JP7141816B2 - 電解加工方法、孔あき部材の製造方法、加工用電極、及び、電解加工システム - Google Patents

Description

本開示は、電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成する電解加工方法、該方法により加工孔を形成する孔あき部材の製造方法、電解加工に用いられる加工用電極、及び、該加工用電極を備える電解加工システムに関する。

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ことがある。例えばガスタービンのガスタービン動翼内には、該ガスタービン動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。該冷却孔の冷却効率を高めるためには、該冷却孔の形状をガスタービン動翼の幾何形状に沿って湾曲させることが望ましい場合がある。

特許文献１が開示する電解加工工具の電極は、可撓性を有するとともに、本体側面に電解液を径方向外側に向かって導出する流体導出部を有する。該電極は、流体導出部から電解液を導出する際の反動を利用して電極を導出方向とは反対側に曲げることで、電極の進行方向を変化させて所望の曲率の曲り孔を形成可能になっている。

特許第５９５５２０７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、電解加工工具の電極に流体導出部を設ける必要があり、電極の構成が複雑化してしまう。

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、電極の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔の形成を容易に行うことができる電解加工方法、孔あき部材の製造方法、加工用電極、及び、電解加工システムを提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る電解加工方法は、
電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成する電解加工方法であって、
加工用電極の内部流路に電解液を流通させ、前記加工用電極の先端面に設けられた前記内部流路の出口開口から前記電解液を噴出させるステップと、
前記電解液を前記加工用電極の前記出口開口から噴出させながら、前記加工用電極と前記被加工物との間に電位差を印加するステップと、
前記被加工物に前記曲り形状の加工孔を形成するステップと、を備え、
前記電解液を噴出させるステップでは、前記加工用電極の前記先端面の軸心に対して、前記加工用電極の先端面の電流密度の分布、または、前記出口開口から噴出される前記電解液の流速分布の少なくとも一方を前記加工孔の曲り方向下流側に偏心させる。

本発明者らによる鋭意検討の結果、加工用電極の先端面の軸心に対して、電極先端面における電流密度の分布、または、電解液の流速分布の少なくとも一方を偏心させることで、曲り形状の加工孔を形成できることが明らかになった。
上記（１）の方法は本発明者らの上記知見に基づくものであり、該曲り形状の加工孔は、加工用電極に例えば流体導出部などを設けなくても、上述した偏心した方向に向かって湾曲する。ここで、被加工物の、曲り方向上流側に位置する内面に比べて、加工孔の曲り方向下流側に位置する内面は深く加工されるので、該内面と加工用電極の先端面との間の間隔が広がり、該間隔を流れる電解液の液圧が低下する。加工用電極は、周囲を流れる電解液の液圧により、上述した電解液の液圧が低下した方に、先端部が曲がるように促されて、被加工物を上述した偏心した方向に加工していく。したがって、上記の方法によれば、電極の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔の形成を容易に行うことができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記電解液を噴出させるステップでは、本体側面に前記電解液を導出するための流体導出部を有しない前記加工用電極の前記出口開口から前記電解液が噴出され、
前記先端面のうち前記出口開口を除く領域の図心は、前記先端面の前記軸心に対して偏心しており、
前記軸心に対する前記領域の前記図心のずれ方向に前記加工孔を曲げて形成する。

上記（２）の方法によれば、軸心に対して出口開口を除く領域の図心がずれた方向に、加工用電極の電流密度の分布を偏心させることができるので、該領域の図心がずれた方向に加工孔を曲げて形成可能である。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記内部流路は前記先端面において導電性部材により一部閉塞されることで、前記先端面のうち前記出口開口を除く領域の図心が前記軸心に対して偏心している。

上記（３）の方法によれば、内部流路が一部閉塞される前は、軸心に対して出口開口を除く領域の図心が偏心していない場合でも、内部流路を先端面において導電性部材により一部閉塞することで、該導電性部材に電流を流れるので、軸心に対して該領域の図心を偏心させることができる。このため、軸心に対して該領域の図心がずれた方向に、加工用電極の電流密度の分布を偏心させることができるので、該領域の図心がずれた方向に加工孔を曲げて形成可能である。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）の方法において、
前記出口開口の図心は、前記先端面の前記軸心に対して偏心しており、
前記軸心に対する前記出口開口の前記図心のずれ方向に前記加工孔を曲げて形成する。

上記（４）の方法によれば、軸心に対して出口開口の図心がずれた方向に、出口開口から噴出される電解液の流速分布を偏心させることができるので、出口開口の図心がずれた方向に加工孔を曲げて形成可能である。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の方法において、
前記内部流路は一部閉塞されることで、前記出口開口の前記図心が前記軸心に対して偏心している。

上記（５）の方法によれば、内部流路が一部閉塞される前は、軸心に対して出口開口の図心が偏心していない場合でも、内部流路を一部閉塞することで、軸心に対して出口開口の図心を偏心させることができる。このため、軸心に対して出口開口の図心がずれた方向に、出口開口から噴出される電解液の流速分布を偏心させることができるので、出口開口の図心がずれた方向に加工孔を曲げて形成可能である。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の方法において、
前記内部流路は間仕切部により複数に分割されており、前記複数に分割された前記内部流路のうちの少なくとも１つが閉塞される。

