(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットを形成すべき表面を有す加工物を用意し、
一方向に沿って、間隔をあけて配置された複数のスロットを前記加工物の前記表面の少なくとも一部に亘って、ワイヤ放電加工により切削し、
前記加工物を１８０度回転させ、
次に、前記一方向に平行な方向に沿って前記表面の少なくとも一部に亘って複数のスロットをワイヤ放電加工により切削し、
前記加工物を１８０度回転させた後形成されたスロットを、加工物を回転させる前に切削されたスロットの間で加工物の間隔をあけて配置された部分に切削することを特徴とするワイヤ切削放電加工方法を用いたスロット成形加工方法。
【請求項２】
前記加工物の一側面から放電加工ワイヤを挿入することによって前記間隔をあけて配置されたスロットを切削し、前記加工物の反対の側面から放電加工ワイヤを挿入することによって前記一方向に平行な方向に沿った複数のスロットを切削する各工程を含むことを特徴とする請求項１記載のスロット成形加工方法。
【請求項３】
一つのスロットのワイヤ挿入側に対応する端部が隣のスロットのワイヤ排出側に対応する端部に隣り合うような配置で、前記間隔をあけて配置された複数のスロットの各々が前記一方向に平行な方向に沿った複数のスロットの少なくとも１つに隣り合っていることを特徴とする請求項２記載のスロット成形加工方法。
【請求項４】
前記間隔をあけて配置された複数のスロットの各々が少なくとも前記一方向に平行な方向に沿った複数のスロットの一つに隣り合っていることを特徴とする請求項１記載のスロット成形加工方法。
【請求項５】
一つおきに所定のスロット列を形成するように、前記間隔をあけて配置されたスロットを切削し、前記加工物を１８０度回転させた後、前記間隔をあけて配置されたスロット列の間に一つおきにスロット列を形成するように、前記一方向に平行な方向に沿ったスロットを切削する各工程を含むことを特徴とする請求項１記載のスロット成形加工方法。
【請求項６】
隣り合うスロット間で、それらを形成するための放電加工ワイヤの挿入口を設けるところを前記表面の相対する側面間で交互とする工程を含むことを特徴とする請求項１記載のスロット成形加工方法。
【請求項７】
前記加工物を９０度回転させ、
２番目の方向に沿って、間隔をあけて配置された複数のスロットを前記表面の少なくとも一部に亘って、ワイヤ放電加工により切削し、
加工物を１８０度回転させ、
次いで、前記２番目の方向に対して平行な方向に沿って、複数のスロットを前記表面の少なくとも一部に亘ってワイヤ放電加工により切削し、
前記２番目の方向に沿って形成された前記間隔をあけて配置されたスロットの間に、前記２番目の方向に対して平行な方向に沿ったスロットを切削する各工程を含むことを特徴とする請求項１記載のスロット成形加工方法。
【請求項８】
前記加工物が、有害な湾曲効果のないハニカム構造物を押出すための押出ダイのプレフォームであることを特徴とする請求項１記載のスロット成形加工方法。
【請求項９】
排出面を有するダイ本体と、前記排出面に形成された複数のスロット列を有して成る、細胞状の材料を押出すためのダイであって、前記複数のスロットの一つおきのスロット列は前記排出面の一側面で所定のスロット幅を有し、前記一つおきの列の間にあるスロット列は、ワイヤ放電加工によるワイヤ浸食に起因して前記排出面の前記一側面での前記所定のスロット幅より狭いスロット幅を有する、請求項１から８いずれか１項記載の方法を用いて製造されたダイであって、
前記一つおきのスロット列が、ワイヤ放電加工によるワイヤ浸食に起因して前記排出面の前記一側面に相対する側面で前記所定のスロット幅より狭いスロット幅を有することを特徴とするダイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤ放電加工方法に関するものである。特に、ハニカム構造物の押出ダイを加工するワイヤ放電加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のワイヤ放電加工装置は加工工具本体に設置されたヘッドアセンブリと数値制御された位置決めテーブルを備えている。ワイヤ装置はワイヤが２つのスプール間で張架されるスプールアセンブリを備えている。駆動スプールは、切削される工作物高により約 4-8インチ(10.16-20.32cm) の間で変化する２つのスプール間の使用可能な工作物長で、一つのスプールから他方のスプールへと一定の速さでワイヤを稼動させる。切削速度はワイヤサイズとワイヤを流れる電流、それに加えて、切削深さに対して設定される送り速度に依存する。脱イオン水が単に誘電体として使用されるのみでなく、切削作業中に生じた切削粉を洗い流すために使用される。また、炭化水素オイルを使うこともできる。全ての放電加工操作で見られるように、ワイヤ電極はその直径以上の約 0.002-0.003インチ(0.00508-0.00762cm) の一様な過剰切削を生じる。
