(57)【要約】【課題】ワイヤ自動結線の結線率を向上させ、また、加工中の形状精度の向上を図る為、ワイヤ電極を被接触状態でコイルを使用した高周波誘電加熱により熱し、結線時のワイヤの真直性や、加工中の真直性を向上する装置を提供すること。【解決手段】ワイヤボビンに巻回されたワイヤ電極線を引き出し、張力を与えるためのワイヤ張力印加装置、上ガイド部、下ガイド部を経由するワイヤ走行経路を有するワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ張力印加装置より下流側で、前記上ガイド部より上流側の部分に、ワイヤ電極線２を挿通する耐熱管２１と、該耐熱管２１に巻きつけられ、高周波誘電加熱を発生させるコイル２２からなる誘電加熱管を備え、耐熱管２１のワイヤ電極線入口側から出口側の下端部より所定距離手前までのコイル２２の巻き線密度を前記下端部から所定距離までのコイルの巻き線密度より低くした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤボビンに巻回されたワイヤ電極線を引き出し、該ワイヤ電極線に張力を与えるためのワイヤ張力印加装置、放電加工領域の上部に設けられた上ガイド部、前記放電加工領域の下部に設けられた下ガイド部を経由するワイヤ走行経路を有するワイヤ放電加工機において、
前記ワイヤ張力印加装置より下流側で、前記上ガイド部より上流側の部分に、前記ワイヤ電極線を挿通する耐熱管と、該耐熱管に巻きつけられ、高周波誘電加熱を発生させるコイルからなる誘電加熱管を備え、
前記耐熱管の前記ワイヤ電極線の入口側から出口側の下端部より所定距離手前までの前記コイルの巻き線密度を前記下端部から所定距離までのコイルの巻き線密度より低くしたことを特徴とする誘電加熱管を有するワイヤ放電加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、誘電加熱管を有するワイヤ放電加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤカット放電加工機において、稼働率を向上させるために、夜間も自動で稼動させる事が重要である。ワイヤ放電加工機の主要用途である金型部品の加工においては、被加工物に所望の形状を持った貫通穴を複数個加工する場合が多くある。貫通穴の加工では、あらかじめ、被加工物にφ２ｍｍ〜φ１０ｍｍ程度の加工開始穴を開けておき、この加工開始穴から切り込んで行き、所望の形状をワイヤ放電加工で切り抜く加工を行う。多数個の穴形状を自動で加工するためには、被加工物の加工個所に予め開けておいた加工開始穴にワイヤを自動で通した後、加工を行い、加工後、ワイヤを自動で切断し、次の加工開始穴に移動し、再度、ワイヤを自動で通す動作が必要である。この一連の動作をワイヤ放電加工機のワイヤ自動結線装置で行う。  
したがって、このワイヤ自動結線装置のワイヤ結線成功率が、稼働率に大きく影響する。すなわち、結線率が悪いと、結線が成功せず、無人運転が途切れ、機械が停止したままとなり、稼働率が低下する。逆に、結線成功率が高いと、稼働率があがる。
【０００３】
一般的に、ワイヤ電極線は、ワイヤ線径φ０．１〜０．３ｍｍで直径１００ｍｍ程度のボビンに５ｋｇ〜１０ｋｇ単位で巻きつけられており、使用時にボビンから繰り出して使用する。長期間、ボビンに巻きつけられている状態のワイヤ電極線は、それ自身の真直性が劣り、繰り出した際に曲がった状態、いわゆるカールした状態となっている。  
このカールした状態では、上ガイドから繰り出された際、まっすぐ下ガイドに向かわず、ワイヤ自身の曲がりにより、下ガイド位置から外れた箇所に進んで、下ガイドに挿入されない。そのため、特に被加工物の厚さが厚く、上ガイドと下ガイドの距離が長い場合、上ガイドから送り出されたワイヤを確実に下ガイドに到達させるためには、ワイヤ電極線自身の高い真直性が重要である。
【０００４】
また、真直性の悪いワイヤをそのまま加工に使用すると、カールした状態で被加工物を放電加工するため、このカールした形状が被加工物の加工面に転写されてしまう。たとえば、上から下にワイヤが送られるとき、右から左に向かってカールしているような場合、このワイヤで、四角形状の穴を加工した場合、加工面の左側では、中央部が膨らみ、加工面の右側では中央部が凹む加工精度不良が生じる。  
ワイヤ放電加工機の自動化に重要なワイヤ自動結線装置は、ワイヤを加工開始穴に自動で通し、加工終了後、ワイヤを切断し、次の加工開始位置に移動し、その加工開始穴にワイヤを通す作業を無人で連続的に行う。  
