(57)【要約】      （修正有）【課題】高い金属除去速度及び低い表面粗さを示す形彫りＥＤＭ装置。【解決手段】形彫りＥＤＭ装置１００は、流体１１２を収容するタンク１１０と、被加工物１０２の第１の部分１２２に与える形状１２０を有する、タンク１１０内の１つ以上の電極とを備える。被加工物ホルダ１３０は、被加工物１０２を位置決めし、動作不能位置と放電加工が第１の部分１２２で生じる第１の電極１０４の第１の動作可能位置との間で被加工物１０２を交互に移動する。パルス発生器１４０は、被加工物１０２が第１の動作可能位置に入ったことに応答して、物質を第１の部分１２２から除去するように第１の部分１２２と第１の電極１０４の間で放電を生じさせる。電極から被加工物１０２を移動することにより、粒子含有流体１１２を押し流して、被加工物１０２及び電極から離す。セグメントごとに別個のパルス発生器１４０を含むセグメントに分けた電極を用いることもできる。【選択図】図１
2010274412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形彫り放電（１４２）加工（ＥＤＭ）装置（１００）であって、
流体（１１２）を収容するタンク（１１０）と、
被加工物（１０２）の第１の部分（１２２）に与える形状（１２０）を有する、前記タンク（１１０）内の第１の電極（１０４）と、
前記流体（１１２）に少なくとも一部分が浸漬された前記被加工物（１０２）を位置決めし、動作不能位置と放電（１４２）加工が前記第１の部分（１２２）で生じる前記第１の電極（１０４）の第１の動作可能位置との間で前記被加工物（１０２）を交互に移動する被加工物ホルダ（１３０）と、
前記被加工物（１０２）が前記第１の動作可能位置に入ったことに応答して、物質を前記第１の部分（１２２）から除去するように前記第１の部分（１２２）と前記第１の電極（１０４）の間で放電（１４２）を生じさせるパルス発生器（１４０）と
を備える形彫り放電（１４２）加工（ＥＤＭ）装置（１００）。
【請求項２】
前記放電（１４２）加工が、内部で浮遊する前記被加工物（１０２）の粒子を含む粒子含有流体（１１２）を生成し、前記動作不能位置と、前記第１の動作可能位置との間で前記被加工物（１０２）を移動することによって、前記被加工物（１０２）によって空いた空間（１６８）から前記粒子含有流体（１１２）を少なくとも部分的に引き出す、請求項１記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項３】
流体（１１２）を前記被加工物（１０２）によって空いた前記空間（１６８）の中に噴射するノズルをさらに備える、請求項２記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項４】
前記被加工物（１０２）の第２の部分（１６２）に与える第２の形状（１２０）を有する、前記タンク（１１０）内の第２の電極（１０６）をさらに備え、
前記被加工物ホルダ（１３０）が、放電加工が前記第１の部分（１２２）で生じる前記第１の電極（１０４）の前記第１の動作可能位置と、前記動作不能位置と、放電（１４２）加工が前記第２の部分（１６２）で生じる前記第２の電極（１０６）の第２の動作可能位置との間で前記被加工物（１０２）を交互に移動し、
前記被加工物（１０２）が前記第２の動作可能位置に入ったことに応答して、物質を前記第２の部分から除去するように、前記パルス発生器（１４０）が、前記第２の部分（１６２）と前記第２の電極（１０６）の間で放電（１４２）を生じさせる、
請求項１記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項５】
前記動作不能位置と、前記第１の動作可能位置及び前記第２の動作可能位置のそれぞれとの間で前記被加工物（１０２）を移動することによって、前記被加工物（１０２）によって空いた空間（１６８）から粒子含有流体（１１２）を少なくとも部分的に引き出す、請求項４記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項６】
前記パルス発生器（１４０）が、前記第１の電極（１０４）に正極性を持たせ、前記被加工物（１０２）に負極性を持たせる、請求項１記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項７】
前記第１の電極（１０４）が、複数の電極セグメント（１９２）を含み、前記パルス発生器（１４０）が、各電極セグメントに結合した別個の電気パルス発生器（１４０）を含むものであり、他の電極セグメント（１９２）から独立して各電極セグメントから放電（１４２）を発生させる別個の各電気パルス発生器（１４０）に結合したパルスコントローラ（２０８）をさらに備える、請求項１記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項８】
各放電（１４２）が、強度及び持続時間がほぼ同一である、請求項７記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項９】
