JP2006002250A

JP2006002250A - 多孔質金属陰極および金属層除去方法

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Publication number: JP2006002250A
Application number: JP2005166304A
Authority: JP
Inventors: Frederick R Joslin; アール．ジョスリンフレデリック
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20070017819A1; CN1714974A; EP1607497A2; EP1607497A3; US7807037B2; US20080179195A1; CA2509168A1; US20050274625A1; SG118368A1; EP1607497B1

Abstract

【課題】金属陽極のギャップの内面から金属層を均一かつ正確に除去する方法を提供する。
【解決手段】金属層を除去する方法は、スロット１７を有する部品１３を供給するステップと、スロット１７に対応する外面７を有する壁部１９に囲まれた凹部からなる多孔質金属陰極５を供給するステップと、多孔質金属陰極５をスロット１７に挿入するステップと、電解液２７を多孔質金属陰極５の凹部に導くステップと、部品１３と多孔質金属陰極５との間に電流を流すことによりスロット１７の内面１１の一部を除去するステップからなる。放電加工などにより、内面１１に生じた不必要な層を均一に除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品から少量の表面金属を除去する装置、および前記装置の使用方法に関し、特に金属部品から白層（ｗｈｉｔｅｌａｙｅｒ）および／または再凝固した破片（ｒｅｃａｓｔｄｅｂｒｉｓ）を除去する方法に関する。

ＳＡＭ（超砥粒加工）あるいはワイヤＥＤＭ（放電加工）を用いて、スロット、特にブレード保持スロットを機械加工した場合、加工した表面に不用な物質が生じることが多い。特に、ＳＡＭを用いると、白層および曲がった結晶粒からなる不要な、薄い（約０．０００１インチ（約０．００２５４ｍｍ））局所的な個所が生じる傾向がある。同様に、ワイヤＥＤＭを用いると、切断面に沿って不用な、薄い（約０．０００１インチ（約０．００２５４ｍｍ））再凝固した材料の均一な層が生じる傾向がある。

白層および再凝固した材料は、通常不用であり、ブレード保持スロットなど部品の作用に許容できない悪影響を与える場合があるので、白層および／または再凝固した材料の全てを取り除くために、薄い（最大約０．０００５インチ（約０．０１２７ｍｍ））層を正確に、均一に取り除くことが望ましい。そのような白層および／または再凝固した材料を一度除去した後、ディスクスロットを任意選択で通常はショットピーニングして、望ましい圧縮応力を実現することができる。残念なことに、ＳＡＭまたはＥＤＭ機械加工を再び用いると、前述と同様の冶金的な悪影響を引き起こすことになる。

したがって、白層または再凝固した材料の不用な層を正確かつ均一に除去するために、ブレード保持スロットの機能面から少量の材料を除去する方法が必要とされている。そのような方法では、スロットの内面から約０．０００５インチ（約０．０１２７ｍｍ）の薄層を正確かつ均一に除去しなければならない。

したがって、本発明の目的は、部品から少量の表面金属を除去するための装置と、前記装置の利用方法とを提供することである。より詳細には、本発明は、金属部品から白層および／または再凝固した破片を除去する方法に関する。

本発明によると、金属層の除去方法は、材料が除去される表面を有する部品を供給するステップと、部品の表面に対応する外面を有する壁部に囲まれた凹部を備える多孔質金属陰極を供給するステップと、多孔質金属陰極を部品の表面に挿入するステップと、電解液を多孔質金属陰極の凹部に導入するステップと、部品と多孔質金属陰極との間に電流を流すことにより部品の表面の一部を除去するステップとからなる。

さらに、本発明によると、陰極は、凹部を有する多孔質陰電極を形成するように構築された壁部と、多孔質陰電極の第１端に取りつけられた第１保持プレートと、多孔質陰電極の第２端に取りつけられた第２保持プレートと、多孔質陰電極の第１端と第２端との間に取りつけられた第３保持プレートと、第１保持プレートから凹部に挿入された電解液導管部を備える。

さらに、本発明によると、金属層を除去する方法は、複数のスロットを有する部品を供給するステップと、スロットに対応する外面を有する壁部に囲まれた凹部を備える多孔質金属陰極を供給するステップと、多孔質金属陰極を複数のスロットの１つに挿入するステップと、電解液を多孔質金属陰極の凹部に導入するステップと、電解液を導入している間、部品と多孔質金属陰極との間に電流を流すことにより、複数のスロットの１つの内面の一部を除去するステップと、複数のスロットの１つから多孔質金属陰極を取り除くステップと、複数のスロットの別の１つが、多孔質金属陰極と整列するように、部品および陰極を相対的に動かすステップと、上記の導入するステップを繰り返すステップとからなる。

