JP2008055551A - 放電加工方法、放電加工回路及び放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電誘導給電を用いる微細放電加工の放電エネルギを簡単に小さくする技術を提供する。
【解決手段】工具電極を工作物と加工媒体液の介在する微小間隙を介して相対向させ、放電加工電源の一方の端子を工作物に接続するとともに、工具電極との間で放電を発生しない同軸状の間隔を置いて配置した筒状の給電電極に電源の他方の端子を接続し、電源から変動する放電加工電圧を出力させることにより給電電極と工具電極及び工具電極と工作物間に静電誘導を生ぜしめて給電し、工具電極と工作物との間隙に放電を生ぜしめて加工する放電加工において、
工具電極と工作物間の間隙にコンデンサを並列に接続した放電加工装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具電極と被加工体とを加工媒体が介在する微細な間隙を介して相対向せしめ両者間に電圧を印加して間歇放電を生ぜしめることにより被加工体材を溶融、飛散させることにより被加工体を加工する放電加工の、特に、微細加工（マイクロ加工）の放電加工回路及び該加工回路を用いた放電加工方法及び装置に関する。

放電加工に対する微細加工の要求は、例えば、寸法約５００μｍ以下からさらに小さく厳しくなって来ており、その要求条件の具体的なものとして、（１）加工単位を小さくすること、（２）加工寸法の精度を高くすることに向けられているものである。そして、上記要求条件に応える対応としては、前者（１）については、（ａ）放電クレータを小さくすることであるのに対し、後者（２）については、（ｂ）加工装置の精度を高くし、電極形状の被加工体上への転写性を高めることである。

しかして、上記二項中後者（ｂ）に対する対応としては、例えば、温度変化などにも対応して位置決め機構の精度を高めることの実現に向けられている所、測定、移動等の長さの設定単位が、既にμｍオーダ以下の数１０ｎｍ前後乃至はそれ以下のオーダの領域の装置が実用化される状況にある故、ほぼ充足されて来ていると言えるものの、上記前者に対する対応は、エネルギの放電部分への注入にあたっての、放電の発生、維持のための電気的条件による制約や、供給回路や放電回路等の回路構成や回路条件等による制約もあり、十分対応が出来ていない状況にあるものである。

放電加工において、１放電毎に放電部分に注入されるエネルギＥは、放電中の極間電圧をＶ、放電電流をＩ、放電パルスの持続時間をＴとすると、
［数式１］

と表わされる。
放電クレータを小さくするためには、このエネルギＥを小さくすることが効果的であるが、極間電圧Ｖは、電極、被加工体の物理的な性質によって１０Ｖから４０Ｖの間のほぼ決まった値となるので自由に変えることが出来ず、また放電電流Ｉは、通常の放電加工の放電として電流密度の高い過渡アーク放電を利用しているところから、放電が不安定となってパルス波形の制御ができなくなる電流値（約５００ｍＡ）以下に設定することができない状況から、持続時間Ｔの減少、微小化設定に技術の目が向けられることになる。

仕上げ加工乃至は超仕上げ加工の加工条件が選定使用されるパルス発生の加工回路は、直流電圧源をＦＥＴによってオン・オフするスイッチング回路、及びＲＣ回路などと呼ばれているところのコンデンサによって蓄えられた電荷の放出によって電流パルスを得るものとの二つである。

上記スイッチング回路としては、持続時間Ｔを小さくするために、蓄積時間の影響が小さい高速スイッチング用のＦＥＴをスイッチング素子に用いたとしても、設定電流値Ｉが上述のように大きいところから、持続時間Ｔは０．１μｓ程度迄が実用的な条件であり、これでは極間電圧Ｖと放電電流Ｉについての上述の制約を考慮すると、１パルスのエネルギＥは、約１μＪ前後にしかならず、これでは、所謂微細加工の荒加工か、中仕上げ加工の加工条件としてしか使用できないものである。

