KR100194070B1 - 스파크-침식절단용 와이어 전극장치 및 와이어전극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

스파크-침식절단을 시키는 와이어전극장치와 와이어전극을 제조하는 방법이다.

그 와이어전극이 제1 및 제2전극에 의해 구성되어 있기 때문에 전기가 도통되지 않는 재료를 절단시키기 위하여 (+)전압과 (-)전압을 그 전극에 인가시킬 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전극은 서로 절연되어 있고, 또 서로 평행하게 구성되어 있다.

Description

스파크-침식절단용 와이어전극장치 및 와이어전극의 제조방법

제1도는 본 발명의 스파크-침식 절단용 와이어전극장치의 개략도.

제2도는 본 발명장치의 제1실시예의 개략 사시도.

제2도(a)는 제2도에 나타낸 와이어전극의 횡단면도.

제3도는 제2도에 의한 장치에 사용된 활동접촉자(sliding contacts)의 확대도.

제4도는 중심전극을 가진 본 발명의 와이어전극의 한 실시예에 대한 횡단면도.

제5도는 상기 활동접촉자를 나타내며 중심절연체를 가진 본 발명의 와이어전극의 실시예의 횡단면도.

제6도는 본 발명의 와이어전극의 또 다른 변형예의 횡단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1전극(first electrode) 2 : 제2전극(second electrode)

3 : 와이어전극(wire electrode) 4,5 : 활동접촉자(sliding contacts)

6 : 중심절연체(central insulation) 7 : 가공품(workpiece)

8 : 절단요홈(cutting groove) 9 : 안내롤러(guide rollers)

10 : 절연층(insulating layer) 12 : 요홈(groove)

이 발명은 스파크-침식 절단용 와이어전극장치와 와이어전극의 제조방법에 관한 것이다.

재질을 스파크-침식절단(spark-erosive cutting)을 할 때 그 전극과 그 절단되는 재질사이에서는 절단되는 재질영역을 제거할 목적으로 사용되는 스파크(spark overs)에 유입되는 전압이 존재하는 효과가 이용된다.

이와같은 방법은 종래의 기술에서 공지되었다.

스파크-침식절단의 통상의 원리에 의해 전압이 그 가공품에 인가되므로 그 기본원리 때문에 전기가 도통되지 않는 비도전성 가공품에는 여러 가지 문제가 발생한다.

독일 특허공번 제2637432호 명세서에서는 비도전성이거나 또는 도전성이 불량한 가공품, 예로서 다이아몬드를 절단하는 방법과 장치에 대해서 기재되어 있다.

서로 평행한 두 와이어전극을 사용하였다.

이들의 전극은 판상으로 구성되고, 그 간격은 두 전극간에서 스파크가 발생하도록 선택하였다.

그 스파크길이는 전기가 도통되지 않거나 도전성이 불량한 절단재질을 침식되도록 조절하였다.

이 조작에서는 두 전극의 정밀한 안내를 할 필요가 있다.

또, 이 조작은 전극이 와이어전극으로 구성되어 있어 항상 안내해야 하는 점에서 특히 결점이 있다.

이 조작의 다른 결점을 스파크(sparkover)가 두 와이어전극 사이에만 발생하기 때문에 유용한 침식로(erosion path)가 극히 짧아지는 데 있다.

구조적 면에서 볼 때, 두 전극 사이에서 더 넓은 절단 폭 또는 더 큰 간격이 필요할 경우 필요로 하는 효과를 얻기 위하여 극히 높은 전압을 인가하여야 한다.

한 예로서, 독일특허공번 제2404857호에서 공지된 기본문제에 대한 해결은 적당한 전해액에 의해 절연액중에서 표면활성물질을 생성하여(그 절연액은 결과적으로 각각 표면적의 전도도를 얻도록 한다), 그 전극에서 전기가 도통되지 않거나 또는 도전성이 불량한 가공품에 이르기까지 스파크를 발생하도록 하는데 있다.