したがって、処理される表面から不要な材料の薄層を正確かつ均一に除去する装置、および前記装置の使用方法を提供することが、本発明の教示するところである。本発明の開示では、この処理される表面を、スロット、好ましくはブレード保持スロットの内面として例示している。これは、ブレード保持スロットを機械加工した部品を陽極として用いることにより達成されている。多孔質かつ耐食性の金属物質で金属陰極は形成されており、この金属陰極の外面は、金属陽極を形成するスロットの内面と形状が似ているが、この内面より小さい形状をなす。多孔質金属陰極の内部キャビティつまり凹部に電解液が注入され、陰極を通り、金属陰極と金属陽極との間の隙間に広がる。次に、正確に制御された実質的に均一な層をスロットの内面から除去するのに十分な割合および時間で金属陽極と金属陰極との間に流れるように電流が流される。

図１を参照すると、本発明の装置が詳細に図示されている。ギャップ１７を有する金属陽極１３が図示されており、このギャップ１７は、不要な材料を除去すべき箇所として金属陽極１３に機械加工されている。金属陽極１３は、あらゆる種類の金属で構成することができる。好ましい実施形態では、金属陽極１３は、ニッケル合金、ニッケル超合金およびチタン合金で形成されている。ブレード保持スロットについて図示しているが、ギャップ１７はそれには限定されない。より正確には、ギャップ１７は、金属陽極１３に加工されるあらゆる凹部であってもよい。ギャップ１７は、内面１１を有するように形成されており、前述のように、この内面１１上に不用な白層および／または再凝固した材料（図示せず）が位置している。このような不要な白層および再凝固した材料の典型的な厚さは、最大約０．０００１インチ（約０．００２５４ｍｍ）である。

多孔質金属陰極５は、実質的に均一な肉厚３の壁部１９に囲まれた凹部を形成する。構成されているように、多孔質金属陰極５は、外面７を有する。外面７の形状は、金属陽極１３の内面１１で形成された形状と相似している。金属陽極１３の内面１１と、多孔質金属陰極５の外面７の形状は相似しているが、金属陽極１３の内面１１により区画された陥凹部内に多孔質金属陰極５が適合できるように、多孔質金属陰極５の外面７は、内面１１より小さい形状をなしている。多孔質金属陰極５の外面７が、金属陽極１３の内面１１に比べ、０．００５〜０．０２５インチ（約０．１２７〜０．６３５ｍｍ）小さいことが望ましい。これにより、多孔質金属陰極５の外面７と金属陽極１３の内面１１との間に、約０．００５〜０．０２５インチ（約０．１２７〜０．６３５ｍｍ）幅のギャップ１７が形成される。好ましい実施形態では、内面１１と外面７の間のギャップ１７の幅は、約０．０１５インチ（約０．３８１ｍｍ）である。

前述のように、壁部１９は実質的に均一な肉厚３である。運転中、壁部１９により形成された凹部に電解液が導入され、多孔質金属陰極５を通り、ギャップ１７に広がることができる。したがって、多孔質金属陰極５の外面７全体に亘って概ね一定の流量で電解液が広がることが望ましい。このことは、実質的に均一な肉厚３の壁部１９を備える多孔質金属陰極５を形成することにより達成される。

多孔質金属陰極５の内部キャビティに導入された電解液を、壁部１９に浸透させ、ギャップ１７を満たし、それにより多孔質金属陰極５と金属陽極１３との間に電流用経路を形成することができるように、電解液が通過できる気孔を有する素材で多孔質金属陰極５を形成しなければならない。したがって、多孔質金属陰極５は、多孔質で、好ましくは耐食性を有する金属で形成されている。このような金属として多孔質ステンレス鋼で形成されることがさらに望ましい。多孔質金属陰極５を形成するために用いられる金属が、約１００ミクロンの多孔質ステンレス鋼であることが最も望ましい。前述のように、多孔質金属陰極５の外面７が金属陽極１３の内面１１に対応する所望の幾何学形状を備える多孔質金属陰極５を製造するための、好ましい形成方法は、多孔質ステンレス鋼の一部をワイヤＥＤＭ加工することである。

