JPH0780724A

JPH0780724A - 非導電性材料の放電加工装置

Info

Publication number: JPH0780724A
Application number: JP22865993A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamada; 哲夫山田; Shunei Tanaka; 俊英田中; Kimihiro Wakabayashi; 公宏若林; Noriyuki Nehashi; 紀之根橋; Tsutomu Ando; 力安藤; Shinichi Kawamata; 進一川俣
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】使用する工具電極の寿命が長く、非導電性材
料に微細な加工を安定して行うことができる放電加工装
置を供給することにある。【構成】電解質溶液中で工具電極と対電極とを電気的
に接続し、この電解質溶液中に浸漬された非導電性材料
に上記工具電極の先端を接近させ、この工具電極周りに
発生する放電により上記非導電性材料を加工する放電加
工装置であり、非導電性材料の加工時に放電によって発
生する放電プラズマ光から非導電性材料に起因して発光
する特定の波長の光の強度を選択的に検出する光検出手
段と、その光の強度に応じて工具電極と非導電性材料と
の間の相対位置を制御しつつこの工具電極を駆動する駆
動手段とを具備する非導電性材料の放電加工装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非導電性材料を加工す
る放電加工装置に係り、詳しくは、電解質溶液中に発生
した放電を利用して非導電性材料を加工する放電加工装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解質溶液中の放電による非導電性材料
の加工は、電解質溶液中で工具電極と対電極との間に電
圧を印加し、この工具電極の先端を非導電性材料に接近
させるとこれら工具電極と非導電性材料との間で放電が
発生し、この放電に伴って工具電極近傍に発生する放電
エネルギーが電解質溶液による非導電性材料の溶融又は
熱化学的な除去等を加速することで行われると考えられ
ている（参考文献としては、谷口信夫「精密機械」，２
９−１０（１９６３）７９８及び土屋八郎「機械技
術」，３２−１２（１９８４）７７がある）。そして、
所望の加工を行うためには、非導電性材料の溶融又は熱
化学的な除去等による加工の進行に合わせて、工具電極
と非導電性材料との間の相対位置が一定の間隔になるよ
うに制御しつつ工具電極を非導電性材料の加工面に向か
って送る必要がある。

【０００３】参考までに、導電性材料に放電による加工
を行う場合には、絶縁性溶液に浸漬された導電性材料と
工具電極とを電源を介して接続することで、導電性材料
と工具電極との間に放電を発生し、また、その時に導電
性材料と工具電極との間に流れる電流の大きさが、工具
電極と導電性材料との間の距離がある程度離れている場
合には安定な放電が行われるので小さく、前記距離が極
めて接近している場合には火花若しくはアーク状態の放
電が行われるので極めて大きくなる特性を利用して、上
記電流の大きさが大きくなったら適当な大きさになるま
で工具電極を導電性材料から遠ざけることで、工具電極
と導電性材料とを常に非接触の状態に保ちながら工具電
極と導電性材料との間の相対位置を制御し、所望の加工
を行うことができる。しかしながら、非導電性材料を放
電加工する場合には、電流は非導電性材料と工具電極と
の間ではなく対電極と工具電極との間に流れるため、そ
の変化が非導電性材料と工具電極との間の距離の変化に
対応しないので、上記のように電流の大きさをもとに工
具電極と非導電性材料との間の相対位置を制御しつつ工
具電極を非導電性材料の加工面に向かって送ることはで
きない。

【０００４】そこで、図３に示すように、茨城県工業技
術センター研究報告第１６号の「電解液中放電による穴
加工の試験（第一報）」では、工具電極３（加工電極）
の上部に加工用ウェイト１３を配設し、これによって工
具電極３に常時荷重を作用させ、加工の進行に追従して
この工具電極３が移動するように構成しており、その移
動量を測定することで加工量を認識し、所望の加工を行
うようにしている。

