JPH05505351A - 電気化学的研磨 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気化学的研磨 本発明は、電気化学的研磨の改善又は電気化学的研磨に関する改善に関し、詳細 には、第１に、導電性構成要素の縁部を成形するための電気化学的研磨作業の改 善された使用方法に関し、第２に、金属構成要素及び合金構成要素の精密ブロー チ削りを提供することに関する。本発明の特定の実施例は、前記縁部を丸味を付 けるように成形することを意図している。

電気化学的研磨の原理及び一般的な技術は周知であり、例えば米国特許第３，７ ２３，２６８号（英国製造技術調査協会に譲渡された）に記載されている。読者 はこれを参照されたい。

全体として、本発明は、第１の特徴として、前記縁部に隣接した電解液中の電界 の密度を制御することによって陽極をなす加工物の縁部を電気化学的研磨作業で 形成する方法を提供し、第２の特徴として、加工物に溝をつくるための電気化学 的ブローチ削り装置を提供し、第３の特徴として、ブローチ削り作業中に電解液 を電気化学的研磨工具に供給する方法を提供する。

本発明の第１の特徴によれば、導電材料製の加工物を加工物の縁部に丸味を付け るように電気化学的に研磨する方法において、（ａ）二つの陽極区分でサンドウ ィッチされ且つこれらの陽極区分から絶縁体で分離された陰極区分を有する陰極 をなす工具を提供する工程と、（ｂ）工具を、陰極区分が丸味を付けられるべき 加工物の縁部の真上に位置決めされており且つ陽極区分が縁部の両側と向き合っ て置かれるように、加工物と隣接しているがこの加工物から間隔を隔てられてい るように配置する工程と、（Ｃ）工具と加工物との間に電解液を流す工程と、（ ｄ）陰極電圧を陰極区分に加える工程と、（ｅ）陰極をなす工具と加工物との間 の電界ゼロの箇所が丸味をつけられるべき縁部の両側にあるように、予め選択さ れた陽極電圧を加工物及び陽極区分に同時に加える工程と、（ｆ）電界ゼロの箇 所を互いに関して及び加工物の前記縁部に関して移動させて前記縁部に亘る全エ ネルギ分布を確保し、これによって、必要な丸味を作りだすように工具と加工物 との間の電界を変化させる工程と、を有する方法が提供される。

本発明の第２の特徴によれば、ブローチ削りされるべき導電材料製の加工物が第 １端壁を形成する電解液浴と、細長いブローチ削り工具と、下にブローチ削り工 具を支持するようになった水平に配置された細長い支持部材と、を有し、加工物 が電気化学的ブローチ削り作業の陽極を構成し、ブローチ削り工具が電気化学的 ブローチ削り作業の陰極を構成する、電気化学的ブローチ削り装置において、前 記支持部材は前記第１端壁と向き合った浴の第２端壁によって支持されるように 構成され、浴上及び加工物上に亘ってその長さ方向に移動されるように構成され 、前記ブローチ削り工具は楔形状の工具であり、工具の幅狭の端はブローチ削り 作業の開始時に第１端壁の近くにあり且つ工具の残りの部分は電解液浴中に浸漬 されている、電気化学的ブローチ削り装置が提供される。

本発明の第３の特徴によれば、電気化学的研磨作業で使用するため、陽極をなす 加工物に孔をつくるための、少なくとも一つの陰極部分を備えたブローチ削り工 具において、電解液を工具に供給するための互いに独立した手段が工具の少なく とも二つの部分に設けられている、ブローチ削り工具が提供される。

本発明を添付図面を参照して以下に例として説明する。

第１図は、ガスタービンエンジンのロータディスクのドブテールスロットの斜視 図である。このようなスロットはエンジンの圧縮器及びタービンブレードをディ スクに配置するのに使用される。

第２図、第３図、及び第４図の夫々は、第１図に示すスロットをつくるための電 気化学的ブローチ削り工具の長さ方向区分の左側セグメント、中央セグメント、 及び右側セグメントの図である。左側及び右側は図面に関して読まれるべきであ る。

