(57)【要約】【課題】  Ｌ／Ｄ比の大きい微細加工を行う場合であっても、加工電極に影響を与えることなく放電部分から加工屑を確実に除去することのできる放電加工方法および放電加工装置を提供する。【解決手段】  放電加工方法は、加工対象物Ｗの溶融除去により生じた加工屑Ｃを、放電部分Ｄから磁力により吸引除去する。放電加工装置１は、加工電極４の近傍に、放電加工により生じた加工屑Ｃを放電部分Ｄから磁力により吸引除去するための磁気吸引手段８を設ける。【選択図】      図２
2007000948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体により形成された加工対象物と加工電極との間に形成される間隙に絶縁性を有する加工液を介在させた状態で前記加工対象物と加工電極との間にアーク放電を繰返し発生させることにより前記加工対象物の一部を溶融除去する放電加工方法において、
前記加工対象物の溶融除去により生じた加工屑を、放電部分から磁力により吸引除去することを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】
絶縁性を有する加工液が貯留されるとともに、加工液中に磁性体により形成された加工対象物が着脱自在に固定される加工槽と、
前記加工槽の加工液中で前記加工対象物に放電加工を行う移動自在な加工電極とを有する放電加工装置において、
前記加工電極の近傍に、放電加工により生じた加工屑を放電部分から磁力により吸引除去するための磁気吸引手段が配設されていることを特徴とする放電加工装置。
【請求項３】
前記磁気吸引手段が、永久磁石あるいは電磁石であり、
前記永久磁石あるいは電磁石が、環状に形成されるとともに、その軸方向の両側に磁極が形成されており、
前記加工電極が、前記永久磁石あるいは電磁石の径方向内側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の放電加工装置。
【請求項４】
前記電磁石の磁極の極性が周期的に切換自在に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電加工方法および放電加工装置に係り、特に、Ｌ／Ｄ比の大きい微細加工を行うのに好適な放電加工方法および放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、放電現象を利用して加工対象物を加工する放電加工が知られている。この放電加工は、絶縁性を有する加工液中で、微細な工具電極である加工電極の先端面と加工対象物とを数μｍ〜数十μｍの放電ギャップと称される間隙をおいて対向させ、加工対象物と加工電極の先端面との間に数十Ｖ〜数百Ｖの電圧を印加することによりアーク放電を繰返し発生させ、その熱と圧力の作用で加工対象物の表面の一部、詳しくは、加工対象物の加工電極の先端面と対向する部分を溶融除去するものである。
【０００３】
このような放電加工は、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。
【０００４】
なお、放電加工は、加工電極を回転させながら、加工対象物または加工電極を数値制御(ＮＣ)により移動させることで、フライス加工と同様な３次元加工も可能である。
【０００５】
さらに、放電加工は、加工液として電解液を用いることなどにより非金属の加工を行うこともできる。
【０００６】
ところで、放電加工においては、アーク放電の際に加工対象物から溶融された溶融物が微細な粒子となって加工屑として発生する。この加工屑は、一部はアーク放電で発生した加工液の気泡に付着して上昇し、放電部分、すなわち、加工対象物の加工部位と加工電極の間から排除されるが、残った加工屑を放置しておくと、この加工屑が放電部分に滞留することになる。そして、加工の進行にともなって間隙に滞留する加工屑の量が増加して、間隙を徐々に小さくして異常放電を発生させたり、加工屑同士が連結して加工対象物と加工電極とが短絡してしまうためアーク放電ができなくなったりして正常な加工の妨げとなるので、放電部分から速やかに除去する必要がある。
