特許 7348387 放電プロセス及び長尺ワークピースを加工するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-11

(45)【発行日】2023-09-20

(54)【発明の名称】放電プロセス及び長尺ワークピースを加工するための装置

(51)【国際特許分類】

   B23H 1/00 20060101AFI20230912BHJP

   B23H 9/00 20060101ALI20230912BHJP

   B23H 7/26 20060101ALI20230912BHJP

【ＦＩ】

B23H1/00 B

B23H9/00 Z

B23H7/26 Z

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022514981

(86)(22)【出願日】2020-08-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-10

(86)【国際出願番号】 EP2020025391

(87)【国際公開番号】W WO2021043439

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-03-07

(31)【優先権主張番号】102019000015773

(32)【優先日】2019-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】517029381

【氏名又は名称】ヌオーヴォ・ピニォーネ・テクノロジー・ソチエタ・レスポンサビリタ・リミタータ

【氏名又は名称原語表記】Ｎｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】アルキオニ、マッシモ

(72)【発明者】

【氏名】ベッシ、モランド

(72)【発明者】

【氏名】ガットリ、ディエゴ

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－０５３１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５０６５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－０９０２７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭４４－００２９４５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開平０４－０２９３１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０５－１６２０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１２４８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｈ １／００

Ｂ２３Ｈ ９／００

Ｂ２３Ｈ ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺ワークピースを加工するための、型彫り放電加工プロセスを実行するように構成された装置（１）であって、前記長尺ワークピースは、第１の端部（５３）及び第２の端部（５４）、縦軸（Ｒ）を有し、前記装置（１）は、
誘電流体を収容するように構成されたタンク（２）と、
ベースプレート（３１）を備える支持フレーム（３）と、
前記長尺ワークピースに対して放電加工プロセスを実行するように構成された電極（８）が備えられた加工ヘッドユニット（７）と
を備え、
前記装置（１）は、
加工される前記長尺ワークピース（５）が載置及び回転され得る少なくとも１つの可調整支持体（４）を備え、
前記可調整支持体（４）の高さは、前記ベースプレート（３１）に対して直交する第１の軸（Ｚ）に対する前記長尺ワークピース（５）の位置を調整するように、調整可能であり、
前記装置（１）は、加工される前記長尺ワークピース（５）の前記第１の端部（５３）及び前記第２の端部（５４）の一方を把持し、その主軸（Ｒ）の周りでこれを回転させるように適合された回転部材（６）を更に備え、
前記可調整支持体（４）は、前記ベースプレート（３１）上に調整可能に配置され、前記第１の軸（Ｚ）に対して直交する第２の軸（Ｙ）に対するその位置を調整するように構成されている、装置（１）。

【請求項2】

前記ベースプレート（３１）は、前記第２の軸（Ｙ）に沿って配置された１つ以上の位置決めガイド（３１１、３１２）を有し、
前記可調整支持体（４）の各々は、
前記位置決めガイド（３１１、３１２）のうちの１つに摺動可能に係合されるプレート（４１１）を有する本体（４１）と、
それぞれの前記位置決めガイド（３１１、３１２）に沿って前記プレート（４１１）を前記ベースプレート（３１）に固定するための調整可能な固定部材（４１５）と
を備える、請求項１に記載の装置（１）。

【請求項3】

前記ベースプレート（３１）は、互いに平行な２つの前記位置決めガイド（３１１、３１２）と、各々がそれぞれの前記位置決めガイド（３１１、３１２）に係合された、対応する２つの前記可調整支持体（４）とを有する、請求項２に記載の装置（１）。

【請求項4】

前記可調整支持体（４）の前記本体（４１）は、前記ベースプレート（３１）に対して直交して配置された垂直部分（４１２）を備え、
前記可調整支持体（４）は、前記ベースプレート（３１）に対して直交する方向に移動するように、前記垂直部分（４１２）に摺動可能に結合されたスライダ（４２）を備える、請求項２又は３に記載の装置（１）。

【請求項5】

前記垂直部分（４１２）は、
前記垂直部分（４１２）の面に固定された、少なくとも１対のピン（４１３）と、
調整グレイン（４１４）と
を備え、
前記スライダ（４２）は、前記第１の軸（Ｚ）に沿って、前記ベースプレート（３１）に直交する互いに平行な２つの案内チャネル（４２１）を有し、
前記ピン（４１３）の各々は、それぞれの案内チャネル（４２１）に挿入され、
それにより、前記調整グレイン（４１４）に作用することによって、前記スライダ（４２）の位置は、前記ベースプレート（３１）に対して直交して、前記第１の軸（Ｚ）の方向に沿って、前記本体（４１）に対して調整できるようになっている、請求項４に記載の装置（１）。

【請求項6】

前記可調整支持体（４）は、前記スライダ（４２）上で枢動され、並んで配置された、少なくとも１対の軸受（４３）を備え、前記長尺ワークピース（５）は、前記軸受（４３）によって支持するように意図され、前記軸受（４３）は、前記回転部材（６）によって回転されると、その主軸（Ｒ）の周りで前記長尺ワークピース（５）の回転を可能にするように適合される、請求項５に記載の装置（１）。

【請求項7】

前記回転部材（６）は、
加工される前記長尺ワークピース（５）の前記第１の端部（５３）又は前記第２の端部（５４）の一方が挿入され得るハウジング（６４）と、
前記長尺ワークピース（５）の前記第１の端部（５３）又は前記第２の端部（５４）が回転するために枢動される、前記ハウジング（６４）内に配置された芯出しチップ（６２）と
を有するカラー（６１）を備える、請求項６項に記載の装置（１）。

