(57)【要約】【課題】難切削材を電解放電加工する際において、電解液の使用量の増加と、供給した電力に対する難切削材の加工度合（加工効率）の低下とを抑制することが可能な電解放電加工装置を提供する。【解決手段】この電解放電加工装置１００は、絶縁性を有する難切削材Ｍの表面Ｓに接触する棒状の主電極１２と、難切削材Ｍの表面Ｓに電解液Ｌを供給するノズル１４と、主電極１２に対して離間して配置された補助電極１３と、主電極１２と補助電極１３との間に電解液Ｌを介して電圧を印加する電源部１７と、難切削材Ｍの表面Ｓに配置され、主電極１２と補助電極１３との間に電解液Ｌを滞留させる電解液滞留部（補助電極１３）とを備える。【選択図】図１
2016203284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する難切削材の表面に接触する棒状の主電極と、
前記難切削材の表面に電解液を供給する電解液供給部と、
前記主電極に対して離間して配置された補助電極と、
前記主電極と前記補助電極との間に前記電解液を介して電圧を印加する電源部と、
前記難切削材の表面または前記難切削材を取り囲むように配置され、前記主電極と前記補助電極との間に前記電解液を滞留させる電解液滞留部とを備える、電解放電加工装置。
【請求項２】
前記補助電極は、前記主電極を取り囲む筒状に形成されており、前記電解液滞留部を兼ねている、請求項１に記載の電解放電加工装置。
【請求項３】
前記主電極は、複数形成されており、
前記電解液滞留部を兼ねる１つの前記補助電極は、複数の前記主電極の全てを取り囲むように筒状に形成されている、請求項２に記載の電解放電加工装置。
【請求項４】
前記主電極は、複数形成されており、
複数の前記主電極をそれぞれ独立して前記難切削材の表面側に付勢する複数の付勢部材をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解放電加工装置。
【請求項５】
前記電解液供給部により供給される前記電解液は、強アルカリ性を有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電解放電加工装置。
【請求項６】
前記主電極および前記電解液供給部を少なくとも取り囲むように形成され、水中に配置された前記難切削材の表面近傍まで延びる筒状のカバー部をさらに備え、
前記主電極と前記補助電極との間に滞留する前記電解液を前記筒状のカバー部の外側の水から隔離するための気体が前記筒状のカバー部内を流通するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電解放電加工装置。
【請求項７】
前記電解液滞留部から流出する前記電解液を再度前記電解液供給部から前記難切削材の表面に供給させるための循環経路部と、
前記循環経路部に設けられ、前記電解液を循環させるためのポンプと、
前記循環経路部に設けられ、前記電解液中の異物を除去するフィルタとをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電解放電加工装置。
【請求項８】
前記主電極は、複数が並列に接続されており、
前記電源部と複数の前記主電極との間にそれぞれ設けられ、前記複数の主電極の内のいずれかの前記主電極の電流が急激に上昇するのを抑制するための複数のバランス抵抗素子をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電解放電加工装置。
【請求項９】
前記難切削材は、ウランおよびジルコニウムを含む燃料デブリである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電解放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性を有する難切削材を加工する電解放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁性を有する材料を加工する電解放電加工装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、導電性質が導電完全不能状態に近い（絶縁性を有する）不良導電体工作物の上に配置される棒状の導電性電極（主電極）および補助電極と、不良導電体工作物の上に絶縁液（電解液）を供給する電解液供給管と、導電性電極と補助電極との間に電解液を介して電圧を印加する電源とを備える複合放電加工装置が開示されている。この複合放電加工装置では、電圧を印加することにより、導電性電極に放電現象を発生させる。これにより、不良導電体工作物が電解放電加工されて、不良導電体工作物の表面が溶融するとともに、高温となった不良導電体工作物と電解液との間に化学置換反応が生じることにより不良導電体工作物がエッチングされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７２５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の複合放電加工装置では、絶縁液が、導電性電極と補助電極との間だけでなく不良導電体工作物の表面の広範囲に供給されるという不都合がある。このため、不良導電体工作物を電解放電加工する際において、電解液の使用量が増加するとともに、導電性電極と補助電極との間以外の電流経路に電流がリークすることによって、供給した電力に対する不良導電体工作物の加工度合（加工効率）が低下するという問題点がある。