JPH01121123A - 電解加工による仕上げ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、静止した電解液中で行う電解加工による仕
上げ加工方法に係り、特に難削金属等からなる被加工物
の三次元形状の被加工面を短時間かつ高精度に仕上げて
鏡面状の光沢面を得ることができる電解加工による仕上
げ加工方法に関する。

［従来の技術］ 従来、金属加工方法として電解加工方法が知られている
。この電解加工方法は、被加工物と電極との間隙に硝酸
ナトリウムや塩化ナトリウム等の電解液を満たし、この
電解液を高速で流すとともに、安定した電解作用を阻害
する電解生成物、すなわち溶出した金属化合物や金属イ
オン及び水素ガス等を除去しながら、直流電流を被加工
物から電極に流して加工するものが、例えば特開昭６１
−７１９２１号公報及び特開昭６０−４４２２８号公報
に開示されている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、この電解加工方法にあっては、機械加工
手段として致命的な欠陥がある。すなわち、特に三次元
形状の底付き加工（凹窩状に形成された三次元構造のも
のに対する加工をいう）において、複雑な輪郭形状を有
する被加工物と電極の間隙に電解液を−様な流速で流す
のが不可能であり１．また、前記間隙に高い液圧を作用
させても電解液の流入口と排出口とでは電解生成物の濃
度がかわり、そのため、所定の電流密度のパルス電流を
与えても、前記間隙の各部分において加工条件が不均一
となり、被加工物に加工電極の精密な転写を行うことが
困難であった。また、被加工物の複雑な表面積を正確に
測定・算出することが困難で、電流密度を高精度に制御
することができず、鏡面状の光沢面等の高精度の表面品
質が得られないという不都合があった。

［発明の目的］ そこでこの発明は、上記不都合を除去し、特に、難削金
属等の被加工物の三次元形状の被加工面を短時間かつ高
精度に仕上げて鏡面状の光沢面を得ることができる電解
加工による仕上げ加工方法を実現するにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するためにこの発明は、静止した電解液
を介して対設した被加工物と電極間に所定の電流密度の
パルス電流を供給するとともに、該液加、工物と電極間
に生成した電解生成物を間欠的に除去しながら被加工物
を仕上げ加工するものにおいて、前記被加工物と電極間
に基準電圧を供給した時の極間の電流値を検出し、この
電流値に基づき所定の計算式にしたがって前記被加工物
の加工表面積を算出するとともに、算出した加工表面積
に基づいて前記パルス電流の電流密度を制御して被加工
物を仕上げ加工することを特徴とする。

［作　用コ この発明の構成によれば、被加工物と電極間に、予め入
力装置によって入力された被加工物の概略加工表面積の
大きさに応じて設定された基準電圧を供給して、極間を
流れる電流値を検出し、この電流値から所定の計算式に
したがって被加工物の加工表面積を算出する。そして、
この加工表面積に基づいて極間に供給するパルス電流の
電流密度を算出するとともに、電流密度を制御しながら
被加工物の被加工面を仕上げ加工するため、仕上げ加工
に最適な電流密度の制御が可能となる。

［実施例］ 以下２、図面を参照してこの発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。

第１〜３図は、この発明の一実施例を示す。第１．２図
において、仕上げ加工装置１は、電極３を固定する電極
固定装置４、電極駆動部５の回転運動を往復運動に変換
する駆動変換部６、パルス電流を発生する電源装置７、
モータ駆動制御部８と加工条件制御部９と電解液制御部
１０とからなる制御装置１１、加工条件等を入力する入
力装置１２、電解液濾過装置１３、加工槽１４等からな
る。

前記電極３と所定間隙１５を介して対設する被加工物２
は、加工槽１４内に配設される図示しない絶縁性の高い
グラナイトもしくはセラミックス製のテーブル上にボル
ト等により固定する。また、前記電極固定装置４は、そ
の下部に設けたロッド１６の下端に、被加工物２を放電
加工する際に使用した、例えば純銅もしくはグラファイ
トからなる電極３を、その電極面３ａと前記被加工物２
の被加工面２ａとが三次元方向に−様な間隙１５を保つ
ように固定する。そして、前記電極固定装置４は、電極
駆動部５と駆動変換部６とにより前記間隙１５を所定値
に設定すべく上下動する。すなわち、電極駆動部５のロ
ータリーエンコーダ１７とタコジェネレータ１８からの
信号により前記制御装置１１のモータ駆動制御部８から
出力される制御信号により、モータ１９を回転制御し、
このモータ１９の回転運動を駆動変換部６により往復運
動に変換して、前記電極固定装置４を上下動させ、電極
面３ａと被加工面２ａとを所定の間隙１５に設定する。

