JP2003094249A - 絶縁材料の放電加工方法及び放電加工装置 - Google Patents

絶縁材料の放電加工方法及び放電加工装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性皮膜Lで被覆した絶縁材料Mの放電加
工に際し、放電現象が導電体層Lから絶縁材料Mに移行
する際に放電現象を安定化させ、高加工精度で絶縁材料
Mを放電加工する。 【構成】 絶縁性の加工油3に浸した絶縁材料Mと加工
電極7との間に電圧を印加して絶縁材料Mを放電加工す
る際、表面に導電体層Lを形成した絶縁材料Mを使用
し、絶縁材料Mから放電電源に至る放電回路の途中に抵
抗器5を直列接続する。抵抗器5の挿入に代え、或いは
抵抗器5に加えて、抵抗値を高くした導電体層Lを絶縁
材料M表面に形成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い加工精度でセラミ
ックス,高分子材料,セラミックス−金属複合体等の絶
縁材料を放電加工する方法及び放電加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックスに代表される絶縁材料は高
い絶縁抵抗のため、無垢の状態では放電加工に必要な放
電現象が発生しない。この種の絶縁材料の放電加工を可
能にするため、絶縁材料の表面に導電体層を設ける方法
が採用されている(特開昭63−150109号公報,
特開平4−41120号公報)。本発明者等も、絶縁材
料の表面にメッシュ状導電材料,金属細線からなる多孔
質成形体,針状金属を含む複合体等を密着させた状態で
加工電極との間に放電を発生させるとき、放電現象の維
持に有効な導電体層がメッシュ状導電材料,多孔質成形
体或いは複合材料から放電加工の初期に形成され、絶縁
材料の放電加工が可能になることを特開平8−1437
号公報で紹介した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】絶縁性の加工油に浸漬
した絶縁材料を放電加工すると、加工油の熱分解で生じ
た熱分解炭素が導電性皮膜となって絶縁材料の表面に堆
積する。導電性皮膜の形成によって絶縁材料の放電加工
が可能になるが、導電体層から絶縁材料基材に放電が移
行する際に放電状態が不安定化する。放電状態の不安定
化は、導電体層と基材との界面で電気抵抗が大きく変化
し、短絡や放電集中等の異常波形が多発することに起因
する。不安定な放電状態は、放電加工された絶縁材料に
形状不良を引き起こす。また、絶縁材料表面にある導電
体層が異常放電によって局部的に消失し、加工面入口近
傍の導電体層が工具電極形状よりも大きく加工されるた
め、たとえば孔部を形成する場合には肩ダレを起こし、
シャープなエッジの孔部が形成されない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、導電体層から絶
縁材料基材に放電が移行する際に電気抵抗の変化を抑え
ることによって、放電現象を安定条件下で推移させ、良
好な形状精度で絶縁材料を放電加工することを目的とす
る。
【0005】本発明は、その目的を達成するため、絶縁
性の加工油に浸した絶縁材料と加工電極との間に電圧を
印加して絶縁材料を放電加工する際、表面に導電体層を
形成した絶縁材料を使用し、導電体層から放電電源に至
る放電回路の途中に外部抵抗を直列接続することを特徴
とする。外部抵抗に代え、抵抗値を高めた導電体層を絶
縁材料の表面に形成してもよい。
【0006】また、放電加工装置は、加工油を収容し、
絶縁材料が載置される加工機台を配置させた容器と、絶
縁材料を加工機台に押圧固定する導電性のバイスと、加
工機台上の絶縁材料に対向配置された加工電極と、加工
電極を負極として放電電源の一方の端子に、バイスを放
電電源の他方の端子に接続する放電回路を備え、バイス
から放電電源に至る放電回路の途中に外部抵抗を直列接
続している。
【0007】
【実施の形態】本発明に従った放電加工装置は、たとえ
ば図1に示すような設備構成を備えている。この放電加
工装置は、加工機台1が内部に配置されている容器2を
加工油3で満たし、導電性皮膜L又は導電体層を設けた
絶縁材料Mを加工機台1に載置する。導電体層Lとして
は、塗布・焼付け,CVD,PVD,溶射,蒸着等で形
成された導電性薄膜、特開平8−1437号公報で紹介
したメッシュ状導電材料,金属細線からなる多孔質成形
体,針状金属を含む複合体等が使用される。或いは、導
電性金属板又は箔を絶縁材料Mに密着させて導電体層L
とすることもできる。
【0008】加工機台1に載置された絶縁材料Mは、バ
イス4によって締め付けられ加工機台1に固定される。