前記複数の電極セグメント（１９２）が、互いに離間している、請求項７記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１０】
前記被加工物ホルダ（１３０）の移動を制御する被加工物ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）をさらに備える、請求項７記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１１】
前記被加工物ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）が、前記被加工物（１０２）と前記第１の電極（１０４）の各電極セグメントとの間の電圧を検出し、前記電圧に基づいて前記第１の電極（１０４）に向かう前記被加工物（１０２）の送り速度を制御する、請求項１０記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１２】
前記被加工物ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）が、
前記複数の電極セグメント（１９２）のどれもが前記被加工物（１０２）に放電していないことに応答して、前記送り速度を増加させ、
前記複数の電極セグメント（１９２）のうちの１つが閾値よりも低い電圧で前記被加工物（１０２）に放電していることに応答して、前記送り速度を減少させ、又は前記第１の電極から前記被加工物（１０２）を遠ざける、
請求項１１記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１３】
前記被加工物ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）が、前記複数の電極セグメント（１９２）の全てがほぼ同一の電圧で前記被加工物（１０２）に放電していることに応答して、前記第１の電極（１０４）に向かう前記被加工物（１０２）の前記送り速度を維持する、請求項１１記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１４】
形彫り放電（１４２）加工（ＥＤＭ）装置（１００）であって、
複数の電極セグメント（１９２）を含む第１の電極（１０４）であって、被加工物（１０２）の第１の部分（１２２）に与える第１の形状（１２０）を含む第１の電極と、
前記第１の電極（１０４）の各電極セグメントに結合した別個の電気パルス発生器（１４０）と、
物質を前記第１の部分（１２２）から除去するように他の電極セグメント（１９２）から独立して各電極セグメントに放電（１４２）を発生させる別個の各電気パルス発生器（１４０）に結合したパルスコントローラ（２０８）と
を備える形彫り放電（１４２）加工（ＥＤＭ）装置（１００）。
【請求項１５】
各放電（１４２）が、強度及び持続時間がほぼ同一である、請求項１４記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１６】
前記複数の電極セグメント（１９２）が、互いに離間している、請求項１４記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１７】
前記第１の電極（１０４）に対して前記被加工物（１０２）を位置決めするための被加工物ホルダ（１３０）と、前記被加工物ホルダ（１３０）の移動を制御する被加工物ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）とをさらに備える、請求項１４記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１８】
前記被加工物ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）が、前記被加工物（１０２）と前記第１の電極（１０４）の各電極セグメントとの間の電圧を検出し、前記電圧に基づいて前記第１の電極（１０４）に向かう前記被加工物（１０２）の送り速度を制御し、
前記複数の電極セグメント（１９２）のどれもが前記被加工物（１０２）に放電していないことに応答して、前記送り速度を増加させ、
前記複数の電極セグメント（１９２）のうちの１つが閾値よりも低い電圧で前記被加工物（１０２）に放電していることに応答して、前記送り速度を減少させ、又は前記第１の電極（１０４）から前記被加工物（１０２）を遠ざけ、
前記複数の電極セグメント（１９２）のうちの１つが予想される放電電圧レベルで前記被加工物（１０２）に放電していること、又は前記複数の電極セグメント（１９２）の全てが前記予想される放電電圧レベルで前記被加工物（１０２）に放電していることに応答して、前記第１の電極（１０４）に向かう前記被加工物（１０２）の前記送り速度を維持する、請求項１７記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項１９】