このワイヤを切断する動作において、機械的にカッター等で切断する方法やワイヤの上下端に電流を流し、ワイヤを流れる電流のジュール熱で熱する事で溶断する方法が特許文献１や２に開示され、また、外部からワイヤの周りに設置したコイルに高周波電流を流し高周波電流によって熱せられたワイヤを切断する方法が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６１−２６４５５号公報
【特許文献２】特許第４００８４３５号公報
【特許文献３】特許昭６１−８２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、背景技術の欄で説明した方法には、次の欠点があり、自動結線の成功率を上げられない原因となっていた。  
まず、特許文献１に開示される機械式のカッターでは、軟らかい黄銅製のワイヤを切断する際、カッターによりつぶされ、切断個所が楕円形状に変化し真円の時の直径より大きくなる個所が発生し、クリアランスの狭い高精度ダイスガイドに通らないという欠点がある。このため、しかたなく、精度を犠牲にしてでもクリアランスの大きいガイドを使い、機構部の故障を覚悟の上で開閉式のガイドを使用している。また、カッターが磨耗してくると、切断部の先端が綺麗に切断されず（図４参照）、バリが生じてダイスガイドを通過しなくなる為、頻繁に高価なカッターの交換調整が必要である。
【０００７】
また、特許文献２に開示されるジュール熱による溶断の場合、図５に示されるように、ワイヤの切断個所の近傍一方に、高電圧の電極を機械式のチャック構造で接触させ、もう他方に、アース側の電極を接触させ、直流電流を流す構造が必要である。図６は接触式熱切断により傷が無い硬線のワイヤの場合には高精度ダイスガイドにスムーズに挿入することを示している。
【０００８】
しかし、この電極を円柱状のワイヤ表面に接触させる際、確実に電流を流す為に、ワイヤを強く挟み込むと、軟らかい黄銅材の表面に、はさみ傷が生じ、同様に、クリアランスの狭い高精度ダイスガイドに通らないという欠点があった。また、はさみ傷を心配して、弱く挟むと、接触不良となり、電極とワイヤの間の接触抵抗による焼けが生じ、放電傷のような突起が生じ、同様に、クリアランスの狭い高精度ダイスガイドに通らないという欠点があった。  
特に、テーパ加工を行う際に必要な軟線タイプのワイヤでは、表面に傷がつきやすく、コシが柔らかい為、ダイスガイドを通過する際に、この傷による僅かな通過抵抗の増加でワイヤが折れ曲がってしまい、通す事が出来ず、結線確立が低下していた（図７参照）。
【０００９】
次に、特許文献３に開示される高周波電流による誘電加熱方式（図８参照）は、非接触でワイヤを熱し溶断する方式で、機械式カッターや接触式電流供給方式に比べ、ワイヤに接触傷をつけない特徴がある（図９参照）。また、冷却エアが不要であり、上下の電極が不要であるという特徴がある。しかし、特許文献３に記載のとおり、溶断部分に局所的に使用されているだけでは、アニールが行われず前述のワイヤの真直性を向上する事が出来ないため、厚さの厚い被加工物の開始穴への結線時にはワイヤの曲がりにより下ガイドに挿入する事が困難であった（図１０参照）。  
また、真直性の悪いワイヤをそのまま加工に使用すると、カールした状態で被加工物を放電加工するため、このカールした形状が被加工物の加工面に転写されてしまう。たとえば、上から下にワイヤが送られるとき、右から左に向かってカールしているような場合、このワイヤで、四角形状の穴を加工した場合、加工面の左側では、中央部が膨らみ、加工面の右側では中央部が凹む加工精度不良が生じる問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、ワイヤ自動結線の結線率を向上させ、また、加工中の形状精度の向上を図る為、ワイヤ電極線を被接触状態でコイルを使用した高周波誘電加熱により熱し、結線時のワイヤの真直性や、加工中の真直性を向上する装置を供給することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの課題を解決し、結線率を向上するため、ワイヤを切断する際に、ワイヤに対し接触傷をつけずに切断し尖った先端を得て、なおかつ、離れた上ガイドから下ガイドまでの距離分まっすぐなワイヤを供給する装置が必要である。また、加工中に、ワイヤの曲がりを矯正できる装置が必要である。  
