物は、最終的形状は、電極形状に従った形状となる。このことから、被加工物を目的形状に加工するには、被加工物の目的形状に対応した電極治具を製造すればよいことになる。
このようなＥＣＭの利点としては、
（１）加工箇所に複雑な輪郭や空洞を形成することができる。
（２）難切削材では機械加工に比べ非常に速い速度での加工が可能である。
（３）被加工物に熱応力や機械応力がかからない。
（４）加工表面の鏡面仕上げが可能である。
以上のような利点を有することから、ＥＣＭによる加工法は、航空エンジン部品等のタービン羽根のような、一体成型を必要とし機械加工が困難な材質で複雑な形状と滑らかな表面を有する部品の製造や、自動車用部品や各種エンジン部品などバリの脱落によりシステムに不具合を起こすのを嫌う分野でのバリ取り加工などで採用され、さらには、電子産業等においても、採用され始めている。

上述のような電極治具に関するものとして、例えば特許文献１では、電極基材の表面に均一に設けられた蒸着重合樹脂若しくは蒸着樹脂による絶縁薄膜と、当該絶縁薄膜の一部を除去して、電極基材の表面を露出させることによって形成する製造方法が開示されている。

特開２００６−２８１３３３号公報

しかしながら、ＥＣＭでは、ツール形状と被加工物形状とが完全に一致することはないため、目的形状を達成するツール形状、電圧等の決定には、試行錯誤的な過程を要する。またＥＣＭは、加工過程の監視及び制御が困難であることや、金属水酸化物スラッジの処理が高コストであるという不都合がある。

そこで、非特許文献１では、コンプレッサ・ブレードのＥＣＭ加工シミュレーションを加工初期段階から、最終段階まで自動的に行い、ブレードの最終形状を予測する。また、加工時の流路形状変化に伴う流れ場変化について検討を行い、このシミュレーションにより、ＥＣＭ加工時のツール形状及び加工条件の決定に指針を与えんとしている。

第１９回数値流体力学シンポジウム：コンプレッサ・ブレードのＥＣＭプロセスにおける形状予測と流れ場解析

また、従来の電極セットでは、ベース一体型の電極取付部にフッ素樹脂製スリーブと電極を取り付け、実際に加工を行い、ワークカット測定後調整を実施している。

しかしながら、
（１）ワーク内径部の電解液流や電極とワークのギャップは目視確認できない。
（２）調整は試行錯誤的に行われるため、再調整を頻繁に行う必要がある。
（３）再調整に必要なテストワークが必要となる。
（４）電極調整など機上の調整となるため、設備停止時間が長くなる。
本発明は、以上のような課題を克服するために提案されものであって、電極の支持方向の微調整を行うと共に、可視化した電解液の流れから、電極の支持方向を検証する他、電解加工に使用される電極の形状を事前判断できるようにした、袋穴加工電解加工装置および袋穴加工電解加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明では、袋穴加工のための棒状電極（２）を有する袋穴加工のための電解加工装置（１）において、電極（２）を支持するガイド部（３）と、電極（２）の支持方向を微調整する調整部（４）とを有し、電極（２）は、中心軸に沿って電解液を流す通路（５）を備え、ガイド部（３）には、電極（２）における通路（５）からの電解液を装置外部に排出する排出路（６）を設けたことを特徴とする。

これにより、電解液流の流れを視覚的に捉えるための手段を採用することができ、電極（２）の支持方向を検証して、調整部（４）を操作して微調整し、電極形状の事前判断に供することができる。

請求項２にかかる発明では、ガイド部（３）は、電極（２）を、電極（２）の先端寄りにおいて支持する支持部（７）を備えたことを特徴とする。

これにより、電極（２）を、先端寄りの支持部（７）を支点として、調整部（４）を操作して電極（２）の支持方向を微調整することができる。

請求項３にかかる発明では、調整部（４）は、中心軸に沿って電極（２）を貫通させる貫通孔（１１）と、この貫通孔（１１）に対して放射方向に直交する調整ねじ（１２）を備えたことを特徴とする。

これにより、電極（２）に対し、軸方向に対して直交する方向に、すなわち放射方向に調整ねじ（１２）で電極（２）を微調整することで、電極（２）の支持方向を容易に修正することができる。