流体（１１２）を収容するタンク（１１０）をさらに備え、前記第１の電極（１０４）を前記タンク（１１０）内に配置し、
前記被加工物ホルダ（１３０）が、前記流体（１１２）に少なくとも一部分が浸漬された前記被加工物（１０２）を位置決めし、動作不能位置と放電（１４２）加工が前記被加工物（１０２）の前記第１の部分（１２２）で生じる前記第１の電極（１０４）の第１の動作可能位置との間で前記被加工物（１０２）を交互に移動する、
請求項１７記載の形彫りＥＤＭ装置。
【請求項２０】
複数の電極セグメント（１９２）を含み、前記被加工物（１０２）の第２の部分（１６２）に与える第２の形状（１６０）（１２０）を有する第２の電極（１０６）と、
前記第２の電極（１０６）の各電極セグメントに結合した別個の電気パルス発生器（１４０）とをさらに備え、
前記被加工物（１０２）ホルダ（１３０）のコントローラ（１３２）が、放電（１４２）加工が前記第１の部分（１２２）で生じる前記第１の電極（１０４）の前記第１の動作可能位置と、前記動作不能位置と、放電（１４２）加工が前記第２の部分（１６２）で生じる前記第２の電極（１０６）の第２の動作可能位置との間で前記被加工物（１０２）を交互に移動し、
前記パルスコントローラ（２０８）（１３２）が、物質を前記第２の部分（１６２）から除去するように、他の電極セグメント（１９２）から独立して各電極セグメントに放電（１４２）を発生させる前記第２の電極（１０６）の別個の各電気パルス発生器に結合される、請求項１９記載の形彫りＥＤＭ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、放電加工（ＥＤＭ）に関する。より具体的には、本発明は、従来のＥＤＭ装置よりも高い金属除去速度及び低い表面粗さを示す形彫りＥＤＭ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形彫りＥＤＭは、小体積の様々な金属構造物を作製するために使用されてきた。典型的には、形彫りＥＤＭは、炭化水素ベースのオイルなどの流体のタンクの中に被加工物を配置することを含む。被加工物に対する所望の形状の鏡像を有するダイ電極が、ラムによって被加工物の近傍に移動され、次いで電気パルスをダイ電極と被加工物の間の間隙に繰り返し印加して、物質を被加工物から除去する放電を引き起こす。形彫りＥＤＭは、高切削力及び硬質な工具を用いずに加工困難な金属又は合金を加工する能力を有しており、プロセスを、従来の加工技術よりも費用効率がよい、さほど複雑でないものにする。形彫りＥＤＭの考えられる一適用例は、タービンブレードの翼形状を製造することにあり、これらのタービンブレードは、蒸気タービンの高まり続ける温度に耐えるニッケル基耐熱合金製である。これらタフアロイは、必要とされる入り組んだ形状を加工するのが困難であり、それにより設備及び作業の費用が押し上げられるので、部品生産をかなり困難なものにする。形彫りＥＤＭは、これらの合金を加工するための魅力的なプロセスであるが、形彫りＥＤＭの使用には、いくつかの課題により現在制限がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の第１の態様は、流体を収容するタンクと、被加工物の第１の部分に与える形状を有する、タンク内の第１の電極と、流体に少なくとも一部分が浸漬された被加工物を位置決めし、動作不能位置と放電加工が第１の部分で生じる第１の電極の第１の動作可能位置との間で被加工物を交互に移動する被加工物ホルダと、被加工物が第１の動作可能位置に入ったことに応答して、物質を第１の部分から除去するように第１の部分と第１の電極の間で放電を生じさせるパルス発生器とを備える形彫り放電加工（ＥＤＭ）装置を提供する。
【０００４】
本開示の第２の態様は、複数の電極セグメントを含む第１の電極であって、被加工物の第１の部分に与える第１の形状を含む第１の電極と、第１の電極の各電極セグメントに結合した別個の電気パルス発生器と、物質を第１の部分から除去するように他の電極セグメントから独立して各電極セグメントに放電を発生させる別個の各電気パルス発生器に結合したパルスコントローラとを備える形彫り放電加工（ＥＤＭ）装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態による形彫り放電加工（ＥＤＭ）装置を示す図である。
【図２】異なる２つの動作可能位置で図１の形彫りＥＤＭ装置を示す図である。
【図３】異なる２つの動作可能位置で図１の形彫りＥＤＭ装置を示す図である。
【図４】従来技術の複数のセグメントのＥＤＭ電極を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、複数のセグメントを備える電極とセグメントごとのパルス発生器とを有する形彫りＥＤＭ装置を示す図である。
【図６】図１〜図３の形彫りＥＤＭ装置に適用された図５の電極の実施形態を示す図である。
【図７】図１〜図３の形彫りＥＤＭ装置に適用された図５の電極の代替実施形態を示す図である。
