JPH0232084B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、電極消耗比、或いは更に加工精度を
改善した放電加工装置に係り、特に放電加工液と
して水系のものを用いる場合に好適なものであ
る。 放電加工の分野に於ける棒状や総型形状電極を
使用する穿孔、型彫加工の分野に於ては、加工液
として通常ケロシン（白灯油）やトランス油等の
炭化水素油系のものが常用されており、他方ワイ
ヤ電極を使用する所謂ワイヤカツト放電加工の分
野に於ては、加工液として通常水、特に純水系の
ものが常用されて来ている。 前者に於てケロシンが用いられるのは、機械の
防錆上等に好都合なこともあるが、一般的に加工
速度は遅いが加工面粗さが小さくて寸法精度の高
い仕上げ加工の加工条件領域から、加工面粗さは
荒いが加工速度が早い荒加工の加工領域迄の全加
工条件領域にわたつて各種の加工性能が一般に他
より優れていて、かつ設定加工条件にほヾ比例的
に安定して得られること、及び比較的安価で入手
し易く、また比較的長寿命で加工中及び廃棄等の
後処理に当り、格別公害等の問題が生じないか、
処理が比較的容易なこと等によるものと思惟され
る。 しかして、斯種ケロシンやトランス油等の炭化
水素油系加工液の最大の欠点としては、該加工液
が可燃性であると言うことであつて、放電加工等
の電気加工は該加工液中で、又は該加工液を介し
て一対の電極（一方が加工用電極で、他方が被加
工物）を微小間隙を隔てゝ相対向させ該間隙に通
電して放電や放電々解等を継続的に発生維持させ
て加工を行なうものであり、他方斯種電気加工装
置はその稼動運転中に、運転作業者が機械装置に
常時付いていることなく自動運転加工を行なう類
のものである所から、上記加工液としてはケロシ
ンに各種添加物を添加して発火温度を上昇させた
ものが使用されているものゝ、また近時火災検知
の自動消火装置が上記電気加工装置用の個々の機
械毎等に付設される状況にあるものゝ依然として
発火火災を生ずる危険性があり、このため上述の
如く自動運転加工の機械装置でありながら、例え
ば無人では、及び又は終夜運転には供し難いもの
であつた。後者の加工液水は、火災等の危険は全
くなく、又防錆剤等の各種添加剤等が仮りに必要
としても極めて安価であり、再生処理、廃棄処理
等も容易、また炭化水素油のように人の皮膚等に
障害を与えることもない等炭化水素油系加工液に
比較して種々の優れた点があり、また加工性能の
点でも、例えば電圧パルスの持続時間が約数
10μS前後以下で、加工面粗さ約数10μmRmax以
下の所謂仕上げ加工条件領域に於ては炭化水素油
系加工液に充分比肩し得るものゝ、上記以上程度
の加工面粗さの中加工乃至荒加工に近い加工条件
領域になると種々の加工性能中、加工速度が極端
に低下するとか、加工が困難になつたり、また電
極消耗が増大して電極低消耗の加工ができないと
かの欠点があり、このため上記の加工液水は、加
工条件が電極消耗を許容する所謂仕上げ加工の加
工条件領域に限られるワイヤカツト放電加工（通
常数値制御方式）に於て使用されるに止つてい
る。なお、ワイヤカツト放電加工に於ては、被加
工物を加工液中に浸漬した状態で加工する形式の
ものもあるが、通常は加工タンク又は加工液パン
の上部開放大気中に於て、加工部に加工液をノズ
ルにより噴射供給する形式のものであつて、炭化
水素油を加工液として用いると、加工部から直ぐ
に発火する危険性があつて実質上加工は不可能で
あり、他方上記の如く加工液水使用の利点及び条
件も備つている所から使用されているものと思惟
される。そして、このように加工液を水とするワ
イヤカツト放電加工が近年普及して来た所から、
上記穿孔、型彫加工の放電加工機の分野に於て
も、火災等の危険が全くない水又は水を主成分と
する加工液による放電加工（通常水加工等と言
う）の開発、登場が強く望まれており、かゝる要
請は穿孔、型彫型式の放電加工機が数値制御ワイ
ヤカツト放電加工機同様に数値制御化され、従つ
