(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工液を介して加工台面上に水平に取り付けられた被加工材との間に電圧が印加され、前記被加工材への近接によって加工用の放電を発生する放電電極と、
前記放電電極の周囲に集中的に集まって、前記放電電極の先端部と前記被加工材の放電加工位置との間の放電ギャップを常に確実に覆うことのできる薄い加工液層を形成するために、前記放電加工液を吐出ノズルから必要最小限微量ずつ連続的に供給する加工液供給部と、
前記加工液層における使用済みの前記放電加工液を放電加工くずと共に吸液ノズルから吸収して回収する加工液回収部とを備え、
前記加工液供給部と前記加工液回収部とが、各々の前記吐出ノズルの吐出方向と吸液ノズルの吸液方向とが前記被加工材の前記放電電極による加工位置で交わり、且つ前記吐出ノズルと前記吸液ノズルとが互いに同一線上に近接して相対向する配置で設けられていることで、前記加工液供給部から供給された放電加工液が前記加工用の放電で使用されたのちに、前記加工液供給部から供給された分だけ前記加工液回収部に吸収されて回収されていくとともに、前記吐出ノズルから前記吸液ノズルに至る一定の流動路から外れることなく前記加工液回収部に回収されていくことを特徴とする超微細放電加工機。
【請求項２】
加工液供給部と加工液回収部とが、放電電極の取付部材に支持部材を介して支持されている請求項１に記載の超微細放電加工機。
【請求項３】
放電加工液として、純水を用いる請求項１または請求項２に記載の超微細放電加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細化した放電電極と被加工材との間の微小な放電ギャップに発生する放電を利用して、主として、微細孔や微細なスリットの加工に用いられる超微細放電加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ放電加工技術は、インクジェットプリンタのノズルの孔加工をはじめとして、主に微細孔の加工法として用いられており、近年では、最小５μｍまでの孔加工を可能とする超微細放電加工機が開発されている。このような超微細放電加工機は図４の構成図に示すような全体構成を備えている。この超微細放電加工機は、微細な放電電極２を取り付けて移動する加工ヘッド部１と、被加工材３を位置決めする位置決め機構部４と、放電電極２を任意の形状に成形するワイヤ放電研削ユニット（図示せず）と、ＮＣ制御部（図示せず）を有するマイクロ放電回路７との基本構成に大別される。
【０００３】
上記加工ヘッド部１には、鉛直に配置されたマンドレル９が、軸受８を介して回転自在に取り付けられ、且つＤＣモータ１０により高精度に回転駆動されるようになっている。このマンドレル９の下端部には放電電極２が取り付けられている。この加工ヘッド部１はボールねじ１１の回転により昇降される。また、位置決め機構部４は、被加工材３を位置決め状態に載置する加工台１３が加工槽１２の内部に設置された構成になっている。マイクロ放電回路７は、中央処理ユニット１４と、この中央処理ユニット１４の制御によりコンデンサ切換器１７を介して放電電極２と被加工材３との間にパルス電圧を印加する電源部１８と、中央処理ユニット１４の制御を受けてＤＣモータ１０の回転を高精度に制御するモータ駆動制御回路１９とを備えて構成されている
また、上記超微細放電加工機には、図５（ａ）の側面図および同図（ｂ）の切断平面図に示すように、電気的に絶縁液である純水を放電加工液２０として吐出ノズル２１ａから吐出する加工液供給部２１が、その吐出ノズル２１ａを被加工材３の放電電極２による放電加工位置に向けた配置で支持部材２２を介して加工台１３に取り付けられている。この超微細放電加工機は、加工液供給部２１の吐出ノズル２１ａから放電加工液２０が放電加工位置に噴き付けられた状態において、この放電加工液２０を介在して放電電極２と被加工材３との間に電源部１８から電圧が印加され、加工ヘッド部１の下降によって放電電極２を被加工材３に近接させたときに発生する放電を利用して微細孔の加工などを行うものである。
【０００４】
この加工は、放電に伴う発熱によって、被加工材３の溶融および放電加工くずの除去を繰り返しながら進行する。したがって、放電はパルス化されている。
【０００５】
