(57)【要約】【課題】微細加工においても、放電発生率ηを向上させて加工速度を向上させたり、パルス時間幅を狭くしたり印加電圧を低くしたりしても放電発生率ηを維持できるようにして被加工物表面の仕上がり品質を向上させる。【解決手段】被加工物３との間に放電パルスを発生せしめて行う放電加工用電極１において、放電パルスが発生する部位、又はその近傍に、放射性金属を含有させる。該放射性金属から放射される放射線は、被加工物３及び放電加工用電極１の間にある物質、通常は純粋や油などのいわゆる加工液などに影響を及ぼし、該物質の電離を助長するように作用する。従って、放電発生率ηが向上する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物、及び該被加工物に対して間隙を保って配置した電極の間に放電パルスを発生せしめて行う、該被加工物の表面の加工に該電極として用いる放電加工用電極において、
前記放電パルスが発生する部位の少なくとも一部、又はその近傍に、放射性金属を含有させるようにしたことを特徴とする放電加工用電極。
【請求項２】
請求項１に記載の放電加工用電極において、
電極材質は、タングステン及びコバルトのそれぞれの微細粉末を少なくとも含むものを焼結して得られる超硬材とし、
該超硬材に中性子を照射して、前記コバルトの原子を放射性コバルト原子に置換することで前記放射性金属とし、
マイナス極として用いるようにしたことを特徴とする放電加工用電極。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の放電加工用電極を備えたことを特徴とする放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物、及び該被加工物に対して間隙を保って配置した電極の間に放電パルスを発生せしめて、該被加工物を放電加工する、放電加工機、型彫放電加工機、ワイヤ放電加工機、マイクロ放電加工機、創成放電加工機その他に用いる該電極として好適な放電加工用電極、及び、放電加工装置に係り、特に、微細加工においても、放電加工用電極に印加する放電パルスのパルス時間幅や電圧などの条件が同じでも放電発生率ηを向上させて加工速度を向上させたり、パルス時間幅を狭くしたり印加電圧を低くしたりしても放電発生率ηを維持できるようにして被加工物表面の仕上がり品質を向上させたりすることができる放電加工用電極、及び、放電加工装置に関する。特に本願発明は、マイクロ放電加工に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
放電加工では、加工物及び放電加工用電極の間に印加する電圧（以下ギャップ電圧と呼ぶ）のパルス時間幅（以下単にパルス幅呼ぶ）が広いと、被加工物表面の仕上がりが梨地になるなど、仕上がり品質が低下する。従って、要求される仕上がり品質に応じてパルス幅を狭くするようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルス幅を狭くすると、電圧パルスは印加されているにもかかわらず、放電が発生しないという現象が多発するようになる。特に、被加工物が小さく、従って電極対向面積が小さい場合や、ギャップ電圧が低い場合は、顕著にこのような現象が発生する。
【０００４】
このように放電が発生しない原因は、被加工物及び放電電極の間の電極間物質、即ち純水や油などのいわゆる加工液を電離するために、それ相当の時間を要するためである。
【０００５】
放電発生率ηを次のように定義する。
【０００６】
放電発生率η＝｛（放電発生数）／（印加パルス数）｝×１００［％］
【０００７】
ここで、上記の式において、「印加パルス数」はギャップ電圧のパルスの印加数であり、「放電発生数」は該電圧パルス印加時に発生した放電パルス数である。従って上記の式において、ギャップ電圧のパルス印加時に必ず放電パルスが発生する場合は、放電発生率ηは１００％になる。
【０００８】
およその実例を示すと、ギャップ電圧が１００Ｖで、該電圧印加のパルス幅が１０ナノ秒の場合、放電発生率ηは、高々１％程度に過ぎない。但し、同じギャップ電圧でもパルス幅が１０マイクロ秒の場合には、放電発生率ηは、１００％に限りなく近くなる。もっとも、パルス幅が１０ナノ秒の場合には加工面として、鏡面に近い亜鏡面が得られるものの、１０マイクロ秒の場合には、加工面は梨地状で極めて荒くなる。