第５図は、第２図の工具の矢印Ｖの方向での端面図である。

第６図乃至第９図の夫々は、第２図の工具のＶＩ−ＶＩ線、■−■線、■−■線 、及びＩＸ−ＩＸ線での断面図である。

第１０図は、加工物の縁部に丸味を付ける上での第２図、第３図、及び第４図の ブローチ削り工具の使用を示す図である。

第１１図は、第２図、第３図、及び第４図のブローチ削り工具をガスタービンエ ンジンのロータディスクに適用するための装置を通る長さ方向断面図である。

第１２図、及び第１３図の夫々は、第１１図の装置のＸ１ｌ−Ｘｌｌ線及びＸ１ ｌｌ−Ｘ１ｌｌ線での断面図である。

第１４図は、電解液流れ通路を工具に組み込んだ、本発明によるブローチ削り工 具の別の実施例の長さ方向断面図である。

第１４ａ図は、第１４図の流れ通路を通る流れの方向を装置の作動での種々の段 階を示すグラフである。

第１５図は、第１４図の工具の矢印ｘ■の方向での端面図である。

第１５ａ図は、第１５図の装置のＸＶａ　−ＸＶａ線での断面図である。

第１６図及び第１７図は、ブローチ削り工具の変形例の設計の断面図である。

第１図を参照すると、この図にはガスタービンエンジン用のロータディスク１０ の一部が図示してあり、この図には、ディスクの周囲に間隔を隔てられて設けら れた、一方の面から他方の面まで延びる多数のダブテール溝１２の一つが示しで ある。ディスク１０は、例えば、ニッケル合金、チタニウム合金、又はチタニウ ム金属複合材料でできているのがよい。ディスク１０は、電気化学的研磨即ちブ ローチ削り技術で処理するのに適した多くの構成要素又は加工物の一例に過ぎず 、本発明の電気化学的研磨／ブローチ削り技術の陽極を構成する。本発明の作業 で想定される電解液は、例えば、チタニウム合金の場合には塩化ナトリウムであ り、ニッケル合金の場合には硝酸ナトリウムである。いずれの場合でも、電解液 は最終製品の表面仕上げを高めるための添加剤を含むのがよい。材料が違えば異 なる電解液が必要とされる。

第２図及び第５図乃至第９図は、陽極を構成するディスク１０に溝１２を形成す るための電気化学的ブローチ削り工具１４（作業の陰極）の種々の図を示す。ブ ローチ削り工具１４は楔形状の工具であり、以下に述べる多数の区分を有する。

位置ａ−ａまでの最初の区分１６は、二つの機能、即ち、金属イオン化容積を工 具の送り速度及び工具が係合する面積に関して最適化するため、アプローチ角度 を小さくシ、例えば５ｍにし、次いでａ−ａからｂ−ｂまでの第２区分１８に亘 ってアプローチ角度を大きくし、例えば１０″にすることによって、工具１４を 完全に切断された長さに沿って迅速に係合させるように設計されている。第２区 分１８はｂ−ｂからＣ−Ｃまでの第３区分２０に続き、平面形態の全ての表面に 亘るアプローチ角度は、代表的には１０″である。

送り速度、電圧、電解液の導電率は、電解液の流れ限度と比例する切断部の長さ に沿って最小の研磨隙間が得られ、金属を塊状で除去するためイオン化速度を最 大にするように調節される。

Ｃ−Ｃからｄ−ｄまでの工具の第４区分２２は、これよりも前の区分と比べて比 較的短く、角度が更に大きくなっている。この角度は、最終エンベロープを構成 要素から除去して構成要素に所望の形状及び大きさの孔をつくるとき、局部的な 研磨隙間の幅を漸次、及び短い流路長さに亘って大きく減少するため、代表的に は１５°乃至２０９である。工具のこの第４区分は、仕上げ切断部の精密性及び 工具の最終寸法の正確な再現を提供する。

陽極をこの工具の最終区分で研磨するときのディスク１０の陽極面上の平均イオ ン化電圧勾配は、６００　Ｖ／ａｍ乃至１２００　Ｖ／ａｍである。これによっ て、陽極ディスク１０の合金中の種々の材料相の解離電圧の相違によるイオン化 速度の相違は、マイクロレベルの大きな電気化学的研磨隙間の変化の原因となら ず、滑らかな表面仕上げをもたらす。

