JP2001162444A

JP2001162444A - 放電加工用のプロセス及び装置

Info

Publication number: JP2001162444A
Application number: JP2000335829A
Authority: JP
Inventors: Francois Balleys; バレーフランソワ
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2001-06-19
Also published as: DE60001299T2; ES2190392T3; EP1097773B1; US6465754B1; DE60001299D1; KR20010051444A; CH693529A5; EP1097773A1; KR100721779B1

Abstract

(57)【要約】【課題】放電加工において、電解現象によるツール及
び加工片の劣化を防止する。【解決手段】各浸蝕放電中用のプロセス及び装置が、
浸蝕放電毎に、以下の連続段階を実行する：加工流体中
に存在するイオンが、ツールと加工片を隔離する加工距
離より短い振動経路に追従するような周波数の交流電圧
をツールと加工片の間に印加する遅延段階（ｔD）、遅
れ期間（ｔR）及び浸蝕放電段階（ｔC）から成る火花放
電段階（ｔA）、及び電圧を印加しないで、加工流体中
を通るイオン化経路が消滅するようにする休止段階（ｔ
B）。これにより、すべての電解現象、及び電極と加工
片の劣化を完全に抑制して、トリガ及び加工を高効率に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工片をツールに
よって加工する放電加工用のプロセス及び装置に関する
ものであり、これらの加工片及びツールは、加工流体中
に位置する作業空間の加工距離だけ相互に隔離され、こ
のツールと加工片の間に電圧を印加することによって浸
蝕放電を起こすものである。

【０００２】

【従来の技術】放電加工用のプロセス及び装置は電極ツ
ールを用いるものであり、これはワイヤ、チューブ、ま
たはあらゆる形状を有する電極とすることができる。こ
の電極は加工片とは物理的に接触せずに、流体によって
隔離されている。

【０００３】一部の機械ユーザは、放電によってもたら
されるツールの寿命期間が、通常の機械的な方法によっ
てもたらされるツールの寿命期間より短くなりうること
を認知している。

【０００４】この問題の原因は、放電加工される加工片
の表面を損傷する電解現象である。電解は、加工表面を
加工前より低硬度かつ不均質にしうる。これは特に、加
工加工片が焼結材料の場合に当てはまる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】加工中に起きる電解
は、電極と加工片を分離するには導電率が高すぎる、
水、あるいは他の液体または流体を使用するすべての機
械で発生する不所望な副次的効果である。

【０００６】電解の影響は、液体の導電率、即ちその荷
電担体の内容（イオン及び電子）に比例する。このこと
が、水を使用する際に水を脱イオン化して、できる限り
少ないイオンを含むようにしなければならない理由であ
る。しかし水の特性は、非常に高純度の水でも浮遊イオ
ンを含むというものである。

【０００７】加工片を放電加工するためには、まず電極
と加工片の間に電圧を印加する必要があるということは
周知である。また、加工の役をする電流放電が電圧の印
加後に即座には起こらないということも周知であり、こ
れは当業者が遅延時間と称するものである。

【０００８】この遅延時間ｔD中に、電界の影響下で、
液体中に存在する負極性のイオンが正極性の加工片に引
き付けられて、この加工片を連続的に衝撃する。

【０００９】またこれらのイオンは加工片と化学的に反
応して塩を形成し、この塩が次々に溶解する。換言すれ
ば、加工片の表面の金属が、金属学的に変化されやすく
なる。

【００１０】この不所望な電解現象を回避するために、
少数のイオンのみを含む流体を使用する。従ってこの流
体は、電気化学的プロセスに加わるべきでないものであ
る。このため、絶縁流体として鉱物油が用いられてきて
いる。

【００１１】しかし、特に加工中には、放電加工によっ
て発生する多数の浸蝕粒子並びに放電によって起きる油
のクラッキングによる分子が油に含まれ、油の中に帯電
粒子が存在しないことが保証されていない。従ってこう
した対応策は、電解の問題を軽減しうるものに過ぎな
い。

【００１２】さらに、ワイヤ電極での加工の場合には、
絶縁体として油を用いる解決方法は、加工の速度を大幅
に低減するという大きな欠点を有する代替方法である。

【００１３】塊状電極での加工の場合には、帯電した加
工スラッジが出現する恐れを排除することができず、こ
れらの加工スラッジは集塊して一方の電極に固着する。

【００１４】また、水の導電性をできる限り低いレベル
に維持することも可能である。イオンを含まない水を得
ることは不可能であることが確認されているので、この
解決法は問題を軽減するものに過ぎない。

【００１５】また特定の仕上げ段階では、電極と加工片
の間に印加する極性を反転させることによる一種の加工
ステップが実行されてきた。この場合には、電極は加工
片に対して正の電荷を有する。これにより、加工片上で
回避されるべき電気化学的現象を電極上に移すことがで
きる。この方法の欠点は、仕上げ操作がより遅速にな
り、同時に電解現象を完全には回避することができない
ということである。

【００１６】またスイス国特許第536166号及び米国特許
第4,347,425号に、極性が異なる２つの電圧源から成る
電圧発生器を用いる方法が提案されている。これらの電
圧源は遅延時間中に、主放電を確立する間に有する極性
とは逆の極性を有するように作動することができる。こ
れにより電解の損傷効果を軽減することができる。しか
しこれらの電源は、電解の発生を防止することはできな
い。

【００１７】電解を防ぐ他の解決法は、電極と加工片の
間の連続する２回の電流放電を隔てる休止期間中に、欧
州特許0 545 156号に記載のように直流の断続的な印加
で、あるいは米国特許第4,447,696号または第5,698,115
号に記載のように高周波の交流で、前記電圧源を始動さ
せることである。これらの解決法は、特に電解が大きい
際に、即ち一般的に高いトリガ電圧を印加する際の遅延
時間ｔD中に、電解を回避することができないという欠
点を有する。