この超微細放電加工機は以下のような種々の大きな特長を有している。すなわち、放電エネルギを微小化し、且つ放電電極２を微細化することにより、マイクロ放電加工を行うことができ、導電性があればどのような材質の被加工材３でも加工が可能であって、硬度の高い材質の被加工材３でも容易に加工できる。また、通常の放電加工では割れなどの問題があるシリコン・フェライトなどの高い比抵抗を持つ材質の加工も可能であり、しかも、非接触加工であるから、被加工材３に対し加工力を与えることなく加工でき、ドリル加工などでは困難な曲面、傾斜面および薄板などへの加工を高精度に行うことができる。さらに、孔径が50μｍ以上であれば、その10倍の深さの孔の加工も可能であるから、マイクロ機械部品の打ち抜きなどの塑性加工用に使用される金型の加工にも好適に適用できるなどの種々の大きな特長を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超微細放電加工機では、図５に明示したように、放電加工液２０を被加工材３の放電加工位置に直接吹き掛けて垂れ流す方式で供給されているため、加工液供給部２１の吐出ノズル２１ａから噴出された放電加工液２０は、その表面張力によって流線が安定しないので、図６の平面図に示すように、被加工材３における放電加工位置からずれた箇所に吹き付けられたり、図７の断面図に示すように、放電加工くず２３が放電によって舞い上がるのに伴って気泡２４が発生したりする。このような場合には、放電現象が常に電気絶縁体である放電加工液２０内で発生せず、結果的に空気中での放電現象となることから、被加工材３の加工面が荒れるなどの加工不良が生じるだけでなく、放電電極２と被加工材３との間の空気が介在することにより、放電現象の発生が途切れたりして加工が停止するといった不都合が生じることもある。
【０００７】
また、上記の空気中での放電現象となるのを防止するために、放電加工液２０による加工液層を形成して、この加工液層で被加工材３と放電電極２との放電ギャップＧを覆うようにしているので、高価な純水である放電加工液２０を大量に必要としてランニングコストが高くつく上に、使用済みの大量の放電加工液２０を溜めるための貯溜槽を必要とするので、装置全体が大型化するとともに、コスト高となる。しかも、放電加工液２０の流量が多くなるのに伴い、微細な放電電極２が振動を受けて高精度な加工ができなくなったり、放電電極２の破損を招くといった重大なトラブルが発生することもある。さらに、図７に明示するように、多量に噴き掛けられる放電加工液２０による加工液層は、放電加工くず２３を含んで厚い淀みを形成し、その淀みの中で放電加工くず２３が放電電極２に付着すると、所定の範囲を越えた広い範囲で放電が発生し、これに起因して被加工材３に加工不良が生じることもある。
【０００８】
また、加工液供給部２１は、加工台１３に対し回動可能に取り付けられているので、被加工材３の厚みの相違や加工位置の移動などに際しては、その都度、加工液供給部２１を回動させて吐出ノズル２１ａの向きを調節しなければならない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、可及的に少ない流量の放電加工液で放電電極と被加工材との間の放電ギャップを常に確実に覆うことのできる加工液層を形成することのできる構成を備えた超微細放電加工機を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の超微細放電加工機は、放電加工液を介して加工台面上に水平に取り付けられた被加工材との間に電圧が印加され、前記被加工材への近接によって加工用の放電を発生する放電電極と、前記放電電極の周囲に集中的に集まって、前記放電電極の先端部と前記被加工材の放電加工位置との間の放電ギャップを常に確実に覆うことのできる薄い加工液層を形成するために、前記放電加工液を吐出ノズルから必要最小限微量ずつ連続的に供給する加工液供給部と、前記加工液層における使用済みの前記放電加工液を放電加工くずと共に吸液ノズルから吸収して回収する加工液回収部とを備え、前記加工液供給部と前記加工液回収部とが、各々の前記吐出ノズルの吐出方向と吸液ノズルの吸液方向とが前記被加工材の前記放電電極による加工位置で交わり、且つ前記吐出ノズルと前記吸液ノズルとが互いに同一線上に近接して相対向する配置で設けられていることで、前記加工液供給部から供給された放電加工液が前記加工用の放電で使用されたのちに、前記加工液供給部から供給された分だけ前記加工液回収部に吸収されて回収されていくとともに、前記吐出ノズルから前記吸液ノズルに至る一定の流動路から外れることなく前記加工液回収部に回収されていくことを特徴としている。
【００１１】
