(57)【要約】【課題】電解加工初期の加工精度が向上した電解加工システム及び電解加工方法を提供する。【解決手段】電解加工システムは、電解加工工具と、電解加工工具と被加工物との間に電圧を印加可能な電源と、電解加工工具に電解液を供給可能な電解液供給装置と、被加工物に対する電解加工工具の相対位置を調整可能な位置制御装置と、を備える。電解加工工具は、導電性及び可撓性を有するとともに、電解液の流路が内部に規定され且つ外周面に開口して流路と周囲を連通させる少なくとも１つの径方向出口を先端側に有する筒形状の電極と、電極の外周面の少なくとも一部を覆う電気絶縁層と、を含む。電解液供給装置は、電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入した時点の前後で、該時点よりも前に比べ後の方で電解加工工具に供給される電解液の流量が多くなるよう、電解液の流量を変化させるように構成されている。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解加工工具と、
前記電解加工工具と被加工物との間に電圧を印加可能な電源と、
前記電解加工工具に電解液を供給可能な電解液供給装置と、
前記被加工物に対する前記電解加工工具の相対位置を調整可能な位置制御装置と、
を備える電解加工システムにおいて、
前記電解加工工具は、
導電性及び可撓性を有するとともに、前記電解液の流路が内部に規定され且つ外周面に開口して前記流路と周囲を連通させる少なくとも１つの径方向出口を先端側に有する筒形状の電極と、
前記電極の外周面の少なくとも一部を覆う電気絶縁層と、
を含み、
前記電解液供給装置は、前記電極の先端側の少なくとも一部が前記被加工物の内部に進入した時点の前後で、前記時点よりも前に比べ後の方で前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量が多くなるよう、前記電解液の流量を変化させるように構成されている
ことを特徴とする電解加工システム。
【請求項２】
前記電解液供給装置は、前記時点の前において、前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量が予め設定された下限値以上になるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電解加工システム。
【請求項３】
前記電解液供給装置は、前記電解液の流量を変化させている間、前記電解液の流量の変化速度が予め設定された上限値以下になるように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電解加工システム。
【請求項４】
前記位置制御装置は、前記電解液の流量を変化させている間、前記被加工物に対する前記加工工具の相対速度を少なくとも一時的に減速させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電解加工システム。
【請求項５】
前記電源は、前記電解液供給装置が前記電解液の流量を変化させている間、前記電解加工工具と前記被加工物との間への電圧の印加を少なくとも一時的に中断するように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電解加工システム。
【請求項６】
前記電解液供給装置は、少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧に関する条件を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電解加工システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの条件は、前記電圧に関する条件として、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧の変動幅が予め設定された許容範囲内であるという条件を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の電解加工システム。
【請求項８】
前記電解液供給装置は、少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記被加工物の内部への前記電極の進入深さに関する条件を含む
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電解加工システム。
【請求項９】
前記電気絶縁層は、前記電極の先端側にて少なくとも１つの通電部が露出した状態で前記電極の外周面を覆っており、
前記少なくとも１つの条件は、前記進入深さに関する条件として、前記少なくとも１つの通電部及び前記少なくとも１つの径方向出口の両方が前記被加工物の内部に進入するという条件を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の電解加工システム。
【請求項１０】
電解加工工具と、前記電解加工工具と被加工物との間に電圧を印加可能な電源と、前記電解加工工具に電解液を供給可能な電解液供給装置と、前記被加工物に対する前記電解加工工具の相対位置を調整可能な位置制御装置とを備え、前記電解加工工具は、導電性及び可撓性を有するとともに、前記電解液の流路が内部に規定され且つ外周面に開口して前記流路と周囲を連通させる少なくとも１つの径方向出口を先端側に有する筒形状の電極と、前記電極の外周面の少なくとも一部を覆う電気絶縁層と、を含む、電解加工システムを用いた電解加工方法において、
前記電極の先端側の少なくとも一部が前記被加工物の内部に進入した時点の前後で、前記時点よりも前に比べ後の方で前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量が多くなるように、前記電解液の流量を変化させる
ことを特徴とする電解加工方法。
【請求項１１】
前記時点の前において、前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量を予め設定された下限値以上にする
