放電超音波重畳研削加工方法
【課題】加工数の増加による研削抵抗の増加を更に抑制できる放電超音波重畳研削加工方法を提供する。
【解決手段】研削工具７０の砥石７あるいは被加工物２に超音波振動を印加し、導電性の被加工物２に放電エネルギーを放電電源２４から与えながら研削する。研削工具７０と被加工物２との間にパルス電圧を印加し、両者間で放電させて、詰まった切屑を放電作用ならびに超音波振動で除去し、かつ研削工具７０と被加工物２との相対的距離を演算された変化速度（送り速度）ｆｇで移動させながら所定の食込みの量ｔｇで研削する。この研削加工中の放電状態のモニタリングを放電電圧、及び放電電流の双方で行なって、このモニタリングの結果を用いて、安定放電を維持するように、少なくとも変化速度ｆｇを制御する。必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【解決手段】研削工具７０の砥石７あるいは被加工物２に超音波振動を印加し、導電性の被加工物２に放電エネルギーを放電電源２４から与えながら研削する。研削工具７０と被加工物２との間にパルス電圧を印加し、両者間で放電させて、詰まった切屑を放電作用ならびに超音波振動で除去し、かつ研削工具７０と被加工物２との相対的距離を演算された変化速度（送り速度）ｆｇで移動させながら所定の食込みの量ｔｇで研削する。この研削加工中の放電状態のモニタリングを放電電圧、及び放電電流の双方で行なって、このモニタリングの結果を用いて、安定放電を維持するように、少なくとも変化速度ｆｇを制御する。必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研削加工の分野においては、製造費に占める固定費を削減するため、加工の高速化が重要課題になっている。従来の高速化の取り組みには図１８のように砥石の回転を高速化する、あるいは砥粒を高硬度化する方法がある。
【０００３】
すなわち、図１８は従来の一般的な砥石７を用いた研削加工の高速化を説明する説明図である。この図１８において、回転する砥石７の回転速度を高速化し、被加工物（ワーク）２に砥石７を押し付けて研削加工を行なう。しかし、この図１８の方法では、加工数が増加するに従って研削抵抗が図１９のように増加する。図１９は研削加工において、加工数と研削抵抗との関係を示すグラフである。
【０００４】
図１９において、加工数が増加するに従って研削抵抗が増加する原因は、砥粒間に切屑が溜まるからである。このため、加工数が増加した所定段階で砥石７を整形しているが、この整形は、使用できる高級砥粒を捨てると言う問題がある。
【０００５】
よって新たな高速化の考え方として、超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法が着目されている。これにより、図２０のように常に除去砥石新生面を維持し、研削抵抗を低減することが可能となる。
【０００６】
図２１は、放電超音波重畳研削加工の効果を説明するためのグラフである。図２１は、横軸に加工数を取り、縦軸に研削抵抗をとったものである。このグラフ作成のために使用した砥石７はＣＢＮ＃１４０メタルボンドであり、被加工物（ワーク）２はＳ４８ＣＨＲＣ４６であって、研削速度は３０ｍ／ｍｉｎとして比較した。
【０００７】
図２１の特性Ｃ１は、研削のみで加工したものであり加工数の増加につれて研削抵抗が増加し、かつ加工数の少ない初期段階から研削抵抗が高い。これは切屑の詰まりが大きいためである。従って、従来寿命で示した砥石７をドレス（整形または目立て）するドレスインターバルが必要となる。これでは上述したように、使用できる高級砥粒を捨てると言う問題がある。
【０００８】
研削に放電を重畳させたものでは、特性Ｃ２のように加工初期の研削抵抗は１／５まで低下する。しかし、加工数の増加につれて、急激に研削抵抗が増加することがあることが確認された。このときの砥石表面性状を観察すると、放電溶着物が付着していることが判明した。
【０００９】
図２１の特性Ｃ３は、超音波をかけながら研削する超音波振動援用研削による場合であり、加工初期の研削抵抗は低下し、同じ加工数ならば上記研削のみで加工した場合よりも研削抵抗は少なくなる。また、切屑のつまりが小さい。
【００１０】
そこで、超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法を用いて、良好な制御を実現すれば、特性Ｃ４のように、加工初期の研削抵抗を低下させると共に、加工数の増加によっても研削抵抗の増加を抑制し、研削工具の砥石７の寿命を大幅に増加させ得ることが判明した。よって、理想的な制御状態を実現する放電超音波重畳研削加工方法の実現が望まれる。
【００１１】
そこで、この種の超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法について調査した結果次に述べる資料が存在した。特許文献１に記載の超音波電解放電研削孔あけ加工方法及び装置は、先端が研磨部となって回転するドリルと、そのドリルで加工される被加工物との間に電圧または電流を印加するとともに、ドリルの回転軸方向に超音波を印加して、被加工物に孔あけ加工するものである。つまり超音波と放電と研削とを複合させて加工している。
【００１２】
次に、特許文献２に記載のホーニング方法、研削方法、及びこれらの方法を実施する装置は、超音波などで微振動を加えた砥石の、被加工物に対する研削抵抗を検出する研削抵抗検出手段を備え、その研削抵抗検出手段で検出された研削抵抗が予め定められた値になると、放電電圧印加手段で被加工物とボンド層との間に電圧を印加している。また、研削抵抗を動力センサで計測している。
【００１３】
次に、特許文献３に記載の機上放電ツルーイング／ドレッシング方法は、放電を安定させるため、平均放電電圧レベルを電圧レベル識別回路内で設定した第１閾値電圧と比較して、平均放電電圧レベルの方が低い場合は、砥石の食込みの量と送り速度とを可変し、第１閾値より低い第２閾値電圧と比較して平均放電電圧レベルの方が低い場合は、砥石の送り速度だけを可変している。つまり、放電安定化のために砥石の食込みの量と送り速度とを制御している。
【００１４】
次に、特許文献４には、電解作用が少なく、従ってその結果として、例えば電極構成材料中に含まれている他よりも易電解溶出性の金属、合金の溶出を防止ないしは従来よりも少なくした加工が可能な、そして一般的には電解作用の割合が多いことによる欠点を除去した加工用電源を提案するものである。
【００１５】
そのために、この特許文献４は、加工間隙の平均加工電圧、平均加工電流または放電率を検出し、平均加工電圧が高くなった場合、もしくは平均加工電流または放電率が所定基準に対して低下している場合に、加工電極と被加工物との間に印加する電圧パルスの周波数を低下させることにより、実質的に無負荷電圧が加工間隙に印加されている時間を減少させることを可能にしている。
【００１６】
更に、電圧パルスの印加休止時間に、スイッチング素子により間隙を電気的に短絡するか、前記電圧パルスと逆極性の電圧パルスを印加するようにして休止時間中の間隙電圧を零または逆電圧とし、これにより加工間隙の平均間隙または加工電圧を低下させている。
【００１７】
また、放電率（正確には無放電率）の決定のために、放電パルスの内、放電しない電圧パルスをカウントするカウンタの計数値と、放電パルスの数をカウントするカウンタの計数値とを演算して、放電率（正確には無放電率）を演算する演算回路を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭６１−１００３１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１６７７１５号公報
【特許文献３】特開平７−２２３１２１号公報
【特許文献４】特公平６−５９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記特許文献１ないし特許文献３に記載の超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法によると、上述したように、単なる研削のみの方法、超音波と研削の複合方法、放電と研削の複合方法よりも、加工初期の研削抵抗の削減、及び加工数が増加したときの研削抵抗の抑制が期待出来るが、最適な制御を行なうための方法が明確ではない。すなわち、特許文献１では具体的な制御方法の開示がない。
【００２０】
次に、特許文献２では「ホーニング中の研削抵抗は、チャックに設けられた動力センサで、チャックにかかる負荷として検出され、これがコントローラに送られる。コントローラは、動力センサから送られてきた値が予め定められた値になった時点で、放電電圧印加回路に指示を与え、砥石のボンド層と被加工物の被研削面との間で放電現象を起こさせる。」と記載されているのみである。また、加工中に研削抵抗を動力センサで計測する必要が生じ、実用的ではない。
【００２１】
特許文献３では、放電ツルーイング／ドレッシング中に、平均放電電圧を電圧レベル識別回路に入力し、第１のしきい値電圧と比較して平均放電電圧の方が低い場合は接点信号１として出力信号を送り、また、第１のしきい値より低い第２のしきい値電圧と比較して平均放電電圧の方が低い場合は接点信号２として出力信号を送る。
【００２２】
そして、接点信号１及び２の有無の状態を識別して、砥石の切り込み即ち軸方向送りを伴う速い又は遅い２種の移動送り、又は砥石の切り込みがない遅い移動送り、のいずれかを選択している。
【００２３】
つまり、特許文献３では、ソフトウエアのＮＣプログラム内で砥石切込み／砥石移動送り速度のＯＮ−ＯＦＦあるいは条件変更を行っている。砥石移動中に接点信号をＯＮにさせても切込み／移動送り速度は変化せず、次のサイクルで切込み／移動送り速度が決定される。
【００２４】
つまり、ＮＣプログラム内では放電ツルーイング／ドレッシング中（砥石移動中）に、平均放電電圧をモニターした結果としての接点信号１及び２の有無を検出し、第１又は第２しきい値以下の平均放電電圧となると接点信号がＯＮになり、ＮＣ装置側の入出力インターフェイスに出力される。
【００２５】
接点解除命令信号、即ちＲＥＳＥＴ信号が電圧レベル識別回路に入力されない限り接点信号はＯＮ状態になる。ただし、このサイクル中の放電ツルーイング／ドレッシング（砥石移動送り）では切込み／移動送り速度は変化しない。リセット信号はＮＣ装置から毎サイクル毎に出され、電圧レベル識別回路の論理回路のＯＮ状態をＯＦＦにして、毎サイクル毎に電圧レベル識別回路が作動できるようにしている。
【００２６】
そして砥石移動１サイクル終了後に接点信号のＯＮ−ＯＦＦ状態をＮＣ装置の入出力インターフェイスから入力し、ＮＣプログラム内で識別して、次のサイクルの砥石切込み／砥石移動送り速度を決定するようにされている。
【００２７】
このように切込みと送り速度を制御することにより、放電状態によって送り速度等の条件をこまめに変更しながら条件設定を行なう必要がなくなり、放電ツルーイング／ドレッシング中は放電状態を監視する必要が無くなり、砥石と電極との接触を自動的に退避することもできるとされている。
【００２８】
この制御では、平均放電電圧レベルをしきい値と比較するだけであり、研削のサイクル中に送り速度を制御することが出来ず、次のサイクルで平均放電電圧レベルの大きさを反映させるのみであるため、充分に理想的な制御状態を実現するのが困難であった。
【００２９】
次に、特許文献４は放電率を計数し、実質的に無負荷電圧が加工間隙に印加されている時間を減少させるものであるが、上記特許文献３のような送り速度の制御に関して何も開示されていない。
【００３０】
また、特許文献４は、放電電源の出力信号における周波数の制御により、放電の安定化を狙っている。この特許文献４の方法は、従来の電極サーボ供給機構のある放電加工機を使用し、電極とワーク間距離が制御可能であるという前提条件が必要である。
【００３１】
よって、電極サーボ供給機構がない場合や、砥石とワークが常に接触していると、極間距離の制御が不可能となり、特許文献４の制御方法は通用しない。なお、特許文献４は、放電していない割合、つまり無放電率を放電率と呼称している。以下の本件発明で言う放電率は、特許文献４の放電率とは異なり、放電している割合を表す。
【００３２】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、更に理想的な制御を行ない、加工の品質を維持しながら、加工数の増加による研削抵抗の増加を抑制できる放電超音波重畳研削加工方法を提供することにある。
【００３３】
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、研削工具及び被加工物の少なくともいずれか一方に超音波振動を印加すると共に、研削工具及び被加工物の間において放電させながら被加工物を研削する放電超音波重畳研削加工方法において、研削工具を被加工物に食い込ませ、かつ研削工具と被加工物との相対的位置を食い込みの方向と交差する方向に設定された変化速度で変化させながら被加工物を研削工具で研削し、この研削加工中の放電の放電電圧、及び放電電流の双方を監視して、この双方の監視結果に基づいて、変化速度及び食込みの量の少なくともいずれか一方を制御することを特徴としている。
【００３５】
