(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる中空管状の電極内に電解液を流通させかつこの電解液を電極の先端から噴出させながら前記電極を金属材料からなる被加工物に向って設定速度で徐々に前進させ、
前記電解液を介して電極と被加工物との間にパルス幅Ｔ0 なる直流電圧Ｅ0 を印加し、
前記被加工物に前記電極の軸線方向に沿って横断面内形輪郭が均等な穴を加工する電解加工方法において、
電極の構成材料としてチタンまたはチタン合金を使用し、
電解液として硝酸水溶液、硫酸水溶液または塩酸水溶液を使用し、
使用初期の清浄な電解液を使用したときにおける前記直流電圧Ｅ0 を印加してＴ時間（Ｔ＜Ｔ0 ）後の加工電流Ｉ0 を基準電流とし、
前記直流電圧Ｅ0 を印加してＴ0 時間経過後に前記電極と被加工物との間にパルス幅Ｔ1 （Ｔ1 ＜Ｔ）なる逆極性の直流電圧−Ｅ1 （｜Ｅ1 ｜＜｜Ｅ0 ｜）を印加し、
その後前記直流電圧Ｅ0 をＴ時間印加したときの加工電流Ｉを前記加工電流Ｉ0 と比較し、
Ｉ≦Ｉ0 となるまで前記逆極性の直流電圧−Ｅ1 を繰返し印加し、Ｉ≦Ｉ0 となった後に前記直流電圧Ｅ0 を印加し、
複数個の電極を使用して複数個の穴を同時に加工することを特徴とする電解加工方法。
【請求項２】
逆極性の直流電圧−Ｅ1 を印加する繰返し回数が３回以上になったときは、直流電圧Ｅ0 を印加するパルス幅をＴ2 （Ｔ2 ＜Ｔ0 ）に変更することを特徴とする請求項１に記載の電解加工方法。
【請求項３】
逆極性の直流電圧−Ｅ1 を印加している間、被加工物に向って電極を前進させるサーボモータを停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の電解加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空管状の電極内に電解液を流通させながら、導電性金属材料からなる被加工物に、例えば等径の穴を加工する電解加工方法に関し、特に電極の先端への溶出金属の付着を防止し、軸線方向の曲りがなく、穴径のバラツキが小さい高精度の穴を加工することができる電解加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、導電性材料からなる中空管状の電極を使用して、金属材料からなる被加工物に所定寸法の穴あけをする手段として、電極と被加工物との間に電解液を流通させると共に、電極と被加工物との間に直流電圧を印加することにより、被加工物側の金属を電解作用によって電解液中に溶出させて穴あけを行なう電解加工法は、いわゆるＳＴＥＭ(Shaped Tube Electrochemical Machining) として知られている。
【０００３】
図４はＳＴＥＭとして知られている従来の電解加工法の一例を示す説明図である。図４において、１は被加工物であり、例えば鉄鋼材料のような金属材料からなり、加工槽２内のテーブル３上に載置固定されている。４は電極であり、例えばチタンまたはチタン合金のような電解され難い導電性材料により、横断面外形輪郭を加工すべき穴の内形輪郭と対応させて中空管状に形成され、ホルダ５に支持されて被加工物１に対向して進退可能に設けられる。電極４およびホルダ５は一体に形成され、例えばラック・ピニオン６とサーボモータ７とからなる電極駆動装置によって制御駆動される。
【０００４】
次に８は直流電源および制御装置であり、リード線９，１０を介して電極４および被加工物１に所定の直流電圧を印加すると共に、サーボモータ７と電気的に接続され、サーボモータ７の駆動を制御するように構成されている。
【０００５】
１１はタンクであり、電解液１２を貯留し、この電解液１２は、ポンプ１３、フィルタ１４および流量調節弁１５を介してホルダ５および電極４に供給され、更に加工槽２からの排出分はタンク１１内に戻るように構成されている。
【０００６】
図５は図４における電極４の先端部を示す拡大断面図である。図５において、電極４は芯管４１の外周に耐酸性絶縁被覆４２が固着されると共に、電極４の先端部は傾角αなる円錐面に形成されている。この場合、αは１０〜１５°に設定される。