請求項４にかかる発明では、ガイド部（３）と調整部（４）とは着脱可能に接続したことを特徴とする。

これにより、ガイド部（３）と調整部（４）とをユニット化することができ、調整済の予備ユニットを確保することができる。

請求項５にかかる発明では、調整部（４）は、回転面盤（８）上に着脱可能に搭載する構成としたことを特徴とする。

これにより、電極中心出し用に回転面盤（８）上で電極（２）を回転させながら、振れ測定ができるようになる。

請求項６にかかる発明では、袋穴加工のための棒状電極（２）を有する袋穴加工のための電解加工装置（１）において、予め、加工すべき袋穴を形成した光透過性擬似ワーク（１５）を電極（２）に被せ、光透過性擬似ワーク（１５）を通して視認可能な電解液の流れから、電極（２）の支持方向を検証する他、加工前に電極（２）の形状決定の事前判断を行うようにしたことを特徴とする。

これにより、光透過性擬似ワーク（１５）を通して電解液の流れを目視することができ、電解液の流れ方から、電極（２）の支持方向を確認し、適正な支持方向に修正したり、電極（２）形状決定の事前判断が可能となる。

請求項７にかかる発明では、電極（２）に被せた光透過性擬似ワーク（１５）を通して、電解液の流れを映像手段（１７）を用いて可視化するようにしたことを特徴とする。

これにより、電解液の流れを確実に捉えることができ、一層、電極（２）の支持方向の確認作業他、電極（２）形状決定の事前判断の能率化を図ることができる。

請求項８にかかる発明では、電解液に気泡を混入させるようにしたことを特徴とする。

これにより、確実に電解液を可視化することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

図１、図２に袋穴加工電解加工装置１の一つの実施形態を示す。
この袋穴加工電解加工装置１は、電極２を支持するガイド部３と、電極２の支持方向を微調整する調整部４とを有している。
電極２は、中心軸に沿って電解液を流す通路５を備え、ガイド部３には、電極２における通路５からの電解液を装置外部に排出する排出路６を設けている。
またガイド部３には、電極２を支持する支持部７が電極２先端寄りに設けられている。
そしてこれら電極２とガイド部３と調整部４とは互いに着脱可能に構成しており、回転面盤８上に、回動可能に、且つ着脱可能に搭載されている。なお、符号９は、電極２の軸周りの回転により、軸ぶれ等を検出するダイヤルゲージを示す。

電極２は、金属ワーク（図示省略）に袋穴加工を施すもので、先端側に加工すべきワークの袋穴内径に近似した外径の、円筒状の電極先端部２ａとしている。また、この電極先端部２ａより末端側にかけての部位は、外径の寸法が電極先端部２ａの外径に比較して、格段に小さい、円筒状直管部２ｂとしている。

ガイド部３は、軸方向に電極２の円筒状直管部２ｂを挿通させた段差円筒形状のものであり、外径が電極先端部２ａの外径より若干大きい上部ガイド部３ａと、上部ガイド部３ａより外径の大きい中部ガイド部３ｂと、最大径の下部ガイド部３ｃとで構成している。
上部ガイド部３ａには、電極２の円筒状直管部２ｂの外周面と当接して、電極２を支持する支持部７が設けられている。この場合、支持部７は、円筒状直管部２ｂの外周面と３箇所、等間隔で当接するようにしており、これら支持部７間には、後述する排出路６と連通する電解液通路１０を設けている。
下部ガイド部３ｃには、上面に平坦な段差部３ｄを有して、加工すべきワークを支持するようにしている。
また下部ガイド部３ｃには、電極２の通路５、ガイド部３の電解液通路１０を通じて流れる電解液を装置外部に排出する排出路６を設けている。

次に調整部４について説明する。調整部４は、中心軸に沿って電極２を貫通させる貫通孔１１と、この貫通孔１１に対して放射方向に直交する調整ねじ１２を備えている。なお調整ねじ１２は、貫通孔１１に対して放射方向に４つ、等間隔毎に設けられている。
そして、調整部４は、上記ガイド部３と、貫通孔１１中心軸と同心的に突設した結合ねじ１３を介して、着脱可能に螺着している。

そして、回転面盤８は、電極２とガイド部３と調整部４とを着脱可能に搭載するために、調整部４に比較して大径で、回転面盤８と同径の固定盤１４上に、図示しないベアリングを介して回動自在に設けている。

なお、以上のように構成される袋穴加工電解加工装置１に用いられる電解液は、従来同様、ＮａＮＯ_３（硝酸ソーダ）を用いることができるため、ここでは、それらの詳細な説明は省略する。
袋穴加工電解加工装置１を用いて電解加工を行うときは、図示は省略しているが、ワーク側を陽極とし、電極２側を陰極として、両極間に電解液を流し、所定の電圧を印加するようにしている。

