JPH0453627A - 高精度電解仕上げ加工方法 - 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］ この発明は、電解仕上げ加工方法に係り、特に三次元形
状の被加工面を短時間かつ高精度に仕上げる電解仕上げ
加工方法に関する。

［従来の技術］ 従来の電解加工方法としては、例えば特開昭６４−７８
７２２号公報により、電極とワークとの間隙に硝酸ナト
リウムや塩化ナトリウム等の溶液である電解液を満たし
、この電極とワークとの間にパルス電流を流すことによ
り、ワーク表面を鏡面状に仕上げるものが開示されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ この電解加工方法にあっては、三次元形状の底付き加工
（凹窩状に形成された三次元構造の加工面を有するもの
に対する加工をいう）において、複雑な輪郭形状を有す
るワークと電極との間隙に電解液を満たし、仕上げ加工
の前期にはピーク電流密度を３０〜５０　Ａ／　ｃ　ｍ
２て、オン時間を２〜１０ｍｓｅｃとし、後期にはピー
ク電流密度を３０〜５０　／　Ａ　ｃ　ｍ　２て、オン
時間を２０〜６０ｍ　ｓ　ｅ　ｃとして加工を行ってい
る。その結果、前期の加工て面粗度を向上させ、又後期
の加工て面粗度を損なうことなく被加工面の鏡面状の光
沢面を得る。

しかしながら、この方法によると、滑らかな表面形状で
は問題とならなかったが、第６図に示すような直角もし
くは鋭角の部分形状を有する物を加工する場合に、前工
程での放電加工で如何に鋭利な隅Ｒを形成したとしても
後工程での電解仕上げ加工では、隅Ｒが最小でも０．２
ｍｍＲ程度にしか仕上がらないという不都合が生じた。

これに対して特開昭５４−１４９５号公報によれば、電
極とワークとの対向する面全体における等クリアランス
化加工を行うために、電極とワークとを相対的に移動さ
せて通電を行うことが開示されている。しかし、この方
法を取り入れての実験においても結果は変わらなかった
。

その理由としては、電解加工においては、電極とワーク
との加工時の間隙が５０〜３００μｍ程度を必要とする
ことと、対向する加工面に対し一様に加工をしてしまう
性質があることとが考えられる。即ち、電解加工におい
て電極とワークとを対向させてパルス電流を供給した場
合、高電流密度条件（例えば、１０〜２５■）のときは
、間隙を１１０μｍとして所定の加工エネルギを供給し
たとき４０μｍの加工量が得られるに対し、間隙を１０
μｍとして同じ条件の加工エネルギを供給したときは、
約２０μｍの加工量しか得られないで、かつその加工表
面も荒れて形状を損なっている。その原因は加工中の間
隙には電解生成物や水素ガスが生じて適正な電解作用を
阻害するためである。したがって、第６図の場合でも単
位面積当りの加工エネルギ（電流密度Ｘパルス輻×連発
パルス数）が大きい標準の加工条件では、ワークの被加
工面４ａと電極面２ａとの間隙を１００μｍ以下にして
の加工は完全なものではなかった。

［発明の目的］ そこでこの発明は、上記不都合を除去し、特に角度を有
する曲面における隅Ｒを極小とすべく改良した、三次元
形状の被加工面を短時間かつ高精度に仕上げて、鏡面状
の光沢面等を得ることができる高精度電解仕上げ加工方
法を実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、この出願の第１発明は、電
解液中で電極とワークとを所定間隙をもって対向設置す
る工程と、前記電極とワークとの間に、微弱なパルス電
流を供給する工程と、前記電極とワークとの間隙を拡げ
るべく、両者を引き離す工程と、前記電極とワークとの
間に新たな電解液を供給して電解生成物を除去する工程
と、前記電極を前記ワークに対して相対的にＸ−Ｙ方向
に移動させる工程とを有することを特徴とする。

又、第２発明は、上記第１発明におけるパルス電流を、
電圧が５．３〜６．５Ｖで３０ｍｓｅｃ以下のオン時間
としたことを特徴とする。

［作　用］ この出願の発明によると、パルス電流を供給する一回当
りの電解生成物の発生量や水素ガスの発生量も少ないた
めに、電極とワークとの間隙もより小さくすることがで
き、例えば間隙を１０μｍとしたとき、間隙が１１０μ
ｍの場合に２μｍの加工量しか得られない加工エネルギ
条件てあっても、２０μｍの加工量を得ることができる
。このことから、電極とワークとの間隙を従来よりも小
さくして電極形状に沿った精密な曲面転写が可能となる
。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１〜２図は、この発明の一実施例を示すものである。

