(57)【要約】【課題】加工部の一面が開放形状となっている場合、加工精度が低下するという課題がある。【解決手段】電気化学作用により、電極と電解液を用いて被削材を除去加工する電解加工装置において、電解液を供給するための複数の流路を備えた電極と、流量あるいは圧力の一方もしくは双方が制御可能な電解液供給機能を備え、前記電極に設けた複数の流路から供給する電解液の流量あるいは圧力の一方もしくは双方を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学作用により、電極と電解液を用いて被削材を除去加工する電解加工装置において、電解液を供給するための複数の流路を備えた電極と、流量あるいは圧力の一方もしくは双方が制御可能な電解液供給機能を備え、前記電極に設けた複数の流路から供給する電解液の流量あるいは圧力の一方もしくは双方を制御することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記電極に備えた流路から供給する電解液の圧力変化をモニタリングし、前記電極に備えた複数の流路から供給する電解液の流量あるいは圧力の一方もしくは双方を該複数の流路で変化させて電極の先端に電解液を供給することを特徴とする請求項１記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電解液の圧力変化の出力値を取得し、圧力の低下を検知した近傍の流路より供給する電解液の供給圧力を上昇させることを特徴とする請求項２記載の電解加工装置。
【請求項４】
前記電解液の流量変化の出力値を取得し、流量の低下を検知した近傍の流路より供給する電解液の供給流量を上昇させることを特徴とする請求項２あるいは３のいずれかに記載の電解加工装置。
【請求項５】
電気化学作用により、電極と電解液を用いて被削材を除去加工する電解加工方法において、電解液を供給するための複数の流路を備えた電極と、流量あるいは圧力の一方もしくは双方が制御可能な電解液供給機能を備え、前記電極に設けた複数の流路から供給する電解液の流量あるいは圧力の一方もしくは双方を制御することを特徴とする電解加工方法。
【請求項６】
前記電極に備えた流路から供給する電解液の圧力変化をモニタリングし、前記電極に備えた複数の流路から供給する電解液の流量あるいは圧力の一方もしくは双方を該複数の流路で変化させて電極の先端に電解液を供給することを特徴とする請求項５記載の電解加工方法。
【請求項７】
前記電解液の圧力変化の出力値を取得し、圧力の低下を検知した近傍の流路より供給する電解液の供給圧力を上昇させることを特徴とする請求項６記載の電解加工方法。
【請求項８】
前記電解液の流量変化の出力値を取得し、流量の低下を検知した近傍の流路より供給する電解液の供給流量を上昇させることを特徴とする請求項６あるいは７のいずれかに記載の電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解加工装置および電解加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の被加工物を加工する電気化学的加工装置として、電極を用いて電解加工液を供給しながら各電極と被加工物との間に直流電圧を印加して行われる電解作用により、被加工物の被加工部の金属を電解加工液中に溶出させて被加工物に穿孔する電気化学的加工装置が知られている。
【０００３】
本技術分野の背景技術として、特開２０１１-１６１５２７号公報（特許文献１）がある。この公報には、被加工物に電解加工液で溶解しない不溶解物が混在していても、電解加工の精度および効率を更に一層向上させる方法が記載されている。
【０００４】
また、特表２００３−５１２１８９号公報（特許文献２）がある。この公報には、電極と被加工物との間への電解液の供給を、電極に設けた電解液供給孔を通じて行い、電極に振動を付加しながら電極と被加工物との間に電圧を印可することによって、スラッジ（加工屑）を排出しながら電解加工する電解加工方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６１５２７号公報
【特許文献２】特表２００３−５１２１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、電解加工液を各電極の先端から供給させながら、被加工物に対して穴加工を行い、電解加工の開始後基準時間経過したとき、各電極を所定量上昇させ、一定時間経過した後、再び電極を下降させる方法が記載されている。しかし、この方法では、電極からの電解液の供給が一定であるため、電解液の供給量や圧力は変化しない。このような加工では、例えば加工形状の一端面が開放されている場合では、電極底面の電解液の流れが一様とならず、精度が低下することが場合がある。この場合は電極の移動速度を低く設定せざるを得ず加工能率が低下することが考えられる。
【０００７】