ことを特徴とする請求項１０に記載の電解加工方法。
【請求項１２】
前記電解液の流量を変化させている間、前記電解液の流量の変化速度を予め設定された上限値以下にする
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電解加工方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させ、
前記少なくとも１つの条件は、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧に関する条件を含む
ことを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の電解加工方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの条件は、前記電圧に関する条件として、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧の変動幅が予め設定された許容範囲内であるという条件を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の電解加工方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記被加工物の内部への前記電極の進入深さに関する条件を含む
ことを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の電解加工方法。
【請求項１６】
前記電気絶縁層は、前記電極の先端側にて少なくとも１つの通電部が露出した状態で前記電極の外周面を覆っており、
前記少なくとも１つの条件は、前記進入深さに関する条件として、前記少なくとも１つの通電部及び前記少なくとも１つの径方向出口の両方が前記被加工物の内部に進入するという条件を含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は電解加工システム及び電解加工方法に関する。
【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いる。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。
【０００３】
例えばガスタービンのタービン翼内には、該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。この冷却孔による冷却効率を高めるためには、該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】
この点、特許文献１が開示する電解加工工具によれば、所望の曲率の曲がり孔を被加工物に容易に形成することができる。具体的には、該電解加工工具の電極は、可撓性を有するとともに、電解液を径方向にて外側に向かって導出する流体導出部を有する。この構成では、流体導出部から電解液が噴出するときの反動を利用して電極を曲げることができ、これにより電極の進行方向を変化させて所望の曲率の曲がり孔を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３６１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者等は、特許文献１の電解加工工具を用いて電解加工を行う場合、以下の課題があることを見出した。
電解加工工具の先端が被加工物に進入するよりも前の時点では、可撓性を有する電極の流体導出部から電解液が噴出すると、その反動により、電極が振動しやすい。電極が振動すると、被加工物に対する電極の相対位置が変化し、電解加工により形成される孔の位置に関し加工精度が低下することがある。
【０００７】
上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、電解加工初期の加工精度が向上した電解加工システム及び電解加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る電解加工システムは、
電解加工工具と、
前記電解加工工具と被加工物との間に電圧を印加可能な電源と、
前記電解加工工具に電解液を供給可能な電解液供給装置と、
前記被加工物に対する前記電解加工工具の相対位置を調整可能な位置制御装置と、
を備える電解加工システムにおいて、
前記電解加工工具は、
導電性及び可撓性を有するとともに、前記電解液の流路が内部に規定され且つ外周面に開口して前記流路と周囲を連通させる少なくとも１つの径方向出口を先端側に有する筒形状の電極と、
前記電極の外周面の少なくとも一部を覆う電気絶縁層と、
を含み、
前記電解液供給装置は、前記電極の先端側の少なくとも一部が前記被加工物の内部に進入した時点の前後で、前記時点よりも前に比べ後の方で前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量が多くなるよう、前記電解液の流量を変化させるように構成されている。
【０００９】
上記構成（１）の電解加工システムでは、電解液供給装置が、電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入した時点の前後で、当該時点よりも前に比べ後の方で電解加工工具に供給される電解液の流量が多くなるよう、電解液の流量を変化させるように構成されている。すなわち、電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入するまで、電解液の流量が相対的に少なくなるように構成されている。
このため、電極が被加工物から離れているとき、径方向出口から噴出する電解液の流量が少なく、噴出の反動である電極の振動が小さくなる。この結果、被加工物に対する電極の相対的な位置精度が高くなり、加工精度が向上する。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記電解液供給装置は、前記時点の前において、前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量が予め設定された下限値以上になるように構成されている。
