JPH03277421A

JPH03277421A - 放電加工媒体並びにその媒体を使用する放電加工方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03277421A
Application number: JP7472090A
Authority: JP
Inventors: Nagao Saito; 長男斎藤; Naotake Mori; 尚武毛利; Hidetoshi Kawazu; 秀俊河津; Yoshio Ozaki; 尾崎　好雄
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1991-12-09
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JP2609342B2

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］この発明は加工液中に金属又は半導体等の粉体を混入し
た放電加工媒体並びにその媒体を使用して被加工物を加
工する放電加工方法及びその装置に関するものである。

［従来の技術］被加工物を放電加工により鏡面に仕上げるには、電極を
土掻、被加工物を一極とする、いわゆる負極性にして加
工エネルギーを小さくすればよいことが一般に知られて
いる。

ところで、加工エネルギーは、電流ピーク値とパルス幅
の積で、加工エネルギーを小さくする際、スイッチング
素子の性能でパルス幅を小さくするには限界があり、従
って加工エネルギーを小さくして鏡面加工するには、電
流ピーク値を小さくする必要がある。

しかしながら、上記事項を電極と被加工物との対向面積
が広い場合の放電加工に通用すると、電極と被加工物と
で形成される放電間隙の浮遊容量が問題となり、この事
を第８図を用いて説明する。

第８図は一般的な放電加工の電気回路図で、図において
、（１１は電極、（２）は被加工物、（８０）は電極ｆ
ｌ）と被加工物（２）とで形成される放電間隙、（８１
）は加工電源、　（８２１はスイッチング素子、（８３
）は加工電流制限抵抗、（８４）は放電間隙浮遊容量を
示している。

上記構成において、放電間隙（８０）にはスイッチング
素子（８２）がオンの間、加工電源（８１）の電圧が印
加され、放電が発生すると加工電流制限抵抗〔８３）で
制限された電流が流れて被加工物（２）の放電加工が行
なわれる。この時に放電間隙（８０）の対向面積が広い
と、放電間隙浮遊容量（８４）が大となり、この放電間
隙浮遊容量（８４）に蓄えられた電荷のために、設定電
流ピーク値より大きな電流が流れ、加工面を荒して鏡面
加工を困難にしている。

即ち、大面積鏡面加工を困難にしている。

そこで、この放電間隙距離容Ｉｔ（１１１４）を減らし
て大きな電流が流れないようにする技術として、本出願
人はすでに粉体混入加工液による放電加工方法を開発し
ている。

上記粉体混入加工液による放電加工方法とは、加工液に
半導体または抵抗体の粉体（Ｓｉ、　Ｇｒ、　Ａｌなど
）を混入して放電加工を行なうものであり、これについ
て第９図を用いて説明する。

即ち、第９図は粉体混入加工液による放電加工の様子を
示す図で、図において、（９０）は主軸、（１）は電極
、（２）は被加工物、（９１）は加工槽、（９２）はＹ
軸サーボモータ、［９３１ハＸ軸サーボモータ、（９４
）はＺ軸サーボモータ、（８１）は電源及び数値制御装
置、（９５）は加工液、（７）は前記金属又は半導体の
粉体、（５）は加工粉、（９６）は撹拌装置である。

次に上記装置の動作について説明すると、主軸（９０）
に取り付けられた電極（１）は、被加工物（２）との間
で放電加工を行なう。その時、電源及び数値制御装置（
８１）は検出した加工状態により、Ｘ。

Ｙ、Ｚ軸サーボモータ（９２）、　　（９３）、　（９
４）を駆動して、加工状態を一定に保とうとする。また
加工槽（９１）の加工液（９５）には、加工の結果生じ
る加工粉（５）の他に、積極的に前記粉体（７）が混入
され。

沈澱を防止し分散を促進させる撹拌装置（９６）が稼働
している。

通常の加工液による仕上げ放電加工においては、数１０
ｃｒｒｉ’よりも大きな面積では、一般的に加工面粗さ
は、１５μａ＋Ｒｇ＋ａｘ程度にしかならない。これに
対して前記粉体混入放電加工は加工液に金属または半導
体の粉体を混入することにより、放電間隙距離が広がっ
て、放電が分散するなどの現象が発生し、特に仕上げ加
工において加工の安定化、大面積鏡面加工、表面層の改
質等の効果がある。