第１図において、この発明を実施し得る電解仕上げ加工
装置１は、電極２を固定する電極固定装置３、ワーク４
を固定するワーク固定装置５、パルスモータからなるＺ
軸モータ６の回転運動を往復運動に変換する駆動変換部
７、エアー供給装置８からのエアーの供給により前記電
極固定装置３を上下動するビックユニット９、直流電源
部１０と充放電部１１からなり加工パルスを発生する電
源装置１２、モータ駆動制御部１３と加工条件制御部１
４と電解液流制御部１５等からなる制御装置１６、ワー
ク４に間する各種データ等を入力する入力装置１７、電
解液を濾過するとともに、この濾過した電解液を噴出ノ
ズル１８を介して噴出することにより、電極２とワーク
４の間隙１９に電解液の噴流を供給する電解液濾過装置
２０、加工槽２１等からなる。

前記電極固定装置３は、その下部に設けたロッド２２の
下端に、例えば純銅もしくはグラファイトからなる電極
２を、その電極面２ａとワーク４の被加工面４ａとが三
次元方向に−様な間隙１９を保つように固定する。この
電極固定装置３は、前記モータ駆動制御部１３の制御信
号によりＺ軸モータ６が回転し、この回転が駆動変換部
７によって上下方向の運動に変換されて上下動するとと
もに、モータ駆動制御部１３の制御信号によりエアー供
給装置８が作動して、ピックユニット９内にエアーが供
給されて上下動する。なお、電極固定装置３の駆動方法
は、加工条件等に応じて、Ｚ軸モータ６及びエアー供給
装置８の一方もしくはこれらの両者を同時に使用して行
う。

前記ワーク固定装置５は、絶縁性の高いグラナイトもし
くはセラミックス製のテーブルで、その上面には例えば
型彫放電加工されたワーク４を図示しないセット治具、
ネジ等により固定する。

前記電極２とワーク４との相対的位置間係を制御して加
工を行う仕組は、例えば第２図に示す如く構成する。

即ち、制御装置１６は、入力装置１７及び各種センサ２
３からの信号を受けて所定のプログラムによる制御を行
う。このセンサ２３は概念的なもので実際には複数のセ
ンサからなり、液面検出、電極とワークとの接触検出、
電解液のＰＨ検出、加工深さ検出、パルス供給回数検出
等の機能を果たすものを総称する。

前記モータ駆動制御部１３は、電極２を支持するテーブ
ル（図示せず）をＸ軸モータ２４、Ｙ軸モータ２５を駆
動することによってＸ−Ｙ平面（前後左右方向）で所定
の位置に自由に移動させてワーク４との相対的位置関係
を変更し保持する。又、前記Ｚ軸モータ６及びエアー供
給装置８を駆動して電極２を上下動させて、ワーク４と
の間隙１９を所定値に保つ位置と両者を引き離した位置
とを交互に得るようにしている。

さらに前記制御装置１６は、入力された加工条件を記憶
装置２６に記憶するとともに、表示装置２７によりその
内容を表示して操作者の便宜を図っている。そして、電
解加工が所定量に達したことをセンサ２３が検出したな
らば、その旨を表示すると同時に、加工条件制御部１４
は、電源装置１２に新たな加工条件に基づくパルス電流
を供給するよう信号を発して加工を継続する。かかるプ
ログラム化された工程を自動的に切り換えて加工を継続
し、最後に所定の工程が完了したことをセンサ２３が検
出して加工を終了する。

その間、電極２が上昇して電極２とワーク４との間隙１
９が拡がったときには電解液が噴出ノズル１８から噴き
出され、間隙１９に発生している電解生成物を排除する
。この作用をなす前記電解液濾過装置２０は、前記セン
サ２３の電解液の淑面検出信号に基づく電解液の供給や
電極２の上昇に伴う電解液の噴出に加えて、加工槽２１
内の電解液の汚れを防止すべく、電解液を循環させなが
ら、電解生成物を濾過する。

このような加工中の制御内容は逐一記憶装置２６に記憶
し、必要に応じて表示装置２７に表示させ、あるいは図
示しないプリンタにて印字出力して再確認できるように
構成しである。