なお、上記問題点を解消させて電解放電加工の有効性を向上させることは、機械的な切削加工が容易ではない難切削材の加工を要する場合において特に重要である。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、難切削材を電解放電加工する際において、電解液の使用量の増加と、供給した電力に対する難切削材の加工度合（加工効率）の低下とを抑制することが可能な電解放電加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における電解放電加工装置は、絶縁性を有する難切削材の表面に接触する棒状の主電極と、難切削材の表面に電解液を供給する電解液供給部と、主電極に対して離間して配置された補助電極と、主電極と補助電極との間に電解液を介して電圧を印加する電源部と、難切削材の表面または難切削材を取り囲むように配置され、主電極と補助電極との間に電解液を滞留させる電解液滞留部とを備える。なお、「難切削材」とは、比較的硬質で切削加工が容易ではない部材を意味する。また、「電解液を滞留させる」とは、電解液が少なくとも主電極と補助電極との間に位置するように、電解液供給部から供給された電解液の少なくとも一部をせき止めることを意味する。
【０００８】
この発明の一の局面による電解放電加工装置では、上記のように、難切削材の表面または難切削材を取り囲むように配置され、主電極と補助電極との間に電解液を滞留させる電解液滞留部を設ける。これにより、電解液滞留部により、電解液を配置する必要のある主電極と補助電極との間に電解液を滞留させることができるので、主電極と補助電極との間以外の電解液が不要な部分に電解液が不必要に供給されるのを抑制することができる。これにより、難切削材を電解放電加工する際において、電解液の使用量の増加を抑制することができる。また、電解液が不要な部分にリークする電流を減少させることができるので、難切削材を電解放電加工する際において、供給した電力に対する難切削材の加工度合（加工効率）が低下するのを抑制することができる。さらに、主電極と補助電極との間に電解液を滞留させる電解液滞留部を設けることによって、主電極が鉛直方向下向きに配置される場合だけでなく、主電極を鉛直方向と交差する方向に横向きに配置したり、鉛直方向上向きに配置したりすることができる。これにより、難切削材の配置状況に拘わらず、難切削材を電解放電加工することができる。
【０００９】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、補助電極は、主電極を取り囲む筒状に形成されており、電解液滞留部を兼ねている。このように構成すれば、電解液滞留部を補助電極とは別個に設ける必要がないので、部品点数の増加および構造の複雑化を抑制することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、主電極は、複数形成されており、電解液滞留部を兼ねる１つの補助電極は、複数の主電極の全てを取り囲むように筒状に形成されている。このように構成すれば、１つの補助電極のみで複数の主電極と補助電極との間に電解液を滞留させて電流経路をそれぞれ形成することができるので、部品点数の増加および構造の複雑化をより効果的に抑制することができる。
【００１１】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、主電極は、複数形成されており、複数の主電極をそれぞれ独立して難切削材の表面側に付勢する複数の付勢部材をさらに備える。このように構成すれば、付勢部材により、主電極が難切削材の表面から離間するのを抑制することができるので、主電極が離間したことに起因して難切削材の電解放電加工が行われない場合が生じるのを抑制することができる。また、複数の付勢部材により複数の主電極をそれぞれ独立して難切削材の表面側に付勢することによって、難切削材の表面に凹凸や起伏が形成されており、複数の主電極の各々が難切削材の表面に当接する高さ位置が異なる場合であっても、複数の主電極のそれぞれが難切削材の表面から離間するのを確実に抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、電解液供給部により供給される電解液は、強アルカリ性を有している。このように構成すれば、電解放電加工により生じた熱を利用して絶縁性の難切削材と電解液との間の化学反応を進行させることができるので、絶縁性の難切削材の加工を促進させることができる。これにより、供給した電力に対する難切削材の加工度合（加工効率）を効果的に向上させることができる。
【００１３】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、主電極および電解液供給部を少なくとも取り囲むように形成され、水中に配置された難切削材の表面近傍まで延びる筒状のカバー部をさらに備え、主電極と補助電極との間に滞留する電解液を筒状のカバー部の外側の水から隔離するための気体が筒状のカバー部内を流通するように構成されている。このように構成すれば、主電極と補助電極との間に滞留する電解液が水によって希釈されるのを抑制することができるので、電解液を介した主電極と補助電極との間に電流が流れにくくなるのを抑制することができる。
