(57)【要約】本発明は、複雑な形状を持つ工作物の加工用に、加工時間を大幅に短縮でき、精度の高い工作物を得ることができる放電加工用電極に関するもので、複数のミクロン単位の微細な溝を形成した金属板を含む複数の金属板を積層し、接合した金属積層体を加工して工具電極を製造する。この、工具電極内部に加工液の流路と表面近くに複数の微細な流路が形成され、複数の微細な噴出口より加工液を噴出させることで、加工屑を除去できる。したがって、工具電極のジャンプによる加工屑の除去時間をなくし、加工時間を大幅に削減でき、かつ、精度の高い工作物の加工が可能な放電加工用電極が提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚以上の表面に微細な溝が形成された金属板を含む、複数の金属板を積層した金属積層体を接合して得られた金属体を、加工して製造した工具電極で、内部に加工液の流路を形成し、表面に複数の微細な加工液の噴出口を設けたことを特徴とする放電加工用電極。
【請求項２】
微細な溝の形成が、電解液ジェット加工、切削加工、研削加工、放電加工、エッチングまたはレーザ加工より選ばれた方法によって形成された、請求項１に記載の放電加工用電極
【請求項３】
金属積層体の接合が、拡散接合、ロウ付け、または耐熱接着剤より選ばれた方法によって接合された、請求項１または２に記載の放電加工用電極。
【請求項４】
工具電極の金属が、銅、鉄、タングステン、または銀か、または、少なくともそれらの１種類を含む合金から選ばれた金属である請求項１から３の何れかに記載の放電加工用電極。
【請求項５】
微細な溝が工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の放電加工用電極。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の放電加工用電極を搭載した放電加工装置であって、
前記放電加工用電極の前記噴出口から加工液を噴出しつつ放電を行うことを特徴とする放電加工装置。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の放電加工用電極を用いた放電加工方法であって、前記噴出口から加工液を噴出しつつ放電を行うことを特徴とする放電加工方法。
【請求項８】
内部に加工液の流路が形成され、表面に複数の微細な加工液の噴出口を設けた放電加工用電極の製造方法であって、
放電加工用工具電極の３次元モデルを作成し、
この工具電極の３次元モデルをスライスするステップ、
複数の輪切り形状のスライスデータを各々作成するステップ、
前記スライスデータと同一の形状に切断した金属板の表面を加工して微細な溝を形成するステップ、
前記金属板を積層し、工具電極の形状に組み立てた金属積層体を接合するステップ、
を含む放電加工用電極の製造方法。
【請求項９】
微細な溝の形成が、電解液ジェット加工、切削加工、研削加工、放電加工、エッチングまたはレーザ加工より選ばれた方法によって形成された、請求項８に記載の放電加工用電極の製造方法。
【請求項１０】
金属積層体の接合が、拡散接合、ロウ付け、または耐熱接着剤より選ばれた方法によって接合された、請求項８または９に記載の放電加工用電極の製造方法。
【請求項１１】
工具電極の金属が、銅、鉄、タングステン、または銀か、または、少なくともそれらの１種類を含む合金から選ばれた金属である、請求項８から１０の何れかに記載の放電加工用電極の製造方法。
【請求項１２】
微細な溝が工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に形成されていることを特徴とする請求項８から１１の何れかに記載の放電加工用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に複数の微細な加工液の噴出口を設けた放電加工用電極に関し、特に放電加工により複雑な形状の工作物を加工することができる放電加工用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工は、灯油などの絶縁体の加工液中で工具電極と工作物とをミクロン単位のギャップを挟んで対向させ、絶縁破壊の際に生じる電気火花によって金属から導電性物質を除去する方法である。
この方法を利用した放電加工装置は、放電を行う加工電極の形状に応じた加工が可能となるため、一般の機械加工が困難な材質や複雑な形状の加工に使用されている。加工液中で加工を行う理由は、加工液には、（ｉ）放電によって生じた溶融部分の除去作用、（ｉｉ）極間からの加工屑の排出作用、（ｉｉｉ）極間の冷却作用があるからである。
