(57)【要約】【課題】所望の形状の曲がり孔及び直線孔を容易に形成することができる電解加工工具、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、内側に先端１０ａ側に向かって電解液Ｗが流通する流路ＦＣが形成された電極１１と、電極１１の先端面を露出させるように電極１１の外周面に被覆された絶縁層１２と、流路ＦＣを、軸線Ｏを含む第一流路ＦＣ１、及び、この第一流路ＦＣ１の外周側に位置する第二流路ＦＣ２に区画する内筒部材１７と、を有する工具本体１０を備え、工具本体１０の周方向位置の一部に、第二流路ＦＣ２を流通する電解液Ｗを工具本体１０の径方向外側に向かって導出する流体導出部１５が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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、内側に先端側に向かって電解液が流通する流路が形成された電極と、
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、
前記流路を、前記軸線を含む第一流路、及び、該第一流路の外周側に位置する第二流路に区画する流路区画部と、
を有する工具本体を備え、
前記工具本体の周方向位置の一部に、前記第二流路を流通する前記電解液を前記工具本体の径方向外側に向かって導出する流体導出部が形成されていることを特徴とする電解加工工具。
【請求項２】
前記電極内に設けられ、前記第二流路を閉塞する栓部をさらに備え、
前記流体導出部は、前記栓部よりも前記工具本体の後端側に形成さ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。
【請求項３】
請求項１又は２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、
前記第一流路及び前記第二流路の各々に独立に前記電解液を供給する電解液供給部と、
を備えることを特徴とする電解加工システム。
【請求項４】
請求項１又は２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、被加工材を電解させて加工する電解加工工具、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。
【背景技術】
【０００２】
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を用いることが好ましい。
【０００３】
ところで、例えばガスタービンのタービン翼内には、この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。この冷却孔については、熱的、空力的に最適な設計を実現するためには、即ち、翼プロファイル部や、プラットフォーム等の高温となる部分を効率的に冷却するためには、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。
【０００４】
ここで例えば特許文献１には、湾曲電極を用いることで加工物に曲がり孔を形成可能とした電解加工組立体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６２８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、湾曲電極を用いて加工を行うため、同じ電極を用いて、曲がり孔と直線孔とをあわせて加工することができない。特に翼プロファイル面に沿った冷却孔を加工する場合には、曲がり孔の曲率を変化させながらの加工や、曲がり孔と直線孔とが混在するように加工することが必要となる。
【０００７】
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、所望の形状の曲がり孔及び直線孔を容易に形成することができる電解加工工具、電解加工システム、及び孔空き部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、内側に先端側に向かって電解液が流通する流路が形成された電極と、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、前記流路を、前記軸線を含む第一流路、及び、該第一流路の外周側に位置する第二流路に区画する流路区画部と、を有する工具本体を備え、
前記工具本体の周方向位置の一部に、前記第二流路を流通する前記電解液を前記工具本体の径方向外側に向かって導出する流体導出部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
このような電解加工工具によると、電解液が電極内の流路を流通して電極の先端から導出され、この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。また、流体導出部からは電解液が径方向外側に向かって導出され、この導出された電解液が加工孔の内面に流体作用力を付与することにより、工具本体にはその反力が付与されて、工具本体が反力の方向に撓むように変位する。
ここで、流路区画部を工具本体に設け、電極の内側の流路を第一流路と第二流路とに区画したことによって、第一流路と第二流路とに独立して電解液を流通させることが可能となる。また、流体導出部は第二流路に通じているため、第二流路へ流通させる電解液の流量を増減させることで工具本体の流体導出部からの電解液の導出量を調整することができ、工具本体の変位量を容易に調整可能となる。
【００１０】
また、前記電極内に設けられ、前記第二流路を閉塞する栓部をさらに備え、前記流体導出部は、前記栓部よりも前記工具本体の後端側に形成されていてもよい。
【００１１】
このように栓部を設けることで、第二流路へ流通させる電解液の流量が、流体導出部から径方向外側に向かって導出される電解液の流量と同等になるため、流体導出部から導出する電解液の流量調整がより容易となる。従って、工具本体に付与される流体作用力の反力を制御して、所望の形状の曲がり孔及び直線孔をさらに容易に形成することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る電解加工システムは、上記電解加工工具と、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、前記第一流路及び前記第二流路の各々に独立に前記電解液を供給する電解液供給部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