この超微細放電加工機では、放電加工液が、互いに近接して相対向するよう配置された加工液供給部の吐出ノズルから加工液回収部の吸液ノズルに至る一定の流動路から外れることなく安定に流れるため、放電加工液の流線が常に安定している。そして必要最小限微量ずつ連続的に供給される放電加工液は、放電電極の周囲に集中的に集まって、被加工材と放電電極との間の放電ギャップを常に確実に覆うことのできる薄い加工液層を形成している。その結果、空気中での放電現象の発生を確実に防止できるので、常に高精度な微細放電加工を行うことが可能になる。しかも、一般に高価なものである放電加工液は必要最小限だけ供給しながら極めて効果的に活用できるので、ランニングコストを大幅に低減できるのに加えて、従来の使用済みの放電加工液を溜めるための貯溜槽が不要となる。しかも、放電加工液の流量は微量であるから、微細な放電電極が放電加工液の流動の影響を受けて振動するといったことが全くなくなり、これによっても高精度な微細放電加工を常に安定に行うことが一層確実となり、放電電極の破損といったトラブルは発生することがない。
【００１２】
また、放電加工に伴い発生する放電加工くずは、発生直後に加工液回収部の吸液ノズルに吸収されてしまうので、従来加工機の場合のように放電加工くずが放電によって舞い上がるといった現象が生じなく、それに伴う気泡の大量発生といった事態も生じない。また、放電加工液は微量ずつ供給されて薄い加工液層を形成するので、従来加工機のように加工液層が放電加工くずを含んで厚い淀みを形成するといった状態も生じることがなく、放電加工くずが放電電極に殆ど付着しないので、従来加工機の場合に発生していた所定の範囲を越えた広い範囲での放電を確実に防止できる。
【００１３】
上記発明において、加工液供給部と加工液回収部とが、放電電極の取付部材に支持部材を介して支持されている構成とすることが好ましい。
【００１４】
これにより、加工液供給部および加工液回収部と放電電極とは、常に所定の相対位置を保持しながら一体的に移動するので、被加工材の厚みの相違や加工の進行度合或いは加工位置の移動などに際しても、常に好適な位置関係を自動的に保持する。そのため、放電加工液はどのような状況においても常に所要の箇所に確実に噴き掛けられるので、空気中での放電現象の発生を確実に防止でき、被加工材の加工面が荒れるなどの加工不良が生じない。
【００１５】
また、上記発明において、放電加工液としては、完全な電気絶縁液である純水を用いるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る超微細放電加工機の要部の概略を示した側面図、図２はその切断平面図である。この超微細放電加工機では、放電加工液２０としての純水を供給する加工液供給部２７と、使用済みの放電加工液２０を吸液しながら回収する加工液回収部２８とが、各々の吐出ノズル２７ａおよび吸液ノズル２８ａをそれぞれ被加工材３の放電加工位置に向けた傾斜状態で支持部材２９，３０を介してマンドレル９に吊り下げ形態に支持されている。その他の構成は既存のものと同様である。
【００１７】
図２に明示するように、加工液供給部２７と加工液回収部２８とは、各々の吐出ノズル２７ａの吐出方向と吸液ノズル２８ａの吸液方向とが被加工材３の放電電極２による加工位置で交わり、且つ吐出ノズル２７ａと吸液ノズル２８ａとが互いに可及的に近接して相対向する配置で、それぞれ個別の支持部材２９，３０を介してマンドレル９に支持されている。これにより、加工液供給部２７と加工液回収部２８とは、放電電極２との相対位置を常に一定に保持しながらマンドレル９と一体に上下動する。
【００１８】
上記超微細放電加工機では、加工液供給部２７の吐出ノズル２７ａから被加工材３の放電加工位置に向け噴き掛けられた放電加工液２０は、放電加工に使用されたのちに、放電加工くず２３と共に加工液回収部２８の吸液ノズル２８ａに吸収されて回収されていく。放電加工液２０は、加工液供給部２７から供給された分だけ加工液回収部２８に吸収されて回収されていくととともに、互いに同一線上に近接して配置された加工液供給部２７の吐出ノズル２７ａから加工液回収部２８の吸液ノズル２８ａに至る一定の流動路から外れることなく安定に流れる。
【００１９】
そのため、放電加工液２０は、その流線は常に安定しているので、被加工材３における放電加工位置からずれた箇所に噴き掛けられることがない。
【００２０】
このように、放電加工液２０は、常に一定の流動路から外れることなく安定に流れるから、加工液供給部２７から微量ずつ連続的に供給するだけでよい。その微量の放電加工液２０は、図２に明示するように、放電電極２の周囲に集中的に集まって、被加工材３と放電電極２との間の放電ギャップＧを常に確実に覆うことのできる薄い加工液層２０ａを形成することができる。この薄い加工液層２０ａは、常に被加工材３と放電電極２との間の放電ギャップＧを覆う箇所に形成されるので、空気中での放電現象の発生を確実に防止でき、それに伴って常に高精度な微細放電加工を行うことが可能になる。しかも、高価な純水である放電加工液２０は必要最小限の微量ずつ供給しながら極めて効果的に活用できるので、ランニングコストを大幅に低減できる。それに加えて、従来の使用済みの放電加工液２０を溜めるための貯溜槽は不要となる利点もある。
