JP2003311534A - 放電加工装置 - Google Patents

放電加工装置

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JP2003311534A
JP2003311534A JP2002116893A JP2002116893A JP2003311534A JP 2003311534 A JP2003311534 A JP 2003311534A JP 2002116893 A JP2002116893 A JP 2002116893A JP 2002116893 A JP2002116893 A JP 2002116893A JP 2003311534 A JP2003311534 A JP 2003311534A
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electric discharge
discharge
machining
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working fluid
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JP2002116893A
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Sotomitsu Hara
外満 原
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精密な加工面が得られ、加工中での電解腐食
が問題になることはない、加工液として水を用いた放電
加工装置を得るにある。 【解決手段】 加工液として水を使い、直流パルス電源
5Aを用いた放電加工であって、被加工物Wの電解腐食
を防ぐ手段として、水を低温に冷却し、放電発生点に限
定して噴射するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は放電加工装置に関
し、特に、加工液媒体中で放電加工を行う放電加工装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、放電加工装置において
は、媒体となる液体(以下、加工液と称する。)中で放
電電極と被加工物を接近させ、両者間に高電圧を印加し
て放電を生じさせ、被加工物の一部を溶融・除去する
が、通常の放電加工装置では、被加工物は加工液中に浸
されたままの状態におかれる。
【0003】また、直流パルス化電源で発振された時間
幅制御のパルス電圧を用いる放電加工装置にあっては、
加工液として「水」を使用すると、被加工物が化学的に
活性な材料の場合は、被加工物が電解腐食し易い問題が
あり、特に加工液が液体槽に満たされる場合は、放電溶
融屑により次第に汚染が進行し、加工液の比抵抗が次第
に低下する。
【0004】それを避けるためには、「水」の純度を上
げて比抵抗を上げるのが効果的ではある。普通の水道水
は比抵抗10kΩ・cmと低すぎるので、イオン交換樹
脂によってイオン成分を取り除き、比抵抗を上げ、5M
Ω・cm位にして使用する。しかし、このような水純化
対策だけでは不充分で、放電加工の加工時間が比較的長
く、例えば10時間以上に及ぶ場合がよくあるので、こ
の放電加工の間に被加工物が電解腐食してしまう。
【0005】「水」を加工液として用いる際の問題を考
慮して、従来では、「水」の代わりに「油」を使用する
ことも検討されている。しかし、加工液として「油」を
使用すると、被加工物にクラックが入り易いという欠点
がある。
【0006】また、加工液として「水」を用いる場合、
直流パルス電圧の印加をやめて、高周波電源を放電に利
用することも考慮できるが、この場合の加工面の表面粗
さは直流パルス電圧印加に比較して劣化する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
に述べたような従来の放電加工装置の問題に鑑み、精密
な加工面が得られ、加工中での電解腐食が問題になるこ
とはない、加工液として「水」を用いた放電加工装置を
得るにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、放電電極と被加工物の相対位置を変化さ
せながら常に新しい放電電極面を放電発生点を形成し、
加工液を介在させて前記放電電極と前記被加工物のギャ
ップに直流パルス電圧を印加して放電を生じさせ、前記
被加工物を部分的に溶融させる放電加工機において、前
記加工液を純水とし、同加工液の温度を0℃または凝固
しない低温に維持する放電加工装置を提案するものであ
る。
【0009】即ち、本発明は、{水の温度を下げていく
と比抵抗が上昇する。}という性質を利用するもので、
「水」は温度が0℃付近に下がっていくと、測定不可能
なくらいに比抵抗が上昇する。25℃での純水の最大比
抵抗は18MΩ・cmであるが、10℃では60MΩ・
cm以上となることがよく知られている。したがって、
低温の水を加工液として用いると、被加工物の電解腐食
は大きく改善される。
【0010】また、加工液を液体槽に満たして放電電極
及び被加工物をこの液体槽内に沈めて放電加工すると、
放電屑等によって汚染が進行し、せっかくの高比抵抗液
の特性を発揮できない。
【0011】そこで、本発明では、加工液は噴射口から
噴射して放電発生点に限定して与え、その後は放電屑を
伴って速やかに流下させて、放電発生点に留まらないよ
うにする。勿論、この場合の加工液は回収・フィルタリ
ングによって再使用できる。
【0012】本発明では、放電発生点のみを冷却するの