従来報告されている粉体混入放電加工方法は、仕上げ加
工において、数１０ｇｏ＋以下の粒径の分布した粉末を
使用しており、実際に加工すると製造メーカ及び製造ロ
フト等により放電加工結果がばらつき、全く粉体混入の
効果の得られないものもあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように従来の粉体混入放電加工方法には、効果の
ある粉体の物理定数が適正でないため、粉体混入放電加
工方法の加工の安定化１面粗度の向上や鏡面加工性の向
上などの効果にばらつきが生じるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、安定した加工結果を得る放電加工媒体とこの媒
体を用いた放電加工方法及びその装置を得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る放電加工媒体は、加工液中に粒径分布の
平均値が５〜ＩＯμｍの粉体を混入したものである。

又、この発明に係る放電加工方法は、加工液とこの加工
液に混入される粉体からなる放電加工媒体を電極と被加
工物間に介在させると共に、上記電極に炭素系材料の電
極を用いものである。

更に又、この発明の別の発明に係わる放電加工方法は、
粒径分布の平均値が５〜ｌＯμｍの粉体を加工液中に混
入させた放電加工媒体を、電極と被加工物間に介在させ
たものである。

又、この発明に係わる放電加工装置は、加工液を収納す
る第１の加工液収納手段と、加工液に粉体を混入した加
工媒体を収納する第２の加工液収納手段を備えたもので
ある。

［作用］この発明による放電加工媒体は、放電を分散する現象を
誘発し、電極と被加工物間に安定した放電を形成する。

又、この発明による放電加工方法は、放電中に電極材料
のカーボンと粉体材料とが化合して、電極面の結晶構造
が微細化し、放電分散が促進される。

更に又、この発明の別の発明による放電加工方法は、加
工液中に混入された粉体の粒径が平均化され、放電分散
を均一化する。

又、この発明による放電加工装置は、加工液と粉体とを
別々の系統により放電間隙へ供給する。

〔発明の実施例１第１図はこの発明による放電加工媒体の一実施例を使用
したこの発明の放電加工方法及びその装置の一実施例を
説明する構成説明図、第２区から第４図はその動作説明
図である。

図において（１）は電極、（２）は被加工物、（３）は
加工槽、（５）は第１の加工、例えば荒加工時に生成さ
れた荒加工粉、（６）は第２の加工、例えば仕上げ加工
時に生成された仕上げ加工粉、（７）は粒径分布の平均
値が５〜ｌＯμｍ、好ましくは粒径分布が５〜ｌＯμｍ
の範囲内に収まっている金属又は半導体等の粉体、例え
ば、シリコン、ゲルマニュム、アルミニュム等の粉体で
ある。（９）は粉体補給器、（ｌＯ）はドレイン用の加
工液流制御手段、例えば制御弁、（２９）は加工液中の
加工粉を除去する加工液濾過手段、（２０）は第１の加
工、例えば荒加工用の加工液収納手段、例えばタンク、
（２１）は加工槽（３）から回収される汚液を収容する
汚液槽、（２２）は汚液槽（２１）内の汚液を濾過した
清液を収容する清液槽、（２３）は仕上げ加工用の加工
液収納手段、例えばタンク、（２４）〜（２６）は加工
液流制御手段、例えば制御弁である。制御弁（１０）　
［２６）は荒加工時および仕上げ加工時のドレイン用で
、加工槽（３）からのドレインはそれぞれタンク（２１
）および（２３）に流入・回収される。荒加工用のタン
ク（２０）にはポンプ（２７）が取り付けられ、制御弁
（２４）を経て加工槽（３）と接続されている。また、
ポンプ（２８）は荒加工粉濾適用のポンプで、加工液濾
過手段（２９）を介して汚液槽（２１）、清液槽（２２
）の間に接続されている。仕上げ加工用のタンク（２３
）にはポンプ（３０）が取り付けられ、制御弁（２５）
を介して加工槽（３）と接続されている。ポンプ（３１
）はシリコンのバッチ処理用ポンプで、加工液濾過手段
（１２）を介して仕上げ加工用タンク（２３）内のシリ
コンおよび加工粉を除去するよう仕上げ加工用タンク（
２３）に取り付けられている。

次に本実施例の動作を図に基づいて説明する。

第２図には荒加工時における加工液の流れが示されてい
る６荒加工用タンク（２０）の清液槽（２２）内の加工
液はポンプ（２７）で汲み上げられ、加工槽（３）に導
かれる。加工槽（３）内の加工液は、制御弁（ｌＯ）に
より荒加工用タンク（２０）の汚液ｍ　（ｚｏ内に戻さ
れた後、ポンプ（２８）および加工液濾過手段（２９）
によって荒加工粉（５）が除去され、清液槽（２２）に
蓄えられる。荒加工粉（５）の濾過は加工中常時または
間欠的に行なわれ、常に荒加工粉（５）の含まれない清
液を加工槽（３）に供給することにより、荒加工が行な
われる。

