JPH08108318A - 電気絶縁性セラミックスの放電加工方法 - Google Patents
電気絶縁性セラミックスの放電加工方法Info
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- JPH08108318A JPH08108318A JP27181594A JP27181594A JPH08108318A JP H08108318 A JPH08108318 A JP H08108318A JP 27181594 A JP27181594 A JP 27181594A JP 27181594 A JP27181594 A JP 27181594A JP H08108318 A JPH08108318 A JP H08108318A
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Classifications
-
- H05K999/00—
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 電気絶縁性セラミックスの表面に導電性皮膜
を形成させた被加工物と加工電極との間に電圧を印加し
放電加工する際、電気絶縁性セラミックスからなる被加
工物を陰極とし、特に５０〜１１０Ｖの印加電圧で放電
加工する。 【効果】 導電性皮膜の厚さを従来の方法に比し薄くす
ることができ、高速処理が出来るとともに、高精度に加
工できるので微細な加工が可能である。
を形成させた被加工物と加工電極との間に電圧を印加し
放電加工する際、電気絶縁性セラミックスからなる被加
工物を陰極とし、特に５０〜１１０Ｖの印加電圧で放電
加工する。 【効果】 導電性皮膜の厚さを従来の方法に比し薄くす
ることができ、高速処理が出来るとともに、高精度に加
工できるので微細な加工が可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセンサやマイクロメカニ
クス部品に使用される電気絶縁性セラミックスの微細穴
や複雑立体形状を加工するための放電加工方法に関する
ものである。
クス部品に使用される電気絶縁性セラミックスの微細穴
や複雑立体形状を加工するための放電加工方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】電気絶縁性セラミックスの放電加工方法
については、特開昭６３−１５０１０９号公報に開示さ
れている。鉄や銅の導電性物質を事前に絶縁性セラミッ
クスである被加工物表面に形成することによって、被加
工物である絶縁性セラミックスを放電加工する方法であ
る。絶縁性セラミックスの加工が進行する様子は、被加
工物である絶縁性セラミックスの表面に形成された導電
性物質と加工電極との放電による熱によって生じた加工
油中の炭素及び導電性物質の導電体粉が絶縁性セラミッ
クスに付着乃至含浸せしめられて形成された導電層と加
工電極の間で放電加工を繰り返し行うことにより、電気
絶縁体の放電加工を実施するものである。
については、特開昭６３−１５０１０９号公報に開示さ
れている。鉄や銅の導電性物質を事前に絶縁性セラミッ
クスである被加工物表面に形成することによって、被加
工物である絶縁性セラミックスを放電加工する方法であ
る。絶縁性セラミックスの加工が進行する様子は、被加
工物である絶縁性セラミックスの表面に形成された導電
性物質と加工電極との放電による熱によって生じた加工
油中の炭素及び導電性物質の導電体粉が絶縁性セラミッ
クスに付着乃至含浸せしめられて形成された導電層と加
工電極の間で放電加工を繰り返し行うことにより、電気
絶縁体の放電加工を実施するものである。
【０００３】しかしながら、この放電加工方法では、被
加工物を陽極として加工すること、また形成する導電性
皮膜の膜厚さが厚いために、センサやマイクロメカニク
ス部品に使用するには、熱影響により仕上がりの加工精
度が著しく悪いという問題がある。即ち、センサやマイ
クロメカニクス部品の加工においては、被加工物の加工
精度は被加工物の大きさ（例えば、穴あけにおいては厚
さ）の１％以下の精度で得られることが必要であり、又
さらに、表面粗さは後加工が出来ないので、加工精度以
下であることが必要である。また加工時間は５mmの厚さ
の絶縁性セラミックス板に直径１mmの穴を加工するのに
約2.５時間を必要とし、工業的にもちいられる方法では
なかった。
加工物を陽極として加工すること、また形成する導電性
皮膜の膜厚さが厚いために、センサやマイクロメカニク
ス部品に使用するには、熱影響により仕上がりの加工精
度が著しく悪いという問題がある。即ち、センサやマイ
クロメカニクス部品の加工においては、被加工物の加工
精度は被加工物の大きさ（例えば、穴あけにおいては厚
さ）の１％以下の精度で得られることが必要であり、又
さらに、表面粗さは後加工が出来ないので、加工精度以
下であることが必要である。また加工時間は５mmの厚さ
