JPH01246016A - 電解液中アーク放電を利用した加工の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電解液中アーク放電を利用して、セラミック
ス、金属間化合物、その他の難削材料の電気的加工を行
う場合の加工制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 本発明者は、先に、特願昭ｔｉ２−６３３７１号として
、「電解液中アーク放電による非導電性材料の加工法」
を提案している。この既提案の加工方法は。

非導電性材料を電解池中における放電を利用して加工す
るもので、中性塩電解液を用い、この電解液中で工作物
に対設したＩ　Ａ　電極か溶融しない加工条件を設定し
て、電解液中におけるアーク状の放電により加工するよ
うにしている。

上記方法によって加工する場合の７ＩＩＩ工能率は。

工具電極か比較的高温（惟定４００〜８００°Ｃ）に設
定保持される加工条件において良好なことか実験的にわ
かってきた。しかし、この加工は本質的に不安定な状態
にある。例えば、外的条件の変動によって放電電流が増
加したとすると、これによっ°Ｃ放電かより激しくなり
、工具電極の温度はと昇する。そして、この温度上昇は
また放電′電流を増加させ、それにより工具電極の温度
が丘昇するという悪循環により、遂には工ａ’ｔａｍか
溶融するまでに至る。逆に、加−１条件を安全側に設定
すると、１几電極の温度はあまりＬ外せず、加［能率は
低下する。

また、−・時的に最適な加１条件を設定したとしても、
時間経過と共に電解液の温度変化などにより、その状態
を保持できなくなるので２常に加工条件を最適な状態に
戻すことを考慮する必要かある。

そこで、上記温度を昇の問題に対処し、工具電極材料と
して、耐熱性に優れたタングステン、銀タングステン合
金、導電性セラミックス等を使用してみたか、これらの
材料でも赤熱・溶融するに至り、この問題の解決にはな
らなかった。

問題解決のための他の方法は、放電体重期間を設けた間
欠的な放電により温度上昇を抑制する方法（前掲特願昭
６２−６３３７１号の実施例参照）であるか、休止期間
の存在により時間的損失が太きくなると共に、本質的に
放電の不安定さを改善するものではないので、安全側の
条件設定を行う必要かあり、そのため加工能率の点で不
利になる。

一方、加工電源の電流を制限する等の手法も考えられる
か、定電圧、定電流等の保護回路は、この加工法の加工
電源に対する次のような特有の要求により効果的に使用
することかできない。

即ち、電解液中での放電は、最初に大きな電解電流か流
れて、工具電極表面全体か電解により発生した気体に覆
われ、それによって放電に移行することか、放電による
発光現象と加工電流波形の比較等の研究によってわかっ
てきた。加工中に放電が休止した場合の再点弧の時も、
電解により発生した気体や、熱により発生した水蒸気等
によって、工具電極材料か気体層に覆われる必要かある
。

従って、保護回路の設定電流値を放電中の電流を基準と
して定めると、電解電流か制限されて工具電極材料か気
体層に覆われるまでに至らず、放電に移行することかで
きなくなる。一方、設定電流値を電解電流のピーク値に
合わせると、それよりはるかに小さい放電電流を制限す
ることはできないので、工具電極の温度上昇を抑えるこ
とは難しくなる。

［発明か解決しよりとする。ｉｌ！題］電解液中のアー
ク放電を利用する加工は、上述したような問題点を有し
ているか、本発明者は、Ｅ記加工において、加工中に発
生する光情報を研究中に、フォトダイオード等で容易に
検出可能な近赤外域の光出力かこの加工の状況を代表す
る重要なパラメータであることを見出した。この光出力
か小さ過ろと加工能率か悪く、逆に大き過ると工具電極
の過度な温度、上昇を招きやすくなる。

従って、この光出力をフィードバックして加工電源の出
力を制御すれば、良好な加工状態を保持し得、ると考え
られる。

本発明の技術的課題は１．上述した知見に基づき、加工
中に発生ずる近赤外域の光出力により加工電源の出力を
制御して、常に良好な加工状態を維持できるようにした
加工制御方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段１作用］ 玉記課題を解決するため２本発明に係る加工の制御方法
は、電解液中で、工作物に対設した１具電極のアーク放
電により、その工作物を加工する方法において、加工中
に発生する近赤外線を検出し、それをフィードバックし
て、加工電源の出力をパルス幅制御することにより、そ
の加工電源出力を適正な加−［４件に維持することを特
徴とするものである。

