特開 2023-184508 電解加工の方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023184508

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】電解加工の方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   B23H 3/02 20060101AFI20231221BHJP

   B23H 3/04 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

B23H3/02 Z

B23H3/04 A

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023099504

(22)【出願日】2023-06-16

(31)【優先権主張番号】17/843,254

(32)【優先日】2022-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(74)【代理人】

【識別番号】100207158

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 研二

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー・リー・トリマー

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・マロット・コットリル

【テーマコード（参考）】

3C059

【Ｆターム（参考）】

3C059AA02

3C059DA00

3C059DA07

(57)【要約】

【課題】電解加工の方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】本方法は、一次電場を生成するために電解加工システムのツール電極に第１の電位を印加するステップを含み得る。電解加工システムは、ツール電極の反対側にあるワークピースと、少なくとも１つのバイアス電極と、少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルとを含んでもよい。本方法は、少なくとも１つの第２の電位を少なくとも１つのバイアス電極に印加するステップをさらに含んでいてもよい。本方法は、少なくとも１つの流体送達チャネルを通して電解質溶液中に帯電した電解質溶液を送達するステップをさらに含んでいてもよい。少なくとも１つの第２の電位を印加し、帯電した電解質溶液を送達することにより、一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成し、一次電場の少なくとも１つの場所を電位抑制する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークピースを電気化学的に加工する方法であって、
一次電場を生成するために電解加工システムのツール電極に第１の電位を印加するステップであって、前記電解加工システムは、前記ツール電極の反対側にあるワークピースと、少なくとも１つのバイアス電極と、前記少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルとを備え、前記一次電場は前記ツール電極と前記ワークピースとの間の電解質溶液内に生成される、ステップと、
前記少なくとも１つのバイアス電極に少なくとも１つの第２の電位を印加するステップと、
前記少なくとも１つの流体送達チャネルを通して前記電解質溶液中に帯電した電解質溶液を送達するステップであって、少なくとも１つの第２の電位を印加する前記ステップと、帯電した電解質溶液を送達する前記ステップとは、前記一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成し、前記一次電場の少なくとも１つの場所を電位抑制する、ステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つのバイアス電極と前記ツール電極との間に少なくとも１つのスペーサが配置されている、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つのスペーサが１００マイクロメートルから２５００マイクロメートルの厚さを有する、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記少なくとも１つのバイアス電極が、前記ツール電極および前記ワークピースと電気的に直列に接続されている、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の電位が５ボルトから５０ボルトの直流電位である、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記少なくとも１つの第２の電位が１ボルトから１０ボルトの直流電位である、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つの第２の電位が、互いに固有の電圧である２つ以上の第２の電位を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の電位が第１のパルス電位であり、前記少なくとも１つの第２の電位が少なくとも１つの第２のパルス電位である、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のパルス電位が１ボルトから５ボルトの平均電位を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記少なくとも１つの第２のパルス電位が、１ボルトから５ボルトの平均電位を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記帯電した電解質溶液が、前記少なくとも１つの第２の電位によって前記少なくとも１つの流体送達チャネル内で帯電される、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記帯電した電解質溶液が、１Ｌ／分から５０Ｌ／分の速度で前記少なくとも１つのバイアス電極の少なくとも１つのノズルから出る、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記ワークピースおよび前記少なくとも１つのバイアス電極は金属材料を含み、前記金属材料は、チタン基合金、ニオブ基合金、ニッケル基合金、ジルコニウム基合金、パラジウム基合金、白金基合金、アルミニウム基合金、クロム基合金、マンガン基合金、コバルト基合金、モリブデン基合金、ハフニウム基合金、タングステン基合金、またはそれらの組み合わせを含む金属合金を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記帯電した電解質溶液を送達する前記ステップにより、前記ワークピースに隣接する完成部品の酸化速度が実質的に減少する、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記完成部品がエアフォイルである、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

ツール電極と前記ツール電極の反対側のワークピースとの間に一次電場を生成するように構成されたツール電極と、
前記ツール電極に隣接して配置された少なくとも１つのバイアス電極と、
を備え、前記少なくとも１つのバイアス電極は少なくとも１つの流体送達チャネルを備え、前記少なくとも１つのバイアス電極は、前記一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成するように構成されている、電解加工システム。

【請求項17】

前記少なくとも１つのバイアス電極と前記ツール電極との間に配置された少なくとも１つのスペーサをさらに備える、請求項１６に記載の電解加工システム。

【請求項18】

前記少なくとも１つのバイアス電極が、前記ツール電極および前記ワークピースと電気的に直列に接続されている、請求項１６に記載の電解加工システム。

【請求項19】

前記少なくとも１つのバイアス電極および前記ツール電極に電気的に接続された電源をさらに備える、請求項１６に記載の電解加工システム。

【請求項20】

帯電した電解質溶液を前記少なくとも１つの流体送達チャネルに送達するように構成された電解質供給源をさらに備える、請求項１６に記載の電解加工システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年６月１７日に出願された米国出願第１７／８４３，２５４号に対する優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示の分野は、一般に、電解加工に関し、より詳細には、電解加工を実行するための方法およびシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

電解加工（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：ＥＣＭ）は、電気化学プロセスによって金属材料などの導電性材料を除去するプロセスである。ＥＣＭは通常、導電性材料で構成されるワークピースの機械加工（加工または仕上げを含む）に使用される。ＥＣＭは一般に、ガスタービン、ジェットエンジン、発電などのブレード付きディスクやその他の構成要素を含む構成要素の製造に、望ましい形状制御と滑らかな表面仕上げをもたらす。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