上記（６）の方法によれば、間仕切部によって複数に分割された内部流路のうちの少なくとも１つを閉塞することで、加工用電極の先端面の軸心に対して、加工用電極の先端面の電流密度の分布や、出口開口から噴出される電解液の流速分布を加工孔の曲り方向下流側に偏心させることを容易に行うことができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の方法において、
前記加工用電極の軸方向に直交する断面内において、前記内部流路の図心は前記加工用電極の軸心に対して偏心している。

上記（７）の方法によれば、加工用電極の軸方向に直交する断面内において、内部流路の図心は加工用電極の軸心に対して偏心しているので、先端面における電解液の流速分布は、加工用電極の軸心に対して内部流路の図心がずれた方向に偏心する。よって、内部流路の図心がずれた方向に加工孔を曲げて形成可能である。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（７）の方法において、
前記加工用電極の先端には、周方向における少なくとも一部に、先端に向かうにつれて外形寸法が小さくなるようなテーパ面が形成されている。
上記（８）の方法によれば、テーパ面が形成された部分の近傍を流れる電解液が、電気絶縁層の外周と加工孔の内面との間に流れ込むことが容易になるので、電解加工の効率低下を防止できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）～（８）の方法において、
前記電解液は、硝酸又は硝酸ナトリウムを含む。
上記（９）の方法によれば、電解液は電解加工能力の大きい硝酸又は硝酸ナトリウムを含むので、電解加工の効率化を図ることができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る孔あき部材の製造方法は、
上記（１）～（９）に記載の方法により前記被加工物に前記加工孔を形成して孔あき部材を製造するステップを備える。
上記（１０）の方法によれば、上述した方法により、電極の構成の複雑化を回避しながら、加工孔の形成を容易に行うことができるので、加工孔を有する孔あき部材を容易に製造することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の方法において、
前記孔あき部材は、前記加工孔としての曲り形状の冷却孔を有するガスタービン動翼である。
上記（１１）の方法によれば、加工孔（冷却孔）の曲り形状をガスタービン動翼の幾何形状に沿って湾曲させたりすることができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る加工用電極は、
電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成するための加工用電極であって、
前記加工用電極の軸方向に沿って電解液を流通可能に構成されている内部流路と、
前記電解液を噴出するための前記内部流路の出口開口が形成された先端面と、を備え、
前記先端面のうち前記出口開口を除いた領域の図心、または、前記出口開口の図心の少なくとも一方は、前記先端面の軸心に対して偏心している。

上記（１２）の構成は本発明者らの上記知見に基づくものであり、加工用電極は、例えば流体導出部などを設けなくても、上述した偏心した方向に向かって湾曲する曲り形状の加工孔を形成することができる。したがって、上記の構造によれば、電極の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔の形成を容易に行うことができる。

（１３）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、
上記（１２）に記載の前記加工用電極を備え、
前記加工用電極を用いた電解加工により前記被加工物に前記加工孔を形成可能に構成されている。

上述したように、上記（１２）に記載の加工用電極は、例えば流体導出部などを設けなくても、上述した偏心した方向に向かって湾曲する曲り形状の加工孔を形成することができる。したがって、上記（１３）の構造によれば、電極の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔の形成を容易に行うことができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構造において、
１つの前記加工用電極に形成された複数の前記内部流路それぞれへの前記電解液の供給量を調整可能に構成されている電解液供給量調整装置をさらに備える。
上記（１４）の構造によれば、電解液供給量調整装置により内部流路を通る電解液の流速分布の偏心させることで、出口開口から噴出される電解液の流速分布が偏心するので、内部流路を通る電解液の流速分布が偏心した方向に加工孔を曲げて形成可能である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、電極の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔の形成を容易に行うことができる電解加工方法、孔あき部材の製造方法、加工用電極、及び、電解加工システムが提供される。

本発明の一実施形態にかかる加工用電極を、被加工物とともに概略的に示す縦断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電解加工方法を説明するためのフローチャートである。 一実施形態にかかる電解加工方法を説明するための図であって、電解加工システムの一例を示す概略図である。 図１に示すＡ－Ａ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極の先端面の構成を示す図である。 図４に示す加工用電極を用いて加工孔を形成する様子を示す図である。 図１に示すＡ－Ａ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極の先端面の構成を示す図である。 図６に示す加工用電極を用いて加工孔を形成する様子を示す図である。 先端にテーパ面が形成された加工用電極を用いて加工孔を形成する様子を示す図である。 図１に示すＡ－Ａ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極の先端面の構成を示す図である。 図９に示す加工用電極を用いて加工孔を形成する様子を示す図である。 図１に示すＡ－Ａ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極の先端面の構成を示す図である。 図１１に示す加工用電極を用いて加工孔を形成する様子を示す図である。 図１に示すＢ－Ｂ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極の断面図である。

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。

図１は、本発明の一実施形態にかかる加工用電極を、被加工物とともに概略的に示す縦断面図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる電解加工方法を説明するためのフローチャートである。図３は、一実施形態にかかる電解加工方法を説明するための図であって、電解加工システムの一例を示す概略図である。以下、図１、３に示す、加工用電極３及び電解加工システム２の説明とともに、図２に示す電解加工方法１及び孔あき部材の製造方法を説明する。