図２を参照すると、本発明の多孔質金属陰極５の側面が図示されている。複数の保持プレート２１、２３、２５が、多孔質金属陰極５に取りつけられている。多孔質金属陰極５の内側凹部に電解液２７を導入する電解液導管部１５が、上記プレートの１つの保持プレート２５を通り挿入されている。好ましい実施例において、電解液導管部１５は、好ましくは非円形断面を有し、これにより電解液導管部１５の保持力を高め、運転中の望ましくない回転を防ぐ。保持プレート２３、２５は、多孔質金属陰極５の外面７により形成される形状と相似しており、多孔質金属陰極５の前端および後端の両端部に取りつけられている。これにより、電解液導管部１５を通り多孔質金属陰極５の内側凹部に導入された電解液２７が多孔質金属陰極５の前端部または後端部からすぐに流出してしまわないように、保持プレート２３、２５が防いでいる。同様に、電解液導管部１５を通り多孔質金属陰極５の内側凹部に導入される電解液２７が多孔質金属陰極５の底部から流出しないように、保持プレート２１が防いでいる。図示されているように、電解液導管部１５に導入された電解液２７が多孔質金属陰極５の内側凹部内に流入できるように、電解液導管部１５は保持プレート２５に取りつけられている。このようにして、多孔質金属陰極５の壁部１９を通りギャップ１７に入る電解液２７の正確に制御できる拡散率を実現するために、電解液２７は、所定の流量および圧力で電解液導管部１５から多孔質金属陰極５の内側凹部に導入される。

運転中、多孔質金属陰極５はギャップ１７内に設置される。次に、電解液２７が、電解液導管部１５を通り多孔質金属陰極５に導入される。電解液２７は、酸ベースあるいは食塩水ベースの電解液である。ギャップ１７を完全に満たすとともに、放電電解液／破片１２（放電電解液と破片の混合物）がギャップ１７から流出できるのに十分な割合で、電解液２７は電解液導管部１５から導入される。電解液２７の典型的な流量は、約０．５〜３ＧＰＭ／ｉｎｃｈ²（ガロン／分／平方インチ）である。好ましい実施形態において、流量は、１ＧＰＭ／ｉｎｃｈ²（ガロン／分／平方インチ）である。

電解液２７が、電解液導管部１５から導入され、多孔質金属陰極５の壁部１９を通って広がり、ギャップ１７を満たすと、多孔質金属陰極５と金属陽極１３の間に電流が誘導される。多孔質金属陰極５と金属陽極１３との間に低い電位差をもたらすことにより、電流が生成される。この電圧の典型的な値は、ニッケル合金から形成された部品に適用される場合、約５〜２０ボルトである。好ましい実施例においては、電圧は、約１０．５ボルトＤＣである。上記のような設定を利用して得られる典型的な電流密度は、多孔質金属陰極５の内面の表面積１平方インチ（約６．４５ｃｍ²）あたり約５．２アンペアである。上記の設定を用いると、電流が約１００秒間流れる間に、金属陽極１３の内面１１から約０．００１インチ（約０．０２５４ｍｍ）の材料を除去することができる。

金属陽極１３の内面１１から除去された材料は、放電電解液／破片１２を部分的に形成する金属水酸化物スラッジとして排出される。この破片は、廃棄されるか、あるいは、電解液導管部１５から再導入、再利用できる比較的混じりけのない電解液２７だけを残すために、放電電解液／破片１２をろ過して取り出される。

別の実施例では、複数のスロット内の白層および再凝固した材料を効果的に除去するために本発明を用いることができる。図１を参照すると、ディスクすなわちハブの周囲に半径方向に配置され、モミの木形状に加工された複数のスロット１７を、金属陽極１３は典型的に備える。各ギャップ１７は、互いが一定の間隔で離れている。そのような例において、前述のように、多孔質金属陰極５がギャップ１７に挿入され、電解液が導入され、電流が供給され、ギャップ１７の表面から金属が除去される。次いで、多孔質金属陰極５はギャップ１７から取り除かれ、上記金属陽極を形成するディスクすなわちハブと、金属陰極５とが相対的に動かされる。例えば、別のギャップ１７が多孔質金属陰極５と整列するように、ディスクを回転させるか、あるいは他の方法でディスクを動かす。上記の工程は、繰り返し行われる。

多孔質金属陰極５と金属陽極１３との間の電圧、電解液２７の導入の割合、および電圧が印加される継続時間を変化させることにより、金属陽極１３の内面１１から均一かつ正確に制御された量の材料を除去することができる。

