JP2014223706A - 電解加工工具、電解加工システム、及び孔空き部材の製造方法 - Google Patents

電解加工工具、電解加工システム、及び孔空き部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】通電面積を増大させつつ短絡頻度を抑えて電解加工が可能な電解加工工具、電解加工システム、孔空き部材の製造方法を提供する。
【解決手段】軸線Oに沿って延びる筒状をなして可撓性を有する導電性材料からなり、内側を先端10a側に向かって電解液Wが流通する電極11と、電極11の先端面を露出させるように電極3の外周面に被覆された絶縁層12とを有する工具本体10を備え、工具本体10に電極11の外周面を露出させる非絶縁部15が形成され、この非絶縁部15が軸線O方向から絶縁層12に挟まれていることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、電解液を介して電極と被加工材との間を通電することにより、被加工材を電解加工するための電解加工工具、及びこの電解加工工具を備えた電解加工システムに関する。
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おり、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られる(例えば、特許文献1)。
ところで、電解加工によって被加工材に長孔を加工する際に加工速度を増大させるためには電流を増加させる必要がある。通常、電流を増加させるためには印加電圧を増加させるが、安全上、省エネ等の観点から印加電圧は小さく抑えることが好ましい。
このような状況を鑑みて、印加電圧を増加させることなく加工速度を増大させる手法として、電極の肉厚を増やすことで電解加工に用いる電極の通電面積を増大させる手法を用いることが考えられる。ところが、電極の肉厚は加工孔径や電極に供給される電解液量によって制約されるので、通電面積を増大させるために単純に電極の肉厚を変更することは難しい。
ここで、電極は外周面を絶縁部材によってコーティングされているため、このコーティングを剥離することによっても通電面積を増やすことが可能である。
特開2012−35369号公報
しかしながら、通電面積を増大させるために、電極のコーティングを一様に剥離した場合には、剥離面積が大きくなると電極と被加工材との間での短絡の頻度が増加してしまうおそれがある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、通電面積を増大させつつ、短絡頻度を抑えて電解加工が可能な電解加工工具、電解加工システム、孔空き部材の製造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、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る電解加工工具は、軸線に沿って延びる筒状をなして可撓性を有する導電性材料からなり、内側を先端側に向かって電解液が流通する電極と、該電極の先端面を露出させるように該電極の外周面に被覆された絶縁層とを有する工具本体を備え、前記工具本体に前記電極の外周面を露出させる非絶縁部が形成され、該非絶縁部が軸線方向及び周方向の少なくとも一方から前記絶縁層に挟まれていることを特徴とする。
このような電解加工工具によると、電解液を介して電極の先端面と被加工材の加工孔の内面との間で通電されることにより、被加工材が電解して加工孔がより深く加工されていく。この際、非絶縁部によって外周面での通電が可能となるため、工具本体と被加工材との間の通電面積が増大し、印加電圧の上昇を抑制しつつ、加工速度の向上が可能となる。さらにこの非絶縁部は絶縁層に挟まれるようにして形成されているため、非接触部の被加工材への直接接触してしまう頻度を低減できる。
また、前記非絶縁部は、前記軸線を中心として前記周方向の全域にわたって延びるリング状に形成され、前記軸線方向から前記絶縁層に挟まれていてもよい。
このようにリング状の非絶縁部を形成することによって、非絶縁部を軸線方向から挟み込む絶縁層が非絶縁部の被加工材への接触を抑制する。従って、通電面積を増大させながら短絡の頻度の抑制が可能である。
また例えば、複数の非絶縁部を軸線方向に絶縁層と交互に配されるように形成することで、リング状の非絶縁部一箇所当たりの面積が小さくともトータルの非絶縁部の面積は大きくできる。この場合にも通電面積を確保しながら、交互に配された絶縁層によって短絡頻度の抑制が可能となる。
