JP4191589B2

JP4191589B2 - 放電加工方法及び当該放電加工方法を用いた放電加工装置

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Publication number: JP4191589B2
Application number: JP2003423546A
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Inventors: 正和平石; 健正木; 紀彦和田; 真弘室
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Filing date: 2003-12-19
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Description

本発明は、工具電極と被加工物との間で放電させることによって、被加工物に微細穴を形成する放電加工方法及び当該放電加工方法を用いた装置に関する。

図１３は、インクジェットプリンタのインク吐出ノズルなどの微細穴加工に用いられている放電加工装置１３０１の概略図である（特許文献１）。この放電加工装置１３０１は、工具電極１３０２、工具電極１３０２を上下に移動させる駆動装置１３０３、及び、工具電極１３０２の直下に配置される金属などの被加工物１３０４等で構成されている。工具電極１３０２の先端と被加工物１３０４とは、加工液に浸けられており、工具電極１３０２と被加工物１３０４との間（以下、工具電極間という）の電位差や距離が、放電条件を満たさないときには、加工液の絶縁性によって電極間は絶縁されている。

工具電極１３０２と被加工物１３０４の間にはコンデンサ１３０５が並列に接続されており、コンデンサ１３０５は充電抵抗１３０６を介して、矩形パルス電源１３０７に接続されている。矩形パルス電源１３０７は、周波数とパルス幅を任意に設定できる基準パルス発生器を備えている。コンデンサ１３０５は、矩形パルス電圧が印加される度に充電され、このときに駆動装置１３０３によって工具電極１３０２を被加工物１３０４に近づければ、工具電極１３０２から被加工物１３０４に向けて放電が発生する。被加工物１３０４の放電を受けた部分は、溶解除去されるので、被加工物１３０４に工具電極１３０２の先端部と同じ形状の凹部を形成することができる。

ところで、従来加工液には油が用いられていたが、絶縁性が高すぎて放電が発生しにくいために加工時間がかかることや、引火のおそれがあることから、近年は純水が用いられるようになってきている。しかしながら、水はＨ⁺イオンとＯＨ^-イオンに電気分解するために、長時間工具電極１３０２と被加工物１３０４の間に電圧を印加し続けると、加工液のイオン化が進んで工具電極間で通電してしまう。通電中は、所望する放電を発生させられないため、加工時間が長時間化したり、通電によって熱せられた被加工物表面が溶融するため加工精度が低下するという問題があった。そこで、放電加工装置１３０１では、連続的に電圧を印加するのではなく、矩形パルス電源１３０７を用いて一度の電圧印加時間を短縮することで、加工液（純水）のイオン化を抑制し、ひいては通電の発生を抑制していた。
特開平１０−２０２４３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のように矩形パルス電源を用いても、加工液のイオン化を十分に抑制することができなかった。加工液がイオン化すると通電が発生するために、加工液を補充してイオン化濃度を低減させたり、加工液を流動させてイオンを拡散させたり、矩形パルス電源を一旦停止させて工具電極を上方へ待避させるなどの作業が必要である。したがって、通電回数が多くなるほど加工時間が長時間化してしまっていた。