幾つかの実施形態に係る電解加工方法１は、図１に示されるように、電解加工により被加工物５に曲り形状の加工孔５ａを形成する電解加工方法である。該電解加工方法１は、図２に示されるように、加工用電極３の内部流路３ｂに電解液Ｗを流通させ、加工用電極３の先端面３ｃに設けられた内部流路３ｂの出口開口３ｄから電解液Ｗを噴出させるステップＳ１０１と、電解液Ｗを加工用電極３の出口開口３ｄから噴出させながら、加工用電極３と被加工物５との間に電位差を印加するステップＳ１０２と、被加工物５に曲り形状の加工孔５ａを形成するステップＳ１０３と、を備えている。

上述したステップＳ１０１では、図３に示す電解液供給装置７により、加工用電極３の内部流路３ｂに電解液Ｗが供給されており、加工用電極３の内部流路３ｂに電解液Ｗを流通させ、加工用電極３の先端面３ｃに設けられた内部流路３ｂの出口開口３ｄから電解液Ｗを噴出させる。

上述したステップＳ１０２では、電解液Ｗを加工用電極３の出口開口３ｄから噴出させながら、図３に示す電源６により電解液Ｗ中の、加工用電極３と被加工物５との間に電位差が印加されている。図３に示される実施形態では、電解液Ｗ中の、負電圧を印加する加工用電極３と正電圧を印加する被加工物５との間に電圧を加えて電流を流し、電気化学反応により被加工物５を電解液Ｗ中に溶出させている。

上述したステップＳ１０３では、後述するように、加工用電極３の先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、先端面３ｃにおける電流密度の分布、または、電解液Ｗの流速分布の少なくとも一方を偏心させることで、被加工物５に曲り形状の加工孔５ａを形成する。ステップＳ１０３では、曲り形状の加工孔５ａを形成するために、図３に示す電極送り装置９により、加工用電極３が被加工物５の加工孔５ａ内に送られる。電極送り装置９は、加工孔５ａに曲り形状を形成する場合には、加工用電極３が軸を中心として回転しないように、加工用電極３の回転を制限した状態で、加工孔５ａ内に送るようになっている。なお、電極送り装置９は、加工孔５ａに直線的な形状を形成する場合には、加工用電極３を回転させた状態で、加工孔５ａ内に送るようになっている。

以下、上述した電解加工方法１を実施するために用いることができる、加工用電極３、及び、該加工用電極３を備える電解加工システム２について説明する。

図１、３に示されるように、電解加工システム２は、加工用電極３を含み、該加工用電極３により被加工物５に少なくとも１つの曲り形状の加工孔５ａ（曲り孔）を形成可能である。また、電解加工システム２は、加工用電極３により被加工物５に曲り形状の加工孔５ａを形成することにより製造される、孔あき部材５Ａを製造可能である。

電解加工システム２は、図３に示されるように、上述した加工用電極３に加えて、電源６と、電解液供給装置７と、電解液供給量調整装置８と、電極送り装置９と、電極ガイド部材１０と、を備えている。電源６は、例えば直流発電機を含み、加工用電極３と被加工物５との間に電位差を印加可能である。なお、電源６は、直流電流ではなく、パルス電流を流すようになっていてもよい。電解液供給装置７は、例えばポンプやディスペンサを含み、加工用電極３に電解液Ｗ（加工液）を供給可能である。なお、図１及び後述する図５、７、８、１０、１２、１４では、電解液Ｗの流れる方向を矢印で示している。電解液供給量調整装置８は、例えば開度調整可能なバルブ又は開閉制御可能なバルブを含み、電解液供給装置７から加工用電極３に供給される電解液の流量（供給量）を調整可能である。

なお、電解液Ｗは、電解加工の効率化を図る観点から、硝酸又は硝酸ナトリウムを含んでいてもよい。

電極送り装置９は、被加工物５（特に加工孔５ａ）に対する加工用電極３の軸線方向での相対位置を調整可能である。電極送り装置９は、例えばアクチュエータを含み、加工用電極３の基端側を把持しながら、被加工物５に対する加工用電極３の送り量を調整可能である。電極ガイド部材１０は、図３に示されるように、貫通孔１０ａを有し、該貫通孔１０ａに加工用電極３を通すことで、被加工物５の加工孔５ａの形成位置へと加工用電極３を導くようになっている。

図１に示されるように、加工用電極３（３Ａ～３Ｄ、３Ｆ、３Ｇ）は、円筒形状等の筒形状の外筒部３ａを有し、軸線Ｌｅに沿うように延在している。なお、以下の説明では、括弧中の符号を一括して引用する場合に、括弧の前の符号を用いることがある。また、加工用電極３は、例えば角筒形状等であってもよい。

加工用電極３は、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。加工用電極３の外径は例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。加工用電極３は、図１に示されるように、外筒部３ａの外周面が軸線方向の全域にわたり、電気絶縁層４により覆われている。電気絶縁層４は、例えば電気絶縁性を有する樹脂（ポリエステル系樹脂等）により構成されている。なお、電気絶縁層４は、加工用電極３の先端面３ｃを覆ってはいないので、先端面３ｃは露出している。加工用電極３の基端側は電源６に接続可能であり、被加工物５もまた電源６に接続可能である。