これに対し前述ＲＣ回路は、基本的にはコンデンサに蓄えられたエネルギが放電エネルギの上限となるため、コンデンサの容量Ｃさえ小さく出来れば、いくらでも小さいエネルギの放電を起せる可能性があり、直流電源の電圧をＶｄとすれば、コンデンサに蓄えられるエネルギは最大値で、
［式２］ Ｅｃ＝１／２ＣＶｄ^２
であり、仮にＣ＝２ｐＦ、Ｖｄ＝６０Ｖとすると、Ｅｃ≒３．６ｎＪであるから、実際には配線による浮遊容量や浮遊インダクタンスだけでなく、また、電極と被加工体による浮遊容量などによる微細化限界があって簡単ではないが、理論的にはＲＣ回路は、前述スイッチング回路に比べ何桁か小さいエネルギのパルス放電を得ることができるので、加工速度が遅いのを我慢して、微細加工に使用されて来ているのが実情である（例えば、非特許文献１参照。）。

しかし、近時のさらなる微細部品に対する加工ニーズやＭＥＭＳの発展に伴い、浮遊容量やインダクタンスの影響により放電エネルギの微細化に限界を生じてしまっている従来型のマイクロ放電加工機では対応が出来ず、新たなマイクロ加工機の出現が望まれていた。しかるところ、本発明者等により、回路上の浮遊容量やインダクタンスの影響を低減し、より微細な放電加工が可能な方法として、静電誘導給電を用いた放電加工方法が提案、開発された（例えば、非特許文献２−４、及び特許文献１−２参照。）。

増沢 隆久、「マイクロ放電加工技術の概要」電気加工学会誌、社団法人電気加工学会、平成１３年１１月３０日、第３５巻、第８０号、ｐ．５−２０ 花田 倫宏、外２名、「Ｐ５２ 静電誘導給電を用いた微細放電加工法の開発」、２００５年度精密工学会春季大会学術講演会論文集、社団法人精密工学会、平成１７年３月、ｐ．１３２３−２４ 花田 倫宏、外２名、「静電誘導給電を用いた微細放電加工法の開発」、社団法人精密工学会、平成１８年５月、精密工学会誌、第７２巻、第５号、ｐ．６３６−４０ 早坂 暁彦、外３名、「Ｉ３７ 静電誘導給電を用いた微細放電加工の加工特性」、２００６年度精密工学会春季大会学術講演会論文集、社団法人精密工学会、平成１８年３月、ｐ．６７９−８０ 特開２０００−２１８４３８号公報、［００２５］−［００２８］及び図２ 特開２００４−１２２３１６号公報

上述の静電誘導給電を用いた微細放電加工方法の原理を図７（ａ）−（ｄ）及び図８の極間電圧波形を用いて説明すると次の通りである。図７に示すように、微細棒状の工具電極１を工作物２と相対向する先端側に取り付けた導電体スピンドル３に対し筒状の給電電極４を同軸に挿通して配置し、給電電極４と工作物２間に放電加工電源Ｖのパルス的電圧または両極性パルスなどの高周波交流電圧の如き極間で放電を生ぜしめ得る変動する電圧が印加される。ただし、前記給電電極４とスピンドル３の隙間は、両者間で放電が発生しない程度の大きさの、例えば、恒温恒湿室内等の何等かの気中またはガス中ギャップ、または構成上等で必要ならば、絶縁体や誘電体を介設させてあってもよく、給電電極４と工具電極１との間で微細な電荷の移動が生じても、極間での放電の生成を阻害するような伝導電流が生じないようにしてあるものとする。

給電電極４と工具電極１間に放電加工電源から、例えば、一定周期でパルス電圧Ｖを印加すると、該印加電圧Ｖにより、電極４、１、スピンドル３及び工作物２内の電子が移動して図７（ａ）に示すような電子の偏りが生じる。このとき、工具電極１と工作物２間のギャップ間隙において、工具電極１先端面が正、工作物２表面が負に帯電することにより極間に電位差が生じ放電が発生する。