【００１１】
電解加工工具に供給される電解液の流量が少ないと、加工中に発生したスラッジやガスを十分に排出できず、電極と被加工物が接触して短絡が発生しやすくなる。この点、上記構成（２）の電解加工システムでは、電解液の流量を下限値以上にすることで、十分な排出性を確保することができ、短絡の発生を防止することができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記電解液供給装置は、前記電解液の流量を変化させている間、前記電解液の流量の変化速度が予め設定された上限値以下になるように構成されている。
【００１３】
電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入した状態で電解液の流量を増加させると、流量増加に応じて反動が大きくなるとともに、掘削途中の孔内で圧力分布に変化が生じ、電極の先端側が振動させられる。
ここで、電解加工においては、電極と被加工物との間に局所的にギャップが小さい部分があると、その部分で溶液抵抗が減少して電流密度が大きくなる。このため、ギャップが小さい部分が選択的に溶解してギャップが大きくなる。
従って、電極の振動方向にて前方に位置する被加工物の部分の溶解速度よりも、電極の振動速度が十分に緩徐であれば、電極が被加工物に接触する前に被加工物が溶解し、電極と被加工物の接触による短絡発生を防止することができる。
この点、上記構成（３）では、流量の変化速度を上限値以下にすることで、反動の増大速度や孔内の圧力分布の変化速度を抑制することができ、電極の先端側の振動速度を抑制することができる。この結果として、流量の変化により電極の先端が振動したとしても、電極が接触する前に振動方向前方の被加工物の部分が溶解し、電極と被加工物の接触による短絡発生を防止することができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記位置制御装置は、前記電解液の流量を変化させている間、前記被加工物に対する前記加工工具の相対速度を少なくとも一時的に減速させるように構成されている。
【００１５】
上記構成（４）では、電解液の流量を変化させている間、被加工物に対する電解加工工具の相対速度を減速させることで、加工途中の孔内において、被加工物に対する電極の接近速度を抑制することができる。この結果として、電極が接触する前に振動方向前方の被加工物の部分が溶解し、電極と被加工物の接触による短絡発生を防止することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記電源は、前記電解液供給装置が前記電解液の流量を変化させている間、前記電解加工工具と前記被加工物との間への電圧の印加を少なくとも一時的に中断するように構成されている。
【００１７】
上記構成（５）では、電解液の流量を変化させている間、電圧の印加を中断することで、流量の変化により振動した電極が被加工物に接触したとしても、短絡発生を防止することができる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つにおいて、
前記電解液供給装置は、少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧に関する条件を含む。
【００１９】
電極の先端側がある程度被加工物に進入すると電解加工が安定し、短絡が発生し難くなる。本来、電解液の流量は、加工すべき孔の曲率に応じて設定されるべきものであり、電解加工が安定した後は、速やかに流量を増大するのが望ましく、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することが望まれる。
この点、上記構成（６）では、電極と被加工物との間に印加されている電圧に関する条件が満たされたか否かで電解加工が安定したか否かが判断される。電圧は、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、電圧に関する条件によれば、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（６）において、
前記少なくとも１つの条件は、前記電圧に関する条件として、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧の変動幅が予め設定された許容範囲内であるという条件を含む。
上記構成（７）では、電圧の変動幅が許容範囲内であるか否かで、電圧加工が安定したか否かが判定される。電圧の変動幅は、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、電圧の変動幅によって、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（７）の何れか１つにおいて、
において、
前記電解液供給装置は、少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記被加工物の内部への前記電極の進入深さに関する条件を含む。
【００２２】
上記構成（８）では、電極の進入深さに関する条件が満たされたか否かで電解加工が安定したか否かが判断される。電極の進入深さは、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、進入深さに関する条件によれば、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記構成（８）において、
前記電気絶縁層は、前記電極の先端側にて少なくとも１つの通電部が露出した状態で前記電極の外周面を覆っており、
前記少なくとも１つの条件は、前記進入深さに関する条件として、前記少なくとも１つの通電部及び前記少なくとも１つの径方向出口の両方が前記被加工物の内部に進入するという条件を含む。
【００２４】
