JP2011230271A

JP2011230271A - 電解加工装置

Info

Publication number: JP2011230271A
Application number: JP2010105206A
Authority: JP
Inventors: Masaya Okuno; 真也奥野; Hiroaki Ohara; 宏明大原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】従来よりも高精度な電解加工を低コストで行う。
【解決手段】電解液を用いて加工対象物に所望の機械加工を施す加工機本体１と、該加工機本体１で使用された使用済電解液Ｘ1からスラッジを除去するスラッジ除去部７と、該スラッジ除去部７でスラッジが除去された電解液Ｘ2を回収して加工機本体１に循環的に供給する電解液供給手段と、からなる電解加工装置であって、スラッジ除去部７は、使用済電解液Ｘ1からスラッジを分離する液体サイクロン２と、該液体サイクロン２から排出されたスラッジを濃縮して濃縮スラッジとするスラッジ濃縮部３と、濃縮スラッジを間欠的に外部に排出する排出機構４とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解加工装置に関する。

電解加工は、周知のように、電解液中に被加工金属と工具電極とを対峙させて電解液中に浸漬させ、工具電極を移動させつつ電解液を介して両者間に通電することにより被加工金属の表面に所望の機械加工を施すものである。このような電解加工は、加工速度が速いことと共に加工精度が高いことから、タービン翼や自動車部品等の大量かつ高精度を要する金属部品の加工に利用されている。また、このような電解加工における加工精度は、周知の平衡加工隙間理論に従うものであり、一般には電解液の組成、ｐＨ値、比重、温度、圧力等を一定値に管理することにより維持されている。

下記特許文献１には、このような電解加工の関連技術として、電解加工に使用された電解液（硝酸塩を主成分とするもの）を再生する技術が開示されている。すなわち、電解液の性状は加工精度に大きな影響を与えるので、特許文献１の技術では、電解加工に使用されたことによって不純物（スラッジ）の混入した電解液について、電解液中のスラッジを沈殿槽で比重分離した後、フィルタープレスや遠心分離機等で除去することにより使用前の状態に再生する。

特開２００１−３４２９９号公報

ところで、上記特許文献１の技術は、スラッジのみを精度良く選択的に分離するものではなく、電解液から分離されたスラッジには多量の電解液が含まれている。したがって、特許文献１の技術には、スラッジの後処理に必要となるエネルギー量と薬剤量とが多くなり、この結果として電解加工コストが高くなるという問題がある。また、スラッジと共に電解液が多量に系外に排出されるので、電解加工に供される電解液の組成変動が大きく、この結果として加工精度が低下するという問題点がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、スラッジの除去と同時に外部に排出される電解液の量を減少させることにより、電解加工の低コスト化及び高精度化を実現することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、電解液を用いて加工対象物に所望の機械加工を施す加工機本体と、該加工機本体で使用された使用済電解液からスラッジを除去するスラッジ除去部と、該スラッジ除去部でスラッジが除去された電解液を回収して前記加工機本体に循環的に供給する電解液供給手段と、からなる電解加工装置であって、前記スラッジ除去部は、前記使用済電解液からスラッジを分離する液体サイクロンと、該液体サイクロンから排出されたスラッジを濃縮して濃縮スラッジとするスラッジ濃縮部と、前記濃縮スラッジを間欠的に外部に排出する排出機構とを備えてなる、という手段を採用する。

第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、スラッジ除去部が並列に複数設けられてなる、という手段を採用する。

第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、スラッジ除去部が加圧ポンプを介して直列に複数設けられてなる、という手段を採用する。

本発明によれば、加工機本体で使用した使用済電解液中のスラッジを液体サイクロンで分離し、スラッジ濃縮部で濃縮するので、濃縮スラッジと共に系外に排出される電解液量が減少する。
したがって、本発明によれば、スラッジの除去と同時に外部に排出される電解液の量を減少させることが可能なので、濃縮スラッジの後処理に必要とされるエネルギー量と薬剤量とを従来よりも減少させることが可能であり、よって電解加工のコストを従来よりも削減することができる。
また、本発明によれば、系外に排出される電解液の量を従来よりも減少させることができるので、電解液の組成変動が小さくなり、よって従来よりも高精度な電解加工を実現することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る電解加工装置Ａの機能構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る電解加工装置Ｂの機能構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態に係る電解加工装置Ｃの機能構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の第１〜第３実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、第１実施形態に係る電解加工装置Ａについて説明する。本電解加工装置Ａは、図１に示されているように、加工機本体１、液体サイクロン２、スラッジ濃縮部３、バルブ４、電解液貯留槽５、循環ポンプ６を備えている。

