JP2001516290A - 被加工物を電気化学的に加工する加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電極（３）によって被加工物（２）を電気化学的に加工する加工装置は、電極（３）と被加工物（２）との間の間隙（４）を設定するアクチュエータ（８）を具える。装置は、さらに電解液（５）で間隙（４）に浸潰させるチャネル（11）と電解液（５）を収納するコンテナ（10）とを具える。電極供給線(12)，（13）が間隙（４）において、電解液を通じて供給電源（40）によって供給される電流（Ｉ）を供給するために設けられる。間隙（４）の近傍にアンテナ（21）が、隙間（４）から放射される電磁波を取り出すために設けられる。アンテナ（21）が、４０〜１００ＭＨｚの周波数バンドの信号をレベル検出器（23）に通過させるバンドパスフィルタ（22）に接続される。レベル検出器（23）は、濾波された信号（Ｕａ）の振幅としきい値とを比較して、振幅がしきい値を越えた際には、停止信号（Ｕｓ）を制御ユニット（30）に送る。制御ユニット（30）は、停止信号（Ｕｓ）に対応して供給電源（40）のスイッチ（43）を開路するようにプログラムされている。アンテナ（21）、バンドパスフィルタ（22）、レベル検出器（23）及び制御ユニット（30）が、協働して、火花放電を防止するために、ＥＣＭ装置に利用される損傷防止システムを構成している。

Description

【発明の詳細な説明】 被加工物を電気化学的に加工する加工方法 本発明は、電極によって被加工物を電気化学的に加工する加工方法であって、 ・電極と被加工物との間で、電解液を噴出される間隙を設定する工程と、 ・被加工物を加工するために電極と被加工物を経て、間隙に電解液を通じて電流 を供給する工程と、 ・間隙において発生する火花放電についての情報を具えた測定信号を発生させる 工程と、 ・測定信号のパラメータが、所定のしきい値を越えた際に電流を減少させて損傷 に対して電極及び／又は被加工物を保護する工程と を具えた加工方法に関するものである。 本発明は、さらに電極によって、被加工物を電気化学的に加工する加工装置で あって、該加工装置は、 電極と被加工物との間の間隙を設定するアクチュエータと、 電解液を間隙に噴出する液体供給手段と、 被加工物を加工するために電極と被加工物を経て、間隙に電解液を通じて電流 を供給する電力供給手段と、 損傷防止手段と を具え、該損傷防止手段は、 電極間隙において発生する火花放電についての情報を具えた測定信号を発生す る測定手段と、 測定信号のパラメータがしきい値を越えた際に停止信号を発生する検出手段と 、 該停止信号の検出によって電流を減少させる減少手段と を具えたことを特徴とする加工装置に関するものである。 本発明は、また電極間間隙において発生する火花放電についての情報を具えた 測定信号を発生する測定手段と、 測定信号のパラメータがしきい値を越えた際に停止信号を発生する検出手段と 、該停止信号の検出によって、電流を減少させる減少手段と を具えた損傷防止手段に関するものである。 この種の方法、装置及び損傷防止手段は、ＧＢ２１４０８２４で知られている 。この既知の方法は、電極によって被加工物を加工する電気化学的加工（Electr ochemically Machining−ＥＣＭ）装置に適用される。この方法によれば、間隙 は、電極と被加工物との間に設定される。この間隙は、電解液に浸潰され、供給 電源からの電流が電極と被加工物を経て電解液を通じて供給される。間隙の電気 アークの発生を防止するために、各火花放電が、電極と被加工物に接続された電 気回路によって検知される。電気回路は、火花放電に基づくノイズと供給電源に よって発生するノイズとを区別するためのフィルタ手段を具えている。火花放電 の検出によって、供給電源は、遮断され、電気アークに基づく損傷は防止される 。既知の方法、装置及び損傷防止手段の欠点は、火花放電自身が電極及び被加工 物を損傷するものであるということである。特に、電極間間隙が、５０μｍより 小さい時には、火花放電は、損傷が電極の交換を必要とすることで防止される。 本発明の目的は、電極及び／又は被加工物の損傷のリスクを減少することである 。このために、本発明に係る方法においては、測定信号は、間隙から発生される ＨＦ電磁波を検出するためのアンテナによって発生されることを特徴としている 。