【００１４】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、電解液滞留部から流出する電解液を再度電解液供給部から難切削材の表面に供給させるための循環経路部と、循環経路部に設けられ、電解液を循環させるためのポンプと、循環経路部に設けられ、電解液中の異物を除去するフィルタとをさらに備える。このように構成すれば、電解液滞留部から流出する電解液内の異物をフィルタにより除去して、再度電解液供給部から難切削材の表面に供給させることができるので、難切削材を電解放電加工する際において、電解液の使用量の増加を効果的に抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、主電極は、複数が並列に接続されており、電源部と複数の主電極との間にそれぞれ設けられ、複数の主電極の内のいずれかの主電極の電流が急激に上昇するのを抑制するための複数のバランス抵抗素子をさらに備える。このように構成すれば、電解放電加工において、複数の主電極の内の特定の主電極のみに電流が集中して流れるのを抑制することができる。
【００１６】
上記一の局面による電解放電加工装置において、好ましくは、難切削材は、ウランおよびジルコニウムを含む燃料デブリである。このような材料からなる燃料デブリに対して本発明の電解放電加工装置による電解放電加工を行うことにより、電解液の使用量の増加や、供給した電力に対する難切削材の加工度合が低下するのを抑制した状態で、燃料デブリに穴や亀裂を形成させるような電解放電加工を行うことができる。これにより、ウランおよびジルコニウムを含む燃料デブリをより小さな破片に破砕することができるので、燃料デブリの廃棄処理を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記のように、難切削材を電解放電加工する際において、電解液の使用量の増加と、供給した電力に対する難切削材の加工度合（加工効率）の低下とを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による電解放電加工装置の模式的な図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電解放電加工装置の主電極および補助電極の周辺を示した模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電解放電加工装置の主電極および補助電極の周辺を示した断面図である。
【図４】電解放電加工における電圧と平均電流との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の効果を確認するために行った実施例の電解放電加工の結果を示した写真である。
【図６】本発明の第２実施形態による電解放電加工装置の模式的な図である。
【図７】本発明の第１実施形態の電解放電加工装置の配置を変更した状態を示した模式的な図である。
【図８】本発明の第２実施形態の変形例による電解放電加工装置の模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による電解放電加工装置１００について説明する。
【００２１】
（電解放電加工装置の全体構成）
電解放電加工装置１００は、図１に示すように、難切削材Ｍに対して電解放電加工が行われる本体部１と、電解液Ｌが貯留される貯留部２と、本体部１と貯留部２とを接続し、電解液Ｌが内部を流通するパイプからなる循環経路部３とを備えている。なお、電解液Ｌは、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液などの強アルカリ性の水溶液であり、１０ｗｔ％程度の重量パーセント濃度であるのが好ましい。
【００２２】
また、難切削材Ｍは、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が約１３００であるジルコニア（酸化ジルコニウム、ＺｒＯ２）などの高硬度のセラミックスを含む材料のような、比較的硬質で切削加工が容易ではない材料から構成されている。たとえば、難切削材Ｍは、ジルコニウムとウランと酸素とを含む燃料デブリである。
【００２３】
電解放電加工装置１００は、循環経路部３の貯留部２よりも上流側に配置されるポンプ３ａおよびフィルタ３ｂと、循環経路部３の貯留部２よりも下流側に配置されるポンプ３ｃとをさらに備えている。循環経路部３は、ポンプ３ａにより、本体部１内の電解液Ｌが貯留部２に向かって流通するように構成されている。その際、フィルタ３ｂにより、電解放電加工により発生した電解液Ｌ中の不純物や破片などの異物が除去されて貯留部２に流入して貯留される。その後、ポンプ３ｃにより、貯留部２内の電解液Ｌが本体部１に向かって流通するように構成されている。これにより、本体部１内の後述する補助電極１３から流出した電解液Ｌが循環経路部３を通過して、再度、本体部１内に配置された難切削材Ｍの表面Ｓに循環して供給されるように構成されている。
【００２４】
＜本体部の構成＞
本体部１は、円筒状のカバー部１０と、カバー部１０とカバー部１０の載置面との間に配置されたシール部材１１とを含んでいる。
【００２５】
カバー部１０は、カバー部１０内の電解液Ｌが本体部１の外側に飛散するのを抑制する機能と、補助電極１３から漏れ出た電解液Ｌを内部に一時的に貯留する機能とを有している。また、カバー部１０の載置面側の底部近傍には、循環経路部３が接続されており、カバー部１０内部の電解液Ｌが回収される。シール部材１１は、カバー部１０と載置面との間からカバー部１０内部の電解液Ｌが漏れ出るのを抑制する機能を有する。
