(57)【要約】  本発明は、被加工物を加工するための方法及びこの方法のための装置に関する。この方法において、被加工物（１２）の材料を、加工領域（１８）において非接触式の除去法により除去する。被加工物（１２）を、被加工物（１２）の固有共振周波数を有する励振でもって励起するか、又は被加工物（１２）及び被加工物（１２）に不動に連結されている連結エレメント（２０）から成る複合体を、被加工物（１２）及び連結エレメント（２０）の共通の固有共振周波数を有する励振でもって励起する。固有共振周波数は、加工領域（１８）において、励振の励起振幅（Ｘ＿Ａ）に対して最大の振動振幅（Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸ）を有する振動が発生するように選択されている。
2013512791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物（１２）を加工するための方法において、
−前記被加工物（１２）の材料を、加工領域（１８）において非接触式の除去法により除去し、
−前記被加工物（１２）を、該被加工物（１２）の固有共振周波数を有する励振でもって励起するか、又は前記被加工物（１２）及び該被加工物（１２）に不動に連結されている連結エレメント（２０）から成る複合体を、前記被加工物（１２）及び前記連結エレメント（２０）の共通の固有共振周波数を有する励振でもって励起し、
前記固有共振周波数は、前記加工領域（１８）において、前記励振の励起振幅（Ｘ＿Ａ）に対して最大の振動振幅（Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸ）を有する振動が発生するように選択されていることを特徴とする、被加工物を加工するための方法。
【請求項２】
前記被加工物（１２）は、直接的に又は前記連結エレメント（２０）を介してアクチュエータ（１４）に不動に連結されており、
該アクチュエータ（１４）は前記被加工物（１２）、又は該被加工物（１２）及び該被加工物（１２）に不動に連結されている前記連結エレメント（２０）から成る複合体を、前記被加工物（１２）の固有共振周波数、又は前記被加工物（１２）及び前記連結エレメント（２０）の固有共振周波数と同じ振動周波数でもって励起することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加工領域（１８）における振動の最大の振動振幅（Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸ）は、前記アクチュエータ（１４）の振動の最大の振動振幅（Ｘ＿Ａ＿ＭＡＸ）と同じであることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記アクチュエータ（１４）と前記被加工物（１２）との間、又は前記アクチュエータ（１４）と、前記被加工物（１２）及び該被加工物（１２）に不動に連結されている連結エレメント（２０）から成る前記複合体との間の接触個所に、前記アクチュエータ（１４）の振動の最大の振動振幅（Ｘ＿Ａ＿ＭＡＸ）が存在することを特徴とする、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記被加工物（１２）の固有共振周波数は、前記加工領域（１８）における振動の方向が、有利には成形工具（１６）の所定の加工方向にあるように選択されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
前記非接触式の除去法は、所定のパルス周波数による放電加工であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
前記非接触式の除去法は、所定のパルス周波数によるレーザアブレーションであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記非接触式の除去法のパルス周波数と、前記アクチュエータ（１４）の励起周波数とは、互いに同期化されていることを特徴とする、請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
被加工物（１２）を加工するための装置（１０）において、該装置（１０）は、
−加工領域（１８）において前記被加工物（１２）の材料を、非接触式の除去法により除去するために形成されており、かつ、
−前記被加工物（１２）を、該被加工物（１２）の固有共振周波数を有する励振でもって励起するために形成されているか、又は前記被加工物（１２）及び該被加工物（１２）に不動に連結されている連結エレメント（２０）から成る複合体を、前記被加工物（１２）及び前記連結エレメント（２０）の共通の固有共鳴周波数を有する励振でもって励起するために形成されており、
前記固有共鳴周波数は、前記加工領域（１８）において、前記励振の励起振幅（Ｘ＿Ａ）に対して最大の振動振幅（Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸ）を有する振動が発生するように選択されていることを特徴とする、被加工物を加工するための装置。
【請求項１０】