そこで、本発明は、工具電極間での放電等の発生状況に合わせて工具電極へ印加する電圧のデューティを調整することで加工液のイオン化を抑制し、加工時間を短縮化する放電加工方法及び放電加工装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる放電加工方法は、加工液に浸積された被加工物と当該被加工物から所定の距離に離間された工具電極とに並列に接続されたコンデンサを用いて、所定の幅と間隔を有するパルス電圧を当該被加工物と当該工具電極とに印加して、当該被加工物と当該工具電極の間に放電を発生させて当該被加工物を加工する放電加工方法であって、前記工具電極と前記被加工物との間の電圧を測定する第１回目の測定を行い、前記第１回目の測定電圧と予め決めていた２つの閾値α１、α２（α１＜α２）との比較で、前記第１回目の測定電圧が前記α１未満であれば短絡、前記α１以上α２未満であれば異常放電、前記α２以上であれば放電の状態であると判断し、印加された前記パルス電圧に対する前記第１回目の測定電圧の降下量で通電の状態であると判断する第１回目の状態判断を行い、続いて、前記第１回目の測定と同様に第２回目の測定を行い、前記第１回目の測定電圧から前記第１回目の状態判断を行ったのと同様に、前記第２回目の測定電圧から短絡、異常放電、放電、通電のいずれかの状態を判断する第２回目の状態判断を行い、前記判断した状態が第１回目、第２回目共に放電である場合は、パルス電圧印加間隔を短くし、前記判断した状態が第１回目、第２回目共に通電である場合は、パルス電圧を印加させるデューティを減じ、前記判断した状態が第１回目、第２回目共に短絡である場合は、パルス電圧を印加させるデューティをゼロにした後、前記工具電極を前記被加工物から離れる方向に待避させ、前記工具電極と前記被加工物との距離を縮めパルス電圧の印加を再開させ、前記判断した状態が異なる場合または第１回目、第２回目共に異常放電の場合は、デューティを変化させないことを特徴とする。

本発明においては、工具電極間での放電などの状態が２回連続で判断される場合を用いていることにより、１回の判断状態では、加工中の影響を受けることもある誤った状態判断の可能性を回避できるとともに、その２回連続で判断される状態に基づいて、パルス電圧を印加させるデューティを変化させることにより、加工液のイオン化を抑制し、加工時間を短縮できる。

図１は、本発明の第１の実施形態である放電加工装置１０１の概略正面図である。この放電加工装置１０１は、工具電極１０２、工具電極１０２を上下に移動させる駆動装置１０３、工具電極１０２の直下に配置される金属などの被加工物１０４、及び、工具電極１０２と被加工物１０４とに電気的に接続された回路部１０６で構成されている。工具電極１０２の少なくとも先端部分と被加工物１０４とは、純水など比較的絶縁性の高い加工液１０７に浸けられており、工具電極１０２と被加工物１０４との間（以下、工具電極間という）の電位差や距離が放電発生条件を満たさないときには、加工液１０７の絶縁性によって工具電極間は絶縁されている。

工具電極１０２と被加工物１０４は、図２に示すように回路部１０６を構成するコンデンサ２０４と並列に接続されている。よって、コンデンサ２０４の極間電圧と工具電極間の電圧は等しくなる。

コンデンサ２０４は、直流電源２００（ＤＣ電源）から出力された電圧が抵抗２０２、２０３を介して印加されることによって充電される。また、コンデンサ２０４の充電と開放は、ＦＥＴなどの充電スイッチング素子２０８と開放スイッチング素子２０７のスイッチングによって行われる。なお、スイッチングとは、スイッチング素子２０７，２０８をＯＮ／ＯＦＦすることをいう。例えば、充電スイッチング素子２０８をＯＮにすると、充電スイッチング素子２０８に接続されている回路どうしを電気的に接続できる。また、充電スイッチング素子２０８をＯＦＦにすると、充電スイッチング素子２０８に接続されている回路どうしを電気的に断絶することができる。

工具電極間の電圧および電流は、検出器２０５で測定され、測定された電圧データおよび電流データは、制御部２０６に入力される。直流電源２００と開放スイッチング素子２０７との間には、抵抗２０１が配置されている。

充電スイッチング素子２０８と開放スイッチング素子２０７のスイッチングのタイミングと、コンデンサ２０４に印加される電圧との関係を、図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｃ）の横軸は時間を示している。図３（ａ）は、充電スイッチング素子２０８のスイッチング、図３（ｂ）は開放スイッチング素子２０７のスイッチング、図３（ｃ）は、図３（ａ）、（ｂ）に示すタイミングでスイッチング素子２０７、２０８をスイッチングしたときに、コンデンサ２０４及び工具電極間に印加される生成パルス電圧を示している。なお、直流電源２００から電圧が出力されていても、スイッチング素子２０７、２０８が共にＯＦＦであるときには、コンデンサ２０４は充電されず、工具電極間には電圧が印加されない。

