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図面 (8)

課題

樹脂モデルを用いて放電加工用電極を製造する新規な方法を提供する。

解決手段

ステレオリソグラフィー法により作成された樹脂モデル(22)は空洞(28)を形成するネットワーク構造支持部材(26)を有する。この樹脂モデルの空洞内にグラファイト樹脂混合物(32)を導入し、これを硬化させて樹脂モデルを含む構造体導電化することにより、放電加工用の電極を製造する。

概要

背景

ステレオリソグラフィーとして知られる方法を使用して原型部品の如き三次元物体を製造することは既知である。ステレオリソグラフィー法においては、液体樹脂を収容した内でエレベータを吊るす。コンピュータ制御によりレーザー光線を操作して樹脂硬化させる。桶を横切って横断方向にレーザー光線を走査し、桶内でエレベータを順次下降させ、所望の原型部品の形状を得るように樹脂層を段階的に形成する。所望の三次元形状が得られた後、エレベータにより原型部品を桶外へ上昇させる。

このステレオリソグラフィー法は周知で、自動車船舶及び電子産業における構成部品プラスチックモデルを作成するために幅広く使用されている。

ステレオリソグラフィー法により作成された樹脂プラスチックモデルインベストメント鋳造法により構成部品を製造するために使用できることも分かっている。この方法においては、樹脂モデルはインベストメント鋳造法のためのパターンとなる。ゲート(湯口)及び通気穴用のワックスを樹脂モデルに取り付け、インベストメントパターンを形成する。次いで、このパターンをセラミックスラリー内に漬け、硬化させる。次いで、オートクレーブその他の高温装置を使用してワックスを溶融し、樹脂モデルを焼失させ、セラミックモールドを作る。次に、アルミニウムの如き溶融金属をセラミックモールド内に注入し、大きな強度を有する機能構成部品を製造する。

放電加工においては、誘電流体を収容した槽内に加工片を配置し、電極を加工片内へ押し進める。電極と加工片とは互いに逆極性帯電されており、電極を加工片内へ押し進めるに従って、電極の形状が加工片内に形成される。放電加工中、電極は消耗する。従って、放電加工産業においては、電極を迅速かつ安価に製造できるようにするのが望ましい。

ステレオリソグラフィー法は放電加工に用いる電極を製造するために使用できる。特に、ステレオリソグラフィー法は電極のための樹脂モデルを作成するために使用できる。この樹脂モデルはインベストメント鋳造用のモールドを作るためのパターンとなる。このようにして作ったインベストメント鋳造用モールドに、銅、グラファイトその他の適当な電極材料を注入して、電極を作る。

樹脂モデルから電極をインベストメント鋳造する必要性を排除することにより、電極工程を更に改善することが望ましい。

概要

樹脂モデルを用いて放電加工用の電極を製造する新規な方法を提供する。

ステレオリソグラフィー法により作成された樹脂モデル(22)は空洞(28)を形成するネットワーク構造支持部材(26)を有する。この樹脂モデルの空洞内にグラファイト/樹脂混合物(32)を導入し、これを硬化させて樹脂モデルを含む構造体導電化することにより、放電加工用の電極を製造する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

放電加工用電極を製造する方法において、(イ)電極の形状を画定し、かつ、未硬化樹脂を排出させる空洞を間に形成する相互連結された支持部材ネットワークを有する、電極を作るための硬化樹脂モデルを作成する工程と;(ロ)炭素樹脂との混合物を上記空洞内へ導入する工程と;(ハ)炭素と樹脂との混合物を硬化させて導電性炭素電極を形成する工程と;を有することを特徴とする電極製造方法

請求項2

上記硬化樹脂モデルを加熱して焼失させ、残った樹脂結合炭素により導電性炭素電極を形成することを特徴とする請求項1の方法。

請求項3

樹脂を焼失させ、この樹脂の焼失により生じるチャンネルのネットワークを形成し、これらのチャンネルに樹脂結合炭素を充填して電極の密度を増大させることを特徴とする請求項2の方法。

