(57)【要約】【課題】気中放電加工の加工速度を格段に向上させること。【解決手段】気中放電加工の際の狭い放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を加工電極と被加工体の少なくとも一方に与える振動装置を設けると共に、放電間隙の状態に応じて振動装置から付与される振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、付与振動に従属する状態に放電パルスを発生ながら気中放電加工を進行させるようにする。【選択図】  図１１
2004216496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工電極と被加工体とが放電間隙を形成するように微小間隔を置いて相対向せしめ、該放電間隙に気体を加圧流通させた状態で両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させると共に対向方向にサーボ制御送りを相対的に与えて加工する気中放電加工において、
前記気中放電加工の際の放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を前記加工電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、放電間隙の状態に応じて前記振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、前記付与振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら加工を進行させることを特徴とする気中放電加工方法。
【請求項２】
一対の間隔を置いて配置したガイド間に所定の状態に張架したワイヤ電極を軸方向に更新送り移動せしめつつ前記軸方向と略直角方向から被加工体を微小放電間隙を介して相対向せしめ、該放電間隙に気体を加圧流通させた状態で両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させて加工を行い、前記ワイヤ電極と被加工体間に前記直角方向の平面上における所定輪郭線形状の加工送りを相対的に与える気中ワイヤ放電加工において、
前記気中放電加工の際の放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を前記ワイヤ電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、放電間隙の状態に応じて前記振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、前記付与振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら加工を進行させることを特徴とする気中ワイヤ放電加工方法。
【請求項３】
パイプ電極を中心軸又は該中心軸に平行な所定軸の廻りに回転させながら被加工体と微小放電間隙を隔てて相対向せしめ、前記放電間隙に気体を加圧流通させた状態で両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させて加工を行い、前記パイプ電極と被加工体間に軸に対してほぼ直角方向の微小ストロークの相対的な並進運動を必要に応じて与えつつ軸方向加工のサーボ制御送りを与えることによる穴明け加工、又は前記並進運動を必要に応じて与えつつ前記軸方向の所定の加工送り込み位置での被加工体の軸直角方向の加工領域に対する順次の相対的な加工送りを与えることによる穴明け若しくは創成加工をするパイプ電極による気中放電加工方法において、
前記の気中放電加工の際の放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を前記パイプ電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、前記放電間隙の状態に応じて前記振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、前記付与振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら加工を進行させることを特徴とするパイプ電極による気中放電加工方法。
【請求項４】
前記気体が、加工対象の被加工体材と化学反応をする気体成分であって、該気体成分が特に酸素と窒素の両方又は一方を所定割合で含有する空気を含む気体であることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の気中放電加工方法。
【請求項５】