【００１８】本発明の目的は、これらの欠点を克服し
て、電解現象を回避することができる放電加工用のプロ
セス及び装置を提供することにある

【００１９】

【課題を解決するための手段】この目的のために本発明
は、浸蝕放電中に下記の一連の段階を実行し：ａ）ツールと加工片の間に印加する交流電圧が、加工流
体中に存在するイオンがこれらのツールと加工片を隔離
する前記加工距離より十分短い振動経路に追従するよう
な周波数を有し、かつ前記交流電圧の効果によって、こ
れらのツールと加工片の間にイオン化通路が生成される
期間である遅延段階、ｂ）前記ツールと加工片の間を流れる電流の検出に始ま
り、直流電圧源が浸蝕放電電流を形成してこれを供給す
る期間である火花放電段階、ｃ）前記ツールと加工片の間に電圧を印加しないで、こ
れらのツールと加工片の間に存在する加工流体が脱イオ
ン化されて、前記イオン化経路が消滅するようにする期
間である休止段階；そして加工中を通して、これら一連
の段階を繰り返すことを特徴とする。

【００２０】これらの特徴は、このツールの所定部分に
過剰な熱を加えることによる、例えばワイヤの破損のよ
うな加工片またはツールの劣化を回避して、容易な放電
のトリガ方法かつ高い加工効率で、電解現象のない加工
プロセスが得られるようにする。

【００２１】好ましくは、本発明によるプロセスは、30
ミクロン〜40ミクロンの加工距離を設けた作業空間に対
して前記交流電圧の周波数を少なくとも100kHzとするこ
と、この距離が減少する際にこの周波数を増加させると
いうこと、及びほぼ１ミクロンに等しい距離に対してこ
の周波数をほぼ10MHzとするということを特徴とする。

【００２２】これにより前記イオンの振動経路が前記加
工距離よりずっと短くなり、加工液中に存在するイオン
による、前記加工片及びツールへのすべての衝撃を回避
することができる。

【００２３】好適な変形例では、前記遅延時間中に前記
交流電圧の周波数を可変にする。

【００２４】遅延段階中にこの交流電圧の周波数を徐々
に減少させて、周波数のスペクトルを掃引させることが
好ましい。

【００２５】これらの特徴は、イオン化経路の生成を効
果的に改善し、従って放電のトリガ方法を改善するもの
である。

【００２６】負パルスの期間が正パルスの期間と異なる
ような交流電圧を確立することが好ましい。

【００２７】これにより、加工条件を最適化しつつ、加
工ギャップまたは加工距離間の平均電圧を適応させて、
いかなる電解現象も存在しないことを保証することがで
きる

【００２８】負パルスの振幅が正パルスの振幅と異なる
ように交流電圧を確立することによって、これらの利点
をさらに改善することができる。

【００２９】好適な変形例によれば、前記交流電圧を、
前記ツールと加工片の間の電流を検出した瞬間に存在す
るランダムな極性にブロックする

【００３０】これらの特徴は、浸蝕放電を確立する間の
極性の変化によってトリガされる放電の消失を回避でき
るようにする。

【００３１】本発明のプロセスの他の変形例は、前記ツ
ールと加工片の間の電流の検出により前記交流電圧をブ
ロックすること、及び好ましくは、前記所定の極性が前
記直流電圧源の極性に相当することを特徴とする。

【００３２】これらの特徴も、電解現象に対する方策を
維持したままで、前記消失の恐れを低減できるようにす
る。

【００３３】本発明のプロセスの特に好適な変形例は、
前記火花放電段階を、直流電圧源による主放電のトリガ
の期間に相当する遅れ時間と、浸蝕放電に対応する電流
時間とに副分割すること、及びこの遅延時間の期間を調
整して、各浸蝕放電毎に、前記交流電圧の正パルスと負
パルスから成る完全周期が少なくとも１回得られるよう
にすることを特徴とする。

【００３４】これらの特徴も、精密に制御するやり方
で、電解対応策を洗練させることができる。

【００３５】このため、前記遅れ時間を次式のように調
整することが好ましい。Ｔr≧Ｔ−ｔD ここに、Ｔrは遅れの期間、Ｔは前記交流電圧の周期、
ＴDは前記遅延段階の期間である。

【００３６】また本発明は、放電加工のプロセスを実行
する装置にも関するものであり、これはツールと加工片
の間に電圧を印加することによって、ツールにより加工
片を加工するものであり、これらのツールと加工片は作
業空間の加工距離だけ相互に隔離され、この作業空間内
には加工流体が存在し、遅延段階中に、これらのツール
と加工片の間の加工流体中に存在するイオンが前記加工
距離より十分短い振動経路に追従し、かつこれらのツー
ルと加工片の間にイオン化経路が生成されるような周波
数の交流電圧を発生すべく構成された交流電圧源と、こ
れらのツールと加工片の間の電流を検出すべく適応され
た検出器と、前記ツールと電極の間の電流の検出で始ま
る火花放電段階中に、浸蝕放電電流を形成してこれを維
持すべく構成された直流電圧源と、浸蝕放電中に、前記
遅延段階と、前記火花放電段階と、これらのツールと加
工片の間に電圧を印加しないで、これらのツールと加工
片の間の加工流体が脱イオン化されて前記イオン化経路
が消滅するようにする休止段階とから成る一連の段階が
実行されるように、前記交流電源及び直流電圧源を始動
すべく構成された制御ユニットとを具えることを特徴と
する。

【００３７】これによりこの装置は、これらのツール及
び加工片の熱的に損傷することなく効果的な加工ができ
るようにしつつ、すべての電解現象を排除することがで
きる。

【００３８】本発明の特徴は、遅延段階中に、高周波の
交番電界の影響下でイオンがごくわずかしか動かないこ
とが必要なことである。イオンが平衡位置の周辺で振動
するが、この振動が起きる間の距離は、前記ツールと加
工片の間の空間の幅よりずっと小さい。このためイオン
の衝撃がありえない。他方では、最軽量のイオンより数
万分の一も軽い電子の可動性は、高周波の電界に追従で
きるものであり、よってトリガができるようにする。休
止段階は、ギャップの絶縁体を完全に脱イオン化するた
めに必要であり、従って休止期間には、前の放電のイオ
ン化経路の位置が記憶保持されない。これにより、同一
箇所に２回以上の放電が起こり、この箇所に過剰な熱が
加わることにより、これらのツール及び加工片に例えば
ワイヤの破損のような損傷を起こすことを回避すること
ができる。