この方法によって、測定信号は、火花放電の開始についての情報を含んでいる 。この情報の検出によって、電流を減少させることにより火花放電の発生が抑止 されて損傷が減少される。 この発明は、火花放電の開始時に部分放電が、間隙内の中間層に発生するとい う洞察に基づいている。この中間層は、陽極上の不動態層（Passivation layer ）が、陰極上の水素ガスのバブル層か、或いは陽極上の酸素ガスのバブル層であ ろう。この中間層は、電解液に比較して導電率が低いので、殆んどの全間隙電圧 が、中間層端に生ずる。この中間層は、間隙幅の一部の厚さを有するので間隙電 圧により生ずる電場力は高くなり、その結果、部分放電が、この中間層中に発生 することとなる。この部分放電は、電解液の部分加熱を生じさせ、ガスバブルが 形成される。若し発生されたガス量が充分な場合には、それは電極と被加工物と の 間で、絶縁ブリッヂを形成し、電子なだれ効果により、電極と被加工物との間の 火花放電を発生する。このようにして、部分放電が、火花放電の前兆であるとい うことが理解できる。部分放電が、火花放電より損傷が少ないということが確認 された。さらに、この部分放電が、アンナテで検出されるＨＦ電磁波を発生する ということが発見された。このようなアンテナによって電磁波をモニターし、部 分放電に対応した電磁波の検出による電流の減少によって、電極及び／又は被加 工物の損傷が抑制される。 この結果改善された加工速度と精度をもたらすより狭い間隙幅が適用できるこ ととなる。アンテナを有する火花の測定は、ＧＢ２０９５１５３により知られて いる。しかしながらこの測定は、周波数が、１０〜３０ＭＨｚで火花放電を発生 させる火花放電加工機（Electric discharge Machine−ＥＤＭ）に適用されるも のである。この種の火花放電加工機（ＥＤＭ）においては、間隙の現象は、根本 的に相違しており、部分放電については何も記載されていない。 アンテナは、火花放電の周波数と振幅とを示す信号を発生するために使用され ており、火花放電に先行する部分放電を検出するためのものではない。適切であ り、かつモニターが容易にできるパラメータは、例えば、高周波バンドを伝送す るバンドパスフィルタによって濾波された後の測定信号の振幅である。 低周波数を濾波することによって、例えば、主周波数が、部分放電の検出を干 渉することが避けられる。産業環境には、大電流を開閉路することによって、Ｈ Ｆバーストを放射する通常多くの機器がある。若しこれらのＨＦバーストが、ア ンテナによって取り出されると、これは、所謂「誤警報」となる。「誤警報」に ついてのリスクを減らすために、測定信号の高周波数バンドにおけるエネルギー 量をモニターすることが好適である。 部分放電に対応したモニターされるパラメータに対するしきい値は、火花放電 が発生し、測定信号が、火花の発生に先行するタイムスロット(Time slot)にお いて観察される実験によって容易に決定できる。このことが、以下に、図を参照 しつつ説明により明確になる。 本発明に係る装置及び損傷防止手段において、測定手段は、間隙から発生する ＨＦ電磁波を検出するためのアンテナを具えている。 請求項６に係る手段は、電極及び／又は被加工物に接続されている供給線上に 現れるＨＦノイズは、アンテナに直接的に結合していないので、検出量は、改善 されるという利点を有する。 請求項７に係る手段は、アンテナが、加工領域の外側に位置しているので、電 極と被加工物は、アンテナに妨害されることなく、容易に接近若しくは変更する ことができるという利点を有する。 請求項８に係る手段は、アンテナは、間隙での放電によって発生する電磁波に 極めて敏感であって、周囲から生ずる干渉電磁波に敏感でないという利点を有す る。 請求項９に係る手段は、これが良好な費用対効果比(Price-performance ratio )をもたらす利点を有する。この周波数バンドにおける測定装置は、比較的低価 格で利用可能なものである。部分放電から発生する電磁波は、１００ＭＨｚ以上 の周波数成分を含んでいる。しかしながら、それは、１００ＭＨｚ以下の周波数 成分を検出するのに充分である。 本発明に係る損傷防止手段においては、測定手段は、電極間間隙から発生する ＨＦ電磁波を検出するためのアンテナを具えている。 