【００２６】
本体部１は、図２に示すように、複数（４つ）の主電極１２と、カバー部１０に支持された１つの補助電極１３と、電解液Ｌを供給するノズル１４とを備えている。なお、ノズル１４は、本発明の「電解液供給部」の一例である。４つの主電極１２は、各々略同一の棒状に形成されている。また、主電極１２の難切削材Ｍ側の端部１２ａは、難切削材Ｍ側に向かって先細る形状に形成されているとともに、難切削材Ｍの表面Ｓに接触している。
【００２７】
主電極１２は、トリウムが添加されたタングステンから構成されている。ここで、主電極１２は、タングステンが用いられていることによって、電解放電加工において生じる熱に起因して溶融しない耐熱性を有している。また、主電極１２は、トリウムが添加されていることによって、仕事関数が低くされており、その結果、主電極１２の先細る端部１２ａ周辺から電子が放出されやすい性質を有している。なお、主電極１２は、強アルカリ性を有する電解液Ｌにより腐食せず、かつ、十分な耐熱性を有する導電性材料であれば、トリウムが添加されたタングステンに限定されない。
【００２８】
また、４つの主電極１２には、各々、つるまきばねから構成されたばね１５がそれぞれ独立して取り付けられている。なお、図２において、１つの主電極１２におけるばね１５の図示を省略している。４つのばね１５は、それぞれ、主電極１２の鍔部１２ｂとカバー部１０に固定された円盤状のばね固定部１６との間に配置された状態で、鍔部１２ｂとばね固定部１６とに固定されている。これにより、４つのばね１５は、それぞれ、独立して主電極１２の延びる鉛直方向（Ｚ方向）に付勢力を生じさせる機能を有している。なお、ばね１５は、難切削材Ｍの表面Ｓ側に主電極１２を付勢するように構成されている。これにより、図３に示すように、難切削材Ｍの表面Ｓに凹凸や起伏が形成されている状態であっても、４つのばね１５により４つの主電極１２がそれぞれ独立して付勢されていることによって、凹凸や起伏に合わせて主電極１２を確実に難切削材Ｍの表面Ｓに接触させることが可能である。なお、ばね１５は、本発明の「付勢部材」の一例である。
【００２９】
ここで、第１実施形態では、図２に示すように、１つの補助電極１３は、円筒状に形成されており、４つの主電極１２の難切削材Ｍ側をＸ方向およびＹ方向から取り囲むように、難切削材Ｍの表面Ｓ上に配置されている。これにより、１つの円筒状の補助電極１３に取り囲まれた領域に電解液Ｌを滞留させることが可能なように構成されている。この際、円筒状の補助電極１３により滞留される電解液Ｌの量は、４つの主電極１２の難切削材Ｍの表面Ｓに接触する端部１２ａが少なくとも電解液Ｌに浸かり、かつ、補助電極１３に電解液Ｌが接触することが可能な量以上である。つまり、円筒状の補助電極１３により滞留される電解液Ｌの量は、電解液Ｌを介して４つの主電極１２と補助電極１３とが電気的に接続可能な量以上であり、その結果、４つの主電極１２と補助電極１３との間に電解液Ｌが滞留される。なお、補助電極１３は、本発明の「電解液滞留部」の一例である。
【００３０】
補助電極１３は、電気抵抗が十分に低いＣｕや真鍮などから構成されている。なお、補助電極１３は、強アルカリ性を有する電解液Ｌにより腐食しない導電性材料であればよい。また、電解液Ｌにおける電力損失を低減するために補助電極１３を主電極１２に十分に近接させて配置する場合には、補助電極１３はある程度の耐熱性を有する材料から構成するのが好ましい。
【００３１】
また、図３に示すように、補助電極１３の難切削材Ｍ側には、弾性変形可能な円環状のＯリング１３ａが取り付けられている。このＯリング１３ａにより、難切削材Ｍの表面Ｓに凹凸や起伏が形成されている状態であっても、難切削材Ｍの表面Ｓと補助電極１３との間に隙間が形成されるのが抑制される。これにより、難切削材Ｍの表面Ｓと補助電極１３との隙間から電解液Ｌが補助電極１３の外側（主電極１２が配置される側とは反対側）に漏れ出るのが抑制されるので、補助電極１３内に電解液Ｌをより滞留させることが可能である。また、補助電極１３には、補助電極１３を外側から覆う絶縁部材１３ｂが設けられている。この絶縁部材１３ｂにより、補助電極１３の外側にリークする電流を減少させることが可能である。たとえば、絶縁部材１３ｂは、ビニールテープから構成されている。
【００３２】
ノズル１４は、循環経路部３に接続されており、円筒状の補助電極１３に囲まれた難切削材Ｍの表面Ｓに電解液Ｌを供給する機能を有している。
【００３３】
また、４つの主電極１２、１つの補助電極１３およびノズル１４を、難切削材Ｍの表面Ｓ上を所定の方向に移動可能なように構成してもよい。これにより、難切削材Ｍの加工を自動化させることが可能である。
【００３４】
また、本体部１は、電源部１７と、電源部１７の正極側と４つの主電極１２とをそれぞれ並列に接続する配線１８ａと、電源部１７の負極側と１つの補助電極１３とを接続する配線１８ｂとを含んでいる。これにより、電源部１７は、配線１８ａおよび１８ｂと、電解液Ｌとを介して、４つの主電極１２と補助電極１３との間に所定の大きさの電圧を印加することが可能なように構成されている。なお、電源部１７は、直流電流（ＤＣ）に限られず、交流電流（ＡＣ）またはパルス電流のいずれを供給してもよい。
【００３５】