この放電により、工作物２から工具電極１（スピンドル３）に、図７（ｂ）に示すように電子が移動し、そこで印加電圧Ｖが低下または零になると、工具電極１（スピンドル３）は前述の放電で、工作物２から電子を受けていることにより負に帯電し、これに対し工作物２と給電電極４とは前記放電によりともに電子を放出したことで、図７（ｃ）に示すように工作物２が逆の正に帯電することにより極間に電位差が生じ、今度は工作物２を正極として放電が発生し、工具電極１から工作物２に、図７（ｄ）に示すように電子が移動する。

このようなサイクルを繰り返す工具電極１と工作物２の極間に対する順次の両極性放電により加工が行われる。そして、この場合給電電極４と工具電極１（スピンドル３）間には、変位電流は流れているが、伝導電流は流れておらず、このため、前記の発生２放電については、回路に生じる浮遊容量と浮遊インダクタンスの影響を無視乃至は著しく低減することができるのである。

つまり、この方式の放電加工回路によれば、給電電極４と工具電極１（スピンドル３）、並びに工具電極１と工作物２間で形成される静電容量Ｃ_１、Ｃ_２のみで放電エネルギを決定することができるので、前述のように回路に生じる浮遊容量などにより最小限界放電エネルギが決定される従来形のマイクロ放電加工機に比べ、微細な加工を行うことが可能となるものである。そして、後述するように、この回路構成では、給電電極４と工具電極１とで形成される静電容量Ｃ_１を小さくすることで、放電エネルギを減少させ、表面粗さの向上や、より小さな放電を得ることができるが、上記静電容量を小さくすることは、他方の容量Ｃ_２と対比しても限度があり、さらなる開発が必要とされていた。

即ち、この方式の放電加工回路によれば、工具電極１と工作物２間に形成される静電容量分の極間への放電を利用するもので、使用の対象となる微細加工の極間放電エネルギーが小さいことを利用することで合目的的であり、さらに、この方式によれば、浮遊インダクタンスが極めて小さく放電電流の立ち上がりが良く有効な微細高ピークパルスが実現できるものである。

また、この方式の放電加工回路によれば、工具電極１（スピンドル３）への放電エネルギを、工具電極１に対し非接触で給電できることから、高速に回転するスピンドル３や静圧軸受け、磁気軸受けを用いたスピンドルへの給電が容易になり、軸振れを生じさせることなく、高精度のマイクロ加工を可能にするなどの利点も有するものと思惟されるものである。

そこで、以上の理屈が正しいことの確認のために、以下の条件で加工実験を行った。
印加電圧［Ｖ］ １５０
パルス幅［μｓ］ ５０
休止時間［μｓ］ ６０
加工液 放電加工油
工具電極（先端部）［ｍｍ］ タングステンφ０．３１
工具電極（給電部＝スピンドル部）［ｍｍ］ 鋼棒φ３．８
給電電極［ｍｍ］ 銅パイプ：外径φ６．３５、内径φ４．５、長さＬ１５０
工作物 ＳＫ５
また、Ｒ_０は電源の内部抵抗である。
給電電極と工作物を従来形の放電加工機のテーブル上に適宜絶縁して固定し、工具電極のみを主軸に取り付け加工機の送り機構を利用して加工を行った。但し、加工機の従来形の加工電源からは切り離し、工具電極の送りは加工間隙の平均極間電圧を目途に行った。放電維持電圧約２０Ｖの両極性放電の繰り返しによる放電加工が行なわれ、深さ６．５μｍの穴を、表面粗さＲｚ０．２７２μｍで加工でき静電誘導給電を用いる前述の放電加工回路が有用なことが判った。

そして、この放電加工回路による極間放電エネルギは、両極性放電パルスの間で可成りの程度生じる放電痕の径の大小に差があるものの、面粗さ等の微細加工上の性能条件的には、エネルギの大きい放電によって支配されることは当然ながら、前記の放電エネルギの大きさは、給電電極と工具電極（スピンドル）、ならびに工具電極と工作物との間で形成される静電容量Ｃ_１、Ｃ_２のみで決定される。

