JP2002172528A - ケミカルエッチング作用具備の複合放電加工法及び装置 - Google Patents

ケミカルエッチング作用具備の複合放電加工法及び装置

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JP2002172528A
JP2002172528A JP2000371236A JP2000371236A JP2002172528A JP 2002172528 A JP2002172528 A JP 2002172528A JP 2000371236 A JP2000371236 A JP 2000371236A JP 2000371236 A JP2000371236 A JP 2000371236A JP 2002172528 A JP2002172528 A JP 2002172528A
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conductive
electrode
insulating liquid
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electric discharge
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Keito Yo
景棠 楊
Koei Sai
宏營 蔡
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東權 呉
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケミカルエッチング作用具備の複合放電加工
法及び装置の提供。 【解決手段】 ケミカルエッチング作用具備の複合放電
加工法及び装置において、その装置は陰極環境の電極を
提供する導電性電極と、陽極条件の環境を提供する補助
電極と、絶縁液、加工待機する工作物である不良導電性
工作物とを包括する。陽極と陰極の発生する化学反応に
よりトリガする放電及びエッチング作用により、不良導
電材料に対して加工を行い、特に比較的精密な加工を行
う。また一方で、本発明は放電とエッチングの複合式加
工により、その加工速度が伝統的な放電加工よりもさら
に快速である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一種のケミカルエッ
チング作用具備の複合放電加工法及び装置に係り、特に
不良導体材料に応用可能である放電加工法及び装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】周知の技術によると、伝統的な放電加工
は、導電性電極を利用し加工を待つ工作物を電気的に連
接し、且つ絶縁液中に置き、導電性電極、絶縁液、工作
物の三者に一つの通路を形成させて、放電加工を行う。
この技術の特徴は加工制御においてケミカルエッチング
作用がなく、僅かに熱加工に止まり、即ち加工過程でた
だ放電溶融作用に頼っているために、加工速度が緩慢で
且つ表面が粗いということである。また、導電性電極、
絶縁液及び工作物は回路を成さねばならないため、工作
物を導電性材料とする必要があり、このため不良導電性
材料の放電加工を行うことができなかった。以上から分
かるように、伝統的な放電加工は不良導電性材料の加工
を行えず、ゆえに現在市場で必要とされている不良導電
性材料の線切断加工と型彫刻加工などを延伸した精密な
応用には不適合であった。ゆえに、このような伝統的な
放電加工の欠点を克服できる新たな加工技術が求められ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、不良導電性材料の加工法を提供することにある。本
発明によると、電解反応後に発生する気泡を利用し、該
気泡により絶縁の気体層を形成せしめ、さらに持続的に
高電圧をかけて放電作用を発生させる。その作用により
溶融蒸発現象とケミカルエッチング現象がもたらされ、
これにより本発明は不良導電性材料の加工に適用可能と
なる。
【0004】本発明の第2の目的は放電加工の速度を高
めることにある。本発明ではケミカルエッチングと放電
の複合式加工を利用し、加工の速度を高める。且つ放電
作用が局部加熱を行い、ケミカルエッチングもまた小面
積の化学反応であるため、良好な表面の粗さを達成でき
る。
【0005】本発明の第3の目的は、上述のケミカルエ
ッチングと放電の複合式加工を、精密な加工工業に応用
して、現在の精密加工工業の高コストの問題を解決する