【００３９】本発明の他の利点は、従属請求項に記載し
た特徴事項、及び本明細書に以下に記述する事項によっ
てもたらされ、以下、本発明の実施例及びその変形例の
プロセス及び装置について、図面を参照して詳細に記述
する。

【００４０】

【発明の実施の形態】図１に既知の放電加工用の装置を
示し、これは一般に、少なくともその一部分が加工流体
または加工液３中に含まれる、ツールの役をする電極１
と、加工すべき加工片２とを具える。電圧源４は、例え
ば抵抗に電圧を印加することができるものであり、ここ
ではスイッチ５（図示せず）を閉じた後に、電極１と加
工片２の間に電圧を印加する。

【００４１】図２Ａ及び図２Ｂに、図１に相当する既知
の方法における、前記電極と加工片の間の幅がＬの作業
空間における電圧（図２Ａ）及び電流（図２Ｂ）を示
す。

【００４２】電極１と加工片２の間に浸蝕放電が起きる
ためには、まず電圧源４によって、電極１と加工片２の
間に電圧を印加する必要があるということは周知であ
る。電極１と加工片２の間に電圧が印加されるが、もち
ろん加工流体３の電解質の導電性による小電流を除いた
いかなる電流も通じない時間ｔDを図２Ａに示し、この
段階は当業者が通常、遅延時間ｔDと称するものであ
る。ランダムに継続するこの時間中に、電極１と加工片
２の間の電圧は図２Ａに示すようになり、この間には、
図２Ｂに示すようなイオン性の電流のみが電極１と加工
片２の間に流れる。この低電流は通常動作で0.1A〜１A
のオーダである。また期間が可変のこの時間が過ぎた後
に、電極１と加工片２の間に浸蝕電流放電が起きること
も既知である。浸蝕電流放電が起きる時間は、図２Ａに
ｔAで示す。この時間中には、図２Ａに示すように電極
１と加工片２の間の電圧の値が下降し、この間に例えば
図２Ｂに示すように、電極１と加工片２の間に電流が確
立される。また加工片２を損傷しうる、電極１と加工片
２の間の電弧の形成を回避するために、電極１と加工片
２の間の電流の流れを、図２Ａに示すような所定の期間
だけ中断しなければならないことも周知である。このこ
とは周知の手段によって行うことができ、例えば１個ま
たは数個のスイッチの開閉を制御して、電極１と加工片
２の間の電圧の印加を許容または阻止する装置（図示せ
ず）を用いる。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、スイッ
チの開放の後に、電極１と加工片２の間の電圧及び電流
が０になる。

【００４３】図１に、現在技術状態による、また図２Ａ
及び図２Ｂに対応する、遅延時間ｔD中の、電極１と加
工片２を隔離する絶縁流体３を含む幅Ｌの空間内の負電
荷６を有するイオン及び正電荷７を有するイオンの平均
的な移動Ｐ1を示す。この遅延時間ｔD中に、電極１が負
電荷８を有し、かつ加工片２が正電荷９を有するよう
に、電圧源４が電圧を印加する。その結果、正電荷７を
有するイオンが電極１を衝撃し、負電荷６を有するイオ
ンが加工片２を衝撃して、表面を損傷する電解現象が起
きる。

【００４４】図３Ａ及び図３Ｂは図４Ａ及び図４Ｂに対
応するものであり、これらは不所望な電解の影響を低減
することを目的とする他の既知の従来装置に関するもの
である。これらの装置は、少なくとも２個の極性が互い
に逆の電圧源４及び１０を具えている。遅延時間ｔD中
には、電圧源４が電極１及び加工片２に電圧を印加しな
い。この同じ遅延時間ｔD中に、電圧源１０が電極１及
び加工片２に電圧を印加し、この電圧は、浸蝕電流の主
放電が起きる時間ｔA中に電圧源４がこれらに印加する
電圧の極性とは逆の極性である。電圧源１０及び電圧源
４のスイッチ切換えを行う制御ユニットは、簡略化のた
め図示していない。これにより遅延時間ｔD中に、電極
１と加工片２の間の電圧は図４Ａに示すように放電中に
印加される電圧とは逆の極性であり、この間には図４Ｂ
に示すようにイオン性の小電流のみが電極１と加工片２
の間に流れる。時間ｔDが経過した後に、絶縁流体３中
に導電性の経路が形成されて、電極１と加工片２の間に
図４Ｂに示す電流が確立される。この電流を検出するデ
バイス（当業者に周知であり、図示せず）は、電極１と
加工片２の間の突発的な電流の増加を検出するものであ
り、制御ユニット（これも当業者に周知であり、図示せ
ず）は、電圧源１０をトリガして、電圧源４に、浸蝕電
流の主放電を行わせるものである。これにより遅延時間
ｔD中に、電極１と加工片２の間の電圧は図４Ａ及び図
４Ｂに示すように、主放電中に印加される電圧とは逆の
極性になる。

【００４５】なお遅延時間ｔDは電極１と加工片２の間
の電圧の増加を検出すると直ちに、ランダムな期間で終
了する。同時に、時間ｔAあるいは火花放電時間が始ま
る。この時間ｔAは、遅れ時間ｔRあるいは準備時間と、
時間ｔCあるいはいわゆる真の放電時間とに副分割する
ことができる。電極と加工片の間の電流を検出すると、
従って時間ｔR及び時間ｔAの最初に、主電圧源４をオン
状態にする。しかし、電圧源４の電子及び電気回路が作
動するまでには、前記電圧（図４Ａ）及び電流（図４
Ｂ）が反転するまでの、この遅れ時間ｔRに相当する所
定期間の遅延が存在する。この電圧が反転する瞬間に
は、遅れ時間ｔRが終了して、放電が起きる放電時間ｔC
が始まる。

