(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイスによって加工機台に絶縁材料を固定して絶縁性の加工油に浸し、絶縁材料と加工電極との間に電圧を印加して絶縁材料を放電加工する際、表面に導電体層を形成した絶縁材料を使用し、導電体層からバイス，オシロスコープの端子接続点を経て放電電源に至る放電回路におけるバイスとオシロスコープの端子接続点との間に抵抗値：30Ω以上の外部抵抗を直列接続することを特徴とする絶縁材料の放電加工方法。
【請求項２】
加工油を収容し、絶縁材料が載置される加工機台を配置させた容器と、絶縁材料を加工機台に押圧固定する導電性のバイスと、加工機台上の絶縁材料に対向配置された加工電極と、加工電極を負極として放電電源の一方の端子に接続する放電回路と、前記バイスを放電電源の他方の端子に接続する放電回路と、加工電極側放電回路，バイス側放電回路の双方に端子が接続されたオシロスコープと、バイスとオシロスコープの端子接続点の間でバイス側放電回路に直列接続された抵抗値：30Ω以上の外部抵抗を備えていることを特徴とする絶縁材料の放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高い加工精度でセラミックス，高分子材料，セラミックス−金属複合体等の絶縁材料を放電加工する方法及び放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスに代表される絶縁材料は高い絶縁抵抗のため、無垢の状態では放電加工に必要な放電現象が発生しない。この種の絶縁材料の放電加工を可能にするため、絶縁材料の表面に導電体層を設ける方法が採用されている（特開昭６３−１５０１０９号公報，特開平４−４１１２０号公報）。
本発明者等も、絶縁材料の表面にメッシュ状導電材料，金属細線からなる多孔質成形体，針状金属を含む複合体等を密着させた状態で加工電極との間に放電を発生させるとき、放電現象の維持に有効な導電体層がメッシュ状導電材料，多孔質成形体或いは複合材料から放電加工の初期に形成され、絶縁材料の放電加工が可能になることを特開平８−１４３７号公報で紹介した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁性の加工油に浸漬した絶縁材料を放電加工すると、加工油の熱分解で生じた熱分解炭素が導電性皮膜となって絶縁材料の表面に堆積する。導電性皮膜の形成によって絶縁材料の放電加工が可能になるが、導電体層から絶縁材料基材に放電が移行する際に放電状態が不安定化する。放電状態の不安定化は、導電体層と基材との界面で電気抵抗が大きく変化し、短絡や放電集中等の異常波形が多発することに起因する。
不安定な放電状態は、放電加工された絶縁材料に形状不良を引き起こす。また、絶縁材料表面にある導電体層が異常放電によって局部的に消失し、加工面入口近傍の導電体層が工具電極形状よりも大きく加工されるため、たとえば孔部を形成する場合には肩ダレを起こし、シャープなエッジの孔部が形成されない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、導電体層から絶縁材料基材に放電が移行する際に電気抵抗の変化を抑えることによって、放電現象を安定条件下で推移させ、良好な形状精度で絶縁材料を放電加工することを目的とする。
【０００５】
本発明は、その目的を達成するため、絶縁性の加工油に浸した絶縁材料と加工電極との間に電圧を印加して絶縁材料を放電加工する際、表面に導電体層を形成した絶縁材料を使用し、導電体層から放電電源に至る放電回路の途中に抵抗値：30Ω以上の外部抵抗を直列接続されている。外部抵抗の接続個所は、絶縁材料を加工機台に固定するバイスと、オシロスコープの一方の端子が接続された接続点との間に設定される。
【０００６】
また、放電加工装置は、加工油を収容し、絶縁材料が載置される加工機台を配置させた容器と、絶縁材料を加工機台に押圧固定する導電性のバイスと、加工機台上の絶縁材料に対向配置された加工電極と、加工電極を負極として放電電源の一方の端子に接続する放電回路と、前記バイスを放電電源の他方の端子に接続する放電回路と、加工電極側放電回路，バイス側放電回路の双方に端子が接続されたオシロスコープと、バイスとオシロスコープの端子接続点の間でバイス側放電回路に直列接続された抵抗値：30Ω以上の外部抵抗を備えている。
【０００７】
【実施の形態】
本発明に従った放電加工装置は、たとえば図１に示すような設備構成を備えている。この放電加工装置は、加工機台１が内部に配置されている容器２を加工油３で満たし、導電性皮膜Ｌ又は導電体層を設けた絶縁材料Ｍを加工機台１に載置する。導電体層Ｌとしては、塗布・焼付け，ＣＶＤ，ＰＶＤ，溶射，蒸着等で形成された導電性薄膜、特開平８−１４３７号公報で紹介したメッシュ状導電材料，金属細線からなる多孔質成形体，針状金属を含む複合体等が使用される。或いは、導電性金属板又は箔を絶縁材料Ｍに密着させて導電体層Ｌとすることもできる。
【０００８】
加工機台１に載置された絶縁材料Ｍは、バイス４によって締め付けられ加工機台１に固定される。バイス４は、抵抗器５を介して放電加工機電源６に接続される（図１ａ）。絶縁材料Ｍ表面にある導電体層Ｌに加工電極７が対向配置され、加工電極７は負極として放電加工機電源６の一方の端子に接続される。抵抗器５は、絶縁材料Ｍと加工電極７との間の放電現象が導電体層Ｌから絶縁材料基材に移行する際の電気抵抗の変動を抑えるため放電回路に直列接続された部品であり、抵抗値を調節できる可変抵抗器を必要に応じて使用することができる。なお、放電状態の推移を観察するため、オシロスコープ８を放電回路に付設する場合もある。