【図８】図５〜図７Ｂの被加工物ホルダコントローラについての複数の入力の電圧検出の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面、具体的には図１〜図３を参照して、形彫り放電加工（ＥＤＭ）装置の実施形態を説明することにする。形彫りＥＤＭ装置１００は、物質を被加工物から除去するように１つ以上の電極１０４、１０６によって被加工物１０２に放電を加える。電極１０４、１０６及び被加工物１０２は、導電性材料で作製する。被加工物１０２は、実際には任意の導電性材料で作製できるが、形彫りＥＤＭ装置１００は、従来の機械加工の使用では機械加工するのが困難な、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）などのニッケル基耐熱合金など、より硬質の材料に特に適用可能である。図１に示すように、一実施形態では、形彫りＥＤＭ装置１００は、流体１１２を収容するタンク１１０を備える。流体１１２は、とりわけ、各放電前に媒体の絶縁を維持し、被加工物１０２から除去した粒子を捕獲し、熱を分散させるために使用される炭化水素ベースのオイル又は他の誘電液体を含んでもよい。図１は、本明細書で述べるように、被加工物１０２が、動作可能位置同士の間の動作不能位置にある、形彫りＥＤＭ装置１００を示す。
【０００７】
第１の電極１０４は、例えば、取付具１１４によってタンク１１０内に配置され、流体１１２に浸漬される。第１の電極１０４は、図２に示すように、被加工物１０２の第１の部分１２２に与える形状１２０（すなわち、ダイ）を有することができる。図示するように、被加工物１０２は、凹状翼形を有する第１の部分１２２を含む。結果として、機械加工が完了した後には、第１の電極１０４の形状１２０は、第１の部分１２２の鏡像、すなわち凸状翼形状となる。しかし、第１の電極１０４について示す形状は、単なる例示であり、実際には、平面を含めて、任意の形状であってもよいことが理解されよう。（１つ以上の）電極１０４、１０６は、図１のページに垂直な方向に延在し得ることも理解されよう。
【０００８】
被加工物ホルダ１３０は、流体１１２に少なくとも一部分が浸漬された被加工物１０２を位置決めする。被加工物ホルダ１３０は、形彫りＥＤＭ装置１００で用いられる適切な向きに被加工物１０２を収容できる任意の構造、例えば、油圧又は電気駆動のラムを含むことができる。被加工物１０２が移動可能な被加工物ホルダ１３０にあり、（１つ以上の）電極１０４、１０６がタンク１１０内にあるこの配置は、従来の形彫りＥＤＭ技術の出発形態を表しており、この形態は、被加工物をタンク内に固定して配置し、単一の電極を被加工物の近くに移動するものである。現在の配置は、１つより多くの電極を使用し、それにより被加工物の複数の側面からより速く機械加工することを可能にする。示した例では、被加工物１０２をタービンバケット又はノズルに成形することになり、したがって、被加工物ホルダ１３０は、（１つ以上の）電極１０４、１０６に当てるために片持ち梁のように被加工物１０２を支持できなければならない。図１及び図２を比較することで示すように、被加工物ホルダ１３０は、被加工物ホルダコントローラ１３２の制御下で、動作不能位置（図１）と、放電加工が第１の部分１２２で生じる第１の電極１０４の第１の動作可能位置（図２）との間で被加工物１０２を交互に移動する。被加工物ホルダコントローラ１３２は、任意の所要の移動手段（例えば、モータ、コンベア、水撃ポンプ、空圧シリンダなど）、及び／又は任意の所要のセンサ（例えば、赤外線又はレーザベースのセンサなどの位置センサなど）を用いて、被加工物ホルダ１３０の操作を制御する任意の現在知られている又は後に開発されるコンピュータ化したコントローラを含んでもよい。被加工物ホルダコントローラ１３２は、被加工物１０２に機械的に固定することができ、被加工物１０２を任意の方向に、すなわち縦横方向にあらゆる必要な動作を可能にするように移動することができる。被加工物ホルダコントローラ１３２は、被加工物１０２から電気的に絶縁していてもよい。
【０００９】
図２に示すように、パルス発生器１４０は、被加工物１０２が第１の動作可能位置に入ったことに応答して、物質を第１の部分１２２から除去するように第１の部分１２２と第１の電極１０４の間で放電１４２を生じさせる。パルス発生器１４０は、任意の現在知られている又は後に開発される、第１の電極１０４と第１の部分１２２の間で第１の部分１２２から物質を除去させるのに十分な放電１４２を引き起こす機構を含むこができる。当技術分野で知られているように、放電１４２は、第１の部分１２２と第１の電極１０４の間の空間に沿って移動し、それらの間の空間が放電１４２を持続するのに十分に小さい場合に第１の部分１２２の表面全体に沿って物質を除去することができる。従来のＥＤＭと対照的に、パルス発生器１４０は、取付具１１４及び１４４を有するタンク１１０に正極性を持たせ、被加工物ホルダ１３０に負極性を持たせることができる。パルス発生器１４０は、本明細書に記載した目的のために、パルス発生器１４０が、被加工物ホルダコントローラ１３２にフィードバックを与えることができるように、被加工物ホルダコントローラ１３２に結合し、又は組み合わさってもよい。
