JP2013180389A - 電解加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の曲率の曲がり孔を容易に形成することが可能な電解加工装置を提供する。
【解決手段】軸線Ｏに沿って延びる筒状をなす電極棒１０の先端から電解液Ｌを流出させるとともに、該電極棒１０を先端側に送りながら電極棒１０の先端と被加工物２００の内壁面２０２との間に直流電圧を印加することで被加工物２００に穿設加工を施す電解加工装置１０１であって、電極棒１０は、直流電圧を印加した際に先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域を形成する電場偏在構造を有し、電極棒１０の軸線Ｏ回りの回転位相角度に応じて該電極棒１０の回転速度が変化するように電極棒１０を回転させる回転駆動手段２０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解液を介して電極棒と被加工物との間に電圧を印加して通電することにより、被加工物を溶解させて加工する電解加工装置に関する。

機械加工が困難な難削材の穿孔加工は、一般的に電解加工法や放電加工法によって行われている。特に、高アスペクト比を有する難削材に対して穿孔加工をする際には、電解加工法が用いることが好ましい。

ところで、例えばガスタービンのタービン翼内には、該タービン翼を冷却すべく冷却媒体を流通させるための冷却孔が形成されている。この冷却孔による冷却効率を高めるためには、該冷却孔の形状をタービン翼の幾何形状に沿って湾曲させることが好ましい。しかしながら、従来のタービン翼に対する電解加工法は、直線孔を形成することには適しているものの、湾曲形状の加工孔、即ち、曲がり孔を形成することは困難であった。そこで、タービン翼に冷却孔を形成する際には、電極棒により二つの直線孔をそれぞれ形成してこれらを接続させることで擬似的な曲がり孔を形成するに留まっていた。

ここで、例えば特許文献１には、電解加工に用いる電極に湾曲導電性部材を用い、該湾曲導電性部材の湾曲形状に沿った曲がり孔を形成する技術が開示されている。

また、例えば特許文献２には、加工用電極工具の表面における一部を除いて絶縁部材で覆うことにより加工用電極工具の周方向位置で加工量に差を持たせた曲がり孔加工装置が開示されている。この曲がり孔加工装置によれば、加工量の多い側に加工用電極工具が進行していくことで曲がり孔が形成される。

特開２０１１−６２８１１号公報 特開平７−５１９４８号公報

しかしながら、上記特許文献１の記載では、曲がり孔の形状は湾曲導電性部材の形状によって決定されてしまう。したがって、異なる曲率の曲がり孔を形成しようとすればこれに応じた湾曲導電性部材を用意する必要があるため、単一の電極で所望の曲率の曲がり孔を形成することはできない。

また、特許文献２に記載の技術では、加工用電極工具の表面の絶縁部材で覆われている部分と覆われていない部分との加工量の差によって進行方向が決定されるため、曲がり孔の形成方向を任意に調整することができない。即ち、加工用電極工具の表面の絶縁部材で覆われている部分と覆われていない部分との面積がそれぞれ固定であるため、上記加工量の差を可変にすることができず、所望の曲率の曲がり孔を形成することが困難であった。

一方、電解加工工具としては、電極棒を加工孔内に送り込む際に、該電極棒が加工孔の内壁面に引っ掛かることなく、円滑に進行可能であることが好ましい。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、所望の曲率の曲がり孔を容易に形成することが可能な電解加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る電解加工装置は、軸線に沿って延びる筒状をなす電極棒の先端から電解液を流出させるとともに、該電極棒を先端側に送りながら前記電極棒の先端と前記被加工物の内壁面との間に直流電圧を印加することで前記被加工物に穿設加工を施す電解加工装置であって、前記電極棒は、前記直流電圧を印加した際に前記先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域を形成する電場偏在構造を有し、前記電極棒の前記軸線回りの回転位相角度に応じて該電極棒の回転速度が変化するように前記電極棒を回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする。

この電解加工装置によれば、直流電圧の印加時に電極棒先端の周方向一部に電場偏在領域が形成されるため、当該電場偏在領域に電流が集中する結果、被加工物の加工は該電極棒における電場偏在領域側において支配的となり、即ち、電極棒の電場偏在領域側の加工量が大きくなる。
このような電極棒が回転されると電場偏在領域も電極棒の回転に従って遷移する。ここで、電極棒の回転速度を小さくすると、加工孔に対する電解偏在領域の相対速度も小さくなるため、該電場偏在領域を介して加工孔に流通する電流密度は大きなものとなり、単位時間当たりの電解量は大きくなる。
したがって、電極棒が所定の回転位相角度となる際にのみ該電極棒の回転速度を小さくすることにより、当該所定の回転位相角度に対応する加工孔の周方向位置、即ち、加工孔における任意の周方向位置に対する電解量を大きくすることができる。これにより、加工孔を任意の方向に穿設していくことができる。

ここで、例えば電極棒をその軸線回りに回転させることなく送り込んだ場合、電極棒と加工孔の内壁面との接触による接触摩擦抵抗は、送りによる力の逆向きに作用する。この際、電極棒はその曲げ剛性のみによって接触摩擦抵抗を受けることになる。したがって、接触摩擦抵抗が曲げ剛性を上回ると、電極棒に必要以上の曲がりが生じ、加工孔の内壁面に引っ掛かるリスクが大きくなる。
これに対して本発明では、電極棒をその軸線回りに回転させながら送り込むため、上記接触摩擦抵抗を電極棒の曲げ剛性に加えて捩り剛性で受けることができる。したがって、電極棒に必要以上の曲がりが生じてしまうことを抑えることができる。

また、本発明に係る電解加工装置において、前記回転駆動手段は、駆動されることで前記電極棒を前記軸線回りに回転させる駆動源と、前記電極棒の回転位相角に応じて前記回転速度が変化するように前記駆動源を駆動する回転制御部とを有することが好ましい。

電極棒を回転させる駆動源を、回転制御部が電極棒の回転位相角度に応じて回転速度を変化させることで、加工孔における任意の周方向位置に対する電解量を大きくすることができる。これにより、所望の曲率の曲がり孔を形成することができる。

