JP2001150248A - 細孔の加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細孔を高い精度でかつ能率良く加工する手
段、及び高精度細孔加工を可能にする放電電極の成形な
いし修正手段を提供する。 【解決手段】 レーザユニットを用いて放電加工用の下
孔加工を行うこと、換言すれば、レーザ加工により細孔
を設けたワークに放電加工で仕上加工を行う。レーザビ
ームで開けた穴を下孔とし、中実の針状電極を用いた放
電加工により仕上加工を行ってやれば、精度の高い孔加
工が可能で、放電加工による仕上加工時には、下孔を通
して加工部に加工液を供給できるため、加工速度が大幅
に向上する。また、放電加工を行う電極を、上記下孔加
工用のレーザを用いて加工液中で成形する。電極成形時
のレーザビームは、電極の軸線に斜めに交差するように
投射すると形状精度を高くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、導電性材料に径
の小さい孔やねじ孔、直径１００μ以下の微細な円孔な
どを加工する方法、孔加工用の電極の外周を加工ないし
修正する方法及びこれらの方法の実施に用いる装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークに細孔を高い精度で加工する方法
として放電加工がある。放電加工は水や油などの加工液
中で行われ、加工位置に加工液を積極的に供給して、加
工屑や加工ガスを除去するとともに加工部を冷却しなが
ら加工を行う。このため、孔加工用の放電電極にはパイ
プ電極が用いられ、その中空孔を通して加工液を加工部
に供給して加工効率の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】直径が２００μ以上あ
る細孔であれば、パイプ電極を用いることができるが、
直径が１００μ以下、特に５０μ以下になると、パイプ
電極を用いることが難しくなり、中実電極が用いられ
る。しかし、中実電極で直径１００μ以下の細孔加工を
行うと、加工部の加工液がほとんど流動できないため、
加工能率が非常に低下する。

【０００４】また、加工に用いる電極は、逆放電を用い
た放電加工で成形を行っているが、放電の反発力等で加
工精度に限界があり、また成形に大変に多くの時間を要
していた。

【０００５】この発明は、直径１００μ以下、特に５０
μ以下の微細な細孔を高い精度でかつ能率良く加工可能
にすることを第１の課題としており、高精度細孔加工を
可能にするための高い外形精度を有する放電電極を成形
ないし修正加工する手段を提供することを第２の課題と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この出願の発明では、レ
ーザユニットを用いて放電加工用の下孔加工を行うこ
と、換言すれば、レーザ加工により細孔を設けたワーク
に放電加工で仕上加工を行い、孔加工精度を向上させる
ことにより、上記第１の課題を解決している。また、放
電加工を行う電極を、上記下孔加工用のレーザを用いて
加工液中で成形することにより、上記第２の課題を解決
している。

【０００７】即ちこの出願の請求項１の細孔の加工方法
は、レーザビームで下孔加工を行った後、中実電極を用
いる放電加工により仕上加工を行うことを特徴とするも
のである。レーザビームでワークを貫通する下孔を加工
した後、ワーク下面側の加工液を加圧して下孔内へ加工
液を供給しつつ、上方から中実電極を挿入して放電加工
を行う。加工液は、上方から電極に沿わせて流下して供
給することもできる。

【０００８】またこの出願の請求項２の放電電極の外周
加工方法は、加工用の放電電極を加工液雰囲気中で軸回
りに回転させ又は回転角を所定角に固定してその外周面
にレーザビームを交差するように投射し、放電電極をレ
ーザビームに対して相対的に軸方向移動させることを特
徴とするものである。

【０００９】電極加工用のレーザビームは、下孔加工用
のレーザ発振器を用いて射出することができる。加工液
は、放電加工に用いる加工液をそのまま用いることがで
き、電極を囲む液柱を形成するように加工液を流下させ
るか、加工液を入れた浴槽内の加工液に電極を浸漬させ
た状態でレーザビームを投射する。レーザビームは、電
極の軸線と直角に交差する方向に投射してもよいが、斜
めに交差するように投射する方が真円度や真直度などの
形状精度を高くできる。

【００１０】また請求項３の細孔の加工装置は、細い針
状の電極を備えた放電加工ヘッド１４と、前記針状の電
極と平行にレーザビームを放射するレーザ加工ヘッド１
５とを備え、前記放電加工ヘッド１４とレーザ加工ヘッ
ド１５とは針状の電極１７の軸と直交する第１の方向に
所定距離を隔てて装着され、レーザ加工ヘッド１５は針
状の電極の軸の方向及び前記第１の方向と直交する第２
の方向に放電加工ヘッドに対して相対的に微少移動可能
で、かつ第２の方向の軸回りにレーザビームを放電加工
ヘッド側に揺動可能に装着されていることを特徴とする
ものである。