以下説明するに、上述の非接触静電誘導給電の回路において、印加電圧Ｖは、次式のように分圧される。
［式３］ 印加電圧Ｖ＝Ｖ_Ｃ１＋Ｖ_Ｃ２＝Ｑ_１／Ｃ_１＋Ｑ_２／Ｃ_２
但し、Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２は各容量Ｃ_１、Ｃ_２の充電電圧、
Ｑ_１、Ｑ_２は各Ｃ_１、Ｃ_２に充電された電荷である。

従って、給電電極４の軸方向の長さＬを短くすることにより、給電電極４と工具電極１（スピンドル３）の対向面積を小さくし、給電電極４と工具電極１間で形成される容量Ｃ_１が小さくなれば、加工間隙の極間電圧Ｖ_Ｃ２が小さくなり、放電エネルギを減少させることが出来る。そこで、給電電極４の長さＬを１００ｍｍ、８０ｍｍ、６０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍと変化させて、単発放電痕の直径μｍと加工穴の底面の表面粗さＲｚを測定した所、単発放電痕の直径はφ２．９μｍからφ１．２μｍに、加工穴の底面の表面粗さは、従来の一般的な放電加工機で得られる最小の表面粗さＲｚ約０．４μｍ程度に対し、前記Ｌ＝４０ｍｍのとき、表面粗さＲｚ０．２４μｍを得ることができるものである。なお、前記Ｌ＝２０ｍｍでは、精密な極間維持などの制御なしでは、安定した放電状態とすることができず、良好な結果を得ることが出来なかった。しかし、制御次第ではさらに表面粗さを向上できるものと考えられる。

以上のような静電誘導給電を用いた放電加工回路によるさらなる加工の微細化が要請されているが、工具電極１と工作物２間で形成される浮遊静電容量Ｃ_２は、給電電極４と工具電極１間に形成される容量に比べて、例えば、前述の機械構造、寸法の場合、給電電極４と工具電極１（スピンドル３）間に形成される容量Ｃ_１の約１／１０前後と既に相当に小さく、かつその容量値はほぼ一定であって変化、変更の可能性は少なく、之に対して他方の給電電極４と工具電極１間に形成される容量は、前述のように変更可能ではあるが、その変更は大掛かりで複雑かつ面倒きわまりないものであり、形成される容量のさらなる小容量化には前述の構成で既に限度に達しているか、または小容量化をしたとしても、加工間隙での円滑な放電の発生、加工作用を生じせしめ得ない状況にあるのではないかと思惟されるものである。

しかるところ、本発明者等は、前述の静電誘導給電を用いた微細放電加工のより微細加工領域に於ける加工の円滑化を計るため、前述の極間の微細維持制御のため極間信号を得るために、極間電圧を検出、測定、解析等していた所、この極間電圧の測定が当該微細放電加工の加工性能に影響を及ぼし、特にコンデンサ等の回路素子の付加、接続等の簡単な処置、手法で、前述の如き静電誘導給電を用いた回路による放電エネルギの変更操作、微小化、及び放電痕の直径の微小化の可能性があることを発見したことにより本発明が提案されるものである。

そこで、本発明は、静電誘導給電を用いた微細放電加工の放電エネルギのさらなる微小化を簡単な改良、手法で達成し、高度で、より微細なマイクロ放電加工の分野に適用可能な放電加工装置及び放電加工方法を提供することを目的とする。

前述の本発明の目的は、（１）工具電極を工作物と加工媒体液の介在する微小間隙を介して相対向させ、放電加工電源の一方の端子を前記工作物に接続するとともに、前記工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した給電電極に前記電源の他方の端子を接続し、前記電源から変動する放電加工電圧を出力させることにより前記給電電極と工具電極及び工具電極と工作物間に静電誘導を生ぜしめて給電し、工具電極と工作物との間隙に放電を生ぜしめて加工する放電加工において、
前記工具電極と工作物間の間隙に、コンデンサを並列に接続して成る放電加工装置とすることにより、
そして、さらに、前記コンデンサを工具電極と工作物間の間隙によって形成される浮遊静電容量よりも大きい静電容量を有するものとすることにより、より良く達成される。

