JP2006075952A - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれの切断ワイヤ部に独立に電圧を印加可能となり、同時並列的に放電を発生させることができる。
【解決手段】この発明に係るワイヤ放電加工装置は、複数本のガイドローラ３ａ〜３ｆと、ガイドローラ３ａ〜３ｆのそれぞれを巻き掛けすることにより、一対のガイドローラ３ａ、３ｂ間で互いに離間した切断ワイヤ部２ａを形成する１本の電極ワイヤ２と、切断ワイヤ部２ａのそれぞれに個別に給電子７を介して給電する加工電源６と、各隣接した切断ワイヤ部２ａ間の電極ワイヤ２を巻回することで形成された各コイル２１、及びこの各コイル２１の磁気回路を閉じるとともに互いに磁気的に絶縁された各コア４１ａを有する高周波絶縁器４を備え、給電子７は、各切断ワイヤ部２ａと各コイル２１との間に設置されており、各切断ワイヤ部２ａは互いに各コイル２１により高周波的に絶縁されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電極ワイヤと工作物との間で放電を発生させることにより、工作物の一部を除去するワイヤ放電加工装置に関するものである。

ワイヤ放電加工により柱状の部材から薄板をスライス加工する場合、１本の電極ワイヤを複数個の互いに離間したガイドローラ間に巻き掛けして互いに離間した多数の切断ワイヤ部を形成し、それぞれの切断ワイヤ部に個別に給電することで、同時に放電を生ぜしめて生産性を向上させる試みが提案されている（例えば特許文献１）。
このものの場合、全ての切断ワイヤ部は互いに導通しているが、特定のガイドローラについて電極ワイヤを複数回巻回することで隣接した切断ワイヤ部間にそれぞれコイルが形成されており、この各コイルのインピーダンスによりそれぞれの切断ワイヤ部間の絶縁性を向上させ、特定の切断ワイヤ部に印加された電圧がこれに隣接した切断ワイヤ部に分散するのを抑制している。
特開２０００−９４２２１号公報

しかしながら、このワイヤ放電加工装置では、特定のガイドローラに電極ワイヤを複数回巻回することにより各コイルが形成されているので、一つのコイルに電流が流れることにより生じる磁界の多くが、他のコイルの内部を通過する。つまり、このような構成では任意の二つのコイルから形成される相互インダクタンスが非常に大きく、すべてのコイルは電磁気的には密接に結合された状態になっている。また、ガイドローラには鉄などの高透磁率材料が使われることが多く、また電極ワイヤの抵抗分を利用して直流インピーダンスが大きくなるように電極ワイヤをできるだけ長く使用するために電極ワイヤの巻回数が多くなりがちなことから、各コイルの電磁気的な結合状態が強力である。
従って、一つの切断ワイヤ部で放電が発生して電圧変動が生じた場合には、すべての切断ワイヤ部にその影響が非常に大きく現れるから、実際にはそれぞれの切断ワイヤへの個別給電は非常に困難であるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、それぞれの切断ワイヤ部に独立に電圧を印加可能となり、同時並列的に放電を発生させることができるワイヤ放電加工装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係るワイヤ放電加工装置は、間隔をおいて配設された複数本のガイドローラと、複数の前記ガイドローラのそれぞれを巻き掛けすることにより、一対の前記ガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部を形成する１本の電極ワイヤと、前記切断ワイヤ部のそれぞれに個別に給電子を介して給電する加工電源と、各隣接した前記切断ワイヤ部間の前記電極ワイヤを巻回することで形成された各コイル、及びこの各コイルの磁気回路を閉じる磁性体からなるとともに互いに磁気的に絶縁された各コアを有する高周波絶縁器とを備え、前記給電子は、各前記切断ワイヤ部と各前記コイルとの間に設置されており、各切断ワイヤ部は互いに各前記コイルにより高周波的に絶縁されている。