また、本発明に係る電解加工装置は、前記電極棒の回転位相角を検出する位相角検出部をさらに備え、前記回転制御部は、前記位相角検出部が検出する回転位相角に応じて前記駆動源による前記電極棒の回転速度を変化させることが好ましい。

これによって、電極棒が所定の回転位相角となる際に該電極棒の回転速度を変化させることができるため、加工孔における任意の周方向位置の電解量を確実に大きくすることができる。

さらに、本発明に係る電解加工装置は、前記電極棒に一体に設けられた被検出部と、前記電極棒の回転に伴う前記被検出部の接近を検出する近接センサとをさらに備え、前記回転制御部は、前記近接センサが検出する前記被検出部の接近に応じて前記駆動源による前記電極棒の回転速度を変化させるものであってもよい。

これにより、電極棒の回転に伴って回転する被検出部の接近に基づいて回転制御部が電極棒の回転速度を変化させることで、電極棒が所定の回転位相角となる際にのみ該電極棒の回転速度を変化させることができる。したがって、加工孔における任意の周方向位置の電解量を確実に大きくすることができる。

また、本発明に係る電解加工装置は、前記被加工物に形成される加工孔の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部をさらに備え、前記回転制御部は、前記位置ずれ検出部が検出する位置ずれ量に応じて前記駆動源による前記電極棒の回転速度を変化させるものであってもよい。

これにより、加工孔のずれに応じて加工孔の穿設方向を変化させることができるため、当初意図した曲率の加工孔を容易に形成することができる。よって、加工孔の加工精度を向上させることができる。

また、本発明に係る電解加工装置は、前記回転駆動手段は、駆動源と、該駆動源によって一定の回転速度で回転される第一楕円偏心カムと、前記電極棒に一体に設けられて前記電極棒とともに前記軸線回りに回転可能とされた第二楕円偏心カムと、これら第一楕円偏心カム及び第二楕円偏心カムに巻き掛けられて、前記第一楕円偏心カムの回転を前記第二楕円偏心カムに伝達させるベルトとを有するものであってもよい。

第一楕円偏心カムが一定の回転速度で回転されると、当該回転がベルトを介して第二楕円偏心カムに伝達される。この際、第一楕円偏心カム及び第二楕円偏心カムがそれぞれ楕円形状かつ偏心状態にあることから、第二楕円偏心カムの回転速度は、該第二楕円偏心カムの回転位相角度によって変化する。これによって、該第二楕円偏心カムと一体とされた電極棒の回転速度をその回転位相角に応じて変化させることができる。したがって、上記同様、加工孔における任意の周方向位置に対する電解量を大きくすることができるため、所望の曲率の加工孔を形成することが可能となる。

また、本発明に係る電解加工装置は、軸線に沿って延びる筒状をなす電極棒の先端から電解液を流出させるとともに、該電極棒を先端側に送りながら前記電極棒の先端と前記被加工物の内壁面との間に直流電圧を印加することで前記被加工物に穿設加工を施す電解加工装置であって、前記電極棒は、前記直流電圧を印加した際に前記先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域を形成する電場偏在構造を有するとともに、該電場偏在構造の前記軸線を挟んだ反対側の部分に、前記電極棒の内外を連通させる孔部が形成されており、前記電極棒に前記電解液を供給する電解液供給部と、該電解液供給部の前記電解液の供給量を変化させる液量制御部と、前記被加工物に形成される加工孔の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部をさらに備え、前記液量制御部が、前記位置ずれ検出部によって検出される位置ずれ量に応じて前記電解液供給部による前記電解液の供給量を変化させるものであってもよい。

これにより、電極棒内を流通する電解液は、該電極の先端から流出される他、一部は孔部から電極棒の径方向外側へと向かって流出される。この際、孔部から流出された電解液は加工孔に流体作用力を付与することにより、電極棒にはその反力が付与され、該電極棒による加工孔の穿設方向を変化させることができる。
したがって、液量制御部によって電解液供給部による電解液の供給量を変化させることで、加工孔への流体作用力の大きさを変化させ、その結果、加工孔の穿設方向を調整することができる。これによって、当初意図した曲率の加工孔を容易に形成することができ、加工孔の加工精度を向上させることができる。

本発明の電解加工装置によれば、電極棒の回転位相角度に応じて該電極棒の回転角度を変化させることにより、加工孔を任意の方向に向かって穿設していくことができる。また、加工孔の内壁面から作用する接触摩擦抵抗を電極棒の曲げ剛性に加えて捩り剛性で受けることができる。これにより、所望の曲率の曲がり孔を容易に形成することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る電解加工装置の概略構成図である。 本発明の第一実施形態に係る電解加工装置のブロック図である。 図１における電極棒の先端の拡大図である。 電極棒の回転位相角度と回転速度との関係を示すグラフである。 電極棒におけるその軸線に直交する断面図であって、電極棒の回転位相角度と電場偏在領域との位置関係を示す図である。 （ａ）は電極棒を低速で回転させた際の該電極棒の斜視図、（ｂ）は電極棒を高速で回転させた際の該電極棒の斜視図である。 電極棒により加工された加工孔の形状を示す断面図である。 （ａ）は電極棒を非回転とした場合の該電極棒に作用する接触摩擦抵抗を説明する図、（ｂ）は電極棒を回転させた場合の該電極棒に作用する接触摩擦抵抗を説明する図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係る電極棒の先端の拡大図である。 本発明の第二実施形態に係る電解加工装置の概略構成図である。 本発明の第二実施形態に係る電解加工装置のブロック図である。 （ａ）は電極棒の回転位相角度と近接センサの出力との関係を示す図、（ｂ）は電極棒の回転位相角度と回転速度との関係を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る電解加工装置の概略構成図である。 本発明の第三実施形態に係る電解加工装置のブロック図である。 本発明の第三実施形態に係る電解加工装置における第一楕円偏心カム、第二楕円偏心カム及びベルトの平面図であって、各回転位相角度時の状態を示す図である。 （ａ）は第一楕円偏心カムの回転位相角度と第一駆動半径との関係を示す図、（ｂ）は第二楕円偏心カムの回転位相角度と第二駆動半径との関係を示す図である。 （ａ）は第一楕円偏心カムの回転位相角度と回転速度との関係を示す図、（ｂ）は第二楕円偏心カムの回転位相角度と回転速度との関係を示す図である。 本発明の第四実施形態に係る電解加工装置の概略構成図である。 本発明の第四実施形態に係る電解加工装置のブロック図である。 本発明の第五実施形態に係る電解加工装置における電極棒の先端の部分拡大図である。 本発明の第五実施形態に係る電解加工装置のブロック図である。