加工用電極３の内部には、図１に示されるように、加工用電極３の軸線Ｌｅに沿うように延在する少なくとも１つの内部流路３ｂが形成されている。内部流路３ｂは、加工用電極３の基端側から先端側に向かって、電解液Ｗを流通可能であり、図３に示されるように、加工用電極３の基端側にて電解液供給装置７に接続可能である。電解液供給量調整装置８は、図３に示されるように、加工用電極３の内部流路３ｂと電解液供給装置７との間に設けられ、上述のように、電解液供給装置７から各加工用電極３の内部流路３ｂへの電解液Ｗの供給量を調節可能になっている。

加工用電極３の先端側に位置する先端面３ｃは、図１に示されるように、電解液Ｗを噴出するための内部流路３ｂの出口開口３ｄが少なくとも１つ形成されている。出口開口３ｄから噴出した電解液Ｗは、図１に示されるように、加工用電極３の先端面３ｃと被加工物５の加工孔５ａの内面５ｂとの間や、電気絶縁層４の外周と加工孔５ａの内面５ｂとの間を通った後、加工孔５ａの開口から外部に排出される。加工用電極３は、電解液Ｗの液圧により加工孔５ａの内面５ｂに接触しないように支持されている。

上述したように、幾つかの実施形態に係る電解加工方法１は、上述したステップＳ１０１と、上述したステップＳ１０２と、上述したステップＳ１０３と、を備えている。

ここで、本発明者らにより鋭意検討の結果、加工用電極３の先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、先端面３ｃにおける電流密度の分布、または、電解液Ｗの流速分布の少なくとも一方を偏心させることで、曲り形状の加工孔５ａを形成できることが明らかになった。

より具体的に以下に説明する。ここで、図１に示すように、加工孔５ａが曲がる方向とは反対方向を曲り方向の上流側（図中軸線Ｌｓより左側）と、加工孔５ａが曲がる方向を曲り方向の下流側（図中軸線Ｌｓより右側）と定義する。先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、先端面３ｃにおける電流密度の分布を、加工孔５ａの曲り方向下流側に偏心させると、曲り方向上流側の先端面３ｃと加工孔５ａの内面５ｄ（５ｂ）との間を流れる電流に比べて、曲り方向下流側の先端面３ｃと加工孔５ａの内面５ｃ（５ｂ）との間を流れる電流が多くなるので、その分だけ加工孔５ａの内面５ｂの加工量が大きくなる。このため、図５、７、８、１０に加工線Ｌｍで示されるように、被加工物５は、曲り方向上流側に位置する内面５ｄに比べて、曲り方向下流側に位置する内面５ｃが深く加工される。したがって、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、先端面３ｃにおける電流密度の分布を偏心させることで、曲り形状の加工孔５ａを形成できる。

また、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、出口開口３ｄから噴出される電解液Ｗの流速分布を、加工孔５ａの曲り方向下流側に偏心させると、曲り方向上流側の先端面３ｃと加工孔５ａの内面５ｄとの間を流れる電解液Ｗの流量に比べて、曲り方向下流側の先端面３ｃと加工孔５ａの内面５ｃとの間を流れる電解液Ｗの流量が多くなるので、その分だけ電解加工によりイオン交換が行われて加工孔５ａの内面５ｃから溶出したイオンが内在する電解液Ｗを排出でき、電解加工速度が向上する。このため、図１２に加工線Ｌｍで示されるように、被加工物５は、曲り方向上流側に位置する内面５ｄに比べて、電解加工の効率が低下しない曲り方向下流側に位置する内面５ｃが深く加工される。したがって、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布を偏心させることで、曲り形状の加工孔５ａを形成できる。

そこで、幾つかの実施形態では、電解液Ｗを噴出させるステップＳ１０１において、図４～１３を参照して後述するように、加工用電極３の先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、加工用電極３の先端面３ｃの電流密度の分布、または、出口開口３ｄから噴出される電解液Ｗの流速分布の少なくとも一方を加工孔５ａの曲り方向下流側（図１中軸心Ｃｓを通る先端面３ｃに垂直な軸線Ｌｓより右側）に偏心させる。
これにより、上述した原理に基づいて、加工孔５ａは、加工用電極３に例えば流体導出部などを設けなくても、電流密度分布又は流速分布の偏心方向に向かって湾曲する。ここで、被加工物５の、曲り方向上流側に位置する内面５ｄに比べて、曲り方向下流側に位置する内面５ｃは深く加工されるので、該内面５ｃと加工用電極３の先端面３ｃとの間の間隔が広がり、該間隔を流れる電解液Ｗの液圧が低下する。加工用電極３は、周囲を流れる電解液Ｗの液圧により、上述した電解液Ｗの液圧が低下した方に、先端部が曲がるように促されて、被加工物５を上述した偏心した方向に加工していく。したがって、上記の方法によれば、電極（加工用電極３）の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔（加工孔５ａ）の形成を容易に行うことができる。

以下、先端面３ｃにおける電流密度の分布を偏心させて曲り孔を形成する方法（図４～１０参照）、および、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布を偏心させて曲り孔を形成する方法（図１１、図１２参照）について、この順に詳述する。