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、流路区画部を工具本体に設けたことによって第一流路と第二流路とに独立して電解液を流通させることができ、第二流路へ流通させる電解液の流量を増減させ、流体導出部からの導出量を調整することで、工具本体の変位量を容易に調整可能となる。従って、所望の形状の曲がり孔及び直線孔を容易に形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る孔空き部材の製造方法は、上記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。
【００１５】
このような孔空き部材の製造方法によると、電解加工工具によって、第二流路への流通させる電解液の流量を増減させ、流体導出部からの導出量を調整することで、工具本体の変位量を容易に調整可能となる。従って、所望の形状の曲がり孔及び直線孔を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電解加工工具、電解加工システム、及び孔空き部材の製造方法によると、工具本体において第一流路と第二流路とを区画し、またこの第二流路が流体導出部に通じていることで、所望の形状の曲がり孔及び直線孔を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電解加工システムを示す正面図である。
【図２】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Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る電解加工システムに関し、電解加工工具及び被加工材を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔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１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、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。
【００１９】
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、電解加工工具３に電解液Ｗ（図２参照）を供給する電解液供給部６とを備えている。なお、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を備えて構成であってもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
電解液供給部６は、ポンプ等であって、移動機構４の把持部４ａの他端側に電解液流通路６ａを介して接続されており、この電解液流通路６ａを介して把持部４ａの内部に電解液Ｗを供給する。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される。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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、電解加工工具３について説明する。
図２に示すように、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。
【００２６】
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）には、移動機構４の把持部４ａの中空部分と連通する空間が形成されている。この空間は、電解加工に供される電解液Ｗが把持部４ａの中空部分から導入されて流通する流路ＦＣとなっており、これによって工具本体１０の後端側となる基端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、電解液Ｗが流通する。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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。
【００２９】
また、このような電極１１及び絶縁層１２からなる工具本体１０には、その周方向位置の一部に、電極１１の内側の流路ＦＣを流通する電解液Ｗを工具本体１０の径方向外側に向かって導出する流体導出部１５が形成されている。
【００３０】
本実施形態においては、流体導出部１５として、電極１１及び絶縁層１２を径方向に貫通して工具本体１０の内外を連通させる孔部を採用しており、工具本体１０の径方向から見た形状は、図２（ｃ）に示すように、周方向及び軸線Ｏ方向に延びる線分を辺として構成された矩形状をなしている。なおこの孔部の形状は矩形状に限られることなく、例えば、円形や正方形状等の他の形状であってもよい。また、流体導出部１５の形成位置に関しては、本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ことが好ましいが、この位置に限定されない。
【００３１】
また、工具本体１０は、電極１１の内側に配された内筒部材（流路区画部）１７をさらに有している。
【００３２】
内筒部材１７は、電極１１と同様に、軸線Ｏに沿って延びて、電極１１と略同じ軸線Ｏ方向の寸法を有す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。そして、この内筒部材１７は、例えばリブ等によって電極１１の内周面１１ａと径方向に間隔をあけた状態で内周面１１ａに支持されている。このリブは図示しないが、例えば、電極１１の内周面１１ａから軸線Ｏ方向、周方向に間隔をあけて径方向内側に向かって突出して設けられ、内筒部材１７の外周面１７ａを固定する。
【００３３】
なお、この内筒部材１７は導電性材料には限定されないが、先端１０ａ側での電解効果を内筒部材１７によっても得られるように、導電性材料である方が好ましい。また、本実施形態では内筒部材１７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。
【００３４】
このようにしてこの内筒部材１７は、電極１１の内側に形成された流路ＦＣを、第一流路ＦＣ１と、第二流路ＦＣ２との二つに区画する。即ち、第一流路ＦＣ１は軸線Ｏを含んだ軸線Ｏを中心とした柱状空間であり、第二流路ＦＣ２は、内筒部材１７の外周面１７ａと電極１１の内周面１１ａとの間に画成された軸線Ｏを中心とした環状空間となっている。
従って、流体導出部１５は、第二流路ＦＣ２と工具本体１０の外部とを連通していることとなる。
【００３５】
そしてこれら第一流路ＦＣ１、第二流路ＦＣ２には、上述の電解液供給部６から各々独立に流量が制御された電解液Ｗが供給され、第一流路ＦＣ１、第二流路ＦＣ２それぞれを電解液Ｗが流通する。
【００３６】