【００４６】図３に、現在技術状態による、また図４Ａ
及び図４Ｂに対応する、時間ｔD中の、電極１と加工片
２を隔離する絶縁流体３を含む幅Ｌの空間内の負電荷６
を有するイオン及び正電荷７を有するイオンの移動Ｐ1
を示す。この時間ｔD中に、電極１が正電荷を有し、か
つ加工片２が負電荷を有するように、電圧源１０が電圧
を印加する。その結果、負電荷を有するイオン６はもは
や図２に示す場合のように加工片２を衝撃しないが電極
１を衝撃し、正電荷７を有するイオンはもはや電極１を
衝撃しないが加工片２を衝撃して、負電荷を有するイオ
ンによって生じる損傷より小さい損傷を加工片２に与え
る電解現象を起こし、電解現象を完全には回避すること
ができない。

【００４７】図３Ｂに、現在技術状態による、また図４
Ａ及び図４Ｂに対応する、時間ｔC中の、電極１と加工
片２を隔離する絶縁流体３を含む幅Ｌの空間を示し、こ
の過程中に浸蝕電流１４の主放電が起きる。電圧源１０
が不作動状態となり電圧源４が作動し、これにより浸蝕
電流１４の主放電が発生する。

【００４８】これらの電圧発生器は既知の原理に従って
作動し、電解現象をいくらか低減することができるが、
遅延時間ｔD中にイオンがブロックされないので、電解
が起きることを完全に回避することはできない。

【００４９】図５Ａ及び図５Ｂに示す本発明によるプロ
セスの第１実施例によれば、浸蝕放電中に、次の一連の
段階を実行する

【００５０】遅延段階ｔD中に、交流電圧源により、前
記電極と加工片の間に交流電圧を印加する。この電圧の
周波数は、すべての場合について、前記流体中に存在す
るイオンがこれらの電極と加工片を隔離する加工距離よ
り十分短い振動経路に追従するような値に設定する。こ
の周波数は通常、0.1MHz〜10MHzの間で選択することが
できる。この遅延段階ｔD中には、イオン性の電流が前
記作業空間あるいは電極１と加工片２とのギャップＧを
通過しない。イオン性電流により、というのは、電極か
ら加工片へ通過する、あるいはその逆のイオンの移動に
よる電流のことである。電極と加工片の間の電圧は、図
５Ａに示す一定の周波数で極性が変化する。なおこの段
階中に、加工片及びツールから成る電極の分散容量のた
め一般に0.5A未満のガルバニック小電流が、図５Ｂに示
すように充放電を行う。

【００５１】前記ギャップの物理的及び化学的条件に応
じてランダムに変化する通常１μsecであり極端な値が1
5μsecとなりうる期間の後に、前記流体または絶縁液３
中に導電性の経路が形成されて、前記電極と加工片の間
に電流が確立され始め、この間にトリガ電圧Ｕが大幅に
減少する。適切な検出デバイスがこの電流の突発的な増
加を検出して、次の段階、いわゆる火花放電段階ｔA中
に、直流電圧源を始動させて、浸蝕電流の主放電を発生
させて、これを維持する。後者の段階は実際には、２つ
の独立した期間に副分割することができ、第１期間ｔR
中には２Ａ〜６Ａのオーダの小電流のみが電極と加工片
の間に流れ、この電流の極性は、前記交流電圧源の交流
電圧の極性に再び依存する。この第１期間は、主放電の
前置きの期間に相当する遅れ時間ｔRあるいは準備時間
に対応し、この時間中に主放電電流が始動する。この遅
れ時間ｔRの期間は、直流電圧発生器の電気回路及び電
子回路に依存し、加工中の浸蝕放電毎にほぼ一定であ
る。この期間は通常、0.2μsec〜0.4μsecである。

【００５２】この火花放電段階ｔAの第２期間ｔCは、浸
蝕放電が起こり、これが直流電圧源によって維持される
電流時間に対応する。この火花放電段階ｔAの期間は、
最適な効率及び加工品質が得られるように設定する。火
花放電段階の期間は通常２μsecとすることができ、も
ちろん当業者が所定の実験データに従いこの値を設定す
ることができることは明らかである。

【００５３】前記直流電圧源及び交流電圧源を遮断する
ことにより、この段階を終えて次の段階ｔBが始まる。
休止期間ｔB中には、電極と加工片の間に電圧を印加し
ないで、電極と加工片の間に存在する加工流体または加
工液が脱イオン化されて、イオン化経路が完全に消滅す
るようにする。前記ギャップの導電性は非常に急速に減
少する。

【００５４】実際には、各放電の段階のサイクルは、こ
の脱イオン化が起きる休止時間あるいは段階ｔBから始
まる。これにより前記ギャップは、前の放電のイオン化
経路の位置を記憶したままでいることができない。同一
箇所で２回の放電または一連の放電が連続して起こり、
この箇所に過剰な熱が加わることによってワイヤの破損
に至ることを回避できるので、この休止段階は絶対に必
要である。この期間は１μsec〜20μsecであることが好
ましい。これにより各放電の前に、遅延段階または時間
ｔDと称されるランダムな時間が先行し、この間に新た
なイオン化経路が生成されて、前記ギャップの導電性が
次第に、そしてますます急速に増大する。

【００５５】前述した装置では、遅延段階ｔD中に、高
周波の交番電界の影響下でイオンがごくわずかしか移動
しないことが必要である。この同じ装置は、ランダムな
極性で放電をトリガすることができる。

【００５６】高周波の交流電圧のため、イオンが平衡位
置の周辺で振動し、この振動が起きる間の距離は、電極
と加工片の間の空間の幅よりはるかに小さい。これによ
り、イオンによる衝撃がありえなくなる。

【００５７】これとは対照的に、電子の移動性は、この
高周波電界に追従しうるようなものとなり、従ってトリ
ガが可能になる。これにより、イオン及び電子は同じ電
界にさらされ、従って同じ力を受けるが、電子は最軽量
のイオンより数万分の一も軽い。

【００５８】ワイヤと加工片の間の距離30ミクロン〜40
ミクロンに対して、反電解効果が認められるようにする
ためには、印加する交流電圧の最低周波数として100kHz
が必要であるということが実験的に示されている。この
距離は、ワイヤマシンによって加工片を粗仕上げする間
に見られる距離である。

【００５９】ワイヤと加工片の間の距離がより小さくな
る際には、より高い周波数が必要になり、仕上げ時の場
合のように前記ギャップが数ミクロンに過ぎない際に
は、10MHzの周波数が必要になる。