【００１１】出力の高いレーザビームを用いれば、ワー
クに微細な孔を能率良く加工することができるが、加工
精度が悪く、例えば直径５０μの孔を開けたときに、孔
の形状がいびつになり、高さ５μ程度の凹凸が生ずる。
レーザビームで開けた穴を下孔とし、中実の針状電極を
用いた放電加工により仕上加工を行ってやれば、上記凹
凸を１μ程度とすることができ、精度の高い孔加工が可
能となる。放電加工に際しては、予め下孔が開けられて
いるため、材料の除去量が小さくなり、かつ下孔を通し
て加工部に加工液を供給することが可能となるため、加
工屑や加工ガスの除去及び加工部の冷却が非常に行いや
すく、放電加工時の加工速度が大幅に向上する。

【００１２】請求項３の装置によれば、請求項１の方法
による細孔加工を行なうことができると共に、同一機械
上でレーザ加工ヘッドを第２の方向に偏倚させ、レーザ
光を放電加工機の針状電極に向けて投射しながら、放電
加工ヘッドを回転又は所定角度に割出し、かつ上下動さ
せることにより、針状電極の成形を効率良く行なうこと
が可能である。加工液は、ワークを加工するときと同様
に、電極に沿って流下させるか、電極を浴槽内の加工液
に浸漬することにより、供給できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に示したこの発明の実
施例について説明する。図４は細孔加工装置の正面図
で、基台１上に放電加工のための浴槽２が設けられてお
り、この浴槽は加工液３を保持している。浴槽２内には
ワーク８を保持するワークホルダ６が配置されている。

【００１４】浴槽２の背後に位置している基台１と一体
のフレーム９の前面には、水平方向のガイド１０が設け
られており、このガイドに案内されて左右に移動する移
動台１１が設けられている。移動台１１には浴槽２の上
方に位置して各個別に昇降する第１ホルダ１２と第２ホ
ルダ１３とが設けられており、第１ホルダ１２には放電
加工ヘッド１４が、第２ホルダ１３にはレーザ加工ヘッ
ド１５がそれぞれ装着されている。第２ホルダ１４は、
図の紙面直角方向の旋回軸１６回りに、レーザ加工ヘッ
ド１５の先端が放電加工ヘッド１４側を向く方向に、略
４５度揺動可能である。前記移動台１１の移動ストロー
クは、放電加工ヘッド１４の加工中心と、レーザ加工ヘ
ッド１５の加工中心との間隔に正確に一致している。

【００１５】放電加工ヘッド１４の下端には、加工する
孔径に応じた中実の針状の電極１７が装着されており、
放電加工時には電極ホルダ１２が回転しながら下降して
浴槽の加工液に浸漬された状態でワークの孔加工を行
う。レーザ加工ヘッド１５は、放電加工ヘッドの電極１
７より細いレーザビームを下方に向けて投射する。

【００１６】次に、図１ないし４を参照して、図の装置
におけるワーク８への細孔加工方法を説明する。移動台
１１を図１の左方向に移動して、レーザ加工ヘッド１５
をワーク８の孔加工位置の直上に移動する。この状態で
レーザ加工ヘッド８からレーザビームを投射して、加工
液中のワーク８に下孔加工を行う（図１(ａ)参照）。こ
のとき加工される孔は、図１(ｂ)に誇張して示すよう
に、周面に凹凸のある精度の低い下孔である。

【００１７】次に、移動台１１を図４の右側に移動し
て、放電加工ヘッド１４をワーク８の孔加工位置の上方
に位置させる。そして、放電加工ヘッド１４を下降し
て、電極１７の先端をワーク８に対向させ、電極１７と
ワーク８とに電位差を与えて、電極１７を回転しなが
ら、放電加工ヘッド１４をゆっくりと下降させる。この
とき、加工液循環ポンプを運転して加工液をレーザビー
ムで開けられた下孔の中に供給する。この状態で、加工
部に生ずる加工熱及び切削屑やガスが加工液で除去され
つつ、電極１７による細孔の仕上加工が行われる。

【００１８】１個の孔の加工が終了したら、放電加工ヘ
ッド１４を上動し、ワークホルダ６を移動して、次の孔
を加工する位置を決め、その位置にレーザ加工ヘッド１
５を対向させる。この動作を繰返すことによって、ワー
ク８に所望数の細孔を加工する。

【００１９】放電加工においては、ワークの加工精度が
電極１７の形状精度に依存する。加工精度を維持するた
めに、電極の修正が必要であり、針状電極においては、
従来図７に示すように、修正電極１８の側壁面に、電極
１７の周面を接近させ、電極１７に逆電位をかけて、電
極１７を回転させることにより行われていた。