前記被加工物（１２）に直接的に又は連結エレメント（２０）を介して不動に連結するために形成されているアクチュエータ（１４）を有していることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータ（１４）はピエゾアクチュエータであることを特徴とする、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
最小の振動振幅（Ｘ＿ＭＩＮ）を有する振動が発生する、前記連結エレメント（２０）の区分（２４）に連結されている保持装置（２２）を有することを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか一項記載の装置。
【請求項１３】
前記連結エレメント（２０）は、該連結エレメント（２０）の長手方向に延在する媒体供給凹部（２６）を有しており、該媒体供給凹部（２６）は、最小の振動振幅（Ｘ＿ＭＩＮ）を有する振動が発生する、前記連結エレメント（２０）の区分（２４）に配置されている媒体入口（２８）を有していることを特徴とする、請求項９から１２までのいずれか一項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を加工するための方法及び対応する装置に関し、被加工物の材料を加工領域において、非接触式の除去法により除去する。
【０００２】
非接触式の除去法の例として、放電加工（Elektroerosion）が挙げられる。この放電加工は、導電性の接点の間における材料除去に基づく。一方の導電性の接点は被加工物により形成されている。他の接点は成形工具により、例えばワイヤにより形成されている。工具は、被加工物に接触せず被加工物に接近する。工具と被加工物との間に電圧を印加することにより、被加工物から材料を分離しかつ除去することができるアーク又はスパークが短時間に形成される。工具が、被加工物に対して軸線方向に案内される肉薄のワイヤであると、被加工物に、例えば１ミリメートルより小さい直径、例えば０．２ミリメートルの直径を有する孔を加工することができる。このような孔は、例えば内燃機関の噴射弁における絞り孔である。このような孔の形成には極めて時間を要する。
【０００３】
本発明の目的は、簡単かつ確実に被加工物を加工するための方法及び対応する装置を提供することである。
【０００４】
上記目的は、独立請求項の特徴により達成される。本発明の有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明は、被加工物を加工するための方法及び対応する装置を特徴とする。被加工物の材料は、加工領域において非接触式の除去法により除去される。被加工物は、被加工物の固有共振周波数を有する励振によって励起されるか、又は被加工物及びこの被加工物に不動に連結されている連結エレメントから成る複合体が、被加工物及び連結エレメントの共通の固有共振周波数を有する励振によって励起される。固有共振周波数は、加工領域において励振の励起振幅に対して最大の振動振幅を有する振動が発生するように選択されている。
【０００６】
本発明は、加工するために直接的に供給されるエネルギに対して付加的に、振動の形式のエネルギを被加工物に供給すると、被加工物の加工を促進して行うことができる、という認識に基づく。振動は、被加工物から材料を除去することを支持することができ、ひいては促進することができる。所定の固有共振周波数での被加工物、又は被加工物及び連結エレメントの励起は、加工領域の最大の振動振幅を最小のエネルギ導入において可能にする。したがって高いエネルギ効率を達成することができる。非接触式の除去法の加工時間は極めて短くできる。被加工物は、大量生産の場合であっても高品質で製造することができる。短い加工時間により、被加工物の加工のためのサイクル時間を短縮することができる。
【０００７】
上記方法の有利な構成において、被加工物は直接的に又は連結エレメントを介してアクチュエータに不動に連結されている。アクチュエータは被加工物、又は被加工物とこの被加工物に不動に連結されている連結エレメントとから成る複合体を、被加工物の固有共振周波数又は被加工物及び連結エレメントの固有共振周波数と同じ振動周波数によって励起する。被加工物、アクチュエータ及び場合によっては連結エレメントの固有共振周波数の調整による均等化により、被加工物と、アクチュエータと、場合によっては連結エレメントとの間の摩耗のない接触を可能にするということが利点である。
【０００８】
上記方法の別の有利な構成において、加工領域における振動の最大の振動振幅は、アクチュエータの振動の最大の振動振幅と同一である。この構成は、アクチュエータ、工具及び場合によって連結エレメントの摩耗を回避することができるという利点を有する。
【０００９】
上記方法のさらに別の有利な構成において、アクチュエータと被加工物との間の接触個所に、又はアクチュエータと、被加工物及び被加工物に不動に連結されている連結エレメントから成る複合体との間の接触個所に、アクチュエータの振動の最大の振動振幅がある。この構成は、アクチュエータ、工具、場合によっては連結エレメントの摩耗を回避することができるという利点を有する。
【００１０】
上記方法のさらに別の有利な構成において、被加工物の固有共振周波数は、加工領域における振動の方向が、有利には成形工具の加工方向にあるように選択されている。したがって非接触式の除去法は、特に効果的に実施することができる。
【００１１】
上記方法のさらに別の有利な構成において、非接触式の除去法は、所定のパルス周波数での放電加工である。この放電加工は確実かつ正確な非接触式の除去法であるという利点を有する。