請求項4

放電加工用の電極を製造する方法において、(イ)電極の形状を画定し、かつ、未硬化樹脂を排出させる空洞を間に形成する相互連結された支持部材のネットワークを有する、電極を作るための硬化樹脂モデルを作成する工程と;(ロ)炭素と樹脂との混合物を上記空洞内へ導入する工程と;(ハ)炭素と樹脂との混合物を硬化させる工程と;(ニ)上記樹脂モデルの外表面を導電性金属コーティングする工程と;を有することを特徴とする電極製造方法。

請求項5

炭素と樹脂との混合物を硬化させた後、外表面を導電性金属でコーティングする前に、上記樹脂モデルを焼失させることを特徴とする請求項4の方法。

請求項6

外表面を導電性金属でコーティングする前に、上記樹脂モデルの焼失後に残ったチャンネルを炭素と樹脂との混合物で充填することを特徴とする請求項5の方法。

請求項7

放電加工用の電極を製造する方法において、(イ)電極の形状を画定し、かつ、未硬化樹脂を排出させる空洞を間に形成する相互連結された支持部材のネットワークを有する、電極を作るための硬化樹脂モデルを作成する工程と;(ロ)上記樹脂モデル上に金属インゴットを配置し、当該インゴット溶融して上記空洞内へ流入させることにより、当該空洞を導電性金属で充填する工程と;を有することを特徴とする電極製造方法。

技術分野

0001

本発明は、ステレオリソグラフィー樹脂モデルを使用して、放電加工のための電極を迅速に製造する方法に関する。

背景技術

0002

ステレオリソグラフィーとして知られる方法を使用して原型部品の如き三次元物体を製造することは既知である。ステレオリソグラフィー法においては、液体樹脂を収容した内でエレベータを吊るす。コンピュータ制御によりレーザー光線を操作して樹脂を硬化させる。桶を横切って横断方向にレーザー光線を走査し、桶内でエレベータを順次下降させ、所望の原型部品の形状を得るように樹脂層を段階的に形成する。所望の三次元形状が得られた後、エレベータにより原型部品を桶外へ上昇させる。

0003

このステレオリソグラフィー法は周知で、自動車船舶及び電子産業における構成部品プラスチックモデルを作成するために幅広く使用されている。

0004

ステレオリソグラフィー法により作成された樹脂プラスチックモデルはインベストメント鋳造法により構成部品を製造するために使用できることも分かっている。この方法においては、樹脂モデルはインベストメント鋳造法のためのパターンとなる。ゲート(湯口)及び通気穴用のワックスを樹脂モデルに取り付け、インベストメントパターンを形成する。次いで、このパターンをセラミックスラリー内に漬け、硬化させる。次いで、オートクレーブその他の高温装置を使用してワックスを溶融し、樹脂モデルを焼失させ、セラミックモールドを作る。次に、アルミニウムの如き溶融金属をセラミックモールド内に注入し、大きな強度を有する機能構成部品を製造する。

0005

放電加工においては、誘電流体を収容した槽内に加工片を配置し、電極を加工片内へ押し進める。電極と加工片とは互いに逆極性帯電されており、電極を加工片内へ押し進めるに従って、電極の形状が加工片内に形成される。放電加工中、電極は消耗する。従って、放電加工産業においては、電極を迅速かつ安価に製造できるようにするのが望ましい。

0006

ステレオリソグラフィー法は放電加工に用いる電極を製造するために使用できる。特に、ステレオリソグラフィー法は電極のための樹脂モデルを作成するために使用できる。この樹脂モデルはインベストメント鋳造用のモールドを作るためのパターンとなる。このようにして作ったインベストメント鋳造用モールドに、銅、グラファイトその他の適当な電極材料を注入して、電極を作る。