電極の通電部及び径方向出口の両方が被加工物に進入すれば、電解加工は大抵の場合安定する。このため、上記構成（９）によれば、電極の通電部及び径方向出口の両方が被加工物に進入することを条件とすることで、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００２５】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る電解加工方法は、
電解加工工具と、前記電解加工工具と被加工物との間に電圧を印加可能な電源と、前記電解加工工具に電解液を供給可能な電解液供給装置と、前記被加工物に対する前記電解加工工具の相対位置を調整可能な位置制御装置とを備え、前記電解加工工具は、導電性及び可撓性を有するとともに、前記電解液の流路が内部に規定され且つ外周面に開口して前記流路と周囲を連通させる少なくとも１つの径方向出口を先端側に有する筒形状の電極と、前記電極の外周面の少なくとも一部を覆う電気絶縁層と、を含む、電解加工システムを用いた電解加工方法において、
前記電極の先端側の少なくとも一部が前記被加工物の内部に進入した時点の前後で、前記時点よりも前に比べ後の方で前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量が多くなるように、前記電解液の流量を変化させる。
【００２６】
上記構成（１０）の電解加工方法では、電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入した時点の前後で、当該時点よりも前に比べ後の方で電解加工工具に供給される電解液の流量が多くなるよう、電解液の流量を変化させるように構成されている。すなわち、電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入するまで、電解液の流量が相対的に少なくなるように構成されている。
このため、電極が被加工物から離れているとき、径方向出口から噴出する電解液の流量が少なく、噴出の反動である電極の振動が小さくなる。この結果、被加工物に対する電極の相対的な位置精度が高くなり、加工精度が向上する。
【００２７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記構成（１０）において、
前記時点の前において、前記電解加工工具に供給される前記電解液の流量を予め設定された下限値以上にする。
【００２８】
電解加工工具に供給される電解液の流量が少ないと、加工中に発生したスラッジやガスを十分に排出できず、電極と被加工物が接触して短絡が発生しやすくなる。この点、上記構成（１１）の電解加工方法では、電解液の流量を下限値以上にすることで、十分な排出性を確保することができ、短絡の発生を防止することができる。
【００２９】
（１２）幾つかの実施形態では、上記構成（１０）又は（１１）において、
前記電解液の流量を変化させている間、前記電解液の流量の変化速度を予め設定された上限値以下にする。
【００３０】
電極の先端側の少なくとも一部が被加工物の内部に進入した状態で電解液の流量を増加させると、流量増加に応じて反動が大きくなるとともに、掘削途中の孔内で圧力分布に変化が生じ、電極の先端側が振動させられる。
ここで、電解加工においては、電極と被加工物との間に局所的にギャップが小さい部分があると、その部分で溶液抵抗が減少して電流密度が大きくなる。このため、ギャップが小さい部分が選択的に溶解してギャップが大きくなる。
従って、電極の振動方向にて前方に位置する被加工物の部分の溶解速度よりも、電極の振動速度が十分に緩徐であれば、電極が被加工物に接触する前に被加工物が溶解し、電極と被加工物の接触による短絡発生を防止することができる。
この点、上記構成（１２）では、流量の変化速度を上限値以下にすることで、反動の増大速度や孔内の圧力分布の変化速度を抑制することができ、電極の先端側の振動速度を抑制することができる。この結果として、流量の変化により電極の先端が振動したとしても、電極が接触する前に振動方向前方の被加工物の部分が溶解し、電極と被加工物の接触による短絡発生を防止することができる。
【００３１】
（１３）幾つかの実施形態では、上記構成（１０）乃至（１２）の何れか１つにおいて、
少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させ、
前記少なくとも１つの条件は、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧に関する条件を含む。
【００３２】
電極の先端側がある程度被加工物に進入すると電解加工が安定し、短絡が発生し難くなる。本来、電解液の流量は、加工すべき孔の曲率に応じて設定されるべきものであり、電解加工が安定した後は、速やかに流量を増大するのが望ましく、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することが望まれる。
この点、上記構成（１３）は、電極と被加工物との間に印加されている電圧に関する条件が満たされたか否かで電解加工が安定したか否かを判断するものである。電圧は、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、電圧に関する条件によれば、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００３３】
（１４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（１２）の何れか１つにおいて、
前記少なくとも１つの条件は、前記電圧に関する条件として、前記電極と前記被加工物との間に印加されている電圧の変動幅が予め設定された許容範囲内であるという条件を含む。
【００３４】
上記構成（１４）では、電圧の変動幅が許容範囲内であるか否かで、電圧加工が安定したか否かが判定される。電圧の変動幅は、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、電圧の変動幅によって、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００３５】
（１５）幾つかの実施形態では、上記構成（１１）乃至（１４）の何れか１つにおいて、