加工機本体１は、電解液貯留槽５から供給された電解液Ｘを用いて被加工金属に所望の機械加工を施すものである。この加工機本体１は、一般的な電解加工機と同等な構成を有するものであり詳細構成の説明は省略するが、被加工金属と共に電解液Ｘ0中に浸漬させた工具電極を被加工金属に対して相対的に順次移動させつつ電解液Ｘ0を介して両者間に加工電流を流し、当該加工電流によって被加工金属の表面から当該被加工金属を構成する成分金属を電解液Ｘ0中に溶出させることにより、被加工金属の表面に所定の機械加工を施すものである。上記電解液Ｘ0は、例えば塩素成分が除去された水（脱塩素水）を溶媒とし、また硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）を溶質とする導電性水溶液である。

液体サイクロン２は、このような加工機本体１から排出された電解液、つまり被加工金属の加工に使用された使用済電解液Ｘ1から比重が比較的重いスラッジを分離するものである。上記スラッジは、加工機本体１に供された電解液Ｘ0に溶出した上記成分金属の水酸化物を主成分とする粒状物である。液体サイクロン２は、上記粒状物であるスラッジを使用済電解液Ｘ1から分離して底部排出部からスラッジ濃縮部３に排出すると共に、使用済電解液Ｘ1からスラッジが除去された電解液Ｘ2を頂部排出部から電解液貯留槽５に排出する。

スラッジ濃縮部３は、液体サイクロン２の底部排出部に接続された管体やタンク等の貯留容器であって、液体サイクロン２で分離されたスラッジを沈降させて濃縮するものである。バルブ４は、スラッジ濃縮部３の底部に接続されており、スラッジ濃縮部３内に沈降した濃縮スラッジを間欠的に排出して、当該濃縮スラッジを電解加工装置Ａの系外に排出する。なお、バルブ４は、濃縮スラッジによって閉塞しないものであれば特に限定されるものではないが、例えばロータリーバルブなどの排出機構が好適である。

電解液貯留槽５は、液体サイクロン２の頂部排出部に接続されており、液体サイクロン２から供給された電解液Ｘ2を一時的に貯留する容器である。この電解液貯留槽５には、系外から補充される電解液Ｘ3（補充電解液）を受け入れる受入口が設けられている。この電解液貯留槽５は、当該受入口で受け入れた補充電解液Ｘ3と上記液体サイクロン２から供給された電解液Ｘ2との混合液を上記加工機本体１で使用する電解液Ｘ0として貯留する。循環ポンプ６は、電解液貯留槽５から電解液Ｘ0を払い出して加工機本体１に供給するポンプである。

上述した本電解加工装置Ａの各構成要素のうち、液体サイクロン２、スラッジ濃縮部３及びバルブ４は、使用済電解液Ｘ1に含まれるスラッジを分離して系外に排出するスラッジ除去部７を構成する。また、液体サイクロン２、電解液貯留槽５及び循環ポンプ６は、スラッジ除去部７が使用済電解液Ｘ1からスラッジを除去して得られる電解液Ｘ2に補充電解液Ｘ3を混合させて電解液Ｘ0とし、当該電解液Ｘ0を加工機本体１に循環的に供給する電解液供給手段を構成する。

ここで、電解液の流れに着目すると、当該電解液は、上述したように途中で性状が多少変化しつつ加工機本体１、液体サイクロン２、電解液貯留槽５及び循環ポンプ６から形成される電解液循環ループ内を循環する。すなわち、加工機本体１において被加工金属の加工に供された使用済電解液Ｘ1は、廃棄されるのではなく液体サイクロン２に回収され、当該液体サイクロン２→電解液貯留槽５→循環ポンプ６を経由することによって電解液Ｘ0として再生されて加工機本体１に循環的に再供給される。

次に、このような本電解加工装置Ａを用いた電解加工方法について説明する。
本電解加工装置Ａでは、加工機本体１は、循環ポンプ６から供給された電解液Ｘ0を用いて被加工金属の加工を行う。加工機本体１において被加工金属の電解加工に使用された使用済電解液Ｘ1は、液体サイクロン２によって回収されてスラッジが分離された電解液Ｘ2となり電解液貯留槽５に供給される。