前記従属インパルス形の放電加工電源が、前記放電間隙に加工用直流電源をスイッチング素子を介して接続し、該スイッチング素子を電圧パルスの休止時間の経過終了によりオンさせて放電間隙に電圧を印加し、該放電間隙における不定の放電待機時間の後の放電開始を検出し、該放電開始時から所定の設定された放電時間の後前記スイッチング素子をオフさせて前記電圧パルス休止時間に移行させる作動を繰り返すパルス電源であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の気中放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工や、比較的小径のパイプ電極を用いた穴明け放電加工や創成放電加工を気中で行なう気中放電加工方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気中放電加工とは、加工電極と被加工体間の放電間隙に放電及び加工の媒体として水系または油系の液体を流通介在させて放電加工する従来形のワイヤ電極又はパイプ電極使用の放電加工に、前記放電及び加工媒体として、通常所定の成分組成の気体、空気または酸素富化若しくは窒素富化などの被加工体材と酸化や窒化などの化学反応をして加工作用をする気体を流通させた状態として両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させて加工を行なうようにしたもので、勿論実際の加工では前記ワイヤ放電加工の場合、ワイヤ電極軸と、直角方向の平面上における所定輪郭線形状の加工送りをサーボ制御させながら相対的に与えるものあり、又前記パイプ電極による放電加工の場合には、パイプ電極を回転させ、該回転パイプ電極と被加工体間に軸に対してほぼ直角方向から微小ストロークの相対的な並進運動を必要に応じて与えつつ軸方向加工のサーボ制御送りを与えることによる穴明け加工、又は前記並進運動を必要に応じて与えつつ前記軸方向の所定の加工送り位置での被加工体の軸直角方向の加工領域に対する相対的な加工送りを与えることによる穴明け若しくはキャビティを形成する創成加工を実行するものである。
【０００３】
そして、この気中ワイヤ放電加工によると、加工速度は極めて小さいものの、前述のように放電及び加工の媒体として加工液を用いないので、加工反力が小さく加工面の真直度が優れていて、液中加工に比べて加工精度が良く、加工面粗度が小さくて電極消耗は小さいか無消耗、さらに電喰を生じさせずに加工することが出来、環境に優しい機械として期待されている（例えば、非特許文献１参照。）。また、上記比較的薄肉で小径のパイプ電極を使用する気中放電加工によると、工具電極消耗が非常に小さいか殆ど無消耗で、電極交換なしの長時間加工が可能で、被加工体加工面の加工変質層が少なく、そして加工条件によっては、気体組成と被加工体材の組合わせにより、液中加工を上回る加工速度が得られる等の加工特性の向上が計られることが知られている（例えば、前記非特許文献１、または、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、気中加工の放電間隙には、液中加工の場合のように加工屑などの滞留がないため平均的な放電間隙長は液中加工の場合に比べて著しく小さく、複雑微細形状の高精度加工に向いていると期待されるものの、加工屑の排出が困難で、短絡率が高くて有効放電頻度が少なく、安定加工が出来ないので、加工速度が低い原因の１つになっていた。
【０００５】
しかして、前記放電間隙長は、約８０〜１２０Ｖの直流電圧源をスイッチング素子でオン・オフする通常の電圧パルス電源で、銅又は銅合金系電極と鋼材等鉄系被加工体の如き常套的組合せの通常加工の場合、油系または水系加工液の液使用の加工の時、型電極等を用いる形彫放電加工及びワイヤ電極を用いるワイヤ放電加工の何れの場合にも、前記放電間隙長としては大凡約３０〜５０μｍ前後程度又はそれ以上であるのに対し気中加工では、パイプ電極を用いる加工や気中ワイヤ放電加工の何れの場合も、前記放電間隙長は大凡約５μｍ前後と言う小さい値であった。
【０００６】
このため、気中放電加工の短絡率を減らして有効放電頻度を増大させ、そして安定加工が出来るように種々の工夫が為されて来ている。即ち、前記パイプ電極を用いて穴明け加工や創成加工を行なう形彫り加工では、パイプ電極に、中心軸又は該中心軸に平行な所定軸の廻りの回転を付与するようにしたり、及び／又は前記電極軸に対してほぼ直角方向の微小ストロークの並進運動を電極と対向する被加工体間に相対的に与えながら加工を進めるようにしている。或いは更に、電流容量が小さい高電圧の副電源を付設してサーボ制御の間隙検出電圧を高くすること等であった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、気中ワイヤ放電加工では、被加工体に周波数２００Ｈｚ、振幅１０μｍの振動を、ワイヤ電極軸に直角な加工送り方向に付与しながら加工を行なうこと（例えば、非特許文献２参照。）、或いは、又、ワイヤ電極として、導電性合金材を芯線とし、その外層として亜鉛やカドミウムのような蒸発温度が低い金属を重量百分比で５０％以上含む合金を被覆した複合電極線を用いたもの（例えば、特許文献２参照。）等であった。