【０００３】
内燃機関のための触媒コンバータに用いられるセラミックハニカム構造物の押出型においては、実質的に長く細いスロットを持つ押出ダイを形成することが必要である。そのスロットは直線的にダイ面を亘っているだけでなく、平行な壁面を持ち、その壁面はまくれがなく、一貫した表面仕上を持つ必要がある。さらに、そのような長く細いスロットは約3 1/2 インチ(8.89cm)以上の長さ、約 0.1インチ(0.254cm) 以上の深さ、約 0.012インチ(0.03048cm) 以下の幅である必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第 2,526,423号、第 4,205,213号、第 4,233,486号、第 4,403,131号、第 4,527,035号に開示されているような既知のワイヤ放電加工方法のいずれの方法であってもスロットを形成することは可能である。しかしながら、それらの加工方法ではスロットの長さ方向の幅が不均一になるという問題がある。その問題は実際上それらの方法に本質的なものである。スロット幅の測定によって、ワイヤ放電加工方法によって切削されたスロットはワイヤ挿入口からワイヤ排出口の間で幅が変化するということが明らかになってきた。挿入口の幅は常に排出口の幅より広がっている。撚ったワイヤがスロットを通って稼動するので、ワイヤは常に侵食される。そのためワイヤが加工物の排出口に近づくにつれ、ワイヤ断面積は小さくなってくる。加えて、ワイヤはギターの弦のように振動する傾向がある。その振動は、加工物中に切削されるスロットの切削方向の中心部で最大振幅を有している。
【０００５】
このようにして、先細りパターンが各スロットの切削方向に沿って形成される。この時、各スロットは加工物のワイヤ挿入口付近で形成される中程度のスロット幅、形成されたスロットの切削方向の中心に形成される最大幅のスロット域、及び、加工物のワイヤ排出口付近に形成される狭いスロット幅を持つ。クロススロットが形成されるとき、この先細りの幅パターンは側面から側面、端から端へとスロットが加工物全体に亘って形成される度に繰り返される。細胞状の構造物を形成するために押出ダイの排出面に形成されたスロット列の場合、スロットの各々のスロット幅の変化がダイに勾配を生じさせる。そのダイは押出品における湾曲という問題と非常に密接な関係を持っている。湾曲では押出品が押出ダイから押出されるときに曲げられる傾向にある。それ故、湾曲は望ましくない状態であり、細胞状すなわちハニカム状の構造物の形成において有害な影響を生じる。
【０００６】
湾曲の形成の原因である乱れは押出工程中に自己修正されるものではない。即ち、ある種の修正ハードウェアが使われないなら、ダイの早く流れている場所はより早く流れつづけてしまう。湾曲偏向板は、他の多くの修正ハードウェア装置を除いて、湾曲を修正するためにもっともよく用いられる従来技術である。しかし、偏向板は湾曲の非常に単純な程度についてのみ有用であり、元の不安定状態と場合によっては他の流れの問題と相殺するように単に対抗する不安定効果を加え、２つの不均整の状態を合わせて１つの許容できるものにする支えにすぎない。
【０００７】
本発明は放電加工で切削したダイにおける湾曲問題を修正、あるいは、大幅に改善することによって、既知のワイヤ放電加工方法で生じていたスロット幅の変化という問題を克服し、問題を修正するために以前は必要であった本質的には加工に無関係な修正ハードウェアの必要性を実質的になくす放電加工によるスロット成形加工方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、加工物に切削するスロットのワイヤ挿入口と排出口を隣接するスロット間で交互に配置すること、即ち、ある一つのスロットの挿入口が隣接スロットの排出口に隣接するように配置することによって前記ダイにおける湾曲を修正するスロット成形加工方法により達成される。
【０００９】
本発明の切削方法ではワイヤ放電加工を用いる。加工物にスロットを切削するにあたり、まず加工物面にスロットを間隔のあいた配置で切削する。その後、加工物を１８０度回転させ、先に切削したスロット間に平行に切削することを特徴とする。ある一つのスロットの挿入口は隣接スロットの排出口に隣接するように配置されるものである。
【００１０】
