JP2000218443A - 放電加工の送り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マシニングセンタや放電加工機などの工作機械
の主軸やクイルの送り駆動手段としてリニアモータを使
用することは知られていたが、特に電極ジャンプ作動の
ために高加速度駆動が要請される形彫り放電加工機の加
工ヘッドクイル装置において、リニアモータの高速で、
高応答性及び高制御性が充分利用される状態に為されて
いなかった。 【解決手段】加工ヘッドに鉛直方向移動自由自在に直線
案内装置によって取り付けられ、小比重の軽量体により
中空柱状に形成されたクイルと、該クイルを重力に抗し
て加工ヘッドに保持させるエアバランサと、クイルの水
平方向の背向する両側面に取り付けられたヨーク鉄芯と
励磁コイルとからなる一対の可動子と、加工ヘッドの相
対向する内面に前記各可動子に対して微小間隙を介して
相対向するように設けられた前記移動方向に永久磁石片
を列設した磁石板固定子と、前記移動方向の可動子クイ
ルの固定部加工ヘッドに対する移動位置を検出するよう
に両者間に前記移動方向に沿って取付けられた位置検出
装置とを備えて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒状電極や所望形
状の型電極を用い、被加工体と加工液が介在する微小加
工間隙を隔てて相対向させ、前記加工間隙をサーボ制御
送りによって維持させながら、休止時間を置いて間歇的
に印加される電圧パルスにより発生する放電パルスによ
り加工する穿孔、形彫り等のラム型放電加工の前記サー
ボ制御送り機構、そして特に前記加工間隙から発生加工
屑を介在加工液と共に排出除去させる作用を、前記間隙
維持のサーボ制御送りとは別の、電極または被加工体に
対する相対的な所望ストローク開離後元の間隙位置へ復
帰させて加工する作動を繰り返す、いわゆる往復移動の
ジャンプ運動により主として行うようにした放電加工方
法の実施に使用して好適な送り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種のリニアモータが、高精度、シンプ
ル、及び高タクト等を理由に、比較的小型の各種製造装
置、測定・検査装置等の高剛性２軸位置決めステージ
に、また超小型、クリーン、高精度等を理由に光学・医
療・バイオ・半導体等各装置の高精度位置決めテーブル
に用いられて来ていた。またマシニングセンタ等の工作
機械のテーブル送り駆動を高速、高精度化のために、各
種のリニアモータが使用されるように成って来て居り、
最近では、主軸の送り駆動にも使用したものが散見され
るようになって来ている。

【０００３】そして、放電加工機の分野に於いても、例
えば、送り装置の機構部に動力変換機構がなくて、直線
移動可能に主軸を案内支持する直線案内装置とリニアモ
ータとの組み合わせ構成体とした形彫り放電加工装置が
特開平５−１０４，３３２号公報によって提案されて居
り、また、特開平８−３０９，６２０号公報によれば、
形彫り放電加工装置の主軸のみならず、Ｘ及びＹの全軸
をリニアモータを駆動手段として利用する送り装置を使
用し、微小な放電加工間隙を所望目標値に微細に制御す
るものとして提案されている。そして、またさらに特開
平８−３１８，４３３号公報によれば、ワイヤカット放
電加工機に於いて、複数の軸方向における相対送りの送
り機構にリニアモータを組み込み具備し、該リニアモー
タによる直線駆動によって、各軸方向の相対送りを得る
ようにすることにより、従来の送り装置の回転−直動変
換機構内に有ったバネ定数要素を削減し、送り移動系の
サーボゲインを高く設定することを可能として高応答性
とし、放電加工の高速化と精度向上とを得ることが出来
るようになったと主張している。しかしながら、本発明
者等は、この、リニアモータを搭載した形彫り放電加工
機も、ワイヤカット放電加工機も見たことがなく、市販
されたとも聞かない。その理由としては、種々のことが
考えられるが、恐らく、目的とする程には、目的とする
性能が得られなかったのではないかと思われる。そして
このことは、上記各公報に於ける開示内容を見ると、明
らかなようである。

【０００４】例えば、前述の特開平５−１０４，３３２
号公報に記載のものの場合、主軸に連結されているガイ
ド機構には、工作機械の直線ガイド機構として用いられ
るリニア・モーション・ボール・ベアリング（直動球軸
受）が組み込まれていて、循環するボールで直動方向に
直角な２つの方向の引張り、圧縮（またはラジアル）荷
重に対し等剛性となるように配置されていて、放電加工
中の主軸の高速応答の位置制御に対して充分な剛性を有
し、主軸の滑らかな運動を確保している等と開示してい
るが、主軸の落下防止の保持に就いては何等開示がな
い。前記落下防止の保持に、リニアモータによる上方へ
の持ち上げ推力を連続的または間歇的に付与するように
作用させているにしても、主軸をリニアモータに特有の
数１０ｍ／ｍｉｎまたはそれ以上の高速でジャンプ等の
運動をさせようとすると、その加速度が大きく、例え
ば、１Ｇ以上になる場合があると、上記のリニア・モー
ション・ボール・ベアリングによる直動案内のみでは、
逆ラジアル荷重が高く作用する可能性があり、またリニ
アモータ３、５はコラム前面と主軸背面間の一面に形成
されているのみであるから、主軸１とコラム前面間には
強い磁気吸引力または反発力が作用するので、ベアリン
グ案内に負荷を与え、撓みが発生し、送り移動が円滑に
行えなくなる可能性があり、円滑で、高速度の上昇、下
降は期待できない。このため、前述ジャンプ等の移動速
度は、従来型の回転モータ使用の場合の数１００ｍｍ／
ｍｉｎから、本発明者等が提案した２，０００ｍｍ／ｍ
ｉｎ、高くても５，０００ｍｍ／ｍｉｎ程度以下の移動
速度を想定していたものと思われる。