【０００８】
【非特許文献１】
古舘  周、国枝  正典  「気中ワイヤ放電加工に関する基礎的研究」、精密工学会誌、２００１、７、ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．７、ｐ．１１８０−１１８４
【非特許文献２】
古舘  周、国枝  正典  「Ｎ２５  ワイヤ放電加工における周期的ギャップ長変動の影響」２００２年度  精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、２００２、０３、０５、ｐ．６３８
【特許文献１】
特開平９−２３９６２２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８３１４３号公報
【特許文献３】
特公昭６１−１１７３３号公報
【特許文献４】
特公平２−５５２７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述パイプ電極を使用する気中形彫り放電加工の場合の高電圧の副電源を設けた場合の放電間隙長の拡大は僅かであり、サーボ制御による間隙長の拡大は、放電頻度を減少させるので採用し難く、又電極の回転及び／又は相対的並進運動の付与は、少なくとも前者は気中加工であるなしにかかわらず斯種のパイプ電極使用加工にとっては必須の手法であり、そして後者は前者の作動による効果をより確実なものとするアシスト作用に止まるもので、全体として短絡率の減少はあっても、例えば、気中穴明け放電加工を実用化することは出来なかった。
【００１０】
又、上述気中ワイヤ放電加工の場合、ワイヤ電極として亜鉛被覆などの複合電極線を用いたとしても、液中加工後の多数回繰り返しのセカンドカット仕上げ加工に用い得る可能性が伺えるに過ぎない位加工速度の遅い点で致命的であった（例えば、前記特許文献２参照。）。
【００１１】
次に、前述被加工体に、振幅１０μｍ、周波数２００Ｈｚの振動を加振機により被加工体に与えた気中ワイヤ放電加工の場合につき説明すると、下記の加工条件で、放電加工電源を後述する従属インパルス形のアイソパルス電源としたときの総放電頻度ＫＨｚ、短絡率％、及び有効放電頻度ＫＨｚと放電間隙との関係をワイヤ電極に於ける相対的な振動模式図と共に図１３に示す。なお、総放電頻度とは短絡の場合を含む放電頻度のことである。また、図中のプロット●印はワイヤ電極が被加工体から離れて放電間隙が広がって行くとき、○印は逆に近づいて行って狭まるときで、各頻度等を放電間隙内の各変位値でカウント（算出）してプロットしたものである。
加工条件
ワイヤ電極            φ０．２０ｍｍ
放電電流              １５Ａ
サーボ電圧            ４０Ｖ
放電持続時間          １μｓ
放電休止時間          ９μｓ
ワイヤ張力            ８Ｎ
【００１２】
そして、放電間隙長は、加振振幅の中立点における加工送り方向の放電間隙として測定及び計算により求められ、その値は約３．６μｍであった。なお、前記加振機によって与えられて振動する被加工体の実際の振動全振幅は、測定に依れば、約５．４〜５．７μｍであった。
【００１３】
以上に依れば、気中ワイヤ放電加工での被加工体に対する加工送り込み方向の振動周波数２００Ｈｚの加振は、総放電頻度が、放電間隙が小さくなって行って両者が近ずく時と、遠ざかる時とでは、同じ放電間隙長でも異なる値になってヒステリシスループを描くことが判った。しかしてこれは、近ずく時は放電の喰いつきが悪いのに対し、一旦喰い付いたら、間隙の温度や加工屑濃度の上昇などで、絶縁破壊強度が低下し、放電が生じ易くなっていることを意味しているものと思われる。そして、当然ながら短絡率％は平均約８０％と極めて高く、有効放電頻度は極めて小さいから、後で説明するように、加工速度（体積加工速度）は、周波数２００Ｈｚの加振を付与しない気中ワイヤ放電加工の場合よりも遅くなっていた。
【００１４】
しかして、水系や油系の加工液を用いる液使用ワイヤ放電加工や液使用の比較的細径のパイプ電極放電加工に於いて、ワイヤ電極やパイプ電極に振動を与えることが、一部以上の加工性能上に有用なことが広く知られている。例えば、液中ワイヤ放電加工では、振幅１〜３０μｍ、周波数１〜１００ＫＨｚの振動を与えワイヤ電極に高次の振動を生じさせ、アークや短絡の防止又は解消、放電の分散又は集中防止、及びワイヤ電極のガイド部分での摩擦抵抗の低減を行い、ワイヤ電極の断線を防止した安定加工を可能として高速度の加工を行なうと言ったものである（例えば、特許文献３参照。）。