次に、仕上げ加工時の加工液、即ち、加工媒体の流れを
第３図により説明する。仕上げ加工用タンク（２３）内
の加工媒体としては、仕上げ加工特性に優れた仕上げ加
工用加工液が用いられ、作業者またはシリコン補給器（
９）等によりシリコン（７）が混入された状態となって
いる。この加工媒体はポンプ（３０）によって汲み上げ
られ、加工槽（３）と放電間隙に供給される。加工に使
用された加工槽（３）内の加工媒体は、ドレイン用の制
御弁（２６）を通して仕上げ加工用タンク（２３）に回
収される。

通常、このようにして加工媒体に混入されたジノコン（
７）が放電加工に繰り返し使用されるが、長時間の放電
加工を繰り返すと、加工媒体内の加工粉が増加するとと
もにシリコンが劣化し、加工特性が悪化する。そのため
第４図に示すように通常の仕上げ加工時においては、定
期的にポンプ（３１）を作動させてシリコン（７）およ
び加工粉（６）を濾過し、シリコン（７）の除去を行な
うが、シリコンで７）の寿命が比較的長いこと、および
加工粉（６）の生成量が仕上げ加工時においては少量で
あることから、数百時間に一度バッチ処理的に除去して
もよい。

加工媒体を加工液濾過手段（１２）により濾過したのち
、仕上げ加工用タンク（２３）内の溜められた清浄な加
工媒体には、作業者または粉末補給器（９）により新た
なシリコン（７）が補給されて新しい仕上げ加工媒体が
準備される。

次に、前記実施例に使用される金属又は半導体の粉体の
粒径分布の重量平均値を５〜ｌＯμｍに特定したことに
ついて詳述する。

第５図は、前記金属又は半導体からなる粉体の粒径に対
する放電間隙距離の関係を示す本出願人の実験結果で、
この実験では、粒径分布の標準偏差／平均値を約２０％
に抑えたシリコン粉体を濃度２０ｇ、＃！で使用した。

実験条件は（−）極性、　１００ｍｍ角の銅電極、ケロ
シン等の油系加工液、ピーク電流値ＩＡ、パルス幅及び
休止時間２μｓの矩形波を用いた。

また、第６図は粉体粒径に対する面粗度の関係を示した
もので、条件等は第５図と同じである。

これらより以下の考察が得られる。

大きな粒径の粉体、実験によれば１０μｍ位よりも大き
い粉体は、放電加工面を荒す傾向があることが実験より
求められているが、これは放電間隙に大きな粉体が入る
ことにより、その粉末が放電の誘起点となり、かえって
その粉体だけに放電が集中し、放電加工面を荒すものと
考えられる。

一方これとは反対に小さな粒径の粉体、実験によれば５
μ１位より小さい粉体は、粉体混入放電加工方法の特徴
の１つである放電間隙距離を広げるという効果が少ない
ことが実験より求められている。その様子を示したのが
第５図である。このように粒径の小さな粉体が多くなる
ことは、粉体混入放電加工でも放電間隙距離が広がらず
、特に仕上げ加工において加工粉の排出が悪（なって加
工が不安定となり、また静電容量が減少せずに大面積鏡
面加工が困難となるなど問題が多い。

以上この発明の有効性を確認するために、粉体粒径と放
電加工面粗度との関係を示したのが第６図である。

以上詳述のように、粒径分布の平均値を５〜ｌＯμ−の
間にある粉体に特定することにより、加工の安定化や面
粗度の向上や鏡面加工性の向上などの効果が確実となる
。

以上この発明による方法の一実施例について詳述°した
が、次に記述することもこの発明による方法を実施する
上で有効である。

即ち、加工液は、ケロシン等の油系加工液のデータを示
したが、水溶性加工液についても同様のことがいえ、加
工の安定化及び面粗度の向上が得られる。

電極の極性は（−）極性としたが、（＋）極性において
も加工の安定化及び面粗度の向上が得られる。

さらに矩形波電流の例を示したが１例えばコンデンサ放
電にみられる高ピーク電流値狭パルス幅の電流波形にお
いても、加工の安定化及び面粗度の向上が得られ、いず
れも粒径分布の平均値が５〜１０μｍ、好ましくは粒径
分布が５〜ＩＯμｍの範囲内に収まっているときに顕著
な効果が現われる。