この発明によれば、研削加工中の放電状態を、放電電圧、及び放電電流の双方でモニタリングして、変化速度及び食込みの量の少なくともいずれか一方を制御するから、放電状態が安定するように迅速に制御することができ、短絡がメインによる放電率の低下や開放がメインによる放電率の低下を避けながら放電超音波重畳研削加工方法を実行することが出来る。これにより必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化を実現することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明では、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、変化速度を低下させるか、食込みの量を低減させることの少なくともいずれか一方を制御することを特徴としている。
【００３７】
この発明によれば、短絡により放電率が低下した場合は、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減するから、切屑生成速度が下がり、切屑平均高さが下がる。これにより、放電短絡の割合が下がり、正常放電を回復させることができる。
【００３８】
請求項３に記載の発明では、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、変化速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加させることを特徴としている。
【００３９】
この発明によれば、開放により放電率が低下した場合は、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加するから、切屑生成速度が上がり、切屑平均高さが高くなる。これにより、開放による放電停止の割合が下がり、正常放電を回復することができる。
【００４０】
請求項４に記載の発明では、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、変化速度を低下させるか、食込みの量を低減させることの少なくともいずれか一方を制御し、かつ、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、変化速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加させることを特徴としている。
【００４１】
この発明によれば、短絡がメインとなって、放電率が低下した場合は、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減するから、切屑生成速度が下がり、切屑平均高さが下がる。これにより、短絡の割合が下がり、正常放電を回復させることができる。また、開放がメインとなって、放電率が低下した場合は、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加するから、切屑生成速度が上がり、切屑平均高さが高くなる。これにより、開放による放電停止の割合が下がり、正常放電を回復することができる。
【００４２】
請求項５に記載の発明では、放電電圧の波形に関して、方向、平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視し、放電電流の波形に関して平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視することを特徴としている。
【００４３】
この発明によれば、研削加工中の放電状態のモニタリングを放電電圧の波形に関して、方向、平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視し、放電電流の波形に関して平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで行い、このモニタリングの結果を用いて、安定放電を維持するから、放電状態が安定するように迅速に制御することができ、短絡がメインによる放電率の低下や開放がメインによる放電率の低下を避けながら放電超音波重畳研削加工方法を実行することが出来る。これにより必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【００４４】
請求項６に記載の発明では、研削工具は、砥粒が導電性のボンド層で結合された砥石と被加工物との間に超音波振動と放電電圧を印加し、砥石を回転させて研削することを特徴としている。
【００４５】
この発明によれば、砥石の寿命を長くしながら、必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【００４６】
請求項７に記載の発明では、研削工具は、ワイヤー放電加工機から成り、該ワイヤー放電加工機のワイヤー電極を変化速度で移動させながらにワイヤー電極と被加工物との間に超音波振動と放電電圧を印加し、被加工物をワイヤー電極で研削することを特徴としている。
【００４７】
この発明によれば、ワイヤー電極の寿命を長くしながら、必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の研削抵抗低減の要因を見出すための放電研削加工の実験結果となる研削抵抗の時間的変化を示すグラフである。
【図２】上記図１の湿式状態での放電研削加工中の放電状態を説明するグラフである。
【図３】図２で放電研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。
【図４】上記実施形態における放電研削おいて、超音波振動の印加を加えた放電超音波重畳研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。
【図５】通常の研削と放電超音波重畳研削との切屑の相違を示す拡大写真である。
【図６】放電研削加工のメカニズムを可視化するための可視化実験の概要を説明する説明図である。
【図７】放電研削加工の可視化実験での放電状態の種類を説明するための説明図である。
【図８】放電研削加工に、超音波を重畳させて、放電を安定化させる考え方を説明する説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る放電超音波重畳研削加工方法において、開放（放電停止）状態、放電状態、短絡状態の３つの状態に対して、研削抵抗、放電電圧、及び放電電流の状態を調べた結果を示す波形図である。
【図１０】上記一実施形態における放電超音波重畳研削加工方法における放電状態と食込みの量と送り速度との関係を示したグラフである。
【図１１】上記一実施形態における放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。
【図１２】上記一実施形態における放電超音波重畳研削加工方法を実施するための制御装置内の判定手段におけるフローチャートである。
【図１３】上記一実施形態における制御装置の全体フローチャートである。
【図１４】上記一実施形態で使用する放電電源が発生する放電パルス電流の波形の一部を図示した波形図である。
【図１５】上記一実施形態において、各放電状態に応じた制御装置の送り速度の制御を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第２実施形態となる放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。
【図１７】その他の実施形態において、放電電圧と放電電流のモニタリングをその他の条件で行なった結果を評価した評価表である。
【図１８】従来の一般的な砥石を用いた研削加工の高速化を説明する説明図である。
【図１９】図１８に示した研削加工において、加工数と研削抵抗との関係を示すグラフである。
【図２０】上記図１８の研削加工に振動を重畳させて、常に除去砥石新生面を維持し、研削抵抗を低減することが可能となることを説明する説明図である。
【図２１】本発明に係る放電超音波重畳研削加工の理想的な効果を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００５０】
各実施形態で具体的に組み合せが可能であることを明示している部分同士の組み合せばかりではなく、特に組み合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００５１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図１５を用いて詳細に説明する。まず本発明の第１実施形態の説明の前に、この実施形態の原理、及び開発過程について説明する。
【００５２】
（抵抗低減メカニズムの解明）
抵抗低減メカニズムの仮説を立て、研削抵抗低減の要因を見出す放電研削加工の実験を行なった結果を図１の（ａ）、及び（ｂ）に示す。
【００５３】
すなわち、図１は本発明の研削抵抗低減の要因を見出すための放電研削加工の実験結果となる研削抵抗の時間的変化を示すグラフである。図１の（ａ）は加工液（クーラントとも呼ばれ、この例では水）の中に図示されない電極と被加工物を浸漬して湿式状態での放電研削加工を行なったときの研削抵抗の時間的変化を示す。
【００５４】
図１（ａ）のグラフ中の矢印Ａ１、Ａ２は、夫々５Ｎ（ニュートン）の研削抵抗の大きさと、１ｍｓの時間の大きさを示している。これに対して、図１（ｂ）は、加工液を使用せずに、ドライ状態での放電研削加工を行なったときの研削抵抗の時間的変化を示す。
【００５５】
図１（ｂ）の加工液を使用しないドライ状態では、波高値の高いスパイク状の正負両方向の研削抵抗の変化が現れる。これに対して、図１（ａ）の加工液を使用した湿式状態では、波高値の高いスパイク状の研削抵抗の変化は比較的少なく、平均した研削抵抗の変化が現れる。
【００５６】
また、図１（ｂ）の加工液を使用しないドライ状態での放電研削加工を行なったときの研削抵抗の時間的変化は、放電開始後しばらくすると研削抵抗が低減する低減領域Ｒ１があり、この低減領域Ｒ１の間では、研削抵抗が大幅に低下することが判明した。この原因は被加工物（ワークとも言う）が放電により溶融したためであると考えられる。また、その後の領域Ｒ２では、研削抵抗が非常に大きくなり、砥石と被加工物との間で溶着が発生していると推定される。
【００５７】
図１（ｂ）のような、波高値の高いスパイク状の正負両方向の研削抵抗の変化は、設備の振動を引き起こし、加工精度の低下をもたらす。従って、加工液の中に電極と被加工物を浸漬した湿式状態での放電研削加工の方が、ドライ状態での放電研削加工より有利である。また、この実験結果より、研削抵抗低減のキーポイントは溶融状態にあることが推測された。
【００５８】
図２は、上記図１の湿式状態での放電研削加工中の放電状態を説明するグラフである。湿式状態での放電研削加工中の放電状態について調べてみると、図２のように放電と放電停止とを繰り返しており、放電停止期間が比較的長いことが判明した。
【００５９】
図３は、図２で放電研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。図３において、加工液１の中で（１）被加工物（ワーク）２への放電３が行なわれ、被加工物２が発熱し溶融する。（２）この発熱により加工液１が気化し爆発する。（３）溶融物が飛散する。（４）溶融物の飛散により絶縁が回復する。これを繰り返して、放電と放電停止とが繰り返されるものと推測された。４は電極である。
【００６０】
従って、このような放電状態を把握するために、放電と放電停止を繰り返した所定時間の中での放電時間の割合を示す放電率を考慮する必要が生じた。この放電率は、電源装置の大きさ等の制約を受けるため、５０％程度の上限が実用上好ましい。
【００６１】
図４は、放電研削おいて、超音波振動の印加を加えた放電超音波重畳研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。このように、放電研削に超音波振動の印加を加えた放電超音波重畳研削加工では、図４の放電停止の期間が、図２に比較して短くなることが判明した。
【００６２】
図５は、通常の研削と図４における放電超音波重畳研削との切屑の相違を示す拡大写真である。図５の（ａ）は、一般的な研削加工の場合、図５の（ｂ）は、放電超音波重畳研削加工方法の場合、図５の（ｃ）は、放電超音波重畳研削加工方法で大電流を流した場合を示している。
【００６３】
この図５から判明するように、通常の研削では、図５の（ａ）のように溶融の痕跡が見られないが、図５の（ｂ）及び（ｃ）における放電超音波重畳研削加工方法では、放電による溶融の痕跡が見られた。
【００６４】
また、放電率の高い大電流放電では、図５の（ｃ）のように顕著な溶融の痕跡が見られ、加工面の精度が低下した。この結果、放電による被加工物２の溶融は、研削抵抗低減の主要因であり、放電率が大きすぎず、かつ小さすぎない放電の安定化が重要課題であることが判明した。
【００６５】
図６は放電研削加工のメカニズムを可視化するための可視化実験の概要を説明する説明図である。図６に示すように、放電研削加工のメカニズムを可視化するために、高速カメラ６によって砥石７による被加工物２の研削部分を撮影した。
【００６６】