又、例えば、比較的細径の回転パイプ電極を使用する液使用穴明け放電加工でも、周波数１〜１００ＫＨｚ及び１〜１０ＭＨｚで、５〜２０Ｗの振動を与えて、アークや短絡の防止、放電間隙内の加工屑を含む加工液の攪拌により放電を分散させて加工を安定化させ、加工速度の倍増を計ると言ったものである（例えば、特許文献４参照。）。
【００１５】
上記の如き従来の加工液使用下でのワイヤ又はパイプ電極使用の放電加工に於ける超音波等の高周波振動の付与は、アークや短絡が多くて不安定な加工等の場合に、短絡をサーボ送り制御ではなく振動によって切り離したり、放電間隙に介在する加工屑を含む加工液を攪拌するので放電の集中を減ずることから、加工が安定して加工性能が向上するなどの作用効果が得られることは事実であるが、上記加工液使用下での放電加工では、前述のように加工電極と被加工体間の放電間隙長が大きいので、付与振動の振幅によって放電間隙長が長短等変化する割合が小さく、従って前記振動として、超音波振動周波数程度又はそれ以上程度の通常の放電加工に於ける放電繰り返し周波数と同一程度の振動数の振動を与えたとしても、放電間隙が大小に大きな変化率で変化するわけではないので、例えば近づいて放電し、離れてアーク又は短絡が切れる等と言うように、振動付与の影響や変化が直ぐに現われないと言う問題があり、そして更に費用対効果の問題等もあって、従来の加工液使用下でのワイヤ又はパイプ電極を使用する放電加工機では、超音波振動付与装置を必須の装備とするには至らなかった。
【００１６】
しかるに、前述したように現在開発途上にある気中ワイヤ放電加工やパイプ電極を使用する気中穴明け放電加工等の気中放電加工の放電間隙長は、大凡約５μｍ前後と小さな値であるから、前記放電間隙長の２倍弱の全振幅を有する振動、または、前記放電間隙長乃至は少し小さい長さを全振幅長とする振動を付与すれば、放電間隙は大きな変化率で変化することになり、付与する振動の周波数や加工送り方向に対する付与振動の方向等により、放電の状態とか加工の取り代の量等を規制乃至は制御等する可能性のあることが伺え、気中放電加工技術の実用化の途を開くのではないかと思惟されるものである。
【００１７】
よって本発明は、実用化には距離のあった所謂気中放電加工の技術を、その放電間隙に超音波の周波数以上の放電頻度に近似の振動数と、気中放電加工の放電間隙長に近似の振動振幅を有する振動を付与することにより放電状態を制御して気中放電加工の実用化を計ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前述の本発明の目的は、（１）加工電極と被加工体とが放電間隙を形成するように微小間隔を置いて相対向せしめ、該放電間隙に気体を加圧流通させた状態で両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させると共に対向方向にサーボ制御送りを相対的に与えて加工する気中放電加工において、
前記気中放電加工の際の放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を前記加工電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、放電間隙の状態に応じて前記振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、前記付与振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら加工を進行させる気中放電加工方法とすることにより達成される。
【００１９】
又、前述の本発明の目的は、（２）一対の間隔を置いて配置したガイド間に所定の状態に張架したワイヤ電極を軸方向に更新送り移動せしめつつ前記軸方向と略直角方向から被加工体を微小放電間隙を介して相対向せしめ、該放電間隙に気体を加圧流通させた状態で両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させて加工を行い、前記ワイヤ電極と被加工体間に前記直角方向の平面上における所定輪郭線形状の加工送りを相対的に与える気中ワイヤ放電加工において、
前記気中放電加工の際の放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を前記ワイヤ電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、放電間隙の状態に応じて前記振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、前記付与振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら加工を進行させる気中ワイヤ放電加工方法とすることにより達成される。
【００２０】