【０００５】また、もう１つの形彫り放電加工機に係る
特開平８−３０９，６２０号公報に記載のものは、リニ
アモータによって、鉛直、Ｚ軸方向にコラムに対して送
り移動される加工ヘッドには、該ヘッドをＺ軸方向の所
定位置に停止させることも可能なカウンターバランス手
段が設けられて居り、これでは前述のように加速度が１
Ｇを超える場合がある高速ジャンプでの加工は不可能で
あり、従来型の送り装置による移動速度のジャンプ運動
しか予定されていなかったものと考えられる。そしてこ
のことは、ヘッド３６のヘッドコラム３２への直線移動
案内装置５４の取付、構成が、コラム３２に形成した一
対の直線レール５６、５６に対するヘッド３６に設けた
摺動足５８、５８の嵌挿摺接滑りによって行われる構成
となっていることからも明らかである。また、前記直線
移動案内とリニアモータとが近い位置に設けられている
点では好ましいものの、リニアモータが１個であるとこ
ろから、可動子と固定子間の吸引力（または反発力）が
直線移動案内に負担を与える欠点は改善されていないも
のである。

【０００６】そこで本発明者等は、リニアモータを駆動
装置として組み込み、サーボ送り制御に止まらず、加速
度が１Ｇ以上になる場合もある鉛直方向の高速ジャンプ
を行わせる形彫り放電加工機のクイル送り装置として、
高速性、高応答性、及び高精度等の性能を発揮させるた
めの改良された送り装置として、平成１０年特許願第３
２７，３１６号「放電加工の送り機構」他の発明を提案
した。

【０００７】上記改良した送り装置の構成は、概略次の
ようなものである。加工ヘッドを加工テーブルにほぼ鉛
直方向に相対向するようにコラムに取付けた構成の放電
加工機において、前記対向方向に全体として中空柱状体
の前記加工ヘッドまたはコラムに前記対向方向に移動可
能に取り付けられる小比重で軽量の金属体または非金属
体から成るクイルと、該クイルを前記対向方向に直線移
動可能にコラムまたは加工ヘッドに取り付ける直線案内
装置と、前記クイルを重力に抗してコラムまたは加工ヘ
ッドに保持させるエアバランサと、前記クイルの前記対
向方向と直角な方向の背向両側面夫々に前記移動方向に
沿って所定個数列設された永久磁石と、該永久磁石を設
けたクイルの各側面に微小間隙を介して相対向するよう
に加工ヘッドに取付けた一対のヨークと、該各ヨークに
巻回して設けた励磁コイルと、下方先端に電極と被加工
体の一方の取付手段を有する前記クイルの直線移動位置
を検出するようにクイルとコラムまたは加工ヘッドに取
付けられた位置検出装置と、該検出装置の検出フィード
バック信号を受けつつ前記励磁コイルへ作動信号を出力
する駆動装置とを備えて成るものである。

【０００８】そしてかかる構成とすると、永久磁石片を
移動方向に列設した界磁電機子が軽量体のクイルから成
り、そしてエアバランサによって低イナーシャ状態に保
持した状態で、一対のリニアモータによりクイルの中心
軸を通る面に両側面からバランスよく推力が作用して移
動するので、高応答で、容易に高加減速の高速移動をさ
せることができ、簡単かつコンパクトな構成で、位置決
め精度等も良好なものとすることができるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成にすると、永久磁石片を列設した長尺の界磁
電機子が、加工ヘッド又はコラムに対して鉛直方向に移
動するわけであるから、機械の背丈が加工ヘッド部に於
て高くなる可能性がある。特に前記エアバランサとクイ
ル及び固定部間の配置、連結の仕方によっては、クイル
の移動ストロークと同等以上に高くなる可能性があり、
そしてこのことはエアバランサとクイル及び固定部間の
配置、連結の仕方には、背丈を高くしないようにするの
に制約があると言うことである。

【００１０】また、クイルの下方先端の電極板に電極工
具や被加工体を軸の廻りの回動割り出し機能を有するい
わゆるＣ軸を介設させる場合とか、或いは更に、前記Ｃ
軸機能に加えて軸の廻りの高速回転機能を有するＲ軸機
能を有する加工ヘッドを介設させようとする場合には特
に上記後者の場合、その加工ヘッドは相当に長尺なもの
となるから、ダイレクト・ドライブで、モータとして移
動した長さが、即、移動ストロークであるリニアモータ
部は、その全長をより短く構成することが要請されるも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の本発明の目的は、
（１）加工ヘッドを加工テーブルにほぼ鉛直方向に相対
向するようにコラムに取り付けた構成の放電加工機にお
いて、前記コラムまたは加工ヘッドに前記対向方向に移
動可能に取付けられ、前記対向方向に延びる全体として
中空柱状のクイルと、該クイルを前記対向方向に直線移
動可能にコラムまたは加工ヘッドに取付ける直線案内装
置と、前記クイルを重力に抗してコラムまたは加工ヘッ
ドに保持させるエアバランサと、前記クイルの前記対向
方向と直角な方向の互に背向する側面とコラムまたは加
工ヘッドによって形成される枠部対向内面との間に配置
形成されるリニアモータであって、該リニアモータが、
前記の相対向する両内面に前記移動方向に沿って所定個
数列設された永久磁石片を有する磁石板固定子と、該磁
石板固定子を設けた枠部両内面に微小間隙を介して相対
向するように前記クイルの互に背向する両側面に取付け
られた一対のヨークと該ヨークに巻回して設けた励磁コ
イルを有する可動子とから成り、さらに下方先端に電極
と被加工体の一方の取付手段を有する前記クイルの直線
移動位置を検出するようにクイルとコラムまたは加工ヘ
ッドに取付けられた位置検出装置と、該検出装置の検出
フィードバック信号を受けつつ前記励磁コイルに作動信
号を出力する駆動装置とを備えて成る放電加工の送り装
置とすることにより達成される。