特許文献２には、電極に振動を付加しながら電極と被加工物との間に電圧を印可することによって、スラッジ（加工屑）を排出しながら電解加工する電解加工方法が記載されている。しかし，振動を付加することではスラッジの排出には効果があるものの、電解加工液の供給は一定であるため、加工形状の一端面が開放されている場合では、電極底面の電解液の流れが一様とならず、精度が低下する場合がある。この場合は電極の移動速度を低く設定せざるを得ず加工能率が低下することが考えられる。
【０００８】
そこで、本発明は、複雑な穴形状や、加工部の一面が開放形状となっている場合でも、加工能率と加工形状の精度を両立する電解加工方法および電解加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
電気化学作用により、電極と電解液を用いて被削材を除去加工する電解加工装置において、電解液を供給するための複数の流路を備えた電極と、流量あるいは圧力の一方もしくは双方が制御可能な電解液供給機能を備え、前記電極に設けた複数の流路から供給する電解液の流量あるいは圧力の一方もしくは双方を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明の更なる課題、手段、効果は以下明細書全体より明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
電解液の流れの分布を制御することで、能率と精度を両立した加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の構成図である。
【図２】実施例１の説明図である。
【図３】実施例１の説明図である。
【図４】実施例１の説明図である。
【図５】実施例１の全体構成図である。
【図６】実施例２の構成図である。
【図７】実施例２の説明図である。
【図８】実施例２の全体構成図である。
【図９】電解加工の際のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施例１の電解加工装置の構成図の一例を示している。図１において１は電極、２は被削材であり、３は電極１の内部に形成した電解加工液の流路、４は電解加工によって除去された被削材２のスラッジである。本実施例では、電極に複数の電解加工液の流路３を設けている。
【００１５】
図１の例においては、電極１に４本の流路３が形成されている。なおこれは一例であり1本以上の別の本数を設ける場合も含まれる。加工を進行させる際には、電極図１を被削材２に対して垂直に下降させると同時に、流路３より電解加工液を電極１の底面に供給する。これにより電極１の底面に対向する被削材1の面が電気分解により加工される。
【００１６】
図１に示す加工装置の構成図において、電解加工を進行させる場合の状態を、図２を用いて説明する。図２は、被削材２に直方体形状の凹部を形成する際の加工進行図を示したものである。図２（ａ）は、加工開始時の状態を示したもので、被削材２の上部に所定のクリアランスを設けて電極１が位置している。クリアランスの値は、被削材や電解加工液によって設定されるべき値であるが、通常は０．０５〜０．５ｍｍに設定される。図２（ａ）の点線２０は、加工終了位置を示している。図２（ａ）の状態より、電極１に形成した流路３から電解加工液を電極１の底面より供給する。これにより、電極１と被削材２の間には、電解加工液が常に存在供給される。この状態で、電極１と被削材２の間に、電源５により被削材２がプラス極、電極１がマイナス極となるように５〜２０Ｖの電圧をかけて電流を流す。このときの電流密度はおよそ３０〜２００Ａ／ｃｍ２である。
【００１７】
電極１と被削材２の間に電流が流れることで、電解作用によって被削材は電気分解され、除去加工が開始される。除去加工が進行すると電極１の底面に対面する被削材２の上面が徐々に除去されるため、電気分解される速度に応じて、電極１を下降させる。電極１の下降と、流路３からの電解加工液の供給を連続的に実施されることで、被削材２に対して、電極１の底面形状とほぼ相似形状に除去加工を行うことができる。
【００１８】
図２（ｂ）は、ほぼ半分の深さまで除去加工が進行した状態を示している。図２（ｂ）において、４は電気分解によって除去された被削材のスラッジである。除去加工の際に、電極１には、流路３が複数あることにより、電解加工を進行させる際の電極底面での電解加工液の流れを均一かつ流量を増大させ、効率よくスラッジを電極底面より除去することで電解加工を安定して進行させることが可能となる。
【００１９】
もしスラッジなどが滞留すると電解加工を均一に進行させるための加工液のＰＨや電極から供給される電流値が不均一となり、加工能率が低下する。また、部分的に滞留した部分が未加工部として残存、または加工進行が遅れて、形状精度の低下の要因となる。図２（ｃ）は、更に加工を進行させて、所定の加工深さまで達した状態を示している。上記に示したように、複数の流路を設けることで、電解加工液の供給量や流速を十分に確保することができるため、スラッジの排出を円滑に行うことができ、安定した加工を行うことが可能である。
【００２０】