図３（ａ）に示すように、充電スイッチング素子２０８のみをＯＮにすると（図４のステップＳ１）、直流電源２００から印加された電圧によって、コンデンサ２０４が充電される。コンデンサ２０４が充電されたときに、工具電極１０２を被加工物１０４に近づけると、工具電極１０２から被加工物１０４に向けて、被加工物１０４の加工に適当な大きさの放電が発生する。

コンデンサ２０４が充電されても、電極間距離が離れ過ぎているなどの理由で放電が発生しない場合、工具電極１０２には高い電圧が印加された状態が続くため、工具電極１０２と被加工物１０４の周辺から加工液１０７のイオン化が進む。そこで、図３（ｃ）に示すように、電圧印加後、所定の時間が経過すると開放スイッチング素子２０７をＯＮにして（図４のステップＳ２）、コンデンサ２０４を開放する。このようにコンデンサ２０４を開放すれば、放電が発生しなかった場合にも工具電極間に電圧が印加され続けることがないため、加工液１０７のイオン化を抑制することができる。このように、スイッチング素子２０７，２０８のスイッチングで生成パルス電圧のパルス幅とパルス発生間隔とを設定すれば、数１０ｎｓｅｃという非常に狭い幅のパルス電圧を生成することができる。パルス幅が狭くなれば、工具電極間への電圧印加時間が短くなるので、加工液１０７のイオン化を抑制することができ、ひいては工具電極間で発生する通電を抑制することができる。スイッチング素子２０７、２０８は、放電加工を行う間、図４に示すスイッチングを行う。

放電加工装置１０１の電源を入れると、直流電源２００から電圧が出力される。このとき、あらかじめ設定されていた基準タイミングで、図４のステップＳ１〜Ｓ３に示したスイッチング素子２０７、２０８のスイッチングが行われる。図５に示すように、検出器２０５で測定された電圧と電流の測定データは、制御部２０６の電流演算部５０１と電圧演算部５０２に入力されて信号処理された後、状態判断部５０３に入力される。状態判断部５０３では、入力された電圧／電流データと第１記憶部５０４に記憶されているデータ（閾値等）から、放電、通電、異常放電、又は短絡の発生状況を判断する。

なお、異常放電とは、部分的に工具電極間距離が近づきすぎていることなどの原因で発生する、被加工物１０４の加工に適当な大きさの通常の放電よりも小さい放電をいう。異常放電や通電が発生すると、被加工物の表面が熱せられて溶解するが、溶融された部分を除去するほどのエネルギーはないために、溶融部分が再度硬化して被加工物１０４の表面に凹凸が発生する。被加工物１０４の表面に凸状に形成された部分があると、工具電極１０２までの距離が短くなるために、さらに異常放電や通電を誘発するおそれがある。また、被加工物表面に凹凸が発生することは、加工精度の低下させることになり、好ましくない。

上述したとおり、放電、異常放電、短絡は、電流演算部５０１から出力された電流測定データ及び、電圧演算部５０２から出力された電圧測定データと、第１記憶部５０４に格納されている閾値データとの比較で判断することができる。具体的には、例えば、図６（ｄ）に示すように、測定電圧が閾値α１未満であれば短絡、α１以上α２未満であれば異常放電、α２以上であれば放電が発生したと判断する。また、放電は、図６（ｅ）に示す放電電流が検出されたことからも判断できる。また、通電は、微少電流が流れていることや、緩やかに電圧が降下していることから判断することができる。