【００６０】また、交流電圧の周波数を選定する間に、
絶縁流体中に含まれるイオンの特性を考慮に入れて、こ
れらのイオンの振動経路を非常によく制御できるように
することも可能である。これにより、低分子量かつ／ま
たは高電荷を有するイオンは、高分子量かつ／または低
電荷を有するイオンよりも十分高い周波数を必要とす
る。

【００６１】図１０Ａに、本発明による、また図５Ａ及
び図５Ｂに対応する、遅延段階ｔD中の、電極１と加工
片２を隔離する絶縁流体３を含む幅Ｌの作業空間Ｇ内の
負電荷６を有するイオン及び正電荷７を有するイオンの
平均変位Ｐ2を示す。この遅延段階ｔD中に、交流電圧源
１２が交番極性かつ高周波の電圧を印加して、電極１の
電荷が高周波数で連続的に正と負になり、加工片２の電
荷が高周波数で連続的に負と正になるようにする。その
結果、正電荷７を有するイオン並びに負電荷６を有する
イオンが平衡位置の周辺で、電極１と加工片２を隔離す
る空間の幅より小さい平均移動距離Ｐ2で振動する。こ
れにより、正電荷７を有するイオン及び負電荷を有する
イオン及び負電荷６を有するイオンが共に、加工片２も
電極１も衝撃することができない。こうして電解現象を
完全に排除することができる。

【００６２】図１０Ｂに、放電段階ｔC中の、電極１と
加工片２を隔離する絶縁流体３を含む作業空間Ｇを示
し、この過程中に、オン状態の直流電圧源４の影響下
で、浸蝕電流の主放電１４が起きる。

【００６３】これらの電源１２及び４を電極及び加工片
に接続する電気／電子回路は図示していないが、交流電
圧源１２用に電流リミッタを具え、かつ直流電圧源用に
スイッチングトランジスタを具えることができる。

【００６４】図６Ａ及び図６Ｂに、本発明によるプロセ
スの変形例における、電極と加工片の間の電圧Ｕ及び電
流Ｉを示し、この変形例では交流電圧源１２の周波数を
一定にしないで、この周波数を可変として時刻ｔと共に
漸減させる。これにより交流電圧の周波数のスペクトル
の掃引を行って、イオン化経路及びギャップＧを通る電
流を形成するために最も適切な周波数を探索する。また
この周波数のスペクトルを変調して、これが連続的に増
減するようにすることもできる。もちろんこれに続く段
階の、火花放電ｔA、遅れｔR、放電ｔC及び休止ｔBは変
更しないままとする。この変形例は、トリガが困難な加
工条件用に特に良好に適応させることができる。

【００６５】図７Ａ及び図７Ｂに、本発明によるプロセ
スの第２の変形例における、電極と加工片の間の電圧Ｕ
及び電流Ｉを示し、この変形例では、交流電圧源１２の
周波数を変調して、パルスの幅がいわゆるＰＷＭ（パル
ス幅変調）プロセスに従うようにする。これにより負パ
ルスの期間が正パルスの期間と異なり、例えばより小さ
くなり、遅延段階ｔD中に、前記ギャップを通るある程
度の正または負の成極が得られるようになる。

【００６６】図８Ａ及び図８Ｂに、本発明による加工プ
ロセスの第３の変形例における、このプロセスの種々の
段階中の電極と加工片の間の電圧及び電流を示す。ここ
では、電流を検出すると直ちに、交流電圧を停止して、
遅れ段階ｔRの最初に、この電圧を正または負の極性に
ブロックする。これにより、この極性がランダムにな
り、電極と加工片の間に電流が出現してこれを検出する
間に存在する極性に相当させることができる。またこの
極性を予め定めて、常に同一の極性に相当させることが
できる。

【００６７】この第３の変形例では、電流の出現中に、
従って遅れ段階ｔRの開始時に存在するランダム極性の
交流電圧を即座に停止することにより、極性の変化中に
起こりうるトリガの消滅を防ぐことができる。

【００６８】これとは逆に、あらゆる電解現象を完全に
回避することが望ましい場合には、交流電圧を常に同じ
極性で停止し、例えば浸蝕放電を担う直流電源の電圧が
負の場合には正極性とする。しかしこの変形例について
は、極性の変化中に火花が消えないという小さなリスク
が存在する。

【００６９】図９Ａ及び図９Ｂに、本発明によるプロセ
スの第４の変形例における、前記ギャップを通る電圧及
び電流を時間の関数として示す。この変形例でも、遅延
時間ｔD中及び火花放電時間ｔA中に、電極と加工片の間
に交流電圧を印加する。しかしこの変形例では、正パル
スの振幅のみならず期間も負パルスと異なる。さらに所
定のサイクル比に従って、正及び負のパルスを変調する
ことができる。

【００７０】遅延段階ｔD中に、電圧Ｕの正パルスは負
パルスと異なる振幅、例えばより大きい振幅を有し、こ
の間に、加工液の電解質の導電性による小電流を除い
て、前記ギャップを通る電流Ｉが流れない。

【００７１】ランダムな期間の遅延段階ｔDの後に、電
解流体中に導電性の経路が形成され、図９Ｂに示すよう
に、ツール電極と加工片の間に突発的な放電電流が確立
される。この放電電流を検出するデバイスは、電極１と
加工片２の間の電流の通過を検出し、他の装置が直流電
圧源をオン状態にして、遅れ段階ｔRの後に確立される
浸蝕電流の主放電を発生させる。

【００７２】前記第２の変形例のみならず第４の変形例
（図７Ａ及び図９Ａ）においても、高周波の交流電圧
を、放電中の平均電圧を０にも正にも負にも設定するこ
とができる。

【００７３】なお上述したこれらすべての加工プロセス
において、火花放電段階ｔAの最初、及び遅れ段階ｔRの
最初に電流Ｉが出現する際に、電圧Ｕの値が減少する。
遅れ段階ｔRの最後に、電圧Ｕ及び電流Ｉが直流電圧源
４の極性を取り、放電段階ｔC中に電流Ｉの急激な増加
が見られ、この間に電圧Ｕは、先行する遅れ段階ｔR中
とほぼ同じままである。