【００１２】
上記方法のさらに別の有利な構成において、非接触式の除去法は、所定のパルス周波数でのレーザアブレーションである。この構成は、レーザアブレーションが確実かつ正確な非接触式の除去法であるという利点を有する。
【００１３】
上記方法のさらに別の有利な構成において、非接触式の除去法のパルス周波数と、アクチュエータの励起周波数とが互いに同期化されている。この構成は、除去工程と被加工物の運動との同期化、ひいては加工領域の特に確実かつ正確な加工が可能であるという利点を有している。
【００１４】
有利な構成において、装置は、被加工物に直接的に又は連結エレメントを介して不動に連結するために形成されているアクチュエータを有している。
【００１５】
上記装置の別の有利な構成において、アクチュエータはピエゾアクチュエータである。ピエゾアクチュエータは、アクチュエータの特別に信頼ある構成である。
【００１６】
さらに別の有利な構成において、装置は、最小の振動振幅を有する振動が発生する連結エレメントの区分に連結されている保持装置を有している。したがって連結エレメントへの保持力の良好な導入が可能であり、ひいては被加工物の確実な保持及び配向も可能である。
【００１７】
上記装置のさらに別の有利な構成において、連結エレメントは、連結エレメントの長手方向に延在する媒体供給凹部を有しており、この媒体供給凹部は、最小の振動振幅を有する振動が発生する連結エレメントの区分に配置されている媒体入口を有している。この構成は、被加工物の加工領域に、凹部を介して簡単に、例えば被加工物の加工領域を洗浄するための作業媒体を供給することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】被加工物を加工するための装置の、第１の実施の形態を示す図である。
【図２】装置の第２の実施の形態を示す図である。
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を概略図に基づいて説明する。
【００２０】
同一の構造又は同一の機能を有するエレメントには、図面を通じて同一の符号を付す。
【００２１】
図１，２に夫々、被加工物１２を加工するための装置１０を示す。被加工物１２は、例えば自動車の内燃機関のための噴射弁の一部である。装置１０はアクチュエータ１４を有している。このアクチュエータ１４は、被加工物１２の励起による機械的な振動としてのエネルギを、直接的（図１）又は間接的（図２）に被加工物１２に供給することができるように配置されていてかつ形成されている。有利にはアクチュエータ１４はピエゾアクチュエータである。機械（詳細に示さず）内部に被加工物１２及びアクチュエータ１４を固定することは、有利には、ばね・質量系として形成されているエレメントを介して行われる。したがって、機械的な振動を機械の他の構成要素に伝達することを回避することができる。
【００２２】
さらに装置１０は、被加工物１２の加工領域１８に接近することができる成形工具１６を有する。この成形工具１６は、有利には被加工物１２、特に加工領域１８に接触しないように案内される。成形工具１６により被加工物１２の材料は、加工領域１８において非接触式の除去法により除去することができる。
【００２３】
成形工具１６は、一実施の形態において有利には電極であってよい。この電極として形成されている成形工具１６と被加工物１２との間に、電圧を印加することができる。この電圧は、電極として形成されている成形工具１６と被加工物１２との間に、有利には短時間でアーク又はスパークが発生することができる程度に大きく設定されている。アーク又はスパークにより、つまり被加工物１２に供給される電気エネルギにより、加工領域１８において被加工物１２から材料を剥がし取り、除去することができる。上記除去法は、放電加工若しくは電気侵食と称呼される。
【００２４】
他の実施の形態において、成形工具１６をレーザとして構成することができる。特に被加工物１２の加工領域１８は、レーザとして構成された成形工具１６のパルスレーザ放出により加工することができるので、パルスレーザのエネルギの供給により、被加工物１２の加工領域１８からイオンを解放することができ、かつ被加工物１２の材料を、被加工物１２の領域１８において蒸発させることができる。レーザとして構成されている成形工具１６によって実施される上記除去法は、レーザアブレーションと称呼される。
【００２５】
図２に示す実施の形態においては、装置１０は連結エレメント２０を有している。この連結エレメント２０は、一方で被加工物１２に不動に連結されており、他方でアクチュエータ１４に不動に連結されている。連結エレメント２０は、アクチュエータ１４の振動を被加工物１２に伝達するために形成されている。連結エレメント２０は、例えば取付けマンドレルである。
【００２６】
さらに装置１０は、連結エレメント２０の区分２４に連結されている保持装置２２を有しているので、被加工物１２を保持することができる。
【００２７】
図２に示した実施の形態において、連結エレメント２０は、連結エレメント２０の長手方向軸線Ｌの方向に延びている媒体供給凹部２６を有している。この媒体供給凹部２６は、連結エレメント２０の所定の区分に配置されている媒体入口２８を有する。さらに媒体供給凹部２６は、有利には被加工物１２の加工領域１８の近くに配置されている媒体出口３０を有している。媒体供給凹部２６を介して、作業媒体、例えば水又は空気を、媒体出口３０を介して被加工物１２の加工領域１８に供給することができるので、非接触式の除去法により被加工物１２の加工領域１８から分離した粒子は、作業媒体でもって流し去ることができる。したがって、被加工物１２の加工領域１８から、除去された材料を洗い流すことができる。これにより、既に除去された材料により被加工物１２から材料をさらに除去することが妨げられる、ということは回避できる。