【００１２】また、前述の本発明の目的は、（２）前記
クイルがアルミニウム、またはマグネシウムを主成分と
する軽量合金から成る前記（１）に記載の放電加工の送
り装置とすることにより、より良く達成される。

【００１３】また、前述の本発明の目的は、（３）前記
クイルが、繊維強化セラミックス、粒子分散強化セラミ
ックス、またはウイスカ強化セラミックスを含むＡｌ_２
Ｏ_３系やＺｒＯ_２系酸化物系セラミックス、またはＳｉ
Ｃ系やＳｉ_３Ｎ_４系等の非酸化物系セラミックス、若し
くはSｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系４元化合物のサイアロンで、
全体が一体の焼結成形体から成る前記（１）に記載の放
電加工の送り装置とすることにより、より良く達成され
る。

【００１４】また、前述の本発明の目的は、（４）前記
クイルが、炭素繊維強化プラスチック製で、全体が一体
物から成る前記（１）に記載の放電加工の送り装置とす
ることにより、より良く達成される。

【００１５】また、前述の本発明の目的は、（５）前記
リニアモータが、リニア交流同期モータであって、界磁
固定子の前記永久磁石片が希土類金属合金磁石、特に、
Ｓｍ−Ｃｏ合金系またはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金系の希土類
金属合金磁石である前記（１）、（２）、（３）、また
は（４）に記載の放電加工の送り装置とすることによ
り、より良く達成される。

【００１６】また、前述の本発明の目的は、（６）前記
エアバランサのシリンダが、前記クイルの柱状中空部に
挿入された状態でクイルに連結され、前シリンダのピス
トンロッドの上端が、コラムまたは加工ヘッドの固定部
に連結杆を介して連結固定されて成る前記（１）、
（２）、（３）、（４）または（５）に記載の放電加工
の送り装置とすることにより、より良く達成される。

【００１７】また、前述の本発明の目的は、（７）前記
直線案内装置は、その一対が、前記一対のリニアモータ
を取り付けたクイルの移動軸と直交する対向軸と、クイ
ルのほぼ中心軸近傍において互いに直交する対向軸を有
するようにクイルの両背向側面部に設けられている前記
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）
に記載の放電加工の送り装置とすることにより、より良
く達成されるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の送り装置を搭載
した一実施例の形彫り放電加工機の全体構成を示す斜視
図で、１はベッド、２はベッド１の後側部または上面に
立設されたコラム、３はコラム２前面のベッド１上に水
平一軸（Ｙ軸）方向に移動可能に設けたサドル、４はサ
ドル３上に他の水平一軸（Ｘ軸）方向に移動可能に設け
たラム、５はラム４のコラム２前面側に設けた加工槽
で、図示しない被加工体を取り付け、加工液中浸漬状態
で加工電極６と相対向配置させる加工テーブルを備えて
いる。

【００１９】７は、コラム２上部の加工槽５側に延出し
たコラム前面２Ａに取付けられた加工ヘッドで、全体と
して中空柱状体で、下方先端に加工電極６の取付手段８
Ａを有するほぼ四角柱状のクイル８を、クイル後面とコ
ラム前面または加工ヘッド内側面間等に設けた直線案内
装置９により、鉛直方向への駆動により直線移動自在に
内包保持して成る。１０Ａ及び１０Ｂは、前記加工ヘッ
ド７の鉛直方向と直角な方向の対向内側面夫々に移動方
向に沿って所定個数列設される図示しない永久磁石板固
定子と微小間隙を介して相対向するようにクイル８の背
向両側面に設けられるヨーク鉄芯と巻回励磁コイルとか
ら成る一対の電磁石装置、即ち、所謂リニアモータの励
磁可動子で、ヨーク鉄芯と励磁コイルを取付けたクイル
８をリニアモータの鉄芯及びコイル取付板の可動子とし
て移動させるものである。

【００２０】図２乃至図４に基づき、以下にその詳細を
説明するように、本実施例は、本発明送り装置における
移動構造体を、前記形彫り放電加工機の加工電極送りク
イルに適用した場合の一例である。図２は、図１のＡ−
Ａ線に沿う加工ヘッド７部切断平面図、図３は同じくＢ
−Ｂ線に沿う切断左側面図、また図４は同じくＣ−Ｃ線
に沿う切断正面図である。