さらに、必要であれば、ある一軸方向のスロットを形成した後、加工物を９０度回転させ、前記一軸に対して垂直方向のスロットを切削することができる。この垂直方向スロットの形成手順は前述の手順と同様である。即ち、最初にスロットを間隔のあいた配置で切削し、１８０度回転させ、先に切削されたスロット間に平行に切削するものである。
【００１１】
本発明の切削方法においては、湾曲効果を持たないハニカム構造物の押出ダイを作成することができる。しかしながら、加工物は押出ダイに限るものではない。さらに、本発明の切削方法においてはスロットの数を任意に決定することができる。
【００１２】
本発明の切削方法を用いて形成された押出ダイは排出面と複数のスロットからなり、一側面に所定のスロット幅を有するスロットと前記一側面に前記所定のスロット幅より狭い幅を有するスロットが一つおきに配列されている。また、前記一側面で所定のスロット幅を有するスロットは相対する側面において所定のスロット幅より狭いスロット幅を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ワイヤ放電加工によって形成されたスロットのワイヤ挿入口から排出口までのスロット幅における0.0001インチ(0.000254cm)程度の微少な変化はワイヤ放電加工方法の本質的性質である。即ち、撚ったワイヤがスロットを通って引取スプールから巻取スプールへ動くためにワイヤは絶えず浸食され、スロットの排出口に近づくにつれ断面積が小さくなる。さらに、ワイヤは単にその両端で二つのスプールによって支えられているだけであるので、加工物の中心付近で最大振幅を持って振動する傾向がある。このようにして、中心領域でスロットの広がりが生じる。長いワイヤはそのような調和振動に対して非常に敏感である。この現象が放電加工ワイヤの振舞の本質的性質であるので、ワイヤ放電加工によって形成されたダイからの押出品における湾曲という問題を解決しようとする時、元来備わっているものとして受け入れなければならない。
【００１４】
このようにして、ダイ本体を亘るスロット幅の変化を取り除くことは不可能であることが明白であったという事実を踏まえると、その問題の解決法は、ダイの外径全体に亘って広がる先細りしたスロットの全勾配効果を互いに相殺しあうようにダイの平均化した容量内にある多数の小さく局所的な乱れへと転換することである。
【００１５】
ワイヤ放電加工によって形成されたスロットの画像解析により図１の拡大されたスロットに示されているようなスロット幅の変化が明らかになった。先細りの変化は微少であるが、そのような先細りの集合や、繰り返しが押出品に湾曲を生じさせる。矢印Ａは放電加工ワイヤの水平な切削方向を示している。図１の場合、切削方向は左から右へ向かう。中程度のスロット幅１２がワイヤ挿入口２０付近に形成され、一方、最小スロット幅１６はワイヤ排出口１８付近に形成される。放電加工ワイヤは矢印Ａの方向にダイブランクを通って動くのでワイヤは浸食され、ダイブランク全体に亘って進むにつれてワイヤは細くなる。この結果、スロット１０の排出口１８付近で、より狭いスロット幅になる。ワイヤ調和振動によってダイの中間域１４に広いスロット幅を生じる。スロット幅の変化は微少であるので通常の加工と測定技術では検出されない。しかしながら、画像解析ような進歩した測定装置を用いることによって、スロット先細りの問題が明らかになった。このパターンは連続したスロットがダイの長さ方向に形成されるとき、ダイ全体に亘って繰り返される。また、さらなるスロットが最初のスロットに対して９０度で形成されるので、ダイ面に狭いスロットと広いスロット領域が生じる。
【００１６】
図２には、複数のスロット１０が形成されるにつれてダイの面に形成される種々の領域を説明するためにダイ２２が概略的に示されている。細胞状すなわちハニカム状の構造物を押出すためのダイ２２を形成する上で、ダイを横切って広がり、ダイの端間において間隔をあけて配置された複数の平行なスロットを形成する必要がある。さらに複数の平行なスロットがダイを横切って広がっているスロットに対して９０度で形成され、ダイ面の側面から側面へ間隔をあけて配置される。
【００１７】
図２において、矢印Ａはダイ本体の排出面を横切るスロット列の切削方向を表している。この時、放電加工ワイヤは図２の左側からダイの面に挿入され、右側から排出される。同様にして、矢印Ｂは水平スロットに対して９０度に形成された放電加工ワイヤによる縦の切削方向を示しており、放電加工ワイヤが図２の上部からダイ２２に挿入され、図２の下部でダイ面から排出されるということを表している。
【００１８】