で、被加工物の変形歪みが懸念されるけれども、被加工
物が全体的に熱収縮してもよい場合は、放電電極、被加
工物、被加工物を支持する構造体の支持部位全体を略同
一温度に冷却しておくことができる。このような同一温
度保持は必要部位をカバー中に包含させ、断熱膨張で冷
却した気体を流すことで容易に実現できる。
【0013】後述する本発明の好ましい実施態様の説明
では、 1)放電発生部位付近における前記加工液の滞在時間を短
くするために、前記加工液は前記放電発生点に限定して
直接噴射され、同放電発生点から直ちに下方に落下され
る構造、 2)前記加工液は加圧されかつ凝固しない過冷却状態の液
状であり、噴射開口部は冷却した環境気体で包含され、
同噴射開口部を出た加工液が瞬間に凝固して微粒氷粉体
となる構造、 3)前記放電電極は走行するワイヤ状、旋回棒状、被加工
物に対して往復移動される柱状体であり、被加工物との
間に前記放電発生部が形成される構造、 4)前記被加工物、支持機構部及び前記放電電極は冷却さ
れた気体に包含され、前記被加工物の温度による形状歪
みを改善する構造、 5)前記加工液はペルチェ効果素子で冷却される構造、 6)前記加工液は気体の断熱膨張による冷却効果で冷却さ
れる構造 が説明される。
【0014】
【発明の実施の形態】図1はワイヤ状放電電極1を用い
る本発明の第1実施例を示す。ワイヤ状放電電極1Aは
ボビン2に巻かれていて、複数のプーリ3に沿って走行
でき、常に新しい放電電極面が放電発生点に形成され
る。被加工物Wに近接したワイヤ状放電電極1の部分に
はブラシ4Aが設けられ、このブラシ4Aを介して直流
パルス電源5Aの一方の極が接続される。
【0015】被加工物Wには電気導体端子が設けられ、
この電気導体端子は直流パルス電源5Aの他方の極に接
続してある。直流パルス電源5Aより発生する時間幅を
制御されたパルス電圧は、ワイヤ状放電電極1Aと被加
工物Wのギャップとの間に印加されて放電を生じさせ、
前記被加工物Wが部分的に溶融される。加工液は冷却さ
れた「水」であり、噴射ノズル6Aの噴射口からワイヤ
状放電電極1Aと被加工物Wとの間のギャップ周辺に噴
射されるから、放電発生点は加工液に覆われることにな
り、放電加工特性は加工液中で進行する。ここで用いら
れる冷却された水は、比抵抗が非常に高いので、被加工
物Wが電解腐食するのが防止される。
【0016】図2棒状放電電極1Bを用いる本発明の第
2実施例を示し、被加工物Wを加工する棒状放電電極1
Bはスビンドル7に取り付けられて、旋回駆動される。
スピンドル7には、直流パルス電源5Aの一方の極を接
続するブラシ4Bが当接され、被加工物Wは電気導体端
子を介して直流パルス電源5Bの他方の極に接続され
る。直流パルス電源5Bで発生された時間幅制御のパル
ス電圧は、棒状放電電極1Bと被加工物Wとの間のギャ
ップに印加されて放電を生じさせ、前記被加工物Wを部
分的に溶解させる。
【0017】この第2実施例の加工液も冷却された
「水」であり、冷却水は噴射ノズル6Bの噴射口から棒
状放電電極1Bと被加工物Wのギャップ周辺に噴射され
る。よって、放電発生点は冷却水である加工液に覆われ
ることになり、放電加工は液体中で進行するけれども、
冷却された水は、比抵抗が非常に高いので、被加工物W
が電解腐食するのを防止できる。
【0018】図3は本発明の第3実施例で用いる型放電
電極1Cを示し、この型放電電極1Cは被加工物Wに対
して往復運動を行う。つまり、この被加工物Wと型放電
電極1Cとの間に時間幅を制御された直流パルス電圧が
印加され、被加工物Wと型放電電極1との間の放電ギャ
ップに加工液である冷却水が噴出供給される。
【0019】図4は加工液である「水」を冷却するため
に用いるペルチェ効果素子8を示す。加工液である
「水」が流過される熱交換器9は熱的良導体である金属
材料で作られるが、この熱交換器9の内部には蛇行によ
り表面積を増大された水路が形成され、水路の入り口と
出口にホースニップル11を取り付けてある。熱交換器
9の上下面にはペルチェ効果素子8が貼着され、これら
のペルチェ効果素子8の反対側には放熱フィン13が取
り付けられる。これらのペルチェ効果素子8には電流が
印加され、熱交換器9が冷却される。ペルチェ効果素子
8は放熱フィン13で冷却されることになる。
【0020】本発明で用いる噴射水の流量はわずかであ
る。被加工物Wの大きさにもよるが、1時間当たり1リ
ットル程度でも充分に賄うことができる。この流量なら
ば、25℃から0℃へ冷却するエネルギーは1時間当た
り約105jouleであり、電力換算で約30Wであるか
ら、前述したようなペルチェ効果素子8による熱交換で
充分に冷却可能である。勿論、放熱フィンは自然空冷で
も、他の水冷構造でもよい。
【0021】図5及び図6は、加工液である「水」を冷
却するのに用いられる断熱膨張器14を示す。熱交換器
15は、図4の場合と同様に、熱的良導体である金属材
料で作られるが、この熱交換器15の内部には蛇行によ
り表面積を増大された水路が形成され、水路の入り口と
出口にホースニップル16を取り付けられる。また、こ
の熱交換器15の上下面には断熱材で作られる断熱膨張
器14を取り付けられるが、これらの断熱膨張器14に
おいては、5気圧程度の圧縮空気がオリフィス17を通
して噴出される。断熱膨張器14の内部の空気は直径数
mm程度の空気の逃し穴18を介して外部排出される。
【0022】図7は低恒温槽21を用いる本発明の第3
実施例を示し、この低恒温槽21は放電発生点付近の温
度によって被加工物Wの変形歪みが無視できない場合に
対応できる。低恒温槽21内部の低温化気体は冷却され
た加工液と同等かそれ以下の温度であるのが望ましい。