又、前述の本発明の目的は、（３）パイプ電極を中心軸又は該中心軸に平行な所定軸の廻りに回転させながら被加工体と微小放電間隙を隔てて相対向せしめ、前記放電間隙に気体を加圧流通させた状態で両者間に加工電圧を印加し、パルス的放電を繰り返し発生させて加工を行い、前記パイプ電極と被加工体間に軸に対してほぼ直角方向の微小ストロークの相対的な並進運動を必要に応じて与えつつ軸方向加工のサーボ制御送りを与えることによる穴明け加工、又は前記並進運動を必要に応じて与えつつ前記軸方向の所定の加工送り込み位置での被加工体の軸直角方向の加工領域に対する順次の相対的な加工送りを与えることによる穴明け若しくは創成加工をするパイプ電極による気中放電加工方法において、
前記の気中放電加工の際の放電間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数の振動を前記パイプ電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、前記放電間隙の状態に応じて前記振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設け、前記付与振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら加工を進行させるパイプ電極による気中放電加工方法とすることにより達成される。
【００２１】
又、前述の本発明の目的は、（４）前記気体が、加工対象の被加工体材と化学反応をする気体成分であって、該気体成分が特に酸素と窒素の両方又は一方を所定割合で含有する空気を含む気体である前記（１）、（２）又は（３）に記載の気中放電加工方法とすることにより達成される。
【００２２】
又、前述の本発明の目的は、（５）前記従属インパルス形の放電加工電源が、前記放電間隙に加工用直流電源をスイッチング素子を介して接続し、該スイッチング素子を電圧パルスの休止時間の経過終了によりオンさせて放電間隙に電圧を印加し、該放電間隙における不定の放電待機時間の後の放電開始を検出し、該放電開始時から所定の設定された放電時間の後前記スイッチング素子をオフさせて前記電圧パルス休止時間に移行させる作動を繰り返すパルス電源である前記（１）、（２）、（３）又は（４）に記載の気中放電加工方法とすることにより達成されるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の気中放電加工方法を気中ワイヤ放電加工方法として実施する一実施例の説明図である。図示するように被加工体Ｗは、ＸＹテーブル２上に設けたワークスタンド４に固定して設けた所定の又は調整設定が可能な超音波の周波数の振動装置５の振動子５Ａに固定保持されている。そして、この被加工体Ｗに臨ませてワイヤ電極６を走行させるワイヤ電極の張架走行手段８は、ワイヤボビン９に捲き回されたワイヤ電極６を、最下流の回収ローラ１０とピンチローラ１２とで挟み込んで一定の速度で引き取るように引張ることにより、張架走行系内において一定の張力が付与されるようになっており、途中にワイヤ電極の走行の安定化や走行方向の変更のために設けられた複数個のプーリ１４、１６、２１、２３、やパウダブレーキ１８及びピンチローラ２０よりなる張力付与の制動機構２２が設けられている。
【００２４】
被加工体Ｗの上下には、ワイヤ電極６が被加工体に臨んで位置決めした加工部を形成するための一対のガイド２４、２６が、一対の上下のノズル装置２５、２７内に配置して設けられ、ノズル装置２５、２７はエアコンプレサ又は圧縮若しくは液化気体ボンベまたはそれらの組合せから成り、被加工体材と化学反応をする気体成分を所定の割合で含有させて供給し得る圧縮気体供給装置１１から、水蒸気除去のエア・ドライヤ１３、減圧調整弁１５、及び流量計兼流量調整装置１７等を介して供給される気体を所望圧力又は流量、若しくは流速で、被加工体Ｗとワイヤ電極６間の放電間隙に噴出して流通させる。
【００２５】
そして、上ノズル装置２５の内部又はその上方には、ワイヤ電極６と接触してこれに給電するための給電子２８が配置されており、この給電子２８と被加工体Ｗ間にパルス状の加工電圧を供給する放電加工電源３と、及び放電間隙の放電及び放電開始等の状態を間隙の電圧又は電流により検出して前記放電加工電源３の作動を、後述するように種々制御する放電状態検出装置７とが接続されている。
【００２６】
以上の気中ワイヤ放電加工に於いて、前述従来例の実験例は、被加工体Ｗに振動装置５から周波数２００Ｈｚの振動を与えた状態としたものであったが、同実験例と同一の実験条件で付与振動の周波数を２３．５ＫＨｚに設定して、前述振動周波数２００Ｈｚの場合と同じく総放電頻度ＫＨｚ、短絡率％、及び有効放電頻度ＫＨｚと放電間隙μｍとの関係を、ワイヤ電極に於ける相対的な振動模式図と共に示すと図２のようになった。
【００２７】