また、前述の本発明の目的は、（２）前記コンデンサの一端の工具電極に対する接続が、工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した第３の電極に対する接続から成る非接触の静電誘導結合である前記（１）に記載の放電加工装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（３）前記コンデンサに代えて導線を用い、該導線の一方の端子を工具電極との間で放電の発生しない間隔を置いて配置した電極に、他方の端子を工作物に直接接続した非接触の静電誘導結合とした前記（１）に記載の放電加工装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（３）工具電極を工作物と加工媒体液の介在する微小間隙を介して相対向させ、放電加工電源の一方の端子を前記工作物に接続するとともに、前記工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した給電電極に前記電源の他方の端子を接続し、前記電源から変動する放電加工電圧を出力させることにより前記給電電極と工具電極及び工具電極と工作物間に静電誘導を生ぜしめて給電し、工具電極と工作物との間隙に放電を生ぜしめて加工する放電加工方法において、
前記工具電極と工作物間の間隙にコンデンサを並列に接続し、前記電源から変動する放電加工電圧を繰り返し供給し前記間隙に順次に両極性の放電を生ぜしめて加工する放電加工方法とすることにより、
そして、さらに、前記コンデンサを工具電極と工作物間の間隙によって形成される浮遊容量よりも大きい静電容量を有すると共に、電源から出力する変動する放電加工電圧を所定の休止時間を置く単極性の電圧パルスとし工作物側を負極に接続して繰り返し供給する放電加工方法とすることにより、より良く達成される。

本発明によれば、静電誘導給電を用いた微細放電加工の放電エネルギの微小化を、工具電極と工作物間の極間にコンデンサを並列に付加接続すると言う簡単な手法で達することができ、微細放電加工の加工性能を向上させることができる。

また、本発明によれば、前述放電エネルギの微小化を、前記コンデンサの一端の工具電極に対する接続が、工具電極との間で放電を発生しない同軸状の間隔を置いて配置した筒状の第３電極に対する接続から成る非接触の静電誘導結合であるから、高速に回転する工具電極（工具電極＋スピンドル＝以下工具電極又はスピンドルと言う。）や、静圧軸受け、磁気軸受けを用いたスピンドル等への電気的接続が軸振れ等を生じさせることなく行なえ、高精度のマイクロ放電加工を容易に実現できる。

図１は、本発明の原理的な一実施例の説明図で、微細棒状の工具電極１を平面方向の精密変位テーブル６上の工作物２と微小間隙を介して相対向するように下方尖端に取り付けた導電体の回転スピンドル３が設けられ、該スピンドル３に筒状の静電誘導給電電極４が同軸に挿通した状態に配置して、前記工作物２と給電電極４との間に放電加工電源５からパルス的電圧または両極性パルスなどの高周波交流を含む変動する放電加工電圧が印加されて静電誘導給電が行なわれ、前記間隙で両極性の放電を繰り返し放電加工が進行する。但し、前記給電電極４とスピンドル３との隙間は、両者間に伝導電流が流れる放電が発生しない程度の大きさの例えば、恒温恒湿室内等の気中やガス中または液中ギャップ、または構成上等で必要ならば、液体または固体の絶縁体や誘電体を介設させてもよく、給電電極４と工具電極１との間で電荷の移動が生じないようにしてある。

図示実施例では、工作物２と工具電極１間の極間の電圧を測定するためのオシロスコープ７の測定プローブが、一端は工作物２に、他端は回転スピンドル３に軸方向と直角方向に接触検出負荷を与えないように、前記スピンドル３と給電電極４との結合関係と同様に、工具電極１との間で放電を発生しない同軸状の間隙を置いた筒状乃至はリング状の第３の電極８に接続され、該第３の電極８はスピンドル３と電気的に非接触で静電誘導結合している。なお、上記の各静電誘導結合の構成としては、例えば、給電電極４をスピンドル３の上端面または上端面に取り付けた円板との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した円板電極としたり、またスピンドル３の頂部に図示されている円板をスピンドルの軸に沿って間隔を置いてフランジ状に１つ以上設け、このフランジの外周に櫛歯状に間隔を置いて形成した給電電極と遊嵌配置する構成としたり、また、この給電電極４及び／又は第３の電極８を、スピンドル３の寸法形状にもよるが、スピンドル３の側面に一部分以上平面又は円弧状面として間隔を置いて配置した電極４、８とする構成とすることもできる。