そこで、本発明では、コイルに高周波電流を流すことにより、巻かれたコイルの内側に発生する誘電加熱によりワイヤを熱し焼鈍（アニール）することで、真直性を向上させ、さらに局所的に熱する事で溶断をおこなう装置を供給する。コイルに供給する高周波電流は、ワイヤ放電加工機の放電用電源装置もしくは、専用の電源装置から供給され、その周波数や大きさは、ワイヤ放電加工機の放電用制御装置から容易に設定できる。
【００１２】
そして、本願の請求項１に係る発明は、ワイヤボビンに巻回されたワイヤ電極線を引き出し、該ワイヤ電極線に張力を与えるためのワイヤ張力印加装置、放電加工領域の上部に設けられた上ガイド部、前記放電加工領域の下部に設けられた下ガイド部を経由するワイヤ走行経路を有するワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ張力印加装置より下流側で、前記上ガイド部より上流側の部分に、前記ワイヤ電極線を挿通する耐熱管と、該耐熱管に巻きつけられ、高周波誘電加熱を発生させるコイルからなる誘電加熱管を備え、前記耐熱管の前記ワイヤ電極線入口側から出口側の下端部より所定距離手前までの前記コイルの巻き線密度を前記下端部から所定距離までのコイルの巻き線密度より低くしたことを特徴とする誘電加熱管を有するワイヤ放電加工機である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、ワイヤ自動結線の結線率を向上させ、また、加工中の形状精度の向上を図る為、ワイヤ電極線を被接触状態でコイルを使用した高周波誘電加熱により熱し、結線時のワイヤの真直性や、加工中の真直性を向上する装置を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るワイヤ放電加工機を説明する概略図である。
【図２】ワイヤ放電加工機を制御する制御装置を説明するブロック図である。
【図３】本発明に係る可変ピッチコイル付き誘電加熱管による誘電加熱方式を説明する図である。
【図４】機械式切断のバリでワイヤが高精度ダイスガイドに突っかかることを説明する図である。
【図５】従来の電極挟み構造の直流電流加熱方式を説明する図である。
【図６】接触式切断においても傷が付きにくい硬いワイヤを高精度ダイスガイドにスムーズに挿入できることを説明する図である。
【図７】接触式切断により傷がワイヤの表面に生じワイヤが高精度ダイスガイドに突っかかることを説明する図である。
【図８】コイル付き管による誘電加熱方式を説明する図である。
【図９】コイル付き管を用いた誘電加熱方式により高精度ダイスガイドにスムーズに挿入できることを説明する図である。
【図１０】アニールの有無による真直性の違いによる結線率の違いを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明に係るワイヤ放電加工機を説明する概要図である。ワイヤ放電加工機１００はワイヤ放電加工機本体とワイヤ放電加工機本体を制御する図示しない制御装置を備えている。  
ワイヤ電極線２が巻回されたワイヤボビン６１は、送り出し部トルクモータ６０で、ワイヤ電極線２の引き出し方向とは逆方向に指令された所定低トルクが付与される。ワイヤ走行経路を説明すると、ワイヤボビン６１から繰り出されたワイヤ電極線２は、複数のガイドローラを経由し（図示せず）、ブレーキモータ６２により駆動されるブレーキローラ６３により、ブレーキローラ６３とワイヤ電極線送りモータ（図示せず）で駆動されるフィードローラ６７の間の張力が調節される。つまり、ブレーキモータ６２，ブレーキローラによって張力印加装置が構成される。
【００１６】
張力検出器６８は上ガイド９と下ガイド１０間を走行するワイヤ電極線２の張力の大きさを検出する検出器である。ブレーキローラ６３を通過したワイヤ電極線２は、上ガイド９、下ガイド１０、下ガイドローラ６４を経由し、ピンチローラ６６とワイヤ電極線送りモータ（図示せず）で駆動されるフィードローラ６７で挟まれ、ワイヤ電極線回収箱６５に回収される。上ガイド９と下ガイド１０の間の放電加工領域に図示しないワークが配置され、ワイヤ電極線２に加工用電源から高周波電圧が印加され放電加工がなされる。
【００１７】