そして、電解液貯留槽５では、液体サイクロン２によるスラッジの分離・除去に伴って減少した分の補充電解液Ｘ3が上記電解液Ｘ2に補充・混合されることにより電解液Ｘ0となる。そして、電解液貯留槽５の電解液Ｘ0は、循環ポンプ６によって加工機本体１に供給される。すなわち、本電解加工装置Ａにおける電解液は、加工機本体１、液体サイクロン２、電解液貯留槽５及び循環ポンプ６から構成される電解液循環ループを循環しつつ使用（スラッジ混入）と再生（スラッジ除去）とが繰り返されつつ、加工機本体１における被加工金属の電解加工に供される。

スラッジ除去部７による使用済電解液Ｘ1からのスラッジの分離、濃縮、排出は、本電解加工装置Ａの最も特徴とする点であり、以下に詳説する。
液体サイクロン２は、所定の流速で加工機本体１から流入する使用済電解液Ｘ1を旋回流とすることにより電解液よりも比重の大きなスラッジを遠心分離し、テーパー状の周壁に沿って底部に集約・沈降させる。また、液体サイクロン２は、上述したように使用済電解液Ｘ1からスラッジが分離された電解液Ｘ2を頂部排出部から排出する。そして、液体サイクロン２によって分離されたスラッジは、液体サイクロン２の底部排出部に接続されたスラッジ濃縮部３に排出される。

スラッジ濃縮部３は、液体サイクロン２から供給されたスラッジを貯留し、沈降作用によりスラッジを高濃度化して濃縮スラッジとする。すなわち、液体サイクロン２からスラッジ濃縮部３へのスラッジの連続的な排出によって、スラッジ濃縮部３の底部にはスラッジが順次堆積して濃縮スラッジとなる。そして、スラッジ濃縮部３が閉塞しない周期でバルブ４を間欠的に開口することで、スラッジ濃縮部３から濃縮スラッジを外部に排出する。これにより、スラッジは、濃縮スラッジとして電解加工装置Ａの系外に排出される。

以上説明したように、本電解加工装置Ａでは、スラッジ除去部７として液体サイクロン２、スラッジ濃縮部３及びバルブ４からなる構成を採用することにより、使用済電解液Ｘ1中からスラッジを濃縮して除去することが可能であり、スラッジと共に系外に排出される電解液量を従来よりも大幅に削減することができる。電解液の系外排出量の削減は、加工機本体１に供給される電解液Ｘ0の安定化に寄与する。すなわち、電解液の系外排出量が少ない場合、加工機本体１に供給される電解液Ｘ0の組成、導電率、ｐＨ値、比重、温度、圧力等の変動幅を小さくすることができ、この結果として電解加工の加工精度を高精度に維持することができる。

また、本電解加工装置Ａによれば、電解液の混入量が従来よりも少ない濃縮スラッジを後処理すれば良いので、当該後処理に要する種々のコストを削減することができる。すなわち、本電解加工装置Ａによれば、濃縮スラッジの移送や乾燥等に要するエネルギー消費を従来よりも削減することができると共に、スラッジの洗浄や化学処理に要する薬剤量の使用量を削減することができる。さらには、スラッジと共に系外に排出される電解液の液量が従来よりも減少するので、電解液の補充量を削減することが可能であり、よって電解液の再生に要するコストを低減することができる。
すなわち、本電解加工装置Ａによれば、電解加工装置Ａにおけるライニングコストを従来よりも大幅に削減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る電解加工装置Ｂについて説明する。
本電解加工装置Ｂは、図２に示すように、上述した第１実施形態に係る電解加工装置Ａにスラッジ除去部７１をさらに並列に付加した構成を有する。すなわち、本電解加工装置Ｂは、加工機本体１の使用済電解液Ｘ1の排出側に２つのスラッジ除去部７、７１を並列配設したものである。

本電解加工装置Ｂでは、加工機本体１から排出された使用済電解液Ｘ1は、２系統に分流されてスラッジ除去部７、７１に並行して供給され、当該各スラッジ除去部７、７１によってスラッジが並行して分離・除去される。そして、各スラッジ除去部７、７１からは、濃縮スラッジがそれぞれ排出される一方、使用済電解液Ｘ1からスラッジが除去された電解液Ｘ2が電解液貯留槽５に向けて排出される。