て高度に自動化されて、かつ高価になるに従いさ
らに強まつている。 しかしながら、例えば５×10³Ωcm以上の所謂
純水を加工液とする限りに於ては（勿論数％前後
以下の防錆剤等を添加したものを含む）、加工電
圧パルス（又は放電電流パルス）の幅（τ_po又は
τ_D）が約30〜50μS前後程度、加工面粗さで約10
〜20μmRmax前後程度またはそれ以上の加工条
件領域、即ち中加工条件以上になると、或いは、
また電極加工面積が、数10cm²のように大きくなる
と、それ丈加工間隙抵抗は低くなる訳で、例えば
電圧パルス（τ_po）の無負荷電圧を格別に大きく
するとか、又は放電々流パルス（τ_D）の放電々流
振幅（I_P）を格別に大きくした場合等の格別特殊
な加工条件、即ち従来通常の電圧パルス（τ_po）
又は放電パルス（τ_D）、また必要ならば電圧パル
ス（τ_po）間休止時間（τoff）の各条件、又はそ
れらに比較的容易に可能な程度の工夫を凝らした
限りでは、前述の如く加工速度の急減、電極消耗
の増大等のため実用に供し得ないのが現状であ
る。 ところで、放電加工における加工液の液温は通
常、作業室温の約20〜25℃前後程度であり、精密
加工を必要とする場合や長時間にわたつて高速荒
加工を行う場合、加工液の冷却装置や温度制御装
置が設けられるが、この場合も加工液は同様の温
度、即ち上記室温程度の常温に保たれ、電極の温
度も加工液による冷却作用によつて加工液に近い
温度となる。もし、高速の荒加工を、加工液を格
別冷却することなく長時間高負荷で継続させた場
合に、加工タンクの加工液が約50〜60℃前後又は
それ以上に上昇することがあるかも知れないが、
高温状態を継続させて加工するということはまず
ない。 このように、従来のケロシン等を加工液として
用いる放電加工においては、加工液を単に常温程
度に冷却するか温度制御を行わないかのいずれか
であるが、本発明者らが水系加工液を用いて電極
温度（なお本発明に於て電極温度、被加工物温度
とは、電極、被加工物の平均温度よりも数度以上
高い温度即ち、電極、被加工物の加工間隙露出面
（加工面）から少し内側の温度、従つてまた電極、
又は被加工物が設置されていて加工が行なわれる
加工タンク内加工液の温度よりも約10〜20℃以内
程度高い温度のことを言う。）に対する電極消耗
比を求める実験を行つた所、常用の電極低消耗の
放電パルス条件（例えば、電圧パルスの幅約30〜
500μS）に於て電極材質や加工液組成によつて電
極消耗比が最低となる電極温度、及び、または被
加工物温度の最適温度が大いに異なつていること
が判明し、また、電極温度によつて電極消耗比が
大いに異なることが判明した。下記の表は、被加
工物が鉄材であり、電極が銅、グラフアイト、黄
銅の各場合において、加工液を純水とシリコーン
オイルやアルキル・アリル・エーテル等の表面活
性剤を１％前後等数％含んだ水（曇点約45℃）と
した場合における電極消耗比が最低となる大凡の
上記電極温度を示したものである。

【表】 また、第１図は、電極が銅、被加工物が鉄、加
工極性が逆極性、加工液が、純水に界面活性剤と
して非イオン系のポリエーテル変性シリコーンオ
イル１％、炭化水素油としてスピンドル油１％を
夫々添加混合したものを用い、また上記電極温度
が高低容易に制御変化ができ、かつ高い電極温度
での加工も可能な加工間隙を加工液中へ非浸漬状
態として加工する放電加工方法、即ち、加工用電
極と被加工物とを相対向させて形成し、加工液が
介在せしめられる微小加工間隙に休止時間を置き
ながら間歇的な電圧パルスを印加して発生する放
電により加工を行う電気加工方法に於て、前記加
工用電極と被加工物とを少なくとも前記加工間隔
が貯溜加工液外の気中に於て形成保持されるよう
に気中に配置した状態で加工間隔に加工液を連続
的又は間歇的に注入しつゝ加工を行なう加工方法
を適用し、加工電圧パルスの幅約120μS、放電電
流振幅約15A、電圧パルス間休止幅約40μS前後で
可変とし、加工液の加工間隔への噴出供給量と、