そして、図中のＣ_１はスピンドル３（工具電極１）と給電電極４間の、Ｃ_２は工具電極1と工作物２間加工対向面間に形成される、そして、Ｃ_３はスピンドル３と前記第３の電極８間の各静電容量であり、さらに前記オシロスコープ７とそのプローブが持つ負荷とを、放電電圧が高周波信号なので、解析の簡単化のために、１つの容量Ｃ_０で近似させると、図１の静電誘導給電放電加工の等価回路は図２の（Ａ）開放時、同（Ｂ）放電時のように表わすことができる。但し、図示する放電時の回路は、工具電極１が正、工作物２が負の放電が生じた場合を仮定しており、工具電極１が負、工作物２が正の放電が生じた場合はＶｄの符号が反転する。また、図中のＡ点での電圧をＶ（ｔ）とし、Ａ点より各回路へ流れ出す電流をそれぞれＩ_１（ｔ）、Ｉ_２（ｔ）、Ｉ_３（ｔ）、Ｉ_４（ｔ）としている。

印加電圧Ｖは周期Ｔ＝２００μｓ、振幅２３０Ｖ、デューティ５０％の単極性の矩形波とし、電源の内部抵抗をR_０（＝１Ω）、放電により生じる極間の電圧降下をツェナーダイオードに置き換え、抵抗R（＝１００Ω）と放電電圧Vd(＝２０V)、放電遅れ時間はT／４と仮定し、回路解析に用いた。その他の回路定数は、Ｃ_１＝７．５ｐＦ、Ｃ_２＝０．０６ｐＦ、Ｃ_３＝０．７５ｐＦ、Ｃ_０＝２０ｐＦとした。

非接触測定を行った場合の極間電圧波形Ｖ_Ｃ２（実線）、非接触測定プローブ８と工具電極１間の電圧波形Ｖ_Ｃ３（破線）、オシロスコープ７の電圧波形Ｖ_Ｃ０（一点破線）を図３に示す。オシロスコープ測定電圧Ｖ_Ｃ０は、容量Ｃ_０に作用する電圧である。
解析の結果として、開放の場合は、
Ｖ_Ｃ２＝±１８８．２６Ｖ
Ｖ_Ｃ３＝±１８１．４６Ｖ
Ｖ_Ｃ０＝±６．８０Ｖ
となる。
放電の場合は、
Ｖ_Ｃ２＝±２０Ｖ
Ｖ_Ｃ３＝±１９．２８Ｖ
Ｖ_Ｃ０＝±０．７２Ｖ
となる。極間電圧Ｖ_Ｃ２は、Ｃ_３とＣ_０とで分圧され、Ｖ_Ｃ０は極間電圧Ｖ_Ｃ２より小さいが、極間電圧波形Ｖ_Ｃ２と相似であって、検出して、サーボ制御の信号などとしての利用が可能である。

非接触電圧測定プローブ８と工具電極１の間の容量Ｃ_３が、極間容量Ｃ_２の充電電圧に及ぼす影響について解析した所、図４の（Ａ）充電電圧Ｖ_Ｃ２：静電容量Ｃ_３（ｐＦ）特性図及び図４の（Ｂ）数値データ表に示すように、前記非接触接続の容量Ｃ_３が大きければ、極間充電電圧Ｖ_Ｃ２は小さくなり、放電エネルギが小さくなっていることが判った。そしてこのことは、容量Ｃ_３の大きさによって、極間の放電エネルギを変更、操作設定できることを意味している。