当業者を対象とした、その最良の形態を含む完全かつ実現可能な開示は、添付の図面を参照して本明細書に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】ツール電極と少なくとも１つのバイアス電極とを含む例示的な電解加工システムの概略図である。

【図2】本開示による別の例示的な電解加工システムの概略図である。

【図3】図１のツール電極および少なくとも１つのバイアス電極の底面斜視図である。

【図4】コンピューティングデバイスを含むコンピューティングシステムの概略図であり、コンピューティングデバイスのうちの１つは、本開示のコントローラと同じまたは同様に機能し得る。

【図5】本開示による電解加工方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本明細書および図面における参照文字の繰り返しの使用は、本開示の同一または類似の特徴または要素を表すことを意図している。

【0007】

次に、本開示の実施形態を詳細に参照するが、その少なくとも１つの例が図面に示されている。各実施例は、本開示の説明として提供されるものであり、本開示を限定するものではない。実際、当業者には、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示に様々な修正および変形を加えることができることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態とともに使用して、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に含まれるそのような修正および変形を網羅することが意図されている。

【0008】

「例示的な」という言葉は、本明細書では「例、実例、または実例として機能する」という意味で使用される。本明細書で「例示的」として説明される実装は、必ずしも他の実装よりも好ましいまたは有利であると解釈される必要はない。さらに、特に別段の記載がない限り、本明細書に記載されるすべての実施形態は例示的なものであると考えられるべきである。

【0009】

「結合された」、「固定された」、「取り付けられた」などの用語は、本明細書に別段の指定がない限り、直接的な結合、固定、または取り付けと、少なくとも１つの中間構成要素または機構を介した間接的な結合、固定、または取り付けの両方を指す。

【0010】

本明細書で使用される「第１」、「第２」、および「第３」という用語は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同じ意味で使用される場合があり、個々の構成要素の位置または重要性を意味するものではない。

【0011】

以下の明細書および特許請求の範囲において、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。本明細書で使用される「または」という用語は、排他的であることを意味するものではなく、文脈上明らかに別段の指示がない限り、参照される構成要素の少なくとも１つが存在することを指し、参照される構成要素の組み合わせが存在する場合も含む。

【0012】

本明細書で使用する「電位抑制（ｑｕｅｎｃｈ）」という用語は、ワークピースの電気化学的酸化を可能にする標準電位を下回る電場の特定領域内の電位勾配を指す。本明細書で使用される「場所」という用語は、電位抑制される電場の特定の領域を指す。電場の強さは直接測定することはできないが、電場の特定の場所内での電場の強さの増加または減少の影響は、本明細書に記載されているように容易に観察でき、特定の場所で電場が電位抑制されるかどうかを判断できるようにする。

【0013】

本明細書で使用する「迷走電流腐食（ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｔｔａｃｋ）」という用語は、ワークピースのＥＣＭ中に、ワークピースに隣接する、すでに電解加工を受けた完成部品の酸化を指す。ワークピースのＥＣＭの結果として、隣接する完成した構成要素に追加の材料除去と表面の孔食が発生したという証拠がある場合、迷走電流腐食が発生したと判断される。

【0014】

ＥＣＭプロセス中、ワークピースの反対側のツール電極に印加される電位を使用してワークピースから導電性材料が酸化され、ツール電極とワークピースとの間にある電解質溶液に制御された速度で電流が流れるようになる。ワークピースはアノードとして機能し、カソードとして機能するツール電極から電極ギャップによって分離されている。電解質溶液（通常は水中の食塩水）が電極ギャップを通って流れ、ワークピースから酸化物質を洗い流す。制御された電極ギャップを維持するためにツール電極がワークピースに向かって移動すると、ワークピースはツール電極の相補的な形状に機械加工される。

【0015】

ＥＣＭは、従来の方法では機械加工が困難な高硬度の金属や合金に特に役立つ。例えば、ニッケル基合金はＥＣＭを使用して機械加工されてもよく、ブレード付きディスクなどの様々な構成要素を製造できる。ＥＣＭを使用してブレード付きディスクを製造する場合、各エアフォイルはブレード付きディスク上に１つずつ電気化学的に機械加工される。具体的には、単一の完成したエアフォイルがブレード付きディスク上に電気化学的に機械加工されると、ブレード付きディスクが回転して、完成したエアフォイルに隣接する部位で次のエアフォイルのＥＣＭを実行する。このプロセスは、ブレード付きディスクに必要な数のエアフォイルができるまで繰り返される。

【0016】

しかし、チタン基合金など、より複雑な金属や合金を使用する場合、ＥＣＭを使用してブレード付きディスクを製造するのは困難であることが判明している。具体的には、ＥＣＭを使用してより複雑な合金を含むブレード付きディスクを加工する場合、迷走電流が、加工中のエアフォイルの領域からブレード付きディスク上の隣接する以前に完成したエアフォイルに流れる傾向がある。迷走電流は、以前に仕上げられたエアフォイルの滑らかな表面仕上げを損傷する可能性があり、その結果、不適合な形状または仕上げを有するエアフォイルを含むブレード付きディスクが生じ、部品の性能が損なわれる可能性がある。この迷走電流腐食の観察は、コンプレッサのブレード付きディスクのＥＣＭに限定されず、構成要素に密集した特徴があり、複雑な金属または合金が使用されている場合、一般にあらゆるＥＣＭ用途で観察され得る。