少なくとも１つの条件が満たされた時点の前後で前記電解液の流量を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの条件は、前記被加工物の内部への前記電極の進入深さに関する条件を含む。
【００３６】
上記構成（１５）では、電極の進入深さに関する条件が満たされたか否かで電解加工が安定したか否かが判断される。電極の進入深さは、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、進入深さに関する条件によれば、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００３７】
（１６）幾つかの実施形態では、上記構成（１５）において、
前記電気絶縁層は、前記電極の先端側にて少なくとも１つの通電部が露出した状態で前記電極の外周面を覆っており、
前記少なくとも１つの条件は、前記進入深さに関する条件として、前記少なくとも１つの通電部及び前記少なくとも１つの径方向出口の両方が前記被加工物の内部に進入するという条件を含む。
【００３８】
電極の通電部及び径方向出口の両方が被加工物に進入すれば、電解加工は大抵の場合安定する。このため、上記構成（１６）によれば、電極の通電部及び径方向出口の両方が被加工物に進入することを条件とすることで、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、電解加工初期の加工精度が向上した電解加工システム及び電解加工方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電解加工システムを、被加工物とともに概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に係る電解加工工具の概略的な縦断面図である。
【図３】図２の電解加工工具の概略的な側面図である。
【図４】他の一実施形態に係る電解加工工具の概略的な縦断面図である。
【図５】図４の電解加工工具の概略的な側面図である。
【図６】図３又は図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略的な断面図である。
【図７】加工時間と加工距離と電解液の流量との関係の一例を概略的に表すグラフである。
【図８】加工時間と加工距離と電解液の流量との関係の他の一例を概略的に表すグラフである。
【図９】電解加工システムを用いた電解加工方法を説明するための図である。
【図１０】種々の電解加工条件における、電極に供給される電流に対する電解加工工具に供給される電解液の流量の比と、電極と被加工物との間に形成されるギャップの大きさとの関係を、短絡発生領域とともに示すグラフである。
【図１１】２つの加工条件１，２で流量の変化速度を変化させたときの短絡の発生状況を調査した結果を示す表である。
【図１２】加工時間と電圧の関係を概略的に示すグラフである。
【図１３】図１の電解加工システムを用いた電解加工方法の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１の電解加工システムを用いた電解加工方法の概略的な手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図１５】電解加工の安定性の判定ステップの具体的な手順の一例を示すフローチャートである。
【図１６】電解加工の安定性の判定ステップの具体的な手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図１７】電解加工の安定性の判定ステップの具体的な手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図１８】電解加工の安定性の判定ステップの具体的な手順の他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４２】
図１は、本発明の一実施形態に係る電解加工システム１を、被加工物２とともに概略的に示す図である。電解加工システム１は、被加工物２に少なくとも１つの曲がり孔４を形成可能である。被加工物２は、例えばタービンの動翼であり、曲がり孔４は冷却孔として使用される。
電解加工システム１は、電解加工工具６と、電源８と、電解液供給装置１０と、位置制御装置１２とを有する。
電源８は、電解加工工具６と被加工物２との間に電圧を印加可能である。
電解液供給装置１０は、電解加工工具６に電解液（加工液）を供給可能である。
位置制御装置１２は、被加工物２に対する電解加工工具６の相対位置を調整可能である。位置制御装置１２は、例えば電解加工工具６の基端側を把持しながら、被加工物２に向けて電解加工工具６を送り出すことができる。
【００４３】
図２及び図３は、それぞれ一実施形態に係る電解加工工具６（６Ａ）の概略的な縦断面図及び側面図であり、図４及び図５は、それぞれ他の一実施形態に係る電解加工工具６（６Ｂ）の概略的な縦断面図及び側面図である。図６は、図３中のＶＩ−ＶＩ線又は図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略的な断面図である。
【００４４】
電解加工工具６は、電極１４と、電気絶縁層１６とを有する。
電極１４は、例えば円筒形状等の筒形状を有し、軸線Ａに沿って延びている。電極１４は、導電性及び可撓性を有し、例えばステンレス、銅又は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。電極１４の基端側は電源８に接続されている。電極１４の外径は例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
電極１４の内部には、電解液の流路１８が規定され、電極１４の基端側にて流路１８には電解液供給装置１０が接続されている。
【００４５】
また電極１４は先端側に径方向出口２０（２０Ａ，２０Ｂ）を有する。径方向出口２０は、電極の外周面２２に開口して、流路１８と周囲を連通させる。径方向出口２０は、電解液を径方向に噴出させる流体導出部である。なお、径方向出口２０の開口形状は特に限定されることはなく、矩形形状や円形状であってもよい。また、径方向出口２０の位置は特に限定されることはなく、電極１４の先端に繋がっていてもよい。更に、径方向出口２０の数は、分布が電極１４の周方向にて偏っていれば、１つに限定されることはなく、径方向出口２０の大きさも特に限定されることはない。
