JP2006231481A - 製品加工方法、プローブ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 面品位が高い接触球を有するプローブを簡便に加工することができるプローブ加工方法を提供する。
【解決手段】 ワークを加工して軸部の先端に接触球を有するプローブを形成する。まず、放電加工工程ＳＴ１１０により、ワイヤ電極を有する放電加工機によってワークを加工して軸部および接触球を有するプローブ形状の粗形状体を形成する。研磨工程ＳＴ１４０において、粗形状体の表面を研磨して表面を仕上げる。研磨工程ＳＴ１４０は、粗形状体の表面に研磨砥粒を塗着するとともに電圧が印加されていない状態の前記ワイヤ電極によってこの粗形状体の表面を研磨する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製品加工方法、プローブ加工方法に関する。具体的には、ワイヤ放電加工機を用いた製品の加工方法に関する。

三次元測定機等のプローブ（探針）として、棒状の軸部およびこの軸部の先端に設けられた接触球を有するプローブが利用される。図１０に、プローブ１００の形状を示す。
このようなプローブ１００は、軸部１１０と、接触球１２０と、がそれぞれ別個に加工形成されたのち、軸部１１０の先端に接触球１２０が付着されることにより製作される。球面研磨の方法としては例えば特許文献１に開示されている。
このような製作方法によれば、軸部１１０とは別工程で接触球１２０を製作するので、接触球１２０の表面凹凸を少なくして十分に高い面品位に仕上げることができる。そして、面品位の高い接触球１２０を備えることにより、このプローブ１００による検出精度を高めることができる。

特開平０７−１３０９号公報

しかしながら、近年では、微細形状の測定に使用される微細なプローブ１００が求められている。
このような微細プローブ１００では、例えば、軸部１１０の径は０．２ｍｍ程度、接触球１２０の直径は０．３ｍｍ程度が要求される。
このように微細な軸部１１０と接触球１２０とを高精度に位置合わせして接着するには、多大なコストと手間のかかる作業が必要となる。さらに、軸部１１０に接着した接触球１２０が簡単に脱落しないようにするためには高度な接着技術と多大なコストを必要とする。しかも、軸部１１０から接触球１２０が脱落する脱落事故を皆無にすることは到底不可能である。

なお、軸部１１０および接触球１２０を有するプローブ１００をワークから一体的に切り出せば軸部１１０に接触球１２０を接着する必要もなくなる。例えば数値制御された放電加工機によれば、円弧補間などにより接触球１２０を有するプローブ１００の形状を一体的に形成することも可能ではある。しかしながら、放電加工による加工面には放電痕が残る。すると、接触球１２０の表面に凹凸が残り、接触球１２０の表面を望ましい品位にすることが困難である。

本発明の目的は、ワイヤ放電加工機を用いて、面品位の高い製品を簡便に製造する製品加工方法、および、面品位が高い接触球を有するプローブを簡便に加工することができるプローブ加工方法を提供することにある。

本発明の製品加工方法は、ワイヤ電極を有する放電加工機によってワークを放電加工して製品の粗形状を有する粗形状体を形成する放電加工工程と、前記粗形状体の表面を研磨して表面を仕上げる研磨工程と、を備え、前記研磨工程は、前記粗形状体の表面に研磨砥粒を塗着するとともに電圧が印加されていない状態の前記ワイヤ電極によってこの粗形状体の表面を研磨することを特徴とする。

このような構成において、放電加工工程により、通常の放電加工機による放電加工と同様に製品の形状を放電加工により形成し、製品の粗形状体を加工形成する。そして、放電加工では加工表面に放電痕による凹凸が生じるところ、研磨工程において製品の表面を研磨して仕上げる。
この研磨工程においては、放電加工機のワイヤ電極をそのまま使用し、電圧を印加しない状態のワイヤ電極を粗形状体の表面に当接させて研磨していく。すると、ワイヤ電極による研磨によって高い面品位を有する製品が仕上げられる。

このような構成によれば、面品位が必要とされる製品であっても放電加工機による一体加工ができる。よって、面品位が必要とされる部分を別工程で加工したり、さらには、製品に接着して組み付ける工程が必要ないので、製造の手間が非常に簡便となり、また、製造コストを非常に安価とすることができる。そして、一般に使用されている放電加工機を特別に改良しなくても本発明の加工方法を実施できるので、コスト削減効果は非常に大きい。
また、別工程で研磨して仕上げた部品を製品に組み付けると脱落事故が多発する原因となるところ、本発明によって製品を一体加工すれば部品が脱落することはないので製品の信頼性を格段に向上させることができる。
さらに、一般に、放電加工機ではワイヤ電極の軌道を数値制御することによって複雑な形状を加工することができるので、高い面品位を必要とされかつ複雑な形状を有する多種多様な製品を本発明によって簡便かつ安価に加工することができる。