【０００７】
このような加工屑を放電部分から除去する技術として、加工電極のジャンプ運動で間隙に加工液の流動を促したり、間隙に加工液を噴射したり、間隙に噴流を導入したり、あるいは間隙の加工液を吸引することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、加工屑を放電部分から除去する技術として、超音波振動子によって放電部分の加工液に超音波振動を与え流動を発生させるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２３８５２４号公報
【特許文献２】特開２００２−３３７０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の加工屑を放電部分から除去する技術では、加工形状が微小径の深穴加工や細深溝加工といったＬ／Ｄ比の大きい微細加工を行う場合、間隙が狭くなるので、放電部分に加工屑が溜まりやすくなる。また、細穴や深溝などのような凹部によって囲まれた加工形状においては、放電部分で発生する加工屑の除去が困難であり、特に、加工の進行により加工部位の深さが深くなるにつれて加工屑を放電部分から除去することがより困難となるという問題点があった。
【００１１】
例えば、加工液の噴流や加工電極のジャンプ運動では、直径０．１ｍｍ未満で深さ１ｍｍ以上の微細な深い穴加工を行おうとすると、加工電極の上下動では加工電極の先端部分に位置する穴の底部近くの加工屑が十分排除できず、加工屑同士がつながって加工電極と加工対象物の間に予期せぬ異常放電が発生し、必要以上に加工されたり、異常放電により加工電極が通常よりも早く損耗したりするという問題点があった。
【００１２】
また、放電部分から加工液を吸引したり、放電部分に加工液の噴流を付与したり、放電部分の加工液に超音波振動による波動を発生させるものでは、加工電極の直径が０．１ｍｍ未満などと細くなるにつれて加工電極の長さが長くなって加工電極の剛性が低くなるので、加工部位の深さが深くなるにつれて加工液の影響、すなわち、加工液の流動抵抗で加工電極の先端部分がぶれたり、甚だしい場合には折損するという問題点があった。
【００１３】
そこで、Ｌ／Ｄ比の大きい微細加工を行う場合であっても、加工電極に影響を与えることなく放電部分から加工屑を確実に取り除くことのできる放電加工方法および放電加工装置が求められている。
【００１４】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、Ｌ／Ｄ比の大きい微細加工を行う場合であっても、加工電極に影響を与えることなく放電部分から加工屑を確実に除去することのできる放電加工方法および放電加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述した目的を達成するため、本発明に係る放電加工方法の特徴は、磁性体により形成された加工対象物と加工電極との間に形成される間隙に絶縁性を有する加工液を介在させた状態で前記加工対象物と加工電極との間にアーク放電を繰返し発生させることにより前記加工対象物の一部を溶融除去する放電加工方法において、前記加工対象物の溶融除去により生じた加工屑を、放電部分から磁力により吸引除去する点にある。そして、このような構成を採用したことにより、磁力により加工屑を吸引することができるので、加工電極に影響を与えることなく放電部分から加工屑を除去することができる。
【００１６】
本発明に係る放電加工装置の特徴は、絶縁性を有する加工液が貯留されるとともに、加工液中に磁性体により形成された加工対象物が着脱自在に固定される加工槽と、前記加工槽の加工液中で前記加工対象物に放電加工を行う移動自在な加工電極とを有する放電加工装置において、前記加工電極の近傍に、放電加工により生じた加工屑を放電部分から磁力により吸引除去するための磁気吸引手段が配設されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、磁力により加工屑を吸引することができるので、加工電極に影響を与えることなく放電部分から加工屑を除去することができる。したがって、本発明の放電加工方法を確実かつ容易に実施することができる。