（電流密度分布を偏心させる曲り孔形成方法）
図４は、図１に示すＡ－Ａ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極３の先端面の構成を示している。図５は、図４に示す加工用電極３を用いて加工孔５ａを形成する様子を示す図である。
図６及び図９は、図４と同様に、一実施形態に係る加工用電極３の先端面の構成を示している。図７及び図１０は、それぞれ、図６及び図９に示す加工用電極３を用いて加工孔５ａを形成する様子を示す図である。図８は、先端にテーパ面３ｇ，３ｈが形成された加工用電極３を用いて加工孔５ａを形成する様子を示す図である。

幾つかの実施形態では、図４～１０に示されるように、先端面３ｃのうち出口開口３ｄを除く領域の図心Ｃａが、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して偏心した加工用電極３（３Ａ～３Ｄ）を用いることで、先端面３ｃにおける電流密度の分布を軸心Ｃｓに対して偏心させる。この場合、加工孔５ａは、軸心Ｃｓに対する該領域の図心Ｃａのずれ方向に曲がって形成される。

図４、５に示される実施形態では、加工用電極３Ａは、外筒部３ａの径方向内側に１つの内部流路３ｂが形成され、先端面３ｃに内部流路３ｂに連通する１つの出口開口３ｄが形成されている。加工用電極３Ａは、図４に示されるように、出口開口３ｄが先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して図中左側に偏心して配置されている。このため、図４に示されるように、先端面３ｃのうち出口開口３ｄを除く領域の図心Ｃａは、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、図中右側に偏心している。

図６、７に示される実施形態では、加工用電極３Ｂは、外筒部３ａの径方向内側に２つの内部流路３ｂが形成され、先端面３ｃに各々の内部流路３ｂに連通する２つの出口開口３ｄが形成されている。図６に示されるように、図中右側に位置する出口開口３ｄは、図中左側に位置する出口開口３ｄに比べて、径が小さく形成されている。このため、図６に示されるように、先端面３ｃのうち出口開口３ｄを除く領域の図心Ｃａが、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、図中右側に偏心している。

図８に示される実施形態では、加工用電極３Ｃは、加工用電極３Ａと同様の構成を有しており、先端に、縦断面視において、先端に向かうにつれて徐々に外形寸法が小さくなるようなテーパ面３ｇ，３ｈが形成されている。この場合には、テーパ面３ｇ，３ｈが形成されることにより、加工用電極３Ｃの先端面３ｃの近傍を流れる電解液Ｗが、電気絶縁層４の外周と加工孔５ａの内面５ｂとの間に流れ込むことが容易になるので、電解加工の効率低下を防止できる。このテーパ面３ｇ，３ｈは、他の加工用電極３（３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ，３Ｇ）にも適用可能である。

図８に示すように、加工用電極３Ｃのテーパ面３ｇ，３ｈと、先端面３ｃの軸線Ｌｓに垂直な面と、の間の傾斜角をそれぞれθ１，θ２とすると、外筒部３ａが肉厚Ｔ１を有する厚肉側（図中右側）の傾斜角θ１の方が、外筒部３ａが肉厚Ｔ１より薄い肉厚Ｔ２を有する薄肉側の傾斜角θ２より小さく形成されている。テーパ面の傾斜角が大きい場合には、テーパ面の傾斜角が小さい場合に比べて、多量の電解液Ｗを、電気絶縁層４の外周と加工孔５ａの内面５ｂとの間に流すことができる。また、テーパ面の傾斜角が小さい場合には、傾斜角が大きい場合に比べて、全体的にテーパ面と被加工物５の内面５ｃ，５ｄとの間隔が短くなるので、テーパ面における電流密度が被加工物５の内面５ｃ，５ｄに与える作用が大きく、被加工物５の内面５ｃ，５ｄを深く加工できる。なお、図８に示される実施形態では、先端面３ｃの全面にわたってテーパ面３ｇ，３ｈが形成されていたが、テーパ面３ｇ，３ｈは、周方向における少なくとも一部に形成されていてもよい。周方向における曲り方向下流側にのみテーパ面３ｇを形成することで、曲り方向下流側に電解液Ｗの流速分布を偏心させることができる。

図９、１０に示される実施形態では、加工用電極３Ｄは、外筒部３ａの径方向内側に２つの内部流路３ｂが形成されているが、一方の内部流路３ｂ（図中右側の内部流路３ｂ）は導電性部材１１ａにより閉塞されており、出口開口を有しない。即ち、２つの内部流路３ｂのうち図中左側の内部流路３ｂのみが出口開口３ｄを有する。よって、先端面３ｃのうち出口開口３ｄを除く領域の図心Ｃａが先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して偏心している。なお、図６、７に示されるような、互いの径が異なる２つの内部流路３ｂの一方を閉塞する構成にしてもよい。

上記の方法によれば、内部流路３ｂが一部閉塞される前は、軸心Ｃｓに対して出口開口３ｄを除く領域の図心Ｃａが偏心していない場合でも、内部流路３ｂを先端面３ｃにおいて導電性部材１１ａにより一部閉塞することで、該導電性部材１１ａに電流が流れるので、軸心Ｃｓに対して該領域の図心Ｃａを偏心させることができる。このため、軸心Ｃｓに対して該領域の図心Ｃａがずれた方向に、加工用電極３Ｃの電流密度の分布を偏心させることができるので、該領域の図心Ｃａがずれた方向に加工孔５ａを曲げて形成可能である。