【０００７】
上記の構成により、電解液１２として例えば硝酸水溶液（濃度１８重量％）を使用し、この電解液１２をポンプ１３を介して加工槽２とタンク１１との間を循環させる一方、リード線９，１０を介して直流電圧を印加し（被加工物（＋）、電極（−））、電極４を被加工物１に制御送りすれば、被加工物１側の金属が電解作用によって電解液１２内に溶出し、被加工物１に所定寸法の穴あけ加工を行なうことができる。
【０００８】
上記の電解加工において、被加工物１から溶出した金属は、大部分がイオンとして溶解し、不溶解の成分は電解液１２の循環回路に設けられたフィルタ１４によって大部分除去される。前記被加工物１から溶出した一部の金属イオンが電極４の先端部に、図５の破線４３で示されるようにメッキ付着され、堆積して電解加工条件に悪影響を及ぼす。すなわち、メッキ付着物が堆積すると、メッキ付着物が不均等である場合には、電極４の進行方向の穴の向きが非所望に曲がり、穴の寸法と形状が変化する。
【０００９】
このため、従来においては、電極４と被加工物１との間に印加する直流電圧を定期的に反転させてメッキ付着物を除く手段が採用されている。図６は従来技術における電極４と被加工物１との間に印加する電圧および電流の波形の例を示す図であり、（ａ）は電圧波形、（ｂ）は電流波形を示す。この場合、被加工物１はステンレス鋼（ＳＵＳ４２０）とし、チタン材からなる電極４は外径1.０ｍｍ、内径0.6 ｍｍ、電極送り速度1.２ｍｍ／分とし、電解液１２には濃度１８重量％の硝酸水溶液を使用する。なお電極４と被加工物１との間には直流電圧６Ｖを４秒印加後、負電圧0.６Ｖを0.５秒印加することを繰返して実施する。これにより被加工物１に穴径1.３８ｍｍの穴加工をすることができる。
【００１０】
上記の穴加工において、直流電圧６Ｖを印加した直後の電流値0.３４Ａが、直流電圧印加後４秒の時点において0.３６Ａに増加する（図６（ｂ）の実線参照）。そして上記穴加工を３５時間連続して実施したところ、図６（ｂ）の破線で示すように電流波形が変化し、直流電圧印加４秒後の電流値は0.４１Ａに増加する。
【００１１】
被加工物１に加工する穴の内径の変動を抑える方法として、米国特許第 5,322,599号明細書には、電極４と被加工物１との間に流れる電流量を制御する方法が提案されている。しかし電流量を制御する方法では、制御回路が複雑化すると共に、電極４へのメッキ堆積量の増大を阻止する歯止めがなく、複数個の電極４を使用して複数個の穴を同時に加工するとき、一部の電極において穴径の増大や曲りを確実には防げないという欠点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電極４と被加工物１との間に、正電圧と負電圧とを交互に印加することにより、図４に示すような電極４の先端部のメッキ付着物の電解液１２内への溶出を行ない、所定の電解加工を続行することができるのであるが、加工時間が長くなるにつれて、メッキ付着物の堆積速度が増大し、図６（ｂ）の破線で示すように加工電流の増加速度も次第に大となる。
【００１３】
このため、上記正電圧および負電圧の値および印加時間は、１回以上の事前の加工テストにより、加工穴径、電極先端部のメッキ付着物の程度、その他を勘案して決めるようにしている。しかしながら、加工時間が長くなるにつれて、被加工物１から溶出した金属イオンが電解液１２内に蓄積され、電極４の先端部へのメッキ付着物の付着速度が増大するため、加工すべき穴の形状、寸法が所定のものにならない傾向がある。
【００１４】
従って前記の負電圧の値およびその印加時間を大きく設定しているのが通常であるが、このように負電圧の値および時間を大に設定すると、メッキ付着物の電極４先端部からの除去ができる一方において、電極４自体からの金属の溶出が起り、電極４が損傷して加工精度を低下させるおそれがあるという問題点がある。