この結果、高速カメラ６で監視した四角領域における放電は、切屑に対して行なわれており、切屑高さを制御することが重要であることが判明した。また、切屑高さは、砥石７の矢印Ａ６にて示す送り速度ｆｇ等の加工条件で制御可能であることが判明した。また、切屑高さは、砥石７の形状等の影響を受けにくく、切屑高さの制御は、比較的実現容易であることが判明した。
【００６７】
上述のように、放電と放電停止を繰り返してしていることが確認されたが、更に、放電研削には、４つの放電状態があることが、上記可視化実験で判明した。図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、放電研削加工の可視化実験での放電状態の種類を説明するための説明図である。なお、送り速度ｆｇは、砥石７と被加工物２との間の相対的位置の変化速度として表されている。
【００６８】
図７（ａ）の開放（放電停止）状態は、砥石７の被加工物２への突き出し量（距離）Ｈの中で、放電距離ｅの範囲内まで「切屑８の切屑高さｈ」が到達していない状態である。図７（ｂ）の放電状態は、砥石７の被加工物への突き出し量Ｈの中で、放電距離ｅの範囲内まで「切屑８の切屑高さｈ」が到達し、放電している状態である。図７（ｃ）の短絡（放電停止）状態は、砥石７の被加工物２への突き出し量Ｈの中で導電性のボンド９にまで「切屑高さｈ」が到達して短絡した状態である。
【００６９】
図７（ｄ）の目詰まり放電状態は、砥石７の被加工物２への突き出し量の中で目詰まりした目詰まり部分１０に対して放電し、比較的低い「切屑高さｈ」で放電が発生した状態である。この目詰まり放電は、超音波が重畳される放電超音波重畳研削加工方法においてもまれに発生する。つまり目詰まりが完全に除去できない重い研削の場合に発生する。
【００７０】
但し、超音波の重畳により、この目詰まり放電は発生しにくくなる。その原因は、２つ考えられ、１つ目の原因は、超音波の重畳による切屑８の微細化及び分散によって、切屑８の成長速度を抑制できるためである。
【００７１】
また、この切屑８の成長速度の抑制ため、図７（ｂ）の放電状態の時間が延長され、放電率がアップし、これにより、放電による切屑除去能力がアップし、切屑８の残留量が減少する。この結果、目詰まりが抑制され、図７（ｄ）の目詰まり放電は発生しにくくなるからである。
【００７２】
２つ目の原因は、砥石７の回転中において、図示されない砥粒とワーク２の非接触の期間が生じ、この間において、超音波洗浄作用で付着物（目詰まり）が除去される。この結果、目詰まりが抑制され、目詰まり放電は発生しにくくなるからである。そして、このような放電加工での可視化実験の成果により、切屑高さを制御する考え方を確立した。
【００７３】
次に、図８は、放電研削加工に超音波を重畳させて放電を安定化させる考え方を説明する説明図である。図８の（ａ）は、上記図７（ｃ）の短絡状態のように、砥石７の被加工物２への突き出し量Ｈの中で、導電性のボンド９にまで切屑８の切屑長さＬｇが到達して、短絡した状態を示す。
【００７４】
この状態を矢印Ａ８１に示すように右側の状態に改善して、超音波Ｌｕｓで切屑８を微細分断し、（切屑の大きさ＜突き出し量Ｈ）として放電を安定化する考え方である。８ａは微細分断された微細切屑を示す。
【００７５】
図８（ｂ）は、超音波印加状態において微細分断した微細切屑８ａが導電性のボンド９にまで到達して短絡した状態を矢印Ａ８２に示すように右側の状態に改善して、超音波で微細切屑８ａを放電除去するために（切屑生成速度＜放電除去速度）として放電を安定化する考え方を示している。
【００７６】
このために切屑８の大きさ、超音波で微細分断後の微細切屑８ａの大きさについて解析し、切屑生成速度Ｑｇ（図示されない）と放電除去速度Ｑｅについて考察した。そして（切屑生成速度Ｑｇ＜放電除去速度Ｑｅ）を満たすためには、種々の実験及び数値解析の結果から、図８（ｂ）の送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇ（切込み量ｔｇともいう）が重要であることが判明した。なお、送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇの積（ｆｇ×ｔｇ）は所定時間内の切屑の量の関数である。
【００７７】
この送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇの積（ｆｇ×ｔｇ）が所定範囲内に収まって、安定した放電が行なわれるように、上述の図７（ａ）の開放（放電停止）状態、図７（ｂ）の放電状態、図７（ｃ）の短絡状態に対して、放電電圧及び放電電流の状態を調べた結果、図９のような状況であることが判明した。図９は、開放（放電停止）状態、放電状態、短絡状態の３つの状態に対して、放電電圧及び放電電流の状態を調べた結果を示す波形図である。
【００７８】
図９において、開放（放電停止）状態では、矢印Ａ９１方向の負の方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は矢印Ａ９２方向に所定時間流れる。放電状態では、正負の両方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は所定時間大きく流れる。
【００７９】
短絡状態では、短期間の放電電圧が現れ、放電電流も実質ワンパルスの短い時間だけ流れる。従って、放電電圧と、放電電流との方向、大きさ及び時間的変化、あるいはそれらに関する値をモニターすることにより、開放、放電、短絡と言う放電の状況が把握できることが判明した。
【００８０】
図１０は、放電超音波重畳研削加工における放電状態と食込みの量（切込み量とも言う）ｔｇと送り速度ｆｇとの関係を示したグラフである。図１０においては、横軸に送り速度ｆｇをとり、縦軸に食込みの量ｔｇをとっている。
【００８１】
Ｒ１１は、開放状態がメインの放電率低下領域である。Ｒ１２は、安定放電領域である。Ｒ１３は、短絡状態がメインの放電率低下領域である。また、右端の矢印Ａ１０で示す山状の曲線は、放電率の変化を示す。
【００８２】
図１０の間隔Ａ１１を持つ２本の破線１１、１２は、実用上理想の放電率（３５％以上）を満足するための食込みの量ｔｇの上限と下限である。上の破線１１より大きく食込ませると、図７（ｃ）の短絡（放電停止）時間が多くなり、放電率が低下する。逆に、下の破線１２より小さく食込ませると、図７（ａ）の開放（放電停止）時間が多くなり、放電率が低下してしまう。
【００８３】
なお、放電率５０％は、現在の放電加工技術の限界である。本当は１００％の放電率が理想的であるが、電極サーボ駆動装置の機械追従速度限界や極間放電スラッジ（正常放電の阻害要因）の排出速度限界などの影響で、現時点はさらなる放電率アップは困難である。よって、上述のように、実用上理想の放電率（３５％以上）を満足するための、食込みの量の上限と下限とを設定した。
【００８４】
図１０において、放電率（山形の曲線Ａ１０）のピークの点１３では、放電率が５０％である。放電率が小さくても、安定放電領域Ｒ１２に入る場合があるが、この場合は、納得できる範囲としかいえない範囲である。よって、絞り込んだ理想範囲は、放電率が３５％〜５０％の２本の破線１１、１２の間に入る安定放電領域Ｒ１２の部分にある。
【００８５】
なお、図１０の山形の曲線Ａ１０で示す放電率は、送り速度ｆｇを固定して、食込みの量ｔｇを変化させたときの放電率の変化を示す。１つの食込みの量ｔｇは、放電率の曲線Ａ１０上の１点に対応する。逆に、食込みの量ｔｇを固定して、送り速度ｆｇを変化させたときも、図示されない同じような山形曲線の特性曲線が得られる。
【００８６】
要は、１ペア（一対の）の送り速度と食込みの量とでは、１点だけの放電率に対応すると考えても良い。実際には、放電率は、送り速度ｆｇ、食込みの量ｔｇ、砥石７とワーク２の接触幅の３つの条件で決定される。
【００８７】
よって、これらの３つの条件で決まる点とは、図示されない３次元の放電率空間特性中の１点に対応する。図１０では、説明し易いため、通常振らない砥石７とワーク２の接触幅を固定し、２次元で放電率の変化を矢印Ａ１０のように表している。
【００８８】
図１１は本発明の第１実施形態となる放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。図１１においては、中空円筒形の被加工物２の内周面を放電超音波重畳研削で加工する例を示している。
【００８９】
砥石７の回転軸７１は駆動装置２３をなす工具送り及び超音波加振装置によって被加工物２の内部において矢印Ａ１１１に示す軸方向に送られる。この送り速度ｆｇは制御装置２２からの信号によって制御される。
【００９０】
被加工物２は図示を省略しているが、水等から成る加工液内に置かれる。放電電源（加工電源とも言う）２４は、砥石７と被加工物２との間に電圧を印加するものである。放電電源２４内には放電電流と放電電圧を検出する電流電圧検出センサ部が内蔵されており、この電流電圧検出センサ部が検出した信号により、放電電流および放電電圧の波形が制御装置２２内でモニタリングされている。砥石７は研削工具７０の一部を構成しており、回転軸７１は駆動装置２３となる工具送り及び超音波加振装置内のモータによって回転駆動される。
【００９１】
また、駆動装置２３となる工具送り及び超音波加振装置内の超音波振動発生装置により、超音波振動を砥石７に重畳させている。この超音波振動は、図１１のように、加工機である研削工具７０に印加しても良いし、被加工物２側に印加しても良い。また、超音波振動の加振方向Ａ１１２は、軸方向、径方向、ねじり方向、撓み方向、これらの複合方向のいずれであっても良い。
【００９２】
上述のように、放電電源２４内の電流電圧検出センサ部が検出した信号により、放電電流および放電電圧の波形が制御装置２２内でモニタリングされている。そして、放電電流及び放電電圧の波形から制御装置２２内で、図９示す開放（放電停止）状態、放電状態、及び短絡状態をリアルタイムに把握する判定手段が、制御装置２２内に設けられている。
【００９３】
図１２は、図１１の制御装置２２内の判定手段をなす制御手段のフローチャートである。上述の図９ように、開放（放電停止）、放電、短絡の各状態における放電電圧、及び放電電流の波形は、以下の通りであった。
【００９４】
開放（放電停止）状態では、負の方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は所定時間流れる。放電状態では、正負の両方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は所定時間大きく流れる。短絡状態では、短期間の放電電圧が表れ、放電電流も実質ワンパルスの短い時間だけ流れる。
【００９５】
よって、判定に当たっては、図１２で制御が開始されると、ステップＳ１において、負方向のみの放電電圧波形が現れるかを判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ２に進み、第１設定値（実効値Ｉｓ１：図示せず）以上の放電電流が所定時間流れているか否かを判定する。第１設定値以上の放電電流が所定時間流れている場合は、ステップＳ３において開放（放電停止）状態であると判定する。
【００９６】
ステップＳ１においてＮＯの場合は、ステップＳ４において、正負両方向の放電電圧が現れているか否かを判定する。正負両方向の放電電圧が現れている場合は、ステップＳ５において、ステップＳ２の第１設定値（Ｉｓ１）よりも大きな第２設定値（Ｉｓ２）を超える放電電流が所定時間以上流れているか否かを判定する。ＹＥＳであればステップＳ６へ進み、放電状態であると判定する。ステップＳ２においてＮＯの場合、ステップＳ４においてＮＯの場合、及びステップＳ５においてＮＯの場合は、ステップＳ７において、短絡状態であると判定する。
【００９７】
次に、ステップＳ８において、所定期間内の累積開放（放電停止）状態時間Ｔｏ、所定期間内の累積短絡状態時間Ｔｓ、所定期間内の累積放電状態時間Ｔｄから下記の数式１で放電率を演算する。求められた放電率は液晶表示装置で表示される。また期間内の放電状態が、開放（放電停止）状態が主体の開放（放電停止）メインの状態か、放電メインの状態か、短絡メインの状態かを決定する。
【００９８】
（数式１） 放電率＝Ｔｄ／（Ｔｏ＋Ｔｓ＋Ｔｄ）
図１３は、制御装置２２の全体フローチャートである。図１３において、制御が開始されるとステップＳ１１において、切屑８（図８）を充分に粉砕して微細切屑８ａにできる超音波の周波数を決める。
【００９９】
この周波数に見合った振幅が生じるように、図１１の駆動装置２３内の超音波振動発生装置の振動素子（ＰＺＴ）を使用した超音波ホーンに印加する電圧等の超音波の仕様を決定する。超音波の周波数が高いほど共振（固有振動数）の関係で振幅は小さくなる。
【０１００】
なお、超音波の周波数は、切屑８の長さで決まる。また、振幅は超音波の加振方向によって異なる。また、第１に、砥石７（図８）とワーク２の接触面内にある、砥粒の進行方向と直交する横振動においては、切屑８を微細化分断するため、砥粒同士間平均距離以上の振幅が必要である。
【０１０１】
第２に、短絡状態から絶縁回復するためは、砥石７とワーク２の接触面内と直交する縦振動において放電距離以上の振幅が必要である。このような第１と第２の必要条件を考慮しながら超音波の周波数を決定する。
【０１０２】