【００２１】図２乃至図４において、７は前述加工ヘッ
ドで、該加工ヘッドは前記図２の平面図で示すように、
この実施例の場合は断面コの字状であるから、図示で
は、例えば直線案内装置９のレール９Ａ、９Ａのように
前記コラム前面２Ａに取付けられているが、例えば断面
口の字状の場合には、前記レール９Ａ、９Ａやクイル８
の位置を検出するリニアスケール等は加工ヘッド７の内
壁面等の別の位置に設けられていることになる。また図
示実施例の場合加工ヘッド７は前面７Ａと両側壁７Ｂ、
７Ｃとから成り、前面７Ａが開閉可能で、内装や組立、
調整を可能としている。

【００２２】クイル８は後述する構成のリニアモータの
可動子として駆動により、高速応答でかつ高速で、特に
電極ジャンプ作動の場合には、好ましくは往復とも、そ
して少なくとも長いストロークのジャンプ後の加工位置
への近接復帰時には加速度が１Ｇ以上にも及ぶ高加速度
で加速されて移動し得るよう、より軽量に構成すること
が望ましく、図示の場合四角柱状のクイル８は、中心に
所望内径の貫通孔８Ｂを穿った中空柱状の構成とし、さ
らに該中空柱状のクイル８全体を一体の小比重軽量合金
または非金属の小比重の軽量体によって構成するように
するものである。

【００２３】この、小比重の軽量合金としては、アルミ
ニウムまたはマグネシウムを主成分として構成された軽
量合金のものとし、また前記非金属の小比重の軽量体と
しては、具体的には、繊維強化セラミックス、粒子分散
強化セラミックス、または、ウイスカ強化セラミックス
等のセラミックス系複合材であっても良い、例えばＡｌ
_２Ｏ_３系やＺｒＯ_２系酸化物系セラミックス、またはＳ
ｉＣ系やＳｉ_３Ｎ_４系等の非酸化物系セラミックス、若
しくはＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系４元化合物のサイアロン等
の全体が一体の焼結成形体とすることにより、クイル８
本体のみの場合従来の鋼材による場合の約３分の1の重
量とすることができる。

【００２４】セラミックスの場合の一具体例を挙げる
と、窒化硅素焼結体は、窒化硅素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の粉末
粒子に焼結助剤を、或いは更に結晶化促進剤乃至は結晶
成長コントロール作用等を期待して、酸化系物のものも
あるが、多くは希土類元素酸化物、乃至は該希土類元素
酸化物に焼結能を高めるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＡｌＮ
等、或いは更にＢｅ、ＳｒＯ等を適宜添加したものを混
合し、アイソスタティックプレス乃至は準アイソスタテ
ィックプレス法により目的とする形状に成形した後、常
圧焼結法とガス圧焼結法を組合せた二段焼結するか、ホ
ットプレス又は熱間静水圧焼結をした後ガス圧焼結法に
よる後処理を行い、ダイアモンド工具による旋削加工仕
上げ後焼鈍処理するものである。かかるセラミックスに
よれば、前述軽量に止まらず、機械的強度が大きく高剛
性で、耐熱衝撃性及び耐摩耗性に優れ、熱膨張や熱変形
が少なく、前記クイルや工作機械の主軸等としても有用
なものである。

【００２５】本発明における非金属の小比重の軽量体と
しては、移動構成体の適用物によっては、例えば、炭素
繊維と通常熱硬化性プラスチックとから成る炭素繊維強
化プラスチックを使用するとができる。この場合、炭素
繊維のトウに未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させて後硬化
処理する製作態様のものの外、炭素繊維を短繊維状とし
た樹脂との混合物を射出成形する製作物も使用可能であ
り、前述セラミックス製のものより可動子構造体を一段
と軽量に構成することができる。

【００２６】このようにして製作等された四角柱状のク
イル８は、移動軸に直角な背面側がコラム前面２Ａ等の
直線案内装置９に取付けられた状態で鉛直方向にバラン
ス良く直線に移動するように、クイル８の両側面に夫々
リニアモータを構成配置して構造体のクイル８を可動子
として作動せしめられる。このため、研削等して仕上げ
られたクイル８の前記背向する両側面の上端部近くに
は、硅素鋼板の積層体から成るヨーク鉄芯１０ＡＹ、１
０ＢＹと、該ヨーク鉄芯の櫛歯部に巻回した励磁コイル
１０ＡＣ、１０ＢＣとを取り付けた取付板１２Ａ、１２
Ｂを有する励磁可動子１０Ａ、１０Ｂが、加工ヘッド７
の相対向する両側壁内面と夫々対向して設けられること
になるが、クイル８を前述のように金属または非金属の
小比重の軽量体、例えば、セラミックス、Ｓｉ_３Ｎ_４製
とすると、リニアモータの可動子として取り付けた励磁
可動子１０Ａ、１０Ｂと後述する直線案内装置９の通常
４個のベアリングブロック、及び前記各励磁可動子１０
Ａ、１０Ｂと加工ヘッド７内壁間に連携して設けられる
可撓で可動のケーブルキャリア１０ＡＫ、１０ＢＫと、
加工電極６及びその取付手段８Ａとが被駆動部材の全て
であって、被駆動体のクイル８をこのように、特にセラ
ミックス製で、一体の中空柱状体にすると、軽量である
から、慣性が小で制御の応答性が高く、熱による膨張や
変形も少ないから精度の高い加工を可能とする送り装置
が得られる。

