(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる芯管の外表面に絶縁材料からなる被覆を設けてなる中空管状の電極内に電解液を流通させ、かつこの電解液を前記電極の先端から噴出させながら前記電極を金属材料からなる被加工物に対して電極の軸線方向に相対移動させ、前記電解液を介して電極と被加工物との間に電圧を印加して、前記電極の軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が異なる穴を加工する異形穴の電解加工方法において、
初工程において電極の軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が均一な穴を加工し、
以後の工程において、外表面の被覆の一部を除去して導電性材料からなる芯管の表面を露出させた電極を使用し、前工程における加工穴の一部を加工すること、
を特徴とする異形穴の電解加工方法。
【請求項２】
電極の外表面の被覆の除去部位を電極の軸線と直交するスリット状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の異形穴の電解加工方法。
【請求項３】
電極の外表面の被覆の除去部位を電極の軸線方向に複数個設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の異形穴の電解加工方法。
【請求項４】
電極の先端部の端面およびその近傍の内表面に絶縁材料からなる被覆を設けたことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の異形穴の電解加工方法。
【請求項５】
電極および異形穴の横断面形状が円形であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の異形穴の電解加工方法。
【請求項６】
電極の構成材料としてチタンまたはチタン合金を使用し、複数個の電極を使用して複数個の異形穴を同時に加工することを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の異形穴の電解加工方法。
【請求項７】
電解液として硝酸水溶液、硫酸水溶液または塩酸水溶液を使用することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の異形穴の電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空管状の電極内に電解液を流通させながら、導電性金属材料からなる被加工物に異形穴を加工する電解加工方法に関し、特に電極の軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が異なる異形穴を、高精度かつ高効率で加工することができる異形穴の電解加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、導電性材料からなる中空管状の電極を使用して、金属材料からなる被加工物に所定寸法の穴あけをする手段として、電極と被加工物との間に電解液を流通させると共に、電極と被加工物との間に直流電圧を印加することにより、被加工物側の金属を電解作用によって電解液中に溶出させて穴あけを行なう電解加工法は、いわゆるＳＴＥＭ(Shaped Tube Electrochemical Machining) として知られている。
【０００３】
図７はＳＴＥＭとして知られている従来の電解加工法の一例を示す説明図である。図７において、１は被加工物であり、例えば鉄鋼材料のような金属材料からなり、加工槽２内のテーブル３上に載置固定されている。４は電極であり、例えばチタンまたはチタン合金のような電解され難い導電性材料により、横断面外形輪郭を加工すべき穴の内形輪郭と対応させて中空管状に形成され、ホルダ５に支持されて被加工物１に対向して進退可能に設けられる。電極４およびホルダ５は一体に形成され、例えばラック・ピニオン６とサーボモータ７とからなる電極駆動装置によって制御駆動される。
【０００４】
次に８は直流電源および制御装置であり、リード線９，１０を介して電極４および被加工物１に所定の直流電圧を印加すると共に、サーボモータ７と電気的に接続され、サーボモータ７の駆動を制御するように構成されている。
【０００５】
１１はタンクであり、電解液１２を貯留し、この電解液１２は、ポンプ１３、フィルタ１４および流量調節弁１５を介してホルダ５および電極４に供給され、更に加工槽２からの排出分はタンク１１内に戻るように構成されている。
【０００６】
図８は図７における電極４の先端部を示す拡大断面図である。図８において、電極４は芯管４１の外周に耐酸性絶縁材料からなる被覆４２が固着されると共に、電極４の先端部は傾角αなる円錐面に形成されている。この場合、αは１０〜１５°に設定される。
【０００７】
上記の構成により、電解液１２として例えば硝酸水溶液（濃度１８重量％）を使用し、この電解液１２をポンプ１３を介して加工槽２とタンク１１との間を循環させる一方、リード線９，１０を介して直流電圧を印加し（被加工物（＋）、電極（−））、電極４を被加工物１に対して制御送りすれば、被加工物１側の金属が電解作用によって電解液１２内に溶出し、被加工物１に所定寸法の穴あけ加工を行なうことができる。