次に、図１３の同じステップＳ１１内において、被加工物２の種類、加工要求つまり加工寸法、加工速度、及び加工形状に応じて砥石７の仕様を決定する。次にこの砥石７の仕様から、砥石７が耐えうる放電条件（放電電圧、１発のパルスの放電エネルギー、放電電流、放電休止時間）を過去のデータから決定する。
【０１０３】
図１４は、本発明の第１実施形態で使用する放電電源２４（図１１）が一定負荷に対して発生可能なパルス電流の波形の一部を図示した波形図である。この実施形態においては、期間ｎｅ中にパルス幅ｔｏｎの１０発のパルスが、正負交互に出力されるものを使用している。
【０１０４】
図１４において、Ｉｐは電流の波高値、ｔｏｆｆは休止時間である。休止時間ｔｏｆｆがあまり短いと、放電が連続してしまう。放電が連続すると、被加工物２（図１１）が溶融しすぎるとか、砥石７、つまり研削工具７０に悪影響を与える。
【０１０５】
次に、図１３のステップＳ１２において、上記諸条件に見合った、食込みの量ｔｇを決定する。食込みの量ｔｇは被加工物２の種類、及び加工要求によって、最大値が決定されている。この最大値を超えない範囲で最適な値を選定する。
【０１０６】
また、送り速度ｆｇと食込みの量ｔｇの積は、加工中に発生する切屑８（図８）の体積の関数であるため、この体積と上記諸条件とを検討して、適当と思われる初期送り速度Ｆｇを決定し、制御装置２２（図１１）に初期設定値として入力する。
【０１０７】
次に、図１３のステップＳ１３においては、図１２のステップＳ８で決定された所定期間内の累積開放（放電停止）状態時間Ｔｏ、所定期間内の累積短絡状態時間Ｔｓ、所定期間内の累積放電状態時間Ｔｄを使用して、送り速度ｆｇの増減量を演算する。
【０１０８】
この増減量は、ステップＳ１２で入力された初期送り速度Ｆｇに対して図１５のフローチャートを用いて演算する。図１５は、この一実施形態において、各放電状態に応じた送り速度ｆｇの制御を示すフローチャートである。図１５において、制御が開始されると、ステップＳ２１であらかじめ設定し入力された基準値が読み込まれる。この基準値は、所定期間内の累積開放状態基準時間Ｔｏｓ、所定期間内の累積短絡状態基準時間Ｔｓｓ、所定期間内の累積放電状態基準時間範囲Ｔｄｓ１、Ｔｄｓ２である。
【０１０９】
図１５のステップＳ２２では、図１２で演算した所定期間内の累積開放状態時間Ｔｏと所定期間内の累積開放状態基準時間Ｔｏｓとを比較して開放状態の累積時間が基準値より多いか否かを判定する。
【０１１０】
そして開放（放電停止）状態の累積時間が多い場合は、ＹＥＳと判定され、ステップＳ２３において、現時点の送り速度ｆｇに対して所定の速度加減分Δｆｇを加算して送り速度の制御値Ｆｇｃを決定する。つまり、送り速度ｆｇを所定量増加させる。
【０１１１】
ステップＳ２２においてＮＯの場合は、ステップＳ２４に進み、図１２で演算した所定期間内の累積放電状態時間Ｔｄと所定期間内の累積放電状態基準時間範囲Ｔｄｓ１、Ｔｄｓ２とを比較して、放電状態の累積時間が正常範囲内か否かを判定する。そして放電状態の累積時間が正常範囲内の場合は、ＹＥＳと判定され、ステップＳ２５において、その時点の送り速度Ｆｇを維持する。
【０１１２】
ステップＳ２４においてＮＯの場合は、ステップＳ２６で、図１２で演算した所定期間内の累積短絡状態時間Ｔｓと所定期間内の累積短絡状態基準時間Ｔｓｓとを比較して、短絡状態の累積時間が多いか否かを判定する。
【０１１３】
そして短絡状態の累積時間が多いＹＥＳの場合は、ステップＳ２７において、現時点の送り速度ｆｇに対して所定の速度加減分Δｆｇを減算して送り速度の制御値Ｆｇｃを決定する。演算された送り速度の制御値は、図１３のステップＳ１４においてＮＣ加工機に入力され、送り速度が制御される。つまり、送り速度ｆｇを所定量減少させる。
【０１１４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。
【０１１５】
図１６は、この第２実施形態となる放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。この図１６では、被加工物（ワーク）２としての長方形の金属製被加工物を、ワイヤー放電加工機用のワイヤー電極２０で放電スライス加工している状態を示している。このように、この第２実施形態での研削工具７０は、砥石を使用しておらず、ワイヤー電極２０、ワイヤー電極駆動ドラム２６、２７、駆動装置２３から構成されている。
【０１１６】
被加工物２は水等から成る加工液２１内に置かれ、ワイヤー電極２０の巻き取り速度、すなわち送り速度ｆｇは、制御装置２２によって駆動装置２３内のモータの回転速度を制御することによって制御される。
【０１１７】
放電電源（加工電源とも言う）２４は、ワイヤー電極２０と被加工物２との間に電圧を印加するものである。放電電源２４内には放電電流と放電電圧を検出する電流電圧検出センサ部が内蔵されており、この電流電圧検出センサ部が検出した信号により、放電電流および放電電圧の波形が制御装置２２内でモニタリングされている。
【０１１８】
また、駆動装置２３内の超音波振動発生装置により超音波振動をワイヤー電極２０に重畳させている。この超音波振動は、加工機であるワイヤー放電加工機のワイヤー電極駆動ドラム２６、２７のいずれか一方に印加しても良いし、被加工物２側に印加しても良い。また、超音波振動の方向Ａ１１１は、軸方向、径方向、ねじり方向、撓み方向、これらの複合方向のいずれであっても良い。
【０１１９】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、加工された被加工物の仕上げ面性状（粗さ、硬度）を計測する手段を備えて、この計測結果を、放電条件及び研削条件にフィードバックすることも出来る。
【０１２０】
この場合、仕上げ面の硬度が低い場合は、放電条件のピーク電流値、またはパルス幅を減らすと同時に、研削条件の送り速度、あるいは食込みの量を減らす。これにより、正常放電を維持しながら、放電エネルギーが下がるため、被加工物の熱軟化を抑制でき、仕上げ面硬度を回復することができる。
【０１２１】
次に、放電状態のモニタリングの結果に基づいて放電状態を判定した結果が、短絡がメインとなって放電率が低下していると判定されたときのみ、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減するのみの制御をおこない、開放がメインとなって放電率が低下していると判定されたときの、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加する制御は行なわないようにしてもよい。
【０１２２】
また、逆に、開放がメインとなって放電率が低下していると判定されたときのみ、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加するのみの制御をおこない、短絡がメインとなって放電率が低下していると判定されたときの、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減する制御は行なわないようにしてもよい。
【０１２３】
すなわち、短絡がメインまたは開放がメインのいずれか一方のみ（片方のみ）の制御を行い、正常と異常の境界レベルにある制御状態を正常な一方向に引き戻す制御のみを行なっても良い。
【０１２４】
また、放電率が明らかに異常な領域に達した場合は、フィードバック制御を所定時間中断し、放電率が正常領域内に進行する方向に送り速度をオープンループ制御で増減させて、目標放電率域での制御を実行するようにしても良い。
【０１２５】
次に、放電電圧と放電電流の双方を図１２のようにしてモニタリングしたが、放電電圧と放電電流のモニタリングは種々の方法で可能であり、その例を図１７に示す。図１７は放電電圧と放電電流のモニタリングをその他の条件で行なった結果を評価した評価表である。この図１７のように、評価は、種々の方法で可能である。この図１７において、Ｖは電圧を示し、Ｉは電流を示す。
【０１２６】
図１７において、図９の放電電圧Ｖの方向を評価する方法では、２の放電と３の短絡の差異が判別し難い。また、Ｖの平均値でも、２の放電と３の短絡の差異が判別し難い。図９の放電電流Ｉの平均値、積分値の評価のみでも開放、放電、短絡の波形が図９のように明確な場合は判定が可能であるが、例外的な波形が表れた場合は判定し難いことがある。また、判定に時間がかかりすぎては実用的ではない。
【０１２７】
そこで、本発明のように放電電圧と放電電流の両方をモニタリングして両方の所定状態が共に満たされること、換言すれば、放電電圧と放電電流の所定状態のアンド(ＡＮＤ)条件が満たされることをから、（例えば一例を図１２に示したように）開放、放電、短絡の区別をすることが望ましい。また、平均値の代わりに実効値を使用しても良い。この実効値を用いる場合は、図９の２の放電と３の短絡の区別は可能となる。
【０１２８】
また、波高値をピークホールド回路でピークホールドして、所定値以上の波高値が現れる回数をカウントして波形を評価しても良い。また、積分値の計測は、計測数値の演算によらずとも、ＣＲ積分回路から成るフィルタを通した値を計測しても良い。
【０１２９】
次に、図１５においては送り速度ｆｇのみを制御したが、上述のように、送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇの積（ｆｇ×ｔｇ）は所定時間内の切屑の量の関数であるから、送り速度ｆｇを増加（減少）させる代わりに食込みの量ｔｇを増加（減少）させても良い。また、送り速度ｆｇは、研削工具と被加工物の間の相対的な変化速度ｆｇであれば良く、研削工具を固定して被加工物側を設定された送り速度（変化速度）ｆｇで駆動しても良い。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 加工液
２ 被加工物（ワーク）
３ 放電
４ 電極
７ 砥石
ｅ 放電距離
８ 切屑
ｈ 切屑高さ
Ｈ 砥石の被加工物への突き出し量
９ ボンド
１０ 目詰まり部分
８ａ 微細分断された微細切屑
ｆｇ 変化速度（送り速度）
ｔｇ 食込みの量（切込み量）
Ｒ１１ 開放状態がメインの放電率低下領域
Ｒ１２ 安定放電領域
Ｒ１３ 短絡状態がメインの放電率低下領域
Ａ１０ 放電率
７１ 砥石の回転軸
２３ 駆動装置
２２ 制御装置
２４ 放電電源
７０ 研削工具
７１ 回転軸
Ｔｏ 所定期間内の累積開放（放電停止）状態時間
Ｔｓ 所定期間内の累積短絡状態時間
Ｔｄ 所定期間内の累積放電状態時間
Ｔｏｓ 所定期間内の累積開放状態基準時間
Ｔｓｓ 所定期間内の累積短絡状態基準時間
Ｔｄｓ１、Ｔｄｓ２ 所定期間内の累積放電状態基準時間範囲
Δｆｇ 送り速度の速度加減分
Ｆｇｃ 送り速度の制御値
２０ ワイヤー放電加工機のワイヤー電極
２６、２７ ワイヤー電極駆動ドラム
２１ 加工液
Ｖ 電圧
Ｉ 電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研削加工の分野においては、製造費に占める固定費を削減するため、加工の高速化が重要課題になっている。従来の高速化の取り組みには図１８のように砥石の回転を高速化する、あるいは砥粒を高硬度化する方法がある。
【０００３】
すなわち、図１８は従来の一般的な砥石７を用いた研削加工の高速化を説明する説明図である。この図１８において、回転する砥石７の回転速度を高速化し、被加工物（ワーク）２に砥石７を押し付けて研削加工を行なう。しかし、この図１８の方法では、加工数が増加するに従って研削抵抗が図１９のように増加する。図１９は研削加工において、加工数と研削抵抗との関係を示すグラフである。
【０００４】
図１９において、加工数が増加するに従って研削抵抗が増加する原因は、砥粒間に切屑が溜まるからである。このため、加工数が増加した所定段階で砥石７を整形しているが、この整形は、使用できる高級砥粒を捨てると言う問題がある。
【０００５】
よって新たな高速化の考え方として、超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法が着目されている。これにより、図２０のように常に除去砥石新生面を維持し、研削抵抗を低減することが可能となる。
【０００６】
図２１は、放電超音波重畳研削加工の効果を説明するためのグラフである。図２１は、横軸に加工数を取り、縦軸に研削抵抗をとったものである。このグラフ作成のために使用した砥石７はＣＢＮ＃１４０メタルボンドであり、被加工物（ワーク）２はＳ４８ＣＨＲＣ４６であって、研削速度は３０ｍ／ｍｉｎとして比較した。
【０００７】
図２１の特性Ｃ１は、研削のみで加工したものであり加工数の増加につれて研削抵抗が増加し、かつ加工数の少ない初期段階から研削抵抗が高い。これは切屑の詰まりが大きいためである。従って、従来寿命で示した砥石７をドレス（整形または目立て）するドレスインターバルが必要となる。これでは上述したように、使用できる高級砥粒を捨てると言う問題がある。
【０００８】
研削に放電を重畳させたものでは、特性Ｃ２のように加工初期の研削抵抗は１／５まで低下する。しかし、加工数の増加につれて、急激に研削抵抗が増加することがあることが確認された。このときの砥石表面性状を観察すると、放電溶着物が付着していることが判明した。
【０００９】