ここで、図４、６、９に示されるように、加工用電極３の先端面３ｃは、基準線Ｌｄによって、加工孔５ａの曲り方向下流側の第１領域Ｆ１と、該曲り方向上流側の第２領域Ｆ２との二つに分割される。ここで、基準線Ｌｄは、先端面３ｃにおいて、軸心Ｃｓを通り、かつ、図心Ｃａと、軸心Ｃｓと、を通る直線に垂直な直線である。

図４、６、９に示されるように、先端面３ｃのうち出口開口３ｄを除く領域の図心Ｃａが、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して偏心した第１領域Ｆ１側は、第２領域Ｆ２側に比べて、先端面３ｃにおける導電可能な面積が大きく、電流が流れやすい。このため、上述した図１、４～１０に示される実施形態では、加工用電極３（３Ａ～３Ｄ）の先端面３ｃのうち、第２領域Ｆ２側における電流密度の平均値に比べて、第１領域Ｆ１側における電流密度の平均値の方が大きくなるような電流密度の分布が形成される。

（流速分布を偏心させる曲り孔形成方法）
図１１は、図１に示すＡ－Ａ線に沿う概略的な断面図であり、一実施形態に係る加工用電極３の先端面の構成を示している。図１２は、図１１に示す加工用電極３を用いて加工孔５ａを形成する様子を示す図である。

幾つかの実施形態では、図１１、図１２に示されるように、出口開口３ｄの図心Ｃｏが、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して偏心した加工用電極３（３Ｆ）を用いることで、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布を軸心Ｃｓに対して偏心させる。この場合、加工孔５ａは、軸心Ｃｓに対する出口開口３ｄの図心Ｃｏのずれ方向に曲がって形成される。

図１１に示されるように、出口開口３ｄの図心Ｃｏが、先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して偏心した第１領域Ｆ１側は、第２領域Ｆ２側に比べて、先端面３ｃにおける電解液Ｗを噴出するための出口開口３ｄの開口面積が大きく、出口開口３ｄから電解液Ｗを大量に噴出させることができる。このため、上述した図１１、１２に示される実施形態では、加工用電極３Ｅの先端面３ｃのうち、第２領域Ｆ２における電解液Ｗの平均流速に比べて、第１領域Ｆ１における電解液Ｗの平均流速の方が大きくなるような電解液Ｗの流速分布が形成される。

図１１、１２に示される実施形態では、加工用電極３Ｆは、外筒部３ａの内壁同士を繋ぎ外筒部３ａの内部を２分割する間仕切部３ｆを含んでいる。加工用電極３Ｆは、間仕切部３ｆにより、外筒部３ａの径方向内側に２つの内部流路３ｂが形成されているが、このうち一方の内部流路３ｂ（図中左側の内部流路３ｂ）は先端面３ｃにおいて閉塞部材１１によって閉塞されており、他方の内部流路３ｂのみが出口開口３ｄを有している。このように、２つの内部流路３ｂのうち一方を閉塞部材１１により閉塞することで、先端面３ｃのうち出口開口３ｄの図心Ｃｏが先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して偏心している。図１１、１２に示される実施形態では、閉塞部材１１は断面形状が半円状の非導電性部材１１ｂにより構成される。なお、閉塞部材１１は互いの径が異なる２つの内部流路３ｂの一方を閉塞するようになっていてもよく、少なくとも１つの内部流路３ｂの一部を閉じるようになっていてもよい。

上記の方法によれば、内部流路３ｂが一部閉塞される前は、軸心Ｃｓに対して出口開口３ｄの図心Ｃｏが偏心していない場合でも、内部流路３ｂを一部閉塞することで、軸心Ｃｓに対して出口開口３ｄの図心Ｃｏを偏心させることができる。このため、軸心Ｃｓに対して出口開口３ｄの図心Ｃｏがずれた方向に、出口開口３ｄから噴出される電解液Ｗの流速分布を偏心させることができるので、出口開口３ｄの図心Ｃｏがずれた方向に加工孔５ａを曲げて形成可能である。

なお、間仕切部３ｆが外筒部３ａの内部を３以上の複数に分割するように構成され、間仕切部３ｆにより分割された内部流路３ｂのうちの少なくとも１つが閉塞されていてもよい。また、内部流路３ｂを閉塞する閉塞部材１１は導電性部材１１ａにより構成されていてもよい。間仕切部３ｆによって複数に分割された内部流路３ｂのうちの少なくとも１つを閉塞部材１１により閉塞することで、加工用電極３の先端面３ｃの軸心Ｃｓに対して、先端面３ｃにおける電流密度の分布や、電解液Ｗの流速分布を加工孔５ａの曲り方向下流側に偏心させることを容易に行うことができる。

なお、図１１、図１２に示した実施形態では、先端面３ｃに設けた閉塞部材１１により内部流路３ｂを部分的に閉塞することで、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布を軸心Ｃｓに対して偏心させるようになっていたが、閉塞部材１１は内部流路３ｂの途中に設けてもよい。
図１３は、一実施形態に係る加工用電極３Ｇの断面図である。同図に示すように、加工用電極３Ｇの軸方向に直交する断面内において、内部流路３ｂの図心Ｃｆは加工用電極３Ｇの軸心Ｃｅに対して偏心している。なお、内部流路３ｂの図心Ｃｆを加工用電極３Ｇの軸心Ｃｅに対して偏心するように、加工用電極３Ｇの軸方向に直交する断面内における、内部流路３ｂの形状を出口開口３ｄの形状とは異なる形状にしてもよい。