第３図でｄ−ｄの直ぐ後には短い平行な絶縁段２４が続き、この絶縁段２４は完 全な平面形状を包囲する帯電させた陽極２６を挾み、これによって、箇所ｄ−ｄ から前方の構成要素を「迷走研磨」されないように保護する。

「迷走研磨」の問題及びこれを解決するための試みは、米国特許第３，７２３， ２８８号に記載されている。この保護により、表面仕上げ即ち表面精度の劣化が 起こらないようにされる。使用される帯電させた陽極の電位は、代表的には、材 料、隙間形状、及び必要な研磨切欠き点に応じて、加工物の陽極ポテンシャルよ りも２Ｖ乃至１０Ｖ高い。

第４図及び第１０図に示す、工具の最終区分２８は、つくりだされた形態の前面 及び後面の縁部に丸味を付けるための区分である。この区分は、隣接した帯電さ せた陽極区分３２間にサンドウィッチされ且つこれらの陽極区分から絶縁体３４ で絶縁された陰極区分３０を有する。

図１０には、工具の最終区分２８と加工物１０の縁部３６との間の電界密度が示 しである。

縁部３６の近くでの電界には、「電位ゼロ」の箇所３８．４０があり、これらの 箇所では、加工物１０は工具表面に対して陽極的をなすか或いは陰極的に保護さ れている。丸味付けは、本発明の以下の三つの実施例のうちの一つによって行わ れる。

第１実施例では、陰極区分３０は、機械の制御装置で縁部３６の真上の呼称位置 に予め設定され、電解液が縁部３６の表面と陰極区分３０の表面との間を流れる 。予めピーク値が設定された電圧が加工物１０及び帯電させた陽極区分３２に同 時に加えられる。陽極区分３２に作用する電圧は、その値が加工物１０の電圧よ りも僅かに高い値と予め設定されたピーク値との間で周期的に変動するように、 電子手段（図示せず）で制御され、これによ７て、電位ゼロの箇所３８．４０を 丸味が付けられるべき縁部３６に亘って前後に移動する。変動の周期は、縁部３ ６に亘る全エネルギ分布により、必要な丸味及び隣接した表面への必要な滑らか な移行を確実につくりだすように設定される。

第２実施例では、陰極３０は、丸味をつけられるべき縁部３６の真上の呼称位置 に機械の制御装置で予め設定され、電解液が縁部３６の表面と陰極３０の表面と の間を流れる。予め設定された電圧が加工物１０及び帯電させた陽極区分３２に 同時に加えられる。帯電させた陽極区分３２に加えられる電圧は、次いで、陽極 加工物の電位を僅かに越える値まで漸次減少される。これによって、電位ゼロの 箇所３８．４０を移動させて離すことができ、これによって、縁部３６に丸味を 付けることができるようにし且つ縁部が制御された表面に制御された速度で移行 できるようにする。

これらの二つの実施例では、加工物１０の陽極電圧に対し、帯電させた陽極区分 ３２に加えられた値の変化する電圧が加工物表面上の極性遷移点を移動し、これ によって縁部の輪郭に亘るイオン化を制御する。

第３実施例では、陰極３０は、丸味をつけられるべき縁部３６の真上の呼称位置 に機械の制御装置で予め設定され、電解液が縁部３６の表面と陰極３０の表面と の間を流れる。予め設定された陽極の電圧は、陽極加工物表面の電位ゼロの箇所 ３８．４０が丸味を付けられるべき縁部３６の両側の直ぐ隣にあるように、加工 物１０及び帯電させた陽極区分３２に同時に加えられる。次いで、縁部３６に亘 る全エネルギ分布により必要な丸味及び隣接した表面への必要な滑らかな移行を 確実につくりだすように、予め設定された周期に合わせて陰極３０を前後に迅速 に割り送りする。工具を軸線方向に前後に移動することによって、加工物表面上 の極性遷移点を移動し、これによって縁部の輪郭に亘るイオン化を制御する。

