(57)【要約】【課題】径の細い加工電極や超硬合金より軟らかい材料の加工電極を用いた場合であっても、ワーク加工精度の悪化や電極周りの異常放電を防止できる、高精度で低加工コストの放電加工装置を提供する。【解決手段】ワーク１１を保持するための保持部１０と、ワーク１１に対して放電するための加工電極２１を有してなる電極部２０とを有してなる放電加工装置１００において、電極部２０が、放電中に加工電極２１を固定して保持するための電極保持体２２と、ワーク１１と電極保持体２２の間に位置し、ワーク１１と対向する加工電極２１の先端を貫通させて、前記先端を位置決めする電極先端ガイド２３と、電極先端ガイド２３と電極保持体２２の間に位置し、電極保持体２２による加工電極２１の固定が開放された状態で、加工電極２１を把持する電極把持ハンド２４とを有してなる放電加工装置１００とする。【選択図】図１
2008200806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するための保持部と、ワークに対して放電するための加工電極を有してなる電極部と、放電のための電力を供給する電源部とを有してなる放電加工装置において、
前記電極部が、
放電中に前記加工電極を固定して保持するための電極保持体と、
前記ワークと前記電極保持体の間に位置し、ワークと対向する前記加工電極の先端を貫通させて、前記先端を位置決めする電極先端ガイドと、
前記電極先端ガイドと前記電極保持体の間に位置し、電極保持体による前記加工電極の固定が開放された状態で、加工電極を把持する電極把持ハンドとを有してなることを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】
前記電極先端ガイドと前記電極把持ハンドが、第１駆動体により前記ワークの加工位置と前記加工電極の先端を結ぶ軸方向に移動可能な第１スライドベースに搭載され、
前記電極保持体が、前記第１スライドベースに搭載された第２駆動体により前記軸方向に移動可能な第２スライドベースに搭載されてなることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
【請求項３】
前記第１駆動体と前記第２駆動体が、サーボモータからなり、
前記電極先端ガイドと前記電極保持体の位置が、前記サーボモータのエンコーダで検出されることを特徴とする請求項２に記載の放電加工装置。
【請求項４】
前記電源部において、前記加工電極と前記ワークの間の極間電圧が検出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放電加工装置。
【請求項５】
前記加工電極が、ワイヤ状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放電加工装置。
【請求項６】
前記加工電極の直径が、５０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の放電加工装置。
【請求項７】
前記加工電極が、超硬合金より硬度の低い軟質材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放電加工装置。
【請求項８】
前記軟質材料が、タングステンまたは銅であることを特徴とする請求項７に記載の放電加工装置。
【請求項９】
前記電極保持体が、回転可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の放電加工装置。
【請求項１０】
前記ワークが、噴射ノズルであり、
当該放電加工装置が、前記噴射ノズルの噴射穴の形成に用いられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項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、放電によりワークに微細穴の形成や溝加工を行う、放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ状の加工電極とワークとの間にパルス電圧を印加し、両者の間にパルス放電を生じさせて微細穴の形成や溝加工を行う放電加工装置が、例えば、特開２０００−４２８３４号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図３は、特許文献１に開示された放電加工装置９０の模式図である。
【０００４】
