(57)【要約】【課題】  被加工部材内で連通する複数の孔を高精度に形成する放電加工方法を提供する。【解決手段】  被加工部材５とは異なる電圧が印加される電極４１、４２が被加工部材５に接近すると、被加工部材５との間の放電により孔６１、６２が形成される。孔６１、６２が被加工部材５内で連通すると、電極４１、４２には位相が異なる電圧が印加され、電極４１の先端部４１１と電極４２の先端部４２１との間に放電Ｄ１が発生する。このとき、電極４１、４２は、被加工部材５との放電Ｄ２により被加工部材５の孔６１、６２が連通する部位５０３を加工しつつ、放電Ｄ１により先端部４１１、４２１が互いに加工される。電極４１、４２どうしの放電加工が進行し、先端部４１１、４２１の端面４１２、４２２が平面状になると、電極４１、４２への電圧の印加を終了する。これにより、孔６１、６２を点線６０のように形成することができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材（５）内において連通する複数の孔（６１、６２）を形成する放電加工方法であって、
前記被加工部材とは異なる電圧が印加される複数の電極（４１、４２）を前記被加工部材に接近させ、複数の前記孔を形成する第一工程と、
前記第一工程において複数の前記孔が前記被加工部材内において連通した後、複数の前記電極の一の電極（４１）と前記一の電極に印加される電圧とは異なる電圧が印加される他の電極（４２）とを前記被加工部材内において接近させ、複数の前記電極を互いに放電加工しつつ前記被加工部材を加工する第二工程と、
を含むことを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】
前記第二工程において、複数の前記電極は、異なるタイミングで電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。
【請求項３】
前記第二工程において、複数の前記電極の少なくとも一つの電極に印加される電圧の電位は、前記被加工部材の電位と同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工方法。
【請求項４】
前記第二工程において、複数の前記電極が互いに放電加工する端面（４１２、４２２）の面積が最大となるとき、複数の前記電極への電圧の印加を終了することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放電加工方法。
【請求項５】
被加工部材（５）内において連通する複数の孔（６１、６２）を形成する放電加工装置（１）であって、
前記被加工部材を支持する被加工部材支持部（１５）と、
複数の電極（４１、４２）と、
複数の前記電極に電圧を印加する複数の電力供給部（２１、２２）と、
複数の前記電力供給部と電気的に接続し、複数の前記電力供給部が複数の前記電極に印加する電圧の大きさを制御する制御部（５０）と、
を備え、
前記制御部は、複数の前記電極の一の電極（４１）と前記一の電極を除く他の電極（４２）とに異なる電圧を印加するよう制御することを特徴とする放電加工装置。
【請求項６】
前記制御部は、複数の前記電極に異なるタイミングで電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載の放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電加工方法、及び、その方法を用いる放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部材間の放電現象を利用して被加工部材を加工する放電加工方法が知られている。放電加工方法では、被加工部材と異なる電圧が印加される電極を被加工部材に接近させ、電極と被加工部材との間に放電を発生させる。これにより、被加工部材の材料の一部が蒸発し、被加工部材が所望の形状に加工される。例えば、特許文献１には、被加工部材に複数の孔を同時に形成する放電加工装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８４５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、放電加工において電極と被加工部材との間に放電が発生すると、被加工部材の材料だけでなく電極の材料も蒸発する。このため、電極は、被加工部材を加工するに従って形状が変化する。