図２１の特性Ｃ３は、超音波をかけながら研削する超音波振動援用研削による場合であり、加工初期の研削抵抗は低下し、同じ加工数ならば上記研削のみで加工した場合よりも研削抵抗は少なくなる。また、切屑のつまりが小さい。
【００１０】
そこで、超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法を用いて、良好な制御を実現すれば、特性Ｃ４のように、加工初期の研削抵抗を低下させると共に、加工数の増加によっても研削抵抗の増加を抑制し、研削工具の砥石７の寿命を大幅に増加させ得ることが判明した。よって、理想的な制御状態を実現する放電超音波重畳研削加工方法の実現が望まれる。
【００１１】
そこで、この種の超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法について調査した結果次に述べる資料が存在した。特許文献１に記載の超音波電解放電研削孔あけ加工方法及び装置は、先端が研磨部となって回転するドリルと、そのドリルで加工される被加工物との間に電圧または電流を印加するとともに、ドリルの回転軸方向に超音波を印加して、被加工物に孔あけ加工するものである。つまり超音波と放電と研削とを複合させて加工している。
【００１２】
次に、特許文献２に記載のホーニング方法、研削方法、及びこれらの方法を実施する装置は、超音波などで微振動を加えた砥石の、被加工物に対する研削抵抗を検出する研削抵抗検出手段を備え、その研削抵抗検出手段で検出された研削抵抗が予め定められた値になると、放電電圧印加手段で被加工物とボンド層との間に電圧を印加している。また、研削抵抗を動力センサで計測している。
【００１３】
次に、特許文献３に記載の機上放電ツルーイング／ドレッシング方法は、放電を安定させるため、平均放電電圧レベルを電圧レベル識別回路内で設定した第１閾値電圧と比較して、平均放電電圧レベルの方が低い場合は、砥石の食込みの量と送り速度とを可変し、第１閾値より低い第２閾値電圧と比較して平均放電電圧レベルの方が低い場合は、砥石の送り速度だけを可変している。つまり、放電安定化のために砥石の食込みの量と送り速度とを制御している。
【００１４】
次に、特許文献４には、電解作用が少なく、従ってその結果として、例えば電極構成材料中に含まれている他よりも易電解溶出性の金属、合金の溶出を防止ないしは従来よりも少なくした加工が可能な、そして一般的には電解作用の割合が多いことによる欠点を除去した加工用電源を提案するものである。
【００１５】
そのために、この特許文献４は、加工間隙の平均加工電圧、平均加工電流または放電率を検出し、平均加工電圧が高くなった場合、もしくは平均加工電流または放電率が所定基準に対して低下している場合に、加工電極と被加工物との間に印加する電圧パルスの周波数を低下させることにより、実質的に無負荷電圧が加工間隙に印加されている時間を減少させることを可能にしている。
【００１６】
更に、電圧パルスの印加休止時間に、スイッチング素子により間隙を電気的に短絡するか、前記電圧パルスと逆極性の電圧パルスを印加するようにして休止時間中の間隙電圧を零または逆電圧とし、これにより加工間隙の平均間隙または加工電圧を低下させている。
【００１７】
また、放電率（正確には無放電率）の決定のために、放電パルスの内、放電しない電圧パルスをカウントするカウンタの計数値と、放電パルスの数をカウントするカウンタの計数値とを演算して、放電率（正確には無放電率）を演算する演算回路を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭６１−１００３１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１６７７１５号公報
【特許文献３】特開平７−２２３１２１号公報
【特許文献４】特公平６−５９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記特許文献１ないし特許文献３に記載の超音波振動援用研削と放電複合研削を同時に作用させる放電超音波重畳研削加工方法によると、上述したように、単なる研削のみの方法、超音波と研削の複合方法、放電と研削の複合方法よりも、加工初期の研削抵抗の削減、及び加工数が増加したときの研削抵抗の抑制が期待出来るが、最適な制御を行なうための方法が明確ではない。すなわち、特許文献１では具体的な制御方法の開示がない。
【００２０】
次に、特許文献２では「ホーニング中の研削抵抗は、チャックに設けられた動力センサで、チャックにかかる負荷として検出され、これがコントローラに送られる。コントローラは、動力センサから送られてきた値が予め定められた値になった時点で、放電電圧印加回路に指示を与え、砥石のボンド層と被加工物の被研削面との間で放電現象を起こさせる。」と記載されているのみである。また、加工中に研削抵抗を動力センサで計測する必要が生じ、実用的ではない。
【００２１】
特許文献３では、放電ツルーイング／ドレッシング中に、平均放電電圧を電圧レベル識別回路に入力し、第１のしきい値電圧と比較して平均放電電圧の方が低い場合は接点信号１として出力信号を送り、また、第１のしきい値より低い第２のしきい値電圧と比較して平均放電電圧の方が低い場合は接点信号２として出力信号を送る。
【００２２】
そして、接点信号１及び２の有無の状態を識別して、砥石の切り込み即ち軸方向送りを伴う速い又は遅い２種の移動送り、又は砥石の切り込みがない遅い移動送り、のいずれかを選択している。
【００２３】
つまり、特許文献３では、ソフトウエアのＮＣプログラム内で砥石切込み／砥石移動送り速度のＯＮ−ＯＦＦあるいは条件変更を行っている。砥石移動中に接点信号をＯＮにさせても切込み／移動送り速度は変化せず、次のサイクルで切込み／移動送り速度が決定される。
【００２４】
つまり、ＮＣプログラム内では放電ツルーイング／ドレッシング中（砥石移動中）に、平均放電電圧をモニターした結果としての接点信号１及び２の有無を検出し、第１又は第２しきい値以下の平均放電電圧となると接点信号がＯＮになり、ＮＣ装置側の入出力インターフェイスに出力される。
【００２５】
接点解除命令信号、即ちＲＥＳＥＴ信号が電圧レベル識別回路に入力されない限り接点信号はＯＮ状態になる。ただし、このサイクル中の放電ツルーイング／ドレッシング（砥石移動送り）では切込み／移動送り速度は変化しない。リセット信号はＮＣ装置から毎サイクル毎に出され、電圧レベル識別回路の論理回路のＯＮ状態をＯＦＦにして、毎サイクル毎に電圧レベル識別回路が作動できるようにしている。
【００２６】
そして砥石移動１サイクル終了後に接点信号のＯＮ−ＯＦＦ状態をＮＣ装置の入出力インターフェイスから入力し、ＮＣプログラム内で識別して、次のサイクルの砥石切込み／砥石移動送り速度を決定するようにされている。
【００２７】
このように切込みと送り速度を制御することにより、放電状態によって送り速度等の条件をこまめに変更しながら条件設定を行なう必要がなくなり、放電ツルーイング／ドレッシング中は放電状態を監視する必要が無くなり、砥石と電極との接触を自動的に退避することもできるとされている。
【００２８】
この制御では、平均放電電圧レベルをしきい値と比較するだけであり、研削のサイクル中に送り速度を制御することが出来ず、次のサイクルで平均放電電圧レベルの大きさを反映させるのみであるため、充分に理想的な制御状態を実現するのが困難であった。
【００２９】
次に、特許文献４は放電率を計数し、実質的に無負荷電圧が加工間隙に印加されている時間を減少させるものであるが、上記特許文献３のような送り速度の制御に関して何も開示されていない。
【００３０】
また、特許文献４は、放電電源の出力信号における周波数の制御により、放電の安定化を狙っている。この特許文献４の方法は、従来の電極サーボ供給機構のある放電加工機を使用し、電極とワーク間距離が制御可能であるという前提条件が必要である。
【００３１】
よって、電極サーボ供給機構がない場合や、砥石とワークが常に接触していると、極間距離の制御が不可能となり、特許文献４の制御方法は通用しない。なお、特許文献４は、放電していない割合、つまり無放電率を放電率と呼称している。以下の本件発明で言う放電率は、特許文献４の放電率とは異なり、放電している割合を表す。
【００３２】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、更に理想的な制御を行ない、加工の品質を維持しながら、加工数の増加による研削抵抗の増加を抑制できる放電超音波重畳研削加工方法を提供することにある。
【００３３】
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、研削工具及び被加工物の少なくともいずれか一方に超音波振動を印加すると共に、研削工具及び被加工物の間において放電させながら被加工物を研削する放電超音波重畳研削加工方法において、研削工具を被加工物に食い込ませ、かつ研削工具と被加工物との相対的位置を食い込みの方向と交差する方向に設定された変化速度で変化させながら被加工物を研削工具で研削し、この研削加工中の放電の放電電圧、及び放電電流の双方を監視して、この双方の監視結果に基づいて、変化速度及び食込みの量の少なくともいずれか一方を制御することを特徴としている。
【００３５】
この発明によれば、研削加工中の放電状態を、放電電圧、及び放電電流の双方でモニタリングして、変化速度及び食込みの量の少なくともいずれか一方を制御するから、放電状態が安定するように迅速に制御することができ、短絡がメインによる放電率の低下や開放がメインによる放電率の低下を避けながら放電超音波重畳研削加工方法を実行することが出来る。これにより必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化を実現することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明では、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、変化速度を低下させるか、食込みの量を低減させることの少なくともいずれか一方を制御することを特徴としている。
【００３７】
この発明によれば、短絡により放電率が低下した場合は、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減するから、切屑生成速度が下がり、切屑平均高さが下がる。これにより、放電短絡の割合が下がり、正常放電を回復させることができる。
【００３８】
請求項３に記載の発明では、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、変化速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加させることを特徴としている。
【００３９】
この発明によれば、開放により放電率が低下した場合は、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加するから、切屑生成速度が上がり、切屑平均高さが高くなる。これにより、開放による放電停止の割合が下がり、正常放電を回復することができる。
【００４０】
請求項４に記載の発明では、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、変化速度を低下させるか、食込みの量を低減させることの少なくともいずれか一方を制御し、かつ、放電電圧、及び放電電流の監視の結果に基づいて、放電の状態を判定した結果が、研削工具と被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、変化速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加させることを特徴としている。
【００４１】
この発明によれば、短絡がメインとなって、放電率が低下した場合は、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減するから、切屑生成速度が下がり、切屑平均高さが下がる。これにより、短絡の割合が下がり、正常放電を回復させることができる。また、開放がメインとなって、放電率が低下した場合は、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加するから、切屑生成速度が上がり、切屑平均高さが高くなる。これにより、開放による放電停止の割合が下がり、正常放電を回復することができる。
【００４２】
請求項５に記載の発明では、放電電圧の波形に関して、方向、平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視し、放電電流の波形に関して平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視することを特徴としている。
【００４３】
この発明によれば、研削加工中の放電状態のモニタリングを放電電圧の波形に関して、方向、平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視し、放電電流の波形に関して平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで行い、このモニタリングの結果を用いて、安定放電を維持するから、放電状態が安定するように迅速に制御することができ、短絡がメインによる放電率の低下や開放がメインによる放電率の低下を避けながら放電超音波重畳研削加工方法を実行することが出来る。これにより必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【００４４】