この発明のワイヤ放電加工装置によれば、各コイルにより発生する磁界がそれぞれの磁性体内部にとどまって他のコイルに起電力を誘起しないので、それぞれの切断ワイヤ部に独立に電圧を印加可能となり、放電を同時並列的に発生させることができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のワイヤ放電加工装置の要部を示す斜視図、図２は図１の高周波絶縁器４を示す斜視図、図３は図２の高周波絶縁要素４１を示す斜視図である。
このワイヤ放電加工装置では、ワイヤボビン１から繰り出される一本の電極ワイヤ２が順次巻き掛けされ、互いに軸線方向に平行に離間した第１のガイドローラ３ａ、第２のガイドローラ３ｂ、第３のガイドローラ３ｃ、第４のガイドローラ３ｄ、第５のガイドローラ３ｅ及び第６のガイドローラ３ｆが備えられている。
電極ワイヤ２のうち、第１のガイドローラ３ａと第２のガイドローラ３ｂとの間では、互いに平行に張設された複数の切断ワイヤ部２ａを構成している。この切断ワイヤ部２ａの上方では、直方体形状をした例えば導電性を有するシリコンからなる工作物８が位置制御装置（図示せず）により適正な放電ギャップ長で保持されている。この工作物８と切断ワイヤ部２ａとの間には、通常のワイヤ放電加工装置と同様に、吹きかけ、もしくは浸漬により工作物８と切断ワイヤ部２ａとの間に加工液が供給されるようになっている。

電極ワイヤ２のうち、第２のガイドローラ３ｂと第３のガイドローラ３ｃとの間で互いに平行に張設された複数のワイヤ部２ｂには、個別に給電子ユニット７１が接触している。この各給電子ユニット７１は、ワイヤ部２ｂを介して各切断ワイヤ部２ａに電圧を印加する加工電源ユニット６１と接続されている。各給電子ユニット７１は互いに絶縁された状態で密接されて給電子７を構成している。各加工電源ユニット６１は、各給電子ユニット７１を介して各切断ワイヤ部２ａにそれぞれ独立に電圧を印加可能な構成になっており、そのグランドは共通化されていて全体として加工電源６を構成している。勿論、電圧は、各切断ワイヤ部２ａと工作物８との間に印加するのであるから、加工電源６の共通グランドは工作物８に接続されている。

電極ワイヤ２のうち、第５のガイドローラ３ｅと第６のガイドローラ３ｆとの間のワイヤ部２ｃは、ホイール４１ｂに複数回巻回されてコイル２１を構成している。このホイール４１ｂは、リング形状をした軟鉄やフェライト等の高透磁率の磁性体からなるコア４１ａの支柱４１ｃに対して回転自在であって、電極ワイヤ２の走行に伴って回転するようになっている。図３中の矢印は電極ワイヤ２の走行とそれに伴うホイール４１ｂの回転の方向を示している。このホイール４１ｂを用いることで、電極ワイヤ２の走行が円滑となり、電極ワイヤ２の断線が防止される。
なお、ホイール４１ｂの外周面に、巻きつける電極ワイヤ２の経路に沿った溝を形成するようにしてもよい。この溝を形成することで、コイル２１を形成しているワイヤ部２ｃの横滑りが防止されるため、隣のワイヤ部２ｃと導通してコイル２１としての作用が減ずるのを防止することができる。

ここで、コイル２１、コア４１ａ及びホイール４１ｂで高周波絶縁要素４１を構成しており、簡単な構成で、各切断ワイヤ部２ｂ間での高周波的な絶縁が可能となる。この高周波絶縁要素４１は、それぞれ隣接した高周波絶縁要素４１間に空気を介在させて並列に設置されて、高周波絶縁器４を構成している。なお、隣接した高周波絶縁要素４１間を互いに磁気的に絶縁するために、アルミニウム等の非磁性材料を介在させるようにしてもよい。
なお、当然ながら、各々の切断ワイヤ部２ａには各々の加工電源ユニット６１から独立して高周波電圧を印加する必要があるから、給電子７は、高周波絶縁器４と各切断ワイヤ部２ａとの間に設置されている。さらにまた当然ながら、電圧印加極性は従来のワイヤ放電加工と同様に、必要に応じて適宜反転可能となっている。

