(57)【要約】【課題】新たな給電経路により電気的回路特性を改善するにある。【解決手段】電極支持台２に支持される棒状電極１と被加工物３との間に放電加工電源４の電流電圧を印加しながら、電極支持台２と被加工物３との間の相対移動により放電加工を行う放電加工装置において、前記棒状電極１の先端部寄りの部分に機械的に嵌められかつ同棒状電極に電気的に結合された導電性の筒状ガイド１１を備え、同筒状ガイド１１は放電部位である前記棒状電極１の先端部とは反対側の部分で同棒状電極１に電気的に結合され、前記加工電源４からの２本の接続リードの一方５ａは前記被加工物３に接続され、前記接続リードの残る他方５ｂは前記筒状ガイド１１の他端側に電気的に接続された放電加工装置。【選択図】　　　　図１
2004122316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極支持台に支持される棒状電極と被加工物との間に放電加工電源の電流電圧を印加しながら、電極支持台と被加工物との間の相対移動により放電加工を行う放電加工装置において、前記棒状電極の先端部寄りの部分に機械的に嵌められかつ同棒状電極に電気的に結合された導電性の筒状ガイドを備え、同筒状ガイドは放電部位である前記棒状電極の先端部とは反対側の部分で同棒状電極に電気的に結合され、前記加工電源からの２本の接続リードの一方は前記被加工物に接続され、前記接続リードの残る他方は前記筒状ガイドの他端側に電気的に接続されたことを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】
前記加工電源からの２本の接続リードの一方は前記被加工物に接続され、前記接続リードの他方は前記筒状ガイドの他端側にブラシによって電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
【請求項３】
前記加工電源の電流波形は、パルス的若しくは高周波数の交流であり、前記筒状ガイドは装置固定部に固定され、前記棒状電極はその長さ方向中心軸線を中心として回転する回転電極であり、前記加工電源からの前記接続リードの一方は被加工物に直接接続されると共に前記接続リードの他方は固定された前記筒状ガイドに直接接続され、回転される前記棒状電極と前記筒状ガイドとの前記電気的接続は、放電部位の加工物と回転電極との間の電気的容量に比べて、放電過程に影響しないような大きな容量を有し、放電を発生しない大きな間隙を介して容量結合的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
【請求項４】
前記加工電源が供給する電流波形は、パルス的若しくは高周波数の交流であり、前記棒状電極と前記筒状ガイドとは機械的に固定関係におかれ、前記棒状電極はその長さ方向中心軸線を中心として回転する回転電極であり、前記棒状電極と前記筒状ガイドとは電気的に直接に接続され、前記加工電源からの前記接続リードの一方は被加工物に直接接続され、前記接続リードの他方は、前記筒状ガイドを取り囲んで設けられた容量結合電極に接続され、この容量結合電極の電気的容量は放電過程に影響しないように放電部位の加工物と回転電極との間の電気的容量に比べて大きく、前記容量結合電極と前記筒状ガイドとの間隙は放電を発生しない大きな間隙を有することを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電加工装置に関し、特に、例えばナノ秒オーダの短パルス電流による微細放電加工装置に関する。
【０００２】
最近、１回の放電に際して、加工に費やされる電荷量が数マイクロクーロン乃至サブナノクーロンで放電加工を行うと、原子結合サイズが数ナノメートルで、その分布の均一度が優れている緻密かつ均一な被加工物に関しては、従来の放電加工では実現が困難であったような加工面アラサの山、谷の起伏差異で０．１ミクロンメートル以下の鏡面が、一回の放電加工で実現できる成果が得られ始めている。
なお、本明細書において、″微細″とは放電電荷量の微細なことを指称するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
元来、放電加工は、他の加工方法に比べて、サイズ的に小さくかつ形状が複雑な場合の加工に多く用いられているが、加工面が放電電荷量に応じて定まる溶解クレーターの深さ、バリ、広がりにより、鏡面とは程遠いザラザラの加工面、あるいは、梨地面程度しか得られず、このため、複雑な形状の面の仕上げは手間暇を掛けて別に行うのが常態であった。
放電加工における電極の形状としては、特開平８−２２９７４５、または特開平５−３０１１２４に示されているように細長い針状（円柱または円筒状）の形状をしており、根本の部分を保持して給電され、先端部分がワークとの間で放電を起こす部分となっている。