この振動周波数２３．５ＫＨｚの加振の場合、放電間隙が狭いときに総放電頻度が上昇することは、前述２００Ｈｚ振動の場合と同じであるがヒステリシスはなかった。これは、付与振動の周波数が、総放電頻度と同じ程度で、同期に近い状態であることから、前の放電が次の放電に影響を及ぼすとしても、次の放電が発生したときに、前の放電のときと同じ方向にワイヤ電極が被加工体に対して相対的に運動しているとは限らないからである。なお、この場合の加振振幅の中立点における加工送り方向の放電間隙長は、前述２００Ｈｚ加振の場合に近似した約３．２μｍであり、又被加工体の実際の振動幅は、同じく約５．４〜５．７μｍであった。
【００２８】
前述図２に依れば、短絡率が約５０％程度と減少する外は、総放電頻度及び有効放電頻度とも増し、特に後者の有効放電頻度が放電間隙が狭いまたは短絡に近い状態で増加している関係からか、図３の体積加工速度の特性図に示すように、２００Ｈｚ加振が振動を付与しない加工の場合に比べて減少していたのに対し、約３倍以上と著増することが認められた。
【００２９】
しかして、前記放電間隙状態検出装置７を有する放電加工電源３として、放電間隙長の増減変更や間隙内状態に応じて放電開始のタイミング等の状態が変化する従属インパルス形の放電加工電源、例えば、所謂アイソパルス電源（例えば、特公昭４４−１３１９５号公報参照）方式で、放電パルスの時間幅（τＤ）と電圧パルス間の休止時間幅の設定を、振動装置５の振動周波数と同等以上の周波数で放電パルスを生成供給し得る設定としておくことにより、放電間隙が狭まって行ってから或る程度開く迄の間少なくとも１回以上複数回の放電（短絡を含む。）をする状態と為し得るものである。
【００３０】
即ち、より具体的には、例えば、直流電圧源をスイッチング素子を直列に介して放電間隙に接続し、該スイッチング素子を電圧（放電）パルス間の休止時間の経過終了によりオンさせて放電間隙に電圧を印加し、該放電間隙における不定の放電待機時間の後の放電開始を検出し、該放電開始時から所定の設定された放電時間の後前記スイッチング素子をオフさせて前記電圧パルス間の休止時間に移行させる作動を繰り返すパルス電源とするものである。
【００３１】
かかる構成作動の従属インパルスのアイソパルス電源とすると、前述の実験の加工条件、放電持続時間１μｓ、放電休止時間９μｓの設定によれば、理想的な放電間隙状態のとき、最大で約１００ＫＨｚに近い放電繰り返し周波数と成り得るもので、前述２３．５ＫＨｚの加工送り方向の加振に於いて、１回の近接から開離をする間、１回乃至２〜３回、又は４〜５回の放電をする場合等を複雑に組み合わせ繰り返しながら気中ワイヤ放電加工を進行させるものである。
【００３２】
上述の場合、放電パルスと休止時間の時間条件を上記のまま一定にしておいて、振動の周波数を上昇させて行って放電間隙の狭まりとスイッチング素子オンの電圧印加のタイミングを取るようにすれば、振動と放電の同期が取れて来るものと思惟されるが、前述のようにその必要はなく、１振動に対し数回程度の複数回放電し得る関係であって良いのである。
【００３３】
そして、これは気中ワイヤ放電加工の小さい放電間隙を、この間隙長に近似の振動振幅と、発生する超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数を有する振動をワイヤ電極と被加工体間に与えてその放電間隙長を変化させるからであって、放電間隙が約３０μｍ程度より大きい液中加工で、例えば、約５〜１０μｍ程度の振幅の振動を与えととしても、放電間隙に於ける放電発生等の状態を、付与振動に従属又は同期に近い状態に制御することは出来ないのである。
【００３４】
よって以上を整理すると、本発明によれば、
（１）振動ごとに接触する程度に接近するから、それを検知してサーボ制御送りが働き、それ以上近づかず連続的な短絡が避けられる。
（２）接触（最接近）する度に、その前後に非常に放電間隙の狭い瞬間が出現するので、確実に放電が生じる。
（３）放電パルスの周波数と同等の振動数で加振すれば、休止時間中に丁度放電間隙が広がる。よって、放電間隙が広がり放電が生じないはずの時間を、電圧が印加されていないので、放電が生じるはずのない休止時間に割り当てることができ、振動の印加によって放電間隙が広がった時間帯をロスすることなく、振動によって短絡を回避し、有効放電を増やすことが出来る。
と言うことになる。
【００３５】
図４は、その振動模式図から明らかなように、前述の如き超音波の振動を、ワイヤ電極軸と直角で、かつ加工送り込み方向と直角の方向に付与した（横加振）場合の総放電頻度ＫＨｚ、短絡率％、及び有効放電頻度ＫＨｚとを示すもので、付与振動の振幅が加工送り込み方向の放電間隙と関連がないため、横軸には振動変位が目盛ってある。この方法によると、総放電頻度は、加振振幅の両端で最大値を示し、中心で極小値を示す。そして、総放電頻度の変動が小さいことが判る。また、前述図２の加工送り込み方向の加振（縦加振）と対比すると、有効放電頻度の変動が小さく、平均的に有効放電頻度の高いことが判る。従って、図３に示すように、体積加工速度が縦加振の場合の倍近く大きくなっている。