丸味付けの完了時に、次のサイクルのため、工具を（図示してない手段で）加工 物から完全に離すように割り送りする。

電気化学的研磨用の真っ直ぐなブローチ削り工具の製造には、工具の各セグメン ト上に所要の面角度を作りだすようにプログラムされた従来の数値制御技術が使 用される。工具の個々の区分は、共通の支持体に配置され且つクランプされ、こ れによって完全な工具をつくりあげる。導電性に優れた銅合金が工具の手段本体 を形成する。

導電性のない絶縁された部分は、代表的には、ガラス強化プラスチック積層体で できており、帯電させた陽極材料は適当な耐電蝕性合金、代表的にはプラチナロ ジウム合金でできている。

流入通路及び流出通路及び制流子は、外面形体に応じて適当に位置決めされる。

これらは、流れをブローチ削り工具に沿って長さ方向に別々の入口スロットと出 口スロットとの間で差し向けるか或いは電解液を工具のフランクに亘って半径方 向に流すため工具の下面に沿って配置されているかのいずれかである。入口形状 基準、出口形状基準及び最終形状基準を達成するため、工具は、一般に、こうし た流れ形体の組合せを必要とする。これらの目的を達成するための方法を第１１ 図乃至第１７図に示す。

第１１図では、導電材料製の陽極をなす加工物５０をブローチ削りするための電 気化学的ブローチ削り装置は、第１端壁が加工物で構成された電解液浴５２を有 する。

水平に配置された工具支持部材５４は、加工物５０と向き合った第２端壁から加 工物自体まで浴５２に亘って延びる。

電解液浴５２には電解液供給入口（図示せず）及び使用済の電解液を取り出すた めの出口（図示せず）が設けられ、その結果、新鮮な電解液が浴に連続的に供給 される。

部材５４はその下に細長いブローチ削り工具５６を支持し、この工具は電気化学 的ブローチ削り作業の陰極を構成する。支持部材５４と第２端壁との間のシール は、ラビリンス−ブラシシール装置５８が形成する。支持部材５４は、浴５２上 及び加工物５０上を長さ方向にモータ装置（図示せず）で移動できる。

ブローチ削り工具５６は、楔形状の工具であり、第２図乃至第１０図を参照して 主文中で説明した全体構造を持つ工具である。工具の幅狭の端部は、引込み碍子 で絶縁されたダミー区分６０が形成し、この区分は加工物５０の頂部上を摺動す る。第１１図のＸ１ｌ−Ｘｌ＋での断面である第１２図に示すように、この領域 でのシールはブラシシール６２が提供する。ブローチ削り工具５６の残りの部分 は浴５２中の電解液中に浸漬されている。第１１図のＸ１ｌｌ−Ｘｌ１１での断 面である第１３図に示すように、ブラシシール及びラビリンスシール６４が浴５ ２の側壁６６と支持部材５４との間に設けられている。

電解液を浴５２に供給するための第２の構成を第１４図、第１４ａ図、第１５図 、及び第１５ａ図に示す。この構成では、上述の構成と同様に、ブラシシール６ ８がブローチ削り工具５６の全長に亘って及びダミー区分６０の前に設けられ、 下流での電解液の圧力が小さくなるように制流子プレート７０（第１５ａ図参照 ）が設けられている。

ブローチ削り工具５６を通る電解液の流れは、工具に配置された通路７２．７３ ．７４．７５．７６によって提供される。これらの通路は、第２図乃至第１０図 を参照して上文中に説明した区分１８乃至２２と類似した、工具の連続した区分 間の電解液浴領域内に延びる。通路７２は引き込み碍子で絶縁されたダミー区分 ６０を貫通している。最終通路７６は、大きく傾いた区分７７のすぐ下流にある 。区分７７は、上述の区分２２と類似しており且つこの区分と同じ目的を満たす 。各通路７２乃至７６には弁機構（図示せず）が設けられ、これによて、各通路 は個々に電解液入口、使用済電解液用出口となるのがよく、或いは加工物のブロ ーチ削りにおいて工具が到った段階に応じて閉鎖されてもよい。