さらに、前記非絶縁部は、前記工具本体の前記先端から前記軸線方向後端側に延びるように形成され、前記周方向から前記絶縁層に挟まれていてもよい。
このように非絶縁部が形成されていることによって、非絶縁部を周方向から挟み込む絶縁層が非絶縁部の被加工材への接触を抑制する。従って、通電面積を増大させるとともに、短絡頻度の抑制が可能である。
また、前記周方向から前記絶縁層に挟まれた前記非絶縁部は、前記周方向に間隔をあけて複数が形成されていてもよい。
このように、前記周方向から前記絶縁層に挟まれた非絶縁部を、周方向に複数形成することで、短絡頻度の抑制を可能としながら、通電面積をさらに増大でき、さらなる印加電圧の抑制につながる。
さらに、前記非絶縁部は、前記軸線方向に延びるように形成され、前記周方向及び前記軸線方向から前記絶縁層に挟まれていてもよい。
このように非絶縁部が形成されていることによって、電極の先端の外周面には絶縁層が形成されていることとなる。従って、工具本体が被加工材へ接触し易い先端において短絡を防止できるため、より短絡頻度を低減することが可能である。
また、前記周方向及び前記軸線方向から挟まれた前記非絶縁部は、前記周方向に間隔をあけて複数が形成されていてもよい。
このように非絶縁部を周方向に複数形成することで、短絡頻度の抑制を可能としながら、さらに通電面積を増大させることができ、さらなる印加電圧の抑制につながる。
さらに、本発明に係る電解加工システムは、上記の電解加工工具と、前記電解加工工具を被加工材に対して所定の進行方向となるように案内するガイド部と、前記電解加工工具を進行させる移動機構とを備えることを特徴とする。
このような電解加工システムによると、電解加工工具において非絶縁部は絶縁層に挟まれるようにして形成されているため、非接触部が直接被加工材に接触する頻度を低減することができる。よって通電面積を増大させながら短絡頻度を抑制して電解加工を行うことが可能となる。
また、本発明に係る孔空き部材の製造方法は、上記電解加工工具を用いて被加工材に加工孔を形成することを特徴とする。
このような孔空き部材の製造方法によると、電解加工工具において非絶縁部は絶縁層に挟まれるようにして形成されているため、非接触部が直接被加工材に接触する頻度を低減することができる。よって通電面積を増大させつつ短絡頻度を抑制して電解加工を行うことが可能となる。
本発明の電解加工工具、電解加工システム、孔空き部材の製造方法によると、非絶縁部が軸線方向及び周方向の少なくとも一方から前記絶縁層に挟まれていることで、通電面積を増大させつつ短絡頻度を抑えて電解加工が可能となる。
本発明の第一実施形態に係る電解加工システムを示す全体概略図である。 本発明の第一実施形態に係る電解加工システムに関し、(a)は電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図であって、(b)は(a)のA1矢視図、(c)は(b)のA2−A2断面図である。 本発明の第二実施形態に係る電解加工システムに関し、(a)は電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図であって、(b)は(a)のB1矢視図、(c)は(b)のB2−B2断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例に係る電解加工システムに関し、(a)は電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図であって、(b)は(a)のB11矢視図、(c)は(b)のB21−B21断面図である。 本発明の第三実施形態に係る電解加工システムに関し、(a)は電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図であって、(b)は(a)のC1矢視図、(c)は(b)のC2−C2断面図である。 本発明の第四実施形態に係る電解加工システムに関し、(a)は電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図であって、(b)は(a)のD1矢視図、(c)は(b)のD2−D2断面図である。 本発明の第五実施形態に係る電解加工システムに関し、(a)は電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図であって、(b)は(a)のE1矢視図、(c)は(b)のE2−E2断面図である。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係る電解加工システムについて説明する。