【００７４】種々の段階中の、電極と加工片の間の電圧
Ｕの値は通常、遅延段階ｔD中には±50Vから±200Vの
間、火花放電段階ｔA中には20Vから230Vまで、休止段階
中には0Vとすることができる。

【００７５】電極と加工片の間を循環する電流Ｉは通
常、遅れ段階ｔR中には2Aから6Aまでの値を有し、放電
段階ｔC中にはピーク電流が500A〜800Aになりうる。後
者の間には、無視できない導線のインダクタンスのた
め、電流が三角形状を有する。電流の増加段階はマイク
ロ秒のオーダのものである。

【００７６】直流電圧源４は、約１kw〜1.5kwの瞬時電
力、かつ真空中、即ち電流を流さない際に、300Vまでの
電圧を供給することができるように構成される。

【００７７】他の変形例によれば、電極と加工片の間の
電流を検出することと直流電圧源をオン状態にすること
との間に、遅延段階ｔDの終わりを示す所定の期間を導
入することができる。そして前の例のように、遅延段階
ｔD、遅れ段階ｔR、放電段階ｔC及び休止段階ｔBがあ
る。しかし追加的な遅れ期間ｔ'Rを、遅延段階ｔDと遅
れ段階ｔRの間に挿入することができる。

【００７８】本発明の他の非常に有利な変形例によれ
ば、主電源の電圧を印加する前に、各放電毎に、交流電
圧の１周期、かつ少なくとも１つの正パルス及び１つの
負パルスから成る１つの完全サイクルが少なくとも１回
得られるように、主電圧源の遅れ時間ｔRの期間を設定
する。これにより、トリガ条件が非常に良好な際に、ト
リガの遅延時間の期間ｔDが非常に短くなるようにする
ことができる。そして、一連の放電毎に主放電の前の非
常に短い期間だけ交流電圧を印加しないで、すべて放電
が単一極性、例えば正のみでトリガされるようにする。
このため、この高速のトリガが連続する期間中に電解が
起こりうる。逆に、交流電圧に常に正と負の交互変化を
有する際には、単方向のミグレーションが存在しない。

【００７９】遅延時間ｔDがランダムであるとすれば、
主電圧源に依存する遅れ時間ｔRを次式のように設定す
ることができる：ｔR≧Ｔ−ｔDここでＴは交流電圧源か
らの交流電圧の周期である。遅延段階の期間ｔDが非常
に短い場合には、遅れ時間ｔRの期間を、交流電圧の周
期Ｔに等しいか、あるいはこれより大きく設定すること
ができる。

【００８０】図１１に、図５〜図８に示すような加工プ
ロセスを実行する装置の実施例を示す。この装置は、各
々が電極１と加工すべき加工片２との間に接続された２
つの主要ブランチ３０、３１を有する電気／電子回路を
具える。第１ブランチ３０は交流電圧発生器１２の役を
し、第２ブランチ３１は直流電圧発生器４の役をする。
回路構成全体は制御ユニット３２によって制御される。

【００８１】第１ブランチ３０は、300Wのオーダの電力
に対して50Vと200Vの間の電圧を供給すべく適応された
電圧源３４を具える。

【００８２】この電圧源３４の正端子はダイオード３６
及びスイッチ４０によって電極１に接続され、かつダイ
オード３８及びスイッチ４２によって加工片２に接続さ
れている。この電圧源３４の負端子はスイッチ４３及び
ダイオード３９によって電極に接続され、かつスイッチ
４１及びダイオード３７によって加工片に接続されてい
る。好ましくは電界効果トランジスタによって構成され
たスイッチ４０〜４３の開閉は、制御ユニット３２によ
って制御される。第１ブランチ３０はさらに電流リミッ
タ４４を具え、これは電圧源３４内に集積することがで
きる。電流検出器５０は、電極１と加工片２の間の電流
Ｉを測定して、この測定結果を制御ユニット３２に送信
する。制御ユニット３２は、トランジスタ４０及び４１
を閉にし、トランジスタ４２及び４３を開にして正極性
の電圧を電極１と加工片２の間に印加し、次にトランジ
スタ４２及び４３を閉にし、トランジスタ４０及び４１
を開にして負極性の電圧を電極１と加工片の間に印加す
るように構成されている。

【００８３】図５Ａから図８Ａまでを参照して説明した
ように、この一連の操作を、一定の、可変の、あるいは
変調された周波数で繰り返す。

【００８４】第２ブランチ３１は、真空中、即ち電流を
流さない際の電圧が200V〜300V、かつ瞬時電力が約１kw
〜1.5kwの直流電圧源４５を具える。この電源の正端子
はスイッチ４６によって加工片２に接続され、この負端
子はスイッチ４７によって電極１に接続されている。ブ
ランチ３１はさらに、スイッチ４７の出力と電極１の接
続点をスイッチ４６の入力に接続するダイオード４８
と、スイッチ４７の入力を、スイッチ４６の出力と加工
片２との接続点に接続するダイオード４９とを具える。
スイッチ４６及び４７は、その開閉が制御ユニット３２
によって制御されるトランジスタであることが好まし
い。上述のように、検出器５０によって電流を検出した
後に直流電圧発生器４をオン状態にして、遅延段階ｔD
の終了を示す。この目的のために、制御ユニット３２が
スイッチ４６、４７を閉じる制御を行う。この閉じる制
御は、電流を検出した後に、あるいは所定の遅れ期間
ｔ'Rの後に即座に行うことができる。

【００８５】火花放電段階ｔAの最後に、制御ユニット
３２はスイッチ４６、４７を開にする制御を行って、直
流電圧発生器４を遮断し、また第１ブランチのすべての
スイッチ４０〜４３が既に前もって開になっていない場
合には、これらのスイッチ４０〜４３を開にする制御を
行う。これにより、浸蝕放電が遮断されて、前記ギャッ
プが完全に脱イオン化されるまで電極と加工片の間に電
圧を印加しない休止段階ｔBに入る。そして、図５から
図８までを参照して記述したプロセスに従って、制御ユ
ニット３２によって制御される交流電圧を印加すること
によって、次のサイクルを遅延段階ｔDから開始するこ
とができる。