電極被加工物間近接開離運動による間歇加工の持
続と休止の時間、及び必要に応じ上記電圧パルス
間休止幅の調整により、上記電極温度を変化させ
た場合の上記電極温度に対する電極消耗比（Ｅ／
Ｗ）を示したものである。 本発明は、このような実験結果から、電極の温
度を小さい電極消耗比での加工が可能な温度に制
御して、水系加工液による放電加工を実用的に可
能とすることを目的として発明されたものであ
り、加工液として水系の加工液を用いると共に、
上記電極の温度調節用液体を流す循環路と、該循
環路に介設される上記液体の温度制御装置と、該
循環路に上記液体を供給するポンプと、上記電極
の温度検出のために設けられる温度検出器と、検
出された上記電極の温度に応じて上記循環路に供
給される上記液体の温度と流量の少なくとも一方
を制御して上記電極の温度を所定値に制御する制
御装置とを設けてなることを特徴とするものであ
る。 以下本発明を第２図ないし第５図に示す実施例
により説明する。第２図において、１は内部に温
度調節用液体（水等）を流す通路１ａを有する電
極、２は被加工物、３は被加工物２を収容した加
工タンクであり、該タンク３内には前記の表面活
性剤を含んだ水でなる加工液４が電極１と被加工
物２との間に充満するように入れてある。この場
合、上記電極温度が所望に応じ、制御設定可能で
あるため、前述第１図の加工特性を得る加工方法
とは異なり、加工液中浸漬方式の従来通常の加工
方法である。５は該電極１に対して温度調節用液
体を循環させる循環路、６は該循環路に設けられ
た液体温度制御装置、７は該循環路に設けられた
液体循環用ポンプ、８，８′はそれぞれ該電極１
からの液体の出口管路５ａと入口管路５ｂに設け
られた液体温度検出器、９は電極１に循環させる
液体の温度または流量を制御することにより、電
極１の上記電極温度が電極消耗比の小さいものと
なるように指令制御する制御装置である。前記液
体温度制御装置６は、液体貯槽１０と、該貯槽１
０内の液体を加熱するヒータ１１と、該貯槽１０
に対する液体の循環路１２、ポンプ１３およびモ
ータ１４ａを含むクーラ１４からなる冷却装置と
からなる。制御装置９は、例えば前記温度検出器
８によつて検出される温度と温度検出器８′によ
つて検出される温度の差と、液体の流量又は流速
を考慮した信号とから電極１の電極温度を間接的
に測定し、その結果によつてポンプ１３およびモ
ータ１４ａを駆動するか、あるいはヒータ１１及
び又はクーラ１４の作動条件を制御させると共
に、ポンプ７による液体流量を変えて電極温度が
所定の温度を維持するように制御する。液体流量
を変える手段としては、ポンプ７の吐出側に流量
調節弁を設けて該弁の開度を調節する方法もあ
る。 このような電極温度制御を行うことにより、電
極１の前記電極温度を電極消耗比の小さい温度
（例えば第１図の例における40℃前後）に保つこ
とが可能となり、従来のケロシン油を加工液とし
て用いる場合に近い電極消耗比を得ることがで
き、水系加工液による放電加工を実用に供するこ
とが可能となる。 なお、液体温度制御装置６は、電極１の目的温
度によつては、ヒータ１１のみ、あるいはクーラ
１４を含む冷却装置のみを備えるものでもよく、
また貯槽１０内全部の液体を加熱するのではな
く、貯槽１０から電極１及び循環路５に供給する
ために汲み上げた液体のみを、ヒータ等を用いて
所定温度に加熱しつつ供給するように構成しても
良い。 第３図は電極１′の電極温度を制御すると共に、
さらに加工液４の温度をも制御するようにして前
記電極温度を、前述第２図の実施例の場合よりも
より正確確実に所定値に維持できるようにしたも
のである。この加工液４の温度を制御する装置の
構成は第２図に示した電極１の温度を制御する装
置の構成とほヾ同様である。すなわち、加工タン
ク３を含む循環路１５と、該循環路１５の途中に
設けた加工液貯槽２０および加工液循環ポンプ１
７と、加工タンク３内の加工液温度を検出する温
度検出器１８と、加工液貯槽２０内の加工液を加