矢印Ａの方向に動いている放電加工ワイヤによって形成された水平スロットはダイ２２の左側２４に挿入口２０を、また、ダイ２２の右側２６に排出口１８を持ち、矢印Ｂの方向において水平スロットに対して縦に一列な、即ち、垂直に９０度で形成されたスロットはダイ２２の上端２８に挿入口２０を、また、ダイ２２の下端３０に排出口１８を持ち、ダイ面は９つの異なる領域を持つことになる。
【００１９】
ダイ２２の左上部にある第１の領域３１は、矢印ＡとＢに沿って形成されたスロット両方が同様の領域からワイヤが挿入されるので、縦横に中程度の幅を持つ領域であると考えられる。ダイ上中部にある第２の領域３２は、矢印Ａに沿って切削されたスロットがワイヤの振動によって最大幅域にあり、矢印Ｂに沿って形成されたスロットが中程度幅の挿入口にあるので、横に広く縦に中程度の幅を持つ領域であると考えられる。ダイ２２の右上部にある第３の領域３３は、矢印Ａに沿って形成されたスロットが狭い幅の排出口にあり、一方、矢印Ｂに沿って形成されたスロットが中程度幅の挿入口にあるので、横に狭く縦に中程度の幅を持つ領域であると考えられる。
【００２０】
ダイ２２の左中部に形成された第４の領域３４は、矢印Ａの方向に沿って形成されたスロットが中程度幅の挿入口にあり、矢印Ｂに沿って形成されたスロットがワイヤの振動による最大幅にあるので、横に中程度縦に広い幅を持つ領域であると考えられる。第５の領域３５はダイ２２の中央部に形成され、形成している放電加工ワイヤの振動によって、矢印Ａと矢印Ｂに沿って形成されたスロットがともに、最大幅領域にある。ダイ２２の右中央部に形成された第６の領域３６は、矢印Ａに沿って形成されたスロットが最小幅の排出口にあり、矢印Ｂに沿って形成されたスロットが最大幅を持つ中央部にあるので、横に狭く縦に広い領域であると考えられる。
【００２１】
ダイ２２の左下部に形成された第７の領域３７は、矢印Ａに沿って形成されたスロットが中程度幅の挿入口にあり、矢印Ｂに沿って形成されたスロットが最小幅の排出口にあるので、横に中程度縦に狭い領域であると考えられる。ダイ２２の下中央部に形成された第８の領域３８は矢印Ａに沿って形成されたスロットが最大幅の中央域にあり、矢印Ｂに沿って形成されたスロットが最小幅の排出口にあるので、横に広く縦に狭い領域であると考えられる。最後に、ダイ２２の右下部に形成された第９の領域３９は、矢印Ａに沿って形成されたスロットと矢印Ｂに沿って形成されたスロットが共に最小幅の排出口にあるので、横に狭く縦に狭い領域であると考えられる。
【００２２】
典型的なワイヤ放電加工によって形成されたスロット１０の幅の変化の実例を挙げる。スロット１０においてワイヤ挿入口２０付近の中程度のスロット幅は標準偏差0.047 で7.35ミル(0.018669cm)、スロット２０の切削方向の中程にある最大幅スロット域１４は標準偏差0.067 で7.56ミル(0.01920cm) の幅である。また、スロット１０の排出口１８付近の最小スロット幅域１６は標準偏差0.066 で7.14ミル(0.0181356cm) の幅である。
【００２３】
図２に示されるようなダイ全体に亘って成長するスロット幅のパターンがそのようなダイを通して押し出される押出品に生じる湾曲の主な原因であるとことが明らかになった。典型的なスロット切削方法で生じる勾配の影響を中和し、湾曲の問題を克服するため、新しく、斬新な方法が考え出された。この方法は放電加工ワイヤの挿入口を一つおきのスロットで交互に換えるというものである。スロットを交互に換えることによって、いかなる累積的な勾配効果も生じないようにした。図１において示されているように、個々のスロットにおいてはまだその典型的な先細りの形が残っているけれども、ダイを亘るいかなる点においてもスロット１０全体の平均幅は著しく一定となった。
【００２４】
図３に、大幅に拡大されたほぼ平行な交互のスロット１０がダイ２２の一部に概略的に示されている。図のように一つ目のスロット１はダイ２２の左側面２４付近に挿入口２０を、ダイの右側面２６に排出口１８を持っている。しかしながら、その隣接スロット２はダイ２２の右側面２６に挿入口２０を、ダイの左側面２４に排出口１８を持っている。同様に、次のスロット３、４もダイの相対する側面で挿入口と排出口が交互になっている。図３に示されるように、スロット１０は側面から側面へダイ２２の横方向に広がり、上端２８から下端３０へダイの縦方向に沿って繰り返される。同様にして、図３には示されていないが、図２の矢印Ｂの方向に沿って形成されたスロットは図３の上端２８と下端３０に伸びるスロットであり、左側面２４と右側面２６の間にダイ２２の横方向に間隔をあけて配置されている。
【００２５】