閾値α１、α２は、常に一定値にするのではなく、被加工物１０４に形成した穴の深さ（加工深さｄ）に合わせて変化させてもよい。例えば、短絡判断の閾値α１は、図７に示すように、加工を行う前の被加工物表面を加工深さｄ＝０μｍとして、加工深さｄが０μｍ以上５０μｍ以下は１０Ｖ、５１μｍ以上１００μｍ以下が１５Ｖ、１０１μｍ以上１５０μｍ以下が３０Ｖ、１５１μｍ以上２００μｍ以下が４５Ｖ、２０１μｍ以上では６０Ｖと設定する。

このように加工深さｄによって短絡判断の閾値α１を変化させる場合、状態判断部５０３は、位置測定部５０９から得た加工深さの情報に基づいて、第１記憶部５０４から閾値α１を取り出して、電圧演算部５０２や電流演算部５０１から入力された値と閾値α１とを比較し、短絡の有無を判断する。なお、位置測定部５０９とは、例えば工具電極１０２の移動距離及び移動時間等から、被加工物１０４に形成される穴の深さを算出する手段であってもよいし、それ以外の方法で加工深さを測定または推定する手段であってもよい。

次に、本発明の放電加工方法を図５および図８を用いて説明する。放電加工を開始したときには、図４で示した生成パルス電圧がコンデンサ２０４および工具電極間に印加されるとする。工具電極１０２に電圧が印加されたときに（ステップＳ４）、状態判断部５０３で、短絡（接触）、通電、異常放電のいずれも検出されず（ステップＳ５〜ステップＳ７）、放電のみが検出された場合（ステップＳ８）、カウンタ５１０では、放電が１回カウントされ（ステップＳ９）、このカウントの結果は第１記憶部５０４と動作判断部５０５に出力される。次に、動作判断部５０５は、第１記憶部５０４に記憶された前回のカウント結果を取り出して、今回カウントされた放電が連続２回目の放電であるかどうかを判断する（ステップＳ１０）。ここで、連続２回目の放電とは、工具電極１０２に連続して２回印加された生成パルス電圧に対して、いずれも放電が検出されていることをいう。放電が連続２回検出された場合には、動作判断部５０５は、タイミング形成部５０６に工具電極間への電圧印加間隔を短くする命令を出力する（ステップＳ１１）。タイミング形成部５０６は、この制御信号に基づいてスイッチング素子２０７、２０８のスイッチングを制御し、ステップＳ１１の後、第１記憶部５０４に格納されているカウントを消去する（ステップＳ２３）。動作判断部５０５又はタイミング形成部５０６は、その内部に基準クロック等を備えており、スイッチングのタイミングを決定することができる。

一方、ステップＳ５〜Ｓ８で接触、通電、異常放電、放電がすべて検出されなかった場合（ステップＳ５からステップＳ８）には、スイッチング素子２０７、２０８のスイッチングのタイミングを変更しない。このように、接触、通電、異常放電、放電がすべて検出されないときには、充電スイッチング素子２０８がＯＮされてから開放スイッチング素子２０７がＯＮされるまでの間、工具電極間には高い電圧が印加され続けることになるので、加工液１０７がイオン化する可能性が高い。加工液１０７がイオン化すると、通電が検出されるようになる。

状態判断部５０３で通電と判断され、かつ、異常放電と判断されなかった場合（ステップＳ６、Ｓ１２）、カウンタ５１０では通電が１回カウントされ（ステップＳ１３）、このカウント結果は第１記憶部５０４と動作判断部５０５に出力される。動作判断部５０５では、第１記憶部５０４に記憶された前回のカウント結果を取り出して、今回カウントされた通電が、連続２回目の通電カウントであるかどうかを判断する（ステップＳ１４）。連続２回目の通電カウントと判断された場合、動作判断部５０５は、タイミング形成部５０６に、工具電極１０２への電圧印加間隔を長くする命令、つまりデューティを減じる命令を出力する（ステップＳ１５）。この後、カウントをクリアする（ステップＳ２４）。タイミング形成部５０６は、この命令信号に基づいて、スイッチング素子２０７、２０８のスイッチングのタイミングを制御し、コンデンサ２０４及び工具電極１０２に印加するパルス電圧のデューティを減じる。なお、デューティを減じるには、パルス幅を変化させずにパルス発生間隔を長くする方法と、パルス発生間隔を変化させずにパルス幅を短くする方法がある。いずれの方法でデューティを減じるかを、動作判断部５０５で判断するようにしてもよい。

