JP2005224887A

JP2005224887A - 電解加工液を用いた電気絶縁体包覆電極による放電加工法およびその装置

Info

Publication number: JP2005224887A
Application number: JP2004034575A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kumagai; 誠治熊谷; Tokutaro Miura; 得太郎三浦; Osamu Hosoya; 統細谷; Jun Komatsu; 順小松
Original assignee: HONJO YURI SANGYO KAGAKU GIJUT; HONJO YURI SANGYO KAGAKU GIJUTSU SHINKO ZAIDAN
Current assignee: HONJO YURI SANGYO KAGAKU GIJUT; HONJO YURI SANGYO KAGAKU GIJUTSU SHINKO ZAIDAN
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】放電発生を望まない箇所が電気絶縁体で包覆されている電極を使用し、電極と電気絶縁体の間、または電極の中空にも加工液を流動させる放電加工法の加工高速化を実現する。
【解決の手段】加工液として電解液を選択し、被加工物と電極の間に並列にコンデンサを接続することにより、放電を活発化、掘削量を増大させ、加工高速化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物と面しかつ任意の形を為す底面を有する電極を、その側面など放電発生が望まれない部位を電気絶縁物で包み覆い、その電極と電気絶縁体の間に、または電極の中空にも加工液として電解液を流動させることにより、高速放電加工を実現する技術に関するものである。

放電加工法は、高硬度材料に対する精密加工法として一般的に用いられている。無垢の金属電極を用いる従来の放電加工法により、高硬度材料に対して深穴など縦横比の高い加工を行う場合、加工によって生じた加工屑や加工方向に対して横方向の電極振れなどにより、電極側面での不必要な放電が発生する。

これら側面放電が加工効率と加工精度の低下を招くため、電極の加工方向の駆動には複雑精緻な機構を必要とする。また、加工液には処理や管理に費用のかかる導電性の低い灯油など電気絶縁油やイオン交換水を使用している。

側面放電による加工効率と加工精度の低下を防ぐために、電極周辺を電気絶縁体で覆い、電極と電気絶縁体の間に加工液を流動させる放電加工法が、例えばUK Patent GB 2177644 で主張された。

電気絶縁体包覆電極による放電加工法を用いれば、複雑精緻な電極駆動機構を必要とせず、かつ縦横比の高い加工を実現することができる。

しかし、この方法は電極を包覆した電気絶縁体そのものを加工掘削した部分に挿入する必要がある。そのため、無垢の金属電極による通常の放電加工法と比べて、電極底面の面積に対する所要掘削量が非常に多く、加工速度は相対的に低い。

電気絶縁体包覆電極による放電加工の加工高速化を図る為には、放電エネルギーの増大を要するため、加工電源の高容量化が求められる。

一方、仕上げ放電加工を安定化する目的でなされた他の従来発明では、被加工物と電極の間（極間）に微粉末を混入することで、大きな面積での放電においても放電の集中を防いで精細な加工面が得られることが明らかになっている。たとえば日本国特許第2596624号にその放電加工法発明が記されている。

シリコンやグラファイトなど導電性を有する微粉末を電気絶縁性の加工液に混入させ、極間での放電を活発化させることにより、加工電源の高容量化を必要とせず、電気絶縁体包覆電極による放電加工の加工高速化を実現する方法が提案されている。

しかしながら、この方法においては、加工液槽や加工液の流動系統を清浄な状態に保つ為に頻繁に洗浄を行うか、洗浄を出来る限り省略する特殊なシステムを構築する必要がある。また、微粉末の混入量が多くなると、加工屑の排出そのものを阻害するため、微粉末の混入量には限界があり、加工の高速化も限られた範囲となる。

加工電源の高容量化と導電性微粉末の加工液への混入がなければ、無垢の金属電極による放電加工法と比べて、電気絶縁体包覆電極による放電加工法の加工速度は相対的に低いという問題がある。