また、電源部１７と４つの主電極１２の間との間の配線１８ａには、４つの主電極１２の各々に対応する４つのバランス抵抗素子１９が設けられている。この４つのバランス抵抗素子１９は、電解放電加工時に、４つの主電極１２の内のいずれかの主電極１２の電気抵抗が急激に低下することに起因して電気抵抗が低下した主電極１２に流れる電流が急激に上昇するのを抑制する機能を有している。
【００３６】
（電解放電加工反応の説明）
次に、図１、図３および図４を参照して、第１実施形態の電解放電加工装置１００における電解放電加工について説明する。
【００３７】
図３に示す４つの主電極１２の端部１２ａを難切削材Ｍの表面Ｓに接触させた状態で、電源部１７（図１参照）により、４つの主電極１２と１つの補助電極１３との間に、電解液Ｌを介して電圧を印加する。この際、図４に示すように、電圧を大きくするに従って、電解液Ｌを流れる電流（平均電流）が略比例して大きくなり、電解液Ｌの電解が進行する。これにより、電解液Ｌ内に位置する主電極１２の端部１２ａ周辺において、水素ガス（Ｈ２）や酸素ガス（Ｏ２）が発生する（電解作用領域）。
【００３８】
そして、電圧をさらに大きくすると、電解液Ｌ内に位置する主電極１２の端部１２ａ周辺の気泡が端部１２ａを覆うように発生することによって、電解液Ｌにおける電気抵抗が大きくなり、その結果、電圧の上昇に対する電流の上昇がほとんど生じなくなる（気泡発生領域）。その後、電圧をさらに大きくして主電極１２の端部１２ａ周辺の電解強度を気泡の絶縁破壊強度を超えて大きくすることによって、気泡の絶縁破壊および放電が生じる。これにより、気泡の絶縁破壊による衝撃波と発熱とが生じる（放電発生領域）。
【００３９】
この気泡の絶縁破壊により発生した衝撃波と熱とにより、難切削材Ｍの表面Ｓが脆弱化される。さらに、気泡の絶縁破壊により発生した熱により、難切削材Ｍの構成成分と電解液Ｌとの間で化学反応が進行して、生成した反応生成物が電解液Ｌ側に移動する。たとえば、燃料デブリの構成成分であるジルコニア（酸化ジルコニウム、ＺｒＯ２）は、熱により、電解液Ｌ（たとえば、強アルカリ性を有する水酸化ナトリウム）との化学反応が進行する。これにより、水酸化ジルコニウム（Ｚｒ（ＯＨ）４）が生成され、生成された水酸化ジルコニウムは電解液Ｌ側に移動する。この衝撃波および熱と、熱により進行する化学反応とにより、難切削材Ｍの表面Ｓに穴や亀裂が生じたり、亀裂が進行して難切削材Ｍがより小さな破片に破砕されたりするような加工が行われる。この結果、難切削材Ｍが電解放電加工される。なお、電解放電加工により生じた破片や生成した反応生成物（異物）は、循環経路部３のフィルタ３ｂ（図１参照）により回収される。
【００４０】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４１】
第１実施形態では、上記のように、難切削材Ｍの表面Ｓに配置されて、主電極１２と補助電極１３との間に電解液Ｌを滞留させる電解液滞留部（円筒状の補助電極１３）を設ける。これにより、円筒状の補助電極１３により、電解液Ｌを配置する必要のある主電極１２と補助電極１３との間に電解液Ｌを滞留させることができるので、主電極１２と補助電極１３との間以外の電解液Ｌが不要な部分に電解液Ｌが不必要に供給されるのを抑制することができる。これにより、難切削材Ｍを電解放電加工する際において、電解液Ｌの使用量の増加を抑制することができる。また、電解液Ｌが不要な部分にリークする電流を減少させることができるので、難切削材Ｍを電解放電加工する際において、供給した電力に対する難切削材Ｍの加工度合（加工効率）が低下するのを抑制することができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、補助電極１３が、主電極１２を取り囲む筒状に形成されており、電解液滞留部を兼ねる。これにより、電解液滞留部を円筒状の補助電極１３とは別個に設ける必要がないので、部品点数の増加および構造の複雑化を抑制することができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、１つの補助電極１３を、４つの主電極１２の全てを取り囲むように筒状に形成する。これにより、１つの補助電極１３のみで４つの主電極１２と補助電極１３との間に電解液Ｌを滞留させて電流経路をそれぞれ形成することができるので、部品点数の増加および構造の複雑化をより効果的に抑制することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、４つの主電極１２をそれぞれ独立して難切削材Ｍの表面Ｓ側に付勢する４つのばね１５を設ける。このように構成すれば、ばね１５により、主電極１２が難切削材Ｍの表面Ｓから離間するのを抑制することができるので、主電極１２が離間したことに起因して難切削材Ｍの電解放電加工が行われない場合が生じるのを抑制することができる。また、４つのばね１５により４つの主電極１２をそれぞれ独立して難切削材Ｍの表面Ｓ側に付勢することによって、難切削材Ｍの表面Ｓに凹凸や起伏が形成されており、複数の主電極１２の各々が難切削材Ｍの表面Ｓに当接する高さ位置が異なる場合であっても、４つの主電極１２のそれぞれが難切削材Ｍの表面Ｓから離間するのを確実に抑制することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、ノズル１４により供給される電解液Ｌが強アルカリ性を有することによって、電解放電加工により生じた熱を利用して絶縁性の難切削材Ｍと電解液Ｌとの間の化学反応を進行させることができるので、絶縁性の難切削材Ｍの加工を促進させることができる。