JP2015178153A - 電解加工システム及び電解加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属イオン濃度を一定に維持して、安定な加工を図ることができる電解加工システムを提供する。【解決手段】電解加工システム１は、電解液Ｌ１１が導入されて、電極を介して該電極と加工対象物１００との間に通電されることで前記加工対象物１００に電解加工を行う電解加工装置４と、該電解加工装置４で前記電解加工に供された前記電解液を、再度前記電解加工装置４に導入する循環流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、前記電解液Ｌ１を前記電解加工装置４に導入する電解液供給部２と、前記電解加工装置４で前記電解加工に供された前記電解液Ｌ２を、前記電解液供給部２によって導入される前記電解液Ｌ１と同一量だけ外部に排出する電解液排出部５とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電解加工システム及び電解加工方法に関する。

一般に、機械加工が困難な難研削の穿孔加工は、電解加工法によって行われている。電解加工方法によれば、表面を鏡面仕上げとすることでき、複数の部位を同時に加工することができるという特徴もある。

この電解加工装置として、供給された電解液を用いて被加工金属に加工を施す加工機本体と、加工機本体から排出される使用済電解液からスラッジを除去するスラッジ除去機と、使用済電解液を再び加工機本体に戻す電解液循環ループとを備えているものが知られている。

このような電解加工装置では、電解液循環ループにおいて、電解加工により電解液中に金属イオンが溶解する。金属イオンが溶解して電解液の性状に変化が生じると、加工精度に影響を及ぼすため、電解液の性状の変動を抑えることが望まれている。

そこで、電解液循環ループに、電解液の導電率を計測する導電率計と、導電率計で測定した計測値が導電率管理目標値よりも低い場合に高導電率電解液を供給する高導電率電解液貯留槽と、計測値が導電率管理目標値よりも高い場合に循環する電解液を排出する排出ポンプとを設けたものが提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−１３１３６１号公報

電解加工装置で加工される金属溶解量が概ね推定できるため、金属溶解量に見合った電解液を常に供給、及び排出することにより、金属イオン濃度の変動を抑えることが可能となる。

本発明は導電率等のオンライン計測及び複雑な制御を行うことなく、金属イオン濃度の変動を抑えることにより、安定な加工を図ることができる電解加工システム及び電解加工方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る電解加工システムは、電解液が導入されて、電極を介して該電極と加工対象物との間に通電されることで前記加工対象物に電解加工を行う電解加工装置と、該電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、再度前記電解加工装置に導入する循環流路と、前記電解液を前記電解加工装置に導入する電解液供給部と、前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、前記電解液供給部によって導入される前記電解液と同一量だけ外部に排出する電解液排出部とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電解加工方法は、電解液を電解加工装置に導入する電解液供給工程と、前記電解液を用いて、電極を介して該電極と加工対象物との間に通電されることで前記加工対象物に電解加工を行う電解加工工程と、前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、再度前記電解加工装置に導入する循環工程と、前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、前記電解液供給工程によって導入される前記電解液と同一量だけ外部に排出する電解液排出工程とを備えることを特徴とする。

このように構成された電解加工システム及び電解加工方法では、電解液供給工程において、電解液供給部は、電解液を電解加工装置に導入する。電解加工工程において、電解加工装置は、導入された電解液を用いて、加工対象物を電解加工する。この際に、電解加工に供された電解液中には、金属イオンが溶解する。電解液排出工程において、この電解液のうち、電解液供給部により導入された電解液と同一量の電解液が、電解液排出部により排出される。また、電解液循環工程において、電解加工に供された電解液が再度電解加工装置に導入される。このように、電解加工システムでは、電解加工に供される前であって金属イオン濃度の低い電解液が電解液供給部から導入されるとともに、電解加工に供された後の金属イオン濃度の高い電解液が電気液排出部から排出される。この状態が継続されることにより、金属加工装置において金属加工に供される前の電解液の金属イオン濃度の変動を抑えて、安定な加工を図ることができる。

また、本発明に係る電解加工システムは、前記循環流路を流通する前記電解液を貯留するタンクをさらに備えることが好ましい。

このように構成された電解加工システムでは、電解液を貯留するタンクを備えているため、循環流路を循環する電解液の量を調整することができる。

また、本発明に係る電解加工システムは、前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液をろ過するフィルタをさらに備えていてもよい。

