JPS63501552A - 電食によって導電性材料を加工するための方法と装置 - 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】 電食によって導電性材料を加工する ための方法と装置 この発明は、電食によって導電性材料を加工する装置と方法に、特に、但し、こ れに限定されないが、被加工物品の表面仕上げを行うための装置に関するもので ある。

ある種の材料、例えば、シートメタルの表面の木目が、しばしば非常に重要な意 味を持つことがある０例えば、自動車産業においては、自動車の車体構造用に使 用されるシートメタルが、良好にプレスでき、しかも、最終の塗装仕上げて良好 な外見を呈するような表面の木目を持つことが重要である。

表面の木目はシートメタルに対して、普通スチール製のロールを用いたローリン グによって、ロールの表面の木目がシートメタルに転写されて施される。シート メタルに所望の表面の木目を与えるためには、使用するロールの表面のパラメー タは重要で、厳密に制御しなければならない。

ロール表面をスチールのショットでプラストする方法でロールに木目を施すこと は知られている。しかし、この方法は、広範囲の変数、例えば、ショットの硬度 、ショットの入射速度と入射角など、が関係するために、制御が困難である。さ らに、最近では、非常に硬い合金の組合わせを用いることにより、ロールの予想 寿命を長くしようとする傾向がある。このような硬いロールへのブラストによる 木目の形成は非常に困難である。

以前、ロールの表面に木目を形成するために、放電加工（Ｅ、Ｄ、Ｍ、）法を用 いることが提案されたことがある。この方法ては、木目を施すロールに隣接させ て電極を配置し、ロールと電極との間の間隙の両端間に（通常は電解腋を通して ）パルス電圧を与える。電極とロールが最接近した点てスパーク放電が発生し、 このスパークがロールの表面を加熱して、微小なりレータを形成する。高い周波 数で放電を繰返すことにより、その時どの点が電極に最も近いかに応じて、ロー ル表面上の異る点でロール中に秒当り多数のクレータを生じさせる安定した高エ ネルギの放電が得られ、均一な表面仕上げが行われる。Ｅ、Ｄ、Ｍ、は非常に制 御し易く、硬いロールに表面木目を施すことが容易である。

放電の回数と強さと同様に、電極の位置付けの仕方及びその形状がロールの表面 上の木目に決定的な影響を持つであろうことは明らかである。

特に、電極と被加工物品との相対的な姿勢に不均一性が生じると、被加工物品の 加工面の全体的な形状に影響を及ぼす０例えば、電極が傾斜してその一端か他端 よりも被加工物品に接近すると、その接近した側の端部において放電が強くなり 、被加工物品が不均一に加工されることになってしまう。このことは望ましくな いことである。（但し、不均一に加工した物品を得ることが目的である場合は別 であるが、そのような場合には、電極が被加工物品に対して平行な時に望ましく ない結果が生じることになる。）従って、いかなる時にでも、電極と被加工物品 との相対的な向きの指標が得られ、電極と被加工物品が互いに望ましくいない向 きになった時に適切な処置がとれるように、電極と被加工物品との相対的な向き がモニタ出来れば便利であることは明らかである。正確な加工を行うには正確な 姿勢を維持させることが重要である。

電極と被加工物品の間の間隙中での電気的な状態についての異なるタイプの情報 を得るためには、多数のセンサを用いることが好ましい。また、間隙に沿って間 隔をおいて配置したスパークセンサを用いて、間隙に沿ったどの位置で放電が起 っているかについての情報を得て、電極と被加工物品の相対的な向きの指標を得 るようにすることが好ましい。従って、相対的な向きの調整をこの情報に照して 行うことができる。

さらに、被加工物品の実際の加工の仕方と被加工物品に施される表面の木目に影 響するので、間隙に沿って発生している放電の状態に関する情報を得るために、 センサを配置することが好ましい。この情報は加工状態を初めに選定した加工パ ラメータの範囲内に保持するように加工状態を変えるために用いることができる 。