引き続き図３において説明を続ける。電極１は、４本の流路３が形成され、電解加工液が供給される。図１と同様にそれぞれの流路より電解加工液を供給すると同時に、電極１を下降することで、電極１の底面と相似形状に被削材２を除去加工できる。
【００２１】
図３に示す加工形状の場合では、加工物の目的形状が、電極右側の端面部が開放形状となるような不均一な形状となっている。この場合、加工の進行に応じて電解加工液の流れが不均一となり、除去加工が不安定となる。
【００２２】
この状態を図４を用いて説明する。図４は、被削材２に図３に示した直方体形状の凹部を、被削材２の端面部に形成する際の加工進行図を示したものである。
【００２３】
図４（ａ）は、加工開始時の状態を示したもので、被削材２の上部に所定のクリアランスを設けて電極１が位置している。図４（ａ）の点線２０は、加工終了位置を示している。図４（ａ）の状態より、電極１に形成した流路３から電解加工液を電極１の底面より供給する。これにより、電極１と被削材２の間には、電解加工液が常に存在供給される。この状態で、電極１と被削材２の間に、電源５により被削材２がプラス極、電極１がマイナス極となるように５〜２０Ｖの電圧をかけて電流を流す。電極１と被削材２の間に電流が流れることで、電解作用によって被削材は電気分解され、除去加工が開始される。
【００２４】
図４（ａ）に示す加工初期の状態では、流路３から供給される電解加工液の流れは、電極の外周方向に一様状態となるため、複数の流路３から供給される電解加工液の流量・圧力は一定でよい。図４（ｂ）は、ほぼ半分の深さまで除去加工が進行した状態を示している。図４（ｂ）の状態では、電極１の左側面は、加工進行によって壁面が存在する。一方で、反対面となる電極１の右側面では、開放形状であるため壁面が存在しない。このため、電極１の流路３から供給される電解加工液は、流路抵抗の少ない開放側により多くの電解加工液が流れるようになる。このような状態になると、電極左側の底面でのスラッジの排出性が悪くなり、電極１の底面での加工速度が不均一状態となる。
【００２５】
そこで、加工速度の不均一性を低減させるため、加工進行に応じて複数の流路３から供給する電解加工液の流量、圧力を変化させた。具体的には、図４（ｂ）の状態では、流路３における３ａ、３ｂ側の流路より供給される電解加工液の流量、圧力を増加する。これにより電極１の左側壁面に近い部分でのスラッジの排出性の悪化が抑制され、電極１の底面において電解加工液の流れによるスラッジの排出が均一化し、除去加工が安定した状態となる。
【００２６】
図４（ｃ）は、更に加工を進行させて、所定の加工深さまで達した状態を示している。上記に示したように、複数の流路３を設け、流路３の３ａ〜３dから供給される電解加工液の流量、圧力を加工の進行に応じて変化するように制御することで、電極１の底面に供給される電解加工液の供給量や流速を十分に確保することができるため、スラッジの排出を円滑に行うことができ、安定した加工を行うことが可能である。以上により、電極の下降速度を保ちかつ加工面の形状精度を維持した状態で加工を進行させることが可能となり、加工能率、形状精度に優れた電解加工が実現できる。
【００２７】
なお上記説明では流路を通る電解液の流量あるいは圧力の少なくともいずれかを加工の進行状況に応じて変化させた例を説明したが、予め目的の加工形状に応じて流路を通る電解液の流量あるいは圧力の少なくともいずれか異ならしめるようにしても一定の効果を得られるものであり、そのような構成を本発明は含むものである。
【００２８】
図５は、電解加工装置の全体構成図を示している。図５において、１は電極、２は被削材であり、３は電解加工液を供給する流路である。電極１と被削材２は、電源５に接続されており、電源５より電圧がかかり、電流が流れる構造となっている。被削材２は加工テーブル７上に設置している。６は電解加工液槽であり、供給された電解液を所定量保持し、また外部に飛散させない機能を有する。電解加工液槽にたまった電解加工液は、８に示した電解液処理部でスラッジを除去し、加工液のＰＨ、温度を調整した後、９に示す電解液供給部により電極１に設けた流路３より電解加工液を供給する構造となっている。電解液供給部９には、電解液供給の流量と圧力を調整する機能により、複数ある流路３の個々に独立して流量、圧力を設定することもできる。
【実施例２】
【００２９】
図６に示す本実施例の構成図では、図１の構成に加え、電極１の底面にセンサ１０を備えており、センサ１０とセンシング部１１によって電極１と被削材２の間に存在する電解加工液の圧力をモニタリングすることを可能としている。このように、加工中の電極１と被削材２の間に存在する電解加工液の圧力をモニタリングしながら加工を進行することで、流路３より供給する電解加工液の圧力、流量を制御して加工を進行させることにより、スラッジ４の排出性を向上させ、加工能率と加工精度に優れた電解加工を進行させることが可能となる。
【００３０】
