(57)【要約】【課題】複数の被加工面または複数の電極の形状が異なる場合に、加工時間を短縮しつつ安定した加工が可能な電解加工装置を提供する。【解決手段】電解加工装置１は、ワーク２に形成される複数の被加工面２１，２２，２３に対向させた複数の電極１１，１２，１３と、電解液供給手段４０と、電源１４，１５，１６と、制御部３０とを備える。電解液供給手段４０は、被加工面２１，２２，２３と電極１１，１２，１３との間に電解液を供給する。電源１４，１５，１６は、電極１１，１２，１３に電圧を印加する。制御部３０は、電源１４，１５，１６によって電極１１，１２，１３へ電圧を印加するタイミングを制御する。制御部３０は、複数の電極１１，１２，１３ごとの電圧印加時間が重複することを避け、かつ、複数の電極１１，１２，１３の電圧印加周期が同じとなるようにタイミングを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物（２）に形成される複数の被加工面（２１，２２，２３）に対向させた複数の電極（１１，１２，１３）と、
前記被加工面と前記電極との間に電解液を供給する電解液供給手段（４０）と、
前記電極に電圧を印加する電源（１４，１５，１６）と、
前記電源によって前記電極へ電圧を印加するタイミングを制御する制御手段（３０）と、
を備え、前記電解液を介して前記被加工面と前記電極との間に電流を供給して複数の前記被加工面を電解加工する電解加工装置であって、
複数の前記被加工面または複数の前記電極の形状は異なっており、
前記制御手段は、複数の前記電極の電圧印加時間（Ｔ１＿ｏｎ，Ｔ２＿ｏｎ，Ｔ３＿ｏｎ）が重複することを避け、かつ、複数の前記電極の電圧印加周期（Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ）が同じとなるように前記タイミングを制御することを特徴とする電解加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、複数のうち一つの前記電極へ電圧を印加した後、猶予時間（Ｔｄ）が経過してから、複数のうち他の前記電極へ電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の電解加工装置。
【請求項３】
前記電源は、複数の前記電極に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークと電極との間に電解液を介在させ、両者間に電流を供給することによりワークの表面を加工する電解加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークの被加工面と電極との間に電解液を介在させ、両者間に電流を供給することにより、被加工部の形状加工やバリ取り、研磨等の加工を行う電解加工装置が知られている。例えば、特許文献１に記載される電解加工装置は、電源、電解加工用電極、制御部、電解液供給機構等を備えている。そして、複数の同一形状の被加工面を有するワークに対して、一つの被加工面に所定回数のパルス電流を供給した後、電極を次の被加工面まで移動制御し、さらに所定回数のパルス電流を供給する一連の工程を繰り返すことにより、複数の被加工面を並行して加工するようにしている。
【０００３】
また、その他の電解加工装置において、複数の被加工面の形状が異なる場合、または、複数の異なる加工部形状を施したい場合には、一般に、一つの被加工面に所定回数のパルス電流を供給した後、電極治具を入れ替え、ワークをセットし直した後、次の被加工面の加工を順次行うようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２２８５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このように、被加工面を一つずつ順次加工していると、電極治具の入れ替えなどに時間を要するために、複数の被加工面に対する全ての加工が終わるまでに相当の時間を要することとなり、加工時間が長くなるという問題が生じていた。
【０００６】
また、被加工面または加工部形状に対応する形状を有する電極を複数設け、各電極に同時にパルス電流を供給して複数箇所を同時に加工することが考えられる。しかし、複数の被加工面に同時にパルス電流を供給すると、被加工面における電極との距離や抵抗の相違等により、電流が流れ易い被加工面へ集中してしまうことで、意図した被加工面に十分な電流が流れず、複数の被加工面を安定して加工することができなかった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数の被加工面または複数の電極の形状が異なる場合に、加工時間を短縮しつつ安定した加工が可能な電解加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電解加工装置は、電解液を介して被加工面と電極との間に電流を供給して複数の被加工面を電解加工する装置であって、被加工物に形成される複数の被加工面に対向させた複数の電極と、電解液供給手段と、電源と、制御手段とを備える。