この発明は、電極を、加工されるべき導電性被加工物品に近接した位置であって 、この電極と被加工物品との間に、放電を生じさせ得る間隙を残すような位置に 移動させる段階と、電極と被加工物品との間に電圧を印加して、上記の間隙を横 切って放電を生じさせる段階と、センサ手段を用い、間隙に沿ったどの位置で放 電が生じているかを検出することにより、電極と被加工物品の相対的な姿勢に関 する指標を得る段階と、こうして得られた指標に従って必要な姿勢の調整を行う 段階とを含む、主食法によって被加工物品を加工する方法を提供するものである 。

さらに、この発明は電食によって導電性材料を加工する装置を提供するものて、 この装置は加工すべき導電性被加工物品に近接してこれとの間に放電を発生させ 得るような間隙を残すように配置される電極と、この電極と被加工物品との間に 電圧を印加して放電を生じさせるための手段と１間隙中における電気的状態に関 する情報を提供するセンサ手段とを備えている。

放電の状態は放電の電圧強度をモニタして得ることが好ましい。

電極と被加工物品との間には一連の電圧パルスによって電圧が供給され、電圧モ ニタ手段は、好ましくは、放電電圧の平均を取るのてはなく、放電電圧をサンプ ルするように働く。この方法は、平均電圧をめる方法では個々の放電パルスの値 の意味を持った差を明らかにすることが出来ないので、よりすぐれた制御情報を 装置に提供できるという利点を持っている。

被加工物品と電極のそれぞれの向きを決める手段を設けると、被加工物品と電極 とを互いに正しく、好ましくは、機械中のロールをセットアツプして、配向させ ることにより、被加工物品の非均−な加工を防止できるという利点がある。

これは手動で行ってもよいし、電極の動きを制御するためにサーボ装置を設けて もよい。さらに、被加工物品に対する電極の向きを決める手段を用いてサーボ装 置に他の部分と同様に制御情報を供給するようにしてもよい。

電圧モニタ手段は電食過程全体についての制御のための情報を提供するように用 いることがてきる。

この発明の特徴と利点は、添付の図面を参照して例示した以下の発明の詳細な説 明から明らかとなる。

第１図はこの発明による電食によって導電性材料を加工するための装置の概略ブ ロック図、第２図は、木目を施す種々の条件下ての種々の電圧間隙パラメータの 変化を例示した複数の線グラフを示す図である。

第１図を参照すると、例えば、シートメタルのミリングに使用する目的のロール のような導電性の被加工物品２に隣接した電極ｌが示されている。サーボユニッ ト３が矢印Ａで示すように電極１を被加工物品２に近づけあるいは遠ざけるよう 移動させるようにされている。センサ４とセンサ回路１１か、被加工物品２に対 する電極ｌの向きをモニタし、また、被加工物品２と電極ｌとの間の間隙て生じ る放電の諸状態、例えば、間隙電圧等、をモニタするように配置されている。セ ンサ４から提供される情報は電食過程を制御するために用いられる。

詳しく説明すると、被加工物品２は誘電性液体の薄膜によって連続的に覆われる タンク（図示せず）中て回転（矢印Ｂ）するようにされている。電極（２）も回 転（矢印Ｃ）するようになっており、互いに絶縁性部材５によって分離された複 数個、この例では２個の、例えば、黒鉛あるいは銅製の導電性部分で構成されて いる。

絶縁部材は図示のように、電極を通る垂線に対しある角度て傾斜している。絶縁 部材をこのように配置することにより、被加工物品て加工を受けない部分が生じ ることかないことになる。電気発振ユニット６かキーバット人カフにより選択さ れた選ばれたパルス幅（オン時間とオフ時間）を有する電気パルスを制御ユニッ ト８の制御の下に発生するようにされている。電源１０から電極ｌと被加工物品 ２との間の間隙への電力を発振器６からパルスに従ってスイッチするために、ス イッチングユニット９か設けられている。電源は、例えば、トランスティー（Ｔ ｒａｎｓＴｅｅ）ＥＯＭ／ＥＤＴ　３０Ａ　１５０Ｖのような電源でもよい。加 工動作は種々のセンサ４によってモニタされ、センサ回路を通じて主食過程が制 御される。サーボユニット３が被加工物品２に対する電極ｌのずれを制御する。

特に、サーボユニット３はサーボヘッドを通じて、電極と被加工物品との間の距 離を１間隙の状態及び（キーバット入力を介して入力された）選択された加工パ ラメータに従って制御する。