図３に示す放電加工装置９０は、加工電極９２と加工部を設けるべきワーク９１との間に電圧パルスを印加する放電電源９３とよりなる。加工電極９２は、ワーク９１に対し回転可能に構成されている。放電加工装置９０において、径７０μｍのタングステン線よりなる加工電極９２は、電極送りボックス９４内にボビンに巻回された状態で格納され、また電極送りボックス９４はＮＣ軸９５に接続されている。電極送りボックス９４による加工電極９２の電極送り量は、ＮＣ軸９５に接続されたＮＣ軸制御装置によって制御される。加工電極９２の回転は、回転軸９６がボビンを含んだ送り装置を回転させることにより行われ、該回転軸９６は、回転軸制御装置にて駆動されるよう構成されている。また、加工電極９２の外周には電極ガイド９７が配設され、該加工電極９２におけるワーク９１と対面する部位の近傍は電極ガイド９７により保護されている。加工電極９２の下方には加工液が満たされた加工槽が配置され、この加工槽内にワーク９１と該ワーク９１を支承する治具９８とが配置されている。加工電極９２とワーク９１に対する電圧パルスの印加は放電電源９３により行われる。
【０００５】
図３に示す放電加工装置９０では、以下のステップで放電加工を行う。最初に、電極送りボックス９４を作動させ、加工電極９２の先端を電極ガイド９７の先端から一定量だけ露出させる。次いで、加工電極９２を回転軸９６を用いて回転させつつワーク９１に近づけ、これと共に放電電源９３を作動させる。これにより、加工電極９２とワーク９１との間に電圧パルスが印加され、放電加工が開始される。この放電加工によりワーク９１に加工部が形成される。また、放電加工が行われることにより、加工電極９２の先端が摩耗する。このため、放電加工装置９０では、加工電極９２の電極ガイド９７からの突き出し量を視覚センサにて測定する。この測定において突き出し量が所定の値未満となったことが検出された場合には、電極送りボックス９４を再び作動させ、加工電極９２の先端を電極ガイド９７の先端から一定量だけ露出させる。
【特許文献１】特開２０００−４２８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３に示す放電加工装置９０においては、加工電極９２が、電極送りボックス９４から電極ガイド９７からの突き出る先端まで長く伸びている。従って、加工電極９２の径が太い場合や、加工電極９２の材料として硬い超硬合金を使用した場合には、問題なく高精度な穴加工が可能である。しかしながら、加工電極９２の径が細い場合や、加工電極９２の材料として安価である反面、超硬合金に較べて軟らかいタングステンを使用すると、加工電極９２が電極送りボックス９４と電極ガイド９７の間で撓みやすくなる。このため、加工電極９２の先端とワーク９１の間の寸法精度が悪くなり、ワーク９１の加工精度の悪化や、加工電極９２と電極ガイド９７の間の異常放電による電極ガイド９７の寿命低下といった問題が発生する。
【０００７】
そこで本発明は、放電によりワークに微細穴の形成や溝加工を行う放電加工装置であって、径の細い加工電極や超硬合金より軟らかい材料の加工電極を用いた場合であっても、ワーク加工精度の悪化や電極周りの異常放電を防止できる、高精度で低加工コストの放電加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、ワークを保持するための保持部と、ワークに対して放電するための加工電極を有してなる電極部と、放電のための電力を供給する電源部とを有してなる放電加工装置において、前記電極部が、放電中に前記加工電極を固定して保持するための電極保持体と、前記ワークと前記電極保持体の間に位置し、ワークと対向する前記加工電極の先端を貫通させて、前記先端を位置決めする電極先端ガイドと、前記電極先端ガイドと前記電極保持体の間に位置し、電極保持体による前記加工電極の固定が開放された状態で、加工電極を把持する電極把持ハンドとを有してなることを特徴としている。
【０００９】
上記放電加工装置の電極部においては、ワークに近い順に、電極先端ガイド、電極把持ハンドおよび電極保持体が配置され、これら電極部の各部品を貫通するようにして、加工電極が配置される。上記電極先端ガイドは、加工電極の先端を位置決めする機能のみがあればよく、上記電極把持ハンドは、加工電極を把持する機能のみがあればよい。また、上記電極保持体は、加工電極を固定して保持する機能のみがあればよい。このため、これら電極部の各部品は、小型化が可能である。従って、上記放電加工装置においては、従来の放電加工装置に較べて、電極保持体に固定される加工電極の固定位置と電極先端ガイドから突き出る加工電極の先端までの長さを、極力短くすることができる。これによって、径の細い加工電極や超硬合金より軟らかい材料の加工電極を用いた場合であっても、電極先端ガイドと電極保持体の間における加工電極の撓みを、最小限に抑制することができる。このため、加工電極の撓みによるワーク加工精度の悪化や電極周りの異常放電を防止することができ、高精度で低加工コストの放電加工装置とすることができる。
【００１０】
上記放電加工装置においては、例えば請求項２に記載のように、前記電極先端ガイドと前記電極把持ハンドが、第１駆動体により前記ワークの加工位置と前記加工電極の先端を結ぶ軸方向に移動可能な第１スライドベースに搭載され、前記電極保持体が、前記第１スライドベースに搭載された第２駆動体により前記軸方向に移動可能な第２スライドベースに搭載されてなる構成とすることができる。