この低温化気体は公知の気体冷却手段で冷却される。低
恒温槽21の内部には、被加工物W、この被加工物Wを
送り運動させる支持機構21、ワイヤ状放電電極1Aが
位置され、噴射ノズル6Aから噴出される冷却水の存在
下に放電加工が行われる。この低恒温槽21の内部で
は、ゆっくりした一様な空気流が形成されるが、低温化
気体の回収・再冷却の循環ループの形成を行うこともで
きる。
【0023】低恒温化槽内の低温化気体の温度が氷点下
以下の場合、冷却加工液が噴射ノズル6Aの噴射口から
噴射された瞬間に微細な氷状の粒子となり、また、冷却
加工液が加圧された過冷却状態にある場合は、加圧が解
除された瞬間に凝固することが知られている。このよう
な場合は、氷の微粒子は放電発生点に達した時もし放電
が途切れた状態にあるとすれば、放電ギャップに存在す
るのは固体粒子であり、誘電率が液体より高いので非常
に放電しやすくなり、長距離でも放電発生頻度が上昇す
る。これはマイクロ放電加工のように放電パワーが小さ
く放電頻度の低い場合は特に有効である。
【0024】さらに、冷却加工液の中にシリコン微粒子
を混入させて放電発生頻度を改善することも期待でき
る。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の放電加工装置においては、加工液に低温の「水」を使
い、直流パルス電源を用いた放電加工を行うので、被加
工物の電解腐食を防ぎ、加工表面の精密な加工が可能に
なる。また、本発明における加工液「水」を小型のペル
チェ効果素子で冷却でき、大掛かりな装置は必要としな
い。さらに、5気圧程度の圧縮空気があれば、用いる加
工液「水」を断熱膨張冷却で簡単に冷却可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による放電加工装置の概念
図である。
【図2】本発明の第2実施例による放電加工装置の概念
図である。
【図3】本発明で用いる型放電電極の拡大説明図であ
る。
【図4】本発明で用いるペルチェ効果素子の斜視図であ
る。
【図5】本発明で用いる断熱膨張器の全体斜視図であ
る。
【図6】図5の断熱膨張器の要部断面図である。
【図7】本発明の第3実施例による放電加工装置の概念
図である。
【符号の説明】
W 加工物 1A ワイヤ状放電電極 1B 棒状放電電極 1C 型放電電極 4A ブラシ 6A 噴射ノズル 8 ペルチェ効果素子 14 断熱膨張器 21 低恒温槽

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電電極と被加工物の相対位置を変化さ
    せながら常に新しい放電電極面を放電発生点を形成し、
    加工液を介在させて前記放電電極と前記被加工物のギャ
    ップに直流パルス電圧を印加して放電を生じさせ、前記
    被加工物を部分的に溶融させる放電加工機において、 前記加工液を純水とし、同加工液の温度を0℃または凝
    固しない低温に維持することを特徴とする放電加工装
    置。
  2. 【請求項2】 前記加工液は前記放電発生点に限定して
    直接噴射され、同放電発生点から直ちに下方に落下され
    ることを特徴とする請求項1記載の放電加工装置。
  3. 【請求項3】 前記加工液は加圧されかつ凝固しない過
    冷却状態の液状であり、噴射開口部は冷却した環境気体
    で包含され、同噴射開口部を出た加工液が瞬間に凝固し
    て微粒氷粉体となることを特徴とする請求項1記載の放
    電加工装置。
  4. 【請求項4】 前記放電電極は走行するワイヤ状、旋回
    棒状、被加工物に対して往復移動される柱状体であり、
    被加工物との間に前記放電発生部が形成される請求項1
    から請求項3のいずれかひとつに記載の放電加工装置。
  5. 【請求項5】 前記被加工物、支持機構部及び前記放電
    電極は冷却された気体に包含され、前記被加工物の温度
    による形状歪みを改善することを特徴とする請求項4記
    載の放電加工装置。
  6. 【請求項6】 前記加工液はペルチェ効果素子で冷却さ
    れることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか
    ひとつに記載の放電加工装置。
  7. 【請求項7】 前記加工液は気体の断熱膨張による冷却
    効果で冷却されることを特徴とする請求項1から請求項
    5のいずれかひとつに記載の放電加工装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007283411A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Nippon Steel Corp 導電性インゴットの外形加工方法
JP2007283412A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Nippon Steel Corp 導電性ウェハの外形加工方法
KR101079121B1 (ko) 2011-09-15 2011-11-02 이춘길 미세 금속파이프의 와이어 커팅장치
KR101279595B1 (ko) * 2012-02-03 2013-06-27 주식회사 공영 방열 핀 제조장치 및 그 제조방법
CN110000437A (zh) * 2019-05-28 2019-07-12 四川轻化工大学 一种电火花线切割装置及极间液量控制方法

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