【請求項8】

前記回転部材（６）は、
前記カラー（６１）内に配置され、前記カラー（６１）に挿入された加工される前記長尺ワークピース（５）の端部（５３、５４）に対して引っ張るために前記芯出しチップ（６２）と機能的に結合された、引っ張りねじ（６３）と、
前記カラー（６１）に挿入された加工される前記長尺ワークピース（５）の端部（５３、５４）を把持するためのねじ式グレイン（６６）を備えるフランジブッシュ（６５）と
を備える、請求項７に記載の装置（１）。

【請求項9】

前記加工ヘッドユニット（７）は、
３つのデカルト軸に沿って空間内で移動し、少なくとも１つの回転軸（Ｂ）に沿って回転するように配置されたヘッド（７３）と、
前記放電加工プロセスを実行するための前記電極（８）を取り外し可能に結合することができる電極ホルダ（７４）であって、前記電極ホルダ（７４）は、回転軸（Ｃ）に沿って回転するように、前記ヘッド（７３）と回転可能に結合される、電極ホルダ（７４）と
を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項10】

前記支持フレーム（３）は、ガイドが設けられて配置された、梁（３３）を備え、
前記加工ヘッドユニット（７）は、
前記長尺ワークピース（５）の上で前記ヘッド（７３）を移動させるように、前記梁（３３）の前記ガイドに係合されたキャリア（７１）と、
前記ベースプレート（３１）に対して直交して配置された垂直支持体（７２）であって、前記垂直支持体（７２）の第１の端部は前記キャリア（７１）に回転可能に結合され、前記垂直支持体（７２）の第２の端部は前記ヘッド（７３）に回転可能に結合される、垂直支持体（７２）と
を備える、請求項９に記載の装置（１）。

【請求項11】

前記長尺ワークピース（５）を処理中に沈めることができる、誘電液体を収容するように適合された前記タンク（２）を備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項12】

前記タンク（２）は、各々が垂直に移動可能な４つの隔壁（２１、２２、２３、２４）で作られている、請求項１１に記載の装置（１）。

【請求項13】

少なくとも８００ミリメートルの長さを有する前記長尺ワークピース（５）の前記型彫り放電加工プロセスを実行するように構成されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項14】

前記長尺ワークピースはモノリシックシャフト－インペラロータ（５）である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項15】

前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）は遠心圧縮機用である、請求項１４に記載の装置（１）。

【請求項16】

装置（１）による型彫り放電加工プロセスによってモノリシックシャフト－インペラロータ（５）を加工するための方法であって、
前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）は、第１の端部（５３）及び第２の端部（５４）、主軸（Ｒ）、及び少なくとも１つのインペラ（５１、５２）を有し、
前記装置（１）は、前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）に対して放電加工プロセスを実行するように構成された電極（８）が備えられた加工ヘッドユニット（７）を備え、
前記装置（１）は、加工される前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）が載置及び回転され得る少なくとも１つの可調整支持体（４）であって、前記少なくとも１つの可調整支持体（４）の高さは、前記装置（１）のベースプレート（３１）に対して直交する第１の軸（Ｚ）に対する前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の位置を調整するように調整可能である、少なくとも１つの可調整支持体（４）と、加工される前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の前記第１の端部（５３）及び前記第２の端部（５４）の一方を把持し、その主軸（Ｒ）の周りでこれを回転させるように適合された回転部材（６）であって、前記回転部材（６）は、加工される前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の前記第１の端部（５３）又は前記第２の端部（５４）の一方が挿入され得るハウジング（６４）を有するカラー（６１）を備える、回転部材（６）と、を備え、
前記方法は、
Ａ．前記少なくとも１つの可調整支持体（４）の軸受（４３）上に前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）を配置するステップ（１０１）と、
Ｂ．前記カラー（６１）の前記ハウジング（６４）に前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の前記第１の端部（５３）及び前記第２の端部（５４）の一方を挿入するステップ（１０２）と、
Ｃ．前記回転部材（６）がその回転主軸（Ｒ）の上で前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）を回転させるように、前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の位置をチェックするチェックステップ（１０３）と、
Ｄ．前記電極（８）によって前記型彫り放電加工プロセスを実行する処理ステップ（１０４）と
を含み、
前記可調整支持体（４）は、前記ベースプレート（３１）上に調整可能に配置され、前記第１の軸（Ｚ）に対して直交する第２の軸（Ｙ）に対するその位置を調整するように構成されている、方法。

【請求項17】

前記チェックステップＣ（１０３）は、
Ｃ１．前記加工ヘッドユニット（７）のヘッド（７３）にダイヤルゲージ（９）を実装し、前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の縦軸（Ｒ）を前記第１の軸（Ｚ）及び前記第２の軸（Ｙ）の双方に直交する第３の軸（Ｘ）に位置合わせするサブステップ（１０３１）、及び／又は
Ｃ２．前記ベースプレート（３１）にダイヤルゲージ（９）を実装し、いくつかの位置で、前記回転部材（６）によって前記可調整支持体（４）の前記軸受（４３）の上で前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）を回転させるサブステップ（１０３２）
を備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記装置（１）は、誘電流体を収容するように構成されたタンク（２）を備え、
前記加工ヘッドユニット（７）は、３つのデカルト軸に沿って空間内で移動し、少なくとも１つの回転軸（Ｂ）に沿って回転するように配置された前記ヘッド（７３）と、前記放電加工プロセスを実行するための前記電極（８）を取り外し可能に結合することができる電極ホルダ（７４）であって、前記電極ホルダ（７４）は、回転軸（Ｃ）に沿って回転するように、前記ヘッド（７３）と回転可能に結合される、電極ホルダ（７４）とを備え、
前記処理ステップＤ（１０４）は、
Ｄ１．前記タンク（２）を誘電液体で満たすサブステップ（１０４１）と、
Ｄ２．前記ヘッド（７３）によって、及び前記加工ヘッドユニット（７）によって、前記電極（８）を位置決めするサブステップ（１０４２）と、
Ｄ３．前記電極（８）によって、前記モノリシックシャフト－インペラロータ（５）の前記少なくとも１つのインペラ（５１、５２）上の鎌状のチャネル（５１１、５２１）を加工するサブステップ（１０４３）と
を備える、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、低加工公差が要求される、特に長くて扱いにくい要素部材の加工を可能にするように意図される、放電加工プロセスを実行するように構成された装置、その動作方法、及び一体型遠心圧縮機ロータに関する。