次に、上記構成のワイヤ放電加工装置の動作について説明する。
ワイヤボビン１から繰り出された一本の電極ワイヤ２は、第１のガイドローラ３ａ、第２のガイドローラ３ｂ、第３のガイドローラ３ｃ、第４のガイドローラ３ｄ及び第５のガイドローラ３ｅの順で走行された後、図１において最も左側に配置された高周波絶縁要素４１のホイール４１ｂを回転させながら、第６のガイドローラ３ｆを通って、再び第１のガイドローラ３ａを通過している。
このようにして、ワイヤボビン１から繰り出された一本の電極ワイヤ２は、第１のガイドローラ３ａ、第２のガイドローラ３ｂ、第３のガイドローラ３ｃ、第４のガイドローラ３ｄ、第５のガイドローラ３ｅ及び第６のガイドローラ３ｆを繰り返し、走行することで、途中、複数の切断ワイヤ部２ａ及び複数のコイル２１が形成されており、最後には排出ローラ５から排出されている。
この状態で、工作物８を降下させて切断ワイヤ部２ａに接近させるとともに、切断ワイヤ部２ａには、加工電源６から給電子７を介して給電され、切断ワイヤ部２ａと工作物８との間に例えば１０ｋＨｚ以上のパルス電圧が印加され、工作物８からは多数枚の小片が切断される。

以上説明したように、上記構成のワイヤ放電加工装置によれば、電極ワイヤ２は、コイル２１が形成しているので自己インダクタンスが大きい。従って、加工電源６により印加された高周波電圧は、コイル２１より遠方の部分では著しく減衰される。即ち、高周波電圧は、第５のガイドローラ３ｅと比較して第６のガイドローラ３ｆでは著しく減衰される。
また、磁性体からなるコア４１ａはコイル２１の内部を経由してその両端を外部で接続するリング形状であるから、コイル２１の磁気回路は閉じられている。
さらに、隣接する他の高周波絶縁要素４１のコア４１ａとは非磁性材料である空気を介しているので、各々の高周波絶縁要素４１の磁気回路は分離されている。従って、各コイル２１に流れる電流により発生する磁束は、それぞれの高周波絶縁要素４１のコア４１ａ内部にすべて閉じ込められて周囲に漏れないから、任意の二つのコイル４１ａ間の相互インダクタンスは非常に小さい。即ち、それぞれのコイル２１に流れる電流により生じる磁束が他のコイル２１に影響を与えて起電力を生ぜしめるなどの相互作用は発生しない。

このように、電極ワイヤ２が複数のガイドローラ３ａ〜３ｆ間を巻き掛けされる毎に、途中コイル２１を有する高周波絶縁要素４１が設けられており、かつそのコイル２１の磁気回路をリング状のコア４１ａで閉じることにより、各切断ワイヤ部２ａは、自己インダクタンスが大きく、相互インダクタンスの小さなコイル２１を介した接続状態となる。従って、それぞれの切断ワイヤ部２ａは高周波的に絶縁されるから、それぞれ異なる加工電源ユニット６１から独立に高周波電圧を印加でき、同時並列的な放電の発生が可能となる。

なお、上記実施の形態におけるリング状のコア４１ａは、電極ワイヤ２を支柱４１ｃに巻回する作業性を向上させるために、分割可能な複数のコア部からなるコアを採用してもよい。この場合、コア部間で微小なギャップが存在していても、実質的に磁束が外部へほとんど漏れなければ使用に差し支えないことは言うまでもない。
また、上記実施の形態におけるホイール４１ｂは、コイル２１に生じる磁界を閉じ込める作用を有していないので、高周波絶縁器４において必須の構成要素ではないが、ワイヤ２を円滑に走行させることにより断線を防止する効果がある。
さらにまた、上記実施の形態では、工作物８がガイドローラ３ａ〜３ｆよりも上方に設置された例を示したが、工作物８を下方に設置して第３のガイドローラ３ｃと第４のガイドローラ３ｄとの間のワイヤ部を切断ワイヤ部２ａとしてもよい。また、工作物８を側方に設置して第２のガイドローラ３ｂと第３のガイドローラ３ｃとの間のワイヤ部２ｂを切断ワイヤ部２ａとなす等、電極ワイヤ２に対する工作物８の設置関係はさまざまな形態が考えられるが、工作物８が多数平行に架設された電極ワイヤ２と対向可能な形態であれば、どのような形態であってもよいのは言うまでもない。