ことにある。不良導電性材料の加工は現在の市場で必要
とされている技術であるが、一般に精密加工は費用が相
当に高い。本発明の装置及び技術はいずれもこの問題を
解決することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、陰極
環境を提供する電極とされる導電性電極と、陽極環境を
提供する電極とされる補助電極と、外接の関係を以て、
該導電性電極と該補助電極に連接される電源と、加工待
機する工作物であり導電性電極の放電する方向の面と適
宜距離を保持し、常温常圧下でその導電性質が導電完全
不能状態に接近する不良導電性工作物と、該導電性電
極、該補助電極及び不良導電性工作物が同時にそのなか
の環境に存在する絶縁液と、を具えたことを特徴とす
る、ケミカルエッチング作用具備の複合放電加工装置と
している。請求項2の発明は、(a)導電性電極の一部
を絶縁液を有する環境中に置き、且つ導電性電極の放電
の方向の面と該環境中に位置する不良導電工作物との間
を適宜距離に保持するステップと、(b)一つの補助電
極と該導電性電極の一部を不良導電工作物と同じ絶縁液
中に置き、並びに外接の電源をそれぞれ補助電極と導電
性電極に連接して通電させるステップと、(c)導電性
電極と絶縁液に電解作用を形成させるステップと、
(d)絶縁液中に非導電性区域を形成するステップと、
(e)絶縁液中において放電現象を発生させるステップ
と、(f)不良導電性工作物にあってその材料の溶融蒸
発現象とエッチング現象を発生させるステップと、を包
括するケミカルエッチング作用具備の複合放電加工法と
している。請求項3の発明は、(c)のステップの電解
作用が導電性電極の発生する陰極反応とされ、且つ絶縁
液が発生する陽極反応によりもたらされ、その反応式
が、 陰極反応は、2H2 O+2e- → 2(OH)- +H2 陽極反応は、4(OH)- →2H2 O+O2 +4e- であることを特徴とする、請求項2に記載のケミカルエ
ッチング作用具備の複合放電加工法としている。
【0007】
【発明の実施の形態】図1に示されるのは、本発明のケ
ミカルエッチング作用具備の複合放電加工装置表示図で
あり、それは本発明の第1の実施例とされる。本発明の
装置は、一つの導電性電極1を具え、それは陰極環境を
提供する電極とされ、及び、一つの補助電極13を具
え、それは陽極環境を提供する電極とされる。該導電性
電極1は並びに固定のための一つの固定アーム12を具
え、且つ導電性電極1と該補助電極13は外接の電源1
0とそれぞれ連通する。絶縁液2が絶縁液容器9に収容
され、導電性電極1が固定アーム12により絶縁液容器
9の上方に固定され、且つ補助電極13と共に直接該絶
縁液2中に延伸され浸漬されている。不良導電性工作物
3は加工待機の工作物とされ、この不良導電性工作物3
は全体が絶縁液2中に浸漬されて、導電性電極1の放電
予定の方向面と適宜距離を保持し、且つ不良導電性工作
物3は常温常圧でその導電性質がほぼ完全に導電不能の
状態となる。絶縁液容器9は放電時の高温と化学性質を
有する絶縁液に合わせて、耐高温で防腐蝕の材料で製造
されている。
【0008】本発明のステップは以下のとおりである。
導電性電極1の一部を絶縁液2の環境中に置き、且つ導
電性電極1の放電の方向の面と該環境に位置する不良導
電工作物3の間を適宜距離に保持する。さらに一つの補
助電極13を該導電性電極1の一部を不良導電工作物3
と同じ絶縁液2中に置き、並びに外接の電源10をそれ
ぞれ補助電極13と導電性電極1に連接して通電させ
る。図2に導電性電極1、絶縁液2、不良導電性工作物
3の間の関係が明らかに示されている。導電性電極1に
電圧を印加し、絶縁液2と通電させ電解作用を形成させ
る。電解作用は即ち該導電性電極1の陰極反応であり、
且つ補助電極13が絶縁液2中で発生する陽極反応によ
りもたらされる。その反応式は以下のとおりである。 陰極反応: 2H2 O+2e- → 2(OH)- +H2 陽極反応: 4(OH)- →2H2 O+O2 +4e- 図3に示されるように、電解作用により気泡4が発生
し、並びに徐々に気体層5が形成される(図4参照)。
この気体層5は非導電性区域であり、並びに導電性電極
1と不良導電性工作物3間の絶縁液2中に存在する。即
ち気体層5が非導電性区域とされ、持続的な高電圧下
で、気体層中の電容効果が破壊されることにより、気体
分子がイオンブレークダウンによる現象、即ち高電圧か
ら低電圧に向けての放電現象を発生する。これにより、
絶縁液2中で放電現象が発生する。これは図5に示され