前記被加工物２と電極３間に電流密度が７０Ａ／ｃｍ２
以下のパルス電流を供給する電源装置７は、加工条件制
御部９からの制御信号により、所定の電流密度のパルス
電流を発生するもので、直流電源部２０と充放電部２１
と充放電制御部２２とを有し、例えば第２図に示す如く
構成する。

第２図において、直流電源部２０は、変圧器２３と整流
器２４とからなり、変圧器２３により電圧を所定値に降
下させ整流器２４により整流して直流電流を得て、後述
する蓄電器２５−１〜２５−ｎに供給する。

また、充放電部２１は、被加工物２と電極３との間隙１
５に電荷を放電する複数個の蓄電器２５−１〜２５−ｎ
と、これらの各蓄電器２５−１〜２５−ｎに接続し、直
流電源部２０側への電荷の逆流を阻止するダイオード２
６−１〜２６−ｎと、放電側への電荷を放電させるべく
開閉される放電スイッチ２７−１〜２７−ｎと、前記各
蓄電器２５−１〜２５−ｎを所定に充電すべく前記直流
電源部２０からの電源を給断する充電スイッチ２８とか
らなる。

この充放電部２１を制御する充放電制御部２２は、蓄電
器２５−１〜２５−ｎへ供給する充電電圧値を検出する
電圧検出器２９と、前記加工条件制御部９の充電電圧設
定部３５で設定した設定充電電圧値と前記電圧検出器２
９て検出した検出充電電圧値とを比較する電圧比較器３
０と、前記電極３と被加工物２との間隙１５に放電され
る電荷の電流値を検出する電流検出器３１と、この電流
検出器３１で検出した電流値のピーク値をホールドする
ピークホールド回路３２と、前記加工条件制御部９の電
流設定部３８で設定した電流値と前記ピークホールド回
路３２でホールドしたピーク電流値とを比較し、その結
果を後述するＣ、ＰＵ３９に出力する電流比較器３３と
、前記加工条件制御部９のパルス発生部３６と電流波形
設定部３７からの入力により、前記各放電スイッチ２７
−１〜２７−ｎに開閉駆動信号を出力するゲート回路３
４とを有している。

また、この充放電制御部２２を制御する制御装置１１の
加工条件制御部９は、前記各蓄電器２５−１〜２５−ｎ
の充電電圧を設定する充電電圧設定部３５と、所定時間
幅のパルスを発生するパルス発生部３６と、被加工物２
と電極３間に放電する電荷の電流波形を設定する電流波
形設定部３７と、電流値を設定する電流設定部３８と、
これらの充電電圧設定部３５、パルス発生部３６、電流
波形設定部３７、電流設定部３８を制御するとともに、
前記入力装置１２等の入力データに基づき加工条件等を
演算・処理するＣＰＵ３９等からなる。なお、第２図中
符号４０は放電スイッチ２７−１〜２７−ｎの開時に逆
起電力により各放電スイッチ２７−１〜２７−ｎが破壊
するのを防止するダイオードである 前記入力装置１２は、被加工物２の材質と概略加工表面
積、仕上げ加工しろと寸法精度の等級、仕上げ面粗度及
び初期電極間隙等の被加工物２に関するデータ等を入力
し、これらの信号を制御装置１１のモータ駆動制御部８
及び加工条件制御部９に出力するものであり、また前記
電解液濾過装置１３は、電解液制御部ｌＯの指令に基づ
いて、加工槽１４へ電解液を一定の液圧て供給するとと
もに、加工中に被加工面２ａと電極面３ａ間に生成した
電解生成物を排除するために、１パルスまたは数パルス
毎に上昇動作する電極３と同期して、被加工物２と電極
３間に新鮮な電解液を噴出する如く電磁弁４１等を制御
するものである 次に、この装置による仕上げ加工方法について説明する
。