の絶縁性セラミックス板に直径１mmの穴を加工するのに
約2.５時間を必要とし、工業的にもちいられる方法では
なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の絶縁性セラミッ
クスの放電加工方法には前記のような欠点があった。従
って本発明は、従来の方法における加工速度及び加工さ
れた表面粗さなどの加工精度の改善された電気絶縁性セ
ラミックスの放電加工方法を提供することを目的として
いる。
クスの放電加工方法には前記のような欠点があった。従
って本発明は、従来の方法における加工速度及び加工さ
れた表面粗さなどの加工精度の改善された電気絶縁性セ
ラミックスの放電加工方法を提供することを目的として
いる。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、電気
絶縁性セラミックスの放電加工に際し、絶縁性セラミッ
クスの表面に導電性皮膜を形成させた被加工物と加工電
極との間に電圧を印加して放電加工する工程において、
被加工物である絶縁性セラミックスを陰極とするもので
ある。更に加工電極と被加工物との間の電圧を５０から
１１０ボルトとする前記加工方法である。
絶縁性セラミックスの放電加工に際し、絶縁性セラミッ
クスの表面に導電性皮膜を形成させた被加工物と加工電
極との間に電圧を印加して放電加工する工程において、
被加工物である絶縁性セラミックスを陰極とするもので
ある。更に加工電極と被加工物との間の電圧を５０から
１１０ボルトとする前記加工方法である。
【０００６】本発明者は、パラメータとして意識されて
いなかった被加工物と加工電極との極性およびその電位
差に着目し実験を重ねた結果、絶縁性セラミックスの表
面に導電性皮膜を形成させた被加工物を使用して加工電
極との間に電圧を印加して放電加工する際、被加工物を
陰極とし電圧を印加することによって、高速・高精度な
絶縁性セラミックスの微細放電加工ができたこと、又そ
の電圧差によって加工速度に違いがあることを見いだし
本発明に到った。
いなかった被加工物と加工電極との極性およびその電位
差に着目し実験を重ねた結果、絶縁性セラミックスの表
面に導電性皮膜を形成させた被加工物を使用して加工電
極との間に電圧を印加して放電加工する際、被加工物を
陰極とし電圧を印加することによって、高速・高精度な
絶縁性セラミックスの微細放電加工ができたこと、又そ
の電圧差によって加工速度に違いがあることを見いだし
本発明に到った。
【０００７】即ち、被加工物を陰極とすることによっ
て、陰極からの電子放出の形態が被加工物を陽極とした
場合と異なり、冷陰極アークによる電子放出形態とな
り、陰極での電流密度がプラスの場合の数十倍から数百
倍となることによって単位面積当たりのエネルギー密度
が増加するために加工速度が高速化し、且つまた、電子
の飛散形態がより一層加工電極に集束する形態をとるた
めに電子飛散形態がランダムである被加工物を陽極とし
て電圧を印加した場合より、加工精度が向上するという
ことが予想される。
て、陰極からの電子放出の形態が被加工物を陽極とした
場合と異なり、冷陰極アークによる電子放出形態とな
り、陰極での電流密度がプラスの場合の数十倍から数百
倍となることによって単位面積当たりのエネルギー密度
が増加するために加工速度が高速化し、且つまた、電子
の飛散形態がより一層加工電極に集束する形態をとるた
めに電子飛散形態がランダムである被加工物を陽極とし
て電圧を印加した場合より、加工精度が向上するという
ことが予想される。
【０００８】また、加工形態が上記形態をとるので、絶
縁性セラミックスの表面に形成する導電性皮膜の膜厚さ
は数μｍ以下で有ればよく、このことは、マイクロメカ
ニクス部品等の微細で高精度の加工を必要とする製品に
対して一層有利な加工方法である。
縁性セラミックスの表面に形成する導電性皮膜の膜厚さ
は数μｍ以下で有ればよく、このことは、マイクロメカ
ニクス部品等の微細で高精度の加工を必要とする製品に
対して一層有利な加工方法である。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。本発明の実施例を説明する前に、加工電極１
と被加工物２および３の電極極性について図１により説
明する。通常の極性の場合を図１（Ａ）に示したよう
に、加工電極１をマイナスとして電圧が印加され、被加
工物である導電性薄膜２が形成された電気絶縁性セラミ
ックス３側がプラスになる状態を正極性と呼び、本発明
に係る極性の場合を図１（Ｂ）に示すように、被加工物
である導電性薄膜２が形成された電気絶縁性セラミック
ス３をマイナスとして電圧が印加され、加工電極側はプ
ラスになる状態を逆極性と呼んでいる。
説明する。本発明の実施例を説明する前に、加工電極１
と被加工物２および３の電極極性について図１により説
明する。通常の極性の場合を図１（Ａ）に示したよう
に、加工電極１をマイナスとして電圧が印加され、被加