【０００８】
上記の電解加工方法は、被加工物１に内部応力を発生することなく、冶金学的にも影響がない、例えば直径１ｍｍ以下の微細寸法の深穴を、深さ寸法対穴径比において最大３００：１に加工することができ、特にガスタービンブレードに不可欠な微細径の多数の冷却穴を加工する場合に有効である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなガスタービンブレードの冷却穴は、冷却作用を向上させるために、近年においては等径の穴のみならず、その軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が異なる異形穴が要求されるようになってきている。すなわち、穴の開口部よりもその内部における横断面内形輪郭寸法が大に設定されているものも少なくない。
【００１０】
このような異形穴を上記のようなＳＴＥＭによって加工する場合には、電極の軸線方向の送り量および送り速度を微妙に制御し、かつ印加すべき直流電圧の制御も併せて行なう手段によれば、実験的には可能ではあるが、微細寸法の異形穴を多数加工すべき実際作業においては不可能に近く、しかも加工精度においても満足すべきものが得られていないのが現状である。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に存在する課題を解決し、軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が異なる異形穴を、高精度かつ高効率で加工することができる異形穴の電解加工方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明においては、
導電性材料からなる芯管の外表面に絶縁材料からなる被覆を設けてなる中空管状の電極内に電解液を流通させ、かつこの電解液を前記電極の先端から噴出させながら前記電極を金属材料からなる被加工物に対して電極の軸線方向に相対移動させ、前記電解液を介して電極と被加工物との間に電圧を印加して、前記電極の軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が異なる穴を加工する異形穴の電解加工方法において、
初工程において電極の軸線方向の位置における横断面内形輪郭寸法が均一な穴を加工し、
以後の工程において、外表面の被覆の一部を除去して導電性材料からなる芯管の表面を露出させた電極を使用し、前工程における加工穴の一部を加工する、
という技術的手段を採用した。
【００１３】
本発明において、電極の外表面の被覆の除去部位を電極の軸線と直交するスリット状に形成することができる。
【００１４】
次に上記の発明において、電極の外表面の被覆の除去部位を電極の軸線方向に複数個設けることができる。
【００１５】
また上記の発明において、電極の先端部の端面およびその近傍の内表面に絶縁材料からなる被覆を設けることができる。
【００１６】
更に上記の発明において、電極および異形穴の横断面形状を円形とすることができる。
【００１７】
また更に本発明において、電極の構成材料としてチタンまたはチタン合金を使用し、複数個の電極を使用して複数個の異形穴を同時に加工することができる。
【００１８】
なお本発明において、電解液として硝酸水溶液、硫酸水溶液または塩酸水溶液を使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における加工対象である異形穴の例を模式的に示す縦断面端面図である。図１において、異形穴２０は、直径Ｄ1 なる小径部２１、直径Ｄ2 なる中径部２２および直径Ｄ3 なる大径部２３からなり、例えば上方の開口部から、大径部２３−中径部２２−小径部２１−中径部２２−大径部２３−……の順に配列されている。
【００２０】
図２は本発明の実施の形態における初工程の加工態様を示す要部拡大縦断面図であり、同一部分は前記図１および図８と同一の参照符号で示す。図２において、電極４の外径Ｄは、加工すべき穴２０ａ（この場合は図１における小径部２１に相当する）の直径Ｄ1 より若干小に形成する。そして前記図７に示す電解加工手段により、電極４を被加工物１に対して電極４の軸線方向に制御送りすれば、被加工物１に小径部２１の直径Ｄ1 を有する等径の穴２０ａを加工することができる。
【００２１】
図３は本発明の実施の形態における第２工程の加工態様を示す要部拡大縦断面図であり、同一部分は前記図２と同一の参照符号で示す。図３において、４３はスリットであり、電極４の外周面の被覆４２の一部を例えば円周方向に微細幅寸法に除去して芯管４１を露出させた部位であり、例えば電極４の軸線方向にピッチＰで複数個設ける。なおスリット４３の設置位置は、前記図１に示す中径部２２の位置と対応させて選定する。
【００２２】
次に、電極４の下端面は、例えば電極４の軸線と直交する平面に形成すると共に、芯管４１の下端面およびその近傍の内表面には、耐酸性絶縁材料からなる被覆４２を設ける。