이 조작에서는 전해액의 제조 또는 감시하는 데 상당한 노력을 필요로 하게되어 각종의 산업용으로는 적당하지 않다.

따라서, 본 발명의 기본목적은 스파크-침식 절단을 용이하게 하는 와이어전극장치와 구조가 간단하고 작용이 단순하며, 전기가 도통되지 않은 재료의 스파크-침식절단을 하도록 하는 와이어전극의 제조방법을 제공하는 데 있다.

이 목적은 서로 절연되어 있고, 서로 평행하게 구성되며, 그 전극이 와이어전극으로 형성되는 최소한 하나의 제1 및 제2전극을 사용하므로서, 상기 와이어전극장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 장치는 여러 가지의 중요한 잇점이 있다.

본 발명은 각각 2개의 전극으로 형성된 단일와이어 전극만을 사용하기 때문에 고가의 안내기구를 필요로 하지 않아 그 와이어전극은 본 발명의 목적에 따라 용이하게 변형시킬 수 있는 통상의 시판용 스파크-침식 기계류에 사용할 수 있다.

또, 본 발명은 각각 2개의 전극사이의 간격이 고정되어 있어 변경될 수 없으므로, 항상 동일조건에서 그 절단조작을 하는 중요한 잇점이 있다.

이것은 절단속도와 인가전압이라는 관점에서 특히 중요하다.

더 나아가서, 본 발명에 의해 그 와이어 전극은 필요로 하는 방식으로 구성시킬 수 있어, 각 절단상태에 대한 정확한 처리, 예로서 절단속도와 절단폭을 정확하게 할 수 있는 잇점이 있다.

이와같이, 본 발명의 전극장치는 2개의 전극사이에 단락을 발생시킴이 없이 2개의 전극간에 스파크를 발생할 수 있는 가능성이 있으며, 그 전극의 협조로 전기가 도통되지 아니하거나 도전성이 불량한 재료를 절단시킬 수 있다.

본 발명의 또 하나의 바람직한 변형에 의해 그 와이어전극은 꼬임형구조(twisted design) 또는 나선형구조(helical design)를 가진다.

그 와이어전극의 꼬임형구조는 입자가 절단갭으로 이동되어 오염되지 아니한 유전체(dielectric)가 그 절단조작영역으로 항상 유입될 수 있는 잇점이 있다.

그 결과, 특히 극히 협소한 가공갭의경우 절단속도와 절단품질을 크게 향상시킨다.

상기 꼬임형구조는 그 전극이 길이방향으로 이동함에 따라 스파크영역이 그 위치를 변경하여 이동되지 아니한 가공품과의 관계에서 볼 때, 절단갭내에서 회전되는 또 하나의 잇점이 있다.

이와같은 방식으로 하여 본 발명에 의해 그 절단이 절단전체의 갭에 걸쳐 균일하게 발생된다.

이 절단품질의 향상은 이 방법으로 달성될 수 있다.

본 발명의 필요요건을 충족하는 전압적용을 주의있게 조절할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 서로 절연시킨 최소한 2개의 활동접촉자(sliding contacts)를 통하여 그 스파크-침식계의 전압원에 그 와이어전극을 전기접속 하도록 구성되어 있다.

따라서, 하나의 활동접촉자는 전극 또는 그 전압이 동일하게 부하된 전극과 접촉하도록 그활동접촉자가 배치되어 있다.

비코일형(non coiled) 와이어전극의 경우 그 활동접촉자는 그 전극의 적당한 얼라인먼트(alignment) 및 위치설정에 의해 그 전극과 결합시킬 수 있다.

반면에 꼬임형 또는 나선형전극의 경우 그 활동접촉자의 회전가능한 지지체는 1개의 활동접촉자의 (+)전압을 인가하기 위하여, 그리고 그 다른 활동접촉자의 (-)전압을 인가하기 위하여 바람직하다.