【００１０】
上記の通り、形彫りＥＤＭ装置１００は、例えば、取付具１４４によってタンク１１０内に配置した第２の電極１０６を同様に備えることができ、それにより、被加工物１０２は、単一セットアップで複数の電極に迅速に露出できる。第２の電極１０６は、被加工物１０２の第２の部分１６２に与える第２の形状１６０（すなわち、ダイ）を含む。図示するように、被加工物１０２は、凸状翼形を有する第２の部分１６２（図３）を含む。結果として、機械加工が完了した後には、第２の電極１０６の形状１６０は、第２の部分１６２の鏡像、すなわち凹状翼形状となる。しかし、第２の電極１０６について示す形状は、単なる例示であり、実際には、平面を含めて、任意の形状であってもよいことが理解されよう。
【００１１】
２つの電極１０４、１０６を設ける場合には、被加工物ホルダ１３０は、（被加工物ホルダコントローラ１３２を介して）放電加工が第１の部分１２２で生じる第１の電極１０４の第１の動作可能位置（図２）と、図１に示す動作不能位置と、放電加工が第２の部分１６２で生じる第２の電極１０６の第２の動作可能位置（図３）との間で被加工物１０２交互に移動する。図３に示す第２の動作可能位置では、被加工物１０２が第２の動作可能位置に入ったことに応答して、パルス発生器１４０は、物質を第２の部分１６２から除去するように第２の部分１６２と第２の電極１０６の間で放電１６４を生じさせる。交互の移動は、形状１２０及び１６０がそれぞれ要求する寸法の目標に両部分１２２、１６２が到達するまで続き、その点で移動が停止する。結果として、２つの電極１０４、１０６の間でワークピースを交互に移動し、及びパルス発生器１４０によって生じる調整した放電１４２、１６４によって、被加工物１０２をエーロフォイルに成形することができる。当技術分野で知られているように、空間が、放電１６４を持続するのに十分に小さい場合には、放電１６４は、第２の部分１６２と第２の電極１０６の間の空間に沿って移動して、第２の部分１６２の表面全体に沿って物質を除去することができる。従来のＥＤＭと対照的に、パルス発生器１４０は、タンク１１０内の第２の取付具１４４に正極性を持たせ、被加工物ホルダ１３０に負極性を持たせる。
【００１２】
必須ではないが、図示するように、第１の電極１０４の第１の形状１２０及び第２の電極１０６の第２の形状１６０は、被加工物１０２上に連続表面を形成するように構成することができる。示した例では、第１の形状１２０及び第２の形状１６０は、タービン用のブレード又はノズルのための翼形状を形成するように構成される。このように、被加工物１０２は、実際には、形彫りＥＤＭ装置１００を用いて単純又は複雑な任意の形状に成形することができる。しかし、製造される構造に応じて、１つ、２つ、又は２つより多くの電極１０４、１０６全てが、使用されてもよいことが理解されよう。例えば、製造部品が、一領域内の機械加工を必要とするだけのいくつかの場合には、１つの電極だけを使用してもよい。同様に、製造部品が、同一の特徴を有する（例えば、対称的である）表面を含む場合、１つの電極を用いて、必要領域の機械加工に対応するのに十分な被加工物１０２の操作を与える被加工物ホルダ１３０で各表面を機械加工することができる。同様に、より複雑な製造部品を必要とする場合は、様々な形状を有する任意の個数の電極を用いることができ、被加工物ホルダ１３０が、１つ以上のタンク１１０内でそれらの間で動くように構成される。
【００１３】
図２及び図３に示すように、ＥＤＭは、内部で浮遊する被加工物１０２の粒子を含む（矢印で示す）粒子含有流体１６６（例えば、絶縁油）を生成する。従来の形彫りＥＤＭを用いて機械加工速度を上げることに関連する課題の１つは、被加工物１０２の近くからこの粒子を除去することである。図示した実施形態では、被加工物１０２と電極１０４又は１０６の間の空間は、粒子含有流体１６６を含み、この粒子含有流体１６６は、高温を有する。被加工物１０２と電極１０４又は１０６との間の境界面は、垂直に位置しているので、当然ながら高温の流体１６６は、上方へ流れ、この空間から粒子をいくらか運び去る。しかし、形彫りＥＤＭ装置１００は、図１に示す動作不能位置と、図２に示す第１の動作可能位置又は図３に示す第２の動作可能位置との間で被加工物１０２を移動することによって、被加工物１０２によって空いた空間１６８から粒子含有流体１６６を少なくとも部分的に引き出す。すなわち、被加工物ホルダ１３０を介した被加工物１０２の移動によって、粒子含有流体１６６を空間１６８から押し流し、粒子含有流体１６６をクリーナ流体１１２に置き換えるのに十分な流体の真空を空間１６８内に引き起こす。結果として、被加工物１０２を交互に移動する度に、クリーナ流体１１２が電極１０４、１０６と被加工物１０２との間の空間内に存在し、それによってより速くより良い機械加工が可能になる。必要であれば、図３にのみ示すように、（１つ以上の）ノズル１７０は、押流し作用を強化するために空間１６８の近くに配置できる。（１つ以上の）ノズル１７０は、空間１６８を通じての対流を強化するために、空間１６８の下方でクリーナ流体１１２の噴流を生成する。このようにして、クリーナ流体１１２をより頻繁に放出し、より速い粒子除去速度を達成することができる。任意の個数のノズルを用いてもよい。
