JP2004345045A

JP2004345045A - ワイヤ放電加工機及びその制御方法

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Publication number: JP2004345045A
Application number: JP2003145987A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Awano; 弘幸粟野; Mitsuaki Murakami; 光秋村上; Toshio Kajitani; 俊夫梶谷
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】チューブ形状の被加工物の外周に、高精度でヘリカル溝加工を施すことが可能な、小型のワイヤ放電加工機、及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】従来のワイヤ放電加工機に、チューブの長さ方向の一軸送り速度制御部６と、チューブの中心軸に対する回転速度制御部７と、回転するチューブへのワイヤによる切り込み量を調整する、ワイヤ位置制御部８と、チューブの中心軸とワイヤ走行方向がなす角度を調整する、ワイヤ角度制御部９とチューブ角度制御部１０を付加する。ワイヤ位置制御部８と、二つの角度制御部を連動させて運転を制御することで、加工精度の高いヘルカル溝が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工機及びその制御方法に関し、特に医療用の内視鏡やカテーテルに用いられるガイドチューブとしての金属製のチューブ外周に、ヘリカル状の溝加工を施す、ヘリカル溝加工用ワイヤ放電加工機、及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、血管などの生体管路内の狭窄部位を拡張したり、体内の特定部位に薬液を注入したりするために、カテーテルと称される医療器具が用いられている。カテーテル自体には高分子材料などが用いられているために、体内に挿入する際に、金属、特に形状記憶合金または超弾性合金からなるガイドチューブが用いられる。
【０００３】
また、医療における診断法の一つとして、内視鏡診断がある。これには種々の器具が用いられているが、その一つに、先端部にレンズと光源を取り付けた光ファイバーを光線の線路として用いる方法があり、細い光ファイバーを束ねて用いることで、線路に可撓性を付与できるので、使用可能な部位の範囲が広く、この場合もガイドチューブが用いられる。
【０００４】
一般に、チューブ状の材料は、外周にヘリカル溝を施したり、コルゲート形状としたりすることで、可撓性もしくは剛性を調整することができる。ガイドチューブの場合においても、外周に設けられたヘリカル溝のピッチや深さなどを調整することで、可撓性もしくは剛性を調整することが行われている。
【０００５】
そして、チューブ状の材料の外周にヘリカル溝を設ける加工方法の一つとして、ワイヤ放電加工がある。図４は、従来使用されているワイヤ放電加工機のモデル図である。図４に示したように、ワイヤ放電加工機は、ワイヤ１を走行させながら、ワイヤ１と被加工物４１の間に印加された電圧による放電を利用して、被加工物４１を切断する加工機であり、ワイヤ１の供給回収機構部３ａ、３ｂ、ワイヤへ付与する張力を調節する張力制御部４、放電電源部５と、被加工物４１のＸ−Ｙ軸位置制御テーブル４２、ワイヤ１のＵ−Ｖ軸制御装置４３から構成される。
【０００６】
また、特に図示しないが、実際の放電加工は、加工液の中で行われるので、被加工物４１を加工液に浸漬するための槽、加工液を貯蔵するタンク、加工液を供給するポンプも重要な構成要素である。また、ワイヤ放電加工では、ワイヤ１の走行位置を固定して、被加工物４１をＸ−Ｙ軸位置制御テーブル４２を用いて移動し、所要の形状に切断するが、切断面に傾斜を付与したい場合は、Ｘ軸及びＹ軸の両方に対して垂直なＺ軸と、ワイヤのなす角度を調整する必要があり、その場合は、Ｕ−Ｖ軸制御装置４３を用いる。
【０００７】
なお、４２ａはＸ−Ｙ軸位置制御テーブル４２の、Ｘ軸方向の位置を制御するためのアクチュエータ、４２ｂはＹ軸方向の位置を制御するためのアクチュエータである。また、４３ａはＵ−Ｖ軸制御装置４３の、Ｕ軸、つまりＸ軸に平行な方向におけるワイヤ位置を制御するためのアクチュエータ、４３ｂはＶ軸、つまりＹ軸に平行な方向におけるワイヤ位置を制御するためのアクチュエータである。
【０００８】
そして、チューブ状もしくは棒状の被加工物の外周に、ヘリカル溝加工を施す場合には、被加工物を固定して、長さ方向の一軸送り速度制御部と、被加工物の中心軸を中心とした回転速度を調整する回転速度制御部を、前記Ｘ−Ｙ軸位置制御テーブル上に取り付けるのが一般的である。
【０００９】