例えば、加工パラメータに応じて、電極が被加工物品に接近させられたり、ある いは、離されたりする。距離を変化させることにより、被加工物品の仕上げが変 わり、あるいは、被加工物品が速くあるいは遅く加工される。センサ４は間隙中 て発生する放電状態を（例えば、間隙電圧をモニタすることにより）モニタし、 センサ回路１１と制御ユニット８が、状態が加工パラメータにそうものであるか どうか、あるいは、状態か選択された加工パラメータに従うようになるまて（発 振器サーボユニットにより、あるいは、手動により）補正を行うための作業が必 要か否かを決定する。手動て作業が行えるようにするために、状態の視覚表示を 行うための表示装置を設スイッチングユニット９はスイッチングの制御用として ＭＯ３ＦＥＴ電力装置を含むものであることが推奨される。この装置は論理回路 によって直接駆動することか出来、かつ、正の温度係数を持った高速電圧制御装 置であるという利点がある。

動作中、電圧パルスか初めに被加工物品２と電極１との間の間隙に供給された時 は、開路状態にあたる、サーボユニット３がスパークか生じるまで電極ｌを被加 工物品に向けて移動させる０間隙中の放電の状態をモニタすることにより、サー ボユニット３と供給される電圧パルスの数の制御を行うことかてきる。

この発明によれば、被加工物品２と電８ｉ１のそれぞれの向きについての指標を 与えるセンサか設けられる。

Ｅ、Ｄ、Ｍ、法で用いられる電極は非常に長く、特に、シートメクルミリング工 業で使用されるロールの加工用電極は非常に長くなる場合がある。そのような長 い電極、９０インチ程度の長さの電極の場合、被加工物品に対して電極の一端が 他端よりも接近して、電極の上記一端からより多くのスパークが生じ、その結果 、被加工物品の加工か不均一になってしまう可能性がある。この発明においては 、被加工物品のそれぞれの姿勢をモニタし、それに関する指標を与えることによ り、姿勢の修正が必要な場合に、それを施す作業を行うことが出来るようにする ためのセンサが設けられる。これらの修正のための作業には、手動またはサーボ 手段による姿勢の調整が含まれる。センサにより与えられる情報を表示するため に、表示装置を設けてもよい。

第１図に示す実施例では、電極１と被加工物品２との間の間隙に沿って複数のス パークセンサ（ｌ！略的に示す）が配置されている。好ましくはセンサ数は３個 て。

１つのセンサな間隙の中央部に、他の２つのセンサは間隙の両端近くに配置され る。スパークセンサはそれの近傍において電極１と被加工物品２との間のスパー クを検出するように配されている０例えば、電極ｌが被加工物品２に平行となっ ていない場合には、間隙の一方の端部において他端部よりも多くのスパークが生 じることになる。

好ましくは、加工処理のために電極を初めにセットする際、スパークが発生する まて、サーボ手段によって電極を被加工物品に近づける。スパークセンサが、被 加工物品に対する電極の向きが所望通りかどうか、即ち、３つのスパークセンサ の全てか同量のスパークを検出しているか否かを表示し、その後て、それぞれの 向きが修正される。向きが所望の通りでなく、一端部が他の部分よりも多くのス パークがあることを表わしている場合には、サーボ手段が電極を被加工物品から 遠ざけて、その後、電極の向きが、例えば１手動で調整される。

さらに、姿勢は適当な電子装置やサーボ制御によって自動的に調整することが出 来ることも理解されよう。例えば、スパークセンサからの情報に応答して、適当 なサーボ制御により姿勢を自動的に調整することができる。

さらに、電極と被加工物品とが垂直平面内において互いに平行となワているか否 かを検出することが出来るのと同じように、電極と被加工物品が水平平面内で平 行か否かを検出するためにセンサを用いることがてきる。即ち、相対的な向きを 完全に検出することが可能である。

また、スパークセンサは装置の他の部分の制御、例えば、不均一な加工が行われ ている時、間隙に電力が切換られないようにスイッチングユニット９を制御する ために用いることができる。