【０００９】
電解液供給手段は、被加工面と電極との間に電解液を供給する。電源は、電極に電圧を印加する。制御手段は、電源によって電極へ電圧を印加するタイミングを制御する。複数の被加工面または複数の電極の形状は異なっている。制御手段は、複数の電極ごとの電圧印加時間が重複することを避け、かつ、複数の電極の電圧印加周期が同じとなるようにタイミングを制御する。ここで、「同じ」とは、制御手段の分解能や当該技術分野の技術常識を考慮して、実質的に同等と判断される範囲を意味する。
【００１０】
本構成によれば、複数の電極に同時に電圧を印加することがないため、複数の被加工面または複数の電極の形状が異なる場合であっても、電流が流れ易い被加工面へ集中してしまうことがなく、意図した被加工面に十分な電流を供給することができ安定した加工が可能となる。
【００１１】
また、一つの被加工面に対して電圧を印加した後、電解液中に生じた電解生成物を排出する時間が必ず必要である。電圧印加タイミングに位相差を設けることで、この排出時間に他の被加工面の加工を行うことができ、一つの被加工物における複数の被加工面に対する同時並行的な加工が可能となり、全体として加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態による電解加工装置を模式的に示す全体図。
【図２】パルス電圧印加制御を示すタイミングチャート。
【図３】総加工時間について説明する図。
【図４】その他の実施形態による電解加工装置の一部を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
本発明の第１実施形態の構成について、図１を参照しつつ説明する。本実施形態の電解加工装置１は、被加工物としてのワーク２に対して穴あけの形状加工を施すものであって、特に穴あけの仕上げとして内径拡大の二次加工を実行するものである。電解加工装置１は、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、第１電源１４、第２電源１５、第３電源１６、制御手段としての制御部３０、電解液供給手段４０等を備えている。
【００１４】
ワーク２は、図示しないベース部に固定されており、全体として厚肉円筒形状をなし、その中心には、孔２０が軸方向に貫通して形成されている。ワーク２は、複数（本実施形態では３つ）の異なる穴形状の内面で構成される第１被加工面２１、第２被加工面２２および第３被加工面２３を有している。第１被加工面２１と第２被加工面２２は、ワーク２の円周部に設けられており、第３被加工面２３はワーク２の軸方向一端側に設けられている。第１被加工面２１を形成する穴形状は円錐台形状であり、第２被加工面２２を形成する穴形状は円柱形状である。第３被加工面２３を形成する穴形状は、第２被加工面より径が小さい円柱形状である。
【００１５】
各電極１１，１２，１３は、加工時に被加工面２１，２２，２３と対向する部位が、対向する被加工面２１，２２，２３の形状に対応するようにそれぞれ形成されており、駆動装置により往復動可能な図示しない電極保持具により保持されている。
【００１６】
各電源１４，１５，１６は、対応する各電極１１，１２，１３に直流パルス電圧を印加する装置である。第１電源１４は、その陽極をワーク２と、その陰極を第１電極１１と接続する。第２電源１５は、その陽極をワーク２と、その陰極を第２電極１２と接続する。第３電源１６は、その陽極をワーク２と、その陰極を第３電極１３と接続する。また、電極１１，１２，１３と対応する電源１４，１５，１６との間にはスイッチング素子１７，１８，１９が設けられ、電圧印加時には対応するスイッチング素子１７，１８，１９のスイッチング状態がオンとされる。
【００１７】
次に、電解液供給手段４０について説明する。電解液供給手段４０は、電解加工時に電解液を各電極１１，１２，１３と被加工面２１，２２，２３との間に供給するものであり、電解生成物分離装置４１、電液槽４２、ポンプ４３、流量調整器４４等を備えている。各電極１１，１２，１３と各被加工面２１，２２，２３との隙間と、流量調整器４４とは供給路４５によって接続されており、ワーク２の孔２０の他端側と、電解生成物分離装置４１とは排出路４６によって接続されている。これにより、電解液は、供給路４５からワーク２の孔２０および排出路４６を通って環流するようになっている。