【背景技術】

【0002】

型彫り放電加工プロセス（「型彫りＥＤＭ」プロセスとしても知られる）は、火花加工に基づく製造プロセスであり、これにより、放電、すなわち火花を使用して所望の形状の金属片が得られる。

【0003】

より詳細には、２つの電極の間の一連の高速反復電流放電によってワークピースから材料が除去され、これらの電極は、加工されるワークピースが浸漬される誘電液体によって隔離されている。電極は、適切な電圧も受ける。次に、工具電極は、加工されるワークピースと電気的に接触させられる。

【0004】

通常、電極のうちの１つは、工具－電極、又は単に「工具」又は「電極」と呼ばれ、他方は、「ワークピース－電極」、又は「ワークピース」と呼ばれる。

【0005】

容易に理解され得るように、プロセスは、工具とワークピースとの間の接触なしに実行される。実際、２つの電極の間の、使用される誘電液体に依存する適切な電圧は、所定の閾値において増加し、電極間の容積中の電場の強度は誘電体の強度よりも大きくなり、これは破壊されて、２つの電極の間に電流を流す。その結果、材料は電極から除去される。次に、電流が中断されると、通常は新しい液体誘電体が電極間容積内（又は工具－電極と加工されるワークピースとの間）に搬送され固体粒子が取り除かれて誘電体の絶縁特性が回復することを可能にする。この点について、この回復プロセス及びプロセスの高速化を容易にするために、誘電液体は、いくらかの乱流を引き起こすことによって移動させられる。

【0006】

型彫りＥＤＭプロセスは通常、特に困難な加工動作のために適用され、例えば、複雑なチャネルを得ること、又は複雑な部品を成形することが必要とされるが、これらは、例えばフライス加工、ドリリングなどのような材料の機械的除去に基づいて、標準的な加工システムを用いて達成することはできない。

【0007】

現在、型彫りＥＤＭプロセスは、円盤状のシャフト－インペラロータのインペラを加工するために適用されている。インペラは、側方の鎌状チャネルを有する、通常はロータシャフトに機械的に結合された、円盤状の機械的要素である。このようなチャネルは、いわゆるインデューサ側、すなわちガスがインペラに入る開口部と、ガスがインペラ自体から出てくる開口部であるエクスデューサ側とを有し、遠心圧縮機内のガスの通過を意図している。当該チャネルは、それらのうちの任意の２つの間にブレードも形成できるように、高精度で加工する必要がある。

【0008】

特に、上述のように円盤状である当該インペラは、比較的小さいサイズのため、誘電液体で満たされた容器又はタンクに浸漬できるので、型彫りＥＤＭプロセスによって容易に加工される。したがって、作製されている間にチャネルの内側に容易に貫通することができる適切な鎌状の電極によって、適切なサイズで鎌状のチャネルが作製される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、現在、遠心圧縮機、ひいては前述のシャフト－インペラロータに対して、ますます高い性能が必要とされている。特に、ガスタービンに取り付けられると、当該シャフト－インペラロータは、最大３０．０００ＲＰＭの回転速度を受ける。これは、インペラに対するかなりの機械的応力及び歪みを伴う。

【0010】

インペラがフランジ及び／又は機械的部材によって結合されていないが、インペラ及びシャフトが単一部品で作られているモノリシックシャフト－インペラロータの使用により、機械的性能が向上し、所望の性能の達成が可能になることが見出された。

【0011】

上述のように、型彫りＥＤＭ加工プロセスを適用するための要件の１つは、加工されるワークピースが誘電液体に完全に浸漬される必要があることである。したがって、加工プロセスを実行する前に、誘電液体に完全に浸漬するために、加工されるワークピース全体を収容できる、当該誘電液体で満たされる容器を使用しなければならない。

【0012】

これは、扱いにくい部品では、上述の加工技術の適用が厄介であることを伴う。より具体的には、通常は１メートルを超える長さであるモノリシックシャフト－インペラロータの場合、これを垂直配置で収容するための適切な容器内のその配置は、実際のところ機能的でも便利でもあり得ない。

【0013】

また、要求される前述の性能を達成するために、シャフト－インペラロータは、特にランアウトの最小化に関して、低加工公差で実現されなければならない。より具体的には、シャフト－インペラロータは高い同軸度を有することが要求される。この目的のために、モノリシックシャフト－インペラロータの型彫りＥＤＭ加工中、後者は、任意の単一のチャネルを加工する前に、部分的な回転を必ず受けなければならない。この動作ステップは、上述の必要なランアウトを防止するために、高精度で実行されなければならない。この用途に必要な公差を前提として、垂直に配置されたシャフト－インペラロータが回転している間、その同軸性を取得及び維持することは、非常に複雑である。