【００８６】図１２に、上述した装置の変形例を示し、
これは同様の直流電圧発生器４を有する第２ブランチ３
１を具える。従って同じ要素には同じ参照番号を付す。
交流電圧発生器１２を具える第１ブランチ３０は他の種
類のものであり、これは極性が互いに逆であり、かつ電
圧が調整可能な２つの電圧源５５、５６を具える。第１
電源５５の負端子をスイッチ５８、電流リミッタ５９及
びダイオード６０によって電極１に接続することによ
り、第１電源５５が電極１と加工片２の間に分岐する。
また第２電源５６の正端子をスイッチ６１及び電流リミ
ッタ６２によって電極１に接続することにより、第２電
源５６が第１電源５５と並列に、電極１と加工片２の間
に分岐する。これにより制御ユニット３２がスイッチ５
８及び６１を交互に開閉して、好ましくは電圧が異なる
電源５５及び５６を作動させることができる。これによ
りこの変形実施例では、図９に示すような、異なる振幅
及び期間で電圧が正、負交互に変化する交流電圧を得る
ことができる。しかし、各放電中に異なる段階ｔD、ｔ
A、ｔBが連続することは同様である。

【００８７】電源５５、５６及び４５の電圧の値は通
常、それぞれ80V、100V及び300Vとすることができる。

【００８８】もちろん、上述した実施例は決して限定的
なものではなく、独立請求項で規定する範囲内のすべて
の望ましい変形例の題材となりうるものである。特に、
交流及び直流電圧を発生する電子回路は、他の種類のも
のにすることができる。このため、時間の関数としての
電流Ｉの線図は、電流段階ｔC中には、電流の上昇及び
下降が非常に異なるものとなりうる。主放電をトリガし
た後に、即ち電流時間ｔCの最初からこの時間の終わり
までに、交流電圧源を随時遮断することができる。この
装置は、主放電の駆動までの遅れ時間ｔRを調整し設定
するためのあらゆる手段を具えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】既知の加工プロセスにおける、また図２Ａ、
図２Ｂに示す、電極またはツールと加工片の間の空間、
放電の遅延段階中のイオンの移動を示す図である。

【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、既知のプロセスにおい
て発生する浸蝕放電中の、それぞれ電圧及び電流を示す
線図である。

【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、他の既知の加工プロセ
スにおける、また図４Ａ、図４Ｂに示す、それぞれ放電
の遅延段階中及び電流放電中の、電極と加工片との間の
空間及びイオンの移動を示す図である。

【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、他の既知のプロセスに
おける、浸蝕放電中のそれぞれ電圧及び電流を示す線図
である。

【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、本発明のプロセスの実
施例に従って行われる浸蝕放電中のそれぞれ電圧及び電
流を示す線図である。

【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、本発明のプロセスの第
１の変形例に従って行われる浸蝕放電中の、それぞれ電
圧及び電流を示す線図である。

【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、本発明のプロセスの第
２の変形例に従って行われる浸蝕放電中の、それぞれ電
圧及び電流を示す線図である。

【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、本発明のプロセスの第
３の変形例に従って行われる浸蝕放電中の、それぞれ電
圧及び電流を示す線図である。

【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、本発明のプロセスの第
４の変形例に従って行われる浸蝕放電中の、それぞれ電
圧及び電流を示す線図である。

【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ放電の
遅延段階中及び電流放電中の、本発明によるプロセスを
用いた電極と加工片の間の空間を示す図である。