工物である導電性薄膜２が形成された電気絶縁性セラミ
ックス３側がプラスになる状態を正極性と呼び、本発明
に係る極性の場合を図１（Ｂ）に示すように、被加工物
である導電性薄膜２が形成された電気絶縁性セラミック
ス３をマイナスとして電圧が印加され、加工電極側はプ
ラスになる状態を逆極性と呼んでいる。
【００１０】図２は本発明に係る実施例の構成図であ
る。１は加工電極、例えばタングステンやシリコン等
で、２は導電性薄膜、例えば銅、ニッケル及びタングス
テン等、３は電気絶縁性セラミックス、例えばジルコニ
アやアルミナ等で、４は放電エネルギー調整用のコンデ
ンサ及び５は加工電源である。コンデンサ４は図中には
示していないが、要求される加工精度及び加工速度によ
り違う静電容量のものと切り換えられるようになってい
る。電源５の上下に本発明に係る電極の極性を図示し
た。
る。１は加工電極、例えばタングステンやシリコン等
で、２は導電性薄膜、例えば銅、ニッケル及びタングス
テン等、３は電気絶縁性セラミックス、例えばジルコニ
アやアルミナ等で、４は放電エネルギー調整用のコンデ
ンサ及び５は加工電源である。コンデンサ４は図中には
示していないが、要求される加工精度及び加工速度によ
り違う静電容量のものと切り換えられるようになってい
る。電源５の上下に本発明に係る電極の極性を図示し
た。
【００１１】次に、板厚２００μｍのイットリウム安定
化ジルコニア（以下、ＹＳＺと記載する）に0.５μｍの
銅薄膜を形成した被加工物を用いて電極直径２５０μｍ
における微細放電加工を実施した。この時の正極性と逆
極性の各加工電圧における加工速度の影響を図３に示
す。正極性においては、１１０Ｖでも１μｍ／min 程度
の加工速度であるのに対し、本発明に係る逆極性におい
ては、印加電圧１１０Ｖでは４０μｍ／min と４０倍の
加工速度が得られている。この結果から、加工速度が極
性で極端に違うということは、加工メカニズム及び現象
が明らかに異なるものであることを示していると思われ
る。更に、正極性では加工速度が遅いために加工電極の
摩耗が激しく加工精度が、逆極性での加工に比べ劣って
いるため微細加工には向いていない。図３に示したよう
に本発明に使用する印加電圧は４０Ｖ以上、好ましくは
５０〜１１０Ｖである。
化ジルコニア（以下、ＹＳＺと記載する）に0.５μｍの
銅薄膜を形成した被加工物を用いて電極直径２５０μｍ
における微細放電加工を実施した。この時の正極性と逆
極性の各加工電圧における加工速度の影響を図３に示
す。正極性においては、１１０Ｖでも１μｍ／min 程度
の加工速度であるのに対し、本発明に係る逆極性におい
ては、印加電圧１１０Ｖでは４０μｍ／min と４０倍の
加工速度が得られている。この結果から、加工速度が極
性で極端に違うということは、加工メカニズム及び現象
が明らかに異なるものであることを示していると思われ
る。更に、正極性では加工速度が遅いために加工電極の
摩耗が激しく加工精度が、逆極性での加工に比べ劣って
いるため微細加工には向いていない。図３に示したよう
に本発明に使用する印加電圧は４０Ｖ以上、好ましくは
５０〜１１０Ｖである。
【００１２】図４は電極直径２５０μｍで導電性薄膜２
をスパッタリングによる0.５μｍ厚さの銅薄膜とし、電
気絶縁性セラミックス３は板厚が２００μｍのＹＳＺ、
加工電極にタングステン（Ｗ）を用いて、本発明に係る
微細放電加工を実施したときの貫通穴の切口（ａ）及び
貫通面（ｂ）の拡大図である。穴切口は加工電極寸法に
対して±0.１μｍの真円度を示し、穴切口の周縁のだれ
やくずれは見られない。貫通面には同様にカケやチッピ
ングは見られず、きれいに貫通していることが分かる。
この時の加工条件は被加工物に８０Ｖ印加し、加工電極
１を３０００ＲＰＭで回転させて放電加工したときの写
真である。
をスパッタリングによる0.５μｍ厚さの銅薄膜とし、電
気絶縁性セラミックス３は板厚が２００μｍのＹＳＺ、
加工電極にタングステン（Ｗ）を用いて、本発明に係る
微細放電加工を実施したときの貫通穴の切口（ａ）及び
貫通面（ｂ）の拡大図である。穴切口は加工電極寸法に
対して±0.１μｍの真円度を示し、穴切口の周縁のだれ
やくずれは見られない。貫通面には同様にカケやチッピ
ングは見られず、きれいに貫通していることが分かる。
この時の加工条件は被加工物に８０Ｖ印加し、加工電極
１を３０００ＲＰＭで回転させて放電加工したときの写
真である。
【００１３】さらに、電気絶縁性セラミックスに板厚２
００μｍのＹＳＺを用いて、これの加工面に0.５μｍ厚
さの銅を形成したものを、８０Ｖの加工電圧を印加し、
電極直径４０μｍの加工電極を３０００ＲＰＭで回転さ
せて放電加工した。加工面は銅薄膜が付着した状態のも
のである。この時の加工速度は６７μｍ／min であり、
同じ加工電圧で電極直径が２５０μｍの時と比べると約
1.７倍加工速度が増加した。これは電極面積の減少に伴
い、単位面積当たりの放電エネルギーが増加することに