【００２７】而して、軽量体のクイル８の鉛直方向の移
動を案内する前記直線案内装置９は、図示実施例の場
合、リニア・モーション・ボール（又はローラ）・ベア
リングのレール９Ａ、９Ａが、２本、所定の間隔を置い
て鉛直平行にコラム前面２Ａに取付けられ、これに対し
ベアリングブロック９Ｂ、９Ｂが、各レール９Ａ、９Ａ
毎に２個、鉛直方向に所定の間隔を置いてクイル８に取
付けられていて、両者を嵌合組み付け構成されている。

【００２８】上記のように、案内装置９を構成した場
合、クイル８が軽量体であっても、その上昇時及び下降
停止時に、チャック及び電極を含むクイルの重量と加速
度及びその変化による逆ラジアル方向の荷重が作用する
ことは事実で、これがコラム２及び加工ヘッド７を前方
及び下方へ撓ませる場合にはベアリング９、９の寿命を
損なうので、かかる場合には、図５の変更実施例のよう
に、加工ヘッド７の前面板７Ａとクイル前面との間に鉛
直方向に延びる直線案内、例えば、クロスローラベアリ
ング１７を設け、コラム前面２Ａに向けたラジアル荷重
を付与することにより前記逆ラジアル荷重を受けて、ク
イル８の上昇及び下降を案内させるようにすれば良い。

【００２９】１１Ａ、１１Ｂは、前記加工ヘッド７の相
対向する両側壁７Ｂ、７Ｃの各内面に取り付けられた、
取付板１２Ｃ、１２Ｄが兼用することある磁路形成用の
鉄板や電磁軟鉄等の軟磁性材料の磁石板１１、１１に、
前記クイル８の移動方向に所定の極性で、所定の間隔を
置いて、吸着、接着材接着、またはねじ止めにより接着
列設された永久磁石片で、この永久磁石片１０Ａ、１０
Ｂを列設した磁石板１１、１１がリニアモータ界磁固定
子で、この磁石板１１、１１上の永久磁石片１１Ａ、１
１Ｂと微小間隙を隔てて相対向した状態で移動方向に移
動し得る励磁可動子１０Ａ、１０Ｂの移動長さが、リニ
アモータとしてのクイル８の移動ストロークを決定す
る。

【００３０】図示構成の場合、永久磁石片１１Ａ、１１
Ｂを列状に片側２列設けた磁石板１１、１１を加工ヘッ
ド７内壁に設けた固定子と、ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹ
と励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣとから成る電機子を軽
量体のクイル８上端の背向側壁面に設けて可動子とした
リニアモータは、型式としては励磁コイル及びヨーク鉄
芯可動型のリニア交流同期モータ（ＬＳＭ）で、磁石片
列に応じ、励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣも、片側夫々
２列設けているが、磁石片列を各１列として励磁コイル
を各１個としても良く、励磁コイルを図示の複巻きを単
巻きとしても良い。また、当該リニア交流同期モータ
（ＬＳＭ）は、リニア直流モータ（ＬＤＭ）のコイル電
流を３相としたものであるから、リニアモータとして
は、このリニア直流モータ（ＬＤＭ）を使用することが
出来るだけでなく、より高速駆動が可能なリニア交流誘
導モータ（ＬＩＭ）も使用しても良い。但し、このリニ
ア交流誘導モータ（ＬＩＭ）の場合には、可動子と固定
子の間に磁気吸引力ではなく、磁気反発力が発生作用す
ることになる。

【００３１】何れにしても、本発明は、軽量体からなる
クイル８等の可動子構造体の移動方向と直角水平な左右
の両側面にリニアモータを形成して設けることにより、
クイル８の左右両側におけるリニアモータの可動子と固
定子間の磁気吸引力（反発力）をバランスさせて打ち消
させ、この水平左右方向の力の打消し合いによりクイル
８の軸運動の真直性を向上させ、直線案内装置９に与え
る負荷を著しく軽減させることができる。そしてこの、
クイル８の左右両側面に於ける磁気吸引力（反発力）を
平衡させて打消させ得るように、ヨーク１０ＡＹ、１０
ＢＹの各取付板１２Ａ、１２Ｂ、及び／または磁石板１
１、１１の取付板１２Ｃ、１２Ｄの各前または背板面に
分布して設けた押しねじと引きねじにより、ヨーク１０
ＡＹ、１０ＢＹ又は磁石板１１、１１の傾き調整及び／
または前後進位置決めにより、固定子側永久磁石片１１
Ａ、１１Ｂの板面と各ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹ間の間
隙を等しく、図示の場合左右の各リニアモータの磁気吸
引力が等しくなるように間隙調整が可能に構成されてい
るものである。勿論、調整設定後は、前記押しねじと引
きねじを、固定剤で固定するようにしてもよい。この場
合、磁石板１１、１１の取付板１２Ｃ、１２Ｄを設ける
加工ヘッド７の両側壁７Ｂ、７Ｃには、前記各取付板１
２Ｃ、１２Ｄを嵌め込み固定する移動方向に長い破線で
示す凹部、および／または長尺状または複数島状の貫通
窓を形成して置くことが、前述調整操作上望ましいもの
であり、かかる構成は励磁可動子１０Ａ、１０Ｂのクイ
ル８の背向側壁に対する取付けに際しても、必要に応じ
て採用されるものである。また、１４Ａ、１４Ｂは、励
磁可動子１０Ａ、１０Ｂのヨーク鉄芯１０ＡＸ、１０Ｂ
Ｙ冷却用の冷却液の流通路で、硅素鋼板の積層体の基部
側に板面を貫通する様に形成されているが、前記励磁可
動子と磁石板固定子間の隙間をより微細に（例えば、約
０．４ｍｍ程度、またはそれ以下）、調整設定すれば、
リニアモータの駆動電力効率が高くなり、前記冷却能力
を大きく設定する必要がなくなるので望ましいものであ
る。