被加工部材内で複数の孔が連通するよう被加工部材を加工する場合、一の電極を用いて一の孔を形成した後、他の電極を当該一の孔の軸芯に交わる角度から被加工部材に接近させ一の孔に連通する他の孔を形成する。このとき、他の電極は他の孔を形成するに従って形状が変化するため、一の孔と他の孔とが連通する部位の形状が所望の形状とならないおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、被加工部材内で連通する複数の孔を高精度に形成する放電加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、被加工部材内において連通する複数の孔を形成する放電加工方法であって、被加工部材とは異なる電圧が印加される複数の電極を被加工部材に接近させ複数の孔を形成する第一工程と、第一工程において複数の孔が被加工部材内で連通した後、複数の電極の一の電極と一の電極に印加される電圧とは異なる電圧が印加される他の電極とを被加工部材内において接近させ複数の電極を互いに放電加工しつつ被加工部材を加工する第二工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の放電加工方法では、第一工程において複数の電極を被加工部材に接近させ被加工部材内で連通する複数の孔を形成する。第一工程において複数の孔が被加工部材内で連通すると、第二工程において、孔を形成している複数の電極のうち一の電極と一の電極を除く他の電極とに異なる電圧を印加し、被加工部材内において一の電極と他の電極とを接近させる。これにより、被加工部材内の複数の孔が連通する部位において複数の電極は互いに放電加工を行う。電極どうしの放電加工により電極は互いに形状が変化する一方、電極の先端部周辺の被加工部材も加工される。これにより、被加工部材の複数の孔が連通する部位に形成される孔は、その直径が電極の外径と同じ大きさになるよう形成される。したがって、複数の孔が連通する部位の加工誤差を小さくすることができ、電極の形状の変化に影響されることなく複数の孔を高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による放電加工装置の模式図である。
【図２】図１のＩＩ部の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による被加工部材の放電加工方法のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による被加工部材の放電加工方法における電圧の印加タイミングを説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による被加工部材の放電加工方法における被加工部材の拡大図である。
【図６】本発明の一実施形態による被加工部材の放電加工方法における被加工部材の拡大図であって、図５の次の段階における拡大図である。
【図７】本発明の一実施形態による被加工部材の放電加工方法における被加工部材の拡大図であって、図６の次の段階における拡大図である。
【図８】比較例の被加工部材の放電加工方法における被加工部材の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（一実施形態）
本発明の一実施形態による放電加工装置について、図１から図７に基づいて説明する。
【００１１】
一実施形態による放電加工装置１の模式図を図１に示す。放電加工装置１は、例えば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃焼噴射弁の噴孔を被加工部材５に形成する装置である。図１に示すように、放電加工装置１は、ベース部１０、被加工部材支持部１５、電力供給部２１、２２、放電ヘッドユニット部３１、３２、電極４１、４２、制御部５０などから構成されている。
【００１２】
ベース部１０は、略平板状の部材であって、例えば、テーブル面８の水平面上に設置される。ベース部１０は、略中央に鉛直方向に延びるよう設けられる被加工部材支持部１５を有する。被加工部材支持部１５には、ベース部１０と接続する側とは反対側の端部に被加工部材５が取り付けられる。また、ベース部１０上であって被加工部材支持部１５の径外方向には、後述する電極ガイドホルダ１２を支持するガイド支持部１１が設けられる。また、ベース部１０上であってガイド支持部１１の径外方向には、電力供給部２１、２２が設けられる。
