JPS608200B2 - 火花放電により材料を切断する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は火花放電浸食法により材料を切断するための装
置に関する。

従来の火花放電浸食法により導体材料を切断する場合は
、切断加工電極と材料の間に火花放電が行なわれるよう
に被加工材料（これは時として接地されている）に対し
て正または負の高電圧に保たれた１乃至それ以上の加工
電極が用いられている。

火花放電は制御させた状態で材料を浸食し材料の穴あげ
を続け「従って所望の切断加工を行なうことができる。
しかしながら「上述の切断装置は切断領域と外部回路の
間に導電径路を設けずに絶縁材料のために使用すること
ができない。

ダイアモンドの場合、ダイアモンドの表面に炭素を塗る
ことがまず必要であり、それ故高圧の加工電極と接地さ
れた材料間に導電径路が形成される。火花浸食時に火花
浸食領域に炭素の層が形成されているので加工電極とダ
イアモンド間に火花放電が起りその導電径路は維持され
る。このような絶縁物の場合、火花浸食時にこのような
導電層が形成されなかったり他の手段により導電径路が
形成されていないと、従来技術は絶縁物を切断できない
。本発明によれば「材料に近接あるいは接触して置かれ
るように適した一対のワイヤからなる離間並行電極と、
この電極間の火花放電領域に火花放電を発生させるため
前記電極間に電圧を印加する装置と、火花放電が切断を
行なうように材料を浸食していくに従い前記電極と材料
を互いに相対的に移動させる装置と、前記火花放電領域
に前記一対のワイヤを連続的に供給するための装置とを
具備した火花放電により材料を切断する装置が提供され
る。

浸食は適当な導電媒体中で行なわれることが好ましい。
切断を行なうため、材料が浸食されるに従い電極の移動
は切断の方向に材料を貫かなければならない。この移動
は電極あるいは材料の一方または両方を動かすことによ
り達成され．る。電極は一対の並行ワイヤ電極により構
成され．る。

一対のワイヤ電極を含む平面は切断加工中の該ワイヤ電
極と材料の相対移動方向と直角になるように配遣される
。これとは異なり一対のワイヤ電極を含む平面をこの移
動方向に対して同一平面内にあるいは所望の角度を持た
せた面内に置いてもよい。電極と電極間ギャップの断面
寸法は切断される材料の性質と切断しようとする部分の
大きさに従って変化する。

たとえばダイアモンドのような小さな物体の場合は電極
は薄く細くてその電極間のギャップも微小に保たれる。
しかしながら金属やコンクリートの塊のような大きな物
体の場合は一般に精密な切断を必要としないので電極の
両方共厚く太くされ電極間ギャップを比較的広く保たれ
る。しかし火花放電が起らない程度までギャップを大き
くしてはならないことが勿論である。電極間に印加され
る電圧は火花放電を起すような大きさでなければならな
い。印加電圧は一般に５００Ｖ乃至２００００Ｖ程度で
ある。浸食の速度従って切断速度はま火花放電で消費さ
れる電力に依存している。この消費電力は電圧パルスの
ヱネルギとパルスの周波数を調整することにより変化さ
せることができる。しかし浸食速度を速くすると、切断
仕上げ表面は粗くなる。従って所望の表面仕上げを達成
するため各パラメータが選定される。前述した如く、電
極間に発生された火花放電は材料の切削のための浸食を
行なう。材料が浸食により取去られるに従い上述の如く
電極と被加工材料は互いに接近するように移動され所望
の切断が成される。電極は電極に荷重をかけることによ
り切断方向に材料を通り抜けるように移動される。荷重
の力が浸食の進むに従って電極が材料を横切るようにさ
せる。電極に印加される荷重の大きさは電極の摩擦力や
機械的張力のようなパラメータに応じて変えられる。一
例をあげれば電極がワイヤで被加工材料がダイアモンド
の場合、ワイヤに印加される荷重が１グラム〜５０グラ
ムで満足すべき切断が得られることが判明した。前述の
場合とは異なり、電極を固定電極として構成し、被加工
物を適当なサーボ機構により固定電極に対して切断加工
されるように移動させてもよい（リブシツ著の「金属の
放電加工法」一Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＥｒｏｓｉｏｎＮ２ｃ
ｈｉｎｉｎｇ ｏｆＭｅｔａｌｓ ｂｙ Ｌｉｖｓｈｉ
＄ Ａ．Ｌ．、Ｂｕｔｔｅｒ−ｗｏｒｔｈｓ、Ｌｏｎｄ
ｏｎｌ９６碇参照）。本発明の装置は特に絶縁材料の切
断加工に適用し得るものであり、本発明の装置を用いる
と絶縁材料に導電層を形成する必要がなくなる。本発明
の装置によって切断し得る絶縁材料の例はダイアモンド
、窒化ホウ素、酸化アルミ・尖晶石・陶土等のセラミッ
クである。本発明は導体の切断にも適用でき、たとえば
炭化タングステン、セメント接合された炭化タングステ
ン、鋼や他の金属、ダイアモンドと窒化ホウ素の塑形体
、シリコンやゲルマニウムのような半導体を処理するこ
とができる。切断加工中に被加工物は電気的に浮動して
おり、特定の動作状態に依存した電位にされる。