以下、本発明の第一実施形態について、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、第一実施形態の電解加工装置１０１は、ガスタービンのタービン翼等の被加工物２００に対して例えば冷却孔として機能する加工孔２０１を穿設加工する装置である。本実施形態の電解加工装置１０１は特に湾曲形状をなす加工孔２０１、即ち、曲がり孔の形成に適している。

この電解加工装置１０１は、図１及び図２に示すように、加工孔２０１内に挿入されながら電解加工を施していく電極棒１０と、該電極棒１０を回転させる回転駆動手段２０とを備えている。さらに電解加工装置１０１は、図２に示すように、位相角検出部３１と、移動機構３４と、電圧印加部３５と、電解液供給部３６と、液量制御部３７とを備えている。

電極棒１０は、全体として軸線Ｏに沿って延びる筒状（本実施形態では円筒状）をなしており、図３に示すように、電極本体１２と、絶縁層１３とから構成されている。
電極本体１２は、軸線Ｏに沿って延びる円筒状をなしており、例えばステンレス、銅、チタン等の可撓性を有する導電性材料から構成されている。なお、電極本体１２の材料としては、導電性及び可撓性を有するものならば他の材料であってもよい。
この電極棒１０の内周側の中空部分（電極棒１０の内部）には、電解液供給部３６から供給される電解液Ｌが先端側（図１及び図３の下側）へと向かって流通するようになっている。

絶縁層１３は、電極本体１２の外周面に被覆されており、例えば電気絶縁性を有するポリエステル系の樹脂等から構成されている。この絶縁層１３は、電極棒１０本体の外周面の周方向及び軸線Ｏ方向のほぼ全域にわたって被覆されている。

このような電極本体１２及び絶縁層１３からなる電極棒１０は、電圧印加部３５によって電極棒１０の電極本体１２と被加工物２００との間に電解液Ｌを介して電圧が印加された際に、電極棒１０の先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域Ｅを形成する電場偏在構造を有している。

このような電場偏在構造として、本実施形態では、電極棒１０の先端に切欠形状が形成されている。即ち、電極棒１０の先端は、その直径方向の一方側から他方側に向かうに従って先端側に向かうに従って斜めに切り欠かれた竹やり形状をなしている。これによって、電極棒１０の先端面１１、即ち、電極本体１２及び絶縁層１３の先端面１１は、軸線Ｏ方向に対して傾斜する方向を向いている。したがって、電圧印加時の電場は、電極棒１０の先端面１１が向く方向に偏在することになり、即ち、電極棒１０の先端の周方向一部に電場強度が偏在することになる。

図１及び図２に示すように、回転駆動手段２０は、駆動源２１及び回転制御部３０を備えている。
駆動源２１は、駆動されることで電極棒１０を軸線Ｏ回りに回転させるものであって、例えば出力軸２３回りに回転駆動可能なサーボモータ等の駆動源本体２２を備えている。これにより、駆動源本体２２は入力される制御信号によって出力軸２３の回転速度を任意に変更可能とされている。

本実施形態では、駆動源２１はさらに伝達機構２４を備えている。この伝達機構２４は、駆動源本体２２の出力軸２３の回転を電極棒１０に伝達させる役割を有しており、出力軸２３と一体に回転する第一歯車２５と、該第一歯車２５と噛み合うとともに前記電極棒１０に一体に固定されて該電極棒１０の軸線Ｏ回りに回転可能とされた第二歯車２６とを有している。これによって、駆動源本体２２の出力軸２３の回転が第一歯車２５及び第二歯車２６を介して電極棒１０に伝達され、該電極棒１０が軸線Ｏ回りに回転する。
なお、伝達機構２４としては、第一歯車２５及び第二歯車２６からなる歯車機構のみならず、ベルト及びプーリやチェーン及びスプロケットからなるもの、あるいはこれらを組み合わせたものであってもよい。

図２に示すように、回転制御部３０は、電極棒１０の回転位相角に応じて回転速度が変化するように駆動源２１を駆動する制御装置である。
即ち、回転制御部３０は、駆動源２１に制御信号を出力することにより、該駆動源２１の出力軸２３を回転させるとともに該駆動源２１の出力軸２３の回転速度を任意に変化させることができるように構成されている。この回転速度のコントロールは、例えば駆動源２１に供給される電流量を回転制御部３０が制御することで容易に行うことができる

このような回転制御部３０は、例えば図４に示すグラフのように、電極棒１０の回転位相角度に応じて電極棒１０の回転速度を変化させる。図４の例では、電極棒１０の回転位相角度がπ／２の際にのみ電極棒１０の回転速度を低下させ、その他の回転位相角度の際には回転速度が定速となるように該回転速度を制御している。

図２に示すように、位相角検出部３１は、電極棒１０の回転位相角度を検出する役割を有しており、例えばロータリーエンコーダが用いられる。このロータリーエンコーダは、例えば電極棒１０の一定量の回転毎にパルスを出力し、単位時間当たりのパルス数を積算して該単位時間辺り回転数を求めることにより電極棒１０の回転速度を検出することができるようになっている。なお、位相角検出部３１としては、パルスエンコーダや速度発電機等、他の構成を採用してもよい。
このような位相角検出部３１が検出した回転位相角度は上記回転制御部３０に入力される。回転制御部３０は、この回転位相角度に応じて駆動源２１による電極棒１０の回転速度を変化させる。

図２に示すように、移動機構３４は、電解加工装置１０１を被加工物２００に対して進退させる役割を有している。本実施形態の移動機構３４は、被加工物２００の上側に配置されており、被加工物２００に対して電極棒１０を上下に進退移動可能となるように構成されている。