工具電極１０２に電圧を印加したときに通電が発生すると、電圧が降下するが、通電が発生しても異常放電が発生する場合がある。工具電極１０２への一度の電圧印加に対して、通電と異常放電の両方が検出された場合（ステップＳ６、Ｓ１２）、カウンタ５１０では、通電と異常放電とが１回ずつカウントされ（ステップＳ１６、Ｓ１７）、このカウント結果が第１記憶部５０４と動作判断部５０５に出力される。動作判断部５０５では、第１記憶部５０４に格納されている前回のカウント結果を取り出して、連続２回目の異常放電であるか判断する（ステップＳ１８）。連続２回目の異常放電であると判断された場合、動作判断部は、タイミング形成部５０６と動作判断部５０５に、異常放電回避信号を出力する。異常放電回避信号を受けたタイミング形成部５０６は、スイッチング素子２０７、２０８をＯＦＦにして、工具電極間に電圧が印加されないようにする。つまり、工具電極に印加する電圧のデューティをゼロにする。また、異常放電回避信号を受けた駆動装置制御部５０７は、駆動装置１０３を制御して工具電極１０２を上方に待避させる（ステップＳ１９）。その後、カウントをクリアし（ステップＳ２５）、放電加工を再開させるために、工具電極１０２を下方に移動させ、工具電極１０２への電圧の印加も再開させる。

また、通電は検出されていないが（ステップＳ６）、異常放電が検出された場合（ステップＳ７）、状態判断部５０３と第１記憶部５０４では、異常放電が１回カウントされ（ステップＳ１７）、このカウント結果が第１記憶部５０４と動作判断部５０５に出力される。動作判断部５０５では、第１記憶部５０４に格納されている前回のカウント結果を取り出して、連続２回目の異常放電であるか判断する（ステップＳ１８）。連続２回目の異常放電であると判断された場合、動作判断部５０５は、タイミング形成部５０６と動作判断部５０５に、異常放電回避信号を出力する。異常放電回避信号を受けたタイミング形成部５０６は、スイッチング素子２０７、２０８をＯＦＦにして、工具電極間に電圧が印加されないようにする。つまり、工具電極に印加する電圧のデューティをゼロにする。また、異常放電回避信号を受けた駆動装置制御部５０７は、駆動装置１０３を制御して工具電極を上方に待避させる（ステップＳ１９）。この後、カウントをクリアし（ステップＳ２５）、放電加工を再開させるために、工具電極１０２への電圧印加を再開させて、工具電極１０２を下方に移動させる。

状態判断部５０３で短絡が判断された場合（ステップＳ５）、カウンタ５１０では短絡が１回カウントされ（ステップＳ２０）、このカウント結果は第１記憶部５０４と動作判断部５０５に入力される。動作判断部５０５は、第１記憶部５０４に記憶された前回のカウント結果を取り出して、今回カウントされた短絡が連続２回目の短絡カウントであるか判断する（ステップＳ２１）。連続２回目の短絡カウントであった場合には、動作判断部５０５からタイミング形成部５０６及び駆動装置制御部５０７に、短絡回避信号が出力される。短絡回避信号を受けたタイミング形成部５０６は、スイッチング素子２０７、２０８をＯＦＦにして、工具電極間に電圧が印加されないようにする。つまり、工具電極に印加する電圧のデューティをゼロにする。また、短絡回避信号を受けた駆動装置制御部５０７は、駆動装置によって工具電極１０２を上方に待避させる（ステップＳ２２）。その後、カウントをクリアして（ステップＳ２６）、放電加工を再開させるために、工具電極１０２を下方に移動させ、工具電極１０２への電圧の印加も再開させる。