材料の火花浸食は適当な誘導体加工液の中で行なわれる
。この液は火花放電を切断領域に制限的に閉込め同時に
冷却剤並びに電極と被加工物から分離した粒子を取除く
洗浄剤として働く。適当な加工液はたとえば石油、灯油
、四塩化炭素、テトラクロルェチレン、テトラリン、オ
リーブ油、パラフィン油等である。これらの液体は高い
引火点を有し、絶縁破壊電圧以上の電界の強さになるま
で非電通状態であり、次に迅速に消イオン作用をする。
火花放電の起つている加工部領域にこの液体が流れが噴
射される。またはこの領域は液体の裕中に沈めてもよい
。本発明の一実施例においては、本発明の装置はダイア
モンドを切断するため一対の離間並行ワイヤを利用して
いる。

ワイヤや通常円形の断面を有する便宜さがあるけれども
ワイヤの形状は任意のものでよい。ワイヤの厚さは普通
０．０１側乃至０．１柳の範囲でヮィャ間のギャップは
一般に２側を越えない。ギャップは０．０２５肋乃至２
側の範囲にあるのが好ましい。また、ワイヤを供給する
ために、ワイヤの供給ローラと巻取ローラを備えること
が好ましい。

これらのローラはワイヤを火花放電領域中に連続的に送
り込むように適合されている。更に本発明装置は火花放
電領域におけるワイヤ間の離間距離を変える装置をも含
む。この距離を変える装置は２個の互いに離れたＵ字形
押え部材を含み、各部材はワイヤをまたいでおり、ワイ
ヤの面を横切る軸のまわりで回転自在に装着されている
。添付図面を参照して以下本発明を詳述する。

第１図の本発明装置の一実施例において、一対のワイヤ
１０，１２は互いに絶縁されている。各ワイヤは張力の
かけられた供給ローラー４から巻取ローラ１６に走行し
、２つのガイド１８，２０とキャプスタン２１，２３を
通過するように案内されている。巻取ローラ１６に近い
方のキャプスタン２３は駆動キャプスタンであり、キャ
プスタン２１の方は単なる案内機構として働く。キャプ
スタン２３と巻取ローラ１６は回転するように構成され
ており、それ故ワイヤは互いに反対方向に走行される。
このように構成されているためワイヤ間に電圧が印放さ
れたときワイヤが互いに溶かされることはない。各ワイ
ヤのそれぞれローフ、ガイド、キャプスタンは互いに絶
縁されている。ダイヤモンドの被加工物２２は台座２４
に装着され、台座２４は矢印で示されているように上下
に移動できるようにされている。この台座は一般のサー
ボ機構に連結されて上下動させられる（前記した「金属
の放電加工法」の第３章参照）。サーボ機構は各ワイヤ
と被加工物との距離を適当な一定の距離に保ち、この一
定距離を維持しながらワイヤが被加工物を通り抜けるよ
うに移動され、従って浸食作用の進行に伴ない切断が行
なわれる。ワイヤはＵ字形押え部材２６を通過して走行
している。ワイヤ間ギャップは押え都材のワイヤに対す
る角度を変えることにより変化できる。すなわち押え部
材はワイヤを含む平面を横切る軸方向のまわりで回転で
きるように構成されている。このようにして、Ｕ字形押
え都材２６の間の放電加工領域２７におけるワイヤ間の
ギャップは、火花放電が領域２７だけで起るように制限
するため押え部材の外側のギャップよりも狭くすること
ができる。ガイド１８，２０の一方の組の間に電圧を印
加することにより適当な電圧がワイヤ間に印加される。
火花電圧を発生するために通した電源回路の一例が第２
図に図示されている。ワイヤ１０，１２は調整可能なェ
ア・ギャップ３川こ直列に接続される。ギャップの幅は
たとえば０．２５柳から３．５脚の間で調整できるもの
である。容量が１０‐３〃Ｆ程度のコンデンサ３１がェ
アギャツプ３０とワイヤに並列に接続されている。約５
０ＫＯ程度の制限抵抗３２がコンデンサ３１と直列に接
続され、回路全体が端子３３に接続された可変高電圧直
流電源により給電されている。電圧は約５００Ｖ乃至２
０ＫＶの間に調整される。動作時に巻取ローラー６とキ
ャプスタン２３が回転され、それ故供給ローラ１４から
糠出されたワイヤは２組のガイドとキャプスタンを通り
それぞれの巻取ローラに巻取られる。