【００４６】
電気絶縁層１６は、電極１４の外周面２２の少なくとも一部を覆っている。電気絶縁層１６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いる。なお、電気絶縁層１６は電極１４の先端面２４を覆っておらず、先端面２４は露出している。
なお電極１４の先端側とは、例えば、先端面２４から軸線方向にて１００ｍｍ以内の範囲をさす。
【００４７】
図７及び図８は、それぞれ加工時間と加工距離と電解液の流量との関係の一例を概略的に表すグラフであり、加工距離は加工途中の孔の深さである。図７及び図８に示したように、電解液供給装置１０は、電極１４の先端側の少なくとも一部が被加工物２の内部に進入した時点Ｔｐの前後で、時点Ｔｐよりも前に比べ後の方で電解加工工具６に供給される電解液の流量（単位時間当たりの供給量）が多くなるよう、電解液の流量を変化させるように構成されている。
【００４８】
図９は、電解加工システム１を用いた電解加工方法を説明するための図である。図９（ａ）〜（ｃ）に示したように、電解液供給装置１０により電解加工工具６に電解液を供給するとともに電源により電極１４と被加工物２との間に電圧を印加し、電解加工工具６を被加工物２に向かって徐々に移動させると、電極１４と被加工物２との間で電解液を介して電流が流れ、被加工物２が溶解して孔が形成される。
【００４９】
ここで、図９（ｂ）に示したように、上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電解液供給装置１０が、電極１４の先端側の少なくとも一部が被加工物２の内部に進入した時点Ｔｐの前後で、当該時点Ｔｐよりも前に比べ後の方で電解加工工具６に供給される電解液の流量が多くなるよう、電解液の流量を変化させるように構成されている。すなわち、電極１４の先端側の少なくとも一部が被加工物２の内部に進入するまで、電解液の流量が相対的に少なくなるように構成されている。
【００５０】
このため、図９（ａ）に示したように電極１４が被加工物２から離れているとき、径方向出口２０から噴出する電解液の流量が少なく、噴出の反動として電極１４に作用する反力が小さく、電極１４の振動が小さくなる。この結果、被加工物２に対する電極１４の相対的な位置精度が高くなり、加工精度が向上する。
なお、時点Ｔｐよりも後における電解液の流量（第２流量）Ｑ２は、設計された曲がり孔４の曲率又は曲率半径Ｒ２に従って決定される（図９（ｃ）参照）。時点Ｔｐの前における電解液の流量（第１流量）Ｑ１は、第２流量Ｑ２よりも小さいため、時点Ｔｐよりも前に形成された部分の曲率半径Ｒ１は、曲率半径Ｒ２よりも大きくなる（Ｒ１＞Ｒ２）。
【００５１】
幾つかの実施形態では、電解液供給装置１０は、時点Ｔｐの前において、電解加工工具６に供給される電解液の流量（第１流量）Ｑ１が予め設定された下限値Ｑｍｉｎ以上になるように構成されている。
ここで、図１０は、種々の電解加工条件における、電極１４に供給される電流に対する電解加工工具６に供給される電解液の流量の比（流量電流比：単位電流値当たりの流量）と、電極１４と被加工物２との間に形成されるギャップの大きさとの関係を示すグラフである。図１０のグラフには、短絡が発生しやすい領域（短絡発生領域）を破線で示している。
【００５２】
電解加工工具６に供給される電解液の流量が少ないと、加工中に発生したスラッジやガスを十分に排出できず、電極１４と被加工物２が接触して短絡が発生しやすくなる。そこで流量の下限値Ｑｍｉｎは、流量電流比が図１０に一点鎖線で示した下限値Ｒｍｉｎ以上になるように設定される。流量電流比の下限値Ｒｍｉｎは、短絡発生領域の上限に対応する流量電流比Ｒｓよりも大きな値である。流量電流比Ｒｓは実験により求めることができる。
【００５３】
上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電解液の流量を下限値Ｑｍｉｎ以上にすることで、十分な排出性を確保することができ、短絡の発生を防止することができる。
なお、電極１４に供給される電流は、被加工物２の材質、加工する孔の径、及び、加工速度によって決定されるので、加工条件によって変化する。このため、流量の下限値Ｑｍｉｎは加工条件によって変化する。
【００５４】
具体的には、電解液の流量の下限値Ｑｍｉｎは以下の２つの式（１）及び（２）によって決定することができる。
Ｑｍｉｎ＝Ｉｏ×Ｒｍｉｎ      ・・・（１）
Ｉｏ＝α×Ｓ×ｖ    ・・・（２）
式（１）中、Ｉｏは電流値である。式（２）中、αは、被加工物によって定まる定数であり、Ｓは加工する孔の直径であり、ｖは加工速度である。
【００５５】
幾つかの実施形態では、第１流量Ｑ１は、最低流量Ｑｍｉｎ以上であって、最低流量Ｑｍｉｎの１０５％以下に設定される。
幾つかの実施形態では、図７及び図８に示したように、第１流量Ｑ１が最低流量Ｑｍｉｎに設定される。
幾つかの実施形態では、流量電流比の下限値Ｒｍｉｎは、２０ｃｃ／（ｍｉｎ・Ａ）以上３０ｃｃ／（ｍｉｎ・Ａ）以下である。
幾つかの実施形態では、流量電流比の下限値Ｒｍｉｎは、２３ｃｃ／（ｍｉｎ・Ａ）以上２７ｃｃ／（ｍｉｎ・Ａ）以下である。
【００５６】
幾つかの実施形態では、電解液供給装置１０は、電解液の流量を変化させている間、電解液の流量の変化速度が予め設定された上限値以下になるように構成されている。流量の変化速度とは、図７を例に説明すると直線ａの傾きである。
電極１４の先端側の少なくとも一部が被加工物２の内部に進入した状態で電解液の流量を増加させると、流量増加に応じて反動が大きくなるとともに、掘削途中の孔内で圧力分布に変化が生じ、電極１４の先端側が振動させられる。
ここで、電解加工においては、電極１４と被加工物２との間に局所的にギャップが小さい部分があると、その部分で溶液抵抗が減少して電流密度が大きくなる。このため、ギャップが小さい部分が選択的に溶解してギャップが大きくなる。