仕上げ加工に際しては、電極固定装置４のロッド１６の
下端に、例えば被加工物２を放電加工する際に使用した
電極３を取付け、その電極面３ａを加工槽１４内の図示
しない被加工物固定装置に固定された、例えば放電加工
された被加工物２の被加工面２ａに対向接触させるとと
もに、加工槽１４内に電解液内を供給し、この点を原点
Ａとする。そして初期電極間隙に保つ位置に電極３を上
昇させ、電解液が被加工面２ａと電極面３ａ間に満ち、
極間の電解液が静止（電解液の流れ・動きが略停止した
状態をいう）したら、仕上げ加工を開始する。

仕上げ加工前期の加工を開始する当り、まず、加工条件
制御部９０ＣＰＵ３９が、予め入力装置１２で入力され
た被加工物２の概略加工表面積Ｓｉに応じた基準電圧Ｖ
ｉを決定し、この基準電圧Ｖｉを充電電圧設定部３５に
出力する。なお、ＣＰＵ３９の基準電圧の決定は、予め
被加工物２の概略加工表面積の大きさの範囲に応じて設
定しであるチープル（換算表）に基づいて行う。そして
、基準電圧Ｖｉで充電された蓄電器２５−１〜２５−ｎ
から、被加工物２と電極３間に電荷を放電し、この時の
極間の電流値を前記電流検出器３１で検出し、そのピー
ク電流値がピークホールド回路３２でホールドされて電
流比較器３３に入力される。

電流比較器３３は、このピーク電流値と前記電流設定部
３８で設定した電流値とを比較する。この場合、Ｃ，Ｐ
Ｕ３９の制御信号により、電流設定部３８の設定値を０
から順次上げ、電流比較器３３の出力が反転した時の値
を極間のピーク電流値として求める。そしてこのピーク
電流値に基づいて被加工物２の加工表面積を所定の計算
式によって算出し、この加工表面積に基づいて算出した
所定の電流密度のパルス電流が電源装置７から被加工物
２と電極３間に供給され、仕上げ加工を行う。

この仕上げ加工前期に供給されるパルス電流は、電流密
度が例えば３０〜５０Ａ／ｃｍ２でオン時間が例えば２
〜１０ｍ５ｅｃのパルス電流であり、これにより、被加
工面２ａ素材が溶出して面粗度が向上する。そしてパル
ス電流を１回ないし数回供給した後、モータ駆動制御部
８の信号によりモータ１９を駆動して電極３を上昇させ
、電極面３ａを被加工面２ａから離間させる。この離間
により、被加工面２ａと電極面３ａ間の電解生成物を電
解液とともに電解液濾過装置１３の電磁弁４１等の動作
により排除する。

電解生成物を排除した後は、電極３が下降し、電極虱３
ａが被加工面２ａに接触する。これにより、前記原点Ａ
と現位置とを制御装置１１で比較して加工１回（１パル
スまたは数パルス毎の加工）当りの加工深さを測定する
。その後、前記被加工面２ａと電極面３ａが所定の間隙
１５を保つように電極３が再び上昇し、被加工面２ａと
電極面３ａ間に新たな電解液を満たし、電解液が静止し
たらパルス電流を供給する。なお、この場合、加工槽１
４には１回ないし数回の電解加工で生成した電解生成物
とともに排除する電解液を補うように、電解液濾過装置
１３のクリーンタンク（図示せず）から電解液が供給さ
れる。

前記加工深さの累積値が、入力装置１２で入力された入
力データに基づいて加工条件制御部９で計算された加工
深さの設定値と比較し、加工深さ累積値が加工深さ設定
値に対し、所定の差（例えば１μｍ）以内になった時に
、加工条件制御部９の制御信号により、前述した仕上げ
加工前期と同様の基準電圧を被加工物２と電極３間に供
給して、極間のピーク電流値を検出するとともに、この
ピーク電流値から被加工物の加工表面積を算出する。