本発明では、タイミング形成部５０６によるスイッチング素子２０７、２０８の制御や、駆動装置制御部５０７による駆動装置１０３の制御は、放電、異常放電、通電、短絡が判断される度に行われるのではなく、同じ状態が連続して検出されたときのみ行うようにした。この理由を以下に説明する。例えば、図９に示すように、放電加工によって形成された被加工物１０４の穴９０１の表面に、加工くずが付着して凸部９０２が形成された場合、凸部９０２から工具電極１０２までの距離が短くなるために、通電や異常放電が発生しやすくなる。しかしながら、通電や異常放電を１回検出したとしても、その通電や異常放電によって凸部９０２が溶解されてしまうと、次の電圧印加時には通電や異常放電が発生しない。

したがって、本願発明の放電加工装置１０１では、異常放電や通電が１回検出されただけでは工具電極間に印加する電圧のデューティを変化させずに、２回連続して検出された場合のみ変化させるようにしている。ただし、１回の短絡や異常放電の検出のみで工具電極間に印加する電圧のデューティを変化させるように構成してもよい。また、放電、異常放電、通電、短絡の連続検出回数は一律２回と設定しているが、放電、異常放電、通電に個別に回数を設定してもよい。また、同じ状態が連続して検出されなくとも、同じ状態が断続的に検出される頻度が高くなれば、工具電極間に印加する電圧のデューティを変化させるように構成してもよい。

動作判断部５０５で異常放電や短絡が判定されたときに、駆動装置１０３によって工具電極１０２を上方に移動させる速度（待避移動速度ｖ１）と、上方に移動させる距離（待避移動距離ｄ２）、上方に移動させた工具電極１０２を被加工物１０４がある下方に移動させる速度（待避サーチ速度ｖ２）は、位置測定部５０９で測定された加工深さｄによって変化させてもよい。例えば、第２記憶部５０８に、図１０で示すように、加工深さｄによって待避移動速度係数ａ、待避移動距離係数ｂ、待避サーチ速度ｃを定めたパラメータテーブルを格納しておく。動作判断部５０５から駆動装置制御部５０７に異常放電回避信号または短絡回避信号が入力されると、駆動装置制御部５０７は、位置測定部５０９で算出された加工深さｄに合わせて、第２記憶部５０８から待避移動速度係数ａ、待避移動距離係数ｂ、待避サーチ速度係数ｃを取り出す。

駆動装置制御部５０７では、待避移動速度ｖ１、待避移動距離ｄ２、待避サーチ速度ｖ２を、上記の係数ａ、ｂ、ｃを用いて次式（１）、（２）、（３）から求め、求めた値に従って駆動装置１０３を制御する。
ｖ１＝ａ・ｄ・・・・（１）
ｄ２＝ｂ・ｄ・・・・（２）
ｖ２＝ｃ・ｄ・・・・（３）
このように、加工深さｄに合わせて待避移動速度Ｖ１等を変化させることによって、加工時間を短縮させることができる。また、必要以上に工具電極１０２を動かさなくてすむため、位置等加工状態の変化を抑制することもでき、加工精度を向上させることができる。なお、工具電極１０２を待避サーチ速度ｖ２で移動させているときに、異常放電回避信号又は短絡回避信号を再度チェックするようにしてもよい。

図１１に示す金属板１１００（被加工物）に、本発明の放電加工装置１０１で貫通穴を形成する。金属板１１００の表面の酸化している部分を酸化膜１１０１、１１０２、酸化していない部分を金属部１１０３とする。