【図１１】本発明によるプロセスを実行する装置の実
施例の電気／電子回路図である。

【図１２】本発明によるプロセスを実行する装置の変
形例の電気／電子回路図である。

【符号の説明】

１電極２加工片３加工流体または加工液４電圧源６負電荷７正電荷８負電荷９正電荷１０電圧源１２交流電圧源１４浸蝕電流３０ブランチ３１ブランチ３２制御ユニット３４電圧源３６ダイオード３７ダイオード３８ダイオード３９ダイオード４０スイッチ４１スイッチ４２スイッチ４３スイッチ４４電流リミッタ４５直流電圧源４６スイッチ４７スイッチ４８ダイオード４９ダイオード５０電流検出器５５電圧源５６電圧源５８スイッチ５９電流リミッタ６０ダイオード６１スイッチ６２電流リミッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工流体が存在する作業空間(G)の加工
距離(L)だけ相互に隔離されたツール(1)と加工片の間に
電圧を印加することによって浸蝕放電を起こして、前記
加工片を前記ツールによって加工する放電加工用のプロ
セスにおいて、このプロセスが浸蝕放電中に：ａ）前記加工流体(3)中に存在するイオンが、前記ツー
ルと前記加工片を隔離する前記加工距離(L)より十分短
い振動経路(Ｐ2)に追従するような周波数の交流電圧を
前記ツール(1)と前記加工片(2)の間に印加して、前記交
流電圧の影響によって前記ツールと前記加工片の間にイ
オン化経路が生成される期間の遅延段階(ｔD)と、ｂ）前記ツールと前記加工片の間を流れる電流の検出に
始まり、直流電圧源(4)が浸蝕放電電流(14)を形成して
これを維持する期間の火花放電段階(ｔA)と、ｃ）前記ツール(1)と前記加工片(2)の間に電圧を印加し
ないで、前記ツールと前記加工片の間に存在する前記加
工流体(3)が脱イオン化されて、前記イオン化経路が消
滅するようにする期間の休止段階(ｔB)とを具えるこ
と；及び加工の期間中に、この連続段階を繰り返すこと
を特徴とする放電加工用のプロセス。
【請求項２】加工距離(L)20〜40ミクロンを有する作
業空間(G)に対して、前記交流電圧の周波数を少なくと
も100kHzとすること、前記距離が減少する際にこの周波
数を増加させること、及びほぼ１ミクロンに等しい距離
に対して、この周波数をほぼ10MHzとすることを特徴と
する請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】前記遅延時間(ｔD)中に、前記交流電圧
の周波数を可変とすることを特徴とする請求項１に記載
のプロセス。
【請求項４】前記交流電圧の周波数を、前記振動経路
を制御すべき対象の前記加工流体(3)中に含まれるイオ
ンの関数として設定することを特徴とする請求項１に記
載のプロセス。
【請求項５】前記遅延段階(ｔD)中に、前記交流電圧
の周波数を次第に減少させて、周波数のスペクトルを掃
引するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプ
ロセス。
【請求項６】負パルスの期間が正パルスの期間と異な
る交流電圧を確立させることを特徴とする請求項１に記
載のプロセス。
【請求項７】負パルスの振幅が正パルスの振幅と異な
る交流電圧を確立させることを特徴とする請求項１また
は請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】放電の平均電圧が０、正、または負とな
る交流電圧を確立させることを特徴とする請求項６また
は請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】前記交流電圧を、前記ツール(1)と前記
加工片(2)の間の電流を検出した瞬間に存在するランダ
ムな極性にブロックすることを特徴とする請求項１から
請求項８までのいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１０】前記ツール(1)と前記加工片(2)の間の
電流を検出した際に、前記交流電圧を所定の極性にブロ
ックすること、及び前記所定の極性が前記直流電圧源
(4)の極性に相当することを特徴とする請求項１から請
求項８までのいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１１】前記火花放電段階(ｔA)が、前記直流
電圧源によって主放電をオン状態にする期間に相当する
遅れ時間(ｔR)と、浸蝕放電に対応する電流時間(ｔC)と
に副分割されること、及び浸蝕放電毎に、正パルス及び
負パルスから成る前記交流電圧の完全周期が少なくとも
１回得られるように、前記遅れ時間(ｔR)の期間を調整
することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】前記遅れ時間(ｔR)が、式ｔR≧Ｔ−ｔD、ここに、ｔRは前記遅れ時間の期間、Ｔは交流電圧の周期、ｔDは前記遅延段階の期間を満たすように、前記遅れ時
間を調整することを特徴とする請求項１１に記載のプロ
セス。
【請求項１３】前記遅れ時間(ｔR)が、交流電圧の周
期(Ｔ)に等しいかこれより大きくなるように、前記遅れ
時間を調整することを特徴とする請求項１１または１２
に記載のプロセス。
【請求項１４】前記ツール(1)と前記加工片(2)の間の
電流を検出することと前記直流電圧源(4)をオン状態に
することとの間に所定の遅延期間を挿入することによ
り、前記遅延段階(ｔD)と前記火花放電段階(ｔA)の間に
所定の遅れ期間(ｔ'R)を導入することを特徴とする請求
項１に記載のプロセス。
【請求項１５】加工流体(3)が存在する作業空間(G)の
加工距離(L)だけ相互に隔離されたツール(1)と加工片
(2)の間に電圧を印加することによって、前記ツールに
よって前記加工片を加工する放電加工プロセスを実行す
る装置において、この装置が、遅延期間(ｔD)中に、前記加工流体(3)中に存在するイオ
ン(6、7)が、前記加工距離(L)より十分短い振動経路(Ｐ
2)に追従して、前記ツールと前記加工片の間にイオン化
経路が生成されるような周波数の交流電圧を、前記ツー
ル(1)と前記加工片(2)の間に供給すべく構成された交流
電圧源と、前記ツールと前記加工片の間の電流を検出すべく適応さ
れた検出器と、前記ツールと前記加工片の間の電流の検出に始まる火花
放電段階(ｔA)中ずっと、浸蝕放電電流を形成してこれ
を維持するように構成された直流電圧源(4)と、前記交流電圧源及び前記直流電圧源をオン状態にして、
浸蝕放電中に、前記遅延段階(ｔD)と、前記火花放電段
階(ｔA)と、前記ツールと前記加工片の間に電圧を印加
しないで前記ツール(1)と前記加工片(2)の間の前記加工
流体(3)が脱イオン化されて前記イオン化経路が消滅す
る期間の休止段階(ｔB)とから成る連続段階が得られる
ように構成された制御ユニット(32)とを具えることを特
徴とする放電加工装置。
【請求項１６】前記ツール(1)と前記加工片(2)の間に
並列に接続された第１ブランチ(30)と第２ブランチ(31)
とを具え、前記第１ブランチ(30)が交流電圧発生器(12)
の役をし、前記第２ブランチが直流電圧源(45)を具えて
直流電圧発生器(4)の役をし、前記第２ブランチの両端
子を、少なくとも１個のスイッチ(46、47)及び少なくと
も１個のダイオード(48、49)によって、それぞれ前記ツ
ール(1)及び前記加工片(2)に接続したことを特徴とする
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記第１ブランチが電圧源(34)と制御
ユニット(32)とを具え、前記電圧源(34)の第１端子が、
第１ダイオード(36)及び第１スイッチ(40)によって前記
ツール(1)に接続され、かつ第２ダイオード(38)及び第
２スイッチ(42)によって前記加工片(2)に接続され、前
記電圧源(34)の第２端子が、第３スイッチ(43)及び第３
ダイオード(39)によって前記ツール(1)に接続され、か
つ第４スイッチ(41)及び第４ダイオード(37)によって前
記加工片(2)に接続され、前記制御ユニット(32)が、前
記第１(40)及び第４(41)スイッチを閉と開にし、そして
前記第２(42)及び第３(43)スイッチを開と閉にして、前
記交流電圧が得られるように構成したことを特徴とする
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】前記第１ブランチが、前記ツール(1)
と前記加工片(2)の間に並列に接続され、極性が互いに
逆であり、かつ電圧が調整可能な２個の直流電圧源(5
5、56)を具え、前記第１電源(55)の負端子が第１スイッ
チ(58)及びダイオード(60)によって前記ツール(1)に接
続され、前記第２電源(56)の正端子が第２スイッチ(61)
によって前記ツール(1)に接続され、前記制御ユニット
(32)が前記スイッチ(58、61)を交互に開閉するように構
成したことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】浸蝕放電電流を所定の遅れ時間(ｔR)
を以って始動させて、浸蝕放電毎に、少なくとも交流電
流の完全周期が得られるように構成したことを特徴とす
る請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】式ｔR≧Ｔ−ｔD、ｔR≧ＴここにｔRは前記遅れ時間の期間、Ｔは前記交流電圧の周期、ｔDは前記遅延段階の期間、を満たすように構成したこ
とを特徴とする請求項１９に記載の装置。