請求項６に記載の発明では、研削工具は、砥粒が導電性のボンド層で結合された砥石と被加工物との間に超音波振動と放電電圧を印加し、砥石を回転させて研削することを特徴としている。
【００４５】
この発明によれば、砥石の寿命を長くしながら、必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【００４６】
請求項７に記載の発明では、研削工具は、ワイヤー放電加工機から成り、該ワイヤー放電加工機のワイヤー電極を変化速度で移動させながらにワイヤー電極と被加工物との間に超音波振動と放電電圧を印加し、被加工物をワイヤー電極で研削することを特徴としている。
【００４７】
この発明によれば、ワイヤー電極の寿命を長くしながら、必要な仕上げ面性状を満足し、研削抵抗を低減して、設備の小型化ないし低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の研削抵抗低減の要因を見出すための放電研削加工の実験結果となる研削抵抗の時間的変化を示すグラフである。
【図２】上記図１の湿式状態での放電研削加工中の放電状態を説明するグラフである。
【図３】図２で放電研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。
【図４】上記実施形態における放電研削おいて、超音波振動の印加を加えた放電超音波重畳研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。
【図５】通常の研削と放電超音波重畳研削との切屑の相違を示す拡大写真である。
【図６】放電研削加工のメカニズムを可視化するための可視化実験の概要を説明する説明図である。
【図７】放電研削加工の可視化実験での放電状態の種類を説明するための説明図である。
【図８】放電研削加工に、超音波を重畳させて、放電を安定化させる考え方を説明する説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る放電超音波重畳研削加工方法において、開放（放電停止）状態、放電状態、短絡状態の３つの状態に対して、研削抵抗、放電電圧、及び放電電流の状態を調べた結果を示す波形図である。
【図１０】上記一実施形態における放電超音波重畳研削加工方法における放電状態と食込みの量と送り速度との関係を示したグラフである。
【図１１】上記一実施形態における放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。
【図１２】上記一実施形態における放電超音波重畳研削加工方法を実施するための制御装置内の判定手段におけるフローチャートである。
【図１３】上記一実施形態における制御装置の全体フローチャートである。
【図１４】上記一実施形態で使用する放電電源が発生する放電パルス電流の波形の一部を図示した波形図である。
【図１５】上記一実施形態において、各放電状態に応じた制御装置の送り速度の制御を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第２実施形態となる放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。
【図１７】その他の実施形態において、放電電圧と放電電流のモニタリングをその他の条件で行なった結果を評価した評価表である。
【図１８】従来の一般的な砥石を用いた研削加工の高速化を説明する説明図である。
【図１９】図１８に示した研削加工において、加工数と研削抵抗との関係を示すグラフである。
【図２０】上記図１８の研削加工に振動を重畳させて、常に除去砥石新生面を維持し、研削抵抗を低減することが可能となることを説明する説明図である。
【図２１】本発明に係る放電超音波重畳研削加工の理想的な効果を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００５０】
各実施形態で具体的に組み合せが可能であることを明示している部分同士の組み合せばかりではなく、特に組み合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００５１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図１５を用いて詳細に説明する。まず本発明の第１実施形態の説明の前に、この実施形態の原理、及び開発過程について説明する。
【００５２】
（抵抗低減メカニズムの解明）
抵抗低減メカニズムの仮説を立て、研削抵抗低減の要因を見出す放電研削加工の実験を行なった結果を図１の（ａ）、及び（ｂ）に示す。
【００５３】
すなわち、図１は本発明の研削抵抗低減の要因を見出すための放電研削加工の実験結果となる研削抵抗の時間的変化を示すグラフである。図１の（ａ）は加工液（クーラントとも呼ばれ、この例では水）の中に図示されない電極と被加工物を浸漬して湿式状態での放電研削加工を行なったときの研削抵抗の時間的変化を示す。
【００５４】
図１（ａ）のグラフ中の矢印Ａ１、Ａ２は、夫々５Ｎ（ニュートン）の研削抵抗の大きさと、１ｍｓの時間の大きさを示している。これに対して、図１（ｂ）は、加工液を使用せずに、ドライ状態での放電研削加工を行なったときの研削抵抗の時間的変化を示す。
【００５５】
図１（ｂ）の加工液を使用しないドライ状態では、波高値の高いスパイク状の正負両方向の研削抵抗の変化が現れる。これに対して、図１（ａ）の加工液を使用した湿式状態では、波高値の高いスパイク状の研削抵抗の変化は比較的少なく、平均した研削抵抗の変化が現れる。
【００５６】
また、図１（ｂ）の加工液を使用しないドライ状態での放電研削加工を行なったときの研削抵抗の時間的変化は、放電開始後しばらくすると研削抵抗が低減する低減領域Ｒ１があり、この低減領域Ｒ１の間では、研削抵抗が大幅に低下することが判明した。この原因は被加工物（ワークとも言う）が放電により溶融したためであると考えられる。また、その後の領域Ｒ２では、研削抵抗が非常に大きくなり、砥石と被加工物との間で溶着が発生していると推定される。
【００５７】
図１（ｂ）のような、波高値の高いスパイク状の正負両方向の研削抵抗の変化は、設備の振動を引き起こし、加工精度の低下をもたらす。従って、加工液の中に電極と被加工物を浸漬した湿式状態での放電研削加工の方が、ドライ状態での放電研削加工より有利である。また、この実験結果より、研削抵抗低減のキーポイントは溶融状態にあることが推測された。
【００５８】
図２は、上記図１の湿式状態での放電研削加工中の放電状態を説明するグラフである。湿式状態での放電研削加工中の放電状態について調べてみると、図２のように放電と放電停止とを繰り返しており、放電停止期間が比較的長いことが判明した。
【００５９】
図３は、図２で放電研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。図３において、加工液１の中で（１）被加工物（ワーク）２への放電３が行なわれ、被加工物２が発熱し溶融する。（２）この発熱により加工液１が気化し爆発する。（３）溶融物が飛散する。（４）溶融物の飛散により絶縁が回復する。これを繰り返して、放電と放電停止とが繰り返されるものと推測された。４は電極である。
【００６０】
従って、このような放電状態を把握するために、放電と放電停止を繰り返した所定時間の中での放電時間の割合を示す放電率を考慮する必要が生じた。この放電率は、電源装置の大きさ等の制約を受けるため、５０％程度の上限が実用上好ましい。
【００６１】
図４は、放電研削おいて、超音波振動の印加を加えた放電超音波重畳研削加工中の放電状態における、放電と放電停止（絶縁回復）を説明する模式説明図である。このように、放電研削に超音波振動の印加を加えた放電超音波重畳研削加工では、図４の放電停止の期間が、図２に比較して短くなることが判明した。
【００６２】
図５は、通常の研削と図４における放電超音波重畳研削との切屑の相違を示す拡大写真である。図５の（ａ）は、一般的な研削加工の場合、図５の（ｂ）は、放電超音波重畳研削加工方法の場合、図５の（ｃ）は、放電超音波重畳研削加工方法で大電流を流した場合を示している。
【００６３】
この図５から判明するように、通常の研削では、図５の（ａ）のように溶融の痕跡が見られないが、図５の（ｂ）及び（ｃ）における放電超音波重畳研削加工方法では、放電による溶融の痕跡が見られた。
【００６４】
また、放電率の高い大電流放電では、図５の（ｃ）のように顕著な溶融の痕跡が見られ、加工面の精度が低下した。この結果、放電による被加工物２の溶融は、研削抵抗低減の主要因であり、放電率が大きすぎず、かつ小さすぎない放電の安定化が重要課題であることが判明した。
【００６５】
図６は放電研削加工のメカニズムを可視化するための可視化実験の概要を説明する説明図である。図６に示すように、放電研削加工のメカニズムを可視化するために、高速カメラ６によって砥石７による被加工物２の研削部分を撮影した。
【００６６】
この結果、高速カメラ６で監視した四角領域における放電は、切屑に対して行なわれており、切屑高さを制御することが重要であることが判明した。また、切屑高さは、砥石７の矢印Ａ６にて示す送り速度ｆｇ等の加工条件で制御可能であることが判明した。また、切屑高さは、砥石７の形状等の影響を受けにくく、切屑高さの制御は、比較的実現容易であることが判明した。
【００６７】
上述のように、放電と放電停止を繰り返してしていることが確認されたが、更に、放電研削には、４つの放電状態があることが、上記可視化実験で判明した。図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、放電研削加工の可視化実験での放電状態の種類を説明するための説明図である。なお、送り速度ｆｇは、砥石７と被加工物２との間の相対的位置の変化速度として表されている。
【００６８】
図７（ａ）の開放（放電停止）状態は、砥石７の被加工物２への突き出し量（距離）Ｈの中で、放電距離ｅの範囲内まで「切屑８の切屑高さｈ」が到達していない状態である。図７（ｂ）の放電状態は、砥石７の被加工物への突き出し量Ｈの中で、放電距離ｅの範囲内まで「切屑８の切屑高さｈ」が到達し、放電している状態である。図７（ｃ）の短絡（放電停止）状態は、砥石７の被加工物２への突き出し量Ｈの中で導電性のボンド９にまで「切屑高さｈ」が到達して短絡した状態である。
【００６９】
図７（ｄ）の目詰まり放電状態は、砥石７の被加工物２への突き出し量の中で目詰まりした目詰まり部分１０に対して放電し、比較的低い「切屑高さｈ」で放電が発生した状態である。この目詰まり放電は、超音波が重畳される放電超音波重畳研削加工方法においてもまれに発生する。つまり目詰まりが完全に除去できない重い研削の場合に発生する。
【００７０】
但し、超音波の重畳により、この目詰まり放電は発生しにくくなる。その原因は、２つ考えられ、１つ目の原因は、超音波の重畳による切屑８の微細化及び分散によって、切屑８の成長速度を抑制できるためである。
【００７１】
また、この切屑８の成長速度の抑制ため、図７（ｂ）の放電状態の時間が延長され、放電率がアップし、これにより、放電による切屑除去能力がアップし、切屑８の残留量が減少する。この結果、目詰まりが抑制され、図７（ｄ）の目詰まり放電は発生しにくくなるからである。
【００７２】
２つ目の原因は、砥石７の回転中において、図示されない砥粒とワーク２の非接触の期間が生じ、この間において、超音波洗浄作用で付着物（目詰まり）が除去される。この結果、目詰まりが抑制され、目詰まり放電は発生しにくくなるからである。そして、このような放電加工での可視化実験の成果により、切屑高さを制御する考え方を確立した。
【００７３】
次に、図８は、放電研削加工に超音波を重畳させて放電を安定化させる考え方を説明する説明図である。図８の（ａ）は、上記図７（ｃ）の短絡状態のように、砥石７の被加工物２への突き出し量Ｈの中で、導電性のボンド９にまで切屑８の切屑長さＬｇが到達して、短絡した状態を示す。
【００７４】
この状態を矢印Ａ８１に示すように右側の状態に改善して、超音波Ｌｕｓで切屑８を微細分断し、（切屑の大きさ＜突き出し量Ｈ）として放電を安定化する考え方である。８ａは微細分断された微細切屑を示す。
【００７５】
図８（ｂ）は、超音波印加状態において微細分断した微細切屑８ａが導電性のボンド９にまで到達して短絡した状態を矢印Ａ８２に示すように右側の状態に改善して、超音波で微細切屑８ａを放電除去するために（切屑生成速度＜放電除去速度）として放電を安定化する考え方を示している。
【００７６】
このために切屑８の大きさ、超音波で微細分断後の微細切屑８ａの大きさについて解析し、切屑生成速度Ｑｇ（図示されない）と放電除去速度Ｑｅについて考察した。そして（切屑生成速度Ｑｇ＜放電除去速度Ｑｅ）を満たすためには、種々の実験及び数値解析の結果から、図８（ｂ）の送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇ（切込み量ｔｇともいう）が重要であることが判明した。なお、送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇの積（ｆｇ×ｔｇ）は所定時間内の切屑の量の関数である。