【００１８】
電解生成物分離装置４１は、加工時に発生した電解生成物を含む電解液を濾過する。電液槽４２には、濾過済みの電解液が貯留される。すなわち、電解生成物分離装置４１により電解生成物が分離された後の電解液は、電液槽４２に一旦貯留され、次いで、ポンプ４３の駆動により、流量調整器４４を経て、各電極１１，１２，１３と被加工面２１，２２，２３との隙間へ供給される。
【００１９】
制御部３０は、周知のＰＬＣで構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御部３０には、各種設定値のデータが記憶されており、図示しないセンサの検出信号等に基づいて、予め設定された各種プログラムを実行する。制御部３０は、各電極１１，１２，１３のパルス電圧の大きさおよびパルス電圧印加時間、各被加工面２１，２２，２３に流す電解液の流量、各電極１１，１２，１３の加工時間を含む装置全体の制御を行う。
【００２０】
加工時には、電解液が各被加工面２１，２２，２３に供給されている状態で、制御部３０によって、選択された電源１４，１５，１６によりパルス電圧を印加し、発生させたパルス電圧により電極１１，１２，１３を陰極に、ワーク２を陽極に電位させる。これにより、電解液を介して被加工面２１，２２，２３と電極１１，１２，１３との間に電流が供給され、被加工面２１，２２，２３の表面を溶かすことで徐々に穴を大きくしていく。
【００２１】
［電解加工］
次に、上記説明した電解加工装置１を用いた電解加工について説明する。本実施形態では、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３の順に繰り返しパルス電圧を印加し、３カ所の被加工面２１，２２，２３を同時並行的に電解加工する。
【００２２】
まず、各電極１１，１２，１３と対応する各被加工面２１，２２，２３との隙間が規定の数値となるように、図示しない駆動装置により電極保持具を動かして、各電極１１，１２，１３を所定位置に配置する。そして、ポンプ４３の駆動により電解液を各電極１１，１２，１３と各被加工面２１，２２，２３との間に供給する。
【００２３】
図２に示すように、第１電極１１による加工電圧はＶ１、電圧印加時間はＴ１＿ｏｎ、電解生成物の排出時間を含む電圧オフ時間はＴ１＿ｏｆｆ、パルス電圧印加から次のパルス電圧印加までの時間である電圧印加周期はＴ１である。第２電極１２による加工電圧はＶ２、電圧印加時間はＴ２＿ｏｎ、電圧オフ時間はＴ２＿ｏｆｆ、電圧印加周期はＴ２である。第３電極１３による加工電圧はＶ３、電圧印加時間はＴ３＿ｏｎ、電圧オフ時間はＴ３＿ｏｆｆ、電圧印加周期はＴ３である。
【００２４】
ここで、各電極１１，１２，１３の電圧印加周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は同じである。各電極１１，１２，１３における加工電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電圧印加時間Ｔ１＿ｏｎ，Ｔ２＿ｏｎ，Ｔ３＿ｏｎ、および、電圧印加周期の繰り返しによる加工時間は、電極毎に異なっており自由に設定される。また、電圧印加時間Ｔ１＿ｏｎ，Ｔ２＿ｏｎ，Ｔ３＿ｏｎは２〜５ｍｓｅｃ程度、オフ時間Ｔ１＿ｏｆｆ，Ｔ２＿ｏｆｆ，Ｔ３＿ｏｆｆは１５〜２０ｍｓｅｃ程度である。
【００２５】
電解液が各被加工面２１，２２，２３に供給されている状態で、まず、第１電源１４により第１電極１１へパルス電圧を印加する。第１電極１１へのパルス電圧印加終了後、デッドタイムＴｄ１が経過した後には、第２電源１５により第２電極１２へパルス電圧を印加する。なお、デッドタイムとは、全ての電極１１，１２，１３が電圧オフとなっている時間であり、特許請求の範囲に記載の「猶予時間」に相当する。
【００２６】
第２電極１２へのパルス電圧印加終了後、デッドタイムＴｄ２が経過した後には、第３電源１６により第３電極１３へパルス電圧を印加する。第３電極１３へのパルス電圧印加終了後、デッドタイムＴｄ３経過後に、再び第１電極１１へパルス電圧を印加する。なお、本実施形態ではデッドタイムＴｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３をそれぞれ異なるように図示しているが、同一時間に設定しても良い。
【００２７】
以降、第２電極１２、第３電極１３への電圧印加が同一周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で繰り返し実行される。このように、所定の周期で所定回数繰り返し電圧印加することで穴あけ加工が順次終了する。各被加工面２１，２２，２３における加工が終了するまでの時間が、各被加工面２１，２２，２３における加工時間であり、概ね数十秒程度である。