るとおりであり、放電柱6の上部が持続印加電圧部分と
され、過飽和の強大電圧下のイオンブレークダウンが該
絶縁の気体層を突破し、ゆえに放電柱6を形成する。こ
れと同時に、図5に示されるように、放電柱6の底部の
放電により発生する高熱が局部区域の温度を急上昇さ
せ、不良導電性工作物3にその材料の溶融蒸発現象7を
発生させ、エッチング現象8は絶縁液2の間で高温時に
発生する化学置換反応によりもたらされる。即ち、局部
の高温による溶融蒸発とエッチング現象は、このような
小面積加工に対して良好な表面粗さと加工精度を獲得さ
せる。図10は本発明の方法によるガラスさん孔とレー
ザーによるガラスさん孔の比較図である。レーザー加工
は温度が高く且つ面積が大きく、熱エネルギーが迅速に
散逸しないため、さん孔後の孔辺にばりが発生する。し
かし本発明の方法によると、局部の加熱であり並びにエ
ッチング作用が組み合わされ、温度及び面積がレーザー
加工のように高くまた広くないため、さん孔後の孔辺に
高温加工後のような溶融現象が発生しない。
【0009】図6は本発明のケミカルエッチング作用具
備の複合放電加工法及び装置による加工立体図である。
この図に導電性電極1、気体層5、放電柱6及び不良導
電性工作物3の立体相対位置関係が明らかに示されてい
る。もし導電性電極1が各種の異なる形状の電極に変換
されたならば、異なる放電加工を行え、もし不良導電性
工作物3の線切削であれば、極細の導電性電極により切
削作業を行える。不良導電性工作物3の彫刻加工では、
異なる形状の導電性電極を使用することにより希望の形
状の加工を達成できる。図7に示されるように、該導電
性電極は内向きに凹んだ形状を呈し、これにより放電加
工後には導電性電極の如き形状が出現し、この例は彫刻
加工の一例である。図11に示される直径が200μm
の宝石マイクロホール加工では、宝石は、瑪瑙、バーマ
ジェイド(burmajade)、ルビー、人工ダイヤ
モンドその他の宝石とされうる。
【0010】図7は本発明のケミカルエッチング作用具
備の複合放電加工法及び装置の加工効率改善表示図であ
る。外接の加熱装置、例えばレーザー加熱装置11で、
導電性電極1を加熱して融点温度未満とし、導電性電極
1を急速に温度上昇させると、絶縁液2における作用及
び蒸発速度が増加し、気泡4の生成速度がアップする。
気泡速度が未だ絶縁層を形成しない時、放電現象も発生
しないが、外接の加熱装置で加熱後に、局部トリガ放電
の効果が発生し、即ち前もって放電が発生する。これに
より、放電を誘発するのに必要な電流量を減らすことが
でき、製造コストを減らすことができる。図8に示され
るように、異なる酸アルカリ値の下で、得られるエッチ
ング速度は異なる。そしてさらに温度因子を加えると、
エッチング速度はさらに倍数成長する。これにより、前
述したように、外接熱源で導電性電極を加熱することに
より、本発明の加工作業はさらに数倍の効果を達成する
ことができる。
【0011】図9は本発明のケミカルエッチング作用具
備の複合放電加装置表示図であり、本発明の第2の実施
例を示す。本実施例は大きな不良導電性工作物の加工に
適用され、即ち導電性電極1、補助電極13、不良導電
性工作物3を一つの膨大な容器中に入れることができな
い状況にあって、少なくとも一つの絶縁液供給管14を
使用して絶縁液2を提供し、導電性電極1、補助電極1
3、不良導電性工作物3を共に絶縁液2中に置きさらに
外接の電源10と連通させることにより、放電加工を行
い加工道15を発生させる。
【0012】
【発明の効果】ケミカルエッチング反応と放電時の高温
下での溶融蒸発を利用することにより、本発明は放電加
工領域内で速度と精密度方面で大きな進歩を提供する。
特に、外接の熱源を利用し放電に必要な時間を短縮し、
エネルギーコストを節約する。また一方で、酸アルカリ
環境の状況下の工夫により、さらにハイレベルの境界を
提供する。これにより、総合すると、本発明の採用する
装置と原理は、周知の放電加工の技術とは明らかな違い
を有し、使用者が不良導電性工作物に対する放電加工に
用いて十分に本発明の目的と機能のいずれにおいても実
施の進歩性を有し、極めて産業上の利用価値を有し、且
つ現在市場には見られない新発明であり、完全に特許の
要件に符合する。なお、上述の実施例は本発明の請求範
囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細
部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属
するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工装置表示図であり、本発明の第1の実施例を示
す。
【図2】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法のステップの各部分の関係表示図である。
【図3】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法のステップの気泡生成表示図である。
【図4】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法のステップの気体層生成表示図である。
【図5】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法のステップの放電柱生成表示図である。
【図6】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法及び装置による加工立体表示図である。
【図7】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法及び装置による加工効率改善表示図である。
【図8】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工法及び装置による二酸化ケイ素エッチング速度及
び温度、酸アルカリ度関係図である。
【図9】本発明のケミカルエッチング作用具備の複合放
電加工装置表示図であり、本発明の第2実施例を示す。
【図10】本発明の複合式放電さん孔とレーザーさん孔
比較図である。
【図11】本発明の実施例図である。
【符号の説明】
1 導電性電極 2 絶縁液 3 不良導電性工作物 4 気泡 5 気体層 6 放電柱 7 溶融蒸発現象 8 ケミカルエッチング現象 9 絶縁液容器 10 電源 11 レーザー加熱装置 12 固定アーム 13 補助電極 14 絶縁液供給管 15 加工道

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極環境を提供する電極とされる導電性
    電極と、 陽極環境を提供する電極とされる補助電極と、 外接の関係を以て、該導電性電極と該補助電極に連接さ
    れる電源と、 加工待機する工作物であり導電性電極の放電する方向の
    面と適宜距離を保持し、常温常圧下でその導電性質が導
    電完全不能状態に接近する不良導電性工作物と、 該導電性電極、該補助電極及び不良導電性工作物が同時
    にそのなかの環境に存在する絶縁液と、 を具えたことを特徴とする、ケミカルエッチング作用具
    備の複合放電加工装置。
  2. 【請求項2】 (a)導電性電極の一部を絶縁液を有す
    る環境中に置き、且つ導電性電極の放電の方向の面と該
    環境中に位置する不良導電工作物との間を適宜距離に保
    持するステップと、 (b)一つの補助電極と該導電性電極の一部を不良導電
    工作物と同じ絶縁液中に置き、並びに外接の電源をそれ
    ぞれ補助電極と導電性電極に連接して通電させるステッ
    プと、 (c)導電性電極と絶縁液に電解作用を形成させるステ
    ップと、 (d)絶縁液中に非導電性区域を形成するステップと、 (e)絶縁液中において放電現象を発生させるステップ
    と、 (f)不良導電性工作物にあってその材料の溶融蒸発現
    象とエッチング現象を発生させるステップと、 を包括するケミカルエッチング作用具備の複合放電加工
    法。
  3. 【請求項3】 (c)のステップの電解作用が導電性電
    極の発生する陰極反応とされ、且つ絶縁液が発生する陽
    極反応によりもたらされ、その反応式が、 陰極反応は、2H2 O+2e- → 2(OH)- +H2 陽極反応は、4(OH)- →2H2 O+O2 +4e- であることを特徴とする、請求項2に記載のケミカルエ
    ッチング作用具備の複合放電加工法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104014881A (zh) * 2014-05-26 2014-09-03 江南大学 带沉头微小孔激光-电火花-电解组合加工方法及装置
JP2017509166A (ja) * 2014-03-12 2017-03-30 オーイーウェーブス, インク.Oewaves, Inc. モードファミリーを除去するためのシステム及び方法

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