この発明によると、電極ｌと被加工物品２の間の間隙の電圧もモニタされて、放 電の状態が検出される。

木目が施される種々の状態に応じた間隙電圧の変化は第２図を参照して詳述する 。参照番号１４は種々の木目施し状態（参照番号１２）中の間隙電圧を示す。グ ラフ１５は種々の木目施し状態に対応するロールに対する電極の偏位を示す。

電極が被加工物品から離れている開路状態では１間隙電圧は、スイッチングユニ ットによって電極と被加工物品の間に供給されるパルス電圧に対応する（参照符 号ａ）、電極が被加工物品に近づけられて、ついに、スパークが生じると１間隙 電圧は参照符号すて示すレベルまで低下する。この時、被加工物品の加工が行わ れる。電極と被加工物品が互いに近づくと、アークが生じ、木目を施す動作が不 安定になり１間隙電圧が参照符号Ｃで示すレベルまで低下する。被加工物品と電 極が接触すると短絡が生じ、間隙電圧が参照符号ｄて示すレベルまで低下する。

間隙電圧は電極と被加工物品との間の間隙における加工状態を示し、従って、間 隙電圧を正確にモニタすれば、加工状態を正確に制御して（キーバッド入カフに よって）選択された加工パラメータの範囲内に維持するように出来る。

この発明によれば、間隙電圧は、平均間隙電圧をめることによってではなく、サ ンプル−ホールド法によってめられ、電圧パルスのオフ時間は考慮されない、オ フ時間を計算にいれて平均電圧をめる場合は、得られる制御情報は正確ではない 。サンブルーホールド法は制御目的用に間隙電圧の正確な測定値を与えることが てきる。サンプル−ホールド動作は、電圧パルスの開始時における大きなスパイ クを考慮しなくてもよいように、遅延される。

もう一度第１図を参照すると、センサ回路１１中のサンプル−ホールド回路が間 隙電圧をサンプルする。サンプル−ホールド動作は、大きな電圧スパイクを記録 しないように、約１に秒遅延され、電圧パルスのスイッチ・オフ時にホールドが 行われる。

当業者には明らかなように、サンプル−ホールド用として従来の電気回路を用い ることか出来ることは明らかである。測定された間隙電圧は加工状態の任意のも の、例えば、電圧パルスのオフ時間、サーボユニット３．スイッチングユニット ９などを制御するために用いて、加工が所要の加工バラメタ−に従って行われる ようにすることがてきる。さらに、例えば、短絡か発生すると、サンブルーホー ルドが間隙電圧の低下を検出し、スイッチングユニット９が間隙に電圧パルスを 供給するのを停止させ、同時に、サーボユニットを付勢して電極１を被加工物品 ２から後退させる。これらの機能はサーボから供給される情報に従って制御ユニ ・ント８により自動的に制御できる。

第２図を参照すると、間隙電流（参照番号１６）がいくつかの間隙状態の指標を 提供できることも理解されよう。

また、電流が流れる毎に、間隙から無線周波数信号（参照番号１３）が放出され 、その振幅は間隙電圧によって左右される。これらのものも、加工状態の制御に 用いることができる。

Ｅ、Ｄ、Ｍ、装置全体をマイクロプロセッサで制御することができる。その場合 、センサからの情報は加工状態の制御のために、（キーバットからの情報と共に ）マイクロプロセッサに入力される。

この発明はミリング工業で使用されるロールに表面の木目を施すためたけでなく 、一般に、任意の導電性物品の成形及び木目を施すために用いることができるこ とは理解されるべきである。

また、電極の形状は上述した特定の実施例について詳述したものと異っていても よいし、また、電極の分割された部分の数についても同様であることも理解され るべきである。

さらに、サーボ手段によって被加工物品に対して電極を動かす必要はなく、被加 工物品を動かしてもよいことも注意されるべきである。あるいは、双方をサーボ 制御下においてもよい。

また、必ずしも、被加工物品は誘電体液に浸漬する必要はない、あるＥ、Ｄ、Ｍ 、の形では、空気間隙のみで充分な場合がある。

加工状態及び被加工物品と電極の相対的な向きが正確にかつ厳密に制御されるの で、この発明によるＥ、Ｄ。

Ｍ、装置は高性能の仕上げを行うために必要な加工機能を果たすことができる。

２つの重要な表面木目パラメータ、表面の粗さとピーク密度は、高い精度と再現 性をもって独立に制御できる。

以上の説明から、この発明が２つの主たる特徴を有することが理解されよう。

その第１は、電極と被加工物品の相対的な向きをモニタして、必要とあれば、そ の相対的な向きの修正あるいは調節を行うための作業を施すことができるように する手段を設けたことにより、上記の相対的な向きを制御することができること である。