【００１５】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、電解液中の金属イオン濃度が増大しても、電極先端部の溶出損傷を低減し、電極先端部へのメッキ付着物の一定量以上の蓄積を防止する電解加工方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明においては、
導電性材料からなる中空管状の電極内に電解液を流通させかつこの電解液を電極の先端から噴出させながら前記電極を金属材料からなる被加工物に向って設定速度で徐々に前進させ、
前記電解液を介して電極と被加工物との間にパルス幅Ｔ0 なる直流電圧Ｅ0 を印加し、
前記被加工物に前記電極の軸線方向に沿って横断面内形輪郭が均等な穴を加工する電解加工方法において、
電極の構成材料としてチタンまたはチタン合金を使用し、
電解液として硝酸水溶液、硫酸水溶液または塩酸水溶液を使用し、
使用初期の清浄な電解液を使用したときにおける前記直流電圧Ｅ0 を印加してＴ時間（Ｔ＜Ｔ0 ）後の加工電流Ｉ0 を基準電流とし、
前記直流電圧Ｅ0 を印加してＴ0 時間経過後に前記電極と被加工物との間にパルス幅Ｔ1 （Ｔ1 ＜Ｔ）なる逆極性の直流電圧−Ｅ1 （｜Ｅ1 ｜＜｜Ｅ0 ｜）を印加し、
その後前記直流電圧Ｅ0 をＴ時間印加したときの加工電流Ｉを前記加工電流Ｉ0 と比較し、
Ｉ≦Ｉ0 となるまで前記逆極性の直流電圧−Ｅ1 を繰返し印加し、Ｉ≦Ｉ0 となった後に前記直流電圧Ｅ0 を印加し、
複数個の電極を使用して複数個の穴を同時に加工する、
という技術的手段を採用した。
【００１９】
本発明において、逆極性の直流電圧−Ｅ1 を印加する繰返し回数が３回以上に増えたとき、直流電圧Ｅ0 を印加するパルス幅をＴ2 （Ｔ2 ＜Ｔ0 ）に変更することができる。
【００２０】
なお上記の発明において、逆極性の直流電圧−Ｅ1 を印加している間、被加工物に向って電極を前進させるサーボモータを停止させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における電源制御部の一例を示す要部構成説明図である。図１において、２１は整流回路であり、例えば商用電源からの三相交流電力を直流電力に変換するものであり、この直流電力を電力制御回路２２を経由し、更にリード線９，１０を介して、前記図４に示す被加工物１および電極４に供給する（被加工物１には（＋）、電極４には（−））。
【００２２】
次に２３は波形制御演算回路であり、設定モニタ２４からの信号、電力制御回路２２からの信号および例えばリード線９の電流を測定する電流測定器２５からの信号を入力し、所定の演算を行なうと共に、電力制御回路２２に対して所定の電圧および電流の波形制御信号を出力するものである。上記以外の電解加工装置としての構成は前記図４に示すものと同様であり、電極４と被加工物１との間に所定の直流電圧が印加され、被加工物１に所定の電解加工が行なわれる。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態における電極と被加工物との間に印加する電圧および電流の波形の一例を示す図であり、（ａ）は電圧波形、（ｂ），（ｃ）は電流波形を示す。
【００２４】
まず図２（ａ）において、正電圧Ｅ0 をＴ0 時間印加して電解加工を行ない、その後負電圧−Ｅ1 をＴ1 時間（Ｔ1 ＜Ｔ0 ）印加して、前記のように電極の先端部のメッキ付着物を溶出除去する。次に正電圧Ｅ0 をＴ時間印加し、後述のようにして電流を測定比較した後、再び負電圧−Ｅ1 をＴ1 時間印加した後、正電圧Ｅ0 をＴ0 時間印加して加工を行なう、というサイクルを繰返す。
【００２５】
上記のような正負電圧の印加により、電極と被加工物との間に流れる電流波形は図２（ｂ）のように示される。図２（ｂ）においてＩ0 は基準電流の値であり、図２（ａ）に示す正電圧Ｅ0 を印加後Ｔ時間後の加工電流の値を、前記図１に示す電流測定器２５によって測定して波形制御演算回路２３に記憶させてある。そして負電圧−Ｅ1 印加（｜Ｅ1 ｜＜｜Ｅ0 ｜）、正電圧Ｅ0 印加Ｔ時間後の電流値Ｉを、波形制御演算回路２３に入力して比較し、Ｉ≦Ｉ0 となるまで繰返し前記負電圧−Ｅ1 を印加し、再び正電圧Ｅ0 印加による電解加工を行なうのである。