【０００５】しかしながら、上記のように加工用ウェイ
トを用いて工具電極３に常時荷重をかけて、工具電極３
を連動させる構成では、加工時にこの工具電極３の先端
が非導電性材料２に接触し、また、加工時に発生する泡
により振動し、この結果工具電極３の先端は変形し易
く、その寿命が短く、また、加工中に変形が発生した時
には所望の加工が行えなくなる等の問題がある。そし
て、このような問題は微細な加工を行うために工具電極
３の先端を細くすればするほど顕著に現れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、このように非導電性材料を加工する放電加工装置に
おける問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、放電
によって発生する放電プラズマ光から非導電性材料に起
因して発光する特定の波長の光の強度を選択的に検出
し、その光の強度に応じて工具電極と非導電性材料との
間の相対位置を制御しつつ工具電極を駆動することによ
り、工具電極と非導電性材料との間を常に非接触の状態
に保つようにその間の相対位置を制御できることを見出
し、本発明を完成した。

【０００７】従って、本発明の目的は、使用する工具電
極の寿命が長く、非導電性材料に微細な加工を安定して
行うことができる放電加工装置を供給することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、電
解質溶液中で工具電極と対電極とを電気的に接続し、こ
の電解質溶液中に浸漬された非導電性材料に上記工具電
極の先端を接近させ、この工具電極周りに発生する放電
により上記非導電性材料を加工する放電加工装置であ
り、非導電性材料の加工時に放電によって発生する放電
プラズマ光から非導電性材料に起因して発光する特定の
波長の光の強度を選択的に検出する光検出手段と、その
光の強度に応じて工具電極と非導電性材料との間の相対
位置を制御しつつこの工具電極を駆動する駆動手段とを
具備する非導電性材料の放電加工装置である。

【０００９】本発明で使用する電解質溶液は、工具電極
と対電極と非導電性材料とが浸漬され、工具電極と対電
極との間の通電を確保しながら工具電極と非導電性材料
との間に放電を生ぜしめることができるものであればよ
く、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、硝酸カ
リウム、塩化ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化アンモ
ニウムが挙げられる。そして、光検出手段が検出する放
電プラズマ光は電解質溶液由来のものではなく非導電性
材料由来のものである必要があるので、非導電性材料特
有の元素を含まないものであるのかよく、例えば、非導
電性材料がアルミナである場合にはアルミニウム元素を
含まない電解質溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液等
が好適である。

【００１０】電解質溶液に浸漬される工具電極及び対電
極は、放電に必要な電圧を印加するための電源を介して
接続され、電解質溶液中で腐食しにくいものを使用す
る。更に、工具電極は、駆動手段によって非導電性材料
の加工したい位置近傍にその先端を配設され、その表面
の泡を介して電解質溶液との間で放電を行うことになる
ので、その先端の形状と大きさは、非導電性材料に施し
たい加工溝の形状でその大きさより少し小さい大きさ、
例えば加工溝の穴径を０．４ｍｍにするには工具電極の
直径を０．３ｍｍに形成する。

【００１１】非導電性材料は、放電加工された時にプラ
スマ光を発するものであるならば何でもよく、例えばア
ルミナ等のセラミック材料が挙げられる。

【００１２】上記のように構成された放電加工装置は、
工具電極と電解質溶液との間に放電を起こし、その放電
に伴って生じるエネルギーにより非導電性材料を溶融し
たり熱化学的に除去したりする。また、工具電極におい
て放電が行われているときにその周辺に存在する元素は
励起されそれに特有な波長の光を放つので、加工が行わ
れていない場合には、電解質溶液中で電離しているイオ
ンの放電プラズマ光が発せられ、加工が行われている場
合には、それらに加えて溶融等された非導電性材料の金
属元素の放電プラズマ光が発せられる。それ故、加工が
行われていない場合には、光検出手段が検出する放電プ
ラズマ光はなく、加工が行われている場合には、光検出
手段は放電プラズマ光を検出する。そして、非導電性材
料の加工量が大きいほど、それだけ加工により削りとら
れて工具電極近傍に分布する非導電性材料の金属元素量
が増えるので、検出される放電プラズマ光は強くなる。