【０００９】
なお、パルス幅を狭くしても、ギャップ電圧を高めると放電発生率ηを改善できることを確認している。しかしながら、ギャップ電圧を高めると、加工面が梨地状になり品質が低下するという問題がある。
【００１０】
被加工物がある程度大きいと、放電加工用電極との対向面積が広くなり、対向面積が狭い場合に比べて放電発生率ηは高くなる。一般に０．２ｍｍ×５０ｍｍ程度の対向面積までは、面積のべき乗に比例して放電発生率ηは向上するとされている。このような放電発生率η及び対向面積の関係は、当業界では慣用用語で面積効果と呼んでいる。
【００１１】
しかしながら、微細加工の需要として、５μｍ×５μｍ〜２５μｍ×１００μｍといった狭い面積の加工も多いので、このような面積についても放電発生率ηが低下しないようにしなければならない。
【００１２】
以上から、微細加工で、しかも亜鏡面加工など高い仕上がり品質が要求される場合などは、放電発生率ηが低下することが避けられない。よって、加工速度が低下してしまうという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、微細加工においても、放電加工用電極に印加する放電パルスのパルス時間幅や電圧などの条件が同じでも放電発生率ηを向上させて加工速度を向上させたり、パルス時間幅を狭くしたり印加電圧を低くしたりしても放電発生率ηを維持できるようにして被加工物表面の仕上がり品質を向上させたりすることができる放電加工用電極、及び、放電加工装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、被加工物、及び該被加工物に対して間隙を保って配置した電極の間に放電パルスを発生せしめて行う、該被加工物の表面の加工に該電極として用いる放電加工用電極において、前記放電パルスが発生する部位の少なくとも一部、又はその近傍に、放射性金属を含有させるようにしたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
又、前記放電加工用電極において、電極材質は、タングステン及びコバルトのそれぞれの微細粉末を少なくとも含むものを焼結して得られる超硬材とし、該超硬材に中性子を照射して、前記コバルトの原子を放射性コバルト原子に置換することで前記放射性金属とし、マイナス極として用いるようにしたことにより、前記課題を解決したものである。放射能を有するようにした点のみ相違するだけで、その他特性は従来の超硬材を用いた放電加工用電極と同等とすることができる。従って、剛性その他機械的な特性や、電気的特性については、従来から実績のある放電加工用電極とすることができ、放電加工に用いる際の信頼性を確保し易くすることができる。
【００１６】
更に、前記放電加工用電極を備えたことを特徴とする放電加工装置を提供することで、前記課題を解決したものである。
【００１７】
以下、本発明の作用について、簡単に説明する。
【００１８】
本発明の放電加工用電極では、放電パルスが発生する部位の少なくとも一部、又はその近傍に、放射性金属を含有させる。該含有の放射性金属から放射される放射線は、被加工物及び放電加工用電極の間にある物質、通常は純粋や油などのいわゆる加工液などに影響を及ぼし、該物質の電離を助長するように作用する。いわば、放射線の作用をトリガとして、加工に用いる放電を誘発するというものである。なお、放射線は、電子で構成されるベータ線を用いる。
【００１９】
従って、これら被加工物及び放電加工用電極の間において、放電が生じ易くなる。これにより、前述したように被加工物の対向面積が狭い場合、要求加工品質が高いために、パルス幅を狭くあるいはギャップ電圧を低くしなければならない場合にも、放電発生率ηを向上させることができる。
【００２０】
以上のように本願発明によれば、微細加工においても、放電加工用電極に印加する放電パルスのパルス時間幅や電圧などの条件が同じでも放電発生率ηを向上させて加工速度を向上させたり、パルス時間幅を狭くしたり印加電圧を低くしたりしても放電発生率ηを維持できるようにして被加工物表面の仕上がり品質を向上させたりすることができる。