図５の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、前述静電誘導給電を用いた微細放電加工回路における接触（接続）測定の場合（Ａ）、非接触（接続）測定の場合（Ｂ）、及び測定なしの場合（Ｃ）の各等価回路を示すもので、前記（Ｂ）及び（Ｃ）、は既に自明ながら、前記（Ａ）は、既に詳述した従来形の静電誘導給電を用いた微細放電加工回路の極間（工具電極１と工作物２間）に、静電容量がＣ_０のコンデンサを、工具電極１（スピンドル３）に回転が付与されていなく、流体軸受けや磁気軸受けでもない場合には工具電極１（スピンドル３）に半田付けするか端子等を設けて前記コンデンサの一端をナット等により固定するか、または、工具電極１（スピンドル３）が回転している場合にはブラシ等を直接押し付けての接触接続をしたものなどの場合を言うものである。

そして、等価回路（Ｃ）は、従来形の静電誘導給電を用いた微細放電加工回路そのもの、また等価回路（Ｂ）は、一端を工作物２に接続した静電容量Ｃ_０のコンデンサの他端を工具電極１（スピンドル３）に接続するのを、該工具電極１（スピンドル３）が回転軸などであるため静電誘導による非接触接続による結合とするため、前記コンデンサの他端の工具電極１（スピンドル３）に対する接続を、工具電極１（スピンドル３）との間で放電が発生しない同軸状の間隔を置いて配置した筒状の第３電極に対する接続構成として、この非接触接続部に静電容量Ｃ_３のコンデンサを形成させたものと言うことができる。そして、この接続の場合、極間に対する並列コンデンサとして容量Ｃ_３のコンデンサが形成されるので、前記容量Ｃ_０のコンデンサは必要に応じて設ければ良く、この場合の回路構成は、前記第３電極に一端を接続した導線の他端を工作物へ直接接続した構成となる。

この等価回路（Ｂ）のコンデンサＣ_０とＣ_３は直列であるからその合成容量は、接触接続のコンデンサＣ_０に比べて小さい。そして、接触、非接触接続各回路は、容量Ｃ_２の極間隙と並列なので、各回路と極間隙の合成容量は、接続、非接触にかかわらず、極間隙にコンデンサを接続しない等価回路（Ｃ）の場合より大きくなっている。従って、全体の合成容量は、Ｃ（測定なし）＜Ｃ（非接触接続）＜Ｃ（接触接続）となり、印加電圧Ｖが非接触給電のＣ_１と分圧されるので、合成容量が大きい方が極間電圧は小さくなる。従って、各等価回路における放電エネルギＥは、Ｅ（測定なし）＞Ｅ（非接触接続）＞Ｅ（接触接続）となる。

以上につき、確認の加工実験を行なって放電痕の測定を行った所、図６の（Ａ）のグラフ及び（Ｂ）の表に測定結果を示すように、放電エネルギの解析結果と合致した。前述の実験条件において、電源から出力させる放電加工電圧としては、短形波等のパルス電圧である必要も、単極性である必要もなく、時間的に電圧変動のある波形であれば、例えば正弦波でも使用することができる。また、パルス電圧は、必ずしも周期的である必要はなく、デューティも５０％である必要がないこと当然である。そして、変動する波形のＰ−Ｖ値は、極間隙で放電が生じるために必要な電圧以上であれば十分で、逆に、Ｐ−Ｖ値は絶縁破壊が生じ得る電圧以下では加工ができないのである。

以上の結果、静電誘導給電を用いた微細放電加工回路に於いては、工具電極（スピンドル）と工作物間の極間隙に付加接続するコンデンサの容量が大きい程、極間隙で発生する放電の放電エネルギが小さくなるので、本発明としては、極間隙に接触接続または非接触接続方式の如何にかかわらずコンデンサを並列に付加接続すること、そして接続するコンデンサとしては、工具電極と工作物とによって加工のために形成される極間浮遊容量より大きい容量のコンデンサを設置接続することにより、加工極間隙での放電エネルギを微小化して、より微細なマイクロ放電加工を実現させ得るものである。また、極間隙静電容量に制限されず、より小さい放電エネルギでの加工を実現させる。