バイス4は、抵抗器5を介して放電加工機電源6に接続
される(図1a)。絶縁材料M表面にある導電体層Lに
加工電極7が対向配置され、加工電極7は負極として放
電加工機電源6の一方の端子に接続される。抵抗器5
は、絶縁材料Mと加工電極7との間の放電現象が導電体
層Lから絶縁材料基材に移行する際の電気抵抗の変動を
抑えるため放電回路に直列接続された部品であり、抵抗
値を調節できる可変抵抗器を必要に応じて使用すること
ができる。なお、放電状態の推移を観察するため、オシ
ロスコープ8を放電回路に付設する場合もある。
【0009】絶縁材料Mと加工電極7との間に電圧を印
加して放電させると、電気伝導性の高い導電体層Lが先
ず放電加工される。放電の継続に伴い導電体層Lが加工
電極7の形状に倣って加工されるが、同時に加工油3も
放電時のエネルギーによって分解される。加工油3の分
解生成物である熱分解炭素は絶縁材料Mの表面に堆積し
て導電性皮膜Nとなり、放電現象が継続する(図1
b)。放電が導電体層Lから絶縁材料Mに移行する際、
絶縁材料Mの表面に形成されている導電性皮膜Nの抵抗
は非常に高い。そのため、給電位置であるバイス4まで
の電流路の長さが放電位置の移動に伴って変化し、抵抗
値も変動する。抵抗値の変動は放電電流値の変動をもた
らし、放電現象を不安定化させやすい。本発明では、放
電回路に直列接続した抵抗器5によって抵抗値の変化を
電気回路に関して相対的に小さくしているので、放電電
流及び電圧の変動に起因する異常放電が抑えられ、安定
条件下で導電体層Lから絶縁材料Mに放電現象が移行す
る。
【0010】直列接続した抵抗器5は、放電点から給電
位置までの距離変動に伴って電流路の抵抗値が変化した
場合にあっても抵抗変化が電流値に及ぼす影響を小さく
する。その結果、放電状態が安定化し、加工孔周囲にあ
る導電体層Lが広面積で加工されることがなくなる。こ
れに対し、抵抗器5がない場合、放電位置の分散によっ
て放電点から給電点までの距離変動に起因する抵抗値の
変化が放電電流に直接影響を及ぼし、放電状態を不安定
にする。
【0011】抵抗器5に代えて、比抵抗の高い材料で形
成した導電体層Lによっても同様な効果が得られる。比
抵抗の高い材料としては、Si,TiB2,ZrB2,S
iC,グラファイト等がある。塗布・焼付け,CVD,
PVD,溶射,蒸着等の方法で高比抵抗材料を絶縁材料
Mの表面に堆積させることにより、導電体層Lから絶縁
材料Mに放電現象が移行する際の電気伝導度変化を小さ
くできる。たとえば、Si,TiB2,ZrB2,Si
C,グラファイト等の比抵抗が高い粉末を配合した銀ペ
ースト,カーボンペースト,水性コロイド黒鉛を絶縁材
料Mに塗布し、加熱・焼付けすることにより所定の比抵
抗をもった導電体層Lが形成される。
【0012】放電加工時、給電位置であるバイス4まで
の電流路の長さが放電位置の移動に伴って変化するた
め、導電体層Lの抵抗値も変化する。導電体層Lの抵抗
値変動幅による影響を抑制するため、30Ω以上の抵抗
値をもつ抵抗器5を外部接続することが好ましい。高抵
抗材料製の導電体層Lも、同様な理由から30Ω以上の
抵抗値をもつものが好ましい。
【0013】
【実施例1】Si34を絶縁材料Mに使用し、絶縁材料
Mの表面に膜厚3μmのPVD−TiN蒸着膜を導電体
層Lとして形成した。導電体層Lの比抵抗は2×10-6
Ω・cm程度の良導体であることから、抵抗器5(外部
抵抗)の抵抗値を0〜50Ωの範囲で変化させた。灯油
系の加工油3を収容した容器2に配置されている加工機
台1に絶縁材料Mをセットし、バイス4で加工機台1に
固定した。バイス4と放電加工機電源6との間に挿入さ
れる抵抗器5には、10Ω,30Ω,50Ω(外部抵抗
out)の抵抗を使用した。なお、放電加工機内部の抵
抗Rinは、10.7Ω,75Ωであった。
【0014】放電加工機に準ずる重畳電圧を考慮したシ
ミュレ−ション等価回路によって電圧変動を検出したと
ころ、図2に示すように外部抵抗Rout=10Ωを接続
しない内部抵抗Rin=75Ωの条件下では、皮膜抵抗R
layerが0〜100Ωの範囲で変化したとき電圧変動幅
は約60Vであった。他方、外部抵抗Rout=50Ωの
抵抗器5を挿入し、内部抵抗Rinを10.7Ωに調整し
た条件下では、電圧変動幅が約10Vに抑えられた。こ
の結果は、外部抵抗Routが大きく、内部抵抗Rinが小
さい場合にオシロスコープ8で検出される電圧変動が抑
えられることを意味する。
【0015】次いで、絶縁材料Mと加工電極7(直径3
mm)との間に電圧を印加することにより放電現象を発
生させ、表1の条件下で絶縁材料Mを放電加工した。放
電加工中の電流及び電圧の変動をオシロスコープ8で検