第１図に示す加工装置の一例を参照して本発明について
さらに詳細に説明すると、本発明に基づいてセラミウク
ス、金属間化合物、その他の難削材料からなる工作物の
加工を行うに際しては、電解液２を満たした加十槽ｌ内
において、工作物３に゛［具屯極４を対設すると共に、
その電解液中に白金板などの不溶性の材料からなる補助
電極５を配設し、この状態で電解液中におけるアーク放
電により加工を行うものである。工作物３の加工［の進
行に伴い、工具電極４には必要な送りかり・えられる。

上記加工は、工具″、ｉｉ：８ｉ４か比較的高温状態に
ある加工条件のときに効率的に行われるか、その際、ア
ーク放電部分で近赤外線が発生する。この近赤外線は、
内部に増幅器を備えた近赤外線検出器６により検出、増
幅され、その出力か増幅器７に入力される。

増幅器７は、フィードバック電圧レベルを設定するため
の基準電圧発生器８と感度調整器９を備えている。基準
電圧発生器８は、通常、近赤外線検出器６の出力と逆極
性の直流電圧を発生し、この電圧を調整することによっ
て加工中に発生する近赤外線強度の目標値を設定するこ
とかてきる。

近赤外線強度を小さくするように設定すると、加に能率
はトかるか、］［具電極の消耗比か向−ヒすると共に加
工形状か良くなる。逆に近赤外線強度を大きくするよう
に設定すると、加重能率は向上するか、ＩＡ主電極消耗
が激しくなり、加工形状か悪くなる。このように、基準
電圧発生器８の電圧を調整することによって、加工状況
を選択することができる。感度ｍ＠器９は増幅器７の増
幅度を変えることによって適ＩＥなフィードバック動作
か行われるように調整するためのちのである７近赤外線
検出器６としては、Ｌ＋［視光カットフィルタを備えた
）すトダイオートか、使いやすさ。

分光感度特性、動作速度簿の点から最適と考えられる。

これを加工槽ｌの上方に設置し、集光レンズを使用して
集光すれはよいか、加工機の操作などによって遮光され
るおそれのある場合には、コニ具′を極４の近辺からオ
プティカルファイバーを用い゛Ｃ近赤外線を検出！１６
に導く方法を用いることもできる。

前述のように、電解液中での放電は、最初に大きな電解
電流か流れて、玉楼電極表面全体か電解により発生した
気体に覆われ、それによって放電に移行するが、その電
解電流と放電電流の差が大さい（１桁以Ｌ）ので、通常
のトランジスタの抵抗値制御による出力の制御ては、大
きな電力損失を伴うと共に、大容酸のトランジスタ、放
熱器等を必要とし、実用的でない。このため、非常に少
ない電力損失で加１？を源の出力制御を行うことか可能
なパルス幅変調方式を採用している。

即ち、上記増幅器７にコンパレータ１２を介して接続さ
れたＦＥＴパワートランジスタ１１は、工具電極４と補
助電極５との間に加工のための′７ｔ＆を流す直流電源
１３に接続され、高速のオン・オフを繰り返すが、その
オンの時間はコンパレータ１２によって決定される６コ
ンバレータ１２は、三角波発生器１４の出力電圧と増＠
！１７の出力電圧を比較して２後者か前者より小さい時
に正の電圧を出力し、その時間たけＦ　Ｅ　１’パワー
トランジスタ１１をオンとする。コンパレータ１２、三
角波発生器１４、ＦＥＴパワートランジスタ＋１は、こ
のようにしていわゆるパルス幅変調動作を行うものであ
る。

第２図に、第１図の装置を用いて加工しｔ−場合の加工
電圧（工具電極４と補助電極５の間の電圧）と、増＠器
７の入力端子部分で“測定した近赤外線検出器６　（シ
リコンフォトダイオード、感度波長範囲７００〜１１４
０ｎｍ）の出力電圧の波形の−・例を示す（’Ｆ力方向
増大方向として表示）。検出器出力があるレベル以上（
この場合は約７ｍＶ）になった場合に、加工電圧が低ド
して出力か制限されている様子かわかる。なお、加工電
圧に見られるＩＯ＋ｍｓ周期の規則的変動は、直流電源
１３の残留す・ソブル電圧によるものである。三角波発
生３１４で発生させる三角波の燗期は、増幅器７の出力
の変化に比べて十分小さくする必要かあるか、ここでは
３０ルＳに設定した。