【００７７】
この送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇの積（ｆｇ×ｔｇ）が所定範囲内に収まって、安定した放電が行なわれるように、上述の図７（ａ）の開放（放電停止）状態、図７（ｂ）の放電状態、図７（ｃ）の短絡状態に対して、放電電圧及び放電電流の状態を調べた結果、図９のような状況であることが判明した。図９は、開放（放電停止）状態、放電状態、短絡状態の３つの状態に対して、放電電圧及び放電電流の状態を調べた結果を示す波形図である。
【００７８】
図９において、開放（放電停止）状態では、矢印Ａ９１方向の負の方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は矢印Ａ９２方向に所定時間流れる。放電状態では、正負の両方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は所定時間大きく流れる。
【００７９】
短絡状態では、短期間の放電電圧が現れ、放電電流も実質ワンパルスの短い時間だけ流れる。従って、放電電圧と、放電電流との方向、大きさ及び時間的変化、あるいはそれらに関する値をモニターすることにより、開放、放電、短絡と言う放電の状況が把握できることが判明した。
【００８０】
図１０は、放電超音波重畳研削加工における放電状態と食込みの量（切込み量とも言う）ｔｇと送り速度ｆｇとの関係を示したグラフである。図１０においては、横軸に送り速度ｆｇをとり、縦軸に食込みの量ｔｇをとっている。
【００８１】
Ｒ１１は、開放状態がメインの放電率低下領域である。Ｒ１２は、安定放電領域である。Ｒ１３は、短絡状態がメインの放電率低下領域である。また、右端の矢印Ａ１０で示す山状の曲線は、放電率の変化を示す。
【００８２】
図１０の間隔Ａ１１を持つ２本の破線１１、１２は、実用上理想の放電率（３５％以上）を満足するための食込みの量ｔｇの上限と下限である。上の破線１１より大きく食込ませると、図７（ｃ）の短絡（放電停止）時間が多くなり、放電率が低下する。逆に、下の破線１２より小さく食込ませると、図７（ａ）の開放（放電停止）時間が多くなり、放電率が低下してしまう。
【００８３】
なお、放電率５０％は、現在の放電加工技術の限界である。本当は１００％の放電率が理想的であるが、電極サーボ駆動装置の機械追従速度限界や極間放電スラッジ（正常放電の阻害要因）の排出速度限界などの影響で、現時点はさらなる放電率アップは困難である。よって、上述のように、実用上理想の放電率（３５％以上）を満足するための、食込みの量の上限と下限とを設定した。
【００８４】
図１０において、放電率（山形の曲線Ａ１０）のピークの点１３では、放電率が５０％である。放電率が小さくても、安定放電領域Ｒ１２に入る場合があるが、この場合は、納得できる範囲としかいえない範囲である。よって、絞り込んだ理想範囲は、放電率が３５％〜５０％の２本の破線１１、１２の間に入る安定放電領域Ｒ１２の部分にある。
【００８５】
なお、図１０の山形の曲線Ａ１０で示す放電率は、送り速度ｆｇを固定して、食込みの量ｔｇを変化させたときの放電率の変化を示す。１つの食込みの量ｔｇは、放電率の曲線Ａ１０上の１点に対応する。逆に、食込みの量ｔｇを固定して、送り速度ｆｇを変化させたときも、図示されない同じような山形曲線の特性曲線が得られる。
【００８６】
要は、１ペア（一対の）の送り速度と食込みの量とでは、１点だけの放電率に対応すると考えても良い。実際には、放電率は、送り速度ｆｇ、食込みの量ｔｇ、砥石７とワーク２の接触幅の３つの条件で決定される。
【００８７】
よって、これらの３つの条件で決まる点とは、図示されない３次元の放電率空間特性中の１点に対応する。図１０では、説明し易いため、通常振らない砥石７とワーク２の接触幅を固定し、２次元で放電率の変化を矢印Ａ１０のように表している。
【００８８】
図１１は本発明の第１実施形態となる放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。図１１においては、中空円筒形の被加工物２の内周面を放電超音波重畳研削で加工する例を示している。
【００８９】
砥石７の回転軸７１は駆動装置２３をなす工具送り及び超音波加振装置によって被加工物２の内部において矢印Ａ１１１に示す軸方向に送られる。この送り速度ｆｇは制御装置２２からの信号によって制御される。
【００９０】
被加工物２は図示を省略しているが、水等から成る加工液内に置かれる。放電電源（加工電源とも言う）２４は、砥石７と被加工物２との間に電圧を印加するものである。放電電源２４内には放電電流と放電電圧を検出する電流電圧検出センサ部が内蔵されており、この電流電圧検出センサ部が検出した信号により、放電電流および放電電圧の波形が制御装置２２内でモニタリングされている。砥石７は研削工具７０の一部を構成しており、回転軸７１は駆動装置２３となる工具送り及び超音波加振装置内のモータによって回転駆動される。
【００９１】
また、駆動装置２３となる工具送り及び超音波加振装置内の超音波振動発生装置により、超音波振動を砥石７に重畳させている。この超音波振動は、図１１のように、加工機である研削工具７０に印加しても良いし、被加工物２側に印加しても良い。また、超音波振動の加振方向Ａ１１２は、軸方向、径方向、ねじり方向、撓み方向、これらの複合方向のいずれであっても良い。
【００９２】
上述のように、放電電源２４内の電流電圧検出センサ部が検出した信号により、放電電流および放電電圧の波形が制御装置２２内でモニタリングされている。そして、放電電流及び放電電圧の波形から制御装置２２内で、図９示す開放（放電停止）状態、放電状態、及び短絡状態をリアルタイムに把握する判定手段が、制御装置２２内に設けられている。
【００９３】
図１２は、図１１の制御装置２２内の判定手段をなす制御手段のフローチャートである。上述の図９ように、開放（放電停止）、放電、短絡の各状態における放電電圧、及び放電電流の波形は、以下の通りであった。
【００９４】
開放（放電停止）状態では、負の方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は所定時間流れる。放電状態では、正負の両方向の放電電圧波形が現れ、放電電流は所定時間大きく流れる。短絡状態では、短期間の放電電圧が表れ、放電電流も実質ワンパルスの短い時間だけ流れる。
【００９５】
よって、判定に当たっては、図１２で制御が開始されると、ステップＳ１において、負方向のみの放電電圧波形が現れるかを判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ２に進み、第１設定値（実効値Ｉｓ１：図示せず）以上の放電電流が所定時間流れているか否かを判定する。第１設定値以上の放電電流が所定時間流れている場合は、ステップＳ３において開放（放電停止）状態であると判定する。
【００９６】
ステップＳ１においてＮＯの場合は、ステップＳ４において、正負両方向の放電電圧が現れているか否かを判定する。正負両方向の放電電圧が現れている場合は、ステップＳ５において、ステップＳ２の第１設定値（Ｉｓ１）よりも大きな第２設定値（Ｉｓ２）を超える放電電流が所定時間以上流れているか否かを判定する。ＹＥＳであればステップＳ６へ進み、放電状態であると判定する。ステップＳ２においてＮＯの場合、ステップＳ４においてＮＯの場合、及びステップＳ５においてＮＯの場合は、ステップＳ７において、短絡状態であると判定する。
【００９７】
次に、ステップＳ８において、所定期間内の累積開放（放電停止）状態時間Ｔｏ、所定期間内の累積短絡状態時間Ｔｓ、所定期間内の累積放電状態時間Ｔｄから下記の数式１で放電率を演算する。求められた放電率は液晶表示装置で表示される。また期間内の放電状態が、開放（放電停止）状態が主体の開放（放電停止）メインの状態か、放電メインの状態か、短絡メインの状態かを決定する。
【００９８】
（数式１） 放電率＝Ｔｄ／（Ｔｏ＋Ｔｓ＋Ｔｄ）
図１３は、制御装置２２の全体フローチャートである。図１３において、制御が開始されるとステップＳ１１において、切屑８（図８）を充分に粉砕して微細切屑８ａにできる超音波の周波数を決める。
【００９９】
この周波数に見合った振幅が生じるように、図１１の駆動装置２３内の超音波振動発生装置の振動素子（ＰＺＴ）を使用した超音波ホーンに印加する電圧等の超音波の仕様を決定する。超音波の周波数が高いほど共振（固有振動数）の関係で振幅は小さくなる。
【０１００】
なお、超音波の周波数は、切屑８の長さで決まる。また、振幅は超音波の加振方向によって異なる。また、第１に、砥石７（図８）とワーク２の接触面内にある、砥粒の進行方向と直交する横振動においては、切屑８を微細化分断するため、砥粒同士間平均距離以上の振幅が必要である。
【０１０１】
第２に、短絡状態から絶縁回復するためは、砥石７とワーク２の接触面内と直交する縦振動において放電距離以上の振幅が必要である。このような第１と第２の必要条件を考慮しながら超音波の周波数を決定する。
【０１０２】
次に、図１３の同じステップＳ１１内において、被加工物２の種類、加工要求つまり加工寸法、加工速度、及び加工形状に応じて砥石７の仕様を決定する。次にこの砥石７の仕様から、砥石７が耐えうる放電条件（放電電圧、１発のパルスの放電エネルギー、放電電流、放電休止時間）を過去のデータから決定する。
【０１０３】
図１４は、本発明の第１実施形態で使用する放電電源２４（図１１）が一定負荷に対して発生可能なパルス電流の波形の一部を図示した波形図である。この実施形態においては、期間ｎｅ中にパルス幅ｔｏｎの１０発のパルスが、正負交互に出力されるものを使用している。
【０１０４】
図１４において、Ｉｐは電流の波高値、ｔｏｆｆは休止時間である。休止時間ｔｏｆｆがあまり短いと、放電が連続してしまう。放電が連続すると、被加工物２（図１１）が溶融しすぎるとか、砥石７、つまり研削工具７０に悪影響を与える。
【０１０５】
次に、図１３のステップＳ１２において、上記諸条件に見合った、食込みの量ｔｇを決定する。食込みの量ｔｇは被加工物２の種類、及び加工要求によって、最大値が決定されている。この最大値を超えない範囲で最適な値を選定する。
【０１０６】
また、送り速度ｆｇと食込みの量ｔｇの積は、加工中に発生する切屑８（図８）の体積の関数であるため、この体積と上記諸条件とを検討して、適当と思われる初期送り速度Ｆｇを決定し、制御装置２２（図１１）に初期設定値として入力する。
【０１０７】
次に、図１３のステップＳ１３においては、図１２のステップＳ８で決定された所定期間内の累積開放（放電停止）状態時間Ｔｏ、所定期間内の累積短絡状態時間Ｔｓ、所定期間内の累積放電状態時間Ｔｄを使用して、送り速度ｆｇの増減量を演算する。
【０１０８】
この増減量は、ステップＳ１２で入力された初期送り速度Ｆｇに対して図１５のフローチャートを用いて演算する。図１５は、この一実施形態において、各放電状態に応じた送り速度ｆｇの制御を示すフローチャートである。図１５において、制御が開始されると、ステップＳ２１であらかじめ設定し入力された基準値が読み込まれる。この基準値は、所定期間内の累積開放状態基準時間Ｔｏｓ、所定期間内の累積短絡状態基準時間Ｔｓｓ、所定期間内の累積放電状態基準時間範囲Ｔｄｓ１、Ｔｄｓ２である。
【０１０９】
図１５のステップＳ２２では、図１２で演算した所定期間内の累積開放状態時間Ｔｏと所定期間内の累積開放状態基準時間Ｔｏｓとを比較して開放状態の累積時間が基準値より多いか否かを判定する。
【０１１０】
そして開放（放電停止）状態の累積時間が多い場合は、ＹＥＳと判定され、ステップＳ２３において、現時点の送り速度ｆｇに対して所定の速度加減分Δｆｇを加算して送り速度の制御値Ｆｇｃを決定する。つまり、送り速度ｆｇを所定量増加させる。
【０１１１】
ステップＳ２２においてＮＯの場合は、ステップＳ２４に進み、図１２で演算した所定期間内の累積放電状態時間Ｔｄと所定期間内の累積放電状態基準時間範囲Ｔｄｓ１、Ｔｄｓ２とを比較して、放電状態の累積時間が正常範囲内か否かを判定する。そして放電状態の累積時間が正常範囲内の場合は、ＹＥＳと判定され、ステップＳ２５において、その時点の送り速度Ｆｇを維持する。
【０１１２】
ステップＳ２４においてＮＯの場合は、ステップＳ２６で、図１２で演算した所定期間内の累積短絡状態時間Ｔｓと所定期間内の累積短絡状態基準時間Ｔｓｓとを比較して、短絡状態の累積時間が多いか否かを判定する。
【０１１３】
そして短絡状態の累積時間が多いＹＥＳの場合は、ステップＳ２７において、現時点の送り速度ｆｇに対して所定の速度加減分Δｆｇを減算して送り速度の制御値Ｆｇｃを決定する。演算された送り速度の制御値は、図１３のステップＳ１４においてＮＣ加工機に入力され、送り速度が制御される。つまり、送り速度ｆｇを所定量減少させる。
【０１１４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。
【０１１５】