深い穴や溝加工を行う場合、加工の際に生じる加工屑が工作物の加工精度に対して悪影響を起こしてしまうという問題がある。つまり、加工中に発生する加工屑が浮遊して工具電極と工作物との狭い隙間に溜まり、加工屑と工具電極の間で二次放電が生じるため、放電が一部に偏在してしまい所望の形状に加工することができない。
そのため、加工に際して、工具電極と加工対象物の隙間に向けて噴流ノズルを設置し、加工液を隙間に噴出する方法が知られている。また、工作物または工具電極に細孔を貫通し、細孔を通じて吸引または加工液の噴流を行い、発生したガスや加工屑を排除する方法が知られている（日本国公開特許公報：特開２００４−１４８４３５，特開２００１−１７０８２０参照）。しかし、これらの方法では、細孔口の形状が加工対象物表面に転写されてしまう問題があった。
また、深溝をリブ電極で加工する場合には、工具電極は細く、加工液を噴出する細孔を設けることはできないので、工具電極をジャンプさせることで、加工液を隙間に巡回させ、加工屑を取り除く方法が一般的であるが、ジャンプにより工具電極が工作物より離れ、実際の放電加工が行われていない時間、すなわち非加工時間が長くなり、生産効率に劣るという問題があった。また、工具電極をジャンプさせるため、加工精度が悪くなるという問題もある。
発明の目的
本発明は、複雑な形状の工作物を放電加工する場合において、短時間で、精度の良い加工が可能な放電加工用電極を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明者は、内部に複数の微細な加工液の流路を形成した工具電極を作成すれば、その流路口より、加工液を少量ずつでも多数の箇所から噴出でき、加工屑の排出だけでなく、加工液の噴出口が微細なので、工作物に噴出口が転写することなく、高精度で加工が行われるとの着想のもと、本発明をなすに至った。
本発明の放電加工用電極は、（１）から（５）を要旨とする。
（１）  少なくとも１枚以上の表面に微細な溝が形成された金属板を含む、複数の金属板を積層した金属積層体を接合して得られた金属体を、加工して製造した工具電極で、内部に加工液の流路を形成し、表面に複数の微細な加工液の噴出口を設けたことを特徴とする放電加工用電極。
（２）  微細な溝の形成が、電解液ジェット加工、切削加工、研削加工、放電加工、エッチングまたはレーザ加工より選ばれた方法によって形成された、（１）に記載の放電加工用電極
（３）  金属積層体の接合が、拡散接合、ロウ付け、または耐熱接着剤より選ばれた方法によって接合された、（１）または（２）に記載の放電加工用電極。
（４）  工具電極の金属が、銅、鉄、タングステン、または銀か、または、少なくともそれらの１種類を含む合金から選ばれた金属である（１）から（３）の何れかに記載の放電加工用電極。
（５）  微細な溝が工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に形成されていることを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の放電加工用電極。
本発明の放電加工用電極の製造方法は、（６）から（１０）を要旨とする。
本発明の放電加工装置は（６）を要旨とする。
（６）  （１）〜（５）に記載の放電加工用電極を搭載した放電加工装置であって、
前記放電加工用電極の前記噴出口から加工液を噴出しつつ放電を行うことを特徴とする放電加工装置。
本発明の放電加工方法は（７）を要旨とする。
（７）  （１）〜（５）に記載の放電加工用電極を用いた放電加工方法であって、前記噴出口から加工液を噴出しつつ放電を行うことを特徴とする放電加工方法。
本発明の放電加工用電極の製造方法は、（８）から（１２）を要旨とする。
（８）  内部に加工液の流路が形成され、表面に複数の微細な加工液の噴出口を設けた放電加工用電極の製造方法であって、
放電加工用工具電極の３次元モデルを作成するステップ、
この工具電極の３次元モデルをスライスするステップ、
複数の輪切り形状のスライスデータを各々作成するステップ、
前記スライスデータと同一の形状に切断した金属板の表面を加工して微細な溝を形成するステップ、
前記金属板を積層し、工具電極の形状に組み立てた金属積層体を接合するステップ、
を含む放電加工用電極の製造方法。
（９）  微細な溝の形成が、電解液ジェット加工、切削加工、研削加工、放電加工、エッチングまたはレーザ加工より選ばれた方法によって形成された（８）に記載の放電加工用電極の製造方法。