【００１３】光検出手段は、非導電性材料に起因するプ
ラズマ光の強度を測定しその結果を出力するものであ
り、例えば、工具電極近傍の放電プラズマ光をサンプリ
ングする光ファイバーと、それが接続される光検出部材
とで構成される。光ファイバーは、非導電性材料に起因
するプラズマ光を伝送することができればよく、例え
ば、非導電性材料にアルミナを使用したときには、アル
ミニウムのプラズマ光波長は約３９６ｎｍなので、透過
する光の帯域が１９０ｎｍ〜１０００ｎｍである石英性
の光ファイバーを使用することができる。光検出部材
は、光ファイバーにより伝送された放電プラズマ光を波
長ごとに分光し、そこから非導電性材料に起因するプラ
ズマ光の強度を測定し、更に、その結果を出力するため
に設けられ、例えば、回折格子、プリズム、光学フィル
ター等で放電プラズマ光を波長ごとに分光し、非導電性
材料に起因するプラズマ光を測定できる位置に配設され
た光増倍管、光電池、光電セル、光電管等でその光の強
度を測定し、そして、それをデジタル式電流計でデジタ
ル信号に変換したりすることで実現できる。

【００１４】駆動手段は、工具電極と非導電性材料との
間の間隔を放電加工できる間隔に維持するために、光検
出手段からの上記出力に応じてそれらの相対位置を制御
しつつ工具電極を駆動するものであり、例えば、工具電
極の移動量を決める制御部材と、その移動量に応じて実
際に工具電極を駆動する駆動部材とで構成できる。制御
部材は、上記の光検出手段からの出力の他に非導電性材
料の加工情報等を基に工具電極と非導電性材料との間の
相対位置を制御するために工具電極の移動量を決めるも
のであり、例えば、バリスタとリレースイッチ等からな
る回路部材やパソコン等を使用し、光強度が弱く更に加
工を続ける場合には工具電極を非導電性材料側に送るよ
うに指示し、光強度が弱くまた加工を必要としない場合
には工具電極を非導電性材料から遠ざけるように指示
し、光強度が強い場合にはその位置に工具電極を保持す
るように指示することで工具電極の制御を行う。駆動部
材は、制御部材からの情報に応じて実際に工具電極を駆
動してその位置を決めるものであり、工具電極の位置を
決めるために駆動できる最小の駆動量が非導電性材料の
最小加工精度に関係するので、要求される最小加工精度
に応じて適当な位置決めができるものを選ぶ。

【００１５】

【作用】本発明においては、放電によって発生する放電
プラズマ光から非導電性材料に起因して発光する特定の
波長の光の強度を選択的に検出し、その光の強度に応じ
て工具電極と非導電性材料との間の相対位置を制御しつ
つ工具電極を駆動することで、工具電極と被加工物との
接触を防ぎながら工具電極と導電性材料との間の相対位
置を制御し加工を行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を説明する。

【００１７】放電加工装置は、図１に示すように、ロジ
ウム１３ｗｔ％を含有する白金製で直径０．２ｍｍであ
る工具電極３と、白金製で大きさが１×１．５×０．１
ｍｍである板状の対電極４と、それらを接続する交流
（５０Ｈｚ）の交流電源６と、水酸化ナトリウム２ｍｏ
ｌ／ｄｍ³を含む電解質溶液５を入れたテフロン（商品
名）製の加工槽１と、工具電極３の最小送り量が１μｍ
である駆動手段８と、放電プラズマ光から非導電性材料
２に起因する発光の量を選択的に検出する光検出手段７
とで構成した。そして、工具電極３と対電極４とは厚さ
０．６３５ｍｍの９６％アルミナ製の板状の非導電性材
料２と共に電解質溶液５中に浸し、工具電極３と非導電
性材料２とは１ｍｍの間隔を開けて対向配置した。な
お、非導電性材料２はその上面が液面から２ｍｍの深さ
となるように配置した。