【００１７】
本発明に係る放電加工装置においては、前記磁気吸引手段が、永久磁石あるいは電磁石であり、前記永久磁石あるいは電磁石が、環状に形成されるとともに、その軸方向の両側に磁極が形成されており、前記加工電極が、前記永久磁石あるいは電磁石の径方向内側に配置されていることが好ましい。そして、このような構成を採用したことにより、放電部分から加工屑を吸引除去するための磁力を容易かつ確実に得ることができる。
【００１８】
また、前記電磁石の磁極の極性が周期的に切換可能に形成されていることが好ましい。そして、このような構成を採用したことにより、加工屑に振動を付与して加工液中に分散させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る放電加工方法および放電加工装置によれば、磁力により加工屑を吸引するので、加工電極に影響を与えることなく放電部分から加工屑を除去することができる。また、本発明に係る放電加工装置によれば、本発明に係る放電加工方法を確実かつ容易に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る放電加工方法を実施する放電加工装置の第１実施形態の要部を示す模式図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の放電加工装置１は、絶縁性を有する加工液Ｌが貯留される加工槽２を有している。この加工槽２の内部には、鉄鋼などの磁性体により形成された加工対象物Ｗを着脱自在に固定するための加工テーブル３が配設されており、この加工テーブル３の上面に加工対象物Ｗが固定されるようになっている。また、加工槽２に貯留される加工液Ｌの液量は、加工液Ｌ中に加工対象物Ｗが浸漬されるように設定されている。
【００２３】
前記加工テーブル３の上方には、棒状に形成された加工電極４がその先端を下方に向けて配設されている。この加工電極４は、図１の上方に示す基端部側がサーボ機構を備えた送り装置５の図示しないチャックにより着脱自在に保持されており、送り装置５により加工電極４の先端部が加工対象物Ｗの加工部分に対して接離するように上下方向に移動自在とされている。そして、放電加工時には、送り装置５により加工電極４と加工対象物Ｗとが放電ギャップと称される所定の間隙Ｇを保持するように形成されている。
【００２４】
なお、送り装置５は、加工電極４を上下動させるとともに、回転させる構成であってもよい。また、送り装置５は、加工電極４を３次元方向に移動させる構成であってもよい。
【００２５】
前記加工電極４と加工対象物Ｗとは、ケーブル６を介して高周波パルス発生装置７に接続されており、放電加工時には、高周波パルス発生装置７から供給されるパルスにより間隙Ｇに放電アークが繰返し発生するように形成されている。
【００２６】
前記加工電極４の近傍には、磁気吸引手段８としての永久磁石９が配設されている。この永久磁石９は、内径寸法が７ｍｍ、外径寸法が１２ｍｍ厚さが６ｍｍの環状に形成されているとともに、その軸方向である図１の上下方向の両側に磁極が形成されるように着磁されている。そして、永久磁石９の径方向内側、詳しくは、永久磁石９の軸心部分に加工電極４がその長手方向を平行にして配置されている。また、永久磁石９の下面と加工対象物Ｗの表面との間隔が、１ｍｍ程度に保持されている。なお、永久磁石９の下面と加工対象物Ｗの表面との間隔は、放電部分Ｄに永久磁石９の磁力の影響がおよぶようにすることが肝要である。
【００２７】
すなわち、加工電極４の軸心の周囲に環状の永久磁石９が同心をなすように配置されている。
【００２８】
本実施形態の永久磁石９としては、初期の磁束密度が、１０００００μテスラ（１０００ガウス）以上のもの、本実施形態においては３６００００μテスラ（３６００ガウス）程度のものが用いられている。この磁束密度は、仕様、設計コンセプトなどの必要に応じて設定すればよい。
【００２９】
なお、永久磁石９を所定位置に保持する構成としては、永久磁石９の磁力を用いる構成や、取付ステーを用いて永久磁石９を保持する構成などから選択使用することができる。