そしてこの場合切断加工溝幅は、ワイヤ電極の径φ２００μｍに対して液（水）使用加工の場合の良くても約２７０〜２８０ｕｍに対し、気中ワイヤ放電加工の場合には、約２１２μｍ前後であるから、この横加振が気中ワイヤ放電加工上有効なことが判る。さらに、横加振による加工性能向上のこの理由としては、ワイヤ電極と被加工体の放電は、加工送り込み方向の放電間隙と、前述横加振による振動１周期の間にワイヤ電極が２回被加工体に対して接近する両サイドの放電間隙とで夫々生ずる機会があるのに対し、前記使用する放電加工電源３が、付与振動の周波数の約４倍強の周波数で放電パルスを生成させ得る能力がある設定となっているので、この場合付与振動の周波数が、図２の縦振動付与の場合の２倍に増加したのと同じ効果があり、単位時間当りの放電回数の期待値を、２倍以上に増加させ得る可能性があったからであると考えられる。
【００３６】
図５は、本発明の加工法を板状等被加工体Ｗの穴明け加工や創成加工に適用する一実施例の構成説明図で、３１は比較的細径で、比較的薄肉厚の銅製などのパイプ電極、３２は電極チャック、３３はスピンドル主軸を介して電極３１を中心軸又は所望偏位軸の廻りに回転させる回転装置、３４は加工ヘッド、３５は送りねじ、３６は加工ヘッド３４の加工送り及び位置決め用のサーボモータ、３７は前記サーボモータ３６による電極３１先端の送り位置を検出して、検出信号を図示しないＣＮＣ装置に供給するエンコーダ等の送り位置検出装置、３８は前記サーボモータの回転速度検出装置、３０は振動装置５を設置したテーブルで、被加工体Ｗは振動装置５の図示しない振動子に結合して保持されているものとする。４１、４２は基台４３上のクロステーブル２を介して加工テーブル３０をＸＹ各軸方向に加工送り及び位置決め送りする各軸サーボモータ、４４は加工屑の吸引処理ノズルである。
【００３７】
被加工体ＳＤＫ−１１、厚さ２．０ｍｍの板の穴明け加工を、外径φ１．０ｍｍ、内径φ０．４１ｍｍのＣｕ−Ｗパイプ電極で、酸素を気体として用いる気中放電加工により行なった。
加工条件は、
電極回転数        ３８６ｒｐｍ
気体供給圧力      １ＭＰａ
気体供給法        吐き出し法（先端より噴出）
サーボ電圧        ２０Ｖ
放電電流          １．５Ａ
放電持続時間      １０μｓ（アイソパルス方式）
放電休止時間      １０μｓ
【００３８】
以上の加工条件の設定での穴明け加工は、従来例の回転パイプ電極による加工をした時、図１４に穴明け加工の特性図として示すように、穴が明く迄の加工所要時間が１７４０Ｓ（２９Ｍ）で、貫通迄には２Ｈ１７Ｍ３９Ｓを要した。なお、穴が明いてから貫通迄の時間が長いのは、電極先端から噴出する加工媒体の気体が、明いた穴に流れて加工間隙を形成する部分にうまく流通介在していないからであって、気中穴明け加工の本質的な問題ではないものの、穴が明く迄の加工所要時間が、なお２９Ｍと言うのは、長時間を要するものである。
【００３９】
よって、本発明により、上述の気中でのパイプ電極による穴明け加工の加工条件と同一で、被加工体Ｗに前述２３．５ＫＨｚの超音波の周波数の振動を与えるようにした所以下の結果が得られた。
【００４０】
被加工体Ｗに、図６に示すような各直角３次元各軸方向に振動振幅（μｍ）を有するたわみ振動を与えた状態で加工した所、図７に示す穴明け加工の特性図に示す結果が得られ、各軸方向の振動振幅が、気中加工の放電間隙長（約５μｍ前後）に対し小さいにもかかわらず、穴明け加工に要する時間４８０Ｓ（８Ｍ）、及び貫通に要する時間２３Ｍ３０Ｓとも、振動を与えないときよりも著しく短縮された。なお、パイプ電極による穴明け加工の加工軸は、Ｚ軸に平行である。
【００４１】
次に、図８に示すような縦振動（縦波の振動）を付与しながら加工したところ図９に示すように、穴明けに要する時間３３０Ｓ（５Ｍ３０Ｓ）、及び貫通に要する時間６Ｍ４３Ｓとも更に短縮され本発明加工方法の有効性を伺うことが出来た。
【００４２】
さらに、図１０に示すような複合振動を与えるようにしたところ、図１１に示すように、穴明けに要する時間１５０Ｓ（２Ｍ３０Ｓ）及び貫通に要する時間４Ｍ５４Ｓとも、さらに短縮された。なお、パイプ電極先端の消耗は以上の実験による限りでは、加工に要する時間の短縮とは逆に増大する傾向が伺えたが、消耗量それ自体は、液中加工の場合に比べ、極めて僅小なものであった。また、前述までの被加工体加振の超音波振動装置としては、振動ホーンに対して設けた一対の圧電素子を、同位相で加振すると前記縦振動が励起されるのに対し、１８０°位相をずらして加振するとたわみ振動が励起され、前記複合振動とはこの縦振動とたわみ振動とを合成した振動である。
【００４３】