出したところ、連続して発生する放電の電圧,電流共に
ほぼ一定の値になり、安定した波形(図3a)で放電が
生じていた。放電加工された絶縁材料Mも、シャープな
肩部をもつ孔部が形成されていた。孔部は、深さに制約
が加わることなく、加工電極7の形状を正確に倣った内
径3mmの円孔であった(図4a)。比較のため、外部
抵抗Routを接続しない場合、放電電圧,放電電流が大
きく変動し、波形に乱れが生じており(図3b)、放電
加工によって形成された孔部にも肩ダレが生じていた
(図4b)。
【0016】
【0017】
【実施例2】銀ペースト及び水性コロイド黒鉛に比抵抗
が高い種々の微粉末を配合し、導電体層形成用ペースト
を用意した。当該ペーストを実施例1と同じ絶縁材料M
に塗布し、焼成することによって、表2に示すように抵
抗値を種々変更した導電体層Lを形成した。
【0018】
【0019】導電体層Lが形成された絶縁材料Mを、外
部抵抗を接続することなく実施例1と同じ条件で放電加
工した。銀ペーストにZrB2微粉末を配合して抵抗値
を高めた導電体層L(56.8Ω)を設けた絶縁材料M
に形成された孔部は、シャープな肩部をもっていた(図
5a)。他方、比抵抗の高い微粉末を含まない銀ペース
トで導電体層Lを設けた絶縁材料Mでは、放電加工で形
成された孔部の周辺にダレが発生していた(図5b)。
他の導電体層Lを設けた絶縁材料Mでも、導電体層Lの
電気抵抗が30Ω以上の高い場合に孔部形状が図5aと
なり、数Ω程度の電気抵抗をもつ導電体層Lでは孔部形
状が図5bとなった。
【0020】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、導電体層を設けた絶縁材料を放電加工する際、外部
抵抗を接続すること及び/又は導電体層の抵抗値を高め
ることによって、絶縁材料表面に形成された高抵抗の導
電体層と加工電極との間に発生する放電における放電電
圧及び放電電流の変動を抑制できる。そのため、放電現
象が安定化し、深さのある孔部を形成する場合でも孔部
周辺にダレが発生することなく、加工電極の形状を正確
に倣った形状に絶縁材料が放電加工される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従った放電加工装置(a)及び加工
進展(b)の概略図
【図2】 同放電加工装置の放電状態をシミュレートし
たグラフ
【図3】 実際の放電加工時における放電状態の変動を
本発明例(抵抗接続あり)と比較例(抵抗接続なし)で
対比したグラフ
【図4】 放電加工で形成された孔部の形状を本発明例
(抵抗接続あり)と比較例(抵抗接続なし)で対比した
写真
【図5】 放電加工で形成された孔部の断面形状を、抵
抗値の高い粉末を配合した銀ペースト(a)及び通常の
銀ペースト(b)から作られた導電性皮膜で対比した図
【符号の説明】
1:加工機台 2:容器 3:加工油 4:バイ
ス 5:抵抗器 6:EDM電源 7:加工電極
8:オシロスコープ M:絶縁材料 L:導電体層 N:導電性皮膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性の加工油に浸した絶縁材料と加工
    電極との間に電圧を印加して絶縁材料を放電加工する
    際、表面に導電体層を形成した絶縁材料を使用し、導電
    体層から放電電源に至る放電回路の途中に外部抵抗を直
    列接続することを特徴とする絶縁材料の放電加工方法。
  2. 【請求項2】 絶縁性の加工油に浸した絶縁材料と加工
    電極との間に電圧を印加して絶縁材料を放電加工する
    際、比抵抗の高い粉末を配合した導電体層を表面に形成
    した絶縁材料を使用することを特徴とする絶縁材料の放
    電加工方法。
  3. 【請求項3】 加工油を収容し、絶縁材料が載置される
    加工機台を配置させた容器と、絶縁材料を加工機台に押
    圧固定する導電性のバイスと、加工機台上の絶縁材料に
    対向配置された加工電極と、加工電極を負極として放電
    電源の一方の端子に、前記バイスを放電電源の他方の端
    子に接続する放電回路を備え、バイスから放電電源に至
    る放電回路の途中に外部抵抗を直列接続していることを
    特徴とする絶縁材料の放電加工装置。
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CN107283009A (zh) * 2017-08-24 2017-10-24 江苏冬庆数控机床有限公司 一种电火花加工的控制系统和加工方法

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