よると考えられている。更に、同一加工電圧における正
極性の場合と比較すると数百倍加工速度が増加している
ことが分かり、加工速度が極性で極端に違うということ
は、加工メカニズム及び現象が明らかに異なるものであ
ることを示していると推定できる。貫通穴の切口や貫通
面は図４の（ａ）と（ｂ）に示す例と同じように良好で
あった。
００μｍのＹＳＺを用いて、これの加工面に0.５μｍ厚
さの銅を形成したものを、８０Ｖの加工電圧を印加し、
電極直径４０μｍの加工電極を３０００ＲＰＭで回転さ
せて放電加工した。加工面は銅薄膜が付着した状態のも
のである。この時の加工速度は６７μｍ／min であり、
同じ加工電圧で電極直径が２５０μｍの時と比べると約
1.７倍加工速度が増加した。これは電極面積の減少に伴
い、単位面積当たりの放電エネルギーが増加することに
よると考えられている。更に、同一加工電圧における正
極性の場合と比較すると数百倍加工速度が増加している
ことが分かり、加工速度が極性で極端に違うということ
は、加工メカニズム及び現象が明らかに異なるものであ
ることを示していると推定できる。貫通穴の切口や貫通
面は図４の（ａ）と（ｂ）に示す例と同じように良好で
あった。
【００１４】また、ＹＳＺ−Cuの組み合わせでは微細放
電加工が可能であるが、絶縁性セラミックスがAl２０３
（アルミナ）で加工面に形成する導電性薄膜がCuの場合
には、絶縁性セラミックスは加工できなかった。種々の
導電性薄膜を検討した結果、導電性薄膜がＷの時に、ア
ルミナは加工できた。これはアルミナ−Cuの組み合わせ
ではアルミナに含有する元素の炭化物が導電性を示すも
のがないため、放電により形成された炭化物が導電性を
示さず放電を持続させることが困難になり加工ができな
かったと思われる。一方、導電性薄膜にその炭化物が導
電性を示す元素または物質を選定することにより加工が
可能である。即ち、アルミナ−Ｗの組み合わせではタン
グステン（Ｗ）の炭化物が導電性を示すために微細放電
加工が可能となると考えられる。
電加工が可能であるが、絶縁性セラミックスがAl２０３
（アルミナ）で加工面に形成する導電性薄膜がCuの場合
には、絶縁性セラミックスは加工できなかった。種々の
導電性薄膜を検討した結果、導電性薄膜がＷの時に、ア
ルミナは加工できた。これはアルミナ−Cuの組み合わせ
ではアルミナに含有する元素の炭化物が導電性を示すも
のがないため、放電により形成された炭化物が導電性を
示さず放電を持続させることが困難になり加工ができな
かったと思われる。一方、導電性薄膜にその炭化物が導
電性を示す元素または物質を選定することにより加工が
可能である。即ち、アルミナ−Ｗの組み合わせではタン
グステン（Ｗ）の炭化物が導電性を示すために微細放電
加工が可能となると考えられる。
【００１５】本実施例では、絶縁性セラミックスの加工
面に形成する導電性薄膜が１μｍ以下に形成された被加
工物を陰極として電圧を印加することによって、即ち逆
極性にすることによって高速・高精度の微細放電加工が
可能であることを見いだした。
面に形成する導電性薄膜が１μｍ以下に形成された被加
工物を陰極として電圧を印加することによって、即ち逆
極性にすることによって高速・高精度の微細放電加工が
可能であることを見いだした。
【００１６】
【発明の効果】従って、絶縁性セラミックスからなる被
加工物の加工面に導電性薄膜を形成し、前記形成された
導電性薄膜の厚さを１μｍ以下にすることによって、高
速・高精度な絶縁性セラミックスの微細放電加工を可能
にすることができ、センサやマイクロメカトロニクス部
品等に使用される絶縁性セラミックスに新しい微細加工
方法を提供することができる。更に、絶縁性セラミック
スだけでなく、ガラスや単結晶においても同様の効果が
期待できる。
加工物の加工面に導電性薄膜を形成し、前記形成された
導電性薄膜の厚さを１μｍ以下にすることによって、高
速・高精度な絶縁性セラミックスの微細放電加工を可能
にすることができ、センサやマイクロメカトロニクス部
品等に使用される絶縁性セラミックスに新しい微細加工
方法を提供することができる。更に、絶縁性セラミック
スだけでなく、ガラスや単結晶においても同様の効果が
期待できる。
【図１】（Ａ）は、加工電極を負極とした例の説明図で
あり、（Ｂ）は加工電極を正極とした例の説明図であ
る。
あり、（Ｂ）は加工電極を正極とした例の説明図であ
る。
【図２】実施例構成の概略図である。
【図３】加工電圧及び電極極性と加工速度の関係を示す
グラフ図である。
グラフ図である。
【図４】（ａ）は２５０μｍ穴加工後の穴切口の図であ
り、（ｂ）は２５０μｍ穴加工後の貫通面の図である。
り、（ｂ）は２５０μｍ穴加工後の貫通面の図である。
１ 加工電極 ２ 導電性薄膜 ３ 電気絶縁性セラミックス ４ コンデンサ ５ 加工電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福澤 康 新潟県長岡市深沢町1769−１ (72)発明者 斎藤 博 新潟県新潟市新石山３−17−１ えりか 905