本発明のプローブ加工方法は、ワークを加工して軸部の先端に接触球を有するプローブを形成するプローブ加工方法において、ワイヤ電極を有する放電加工機によってワークを加工して前記軸部および前記接触球を有するプローブ形状の粗形状体を形成する放電加工工程と、前記粗形状体の表面を研磨して表面を仕上げる研磨工程と、を備え、前記研磨工程は、前記粗形状体の表面に研磨砥粒を塗着するとともに電圧が印加されていない状態の前記ワイヤ電極によってこの粗形状体の表面を研磨することを特徴とする。

このような構成において、放電加工工程により軸部と接触球とを有するプローブの粗形状を放電加工により形成する。そして、研磨工程において粗形状体の表面を研磨して仕上げ、高い面品位を有するプローブを形成する。
このような構成によれば、高い面品位が必要とされるプローブを放電加工機によって一体加工できる。すなわち、面品位が必要とされる接触球を別工程で加工したり、さらには、この接触球を軸部に接着して組み付ける工程が必要ないので、製造の手間が非常に簡便となり、また、製造コストを非常に安価とすることができる。そして、一般に使用されている放電加工機を特別に改良しなくても本発明の加工方法を実施できるので、コスト削減効果は非常に大きい。
また、別工程で研磨して仕上げた接触球を製品に組み付けると脱落事故が多発する原因となるところ、本発明によって接触球を含めてプローブを一体加工すれば接触球が脱落することはないので製品としての信頼性を格段に向上させることができる。また、接触球を軸部に接着する際には高度な技術が要求されるとともに、軸部と接触部との位置ずれが避けがたいが、この点、本発明では、軸部と接触球とを一体加工するので、プローブの加工精度を向上させ、ひいては、このプローブによる検出精度を向上させることができる。

本発明では、前記研磨工程は、前記粗形状体のうち前記接触球の表面のみを研磨することが好ましい。

このような構成において、プローブの検出精度に影響するのは接触球の表面品位であるところ、研磨工程で研磨する領域を接触球の表面に限定することで研磨する領域を少なくして研磨工程の作業時間およびコストを低減することができる。

本発明では、前記研磨工程は、前記ワークを回転させながら、前記ワイヤ電極に直交する平面で前記接触球を切断する仮想断面の外周に沿って前記ワイヤ電極を移動させ、かつ、前記ワイヤ電極の移動は、前記接触球と前記軸部との接点のうち軸部を挟んで互いに反対の一方から他方へ向けた連続動作であることが好ましい。

このような構成において、研磨工程におけるワイヤ電極の移動を、接触球と軸部との接点のうち軸部を挟んで互いに反対の一方から他方へ向けた連続動作とする。これにより、接触球の表面が滑らかな球面に仕上げられる。ここで、接触球の全体に研磨をかけるにあたっては、ワークが回転しているので、例えば、接触球の半球部分にのみワイヤ電極を作動させれば、接触球の表面全体を研磨することはできる。しかしながら、球面上のある地点でワイヤ電極を折り返すと、折り返し地点におけるワイヤ電極の停止時間が他の地点よりも長くなってしまう。すると、この折り返し点における研磨が過度に進んでしまい、折り返し点にフラットな面が形成されてしまうこととなる。その結果、接触球の表面を滑らかな球面に仕上げることができない。この点、本発明にあっては、ワイヤ電極を途中で折り返すことなく、接触球と軸部との接点のうち一方の接点から出発して接触球の表面を連続動作で経由して他方の接点に至る軌道でワイヤ電極を移動させる。その結果、接触球の表面を高い面品位とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明のプローブ加工方法に係る第１実施形態について説明する。
図１は、プローブ加工方法の手順を示すフローチャートである。
本発明のプローブ加工方法は、ワイヤ放電加工機を用いてプローブ形状を形成する方法であり、その基本的構成として、ワークＷを放電加工してプローブ形状の粗形状体を形成する放電加工工程ＳＴ１００と、粗形状体の表面を研磨して表面を仕上げる研磨工程ＳＴ１４０と、を備えている。
以下、図１のフローチャートを参照してプローブ加工方法について説明する。

まず、ＳＴ１００において、ワークＷを放電加工機にセットする。すなわち、図２に示されるワークＷを放電加工機のワーク固定部（不図示）にセットする。なお、ワーク固定部は、例えば、コレットチャックによりワークＷを固定し、直結されたモータによってワークＷごと回転する機構を備えている。

