(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物と該被加工物に対向する電極との間隙に所定のパルス電圧を印加しつつ、前記間隙の電圧を監視してサーボ制御し、パルス放電によって電極材料を被加工物表面に堆積させる放電表面処理装置であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧として、１２０Ｖ以上を供給するパルス電源と、を備えたことを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項２】
放電開始電圧は、１４０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理装置。
【請求項３】
被加工物と該被加工物に対向する電極との間隙に所定のパルス電圧を印加しつつ、前記間隙の電圧を監視してサーボ制御し、パルス放電によって電極材料を被加工物表面に堆積させる放電表面処理装置であって、１２０Ｖ以上のパルス電圧と１００Ｖ以下のパルス電圧との少なくとも２段階の放電開始電圧を前記間隙に供給するパルス電源と、を備えたことを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項４】
放電開始電圧は、高い放電開始電圧が主体であって、低い放電開始電圧が従であることを特徴とする請求項３に記載の放電表面処理装置。
【請求項５】
少なくとも２段階設けた放電開始電圧は、所定の周期で組み合わせたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の放電表面処理装置。
【請求項６】
被加工物と該被加工物に対向する電極との間隙に所定のパルス電圧を印加しつつ、前記間隙の電圧を監視してサーボ制御し、パルス放電によって電極材料を被加工物表面に堆積させる放電表面処理方法であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧として、１２０Ｖ以上を供給して加工を行うことを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項７】
被加工物と該被加工物に対向する電極との間隙に所定のパルス電圧を印加しつつ、前記間隙の電圧を監視してサーボ制御し、パルス放電によって電極材料を被加工物表面に堆積させる放電表面処理方法であって、１２０Ｖ以上のパルス電圧と１００Ｖ以下のパルス電圧の少なくとも２段階の放電開始電圧を混合させて前記間隙に供給して加工を行うことを特徴とする放電表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パルス放電処理で被加工物の表面に電極材料を堆積せることで、被加工物の表面処理を実施する放電表面処理装置および放電表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば、特開平６−２８００４４号公報に示された従来の放電表面処理装置を示す図である。図において、２は被表面処理材料である被加工物、３は放電加工用電極である電極、９はサーボ機構である。被加工物２と電極３とは加工液中にある。
【０００３】
次に、動作について説明する。パルス放電をすることで被加工物２側に形成される溶融域に電極３の電極材料を堆積させて表面処理加工を施している。放電表面処理では、放電を開始させるために印加する電圧である放電開始電圧を６０Ｖ〜１００Ｖに設定して加工していた。これには理由がある。放電開始電圧は電極３と被加工物２との間の極間の距離との関係で、放電開始電圧をこれ以上大きくすると、極間距離が大きな時点で放電が開始することになる。極間距離が大きくなると、加工液もあるため、電極３が被加工物２の表面に到達する確率が少なくなり、被膜を形成できないと従来考えられていた。
【０００４】
また、放電開始電圧を大きくすると、絶縁破壊が起こり、放電が発生したときに生じる放電による爆発力が大きくなるため、電極３の消耗及び被加工物２の表面の粗さに悪影響を及ぼすとも考えられていた。
【０００５】
さらに、パルス放電を利用する加工という点では類似するが、被加工物２の表面を除去する加工である放電加工の場合でも、放電開始電圧を６０Ｖ〜１００Ｖとするのが通常である。なぜならば、放電開始電圧を高くすることに積極的な意味を見いだせないからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、従来のように放電開始電圧を６０Ｖ〜１００Ｖに設定して、放電表面処理加工をしても被膜は形成される。ところが、従来の放電表面処理装置では、形成される被膜の表面粗さは、十点平均粗さＲzで７μm以上になるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、従来以上に平滑かつ均一な表面被膜層を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電表面処理装置は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理装置であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧は、１２０Ｖ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、放電開始電圧は、