【0017】

したがって、ワークピースに隣接する完成部品の迷走電流腐食に対抗するために、戦略的な場所でＥＣＭプロセスによって生成される一次電場を電位抑制する必要性が存在する。

【0018】

本開示の態様は、ワークピースに隣接する完成部品の迷走電流腐食を防止するためのＥＣＭプロセスを提供する。ＥＣＭプロセスには一般に、ツール電極とワークピースの間に生成される一次電場の場所を選択的に電位抑制することが含まれる。一次電場の場所は、バイアスアノード保護と帯電電解質送達の組み合わせを使用して選択的に電位抑制され得る。一次電場の場所を選択的に電位抑制することで、すでにＥＣＭが施されたワークピースに隣接する完成部品の迷走電流腐食と酸化速度を最小限に抑える。この点において、本明細書に記載の方法およびシステムは、ワークピースに隣接する完成部品の迷走電流腐食に対抗して、電解質溶液内の少なくとも１つの場所でＥＣＭ中に生成される電場を戦略的に変更するために、電解加工システムで使用できるバイアスアノード保護と帯電電解質の流れの組み合わせを利用する。本開示の態様は、迷走電流をより効果的に管理し、ワークピースの形状をより正確に制御する能力を有する。

【0019】

ここで図面を参照すると、図１および図２のそれぞれは、ツール電極１２０および少なくとも１つのバイアス電極１４０を含む例示的な電解加工システム１００の概略図を示す。具体的には、電解加工システム１００は、ツール電極１２０とツール電極１２０の反対側のワークピース１３０との間に一次電場２００を生成するように構成されたツール電極１２０を含む。少なくとも１つのバイアス電極１４０は、ツール電極１２０に隣接して配置される。少なくとも１つのバイアス電極１４０のそれぞれは、少なくとも１つの流体送達チャネル１４４を含む。少なくとも１つのバイアス電極１４０は、一次電場２００に隣接する少なくとも１つの二次電場２１０を生成するように構成される。

【0020】

一実施形態では、少なくとも１つのバイアス電極１４０は、迷走電流腐食が予想される電解加工システム１００の領域に戦略的に配置される。例えば、図１および図２の例示的な実施形態では、ＥＣＭ動作中に、ワークピース１３０に隣接する完成部品１５０上で迷走電流腐食が予想され得る。具体的には、本開示のバイアスアノード保護および帯電電解質送達がない場合、ツール電極１２０とワークピース１３０との間に生成される一次電場２００は、一次電場２００が自然に消散し、自然に可能であれば、迷走電流が一次電場２００から完成部品１５０まで自由に流れることを可能にする領域によってのみ拘束されることが予想される。したがって、図１および図２に示す例示的な実施形態では、少なくとも１つのバイアス電極１４０は、帯電した電解質溶液１４２が、少なくとも１つの流体送達チャネル１４４を通って、少なくとも１つのバイアス電極１４０の少なくとも１つのノズル１４１を介して電解加工システム１００の電極ギャップ１８０内に送達できるようにするように、ツール電極１２０に隣接し、ワークピース１３０の反対側の位置に配置されることが好ましい。したがって、少なくとも１つのバイアス電極１４０は、ワークピース１３０に隣接する完成部品１５０の迷走電流腐食を抑制する。

【0021】

ワークピース１３０および少なくとも１つのバイアス電極１４０は、ＥＣＭに適した任意の金属材料を含んでいてもよい。一実施形態では、ワークピース１３０および少なくとも１つのバイアス電極１４０はそれぞれ、互いに固有の金属材料を含んでいてもよい。代替的に、ワークピース１３０および少なくとも１つのバイアス電極１４０は、互いに同じ金属材料を含んでもよい。

【0022】

例えば、一実施形態では、ワークピース１３０および少なくとも１つのバイアス電極１４０は、金属材料を含んでいてもよい。さらなる実施形態では、金属材料は、純粋な金属または金属合金を含んでいてもよい。純金属には、チタン、ニオブ、ニッケル、ジルコニウム、パラジウム、白金、アルミニウム、クロム、マンガン、コバルト、モリブデン、ハフニウム、タングステン、またはそれらの組み合わせが含まれ得る。合金には、チタン基合金、ニオブ基合金、ニッケル基合金、ジルコニウム基合金、パラジウム基合金、白金基合金、アルミニウム基合金、クロム基合金、マンガン基合金、コバルト基合金、モリブデン基合金、ハフニウム基合金、タングステン基合金、またはその組み合わせなど、超合金が含まれ得る。しかし、他の金属材料を使用してもよい。

【0023】

図１および図２に示すように、例示的な電解加工システム１００は、少なくとも１つのスペーサ１６０を含み、少なくとも１つのスペーサ１６０は、少なくとも１つのバイアス電極１４０とツール電極１２０との間に配置される。少なくとも１つのスペーサは、ツール電極１２０を少なくとも１つのバイアス電極１４０から電気的に絶縁する非導電性材料を含む。したがって、少なくとも１つの二次電場２１０が、一次電場２００に隣接して生成され得る。例えば、少なくとも１つのスペーサ１６０は、フッ素ポリマーなどのガラス繊維強化非導電性材料を含んでもよい。

【0024】

一実施形態では、少なくとも１つのスペーサ１６０は、１００マイクロメートルから２５００マイクロメートル、例えば３５０マイクロメートルから２０００マイクロメートル、例えば５００マイクロメートルから１５００マイクロメートルの厚さを有していてもよい。一実施形態では、少なくとも１つのスペーサ１６０は、７５０マイクロメートルから１０００マイクロメートルの厚さを有していてもよい。

【0025】

ワークピース１３０は、電極ギャップ１８０によってツール電極１２０から分離されており、ツール電極１２０とワークピース１３０との間に電解質溶液１９０が介在している。電極ギャップ１８０は、ツール電極１２０、ワークピース１３０、またはそれらの組み合わせを移動させることによって変化させることができる。