【００３０】
具体的には、永久磁石９それ自体の磁力により、樹脂などの非磁性体により形成された磁石保持部材を介して加工対象物Ｗの加工部位の周囲を囲繞するように加工対象物Ｗに着脱自在に固定保持する構成や、加工電極４を着脱自在に保持するチャックが磁性体により形成されているのが一般的なので、永久磁石９をチャックに直接吸着させたり、樹脂などの非磁性体により形成された磁石保持部材を介してチャックに吸着させる構成や、加工槽２あるいは加工テーブル３に設けた移動自在な磁石取付ステーを用いて固定保持する構成を挙げることができる。そして、このような構成を採用することで、既存の放電加工装置に磁気吸引手段８としての永久磁石９を容易かつ確実に設置することができる。
【００３１】
また、永久磁石９を樹脂などの非磁性体により形成された保護ケースの内部に着脱自在に装着するとよい。このような構成とすることで、永久磁石９の磁力により保護ケースの表面に吸着させた磁性体からなる加工屑を、保護ケースから永久磁石９を取り外すことにより磁力を解除して容易に除去することができる。
【００３２】
さらに、永久磁石９としては、複数の小片を周方向に沿って配列したものであってもよい。
【００３３】
前記加工槽２には、加工槽２の内部の加工液Ｌを循環使用するための配管１０が配設されており、配管１０の途中には、常時は閉状態とされたバルブ１１、加工液Ｌを正常に保持するためのドレン付きのストレーナ１２およびポンプ１３が図１の反時計方向にて示す加工液Ｌの流動方向の上流側から下流側に向かってこの順に配設されている。
【００３４】
なお、加工液Ｌ、送り装置５および高周波パルス発生装置７を含むその他の構成については、従来公知の放電加工装置と同様とされているので、その詳しい説明については省略する。
【００３５】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について本発明の放電加工方法とともに説明する。
【００３６】
図２は、本発明に係る放電加工装置の第１実施形態により実施される放電加工方法の実施形態における加工屑の除去状態の要部を誇張して示す拡大模式図である。
【００３７】
本実施形態の放電加工方法は、前述した図１に示す本実施形態の放電加工装置１を用いて実施する。
【００３８】
本実施形態の放電加工装置１による放電加工は、加工テーブル３の上面に加工対象物Ｗを固定した後、加工槽２内に加工液Ｌを所定深さまで注入する。このとき、加工対象物Ｗの最上部が加工液Ｌの液面より数ｍｍ程度下方に位置するように、加工液Ｌの液量が設定される。
【００３９】
ついで、送り装置５を駆動して、加工液Ｌ中で、加工電極４と加工対象物Ｗとを数μｍ程度の所定の間隙Ｇをおいて対向させる。
【００４０】
ついで、高周波パルス発生装置７を駆動して、加工電極４と加工対象物Ｗとの間に数十Ｖ程度の所定の電圧を印加することによりアーク放電を起こす。
【００４１】
その結果、加工対象物Ｗの一部、詳しくは、加工電極４の先端面に対向する部分が溶融除去される。そして、放電部分Ｄで加工対象物Ｗが溶融除去されると、加工電極４と加工対象物Ｗとの間の間隙Ｇがわずかに広がるため、送り装置５によって加工電極４を加工対象物Ｗ側に近づけて所定の間隙Ｇを保持させたうえで、再び放電させ、加工対象物Ｗの溶融除去を行う。
【００４２】
以下、このような加工対象物Ｗの溶融除去を繰り返すことで、図２に示すように、加工対象物Ｗへの加工電極４の形状を転写した形状の加工である加工対象物Ｗへの型彫り放電加工が行われる。
【００４３】
ところで、前述したように、放電加工では、放電部分Ｄに加工対象物Ｗの溶融除去による微細な粒状の加工屑Ｃが発生する。
【００４４】
本実施形態の放電加工方法を実施する放電加工装置１では、加工屑Ｃが放電部分Ｄに滞留しないようにするために、磁気吸引手段８による加工屑Ｃの吸引除去が行われる。
【００４５】