ワイヤボビン６１から送り出されるワイヤ電極線２の走行部分にて、ワイヤ張力印加装置（ブレーキ部）（ブレーキモータ６２、ブレーキローラ６３）より下流側で、上ガイド９より上流の部分に、ワイヤ自動結線で結線できるワーク厚さに必要なワイヤの真直性を確保する長さの耐熱管２１を取り付ける。この耐熱管２１は、セラミック製のように、耐熱で電流の流れない材質が望ましい。この耐熱管２１の周りに、高周波誘電加熱を発生させるコイル２２を巻きつける。なお、コイル２２を巻き付けた耐熱管２１を総称してコイル付き管２０という。
【００１８】
図２はワイヤ放電加工機を制御する制御装置を説明するブロック図である。  
ワイヤ放電加工機の制御装置５０は、マイクロプロセッサからなる中央演算処理装置（以下、単に「ＣＰＵ」という）５１を備えており、ＣＰＵ５１にはプログラムメモリ５２，データメモリ５３、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を備えた制御盤５４及び入出力回路５５が各々バス５６を介して接続されている。
【００１９】
プログラムメモリ５２には、ワイヤ放電加工機の各部及びワイヤ放電加工機の制御装置５０自身を制御するための種々のプログラムが格納されている。また、データメモリには加工プログラムに付随した位置データ、その他の加工条件を定める各種設定データが格納されると共に、ＣＰＵ５１が行う各種計算のためのデータの一時記憶用のメモリとしても利用される。入出力回路５５には、ワークテーブル駆動部７０、加工電源部７１、切り替え部７２、ワイヤ張力制御部７３、ワイヤ送り制御部７４、ワイヤ断線検出部７５、表示装置７６が各々接続されている。
【００２０】
ワークテーブル駆動部７０及び加工電源部７１は周知の構成を有するものであり、加工実行時には通常の方式に従って各々制御される。切り替え部７２は、コイル付き管２０を挿通するワイヤ電極線２を誘電加熱するために、加工電源部７１から高周波電流をコイル２２に供給する。加工ワイヤ張力制御部７３は張力検出器６８からの情報によりブレーキローラを駆動するモータを制御し、ワイヤ送り制御部７４によるフィードローラを駆動するモータの駆動制御とともに張力を指令値どおりに制御する。
【００２１】
ワイヤ断線検出部７５は、加工実行中に断線が発生した際にこれを検知するもので、従来方式（例えば、ワイヤに流れる電流を検知する方式や、走行中のワイヤが押し付けられたローラの軸にかかる負荷を検出する張力検出器６８方式等）の機構が利用される。表示装置７６は種々の形態でワイヤ放電加工機１００の種々のデータを表示する表示装置である。
【００２２】
ワイヤ放電加工機の制御装置５０のメモリ内には、ワイヤ結線障害の位置検出／記録用のプログラム、自動結線処理を行なう為のプログラム等が格納されている。これによってワイヤ放電加工機は自動結線装置を備えているといえる。これらのプログラムを備えることは公知の技術であるので説明を省略する。
【００２３】
図３は本発明に係る可変ピッチコイル付き誘電加熱管による誘電加熱方式を説明する図である。  
前述したように、ワイヤボビン６１から送り出されるワイヤ電極線２の走行部分にて、ワイヤ張力印加装置（ブレーキ部）（ブレーキモータ６２、ブレーキローラ６３）より下流側で、上ガイド９より上流の部分に、ワイヤ自動結線で結線できるワーク厚さに必要なワイヤの真直性を確保する長さの耐熱管２１を取り付ける。この耐熱管２１は、セラミック製のように、耐熱で電流の流れない材質が望ましい。この耐熱管２１の周りに、高周波誘電加熱を発生させるコイル２２を巻きつける。コイル２２の両端には、放電電源装置（図示せず）の高周波発生装置２３から、切り替え回路２４を介して、電源供給線が接続されている。切り替え回路２４を介することによって、高周波発生装置２３を放電加工用電源と共有できる。
【００２４】
一般に、誘電加熱では、温度を高くする場合、電流の周波数を高くするか、コイルの巻き数を増やす事、また、コイルの巻半径を小さくする事が知られている。そこで同じコイルで温度分布を発生させるには、コイルの巻数を場所によって変化させる事、すなわち密度を変化させることが有効と考え、コイルの巻き密度を管のワイヤ入り口側前半は低く、出口付近では巻き密度を高くし、同じ電流で、熱の発生に差を付け、管の入り口側前半部分で徐々に熱して行き、焼きなまし（アニール）を行い、耐熱管２１の出口近くで最大温度となるようにする。
【００２５】
ワイヤ電極線２の真直性を確保する上では、出来るだけ長い範囲で焼きなましを行うことが望ましく、また、ワイヤ電極線２の切断においては、切断されるワイヤ電極線２の先端部分がダイスガイドに挿入されその下のサブダイスガイドまで到達する距離分たとえば２５ｍｍ間で細く鋭くなるよう、コイル部分の長さを決めている。