본 발명에 의해 제공한 기본적인 해결방법에 의해 그 와이어전극의 구조를 여러가지로 변형시킬 수 있다.

하나의 변형예는 첫째로 제2전극(second electrode)을 설치한 최소한 하나의 측면을 가지며, 중심에 설치한 제1전극(first electrode)을 구성한다.

따라서, 제1전극은 (+)전압으로 부하시킬 수 있으며, 반면에 (-)전압을 제2전극에 인가된다.

그 와이어전극은 중심에 있는 제1전극이 절연되지 않도록 함과 동시에 하나 또는 수개의 제2전극을 제1전극과 절연되도록 구성시킬 수 있다.

2개의 전극사이의 직접단락(direct short circuit)을 피하며, 스파크길이(spark length)를 전기가 도통되지 아니하거나 도전성이 불량한 재질을 제거한 유전체에 의해 측정되도록 제2전극의 절연을 선택한다.

상기 대표적 실예의 대치예로서, 이 예는 와이어전극이 제1 및 제2전극을 설정한 외측에 중심절연체를 구성할 때 특히 잇점이 있다.

예로서, 절연특성을 제공하는 2개의 전극와이어를 접속시키므로서 중심절연체를 형성시킬 수 있다.

그러나, 2개의 전극와이어 중 하나만을 절연시킬 수 있으며, 다른 전극와이어는 블랭크와이어(blank wire)로서 구성된다.

상기 2개의 전극와이어를 적당한 방법으로, 예로서 접착제에 의해 접속시키는 것이 필요하다.

꼬임형 또는 나선형형성 와이어전극에 있어서 활동접촉자와 각 전극영역을 견고하게 결착시키기 위하여, 본 발명은 각각의 와이어전극을 활동접촉자 패쇄결착(closed engagement)을 한 형상으로 구성하도록 한다.

그 전극은 예로서 주형횡단면(prismatic cross section)을 가질 수 있다.

그러나, 그 전극을 반원형상으로 구성시켜 활동접촉자를 받아들이는 길이방향의 요홈을 형성할 수도 있다.

따라서, 각각의 꼬임형 전극을 고려하여 그 활동접촉자의 회전운동을 특히 확실하게 보장받을 수 있도록 그 와이어전극의 횡단면을 선택할 수 있다.

이와같이, 그 와이어전극의 구조는 활동접촉자에 전달하는 힘에 적합하게 구성할 수 있어, 꼬임형상 또는 나선형상으로 구성하는 와이어전극을 사용할 때, 그 활동접촉자를 회전시키는 별도의 구동장치를 필요로 하지 않는다.

그 단면은 비코일형상 와이어전극에 대해서도 동일하게 효과가 있다.

본 발명의 방법에 있어, 주목적은 제1실시예에서 구성된 제1전극을 형성하는 절연와이어에 의해, 상기 구성와이어와 권취작동(coiling operation)을 나타내는 제2전극에 의해, 그리고 와이어세이빙노즐(wire shaving nozzle)를 통해 다음 통로를 통과할 때 이탈제거되는 제2전극의 절연층 영역에 의해 달성된다.

이와같이, 예로서 동(copper), Ne-금속합금, 철 또는 스틸(steel) 또는 기타 도전성재로된 에니멜와이어형상의 절연와이어재를 이용할 수 있다.

그 전극와이어는 예로서 통상의 방법을 사용할 때 그 에나멜층이 손상되지 않게 롤링(rolling) 또는 드로잉(drawing)에 의해 구성된다.

하나 또는 두개의 추가된 절연되지 않은 나선(bare)와이어 역시 필요로 하는 그 전극의 개량에 따라 꼬임작동을 할 때 꼬임 또는 나선(helix)형상으로 형성시켜 나타낸다.