この問題を解決するために発明された方法が、電解加工液を用いた電気絶縁体包覆電極による放電加工法である。

本発明は、被加工物と面しかつ任意の形を為す底面を有する電極を、その側面など放電発生が望まれない部位を電気絶縁体で包み覆い、放電により被加工物を加工する放電加工法において、電極と電気絶縁体の間に加工液として電解液を流入させて加工を行う。

導電性を有する電解液が極間に存在することにより、電気絶縁油やイオン交換水、またそれらに導電性微粉末を混入させた液体と比較して放電が活発化する。電解液の使用により放電が容易に発生しやすくなるが、電気絶縁体の存在により不必要な箇所での放電は完全に遮断されているので、加工高速化は実現しつつ、他の不具合は発生させない。

放電様相は一般的にその放電を持続させる電離ガスの種類に依存する。そのため、放電の活発化度合いは、電解液中のイオンの種類の影響を受ける。電解液の導電性が高すぎると、放電が被加工面の近傍で発生しなくなるので、逆に加工が進捗しなくなる。低すぎても、放電が活発化しない。

コンデンサを電極と被加工物の間隙に並列に接続した放電電源を用いた場合、より加工が高速化する。

コンデンサを並列に接続すると放電不発生時に電荷がコンデンサに蓄積され、被加工面と電極底面が接近し、放電が発生した瞬間に蓄積された電荷が数から数百ｎｓｅｃの時間幅で波高値数十から数百Ａの電流として放出され、被加工物掘削に有効な放電が発生する。

導電性の電解液を利用すると、加工液の電気抵抗による損失が少なくなる。そのため、より短い時間幅でより波高値の高い掘削にさらに有効な放電が発生し、電解液とコンデンサの組み合わせが加工を相乗的に高速化する。

電極一つまたは複数の中空が存在する場合、その中空にも電解加工液を流入させることにより、加工屑の排出を効率的にし、加工速度を向上させる。特に電極底面が約100ｍｍ^２を超えると、この効果が顕著に現れる。

必要に応じて、上記方法に従い、電極をその軸と直交する面内において走査しながら行う。

以上に示したように、電解液を加工液に使用することにより、電気絶縁体包覆電極を利用した放電加工法の加工速度が、従来の無垢の金属電極を利用する放電加工法のものと比べて低いという問題を解決する。

電気絶縁体包覆電極を利用した放電加工法においては、電極を包覆した電気絶縁体そのものを加工掘削した部分に挿入する必要がある。そのため、無垢の金属電極による通常の放電加工法と比べて、電極底面の面積に対する所要掘削量が非常に多く、加工速度は相対的に低い。

本発明は、加工電源の高容量化または導電性微粉末混入加工液を必要とせずとも、加工液に電解液を利用することにより極間における放電を活発化し、加工の高速化を可能にする。

本発明方法の実施形態の原理的例を図１と図２を用いて説明する。

図１において１は被加工物である。２ａは電極であり、この電極と被加工物とは放電電源３に接続され放電により被加工物が掘削され加工が進行する。電極２ａはチャック４を介して電極前進後退および回転駆動機構５に接続され、電極２はこの機構により、加工の進展に伴い移動する。必要に応じてはこの機構により電極は回転する。電極２ａは電気絶縁体６により、放電発生が望まれない部分が包み覆われている。電気絶縁体６は電気絶縁体接続部７に接続される。

電気絶縁体接続部７は必要に応じ電極２ａに対し相対運動をできる機構を有する。電解液が加工液として電解加工液導入口８より導入され、電気絶縁体と電極の間を流れ電極先端の放電加工部に供給される。そして、電極を包覆する電気絶縁体外側を通過し、被加工物の外部に排出される。コンデンサ９は被加工物と電極の間に並列に接続され、加工に適した放電電流を与える。

電極として図１では角棒を使ったが、細線あるいは丸棒など任意の形を有するものを用いても良い。

図２は、図１と比較して、中空を有する電極２ｂを使用すること、中空電極内流動電解加工液入口を設けていることに違いを有する。中空電極と電気絶縁体の間を電解加工液が流動するだけでなく、電極中空内にも電解加工液が流動することにより、電極底面中心部付近での金属屑排出の滞りが緩和され、加工速度の向上に寄与する。