１４０Ｖ以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理装置であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧を高低で少なくとも２段階設け、もっとも高い放電開始電圧は１２０Ｖ以上であって、低い放電開始電圧は１００Ｖ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、放電開始電圧は、高い放電開始電圧が主体であって、低い放電開始電圧が従であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、少なくとも２段階設けた放電開始電圧は、所定の周期で組み合わせたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明に係る放電表面処理方法は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理方法であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧は、１２０Ｖ以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明に係る放電表面処理方法は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理方法であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧を高低で少なくとも２段階設け、もっとも高い放電開始電圧は１２０Ｖ以上であって、低い放電開始電圧は１００Ｖ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１による放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図であり、より具体的には放電表面処理装置全体の模式図である。
【００１６】
図において、１０はパルス放電させるための加工パルス電源であり、少なくとも直流１２０Ｖ以上のものである。放電開始電圧が１６０Ｖに設定する場合は、当然、加工パルス電源１０は１６０Ｖ以上のものになる。１４は例えば電気的にマイナスとなる電極、１５は電極１４がマイナスであるときはプラス側となる被加工物である。電極１４と被加工物１５とは、加工漕１６にある加工液１１中でパルス放電される。また、１２は主軸制御装置、１３はサーボ機構であり、放電開始電圧は加工パルス電源１０で制御される。なお、放電開始電圧とは、パルス放電を開始させるために印加する電圧のことである。
【００１７】
次に、動作について説明する。電極１４と被加工物１５との間でパルス放電をさせるによって、被加工物１５側に形成される溶融域に電極１４の電極材料を堆積させて表面処理加工を施すことができる。放電加工とは異なり、被加工物１５の表面は削られるのではなく、電極１４の材料が堆積することになる。この堆積された層が、表面被膜層と呼ばれるものである。
【００１８】
主軸制御装置１２は、電極１４と被加工物１５との間の電圧を監視し、放電が発生できるように主軸にサーボ機構１３を設けている。放電が発生したという情報を加工パルス電源１０から読みとり、放電開始電圧に合わせた位置に電極１４の底面が位置するように主軸制御装置１２により制御する。なお、放電開始電圧を大きくすると、電極１４と被加工物１５との距離である極間距離が大きくても放電できるようになる。
【００１９】
三菱電機製の放電表面処理装置である型番ＥＸ８を使用した場合を例にして、実験結果を以下に示す。放電開始電圧であるＧＡＰをパラメータとして実施している。電極１４としては、φ１８ｍｍのチタンカーバイト（ＴｉＣ）の焼結体を用いている。電極１４をマイナス極、被加工物１５をプラス極に設定している。表面処理加工時間は１５分である。パルス放電電流値は３．８Ａ（アンペア）、パルス幅は８μｓ（マイクロ秒）である。
【００２０】
まず、図２に放電開始電圧が８０Ｖ（ボルト）の場合、図３に放電開始電圧が１６０Ｖの場合、図４に放電開始電圧が２７０Ｖの場合について、それぞれで極間電圧の波形を示す。これらの図において、横軸は一目盛り５μｓ（マイクロ秒）の時間軸であり、縦軸は一目盛り５０Ｖ（ボルト）の電極１４と被加工物１５との極間電圧である。また、横軸方向の矢印で放電中の時間を示し、縦軸方向の矢印で放電開始電圧を示している。
【００２１】
次に、これらの放電電圧波形を用いて単発放電させた放電痕表面形状を示す。図５に放電開始電圧が８０Ｖの場合、図６に放電開始電圧が１６０Ｖの場合、図７に放電開始電圧が２７０Ｖの場合について、それぞれで被加工物表面からの高さを示す。これらの図において、横軸は一目盛り０．０５ｍｍ（５０μｍ）の被加工物表面の位置を示すものであり、縦軸は一目盛り０．００２ｍｍ（２μｍ）の被加工物表面からの高さを示している。放電開始電圧が小さいほど、爆発力の減衰が小さくなり、深い放電痕が形成されている様子を観察できる。単発放電させた放電痕表面形状につてい説明したが、パルス放電が連続していても同様のことはいえる。
【００２２】
また、放電表面処理した被加工物の被膜表面の凹凸を表面粗さ計で測定した結果を示す。図８は、放電開始電圧に対する十点平均粗さＲｚの関係を示すものである。横軸は放電開始電圧で、縦軸は十点平均粗さＲｚ（単位はμｍ）である。図９は、放電開始電圧に対する中心線平均粗さＲａの関係を示すものである。横軸は放電開始電圧で、縦軸は中心線平均粗さＲａ（単位はμｍ）である。測定距離は５ｍｍ、カットオフ値は０．８ｍｍで測定したものである。