このような構造では、給電部分から先端までの長さが長くなり、高周波数かつ短パルスの放電には大変不利となる。すなわち、この長さのもつインダクタンスのために、パルスがなまったり波高値が小さくなったりするという問題がある。
【０００４】
しかも、市場要求の高度化に伴い、被加工物のサイズが微細化するにつれて、放電加工後のこのような面仕上げでは対応できない事態も増加している。
被加工物の材料の選択と放電電荷量の微細化による加工面の改善は、上述のように可能であるけれども、実際の放電電荷量の微細化実現には、放電電源の加工電流の時間的波形挙動の制御のみでは到達できず、加工電極に至る給電の電気的回路の特性を示す途中の経路の分布容量、つまり、分布インダクタンスをできる限り極小化することが重要である。
【０００５】
また、放電加工装置においては、棒状電極の消耗による幾何学的形状変化の影響を低減するため、棒状電極を回転させることが多いが、このような回転棒状電極による加工では、切削加工におけるフライス加工のような送り運動で、被加工物と棒状電極の相対的位置の連続的制御により所望の加工形状が得られる。
このような回転棒状電極を用いた加工の場合、電極消耗が進み過ぎないうちに、棒状電極を交換することもよく行われる。しかし、このような棒状電極交換の際、チャックに取り付けられた段階では、偏芯して取付けられた場合、棒状電極の芯が出ていないために、このまま回転させると、振れが大きくて、安定した放電加工間隙を確保できないので、しばらく別の被加工面に対して、ドレッシングと等価な操作により、棒状電極の回転時の形状を、回転振れを著しく低減した形状にした上で、実際の放電加工を行うことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高精度の放電加工を行う場合、被加工物に比べて棒状電極は構造的に細長く、剛性が低いので振動し易い。このため、回転棒状電極の振動を回避するため、棒状電極を保持する共振周波数の高い高剛性のチャックや電極支持台を使用する必要から、これらの機械的支持部分の幾何学的サイズはある程度大きくなる。
回転時の棒状電極の挙動と幾何学的サイズの増大の関係から、加工電荷の給電経路の電気的回路特性を改善することは、微細放電加工の実現のために非常に重要である。
【０００７】
棒状電極に対する給電経路を図４を用いて具体的に説明すると、図４は従来の放電加工装置の給電経路を示し、放電加工用の棒状電極１は全体を２点鎖線で示す電極支持台２の導電性チャック２ａに機械的に支持され、棒状電極１は図示を省略する駆動モータにより矢印Ａに示すようにチャック２ａと共に回転駆動される。
また、放電加工される被加工物３は矢印Ｂで示すように棒状電極１に対して相対的に送られ、被加工物３と棒状電極１の先端部との間に”放電ギャップＧ”が形成され、同”放電ギャップＧ”に生じる放電により微細加工が行われる。
【０００８】
図４において、加工電源４からの接続リード５ａは端子６により被加工物３に接続され、前記残る接続リード５ｂはブラシ７を経由して、前記チャック２と一体のスリップリング８に電気的に接続される。つまり、棒状電極１に対してはチャック２ａの一部を経て加工電源４から印加された電流が流れる。このため、棒状電極１に対する給電経路は、ブラシ７→スリップリング８→チャック２ａ→棒状電極１の基端部→棒状電極１の先端部といった長大な経路になる。
つまり、この給電経路が長大であれば、その電気的インダクタンスが大きくなり、高速の立ち上がり、立ち下がりのパルス波形電流や高周波交流波形電流を加工電源４から放電部位に供給しようとしても、棒状電極１に流れる加工電流の変化が同給電経路のインダクタンスと、変化速度（角周波数）の積に比例して阻害されることになる。即ち、棒状電極１の先端部の”放電ギャップＧ”部位に、所望の微細な放電電荷を所定の短時間に供給することは不可能になり、従って微細な放電加工を実現することは困難となる。
【０００９】
また、前述したように、被加工物の加工部位のサイズが小さくても、高精度の放電加工を行うには、棒状電極を支持する構造体の剛性を高めることが必須であるため、前述した構造では、給電経路の回路的構造の幾何学的サイズはある程度の大きさになる。
【００１０】
本発明の目的は、相対的に剛性の小さな棒状電極に対して剛性を保つためにある程度の大きさになるならざるを得ない機械的構造体を介した給電経路の問題に鑑み、新たな給電経路により電気的回路特性を改善するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、電極支持台に支持される棒状電極と被加工物との間に放電加工電源の電流電圧を印加しながら、電極支持台と被加工物との間の相対移動により放電加工を行う放電加工装置において、前記棒状電極の先端部寄りの部分に機械的に嵌められかつ同棒状電極に電気的に結合された導電性の筒状ガイドを備え、同筒状ガイドは放電部位である前記棒状電極の先端部とは反対側の部分で同棒状電極に電気的に結合され、前記加工電源からの２本の接続リードの一方は前記被加工物に接続され、前記接続リードの残る他方は前記筒状ガイドの他端側に電気的に接続された放電加工装置を提案するものである。