0007

樹脂モデルから電極をインベストメント鋳造する必要性を排除することにより、電極工程を更に改善することが望ましい。

0008

本発明は、放電加工に用いる電極を迅速に製造するための改善した方法を提供する。本発明によれば、ステレオリソグラフィー法を用いて電極のための硬化樹脂モデルを作成する。この樹脂モデルは電極の形状を画定する相互連結された支持部材ネットワークを有し、これらの支持部材間には、未硬化樹脂を排出させる空洞が形成される。モデルを完全に硬化させ、未硬化樹脂をモデルから排出した後、グラファイトと樹脂とのスラリー混合物をモデルの空洞内に導入し、これを硬化させる。これにより、大半が炭素で構成されその中に樹脂モデルが埋設された電極を得ることができる。必要なら、樹脂を焼失させ、炭素だけの電極とすることもできる。樹脂モデルの焼失により残ったチャンネルをグラファイト及び樹脂で充填し、電極の密度を高めることができる。代わりに、グラファイトと樹脂との混合物を硬化させた後、その外表面に導電性金属コーティングを施すこともできる。

発明を実施するための最良の形態

0009

図1は、ステレオリソグラフィー法により樹脂モデルを作成するための従来の装置を示す。この装置は適当な液体プラスチック樹脂で満たされた桶10を有する。エレベータ14は樹脂桶10内で昇降できるプラットフォーム16を担持する。適当な装着により桶10の上方で支持されたレーザー18は、桶10を横切って前後方向にレーザー光線を走査させる。コンピュータ制御装置20は放電加工に用いる電極のための樹脂モデル22の所望の最終形状を記憶している。このコンピュータ制御装置20はレーザー光線及びエレベータ14を制御する。エレベータ14は樹脂の表面(液体樹脂の液面)から出発し、レーザー光線で前後方向の走査を行っている間に、エレベータを漸進的に下降させて樹脂の小さな層を硬化させ、段階的な積層形成により所望の電極の形状を形成する。図1に示すような最終形状のモデルを形成した後、エレベータ14を上昇させて、樹脂モデル22を桶の液面より上方へ持ち上げる。

0010

従来のステレオリソグラフィー法においては、電極モデル22は中実樹脂モデルとなる。しかし、ステレオリソグラフィー分野における最近の発展に伴い、図2に示すように、円滑で連続する外壁24と、この外壁を支持し、この外壁24を支持するための剛直な保存枠型式(egg crate type)の構造体を提供するように相互に重なり相互に交差する薄い支持壁26のネットワークとで構成された電極モデル22を作成することにより、改善したモデルを一層迅速に作成できるアイディア(技術)が導入されている。相互連結された空洞(ボイド)28のネットワークが薄い支持壁26間に形成される。硬化すべき樹脂材料の量が一層少ないので、この構造体を一層迅速に形成できる。

0011

図2に示すように、電極モデル22の上表面30には外層が形成されておらず、支持層26間の空洞28は上方に露出したままである。

0012

図1を参照すると、ステレオリソグラフィー工程中、電極モデル22の開いた面30は下を向いている。従って、エレベータ14を桶10の液面の上方へ上昇させた直後に、硬化した外壁24及び支持壁26以外の未硬化樹脂は電極モデル22から容易に流出(排出)できる。未硬化樹脂の排出を一層促進させるため、電極モデル22の適当な位置(好ましくは、開いた面30における空洞28の開端から最も離れた位置)に通気穴31、33を設けることができる。

0013

図3図2の一部の拡大斜視図で、外壁24、上表面30、薄い支持壁26及び空洞28を示す。図3において、薄い支持壁26は三角形形状に配置され、空洞28が樹脂モデル22の全高にわたって連通する程度の片寄りオフセット)をもって積層されている。従って、空洞28間の相互連通が電極モデル22からの未硬化樹脂の完全排出を促進し、保証する。このモデル22を図7Aに略示する。

0014

図4は、粉末グラファイトと樹脂との混合物の如き適当な硬化可能な材料32で満たされた樹脂モデルを示す。図4に示すように、この硬化可能な材料32は各空洞28内へ流入し、硬化したときには、大きな強度を有する相互連結構造体を形成し、この構造体は樹脂モデル22の強度を実質的に増大させる。モデルに対するグラファイトと樹脂との混合物の充填は図7A、7B、7Cに略示する。グラファイトは導電性なので、樹脂モデルを電極として使用できる。