【００２３】
図８と図９とのいずれからも、従来使用されているパルス放電を開始する放電開始電圧が１００Ｖ以下では、被加工物１５の表面粗さが、十点平均粗さＲｚで７μｍ以上、中心線平均粗さＲａで１．７μｍ以上となって、平滑かつ均一な表面被膜層とはいうには、十分ではないことが分かる。
【００２４】
また、図８及び図９の変曲点が１２０Ｖ前後に存在していることが分かる。このため、パルス放電を開始する放電開始電圧が１２０Ｖ以上であれば、十点平均粗さＲｚは６μｍ以下、中心線平均粗さＲａは１．２μｍ以下にすることができる。
【００２５】
さらに、図８及び図９から、パルス放電を開始する放電開始電圧が１４０Ｖ以上の領域では安定していることが分かる。特に、１６０Ｖ以上であれば有意差を確認することができない。パルス放電を開始する放電開始電圧が１４０Ｖ以上であれば、十点平均粗さＲｚは４μｍ以下、中心線平均粗さＲａは０．８μｍ以下にすることができる。また、パルス放電を開始する放電開始電圧が１４０Ｖ以上であれば、より確実に十点平均粗さＲｚは４μｍ以下、中心線平均粗さＲａは０．８μｍ以下を得ることができる。
【００２６】
ここでは、電極１４の材料としてチタンカーバイトの焼結体を用いていたものを例としているが、他にもタングステンカーバイト（ＷＣ）など電極１４の材料として適している焼結体を用いれば、同様の効果を得ることができる。また、被加工物１５の材質としては、主として鉄系金属が対象となるが、一部の非鉄系金属でも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
放電表面処理の場合、爆発力により電極材料は被加工物の表面に向かって移動する。電極から移動する電極材料は密度が大きいため、慣性力の影響が大きく、放電開始電圧を大きくすることで、極間距離が大きくなっても被加工物表面に到達することができる。一方、放電開始電圧を大きくすると、極間距離が大きくなり、爆発力が被加工物表面に到達する過程で減衰し、被加工物表面での爆発力は小さくなる。電極材料を被加工物表面に到達させ被膜を形成でき、爆発力の減衰が顕著になり、被加工物表面での爆発力を小さし、表面粗さを向上している。
【００２８】
以上のことが成立するには、少なくとも放電開始電圧が１２０Ｖ以上であり、被加工物１５が平滑かつ均一な表面被膜層として安定するには放電開始電圧が１４０Ｖ以上であり、より確実に安定するには放電開始電圧が１６０Ｖ以上となる。
【００２９】
以上のように、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理装置において、パルス放電を開始する放電開始電圧を１２０Ｖ以上にすることで、従来以上に平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる。
【００３０】
なお、明細書全文および図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００３１】
実施の形態２．
パルス放電は連続して発生さて、被加工物１５の表面処理を実施するものである。ここで、パルス放電を開始する放電開始電圧を高低で少なくとも２段階設け、もっとも高い放電開始電圧は１２０Ｖ以上であって、低い放電開始電圧は１００Ｖ以下とする。特に、放電開始電圧は、高い放電開始電圧が主体であって、低い放電開始電圧が従に設定する。
【００３２】
もっとも、高い放電開始電圧として１４０Ｖ以上、さらに望ましくは１６０Ｖ以上に設定すると、より安定して被加工物１５の表面が平滑かつ均一な表面被膜層となるのは、実施の形態１での説明と同様である。
【００３３】
ここでは、パルス放電を開始する放電開始電圧を高低の２段階の例で説明する。例えば、高い放電開始電圧として１４０Ｖの放電開始電圧を主体とする放電中に、低い放電開始電圧である８０Ｖ（１００Ｖ以下）の放電開始電圧の放電を所定の周期である１０Ｈｚの割合で混在させて加工する。他の加工加工条件は、実施の形態1と同じである。その結果、高い放電開始電圧のみで放電表面処理したときの被膜硬さと比較して、低い放電開始電圧を混在させた被加工物１５の表面の被膜の硬さが１０％程度硬くなる。
【００３４】
一方、低い放電開始電圧のみで放電表面処理して、十点平均表面粗さＲｚ、中心線平均粗さＲａは小さい放電を混在させてもほとんど変わらない。少なくとも形成される被膜の表面粗さを十点平均粗さＲzで６μm以下にすることができる。このため、同じ加工時間であれば、小さい放電となる低い放電開始電圧を混在させることによって、硬くて平滑かつ均一な表面被膜を効率的に形成できることになる。
【００３５】
放電開始電圧の高低の区分は、２段階である必要性はなく、複数であっても良い。この場合、もっとも高い放電開始電圧は１２０Ｖ以上であって、低い放電開始電圧は１００Ｖ以下であれば、上記と同様のことがいえる。
【００３６】