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、第一流路ＦＣ１及び第二流路ＦＣ２を介して電解液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の内面との間で通電し、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。
【００３７】
ここで、電解液供給部６から供給され、第一流路ＦＣ１を流通した電解液Ｗは、そのまま工具本体１０の先端１０ａから被加工材１００に向けて導出される。その一方で、第二流路ＦＣ２を流通した電解液Ｗは、一部が流体導出部１５から径方向外側に向かって、即ち、被加工材１００の加工孔１０１の内面に向かって、工具本体１０から導出され、残りは工具本体１０の先端１０ａから被加工材１００に向けて導出される。
【００３８】
そして、流体導出部１５から導出された電解液Ｗは、加工孔１０１の内面に流体作用力を付与することにより、工具本体１０にはその反力Ｆが付与されて、工具本体１０が反力Ｆの方向に撓むように変位する。
【００３９】
ここで、内筒部材１７を設けて、流路ＦＣを第一流路ＦＣ１と第二流路ＦＣ２とに区画し、電解液供給部６によってこれら第一流路ＦＣ１及び第二流路ＦＣ２に独立に電解液Ｗを供給することができる。従って、第一流路ＦＣ１及び第二流路ＦＣ２各々への電解液Ｗの流量を独立に制御可能となる。
【００４０】
よって、例えば第二流路ＦＣ２への電解液Ｗの流量を増大させることによって、流体導出部１５からの電解液Ｗの導出量を増大させることが可能となるため、工具本体１０に付与される被加工材１００からの反力Ｆを増大させることができる。このようにして、工具本体１０の変位量を容易に増大させることができ、曲がり方向へ電流密度分布を偏在させて、湾曲した曲がり孔として加工孔１０１を形成可能となる。
【００４１】
一方、流体導出部１５からの電解液Ｗの導出量を低減すれば、上記反力Ｆを減少させることができ、湾曲度合いの小さい加工孔１０１を容易に形成でき、また、第二流路ＦＣ２への電解液Ｗの供給を停止することで直線孔としての加工孔１０１を形成することができる。
【００４２】
このように、第二流路ＦＣ２への電解液Ｗの供給量を適宜調整することによって、工具本体１０の湾曲度合いを容易に調整できる。よって、一つの電解加工工具３によって直線孔、曲がり孔の加工を可能とすることに加え、加工孔形成の際に、工具本体１０の湾曲度合いを適宜調整することで、直線孔と曲がり孔とが混在したような複雑形状を有する加工孔１０１を形成することも可能となる。
【００４３】
本実施形態の電解加工システム１によると、内筒部材１７によって流路ＦＣを第一流路ＦＣ１及び第二流路ＦＣ２との二つに区画し、第二流路ＦＣ２が流体導出部１５へ通じていることで、加工孔１０１を所望の形状の曲がり孔及び直線孔として、容易に形成することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では内筒部材１７は、上述したようにリブ等によって電極１１の内周面１１ａに支持されているが、電解液Ｗを流通させた際に、電極１１の内周面１１ａと内筒部材１７との間が離間した状態で内筒部材１７を保持可能であれば、リブのような支持構造は設けなくともよい。
【００４５】
〔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、内筒部材１７に設けられて、第二流路ＦＣ２を工具本体１０の先端１０ａで閉塞する栓部材２３を、工具本体１０がさらに有している。
【００４６】
図３に示すように、栓部材２３は、工具本体１０の先端１０で、第一流路ＦＣ１と電極１１の内周面１１ａとの間に設けられ、第二流路ＦＣ２からの電解液Ｗの導出を防止する軸線Ｏを中心とした環状をなす閉塞部材である。またこの栓部材２３は、流体導出部１５よりも先端１０ａ側に設けられている。換言すると、流体導出部１５が栓部材２３よりも基端１０ｂ側に形成されている。
【００４７】
本実施形態の電解加工システムによると、栓部材２３によって、第二流路ＦＣ２を先端１０ａで閉塞しているため、電解液Ｗの全てを流体導出部１５から導出することが可能となる。
【００４８】
従って、電解液供給部６からの電解液Ｗの供給量を制御することで、流体導出部１５から径方向外側に向かって導出される電解液Ｗの流量調整がより容易となる。よって、工具本体に付与される流体作用力の反力を制御して、所望の形状の曲がり孔及び直線孔をさらに容易に形成することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では栓部材２３は工具本体１０の先端１０に設けられているが、このような設置位置に限定されず、少なくとも流体導出部１５よりも先端１０ａ側に設けられていればよく、即ち、第二流路ＦＣ２を流通する電解液Ｗの全てを流体導出部１５から導出可能となっていればよい。また栓部材２３は、内筒部材１７と一体に形成されていてもよいし、例えば第一流路ＦＣ１と第二流路ＦＣ２との間の間隙を、流体導出部１５よりも先端１０ａ側で閉塞するように樹脂等を充填したものであってもよい。
【００５０】
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、流体導出部１５とは軸線Ｏ回りに１８０度離間した位置における電極１１の外周面で、絶縁層１２を設けない部分を形成して電極１１を露出させてもよい。このようにすることで、反力Ｆを受けて工具本体１０が湾曲した際には、この外周面の露出部分と加工孔１０１の内面との間で通電するため、工具本体１０が湾曲した側で加工孔１０１の電解を促進でき、曲がり孔の形成の効率化を図ることができる。
【００５１】
しかし、このように電極１１の外周面に電極１１の露出部分を形成した電解加工工具を使用して直線孔を形成しようとした場合、電解加工工具３を回転させる必要があり、この際に工具本体１０の先端１０ａが振動して露出部分での短絡頻度が増加してしまうおそれがある。この点、本実施形態のように、流路ＦＣを第一流路ＦＣ１と第二流路ＦＣ２とに区画し、流体導出部１５からの電解液Ｗの導出量を制御することによって工具本体の変位を容易に制御可能となるため、直線孔加工時の短絡頻度を低減可能である。
【符号の説明】
【００５２】
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  ６…電解液供給部  ６ａ…電解液流通路  １０…工具本体  １０ａ…先端  １０ｂ…基端  １１…電極  １１ａ…内周面  １２…絶縁層  １５…流体導出部  …  １７…内筒部材  １７ａ…外周面  １００…被加工材  １００ａ…先端  １０１…加工孔  Ｏ…軸線  Ｗ…電解液  ＦＣ…流路  ＦＣ１…第一流路  ＦＣ２…第二流路  Ｆ…反力  ２１…電解加工システム  ２３…栓部材  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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