【００１４】
図４を参照すると、精密製造部品及び大量生産への利用に対する従来の形彫りＥＤＭ加工に関する他の課題があり、その課題は、従来の形彫りＥＤＭ加工が、あまりに低い金属除去速度（ＭＲＲ：ｍｅｔａｌ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ）を有すること、又は従来の形彫りＥＤＭ加工は、大きい放電クレータ又は粗面のために均一な機械加工を十分にはもたらさないことである。図４は、従来の複数のセグメントの電極１９０に関連する課題を示す。当技術分野で知られているように、複数のセグメントに分けた電極１９０は、いくつかの電極セグメント１９２を含み、各電極セグメント１９２は、セグメント間の絶縁層１９４によって分離されている（分かりやすくするために１つだけ符号を付けている）。図示するように、単一のパルス発生器１９６を複数の電極セグメント１９２の全てに結合して、ただ１個の電圧パルスを出力し、その電圧パルスは、典型的には、点火遅延又は間隙が電圧に耐えられなくなった（ｇａｐ  ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ）後で、サイズが大きくなり得る放電１９９Ｌを生じさせる。このただ１個の電圧パルスの間、他のセグメントでの他の放電１９９Ｓは、様々な及びランダムな粒子密度及び局所的な温度に起因して生じることも生じないこともある。同様に、他の放電１９９Ｓが、最初の放電１９９Ｌよりも後で点火されることもあり、それにより放電の持続時間が短縮され、除去の量がより少なくなる。ある一定のパルス持続時間の後に、パルスをオフにして放電エネルギーを制御し、次の放電期間のために電極と被加工物の間の間隙のイオンを除去する。典型的には、放電１９９Ｌ、１９９Ｓは、強度（電流）及び放電の持続時間が等しくない。より具体的には、放電強度及び持続時間は、電極セグメント１９２と被加工物１０２の間の間隔、及び局所的な粒子密度／温度に依存し、それらは、被加工物の表面及び電極の表面に沿って変化し得る。放電１９９Ｌは、（放電の右側のグラフによって示すように）比較的強く、持続時間が長く、それにより金属除去速度が大きくなり、大きいクレータで表面特性が悪くなる。対照的に、別の放電１９９Ｓは、（放電の右側のグラフによって示すように）比較的弱く、持続時間が短くなり得ると共に、金属除去速度が低くなり得る。さらに、より短い放電１９９Ｓは、電極を消耗させやすい。結果として、機械加工は、極めて一様でないものになる可能性があり、結果的にある位置ではピッチングになり、別の位置では不十分な加工になる。この状況は、精度が要求される場合には部品が動作不能になり、曲面を作り出す場合に特に深刻であり得る。単一のパルス源では、様々な位置及びオイルの状況が放電均一性を阻害するので、複数の放電が均一である確率は、大変低い。したがって、複数の電極セグメントを用いても、複数のパルス電極の本来の目的は、実現されない。
【００１５】
図５及び図６を参照すると、別の実施形態において、形彫りＥＤＭ装置２００は、複数の電極セグメント２０２を含む電極２０１を含むことができる。電極１０４、１０６と同様に、電極２０２は、被加工物１０２の部分１２０に与える（本明細書では平面の）形状を含んでもよい。しかし、従来の形彫りＥＤＭ装置と対照的に、パルス発生器２０４は、電極２０１の各電極セグメント２０２に結合した別個の電気パルス発生器２０６を含む。各電極セグメント２０２は、絶縁体２１２、例えばポリマー層によって隣接セグメントから電気的に絶縁していてもよい。加えて、同じ放電持続時間及び電流を命令するパルスコントローラ２０８が、別個の各電気パルス発生器２０６に結合される。各パルス発生器２０６は、物質を被加工物１０２から除去するように、他の電極セグメント２０２から独立して、各電極セグメント２０２上で同じ放電エネルギーを有する放電２１０を発生させる独立した発振器を備える。一実施形態では、パルスコントローラ２０８は、全てのパルス発生器２０６に、指定の金属除去速度及び表面粗さに応じて同じ放電持続時間、放電電流、及びパルス間隔を命令する。各パルス発生器２０６は、同じ電圧振幅で電圧パルスを放ち、異なった時間に起こる局所的な流体（オイル）ブレイクダウンを待つ。局所的なブレイクダウンがあると、各パルス発生器２０６は、パルスコントローラ２０８によって指示される放電持続時間を、すなわち、カウンタ（図示せず）によってカウントダウンし始める。パルスコントローラ２０８によって指示された同じ放電電流を電子的に維持する。指定の放電が終了するとすぐに、各パルス発生器２０６は、電圧パルスを停止し、全ての電極セグメントについてパルスコントローラ２０８によって指示されたように同一のパルス持続時間になる。各パルス発生器２０６内のカウンタは、指示されたパルス間隔を維持することもできる。