상기 제1전극의 외측접촉면 또는 스파크-방전면의 에나멜층은 그 와이어세이빙노즐에 의해 제거되어 각 전극사이의 스파크 이동이 가능하게 된다.

이 실시예와 다른 실시예에서 각 와이어전극의 수는 필요한 스파크길이를 얻을 목적에서 필요에 따라 선택할 수 있다.

또 다른 바람직한 방법개량으로, 최소한 하나의 와이어를 절연시킨 수개의 와이어로 꼬임 또는 나선(helical)경로를 통하여 안내하며, 외이어세이빙노즐에 의해 그 절연층이 그 와이어전극의 외측영역에서 제거하도록 하는 방법을 제공한다.

중심절연체는 이 작동을 할 때 형성되며, 그 중심절연체는 각각의 절연와이어의 두개의 절연층으로 구성되고, 그 절연층은 서로 위치가 설정되어 있다.

따라서, 통상의 동(Cu)제 와이어 또는 이와 대응되는 와이어의 에나멜와이어를 특히 염가로 사용할 수 있다.

그 와이어세이빙노즐의 구조는 필요로 하는 방전영역을 얻기 위하여 그 와이어전극의 특정주변영역에서 절연 또는 에마멜층을 제거시킬 수 있다.

상기 와이어전극과 그 대응되는 활동전극(sliding electrode)의 결착 특성향상과, 그 와이어전극의 안전한 안내를 위하여 그 꼬임작용 전후에 그 와이어를 구성하는 것이 효과적이다.

이와같이, 예로서 세그멘트와이어(Segment wire) 또는 반원형와이어를 사용하거나 그 와이어를 주상 횡단면(prismatic cross section)으로 구성할 수 있다.

최종작동에 대한 또 다른 예로서, 반원형상와이어로서 절연 또는 에나멜을 한 와이어중 최소한 하나를 가진 상기 와이어를 구성할 수 있다.

따라서, 예로서 그 와이어의 동시 가열을 할 때, 에나멜처리를 실시중에 2개의 와이어를 동시에 접착시키는 것이 효과적이다.

상기 방법의 변형으로, 절연와이어를 연사시킨 다음 융점이 낮은 연질재가 그 꼬임에 의해 형성된 나선(helix)으로 유입될 때 효과적이다.

그 와이어전극의 각각의 외측면은 와이어세이빙노즐에 의해 절연시킬 수도 있다.

그 절연와이어는 예로서 내온성래커, 플라스틱, 테플론 또는 전기가 도통되지 않는 알루미늄옥사이를 가진 와이어를 들 수 있다.

상기 나선(helix)으로 도입된 금속은 예로서 연(lead), 주석(tin), 아연 또는 그 대응되는 합금으로 구성되거나 또는 예로서 열-주석도금 및 아연도금 등에서와 같이 적당한 처리방법에 의해 얻을 수 있다.

이와같이, 본 발명은 전기가 도통되지 아니한 재료, 특히 세라믹을 침식할 수도 있다.

물론, 이 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 와이어전극을 2개 또는 그 이상의 각각의 와이어형상전극으로 구성시킬 수 있다.

또, 그 와이어전극을 연속형전극(continuous electrode) 또는 레이스형전극(laced electrode)으로 구성할 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 따라 아래에 구체적으로 설명한다.

제1도는 본 발명의 스파크-침식 절단용 와이어 전극장치의 개략도를 나타낸다.

이 장치에서는 전기가 도통되지 아니한 재질로 된 가공품(7)을 포함하며, 그 가공품은 그 안에 절단요홈(cutting groove)(8)을 가진다.

그 장치전체는 통상적으로 최소한 그 스파크-침식영역에서 이 분야의 기술에서 공지된 바와 같이 유전체(dielectric)에 설정되어 있다.

와이어전극(3)은 그 가공품(7)을 관통시켜 안내하며, 그 와이어전극(3)은 저장스풀(storage spool)에서 권취스풀(wind up spool)로 안내되어 있다(도시 생략).