【００１２】
後述する本発明の好ましい実施例の説明においては、
１）前記加工電源からの２本の接続リードの一方は前記被加工物に接続され、前記接続リードの他方は前記筒状ガイドの他端側にブラシによって電気的に接続された放電加工装置、
２）前記加工電源の電流波形は、パルス的若しくは高周波数の交流であり、前記筒状ガイドは装置固定部に固定され、前記棒状電極はその長さ方向中心軸線を中心として回転する回転電極であり、前記加工電源からの前記接続リードの一方は被加工物に直接接続されると共に前記接続リードの他方は固定された前記筒状ガイドに直接接続され、
回転される前記棒状電極と前記筒状ガイドとの前記電気的接続は、放電部位の加工物と回転電極との間の電気的容量に比べて、放電過程に影響しないような大きな容量を有し、放電を発生しない大きな間隙を介して容量結合的に接続された放電加工装置、
３）前記加工電源が供給する電流波形は、パルス的若しくは高周波数の交流であり、
前記棒状電極と前記筒状ガイドとは機械的に固定関係におかれ、前記棒状電極はその長さ方向中心軸線を中心として回転する回転電極であり、前記棒状電極と前記筒状ガイドとは電気的に直接に接続され、前記加工電源からの前記接続リードの一方は被加工物に直接接続され、前記接続リードの他方は、前記筒状ガイドを取り囲んで設けられた容量結合電極に接続され、この容量結合電極の電気的容量は放電過程に影響しないように放電部位の加工物と回転電極との間の電気的容量に比べて大きく、前記容量結合電極と前記筒状ガイドとの間隙は放電を発生しない大きな間隙を有する放電加工装置
が説明される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図３について本発明の実施例の詳細を説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例を示し、棒状電極１は全体を２点鎖線で示す電極支持台２の導電性チャック２ａに機械的に支持され、棒状電極１は機械的剛性の高い電極支持台２及びチャック２ａにより堅牢に保持される。
【００１５】
また、放電加工される被加工物３は矢印Ｂで示すように棒状電極１に対して相対的に送られ、被加工物３と棒状電極１の先端部との間の”放電ギャップＧ”に生じる放電により微細加工が行われる。
【００１６】
第１実施例の特徴は棒状電極１の先端部寄りの部分に嵌められた導電性筒状ガイド１１にあり、この筒状ガイド１１の内部には棒状電極１の基部寄りの部分に密着された導電スリーブ１２が固定してある。
また、前記筒状ガイドの先端部寄りの部分には筒状ガイド１１の外周面の回りに均一なギャップｇ１を形成された供給リング１３が位置され、この供給リング１３には加工電源４からのリード線５ｂの端子１４が結合されると共に、加工電源４の他方のリード線５ａは被加工物３に直接接続される。
なお、供給リング１３と筒状ガイド１１との間のギャップｇ１はこの部位で放電現象が発生しないように、大きな値とする必要があり、そして、結合容量は、放電部位の棒状電極１と被加工物３との結合容量に影響を与えないように、同結合容量の１００倍以上程度の容量をもたせる必要がある。
【００１７】
第１実施例による放電加工装置は、以上のような構成であるから、加工電源４からの加工電流は、電気的結合部材である供給リング１３を介して直接に棒状電極１に接続された状態となる。つまり、加工電源４のリード線５ｂからの印加電流は供給リング１３の位置から右向きに筒状ガイド１１→導電スリーブ１２→棒状電極１へ流れ、この棒状電極１で左向きに折り返して”放電ギャップＧ”に到達することになる。
この結果、給電経路の大きさが実質的に省略され、リード線５ｂの端子１４が棒状電極１の先端部の極近くにあるのと同じ状態になる。したがって、供給リング１３→筒状ガイド１１へ流れる右向きの電流は電磁的には棒状電極１を左向きに流れる電流に打ち消され、これらの間の電気的インダクタンスの影響は等価的になくなる。
【００１８】
したがって、給電経路が実質的に省略され、リード線５ｂの端子１４が棒状電極１の先端部の極く近くにあるのと同じ状態になるから、高速のパルス波形電流や高周波交流波形電流を加工電源４から放電部位に供給しても、給電経路のインダクタンスに阻害されることがなくなる。つまり、棒状電極１の先端部の”放電ギャップＧ”部位に、所望の微細な放電電荷を短時間に供給することが可能になり、微細な放電加工を実現できる。
【００１９】
図２は本発明の第２実施例を示し、図１と同一構造部分については同一符号を付して示してある。
第２実施例の場合、図１の供給リング１３が除去され、筒状ガイド１１に対しては、ブラシ１５を介して加工電源４の電流がリード線５ｂの端子１４から印加される。
【００２０】