【０００９】
絶縁材料Ｍと加工電極７との間に電圧を印加して放電させると、電気伝導性の高い導電体層Ｌが先ず放電加工される。放電の継続に伴い導電体層Ｌが加工電極７の形状に倣って加工されるが、同時に加工油３も放電時のエネルギーによって分解される。加工油３の分解生成物である熱分解炭素は絶縁材料Ｍの表面に堆積して導電性皮膜Ｎとなり、放電現象が継続する（図１ｂ）。
放電が導電体層Ｌから絶縁材料Ｍに移行する際、絶縁材料Ｍの表面に形成されている導電性皮膜Ｎの抵抗は非常に高い。そのため、給電位置であるバイス４までの電流路の長さが放電位置の移動に伴って変化し、抵抗値も変動する。抵抗値の変動は放電電流値の変動をもたらし、放電現象を不安定化させやすい。本発明では、放電回路に直列接続した抵抗器５によって抵抗値の変化を電気回路に関して相対的に小さくしているので、放電電流及び電圧の変動に起因する異常放電が抑えられ、安定条件下で導電体層Ｌから絶縁材料Ｍに放電現象が移行する。
【００１０】
直列接続した抵抗器５は、放電点から給電位置までの距離変動に伴って電流路の抵抗値が変化した場合にあっても抵抗変化が電流値に及ぼす影響を小さくする。その結果、放電状態が安定化し、加工孔周囲にある導電体層Ｌが広面積で加工されることがなくなる。これに対し、抵抗器５がない場合、放電位置の分散によって放電点から給電点までの距離変動に起因する抵抗値の変化が放電電流に直接影響を及ぼし、放電状態を不安定にする。
【００１２】
放電加工時、給電位置であるバイス４までの電流路の長さが放電位置の移動に伴って変化するため、導電体層Ｌの抵抗値も変化する。導電体層Ｌの抵抗値変動幅による影響を抑制するため、３０Ω以上の抵抗値をもつ抵抗器５を外部接続することが好ましい。高抵抗材料製の導電体層Ｌも、同様な理由から３０Ω以上の抵抗値をもつものが好ましい。
【００１３】
【実施例１】
Ｓｉ3Ｎ4を絶縁材料Ｍに使用し、絶縁材料Ｍの表面に膜厚３μｍのＰＶＤ−ＴｉＮ蒸着膜を導電体層Ｌとして形成した。導電体層Ｌの比抵抗は２×１０-6Ω・ｃｍ程度の良導体であることから、抵抗器５（外部抵抗）の抵抗値を０〜５０Ωの範囲で変化させた。
灯油系の加工油３を収容した容器２に配置されている加工機台１に絶縁材料Ｍをセットし、バイス４で加工機台１に固定した。バイス４と放電加工機電源６との間に挿入される抵抗器５には、１０Ω，３０Ω，５０Ω（外部抵抗Ｒout）の抵抗を使用した。なお、放電加工機内部の抵抗Ｒinは、１０.７Ω，７５Ωであった。
【００１４】
放電加工機に準ずる重畳電圧を考慮したシミュレ−ション等価回路によって電圧変動を検出したところ、図２に示すように外部抵抗Ｒout＝１０Ωを接続しない内部抵抗Ｒin＝７５Ωの条件下では、皮膜抵抗Ｒlayerが０〜１００Ωの範囲で変化したとき電圧変動幅は約６０Ｖであった。他方、外部抵抗Ｒout＝５０Ωの抵抗器５を挿入し、内部抵抗Ｒinを１０.７Ωに調整した条件下では、電圧変動幅が約１０Ｖに抑えられた。この結果は、外部抵抗Ｒoutが大きく、内部抵抗Ｒinが小さい場合にオシロスコープ８で検出される電圧変動が抑えられることを意味する。
【００１５】
次いで、絶縁材料Ｍと加工電極７（直径３ｍｍ）との間に電圧を印加することにより放電現象を発生させ、表１の条件下で絶縁材料Ｍを放電加工した。放電加工中の電流及び電圧の変動をオシロスコープ８で検出したところ、連続して発生する放電の電圧，電流共にほぼ一定の値になり、安定した波形（図３ａ）で放電が生じていた。放電加工された絶縁材料Ｍも、シャープな肩部をもつ孔部が形成されていた。孔部は、深さに制約が加わることなく、加工電極７の形状を正確に倣った内径３ｍｍの円孔であった（図４ａ）。
比較のため、外部抵抗Ｒoutを接続しない場合、放電電圧，放電電流が大きく変動し、波形に乱れが生じており（図３ｂ）、放電加工によって形成された孔部にも肩ダレが生じていた（図４ｂ）。
【００１６】
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【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、導電体層を設けた絶縁材料を放電加工する際、バイスとオシロスコープ端子接続点との間の放電回路に抵抗値：30Ω以上の外部抵抗を直列接続することによって、絶縁材料表面に形成された高抵抗の導電体層と加工電極との間に発生する放電における放電電圧及び放電電流の変動を抑制できる。そのため、放電現象が安定化し、深さのある孔部を形成する場合でも孔部周辺にダレが発生することなく、加工電極の形状を正確に倣った形状に絶縁材料が放電加工される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従った放電加工装置（ａ）及び加工進展（ｂ）の概略図
【図２】  同放電加工装置の放電状態をシミュレートしたグラフ
【図３】  実際の放電加工時における放電状態の変動を本発明例（抵抗接続あり）と比較例（抵抗接続なし）で対比したグラフ
【図４】  放電加工で形成された孔部の形状を本発明例（抵抗接続あり）と比較例（抵抗接続なし）で対比した写真
【符号の説明】
１：加工機台    ２：容器    ３：加工油    ４：バイス    ５：抵抗器    ６：ＥＤＭ電源    ７：加工電極    ８：オシロスコープ
Ｍ：絶縁材料    Ｌ：導電体層    Ｎ：導電性皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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