電解加工システム1は、被加工材100に対して、直線状の加工孔101を形成するための装置である。本実施形態では一例として、被加工材100はガスタービンのタービン翼であり、被加工材100の加工孔101は、タービン翼を冷却するための冷却孔となっている。
以下、加工孔101を有する被加工材100の製造方法、即ち、孔空き部材の製造方法を交えて説明する。
図1に示すように、この電解加工システム1は、被加工材100へ加工孔101を形成する複数の電解加工工具3と、この電解加工工具3を進行させる移動機構4と、電解加工工具3を進行させる際にこの電解加工工具3を案内するガイド部5とを備えている。なお、移動機構4は電解加工工具3を回転させる機能を備えていてもよく、電解加工システム1は、複数の電解加工工具3を備えた構成のみならず、一の電解加工工具3を備えた構成であってもよい。
移動機構4は、電解加工工具3を被加工材100に対して進退させる。そして、本実施形態の移動機構4は、被加工材100であるタービン翼の先端100a側に配置され、この先端100aに対して進退移動可能に構成されている。なお移動機構4は、電解加工工具3を回転させながら進行させてもよい。
そしてこの移動機構4は、例えば図示しない電動機等の駆動源を用いて電解加工工具3の進退移動を行なう。
さらに、この移動機構4は、被加工材100側の面に電解加工工具3の基端(後述する基端10b)を把持する複数の把持部4aを有している。この把持部4aは、内部が中空状とされた筒状をなしており、その一端側に電解加工工具3の基端が挿入されることで電解加工工具3を把持可能としている。また、把持部4aの他端側は、不図示の電解液流通路に接続されており、この電解液流通路を介して把持部4aの内部に電解液W(図2参照)が供給されるようになっている。この電解液Wの供給量は、図示しない流量制御装置によって任意に調整可能とされている。なお、電解液Wとしては、例えば硫酸、硝酸、食塩水等が用いられる
ガイド部5は、移動機構4と被加工材100の先端100a(タービン翼のチップシュラウド)との間に配置されており、移動機構4によって進退される電解加工工具3を被加工材100の先端100aに対して所定の進行方向となるように案内する。このガイド部5には、移動機構4側と被加工材100側とを互いに連通する複数のガイド孔5aが穿設されている。これらガイド孔5aにはそれぞれ電解加工工具3が移動機構4側から被加工材100側に向かって挿通されている。そして、この状態でこれら電解加工工具3が移動機構4によって前進させられることで、ガイド孔5aの配置に応じて被加工材100の先端100aにおける所望の位置に、かつ、先端100aに対して所望の角度で電解加工工具3を導入することができるようになっている。
次に、電解加工工具3について説明する。
電解加工工具3は、被加工材100に加工孔(タービン翼の冷却孔)101を電解加工により形成するものであって、電極11、及びこの電極11を外周から覆う絶縁層12を有して、全体として筒状をなす工具本体10を備えている。
また、図2に示すように、この工具本体10には、外周面の一部が絶縁層12によって覆われずに電極11が露出する非絶縁部15が形成されている。
工具本体10における電極11は、軸線Oに沿って延びる筒状をなしており、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。この電極11の内側の中空部分(電極11の内部)は、移動機構4の把持部4aの中空部分と連通している。これによって、電極11の内部には、工具本体10の基端10b側(移動機構4側)から先端10a側(被加工材100側)に向かって、電解加工に供される電解液Wが流通されるようになっている。
また、先端10a側での電極11の端面は、軸線Oに直交する平坦状、もしくはテーパ形状をなしている(本実施形態では平坦状)。なお、本実施形態では電極11は円筒状をなしているが、例えば断面多角形の角筒状をなしていてもよい。
工具本体10における絶縁層12は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おり、電極11の外周面に被覆され、また、先端10a側での電極11の端面は絶縁層12によって覆われずに電極11が露出している。