このような、移動機構３４による進退移動は、例えば図示しない電動機等の出力によって行われる。また、移動機構３４の進退移動の加速度、即ち、上記電動機の出力は、図示しない押し込み力制御装置によって制御されている。これによって、移動機構３４が電極棒１０を進退させる際、即ち、加工孔２０１に向かって押し込む際の押し込み力が任意に調整可能とされている。

図２に示すように、電圧印加部３５は、電極棒１０及び被加工物２００との間に電解液Ｌを介して電流が流通するようにこれら電極棒１０と被加工物２００とに直流電圧を印加する電圧源装置である。即ち、この電圧印加部３５は、電極棒１０と被加工物２００の加工孔２０１の内壁面２０２との間が電解液Ｌによって満たされた状態で、電極棒１０の電極本体１２を陰極、被加工物２００を陽極としてこれらの間に電圧を印加する。これによって、電極棒１０の周囲に電場が発生し、電極本体１２と被加工物２００との間に渡るようにして電解液Ｌ中に電流が流通する。

図２に示すように、電解液供給部３６は、電極棒１０の内部に電解液Ｌを供給する装置である。この電解液供給部３６は、電解液Ｌが貯留されたタンクを有しており、該タンクから例えば電極棒１０の後端から該電極棒１０本体の内側に電解液Ｌを供給する。これによって、電極棒１０の先端開口、即ち、電極本体１２の先端開口から電極棒１０外部に電解液Ｌが流出するようになっている。

図２に示すように、液量制御部３７は、電解液供給部３６による電極棒１０への電解液Ｌの供給量を変化させる装置である。この液量制御部３７は、例えば電解液供給部３６に設けられた流量調整バルブ、あるいは、電極棒１０に電解液Ｌを圧送するためのポンプ等を制御することによって、電解液供給部３６から電極棒１０に供給させる電解液Ｌの供給量を任意に調整可能とされている。

このような構成の電解加工装置１０１によって被加工物２００に加工孔２０１を形成する際には、電解液供給部３６から電極棒１０の内側に電解液Ｌを順次供給しながら、移動機構３４によって電極棒１０を被加工物２００に向かって進行させる。これにより、図１に示すように、電極棒１０内部を流通した電解液Ｌが、該電極棒１０の先端から流出され、該電極棒１０と加工孔２０１の内壁面２０２との間の空間が電解液Ｌによって満たされる。

また、この際、電極棒１０は回転駆動手段２０によって軸線Ｏ回りに回転させられる。そして、電圧印加部３５によって電極棒１０の電極本体１２を陰極、被加工物２００を陽極としてこれら電極棒１０と被加工材の間に電圧を印加すると、電解液Ｌを介して電極の先端面１１と被加工物２００の加工孔２０１の内壁面２０２との間に通電が生じることで、被加工物２００が溶解する。これによって、被加工材が溶解することで、電極棒１０の進行に伴って加工孔２０１がより深く加工されていく。

ここで、本実施形態では、図３に示したように、電圧印加部３５の直流電圧の印加時に電極棒１０先端の周方向一部に電場偏在領域Ｅが形成される。すると、上記電解加工時には、当該電場偏在領域Ｅに電流が集中する結果、被加工物２００の加工は該電極棒１０における電場偏在領域Ｅ側において支配的となる。即ち、被加工物２００の電解量は、電流密度に応じて大きくなるため、該電流密度が大きい電極の電場偏在領域Ｅ側における被加工物２００の内壁面２０２の加工量が大きくなる。

このような電極棒１０が回転されると、図５に示すように、電場偏在領域Ｅも電極棒１０の回転に従って遷移する。図５（ａ）においては、電極棒１０の回転位相角度がπ／２ｒａｄの状態を示しており、電場偏在領域Ｅは電極棒１０から該電極棒１０の径方向一方側（図５の右側）に向かって延在している。また、図５（ｂ）においては、電極棒１０の回転位相角度が３π／２ｒａｄの状態を示しており、電場偏在領域Ｅは電極棒１０から該電極棒１０の径方向他方側（図５の左側）に向かって延在している。このような電場偏在領域Ｅは、加工孔２０１の内壁面２０２の特定箇所を電極棒１０の一回転毎に一度のみ通過する。

ここで、電極棒１０の回転速度を小さくすると、加工孔２０１の内壁面２０２に対する電解偏在領域の相対速度も小さくなるため、該電場偏在領域Ｅを介して加工孔２０１の内壁面２０２の特定箇所に流通する単位時間当たりの電流密度は大きなものとなる。よって、当該内壁面２０２の特定箇所に対する単位時間当たりの電解量は大きくなる。
一方、電極棒１０の回転速度を大きくすると、加工孔２０１の内壁面２０２に対する電解偏在領域の相対速度も大きくなるため、該電場偏在領域Ｅを介して加工孔２０１の内壁面２０２の特定箇所に流通する電流密度は小さなものとなる。よって、当該内壁面２０２の特定箇所に対する単位時間当たりの電解量は小さくなる。

したがって、図４に示すように、回転駆動手段２０の回転制御部３０が、電極棒１０の回転位相角度π／２ｒａｄの際にのみ該電極棒１０の回転位相角度を低下させると（図５（ａ）及び図６（ａ）参照）、当該回転位相角度において電解偏在領域が通過する加工孔２０１の内壁面２０２の加工量は大きくなる。また、この際、回転位相角度がπ／２ｒａｄ以外の際、例えば３π／２ｒａｄの際には、回転角度が回転位相角度π／２ｒａｄの際よりも大きくなるため（図５（ｂ）及び図６（ｂ）参照）、電解偏在領域が通過する加工孔２０１の内壁面２０２の加工量は小さくなる。

これによって、図７に示すように、電極棒１０の低速回転の回転位相角度時に電場偏在領域Ｅが通過する加工孔２０１の内壁面２０２（図７の右側の部位）の電解量、即ち、曲げ方向電解量が大きくなるとともに、電極棒１０の高速回転の回転位相角度時に電場偏在領域Ｅが通過する加工孔２０１の内壁面２０２（図７の左側の部位）の電解量、即ち、逆方向電解量が小さくなる。そして、このような電解加工を連続的に行っていくと、電解量の大きい方向へと向かって加工孔２０１がより深く加工されていくため、結果的に曲がり孔を形成することができる。