【００２８】
なお、各被加工面２１，２２，２３において、加工が同時に終了するとは限らないので、３カ所全ての被加工面２１，２２，２３において加工が終了するまでは、終了した被加工面２１，２２，２３に対応する電極１１，１２，１３への電圧印加をスキップして他の電圧印加の動作を繰り返す。このとき、電圧印加周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は変更せず一定である。そして、３カ所全ての被加工面２１，２２，２３における加工が終了したとき、３カ所の被加工面同時加工の終了となる。
【００２９】
本実施形態では、位相差を設けて、各電極１１，１２，１３に電圧印加しており、各電極１１，１２，１３の電圧印加時間Ｔ１＿ｏｎ，Ｔ２＿ｏｎ，Ｔ３＿ｏｎが重複しないようにしている。また、各電圧印加周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は同じであるため、時間経過により電圧印加タイミングがずれていき複数の電極１１，１２，１３に同時に電圧印加するといったことも生じない。
【００３０】
さらに、図２に示すように、第２電極１２および第３電極１３へのパルス電圧印加は、オフ時間Ｔ１＿ｏｆｆ内に実行される。同様に、第３電極１３および第１電極１１へのパルス電圧印加は、オフ時間Ｔ２＿ｏｆｆ内に実行される。第１電極１１および第２電極１２へのパルス電圧印加は、オフ時間Ｔ３＿ｏｆｆ内に実行される。
【００３１】
電圧印加した後は、電圧印加された電極１１，１２，１３と対応する被加工面２１，２２，２３との隙間に被加工面が溶け出して電解生成物が発生し、この電解生成物は絶縁物であり電流の流れを阻害するため、隙間から排出する必要がある。この排出時間は、電圧印加時間や電解液の流量等種々の条件によって必要とされる長さが変わってくるが、必ず設定が必要とされる時間である。
【００３２】
電解液の排出は、電圧印加後のオフ時間Ｔ１＿ｏｆｆ，Ｔ２＿ｏｆｆ，Ｔ３＿ｏｆｆ内に、例えば、ポンプ４３の駆動により電解液をさらに噴射して隙間の電解生成物を含む電解液を排除し、新たな電解液を供給することで実施される。
【００３３】
電圧印加周期Ｔ１は、例えば第１電極１１の電圧印加時間Ｔ１＿ｏｎに、電解生成物排出時間であるオフ時間Ｔ１＿ｏｆｆを加えた時間に設定する。なお、必要とされる排出時間としてのオフ時間Ｔ１＿ｏｆｆが、第２電極１２の電圧印加時間Ｔ２＿ｏｎ、第３電極１３の電圧印加時間Ｔ３＿ｏｎ、およびデッドタイムＴｄ１，Ｔｄ２を加算した時間より短い場合には、排出時間に所定時間をプラスしてオフ時間Ｔ１＿ｏｆｆを設定し、オフ時間Ｔ１＿ｏｆｆ内に、他の電極１２，１３への電圧印加ができるように設定することができる。このように、電解生成物を含む電解液の排出時間を有効的に利用している。
【００３４】
［効果］
（１）本実施形態によれば、各被加工面２１，２２，２３をそれぞれ単独で加工する場合と比較して、全ての被加工面２１，２２，２３の加工が終了する時間を短くすることができる。より具体的に加工時間の短縮について、図３を用いて説明する。図３は、横軸に時間、縦軸に電圧をとり、総加工時間について説明する図であり、図３（ａ）は本実施形態について示し、図３（ｂ）は比較例について示している。なお、比較例は、本実施形態における被加工面２１，２２，２３および電極１１，１２，１３の形状等の構成は同じであり、同一の加工を施すものである。
【００３５】
図３（ａ）中、グラフＡ１は第１被加工面２１における加工を示し、グラフＡ２は第２被加工面２２における加工、グラフＡ３は第３被加工面２３における加工をそれぞれ示している。図３（ｂ）中、グラフＢ１は第１被加工面２１における加工を示し、グラフＢ２は第２被加工面２２における加工、グラフＢ３は第３被加工面２３における加工をそれぞれ示している。各グラフの中では、電圧印加と電圧オフとが所定周期で複数回繰り返されている。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の場合には、複数の被加工面の加工が同時に進行し、３つの被加工面２１，２２，２３の加工が終了するまでの総加工時間はＴＡである。一方、従来のように複数の被加工面２１，２２，２３を順次加工する場合には、図３（ｂ）に示すように、総加工時間はＴＢである。なお、図３（ｂ）では、次の被加工面を加工する際の治具セット時間を加味していないため、実際の総加工時間はもっと長くなる。
【００３７】