このように構成された電解加工システムでは、フィルタにより沈殿成分の除去された電解液が循環するため、電解加工に適した電解液とすることができる。

また、本発明に係る電解加工システムは、前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、金属イオンと前記電解液とに分離する分離装置をさらに備えていてもよい。

このように構成された電解加工システムでは、分離装置が、金属イオンと電解液とを分離し、分離された金属イオンは電解液排出部から排出される。よって、タンクに戻す電解液中の金属イオンの濃度を低く抑えることができるため、電解液供給部が供給する電解液量を抑えることができる。

本発明に係る電解加工システムによれば、金属イオン濃度の変動を抑えて、安定な加工を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係る電解加工システムの構成を示す模式的な系統図である。 本発明の第一実施形態に係る電解加工システムの構成する電解加工装置の一例を示す正面図である。 本発明の第一実施形態に係る電解加工システムにおいて、電解加工装置４に導入される電解液中の金属イオン濃度の推移を表したグラフである。 本発明の第二実施形態に係る電解加工システムの構成を示す模式的な系統図である。 本発明の第三実施形態に係る電解加工システムの構成を示す模式的な系統図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る電解加工システムの構成を示す模式的な系統図である。
図１に示すように、電解加工システム１は、電解液供給部２と、電解液タンク（タンク）３と、電解加工装置４と、電解液排出部５と、フィルタ６とを備えている。電解液タンク３と加工機との間、電解加工装置４とフィルタ６との間、及びフィルタ６と電解液タンク３との間は、それぞれ循環流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で接続されている。

（電解液供給部）
電解液供給部２は、電解液タンク３に対して新しい電解液を導入する。この電解液供給部２が導入する電解液Ｌ１の量（供給量）をｖ１Ｌ／ｍｉｎとする。

（電解液タンク）
電解液タンク３は、電解液供給部２から供給される電解液Ｌ１と、循環流路Ｒ３から導入される電解液Ｌ１３とを攪拌して貯留する。電解液タンク３には、循環流路Ｒ１が接続されている。電解液タンク３は、図示しないポンプの作動により、攪拌された電解液Ｌ１１を循環流路Ｒ１に導出する。この循環流路Ｒ１を流通する電解液Ｌ１１の量（循環流路Ｒ１の流通量）をｖ２Ｌ／ｍｉｎとする。

（電解加工装置）
電解加工装置４は、循環流路Ｒ１に接続されている。電解加工装置４は、循環流路Ｒ１から導入された電解液Ｌ１１を用いて、加工対象物１００を電解加工する。

図２は、電解加工装置４の一例を示す正面図である。
図２に示すように、電解加工装置４は、加工対象物１００に対して、直線状の加工孔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、加工対象物１００はガスタービンのタービン翼であり、加工対象物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。

この電解加工装置４は、加工対象物１００へ加工孔１０１を形成する複数の電解加工工具４１と、この電解加工工具４１を進行させる移動機構４２と、電解加工工具４１を進行させる際にこの電解加工工具４１を案内するガイド部４３とを備えている。

移動機構４２は、電解加工工具４１を加工対象物１００に対して進退させる。
ガイド部４３は、移動機構４２と加工対象物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４２によって進退される電解加工工具４１を加工対象物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。

電解加工工具４１は、加工対象物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４６及びこの電極４６を外周から覆う絶縁層（不図示）を有して、全体として筒状をなしている。また、電極４６の外周面の一部は、絶縁層によって覆われずに電極４６が露出する非絶縁部（不図示）が形成されている。

電極４６は、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４６の内側の中空部分（電極４６の内部）は、移動機構４２の把持部４２ａの中空部分と連通している。これによって、電極４６の内部では、工具本体１０の基端側（移動機構４２側）から先端側（加工対象物１００側）に向かって、電解加工に供される電解液が流通されるようになっている。

このような電解加工装置４においては、電解加工工具４１によって、電極４６の内部を流通した電解液が工具本体１０の先端４６ａから導出される。そして、この導出された電解液を介して、電極４６の先端４６ａの端面と、加工対象物１００の加工孔１０１の内面との間が通電し、加工対象物１００が電解して加工孔１０１がより深く加工されていく。