【００１３】
電力供給部２１、２２は、電極４１、４２と被加工部材５との間に電圧を印加する電源である。電力供給部２１は、給電線２１１、放電ヘッドユニット部３１を介して電極４１に導通している。また、電力供給部２１は、給電線２１２、ベース部１０、被加工部材支持部１５を介して被加工部材５と導通している。これにより、電極４１と被加工部材５との間に異なる電位が与えられる。電力供給部２２は、給電線２２１、放電ヘッドユニット部３２を介して電極４２に導通している。また、電力供給部２２は、給電線２２２、ベース部１０、被加工部材支持部１５を介して被加工部材５と導通している。これにより、電極４２と被加工部材５との間に異なる電位が与えられる。なお、一実施形態による放電加工装置１では、ベース部１０はテーブル面８と当接しており、被加工部材５はベース部１０を介してグランドに接続している。すなわち、被加工部材５の電位は０である。
【００１４】
放電ヘッドユニット部３１、３２は、ガイド支持部１１に支持されている電極ガイドホルダ１２を略中心とするよう設けられる。放電ヘッドユニット部３１、３２は、固定ロッド３１１、３２１、ヘッド本体３１２、３２２、超音波モータ３１３、３２３、フィンガチップ３１４、３２４、セラミックプレート３１５、３２５、ヘッドプレート３１６、３２６、スライドレール３１７、３２７、及び、電極押さえ３１８、３２８などから構成されている。
【００１５】
固定ロッド３１１、３２１は、電極ガイドホルダ１２上に設けられている。固定ロッド３１１、３１２の電極ガイドホルダ１２と接続する側の反対側には、ヘッド本体３１２、３２２が設けられている。固定ロッド３１１、３２１は、被加工部材支持部１５上の被加工部材５及び電極ガイドホルダ１２に対するヘッド本体３１２、３２２の位置を変更可能である。
【００１６】
ヘッド本体３１２、３２２は、固定ロッド３１１、３２１の先端に固定されている板状部材である。ヘッド本体３１２、３２２には超音波モータ３１３、３２３が設けられている。
【００１７】
超音波モータ３１３、３２３は、電極４１、４２を被加工部材５に対して駆動するモータであって、超音波領域の周波数でフィンガチップ３１４、３２４を楕円運動させるモータである。具体的には、超音波モータ３１３、３２３は、矩形状の圧電セラミック素子上に４箇所の電極を有し、その矩形の一辺の中央にフィンガチップ３１４、３２４を有している。超音波モータ３１３、３２３の４箇所の電極の内の２箇所の対角線上の電極に４０〜８０ＫＨｚ程度の高周波電圧を加えると、当該圧電セラミック素子が伸縮および屈曲し、フィンガチップ３１４、３２４が楕円運動する。この楕円運動を図示しないバネによりセラミックプレート３１５、３２５に伝達し、セラミックプレート３１５、３２５を一方向に往復移動させる。
【００１８】
セラミックプレート３１５、３２５は、セラミックから形成される板状部材である。セラミックプレート３１５、３２５は、楕円運動するフィンガチップ３１４、３２４に付勢されると、一方向に往復移動する。具体的には、フィンガチップ３１４、３２４の楕円回転の方向に応じて、被加工部材５に近づく方向または離れる方向に移動する。
【００１９】
ヘッドプレート３１６、３２６は、セラミックから形成される板状部材である。ヘッドプレート３１６、３２６は、セラミックプレート３１５、３２５に固定され、ヘッド本体３１２、３２２に固定されたスライドレール３１７、３２７に対して摺動可能に係合している。これにより、ヘッドプレート３１６、３２６はセラミックプレート３１５、３２５と一緒に一方向に往復移動する。
【００２０】
電極押さえ３１８、３２８は、導電性の金属材料から形成される環状部材である。電極押さえ３１８、３２８は、ヘッドプレート３１６、３２６の端部の径方向外側に設けられ、ヘッドプレート３１６、３２６に対して、例えば、ネジ止めによって固定されている。電極押さえ３１８、３２８には給電線２１１、２２１が電気的に接続されている。電力供給部２１、２２が供給する電力は、電極押さえ３１８、３２８を介して電極４１、４２に供給される。
【００２１】