上記の方法によれば、加工用電極３Ｇの軸方向に直交する断面内において、内部流路３ｂの図心Ｃｆは加工用電極３Ｇの軸心Ｃｅに対して偏心しているので、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布は、軸心Ｃｅに対して内部流路３ｂの図心Ｃｆがずれた方向に偏心する。よって、内部流路３ｂの図心Ｃｆがずれた方向に加工孔５ａを曲げて形成可能である。

上述した幾つかの実施形態では、加工用電極３Ｇの軸方向に直交する断面内において、内部流路３ｂの図心Ｃｆを加工用電極３Ｇの軸心Ｃｅに対して偏心させることで、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布を軸心Ｃｓに対して偏心させていたが、加工用電極３に複数の内部流路３ｂが形成されている場合に、各々の内部流路３ｂを通る電解液Ｗの流速に差異を設けることで、先端面３ｃにおける電解液Ｗの流速分布を軸心Ｃｓに対して偏心させてもよい。

幾つかの実施形態では、上述した電解加工システム２の上述した電解液供給量調整装置８は、１つの加工用電極３に形成された複数の内部流路３ｂそれぞれへの電解液Ｗの供給量を調整可能に構成されている。この場合には、電解液供給量調整装置８による内部流路３ｂを通る電解液Ｗの流速分布の偏心にともない、出口開口３ｄから噴出される電解液Ｗの流速分布が偏心するので、内部流路３ｂを通る電解液Ｗの流速分布が偏心した方向に加工孔５ａを曲げて形成可能である。

幾つかの実施形態にかかる孔あき部材５Ａの製造方法は、上述した幾つかの実施形態にかかる電解加工方法１により、被加工物５に加工孔５ａを形成して孔あき部材５Ａを製造するステップを備えている。すなわち、孔あき部材５Ａの製造方法は、上述したステップＳ１０１と、上述したステップＳ１０２と、上述したステップＳ１０３と、を備えている。この場合には、上述した電解加工方法１により、電極（加工用電極３）の構成の複雑化を回避しながら、曲り孔（加工孔５ａ）の形成を容易に行うことができるので、加工孔５ａを有する孔あき部材５Ａを容易に製造することができる。

なお、図３に示されるように、孔あき部材５Ａは、加工孔５ａとしての曲り形状の冷却孔を有するガスタービン動翼５Ｂであってもよい。ガスタービン動翼５Ｂでは、加工孔５ａはガスタービン動翼５Ｂを冷却する冷却媒体を流通させる冷却孔として使用される。この場合には、加工孔５ａ（冷却孔）の曲り形状をガスタービン動翼５Ｂの幾何形状に沿って湾曲させたりすることができる。また、図３に示される実施形態では、加工孔５ａはガスタービン動翼５Ｂの下端側（図中上側）から上端側（図中下側）までにわたって貫通する貫通孔であるが、ガスタービン動翼５Ｂの内部に設けられた冷却流路と外部とを連通させるように圧力面、負圧面又は後縁部に開口する任意の貫通孔であってもよく、また、貫通しない深孔でもよい。

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形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 電解加工方法
２ 電解加工システム
３，３Ａ～３Ｄ、３Ｆ、３Ｇ 加工用電極
３ａ 外筒部
３ｂ 内部流路
３ｃ 先端面
３ｄ 出口開口
３ｆ 間仕切部
３ｇ，３ｈ テーパ面
４ 電気絶縁層
５ 被加工物
５Ａ 孔あき部材
５Ｂ ガスタービン動翼
５ａ 加工孔
５ｂ～５ｄ 内面
６ 電源
７ 電解液供給装置
８ 電解液供給量調整装置
９ 電極送り装置
１０ 電極ガイド部材
１１ 閉塞部材
１１ａ 導電性部材
１１ｂ 非導電性部材
Ｃａ 先端面のうち出口開口を除く領域の図心
Ｃｅ 加工用電極の軸心
Ｃｆ 内部流路の図心
Ｃｏ 出口開口の図心
Ｃｓ 先端面の軸心
Ｆ１ 第１領域
Ｆ２ 第２領域
Ｌｄ 基準線
Ｌｅ 加工用電極の軸線
Ｌｍ 加工線
Ｌｓ 先端面の軸線
Ｔ１，Ｔ２ 肉厚
Ｗ 電解液
θ１，θ２ 傾斜角

Claims (14)