これにより、供給した電力に対する難切削材Ｍの加工度合を効果的に向上させることができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、円筒状の補助電極１３から流出する電解液Ｌをノズル１４から難切削材Ｍの表面Ｓに供給させるための循環経路部３を設けるとともに、循環経路部３に、電解液Ｌを循環させるためのポンプ３ａおよび３ｃと、電解液Ｌ中の異物を除去するフィルタ３ｂとを設ける。これにより、円筒状の補助電極１３から流出する電解液Ｌ内の異物をフィルタ３ｂにより除去して、ノズル１４から難切削材Ｍの表面Ｓに供給させることができるので、難切削材Ｍを電解放電加工する際において、電解液Ｌの使用量の増加を効果的に抑制することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、電源部１７と並列に接続された４つの主電極１２との間に、複数の主電極１２の内のいずれかの主電極１２の電流が急激に上昇するのを抑制するための４つの複数のバランス抵抗素子１９をそれぞれ設ける。これにより、電解放電加工において、４つの主電極１２の内の特定の主電極１２のみに電流が集中して流れるのを抑制することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、難切削材Ｍは、好ましくは、ウランおよびジルコニウムを含む燃料デブリである。このような材料からなる燃料デブリに対して第１実施形態の電解放電加工装置１００による電解放電加工を行うことにより、電解液Ｌの使用量の増加や、供給した電力に対する難切削材Ｍの加工度合が低下するのを抑制した状態で、燃料デブリに穴や亀裂を形成させるような電解放電加工を行うことができる。これにより、ウランおよびジルコニウムを含む燃料デブリをより小さな破片に破砕することができるので、燃料デブリの廃棄処理を効率的に行うことができる。
【００４９】
［実施例］
次に、図２および図５を参照して、実施例として、第１実施形態による電解放電加工装置１００を用いて行った電解放電加工の結果について説明する。ここで、実施例では、難切削材Ｍとして、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が約１３００である円盤状のジルコニア（ＺｒＯ２）を用いた。なお、円盤状のジルコニアは、直径が３６ｍｍであり、厚みが１２ｍｍであった。また、電解液Ｌとして、１０ｗｔ％の水酸化ナトリウムを用いた。
【００５０】
そして、円盤状の難切削材Ｍを取り囲むように円筒状の補助電極１３（図２参照）を配置した。つまり、円筒状の補助電極１３の内側に、円盤状の難切削材Ｍを嵌め込んだ。そして、図２に示すように、４つの主電極１２を円盤状の難切削材Ｍの表面Ｓに接触させた。この際、ばね１５により、４つの主電極１２にそれぞれ独立して５ｇｆ（＝０．０４９Ｎ）の付勢力を加えた。なお、付勢力は、円盤状の難切削材Ｍの表面Ｓに向かう方向に加えた。そして、ノズル１４から１０ｗｔ％の水酸化ナトリウムを供給しつつ、電源部１７により２００Ｖの電圧を印加した。
【００５１】
実験結果としては、２００Ｖの電圧を１０秒程度印加することによって、図５に示すように、円盤状の難切削材Ｍにおいて、４つの主電極１２が接触していた位置を起点として、外側面に向かう割れや、４つの主電極１２が接触していた位置同士をつなぐ割れが生じた。これにより、第１実施形態による電解放電加工装置１００を用いることによって、高硬度のジルコニアであっても複数の破片に破砕加工することが可能であることが確認できた。
【００５２】
［第２実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態による電解放電加工装置２００について説明する。この電解放電加工装置２００では、上記第１実施形態とは異なり、水中に配置された難切削材Ｍを電解放電加工する場合について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
【００５３】
（電解放電加工装置の構成）
第２実施形態における電解放電加工装置２００は、水中に配置された難切削材Ｍを電解放電加工するための装置である。ここで、難切削材Ｍがウランなどの放射性物質を含む燃料デブリである場合には、水中に配置した状態で電解放電加工を行うことによって、水により燃料デブリからの放射線が外部に放出されるのを抑制しつつ、燃料デブリを破砕することが可能である。
【００５４】
電解放電加工装置２００の電解放電加工が行われる本体部１０１は、図６に示すように、複数（２つ）の主電極１２と、１つの補助電極１１３と、主電極１２をそれぞれ取り囲むように配置された複数（２つ）の筒状の電解液供給部１１４と、１つの主電極１２と１つの電解液供給部１１４とをそれぞれ取り囲むように配置された複数（２つ）の筒状のカバー部１１０とを含んでいる。
【００５５】
１つの補助電極１１３は、複数（２つ）の主電極１２の難切削材Ｍ側の端部１２ａを取り囲むように筒状に形成されているとともに、難切削材Ｍの表面Ｓ上に配置されている。また、補助電極１１３は、電解液供給部１１４により供給される電解液Ｌを介して複数の主電極１２の各々と電流経路を形成可能なように、主電極１２の近傍に筒状の補助電極１１３の少なくとも一部が位置するように配置されている。
【００５６】