次にこの出願の発明の原理を示す実験について第３図に
より説明する。

電極２は、はぼ直角をなす凸条Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４
を有する形状とし、ワーク４はその上面が傾斜した構成
として、両者を対向させたとき一例にては両者の間隙が
１０μｍで、反対側では、１１０μｍとなるように設定
した。このような電極２とワーク４との関係において、
両者間にパルス電流を供給したところ第４図の如き結果
を得た。

即ち、第４図イは従来の加工方法に習った加工条件での
通電を行った結果を示し、同アはこの出願にかかる発明
となった加工条件での通電を行った結果を示すものであ
る。

第４図ア及びイのＷｌ、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４はワーク４に
おいて、第３図に示す電極２の凸条Ｅｌ、Ｅ２、Ｅ３、
Ｅ４に対応する部位に加工の結果生じた深さＴの加工量
を示す凹溝である。

第４図イでは従来の、いわゆる高電流密度の加工条件で
のパルス電流を供給した。その結果、加工間隙が１１０
μｍとなるＷ１部分ではきわめて正確に加工がなされて
いるに対し、間隙が小さくなるに連れて電極の形状転写
が崩れて、ｗ４部分では加工表面の荒さも加わって、実
用にならないことが判明した。これより従来の加工条件
では、電極２とワーク４との間隙を１００１１ｍ以下に
縮小することが余り好ましくないと判断される。

これとは反対に、第４図アではパルス電流の電流値を小
さくして行き、かつパルスのオン時間も変えて短くした
場合の加工結果を表わし、間隙が１０μｍとなるＷ４部
分で電極形状が正確に転写されているに対し、間隙が大
きくなるに連れて形状転写がなされていない状況が明ら
かである。この場合の電流条件は、おおよそ電圧が５．
３〜６゜５ｖで、パルス幅（印加時間）が３０ｍｓｅｃ
以下であった。このことから、電流値を下げていけば電
流２とワーク４との加工時の間隙１９を小さくしても、
加工形状を損なわない電解加工ができることが判明した
。

なお、この場合パルス電流のオン時間は、実用の段階に
おけるワークの大きさやその形状に基づいて、形状精度
追求との関係で限りなくゼロに近い値で実施することに
なるが、従来の通常範囲の形状及び精度の型加工におい
ては１〜３０ｍｓｅｃの範囲で十分である。

以上の知見に基づいて、この出願の発明者は、高精度に
電極形状を転写しうる電解仕上げ加工方法を完成させた
。即ち、放電加工により形成された３次元形状の加工面
を有するワークを仕上げ加工するに、 先ず第１段階は比較的大きなエネルギ条件でのパルス電
流を供給する。（ピーク電流密度が３０〜５０Ａ／Ｃｍ
２で、オン時間を２〜１０ｍ５ｅＣとする。）その結果
として、面粗度を向上させる。

次いで第２段階は第１段階よりも一層大きいエネルギ条
件でのパルス電流を供給する。（ピーク電流密度を３０
〜５０Ａ／ｃｍ２で、オン時間を２０〜６０ｍｓｅｃと
する。）その結果、面粗度を損なうことなく被加工面を
鏡面状の光沢面とする。

なお、この第２段階の電流値設定での加工は、次の第３
段階の加工を行った場合には、その後工程としての第４
段階の加工にも適用されるものである。

そして、形状が屈曲部分を有するために必要な場合には
、さらに第３段階として、第１段階より小さいエネルギ
条件でのパルス電流を供給する。

（電極２とワーク４との間にかける電圧を第１段階の場
合より低い５．３〜６，５Ｖに設定し、オン時間を３０
ｍｓｅｃ以下とする。）この場合、被加工面の面積を変
わらないものと想定すれば、単位面積当りの電流密度は
第１段階と比べてもはるかに小さい値となるが、実際に
は、加工結果から推定すると、局部的に電流が集中して
流れることになり、加工面積を特定できないため平均電
流密度として把握することができない。