ところで、炭素系電極、例えばグラファイト電極による
仕上げ放電加工は一般に困難とされ、加工面積にもよる
が約８μｍＲｍａｘが限度とされていた。これは電極の
結晶構造の不均一性や気孔の存在等により熱伝導率が悪
化するため局部的放電が発生し、そのため電極粒子の欠
落を招き、電極面も荒れ、それが被加工物面に転写する
ことによると考えられている。

そこでグラファイト電極による放電加工を行なう場合に
、加工液中に例えばシリコンのような金属または半導体
の粉体を混入すると、放電は分散する。さらに放電中に
電極材質のカーボンＣと粉末材質の例えばシリコンＳｉ
とが化合した炭化ケイ素ＳｉＣが、電極面に均一に分散
して生成される。

これによりグラファイト電極だけの時も結晶構造が微細
となる。よって放電路はより分散されよりて電極面の荒
れは抑制され、仕上げ放電加工が可能となる。また粉体
による放電の分散性の増大は５〜１０μｍにあり、この
ような均一な放電分散によって、炭化ケイ素ＳｉＣの生
成による上記効果もより促進される。

またモリブデン粉体やタングステン粉体などのような炭
化物を生成するものであれば、上記効果が発生するもの
である。

さらに、比重の大きいモリブデン粉体やタングステン粉
体単体では粉体の撹拌が困難となるため、第７図に示す
ように、例えばシリコン粉体のような比較的比重の小さ
い粉体（７０）に、モリブデンやタングステンのような
目的とする金属または半導体（７１）をコーティングし
た粉体によっても上記効果はあるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の放電加工媒体及びこの媒体を
用いた放電加工方法によれば、放電が安定し、大面積鏡
面加工が可能となる効果がある。

又、この発明の別の発明の放電加工方法によれば、電極
材料のカーボンと粉体材料とが化合して電極面の結晶構
造が微細化し、放電分散が促進されて電極の荒れが抑制
できる。

更に又、この発明の放電加工装置によれば、加工液と粉
体とを別々の系統により処理する構成としたので、放電
媒体を構成する粉体を長期的に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法を適用したこの発明装置の構成説
明図、第２図〜第４図は第１図に示す装置の動作説明図
、第５図は粉体粒径と放電間隙距離との関係を示す実験
結果、第６図は粉体粒径と面粗度の関係を示す実験結果
、第７図はこの発明の他の実施例に使用される粉体の構
造図を拡大した図である。図において、（１）は電極、（２）は被加工物、（３）
は加工槽、（５１，（６１は加工粉、（７）は粉体であ
る。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。代理人　　　大　　岩　　増　　雄第５図３０　　　　　台 →松４用）〔μ町第６　図一村体社％’ｋ（７ａ＋１第図第８図第図７゜補正の内容手続補正書（方式）事件の表示発明の名称特願平　２−７４７２０号補正をする者事件との関係住所名称ｆ６０１）代理人住所Ｖ稽午壮Ｊ卯しく東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社　　　　　（ばか２名）頽者志岐守哉東京都千代田区丸の内二丁目２番３号補正命令の日付平成　２年６月２６日（発送印補正の対象ｆｌ）代理権を証明する書面。８図は一般的な放電加工の電気回路図、による５［の様
子を示す図である。添付書類の目録＋１１　斎藤長男及び毛利向武の分の委任状第９図は扮
体温人加工液」と訂正する。１通以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被加工物の放電加工に用いる放電加工媒体を、加
工液とこの加工液に混入される粉体を含む構成とし、上
記粉体の粒径分布の平均値を５〜１０μｍにすることを
特徴とする放電加工媒体。
（２）加工液中に粉体を混入した放電加工媒体を電極と
被加工物間に介在させると共に、上記電極に炭素系材料
の電極を用いて上記被加工物の加工を行なう放電加工方
法。
（３）粒径分布の平均値が５〜１０μｍの粉体を加工液
中に混入させた放電加工媒体を、電極と被加工物間に介
在させて上記被加工物の加工を行なう放電加工方法。
（４）被加工物の放電加工を行なう装置において、加工
液を収納する第１の加工液収納手段と、上記加工液に粒
径分布の平均値が５〜１０μｍの粉体を混入した加工媒
体を収納する第２の加工液収納手段を具備する放電加工
装置。