熱するヒータ２１と、該貯槽２０内の加工液を外
部に導出して循環させる循環路２２、ポンプ２
３、モータ２４ａを含むクーラ２４と、前記温度
検出器１８によつて検出される加工液温度が電極
１′の電極消耗比が最低となる前記電極温度より
やゝ低い所定温度となるように前記ヒータ２１、
またはポンプ２３とモータ２４ａを制御して加工
液温度を制御するか、あるいはポンプ１７による
循環流量を変化させる制御装置１９とからなる。
なお、本例の電極１′は中実であつてその非加工
部の周囲には環状中空体１６によつて電極１′の
周囲に前記温度調節用液体を流す通路１a′を設け
ると共に、前記ポンプ７や前記液体温度制御装置
６の制御は、通路１a′の出口温度を温度検出器８
により検出して行うようにしたものである。 このように加工液の温度制御も併せて行うよう
にすれば、電極消耗比を低減する上で重要な電極
の加工部の温度を良好に制御維持することができ
るから、より電極消耗比を低減することが可能と
なる。なお、加工液の温度制御を行う場合には、
加工タンク３内にヒータあるいは冷媒流動用冷却
コイルを設けて温度制御を行うことも可能であ
る。また電極１′又は被加工物２に加工液供給孔
を設けて加工間隙に加工液を供給する場合には、
温度制御された加工液を電極温度制御に用いるこ
とができる。 なお、この第３図の実施例に於て、加工液４の
循環路１５や加工液貯槽２０部に於て、加工液中
の加工屑等を除去する過装置、加工液４の性状
を一定に保つように脱オン、有機物や界面活性剤
添加等各種の使用加工液に応じた再生、調整手段
装置等が省略されていることは明らかである。 第４図は本発明の他の実施例であり、被加工物
２をセツトする加工テーブル２５の温度を制御す
ることにより、被加工物２の温度も熱伝導により
間接的に前記電極温度又はそれよりも少し低目等
適宜に制御できるようにしたものであり、本実施
例においては、テーブル２５に温度調節用液体を
通す蛇行状の孔２６を設け、該孔２６に対して液
体貯槽２７とポンプ２８とを有する循環路２９を
形成し、貯槽２７には加熱用ヒータ３０と、該貯
槽２７内の液体を外部に導出して循環させる循環
路３１、ポンプ３２およびモータ３３ａを含むク
ーラ３３とを設け、前記孔２６の出入口に設けた
温度検出器３４，３４′による検出温度に応じて
制御装置３５によりポンプ２８、ヒータ３０、ク
ーラ用モータ３３ａを制御することにより、テー
ブル２５の温度が所定の温度となるようにしたも
のである。この構成により、テーブル２５の温度
が所定の温度（電極消耗比が小となる電極温度又
はそれよりも少し高い温度にして被加工物温度を
前記電極温度よりもやゝ低い温度）とるように制
御することにより、被加工物２の温度も熱伝導に
よつて制御することができ、電極１″のみの温度
制御を行う場合に比べてより安定した電極温度の
維持制御を行うことができる。なお本実施例にお
ける電極１″は薄板状金属を所定形状に成形し、
その裏面に、液体通路を形成するパイプ３６を埋
設しかつ該裏面形状に合致する形状に成形した半
田等の低融点合金３７を、熱伝導性に優れた粉粒
体または熱伝導性ペイント３８を介して密着さ
せ、これを支持枠３９で着脱可能に支持したもの
であり、電極１″が消耗すれば電極１″を低融点合
金３７から外すことができるので、電極を複数用
いる場合に有利である。図面第５図は、一部の構
成に変更を加わえた本発明実施例の部分図で、電
極１と温度調節用液体との間に高熱伝導体の所
謂ヒートパイプ４０を設けることにより、前記液
体を第２〜４図の実施例のように電極１，１′，
１″内部や接触部等一体の部分に供給流通させる
必要がなく構成に自由度を与えるようにしたもの
である。図に於て、１は切削成形、プレス成
形、又は電鋳成形等により電極材で成形され、必
要に応じて裏打補強された電極で、電極スピンド
ル４１の電極取付盤４２に取り付けられ、かつ前
記ヒートパイプ４０の通常吸熱端４０ａを電極１
の内面に密着させて、図示実施例の場合電極１