Claims (2)
- 【請求項１】 電気絶縁性セラミックスの表面に導電性
皮膜を形成させた被加工物と加工電極間に電圧を印加し
つつ放電加工する電気絶縁性セラミックスの放電加工方
法において、電気絶縁性セラミックスからなる被加工物
を陰極とすることを特徴とする電気絶縁性セラミックス
の放電加工方法。 - 【請求項２】 被加工物と加工電極との印加電圧を５０
Ｖから１１０Ｖの電圧としたことを特徴とする請求項１
記載の電気絶縁性セラミックスの放電加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27181594A JPH08108318A (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 電気絶縁性セラミックスの放電加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27181594A JPH08108318A (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 電気絶縁性セラミックスの放電加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08108318A true JPH08108318A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=17505238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27181594A Pending JPH08108318A (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 電気絶縁性セラミックスの放電加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08108318A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6946615B2 (en) | 2002-01-24 | 2005-09-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method and system for electric discharge machining insulating material or high resistance material |
| US6998563B1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-02-14 | Hsin-Yuan Miao | Carbon nanotube apparatus for surface discharge polishing |
| CN103433579A (zh) * | 2013-09-12 | 2013-12-11 | 安徽工业大学 | 一种套筒类零件内表面微凸起的电解加工方法 |
| CN107511933A (zh) * | 2017-07-20 | 2017-12-26 | 郑州轻工业学院 | 喷涂低温合金的电火花放电加工非导电陶瓷的装置及方法 |
-
1994
- 1994-10-12 JP JP27181594A patent/JPH08108318A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6946615B2 (en) | 2002-01-24 | 2005-09-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method and system for electric discharge machining insulating material or high resistance material |
| US6998563B1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-02-14 | Hsin-Yuan Miao | Carbon nanotube apparatus for surface discharge polishing |
| CN103433579A (zh) * | 2013-09-12 | 2013-12-11 | 安徽工业大学 | 一种套筒类零件内表面微凸起的电解加工方法 |
| CN107511933A (zh) * | 2017-07-20 | 2017-12-26 | 郑州轻工业学院 | 喷涂低温合金的电火花放电加工非导电陶瓷的装置及方法 |
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