【0014】

既知の機器は、低加工公差が必要とされるため、高い運転コスト及び動作の複雑さの両方に関して悪影響があるのは明らかである。

【0015】

したがって、本技術では、改良型装置及びその動作方法が歓迎されるだろう。より一般的には、モノリシックシャフト－インペラロータなどの長いモノリシックワークピースの加工を、型彫り放電加工プロセスによって、経済的で便利な方法で可能にする、加工装置又は機器を提供することが望ましいだろう。

【0016】

一態様では、本明細書に開示される主題は、特にモノリシックシャフト－インペラロータを加工するための、型彫り放電加工プロセスのための装置を対象とするが、これは扱いにくく重いため、高精度の加工が必要とされるとき、その加工は通常、容易ではない。装置は、ベースプレートを備える支持フレームと、放電加工プロセスを実行するための電極を有する加工ヘッドユニットとを備える。装置は可調整支持体を有し、その上で、ロータは特定の軸の周りに高精度で載置及び回転される。当該可調整支持体の高さは調整可能であり得る。装置は、加工されるモノリシックシャフト－インペラロータの端部の一方を把持し、その縦軸の周りでこれを回転させるように適合された回転部材を更に備える。

【0017】

別の態様では、改善された型彫り放電加工プロセスによってモノリシックシャフト－インペラロータを加工するための方法が開示される。方法はいくつかのステップを含むが、これらは別途指示されない限り、任意の適切な順序で実行することができる。すなわち、型彫り放電加工機の可調整支持体の軸受の上に少なくとも約０．８０メートルのロータの長尺ワークピースを配置するステップと、モノリシックシャフト－インペラロータの端部の一方を回転部材のカラーのハウジングに挿入するステップと、ランアウトを大幅に減少されてそれ自体の対称軸の周りで回転しながら、電極によって型彫り放電加工プロセスを実行するのにモノリシックシャフト－インペラロータの位置が適していることをチェックするステップである。加工方法を実行している間、モノリシックシャフト－インペラロータは、回転部材によってそれ自体の軸の周りで回転させられる。回転は、支持体の軸受によって促進される。モノリシックシャフト－インペラロータは、その回転の低ランアウトが、高精度でのインペラ上のチャネルの加工を可能にするように、配置される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

本発明の開示の実施形態とそれに付随する利点の多くは、添付図面に関連して考えながら以下の発明を実施するための形態を参照することによって、理解が深まるにつれてすぐにより完全にわかるようになるであろう。

【図1】図１は、新しい放電加工プロセスのための装置の一実施形態の斜視図である。

【図2】図２は、図１の装置の第２の斜視図である。

【図3】図３は、図１の装置の側面図である。

【図4】図４は、図１の装置によって加工されるモノリシックシャフト－インペラロータを示す図である。

【図5】図５は、図１の装置の可調整支持体の一実施形態を示す図である。

【図6】図６は、図１の装置の回転テーブルを示す図である。

【図7】図７は、ハウジング用のカラー及び図６の回転テーブルのモノリシックシャフト－インペラロータの一端の把持を示す図である。

【図8】図８は、図１の装置の加工ヘッドユニットの一実施形態を示す図である。

【図9】図９は、型彫り放電加工プロセスを実行するように意図された、図８の加工ヘッドユニット上に取り付けられた電極を示す図である。

【図10】図１０は、加工されるモノリシックシャフト－インペラロータを位置決めするための調整動作を示す図である。

【図11】図１１は、加工されるモノリシックシャフト－インペラロータを位置決めするための更なる動作を示す図である。

【図12】図１２は、モノリシックシャフト－インペラロータを加工するための方法のフローチャートである。

【0019】

様々な図では、同様の部品は同じ参照番号で示される。

【発明を実施するための形態】

【0020】

一態様によれば、本主題は、ランアウトに関する低加工公差が要求される、型彫り放電加工プロセスによって長尺ワークピースを処理するように構成された、改良型装置を対象とする。新しい改良型装置は、加工処理中に長尺ワークピースの軸対称性を維持するように、一意に設計される。

【0021】

装置は、モノリシックシャフト－インペラロータなどのような長尺ワークピースを加工することができ、これらは装置を支持する実質的に平坦な表面に対して水平に配置されてもよく、改善された型彫り放電加工プロセスによって長尺ワークピースが処理（例えば、加工、製作、作製など）されるように、誘電液体中の長尺ワークピースの完全な浸漬を可能にするようになっている。デカルト軸ＸＹＺを参照すると、長尺ワークピースは、Ｘ軸に位置合わせされていると見なされ得る、縦方向の主軸を有する。長尺ワークピースは、加工の間、このようなＸ軸の周りを回転することができる。動作中、長尺ワークピースは主軸の周りでも回転し、これに対して低いロールオフが達成されなければならない。また、電極は、非常に低い加工公差を可能にし、複雑な加工を実行するために、長尺ワークピース自体に対して移動することができる。電極は、ワークピースの周りの空間内で移動することができ、装置が載置されている平面に対して垂直な軸であるＺ軸、及び他の二軸に直交するＹ軸に沿って並進もする。

【0022】

したがって、型彫り放電加工プロセスが実行されている間の長尺ワークピースのその主軸の周りの回転によって、並びに低ランオフの回転効果を達成するための長尺ワークピースの位置決めの制御によって、特にかさばるワークピースを処理する場合であっても、正確な処理と同時に、誘電液体のかなりの節約を得ることが可能である。実際、型彫り放電加工プロセスは、加工されるピースが誘電液体に完全に浸漬されることを必要とする。収容タンクの容積を低減するための配置では、長尺ワークピースを水平に配置することができる。これは、主軸の周りでのワークピースの回転の特定の制御が実行されることを暗示している。