局所的なブレイクダウンは、様々な局所的な間隙の状態（例えば、様々な粒子密度、間隙のサイズ、及び温度）に依存し、異なった時間にランダムに点火するので、独立した各パルス発生器２０６は、均一な放電を実現するために、各パルス発生器２０６の各電極セグメント２０２の特有の局所的な状況のために設けられる。これら独立したパルス発生器２０６は、互いとは通信しないが、特定の電極セグメント２０２に別個に対応するそれら自体の局所的な間隙の状況に適応する。図５では、放電２１０は、異なった時間に点火する。同じパルス間隔が、様々なセグメント２０２について異なる時間インスタンスで与えられ得る。しかし、このシステムは、同じ放電エネルギー、すなわち同じ放電持続時間及び電流を維持する。すなわち、電極セグメントがあるのと同じくらい多くの放電があるが、これら放電は、同じ持続時間続き、しかし異なった時間に開始及び停止する。独立した専用のパルス発生器２０６は、放電を均一にさせるが、非同期の放電を可能にする。セグメント２０２は、同一の放電持続時間／電流を有して、各放電２１０を他の放電と強度及び持続時間をほぼ同一にさせることができるので、機械加工によりＭＲＲがより良くなり、均一なクレータで表面特性がより良くなる。さらに、電極２０１の寿命をより良く制御することができる。
【００１６】
電極２０１は、図６に示すように、図１〜図３の形彫りＥＤＭ装置１００を含む任意の形彫りＥＤＭ機器と共に使用されてもよい。この場合、第１の電極２２４及び第２の電極２２６は、後者を使用する場合、図５に図示するように構成された複数の電極セグメント２０２をそれぞれ備えることができる。
【００１７】
単一の電極１０４、１０６（図１〜図３）、又は複数の電極セグメント２０２（図６）を備える形彫りＥＤＭ装置１００の動作をここで説明することにする。被加工物ホルダコントローラ１３２は、被加工物ホルダ１３０、したがって被加工物１０２の移動を制御する。機械コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）の下で、被加工物ホルダコントローラ１３２は、タンク１１０内で電極１０４と電極１０６の間のある位置に被加工物１０２を駆動する。ＥＤＭプロセス中、被加工物ホルダコントローラ１３２は、被加工物１０２と電極１０４又は１０６（及びもしあれば各セグメント２０２）の間の（間隙）電圧を検出し、検出した電圧に基づいて電極１０４又は１０６に向かう被加工物１０２の送り速度を制御する。高い間隙電圧は、大きい送り速度をもたらし、一方、低い間隙電圧は、小さい送り速度をもたらし、又は被加工物が、短絡又はアーク放電を避けるために、退去することさえある。セグメントに分けた電極２２４、２２６を使用する場合には、被加工物ホルダコントローラ１３２は、複数の電極セグメント２０２のうちの１つからの放電が閾値より低い間隙電圧を有していることに応答して、被加工物１０２の送り速度を減少させ、又は電極からの被加工物１０２を遠ざける。この状況は、短絡又はアーク放電が、所与の位置で生じている可能性があることを示す。閾値は、例えば、ピッチング又は潜在的な損傷の他の形態を引き起こすような大きさの間隙の状態を表す所与の間隙電圧に設定することができる。同様に、被加工物ホルダコントローラ１３２は、複数の電極セグメント２０２のどれもが被加工物に放電していないことに応答して、電極に向かう被加工物１０２の送り速度を増加させる。この状況は、電極セグメント２０２がそれぞれ、物質を十分に被加工物２０２から機械加工して離し、電極２００と被加工物１０２の間の間隔がさらなる間隙のブレイクダウンのためには離れ過ぎているような場合に生じる。さらに、被加工物ホルダコントローラ１３２は、複数の電極セグメント２０２の全てが予想される放電電圧レベルで被加工物に放電していることに応答して、電極に向かう被加工物１０２の送り速度を維持する。この状況は、電極セグメント２０２がそれぞれ、等しい増分で機械加工していて、電極２０１と被加工物１０２の間の間隔が、さらに一様な機械加工のために十分であるようになっている場合に生じる。これは、被加工物１０２が、実質的に所望の形状１２０、１６０（それぞれ図２及び図３）を持つようになった場合に、機械加工の仕上げ近くで大変よくあるケースである。代替として、１つ又はいくつかの電極セグメント２０２が、予想される放電電圧レベルで被加工物１０２に放電する場合は、送り速度を同様に維持する。このケースは、ブレイクダウン及び放電するには依然として大き過ぎる空間を有する電極の他の（１つ以上の）電極セグメント２０２よりも前に、湾曲電極の表面の一部の突出部分が、被加工物１０２に係合するときに起こる。
【００１８】
図７Ａ及び図７Ｂに示す別の実施形態では、電極セグメント２０２は、絶縁体２１２によって分離させるのではなく、互いに離間させることができる。このやり方では、流体１１２が、セグメント２０２同士の間の絶縁体として働く。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、この場合、２セットのセグメントに分けた電極２０２を用いて、完全な表面加工を確実にすることができる。すなわち、図７Ａ中のセグメントに分けた電極２０２のセットは、所与のセットの位置を機械加工し、図７Ｂ中のセグメントに分けた電極２０２のセットは、図７Ａの電極２０２同士の間の空間によって生じる別の所与のセットの位置を機械加工し、それにより表面全体を機械加工する。その他の場合は、形彫りＥＤＭ装置１００は、上記のように図１〜図３に実質的に関連して動作する。