このように、本実施形態の電解加工装置１０１によれば、電極棒１０が所定の回転位相角度となる際にのみ該電極棒１０の回転速度を小さくすることにより、当該所定の回転位相角度に対応する加工孔２０１の周方向位置、即ち、加工孔２０１における任意の周方向位置に対する電解量を大きくすることができる。

また逆に、電極棒１０が所定の回転位相角度となる際にのみ該電極棒１０の回転速度を大きくすれば、当該所定の回転位相角度に対応する加工孔２０１の周方向位置、即ち、加工孔２０１における任意の周方向位置に対する電解量を小さくすることができる。
これによって、加工孔２０１は電解量の大きい側に向かって深く形成されていくことにより、曲がり孔を容易に形成することができる。

さらに、上記曲げ方向電解量の大きさは、電極棒１０の回転速度を調整することで容易に変化させることができるため、当該回転速度を調整することにより所望の曲率の曲がり孔を容易に形成することが可能となる。

ここで、図８（ａ）に示すように、例えば電極棒１０をその軸線Ｏ回りに回転させることなく移動機構３４により送り込んだ場合、電極棒１０と加工孔２０１の内壁面２０２との接触による接触摩擦抵抗は、電極棒１０に対して送りによる力の逆向き方向のみに作用する。この際、電極棒１０はその曲げ剛性のみによって接触摩擦抵抗を受けることになる。したがって、接触摩擦抵抗が曲げ剛性を上回ると、電極棒１０に必要以上の曲がりが生じ、加工孔２０１の内壁面２０２に引っ掛かるリスクが大きくなる結果、円滑な加工が困難となる。

これに対して本実施では、図８（ｂ）に示すように、電極棒１０をその軸線Ｏ回りに回転させながら送り込むため、上記接触摩擦抵抗を電極棒１０の曲げ剛性に加えて捩り剛性で受けることができる。即ち、接触摩擦抵抗の軸線Ｏ方向成分を曲げ剛性で受けつつ、該接触摩擦抵抗の回転方向成分を捩り剛性で受けることができる。したがって、電極棒１０に作用する接触摩擦抵抗を軸方向と捩り方向とに分散して受けることができるため、図８（ａ）の場合に比べて曲がり剛性での負担が小さくなる。その結果、電極棒１０に必要以上の曲がりが生じてしまうことを回避することができ、該電極棒１０が加工孔２０１の内壁面２０２に引っ掛かってしまうリスクを低減させることができるため、円滑な加工を行うことが可能となる。

なお、第一実施形態では、電極棒１０の電場偏在構造として先端を竹やり状とした例について説明したが、変形例として図９に示すような電場偏在構造であってもよい。
即ち、図９の電場偏在構造は、電極本体１２の先端における周方向の一部に、絶縁層１３が被覆されていない非絶縁部１４が形成されている。このような非絶縁部１４は、例えば電極棒１０における絶縁層１３を該電極棒１０の先端から後端側に向かって切り欠くことによって形成することができる。

このような非絶縁部１４が形成されていることによって、電極本体１２の非絶縁部１４側の部分における電極本体１２が外部に露出した状態となる。したがって、当該電極本体１２と被加工物２００との間に直流電圧を印加すると、電極本体１２と被加工物２００との間の電場は、非絶縁部１４側に偏在することになる。したがって、実施形態と同様、電極棒１０の先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域Ｅを形成することができる。

なお、電極棒１０の電場偏在構造としては、例えば電極本体１２の周方向一部のみの厚さを大きくした構造であってもよい。この場合、電極本体１２の周方向位置における厚さが大きい部分側に電場偏在領域Ｅが形成される。
また、この他、電極棒１０の先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域Ｅを形成することができる構造ならば他の構造を電場偏在構造として採用してもよい。

さらに、本実施形態では位相角検出部３１の出力に応じて回転制御部３０が駆動源２１による電極棒１０の回転速度を変化させることとしたが、位相角検出部３１を有しない構成であってもよい。
この場合、回転制御部３０は、電極棒１０の回転速度、即ち、駆動源２１の出力軸２３の回転速度に基づいて、回転位相角度が所定の際にのみ該回転速度を低下あるいは増大するように該回転速度を制御する。これにより、電場偏在領域Ｅの積分量を制御することで、曲がり孔を容易に形成することができる。
また、例えばモータ及びギアトレインを用いることにより、上記のように回転速度を変化させる構成であってもよい。

次に本発明の第二実施形態について図１０〜図１２を参照して説明する。この第二実施形態については第一実施形態と同様の構成要素については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態の電解加工装置１０２は、第一実施形態における位相角検出部３１に代えて、図１０及び図１１に示すように、被検出部３２及び近接センサ３３を備えている点で第一実施形態と相違する。

被検出部３２は、近接センサ３３によってその検出が可能な金属等から形成されており、電極棒１０と一体に軸線Ｏ回りに回転可能に設けられている。本実施形態の被検出部３２は、電極棒１０と一体に設けられた第二歯車２６の下面に設けられている。これによって、電極棒１０の回転に伴って、被検出部３２は軸線Ｏを中心とした円形の軌跡上を公転するように移動する。

近接センサ３３は、電極棒１０の軸線Ｏから径方向に離間した定位置に固定されている。本実施形態の近接センサ３３は被検出部３２と同一の軸線Ｏ方向位置に設けられており、軸線Ｏ回りに公転する被検出部３２と近接センサ３３との距離が予め定めた距離よりも小さくなった場合に被検出部３２が接近したと判定し、これによって被検出部３２の近接を検出する。

ここで、近接センサ３３が被検出部３２の接近を検出する際、被検出部３２は予め定められた距離以下に近接センサ３３に接近しており、これは被検出部３２が一体に回転する電極棒１０の回転位相角度が所定の値となっていることを意味している。したがって、近接センサ３３によって被検出部３２が検出される際には、電極棒１０は所定の範囲の回転位相角度の状態となっている。