電極４１、４２は、例えば、銅、タングステン等の円柱形状の金属部材である。電極４１、４２は、ヘッドプレート３１６、３２６と電極押さえ３１８、３２８との間に挟まれることでヘッドプレート３１６、３２６及び電極押さえ３１８、３２８に支持されている。電極４１、４２は、セラミックプレート３１５、３２５、ヘッドプレート３１６、３２６、電極押さえ３１８、３２８と一体となって一方向に往復移動する。電極４１は、特許請求の範囲の「一の電極」に相当する。電極４２は、特許請求の範囲に記載の「他の電極」に相当する。
【００２２】
電極４１、４２は、電極ガイドホルダ１２が有する貫通孔に挿入されている。被加工部材５を加工する前、電極４１、４２の先端部４１１、４２１は、被加工部材５の一方の端面５０１の近傍に設けられる（図２参照）。このとき、電極４１、４２は、被加工部材５に対して異なる角度で接近するよう設けられている。
【００２３】
電極ガイドホルダ１２は、金属材料から形成される略平板状部材である。電極ガイドホルダ１２は、ガイド支持部１１に支持されている。電極ガイドホルダ１２には、電極４１、４２が挿通されている電極ガイド１３１、１３２を挿通可能な貫通孔１２１、１２２が形成されている。また、電極ガイドホルダ１２の内部には、加工液流路１２３が設けられている。加工液流路１２３は、図示しない加工液タンクと接続しており、被加工部材５を放電加工するとき被加工部材５に対して加工液を供給する。
【００２４】
電極ガイド１３１、１３２は、例えば、セラミックなどの非導電材料から形成される中空の棒状部材である。電極ガイド１３１、１３２には、電極４１、４２が挿通され、電極４１、４２を所定の位置に案内する。
【００２５】
制御部５０は、信号発信部５１及びモータコントローラ５２から構成されている。
【００２６】
信号発信部５１は、電力供給部２１、２２に対して所定のパルス周期、例えば０．１マイクロ秒、のパルス信号を出力する。電力供給部２１、２２は、信号発信部５１が出力するパルス信号に基づいて、電極４１、４２と被加工部材５との間に図４に示すようなパルス状の電圧を印加する。
【００２７】
モータコントローラ５２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等を有する周知のマイクロコンピュータおよび超音波モータ３１３、３２３を制御するドライバ回路とから成るＥＣＵなどから構成される。モータコントローラ５２は、放電ヘッドユニット部３１、３２の超音波モータ３１３、３２３を制御する。具体的には、電極４１、４２と被加工部材５との距離が適正になるよう超音波モータ３１３、３２３の作動を制御する。
【００２８】
次に、放電加工装置１を用いて燃焼噴射弁の噴孔を形成する放電加工方法を図２〜７に基づいて説明する。
【００２９】
図２は、図１のＩＩ部の模式図であって、被加工部材５、電極４１、４２、被加工部材５に加工される複数の孔６１、６２、６３の位置関係を示している。なお、図２では、孔６１、６２、６３は二点鎖線で示している。一実施形態による放電加工装置１では、被加工部材５の一方の端面５０１に開口６１１、６２１を有する２つの孔６１、６２、および、被加工部材５の他方の端面５０２に開口６３１を有する孔６３が被加工部材５内で連通するよう被加工部材５を加工する。図３には、一実施形態による放電加工方法のフローチャートを示す。
【００３０】
最初に、ステップ１０１（以下、ステップを「Ｓ」という）において、被加工部材５を放電加工装置１にセットする。図１に示すように、被加工部材５を被加工部材支持部１５に取り付ける。
【００３１】
次に、Ｓ１０２において、電圧が印加されている２つの電極４１、４２を被加工部材５に対し異なる角度で接近させる。図２に示すように、２つの電極４１、４２を超音波モータ３１３、３２３により白抜き矢印Ａ４１、Ａ４２の方向で被加工部材５に接近させる。このとき、２つの電極４１、４２には、被加工部材５と異なる電圧が印加される。一実施形態による被加工部材の放電加工方法では、被加工部材５の電位は０であるため、電極４１、４２には０以外の電位の電圧が印加される。このとき、電極４１、４２の電位は、０より小さくてもよいし、大きくてもよい。Ｓ１０２は、特許請求の範囲に記載の「第一工程」に相当する。
【００３２】