【0026】

電解加工システム１００のワークピース１３０、ツール電極１２０、および少なくとも１つのバイアス電極１４０は、少なくとも１つの電気回路で電気的に接続されていてもよい。例示的な実施形態では、図１に示すように、ワークピース１３０、ツール電極１２０、および少なくとも１つのバイアス電極１４０は、１つの回路内で電気的に接続される。さらに、ワークピース１３０、ツール電極１２０、および少なくとも１つのバイアス電極１４０のそれぞれは、互いに直列または並列に電気的に接続されていてもよい。例示的な実施形態では、図１に示すように、電解加工システム１００は、ツール電極１２０およびワークピース１３０と電気的に直列に接続された少なくとも１つのバイアス電極１４０を含む。一実施形態では、図１に示すように、電解加工システムは単一の電源１７０を含んでいてもよい。代替的に、別の例示的な電解加工システム１００の正面概略図を示す図２に示すように、電解加工システム１００は、第１の電源１７１および少なくとも１つの第２の電源１７２に電気的に接続されてもよい。

【0027】

図１および図２を参照すると、電解加工システム１００は、帯電した電解質溶液１４２を少なくとも１つの流体送達チャネル１４４に送達するように構成された電解質供給源１４３をさらに含む。電解質供給源１４３は電解質溶液を含み、少なくとも１つのバイアス電極１４０と流体連通していてもよい。電解質供給源１４３は、当技術分野で知られている任意の適切な手段を使用して、少なくとも１つのバイアス電極１４０に電解質溶液を供給することができる。例えば、従来のポンプ（図示せず）を使用して、電解質供給源１４３から少なくとも１つのバイアス電極１４０に電解質溶液を移動させることができる。

【0028】

帯電した電解質溶液１４２は、電極ギャップ１８０内の電解質溶液１９０とともに、塩基、酸、またはイオン液体などの任意の適切な電解質を含み得る。いくつかの実施形態では、電解質溶液１９０は、イオン塩、二元酸、有機酸、深共晶、溶融塩、またはそれらの組み合わせを含む。帯電した電解質溶液１４２、電解質溶液１９０、またはその両方は、水および少なくとも１つの塩を含む水性塩電解質などの水性電解質であってもよい。一実施形態では、帯電した電解質溶液１４２、電解質溶液１９０、またはその両方は、硝酸ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、水酸化ナトリウム、過塩素酸、リン酸、またはそれらの組み合わせを含む水性塩電解質を含むことができる。いくつかの実施形態では、帯電した電解質溶液１４２、電解質溶液１９０、またはその両方は、１０重量％の硝酸ナトリウムから３０重量％の硝酸ナトリウムを構成することができる。例えば、２０重量パーセントの硝酸ナトリウムを含む電解質溶液は、インコネル７１８などのニッケル基合金を電気化学的に加工するために使用され得る。さらに、帯電した電解質溶液１４２、電解質溶液１９０、またはその両方は、一般に、電気化学的に加工される材料に応じてｐＨ調整される。例えば、電解質は、ｐＨ５から１０になるようにｐＨ調整され得る。他の水溶液電解質も本開示の技術で使用できることが理解されるであろう。

【0029】

図１および図２に示すように、電解加工システム１００は、コントローラ１１２、電源１７０、およびアクチュエータ１１３をさらに含んでいてもよい。コントローラ１１２は、所望に応じて第１の電位および少なくとも１つの第２の電位の電圧を調整するために電源１７０に動作可能に接続され得る。コントローラ１１２はさらに、ＥＣＭプロセス中にツール電極１２０および／またはワークピース１３０の位置を調整するためにアクチュエータ１１３に動作可能に接続され得る。本明細書で使用される場合、「動作可能に接続される」という表現は、それぞれの構成要素が（例えば、機械的または電気的に）直接接続され得るか、または他の構成要素を介して接続され得ることを意味すると理解されるべきである。

【0030】

コントローラ１１２および電源１７０は、図１では別個のユニットとして示されているが、組み合わされたユニットであってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ１１２は、図４のコンピューティングシステム４００のコンピューティングデバイス４０２の１つと同じまたは同様の方法で構成されてもよいし、機能してもよい。

【0031】

ここで図３を参照すると、図１および図２のツール電極１２０および少なくとも１つのバイアス電極１４０の底面斜視図が示されており、少なくとも１つのバイアス電極１４０は、様々な方法でツール電極１２０に対して位置決めされ得る。例えば、図３に示すように、ツール電極１２０の底面は、ほぼ円形の形状を有し、少なくとも１つのバイアス電極１４０のそれぞれが、ツール電極１２０を取り囲んで放射状に互いに等距離に配置されていてもよい。しかし、ツール電極１２０および少なくとも１つのバイアス電極１４０の構成は、少なくともワークピース１３０の形状および迷走電流腐食を最小限に抑えることが意図される場所に依存するため、他の構成を所望に応じて使用することもできる。

【0032】

図４は、本主題の例示的な実施形態による例示的なコンピューティングシステム４００を提供する。本明細書で説明されるコントローラ１１２は、様々な構成要素を含み、以下で説明されるコンピューティングシステム４００の少なくとも１つのコンピューティングデバイス４０２の様々な機能を実行することができる。

【0033】

図４に示すように、コンピューティングシステム４００は、少なくとも１つのコンピューティングデバイス４０２を含んでいてもよい。コンピューティングデバイス４０２は、少なくとも１つのプロセッサ４０４および少なくとも１つのメモリデバイス４０６を含んでいてもよい。少なくとも１つのプロセッサ４０４は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、論理デバイス、および／または他の適切な処理デバイスなどの任意の適切な処理デバイスを含んでいてもよい。少なくとも１つのメモリデバイス４０６は、非一時的なコンピュータ可読媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、および／または他のメモリデバイスを含むがこれらに限定されない、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体を含んでいてもよい。