【００３２】１３は、軽量体クイル８の直線移動位置を
検出する高検出速度のリニアスケールで、図示の場合ス
ケール１３Ａがクイル８前面に、これに対向する加工ヘ
ッド７前方内面にセンサ１３Ｂが取付けられ、検出位置
信号を移動位置指令信号が与えられる駆動装置にフィー
ドバックして、励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣに制御さ
れた作動信号を出力する。而して、前記図５の変更実施
例の場合は、このリニアスケール１３が、クイル８背面
とコラム前面２Ａとの間に設けられているが、その機能
や作動等は、前述のものと実質上同一のものである。

【００３３】以上の構成であると、上方端にヨーク鉄芯
と巻回励磁コイルからなるリニアモータの可動子があっ
て、かつ、下方先端に電極取付手段８Ａを有する軽量体
クイル８でもある移動体の荷重を重力に抗して持ち上げ
ておく構成がない。このため前述の先行技術では、カウ
ンターバランス手段が設けられているが、クイル８の上
昇、下降に於ける加速度が重力の加速度１Ｇ程度、また
はそれ以上になると、バランサが応答できず振動するこ
とになる。このため本発明ではクイル８をコラム２また
は加工ヘッド７に保持させる手段として、シリンダ１５
Ａ、ピストン１５Ｂ、ロッド１５Ｃ及び図示しないバル
ブ、配管等から成るエアバランサ１５を少なくとも１個
設けたもので、該エアバランサ１５は、シリンダ１５Ａ
またはロッド１５Ｃの一方をコラム２（ヘッド７）また
はクイル８の一方に固定し、かつ夫々他方同志を連結乃
至固定することによりクイル８をコラム２（又はヘッド
７）に保持させることができるものである。しかるとこ
ろ、図示実施例の場合はバランス良く、かつ省スペース
状態とするためにエアバランサ１５のシリンダ１５Ａを
クイル８の貫通孔８Ｂに同軸状に挿入し、上縁部のフラ
ンジ部１５Ｄでクイル８と連結し、ロッド１５Ｃの上端
を連結杆１６を介してコラム２に連結固定したものであ
る。

【００３４】そして、図６に示すように、このエアバラ
ンサ１５にはコンプレッサ等の空気圧源１８から、例え
ば約７ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮空気が、エアドライア１９、
出力３ｋｇ／ｃｍ^２のエアレギュレータ２０、及び出力
２.５ｋｇ／ｃｍの精密エアレギュレータ２１を介し
て、シリンダ１５Ａの上室１５ＲＵに加圧空気が導入さ
れ、下室１５ＲＤは実質上開放された状態とすると、エ
アバランサ１５は、左右の両リニアモータが作動して可
動子のクイル８を送り制御及び位置決めした位置にシリ
ンダ１５Ａと一体に持ち上げ保持した状態を保ち、ここ
でクイル８が下降送りされると増圧するが、所定値を越
えると、精密エアレギュレータ２１で一定圧に制御され
ている上室１５ＲＵのエアは排出されて一定圧に戻り、
逆にクイル８が上昇すると減圧する上室１５ＲＵにエア
が急速に送り込まれて一定圧となるようにハイ・レリー
フバルブ付等の精密エアレギュレータ２１が作動し、低
イナーシャ（低慣性モーメント）でクイル８の重量バラ
ンスを取り、リニアモータによる駆動時の高速応答を可
能としている。

【００３５】またクイル８の上昇、下降に伴うエアバラ
ンサ１５に対する精密エアレギュレータ２１からの加圧
空気の供給と排気の作動の態様としては、正常な放電加
工状態でのサーボ制御による間隙変化長さが、前述約１
０〜１００μｍ程度以内の状態のときは応答せず、前記
間隙変化長さが、上記正常状態中のサーボ制御による間
隙変化長さ以上、例えば、約２００μｍを越える異常状
態回避のサーボ制御送りの時、または周期的作動か、間
隙状態検出判別による作動で、設定最低ストロークが約
２００μｍ以上である電極ジャンプ作動時に、加圧空気
の給排が応答するように、クイル８とエアバランサ１５
間か、エアバランサ１５と連結杆１６の間等に、クイル
８の前記約２００μｍ以内の上昇、下降の移動では、シ
リンダ上室１５ＲＵ内の圧力が、精密エアレギュレータ
２１が作動する迄変動しないように、その機械的連結
に、上記約２００μｍ程度の隙間等によるガタまたはバ
ックラッシュを持たせておく構成とすることが、正常状
態でのサーボ送り制御上好ましいようである。なおこの
場合、例えば上記正常加工状態が継続して、加工送り込
み長さの累計が、上記約２００μｍ以上に達したら、精
密エアレギュレータが作動するようになること当然であ
る。