1. 電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成する電解加工方法であって、
   加工用電極の内部流路に電解液を流通させ、前記加工用電極の先端面に設けられた前記内部流路の出口開口から前記電解液を噴出させるステップと、
   前記電解液を前記加工用電極の前記出口開口から噴出させながら、前記加工用電極と前記被加工物との間に電位差を印加するステップと、
   前記被加工物に前記曲り形状の加工孔を形成するステップと、を備え、
   前記電解液を噴出させるステップでは、前記加工用電極の前記先端面の軸心に対して、前記加工用電極の先端面の電流密度の分布を前記加工孔の曲り方向下流側に偏心させるとともに、本体側面に前記電解液を導出するための流体導出部を有しない前記加工用電極の前記出口開口から前記電解液が噴出され、
   前記先端面のうち前記出口開口を除く領域の図心は、前記先端面の前記軸心に対して偏心しており、
   前記軸心に対する前記領域の前記図心のずれ方向に前記加工孔を曲げて形成する
   ことを特徴とする電解加工方法。
2. 前記内部流路は前記先端面において導電性部材により一部閉塞されることで、前記先端面のうち前記出口開口を除く領域の図心が前記軸心に対して偏心していることを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
3. 電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成する電解加工方法であって、
   加工用電極の内部流路に電解液を流通させ、前記加工用電極の先端面に設けられた前記内部流路の出口開口から前記電解液を噴出させるステップと、
   前記電解液を前記加工用電極の前記出口開口から噴出させながら、前記加工用電極と前記被加工物との間に電位差を印加するステップと、
   前記被加工物に前記曲り形状の加工孔を形成するステップと、を備え、
   前記電解液を噴出させるステップでは、前記加工用電極の前記先端面の軸心に対して、前記出口開口から噴出される前記電解液の流速分布を前記加工孔の曲り方向下流側に偏心させるとともに、前記加工用電極の前記先端面の電流密度の分布を偏心させない又は前記曲り方向下流側に偏心させる
   ことを特徴とする電解加工方法。
4. 前記出口開口の図心は、前記先端面の前記軸心に対して偏心しており、
   前記軸心に対する前記出口開口の前記図心のずれ方向に前記加工孔を曲げて形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電解加工方法。
5. 前記内部流路は一部閉塞されることで、前記出口開口の前記図心が前記軸心に対して偏心していることを特徴とする請求項４に記載の電解加工方法。
6. 電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成する電解加工方法であって、
   加工用電極の内部流路に電解液を流通させ、前記加工用電極の先端面に設けられた前記内部流路の出口開口から前記電解液を噴出させるステップと、
   前記電解液を前記加工用電極の前記出口開口から噴出させながら、前記加工用電極と前記被加工物との間に電位差を印加するステップと、
   前記被加工物に前記曲り形状の加工孔を形成するステップと、を備え、
   前記電解液を噴出させるステップでは、前記加工用電極の前記先端面の軸心に対して、前記加工用電極の先端面の電流密度の分布を前記加工孔の曲り方向下流側に偏心させる、または、前記加工用電極の前記先端面の電流密度の分布を偏心させずに前記出口開口から噴出される前記電解液の流速分布を前記加工孔の曲り方向下流側に偏心させることが行われ、
   前記内部流路は間仕切部により複数に分割されており、前記複数に分割された前記内部流路のうちの少なくとも１つが閉塞される
   ことを特徴とする電解加工方法。
7. 前記加工用電極の軸方向に直交する断面内において、前記内部流路の図心は前記加工用電極の軸心に対して偏心している
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電解加工方法。
8. 前記加工用電極の先端には、周方向における少なくとも一部に、先端に向かうにつれて外形寸法が小さくなるようなテーパ面が形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の電解加工方法。
9. 前記電解液は、硝酸又は硝酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の電解加工方法。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法により前記被加工物に前記加工孔を形成して孔あき部材を製造するステップを備えることを特徴とする孔あき部材の製造方法。
11. 前記孔あき部材は、前記加工孔としての曲り形状の冷却孔を有するガスタービン動翼であることを特徴とする請求項１０に記載の孔あき部材の製造方法。
12. 電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成するための加工用電極であって、
    前記加工用電極の軸方向に沿って電解液を流通可能に構成されている内部流路と、
    前記電解液を噴出するための前記内部流路の出口開口が形成された先端面と、を備え、
    前記先端面のうち前記先端面に形成された前記出口開口の図心は、前記先端面の軸心に対して前記加工孔の曲り方向下流側に偏心しており、
    前記加工用電極の前記先端面における電流密度の分布は、前記先端面の軸心に対して偏心しない又は前記曲り方向下流側に偏心している、
    ことを特徴とする加工用電極。
13. 請求項１２に記載の前記加工用電極を少なくとも備え、
    前記加工用電極を用いた電解加工により前記被加工物に前記加工孔を形成可能に構成されている
    ことを特徴とする電解加工システム。
14. 電解加工により被加工物に曲り形状の加工孔を形成するための加工用電極を少なくとも備え、
    前記加工用電極を用いた電解加工により前記被加工物に前記加工孔を形成可能に構成された電解加工システムであって、
    前記加工用電極は、
    前記加工用電極の軸方向に沿って電解液を流通可能に構成されている内部流路と、
    前記電解液を噴出するための前記内部流路の出口開口が形成された先端面と、を備え、
    前記加工用電極の前記先端面における電流密度の分布は、前記先端面の軸心に対して前記加工孔の曲り方向下流側に偏心する、または、前記加工用電極の前記先端面の電流密度の分布を前記先端面の軸心に対して偏心しないとともに前記出口開口の図心は前記先端面の軸心に対して前記加工孔の曲り方向下流側に偏心し、
    前記電解加工システムは、
    １つの前記加工用電極に形成された複数の前記内部流路それぞれへの前記電解液の供給量を調整可能に構成されている電解液供給量調整装置をさらに備える
    ことを特徴とする電解加工システム。

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