（電解液排出部）
図１に示すように、電解加工装置４には、電解液排出部５が接続されている。電解液排出部５は、電解加工装置４で電解加工に供された電解液のうち一部を、図示しないポンプを作動させて排出する。この電解液排出部５が排出する電解液Ｌ２の量（排出量）は、電解液供給部２が供給する電解液Ｌ１の量と同じｖ１Ｌ／ｍｉｎである。

電解加工装置４には、循環流路Ｒ２が接続されている。循環流路Ｒ２には、電解加工装置４で電解加工に供された電解液のうち一部が流通する。つまり、電解加工装置４で電解加工に供された電解液Ｌ１１のうち、一部は電解液排出部５により排出されるとともに、残りは循環流路Ｒ２に導出される。この循環流路Ｒ２を流通する電解液Ｌ１２の量（循環流路Ｒ２の流通量）は、ｖ２−ｖ１Ｌ／ｍｉｎである。

（フィルタ）
フィルタ６は、循環流路Ｒ２に接続されている。フィルタ６は、循環流路Ｒ２から導入された電解液Ｌ１２から、電解液中に溶解せずに脱落した金属の塊であるスラッジを除去する。

フィルタ６には、循環流路Ｒ３が接続されている。循環流路Ｒ３には、フィルタ６でスラッジを除去された電解液Ｌ１３が流通する。フィルタ６でスラッジの除去された電解液Ｌ１３は、循環流路Ｒ３を流通して電解液タンク３に導入される。

このように構成された電解加工システム１の動作について説明する。
図３は、電解加工システム１において、電解加工装置４に導入される電解液Ｌ１１中の金属イオン濃度の推移を表したグラフである。
まず、電解液供給工程を実行する。
電解液供給部２は、新しい電解液Ｌ１をｖ１Ｌ／ｍｉｎ電解液タンク３に供給する。電解液タンク３は、電解液タンク３内で貯留されていた電解液Ｌ１３と電解液供給部２から供給された電解液Ｌ１とを攪拌する。そして、電解液タンク３は、循環流路Ｒ１に攪拌された電解液Ｌ１１を導出する。循環流路Ｒ１を流通した電解液Ｌ１１は、電解加工装置４に導入される。

次に電解加工工程を実行する。
電解加工装置４に導入された電解液Ｌ１１は、加工対象物１００の電解加工に供される。これにより、加工対象物１００には加工が施されるとともに、電解液中に金属イオンが溶解する。

次に、電解液排出工程及び循環工程を実行する。
電解加工に供された電解液のうち、電解液Ｌ２がｖ１Ｌ／ｍｉｎ電解液排出部５から排出される。一方、残りの電解液Ｌ１２は、循環流路Ｒ２に導出される。

循環流路Ｒ２を流通した電解液Ｌ１２は、フィルタ６に導入される。フィルタ６に導入された電解液Ｌ１２は、スラッジが除去されて、循環流路Ｒ３に導出される。

循環流路Ｒ３を流通した電解液Ｌ１３は、電解液タンク３に導入される。電解液タンク３は、循環流路Ｒ３から導入された電解液Ｌ１３と、電解液供給部２から供給された電解液Ｌ１とを攪拌する。このようにして、電解加工システム１は上記に示す動作を繰り返す。

このように構成された電解加工システム１では、電解加工システム１が作動すると、電解液供給部２から導入された金属イオンを含まない電解液Ｌ１を用いて、電解加工装置４内での電解加工が行われる。これにより、溶解する金属イオンの濃度が増加し、金属イオンを含む電解液Ｌ１２が循環流路Ｒ２に導出される。一方、電解液排出部５では、溶解した金属イオンを含む電解液Ｌ２を排出している。電解液タンク３は、電解液供給部２から供給される電解液Ｌ１と循環流路Ｒ３から導入される電解液Ｌ１３とを攪拌する。そして、図３に示すように、電解加工装置４に導入される電解液Ｌ１１中の金属イオンの濃度は、直前に電解加工装置４に導入された電解液Ｌ１１中の金属イオンの濃度よりも高くなる。