また、細穴放電加工では、加工穴の径（パイプ電極の径）に対し、加工穴の深さが深くなると、加工屑の排出困難等の問題から、加工困難などの難加工とされている。よって、本発明の放電間隙に近似の振幅で超音波の放電頻度に近似の振動数の振動の付与の効力を探るために、被加工体として５．０ｍｍの板厚材の穴明け加工を試みた所、前記縦振動又は複合振動付与で、図１２に示す加工特性の結果を得た。即ち、前述の２．０ｍｍの板厚の被加工体の穴明け加工の場合とほぼ同様に飛躍的に加工速度が速くなった。しかし、上述のパイプ電極径及び穴明け径が同一程度での、より厚い被加工体の穴明け加工は、放電間隙長が小さくて、加工屑排出の困難性等から限度が近いものと思われた。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、気中放電加工方法として実用化の可能性が伺える気中ワイヤ放電加工方法と、比較的小径でかつ薄肉厚の回転パイプ電極を使用して穴明け加工や創成加工する気中放電加工方法に於いて、気中放電加工の小さい放電間隙を、この間隙長に近似の振動振幅と、発生する前記適用する気中放電加工の加工条件としてほぼマッチする超音波周波数以上の放電頻度に近似の振動数とを有する振動を、加工電極と被加工体の両方又は一方に与える振動装置を設けると共に、放電間隙の状態に応じて振動装置から付与する振動の周波数と同等以上の周波数で放電パルスを供給し得る従属インパルス形の放電加工電源を設けることにより、前記付与振動に一見同期しているかの如く見える、振動に従属する状態に放電パルスを生成させながら気中放電加工を進行させることができ、適用した気中放電加工の加工速度を格段に向上させることができる。
【００４５】
なお、本発明は、前述の本発明の精神を逸脱しない範囲において各部に変更を加えて実施され得るものである。例えば、前述インパルス形の放電加工電源としては、前述のオン・オフスイッチング素子と間隙状態検出装置を付した時間制御装置形のものに代えて、コンデンサ又はコンデンサとスイッチング素子と制御装置を用いる形式のものを使用し得るものであり、また前述の付与振動は被加工体側ではなくワイヤ電極やパイプ電極等の加工電極に与えるようにするとか、或いは両方に与えるようにしても良く、そしてその超音波振動以上の周波数としては、放電加工の加工条件にある１６ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの範囲とし得るものであり、また前述実験の気中ワイヤ放電加工は、被加工体に切断等の加工溝を最初に加工して形成する所謂ファーストカット加工の際の場合のものであるが、このファーストカット加工を加工液使用のワイヤ放電加工として実行した後の形成溝に対する所謂セカンドカット加工の加工工程に適用しても、同様の作用効果を奏し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気中放電加工方法を気中ワイヤ放電加工方法として実施する一実施例の説明図。
【図２】本発明による場合の放電状態の特性図。
【図３】本発明と従来例の体積加工速度の比較図。
【図４】本発明の他の実施例による場合の放電状態の特性図。
【図５】本発明の気中放電加工をパイプ電極を使用する穴明け気中放電加工又は、創成気中放電加工に適用して実施する場合の一実施例説明図。
【図６】本発明に使用する振動の１つであるたわみ振動の模式図。
【図７】図６の振動を付与した本発明穴明け加工の特性図。
【図８】本発明に使用する振動の他の１つである縦振動の模式図。
【図９】図８の振動を付与した本発明の他の穴明け加工の特性図。
【図１０】本発明に使用する振動の、また他の１つである複合振動の模式図。
【図１１】図１０の振動を付与した本発明の、また他の穴明け加工の特性図。
【図１２】本発明気中放電加工方法の穴明け加工の他の適用例の加工特性図。
【図１３】従来例の振動付与時の気中放電加工の放電加工状態特性図。
【図１４】従来例のパイプ電極使用の気中放電加工による穴明け加工の特性図。
【符号の説明】
Ｗ    被加工体
τ    ＸＹクロステーブル
３    放電加工電源
４    載物台
５    振動装置
５Ａ    振動子
６    ワイヤ電極
７    放電状態検出装置
８    ワイヤ張架走行手段
９    ワイヤ電極ボビン
１０    回収ローラ
１２、２０    ピンチローラ
２２    制動機構
１１    圧縮気体供給装置
１３    エアドライヤ
１５    減圧調整弁
１７    流量計
２４、２６    上下のガイド
２５，２７    上下のノズル装置
２８    給電子
３０    加工テーブル
３１    パイプ電極
３２    電源チャック
３３    回転装置
３４    加工ヘッド
３５    送りねじ
３６    サーボモータ
３７    位置検出装置
４１ｄ、４２    ＸＹ各軸サーボモータ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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