【0034】

少なくとも１つのメモリデバイス４０６は、少なくとも１つのプロセッサ４０４によって実行され得るコンピュータ可読命令４０８を含む、少なくとも１つのプロセッサ４０４によってアクセス可能な情報を記憶することができる。命令４０８は、少なくとも１つのプロセッサ４０４によって実行されると、少なくとも１つのプロセッサ４０４に、本明細書で説明される任意の動作などの動作を実行させる任意の命令のセットであってもよい。例えば、本明細書で提供される方法は、コンピューティングシステム４００によって全体または部分的に実装され得る。命令４０８は、任意の適切なプログラミング言語で書かれたソフトウェアであってもよいし、ハードウェアで実装されてもよい。さらに、および／または代わりに、命令４０８は、プロセッサ４０４上の論理的および／または仮想的に別個のスレッドで実行することができる。メモリデバイス４０６は、プロセッサ４０４によってアクセスできるデータ４１０をさらに記憶することができる。例えば、データ４１０は、モデル、データベースなどを含むことができる。

【0035】

コンピューティングデバイス４０２は、例えば、電解加工システム１００の他の構成要素と（例えば、ネットワークを介して）通信するために使用されるネットワークインターフェース４１２を含むこともできる。ネットワークインターフェース４１２は、例えば、送信機、受信機、ポート、アンテナ、および／または他の適切な構成要素を含む、少なくとも１つのネットワークとインターフェースするための任意の適切な構成要素を含むことができる。

【0036】

別の実施形態では、図５のフローチャートに示されるように、ワークピースを電気化学的に加工する方法７００が一般的に提供される。本方法は、電解加工システムのツール電極に第１の電位を印加して一次電場を生成するステップ７１０を含む。電解加工システムは、ツール電極の反対側にあるワークピースと、少なくとも１つのバイアス電極と、少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルとを含む。一次電場はツール電極とワークピースとの間の電解質溶液内に生成される。本方法はさらに、少なくとも１つのバイアス電極に少なくとも１つの第２の電位を印加するステップ７２０を含む。本方法はさらに、少なくとも１つの流体送達チャネルを通して電解質溶液中に帯電した電解質溶液を送達するステップ７３０であって、少なくとも１つの第２の電位を印加するステップと、帯電した電解質溶液を送達するステップとにより、一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場が生成され、一次電場の少なくとも１つの位置を電位抑制する、ステップ、を含む。バイアスアノード保護は、帯電電解質送達と組み合わせて機能し、隣接する仕上げ面の迷走電流腐食に対抗しながら、機械加工が難しい材料を使用して複雑な形状を電気化学的に機械加工するための堅牢な動作を実現する。

【0037】

特定の実施形態では、少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルを通じて帯電した電解質溶液を送達するステップは、少なくとも１つの第２の電位を少なくとも１つのバイアス電極に印加することと組み合わせて、一次電場を局所的に変更し、ワークピースおよび隣接する完成部品を含む局所的な材料の酸化速度に影響を与える能力を提供する。特定の実施形態では、少なくとも１つのバイアス電極の戦略的な配置と、少なくとも１つの流体チャネルを通じた帯電電解質送達との組み合わせにより、一次電場を戦略的な場所を電位抑制させ、一般に電解加工の実際の部位に結合させることができる。したがって、隣接する完成部品に対する一次電場の迷走電流腐食に対抗するために、一次電場をより正確に制御する方法が一般に提供される。

【0038】

動作中、ワークピース１３０はアノードとして機能し、ツール電極１２０はカソードとして機能し、ワークピース１３０とツール電極１２０との間に一次電場２００を生成する。さらに、少なくとも１つのバイアス電極１４０がアノードとして機能してもよく、ツール電極１２０がカソードとして機能してもよく、少なくとも１つの各バイアス電極１４０とツール電極１２０との間で、一次電場２００に隣接する少なくとも１つの二次電場２１０を生成する。

【0039】

論じたように、単一の電源１７０を電解加工システム１００に電気的に接続することができる。一実施形態では、この方法は、単一の電源１７０を使用して、第１の電位および少なくとも１つの第２の電位を電解加工システム１００に印加するステップを含んでいてもよい。

【0040】

さらに、別の実施形態では、本方法は、第１の電源１７１を使用して電解加工システム１００に第１の電位を印加するステップと、少なくとも１つの第２の電源１７２を使用して少なくとも１つの第２の電位を電解加工システム１００に印加するステップとを含んでいてもよい。第１の電位を電解加工システム１００に印加すると、一次電場２００が生成され、一方、少なくとも１つの第２の電位を電解加工システム１００に印加すると、一次電場２００に隣接する少なくとも１つの二次電場２１０が生成され得る。

【0041】

少なくとも１つの第２の電位はそれぞれ、互いに固有の電圧であってもよい。すなわち、少なくとも１つの第２の電位は、互いに固有の電圧である２つ以上の第２の電位を含んでもよい。これにより、少なくとも１つの二次電場２１０がそれぞれ固有の酸化速度でワークピース１３０から材料を除去するために生成され得るため、ワークピース１３０上の選択された場所におけるワークピース１３０の酸化の正確な制御が可能になる。代替的に、少なくとも２つ以上の第２の電位が同じ電圧であってもよい。

【0042】

一実施形態では、電解加工システム１００に印加される第１の電位は、５ボルトから５０ボルト、例えば５ボルトから３５ボルトの第１のＤＣ電位であってもよい。一実施形態では、電解加工システム１００に印加される少なくとも１つの第２の電位は、１ボルトから５０ボルト、例えば１ボルトから３５ボルト、例えば１ボルトから１０ボルトの少なくとも１つの第２のＤＣ電位であってもよい。