（１０）  金属積層体の接合が、拡散接合、ロウ付け、または耐熱接着剤より選ばれた方法によって接合された（８）または（９）に記載の放電加工用電極の製造方法。
（１１）  工具電極の金属が、銅、鉄、タングステン、または銀か、または、少なくともそれらの１種類を含む合金から選ばれた金属である（８）から（１０）の何れかに記載の放電加工用電極の製造方法。
（１２）  微細な溝が工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に形成されていることを特徴とする（８）から（１１）の何れかに記載の放電加工用電極の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、電解液ジェット加工の概念を示した図である。
図２は４０ｍｍ角の銅板表面に、機械加工された底付穴および溝と電解液ジェット加工により加工された微細な溝を示す正面図である。
図３は、拡散接合後の加工液噴出口の顕微鏡写真の図である。
図４は、微細な加工液流路が形成されたリブ電極の展開図である。
図５は、本発明の実施例２における、加工深さと加工時間の相関を、従来のリブ電極と比較し、グラフで示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明者は、従来のリブ溝加工では、加工屑を排出するために、工具電極をジャンプして加工を行っているが、このジャンプが、放電加工での過大な加工時間を要する原因であることに着目した。そして、本発明者は、工具電極の内部に微細な加工液用の流路を設け、工具電極表面に形成された微細な排出口より加工液を噴出させ、電極と工作物の深溝の隙間に浮遊する加工屑を押出して取り除くことができれば、工具電極をジャンプさせる必要がなくなり、その分、加工時間を短縮できるとの知見を得て本発明を完成させた。
リブ電極のような薄い電極を製作する方法として、電解液ジェット加工、切削加工、研削加工、放電加工、エッチングまたはレーザ加工から選んだ適宜の方法で、表面に微細な溝加工を行った金属板と、何も加工しない金属板とを積層した。そして、これら金属板を接合して製作した金属積層体を、ワイヤーカットで切断し工具電極を製作する方法を用いた。
工具電極の送り方向に対して直角ではなく、傾斜して微細な流路が形成されていれば、噴流口が加工対象物に転写されにくくなる。加工液供給継手から微細な溝までの流路は、流体抵抗を少なくするため、機械加工で溝の幅を大きくした。微細な溝では、噴出口の転写を防ぐため、溝の大きさとしては、工作物の大きさや形状により異なるが、放電ギャップの２〜３倍程度以下が好ましく、具体的には深さ、幅共に１０〜４００μｍ程度が好ましい。また、工具電極の素材としては、電気伝導度性が良く、切削加工しやすい、銅、鉄、銅タングステン、銀タングステン等の金属が好適である。
金属面に微細な溝加工を行なう方法の中では、本発明者が開発した電解液ジェット加工を用いると、微細な溝をマスクレスで加工できる。電解液ジェット加工とは、電解加工の応用である。
図１に概略を示したように、電解液（２）を、定電流装置（Ｇ）が接続された微細ノズル（１）からジェット噴流にして工作物（３）に向けて噴出し、ノズル直下のみを選択的に加工を行う方法である。この方法では、幅、深さ共にミクロン単位の溝を金属面に自由に形成することができる。
通気性を有する多孔質金属の機械加工を行うと、塑性流動を起こし、微細な孔は変形してしまい、加工面の気孔が潰されて、通気性が損なわれてしまうことが知られているので、微細な流路を形成した積層体を形状創成加工する方法として、本発明者は、放電加工法を採用した。放電加工のワイヤカット法は、塑性流動を起こさないため、微細な孔が目つぶれするような変形は起さない、好ましい加工方法の１つである。
また、金属板を積層し接合し、加工液を流した場合でも、放電加工時に熱により、積層したリブ電極が剥離し、加工液を漏らしたり、電極の変形を生じさせないためには、確実に積層した金属を接合する事が必要であり、この接合方法としては、拡散接合、ロウ付、またはセラミック接着剤のような耐熱接着剤による、接合方法をあげることができる。
【実施例１】
【０００６】