図１２（ｉ）は、コンデンサ２０４及び工具電極間に印加される生成パルス電圧、図１２（ｊ）、（ｋ）は、図１２（ｊ）の生成パルス電圧の印加に対する放電と短絡の検出を示している。図１２（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）の横軸はいずれも時間を示している。区間Ａ１、Ａ２で示す部分は、酸化膜１１０１の加工、区間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は金属部１１０３の加工、区間Ｃ１、Ｃ２は酸化膜１１０２の加工を示している。

酸化膜１１０１、１１０２の電気伝導度は、金属部１１０３の電気伝導度よりも低いので、酸化膜１１０１を加工し始めたときには、工具電極１０２への電圧印加に対して放電が発生しにくい。放電が発生しなければ加工液１０７がイオン化しやすくなるために、頻繁に通電が検出される（区間Ａ１）。このとき、制御部２０６ではスイッチング素子２０７、２０８のスイッチングのタイミングが変更されて、工具電極１０２への電圧印加間隔が長くなる。図１２（ｉ）では、スイッチングタイミング変更後の生成パルス電圧のパルス発生間隔が、スイッチングタイミングを変更前の生成パルス電圧のパルス発生間隔の２倍（整数倍）にしている。生成パルス電圧の電圧印加間隔が長くなると、加工液のイオン化が抑制されるために、区間Ａ２では、通電が検出される回数が少なくなる。

酸化膜１１０１の加工が終わって金属部１１０３の加工に入ると、電圧印加の度に放電が検出され、かつ、通電は検出されなくなる（区間Ｂ１）。したがって、このときに電圧印加間隔が短くなるようにスイッチング素子２０７、２０８のスイッチングのタイミングが変更されて（区間Ｂ２）、加工時間の短縮化が図られる。加工深さが深くなるにしたがって、加工くずの浮遊量や、金属板１１００への加工くずの付着が増加し、通電や異常放電が発生しやすくなる（区間Ｂ３）。通電や異常放電が検出されると、工具電極１０２への電圧印加間隔を長くしたり、工具電極を移動させて、さらなる通電や異常放電の発生を抑制する。

酸化膜１１０２の加工に入ると、工具電極１０２に電圧を印加しても放電が発生しにくく、通電が発生しやすくなる（Ｃ１）。また、加工深さが深いために異常放電も発生しやすい。本発明の放電加工装置１０１では、工具電極１０２を移動させたり、電圧の印加間隔を長くして、通電や異常放電の発生を抑制する（Ｃ２）。

なお、上記実施形態では直流電源２００を用いたが、電源には交流電源を用いてもよい。また、矩形パルス電源などのパルス電源を用いてもよい。基準パルス発生器を備えたパルス電源を用いる場合には、スイッチング素子２０７、２０８のスイッチングのタイミングを基準パルスの立ち上がりエッジや立ち下がりエッジと同期させるようにしてもよい。例えば、充電スイッチング素子２０８のスイッチングを基準パルスの立ち上がりエッジと同期させ、開放スイッチング素子２０７のスイッチングを基準パルスの立ち下がりエッジと同期させるようにすれば、基準パルスのパルス幅と同じパルス幅のパルス電圧を生成することができる。このときに、複数個おきの基準パルスと同期させることによって、パルスの発生間隔やデューティを変化させることができる。また、基準パルスの立ち上がりエッジと同期させて充電スイッチング素子２０８のスイッチングを行い、基準パルスのパルス幅よりも短い所定時間経過後に開放スイッチング素子２０７をスイッチングするようにすれば、基準パルスよりもパルス幅の短いパルス電圧を生成することができる。また、基準パルス発生器は、タイミング形成部５０６など電源以外の部分に設けられていてもよい。

本発明の放電加工装置によれば、放電、異常放電、通電、短絡の検出状況に基づいて、スイッチング素子のスイッチングを制御し、工具電極への電圧印加タイミングを変化させることができる。通電が検出された場合、工具電極間への電圧印加時間を短縮したり、電圧印加間隔を長時間化することで、つまりデューティを減らすことで加工液のイオン化を抑制し、さらなる通電や異常放電の発生を抑制することができる。通電や異常放電の発生を抑制すれば、加工時間を短縮でき、また、加工精度を向上させることができる。