【0043】

一実施形態では、方法は、第１の電位を電解加工システム１００に印加するステップを含むことができ、第１の電位は第１のパルス電位である。同様に、この方法は、電解加工システム１００に少なくとも１つの第２の電位を印加するステップを含むことができ、電解加工システム１００に印加される少なくとも１つの第２の電位は、少なくとも１つの第２のパルス電位である。具体的には、電源１７０は、第１のパルス電位、少なくとも１つの第２のパルス電位、またはそれらの組み合わせをパルス電位（より具体的には双極パルス電位）の形態で提供するように構成され得る。一実施形態では、ツール電極１２０への第１のパルス電位の印加は、ワークピース１３０から所定量の材料を電気化学的に除去し、一方、少なくとも１つのバイアス電極１４０への少なくとも１つの第２のパルス電位の印加は、少なくとも１つの二次電場２１０を生成する。

【0044】

本明細書で使用する「平均電位」という用語は、各パルス電位のオフタイム電位とオンタイム電位との平均である。いくつかの実施形態では、第１のパルス電位の平均電位は、１ボルトから５ボルトの範囲にあってもよい。さらに、少なくとも１つの第２のパルス電位の平均電位は、１から５ボルトの範囲であってもよい。

【0045】

一実施形態では、電源１７０はバイポーラ電源を含んでもよく、パルス列制御を実行するように構成されてもよい。別の実施形態では、コントローラ１１２は、ツール電極１２０およびワークピース１３０に印加される第１のパルス電位のパルス持続時間、周波数および電圧、ツール電極１２０および少なくとも１つのバイアス電極１４０に印加される第２のパルス電位のパルス持続時間、周波数、および電圧を必要に応じて調整するように構成され得る。

【0046】

例えば、第１のパルス電位、少なくとも１つの第２のパルス電位、またはそれらの組み合わせのパルス持続時間は、１０ナノ秒から１０００マイクロ秒、例えば１０ナノ秒から５０マイクロ秒であってもよい。さらに、一実施形態では、第１のパルス電位、少なくとも１つの第２のパルス電位、またはそれらの組み合わせに印加される電圧は、１０ボルトから５０ボルト、例えば１５ボルトから２５ボルトであってもよい。

【0047】

さらに、いくつかの実施形態では、本方法は、ツール電極１２０とワークピース１３０との間の距離（すなわち、電極ギャップ１８０の長さ）を０．０５ミリメートルより大きく、例えば０．１ミリメートルより大きくなるように制御するステップを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、ツール電極１２０とワークピース１３０との間の距離を０．１ミリメートルから２ミリメートル、例えば０．５ミリメートルから１．５ミリメートルになるように制御するステップを含む。

【0048】

一実施形態では、本方法は、帯電した電解質溶液を、少なくとも１つの流体送達チャネルを通して電解質溶液中に送達するステップ７３０を含む。具体的には、帯電した電解質溶液が、少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルを通って電解質供給源から電極ギャップに送達される。

【0049】

例示的な実施形態では、電解質供給源から少なくとも１つのバイアス電極に電解質溶液が送達されるときに、電源が少なくとも１つのバイアス電極に電気的に接続され得る。電解質供給源から輸送される電解質溶液は、少なくとも１つのバイアス電極に印加される少なくとも１つの第２の電位によって帯電され、帯電した電解質溶液に変換され得る。この点について、帯電した電解質溶液は、少なくとも１つの流体送達チャネルを通って送達され、少なくとも１つのノズルを通って少なくとも１つのバイアス電極から出て、ワークピースの特定の領域上に到達することができ、一次電場を変更し、ワークピースに隣接する完成部品の迷走電流腐食に対抗する。

【0050】

例示的な実施形態では、帯電した電解質溶液は、１Ｌ／分から５０Ｌ／分の速度、例えば１Ｌ／分から２５Ｌ／分、例えば１Ｌ／分から１０Ｌ／分、例えば１Ｌ／分から５Ｌ／分で少なくとも１つのノズル１４１から流出する。

【0051】

場合によっては、帯電電解質送達と組み合わせて、電解質溶液１９０を電極ギャップ１８０に連続的に押し込んで、０．５Ｌ／秒から２０Ｌ／秒の流量、例えば３．７５Ｌ／秒から１０Ｌ／秒でワークピース１３０およびツール電極１２０を洗浄することができる。さらに、電解質溶液１９０は、３５０，０００Ｐａから３，５００，０００Ｐａの圧力で電極ギャップ１８０に連続的に押し込まれることができる。

【0052】

特定の実施形態では、バイアスアノード保護を帯電電解質送達と組み合わせると、電気化学的に加工されるワークピースに隣接する完成部品の表面に対する「迷走電流腐食」の量が減少することが示されている。隣接する完成部品１５０に対する「迷走電流腐食」の量が減少した証拠は、バイアスアノード保護および帯電電解質送達を行わない同じ条件下でワークピース１３０を電気化学的に加工する場合と比較した場合、ワークピース１３０の電解加工中に完成部品１５０が受ける追加の材料除去量および表面ピッチングの量の減少によって示される。

【0053】

一実施形態では、帯電した電解質溶液を送達することにより、ワークピース１３０に隣接する完成部品１５０の酸化速度が実質的に減少する。同様に、完成部品１５０の酸化速度の減少は、バイアスアノード保護および帯電電解質送達を行わない同じ条件下でワークピース１３０を電気化学的に加工する場合と比較した場合、ワークピース１３０の電解加工中に完成部品１５０が受ける追加の材料除去量および表面ピッチングの量の減少によって示される。