Ｕ字形押え都材２６はワイヤに対して所定の角度に説定
され、その結果押え部材間の領域２７におけるワイヤ間
のギャップがこの領域以外の外側におけるワイヤ間のギ
ャップよりも狭くなっている。火花放電発生電圧がガイ
ドの一方の組の両端間に印加され、この電圧は領域２７
におけるワイヤ間でのみ火花放電が起るような値に選ば
れている。火花放電をしている間にワイヤは消耗し断線
してしまう可能性がある。これを防止するため、ワイヤ
を固定電極として使用せず前述した如く絶えず連続的に
供給して使用する。ワイヤは２組のガイド間の駆動キャ
プスタン２３によりその走行時に巻かれ、火花放電領域
２７を通過しているときのワイヤの走行速度が一定速度
で走行するようにしている。ダイアモンドの被加工物は
火花放電領域でワイヤに近接した位置に移動され、火花
放電がダイアモンドを浸食していく。連続的な誘電体液
流がパイプ２８を介して火花放電浸食領域の上に注がれ
る。浸食の進行に伴なし、ダイアモンドは上方に移動さ
れる。このようにしてワイヤはダイアモンドの内奥まで
横切って通過しダイアモンドが切断される。上述のサー
ボ機構を利用して切断する場合と異なり、ワイヤに荷重
をかけて切断する場合の実施例を説明する。０．０５肋
程度の厚さの２本の並行ワイヤが０．２５肌程度互いに
離間される。ワイヤはダイアモンド被加工物に近接して
置かれ、ダイアモンドとワイヤはパラフィンの誘導体液
の中に沈められる。ほぼ４０００Ｖ程度の電圧がワイヤ
間に印加される。切断すべき方向に１０グラム程度の荷
重をワイヤに印加し、このようにしてダイアモンドを切
断するときのワイヤの切断速度はほぼ１肌３／時間程度
である。このときの切断面表面は無傷の極めてなめらか
な状態が得られた。前述の如く本発明はダイアモンドの
如き超硬度の物体を含めあらゆる材料を所望の表面精度
で容易に切断できるのでその効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例構成説明図、第２図は
本発明装置に適用する電源回路の一例を示す。 １０，１２…・・・ワイヤ電極、１４・・…．供給ロー
ラ、１６・・・・・・巻取ローラ、１８，２０・・・・
・・ガイド（ワイヤ走行用及び電圧的加用）、２１，２
３・・・・・・キヤプスタン（ワイヤ走行用）、２４・
…・・台座（相対移動用）、２６・・・・・・Ｕ字形押
え部材（ギャップ調整用）、２７・・・・・・火花放電
領域。 Ｆｉ９、ｌＦｉｇ‘２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 材料に近接あるいは接触して置かれるように適した
   一対のワイヤからなる離間並行電極と、この電極間の火
   花放電領域に火花放電を発生させるため前記電極間に電
   圧を印加する装置と、火花放電が切断を行なうように材
   料を浸食していくに従い前記電極と材料を互いに相対的
   に移動させる装置と、前記火花放電領域に前記一対のワ
   イヤを連続的に供給するための装置とを具備したことを
   特徴とする火花放電により材料を切断する装置。 ２ 前記一対のワイヤを含む平面が前記相対移動の方向
   と同じ面にあることを特徴とする第１項記載の装置。 ３ 前記一対のワイヤを含む平面が前記相対移動の方向
   と直角となる面にあることを特徴とする第１項記載の装
   置。 ４ 前記材料が絶縁材料であることを特徴とする前記第
   １項乃至第３項記載のいずれかによる装置。 ５ 前記材料がダイアモンドであることも特徴とする前
   記第１項乃至第３項記載のいずれかによる装置。 ６ 前記電極客間に電圧を印加する装置は５００Ｖ乃至
   ２０００Ｖの範囲の電圧を印加することを特徴とする前
   記第１項乃至第５項記載のいずれかによる装置。 ７ 前記電極と材料を互いに相対的に移動させる装置は
   前記材料を固定的に定着させ前記電極に切断方向に荷量
   をかけて材料を通過するように動かすようにしたことを
   特徴とする第１項乃至第６項記載のいずれかによる装置
   。 ８ 前記電極と材料を互いに相対的に移動させる装置は
   前記電極を移動方向で固定的に定着させ前記材料を電極
   に向けて動かすようにしたことを特徴とする第１項乃至
   第６項記載のいずれかによる装置。 ９ 前記一対のワイヤを連続的に供給するための装置は
   供給ローラ、巻取ローラ、ガイド及びキヤプスタンとを
   具備することを特徴とする前記第１項乃至第８項のいず
   れかによる装置。 １０ 前記一対のワイヤが火花放電領域を通して互いに
   反対方向に供給走行されていることを特徴とする第９項
   記載の装置。