【００５７】
従って、電極１４の振動方向にて前方に位置する被加工物２の部分の溶解速度よりも、電極１４の振動速度が十分に緩徐であれば、電極１４が被加工物２に接触する前に被加工物２が溶解し、電極１４と被加工物２の接触による短絡発生を防止することができる。
この点、上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、流量の変化速度を上限値以下にすることで、反動の増大速度や孔内の圧力分布の変化速度を抑制することができ、電極１４の先端側の振動速度を抑制することができる。この結果として、流量の変化により電極１４の先端が振動したとしても、電極１４が接触する前に振動方向前方の被加工物２の部分が溶解し、電極１４と被加工物２の接触による短絡発生を防止することができる。
【００５８】
図１１は、加工する曲がり孔４の直径が２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であるときに適当に選択した２つの加工条件１，２で、流量の変化速度を変化させたときの短絡の発生状況を調査した結果を示している。図１１に示したように、流量の変化速度が７０ｃｃ／ｍｉｎ以上になると短絡が顕著に発生し易くなる。
そこで、幾つかの実施形態では、加工する曲がり孔４の直径が２ｍｍ以上１２ｍｍ以下
であるときに、流量の変化速度が７０ｃｃ／ｍｉｎ未満に設定される。幾つかの実施形態では、流量の変化速度が５０ｃｃ／ｍｉｎ以下に設定される。
【００５９】
なお、流量を変化させている間の加工距離は、電解加工工具６の送り速度（加工速度）が一定であれば、流量が第１流量Ｑ１から第２流量Ｑ２に変化するために要する時間に比例する。一方、流量の増加に応じて加工速度を上げる場合には、図７に示したように、流量を変化させている間の加工距離は、加工速度の上昇に応じて増大する。
【００６０】
幾つかの実施形態では、位置制御装置１２は、電解液の流量を変化させている間、被加工物２に対する電解加工工具６の相対速度を少なくとも一時的に減速させるように構成されている。
上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電解液の流量を変化させている間、被加工物２に対する電解加工工具６の相対速度を減速させることで、加工途中の孔内において、被加工物２に対する電極１４の接近速度を抑制することができる。この結果として、電極１４が接触する前に振動方向前方の被加工物２の部分が溶解し、電極１４と被加工物２の接触による短絡発生を防止することができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、図８に示したように、位置制御装置１２は、電解液の流量を変化させている間、被加工物２に対する電解加工工具の相対速度を零になるまで減速させるように構成されている。
【００６２】
幾つかの実施形態では、電源８は、電解液供給装置１０が電解液の流量を変化させている間、図８に示したように、電解加工工具６と被加工物２との間への電圧の印加を少なくとも一時的に中断するように構成されている。
上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電解液の流量を変化させている間、電圧の印加を中断することで、流量の変化により振動した電極１４が被加工物２に接触したとしても、短絡発生を防止することができる。
なお、流量を変化させている間、図８に示したように電圧の印加を停止している場合、流量の変化速度は、図７に示したように電圧の印加を継続している場合よりも大きくてもよい。
【００６３】
幾つかの実施形態では、電解液供給装置１０は、少なくとも１つの条件が満たされた時点Ｔｐの前後で電解液の流量を変化させるように構成され、少なくとも１つの条件は、電極１４と被加工物２との間に印加されている電圧に関する条件を含む。
【００６４】
電極１４の先端側がある程度被加工物２に進入すると電解加工が安定し、短絡が発生し難くなる。本来、電解液の流量は、加工すべき孔の曲率に応じて設定されるべきものであり、電解加工が安定した後は、速やかに流量を増大するのが望ましく、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することが望まれる。
この点、上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電極１４と被加工物２との間に印加されている電圧に関する条件が満たされたか否かで電解加工が安定したか否かが判断される。電圧は、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、電圧に関する条件によれば、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００６５】
図１２は、加工時間と電圧の関係を示すグラフである。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの条件は、電圧に関する条件として、電極１４と被加工物２との間に印加されている電圧の変動幅が予め設定された許容範囲内であるという条件を含む。
上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電圧の変動幅が許容範囲内であるか否かで、電圧加工が安定したか否かが判定される。電圧の変動幅は、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、電圧の変動幅によって、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる
【００６６】
幾つかの実施形態では、電解液供給装置１０は、少なくとも１つの条件が満たされた時点Ｔｐの前後で電解液の流量を変化させるように構成され、少なくとも１つの条件は、被加工物２の内部への電極１４の進入深さに関する条件を含む。