本発明者は、板厚１０ｍｍで４０ｍｍ角の銅板表面に、図２（正面図）に示すような加工液流路となる微細溝を、２ｍｍ間隔で、工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に８本形成した。加工液供給継手から、微細な溝までの供給通路は、加工液の供給がスムースになるような幅広い溝にするため機械加工した。微細な溝の加工には電解液ジェット加工を採用し、表１の加工条件により微細な溝を形成した。このとき、微細な溝を工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に形成しておけば、工作物面に噴流口が転写され、柱状の取残しが生じる問題は防止できる。この電解液ジェット加工を同一条件で同じ軌跡に２回繰返し、深さ３３０μｍ、幅３２５μｍの微細な溝を形成した。この銅板の加工面と、なにも加工しない銅板とをぴったり合わせた金属積層体を接合する方法として、拡散接合法を用いた。前記の金属積層体を真空ホットプレス中で、接合圧力７ＭＰａ、接合温度８００℃、接合時間１８０分間で拡散接合した。図３は拡散接合後の加工液流路出口を顕微鏡により撮影したものであるが、接合前の微細な溝の形状と流路出口の断面形状がほぼ等しくなっており、拡散接合法で、金属板が変形していないことが判明した。接合された金属積層体を取り出し、
図４に示すようなリブ電極の形状にワイヤーカットした。リブ電極の側面は２°の抜き勾配を付けた。電極上部に、加工液供給用継手めねじのＭ１０ピッチ１の穴を加工した。加工液の供給口となるＭ１０の継手用めねじの下穴は、機械加工を行うと材料の塑性流動により微細流路が潰れる恐れがあるため、穴加工には放電加工を利用した。リブ電極形状に成形後、加工液を供給したところ、全ての穴より加工液は流れ出すことが確認できた。
【表１】
2007026930.tif 000002
【実施例２】
【０００７】
実施例１で製造した、本発明の電極内部に加工液の流路が形成されたリブ電極と、従来のリブ電極を用いて加工実験を行った。工作物材料はＳ４５Ｃ、放電加工機は株式会社ソディック製ＥＰＯＣ−２を用い、表２の加工条件で加工を行った。本発明のリブ電極では、加工時に電極をジャンプ動作をさせず、加工液を工具電極の供給用継手を経由して電極内部に注入し、電極の先端より加工液を噴出させた。加工液の噴流流量は２２ｍｌ／ｍｉｎとした。一方、従来のリブ電極を用いた加工法では、加工時にジャンプ動作をしないと、加工屑の排出が困難になり、加工が進行しなくなってしまう。図５に加工深さと加工時間の関係を表した。加工進行中の加工深さは測定できないため、放電加工機に表示されるＺ軸の絶対値で示した。
【表２】
2007026930.tif 000003
実施例２の結果から、従来のリブ電極では、加工時にジャンプ動作を行わないと５ｍｍの深さで、加工屑排出が困難になり、加工不安定状態に陥り、加工が進行しないことがわかる。また、従来型のリブ電極を用い、加工時にジャンプ動作させて加工した場合、加工深さ２２ｍｍに要する加工時間は１１時間であったが、本発明のリブ電極を用いて、加工深さ２６ｍｍまで加工するに要した時間は３時間４７分であり、従来のリブ電極を用いた場合より３．５倍早い時間で加工できた。また、本発明のリブ電極は、放電による熱の影響で放電加工中に接合部分が剥離することはなく、加工液の噴流に影響はなかった。
形状が複雑な工作物を加工するための工具電極の場合は、工具電極の３次元モデルを作成し、この工具電極の３次元モデルをあらかじめ定められたピッチでスライスし、その輪切り形状のスライスデータを各々作成し、前記スライスデータと同一の形状に切断した金属板の表面に微細な溝加工を行い、金属板を積層し、工具電極の形状に組み立てた金属積層体を接合して工具電極を製造すれば、工具電極内部に加工液の流路が経由され、電極表面に形成された噴出口より加工液を噴出し、放電加工時に発生する加工屑を取り除けるので、加工中に電極をジャンプする必要がなく、また、噴流口を工具電極の送り方向に対して傾斜した方向に形成し、大きさがミクロン単位の噴流口であれば、噴流口が加工対象物に転写することなく、高精度で加工が行われる。
なお、本発明の放電加工用電極を搭載することで本発明の放電加工装置（放電加工用電極のほか電源装置等を含む）を製造することができ、この放電加工装置により本発明の加工方法が実施される。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
リブ溝、深穴ゲートなど、複雑な形状を持つ工作物の加工に本発明の工具電極を用いることで、加工時間が大幅に短縮でき、また、加工屑を介した短絡が減り、加工が安定し、更に、加工液の噴出口が工具電極の送り方向に対して傾斜した微細な孔であるために、噴射口が転写された結果生じる柱状の取り残しが生じる心配がなく、加工屑濃度の不均一によるギャップの不均一分布が解消されるため、加工精度は向上する。
【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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