複数（２つ）の筒状の電解液供給部１１４は、各々、主電極１２が内部に配置されているとともに、電解液Ｌが内部を流通可能なように構成されている。なお、電解液Ｌは、図示しない貯留部から複数の筒状の電解液供給部１１４の各々に供給されている。また、筒状の電解液供給部１１４は、水面よりも上方（Ｚ１側）から難切削材Ｍの表面Ｓ近傍まで延びるように配置されている。これにより、電解液Ｌが水と接触するのを抑制することができるので、電解液Ｌが水により希釈されるのを抑制することが可能である。なお、電解液供給部１１４は、絶縁体から構成されている。
【００５７】
複数（２つ）の筒状のカバー部１１０は、電解液供給部１１４と同様に、水面よりも上方から難切削材Ｍの表面Ｓ近傍まで延びるように配置されている。また、筒状のカバー部１１０の内部で、かつ、電解液供給部１１４の外側では、窒素ガスなどの不活性ガスが難切削材Ｍの表面Ｓに向かって流通するように構成されている。これにより、電解液供給部１１４から主電極１２と補助電極１１３との間に供給された電解液Ｌを空気流の内側に滞留させることができるとともに、補助電極１１３の近傍で電解液Ｌとカバー部１１０の外側の水とが接触することを効果的に抑制することが可能である。なお、不活性ガスは、難切削材Ｍの表面Ｓとカバー部１１０との隙間から水中に気泡となって排出される。また、電解放電加工装置２００の本体部１０１のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００５８】
また、第２実施形態の電解放電加工装置２００における電解放電加工に関しては、水中に配置された難切削材Ｍの表面Ｓに向かって不活性ガスを流通させた状態で、上記第１実施形態の電解放電加工と同様に電解放電加工が行われる。
【００５９】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６０】
第２実施形態では、上記のように、難切削材Ｍの表面Ｓに配置されて、主電極１２と補助電極１１３との間に電解液Ｌを滞留させる電解液滞留部（円筒状の補助電極１１３）を設ける。これにより、上記第１実施形態と同様に、難切削材Ｍを電解放電加工する際において、電解液Ｌの使用量の増加を抑制することができるとともに、供給した電力に対する難切削材Ｍの加工度合が低下するのを抑制することができる。
【００６１】
また、第２実施形態では、主電極１２および電解液供給部１１４を取り囲むように、水中に配置された難切削材Ｍの表面Ｓ近傍まで延びる筒状のカバー部１１０を設ける。また、主電極１２と補助電極１１３との間に滞留する電解液Ｌを筒状のカバー部１１０の外側の水から隔離するための不活性ガスが筒状のカバー部１１０内を流通するように構成する。これにより、主電極１２と補助電極１１３との間に滞留する電解液Ｌが水によって希釈されるのを抑制することができるので、電解液Ｌを介した主電極１２と補助電極１１３との間に電流が流れにくくなるのを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６２】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００６３】
たとえば、上記第１実施形態の電解放電加工装置１００および第２実施形態の電解放電加工装置２００では、難切削材Ｍの表面Ｓに主電極１２を上方から下向きに接触させた例を示したが、上記第１実施形態の電解放電加工装置１００および第２実施形態の電解放電加工装置２００では、電解液滞留部（補助電極１３（１１３））により、主電極１２と補助電極１３（１１３）との間に電解液Ｌを滞留させることが可能であるので、主電極１２を鉛直方向と交差する方向（たとえば、鉛直方向と直交する水平方向）に横向きに配置したり、鉛直方向上向きに配置したりすることが可能である。これにより、難切削材Ｍの配置状況に拘わらず、難切削材Ｍを電解放電加工することが可能である。たとえば、図１の電解放電加工装置１００を図７に示すように主電極１２が水平方向横向きになるように配置するとともに、ノズル１４により電解液Ｌを供給することによって、難切削材Ｍの鉛直方向（Ｚ方向）に延びる表面Ｓに横向きの主電極１２を接触させた状態で、電解放電加工を行うことが可能である。なお、図７のように電解放電加工装置１００を配置する場合には、カバー部１０や補助電極１３を横方向に押し付ける機構を新たに設けるのが好ましい。
【００６４】
また、上記第１および第２実施形態では、１つの補助電極１３（１１３）を、複数の主電極１２と補助電極１３（１１３）との間に電解液Ｌを滞留させることが可能なように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、補助電極とは別個に主電極と補助電極との間に電解液を滞留させることが可能な電解液滞留部を設けてもよい。
【００６５】
また、上記第１および第２実施形態では、４つおよび２つの主電極１２をそれぞれ用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、３つまたは５つ以上の主電極を用いてもよいし、１つの主電極を用いてもよい。
【００６６】
また、上記第１および第２実施形態では、１つの補助電極１３を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の補助電極を用いてもよい。この際、複数の主電極にそれぞれ補助電極を設けてもよいし、いくつかの主電極に共通する１つの補助電極を設けてもよい。
【００６７】