本発明は、以下に、図とともに実施例として説明する。 図１は、本発明に係る装置の第１実施例を示す。 図２は、本発明に係る装置の第２実施例のダイポールアンテナを示す。 図３は、本発明に係る装置の第３実施例のリングアンテナを示す。 図４は、火花放電の発生の前及びその期間中の時間ｔの関数としての濾波され たアンテナ信号Ｕａ及び間隙間電圧Ｕｂを示す。 図１は、本発明に係る装置の第１の実施例を示す。 装置１は、電極３によって被加工物２を加工する電気化学的加工装置である。 装置１は、電極３と被加工物２の間の加工間隙４を設定するアクチュエータ８ を具える。装置１は、さらに電解液５によって加工間隙４を浸潰するチャンネル １１の形の液体供給手段と電解液５を収納するコンテナ１０とを具える。この場 合、電解液は、２〜２５％のＮａＮＯ₃水溶液よりなっている。電力コード１２ ，１３の形での電力供給手段は、被加工物２を加工するために、電極３と被加工 物２を経て、間隙４での電解液を通じて供給電源４０によって供給される電流Ｉ を供給するために設けられている。 アンテナ２１は、間隙４の近傍に間隙４から放射される電磁波を取り出すため に設けられる。 アンテナ２１は、レベル検出器２３に、４０〜１００ＭＨｚの周波数バンドに おいて信号を通過させるバンドパスフィルタ２２に接続される。 レベル検出器２３は、濾波された信号Ｕａの振幅としきい値を比較して振幅が しきい値の値を越えた際に、停止信号Ｕｓを制御ユニット３０に供給する。 制御ユニット３０は、停止信号Ｕｓに応じて、供給電源４０のスイチッチ４３ を開路するようにプログラムされている。 アンテナ２１、バンドパスフィルタ２２、レベル検出器２３及び制御ユニット ３０は、協働して、ＥＣＭ装置に使用できる破損防止システムを構成している。 アンテナ２１は、コンテナ１０内に配置されて、電解液中に浸潰されている。 電解液５は、低導電率であるので、アンテナ２１は、実質的には、電極４と被 加工物２から絶縁(Isolated)されているので、供給電源４０は、アンテナ２１と は結合しておらず、供給電源４０により発生されるノイズ及び電力コード１２及 び１３によって取り出される他のノイズは、バンドパスフィルタ２２には伝送さ れない。 図２は、本発明に係る第２の実施例のダイポールアンテナを示す。 ダイポールアンテナ１２１は、電極１０３と被加工物１０２との間の電極間間 隙２０４の近傍に配置され、該間隙２０４から発生する電磁波の最適受信を得る ようにされている。選択的には、アンテナ１２１は、間隙２０４以外の場所から 到来する電磁波に対しては遮蔽される。アンテナ１２１は、アンテナ信号をサン プルして、１マイクロ秒のタイムスロットの間、１０〜２０ＭＨｚの範囲の周波 数バンドにおいてサンプルされた信号のエネルギを計算するマイクロプロセッサ ユニット１２２に接続される。計算されたエネルギが、所定のしきい値の値を越 えた際には、マイクロプロセッサユニット１２２は、図１に示されるように供給 電源に対して停止信号を供給する。 図３は、本発明に係る第３の実施例のリングアンテナを示す。 リングアンテナ２２１は、電極２０３と被加工物２０２との間の間隙２０４の 周りに配置される。リングアンテナ２２１は、３５〜４５ＭＨｚの範囲の周波数 成分を通過させるバンドパスフィルタ２２２に接続される。この実施例における 他の部分は、図１に示されるものと同様のものである。 図４は、火花放電の発生の前及び期間中の時間ｔの関数としての濾波されたア ンテナ信号Ｕａ及び間隙間電圧Ｕｂを示す。 この火花放電は、例えば、電解液の流量を減少させることよって実験によって 発生させることができて、多くのガスバブルが間隙に形成される。ｔ＝ｔ０にお いて、供給電源４０のスイッチ４３が閉路されて（図１参照）、電圧Ｕｂが電極 ３と被加工物２との間隙４に印加される。ｔ＝ｔ０とｔ＝ｔ２との間で、アンテ ナ信号Ｕａが、間隙４における部分放電に起因するＨＦ成分が現れる。ｔ＝ｔ２ とｔ＝ｔ３との間では、間隙４の電圧Ｕｂは、多くの火花放電の結果、低下し、 ｔ＝ｔ３で電極３は、被加工物２に溶着して、その結果、短絡が発生し、電圧Ｕ ｂは、０に減少する。信号Ｕａの振幅は、ｔ＝ｔ０とｔ＝ｔ１との間での正常な ＥＣＭの稼働中は、しきい値Ｕｃの以下に明確に維持されており、ｔ１とｔ２と の間での部分放電が間隙４で発生した際には、しきい値Ｕｃ以上に明確に越えて いる。