Ｓ１０２において、被加工部材５と異なる電位の電圧が印加される２つの電極４１、４２が被加工部材５に接近すると、電極４１、４２の先端部４１１、４２１と電極４１、４２の先端部４１１、４２１に近い被加工部材５の表面との間に放電が発生し、被加工部材５の材料の一部が蒸発し、被加工部材５が加工される。このとき、電極４１、４２の先端部４１１、４２１の一部も被加工部材５と同様に蒸発し、図５に示すように、形状が変化する。
【００３３】
Ｓ１０２において、孔６１、６２の一部が図５（ａ）に示すように連通すると、Ｓ１０３において、位相が異なる電圧を２つの電極４１、４２に印加する。図４に電極４１、４２に印加される電圧の波形を示す。図４（ａ）には、電極４１に印加される電圧の波形を示す。図４（ｂ）には、電極４２に印加される電圧の波形を示す。制御部５０は、時刻ｔ１において、電極４１に電圧Ｖ０が印加されるとき、電極４２の電位は被加工部材５と同じ電位である０となるよう電位が制御される。また、時刻ｔ２において、電極４２に電圧Ｖ０が印加されるとき、電極４１の電位は被加工部材５と同じ電位である０となるよう電位が制御される。すなわち、２つの電極４１、４２は同時刻において異なる電圧が印加されるよう制御されている。Ｓ１０３は、特許請求の範囲に記載の「第二工程」に相当する。
【００３４】
２つの電極４１、４２に異なる電圧が印加されると、図５（ｂ）の二点鎖線Ｄ１に示すように、２つの電極４１、４２の先端部４１１、４２１の間で放電が発生する。これにより、先端部４１１、４２１どうしが放電加工し、先端部４１１、４２１の形状が変化する。このとき、電圧Ｖ０が印加される電極４１と被加工部材５との間、または、電圧Ｖ０が印加される電極４２と被加工部材５との間でも二点鎖線Ｄ２に示すように放電が発生するため、Ｓ１０２に引き続いて被加工部材５の２つの孔６１、６２が連通する部位５０３は二点鎖線６０のような形状となるよう加工される。なお、図５（ｂ）には、先端部４１１、４２１、被加工部材５の間における放電を６個の二点鎖線Ｄ１、Ｄ２で示したが、放電が発生する箇所はこれに限定されない。先端部４１１、４２１、被加工部材５の間の比較的距離が短い箇所において随時発生する。すなわち、先端部４１１、４２１、被加工部材５の放電加工はいたる箇所で行われる。
【００３５】
電極４１、４２の先端部４１１、４２１どうしの放電加工が進行すると、図６に示すように、先端部４１１、４２１どうしの近接する端面４１２、４２２が平面状となり、端面４１２、４２２の面積が最大となる。このとき、電極４１、４２への電圧の印加を終了し、孔６１、６２の形成が終了する。
【００３６】
次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０３で形成された２つの孔６１、６２が連通する部位５０３において孔６１、６２に連通する３つ目の孔６３を形成する。電極４３は、被加工部材５と異なる電圧を印加されつつ、図７に示すように、被加工部材５の他方の端面５０２から孔６１の軸心方向Ｃ６１に沿うように被加工部材５に接近する。これにより、孔６３が形成され、２つの孔６１、６２と孔６３とが連通する。このようにして、被加工部材５内で連通する孔６１、６２、６３を形成する。なお、孔６３を形成するとき、電極４３を孔６１の軸心方向Ｃ６１と同じ方向に接近させなくてもよい。２つの孔６１、６２が連通する部位５０３において孔６１、６２に連通するよう孔６３を形成すればよい。
【００３７】
ここで、比較例として、被加工部材内で連通する２つの孔を別々に形成する被加工部材の放電加工方法について、図８に基づいて説明する。比較例の被加工部材の放電加工方法では、図８（ａ）に示すように、被加工部材７内で連通する３つの孔７１、７２、７３が一実施形態と同じように形成されている。
【００３８】
比較例の被加工部材の放電加工方法では、最初に、被加工部材７に孔７１、７３を形成する。孔７１、７３は、例えば、被加工部材７の一方の端面７０１から他方の端面７０２に向かって被加工部材７を貫通するよう形成される。孔７１、７３は、一方の端面７０１からと他方の端面７０３からとの別々の方向から被加工部材７内で連通するよう形成してもよい。
【００３９】