スロット１０のワイヤ挿入口２０付近の中程度のスロット幅１２と排出口１８付近の狭いスロット幅域１６は同一の指向性を示さないので、指向性のある勾配が成長することはなくなる。さらに、いかなる隣接するスロット間にも存在する幅の微少な差が、連続的に交互に配置されているので、これらの局在した差が平均化されるということは単純な事象である。基本的に、図３に示されたようなスロットパターンは自己補償的作用を有する。
【００２６】
図３に示されるように、ダイを切削するワイヤ放電加工の前記方法において、交互の切削配列はダイ全体に亘るスロットを一つおきに切削し、ダイを１８０度回転させ、Ａ軸のような所定の軸に沿ってダイへ切削を終了させるためスロットを一つおきに切削するという手順を繰り返すことによって成し遂げられる。このようにして、ダイを１８０度回転させた後、残りのスロットをダイを１８０度回転させる前に形成されたスロットの間に隣接しほぼ平行に形成する。細胞状の支持体を形成するためのダイの場合、先の手順の後にＢ軸に沿って複数のスロットを形成するためダイを９０度回転させる必要がある。ここでさらに、放電加工ワイヤ挿入口をスロット一つおきに交互に換えるために、再び一つおきにスロットを切削し、ダイを１８０度回転させ、１８０度回転させた後に形成されたスロットが１８０度回転させる前に形成されたスロット間に形成されるように反平行方向の軸に沿って手順を繰り返す。この技法の結果としてダイ全体に亘る自己補償的なパターンが生じる。そのダイを通る押出品を押出すとき、湾曲の問題は実質的に消去される。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態は一軸に沿って一つおきのスロットを切削し、その後にダイを１８０度回転させ、先の軸方向の切削を仕上げるため先の手順を繰り返した後、ダイを９０度回転させてその手順を繰り返すというもので、もし必要であれば、一軸に沿うスロットは、偶数であっても、奇数であってもランダムに形成でき、ダイを１８０度回転させた後、１８０度回転する前に形成されたスロットの間に残りのスロットをランダムに形成できる。スロット形成の順序は隣り合うスロットの固有な向きほど重要でない。それらのスロットのうちのある一つのスロットの挿入口は隣のスロットの排出口に隣接する。この結果生じるパターンが事実上先細りスロットの有害な影響を除去する。
【００２８】
【実施例】
一実施例を以下に示す。Ａ軸方向に 8インチ(20.32cm) の横幅とＢ軸方向に6 3/4 インチ(17.145cm)の縦長を持ったステンレススチール材料のダイブランクに 6ミル(0.01524cm) の直径を持つ真鍮性の放電加工ワイヤで切削した。 8インチ×6 3/4 インチ(20.32cm×17.145cm) ダイブランクについて、約 4インチ×約7 3/4 インチ (約10.16cm ×約19.685cm) の使用可能なダイ面にＡＢ両軸に沿って切削された。７６スロットがＡ軸方向に形成され、１４５スロットがＢ軸方向に形成された。スロット幅は標準偏差0.0000968 インチで 7.2ミルであった。このとるに足らない偏差は開示された方法で達成された精密さの度合いを例証するものである。 0.150インチ(0.381cm) のスロット深さをつくるために、脱イオン水を誘電体として用いた。最初、Ａ軸に沿って形成されるべき７６スロットのうちの３８スロットを一つおきに形成し、ダイブランクを１８０度回転し、残りの３８スロットを回転前に形成したスロットの間にＡ軸に沿って形成した。その後、ダイを９０度回転し、１４５スロットの約半分のスロットを一つおきにＢ軸に沿って形成し、ダイを１８０度回転し、１４５のうちの残りのスロットをダイを１８０度回転させる前に形成したスロット間に隣接して形成した。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロット幅のパターンを示す挿入口から排出口までの拡大概略図
【図２】従来のワイヤ放電加工切削によってダイ全面に亘って形成され、本発明によって実質的に消去された勾配のある状態を示すダイの概略平面図
【図３】本発明によって形成された隣接したスロットの位置を示すダイの部分拡大概略図
【符号の説明】
１０    スロット
１２    スロット中程度幅ワイヤ挿入口
１４    スロット最大幅域
１６    スロット最小幅ワイヤ排出口
１８    ワイヤ排出口
２０    ワイヤ挿入口
２２    加工物
２４、２６      加工物側面
２８、３０      加工物上下端
【図１】
0003637461.tif 000002
【図２】
0003637461.tif 000003
【図３】
0003637461.tif 000004