非絶縁部15は、工具本体10の先端10aと基端10bとの間の先端10a寄りの中途位置で、電極11の外周面が周方向の全域にわたって軸線Oを中心としてリング状に露出することで、被加工材100と径方向に対向するように形成されている。即ち、非絶縁部15は、絶縁層12に軸線O方向から挟まれるようにして形成されていることとなり、また本実施形態では、非絶縁部15は、軸線O方向に間隔をあけて二つが形成されている。なお、非絶縁部15の数量は本実施形態のような二つの場合に限定されず、少なくとも一つが形成されていればよい。
そして、非絶縁部15は、工具本体10の先端10aから導出される電解液Wを介して被加工材100との間で通電可能となっている。
このような電解加工システム1においては、電解加工工具3によって、電極11の内部を流通した電解液Wが工具本体10の先端10aから導出される。そして、この導出された電解液Wを介して、工具本体10の先端10aの端面と、被加工材100の加工孔101の内面との間が通電し、被加工材100が電解して加工孔101が軸線O方向に向かってより深く加工されていく。
そして加工の際、非絶縁部15が形成されていることで、工具本体10の先端10aにおける軸線O方向を向く端面だけでなく、電極11の外周面においても被加工材100との間で通電が可能となる。このため、被加工材100との間での通電面積が増して、印加電圧の上昇を抑制しつつ、加工速度の向上を図ることができる。
さらに、非絶縁部15は軸線O方向から絶縁層12によって挟み込まれるようにして形成されているため、この絶縁層12が非絶縁部15の被加工材100への接触頻度を低減することができる。ここで、リング状の非絶縁部15を複数形成することによって、非絶縁部15一つ当たりの面積が小さくとも、非絶縁部15のトータルの面積は大きくできる。
本実施形態の電解加工システム1によると、絶縁層12に軸線O方向から挟まれるように非絶縁部15が形成されていることで、通電面積を増大させつつ、短絡頻度を抑えて被加工材100の電解加工が可能となる。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る電解加工システム21について説明する。
なお、第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、工具本体10に形成された非絶縁部25が第一実施形態とは異なっている。
図3に示すように、非絶縁部25は、電極11の外周面において、径方向視で四角形状をなして、工具本体10の先端10aの端面における電極11の露出部分に連続するように軸線O方向に延びて形成されている。これにより非絶縁部25は、絶縁層12に周方向から挟まれるようにして形成されていることとなる。またこの非絶縁部25は、周方向に一定の間隔をあけて絶縁層12と周方向に交互となるように複数が形成されており、本実施形態では図3(b)に示すように、四つが形成されている。
本実施形態の電解加工システム21によると、非絶縁部25によって、電極11の外周面においても被加工材100との間で通電が可能となるため、通電面積を増大できる。さらに、非絶縁部25を周方向から挟み込む絶縁層12が、非絶縁部25の被加工材100への接触を抑制する。従って、被加工材100との間の通電面積を確保しながら、短絡頻度の抑制が可能である。
また、周方向から絶縁層12に挟まれた非絶縁部25を、周方向に複数形成したことで、短絡頻度を抑制しながら、さらなる通電面積の増大につながり、印加電圧をさらに抑制できる。
なお、非絶縁部25の形状は上述した四角形状に限定されず、径方向視で円形状や多角形状等、様々な形状としてよく、少なくとも周方向から絶縁層12に挟まれるように形成されていればよい。
また、本実施形態では、加工孔101の断面形状は非絶縁部25が形成された位置でのみ拡径するような花形状となる。一方で電解加工工具3を回転させてもよく、この場合には、加工孔101は真円に近い断面形状となる。
ここで図4に示すように、複数の非絶縁部25Aが、径方向視で基端10b側に向かうに従って周方向の一方側に向って傾斜するように形成されていてもよい。またこの場合、隣接する非絶縁部25A同士は軸線O方向の異なる位置で周方向に重なるように形成されていることで、電解加工工具3を進行させて、加工孔101の断面形状を真円にすることができる。