【0054】

したがって、本明細書で説明するように、本主題は、電解加工の改良された方法およびシステムを提供する。例えば、現在の最先端技術では、表面を迷走電流腐食から保護するために、ワークピースに隣接する完成部品を手動で物理的にマスキングする必要がある。逆に、本開示によって説明されるような、バイアスアノード保護と帯電電解質送達との組み合わせは、手作業によるマスキングを必要とせずに、電気化学機械の一次電場の自動化された閉ループ制御と、迷走電流腐食からの保護の度合いを強化することにより、隣接する完成部品とのワークピースの連続加工が可能になる。具体的には、本明細書で説明するように、バイアスアノード保護と帯電電解質送達を組み合わせることで、一次電場の特定の場所の選択的な電位抑制が可能になり、ブレード付きディスクなどの密集した複雑な特徴を有する部品であっても、隣接する完成部品の品質が保証される。さらに、本明細書で説明するシステムおよび方法は、既存の機械に改造することができる。

【0055】

ここで説明する技術は、コンピュータベースのシステムと、コンピュータベースのシステムによって実行されるアクション、およびコンピュータベースのシステムとの間で送受信される情報について言及している。当業者であれば、コンピュータベースのシステムの固有の柔軟性により、構成要素間でのタスクおよび機能の多種多様な可能な構成、組み合わせ、および分割が可能であることを認識するであろう。例えば、ここで説明するプロセスは、単一のコンピューティングデバイスまたは組み合わせて動作する複数のコンピューティングデバイスを使用して実装され得る。データベース、メモリ、命令、およびアプリケーションは、単一のシステムに実装することも、複数のシステムに分散することもできる。分散された構成要素は順次または並列で動作可能である。

【0056】

本開示のさらなる態様は、次の条項の主題によって提供される。

【0057】

ワークピースを電気化学的に加工する方法であって、一次電場を生成するために電解加工システムのツール電極に第１の電位を印加するステップであって、電解加工システムは、ツール電極の反対側にあるワークピースと、少なくとも１つのバイアス電極と、少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルとを備え、一次電場はツール電極とワークピースとの間の電解質溶液内に生成される、ステップと、少なくとも１つのバイアス電極に少なくとも１つの第２の電位を印加するステップと、少なくとも１つの流体送達チャネルを通して電解質溶液中に帯電した電解質溶液を送達するステップであって、少なくとも１つの第２の電位を印加するステップと、帯電した電解質溶液を送達するステップとは、一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成し、一次電場の少なくとも１つの場所を電位抑制する、ステップと、を含む、方法。

【0058】

少なくとも１つのスペーサが、少なくとも１つのバイアス電極とツール電極との間に配置される、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0059】

少なくとも１つのスペーサが１００マイクロメートルから２５００マイクロメートルの厚さを有する、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0060】

少なくとも１つのバイアス電極が、ツール電極およびワークピースと電気的に直列に接続されている、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0061】

第１の電位が５ボルトから５０ボルトの直流電位である、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0062】

少なくとも１つの第２の電位が１ボルトから１０ボルトの直流電位である、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0063】

第１の電位は第１のパルス電位であり、少なくとも１つの第２の電位は少なくとも１つの第２のパルス電位である、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0064】

第１のパルス電位が１ボルトから５ボルトの平均電位を有する、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0065】

少なくとも１つの第２のパルス電位が、１ボルトから５ボルトの平均電位を有する、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0066】

帯電した電解質溶液が、少なくとも１つの第２の電位によって少なくとも１つの流体送達チャネル内で帯電される、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0067】

帯電した電解質溶液が、１Ｌ／分から５０Ｌ／分の速度で少なくとも１つの電極の少なくとも１つのノズルから出る、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0068】

ワークピースおよび少なくとも１つのバイアス電極は金属材料を含み、金属材料は、チタン基合金、ニオブ基合金、ニッケル基合金、ジルコニウム基合金、パラジウム基合金、白金基合金、アルミニウム基合金、クロム基合金、マンガン基合金、コバルト基合金、モリブデン基合金、ハフニウム基合金、タングステン基合金、またはそれらの組み合わせを含む金属合金を含む、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0069】

帯電した電解質溶液を送達することにより、ワークピースに隣接する完成部品の酸化速度が実質的に減少する、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0070】

完成部品がエアフォイルである、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0071】

少なくとも１つの第２の電位は、互いに固有の電圧である２つ以上の第２の電位を含む、本明細書のいずれかの条項に記載の方法。

【0072】

ツール電極とツール電極の反対側のワークピースとの間に一次電場を生成するように構成されたツール電極と、ツール電極に隣接して配置された少なくとも１つのバイアス電極と、を備え、少なくとも１つのバイアス電極は少なくとも１つの流体送達チャネルを備え、少なくとも１つのバイアス電極は、一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成するように構成されている、電解加工システム。

【0073】

少なくとも１つのバイアス電極がツール電極およびワークピースと電気的に直列に接続される、本明細書のいずれかの条項に記載の電解加工システム。

【0074】

少なくとも１つのバイアス電極およびツール電極に電気的に接続された電源をさらに備える、本明細書のいずれかの条項に記載の電解加工システム。

【0075】

帯電した電解質溶液を少なくとも１つの流体送達チャネルに送達するように構成された電解質供給源をさらに備える、本明細書のいずれかの条項に記載の電解加工システム。

【0076】

少なくとも１つのスペーサが、少なくとも１つのバイアス電極とツール電極との間に配置される、本明細書のいずれかの条項に記載の電解加工システム。

【0077】

この書面による説明は、最良の形態を含む開示を開示するために例示的な実施形態を使用し、また、当業者が任意のデバイスまたはシステムの製造および使用、および組み込まれた任意の方法の実行を含む開示を実践できるようにするものである。本開示の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例も含まれる場合がある。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を含む場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言語と実質的な違いはなく同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