【００２１】
しかも、放電加工液２０の流量は微量であるから、微細な放電電極２が放電加工液２０の流動の影響を受けて振動するといったことが全くなくなる。これにより、高精度な微細放電加工を常に安定に行うことが一層確実となり、放電電極２の破損といったトラブルは発生することがない。
【００２２】
図３は上記超微細放電加工機によって被加工材３に微細孔の加工を行う過程を順に示した工程図で、（ａ）は下降する放電電極２の被加工材３への近接によって放電が発生し、微細孔の加工が開始された状態を示す。（ｂ），（ｃ）は微細孔加工の進行過程を順に示し、（ｄ）は微細孔３１の加工完了状態、（ｅ）は放電電極２が加工完了後に上昇した状態をそれぞれ示している。
【００２３】
同図に示すように、放電加工に伴い発生する放電加工くず２３は、発生直後に加工液回収部２８の吸液ノズル２８ａに吸収されてしまうので、従来加工機の場合のように放電によって舞い上がるといった現象が生じなく、それに伴う気泡２４の大量発生といった事態も生じない。また、放電加工液２０は微量ずつ供給されて薄い加工液層２０ａを形成するので、従来加工機のように加工液層２０ａが放電加工くず２３を含んで厚い淀みを形成するといった状態も生じることがなく、したがって、放電加工くず２３が放電電極２に殆ど付着しないので、従来加工機の場合に発生していた所定の範囲を越えた広い範囲での放電を確実に防止できる。
【００２４】
また、加工液供給部２７および加工液回収部２８と放電電極２とは、常に所定の相対位置を保持しながら一体的に上下動するので、被加工材３の厚みの相違や加工の進行度合或いは加工位置の移動などに際しても、常に好適な位置関係を自動的に保持する。そのため、放電加工液２０はどのような状況においても常に所要の箇所に確実に噴き掛けるので、空気中での放電現象の発生を確実に防止できる。そのため、被加工材３の加工面が荒れるなどの加工不良は生じない。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明の超微細放電加工機によれば、放電加工液が、互いに同一線上に近接して配置された加工液供給部の吐出ノズルから加工液回収部の吸液ノズルに至る一定の流動路から外れることなく安定に流れる構成としたので、放電加工液を放電電極の周囲に集中させて、被加工材と放電電極との間の放電ギャップを常に確実に覆うことのできる薄い加工液層を形成することができ、空気中での放電現象の発生を確実に防止して常に高精度な微細放電加工を行うことが可能となり、高価な純水を可及的に節約してランニングコストの大幅な低減を図ることができ、使用済みの放電加工液を溜めるための貯溜槽も不要となる。
【００２６】
しかも、微細な放電電極が放電加工液の流動の影響を受けて振動するといったことが全くなくなるから、高精度な微細放電加工を常に安定に行うことが一層確実となり、放電電極の破損といったトラブルは発生することがない。また、放電加工に伴い発生する放電加工くずは、発生直後に加工液回収部の吸液ノズルに吸収されてしまうので、放電加工くずの舞い上がりや気泡の大量発生といった事態も生じなく、放電加工くずの放電電極への付着に起因する所定の範囲を越えた広い範囲での放電を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超微細放電加工機の要部の概略構成を示した側面図。
【図２】同上加工機の切断平面図。
【図３】同上加工機によって被加工材に微細孔の加工を行う過程を順に示した工程図。
【図４】超微細放電加工機の全体構成を示す構成図。
【図５】従来の超微細放電加工機を示し、（ａ）は一部の側面図、（ｂ）はその切断平面図。
【図６】同上超微細放電加工機における放電加工液が被加工材の放電加工位置からずれた箇所に吹き掛けられ状態を示す平面図。
【図７】同上超微細放電加工機における気泡が発生して放電加工くずが放電電極に付着した状態を示す断面図。
【符号の説明】
２  放電電極
３  被加工材
９  マンドレル（取付部材）
２０  放電加工液
２０ａ  加工液層
２７  加工液供給部
２７ａ  吐出ノズル
２８  加工液回収部
２８ａ  吸液ノズル
２９，３０  支持部材
Ｇ  放電ギャップ
【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】
0004152515.tif 000008