【0023】

上記の結果を達成するために、装置には、長尺ワークピースをその主軸の周りで回転させるために支持及び微調整するように調整され得る支持体が備えられている。また、加工動作中にワークピースを回転させる手段も提供され、これは回転中にワークピース自体を所定位置にしっかりと保持する。このようにして、長尺ワークピースは、主軸の周りで滑らかに回転させられ、これは任意の起こり得るランオフを低減するために適切に支持される。

【0024】

ここで図面を参照すると、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、及び図９は、全体として参照番号１で示される、型彫り放電加工（ＥＤＭ）プロセスのための改良型装置の一実施形態を示している。装置１は、一般に、タンク２と、ベースプレート３１を有する支持フレーム３と、モノリシックシャフト－インペラロータ５などの加工されるワークピースを支持するように適合された、当該ベースプレート３１上に載置された可調整支持体４と、加工プロセス中にワークピースを回転させるための回転テーブル６と、型彫りＥＤＭ処理を実行するために電極８を保持するための加工ヘッド７とを備える。従来技術による装置又は機器とは異なり、装置１は、回転テーブル６と可調整支持体４との協働によって、低ランアウトで加工されている間の長尺ワークピースのその主軸の周りの回転の制御を可能にすることを規定する。また、従来技術とは異なり、装置１は、２の形状により、誘電液体の顕著な節約を可能にする。

【0025】

装置１の異なる部分は、以下に詳細に開示される。

【0026】

タンク２は誘電液体を収容するように適合されており、加工プロセスの間、加工されるワークピースがその中に沈められる。本実施形態では、タンク２は、垂直に移動可能な４つの垂直隔壁２１、２２、２３、及び２４からなる。より具体的には、Ｚ軸がベースプレート３１に直交する３つのデカルト軸ＸＹＺを考慮すると、Ｘ軸にはモノリシックシャフト－インペラロータ５の主軸Ｒが位置合わせされ、これは、この問題の場合、対称軸であり、以下でよりわかりやすく説明されるように、ワークピースが低ランオフで回転しなければならない軸であり、Ｙ軸は他の２つのＸ－Ｚ軸に直交する。したがって、当該隔壁２１、２２、２３、及び２４は、当該Ｚ軸に沿って上昇及び下降することができる。また、当該隔壁２１、２２、２３、及び２４は、加工されるワークピース５を完全に覆うために誘電液体がタンク２に注がれることを可能にするのに必要なだけ上昇することができる。

【0027】

タンク２は、実質的に水平な位置で加工されるワークピース５を完全に沈めるように、誘電液体の収容が可能である限り、他の方法で実現することもできる。

【0028】

支持フレーム３は、第１の位置決めガイド３１１及び第２の位置決めガイド３１２を有する、加工されるワークピースを支持するための、底部に載置された、当該ベースプレート３１を備え、その機能は以下でより良く定義される。上述のデカルト軸を更に参照すると、当該第１の位置決めガイド３１１及び第２の位置決めガイド３１２は、互いに平行であり、Ｙ軸の方向に沿って配置される。

【0029】

支持フレーム３は、ベースプレート３１の縁部に載置され、後者に対して垂直に配置された、支持ブロック３２も備える。支持フレーム３は、以下でよりわかりやすく説明されるように、上部に配置され、加工ヘッドユニット７の空間内での移動を可能にするためのガイド（図示せず）が設けられた、梁３３も備える。

【0030】

いくつかの実施形態では、以下でより良く論じられるように、他の移動システム又は解決策又は変形例を予測することができ、すると梁３３及び支持フレーム３は、異なる構成を有することができる。

【0031】

上述のように、開示される装置１は、少なくとも０．８メートルの長尺ワークピースを加工するように構成される。装置１は、ターボ機械の様々なタイプの構成要素及び部分に使用することができ、一実施形態では、図４に示されるものなどの長尺のモノリシックシャフト－インペラロータを加工（又は製造）するように構成される。このロータは、圧縮機などのターボ機械で使用するように構成され得る。圧縮機は、遠心圧縮機であってもよい。

【0032】

特に、図４に示される長尺のモノリシックシャフト－インペラロータ５は、ロータシャフト５０と、実質的にロータ５の中心に位置して互いに対向する２つのインペラ５１及び５２とを有する。当該モノリシックシャフト－インペラロータ５は、２つの端部５３及び５４も有する。本明細書に記載される新しい放電加工機及びプロセスを使用して製作／製造することができる長尺のモノリシックシャフト－インペラロータ５の典型的な最小サイズの単なる例として、１０１８ｍｍの長さを有することができ、その一方でインペラは、１８７ｍｍの半径を有し得る。測定値は、ここでは単なる一例として示されており、異なる寸法を提供することができるため、保護範囲に関する限定と見なされるべきではないことは明らかである。

【0033】

一般に、装置１は、少なくとも８００ミリメートルから最大２０００ミリメートル以上の長尺ワークピースを加工するために、便利に使用される。実際、一体に形成され、縦方向の主軸から径方向外向きに延在する円盤状のインペラを有する、上記で示された長さのモノリシックシャフト－インペラロータは、前の場合にはインペラが増加した機械的応力を受ける可能性があるので、シャフトに結合されたインペラを有するものと比較して改善された機械的性能を有する。