【００１１】
上記構成の放電加工装置においては、電極先端ガイドと電極把持ハンドが搭載された第１スライドベースと、電極保持体が搭載された第２スライドベースとが、それぞれ、ワークの加工位置と加工電極の先端を結ぶ軸方向に独立して移動可能となっている。従って、例えば別位置のボビンに巻回された状態で格納されている加工電極を、以下のステップで引き出すことが可能となる。すなわち、電極保持体による加工電極の固定を開放し、電極把持ハンドにより加工電極を把持した状態で、第２スライドベースをワークから離れる方向に移動させる。この位置で、次に、電極保持体によって加工電極を固定し、電極把持ハンドによる加工電極の把持を開放した状態で、再び第２スライドベースをワークに近づける方向に移動させて元の位置に戻す。これによって、加工電極が、上記第２スライドベースの軸方向の移動距離分だけ、ワーク方向に引き出されることになる。従って、上記構成の放電加工装置においては、放電により加工電極の先端が摩耗しても、加工電極の電極先端ガイドからの突き出し長さを簡単に調整することができる。また、上記構成の放電加工装置においては、第１スライドベースを移動させることで、加工電極の電極先端ガイドからの突き出し長さを一定に保ったままで、加工電極の先端からワークまでの距離を簡単に調整することができる。
【００１２】
請求項３に記載のように、前記第１駆動体と前記第２駆動体が、サーボモータからなり、前記電極先端ガイドと前記電極保持体の位置が、前記サーボモータのエンコーダで検出されることが好ましい。これによって、上記加工電極の電極先端ガイドからの突き出し長さを、正確に計測することができる。
【００１３】
また、上記放電加工装置においては、請求項４に記載のように、前記電源部において、前記加工電極と前記ワークの間の極間電圧が検出されることが好ましい。これによって、加工電極の先端のワークへの接触（極間電圧０Ｖの短絡状態）を正確に知ることができ、この位置を基準として、加工電極の先端からワークまでの距離や加工電極の磨耗量を、正確に計測することができる。
【００１４】
前述したように、上記放電加工装置は、電極先端ガイドと電極保持体の間における加工電極の撓みを最小限に抑制できるため、請求項５に記載のように、前記加工電極が、径の細いワイヤ状である場合に好適である。特に、請求項６に記載のように、前記ワイヤ状の加工電極の直径は、５０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
また、同じ理由で、上記放電加工装置は、請求項７に記載のように、前記加工電極が、超硬合金より硬度の低い軟質材料であってよい。前記軟質材料としては、例えば請求項８に記載のように、タングステンまたは銅とすることができる。
【００１６】
このように、上記放電加工装置においては、加工電極として高価な超硬合金を用いる必要がないため、低加工コストの放電加工装置とすることができる。
【００１７】
また、上記放電加工装置においては、請求項９に記載のように、前記電極保持体が、回転可能であるように構成することが好ましい。これによって、放電による加工電極の磨耗が均一なものとなり、常に安定した放電加工を実施することができる。
【００１８】
以上のようにして、上記放電加工装置は、請求項１０に記載のように、前記ワークとして微細な穴加工が要求される、噴射ノズルの噴射穴の形成に用いられて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明における放電加工装置の一例で、放電加工装置１００を模式的に示した側面図である。図２は、図１に示す放電加工装置１００の要部である電極部２０について、ワーク１１と対向する先端部分を拡大して示した部分的な断面図である。
【００２１】
放電加工装置１００は、図１に示すように、ワーク１１を保持するための保持部１０と、ワークに対して放電するための加工電極２１を有してなる電極部２０と、放電のための電力を供給する電源部３０とを有しており、これらがベースとなる架台部４０上に設置されている。尚、図１の保持部１０における符号１２の部分は、ワーク１１を保持するワーク保持体である。また、図２では、図を見やすくするために加工電極２１の図示を省略しているが、放電加工装置１００の使用時には、図中に一点鎖線で示した中心軸に沿ってワイヤ状の加工電極２１が挿入される。
【００２２】