また、上記第１および第２実施形態では、難切削材Ｍとして、ジルコニアなどの高硬度のセラミックスを含む材料を例として示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、難切削材Ｍは、絶縁性を有し、かつ、ある程度硬質のコンクリートであってもよい。なお、本発明の電解放電加工装置は、機械加工による破壊が困難な複雑な形状を有する難切削材や、非常に高硬度の難切削材の加工（破砕）に特に適している。
【００６８】
また、上記第１および第２実施形態では、電解液Ｌとして強アルカリ性を有する水溶液を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電解液として強アルカリ性以外の導電性を有する溶液を用いてもよい。たとえば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の水溶液や、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）の水溶液などイオン性の水溶液を用いてもよい。なお、難切削材としてコンクリートなどの強アルカリ性の溶液と化学反応を生じにくい材料を用いる場合には、塩化ナトリウム水溶液や、硝酸ナトリウム水溶液などイオン性の水溶液を用いることによって、反応性が高い強アルカリ性の水溶液を用いる場合と比べて、より安全に電解放電加工を行うことが可能である。なお、この場合であっても、電解放電加工において発生する気泡の絶縁破壊に基づいて、衝撃力や熱によりコンクリートの表面をガラス化させて脆弱化させることが可能である。
【００６９】
また、上記第１および第２実施形態では、複数の主電極１２をそれぞれ独立して難切削材Ｍの表面Ｓに向かって付勢する複数のばね１５を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つのばねにより複数の主電極を付勢するように構成してもよいし、ばね以外の弾性部材により、難切削材の表面に向かって主電極を付勢してもよい。また、ばねを設けずに、主電極の自重により、難切削材の表面に向かって主電極が押し付けられるように構成してもよい。
【００７０】
また、上記第２実施形態では、筒状のカバー部１１０を、１つの主電極１２と１つの電解液供給部１１４とをそれぞれ取り囲むように複数（２つ）配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図８に示す第２実施形態の変形例による電解放電加工装置３００のように、筒状のカバー部２１０を、２つの主電極１２と２つの電解液供給部１１４とを取り囲むように１つだけ配置してもよい。これにより、部品点数の増加および構造の複雑化をさらに抑制することが可能である。また、上記第２実施形態の変形例の構成において、電解液供給部を２つの主電極の両方を取り囲むように１つだけ配置してしてもよい。これにより、部品点数の増加および構造の複雑化をさらに効果的に抑制することが可能である。
【００７１】
また、上記第１および第２実施形態では、複数の主電極１２の各々と電源部１７との間にそれぞれバランス抵抗１９を配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、バランス抵抗を配置しなくてもよい。特に、主電極が１つの場合には、バランス抵抗を設ける必要はない。また、バランス抵抗を設けずに、複数の主電極の各々に対応する電流経路をそれぞれ別個に形成することによって、複数の主電極への電力をそれぞれ調整可能に構成してもよい。
【００７２】
また、上記第１および第２実施形態では、電源部１７の正極側と主電極１２とを接続し、電源部１７の負極側と補助電極１３（１１３）とを接続した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電源部の負極側と主電極とを接続し、電源部の正極側と補助電極とを接続してもよい。また、電源部は直流に限らず、交流あるいはパルス状に発生する電源であっても同様の効果を得ることが可能である。
【００７３】
また、上記第１および第２実施形態では、補助電極１３（１１３）を難切削材Ｍの表面Ｓに配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、実施例において説明したように、難切削材を取り囲むように補助電極を配置してもよい。
【００７４】
また、上記第２実施形態では、カバー部１１０内を流通する不活性ガスが水中に排出される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、水の外側から補助電極近傍まで延びる吸引管を用いて、不活性ガスや電解液を吸引して回収するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
３  循環経路部
３ａ、３ｃ  ポンプ
３ｂ  フィルタ
１２  主電極
１３、１１３  補助電極
１４  ノズル（電解液供給部）
１５  ばね（付勢部材）
１７  電源部
１９  バランス抵抗素子
１００、２００、３００  電解放電加工装置
１１０、２１０  カバー部
１１４  電解液供給部
Ｌ  電解液
Ｍ  難切削材
Ｓ  （難切削材の）表面
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016203284.tif 000009
【図８】
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