実施の形態２．
高周波絶縁要素４１は図３に示すような形状に限られるわけではなく、コイル２１の磁気回路を閉じる形状の磁性体であればどのような形状であってもよい。
図４は、実施の形態２のワイヤ放電加工装置に組み込まれた高周波絶縁要素４１を示す斜視図である。
このものの場合、コア４１ａは、外周縁部の一部に縁部に沿って形成されたトンネル状の孔４１ｄを有する円盤形状であり、コイル２１は、電極ワイヤ２が孔４１ｄを通って外周縁部を巻回して構成されている。
この高周波絶縁要素４１によれば、コイル２１はコア４１ａの外周に配設されているので、図５に示すように高周波絶縁要素４１を並列設置した場合に、その設置方向の高周波絶縁器４の寸法を実施の形態１のものと比較して小さくすることができる。
なお、他の構成は、実施の形態１のワイヤ放電加工装置と同じである。
また、このものの場合にも、実施の形態１と同様にコア４１ａとコイル２１との間にコア４１ａに対して回転自在なホイールを設けるようにすれば、電極ワイヤ２の走行が円滑になり、断線を防止することができる。
また、ホイール外周面に電極ワイヤ２の経路に沿って溝を設けるようにすれば、コイル２１を形成しているワイヤ部２ｃの横滑りが防止されるため、隣のワイヤ部２ｃと導通してコイル２１としての作用が減ずるのを防止することができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３のワイヤ放電加工装置に組み込まれた高周波絶縁要素４１を示す斜視図である。
このものの場合、コア４１ａの中心に軸線方向に貫通した貫通孔４１ｅが形成されている。高周波絶縁器４は、図７に示すように、複数のコア４１ａが並列に設置され、各貫通孔４１ｅに非磁性の固定軸８０を貫通して、各コア４１ａが固定されている。
この高周波絶縁器４によれば、電極ワイヤ２の引張りに対する釣り合いの力がコア４１ａを圧縮する方向に作用させることができるので、フェライトなどの硬脆材料によりコア４１ａを製作しても破壊しにくいという利点を有する。

この発明の実施の形態１によるワイヤ放電加工装置の要部を示す斜視図である。 図１の高周波絶縁器を示す斜視図である。 図２の高周波絶縁要素を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２によるワイヤ放電加工装置における高周波絶縁要素を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２によるワイヤ放電加工装置における高周波絶縁器を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるワイヤ放電加工装置における高周波絶縁要素を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるワイヤ放電加工装置における高周波絶縁器を示す斜視図である。

符号の説明

１ ワイヤボビン、２ 電極ワイヤ、２ａ 切断ワイヤ部、２ｂ，２ｃ ワイヤ部、３ａ〜３ｆ 第１〜第６のガイドローラ、４ 高周波絶縁器、４１ 高周波絶縁要素、５ ワイヤ排出ローラ、６ 加工電源、７ 給電子、８ 工作物、２１ コイル、４１ 高周波絶縁要素、４１ａ コア、４１ｂ ホイール、４１ｃ 支柱、４１ｄ 孔、４１ｅ 貫通孔、６１ 加工電源ユニット、７１ 給電子ユニット、８０ 固定軸。

Claims (6)

1. 間隔をおいて配設された複数本のガイドローラと、
   複数の前記ガイドローラのそれぞれを巻き掛けすることにより、一対の前記ガイドローラ間で互いに離間した複数の切断ワイヤ部を形成する１本の電極ワイヤと、
   前記切断ワイヤ部のそれぞれに個別に給電子を介して給電する加工電源と、
   各隣接した前記切断ワイヤ部間の前記電極ワイヤを巻回することで形成された各コイル、及びこの各コイルの磁気回路を閉じる磁性体からなるとともに互いに磁気的に絶縁された各コアを有する高周波絶縁器とを備え、
   前記給電子は、各前記切断ワイヤ部と各前記コイルとの間に設置されており、各切断ワイヤ部は互いに各前記コイルにより高周波的に絶縁されているワイヤ放電加工装置。
2. 前記コアは、支柱を有するリング形状であり、前記コイルは、前記支柱に前記電極ワイヤを巻回して構成されている請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記コアは、外周縁部の一部に縁部に沿って形成されたトンネル状の孔を有する円盤形状であり、前記コイルは、前記電極ワイヤが前記孔を通って前記外周縁部を巻回して構成されている請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
4. 前記コアには、軸線方向に貫通した貫通孔が形成されており、この貫通孔に固定軸が貫通、固定されてコアが固定されている請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
5. 前記コアと前記コイルとの間には、コアに対して回転自在のホイールが設けられている請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のワイヤ放電加工装置。
6. 前記ホイールの外周面には、前記電極ワイヤの経路に沿った溝が形成されている請求項５に記載のワイヤ放電加工装置。

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