以上のような袋穴加工電解加工装置１においては、詳しくは後述するが、電解加工に先立ち、回転面盤８上に搭載したガイド部３および調整部４に、所定形状に加工された電極２をセットした後、調整部４により支持方向の微調整を行うようにしている。
次いで、この電極２、ガイド部３に対して、光透過性擬似ワーク１５を被せて、電解液を流し、電解液流れを可視化して、電解液の流れから、電極２の形状決定の事前判断に供するようにしている。

そこで、光透過性擬似ワーク１５について説明する。
光透過性擬似ワーク１５は、所定の光透過性の樹脂素材により形成されている。この場合、光透過性擬似ワーク１５は、図３に示すように、電極２およびガイド部３に被せることができるように、内側中心軸に沿って、加工すべき形状に形成された袋穴１６を有している。
光透過性擬似ワーク１５を袋穴加工電解加工装置１にセットされた際、光透過性擬似ワーク１５の図中、下端側は、ガイド部３における下部ガイド部３ｃの上面の平坦な段差部３ｄに当接した状態で保持されるようになっている。
なお、光透過性擬似ワーク１５が袋穴加工電解加工装置１にセットされた際、袋穴１６と電極２およびガイド部３間には、電解液の流路が形成されるようになっている。すなわち、電極２の電極先端部２ａと袋穴１６との間には、若干のギャップが形成されるようにしている。

そして、かかる光透過性擬似ワーク１５に対しては、電解液の流れを可視化するために映像手段１７を用いている。映像手段１７としては、周知のビデオカメラ１８、および画像を表示するディスプレイ１９を用いることができる。
なお、電解流を可視化するためには、電解液であるＮａＮＯ_３（硝酸ソーダ）が無色透明であることから、映像として捉えやすくするために、気泡を電解液に混入させるようにしている。勿論、気泡を電解液に混入させる他、適宜な着色剤を電解液に混入させることも可能である。

次に、電解加工に先立ちなされる、電極２の支持方向の微調整について、手順を説明する。
先ず、回転面盤８上に搭載した調整部４およびガイド部３に、所定形状に加工された電極２をセットする。この際電極２は、円筒状直管部２ｂが、ガイド部３中心部を貫いて、調整部４における貫通孔１１に嵌挿され、電極先端部２ａが、ガイド部３における上部ガイド部３ａの直上に突出した状態となる。そして電極先端部２ａに近い円筒状直管部２ｂの外周部に上部ガイド部３ａの支持部７が三方から当接する。
電極２の電極先端部２ａと上部ガイド部３ａとの間には、若干の隙間が形成され、この隙間から支持部７間の電解液通路１０、排出路６へ連通する状態となる。

ここで電極２は、通路５の中心軸Ｘ_１が、装置の中心軸、すなわち、調整部４における貫通孔１１の中心軸Ｘ_２と一致する状態で支持されることが、高精度な電解加工を行う上での前提条件である。
そのため、電極２の支持方向のチェック作業を行う。
電極２の電極先端部２ａの外周にダイヤルゲージ９の測定子を当てた状態で、回転面盤８を回転させることで、電極２を回転させ、電極２の振れ測定を行う。この振れが限界値として例えば０．０８ｍｍ以下であればよい。振れが限界値を超えるものであれば、調整部４における調整ねじ１２を操作し、支持方向の微調整を行う。
これにより、電極２は、電極先端部２ａに近い円筒状直管部２ｂの外周部に当接する支持部７を支点として、支持方向の微調整を行うことができる。

次に、微調整が終了すると、電極２、ガイド部３に対して、光透過性擬似ワーク１５を被せる。これにより、光透過性擬似ワーク１５は、下端側が、ガイド部３における下部ガイド部３ｃの上面の平坦な段差部３ｄに当接した状態で保持される。
光透過性擬似ワーク１５がセットされると、電極２の電極先端部２ａと袋穴１６との間には、若干のギャップが形成され、電解液の流路となる。

そこで、実際に、電極２の直管部２ｂの末端側から通路５を通じて電解液を流す。
電解液は、通路５を通じて、電極先端部２ａから袋穴１６内に噴出し、電極２の電極先端部２ａと袋穴１６とのギャップを介して、電極先端部２ａと上部ガイド部３ａとの間の隙間に至り、この隙間から支持部７間の電解液通路１０を通じて排出路６に至り、外部へと排出される。
このような電解液の流れる状態は、光透過性擬似ワーク１５外側から、視認することができる。これにより、電解液の流れ方から、電解液の滞留チェックや偏流をチェックすることができ、電極２の支持方向を確認する他、加工事前に電極形状の見直し、適正化を行うことができる。

以上のような電解液の流れる状態は、映像手段１７であるビデオカメラ１８、および画像を表示するディスプレイ１９を用いることで、可視化することができ、確実な諸判断を行うことができる。この場合、電解液には、気泡が混入されているため、映像として捉えやすくなる。