の高温化が避けられない尖鋭部１ｂに対応して
１本が低融点合金等の充填剤４３により固定して
設けられているが、電極１の各部等所要部を所
定の電極温度に維持制御するためには複数本のヒ
ートパイプを並設すれば良く、そして、このヒー
トパイプ４０の他端放熱端４０ｂを図示の如く必
要に応じて放熱フイン４０ｃを取付けて、液体温
度制御装置６から供給される温度調節用液体の循
環路４４中に位置されることにより、ヒートパイ
プ４０の吸熱端４０ａの温度を放熱端４０ｂと
ほヾ同一に近い温度を保つよう冷却することがで
きる所から、電極１が例えば電鋳穀のような薄
板状のものであつても電極温度を所定の温度に制
御維持することができる。 なお本発明において用いられる水系加工液とし
ては、重量百分比で0.1〜10％の水溶性のシリコ
ーンオイルやアルキル・アリル・エーテル等の好
ましくは約100℃前後又はそれ以下の比較的低い
曇点を有する非イオン性の界面活性剤を純水に溶
解したもの、さらに炭化水素油を0.1〜５％又は
金属、合金、炭素等の約１〜3μmφまたはそれ以
下の微粒子0.5〜５％の一方又は両方を添加混合
したものが有効であつて、また加工の態様として
は、上記第２〜４図で図示説明した加工間隙を加
工液４中に浸漬した状態で加工を行なう従来通常
の加工方法の外、前述第１図の特性曲線が得られ
た実験例として説明した、加工間隙を加工液に対
し非浸漬状態とし、加工間隙へは該間隙で行なわ
れる放電加工作用によつて全部乃至は大部分の介
在加工液が分解、燃焼、蒸気化等して加工間隙か
ら外部へ放出される状態を維持するように加工液
の供給や放電パルス、或いはさらに放電パルスの
時間的な発生させ方等を制御する態様の加工方式
のものに適用した場合にもさらに一段と有用なも
のである。 また、電極消耗比が小さくなるように電極の材
質や加工液の組成に応じて電極の温度を制御する
ことにより、従来困難であつた水系の加工液によ
る中加工乃至荒加工条件の放電加工が可能になる
だけでなく、仕上げ加工条件の領域に於いても電
極消耗比のより一層の低減や加工精度の向上に効
果があり、また従来よりも加工速度を高めた加工
条件での仕上げ加工が可能となる。 以上述べたように、本発明によれば、水系の加
工液を使用しても電極消耗比を低く抑えることが
でき、水系加工液による放電加工が実用的に可能
となる。 従つて本発明によれば、例えば数値制御方式の
終夜無人運転の放電加工を可能とし、また、電極
が加工液浸漬状態にないような加工態様、すなわ
ち電極と被加工物を気中に保つて加工液の分解物
や加工屑を加工液の噴射により火花と共に周りに
飛散させる態様により、従来にない加工速度を得
ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水系加工液を用いた場合の電極温度に
対する電極消耗比の相関図、第２図ないし第５図
は本発明の実施例をそれぞれ示す構成図である。 １，１′，１″，１……電極、１ａ，１a′……
通路、２……被加工物、４……加工液、５……循
環路、６……液体温度制御装置、７……ポンプ、
８，８′……温度検出器、９……制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加工テーブル上にセツトされた被加工物に対
   向して電極を配置し、両者間に加工液を介在させ
   た状態で電圧パルスを印加して、発生する間歇的
   な放電により加工を行なう放電加工装置に於い
   て、加工液として水系の加工液を用いると共に、
   上記電極の温度調節用液体を流す循環路と、該循
   環路に介設される上記液体の温度制御装置と、該
   循環路に上記液体を供給するポンプと、上記電極
   の温度検出のために設けられる温度検出器と、検
   出された上記電極の温度に応じて上記循環路に供
   給される上記液体の温度と流量の少なくとも一方
   を制御して上記電極の温度を所定値に制御する制
   御装置とを設けてなることを特徴とする放電加工
   装置。