【００２０】上記実施例の装置では、図３に示すよう
に、レーザ加工ヘッド１５を電極１７の半径とレーザビ
ームの半径を加えた距離だけ、紙面直角方向に偏倚さ
せ、かつレーザ加工ヘッド１５を放電加工ヘッド１４側
に約４５度傾斜させて、レーザビームと電極１７とが斜
めに交差する位置関係にする。この状態で電極を浴槽内
の加工液に浸漬し、レーザビーム１９を出力しながら、
電極１７を回転かつ昇降させて電極１７の修正を行う。

【００２１】レーザビームによる加工は熱歪みを伴う
が、加工液中でレーザを投射することにより、加工熱が
加工液中に放散され、熱歪みによる加工精度の低下が回
避されて、高い精度で電極の修正加工を行なうことがで
きる。

【００２２】以上は断面円形の針状電極で円形断面の細
孔を加工する例であるが、この発明の方法及び装置は、
多角形断面の細孔加工や、その加工に用いる多角形断面
の針状電極の外周加工にも利用することができる。多角
形断面の細孔の加工及びその電極の外周加工を行うとき
は、針状電極を回転させないで孔の仕上加工を行うこと
及び針状電極を所定の角度に割出して回転を停止させた
状態で電極の外周加工を行う点が、上述した断面円形の
細孔及び電極加工の場合と異なる。

【００２３】また、この発明の方法及び装置は、内周に
ねじ溝を有する細い孔（ねじ孔）及びこれを加工するた
めの外周にねじ溝を有する針状電極の外周加工にも用い
ることができる。この場合には、孔の仕上加工及び電極
の外周加工を行うときの針状電極の回転数と上下方向移
動速度との間に、ねじのリードに対応する相関関係を保
って、その回転及び移動を行わなければならない点と、
この発明の加工装置のレーザ加工ヘッドを、請求項３で
言う第２の方向の軸回りに放電加工ヘッド側に９０度近
い角度まで揺動可能、かつその揺動角を加工しようとす
る針状電極のねじ溝のリード角に合せて正確に設定可能
にする必要がある点が、上記円形断面の細孔及び電極加
工の場合と異なる。

【００２４】また、電極に対するレーザビームの角度と
の関係で、図３に示すように、放電電極を加工液に浸漬
して外周加工を行うことは通常は困難であり、図５に示
すように、電極１７の周囲にパイプ２１から加工液３を
流下させながらレーザービーム１９を投射して外周加工
を行う。

【００２５】なお、多角形断面の電極や外周にねじ溝を
設けた電極のような総形電極は、パイプ電極とすること
が技術的及びコスト的に困難である場合が多いので、こ
のような総形電極を用いる加工においては、円孔の場合
より径の大きな加工においても、この発明の方法及び装
置を用いることに実用的な利益がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザビームによる下孔加工状態を示す模式的
な斜視図

【図２】放電電極による仕上加工状態を示す模式的な斜
視図

【図３】放電加工電極のレーザビームによる修正状態を
示す模式的な正面図

【図４】実施例装置の要部を示す模式的な正面図

【図５】この発明の方法でねじ孔用の放電電極の外周加
工を行う例を示す要部の側面図

【図６】図５の方法で加工した放電電極でねじ孔加工を
する状態を示す要部の斜視図

【図７】従来の電極修正方法を示す模式的な斜視図図

【符号の説明】

14 放電加工ヘッド 15 レーザ加工ヘッド 19 レーザビーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームで下孔加工を行った後、中
   実電極を用いる放電加工により仕上加工を行うことを特
   徴とする、細孔の加工方法。
2. 【請求項２】 加工用の放電電極を加工液雰囲気中で軸
   回りに回転させ又は回転角を固定してその外周面にレー
   ザビームを交差するように投射し、放電電極をレーザビ
   ームに対して相対的に軸方向移動させることを特徴とす
   る、放電電極の外周加工方法。
3. 【請求項３】 針状の電極を備えた放電加工ヘッド(14)
   と、前記針状の電極と平行にレーザビームを放射するレ
   ーザ加工ヘッド(15)とを備え、前記放電加工ヘッド(14)
   とレーザ加工ヘッド(15)とは針状の電極(17)の軸と直交
   する第１の方向に所定距離を隔てて装着され、レーザ加
   工ヘッド(15)は針状の電極１７の軸方向及び前記第１の
   方向と直交する第２の方向に放電加工ヘッドに対して相
   対的に微少移動可能で、かつ第２の方向の軸回りにレー
   ザビームを放電加工ヘッド側に揺動可能に装着されてい
   ることを特徴とする、細孔の加工装置。