以トにおいて説明したような加工装置によれば、加工中
に発生する近赤外線を検出し、それをフィードバックし
て、加工電源の出力をパルス幅制御し、加工市原出力を
適正な加工条件に維持することかてきる。それにより、
放電の発生を確実なものとし、高温の工具電極の温度上
昇を制限すること力口ｉ（能になる。

なお、本発明の方法を、セラミックス等の加［に限らず
、電解液中でのアーク放電の発生を伴う他の加工法、た
とえば金属の電解放電加工等においても有効に利用でき
ることは、上述の動作原理の説明から明らかである。

〔実施例１〕 第２図の場合と同様にして、第１図に示す加工装置を用
い、次の条件で加工を行った。

実験条件 丁作物　：　Ｓｉ、Ｎ。

１−具’ｉｌｔ極：外形３．２−糟内径１．６ｍ−銅バ
イブ補助電極：白金板１２ｈｍＸ　５０ｍ１１電解液　
：比重１．２０　〜ａ　Ｎ　ＩＪ　、Ｉ水溶液乎均加工
電流：２〜３Ａ この結果、従来の方法での１５分間の加に深さか−・殻
内に　１　、２ｍｍ程度であったのが、少ない回数の試
みにもかかわらす１．８ｍｍまで向上した。

［χ施例２］ 実験条件は、゛電解液をゆるやかに循環（流刑１４０ｃ
ｍ’／ｗｉｎ）させた以外は、実施例１の場合と回しで
ある。

基準電圧発生器８の設定は、実施例１の場合に比べて工
具電極消耗比の向上を優先して設定し、′長時間の加工
を行った。この結果４６０分の加［時間に対して加工深
さは１．９＠ｓとなり、加工ｆｔ率の点では実施例１に
比べて劣るか、工具電極消耗は０、：１ｍ＋＊てあり、
実施例１の場合の３．２ｍｗｒに比べて約１／１０とな
った。従来の方法ては長時間安定な加工を行うことは困
難であったか、本装訝を用いることによって非常に容易
なものとなった。

〔実施例３］ 実施例２の場合より加■二゛屯圧を高めて、１９２Ｖと
しく実施例２では１６０Ｖ）　、基準電圧発生器８の設
定を２通りに変えて、それぞれ１５分間の加［実験を行
った。その結果、加１−深さ１．４４ｍ５で工具電極消
Ｊ［Ｌ）−５ｔｓ、及び加工深さ１．９０ｍｍで丁具電
株消耗棗。Ｕ　ｍ＋ｓの結果か得られた。

この場合に、試みにフィードバックをかけずに放置する
と、ａ１０秒で工具電極の溶融か起こった。なお、この
場合の近赤外線検出器としては、ゲルマニウムフォトダ
イオード（感度波長範囲７００〜１９００ｎｓ）を使用
した。

［発明の効果］ このような本発明の制御方法によれは、加工中に発生す
る近赤外線を検出して加工電源の出力をパルス幅制御す
るという））カ単な手段により、電解から放電への移行
を確実なものにすると共に、高温の、Ｌ具電極の温瓜り
昇を制限して、長時間にわたって１ｌｌＬＦＥな加工条
件に設定保持することか可能になり、この結果として、
加工能率か著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法゛を実施する加工装置の一例を示
す回路構成図、第２図は加工電圧と近赤外線検出器の出
力電圧の波形の一例を示すグラフである。 ■　・・加工槽、　　　２・・電解液、３・・Ｌ作物、
　　　４・・■具電極２５−・補助電極、　　６・・近
赤外線検出器、７・・増幅器、　　　８・・基準電圧発
生器、９・・感度調整器、 １１・・ＦＥＴパワートランジスタ、 １２・・コンパレータ、１３・・直流電源、１４・・二
角波発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電解液中で、工作物に対設した工具電極のアーク放
   電により、その工作物を加工する方法において、加工中
   に発生する近赤外線を検出し、それをフィードバックし
   て、加工電源の出力をパルス幅制御することにより、そ
   の加工電源出力を適正な加工条件に維持することを特徴
   とする電解液中アーク放電を利用した加工の制御方法。