【００２８】
以下に、被加工物１２を加工する方法について詳細に説明する。
【００２９】
図１に示した、アクチュエータ１４が被加工物１２に直接的に不動に連結されている実施の形態において、アクチュエータ１４は被加工物１２を励起して、被加工物１２の所定の固有共振周波数と同じ振動周波数を有する振動Ｘ＿Ｗを形成する。固有共鳴周波数は、加工領域１８において、被加工物１２の最大の振動振幅Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸが達成されるように選択される。この最大の振動振幅Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸは、この実施の形態において、特にアクチュエータ１４の振動Ｘ＿Ａの最大の振動振幅Ｘ＿Ａ＿ＭＡＸによって決定されている。被加工物１２の固有共鳴周波数は、有利には加工領域１８における振動の方向が、有利には成形工具１６の加工方向にあるように選択される。このことは、非接触式の除去法に基づき有利である。加工領域１８における振動の最大の振動振幅Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸは、有利にはアクチュエータ１４の振動の最大の振動振幅Ｘ＿Ａ＿ＭＡＸと同じである。被加工物１２が所定の固有共振周波数でもって励起されると、加工領域１８を最小のエネルギ消費でもって、所望に振動させることが可能である。したがって、被加工物１２を加工するための方法を極めて高いエネルギ効率でもって実施することが可能である。アクチュエータ１４と被加工物１２との間の接触個所には、ほぼ摩耗がないようになっているので、装置１０の工業的な使用が可能にされている。
【００３０】
図２に示した実施の形態において、被加工物１２及び連結エレメント２０から成る複合体は、被加工物１２及び連結エレメント２０の共通の固有共振周波数によって励起される。この固有共振周波数は、加工領域１８において被加工物１２の振動Ｘ＿Ｗが、最大の振動振幅Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸを有するように選択される。アクチュエータ１４は被加工物１２及び連結エレメント２０を、被加工物１２及び連結エレメント２０の共通する固有共振周波数のうち所定の固有共振周波数と同じである振動周波数によって励起する。加工領域１８における振動の最大の振動振幅Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸは、アクチュエータ１４の振動の最大の振動振幅Ｘ＿Ａ＿ＭＡＸと同じである。
【００３１】
被加工物１２及び連結エレメント２０の選択された固有共振周波数に応じて、連結エレメント２０には１つ又は複数の振動ノード（Schwingungsknoten）が発生する。この振動ノードにおいて、連結エレメント２０の振動Ｘ＿Ｋは、場合によっては値をゼロに仮定することができる最小の振動振幅Ｘ＿ＭＩＮに達する。図２に示した実施の形態においては、上記振動ノードが２つ示されている。保持装置２２は、有利には最小の振動振幅Ｘ＿ＭＩＮが達成されている連結エレメント２０の区分２４に配置されている。さらに図示されていない実施の形態において、媒体供給凹部２６の媒体入口２８は、最小の振動振幅Ｘ＿ＭＩＮが発生する連結エレメント２０の区分２４に配置されている。連結エレメント２０に、特に２つより多い振動ノードが発生する場合、媒体入口２８が配置されている連結エレメント２０の区分と、保持装置２２が配置されている連結エレメント２０の区分とは互いに相違していてよい。振動ノードに発生する最小の振動振幅Ｘ＿ＭＩＮに基づいて、被加工物１２の加工領域１８を洗浄するための媒体を、極めて確実に媒体入口２８内に導入することができる。さらに装置１０は保持装置２２により、最小の振動振幅Ｘ＿ＭＩＮに達する振動ノードにおいて、特に確実に保持されかつ案内され得る。
【００３２】
非接触式の除去法のパルス周波数及びアクチュエータ１４の励起周波数が互いに同期化されていると特に有利である。放電加工法又はレーザアブレーションのパルス周波数は、アクチュエータ１４の励起周波数に対応させることができるか、又はアクチュエータ１４の励起周波数の整数の複数倍であってよい。
【００３３】
被加工物１２が、特に自動車の内燃機関のための噴射弁の一部である場合、被加工物１２を所定の固有共振周波数で励起することにより、かつ加工領域１８に最大の振動振幅Ｘ＿Ｗ＿ＭＡＸを有する振動が発生することにより、噴射弁の噴射開口のためのマイクロ孔を製造時に極めて有利なプロセス条件を達成することができる。被加工物１２の加工時の加工速度は、著しく高めることができる。
【図１】
2013512791.tif 000003
【図２】
2013512791.tif 000004
【国際調査報告】
2013512791.tif 000005
2013512791.tif 000006
2013512791.tif 000007
2013512791.tif 000008