図２では四角形中空を有する角棒を電極として用いたが、丸形中空を有する丸棒を用いるなど、電極外形またはその中空形が任意のものを用いても良い。

電極と電気絶縁体の組み合わせ、電極の駆動と回転、電気絶縁体の相対運動機構等はすでに公知の技術であり、それら公知技術に関する詳細は本発明の実施の形態の説明においては省略する。

図１と図２に示した構成は限られた例であり、これら図以外に種々の形態がある。

加工液として、水などに塩化ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム等を電解質を溶解させた電解液を用いる。

放電様相は電離ガスの種類に依存するので、電解液中のイオン種により放電の活性度合いが変わる。加工高速化度合いは、電解液中のイオン種の影響を受ける。

電解液の導電率が低いと放電が活発化せず効果が薄い。一方、導電率が高すぎても放電が被加工面近傍から離れるため、効果が現れない。電解液の導電率100μＳ／ｃｍから300μＳ／ｃｍの範囲で最良の効果を得られる。

放電電源に付加するコンデンサの容量は、2μＦから10μＦの範囲で最良の効果が得られる。

自動電極送り機構を備えた放電加工装置を用い、加工設定条件を同一にして、加工液として水道水を用いて放電電源にコンデンサを付加しない場合の加工速度と、電解液を用いて、放電電源にコンデンサを接続した本発明放電加工法による加工速度を比較した。加工条件と加工結果を示す。

加工条件
被加工材料：構造用炭素鋼
電極：直径0.30ｍｍのタングステン丸棒
電気絶縁体：外径0.55ｍｍ、内径0.40ｍｍのふっ素樹脂チューブ
加工液液体：水道水加工液および電解液加工液
電解加工液：上記水道水に塩化ナトリウムを溶解。導電率は140μＳ／ｃｍ
放電電源：パルス放電電源（パルス波形、30μｓｅｃオン／100μｓｅｃオフ）
電極移動制御：放電電圧フィードバック自動制御による電極移動
加工された穴円の直径：0.8ｍｍ
加工された穴円の深さ：20.0ｍｍ

加工結果
（電解加工液及び7.8μＦのコンデンサ接続電源使用加工速度／水道水及びコンデンサ接続なし電源使用加工速度）＝２．５

本発明にかかわる加工法および装置概念を示す図である。中空を有する電極を用いた場合の加工概念を示す図である。

符号の説明

１・・・被加工物
２ａ・・電極
２ｂ・・中空電極
３・・・放電電源
４・・・電極脱着チャック
５・・・電極前進後退および回転駆動機構
６・・・電気絶縁体
７・・・電気絶縁体接続部
８・・・電解加工液導入口
９・・・コンデンサ
１０・・・中空電極内流動電解加工液導入口

Claims

被加工物と面しかつ任意の形を為す底面を有する電極を、その側面など放電発生が望まれない箇所を電気絶縁体で包み覆い、放電により被加工物を加工する放電加工法において、加工液に電解液を用いることを特徴とする放電加工法。
特許請求の範囲第１項において、用いる加工液の導電率が10μＳ／ｃｍから10000μＳ／ｃｍの範囲にあることを特徴とする放電加工法。
特許請求の範囲第１項と第２項において、被加工物と面しかつ任意の形を為す底面を有する電極に一つまたは複数の中空が存在する場合、それら中空にも導電率10μＳ／ｃｍから10000μＳ／ｃｍの電解液を流入させることを特徴とする放電加工法。
特許請求の範囲第１項から第３項において、0.01μＦから100μＦのコンデンサを電極と被加工物の間隙に並列に接続した放電電源を用いる放電加工法。
特許請求の範囲第１項から第４項において、塩化ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウムなど電解質を水などに溶解させた電解液、または複数の電解質を水などに溶解させた電解液を加工液に用いることを特徴とする放電加工法。
特許請求の範囲第１項から第５項において、電極をその軸と直交する面内において走査しながら行う加工法。