そして、この加工表面積に基づいて算出した電流密度（
例えは４ＯＡ／　ｃ　ｍ２）で、オン時間が仕上げ加工
前期に比べて長い（例えば２０ｍ　ｓ　ｅ　ｃ以上）所
定のパルス電流に切換える。これにより、被加工面２ａ
が仕上げ加工されて鏡面状の光沢面を呈する。なお、仕
上げ加工前期と後期のパルス電流の電流密度の切換えは
必要に応じて行えばよく、例えば前期と後期の電流密度
を同一に設定して仕上げ加工する場合は、切換えが不要
であることはいうまでもない。

そして、このパルス電流で１回ないし数回の電解加工を
行った後に、前期の加工と同様、被加工面２ａと電極面
３ａとの間の電解生成物を電解液濾過装置１３により排
除し、加工深さを測定するという一連の工程を繰り返し
、全ての仕上げ加工を終了する。

なお、仕上げ加工前期及び後期における電解生成物を排
除するサイクルは、印加するパルス電流のオン時間に応
じて変化することになる。また、パルス、電流を切換え
るタイミングの検出は、上記の加工深さの累積値と加工
深さ設定値との比較による検出に限らず、例えば加工し
ろから加工終了するまでの単位面積当りのクーロン量を
計算してこの値により検出制御することもできる。

ここで、被加工物２の加工表面積の算出方法及びこの加
工表面積に基づく電流密度の求め方について説明する。

第３図は、第１．２図に示す仕上げ加工装置１を使用し
て被加工物を仕上げ加工した場合の実験結果である。こ
の図から次の関係式が求められる。

ｖ　＝　５．２＋−Ｌ−（１，５Ｓ　０・６１　＋　１
５δ−５，２）　（１）ここで、■＝雷電圧　　［Ｖコ ｉ：電流密度　［Ａ／Ｃｍ２］ Ｓ：加工表面積［ｃｍ２］ Ｓ＝電極間隙　［ｍｍコ であり、また、式中の各値は次のことを意味している。

５、．２　：各直線が原点を通らず、５．２ｖの分極特
性を示す値 ４０：電流密度が４ＯＡ／　ｃ　ｒｎ２（通常使用する
）近傍で最も誤差の少ない計算式を 導くための値 １．５及び０．６に 面積変化の影響度を示す値（電源装置 ７の特性で変化） １５　　：４０％硝酸ナトリウム水溶液の導電係数に係
わる値 式（１）は、加工表面積Ｓと電流Ｉの関係ｉ＝Ｉ／Ｓ　
　　　　　　　　　　　（２）から、 １．５Ｉ　　　　２δＩ　　５．２Ｉ Ｖ＝５．２＋　−＋　−−−（３） ４０ＳＯ・３９５Ｓ　　　４Ｏ８ となり、仕上げ加工に当って、電極間隙δを設定し、前
述した概略加工表面積に基づいて求めた基準電圧ｖｏを
作用させた時の電流値ＩＯ（ピーク電流値）を検出する
と、 １．５＋ｏ２δＩ　ｏ　　５．２　Ｉ　□Ｖｏ＝５．２
＋　−＋−−−（４） ４０ＳＯ・３９５Ｓ　　　４Ｏ３ となる。

これにより、加工表面積Ｓの値が計算で求められる。

このＳの値を用いて式（２）から仕上げ加工に最適な電
流密度ｉａを得るに必要な電流値Ｉａを算出し、この電
流値Ｉａを式（４）に代入して電流密度ｉａを得るに必
要な電圧値Ｖａを算出する。

このようにこの発明は、第３図の実験結果によって得ら
れた電圧Ｖ、電流密度ｉ、電極間隙８、加工表面積Ｓと
の関係式（１）から、設定した加工間隙δと基準電圧Ｖ
とから加工表面積Ｓを求め、このＳの値から電流密度ｉ
を得るに必要な電流値Ｉ及び電圧値Ｖを求めるものであ
る。なお、上記式（１）の各係数値は特定値に限らず、
ある程度の幅を有することはいうまでもない。