【0034】

装置１は、２つの可調整支持体４を含むように構成されてもよい。２つの可調整支持体４の各々は、本体４１を有する（図５参照）。各本体４１は、プレート４１１及び垂直部分４１２を有する。プレート４１１は、当該ベースプレート３１の上面に固定されるように、第１の位置決めガイド３１１又は第２の位置決めガイド３１２の一方に摺動可能に係合される。特に、このような配置は、モノリシックシャフト－インペラロータ５を水平に位置決めできるようにすることを意図する、支持体４の最適な位置合わせを可能にする。従来技術による機器には、必要なときはいつでもその主軸Ｒの周りで、ロータ５、及び一般にかさばる、加工される長尺要素の回転を可能にすることができる、調整可能な垂直支持体が備えられていない。

【0035】

垂直部分４１２は、当該プレート４１１に対して、したがって当該ベースプレート３１に対して直交して配置される。当該可調整支持体４の当該本体４１はまた、当該垂直部分４１２の面に固定された１対のピン４１３と、調整グレイン４１４とを含み、その機能は以下でよりわかりやすく説明される。

【0036】

また、当該可調整支持体４の各々の当該本体４１は、Ｙ軸に沿った各可調整支持体４の位置を調整するように、それぞれの第１の位置決めガイド３１１又は第２の位置決めガイド３１２に沿ってプレート４１１をベースプレート３１に固定するための、適切に調整可能な固定部材４１５も備える。

【0037】

当該可調整支持体４の各々は、Ｚ軸方向に沿って、すなわちベースプレート３１に直交して、互いに平行に配置された２つの案内チャネル４２１を有するスライダ４２も備える。当該ピン４１３の各々は、それぞれの案内チャネル４２１に摺動可能に挿入される。このようにして、スライダ４２は、当該ピン４１３によって案内されながら、当該本体４１に対して垂直に移動することができる。２つの平行な案内チャネル４２１の提供により、当該可調整支持体４上に位置決めされたときに垂直支持体４の、次いでモノリシックシャフト－インペラロータ５の位置決めの容易な調整を確実にするために、スライダは、いかなる回転も受けることなく垂直に（すなわち、ベースプレート３１に直交して）確実に並進することができる。

【0038】

上記で開示された可調整支持体４の構造は、必要な加工プロセスを実行するために、所望の位置でのモノリシックシャフト－インペラロータ５（又は任意の他のタイプの長尺ワークピース）の主軸の精密な位置合わせを可能にする。長尺ワークピースの主軸Ｒを適切に位置合わせするために、その垂直及び水平位置の微調整を可能にすることができる他の構造も実現することができる。

【0039】

可調整支持体４は、加工される長尺ワークピースを指示することができるように、当該スライダ４２上で枢動され、並んで配置された、１対の軸受４３も備える。特に、モノリシックシャフト－インペラロータ５の場合、当該２つの可調整支持体４の各々は、図２に見られるように、当該ロータ５を端部５３及び５４の各々とそれぞれにより近いインペラ５１又は５２との間の実質的に中間点で支持するように配置される。軸受４３は、図示される実施形態ではＸ軸に位置合わせされた、文字Ｒで言及されるワークピースの対称軸の周りで、加工されるロータ５の自身の主軸、すなわち第１の回転軸Ａに沿ったその正確で滑らかな回転を可能にする。見てわかるように、当該固定部材４１５によって、ベースプレート３１に対する各可調整支持体４の位置を調整することが可能である。更に、調整グレイン４１４に作用することによって、スライダ４２、及び結果的に、前述のように加工される前にモノリシックシャフト－インペラロータ５が配置される軸受４３を正確に上昇又は下降させることも可能である。

【0040】

それぞれの可調整支持体４の上に配置された各対の軸受４３は、２つの適切に可調整支持体４上に配置されたモノリシックシャフト－インペラロータ５を収容してその重量を担持することができ、同時に、ロータ５は、低ランオフで、その主軸の周りで滑らかに回転することができる。

【0041】

図示される実施形態では、２つの可調整支持体４は、処理ステップ中の最適な支持及び位置決めを可能にするように、回転テーブル６に対して、それぞれ当該第１の位置決めガイド３１１及び第２の位置決めガイド３１２に沿って移動可能である、Ｘ軸に沿って位置合わせされ、一般にシャフト５又はワークピースの２つの中間点での支持を可能にするような方法で、配置される。

【0042】

より具体的には、２つの可調整支持体４は、加工されるモノリシックシャフト－インペラロータ５がその上に載置されたときに、２つの実質的に好ましくは対称な中間位置で支持されるように、当該ベースプレート３１に固定される。

【0043】

回転テーブル６は、ロータ５を所定位置に保持する機能を有し、加工ステップ中にその主軸Ｒの周りでこれを回転させる。回転テーブル６は、当該支持ブロック３２上に配置及び固定される。また、図６及び図７を参照すると、当該回転テーブル６は、当該回転テーブル６の面のうちの１つの中心に載置されたカラー６１を有し、当該カラー６１は、ロータ５の正しい組み立てを容易にし、当該回転テーブル６によって引き起こされるモノリシックシャフト－インペラロータ５の同軸回転、すなわち低ランオフでのロータ５の主軸の周りの回転を確実にするように適合されていることがわかる。

【0044】

カラー６１はその中心に、ロータ５の端部５３を収容するように意図されるハウジング６４を有する。カラー６１の当該ハウジング６４内では、芯出しチップ６２が取り付けられ、円錐座（図示せず）に実装され、引っ張りねじ６３によって引っ張られる。芯出しチップ６２によって、ロータシャフト５を正確に芯出しすることが可能であり、一般に、モノリシックシャフト－インペラロータ５又はワークピースの主軸Ｒ（縦軸）に対する回転を可能にする。