図７用いてさらに説明する。図７において、電極１には、４本の流路３が形成され、電解加工液が供給される。電極１の底面には、センサ１０を備えており、センサ１０とセンシング部１１によって電極１と被削材２の間に存在する電解加工液の圧力をモニタリングすることを可能としている。図６と同様にそれぞれの流路より電解加工液を供給すると同時に、電極１を下降することで、電極１の底面と相似形状に被削材２を除去加工できる。特に、図７に示す加工形状の場合では、電極右側の端面部が開放形状となっている。この場合、加工の進行に応じて電解加工液の流れが不均一となり、除去加工が不安定となる。このとき、センサ１０とセンシング部１１によって電極１と被削材２の間に存在する電解加工液の圧力を流路３の個々の流路３ａ〜３ｄの位置でモニタリングすることにより、加工進行に応じた電解加工液の変化を検知することが可能となる。
【００３１】
本実施例の概念は、加工進行中にセンサ１０によってモニタリングした圧力変化に応じて、複数の流路３から供給する電解加工液の流量、圧力を変化させることである。具体的には、流路３における３ａ、３ｂ側の流路より供給される電解加工液の流量、圧力を増加する。これにより電極１の左側壁面に近い部分でのスラッジの排出性の悪化が抑制され、電極１の底面において電解加工液の流れによるスラッジの排出が均一化し、除去加工が安定した状態となる。
【００３２】
このように、加工中の電極１と被削材２の間に存在する電解加工液の圧力をモニタリングしながら加工を進行することで、流路３より供給する電解加工液の圧力、流量を制御して加工を進行させることにより、スラッジ４の排出性を向上させ、加工能率と加工精度に優れた電解加工を進行させることが可能となる。
【００３３】
図８は、電解加工装置の全体構成図である。電源５により電極１と被削材２に電圧がかかり、電流が流れる構造である。被削材２は加工テーブル７上に設置している。６は電解加工液槽である。電解加工液槽６にたまった電解加工液は、電解液処理部８でスラッジを除去し、加工液のＰＨ、温度を調整した後、電解液供給部９により電極１に設けた流路３より電解加工液を供給する構造となっている。電解液供給部９には、電解液供給の流量と圧力を調整する機能により、複数ある流路３の個々に独立して流量、圧力を設定可能である。電極１の底面には、センサ１０を備えており、センサ１０とセンシング部１１によって電極１と被削材２の間に存在する電解加工液の圧力をモニタリングすることを可能としている。
【００３４】
次に、図９に、センサ１０とセンシング部１１を用いて、加工中の電解加工液の流量、圧力を制御するフローチャートを示す。
【００３５】
（１）まず、計測処理Ｓ１０２によって、圧力センサ１０による出力値を取得し、センサ圧力変化検知処理により、上記圧力センサ１０の出力値から、圧力変化値を取得し、変化がある場合には圧力が変化したセンサに近い流路より供給する電解液の供給圧力を上昇する（Ｓ１０３）。
【００３６】
（２）次にセンサ圧力変化検知値より流量変化を検知する（Ｓ１０４）。変化がある場合には、流量が変化したセンサに近い流路より供給する電解液の供給流量を上昇する（Ｓ１０５）
（３）次に、所定深さまで除去加工が到達したかを検知する（Ｓ１０６）。到達していない場合には、Ｓ１０２処理からＳ１０６処理を継続し、所定深さまで到達している場合には加工を終了する。
【００３７】
これまでの説明では電極にセンサ１０を設置して圧力を計測できるようにした例を地示したが、電極にセンサ１０を設置する代わりに、流路３から供給される電解加工液の個々の圧力あるいは流量の少なくともいずれかのフィードバック値をモニタリングする計測装置を設けて圧力あるいは流量変化に応じた流量の制御を行ってもよい。この場合は電極にモニタセンサが不要となるため、電極の構造が単純化される。
【００３８】
以上に示した構造の電解加工装置と電解加工方法を実施することで、流路３より供給する電解加工液の圧力、流量を制御して加工を進行させることにより、スラッジ４の排出性を向上させ、加工能率と加工精度に優れた電解加工を進行させることが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
【００４０】
また、実施例の構成の一部を別の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、実施例の構成に別の実施例の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…電極
２…被削材
３…電極内部に設けた電解加工液の流路
４…スラッジ
５…電極と被削材に電位差を与える電源
６…電解加工液槽
７…加工テーブル
８…電解液処理部
９…電解液供給部
１０…圧力センサ
１１…圧力センサのセンシング部
【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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【図９】
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