【００１９】
セグメントに分けた電極２０１の実装は、様々なハードウェア及び／又はソフトウェアの形態をとり得る。図８は、ダイオード３００を用いた代替実施形態を示す。複数の電極の場合には、図６、図７Ａ及び図７Ｂにあるように、複数の間隙電圧信号が存在する。場合によっては、被加工物ホルダコントローラ１３２は、被加工物１０２の送り速度を制御するために、これら電圧信号のうちの１つの信号を処理することができるに過ぎない可能性がある。この状況に対処するために、一実施形態では、ダイオード３００は、より高い電圧信号を阻止するが、最低電圧信号が、被加工物ホルダコントローラ１３２に入力することを可能にする。すなわち、図８に示すように接続したダイオード３００は、所与の電極セグメント２０２の電圧が、被加工物ホルダコントローラ１３２への入力点３０２、又はダイオード３００全ての陽極の接合点での電圧より高いときに、電圧信号を阻止することになる。このように、全間隙電圧のうちの最低電圧だけが、被加工物ホルダコントローラ１３２へ通過することが許される。そのようなシステムは、全電極セグメント２０２のうちで最接近間隙距離にある電極セグメント２０２を最優先で制御することを確実にする。最低間隙電圧又は最接近間隙距離にある電極セグメント２０２は、あるセグメントから他のセグメントへ変更又は切替できることが理解されよう。ダイオード３００は、最低電圧をいつも選択するか、又は放電若しくは適宜短絡の状態で被加工物２０２に密接に係合する電極セグメント２０２をいつも選択する。全ての電極セグメント２０２が、同時に動作するとは限らないことも理解されたい。結果として、（１つ以上の）非動作又は非活動（オープン）電極セグメント２０２Ｘのダイオード３００Ｘを被加工物ホルダコントローラ１３２から切断することができ、したがってその電極セグメントの解析を止める。上記のダイオード３００は、被加工物ホルダコントローラ１３２にどの電圧信号が到達するか濾波するやり方の１つを表しているに過ぎない。同じプロセスを実現するために、他のハードウェア及び／又はソフトウェアの実装を適用することもできる。
【００２０】
「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書において、いかなる順序、量、又は重要性も示すものではなく、むしろ一要素を別の要素から区別するために使用するものであり、「ａ」及び「ａｎ」という用語は、本明細書において、量の限定を示すのではなく、むしろ参照事項が１つ以上存在することを示す。ある量に関連して用いる修飾語「ａｂｏｕｔ（約）」は、表示値の一切を含むと共に、文脈に従った意味を有する（例えば、特定の量の測定値に関連する誤差の程度を含む）。本明細書中で用いる「（１つ以上の）」を付加した表現は、修飾する用語の単数形と複数形を共に包含するものであり、それによりその用語を１つ以上含む（例えば、（１つ以上の）金属は、１種類以上の金属を含む）。本明細書中に開示した範囲は、一切を含み、独立して結合可能である（例えば、「約２５重量％まで、又はより具体的には、約５重量％〜約２０重量％」の範囲は、「約５重量％〜約２５重量％」などの範囲の終点及び全ての中間値の一切を含む）。
【００２１】
様々な実施形態を本明細書中で説明したが、本明細書中の要素の様々な組み合わせ、変形形態、又は改良形態が、当業者によりなされ得ると共に、本発明の範囲内であることが明細書から理解されよう。加えて、多くの変形形態を、本発明の本質的な範囲から逸脱することなくある特定の状況又は物質を本発明の教示に適合するようになすこともできる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付した特許請求の範囲内に包含される全ての実施形態を含むことになる。
【符号の説明】
【００２２】
１００  装置
１０２  被加工物
１０４  第１の電極
１０６  第２の電極
１１０  タンク
１１２  流体
１２０  形状
１２２  第１の部分
１３０  被加工物ホルダ
１３２  コントローラ
１４０  パルス発生器
１４２  放電
１４４  取付具
１６０  第２の形状
１６２  第２の部分
１６８  空間
１７０  （１つ以上の）ノズル
１９０  セグメントの電極
１９２  電極セグメント
１９４  絶縁層
２０２  電極セグメント
２０８  パルスコントローラ
２１２  絶縁体
３００  ダイオード
３０２  入力点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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