このような動作を繰り返すにしたがって、電解液供給部２から供給する電解液Ｌ１の量、（電解液排出部５から排出される電解液Ｌ２の量）や、電解加工装置４での電解加工速度に応じて、電解加工装置４に導入される電解液Ｌ１１中の金属イオン濃度の変動を最小限に抑えることができ、好ましくは該金属イオン濃度が一定に維持される。

このように構成された電解加工システム１では、電解液供給部２は、電解液Ｌ１を電解加工装置４に導入する。電解加工装置４は、電解液Ｌ１と電解液Ｌ１３とが攪拌された電解液Ｌ１１を用いて、加工対象物１００を電解加工する。この際に、電解加工に供された電解液中には、金属イオンが溶解する。この電解液のうち、電解液供給部２により導入された電解液Ｌ１の量（Ｖ１）と同一量の電解液Ｌ２が、電解液排出部５により排出される。つまり、電解加工システム１では、電解加工に供される前の金属イオン濃度の低い電解液Ｌ１が電解液供給部２から継続的に導入されるとともに、電解加工に供された後の金属イオン濃度の高い電解液Ｌ２が電解液排出部５から継続的に排出される。このような電解液Ｌ１の継続的な供給と電解液Ｌ２の継続的な排出とにより、金属加工装置４において金属加工に供される前の電解液Ｌ１１の金属イオンの濃度の変動を抑えることができる。これにより、金属イオンの濃度が一定に維持されることが可能となり、電解加工装置４において安定な加工が可能となる。

また、上記の電解加工システム１では、電解液の供給及び排出を行う際に、電解加工装置４を止めることなく作動させて行うことができるため、効率的に電解加工を行うことができる。

また、電解液Ｌ１３を貯留する電解液タンクを備えているため、循環流路を循環する電解液の量を調整することができる。

また、フィルタ６により沈殿成分の除去された電解液が循環するため、電解加工に適した電解液とすることができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について、主に図４を参照して説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図４に示すように、第二実施形態に係る電解加工システム２００には、電解加工装置４の下流側に圧力透析装置（分離装置）７が設けられている。

ここで、電解液供給部２が導入する電解液Ｌ１の量（供給量）をｖ１１Ｌ／ｍｉｎとする。

電解加工装置４には、循環流路Ｒ１２が接続されている。循環流路Ｒ１２には、電解加工装置４で電解加工に供された電解液Ｌ２３が流通する。この循環流路Ｒ１２を流通する電解液Ｌ２３の量（排出量）は、電解加工装置４に導入される電解液Ｌ１１の量と同じｖ２Ｌ／ｍｉｎである。

循環流路Ｒ１２には、圧力透析装置７が接続されている。圧力透析装置７は、圧力を駆動力としたイオン分離の可能な膜等を用いて、金属イオンと電解液とに分離するものである。

圧力透析装置７には、電解液排出部１０５が接続されている。電解液排出部１０５は、圧力透析装置７で金属イオンを含む流体Ｌ２４を排出する。この電解液排出部１０５が排出する流体Ｌ２４の量（排出量）は、電解液供給部２が供給する電解液Ｌ１の量と同じｖ１１Ｌ／ｍｉｎである。

圧力透析装置７には、循環流路Ｒ１３が接続されている。循環流路Ｒ１３には、圧力透析装置７で分離された電解液Ｌ２５が流通する。この循環流路Ｒ１３を流通する電解液Ｌ２５の量（循環流路Ｒ１３の流通量）は、ｖ２−ｖ１１Ｌ／ｍｉｎである。

このように構成された電解加工システム２００では、圧力透析装置７が、金属イオンと電解液Ｌ２５とを分離され、金属イオンは電解液排出部１０５から排出される。このため、本実施形態における電解液タンク３に戻される電解液Ｌ１３中の金属イオンの濃度は、第一実施形態における電解液タンク３に戻される電解液Ｌ１３中の金属イオンの濃度よりも低い。よって、本実施形態における電解液供給部Ｌ１により供給する電解液Ｌ１の量ｖ１１Ｌ／ｍｉｎは第一実施形態における電解液供給部Ｌ１により供給する電解液Ｌ１の量ｖ１Ｌ／ｍｉｎものよりも少なくてすむため、コストを抑えることができる。