すなわち、磁性体により形成された加工屑Ｃは、放電部分Ｄで微細な粒子として加工液Ｌ中に発生した時点で、図２に示すように、放電部分Ｄの上方に配設された永久磁石９の磁力、詳しくは、永久磁石９の軸方向である上下方向の両側に磁極を設けることで形成される図２の矢印にて示す磁界による引力を受ける。そして、この引力により、加工屑Ｃは、永久磁石９側に移動し、最終的には、図２の破線矢印にて示すように、加工対象物Ｗの加工部位の外部に移動して永久磁石９に吸着されることになる。
【００４６】
したがって、放電部分Ｄである加工穴の底部、すなわち、加工電極４の先端部分における加工屑Ｃを加工電極４に影響を与えることなく除去することができる。
【００４７】
また、加工電極４の先端部分における加工屑Ｃを除去できるので、加工電極４の先端部分における加工屑Ｃの濃度が増加するのを防止することができる。その結果、加工電極４の直径を０．１ｍｍ未満とした場合、Ｌ／Ｄ比が２０以上の微細加工を実現することができるとともに、加工電極４の消耗を抑えつつ加工時間を短縮することもできる。
【００４８】
このことは、超硬により形成された直径０．０２８ｍｍの加工電極４を用いて、超硬により形成された厚さ０．７０ｍｍの加工対象物Ｗに対して穴加工を行う加工実験を行ったところ、本実施形態の放電加工装置１による放電加工方法においては、従来の放電加工では困難であった、厚さ０．７０ｍｍの加工対象物Ｗに貫通孔、すなわち、Ｌ／Ｄ比が２５の孔加工を２８分程度で精度良く形成できたという実験結果により確認することができた。
【００４９】
なお、加工実験において、加工槽２に加工液Ｌを循環供給した場合には、１０％程度の加工時間の短縮ができることが判明した。これは、加工槽２に加工液Ｌを循環供給すると、間隙Ｇに発生する気泡による加工液Ｌの流動に加えて、加工槽２に循環供給される加工液Ｌの流れの影響で間隙Ｇを出入りする流れが発生することが原因である推考される。この場合、加工液Ｌの流量や加工槽２内における加工液Ｌの流路によって加工時間の短縮に寄与する割合が変化すると推考される。
【００５０】
このように、本実施形態の放電加工方法によれば、放電部分Ｄで発生する加工屑Ｃを磁力により吸引することができるので、加工電極４に影響を与えることなく放電部分Ｄから加工屑Ｃを除去することができる。
【００５１】
また、本実施形態の放電加工装置１によれば、磁気吸引手段８としての永久磁石９の磁力により加工屑Ｃを吸引することができるので、加工電極４に影響を与えることなく放電部分Ｄから加工屑Ｃを除去することができる。
【００５２】
したがって、本実施形態の放電加工装置１によれば、本発明の放電加工方法、すなわち、加工対象物Ｗの溶融除去により生じた加工屑Ｃを、放電部分Ｄから磁力により吸引除去する放電加工方法を簡便な構成で確実かつ容易に実施することができる。
【００５３】
また、本実施形態の放電加工装置１によれば、磁気吸引手段８が永久磁石９であり、この永久磁石９が環状に形成されるとともに、その軸方向の両側に磁極が形成されており、加工電極４が永久磁石９の径方向内側に配置されているので、放電部分Ｄから加工屑Ｃを吸引除去するための磁力を容易かつ確実に得ることができる。
【００５４】
図３は本発明に係る放電加工方法を実施する放電加工装置の第２実施形態の要部を示す模式図である。
【００５５】
本実施形態の放電加工装置１Ａは、前述した第１実施形態の放電加工装置１の磁気吸引手段８の変形例を示すものである。
【００５６】
すなわち、本実施形態の放電加工装置１Ａにおいては、図３に示すように、加工電極４の近傍に、磁気吸引手段８としての環状に形成された電磁石１４が配設されており、この電磁石１４は、その軸方向である図３の上下方向の両側に磁極が形成されている。そして、電磁石１４の径方向内側に加工電極４が配置されている。
【００５７】
すなわち、加工電極４の軸心の周囲に環状の電磁石１４が同心をなすように配置されている。
【００５８】
前記電磁石１４には、そのコイルへの通電に用いる電源回路１５が接続されている。この電源回路１５としては、コイルに流れる電流の向きが一定となる直流電源を用いてもよいが、コイルに流れる電流の向きを周期的に変えることで電磁石１４の磁極の極性を周期的に切り換えることのできるもの、例えば交流電源を用いることが、加工屑Ｃに振動を付与して加工液Ｌ中に分散させて加工液Ｌ中における加工屑Ｃの移動を円滑にすることができるという意味で好ましい。