以上のように、本発明者等は、静電誘導給電を用いる微細放電加工に於いては、極間隙に並列にコンデンサを接続すると従来の放電加工回路とは逆に放電エネルギを減少させ得ることを見出し、より高度な微細加工への道を拓いたものである。

また、以上のように本発明によれば、１放電当りの放電エネルギは、印加する変動する電圧Ｐ−Ｖ値や非接触の静電誘導給電部の静電容量Ｃ_１の値だけでなく、工具電極と工作物との間隙によって形成される間隙静電容量Ｃ_２の値及び間隙に並列に付加接続するコンデンサの静電容量Ｃ_０と該コンデンサの工具電極側への接続を非接触の静電誘導接続としたときの接続部分の静電容量Ｃ_３を変更することにより、１放電当りの放電エネルギを多様で大幅に変更制御することができ、微細放電加工に多様な道を拓く可能性を有するものである。

例えば、加工の目的上等可能であれば、加工面積を大きくしたり、工具電極の本数を多くして間隙静電容量Ｃ_２を大きくしても、放電エネルギを小さくできると言う従来の放電加工とは逆の傾向を持った面積効果を発揮させる可能性があるものである。また、従来の斯種の微細放電加工では、浮遊容量はネガティブな影響しかないものであったが、コンデンサＣ_０と直列に接続された態様で極間に並列に接続される静電容量Ｃ_３は、放電エネルギを小さくする働きがある。そして、さらに、本発明によれば、静電誘導給電の静電容量Ｃ_１よりも電源側に存在する浮遊容量が放電加工の各放電の放電エネルギにほとんど影響を与えないと言う機能も果たしているものと思惟される。

本発明は、静電誘導給電を用いる微細放電加工の分野において、加工のより微細化のために有効に用いることができる。

本発明の原理的な一実施例の説明図。 図１の回路の等価回路で、（Ａ）開放時、（Ｂ）は放電時のもの。 各部の電圧波形図。 容量と充電電圧の特性図（Ａ）と数値データ表（Ｂ）。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は異なる放電加工回路の各等価回路図。 測定放電痕の寸法の分布図（Ａ）と測定結果のデータ表（Ｂ）。 図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は、静電誘導給電を用いた従来例の放電加工回路の動作説明図。 同図７の極間電圧波形図。

符号の説明

１、工具電極
２、工作物
３、スピンドル
４、給電電極
５、放電加工電源
６、精密変位テーブル
７、オシロスコープ
８、非接触測定プローブ

Claims (4)

1. 工具電極を工作物と加工媒体液の介在する微小間隙を介して相対向させ、放電加工電源の一方の端子を前記工作物に接続するとともに、前記工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した給電電極に前記電源の他方の端子を接続し、前記電源から変動する放電加工電圧を出力させることにより前記給電電極と工具電極及び工具電極と工作物間に静電誘導を生ぜしめて給電し、工具電極と工作物との間隙に放電を生ぜしめて加工する放電加工において、
   前記工具電極と工作物間の間隙に、コンデンサを並列に接続して成ることを特徴とする放電加工装置。
2. 前記コンデンサの一端の工具電極に対する接続が工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した第３の電極に対する接続から成る非接触の静電誘導結合であることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
3. 前記コンデンサに代えて導線を用い、該導線の一方の端子を工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した電極に、他方の端子を工作物に直接接続した非接触の静電誘導結合としたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
4. 工具電極を工作物と加工媒体液の介在する微小間隙を介して相対向させ、放電加工電源の一方の端子を前記工作物に接続するとともに、前記工具電極との間で放電を発生しない間隔を置いて配置した給電電極に前記電源の他方の端子を接続し、前記電源から変動する放電加工電圧を出力させることにより前記給電電極と工具電極及び工具電極と工作物間に静電誘導を生ぜしめて給電し、工具電極と工作物との間隙に放電を生ぜしめて加工する放電加工方法において、
   前記工具電極と工作物間の間隙に、コンデンサを並列に接続し、前記電源から変動する放電加工電圧を出力させることにより前記間隙に順次に両極性の放電を生ぜしめて加工することを特徴とする放電加工方法。

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