したがって、このような第２実施例の構成によっても、図１の場合と同様に、リード線５ｂの端子１４が棒状電極１の先端部の極く近くにあるのと同じ状態になり、棒状電極１の先端部の”放電ギャップＧ”部位に、所望の微細な放電電荷を短時間に供給することが可能になり、微細な放電加工を実現できる。
【００２１】
図３は本発明の第３実施例を示し、図２の場合と同様に、図１と同一構造部分については同一符号を付して示してある。
第３実施例の場合、棒状電極１Ａは全体を２点鎖線で示す電極支持台２Ａの導電性チャック２ａに機械的に支持され、棒状電極１Ａは機械的剛性の高い電極支持台２Ａ及びチャック２ａにより堅牢に保持される点では同一であるが、チャック２ａは図示を省略する電動モータにより矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００２２】
また、放電加工される被加工物３Ａは矢印Ｂで示すように回転駆動される棒状電極１Ａに対して相対的に送られ、被加工物３Ａと棒状電極１Ａの先端部との間の”放電ギャップＧ”に生じる放電により微細加工が行われる。
【００２３】
第３実施例においても、棒状電極１Ａの先端部寄りの部分に嵌められた導電性筒状ガイド１１Ａが設けられており、この筒状ガイド１１Ａの内部には棒状電極１Ａの基部寄りの部分に密着された導電スリーブ１２Ａが固定してある。
この導電スリーブ１２Ａの外径と筒状ガイド１１Ａの口径との間には均一なギャップｇ２が形成される。ギャップｇ２はこの部位で放電現象が発生しない大きな値とされ、その結合容量が放電部位の棒状電極１Ａと被加工物３Ａとの結合容量に影響を与えないように、同結合容量の１００倍以上程度の容量とされる。
また、前記筒状ガイド１１Ａの先端部寄りの部分には筒状ガイド１１Ａに固定された供給リング１３Ａが位置され、この供給リング１３Ａには加工電源４からのリード線５ｂが結合されると共に、加工電源４の他方のリード線５ａは被加工物３Ａに直接接続される。
【００２４】
第３実施例による放電加工装置は、以上のような構成であるから、加工電源４のリード線５ｂからの印加電流は供給リング１３Ａの位置から右向きに筒状ガイド１１Ａへ流れ、この筒状ガイド１１Ａに容量結合される導電スリーブ１２Ａから棒状電極１Ａを左向きに流れる。
この結果、給電経路の大きさが実質的に省略され、リード線５ｂの端子１４が棒状電極１Ａの先端部の極近くにあるのと同じ状態になる。
したがって、供給リング１３Ａ→筒状ガイド１１Ａへ流れる右向きの電流は電磁的には棒状電極１Ａを左向きに流れる電流に打ち消され、これらの間の電気的インダクタンスの影響は等価的になくなる。
【００２５】
よって、第１実施例及び第２実施例の場合と同様に、給電経路の大きさが実質的に省略され、リード線５ｂの端子１４が棒状電極１Ａの先端部の極く近くにあるのと同じ状態になるから、高速のパルス波形電流や高周波交流波形電流を加工電源４から放電部位に供給しても、給電経路のインダクタンスに阻害されることがなくなる。つまり、棒状電極１Ａの先端部の”放電ギャップＧ”部位に、所望の微細な放電電荷を短時間に供給することが可能になり、微細な放電加工を実現できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、放電加工用棒状電極が力学的に剛性を保つようなサイズを有する場合でも、等価的に供給経路の電気的回路特性が大幅に改善されるので、微細放電加工のための微小な放電電荷量を得ることができる。
また、本発明においては、棒状電極が回転する場合でも、機械的接触部を給電経路に持つ場合に比べて、回転の速度に依存せず、極めて安定で、良好な放電加工電流の時間波形を実現でき、安定な微細放電加工を可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による放電加工装置の要部拡大断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による放電加工装置の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の第３実施例による放電加工装置の要部拡大断面図である。
【図４】従来の放電加工装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ　　　　　　棒状電極
２，２Ａ　　　　　　電極支持台
３，３Ａ　　　　　　被加工物
４　　　　　　　　　加工電源
１１，１１Ａ　　　　筒状ガイド
１２，１２Ａ　　　　導電スリーブ
１３，１３Ａ　　　　供給リング
１５　　　　　　　　ブラシ
ｇ１，ｇ２　　　　　ギャップ
Ｇ　　　　　　　　　放電ギャップ
【図１】
2004122316.tif 000003
【図２】
2004122316.tif 000004
【図３】
2004122316.tif 000005
【図４】
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