【００２３】
上記の構成により、第２工程においては、まず電極４を初工程において加工した等径の穴２０ａ内に図３に示すように挿入し、次に電解液を流通させると共に電極４と被加工物１との間に直流電圧を印加して、電極４を軸線方向に所定速度でＳ1 寸法上昇させ、必要に応じて上記範囲において電極４を往復制御送りする。上記の電極４の制御送りにより、スリット４３によって露出した芯管４１と被加工物１の穴２０ａの内面との間の電解作用により、鎖線にて示すように穴２０ａの内面の一部が直径Ｄ2 （図１における中径部２２に相当）に加工される。
【００２４】
図４は本発明の実施の形態における第３工程の加工態様を示す要部拡大縦断面図であり、同一部分は前記図３と同一の参照符号で示す。図４において、電極４に設けるべきスリット４３の位置は、前記図１に示す大径部２３の位置と対応させて選定する。
【００２５】
上記の構成により、第３工程においては、電極４を第２工程において加工された異形穴２０内に図４に示すように挿入し、前記第２工程と同様に電解液の流通および直流電圧の印加を行ない、電極４を軸線方向にＳ2 寸法の範囲内で制御送りすれば、鎖線にて示すように前記第２工程において加工された中径部２２の一部が、直径Ｄ3 （図１に示す大径部２３に相当）に加工され、図１に示す所定の異形穴２０の電解加工を完了することができる。
【００２６】
なお、異形穴２０として図４に示すように、直径Ｄ1 なる小径部２１と、直径Ｄ2 なる中径部２２とからなるものとする場合には、第３工程を実施することなく、第２工程までで加工が完了することになる。
【００２７】
【実施例】
まず直径２．８５ｍｍの電極４（図８参照）を使用し、初工程において耐熱鋼からなる被加工物１に対して等径の穴を電解加工によって形成した。この場合の加工条件は、直流電圧１１Ｖ、電極４の送り速度１．５ｍｍ／分とし、電解液として濃度１８％の硝酸水溶液を使用した。この結果、直径３．２ｍｍの等径の穴が得られた。
【００２８】
次に図５に示す電極４を使用して第２工程の加工を行なった。図５において、スリット４３は例えば旋削加工によりピッチＰ＝３．３ｍｍ、幅寸法Ｗ＝０．１ｍｍに形成し、芯管４１が露出するように被覆４２を除去した。この電極４を前記初工程において形成した等径の穴内に挿入し、電解加工を行なった。この場合の加工条件は、直流電圧１１Ｖ、電極４の送り速度１．０ｍｍ／分とし、電極４の軸線方向に２．３ｍｍ上下往復させた。
【００２９】
図６は上記電解加工によって形成された異形穴の例を示す要部縦断面図であり、同一部分は前記図３と同一の参照符号で示す。図５に示す電極４を使用することにより、スリット４３によって露出した芯管４１と被加工物１の穴の内面との間の電解作用によって、直径Ｄ2 ＝３．７ｍｍの中径部２２を形成することができる。なお初工程における穴は直径Ｄ1 ＝３．２ｍｍの小径部２１として、幅寸法Ｗ1 ＝０．６ｍｍの段部を形成して残存し、異形穴２０を得ることができた。
【００３０】
上記の実施例においては、電極４として円管を使用した例について説明したが、横断面形状が円形以外の中空管を使用してもよい。またスリット４３を等ピッチで複数個設けた例について説明したが、スリット４３を１個としてもよく、またスリット４３の設置間隔を変化させたものであっても本発明の適用が可能である。なお、電極４の外表面の被覆４２の除去部位は、スリット状に限定されることなく、外周方向に不連続である部分的なものであってもよく、要するに所望の異形穴の形状に対応させて適宜選定すればよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上記述のような構成および作用であるから、軸線方向の位置によって形状が異なる異形穴であっても、高精度かつ高効率で加工することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における加工対象である異形穴の例を模式的に示す縦断面端面図である。
【図２】本発明の実施の形態における初工程の加工態様を示す要部拡大縦断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態における第２工程の加工態様を示す要部拡大縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における第３工程の加工態様を示す要部拡大縦断面図である。
【図５】本発明の実施例における電極の例を示す要部正面図である。
【図６】本発明の実施例において形成された異形穴の例を示す要部縦断面図である。
【図７】ＳＴＥＭとして知られている従来の電解加工法の一例を示す説明図である。
【図８】図７における電極４の先端部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１    被加工物
４    電極
４１  芯管
４２  被覆
４３  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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