0015

図5は、電極樹脂モデル22を溶融又は焼失させるような温度で炉内にて加熱されたモデル22を示す。この場合、外壁24及び支持壁26は焼失し、支持壁26の焼失により生じた位置に形成された比較的狭いチャンネル34を備えたグラファイトの硬化樹脂材料32が残る。好ましくは、モデルはアルゴンガス環境のオーブン内で加熱され、樹脂の焼失により、炭素だけで構成された電極が得られ、これを放電加工に使用できる。外壁24が焼失しているため、外壁の厚さに等しい量だけ樹脂モデル22の寸法を増大させる必要があるかもしれない。

0016

樹脂の外表面が焼失し、樹脂が除去された(焼失した)箇所にチャンネル34が残り、これが外表面に開口(露出)するので、外表面は円滑ではなくなる。しかし、外表面が円滑でなく開口チャンネルが存在していても、電極の寿命は別として、電極の性能を損なうことはない。

0017

図6を参照すると、グラファイト/樹脂混合物でチャンネル34を満たし、これを硬化させることにより、電極モデル22を更に補強でき、一層緻密にできることが分かる。

0018

適当なグラファイト材料は米国テキサスデカター(Decatur)所在のポコ・グラファイツ・インコーポレーテッド、ユノカールカンパニー(Poco Graphites,Inc., a Unocal Company)により販売されているEDM−2(商品番号)として知られているものである。グラファイトを結合するに適した樹脂は米国ミシガンイーストランシング(East Lancing)所在のチバ・ガイギーコーポレーションフォミュレーテッド・システムズ・グループ(Ciba Geigy Corporation, Formulated Systems Group)により販売されているTDT177−114エポキシバインダー商品名)である。この樹脂は、上記チバ・ガイギー社の硬化剤RP3209−2とRR3209−1とを2.2:1の割合で混合した混合物を使用することにより、硬化される。グラファイト材料とエポキシ樹脂とで構成されたこの混合物は樹脂モデルの空洞及びチャンネル内へ注入できるように混合されたものであり、室温で硬化できる。

0019

第2の発明の実施の形態
図7Dに示す本発明に係る第2の発明の実施の形態によれば、銅その他の金属のインゴット52を樹脂モデルの上面に配置し、これを炉内で加熱して、銅を溶かし、モデル22内へ導入する。従って、モデルは導電性となり、電極として使用できる。

0020

第3の発明の実施の形態
本発明に係る第3の発明の実施の形態によれば、ステレオリソグラフィー法を用いて樹脂モデル22を作成し、次いで、メッキスパッタリングその他の蒸着法により導電性金属コーティング56をモデルの外表面に施す(図7E)。コーティングはグラファイト及び樹脂を充填したモデルに施してもよいし、グラファイト及び樹脂を充填していないモデルに施してもよい。しかし、モデルにグラファイトを充填し、モデル22を焼失させ、その後に金属コーティングを施すことにより、電極の寿命を最大にすることができる。図7Eに示す電極は放電加工機に使用できる。

0021

以上の説明の通り、本発明は放電加工に使用するのに適した電極を製造するための新規で簡単な方法を提供する。

図面の簡単な説明

0022

図1ステレオリソグラフィー法を用いて三次元物体を作成する従来の装置を示す概略図である。
図2図1の装置により作成された電極用の樹脂モデルの斜視図で、モデルの内部構造を示すために一部を破断して示す図である。
図3図2の樹脂モデルの部分拡大図である。
図4図3と同様の図であるが、空洞をグラファイト及び樹脂で満たした状態を示す図である。
図5図4のモデルの樹脂を焼失させた後に得られるチャンネル付きの炭素電極の部分斜視図である。
図6図5と同様の図であるが、図5のチャンネルをグラファイト及び樹脂で満たした状態を示す図である。
図7図7Aは図2の樹脂モデルの断面図、図7Bは図4の構造体を形成する工程を示す断面図、図7Cは図5の電極の断面図、図7Dは第2の発明の実施の形態を示す図、図7Eは第3の発明の実施の形態を示す図である。

--

0023

22樹脂モデル
24外壁
26支持壁
28 空洞
30 開いた上面
34チャンネル
32グラファイト/樹脂混合物
52 インゴット

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