しかし、従来のワイヤ放電加工機のＸ−Ｙ軸位置制御テーブル上に、さらに長さ方向の一軸送り速度制御部や回転速度制御部を設置すると、設備が大型で機構が複雑になるという問題点がある。また、被加工物、つまりチューブの一軸送り速度制御部や回転速度制御部を設置する際の位置精度は、チューブの溝加工精度に影響を与え、溝加工精度を低下させる要因になり得るという問題がある。
【００１０】
本発明に関係する先行技術として、特許文献１がある。この特許文献１には、ワイヤ放電加工機においてパイプ材を複雑な形状にカットする場合に、一本のパイプを連続的に加工し、複数の加工品を得るための作業が効率的に行えるパイプ押さえ治具の記載があるが、パイプは固定式でヘリカル溝加工に使用することは不可能である。
【００１１】
また、チューブの溝加工には、炭酸ガスレーザー加工機を使用することも可能であるが、炭酸ガスレーザー加工機は装置が大掛かりになり、加工コスト増加に繋がり、工業的に安価に実施する必要があるチューブの溝加工には適さない。
【００１２】
【特許文献１】
実開平７−１７４２７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、前述の問題点を解決し、小型で、高精度のヘリカル溝加工が可能であるワイヤ放電加工機、及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のワイヤ放電加工機における、被加工物の位置制御装置、ワイヤの走行位置の制御装置、及びそれらの制御方法を検討した結果なされたものである。
【００１５】
即ち、本発明によれば、液体中で、軸を中心として回転する金属製のチューブの外周近傍に、前記ワイヤを走行させた状態で、前記ワイヤと前記チューブの間に印加された電圧による放電を利用して、前記チューブ外周にヘリカル状の溝加工を施すワイヤ放電加工機において、前記ワイヤの供給回収機構部と、前記ワイヤの張力制御部と、放電電源部と、前記チューブの長さ方向の一軸送り速度制御部と、前記チューブの軸を中心とする回転速度を調整する回転速度制御部と、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの距離を調整するワイヤ位置制御部と、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度を調整する角度制御部を有することを特徴とする、ワイヤ放電加工機が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記ワイヤ位置制御部が、前記ワイヤをガイドする少なくとも２個のプーリーと、該プーリーを、前記チューブの中心軸と垂直な方向に、一軸位置制御するアクチュエータを有することを特徴とする、前記のワイヤ放電加工機が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記角度制御部が、前記ワイヤをガイドする前記プーリーを支持するヘッド部を回動し、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度を調整する機構を有することを特徴とする、前記のワイヤ放電加工機が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記ワイヤ位置制御部が、前記角度制御部に連動し、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度が、鋭角の範囲内で増加するに伴い、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの距離が増加して、前記チューブ外周に形成する溝深さを減少し、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度が、鋭角の範囲内で減少するに伴い、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの距離が減少して、前記チューブ外周に形成する溝深さを増加することを特徴とする、前記のワイヤ放電加工機の制御方法が得られる。
【００１９】
本発明のワイヤ放電加工機は、前記のような構成を有し、前記のような制御方法で加工条件を制御できるので、チューブ外周にヘリカル溝を設ける際の、溝深さやピッチの制御を高精度で容易に行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるワイヤ放電加工機の構成の一例を示す図である。この例は、ワイヤ１を走行させながら、ワイヤ１とチューブ２との間の放電を利用して、チューブ２に溝加工を施すワイヤ放電加工機であり、ワイヤの供給回収機構部３ａ、３ｂと、ワイヤへの張力制御部４と、放電電源部５と、チューブの長さ方向の一軸送り速度制御部６と、チューブの軸を中心とする回転速度を調整する回転制御部７と、回転するチューブへのワイヤによる溝の切り込み量を調整するための、ワイヤ位置制御部８と、チューブの中心軸とワイヤの走行方向がなす角度を調整するための、ワイヤ角度制御部９、及びチューブ角度制御部１０から構成されている。