図１６は、この第２実施形態となる放電超音波重畳研削加工方法を実施するための放電超音波重畳研削加工装置の模式的全体構成図である。この図１６では、被加工物（ワーク）２としての長方形の金属製被加工物を、ワイヤー放電加工機用のワイヤー電極２０で放電スライス加工している状態を示している。このように、この第２実施形態での研削工具７０は、砥石を使用しておらず、ワイヤー電極２０、ワイヤー電極駆動ドラム２６、２７、駆動装置２３から構成されている。
【０１１６】
被加工物２は水等から成る加工液２１内に置かれ、ワイヤー電極２０の巻き取り速度、すなわち送り速度ｆｇは、制御装置２２によって駆動装置２３内のモータの回転速度を制御することによって制御される。
【０１１７】
放電電源（加工電源とも言う）２４は、ワイヤー電極２０と被加工物２との間に電圧を印加するものである。放電電源２４内には放電電流と放電電圧を検出する電流電圧検出センサ部が内蔵されており、この電流電圧検出センサ部が検出した信号により、放電電流および放電電圧の波形が制御装置２２内でモニタリングされている。
【０１１８】
また、駆動装置２３内の超音波振動発生装置により超音波振動をワイヤー電極２０に重畳させている。この超音波振動は、加工機であるワイヤー放電加工機のワイヤー電極駆動ドラム２６、２７のいずれか一方に印加しても良いし、被加工物２側に印加しても良い。また、超音波振動の方向Ａ１１１は、軸方向、径方向、ねじり方向、撓み方向、これらの複合方向のいずれであっても良い。
【０１１９】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、加工された被加工物の仕上げ面性状（粗さ、硬度）を計測する手段を備えて、この計測結果を、放電条件及び研削条件にフィードバックすることも出来る。
【０１２０】
この場合、仕上げ面の硬度が低い場合は、放電条件のピーク電流値、またはパルス幅を減らすと同時に、研削条件の送り速度、あるいは食込みの量を減らす。これにより、正常放電を維持しながら、放電エネルギーが下がるため、被加工物の熱軟化を抑制でき、仕上げ面硬度を回復することができる。
【０１２１】
次に、放電状態のモニタリングの結果に基づいて放電状態を判定した結果が、短絡がメインとなって放電率が低下していると判定されたときのみ、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減するのみの制御をおこない、開放がメインとなって放電率が低下していると判定されたときの、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加する制御は行なわないようにしてもよい。
【０１２２】
また、逆に、開放がメインとなって放電率が低下していると判定されたときのみ、送り速度を上昇させるか、または、食込みの量を増加するのみの制御をおこない、短絡がメインとなって放電率が低下していると判定されたときの、送り速度を低下させるか、または、食込みの量を低減する制御は行なわないようにしてもよい。
【０１２３】
すなわち、短絡がメインまたは開放がメインのいずれか一方のみ（片方のみ）の制御を行い、正常と異常の境界レベルにある制御状態を正常な一方向に引き戻す制御のみを行なっても良い。
【０１２４】
また、放電率が明らかに異常な領域に達した場合は、フィードバック制御を所定時間中断し、放電率が正常領域内に進行する方向に送り速度をオープンループ制御で増減させて、目標放電率域での制御を実行するようにしても良い。
【０１２５】
次に、放電電圧と放電電流の双方を図１２のようにしてモニタリングしたが、放電電圧と放電電流のモニタリングは種々の方法で可能であり、その例を図１７に示す。図１７は放電電圧と放電電流のモニタリングをその他の条件で行なった結果を評価した評価表である。この図１７のように、評価は、種々の方法で可能である。この図１７において、Ｖは電圧を示し、Ｉは電流を示す。
【０１２６】
図１７において、図９の放電電圧Ｖの方向を評価する方法では、２の放電と３の短絡の差異が判別し難い。また、Ｖの平均値でも、２の放電と３の短絡の差異が判別し難い。図９の放電電流Ｉの平均値、積分値の評価のみでも開放、放電、短絡の波形が図９のように明確な場合は判定が可能であるが、例外的な波形が表れた場合は判定し難いことがある。また、判定に時間がかかりすぎては実用的ではない。
【０１２７】
そこで、本発明のように放電電圧と放電電流の両方をモニタリングして両方の所定状態が共に満たされること、換言すれば、放電電圧と放電電流の所定状態のアンド(ＡＮＤ)条件が満たされることをから、（例えば一例を図１２に示したように）開放、放電、短絡の区別をすることが望ましい。また、平均値の代わりに実効値を使用しても良い。この実効値を用いる場合は、図９の２の放電と３の短絡の区別は可能となる。
【０１２８】
また、波高値をピークホールド回路でピークホールドして、所定値以上の波高値が現れる回数をカウントして波形を評価しても良い。また、積分値の計測は、計測数値の演算によらずとも、ＣＲ積分回路から成るフィルタを通した値を計測しても良い。
【０１２９】
次に、図１５においては送り速度ｆｇのみを制御したが、上述のように、送り速度ｆｇ及び食込みの量ｔｇの積（ｆｇ×ｔｇ）は所定時間内の切屑の量の関数であるから、送り速度ｆｇを増加（減少）させる代わりに食込みの量ｔｇを増加（減少）させても良い。また、送り速度ｆｇは、研削工具と被加工物の間の相対的な変化速度ｆｇであれば良く、研削工具を固定して被加工物側を設定された送り速度（変化速度）ｆｇで駆動しても良い。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 加工液
２ 被加工物（ワーク）
３ 放電
４ 電極
７ 砥石
ｅ 放電距離
８ 切屑
ｈ 切屑高さ
Ｈ 砥石の被加工物への突き出し量
９ ボンド
１０ 目詰まり部分
８ａ 微細分断された微細切屑
ｆｇ 変化速度（送り速度）
ｔｇ 食込みの量（切込み量）
Ｒ１１ 開放状態がメインの放電率低下領域
Ｒ１２ 安定放電領域
Ｒ１３ 短絡状態がメインの放電率低下領域
Ａ１０ 放電率
７１ 砥石の回転軸
２３ 駆動装置
２２ 制御装置
２４ 放電電源
７０ 研削工具
７１ 回転軸
Ｔｏ 所定期間内の累積開放（放電停止）状態時間
Ｔｓ 所定期間内の累積短絡状態時間
Ｔｄ 所定期間内の累積放電状態時間
Ｔｏｓ 所定期間内の累積開放状態基準時間
Ｔｓｓ 所定期間内の累積短絡状態基準時間
Ｔｄｓ１、Ｔｄｓ２ 所定期間内の累積放電状態基準時間範囲
Δｆｇ 送り速度の速度加減分
Ｆｇｃ 送り速度の制御値
２０ ワイヤー放電加工機のワイヤー電極
２６、２７ ワイヤー電極駆動ドラム
２１ 加工液
Ｖ 電圧
Ｉ 電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削工具及び被加工物の少なくともいずれか一方に超音波振動を印加すると共に、前記研削工具及び前記被加工物の間において放電させながら前記被加工物を研削する放電超音波重畳研削加工方法において、
前記研削工具を前記被加工物に食い込ませ、かつ前記研削工具と前記被加工物との相対的位置を前記食い込みの方向と交差する方向に設定された変化速度で変化させながら前記被加工物を前記研削工具で研削し、
この研削加工中の前記放電の放電電圧、及び放電電流の双方を監視して、この双方の監視結果に基づいて、前記変化速度及び前記食込みの量の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項２】
前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、前記変化速度を低下させるか、前記食込みの量を低減させることの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項３】
前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、前記変化速度を上昇させるか、または、前記食込みの量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項４】
前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、前記変化速度を低下させるか、前記食込みの量を低減させることの少なくとも一方を制御し、
かつ、前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、前記変化速度を上昇させるか、または、前記食込みの量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項５】
前記放電電圧の波形に関して、方向、平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視し、前記放電電流の波形に関して平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項６】
前記研削工具は、砥粒が導電性のボンド層で結合された砥石と前記被加工物との間に超音波振動と前記放電電圧を印加し、前記砥石を回転させて研削することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項７】
前記研削工具は、ワイヤー放電加工機から成り、該ワイヤー放電加工機のワイヤー電極を前記変化速度で移動させながらに前記ワイヤー電極と前記被加工物との間に超音波振動と前記放電電圧を印加し、前記被加工物を前記ワイヤー電極で研削することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項１】
研削工具及び被加工物の少なくともいずれか一方に超音波振動を印加すると共に、前記研削工具及び前記被加工物の間において放電させながら前記被加工物を研削する放電超音波重畳研削加工方法において、
前記研削工具を前記被加工物に食い込ませ、かつ前記研削工具と前記被加工物との相対的位置を前記食い込みの方向と交差する方向に設定された変化速度で変化させながら前記被加工物を前記研削工具で研削し、
この研削加工中の前記放電の放電電圧、及び放電電流の双方を監視して、この双方の監視結果に基づいて、前記変化速度及び前記食込みの量の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項２】
前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、前記変化速度を低下させるか、前記食込みの量を低減させることの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項３】
前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、前記変化速度を上昇させるか、または、前記食込みの量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項４】
前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の短絡により放電率が低下しているときは、前記変化速度を低下させるか、前記食込みの量を低減させることの少なくとも一方を制御し、
かつ、前記放電電圧、及び前記放電電流の監視の結果に基づいて、前記放電の状態を判定した結果が、前記研削工具と前記被加工物との間の開放により放電率が低下しているときは、前記変化速度を上昇させるか、または、前記食込みの量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項５】
前記放電電圧の波形に関して、方向、平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視し、前記放電電流の波形に関して平均値、積分値、実効値、所定値以上の持続時間、及び設定された以上の波高値の回数の少なくともいずれかで監視することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項６】
前記研削工具は、砥粒が導電性のボンド層で結合された砥石と前記被加工物との間に超音波振動と前記放電電圧を印加し、前記砥石を回転させて研削することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【請求項７】
前記研削工具は、ワイヤー放電加工機から成り、該ワイヤー放電加工機のワイヤー電極を前記変化速度で移動させながらに前記ワイヤー電極と前記被加工物との間に超音波振動と前記放電電圧を印加し、前記被加工物を前記ワイヤー電極で研削することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放電超音波重畳研削加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０３７０（Ｐ２０１２−２０３７０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９９２７（Ｐ２０１０−１５９９２７）
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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