工具５６の区分７７の上流には、陰極をなす加工物の保護のため、陽極をなす帯 電させたスリーブ７８が設けられ、スリーブ７８の上流には、第１０を参照して 上文中に説明した、縁部に丸味を付ける機構７９が設けられている。

通路７２乃至７６を通る電解液流の方向を、ブローチ削り作業中の各通路の状態 をグラフで示す第１４ａ図を参照して以下に説明する。

第１４ａ図では、ｒｏＪが関連した通路が出口であることを示し、「ｉ」が通路 が入口であることを示し、「２」　（圧力ゼロ）が通路が閉じていることを示す 。括弧の中の文字（ｒｉＪ　ｒｚＪ）は、夫々、電解液浴に圧力が加わっている かいないかを示す。

段階１、引き込み碍子で絶縁されたダミー区分６０が加工物５０上に配置されて いる。通路７２は出口であり、残りの通路が閉鎖されており、浴は電解液で加圧 されている。

段階２、流れ通路７３が加工物５０上にあるように工具が前進されている。通路 ７２は入口であり、通路７３は出口であり、通路７４乃至７６は閉鎖されており 、浴は加圧されている。

段階３、流れ通路７４が加工物５０上にあるように工具が前進されている。通路 ７２は入口であり、通路７３は出口であり、通路７４は入口であり、通路７５は 出口であり、通路７６は閉鎖されており、浴は加圧されていない。

段階４、流れ通路７５が加工物５０上にあるように工具が前進されている。通路 ７２は入口であり、通路７３は出口であり、通路７４は入口であり、通路７５は 出口であり、通路７６は閉鎖されており、浴は加圧されている。

段階５、流れ通路７６が加工物５０上にあるように工具が前進されている。通路 ７２は入口であり、通路７３は出口であり、通路７４は入口であり、通路７５は 出口であり、通路７６は入口であり、浴は加圧されていない。

これらの段階に続いて、第１０図を参照して説明したように、加工物に形成され たブローチ削りを施した孔の縁部の丸味付けを行うように工具を前進させる。

第１６図及び第１７図は、電解液をブローチ削り工具５６に供給するための第３ の構成を示す。第１６図は、加工物５０内に前進したときの工具の第１区分を通 る断面を示し、第１７図は、加工物内に前進したときの工具の以降の区分を通る 断面を示す。この構成では、工具の各区分は独立した電解液供給装置を有し、こ の供給装置は、工具が加工物内に前進するとき、電解液を工具を通して加工物５ ０の加工領域内に通路８０を下方に圧送する。電解液は、工具の側部とブローチ 削りを施した加工物の孔の側部との間の加工領域を矢印８１が示すように離れる 。

本発明は、ブローチ削りの精度を必要とする作業を平面形状に基づいて実行でき るように電気化学的研磨のプロセス出力を改善できるということを証明する。更 に、チタニウム合金、ニッケル合金、及びチタニウム金属複合材料にめられる表 面仕上げ及び粗さの基準を達成することができる。これらの表面仕上げ及び粗さ の基準は、同等の金属切断作用と同等のものである。

本発明は、研磨及び縁部の丸味付けを単一の工程に組み込むことによって縁部の ぼり取り作業及び丸味付は作業を別の作業として行う必要をなくし、これによっ て費用を大きく削減する。

更に、本発明は、同等の機械的手順によって行われるのよりもかなり少ない時間 で加工物をブローチ削りできるようにする。７５％又はそれ以上の時間の節約を 行うことができる。