제1도는 와이어 안내시스템 전체에서 안내롤러(9)만을 나타낸 것이다.

활동접촉자(sliding contacts)(4,5)가 제1도의 장치에서 가공품(7)의 전후에 구성되고, 그 활동접촉자에 의해 아래에서 설명되는 그 와이어전극(3)이 (+)전압 또는 (-)전압에 접속되어 있다.

그 활동접촉자(4)를 사용하여 (+)전압에 접속하며, 활동접촉자(5)를 사용하여 (-)전압에 접속한다.

제2도는 일부단면의 가공품(7)의 확대사시도를 나타내며, 와이어전극(3)에 의해 가공품(7)이 절단되어 있다.

제2도(a)는 상기 와이어전극(3)의 횡단면도로, 부호 1은 제1전극을, 부호 2는 제2전극을 각각 나타낸다.

그 와이어전극의 구조는 제4도와 관련하여 아래에 상세하게 설명한다.

그 와이어전극에는 제1전극(first electrode)(1)이 있으며, 그 제1전극은 중심에 배치되어 있다.

제2전극(2)은 제1전극의 양측면(flanks)상에 각각 구성되어 있다.

제2전극(2)은 절연층(10)에 의해 제1전극(1)과 절연되어 있다.

와이어전극(3) 전체는 거의 원형의 횡단면을 가지며, 제2전극(2)의 절연층(10)이 외측주변영역에서 제거되도록 구성되어 있다.

스파크길이(spark length)는 이와같이 제2전극(2)에서 절연되지 아니한 나선(bare)의 제1전극(1)까지 형성시킬 수 있다.

제3도는 그 와이어전극(3)의 구조와 배열의 확대도이다.

본 발명에 의해, 제1 및 제2전극에 대한 재료를 서로 다르게 사용할 수 있으며, 그 재료는 전기특성에 대하여 내마모성과 필요요건에 대하여 최적의 여러가지 다른 값에 적합하게 할 수 있다.

전압을 인가하기 위하여 제2∼4도에 나타낸 와이어전극의 대표적 실시예에서는 그 와이어전극(3)을 포위하며, 와이어전극(3)의 단면에 적합하게 구성된 직경방향으로 대향되고 안쪽으로 형성되는 레그(leg)(11)를 가진 환상의 활동접촉자(annular sliding contact)(4,5)를 나타내며, 제1전극(1) 또는 제2전극(2)과 결착한다.

제3도의 상부영역에 나타낸 그 활동접촉자(4)는 (+)전압의 인가에 사용되고, 반면에 아래에 있는 활동접촉자(5)는 (-)전압을 인가한다.

제2도의 화살표로 나타낸 바와 같이 그 활동접촉자(4,5)는 코일형상 또는 나선형상의 와이어전극(3)을 길이방향으로 이동할 때 각각 제1 또는 제2전극(1또는 2)과 접촉을 유지하기 위하여 회전한다.

그 활동접촉자(4,5)의 회전운동을 적합하게 하기 위하여 제5도 및 제6도의 실시예에 나타낸 바와 같이 출력전달을 확실히 보장받기 위하여 각각의 전극 또는 활동접촉자를 구성시킬 수 있다.

제5도와 제6도는 각각 본 발명의 와이어전극의 실시예를 나타내며, 이 실시예에서는 중심절연체(central insulator)(6)가 구성되어, 제2전극(2)에서 제1전극을 전기 절연시킨다.

2개의 전극(1,2) 각각은 단면구조를 가지며, 제5도의 실시예의 전극은 주상(prismatic) 또는 3각형상의 단면을 가지나 제6도의 실시예에 의한 제1 및 제2전극(1,2)은 정점에 요홈(12)을 형성한 반원형 상단면을 가진다.