【００３６】上述図１〜６中に於ける本発明の好ましい
実施例は、図２又は図５の加工ヘッド部の切断平面図に
於いて、第１に送り駆動手段としてリニアモータを用い
ることであるが、下方直下先端に電極等の取付手段を有
するクイル自体をそのリニアモータのヨーク鉄芯と巻回
励磁コイルとからなる可動子を有する被駆動体として構
成すること、そしてクイルの軸と直交する背向側面にリ
ニアモータを夫々１個又は２個設けて強い磁気吸引力ま
たは反発力を相殺させた状態で軸方向に駆動送りする構
成とし、この目的のためにリニアモータのヨークと励磁
コイルとから成る可動子と磁石板固定子間の対向微小間
隙を調整設定し得るように構成し、そして、折角使用す
るリニアモータの高速応答及び高速移動特性が損なわれ
ないように被駆動の可動子クイルを軽量とするためにク
イル軸芯に穴を穿った中空柱状体とし、そして、さらに
より軽量で熱影響の少ない可動子クイルとするために前
記中空柱状体のクイルを、好ましくは焼結成形したセラ
ミック製、または炭素繊維強化プラスチック製とするも
のであり、そしてこの軽量になった可動子クイルを、好
ましくは、エアバランサを設けて支え、可動子クイルが
低イナーシャで、バランス良く保持され、かくすること
により、サーボ制御送りに於て、０.１μｍ以下の最小
設定単位長さの送りを数ｍｓｅｃまたはそれ以下の応答
速度で指令して制御を行うと共に、電極ジャンプに於い
て、加速度が１Ｇ以上となる場合にも円滑に応答して高
速で移動し、加工休止時間を少なくして、高速リブ加工
を実行させ得る等、本発明の目的を如何なく発揮させる
ことができるものである。

【００３７】図７は、本発明の別の実施例を示す前述図
２及び図５と同様な形彫り放電加工機の図１Ａ−Ａ線に
沿う切断平面図で、同一物または同一作用物には同一の
符号が付されている。前述図２及び図５のものと相違す
る点は、セラミックス製等の構造体クイル８が、切断平
面図に於て、口の字状の四角形中空柱状体であること
と、ヨーク及び励磁コイル可動子１０Ａ、１０Ｂと、永
久磁石片１１Ａ、１１Ｂを設けた磁石板１１、１１固定
子とから成る２つのリニアモータと、例えば、クロスロ
ーラベアリング等から成る直線案内装置９、９とが互い
にクイル軸中心近傍でほぼ直角にクロスして、加工ヘッ
ド７に側面四方から案内支持及び直線送り駆動されるよ
うに構成されていること、及び前記クイル８を保持する
エアバランサ１５のシリンダ１５Ａがコラム２等固定側
に設けられ、クイル８がピストンロッド１５Ｃに連結杆
１６を介して連結され、図示しないシリンダ１５Ａの下
部室１５ＲＤに導入される加圧空気により持ち上げられ
るピストン１５Ｂと一体にクイル８が昇降する構成とな
っている点のみである。かかる構成によれば、バランス
良く確実に保持されている以上、リニアモータによるク
イル８昇降の作動時に、クイル８に対する駆動軸芯と案
内軸芯とが、クイル８の中心軸に重なってあるかの如く
に作動することになり、直線案内装置９、９に負担がか
かりにくく好ましいが、リニアモータの間隙や案内装置
９、９の調整に配慮した構成の付加等が必要な場合があ
る。また、必要ならば、エアバランサ１５のシリンダを
コラム２の左右両側に２個設け、クイル８を支持させる
ようにしてもよい。

【００３８】以上は、本発明を図示した実施例をもと
に、放電加工の加工ヘッドのクイルに対する送り装置の
場合につき説明を加えたが、上述した本発明の精神を逸
脱しない範囲で、各部に種々の変更を加え、各種形彫り
放電加工機の送り装置としての実施が可能なものであ
る。例えば、電源が無停電電源でない場合、停電すると
クイル８が落下することになるから、停電時に作動して
クイル８をコラム２又は加工ヘッド７に固定するメカロ
ック機構を設けることが推奨される。また、この可動子
クイルの落下防止のための前述メカロックに代えて、設
定下死点以下への移動を防止する、好ましくは調整可能
な下ストッパをクイル８とコラム２または加工ヘッド７
間、或いは電極取付手段８Ａと加工槽内加工テーブル間
に設けるとか、図３等に示したように、リニアモータへ
の磁性塵埃の進入を防止するための加工ヘッド７の上下
を閉塞する蛇腹の取付及びその構成、さらにリニアエン
コーダ１３とともに、またはこれに代えて永久磁石片１
１Ａ又は１１Ｂの位置を検出する磁電変換素子等のポー
ルセンサをヨーク１０ＡＹ又は１０ＢＹに設けるように
しても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、リニア
モータを駆動送り手段として組み込んだ形彫り放電加工
の加工ヘッドクイル送り装置は、駆動により往復等させ
る直線運動を軸運動の直線性を向上させた状態でバラン
ス良く高速度で行わせ得ると共に、高応答性で、高い制
御性を有するように構成することができる。このため、
形彫り放電加工機に適用した場合の加工電極送りは、そ
の鉛直方向の、加工のためのサーボ制御送りや加工屑等
排除のための電極ジャンプ等の直線往復運動を軸運動の
直線性を向上させた状態で、バランス良く、そして真に
所定の高速度で移動させることができると共に、高速応
答性で、高い制御性を有することとなり、上記サーボ制
御送り状態での正常で良好な放電加工を実現させて、加
工性能を一段と向上させると共に、電極ジャンプを使用
する加工における加工性能を一段と向上させることがで
きるようになるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の送り機構を搭載した形彫り放電加工機
の全体構成を示す斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッド部の一実施例
の切断平面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う加工ヘッド部の一実施例
の切断左側面図。