要　約　書 導電材料製の加工物を加工物の縁部に丸味を付けるように電気化学的に研磨する 方法において、（ａ）二つの陽極区分でサンドウィッチされ且つこれらの陽極区 分から絶縁体で分離された陰極区分を有する陰極をなす工具を提供する工程と、 （ｂ）工具を、陰極区分が丸味を付けられるべき加工物の縁部の真上に位置決め されており且つ陽極区分が縁部の両側と向き合って置かれるように、加工物と隣 接しているがこの加工物から間隔を隔てられているように配置する工程と、（Ｃ ）工具と加工物との間に電解液を流す工程と、（ｄ）陰極電圧を陰極区分に加え る工程と、（ｅ）陰極をなす工具と加工物との間の電界ゼロの箇所が丸味をつけ られるべき縁部の両側にあるように、予め選択された陽極電圧を加工物及び陽極 区分に同時に加える工程と、（ｆ）電界ゼロの箇所を互いに関して及び加工物の 前記縁部に関して移動させて前記縁部に亘る全エネルギ分布を確保し、これによ って、必要な丸味を作りだすように工具と加工物との間の電界を変化させる工程 とを有する方法。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．導電材料製の加工物を加工物の縁部に丸味を付けるように電気化学的に研磨 する方法において、（ａ）二つの陽極区分でサンドウィッチされ且つこれらの陽 極区分から絶縁体で分離された陰極区分を有する陰極をなす工具を提供する工程 と、（ｂ）工具を、陰極区分が丸味を付けられるべき加工物の縁部の真上に位置 決めされており且つ陽極区分が縁部の両側と向き合って量かれるように、加工物 と隣接しているがこの加工物から間隔を隔てられているように配置する工程と、 （ｃ）工具と加工物との間に電解液を流す工程と、（ｄ）陰極電圧を陰極区分に 加える工程と、（ｅ）陰極をなす工具と加工物との間の電界ゼロの箇所が丸味を つけられるべき縁部の両側にあるように、予め選択された陽極電圧を加工物及び 陽極区分に同時に加える工程と、（ｆ）電界ゼロの箇所を互いに関して及び加工 物の前記縁部に関して移動させて前記縁部に亘る全エネルギ分布を確保し、これ によって、必要な丸味を作りだすように工具と加工物との間の電界を変化させる 工程とを有する方法。
2. ２．加工物と陰極をなす工具の陽極区分との間の陽極電圧を変化させることによ って電界を変化させる請求項の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．電圧ゼロの箇所を丸味を付けられるべき前記縁部に亘って前後に移動させる ように陽極電圧を周期的に変化させる請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．電圧の値を加工物の陽極電圧を僅かに越える値まで下げることによって電圧 を変化させる請求の範囲第２項に記載の方法。
5. ５．陰極工具を加工物の前記縁部に対して移動することによって電界を変化させ る請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．陰極工具と加工物の前記縁部との間の移動が周期的である請求の範囲第５項 に記載の方法。
7. ７．ブローチ削りされるべき導電材料製の加工物が第１端壁を形成する電解液浴 と、細長いブローチ削り工具と、下にブローチ削り工具を支持するようになった 水平に配置された細長い支持部材とを有し、加工物が電気化学的ブローチ削り作 業の陽極を構成し、ブローチ削り工具が電気化学的ブローチ削り作業の陰極を構 成する、電気化学的ブローチ削り装置において、前記支持部材は前記第１端壁と 向き合った浴の第２端壁によって支持されるように構成され、浴上及び加工物上 に亘ってその長さ方向に移動されるように構成され、前記ブローチ削り工具は楔 形状の工具であり、工具の幅狭の端はブローチ削り作業の開始時に第１端壁の近 くにあり且つ工具の残りの部分は電解液浴中に浸漬されている電気化学的ブロー チ削り装置。
8. ８．電気化学的研磨作業で使用するため、陽極をなす加工物に孔をつくるための 、少なくとも一つの陰極部分を備えたブローチ削り工具において、電解液を工具 に供給するための互いに独立した手段が工具の少なくとも二つの部分に設けられ ているブローチ削り工具。
9. ９．添付図面のうち第２図、第３図、第４図、及び第１０図を参照して上文中に 説明した導電材料製の加工物を加工物の縁部に丸味を付けるように電気化学的に 研磨する方法。
10. １０．添付図面のうち第１１図、第１２図及び第１３図を参照して上文中に説明 した電気化学的ブローチ削り装置。
11. １１．添付図面のうち第１４図、第１５図、第１６図、及び第１７図を参照して 上文中に説明した電気化学的研磨作業で使用するためのブローチ削り工具。