この近接センサ３３は、図１２（ａ）に示すように、被検出部３２の近接を検出していない状態では回転制御部３０にオフ信号を出力する一方、被検出部３２の近接を検出した際には、回転制御部３０にオン信号を出力する。本実施形態では、近接センサ３３が被検出部３２の接近を検出した際には、電極棒１０の回転位相角度がπ／２付近となっており、この回転位相角度の際にのみオン信号が出力される。

また、本実施形態の回転制御部３０は、近接センサ３３からオフ信号が入力されている際には、電極棒１０が一定の高速度で回転するように駆動源２１を制御する一方、近接センサ３３からオン信号が入力されている際には電極棒１０が低速度で回転するように駆動源２１を制御する。
これにより、電極棒１０は、図１２（ｂ）に示すように、近接センサ３３が被検出部３２の接近を検知した際、即ち、電極棒１０が所定の回転位相角度となった際にのみ、該電極棒１０の回転速度を低下させる。

以上のように第二実施形態の電解加工装置１０２においても、第一実施形態と同様、電極棒１０が所定の回転位相角となる際に該電極棒１０の回転速度を変化させることができるため、加工孔２０１における任意の周方向位置の電解量を確実に大きくすることができる。したがって、所望の曲率の曲がり孔としての加工孔２０１を形成することが可能となる。

次に本発明の第三実施形態について図１３〜図１７を参照して説明する。第三実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
図１３及び図１４に示すように、第三実施形態の電解加工装置１０３は回転駆動手段２０の構成について第一実施形態と相違する。

即ち、第三実施形態の回転駆動手段２０は、駆動源２１と、第一楕円偏心カム２７、第二楕円偏心カム２８及びベルト２９からなる偏心伝達機構４０とから構成されている。
駆動源２１は、その出力軸２３回りに回転可能なモータ等の駆動源本体２２と、該駆動源本体２２を回転させるための制御信号を出力する回転制御部３０とを備えている。本実施形態では、回転制御部３０の制御信号によって駆動源本体２２はその出力軸２３回りに一定の回転速度で回転するようになっている。

第一楕円偏心カム２７は、図１５に示すように、平面視楕円形状をなす板状の部材であって、その楕円形状の幾何学上の中心よりも長径に沿った方向にずれた箇所を回転中心として回転可能とされている。この第一楕円偏心カム２７は、当該回転中心に出力軸２３の軸線が一致するように該出力軸２３に一体に固定されており、これによって駆動源２１の回転に伴って偏心状態で回転駆動されるようになっている。

第二楕円偏心カム２８は、図１５に示すように、第一楕円偏心カム２７と同様、平面視楕円形状をなす板状の部材であって、その楕円形状の幾何学上の中心よりも長径に沿った方向にずれた箇所を回転中心として回転可能とされている。この第二楕円偏心カム２８は、当該回転中心に電極棒１０の軸線Ｏが一致するように該電極棒１０に一体に固定されている。これによって第二楕円偏心カム２８の回転に伴って電極棒１０が軸線Ｏ回りに回転するようになっている。

ベルト２９は、上記第一楕円偏心カム２７と第二楕円偏心カム２８との外周面に巻き掛けられており、第一楕円偏心カム２７の回転を第二楕円偏心カム２８に伝達する役割を有している。本実施形態では、第一楕円偏心カム２７と第二楕円偏心カム２８とは、その回転軸が平行に配置されるとともに、その板面が同一平面状に配置されている。そして、ベルト２９は当該同一平面に沿って環状をなしており、このようなベルト２９が第一楕円偏心カム２７と第二楕円偏心カム２８とにわたって巻き掛けられることで、回転力が伝達するようになっている。

なお、本実施形態では、図１５に示すように、第一楕円偏心カム２７及び第二楕円偏心カム２８は、その回転中心から外周面までの距離が最も大きくなる方向、及び、当該距離がもっとも小さくなる方向をそれぞれ互いに一致させるように向きを揃えた状態で配置されている。

ここで、第一楕円偏心カム２７の外周面におけるベルト２９が巻き掛けられている領域と回転中心との距離の最大寸法を該第一楕円偏心カム２７の第一駆動半径ｒ_Ａとすると、第一楕円偏心カム２７が一回転する場合の当該駆動半径の変化は図１６（ａ）のようになる。
一方、第二楕円偏心カム２８の外周面におけるベルト２９が巻き掛けられている領域と回転中心との距離の最大寸法を該第二楕円偏心カム２８の第二駆動半径ｒ_Ｂとすると、第二楕円偏心カム２８が第一楕円偏心カム２７に従動して一回転する場合の当該駆動半径の変化は図１６（ｂ）のようになる。

そして、第一楕円偏心カム２７及び第二楕円偏心カム２８が一回転する際に第一駆動半径ｒ_Ａ及び第二駆動半径ｒ_Ｂが上記のように変化する場合、第一楕円偏心カム２７の回転速度を一定とすると（図１７（ａ）参照）第二楕円偏心カム２８の回転速度は図１７（ｂ）のように変化する。即ち、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように、第一楕円偏心カム２７が一定回転速度で回転すると、第二楕円偏心カム２８はその回転位相角度に応じて回転速度が変化する。本実施形態では、第二楕円偏心カム２８の回転位相角度が０ｒａｄ（２πｒａｄ）の場合に回転速度が最も低速となる一方、該回転位相角度がπｒａｄの際に回転速度が最も高速となる。

ここで、第一実施形態で説明したように、電極棒１０の回転速度を小さくすると、加工孔２０１の内壁面２０２に対する電解偏在領域の相対速度も小さくなるため、該電場偏在領域Ｅを介して加工孔２０１の内壁面２０２の特定箇所に流通する単位時間当たりの電流密度は大きなものとなる。よって、当該内壁面２０２の特定箇所の電解量は大きくなる。
一方、電極棒１０の回転速度を大きくすると、加工孔２０１の内壁面２０２に対する電解偏在領域の相対速度も大きくなるため、該電場偏在領域Ｅを介して加工孔２０１の内壁面２０２の特定箇所に流通する電流密度は小さなものとなる。よって、当該内壁面２０２の特定箇所の電解量は小さくなる。