【００１８】更に、光検出手段７は、放電による放電プ
ラズマ光を分光部材７ａまで搬送する石英製の光ファイ
バー７ｄと、放電プラズマ光からアルミニウムの波長の
プラズマ光を分光して抽出する回折格子７ａと、分光抽
出されたプラズマ光の強度を検出する光増倍管７ｂと、
検出したプラズマ光の強度をデジタル信号に変換しそれ
をＧＰ−ＩＢ通信で出力するデジタル式電流計光強度信
号出力部材７ｃとで構成した。なお、光増倍管７ｂは回
折格子７ａがアルミニウムの波長３９６ｎｍのプラズマ
光を分光する方向に配置した。

【００１９】駆動手段８は、光検出手段７の上記ＧＰ−
ＩＢ通信出力信号等に応じて工具電極３と非導電性材料
２との間の相対位置を制御する信号を出力するパソコン
８ｂと、その制御信号によって工具電極３と非導電性材
料２との間の相対位置を制御しつつ工具電極３を駆動す
る駆動部材８ａとで構成した。

【００２０】次に、アルミナ２に穴を開ける場合につい
て、図２に示すパソコン８ｂによる制御フローチャート
を適宜参照しながら説明する。

【００２１】加工を始める前に、工具電極３が加工中に
アルミナ２に接触しないように、放電に伴うプラズマ光
の最大値（以下、しきい電流値とよぶ）をパソコン８ｂ
に設定するようにした。ここでは、工具電極３と対電極
４との間に７０Ｖｒｍｓの電圧を印加して工具電極３の
先端に放電を起こし、そのときに光検出手段７で放電プ
ラズマ光の強度の２ｍｓ毎の平均値を１００回出力し、
その中の最大値を１０倍した値をしきい電流値としてパ
ソコン８ｂに設定した。次に、光検出手段７で放電プラ
ズマ光の強度の２ｍｓ毎の平均値（以下、平均光電流値
とよぶ）を測定しながら加工を行った。このとき、平均
光電流値としきい電流値とを比較し、しきい電流値の方
が大きい場合には、駆動部材８ａを駆動して工具電極３
を１μｍアルミナ２側に移動し、しきい光電流の方が小
さい場合は、平均光電流値がしきい電流値以下に減少す
るまで駆動部材８ａを停止した。そして、工具電極３の
全移動量が３ｍｍとなった時点で加工を終了した。

【００２２】このようにしてアルミナ２を加工したとこ
ろ、工具電極３とアルミナ２とは接触することがなく工
具電極３には変形が生じなかった。また、形成された穴
は所望の微細な形状となっていた。

【００２３】

【発明の効果】本発明の非導電性材料を加工する放電加
工装置によれば、工具電極は非導電性材料と非接触に保
ってそれらの相対位置を制御することができるので、工
具電極はその先端を細くしても変形や破損が生じないの
で長く使用でき、また、微細な加工を安定して行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電加工装置に係る実施例の構成図
を示す。

【図２】図１に示した制御部材８ｂのフローチャート
を示す。

【図３】従来の放電加工装置の構成図を示す。

【符号の説明】

５：電解質溶液、３：工具電極、４：対電極、２：非導
電性材料、７：光検出手段、８：駆動手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者根橋紀之神奈川県海老名市本郷2274番地、富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者安藤力神奈川県海老名市本郷2274番地、富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者川俣進一神奈川県海老名市本郷2274番地、富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質溶液中で工具電極と対電極とを電
気的に接続し、この電解質溶液中に浸漬された非導電性
材料に上記工具電極の先端を接近させ、この工具電極周
りに発生する放電により上記非導電性材料を加工する放
電加工装置であり、非導電性材料の加工時に放電によっ
て発生する放電プラズマ光から非導電性材料に起因して
発光する特定の波長の光の強度を選択的に検出する光検
出手段と、その光の強度に応じて工具電極と非導電性材
料との間の相対位置を制御しつつこの工具電極を駆動す
る駆動手段とを具備することを特徴とする非導電性材料
の放電加工装置。