【００２６】
図２（ｃ）は長時間の加工が行なわれたときの電流波形であり、時間に対する電流値の増加速度が大になっている。すなわち、正電圧印加後の１回の負電圧印加のみによっては、電極の先端部のメッキ付着物を除去できず、Ｔ時間後の電流値Ｉは基準電流の値Ｉ0 より大である。従って負電圧−Ｅ1 を更に印加し、再度比較し、Ｉ≦Ｉ0 となるまで負電圧を繰返し印加し、その後正電圧印加による電解加工を行なう。
【００２７】
上記の正電圧Ｅ0 および時間Ｔ0 を従来のものと同様に各々６Ｖ、４秒と設定した場合、負電圧−Ｅ1 ＝−0.６Ｖを印加する時間Ｔ1 は従来のものにおける0.５秒より極めて短く、約0.１秒である。但し、時間Ｔ1 は電気化学的に電気二重層ができる約0.０３秒より長く設定するのがよい。なお時間Ｔは例えば0.５秒に設定するが、これは正電圧印加直後においては、電流値が不安定であることによる。上記正負電圧、基準電流の値および時間等は、図１に示す設定モニタ２４を介して波形制御演算回路２３を構成するＣＰＵに入力する。
【００２８】
図３は本発明の他の実施の形態における電極と被加工物との間に印加する電圧および電流の波形の一例を示す図であり、（ａ）は電圧波形、（ｂ）は電流波形を示す。長時間の加工により、電解液中の金属イオンの濃度が高くなってくると、電極の先端部のメッキ付着物の堆積速度が大となり、図３（ａ）に示すように負電圧−Ｅ1 を３回以上印加しても、正電圧Ｅ0 印加Ｔ時間後の電流値Ｉが基準電流値Ｉ0 より大であるときには、正電圧Ｅ0 のパルス幅をＴ0 時間からＴ2 時間に短縮する。このような操作は前記図１における波形制御演算回路２３により自動的に行なわれる。
【００２９】
上記のように電極と被加工物との間に印加する電圧波形を制御することにより、電解液の金属イオン濃度が高くなり、電極の先端部へのメッキ付着速度が増加しても、正電圧を印加するパルス幅を自動的に短くすることができ、メッキ付着量を一定値以下に抑制することができる。
【００３０】
上記の実施例において、逆極性の直流電圧すなわち負電圧−Ｅ1 を印加している間（図２，３におけるＴ時間）は、被加工物に向って電極を前進させるサーボモータを停止させ、正極性の直流電圧のパルスと同期させて正電圧印加時においてのみサーボモータに前進指令を発信するように制御することができる。このようにすれば、加工穴径の変動を更に小さくでき、穴の加工精度を向上させ得る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は上述の構成および作用を有するから、電解液中の金属イオンの濃度の大小に拘らず、最小限の負電圧印加時間で加工穴が曲ることなく安全に加工できるので、電極先端部の溶出損傷を低減でき、かつ電極先端部へのメッキ付着物の一定量以上の蓄積を防止でき、しかも電解液の寿命を従来の２倍以上に延長できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電源制御部の一例を示す要部構成説明図である。
【図２】本発明の実施の形態における電極と被加工物との間に印加する電圧および電流の波形の一例を示す図であり、（ａ）は電圧波形、（ｂ），（ｃ）は電流波形を示す。
【図３】本発明の他の実施の形態における電極と被加工物との間に印加する電圧および電流の波形の一例を示す図であり、（ａ）は電圧波形、（ｂ）は電流波形を示す。
【図４】ＳＴＥＭとして知られている従来の電解加工法の一例を示す説明図である。
【図５】図４における電極４の先端部を示す拡大断面図である。
【図６】従来技術における電極４と被加工物１との間に印加する電圧および電流の波形の例を示す図であり、（ａ）は電圧波形、（ｂ）は電流波形を示す。
【符号の説明】
１  被加工物
４  電極
９，１０  リード線
１２  電解液
【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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