【0045】

また、カラー６１内には、当該ハウジング６４に挿入された後にモノリシックシャフト－インペラロータ５の端部５３を把持するためのねじ式グレイン６６を備えるフランジブッシュ６５がある。フランジブッシュ６５及びねじ式グレイン６６は、主軸Ｒの周りで回転させるためにも必要な、モノリシックシャフト－インペラロータ５の安全な把持を可能にし、これが摺動又はシフトするのを回避する。

【0046】

回転テーブル６は、図示されない電動モータなどのような適切な駆動ユニットによって、当該回転軸Ａの周りで回転可能である。図示される実施形態では、回転軸Ａは、ロータ５の主軸Ｒと位置合わせされる（平行である）。

【0047】

いくつかの実施形態では、回転テーブル６は、当該モノリシックシャフト－インペラロータ５が可調整支持体４上に載置されている間、これを把持及び回転することが可能な任意の回転部材であり得る。

【0048】

フランジブッシュ６５及びそのねじ式グレイン６６により、回転運動を摩擦によって当該ロータシャフト５に伝達することが可能であり、以下でよりわかりやすく説明されるように、処理ステップ中にその段階的な回転を可能にする。

【0049】

本実施形態による装置１の図８及び図９にも示されている加工ヘッドユニット７は、キャリア７１が加工される当該モノリシックシャフト－インペラロータ５の上のＸ－Ｙ平面上を移動できるように、当該支持フレーム３の梁３３上に載置されたガイド（ガイドは図示せず）に沿って、本実施形態では移動可能なキャリア７１を備える。

【0050】

当該加工ヘッドユニット７は、入れ子式の垂直支持体７２を備え、これはＺ軸に沿って配置される。当該垂直支持体７２の第１の端部は、当該キャリア７１と回転可能に結合される。また、当該加工ヘッドユニット７は、第２の回転軸Ｂの周りで、当該垂直支持体７２の第２の端部と回転可能に結合された、ヘッド７３を備える。

【0051】

上記の配置により、ヘッド７３は、３つのデカルト自由度（Ｘ、Ｙ、及びＺ軸）、及び本実施形態では当該Ｚ軸と平行な当該第２の回転軸Ｂの周りの１つの回転自由度に沿った空間内で、移動することができる。

【0052】

型彫りＥＤＭプロセスを実行するための電極８が取り外し可能に結合され得る電極ホルダ７４は、第３の回転軸Ｃに沿って、今度は自分が当該ヘッド７３に取り外し可能に結合される。第３の回転軸Ｃは、Ｚ軸に対して直交して配置される。

【0053】

上記の配置により、電極ホルダ７４は、ヘッド７３の同じ４つの自由度、並びに第３の回転軸Ｃの周りの追加の回転自由度に沿った空間内で移動することができる。したがって、電極ホルダ７４は、５つの自由度にわたって加工されるモノリシックシャフト－インペラロータ５（又は任意の長尺ワークピース）を取り囲む空間内で移動することができる。上記でよりわかりやすく説明されたように、シャフト－インペラロータ５が第１の回転軸Ａの周りで段階的に回転できることも考慮すると、電極ホルダ７４とシャフト－インペラロータ５との間の相対移動は、本実施形態では、合計６つの自由度、すなわち（３つのデカルト軸に沿った）３つの並進自由度、及び（回転軸Ａ、Ｂ、及びＣの周りの）３つの回転自由度を特徴とする。したがって、装置１は、顕著な動作柔軟性に恵まれている。既述のように、図示される本実施形態では、回転Ａ軸はＸ軸と一致し、これに対して使用中、長尺ワークピースの主軸Ｒが位置合わせされ、その一方で回転Ｂ軸はＹ軸と一致する。

【0054】

更に別の実施形態では、例えば、いくつかの並進及び回転自由度に沿った空間内で電極を移動及び配向することが可能な、１つ以上の手首を有するロボットアームのような、シャフト－インペラロータ５を取り囲む空間内で、電極ホルダ７４、ひいては電極８を移動させるための他のシステムを提供することができる。このようにして、電極８は、ワークピースの任意の部分で型彫りＥＤＭプロセスを実行するために、モノリシックシャフト－インペラロータ５の表面の任意の点に到達することができる。

【0055】

既に上述されたように、電極８は鎌状であり、これは、実現及び加工されるチャネルのサイズに応じてそのサイズを変化させるために、電極ホルダ７４に取り外し可能に結合され得る。

【0056】

図９は、電極８がインペラ５１の側面にどのように入り、遠心圧縮機のためのブレード５１１’（又はインペラ５２の５２１’）も実現するように意図される鎌状のチャネル５１１（電極はインペラ５２のチャネル５２１を実現することができる）を実現するかを示す。

【0057】

容易に理解できるように、当該図９に示されるようなチャネルを加工することは、材料の機械的除去に基づく、すなわちフライス加工又はドリリング加工プロセスによる従来のシステムでは、ほぼ不可能ではなかったとしても複雑になり得る。

【0058】

いくつかの実施形態では、モノリシックシャフト－インペラロータ５の任意の部分、特にインペラ５１又は５２の側面若しくはロータの任意の他の部分に容易に到達するように、ヘッド７２を空間内で移動させる他の構造を予測することができ、チャネル５１１及び５１２のインデューサ側、すなわちガスがインペラに入る開口部と、ガスがインペラ自体から出てくる開口部であるエクスデューサ側とを実現するようになっている。上述のように、並びに例として、ヘッド７２は、空間内で当該ヘッド７２を配向するための更に増加した自由度が提供されるように、関節式人型アームに取り付けることができる。