第２の特徴は、電極と被加工物品の間に発生する放電の状態を示す手段を設けた ことによって、電極と被加工物品の間の間隙における木目施し状態を制御して、 センサにより与えられる情報と選択された加工パラメータとに従って、木目施し 状態を必要に応じて調節できるようにしたことである。

木目を施Ｖ仄庖、 藺Ｆｌ　ｆｌＸら放出５ξ６焦級同流牧閉隙電圧 葛２図 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　ＴＱ　ｈ’ＦＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ ＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．電極を、この電極と加工されるべき導電性の彼加工物品との間に放電が生じ 得る間隙を残して、被加工物品に隣接する位置に移動させる段階と、 放電が間隙中で発生するように電極と被加工物品との間に電圧を印加する段階と 、 センサ手段によって間隙に沿ったどの位置で放電が発生しているかを検出して、 電極と被加工物品の互いの相対的向きの表示を与える段階と、 与えられた表示に従って、必要な向きの調節を行う段階と、 を備えた、電食性によって被加工物品を加工する方法。
2. ２．必要な調節を行う段階が、電極を被加工物品から遠ざける第１の段階と、電 極の向きを調節する第２の段階とを含んでいる請求の範囲第１項に従う方法。
3. ３．電極の向きの調節が手動で行われる請求の範囲第２項に従う方法。
4. ４．すべての必要な調節を行うために自動的に制御されるサーボ手段が設けられ ている請求の範囲第１項または第２項に従う方法。
5. ５．放電が生じ得るような間隙を残して、加工されるべき導電性被加工物品に隣 接して配置されるようにされた電極と、放電が生じるように電極と被加工物品と の間に電圧を印加する手段と、間隙中の電気的状態に関する情報を供給するセン サ手段とを備えた電食によって導電性材料を加工するための装置。
6. ６．センサ手段が、放電が生じている間隙に沿った位置を検出して、電極と被加 工物品との相互の相対的な向きを表示するようにされたセンサを含むものである 請求の範囲第５項による装置。
7. ７．放電の位置を検出するように配置されたセンサが所定の間隔で配列されてい るスパークセンサである請求の範囲第６項に従う装置。
8. ８．３つのスパークセンサが設けられており、その１つが間隙の中央に、また、 各１つが間隙の各端部に設けられている請求の範囲第７項に従う装置。
9. ９．センサ手段が電極と被加工物品の間で発生するすべての放電の状態の表示を 与える手段を含んでおり、それによって、間隙中での木目施し状態を制御するた めの制御情報が与えられる請求の範囲第５項乃至第８項の任意のものに従う装置 。
10. １０．全ての放電の状態の表示を与えるようにされた手段が放電電圧に関する表 示を与える手段を含んでいる請求の範囲第９項に従う装置。
11. １１．上記手段が、放電の発生時に放電電圧をサンプリングするようにされてい るサンプルーホールド回路を含んでいる請求の範囲第１０項に従う装置。
12. １２．上記手段が、放電の前に生じる大きな電圧スパイクをサンプリングしない ようにするために、放電のサンプリングを予め設定された時間遅延後に行うよう にされている請求の範囲第１１項に従う装置。
13. １３．全ての放電の状態の表示を与えるようにされた手段が、放電の発生毎に間 隙から放出される無線周波数信号をモニタするように配置された手段である請求 の範囲第９項に従う装置。
14. １４．上記全ての放電の状態の表示を与える手段が間隙を流れる電流をモニタす るための手段である請求の範囲第９項に従う装置。
15. １５．加工状態を制御するために、センサ手段と入力された動作パラメータに応 答する制御手段が設けられている請求の範囲第５項乃至第１４項の任意のものに 従う装置。
16. １６．電極と被加工物品とを相互に移動させるようにされ、制御手段に応答する ようにされたサーボ手段が設けられている請求の範囲第１５項に従う装置。