放電加工装置１００の電極部２０は、図１および図２に示すように、放電中に加工電極を固定して保持するための電極保持体２２と、ワークと電極保持体２２の間に位置し、ワークと対向する加工電極２１の先端を貫通させて、先端を位置決めする電極先端ガイド２３と、電極先端ガイド２３と電極保持体２２の間に位置し、電極保持体２２による加工電極２１の固定が開放された状態で、加工電極２１を把持する電極把持ハンド２４を有している。尚、図２の電極保持体２２の中にある符号２２ａの波状の部分は、放電時に加工電極２１を固定する固定ハンドで、加工電極２１は、この固定ハンド２２ａにより多点で押えられて固定される。図２に示す符号２２ｂの部分は、固定ハンド２２ａを開閉する固定ハンド駆動体で、この固定ハンド駆動体２２ｂにより固定ハンド２２ａを開閉することで、それぞれ、加工電極２１を開放・固定にすることができる。図２に示す符号２２ｄの部分はプーリーで、図１に示す電極回転モータ２２ｃとベルトで連結されており、固定ハンド２２ａによって固定された加工電極２１が、電極保持体２２と共に回転される構造となっている。また、図２に示す符号２４ａの部分は、把持ハンド駆動体である。この把持ハンド駆動体２４ａにより電極把持ハンド２４を開閉することで、電極保持体２２における固定ハンド２２ａと独立して、それぞれ、加工電極２１を開放状態および固定状態にすることができる。
【００２３】
図１と図２に示す放電加工装置１００の電極部２０においては、ワーク１１に近い順に、電極先端ガイド２３、電極把持ハンド２４および電極保持体２２が配置され、これら電極部２０の各部品を貫通するようにして、加工電極２１が配置される。電極先端ガイド２３は、加工電極２１の先端を位置決めする機能のみがあればよく、電極把持ハンド２４は、加工電極２１を把持する機能のみがあればよい。また、電極保持体２２は、加工電極２１を固定して保持する機能のみがあればよい。このため、これら電極部２０の各部品２２〜２４は、小型化が可能である。従って、放電加工装置１００においては、図３に示した従来の放電加工装置９０に較べて、電極保持体２２に固定される加工電極２１の固定位置と電極先端ガイド２３から突き出る加工電極２１の先端までの長さを、極力短くすることができる。これによって、径の細い加工電極２１や超硬合金より軟らかい材料の加工電極２１を用いた場合であっても、電極先端ガイド２３と電極保持体２２の間における加工電極２１の撓みを、最小限に抑制することができる。このため、加工電極２１の撓みによるワーク１１の加工精度の悪化や電極周りの異常放電を防止することができ、高精度で低加工コストの放電加工装置とすることができる。
【００２４】
また、放電加工装置１００においては、図１に示すように、電極先端ガイド２３と電極把持ハンド２４が、第１駆動体２５ａによりワーク１１の加工位置と加工電極２１の先端を結ぶ軸方向である図のＺ軸方向に移動可能な第１スライドベース２５に搭載されている。また、電極保持体２２は、第１スライドベース２５に搭載された第２駆動体２６ａにより同じＺ軸方向に移動可能な第２スライドベース２６に搭載されている。尚、図１の電極部２０における符号２８の部分は、図の紙面に垂直なＹ軸方向に移動可能な第４スライドベースである。符号２７の部分は、第４スライドベース２８に搭載された第３駆動体２７ａにより図のＸ軸方向に移動可能な第３スライドベースである。これら第３スライドベース２７と第４スライドベース２８により、Ｘ−Ｙ面内において、ワーク１１と加工電極２１の位置合わせを行う。
【００２５】
上記構成の放電加工装置１００においては、電極先端ガイド２３と電極把持ハンド２４が搭載された第１スライドベース２５と、電極保持体２２が搭載された第２スライドベース２６とが、それぞれ、ワーク１１の加工位置と加工電極２１の先端を結ぶＺ軸方向に独立して移動可能な２重の搭載構造となっている。従って、例えば別位置のボビンに巻回された状態で格納されている加工電極２１を、以下のステップで引き出すことが可能となる。すなわち、電極保持体２２による加工電極２１の固定を開放し、電極把持ハンド２４により加工電極２１を把持した状態で、第２スライドベース２６をワーク１１から離れる方向に移動させる。この位置で、次に、電極保持体２２によって加工電極２１を固定し、電極把持ハンド２４による加工電極２１の把持を開放した状態で、再び第２スライドベース２６をワーク１１に近づける方向に移動させて元の位置に戻す。これによって、加工電極２１が、上記第２スライドベース２６のＺ軸方向の移動距離分だけ、ワーク１１方向に引き出されることになる。従って、上記構成の放電加工装置１００においては、放電により加工電極２１の先端が摩耗しても、加工電極２１の電極先端ガイド２３からの突き出し長さを簡単に調整することができる。また、上記構成の放電加工装置１００においては、第１スライドベース２５を移動させることで、加工電極２１の電極先端ガイド２３からの突き出し長さを一定に保ったままで、加工電極２１の先端からワークまでの距離を簡単に調整することができる。
【００２６】
尚、図１に示す第１駆動体２５ａと第２駆動体２６ａは、サーボモータからなり、電極先端ガイド２３と電極保持体２２の位置が、サーボモータのエンコーダで検出されることが好ましい。これによって、加工電極２１の電極先端ガイド２３からの突き出し長さを、正確に計測することができる。
【００２７】