なお、非絶縁部25Aは直線的に周方向に傾斜する形状をなしていてもよいし、湾曲してスパイラル状に形成されていてもよい。
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る電解加工システム31について説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
ここで、上記のように電解加工工具3を回転させる場合には、本実施形態の構成を採用してもよい。
即ち、本実施形態では、工具本体10に形成された非絶縁部35が第一実施形態及び第二実施形態とは異なっており、電解加工工具3が回転されながら加工が行われる。
図5に示すように、非絶縁部35は、第二実施形態における非絶縁部25と同様なものが、一つだけ形成されている。即ち、周方向の一箇所のみに電極11の外周面が露出する部分が存在して、この露出部分が絶縁層12に周方向から挟まれている。
本実施形態の電解加工システム31によると、第二実施形態と同様に、非絶縁部35によって、被加工材100との間での通電面積を増大でき、非絶縁部35を周方向から挟み込む絶縁層12が、非絶縁部35の被加工材100への接触を抑制する。従って、被加工材100との間の通電面積を確保しながら、短絡頻度の抑制が可能である。
ここで、本実施形態では非絶縁部35が周方向の一箇所のみに形成されているが、例えば移動機構4での電解加工工具3の回転速度、進行速度を適宜調整することで、加工孔101の加工を確実に行うことができる。このため、第二実施形態と比べて非絶縁部35を形成する手間を省きながら、電解加工が可能となる。
なお、本実施形態においても第二実施形態と同様に、非絶縁部35の形状は、径方向視で円形状や多角形状等、様々な形状としてよい。
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態に係る電解加工システム41について説明する。
なお、第一実施形態から第三実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、工具本体10に形成された非絶縁部45が第一実施形態から第三実施形態とは異なっている。
図6に示すように、非絶縁部45は、電極11の外周面において、径方向視で四角形状をなして、工具本体10の先端10aの端面における電極11の露出部分との間で、絶縁層12を挟んで、軸線O方向に延びて形成されている。また、この非絶縁部45は、周方向に一定の間隔をあけて絶縁層12と周方向に交互となるように複数が形成されており、本実施形態では図6(b)に示すように、四つが形成されている。これにより非絶縁部45は、絶縁層12に周方向及び軸線O方向から挟まれるようにして形成されていることとなる。
本実施形態の電解加工システム41によると、非絶縁部45によって被加工材100との間での通電面積を増大できるとともに、非絶縁部45を周方向から挟み込む絶縁層12によって短絡頻度の抑制が可能である。
さらに、非絶縁部45によって、工具本体10の先端10aにおける外周面には絶縁層12が形成されていることとなる。従って、被加工材100へ接触し易い工具本体10の先端10aにおいて短絡が発生することがなくなるため、より短絡頻度を低減することが可能である。
また、周方向から絶縁層12に挟まれた非絶縁部45を、周方向に複数形成したことで、短絡頻度を抑制しながら、さらなる通電面積の増大につながり、加工速度の向上を達成できる。
なお、非絶縁部45の形状は上述した四角形状に限定されず、径方向視で円形状や多角形状等、様々な形状としてよく、少なくとも周方向から絶縁層12に挟まれるように形成されていればよい。
また、非絶縁部45は、周方向及び軸線O方向から挟まれていればよく、例えば径方向視で格子状や、軸線O方向又は周方向に延びるスリット状等に形成されていてもよい。
さらに、本実施形態では第二実施形態と同様に、加工孔101の断面形状は非絶縁部45が形成された位置でのみ拡径するような花形状となる。一方で電解加工工具3を回転させてもよく、この場合には、加工孔101は真円に近い断面形状となる。
〔第五実施形態〕
次に、本発明の第五実施形態に係る電解加工システム51について説明する。
なお、第一実施形態から第四実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
ここで、上記のように電解加工工具3を回転させる場合には、本実施形態の構成を採用してもよい。