また、放電開始電圧の高低の組み合わせは、所定の周期の組み合わせで行うことができる。これによって、表面被膜層の硬さを調整することができる。また、所定の周期で調整するため、放電開始電圧の高低が表面被膜の位置に偏り無く、確実に被加工物１５の表面を平滑かつ均一な表面な被膜層とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明に係る放電表面処理装置は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理装置であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧は、１２０Ｖ以上であるので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理装置である。
【００３８】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、放電開始電圧は、１４０Ｖ以上であるので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理装置である。
【００３９】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理装置であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧を高低で少なくとも２段階設け、もっとも高い放電開始電圧は１２０Ｖ以上であって、低い放電開始電圧は１００Ｖ以下であるので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理装置である。
【００４０】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、放電開始電圧は、高い放電開始電圧が主体であって、低い放電開始電圧が従であるので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理装置である。
【００４１】
また、この発明に係る放電表面処理装置は、少なくとも２段階設けた放電開始電圧は、所定の周期で組み合わせたので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理装置である。
【００４２】
また、この発明に係る放電表面処理方法は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理方法であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧は、１２０Ｖ以上であるので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理方法である。
【００４３】
また、この発明に係る放電表面処理方法は、パルス放電によって電極材料を被加工物の表面に堆積させる放電表面処理方法であって、前記パルス放電を開始させるために印加する放電開始電圧を高低で少なくとも２段階設け、もっとも高い放電開始電圧は１２０Ｖ以上であって、低い放電開始電圧は１００Ｖ以下であるので、平滑かつ均一な表面被膜層を得ることができる放電表面処理方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電表面処理装置全体の模式図である。
【図２】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧が８０Ｖ時の極間電圧の波形を示す図である。
【図３】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧が１６０Ｖ時の極間電圧の波形を示す図である。
【図４】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧が２７０Ｖ時の極間電圧の波形を示す図である。
【図５】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧が８０Ｖ時の放電痕表面形状を示す図である。
【図６】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧が１６０Ｖ時の放電痕表面形状を示す図である。
【図７】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧が２７０Ｖ時の放電痕表面形状を示す図である。
【図８】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧に対する十点平均粗さＲｚの関係を示す図である。
【図９】  実施の形態１の放電表面処理装置および放電表面処理方法を説明するための図で、放電開始電圧に対する中心線平均粗さＲａの関係を示す図である。
【図１０】  従来の放電表面処理装置を説明するための図である。
【符号の説明】
２  被加工物、３  電極、９  サーボ機構、１０  加工パルス電源、１１  加工液、１２  主軸制御装置、１３  サーボ機構、１４  電極、１５  被加工物、１６  加工漕。
【図１】
0003852583.tif 000002
【図２】
0003852583.tif 000003
【図３】
0003852583.tif 000004
【図４】
0003852583.tif 000005
【図５】
0003852583.tif 000006
【図６】
0003852583.tif 000007
【図７】
0003852583.tif 000008
【図８】
0003852583.tif 000009
【図９】
0003852583.tif 000010
【図１０】
0003852583.tif 000011