以上、本発明によれば、
（１）電解液の流れを視認により、電解液滞留、偏流などを捉えることができるので、電解加工前に電極の支持方向、形状の調整などが可能となる。
（２）電極の支持方向の精度を数値化（振れ＝０．０８ｍｍ以下）することができ、加工品質の向上につながる。
（３）ユニット化により、予め、適正な調整がなされたツールとして確保しておくことで、加工設備の停止時間の短縮化につながる。
（４）光透過性擬似ワークを用いたことにより、加工前に、電極形状の事前判断が可能となる。

なお、上述の袋穴加工電解加工装置１においては、ガイド部３と調整部４とは、貫通孔１１中心軸と同心的に突設した結合ねじ１３を介して、着脱可能に螺着している構成であるので、形状の決定された電極２を、ガイド部３と調整部４とに、ずれなくセットされた状態で、加工時の予備的なツールとして、確保しておくことができるようになる。また、上記実施例１においては、回転面盤８、調整部４を、電極２、ガイド部３とともに電解加工装置１上に設置して、電極２の軸ぶれ等をダイヤルゲージにて調整しているが、これに限らず、回転面盤８を別の装置に取り付け、電解加工装置１とは別の調整装置上で、軸ぶれを調整した後、回転面盤８から調整部４より上部を取り外し、電解加工装置１に取り付け、加工するようにしてもよい。

本発明かかる袋穴加工電解加工装置において、電極の支持方向をチェックするところを示した、外観斜視図である。 図１に示す袋穴加工電解加工装置の縦断面説明図である。 図２に示す袋穴加工電解加工装置において、Ａ−Ａ線に沿って切断して見た、横断面図である。 図１に示す袋穴加工電解加工装置において、光透過性擬似ワークを用いて電解液の流れを可視化する手段を示した模式的説明図である。

符号の説明

１ 袋穴加工電解加工装置
２ 電極
２ａ 電極先端部
２ｂ 直管部
３ ガイド部
３ａ 上部ガイド部
３ｂ 中部ガイド部
３ｃ 下部ガイド部
３ｄ 段差部
４ 調整部
５ 通路
６ 排出路
７ 支持部
８ 回転面盤
９ ダイヤルゲージ
１０ 電解液通路
１１ 貫通孔
１２ 調整ねじ
１３ 結合ねじ
１４ 固定盤
１５ 光透過性擬似ワーク
１６ 袋穴
１７ 映像手段
１８ ビデオカメラ
１９ ディスプレイ

Claims (8)

1. 袋穴加工のための棒状電極（２）を有する袋穴加工のための電解加工装置（１）において、
   前記電極（２）を支持するガイド部（３）と、
   前記電極（２）の支持方向を微調整する調整部（４）とを有し、
   前記電極（２）は、中心軸に沿って電解液を流す通路（５）を備え、
   前記ガイド部（３）には、前記電極（２）における通路（５）からの電解液を装置外部に排出する排出路（６）を設けたことを特徴とする袋穴加工電解加工装置。
2. 前記ガイド部（３）は、前記電極（２）を、前記電極（２）の先端寄りにおいて支持する支持部（７）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の袋穴加工電解加工装置。
3. 前記調整部（４）は、中心軸に沿って前記電極（２）を貫通させる貫通孔（１１）と、この貫通孔（１１）に対して放射方向に直交する調整ねじ（１２）を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の袋穴加工電解加工装置。
4. 前記ガイド部（３）と前記調整部（４）とは着脱可能に接続したことを特徴とする請求項１ないし３記載のうちいずれか１に記載の袋穴加工電解加工装置。
5. 前記調整部（４）は、回転面盤（８）上に着脱可能に搭載する構成としたことを特徴とする請求項１ないし４記載のうち、いずれか１に記載の袋穴加工電解加工装置。
6. 袋穴加工のための棒状電極（２）を有する袋穴加工のための電解加工装置（１）において、
   予め、加工すべき袋穴を形成した光透過性擬似ワーク（１５）を前記電極（２）に被せ、前記光透過性擬似ワーク（１５）を通して視認可能な電解液の流れから、電極（２）の支持方向を検証する他、加工前に電極（２）の形状決定の事前判断を行うようにしたことを特徴とする袋穴加工電解加工方法。
7. 前記電極（２）に被せた前記光透過性擬似ワーク（１５）を通して、電解液の流れを映像手段（１７）を用いて可視化するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の袋穴加工電解加工方法。
8. 電解液に気泡を混入させるようにしたことを特徴とする請求項６または７に記載の袋穴加工電解加工方法。

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