【００２１】
なお、放射性金属を含有させる箇所は、該放射性金属からの放射線により、放電加工用電極において上述のように放電を誘発可能な箇所であればよく、本発明はこれを特に限定するものではない。これは、該放射性金属の放射能の強弱にもよる。又、放電加工用電極の全体でなくてもよい。一般的な放電加工では、放射性金属を含有させる箇所は、少なくとも、放電パルスが発生する部位とすることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明が適用された実施形態の放電加工機の主要部の構成を示すブロック図である。
【００２４】
本実施形態においては、被加工物３の上面に加工面４がある。又、放電加工用電極１は、太さΦが０．３ｍｍで、長さが約１０ｍｍのピン形状である。該放電加工用電極１は、タングステン及びコバルトのそれぞれの微細粉末を含むものを焼結した、超硬材を用いている。通常の超硬材とは異なり、本実施形態においては後述するように中性子を照射して、該コバルトは放射性の６０Ｃｏとされる。なお、以上のような放電加工用電極１の寸法と対比して、図１において明らかなように、被加工物３は比較的小さいものである。
【００２５】
又、該放電加工用電極１の円筒外周面、及び加工面４の間において、加工に用いる放電パルスが発生する。滴下装置４０からは、符号５で示す、いわゆる加工液が滴下される。なお本実施形態は、加工液を用いずに、空気中で放電パルスを発生させて加工することも対象にしており、この場合も本発明を適用した効果を得ることができる。
【００２６】
パルス発生装置１０は、該放電パルスを発生するための、所定パルス幅のパルス状のギャップ電圧Ｖｇを、被加工物３及び放電加工用電極１に与える電源装置になっている。該ギャップ電圧Ｖｇは、例えば図４を用いて後述するように印加する。
【００２７】
このために、該パルス発生装置１０のプラス側の電源端子Ｅ＋は、ケーブル３２によって符号３４の箇所に接続されている。又、このマイナス側の電源端子Ｅ−は、ケーブル２８によってブラシ２４に接続されている。該ブラシ２４は、ばね２６によって、絶縁スピンドル２０に取り付けられたホルダ２２に対して、通電状態が保持されるように押さえつけられている。ホルダ２２は、該ホルダ２２に取り付けられている放電加工用電極１に対して導通状態にある。従って、電源端子Ｅ−及び放電加工用電極１の間も導通状態にある。
【００２８】
図２は、図１の一点鎖線部の拡大図である。この図２においては、放電加工用電極１を右下がり斜線で示している。放電加工用電極１は、放電パルスが発生し得る部位は、図示されるように先端から長さＬの範囲の部分である。
【００２９】
又、図３は、放電加工用電極１を含む、図２において矢印Ａから見たＩＩＩ−ＩＩＩ’断面の断面図である。
【００３０】
図３においては、放電加工用電極１は右下がり斜線で、被加工物３は右上がり斜線で示されている。又、放電加工用電極１は図示されるように、被加工物３の加工面４に対して、放電ギャップＧｐの間隙が保たれている。放電ギャップＧｐは約１μｍになっている。又、放電ギャップＧｐには、前述のように滴下装置４０から滴下される加工液が浸透している。
【００３１】
以下、本実施形態において本願発明が主に適用されている部分である、放電加工用電極１について説明する。
【００３２】
放電加工用電極１の材質は、タングステン及びコバルトのそれぞれの微細粉末を、少なくとも含むものを焼結して得られる超硬材である。焼結時に該コバルトは、自然界に存在する５９Ｃｏであり、放射性を持たない。
【００３３】
本実施形態においては、該焼結後に、放電加工用電極１を例えば数千本まとめて、原子炉の中に放置し、これによって中性子を各放電加工用電極１に照射する。そしてコバルトが５９Ｃｏから６０Ｃｏになったところで、放電加工用電極１を原子炉から取り出す。この時、放射能の強度を測定し、１００Ｍベクレルであることを確認する。つまり、放電加工用電極１が十分の放射能を備えるようになっていることを測定し、確認する。
【００３４】
コバルトが５９Ｃｏから６０Ｃｏになると、下記のような放射線を放射するようになる。
【００３５】
第１に、０．３ＭｅＶのベータ線。
第２に、１．１ＭｅＶのガンマ線。