また、本発明の放電加工装置は、充電スイッチング素子と、開放スイッチング素子とを備えているために、パルス幅が非常に狭いパルス電圧を生成することができ、工具電極への電圧印加時間を短時間化することができる。工具電極間への電圧印加時間を短縮すれば、加工液のイオン化を抑制することができる。

また、本発明の放電加工装置によれば、短絡時の加工深さに基づいて、待避させる工具電極の移動距離や移動速度を制御することができる。例えば、待避移動距離を加工深さによらず一律に設定しておくと、必要以上に工具電極を移動させることになって時間を浪費したり、加工条件の大幅な変更によって加工精度が低下する恐れがある。本発明のように適切な距離だけ工具電極を待避させれば、加工時間を短縮でき、加工精度を向上させることができる。

本発明の放電加工方法および放電加工装置は、インクジェットプリンタのインク吐出穴などの微細穴加工に利用することができる。

本発明の放電加工装置の概略正面図図１の放電加工装置の回路図スイッチング素子のスイッチングと生成パルス電圧とを説明する図スイッチング素子のスイッチングの順序を説明するフロー図制御部のブロック図放電や短絡の判断方法を説明する図。被加工部の加工深さと短絡判断のための閾値の関係を示した図本発明の放電加工方法を説明するフロー図工具電極と被加工物の概略断面図被加工物の加工深さと駆動電極の制御に用いる係数の関係を示した図被加工物である金属板の概略断面図図１１の金属板の放電加工を説明する図従来の放電加工装置の概略図

符号の説明

１０１放電加工装置
１０２工具電極
１０３駆動装置
１０４被加工物
１０６回路部
１０７加工液
２００矩形パルス電源
２０１抵抗
２０２抵抗
２０３抵抗
２０４コンデンサ
２０５検出器
２０６制御部
２０７開放スイッチング素子
２０８充電スイッチング素子

Claims

加工液に浸積された被加工物と当該被加工物から所定の距離に離間された工具電極とに並列に接続されたコンデンサを用いて、所定の幅と間隔を有するパルス電圧を当該被加工物と当該工具電極とに印加して、当該被加工物と当該工具電極の間に放電を発生させて当該被加工物を加工する放電加工方法であって、
前記工具電極と前記被加工物との間の電圧を測定する第１回目の測定を行い、
前記第１回目の測定電圧と予め決めていた２つの閾値α１、α２（α１＜α２）との比較で、前記第１回目の測定電圧が前記α１未満であれば短絡、前記α１以上α２未満であれば異常放電、前記α２以上であれば放電の状態であると判断し、印加された前記パルス電圧に対する前記第１回目の測定電圧の降下量で通電の状態であると判断する第１回目の状態判断を行い、
続いて、前記第１回目の測定と同様に第２回目の測定を行い、
前記第１回目の測定電圧から前記第１回目の状態判断を行ったのと同様に、前記第２回目の測定電圧から短絡、異常放電、放電、通電のいずれかの状態を判断する第２回目の状態判断を行い、
前記判断した状態が第１回目、第２回目共に放電である場合は、パルス電圧印加間隔を短くし、
前記判断した状態が第１回目、第２回目共に通電である場合は、パルス電圧を印加させるデューティを減じ、
前記判断した状態が第１回目、第２回目共に短絡である場合は、パルス電圧を印加させるデューティをゼロにした後、前記工具電極を前記被加工物から離れる方向に待避させ、前記工具電極と前記被加工物との距離を縮めパルス電圧の印加を再開させ、
前記判断した状態が異なる場合または第１回目、第２回目共に異常放電の場合は、デューティを変化させないことを特徴とする放電加工方法。