図１の放電加工装置１００においては、電源部３０において、加工電極２１とワーク１１の間の極間電圧が検出されることが好ましい。これによって、加工電極２１の先端のワーク１１への接触（極間電圧０Ｖの短絡状態）を正確に知ることができ、この位置を基準として、加工電極２１の先端からワーク１１までの距離や加工電極２１の磨耗量を、正確に計測することができる。
【００２８】
前述したように、上記放電加工装置１００は、電極先端ガイド２３と電極保持体２２の間における加工電極２１の撓みを最小限に抑制できるため、加工電極２１が、径の細いワイヤ状である場合に好適である。特に、ワイヤ状の加工電極２１の直径は、５０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
また、同じ理由で、上記放電加工装置１００は、加工電極２１が、超硬合金より硬度の低い軟質材料であってよい。軟質材料としては、例えば、タングステンまたは銅とすることができる。
【００３０】
このように、上記放電加工装置１００においては、加工電極２１として高価な超硬合金を用いる必要がないため、低加工コストの放電加工装置とすることができる。
【００３１】
また、上記放電加工装置１００のように、電極保持体２２は、回転可能であることが好ましい。これによって、放電による加工電極２１の磨耗が均一なものとなり、常に安定した放電加工を実施することができる。
【００３２】
次に、上記放電加工装置１００の概略作動を簡単に説明する。
【００３３】
まず、ワーク１１をワーク保持体１２に取付ける。次に、加工電極２１をセットし、電極保持体２２で保持する。次に、加工電極２１を電極先端ガイド２３に通す。
次に、加工電極２１の先端をワーク１１に接近させ、第１スライドベース２５を移動させて加工電極２１の先端を位置決めする。次に、ワーク保持体１２の加工槽（図示省略）にワーク１１を浸漬する加工液を注入する。次に、加工電極２１に通電し、第２スライドベース２６を下方に移動させながら加工電極２１とワーク１１間に放電を発生させて加工する。この時、放電開始時の第２スライドベース２６の位置Ｚ1をサーボモータからなる第２駆動体２６ａにて検知し記憶する。次に、第２スライドベース２６を初期位置Ｚ1から（加工穴深さ＋加工電極２１の磨耗量）に対応した所定距離だけ移動させた点で通電を停めて、放電加工を終了する。
【００３４】
次に、加工電極２１の先端がワーク１１の上方にくるまで、第２スライドベース２６を上方に移動させる。次に、電極把持ハンド２４で加工電極２１をチャックし、固定ハンド２２ａを開いて、加工電極２１の磨耗量だけ第２スライドベース２６を上方に移動させる。次に、固定ハンド２２ａを閉じると共に電極把持ハンド２４を開いて、第２スライドベース２６を再び加工位置に移動して位置決めする。
【００３５】
次に、次の穴加工位置に加工電極２１の先端が来るようにワーク１１を移動して位置決めし、上記ステップを繰り返して、次の穴加工位置で放電加工を行う。
【００３６】
このように、上記放電加工装置１００においては、加工電極２１を電極磨耗量に相当する量だけ少しづつ供給しながら放電加工することができる。これにより、電極先端ガイド２３とワーク１１間を可能な限り小さく維持できるようになり、細くて柔らかく撓み易い材料の加工電極２１を使用して高精度な微小穴を加工できるようになる。
【００３７】
以上に示したようにして、本発明の放電加工装置は、放電によりワークに微細穴の形成や溝加工を行う放電加工装置であって、径の細い加工電極や超硬合金より軟らかい材料の加工電極を用いた場合であっても、ワーク加工精度の悪化や電極周りの異常放電を防止できる、高精度で低加工コストの放電加工装置とすることができる。
【００３８】
従って、上記した本発明の放電加工装置は、例えば、ワークとして微細な穴加工が要求される、噴射ノズルの噴射穴の形成に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明における放電加工装置の一例で、放電加工装置１００を模式的に示した側面図である。
【図２】放電加工装置１００の要部である電極部２０について、ワーク１１と対向する先端部分を拡大して示した部分的な断面図である。
【図３】特許文献１に開示された放電加工装置９０の模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  放電加工装置
１０  保持部
１１  ワーク
１２  ワーク保持体
２０  電極部
２１  加工電極
２２  電極保持体
２２ａ  固定ハンド
２２ｂ  固定ハンド駆動体
２２ｃ  電極回転モータ
２２ｄ  プーリー
２３  電極先端ガイド
２４  電極把持ハンド
２４ａ  把持ハンド駆動体
２５  第１スライドベース
２５ａ  第１駆動体
２６  第２スライドベース
２６ａ  第２駆動体
２７  第３スライドベース
２７ａ  第３駆動体
２８  第４スライドベース
３０  電源部
４０  架台部
【図１】
2008200806.tif 000003
【図２】
2008200806.tif 000004
【図３】
2008200806.tif 000005