第３に、１．３ＭｅＶのガンマ線。
【００３６】
これらの内、本実施形態においてはベータ線を用いる。ベータ線は電子の流れであるから、このコバルト６０Ｃｏを含んだ材料を、陰極になる放電加工用電極として使用して放電加工を行えば、放電加工用電極１や被加工物３の材料の持つ仕事関数や、これらの間に介在する加工液５の影響を受けることなく、電子が放出される。
【００３７】
上述のように放射能強度を確認した放電加工用電極１は、図１や図２に示すように、ホルダ２２に取り付け、絶縁スピンドル２０に取り付けるようにする。そうして、放電加工用電極１及び被加工物３の間には、滴下装置４０により適宜加工液５を滴下しながら、パルス発生装置１０からパルス状のギャップ電圧Ｖｇを印加して、放電パルスを発生させる。
【００３８】
ここで、前述のように放射能強度が１００Ｍベクレルであれば、放電加工用電極１全体から１秒間あたり１００Ｍ個の電子が発生する。この放出される電子のエネルギは、０．３ＭｅＶである。つまり、３０万Ｖで加速されたエネルギを、放出された各電子は有しており、加工液５が絶縁性であろうと数μｍの距離を該電子は十分に通過し得るので、図３の放電ギャップＧｐは十分に通過し得る。よって、該電子は、本実施形態において放電を誘発する能力を有している。なお、加工液５を用いず、空気中で放電パルスを発生させ加工する場合も同様である。
【００３９】
図４は、本実施形態におけるギャップ電圧Ｖｇのタイムチャートである。
【００４０】
本実施形態においてはパルス発生装置１０から図４に示すように、電圧が約１００Ｖのギャップ電圧Ｖｇを印加する。パルス幅ｔｗは１０ナノ秒になっている。前述のように放射能強度が１００Ｍベクレルであれば、１０ナノ秒の時間では平均１個の電子が放出されることになる。従って、１０ナノ秒という非常に短いパルス幅であっても、確実に放電パルスが起こり得ることになる。
【００４１】
つまり、ベータ線が１本発生して電子が１個放出される毎に、放電が励起される。そうして、放電頻度が飛躍的に上昇し、放電発生率ηが１００％に限りなく近づくことになる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態においては、約１００Ｖのギャップ電圧Ｖｇで、１０ナノ秒という非常に短いパルス幅であっても、又、被加工物３が小さくて電極対向面積が広くとれない場合であっても、放電発生率ηを１００％に保つことができ、よって加工速度を低下することなく、亜鏡面の品位のよい微細加工面が得られる。このように本実施形態においては、本願発明を効果的に適用することができ、優れた効果を得ることができる。
【００４３】
なお、コバルト６０Ｃｏの半減期は５年である。このため２０年程度保管すれば、放射能は１６分の１程度に減衰する。従って、使用済みの放電加工用電極１の処理も比較的容易である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、微細加工においても、放電加工用電極に印加する放電パルスのパルス時間幅や電圧などの条件が同じでも放電発生率ηを向上させて加工速度を向上させたり、パルス時間幅を狭くしたり印加電圧を低くしたりしても放電発生率ηを維持できるようにして被加工物表面の仕上がり品質を向上させたりすることができる。特に本願発明は、マイクロ放電加工に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された実施形態の放電加工機の主要部の構成を示すブロック図
【図２】図１の一点鎖線部の拡大図
【図３】放電加工用電極を含む、図２において矢印Ａから見たＩＩＩ−ＩＩＩ’断面の断面図
【図４】前記実施形態におけるギャップ電圧Ｖｇのタイムチャート
【符号の説明】
１…放電加工用電極
３…被加工物
５…加工液
１０…パルス発生装置
２０…絶縁スピンドル
２２…ホルダ
２４…ブラシ
２６…ばね
２８、３２…ケーブル
Ｇｐ…放電ギャップ
Ｖｇ…ギャップ電圧
ｔｗ…パルス時間幅（パルス幅）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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