したがって、第一楕円偏心カム２７が一定回転速度で回転される際に第二楕円偏心カム２８の回転速度がその回転位相角度によって変化することにより、第一実施形態同様、当該所定の回転位相角度に対応する加工孔２０１の周方向位置、即ち、加工孔２０１における任意の周方向位置に対する単位時間当たりの電解量を大きくすることができる。これによって、第一実施形態同様、加工孔２０１は電解量の大きい側に向かって深く形成されていくことにより、曲がり孔を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、電極棒１０の回転速度の検出等を必要とせず、また、回転制御部３０による制御信号が複雑に変化することはないため、簡易な構成でもって曲がり孔を用紙に形成することが可能となる。

次に本発明の第四実施形態について図１８及び図１９を参照して説明する。第四実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
図１８及び図１９に示すように、第四実施形態の電解加工装置１０４は位置ずれ検出部３８を有している点で第一実施形態と相違する。

この位置ずれ検出部３８は、被加工物２００に形成される加工孔２０１の位置ずれ量を検出する。ここで、位置ずれ量とは、当初の目標となる加工孔２０１の形状と電極棒１０にて穿設される加工孔２０１の形状との差分のことを意味している。このような位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部３８としては、例えば被加工物２００の側方からＸ線を照射することにより加工孔２０１の形状を検出するＸ線装置や、被加工物２００の側方から内部に向けて超音波を出射することにより加工孔２０１の形状を検出する超音波探傷装置等が挙げられる。

位置ずれ検出部３８では、このように検出された実際の加工孔２０１の形状と予め設定された目標となる加工孔２０１の形状とを比較することで、これらの差分、即ち、位置ずれ量を演算し、回転制御部３０へと出力する。

また、本実施形態の回転制御部３０は、上記位置ずれ検出部３８が検出する位置ずれ量に応じて駆動源２１による電極棒１０の回転速度を変化させる。
即ち、曲がり孔のとしての加工孔２０１の湾曲が小さい場合には、加工孔２０１を曲がり方向に対応する回転位相角度における電場偏在領域Ｅの通過速度を小さくする。換言すれば、加工孔２０１の曲がり方向の加工をより促進させるように電極棒１０の回転速度を小さくさせる。
一方、曲がり孔のとしての加工孔２０１の湾曲が大き過ぎる場合には、加工孔２０１の曲がり方向に対応する回転位相角度における電場偏在領域Ｅの通過速度を大きくする。換言すれば、加工孔２０１の曲がり方向の加工量を小さくさせるように電極棒１０の回転速度を小さくさせる。

これによって、加工孔２０１の形状は当初目標とする加工孔２０１の形状に近づくことになる。即ち、本実施形態では、実際の加工孔２０１の形状と目標とすべき加工孔２０１の形状との差分を電極棒１０の回転速度にフィードバックすることで、任意の湾曲形状の加工孔２０１を得ることができる。これによって、加工孔２０１の加工精度の向上を図ることが可能となる。

次に本発明の第五実施形態について図２０及び図２１を参照して説明する。第五実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
図２０及び図２１に示すように、第五実施形態の電解加工装置１０５では電極棒１０に孔部１０ａが形成されており、回転駆動手段２０及び位相角検出部３１を備えておらず、また、第四実施形態と同様の位置ずれ検出部３８を備える点で第一実施形態と相違する。

このような第五実施形態の電解加工装置１０５では、電極棒１０が回転されないため、該電極棒１０による加工は周方向一部の電場偏在領域Ｅ側に向かって偏ってなされていく。
さらに本実施形態では、電極棒１０に径方向に貫通する孔部１０ａが形成されている。この孔部１０ａは電場偏在領域Ｅの軸線Ｏを挟んだ反対側において電極棒１０の内外を連通させており、電極棒１０の内側を流通する電解液Ｌは当該孔部１０ａを介して電極棒１０の外側に流出する。

この際、孔部１０ａから流出した電解液Ｌが加工孔２０１の内壁面２０２に流体作用力を付与することにより、電極棒１０にはその反力が付与される。これにより、電極棒１０が反力の方向に撓むように変位し、該変位量に応じて電極の先端面１１と加工孔２０１の内壁面２０２との電流密度分布が局所的に大きくなる。その結果、電極棒１０の周方向位置における該電極棒１０が反力により変位した側の加工量が大きくなり、即ち、電場偏在領域Ｅ側の加工量がより大きなものとなる。

なお、電極棒１０に及ぼされる反力の大きさは、電極の内側を流通する電解液Ｌの流量に応じた値となるため、電解液Ｌの流量を調整することで電極棒１０の変位量を決定することができる。したがって、液量制御部３７により電解液供給部３６による電解液Ｌの供給量を制御することで、電極棒１０に及ぼされる反力の大きさを調整することができ、これによって曲がり孔としての加工孔２０１の曲率を調整することが可能となる。

このように、孔部１０ａから導出される電解液Ｌの反力によって電極棒１０が変位した側の加工量が大きくなると、当該加工量の大きい側に向かって加工孔２０１がより深く加工されるため、曲がり孔の曲率を調整することができる。

このような液量制御部３７は、位置ずれ検出部３８によって検出される位置ずれ量に応じて電解液供給部３６による電解液Ｌの供給量を変化させる。
即ち、曲がり孔としての加工孔２０１の湾曲が小さい場合には、電解液Ｌの供給量を増大させる。これによって、電極棒１０は上記反力によって電場偏在領域Ｅ側へと向かって撓むように変位する。その結果、電場偏在領域Ｅ側の加工量がより大きなものとなり、加工孔２０１の曲率が大きくなる。
一方、曲がり孔としての加工孔２０１の湾曲が大き過ぎる場合には、電解液Ｌの供給量を減少させる。これによって、電場偏在領域Ｅが加工孔２０１の内壁面２０２から遠ざかる結果、電場偏在領域Ｅ側の加工量は小さなものとなり、加工孔２０１の曲率が小さくなる。