このような本電解加工装置Ｂでは、２つのスラッジ除去部７、７１を並列に備えることによって、使用済電解液Ｘ1の液量変化に対応可能となる。すなわち、本電解加工装置Ｂによれば、一方のスラッジ除去部７の処理可能量を上回る多量の使用済電解液Ｘ1が加工機本体１から排出された場合に、使用済電解液Ｘ1を２つのスラッジ除去部７、７１で並行して処理するので、未処理の使用済電解液Ｘ1がスラッジ除去部７からオーバーフローして電解液貯留槽５に流入することがない。

したがって、本電解加工装置Ｂによれば、加工機本体１に供給される電解液Ｘ0の性状を第１実施形態に係る電解加工装置Ａよりも安定化させることが可能であり、よって被加工金属をより高安定に電解加工することができる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係る電解加工装置Ｃについて説明する。
本電解加工装置Ｃは、図３に示すように、上述した第１実施形態におけるスラッジ除去部７のスラッジの通過経路に対してスラッジ除去部７２を直列に設けた構成を有する。すなわち、本電解加工装置Ｃは、スラッジ除去部７を構成するバルブ４の出口側に貯留タンク８と加圧ポンプ９とを介してスラッジ除去部７２を接続したものである。

本電解加工装置Ｃでは、加工機本体１から排出された使用済電解液Ｘ1は、一段目のスラッジ除去部７に導入されてスラッジが分離・除去される。そして、一段目のスラッジ除去部７のバルブ４から排出された若干電解液を含む濃縮スラッジは、貯留タンク８に導入されて一時的に貯留された後に加圧ポンプ９により二段目のスラッジ除去部７２に圧送されてスラッジが分離・濃縮される。当該二段目のスラッジ除去部７２でスラッジが除去された電解液は、一段目のスラッジ除去部７から排出された電解液Ｘ2とともに電解液貯留槽５に供給される。

このような本電解加工装置Ｃでは、２つの直列配設されたスラッジ除去部７、７２を備えるので、第１実施形態に係る電解加工装置Ａや第２実施形態に係る電解加工装置Ｂよりもスラッジとともに系外に排出される電解液の量を削減することができる。したがって、本電解加工装置Ｃによれば、加工機本体１に供給される電解液Ｘ0の性状を第１実施形態に係る電解加工装置Ａや第２実施形態に係る電解加工装置Ｂよりもさらに安定化させることができると共に、ライニングコストをさらに削減することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記第２、第３実施形態に係る電解加工装置Ｂ、Ｃは、上記第１実施形態に係る電解加工装置Ａのスラッジ除去部７に対して、さらにスラッジ除去部７１、７２を付加した構成であるが、さらに多数のスラッジ除去部を付加してもよい。すなわち、３つ以上のスラッジ除去部を備えた構成としてもよい。

（２）３つ以上のスラッジ除去部７を備えた構成とした場合には、全てのスラッジ除去部を並列あるいは直列で配設するほか、並列に配設された複数のスラッジ除去部の各々に対して、直列でさらにスラッジ除去部を付加した構成としてもよい。

（３）上記第３実施形態に係る電解加工装置Ｃでは、一段目のスラッジ除去部７の排出側に濃縮スラッジを貯留する貯留タンク８を備えるが、当該貯留タンク８を削除した構成であってもよい。すなわち、一段目のスラッジ除去部７と二段目のスラッジ除去部７２とを加圧ポンプ９を介して接続してもよい。

Ａ、Ｂ、Ｃ…電解加工装置、Ｘ0〜Ｘ3…電解液、１…加圧機本体、２…液体サイクロン、３…スラッジ濃縮部、４…バルブ、５…電解液貯留槽、６…循環ポンプ、７、７１、７２…スラッジ除去部、９…加圧ポンプ

Claims

電解液を用いて加工対象物に所望の機械加工を施す加工機本体と、
該加工機本体で使用された使用済電解液からスラッジを除去するスラッジ除去部と、
該スラッジ除去部でスラッジが除去された電解液を回収して前記加工機本体に循環的に供給する電解液供給手段と、からなる電解加工装置であって、
前記スラッジ除去部は、
前記使用済電解液からスラッジを分離する液体サイクロンと、
該液体サイクロンから排出されたスラッジを濃縮して濃縮スラッジとするスラッジ濃縮部と、
前記濃縮スラッジを間欠的に外部に排出する排出機構とを備えてなることを特徴とする電解加工装置。
前記スラッジ除去部が並列に複数設けられてなることを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
前記スラッジ除去部が加圧ポンプを介して直列に複数設けられてなることを特徴とする請求項１または２記載の電解加工装置。