次に、孔７１、７３と被加工部材７内で連通する孔７２を被加工部材７の一方の端面７０１から放電加工により形成する。このとき、孔７２を形成する電極８２には、被加工部材７とは異なる電圧が印加され電極８２と被加工部材７との間に放電が発生すると、電極８２自身の形状が変化する。特に、電極８２の先端部８２１は、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように先細りする。孔７２の形成が進行すると、電極８２の先端部８２１の正確な形状が不明となるため、先端部８２１の形状に合わせて形成される孔７２の形状が不明となる。例えば、被加工部材７に対して電極８２を移動させる距離が比較的短い場合、図８（ｂ）に示すように、孔７１と孔７２とが連通する部位７０３における孔７２の径が比較的小さくなる。また、被加工部材７に対して電極８２を移動させる距離が比較的長い場合、図８（ｃ）に示すように、先端部８２１が孔７１を形成する被加工部材７の内壁に凹み７１１を形成する。このように、比較例の被加工部材の放電加工方法では、孔７１、７２、７３が連通する部位７０３の形状がわかりにくく、例えば、図８（ｂ）、（ｃ）にように形成された孔を燃料噴射弁の噴孔として使用する場合、所望の噴射量が得られなかったり、燃料の微粒子化が図れなかったりするおそれがある。
【００４０】
一方、一実施形態による放電加工方法では、２つの電極４１、４２を同時に被加工部材５に対して異なる角度で接近させ、２つの孔６１、６２が連通する部位５０３において異なる電圧が印加されている電極４１、４２が互いに先端部４１１、４２１を放電加工しつつ被加工部材５を加工する。これにより、２つの孔６１、６２が連通する部位５０３の形状は、電極４１、４２の外径に基づいて予想可能な形状である図５の点線６０や図６のようになるため、部位５０３の形状を所望の形状とし、部位５０３の加工誤差を小さくすることができる。したがって、一実施形態による放電加工方法では、被加工部材５内の複数の孔を高精度に形成することができる。
【００４１】
また、一実施形態による放電加工方法では、Ｓ１０３において端面４１２、４２２が平面状となり、面積が最大となるとき、電極４１、４２への電圧の印加を終了する。これにより、被加工部材５に対する過度な加工を防止することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、Ｓ１０３において、２つの電極には位相が異なる電圧が印加されるとした。しかしながら、２つの電極に印加される電圧はこれに限定されない。任意の時刻において２つの電極に異なる電圧が印加されればよい。
【００４３】
（イ）上述の実施形態では、被加工部材内で連通する孔を２つとした。しかしながら、孔の数はこれに限定されない。これにより、電極の数も２つに限定されない。２つ以上あってもよい。
【００４４】
（ウ）上述の実施形態では、Ｓ１０３において、２つの電極のうちいずれかの電極の電位は被加工部材と同じ電位となるよう設定されるとした。しかしながら、電位の大きさはこれに限定されない。被加工部材と異なる電位であってもよい。２つの電極の電位が異なっていればよい。
【００４５】
（エ）上述の実施形態では、被加工部材はグランドに接続され、電位は０であるとした。しかしながら、被加工部材の電位はこれに限定されない。給電線を介して接続する電力供給部により電極とは異なる任意の電位であればよい。
【００４６】
（オ）上述の実施形態では、電極の先端部どうしの近接する端面が平面状となり、端面の面積が最大となるとき、電極への電圧の印加を終了するとした。しかしながら、電圧の印加を終了するタイミングを決定する方法はこれに限定されない。被加工部材を流れる電流を検出し、電流が変化しなくなったとき、被加工部材の加工が終了したとして電極への電圧の印加を終了してもよい。
【００４７】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１          ・・・放電加工装置、
５          ・・・被加工部材、
１５        ・・・被加工部材支持部、
２１、２２  ・・・電力供給部、
４１、４２  ・・・電極、
５０        ・・・制御部、
６１、６２  ・・・孔。
【図１】
2015024485.tif 000003
【図２】
2015024485.tif 000004
【図３】
2015024485.tif 000005
【図４】
2015024485.tif 000006
【図５】
2015024485.tif 000007
【図６】
2015024485.tif 000008
【図７】
2015024485.tif 000009
【図８】
2015024485.tif 000010