金属陽極および本発明の多孔質金属陰極の図。保持プレートを示している本発明装置の図。

Claims

金属層の除去方法であって、
材料が除去される表面（１１）を有する部品（１３）を供給するステップと、
上記部品の表面（１３）に対応する外面（７）を有する壁部（１９）に囲まれた凹部を備える多孔質金属陰極（５）を供給するステップと、
上記多孔質金属陰極（５）を上記部品の表面（１１）に挿入するステップと、
電解液（２７）を上記多孔質金属陰極（５）の上記凹部に導入するステップと、
上記部品（１３）と上記多孔質金属陰極（５）との間に電流を流すことにより上記部品の表面（１１）の一部を除去するステップと、
からなる金属層除去方法。
上記部品（１３）の上記供給が、上記部品の表面（１１）がスロット（１７）である上記部品（１３）を供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、ステンレス鋼からなる上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、１００ミクロンの多孔質ステンレス鋼からなる上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、ワイヤＥＤＭ加工で上記多孔質金属陰極（５）を切断するステップを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、上記壁部（１９）が実質的に均一な肉厚（３）である上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、上記外面（７）が上記部品（１３）の上記内面（１１）より、０．００５〜０．０２５インチ（約０．１２７〜０．６３５ｍｍ）小さい上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、上記外面（７）が上記部品（１３）の上記内面（１１）より、約０．０１５インチ（約０．３８１ｍｍ）小さい上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項７に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、非円形断面を有する電解液導管部（１５）を備える上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記電解液（２７）の上記導入が、酸ベースの電解液あるいは生理食塩水ベースの電解液からなる群から選択された上記電解液（２７）を導入することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記電解液（２７）の上記導入が、０．５〜３．０ＧＰＭ／ｉｎｃｈ²（ガロン／分／平方インチ）の割合で上記電解液（２７）を導入することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
上記電解液（２７）の上記導入が、約１ＧＰＭ／ｉｎｃｈ²（ガロン／分／平方インチ）の割合で上記電解液（２７）を導入することを含む請求項１１に記載の金属層除去方法。
上記電解液（２７）の上記導入および上記電流の流れが、上記内面（１１）の０．０００５〜０．００１５インチ（約０．０１２７〜０．０３８１ｍｍ）の材料を取り除くのに十分なような、電解液の流量、電流の値、および持続時間でもって行われることを特徴とする請求項１に記載の金属層除去方法。
上記電解液（２７）の上記導入および上記電流の流れが、上記内面（１１）の約０．０００１インチ（約０．００２５４ｍｍ）の材料を取り除くのに十分なような、電解液の流量、電流の値、および持続時間でもって行われることを特徴とする請求項１３に記載の金属層除去方法。
上記多孔質金属陰極（５）の上記供給が、０．５〜３．０ＧＰＭ／ｉｎｃｈ²（ガロン／分／平方インチ）の電解液の流量を供給するのに十分な気孔率を有する上記多孔質金属陰極（５）を供給することを含む請求項１に記載の金属層除去方法。
陰極であって、
凹部を有する多孔質陰電極（５）を形成するように構成された壁部（１９）と、
上記多孔質陰電極（５）の第１端に取りつけられた第１保持プレート（２３）と、
上記多孔質陰電極（５）の第２端に取りつけられた第２保持プレート（２５）と、
上記多孔質陰電極（５）の上記第１端と上記第２端との間に取りつけられた第３保持プレート（２１）と、
上記第１保持プレート（２３）を通り上記凹部に挿入された電解液導管部（１５）と、
を備える陰極。
上記壁部（１９）が、実質的に均一な肉厚（３）であることを特徴とする請求項１６に記載の陰極。
上記電解液導管部（１５）が、非円形断面を有することを特徴とする請求項１６に記載の陰極。
上記多孔質陰電極（５）が、多孔質ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１６に記載の陰極。
上記多孔質陰電極（５）が、１００ミクロンの多孔質ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１９に記載の陰極。
上記壁部（１９）が、モミの木形状を有することを特徴とする請求項１６に記載の陰極。
金属層の除去方法であって、
複数のスロット（１７）を有する部品（１３）を供給するステップと、
上記スロット（１７）に対応する外面（７）を有する壁部（１９）に囲まれた凹部を備える多孔質金属陰極（５）を供給するステップと、
上記多孔質金属陰極（５）を上記複数のスロット（１７）の１つに挿入するステップと、
電解液（２７）を上記多孔質金属陰極（５）の上記凹部に導入するステップと、
上記電解液（２７）を導入している間、上記部品（１３）と上記多孔質金属陰極（５）との間に電流を流すことにより、上記複数のスロット（１７）の上記１つの内面（１１）の一部を除去するステップと、
上記複数のスロット（１７）の上記の１つから上記多孔質金属陰極（５）を取り除くステップと、
上記複数のスロット（１７）の他の１つが上記多孔質金属陰極（５）と整列するように、上記部品（１３）および上記陰極（５）を相対的に動かすステップと、
上記の導入ステップを繰り返すステップと、
からなる金属層除去方法。