상기 요홈(12)은 서로 대응되게 구성된 활동접촉자(도시 생략)와 형상폐쇄결착(form-closed engagement)을 용이하게 하도록 한다.

제5도에 의한 실시예는 활동접촉자(4,5)의 횡단면도를 나타낸다.

그 활동접촉자(4,5)는 경사지게 구성되어 있어 상기 제1 또는 제2전극(1또는 2)의 외측면을 포위한다.

제5도에 나타낸 활동접촉자(4,5)는 제3도에 나타낸 바와 같이 환상구조의 일부만을 형성한다.

본 발명은 도시한 실시예에 한정되어 있는 것은 아니다.

본 발명의 범위내에서 여러가지로 변형이 가능하다.

Claims (16)

1. 가느다란 단선와이어에 연결되고 서로 평행하게 형성되어 있는 제1전극 및 제2전극과, 제1전극 및 제2전극을 서로 절연시키는 절연수단(insulation means)으로 구성함을 특징으로 하는 스파크-침식 절단을 용이하게 하는 와이어 전극장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 와이어전극은 그 축방향으로 꼬임형상 또는 나선형상으로 구성함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 와이어전극에는 서로 절연되어 있고, 제1전극과 제2전극 중에서의 선택한 하나의 전극과 접촉할 수 있는 최소한 2개의 활동접촉자를 포함함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
4. 제3항에 있어서, 활동접촉자중 하나가 (+)전압에 인가되고, 활동접촉자중 또 하나가 (-)전압에 인가됨을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
5. 제1항에 있어서, 제1전극은 양측면을 가진 단 하나의 중심배치한 제1전극이며, 제2전극은 제1전극의 대향한 측면상에 각각 배치시킨 복수의 제2전극을 구비함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
6. 제5항에 있어서, 제1전극에 (+)전압이 인가되고, 제2전극에 (-)전압이 인가됨을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
7. 제1항에 있어서, 절연수단에는 중심절연체를 포함하며, 그 중심절연체의 외측면에는 제1전극과 제2전극을 각각 배치함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
8. 제7항에 있어서, 제1전극과 제2전극은 주상횡단면(prismatic cross section)을 구비함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
9. 제7항에 있어서, 제1전극 및 제2전극은 반원형상 횡단면을 구비함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
10. 제1항에 있어서, 제1전극과 제2전극은 활동 접촉자와 형상폐쇄결착(form-closed engagement)을 하도록 구성함을 특징으로 하는 와이어 전극장치.
11. 제1전극을 형성하는 비절연와이어(non-insulatel wire)를 구성할 때 와이어전극의 제조방법에 있어서, 그 구성와이어를 코일링할 때(coiling) 절연와이어 형상의 제2전극이 코일에 삽입되고, 제2전극의 절연층영역이 그 다음 통로에서 와이어세이빙노즐(wire shaving nozzles)에 의해 제거됨을 특징으로 하는 와이어전극의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 최소한 하나의 와이어가 절연된 수개의 와이어가 코일링 공정에서 안내되고, 절연층은 하류로 접속되어 있는 와이어세이빙노즐에 의해 와이어전극의 외측영역에서 제거시킴을 특징으로 하는 와이어 전극의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 그 와이어는 코일링(coiling) 전후에 구성됨을 특징으로 하는 와이어 전극의 제조방법.
14. 제11항에 있어서, 그 와이어는 반원형상 와이어임을 특징으로 하는 와이어 전극의 제조방법.
15. 제12항에 있어서, 그 와이어는 동시에 접착시킴을 특징으로 하는 와이어 전극의 제조방법.
16. 제1항에 의한 와이어전극의 제조방법에 있어서, 절연와이어를 코일형상으로 구성시키고, 융점이 낮은 연질재로된 제2전극을 그 코일에 삽입시키며, 와이어전극의 외측면영역을 와이어세이빙노즐에 의해 제거시킴을 특징으로 하는 와이어 전극의 제조방법.