このように、仮に、本来必要とされる排出時間に所定時間プラスすることで、オフ時間Ｔ１＿ｏｆｆが延び、従来と比較して被加工面２１，２２，２３の個別の加工時間が、順次加工の場合より長くなっても、全体としての総加工時間ＴＡは順次加工の総加工時間ＴＢより短くなっており、本実施形態では加工時間を短縮することができる。
【００３８】
（２）また、本実施形態のように複数の被加工面形状が異なる場合には、電極１１，１２，１３と被加工面２１，２２，２３までの距離や電解生成物を含む電解液による電気抵抗等の条件が加工部位毎に異なる。このため、例えば、各被加工面２１，２２，２３に対して電圧印加タイミングを同時にしてしまうと、電流は、電極１１，１２，１３と被加工面２１，２２，２３との距離が短い、もしくは電気抵抗が小さい等の電流が流れ易い条件の被加工面２１，２２，２３に集中して流れてしまう。その点、本実施形態では、各電極１１，１２，１３への電圧印加タイミングに位相差を設け、周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を同じにしているため、意図した被加工面２１，２２，２３に十分な電流が流れないといったこともなく、複数の異なる形状の被加工面２１，２２，２３を安定して加工することができる。
【００３９】
（３）本実施形態では、全ての電圧印加がオフとなるデッドタイムＴｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３を設けており、各電極１１，１２，１３への電圧印加タイミングが確実に重複しないように制御することができる。
【００４０】
（４）本実施形態では、複数の電極１１，１２，１３に対応して複数の電源１４，１５，１６がそれぞれ設けられているため、電極１１，１２，１３ごとに、パルス電圧印加時間、加工時間、加工電圧等を細かに設定することができる。
【００４１】
（５）本実施形態では、異なる被加工面２１，２２，２３を加工するにあたり、電解液供給手段４０は共有の設備とすることができるため、装置全体として省スペース化を図ることができる。
【００４２】
〈他の実施形態〉
上記実施形態では、穴あけ形状加工の二次加工を行う電解加工装置１としたが、穴あけ一次加工でも良いし、穴あけ以外のその他の形状加工を行う装置としても良い。また、形状加工の他、バリ取り、研磨等の電解加工を行う装置として構成しても良い。
【００４３】
上記実施形態では、ワーク２の被加工面２１，２２，２３は３つとしたが、それ以外の複数の被加工面を同時並行的に加工するようにしても良い。
【００４４】
また、上記実施形態では、複数の被加工面２１，２２，２３の形状が異なるものとしたが、被加工面の形状は同一であって、異なる形状の加工を施すものとして実施しても良い。例えば、図４に示すように、ワーク２００の２つの被加工面２２１，２２２は平らで同一形状をなす。一方の被加工面２２１には側断面視台形形状をなす穴２２３を、他方の被加工面２２２には丸穴２２４を加工する。この場合、電極１１０，１２０において被加工面２２１，２２２と対向する部位の形状は、加工形状である穴２２３，２２４に対応しており、互いに異なる。その他、形状の異なる複数の被加工面に対して、同一形状の電極により同一の加工を施すものとして実施しても良い。
【００４５】
上記実施形態では、３つの電極１１，１２，１３に対応させて電源１４，１５，１６を３つ設ける構成としたが、１つの共通の電源を備える構成としても良い。この場合、同一電圧のパルスとなる。
【００４６】
上記実施形態において、被加工面２１，２２，２３に実際に流れた電流を検出する電流センサを設け、電流センサの検出値に基づいたフィードバック制御するようにしても良い。この場合、さらに精度を向上させ安定した加工を行うことができる。
【００４７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ・・・電解加工装置
２    ・・・ワーク（被加工物）
１１    ・・・第１電極
１２    ・・・第２電極
１３    ・・・第３電極
１４    ・・・第１電源
１５    ・・・第２電源
１６    ・・・第３電源
２１    ・・・第１被加工面
２２    ・・・第２被加工面
２３    ・・・第３被加工面
３０    ・・・制御部（制御手段）
４０    ・・・電解液供給手段
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３    ・・・電圧印加周期
Ｔ１＿ｏｎ，Ｔ２＿ｏｎ，Ｔ３＿ｏｎ    ・・・電圧印加時間
【図１】
2016172311.tif 000003
【図２】
2016172311.tif 000004
【図３】
2016172311.tif 000005
【図４】
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