この第３段階では、電極をワークに対してＸ−Ｙ平面で
相対的に移動せしめて加工の際の間隙を小さくするよう
制御することとした。

そして、各段階における動作はそれぞれ従来通りとし、
第３段階のみ次の様にｆｌＥ正した。つまり、電極２を
下降させてＸ軸方向での間隙１９を所定値に保つととも
に、さらに電極２をＸ軸方向あるいはＹ軸方向に移動さ
せて、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向における電極２とワー
ク４との間隙を所定値にする工程を加える。そして、パ
ルス電流を供給したら、−旦電極２をＸ軸あるいはＹ軸
方向に戻して、その後電極２を上昇させ、同時に噴出ノ
ズル１８から電解液を噴出して間隙１９の電解生成物を
排除する。そうして前記の動作を繰り返す。

この点についてさらに第５図に基づいて説明すると、前
述の原理で電極２の電極面２ａをワーク４の被加工面４
ａに対して、間隙１９を１０ｕｍとなるまで接近させて
加工することができるようになったが、その場合、すて
に前段階（上記第１段階及び第２段階）の加工を経てい
るので、電極２の横幅は、ワーク４の内面幅に対して相
対的に小さくなっているため、電極２を横方向に移動さ
せないと電極面２ａとワーク４の被加工面４ａとは接近
し得ない。そこで、前記第３段階では、少なくとも電極
２をワーク４に対してＸ−Ｙ方向（前後左右方向）に位
置を移動させて、電極面２−ａとワーク４の被加工面４
ａとの間隙を調整する必要が生ずる。これを前記モータ
駆動制御部１３によってＸ軸モータ２４及びＹ軸モータ
２５を運転させることで実現したのである。

この結果、第６図に示す従来との比較から明らかなよう
に、従来では放電加工面（−点鎖線で示す）との間隙を
縮小できなかったために、電解加工による加工面もほぼ
放電加工面に倣う形の曲面であったのに対し、この出願
の発明では、第５図に示すように放電加工面を修正した
形の電解加工面を得ることができた。

なお、上記の説明においては、電極とワークとを上下方
向に対向位置させたが、これを水平方向に位置させて、
両者間の電解生成物を排除しやすくすることもできる。

その場合、Ｚ軸が水平方向となるので、Ｘ−Ｙ平面は、
Ｚ軸に直交する（上下前後方向に延びる）平面と読み替
える。

［発明の効果］ この発明は上述の通りに構成したので、次に記す効果を
奏する。

■直角もしくは鋭角の屈曲した曲面を有する被加工面で
あっても、正確な形状転写を実現した電解加工ができて
、高精度な表面品質を得ることができる。

■電極を消耗しない電解加工でもって、表面荒さを取り
除く面粗度向上加工（第１段階）から光沢面を得る仕上
げ加工（第２段階）、及び精度の高い型彫り加工（第３
段階）が可能となり、放電加工を経ないでも３次元形状
の曲面を有する金型の製作加工ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る電解仕上げ加工方法を実施し
得る電解仕上げ加工装置のブロック図、第２図は、制御
内容を示すブロック図、第３図は、この出願の原理を示
す実験の説明図、第４図は、同じく実験の結果を示すワ
ーク表面の拡大説明図、第５図は、この発明による電解
加工の状況を示す説明図、第６図は従来の電解加工の状
況を示す説明図である。 ｌ・・・電解仕上げ加工装置、２・・・電極、４・・・
ワーク、１２・・・電源装置、１３・・・モータ駆動制
御部、１４・・・加工条件制御部、１５・・・電解液流
制御部、１６・・・制御装置、１７・・−・入力装置、
２３・・・センサ、２６・・・記憶装置、２７・・・表
示装置 である。 第１図 特許出願人　　静岡製機株式会社 代表者　　銘木　重夫 第２嗟 第ａ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）次のＡ〜Ｅの要件を具備したことを特徴とする高
   精度電解仕上げ加工方法。 Ａ、電解液中で電極とワークとを所定間隙をもって対向
   設置する工程、 Ｂ、前記電極とワークとの間に、微弱なパルス電流を供
   給する工程、 Ｃ、前記電極とワークとの間隙を拡げるべく、両者を引
   き離す工程、 Ｄ、前記電極とワークとの間に新たな電解液を供給して
   電解生成物を除去する工程、 Ｅ、前記電極を前記ワークに対して相対的にＸ−Ｙ方向
   に移動させる工程。
2. （２）次の要件を具備してなる請求項（１）記載の高精
   度電解仕上げ加工方法。 Ｆ、前記パルス電流は、電圧が５．３〜６．５Ｖで３０
   ｍｓｅｃ以下のオン時間であること。