【００５９】
その他の構成については、前述した第１実施形態の放電加工装置１と同様とされているので、前述した第１実施形態の放電加工装置１と同一ないし相当する構成については図面中に同一の符号を付し、その詳しい説明については省略する。
【００６０】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について本発明の放電加工方法とともに説明する。
【００６１】
図４は、本発明に係る放電加工装置の第２実施形態より実施される放電加工方法の実施形態における加工屑の除去状態の要部を誇張して示す拡大模式図である。
【００６２】
本実施形態の放電加工方法は、前述した図３に示す本実施形態の放電加工装置１Ａを用いて実施する。
【００６３】
本実施形態の放電加工装置１Ａによれば、前述した放電加工装置１と同様に、加工対象物Ｗの溶融除去が行われる。そして、放電部分Ｄで微細な粒子として加工液Ｌ中に発生した磁性体により形成された加工屑Ｃは、発生の時点で、図４に示すように、放電部分Ｄの上方に配設された電磁石１４の磁力、詳しくは、電磁石１４の軸方向である上下方向の両側に磁極を設けることで形成される図４の両矢印にて示す磁界による引力を受けて、永久磁石９側に移動し、最終的には、前述した放電加工装置１と同様に、図４の破線矢印にて示すように、加工対象物Ｗの加工部位の外部に移動して永久磁石９に吸着することになる。
【００６４】
したがって、本実施形態の放電加工装置１Ａによれば、前述した第１実施形態の放電加工装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
すなわち、本実施形態の放電加工装置１Ａによれば、本発明の放電加工方法、すなわち、加工対象物Ｗの溶融除去により生じた加工屑Ｃを、放電部分Ｄから磁力により吸引除去する放電加工方法を簡便な構成で確実かつ容易に実施することができる。
【００６６】
また、本実施形態の放電加工装置１Ａによれば、磁気吸引手段８が電磁石１４であり、この電磁石１４が環状に形成されるとともに、その軸方向の両側に磁極が形成されており、加工電極４が電磁石１４の径方向内側に配置されているので、放電部分Ｄから加工屑Ｃを吸引除去するための磁力を容易かつ確実に得ることができる。
【００６７】
さらに、本実施形態の放電加工装置１Ａによれば、電磁石１４の磁極の極性を周期的に切り換える構成とされているので、加工屑Ｃに振動を付与することができる。これにより、加工屑Ｃの凝集および加工屑Ｃが加工穴の内部に付着するのを防止することができる。その結果、加工屑Ｃが加工液Ｌ中に分散するので、加工液Ｌ中における加工屑Ｃの移動を円滑にすることができる。したがって、放電部分Ｄからの加工屑Ｃの吸引除去を効率よく行うことができる。
【００６８】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る放電加工方法を実施する放電加工装置の第１実施形態の要部を示す模式図
【図２】本発明に係る放電加工装置の第１実施形態より実施される放電加工方法の実施形態における加工屑の除去状態の要部を誇張して示す拡大模式図
【図３】本発明に係る放電加工方法を実施する放電加工装置の第２実施形態の要部を示す模式図
【図４】本発明に係る放電加工装置の第２実施形態より実施される放電加工方法の実施形態における加工屑の除去状態の要部を誇張して示す拡大模式図
【符号の説明】
【００７０】
１、１Ａ  放電加工装置
２  加工槽
３  加工テーブル
４  加工電極
５  送り装置
７  高周波パルス発生装置
８  磁気吸引手段
９  永久磁石
１４  電磁石
１５  電源回路
Ｃ  加工屑
Ｄ  放電部分
Ｇ  間隔
Ｌ  加工液
Ｗ  加工対象物
【図１】
2007000948.tif 000003
【図２】
2007000948.tif 000004
【図３】
2007000948.tif 000005
【図４】
2007000948.tif 000006