【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う加工ヘッド部の一実施例
の切断正面図。

【図５】図２と同じく、図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッ
ド部の異なる実施例の切断平面図。

【図６】図３の切断左側面図に一実施例のエアバランサ
用エア供給源を付加して示した図。

【図７】図２又は図５と同じく、図１のＡ−Ａ線に沿う
加工ヘッド部の異なる実施例の切断平面図。

【符号の説明】

１ ベッド ２ コラム ３ サドル ４ ラム ５ 加工槽 ６ 加工電極 ７ 加工ヘッド ８ クイル ８Ａ 電極取付手段 ８Ｂ 中空貫通孔 ９ 直線案内装置 １０Ａ、１０Ｂ 励磁可動子 １０ＡＹ、１０ＢＹ ヨーク １０ＡＣ、１０ＢＣ 励磁コイル １０ＡＫ、１０ＢＫ ケーブルキャリア １１Ａ、１１Ｂ 永久磁石片 １１、１１ 磁石板 １２Ａ、１２Ｂ 可動子取付板 １２Ｃ、１２Ｄ 磁石板取付板 １３ リニアスケール １４Ａ、１４Ｂ 冷却液パイプ １５ エアバランサ １５Ａ シリンダ １５Ｂ ピストン １５Ｃ ロッド １５ＲＵ シリンダ上部室 １５ＲＤ シリンダ下部室 １６ 連結杆 １７ リニアクロスローラベアリング １８ エア供給源 １９ エアドライヤ ２０ エアレギュレータ ２１ 精密エアレギュレータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工ヘッドを加工テーブルにほぼ鉛直方向
   に相対向するようにコラムに取り付けた構成の放電加工
   機において、前記コラムまたは加工ヘッドに前記対向方
   向に移動可能に取付けられ、前記対向方向に延びる全体
   として中空柱状のクイルと、該クイルを前記対向方向に
   直線移動可能にコラムまたは加工ヘッドに取付ける直線
   案内装置と、前記クイルを重力に抗してコラムまたは加
   工ヘッドに保持させるエアバランサと、前記クイルの前
   記対向方向と直角な方向の互に背向する側面とコラムま
   たは加工ヘッドによって形成される枠部対向内面との間
   に配置形成されるリニアモータであって、該リニアモー
   タが、前記の相対向する両内面に前記移動方向に沿って
   所定個数列設された永久磁石片を有する磁石板固定子
   と、該磁石板固定子を設けた枠部両内面に微小間隙を介
   して相対向するように前記クイルの互に背向する両側面
   に取付けられた一対のヨークと該ヨークに巻回して設け
   た励磁コイルを有する可動子とから成り、さらに下方先
   端に電極と被加工体の一方の取付手段を有する前記クイ
   ルの直線移動位置を検出するようにクイルとコラムまた
   は加工ヘッドに取付けられた位置検出装置と、該検出装
   置の検出フィードバック信号を受けつつ前記励磁コイル
   に作動信号を出力する駆動装置とを備えて成ることを特
   徴とする放電加工の送り装置。
2. 【請求項２】前記クイルがアルミニウム、またはマグネ
   シウムを主成分とする軽量合金から成るものであること
   を特徴とする請求項１に記載の放電加工の送り装置。
3. 【請求項３】前記クイルが、繊維強化セラミックス、粒
   子分散強化セラミックス、またはウイスカ強化セラミッ
   クスを含むＡｌ_２Ｏ_３系やＺｒＯ_２系酸化物系セラミッ
   クス、またはＳｉＣ系やＳｉ_３Ｎ_４系等の非酸化物系セ
   ラミックス、若しくはＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系４元化合物
   のサイアロンで、全体が一体の焼結成形体から成るもの
   であることを特徴とする請求項１に記載の放電加工の送
   り装置。
4. 【請求項４】前記クイルが、炭素繊維強化プラスチック
   製で、全体が一体物から成るものであることを特徴とす
   る請求項１に記載の放電加工の送り装置。
5. 【請求項５】前記リニアモータが、リニア交流同期モー
   タであって、界磁固定子の前記永久磁石片が希土類金属
   合金磁石、特に、Ｓｍ−Ｃｏ合金系またはＮｄ−Ｆｅ−
   Ｂ合金系の希土類金属合金磁石であることを特徴とする
   請求項１、２、３、または４に記載の放電加工の送り装
   置。
6. 【請求項６】前記エアバランサのシリンダが、前記クイ
   ルの柱状中空部に挿入された状態でクイルに連結され、
   前シリンダのピストンロッドの上端が、コラムまたは加
   工ヘッドの固定部に連結杆を介して連結固定されて成る
   ものであることを特徴とする請求項１、２、３、４また
   は５に記載の放電加工の送り装置。
7. 【請求項７】前記直線案内装置は、その一対が、前記一
   対のリニアモータを取り付けたクイルの移動軸と直交す
   る対向軸と、クイルのほぼ中心軸近傍において互いに直
   交する対向軸を有するようにクイルの両背向側面部に設
   けられているものであることを特徴とする請求項１、
   ２、３、４、５または６に記載の放電加工の送り装置。