加工間隙幅、間隙間の電解液５の流量レート等のようなプロセスパラメー タに依存するが、ｔ１とｔ２との期間が３０マイクロ秒ほどであることが判明し ている。この比較的長い期間が、供給電源を開路するのに充分であり、その結果 、実際の火花と電極及び／又は被加工物２に対する破損が防止できる。さらに、 図４から明らかなように、或るノイズが、部分放電の発生中、電圧Ｕｂについて は、検出可能であるとはいえ、アンテナ信号Ｕａは、火花放電の開始の良好な表 示を呈し、その結果、本発明に係る方法及び装置は、ＥＣＭの技術分野において 多大な改善を提供するものである。 本発明は、本明細書に記載された実施例に限定されるものでないことは明らか である。 本発明の範囲内において、種々の別の実施例が可能である。例えば、パルス状 の電力及び／又はＮａＣＬ水溶液のような別の電解液を使用することも可能であ る。さらに、他の適当なアンテナ形状も実験によって容易に得ることができ、ま た停止信号に応じて間隙間の電流を減少させる他の方法も適用できることは勿論 である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 及び制御ユニット（30）が、協働して、火花放電を防止 するために、ＥＣＭ装置に利用される損傷防止システム を構成している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電極によって被加工物を電気化学的に加工する加工方法であって、 ・電極と被加工物との間で、電解液を噴出される間隙を設定する工程と、 ・被加工物を加工するために、電極と被加工物を経て、間隙に電解液を通じて 電流を供給する工程と、 ・間隙において発生する火花放電についての情報を具えた測定信号を発生させ る工程と、 ・測定信号のパラメータが、所定のしきい値を越えた際に電流を減少させて損 傷に対して、電極及び／又は被加工物を保護する工程と を具えた加工方法において、 前記測定信号は、間隙から発生するＨＦ電磁波を検出するためのアンテナに よって発生されることを特徴とする加工方法。 ２．前記パラメータが、高周波バンドにおける測定信号の振巾であることを特徴 とする請求項１記載の加工方法。 ３．前記パラメータが、高周波バンドにおけるエネルギ量であることを特徴とす る請求項１記載の加工方法。 ４．前記しきい値は、火花の発生に先行するタイムスロットにおける測定信号の 観測によって決定されることを特徴とする請求項１記載の加工方法。 ５．電極によって、被加工物を電気化学的に加工する加工装置であって、該加工 装置は、 電極と被加工物との間の間隙を設定するアクチュエータと、 電解液を間隙に噴出する液体供給手段と、 被加工物を加工するために、電極と被加工物を経て、間隙に電解液を通じ電 流を供給する電力供給手段と、 損傷防止手段と を具え、 該損傷防止手段は、 電極間隙において発生する火花放電についての情報を具えた測定信号を発生 する測定手段と、 測定信号のパラメータがしきい値を越えた際に停止信号を発生する検出手段 と、 該停止信号の検出によって電流を減少させる減少手段と を具えたことを特徴とする加工装置において、 前記測定手段は、間隙において発生するＨＦ電磁波を検出するアンテナを具 えたことを特徴とする加工装置。 ６．前記アンテナは、電極と被加工物から電気的に隔離されていることを特徴と する請求項５記載の加工装置。 ７．前記アンテナは、ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項５記載 の加工装置。 ８．前記アンテナは、加工間隙の周りに配置されたループアンテナであることを 特徴とする請求項５記載の加工装置。 ９．前記検出手段は、１０〜１００ＭＨｚの間の周波数バンドにおける測定信号 のレベルを検出するためのレベル検出器が後続するバンドパスフィルターを具 えたことを特徴とする請求項５記載の加工装置。 10．電極間間隙において発生する火花放電についての情報を具えた測定信号を発 生する測定手段と、 測定信号のパラメータがしきい値を越えた際に停止信号を発生する検出手段 と、 該停止信号の検出によって、電流を減少させる減少手段と を具えた損傷防止手段において、 前記測定手段は、電極間間隙において発生するＨＦ電磁波を検出するアンテ ナを具えたことを特徴とする損傷防止手段。