【0059】

上述の型彫り放電加工プロセスのための装置１の動作は、以下のとおりである。

【0060】

図１０、図１１、及び図１２を参照すると、第１の動作ステップとして、装置１が組み立てられると、モノリシックシャフト－インペラロータ５の端部５３は、可調整支持体４上に配置され（図１２、フローチャート１０のステップ１０１）、カラー６１のハウジング６４に挿入される（図１２、ステップ１０２）。端部５３は、芯出しチップ６２上で枢動され、ねじ６３によって引っ張られる。

【0061】

次に、図１２のステップ１０３に示されるように、モノリシックシャフト－インペラロータ５の主軸Ｒは、回転テーブル６の中心に対して直交する方向に沿って正確に位置決めされなければならない。位置合わせチェックは、型彫りＥＤＭ技術によってインペラ５１及び５２のそれぞれのチャネル５１１及び５２１の実現を実行するために加工される前のモノリシックシャフト－インペラロータ５全体の平面性及び同心性を保証するために重要である。位置合わせチェックは、実際には、１つ以上のダイヤルゲージ９によって実行される。

【0062】

より具体的には、ダイヤルゲージ９によって、基本的に２つのチェックが行われる。
－第１のチェックでは、図１２のステップ１０３１に示されるように、ダイヤルゲージ９は、ヘッド７３に実装され、モノリシックシャフト－インペラロータ５全体がＸ軸と平行であること、すなわちモノリシックシャフト－インペラロータ５の縦回転軸ＲがＸ軸と位置合わせされていることをチェックするために、Ｘ軸に沿ってスクロールされる（図１０も参照）。
－第２のチェックでは、図１２のステップ１０３２に示されるように、ベースプレート３１にダイヤルゲージ９を実装し、２つの可調整支持体４の４つの軸受４３の上の回転テーブル６の回転（図１１も参照）を通じてモノリシックシャフト－インペラロータ５（又は加工されるワークピース）を回転させることによって、いくつかの位置でモノリシックシャフト－インペラロータ５の同心性がチェックされる。

【0063】

可調整支持体４は、モノリシックシャフト－インペラロータ５の主軸ＲをＸ軸に適切に位置合わせした状態で維持し、ロータ５は２つの軸（Ｙ、Ｚ）で調整可能である。より具体的には、各可調整支持体４は、当該Ｙ軸に沿って位置合わせされた、当該ベースプレート３１のそれぞれの第１の位置決めガイド３１１又は第２の位置決めガイド３１２に沿って位置決めすることができ、その一方で、ベースプレート３１に対する、すなわちＺ軸に沿った可調整支持体４の、そしてモノリシックシャフト－インペラロータ５の高さを調整するために、スライダ４２を垂直部分４１２上でスクロールできるように、調整グレイン４１４が回転できる。

【0064】

ロータ５が位置決めされると、その可能な回転中の任意の可能なランオフを低減するように、図１２のステップ１０４に示されるように、ワークピース－電極がこれに接続され、加工プロセスが開始できる。次に、４つの隔壁２１、２２、２３、及び２４が上昇し、モノリシックシャフト－インペラロータ５を覆うために当該４つの隔壁２１、２２、２３、及び２４によって形成された容器内に誘電液体が導入される（図１２、ステップ１０４１参照）。

【0065】

この構成では、全ての位置決め調整が行われた後、型彫りＥＤＭプロセスを実行するために電極８がインペラ５１又は５２の側に到達し、図１２のステップ１０４２に示されるように、チャネル５１１又は５１を実現する。

【0066】

理解され得るように、電極８は、インペラ５１又は５２の任意の点に到達することができ、加工ヘッドユニット７、特にキャリア７１、垂直支持体７２によって、及び電極ホルダ７４を第３の回転軸Ｃの周りで回転させることによって、その位置及び配向を変化させる。また、モノリシックシャフト－インペラロータ５は、電極８が各インペラ５１又は５２の全ての周縁に容易に到達できるように、回転テーブル６によって第１の回転軸Ａに沿って段階的に回転し、こうして図１２のステップ１０４３に示されるように、チャネル５１１又は５１２を実現する。

【0067】

本発明の態様は、様々な特定の実施形態に関して説明されてきたが、当業者には、特許請求の範囲の趣旨及び範囲を逸脱することなく多くの修正、変更、及び省略が可能であることが、当業者には明らかであろう。加えて、本明細書で別段の指定がない限り、いずれのプロセス又は方法工程の順序又は配列も、代替的な実施形態に従って変更又は再配列され得る。

【0068】

例えば、上記で開示された実施形態では、型彫りＥＤＭプロセスのための装置が記載されており、これはその主軸の周りの回転中にランアウトを低減することを目的としているが、当業者は、開示された配置が、低減されたランアウトが必要とされ得る異なるシステムで使用され得ることを、理解するだろう。

【0069】

その１つ以上の例が図に例示されている本開示の実施形態を、詳細に参照してきた。各例は、本開示を限定するものではなく、本開示の説明として提供するものである。実際には、本開示の範囲又は趣旨から逸脱しない限り、本開示に様々な修正及び変形を加えることができるということが、当業者には明らかであろう。本明細書全体を通して「ある実施形態」又は「一実施形態」又は「いくつかの実施形態」への言及は、一実施形態に関して述べられる特定の特徴、構造、又は特性が、開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な個所における「ある実施形態では」又は「一実施形態では」又は「いくつかの実施形態では」という句が現れると、それは、必ずしも同じ実施形態を指しているものではない。また、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式において組み合わされ得る。

【0070】

様々な実施形態の要素を提示する際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素のうちの１つ以上があることを意味することを意図している。「備える（comprising）」、「含む（including）」、及び「有する（having）」という用語は、非排他的であることが意図され、列記された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】