即ち、本実施形態では、工具本体10に形成された非絶縁部55が第一実施形態から第四実施形態とは異なっており、電解加工工具3が回転されながら加工が行われる。
図7に示すように、非絶縁部55は、第四実施形態における非絶縁部45と同様なものが、一つだけ形成されている。即ち、周方向に一箇所のみ電極11の外周面が露出する部分が存在して、この露出部分が絶縁層12に周方向及び軸線O方向から挟まれている。
本実施形態の電解加工システム51によると、第四実施形態と同様に、非絶縁部55によって被加工材100との間での通電面積を増大でき、短絡頻度の抑制が可能である。
ここで、本実施形態では非絶縁部55が周方向の一部にのみ形成されているが、例えば移動機構4での電解加工工具3の回転速度、進行速度を適宜調整することで、加工孔101の加工を確実に行うことができる。このため、第四実施形態と比べて非絶縁部55を形成する手間を省きながら、電解加工が可能となる。
なお、本実施形態においても第二実施形態から第四実施形態と同様に、非絶縁部55の形状は、径方向視で円形状や多角形状等、様々な形状としてよい。
また、非絶縁部55は、周方向及び軸線O方向から挟まれていればよく、例えば径方向視で格子状や、軸線O方向又は周方向に延びるスリット状等に形成されていてもよい。
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、第一実施形態から第五実施形態の非絶縁部15、25(25A)、35、45、55を混在させて形成してもよい。
さらに、非絶縁部15、25(25A)、35、45、55は、上述の実施形態では工具本体10の先端10a寄りの位置に形成されているが、このような位置に限定されない。また、電極11の外周面の全範囲に形成してもよく、この場合にはさらなる通電面積の増大につながる。
1…電解加工システム 3…電解加工工具 4…移動機構 4a…把持部 5…ガイド部 5a…ガイド孔 10…工具本体 10a…先端 10b…基端 11…電極 12…絶縁層 15…非絶縁部 100…被加工材 100a…先端 101…加工孔 O…軸線 W…電解液 21…電解加工システム 25、25A…非絶縁部 31…電解加工システム 35…非絶縁部 41…電解加工システム 45…非絶縁部 51…電解加工システム 55…非絶縁部

Claims (8)

  1. 軸線に沿って延びる筒状をなして可撓性を有する導電性材料からなり、内側を先端側に向かって電解液が流通する電極と、該電極の先端面を露出させるように該電極の外周面に被覆された絶縁層とを有する工具本体を備え、
    前記工具本体に前記電極の外周面を露出させる非絶縁部が形成され、
    該非絶縁部が軸線方向及び周方向の少なくとも一方から前記絶縁層に挟まれていることを特徴とする電解加工工具。
  2. 前記非絶縁部は、前記軸線を中心として前記周方向の全域にわたって延びるリング状に形成され、前記軸線方向から前記絶縁層に挟まれていることを特徴とする請求項1に記載の電解加工工具。
  3. 前記非絶縁部は、前記工具本体の前記先端から前記軸線方向後端側に延びるように形成され、前記周方向から前記絶縁層に挟まれていることを特徴とする請求項1に記載の電解加工工具。
  4. 前記非絶縁部は、前記周方向に間隔をあけて複数が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の電解加工工具。
  5. 前記非絶縁部は、前記軸線方向に延びるように形成され、前記周方向及び前記軸線方向から前記絶縁層に挟まれていることを特徴とする請求項1に記載の電解加工工具。
  6. 前記非絶縁部は、前記周方向に間隔をあけて複数が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電解加工工具。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の電解加工工具と、
    前記電解加工工具を被加工材に対して所定の進行方向となるように案内するガイド部と、
    前記電解加工工具を進行させる移動機構と、
    を備えることを特徴とする電解加工システム。
  8. 請求項1から6のいずれか一項に記載の電解加工工具を用いて被加工材に加工孔を形成することを特徴とする孔空き部材の製造方法。
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