（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について、主に図５を参照して説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５に示すように、第三実施形態に係る電解加工システム２０１には、電解加工装置４の下流側に電気透析装置（分離装置）１７が設けられている。

電解液供給部２は、電解液タンク３に対して濃縮された電解液Ｌ１０を導入する。この電解液供給部２が導入する電解液Ｌ１０の量（供給量）をｖ１１Ｌ／ｍｉｎとする。

循環流路Ｒ１２には、電気透析装置１７が接続されている。また、電気透析装置１７には、補給水を供給する補給水供給部１８が接続されている。補給水供給部１８は、電気透析装置１７に対して補給水を供給する。この補給水供給部１８が供給する補給水の量（供給量）をｖ３Ｌ／ｍｉｎとする。

電気透析装置１７は、循環流路１２から供給された電解液Ｌ２３及び補給水供給部１８から供給された補給水を用いて、イオン交換膜と電気の働きにより、金属イオンと電解液とに分離する。なお、分離装置として、他にも拡散透析装置、イオン交換樹脂充填塔等が採用される。

電気透析装置１７には、電解液排出部１０５が接続されている。電解液排出部１０５は、電気透析装置１７で金属イオンを含む流体Ｌ２４を排出する。この電解液排出部５が排出する流体Ｌ２４の量（排出量）は、電解液供給部２が供給する電解液Ｌ１０の量ｖ１１Ｌ／ｍｉｎと補給水供給部１８が供給する補給水の量ｖ３Ｌ／ｍｉｎとの総和のｖ１１＋ｖ３Ｌ／ｍｉｎである。

電気透析装置１７には、循環流路Ｒ１３が接続されている。循環流路Ｒ１３には、電気透析装置１７で分離された電解液Ｌ２５が流通する。この循環流路Ｒ１３を流通する電解液Ｌ２５の量（循環流路Ｒ１３の流通量）は、ｖ２−ｖ１１Ｌ／ｍｉｎである。

このように構成された電解加工システム２０１では、電気透析装置１７が、金属イオンと電解液Ｌ２５とを分離され、金属イオンは電解液排出部１０５から排出される。このため、本実施形態における電解液タンク３に戻される電解液Ｌ１３中の金属イオンの濃度は、第一実施形態における電解液タンク３に戻される電解液Ｌ１３中の金属イオンの濃度よりも低い。よって、本実施形態における電解液供給部２により供給する電解液Ｌ１０の量ｖ１１Ｌ／ｍｉｎは第一実施形態における電解液供給部２により供給する電解液Ｌ１の量ｖ１Ｌ／ｍｉｎものよりも少なくてすむため、コストを抑えることができる。

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、電解加工装置４に供給される電流の供給量や、電解加工装置４の加工速度、加工面積量、電解加工装置４において電解加工に供される電解液１１の濃度、比重などに応じて、電解液供給部２における電解液Ｌ１の供給量ｖ１を調整してもよい。

１…電解加工システム ２…電解液供給部 ３…電解液タンク ４…電解加工装置 ５…電解液排出部 ６…フィルタ Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…循環流路

Claims (5)

1. 電解液が導入されて、電極を介して該電極と加工対象物との間に通電されることで前記加工対象物に電解加工を行う電解加工装置と、
   該電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、再度前記電解加工装置に導入する循環流路と、
   前記電解液を前記電解加工装置に導入する電解液供給部と、
   前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、前記電解液供給部によって導入される前記電解液と同一量だけ外部に排出する電解液排出部とを備えることを特徴とする電解加工システム。
2. 前記循環流路を流通する前記電解液を貯留するタンクをさらに備え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。
3. 前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液をろ過するフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電解加工システム。
4. 前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、金属イオンと前記電解液とに分離する分離装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電解加工システム。
5. 電解液を電解加工装置に導入する電解液供給工程と、
   前記電解液を用いて、電極を介して該電極と加工対象物との間に通電されることで前記加工対象物に電解加工を行う電解加工工程と、
   前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、再度前記電解加工装置に導入する循環工程と、
   前記電解加工装置で前記電解加工に供された前記電解液を、前記電解液供給工程によって導入される前記電解液と同一量だけ外部に排出する電解液排出工程とを備えることを特徴とする電解加工方法。

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