【００２２】
また、図２は、ワイヤ位置制御部８のモデル図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図である。このワイヤ位置制御部８は、ワイヤ１をガイドする２個のプーリー２１ａ、２１ｂと、このプーリー２１ａ、２１ｂを支持するヘッド部２２と、このヘッド部２２を、チューブ２の中心軸と垂直な方向に一軸位置制御するアクチュエータ２３から構成され、アクチュエータ２３によりプーリー２１ａ、２１ｂを支持するヘッド部２２の位置を調整することで、即ち、矢印２４に示したヘッド部２２の移動方向における位置を調整することで、チューブへの溝切り込み量を制御できる。
【００２３】
また、図３は、チューブ２の中心軸とワイヤ走行方向がなす角度を調整するための、ワイヤ角度制御部９のモデル図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図である。走行するワイヤ１をガイドするプーリー２１ａ、２１ｂを支持するヘッド部２２の片端の位置を、アクチュエータ３１で調整することで、ヘッド部２２は、３２で示したヘッド部２２の回動方向に回動し、チューブ２の中心軸とワイヤ１の走行方向がなす角度を制御することができる。なお、３３は、アクチュエータ３１の作動方向を示す矢印である
【００２４】
さらに、ここに示したワイヤ放電加工機においては、前記ワイヤ位置制御部８と、前記ワイヤ角度制御部９を連動して運転することにより、チューブ２の中心軸とワイヤ１の走行方向がなす角度が大きくなると、チューブ２へのワイヤ１による、溝の切り込み量を小さくし、チューブ２の中心軸とワイヤ１の走行方向がなす角度が小さくなると、チューブ２へのワイヤ１による、溝の切り込み量を大きくするように制御することが可能であり、チューブ２の外周に形成するヘリカルの溝の幅を一定に制御することができる。
【００２５】
チューブ外周に形成するヘルカル溝の幅を一定にすることにより、チューブの剛性は、溝ピッチで制御できるようになり、溝ピッチを小さくすると、チューブの剛性は小さく、溝ピッチを大きくすると、チューブの剛性は大きくなり、その結果、医療用内視鏡やカテーテルのガイドチューブに要求されるチューブの剛性もしくは可撓性の調整が可能となる。
【００２６】
【実施例】
以下に、具体的な実施例を挙げて、本発明について、さらに詳しく説明する。
【００２７】
（実施例１）
押出し成形により作製された、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金製の、外径が２．５ｍｍ、内径が２．３ｍｍ、長さが６０ｃｍのチューブに、図１に示したヘリカル溝加工用ワイヤ放電加工機を用いて、溝加工を行った。使用したワイヤは黄銅製で、外径が０．２ｍｍであり、ワイヤの走行速度は６ｍ／分とし、放電電源部は直流９０ボルトのコンデンサチャージアップ方式で、放電回数は約５０００回／秒とした。
【００２８】
チューブ先端からの長さ５ｃｍまでは、チューブの長さ方向の一軸送り速度は１０ｃｍ／時間、チューブの中心軸に対する回転速度は５０回転／時間、回転するチューブへのワイヤによる溝切り込み量を０．２５ｍｍ、チューブの中心軸とワイヤの走行方向がなす角度を８０°とした。
【００２９】
また、チューブの残り４０ｃｍまでは、チューブの長さ方向の一軸送り速度は２０ｃｍ／時間、チューブの中心軸を中心とした回転速度は５０回転／時間、回転するチューブへのワイヤによる溝切り込み量を０．１５ｍｍ、チューブの中心軸とワイヤの走行方向がなす角度を６５°とした。
【００３０】
その結果、約２．５時間の加工時間で、溝幅が０．３ｍｍとほぼ一定で、チューブ先端部５ｃｍでは溝ピッチが２ｍｍ、残りの４０ｃｍでは溝ピッチが４ｍｍのヘリカル溝を有するチューブが得られた。
【００３１】
（実施例２）
押出し成形して作製された、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金製の、外径が１．１ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが６０ｃｍのチューブに、図１のヘリカル溝加工用ワイヤ放電加工機を用いて、溝加工を行った。使用したワイヤは黄銅製で太さ０．２ｍｍ、ワイヤの走行速度は６ｍ／分とし、放電電源部は直流９０ボルトのコンデンサチャージアップ方式で放電回数は約６０００回／秒であった。
【００３２】
チューブ先端の長さ４ｃｍまでは、チューブの長さ方向の一軸送り速度は１０ｃｍ／時間、チューブの中心軸を中心とした回転速度は４０回転／時間、回転するチューブへのワイヤによる溝の切り込み量を０．２５ｍｍ、チューブの中心軸とワイヤの走行方向がなす角度を８０°とした。
【００３３】
またチューブの残り４０ｃｍまでは、チューブの長さ方向の一軸送り速度は１５ｃｍ／時間、チューブの中心軸を中心とした回転速度は４０回転／時間、回転するチューブへのワイヤによる溝切り込み量を０．１５ｍｍ、チューブの中心軸とワイヤの走行方向がなす角度を７０°とした。