これによって、加工孔２０１の形状は当初目標とする加工孔２０１の形状に近づくことになる。即ち、本実施形態では、実際の加工孔２０１の形状と目標とすべき加工孔２０１の形状との差分を電解液Ｌの供給量にフィードバックすることで、任意の湾曲形状の加工孔２０１を得ることができる。これによって、加工孔２０１の加工精度の向上を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。

なお、実施形態では、電極棒１０を一方向のみに回転させる場合について説明したが、該電極棒１０を所定の回転角度範囲において搖動回転させる構成であってもよい。この場合、回転駆動手段２０は、電極棒１０における電場偏在領域Ｅが所定の回転角度の両端、即ち、搖動端に到達した際に電極棒１０の回転方向を反転させる。また、回転駆動手段２０は、電極棒１０の回転方向を反転させた後、該電極棒１０の回転速度を加速させ、電場偏在領域Ｅが所定の回転角度範囲の中間に到達した際に、電極棒１０の回転速度を減速させる。

したがって、所定の回転角度範囲の中間においては電極棒１０の電場偏在領域Ｅが高速度で通過することになる。これによって、所定の回転角度範囲の中間に対応する加工孔２０１の内壁面２０２の電解量が大きくなる。そして、このような電解加工を連続的に行っていくと、電解量の大きい方向へと向かって加工孔２０１がより深く加工されていくため、結果的に曲がり孔を形成することができる。

なお、このような電解棒１０の搖動回転は、回転駆動手段２０が予め定められたプログラムに従って電解棒１０を回転させることによって容易に実現することができる。また、例えば電解棒１０の回転位相角度を例えば近接センサによって検出し、これに基づいて電解棒１０の回転加速度を変化させることによって電解棒１０を搖動回転させてもよい。即ち、電解棒１０のは回転の角速度（ω＋）と、逆向きの角速度（ω−）の二種類の角速度を位相によって切替えることによって、電解棒１０の搖動回転を容易に実現することができる。

１０ 電極棒
１０ａ 孔部
１１ 先端面
１２ 電極本体
１３ 絶縁層
１４ 非絶縁部
２０ 回転駆動手段
２１ 駆動源
２２ 駆動源本体
２３ 出力軸
２４ 伝達機構
２５ 第一歯車
２６ 第二歯車
２７ 第一楕円偏心カム
２８ 第二楕円偏心カム
２９ ベルト
３０ 回転制御部
３１ 位相角検出部
３２ 被検出部
３３ 近接センサ
３４ 移動機構
３５ 電圧印加部
３６ 電解液供給部
３７ 液量制御部
３８ 位置ずれ検出部
４０ 偏心伝達機構
１０１ 電解加工装置
１０２ 電解加工装置
１０３ 電解加工装置
１０４ 電解加工装置
１０５ 電解加工装置
２００ 被加工物
２０１ 加工孔
２０２ 内壁面
Ｅ 電場偏在領域
Ｌ 電解液
Ｏ 軸線
ｒ_Ａ 第一駆動半径
ｒ_Ｂ 第二駆動半径

Claims (7)

1. 軸線に沿って延びる筒状をなす電極棒の先端から電解液を流出させるとともに、該電極棒を先端側に送りながら前記電極棒の先端と被加工物の内壁面との間に直流電圧を印加することで前記被加工物に穿設加工を施す電解加工装置であって、
   前記電極棒は、前記直流電圧を印加した際に前記先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域を形成する電場偏在構造を有し、
   前記電極棒の前記軸線回りの回転位相角度に応じて該電極棒の回転速度が変化するように前記電極棒を回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする電解加工装置。
2. 前記回転駆動手段は、
   駆動されることで電極棒を前記軸線回りに回転させる駆動源と、
   前記電極棒の前記回転位相角度に応じて前記回転速度が変化するように前記駆動源を駆動する回転制御部とを有することを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
3. 前記電極棒の回転位相角を検出する位相角検出部をさらに備え、
   前記回転制御部は、前記位相角検出部が検出する回転位相角に応じて前記駆動源による前記電極棒の回転速度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電解加工装置。
4. 前記電極棒に一体に設けられた被検出部と、
   前記電極棒の回転に伴う前記被検出部の接近を検出する近接センサとをさらに備え、
   前記回転制御部は、前記近接センサが検出する前記被検出部の接近に応じて前記駆動源による前記電極棒の回転速度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電解加工装置。
5. 前記被加工物に形成される加工孔の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部をさらに備え、
   前記回転制御部は、前記位置ずれ検出部が検出する位置ずれ量に応じて前記駆動源による前記電極棒の回転速度を変化させることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の電解加工装置。
6. 前記回転駆動手段は、
   駆動源と、
   該駆動源によって一定の回転速度で回転される第一楕円偏心カムと、
   前記電極棒に一体に設けられて前記電極棒とともに前記軸線回りに回転可能とされた第二楕円偏心カムと、
   これら第一楕円偏心カム及び第二楕円偏心カムに巻き掛けられて、前記第一楕円偏心カムの回転を前記第二楕円偏心カムに伝達させるベルトとを有することを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
7. 軸線に沿って延びる筒状をなす電極棒の先端から電解液を流出させるとともに、該電極棒を先端側に送りながら前記電極棒の先端と被加工物の内壁面との間に直流電圧を印加することで前記被加工物に穿設加工を施す電解加工装置であって、
   前記電極棒は、
   前記直流電圧を印加した際に前記先端の周方向一部に電場強度が偏在する電場偏在領域を形成する電場偏在構造を有するとともに、
   該電場偏在構造の前記軸線を挟んだ反対側の部分に、前記電極棒の内外を連通させる孔部が形成されており、
   前記電極棒に前記電解液を供給する電解液供給部と、
   該電解液供給部の前記電解液の供給量を変化させる液量制御部と、
   前記被加工物に形成される加工孔の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部をさらに備え、
   前記液量制御部が、前記位置ずれ検出部によって検出される位置ずれ量に応じて前記電解液供給部による前記電解液の供給量を変化させることを特徴とする電解加工装置。

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