上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法では、電極１４の進入深さに関する条件が満たされたか否かで電解加工が安定したか否かが判断される。電極１４の進入深さは、電解加工の安定性を的確に示す指標であり、進入深さに関する条件によれば、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
【００６７】
幾つかの実施形態では、図２〜６に示したように、電気絶縁層１６は、電極１４の先端側にて少なくとも１つの通電部（非絶縁部）２６が露出した状態で電極１４の外周面２２を覆っている。そして、電解液の流量を変化させる少なくとも１つの条件は、進入深さに関する条件として、少なくとも１つの通電部２６及び少なくとも１つの径方向出口２０の両方が被加工物２の内部に進入するという条件を含む。
【００６８】
図９（ｂ）に示したように、電極１４の通電部２６及び径方向出口２０の両方が被加工物２に進入すれば、電解加工は大抵の場合安定する。これは、通電部２６及び径方向出口２０よりも基端側において、電極１４は電気絶縁層１６によって一様に覆われているからである。このため、上記構成の電解加工システム１又は電解加工システム１を用いた電解加工方法によれば、電極１４の通電部２６及び径方向出口２０の両方が被加工物２に進入することを条件とすることで、電解加工が安定したか否かを早期且つ確実に判断することができる。
なお、通電部２６は、電極１４の径方向にて径方向出口２０とは反対側に位置している。通電部２６の数、大きさ、電極１４の軸線方向での位置、及び、形状は特に限定されることはない。
【００６９】
ここで図１３及び図１４は、それぞれ、上述した電解加工システム１のうち何れか１つを用いた電解加工方法３０（３０Ａ，３０Ｂ）の概略的な手順を示すフローチャートである。
図１３及び図１４に示したように、電解加工方法３０（３０Ａ，３０Ｂ）は、第１流量での電解液供給開始ステップＳ１０、電圧印加開始ステップＳ１２、電解加工工具６の送り開始ステップＳ１４、電解加工の安定性の判定ステップＳ１６、第２流量までの電解液の流量増加ステップＳ１８、加工終了判定ステップＳ２０、電圧印加停止ステップＳ２２、送り停止ステップＳ２４及び電解液の供給停止ステップＳ２６を有している。
【００７０】
例えば、電圧印加開始ステップＳ１２及び送り開始ステップＳ１４は同時に行われ、電解液供給開始ステップＳ１０は、電圧印加開始ステップＳ１２及び送り開始ステップＳ１４の前に行われる。
また例えば、電圧印加停止ステップＳ２２及び送り停止ステップＳ２４は同時に行われ、電解液の供給停止ステップＳ２６は、電圧印加停止ステップＳ２２及び送り停止ステップＳ２４の後に行われる。
そして、電解加工方法３０Ｂは、電解加工の安定性の判定ステップＳ１６と加工終了判定ステップＳ２０との間に、電圧印加停止ステップＳ２８、送り停止ステップＳ３０、電圧印加開始ステップＳ３２及び送り開始ステップＳ３４を更に有している。
【００７１】
図１５〜図１８は、電解加工の安定性の判定ステップＳ１６の具体的な手順をそれぞれ示している。幾つかの実施形態では、図１５、図１７及び図１８に示したように、判定ステップＳ１６として、電極１４と被加工物２との間に印加している電圧が安定しているか否かを少なくとも判定する（Ｓ１６０）。
【００７２】
幾つかの実施形態では、図１６〜図１８に示したように、判定ステップＳ１６として、径方向出口２０が被加工物２に進入したか否かを判定する（Ｓ１６２）とともに、通電部２６が被加工物２に進入したか否かを少なくとも判定する（Ｓ１６４）。
【００７３】
幾つかの実施形態では、図１７に示したように、３つの判定ステップＳ１６０，Ｓ１６２，Ｓ１６４を実行し、３つの判定結果が全て肯定的なものであったときに、電解加工が安定したと判定される。つまり、電圧に関する条件と進入深さに関する条件の２つの条件の両方が満たされたときに（ＡＮＤ条件）、電解加工が安定したと判定される。
【００７４】
幾つかの実施形態では、図１８に示したように、判定ステップＳ１６０で電圧が安定したと判定されれば、他の２つの判定ステップＳ１６２，Ｓ１６４の判定結果とは関係無く、電解加工が安定したと判定される。その一方で、電圧が安定したと判定されなくても、径方向出口２０及び通電部２６の両方が被加工物２に進入したと判定されれば、電解加工が安定したと判定される。つまり、電圧に関する条件と進入深さに関する条件の２つの条件のうちいずれか一方が満たされたときに（ＯＲ条件）、電解加工が安定したと判定される。
【００７５】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、電解加工システム１は、電源８、電解液供給装置１０及び位置制御装置１２を一括して制御する制御装置を有していてもよく、電源８、電解液供給装置１０及び位置制御装置１２は、制御装置の制御下で、上記した動作を行うように構成されていてもよい。また、位置制御装置１２は、電解加工工具６の位置を制御するガイド１３を有していてもよい。
例えば、被加工物２はタービンの動翼に限定されることはなく、電解加工システム１は、種々の高温部品に適用可能である。高温部品としては、例えば、タービンの動翼、静翼、分割環及びシュラウド、ロケットエンジンの構成部品、車両や船舶等の輸送機械用若しくは発電機等の定置用のエンジンのシリンダヘッド、並びに、成形用金型等をあげることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１          電解加工システム
２          被加工物
４          曲がり孔
６（６Ａ，６Ｂ）  電解加工工具
８          電源
１０        電解液供給装置
１２        位置制御装置
１３        ガイド
１４        電極
１６        電気絶縁層
１８        流路
２０        径方向出口
２２        外周面
２４        先端面
２６        通電部
３０（３０Ａ，３０Ｂ）  電解加工方法
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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