【００３４】
その結果、約３．１時間の加工時間で、溝幅が０．２５ｍｍとほぼ一定で、チューブ先端部４ｃｍでは溝ピッチが２．５ｍｍ、残りの４１ｃｍでは溝ピッチが３．８ｍｍのヘリカル溝を有するチューブが得られた。
【００３５】
以上の実施例に詳細に説明したように、本発明によるワイヤ放電加工機及びその制御方法によれば、設備が大掛かりになることなく、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金製の外径が２．５ｍｍや、外径が１．１ｍｍのチューブに、溝幅が０．３ｍｍや０．２ｍｍと一定の、高精度なヘリカル溝加工が可能となる。
【００３６】
また、特に実施例を具体的に示さないが、本発明のワイヤ放電加工機を用いれば、ヘリカル溝に限らず、たとえば、チューブ状の被加工物に、ヘリカル形状のスリットを形成する加工も容易である。さらに、棒状の被加工物の外周に、実施例に挙げたものと同様の、溝加工を施すことができることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、チューブ状の被加工物の外周に、ヘリカル溝加工を高精度で施すことが可能な、小型のワイヤ放電加工機、及びその制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるワイヤ放電加工機の構成の一例を示す図。
【図２】ワイヤ位置制御部のモデル図。図２（ａ）は正面図。図２（ｂ）は平面図。
【図３】ワイヤ角度制御部のモデル図。図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図。
【図４】従来のワイヤ放電加工機のモデル図。
【符号の説明】
１ワイヤ
２チューブ
３ａ，３ｂワイヤの供給回収機構部
４ワイヤ張力制御部
５放電電源部
６チューブの長さ方向の一軸送り速度制御部
７チューブの中心軸に対する回転速度制御部
８ワイヤ位置制御部
９ワイヤ角度制御部
１０チューブ角度制御部
２１ａ，２１ｂプーリー
２２ヘッド部
２３ヘッド部をチューブの中心軸と垂直な方向に一軸位置制御するアクチュエータ
２４ヘッド部の移動方向
３１アクチュエータ
３２ヘッド部の回動方向
３３アクチュエータの作動方向
４１被加工物
４２Ｘ−Ｙ軸位置制御テーブル
４２ａＸ軸方向の位置を制御するためのアクチュエータ
４２ｂＹ軸方向の位置を制御するためのアクチュエータ
４３Ｕ−Ｖ軸制御装置
４３ａＵ軸のワイヤ位置を制御するためのアクチュエータ
４３ｂＶ軸のワイヤ位置を制御するためのアクチュエータ

Claims

液体中で、軸を中心として回転する金属製のチューブの外周近傍に、ワイヤを走行させた状態で、前記ワイヤと前記チューブの間に印加された電圧による放電を利用して、前記チューブ外周にヘリカル状の溝加工を施すワイヤ放電加工機において、前記ワイヤの供給回収機構部と、前記ワイヤの張力制御部と、放電電源部と、前記チューブの長さ方向の一軸送り速度制御部と、前記チューブの軸を中心とする回転速度を調整する回転速度制御部と、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの距離を調整するワイヤ位置制御部と、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度を調整する角度制御部を有することを特徴とする、ワイヤ放電加工機。
前記ワイヤ位置制御部は、前記ワイヤをガイドする少なくとも２個のプーリーと、該プーリーを、前記チューブの中心軸と垂直な方向に、一軸位置制御するアクチュエータを有することを特徴とする、請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記角度制御部は、前記ワイヤをガイドする前記プーリーを支持するヘッド部を回動し、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度を調整する機構を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のワイヤ放電加工機。
前記ワイヤ位置制御部は、前記角度制御部に連動し、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度が、鋭角の範囲内で増加するに伴い、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの距離が増加して、前記チューブ外周に形成する溝深さを減少し、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの走行方向がなす角度が、鋭角の範囲内で減少するに伴い、前記チューブの中心軸と前記ワイヤの距離が減少して、前記チューブ外周に形成する溝深さを増加することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のワイヤ放電加工機の制御方法。