【0078】

本発明のさらなる態様は、以下の条項の主題によって提供される。

【0079】

［項１］ワークピースを電気化学的に加工する方法であって、一次電場を生成するために電解加工システムのツール電極に第１の電位を印加するステップであって、電解加工システムは、ツール電極の反対側にあるワークピースと、少なくとも１つのバイアス電極と、少なくとも１つのバイアス電極内の少なくとも１つの流体送達チャネルとを備え、一次電場はツール電極とワークピースとの間の電解質溶液内に生成される、ステップと、少なくとも１つのバイアス電極に少なくとも１つの第２の電位を印加するステップと、少なくとも１つの流体送達チャネルを通して電解質溶液中に帯電した電解質溶液を送達するステップであって、少なくとも１つの第２の電位を印加するステップと、帯電した電解質溶液を送達するステップとは、一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成し、一次電場の少なくとも１つの場所を電位抑制する、ステップと、を含む、方法。

【0080】

［項２］少なくとも１つのバイアス電極とツール電極との間に少なくとも１つのスペーサが配置されている、任意の前項に記載の方法。

【0081】

［項３］少なくとも１つのスペーサが１００マイクロメートルから２５００マイクロメートルの厚さを有する、任意の前項に記載の方法。

【0082】

［項４］少なくとも１つのバイアス電極が、ツール電極およびワークピースと電気的に直列に接続されている、任意の前項に記載の方法。

【0083】

［項５］第１の電位が５ボルトから５０ボルトの直流電位である、任意の前項に記載の方法。

【0084】

［項６］少なくとも１つの第２の電位が１ボルトから１０ボルトの直流電位である、任意の前項に記載の方法。

【0085】

［項７］少なくとも１つの第２の電位が、互いに固有の電圧である２つ以上の第２の電位を含む、任意の前項に記載の方法。

【0086】

［項８］第１の電位が第１のパルス電位であり、少なくとも１つの第２の電位が少なくとも１つの第２のパルス電位である、任意の前項に記載の方法。

【0087】

［項９］第１のパルス電位が１ボルトから５ボルトの平均電位を有する、任意の前項に記載の方法。

【0088】

［項１０］少なくとも１つの第２のパルス電位が、１ボルトから５ボルトの平均電位を有する、任意の前項に記載の方法。

【0089】

［項１１］帯電した電解質溶液が、少なくとも１つの第２の電位によって少なくとも１つの流体送達チャネル内で帯電される、任意の前項に記載の方法。

【0090】

［項１２］帯電した電解質溶液が、１Ｌ／分から５０Ｌ／分の速度で少なくとも１つのバイアス電極の少なくとも１つのノズルから出る、任意の前項に記載の方法。

【0091】

［項１３］ワークピースおよび少なくとも１つのバイアス電極は金属材料を含み、金属材料は、チタン基合金、ニオブ基合金、ニッケル基合金、ジルコニウム基合金、パラジウム基合金、白金基合金、アルミニウム基合金、クロム基合金、マンガン基合金、コバルト基合金、モリブデン基合金、ハフニウム基合金、タングステン基合金、またはそれらの組み合わせを含む金属合金を含む、任意の前項に記載の方法。

【0092】

［項１４］帯電した電解質溶液を送達するステップにより、ワークピースに隣接する完成部品の酸化速度が実質的に減少する、任意の前項に記載の方法。

【0093】

［項１５］完成部品がエアフォイルである、任意の前項に記載の方法。

【0094】

［項１６］ツール電極とツール電極の反対側のワークピースとの間に一次電場を生成するように構成されたツール電極と、ツール電極に隣接して配置された少なくとも１つのバイアス電極と、を備え、少なくとも１つのバイアス電極は少なくとも１つの流体送達チャネルを備え、少なくとも１つのバイアス電極は、一次電場に隣接する少なくとも１つの二次電場を生成するように構成されている、電解加工システム。

【0095】

［項１７］少なくとも１つのバイアス電極とツール電極との間に配置された少なくとも１つのスペーサをさらに備える、任意の前項に記載の電解加工システム。

【0096】

［項１８］少なくとも１つのバイアス電極が、ツール電極およびワークピースと電気的に直列に接続されている、任意の前項に記載の電解加工システム。

【0097】

［項１９］少なくとも１つのバイアス電極およびツール電極に電気的に接続された電源をさらに備える、任意の前項に記載の電解加工システム。

【0098】

［項２０］帯電した電解質溶液を少なくとも１つの流体送達チャネルに送達するように構成された電解質供給源をさらに備える、任意の前項に記載の電解加工システム。

【符号の説明】

【0099】

１００ 電解加工システム
１１２ コントローラ
１１３ アクチュエータ
１２０ ツール電極
１３０ ワークピース
１４０ バイアス電極
１４１ ノズル
１４２ 帯電した電解質溶液
１４３ 電解質供給源
１４４ 流体送達チャネル
１５０ 完成部品
１６０ スペーサ
１７０ 電源
１７１ 第１の電源
１７２ 第２の電源
１８０ 電極ギャップ
１９０ 電解質溶液
２００ 一次電場
２１０ 二次電場
４００ コンピューティングシステム
４０２ コンピューティングデバイス
４０４ プロセッサ
４０６ メモリデバイス
４０８ 命令
４１０ データ
４１２ 通信インターフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】