次に、この発明に係る電解加工による仕上げ加工方法に
よる加工例を示す。

く加、工例〉 電極　　　純銅 被加工物材質　　　　工具鋼 電解液　　　　　　　硝酸ナトリウム溶液（濃度４０％
） 電極間隙　　　　　　０　、１　ｍ　ｍ仕上げ加工前期 電流密度（ピーク）　４ＯＡ／　ｃ　ｍ２パルスオン時
間　　５ｍ５ｅｃ 仕上げ加工後期 電流密度（ピーク）　４８Ａ／　ｃ　ｍ２パルスオン時
間　　４０ｍ５ｅｃ 仕上げ面粗度　　　　Ｒｍａｘ：１μｍ以下仕上げ面　
　　　　　鏡面状の光沢面 なお、上記実施例においては、基準電圧に基づく加工表
面積の算出を、仕上げ加工の前期と後期の開始時に行い
所定の電流密度を得るようにしたが、例えば加ニー回毎
に加工表面積を算出して電流密度を制御してもよいし、
所定回数の加工毎に加工表面積を算出して電流密度を制
御してもよい。

また７、上記実施例においては、制御装置の制御信号に
より蓄電器から基準電圧を供給するように構成したが、
この発明はこれに限らず、例えば制御装置に基準電圧発
生部を別に設けてＣＰＵの制御信号により被加工物と電
極間に基準電圧を供給するように構成してもよく、制御
装置及び充放電制御部の構成等は適宜設計変更可能であ
る。

さらにこの発明は、金型加工分野に限らず、半導体生産
のシリコン単結晶やガリウムヒソ基材の仕上げ加工、及
び磁気記憶装置のアルミニュウム・ディスクの単結晶ダ
イヤモンドによる鏡面加工等のように、機械的加工によ
る表面の僅かな内部応力が問題となっている分野での仕
上げ加工にも応用することができる。また、自動搬送装
置と組み合せて、量産されるハイポイド・ギヤー等の熱
処理後の仕上げ加工に用いることも可能である。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明に係る電解加工に
よる仕上げ加工方法にあっては、静止した電解液を介し
て対設した被加工物と電極間に所定の電、流密塵のパル
ス電流を供給するとともに、該被加工物と電極間に生成
した電解生成物を間欠的に除去しながら被加工物を仕上
げ加工するものにおいて、前記被加工物と電極間に基準
電圧を供給した時の極間の電流値を検出し、この電流値
に基づき所定の計算式にしたがって前記被加工物の加工
表面積を算出するとともに、算出した加工表面積に基づ
いて前記パルス電流の電流密度を制御して被加工物を仕
上げ加工するようにしたので、例えば三次元形状等の複
雑な被加工面の加工表面積を短時間かつ正確に測定し、
供給するパルス電流の電流密度を高精度に制御し得て、
最適な加工条件を維持することができるとともに、加工
深さを正確に制御することもてき、鏡面状の光沢面を呈
した被加工面を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る仕上げ加工装置を示す概略構成
図、第２図は電源装置を示すブロック図、第３図は実験
結果を示すグラフである。 １・・・仕上げ加工装置、２・・・被加工物、３・・・
・電極１，７・・・電源装置、８・・・モータ駆動制御
部、９・・・加工条件制御部、ｌＯ・・・電解液制御部
、１１・・・制御装置、３１・・・電流検出器、３２・
・・ピークホールド回路、３８・・電流設定部、３９・
・・ＣＰＵ。 特許出願人　　静岡製機株式会社 代表者鈴木重夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）静止した電解液を介して対設した被加工物と電極
   間に所定の電流密度のパルス電流を供給するとともに、
   該被加工物と電極間に生成した電解生成物を間欠的に除
   去しながら被加工物を仕上げ加工するものにおいて、前
   記被加工物と電極間に基準電圧を供給した時の極間の電
   流値を検出し、この電流値に基づき所定の計算式にした
   がって前記被加工物の加工表面積を算出するとともに、
   算出した加工表面積に基づいて前記パルス電流の電流密
   度を制御して被加工物を仕上げ加工する電解加工による
   仕上げ加工方法。
2. （２）前記基準電圧が、被加工物の加工表面積の大きさ
   の範囲によって、予め設定されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電解加工による仕上げ加工
   方法。
3. （３）前記電流値が、被加工物と電極間に基準電圧を供
   給した時のピーク電流値であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項もしくは第２項記載の電解加工による仕
   上げ加工方法。