【００２６】
以下、本発明の一実施例を説明する。  
耐熱管２１の太さは、ワイヤ電極線２の太さが０．１〜０．３ｍｍの為、内径３〜５ｍｍ、外径５〜１０ｍｍ程度の管を使用する。  
コイル２２の巻密度を変化させる区間の算出方法として、機械の構造上、ワイヤ電極線２に張力を付加するブレーキローラ６３から、上側でワイヤ電極線２を支持する上ガイド９までの間に挿入できる耐熱管２１の最大長さ約３００ｍｍのうち、溶断された先端から２５ｍｍ間が細く鋭くなるよう、その倍の５０ｍｍ間を溶断部分とし、管全長の３００ｍｍのうち残り２５０ｍｍを上流側の焼きなまし部分とする。
【００２７】
つまり、この例では、請求項１の記載において、耐熱管２１のワイヤ電極線２の入口側から出口側の下端部より所定距離（５０ｍｍ）手前までのコイルの巻き線密度を、耐熱管２１の下端部から所定距離（５０ｍｍ）までのコイルの巻き線密度より低くすることに対応する。
【００２８】
コイル巻数の算出方法は、溶断点前後５ｍｍの１０ｍｍ区間で、溶断可能な熱量を発生できる巻数を算出後、たとえば１００巻とした場合、溶断加熱区間の５０ｍｍで５００巻、上流側の焼きなまし部分では溶断しないよう、合計巻数を５００とする。
【００２９】
コイルの巻密度は、上流側の焼きなまし部分の２５０ｍｍをコイル密度＝２０巻き／１０ｍｍとし、管の出口側の切断部の５０ｍｍ部分をコイル密度＝１００巻／１０ｍｍとする。コイルの線径は、約０．２〜０．５ｍｍとし、線外周に絶縁皮膜を施し、密度の高い部分では、重ね巻きを施す。コイル自身も熱を帯びるため、コイル外周は自然冷却される開放構造とする。また、最大温度となる溶断部のコイル外周には、溶断時に冷却用の圧縮空気を吹きかける構造（冷却空気ノズル２５）も追加している。
【００３０】
ワイヤ自動結線の際には、ワイヤ電極線２の走行を止め、ブレーキローラ６３と巻き取りローラ（ピンチローラ６６，フィードローラ６７）の間でワイヤ電極線２を引っ張り合い張力をかけながら、高周波電流をコイル２２に流し、誘電加熱現象により耐熱管２１の内部のワイヤ電極線２に熱を加えて行く。
【００３１】
ワイヤ電極線２は、走行せず止まっているため、耐熱管２１の内部で熱せられて焼きなましによりもともとあったカール癖がとれて真直性が向上する。さらに時間をかけると、コイル密度の高い耐熱管２１の出口付近での温度上昇が著しくなり、熱による溶断が発生し尖った先端のワイヤ切断部を得ることができる。溶断が検知された瞬間、張力に変化が生じることを、張力検出装置で検出し、即座に電流供給を止め、これ以上の加熱を止め、切断動作を完了する。
【００３２】
また、加工中の真直性の向上については、加工中にワイヤ送り指令に連動して、高周波電流を電源部（高周波発生装置２３）から供給し、耐熱管２１の中を通過するワイヤ電極線２を誘電加熱により熱し、焼きなまし（アニール）を行う。耐熱管２１の中を進むワイヤ電極線２は、徐々に熱せられ、もっともコイル２２の巻き線密度の高い出口付近で温度がもっとも高くなるが、ワイヤ電極線２が走行しているため、溶断する前に耐熱管２１の外に送り出されるため、加工中に断線することはない。また、コイル２２を２種類用意し、前半部分は、巻き数の少ない焼きなまし用、出口部分は巻き数の多い切断用に分ける事も可能である。
【符号の説明】
【００３３】
２  ワイヤ電極線
９  上ガイド
１０  下ガイド
１２  テーブル
２０  コイル付き管
２１  耐熱管
２２  コイル
２３  高周波発生装置
２４  切り替え回路
２５  冷却空気ノズル
５０  制御装置
５１  ＣＰＵ
５２  プログラムメモリ
５３  データメモリ
５４  制御盤／ＬＣＤ
５５  入出力回路
６０  送り出し部トルクモータ
６１  ワイヤボビン
６２  ブレーキモータ
６３  ブレーキローラ
６４  下ガイドローラ
６５  ワイヤ電極線回収箱
６６  ピンチローラ
６７  フィードローラ
６８  張力検出器
７０  ワークテーブル駆動部
７１  加工電源部
７２  切り替え部
７３  ワイヤ張力制御部
７４  ワイヤ送り制御部
７５  ワイヤ断線検出部
７６  表示装置
１００  ワイヤ放電加工機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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