次に、ＳＴ１１０において、放電加工によりワークＷからプローブ形状を形成する。すなわち、軸部１１０と接触球１２０とを備えた形状（粗形状体）に形成していく。
図３、図４は、放電加工時のワイヤ電極２００の動きを示す図である。
図３、図４に示されるように、ワークＷを回転させるとともにワイヤ電極２００を作動させてワークＷとワイヤ電極２００との間にパルス電圧を印加して放電加工を施していく。接触球１２０については円弧補間を利用して球面を加工していく。

なお、ワークＷとワイヤ電極２００との間に電圧を印加する電源回路の構成については、特に限定されないが、直流電圧をスイッチング素子で断続してパルスを発生させる構成でもよく、あるいは、直流電圧源と、直流電圧源に直列に接続された抵抗と、直流電圧源に並列に接続されたコンデンサと、を備えたＣＲ放電回路などであってもよい。

この放電加工工程ＳＴ１１０により、プローブ１００の粗形状体が形成できたところで放電加工工程ＳＴ１１０を終了し、電源をＯＦＦにする（ＳＴ１２０）。

そして、次に、放電加工によって得られた粗形状体に研磨砥粒３００を塗着する（図５参照）。
ここで、プローブ１００のなかで凹凸のない面品位が必要とされるのは接触球１２０の表面であるので、研磨砥粒３００は接触球１２０の表面にのみ塗着すればよい。
研磨砥粒３００としては、青粉やダイヤモンドパウダーが例として挙げられるが、研磨剤であれば特に限定されない。また、研磨砥粒３００を粗形状体に塗着するにあたっては、研磨砥粒３００を溶剤（水や油）に混ぜてからプローブ１００に塗着してもよく、あるいは、放電加工油をそのまま溶剤として使用してもよい。

続いて、ＳＴ１４０において、研磨工程が行われる（図６、図７参照）。
研磨工程ＳＴ１４０は、放電加工機のワイヤ電極２００を用いて粗形状体の表面を研磨する工程である。
図６、図７は、研磨工程ＳＴ１４０におけるワイヤ電極２００の動きを示す図である。
研磨工程ＳＴ１４０においては、電源回路をＯＦＦにした状態で（ＳＴ１２０）、ワークＷ（粗形状体）を回転させるとともにワイヤ電極２００を粗形状体に当接させて作動させる。
面品位を必要とするのはプローブ１００の接触球１２０の部分のみであるところ、ワイヤ電極２００を作動させるのは接触球１２０の表面だけでよいので、円弧補間を繰り返し実行しながら接触球１２０の表面にワイヤ電極２００を作動させて接触球１２０の表面を仕上げてゆく。

ここで、図７は、粗形状体をワイヤ電極２００に直交する平面で切断する断面図（仮想断面）において、ワイヤ電極２００の軌道を併せて示す図である。
研磨工程ＳＴ１４０において、接触球１２０の表面を仕上げるにあたり、図７における接触球１２０の仮想断面外周に沿ってワイヤ電極２００を移動させる。すると、ワークＷが回転しているので接触球１２０の表面全体が研磨される。さらに、このとき、ワイヤ電極２００の移動は、接触球１２０と軸部１１０との接点のうち軸部１１０を挟んで互いに反対の一方（１２１）から他方（１２２）へ向けた連続動作とする。これにより、接触球１２０の表面が滑らかな球面に仕上げられる。

ここで、例えば、図８に示すように、接触球１２０の半球部分にのみワイヤ電極２００を作動させれば、ワークＷが回転しているので接触球１２０の表面全体を研磨することはできる。しかしながら、球面上のある地点（図８中では球の頂点）でワイヤ電極２００を折り返すと、折り返し地点におけるワイヤ電極２００の停止時間が他の地点よりも長くなってしまう。すると、この折り返し点における研磨が過度に進んでしまい、折り返し点にフラットな面Ｓが形成されてしまう。その結果、接触球１２０の表面を滑らかな球面に仕上げることができない。
よって、図７に示すように、ワイヤ電極２００を途中で折り返すことなく、接触球１２０と軸部１１０との接点のうち一方の接点１２１から出発して接触球１２０の表面を連続動作で経由して他方の接点１２２に至る軌道でワイヤ電極２００を移動させる。すると、接触球１２０の表面を高い面品位とすることができる。

なお、研磨工程ＳＴ１４０でワイヤ電極２００を作動させるにあたっては、放電加工時（ＳＴ１１０）における接触球１２０の加工半径から放電ギャップおよび研磨代を差し引いた加工半径で円弧補間を行う。
また、ワイヤ電極２００のテンションをできる限り高くすることが望ましい。ワイヤ電極２００には放電加工時のような放電パルスが作用しないので、テンションを高くしてもワイヤ電極２００が損傷することはなく、さらに、テンションの高いワイヤ電極２００にて接触球１２０の表面を研磨することで接触球１２０の表面を高い面品位に仕上げることができる。そして、ワークＷの回転速度およびワイヤ電極２００の移動速度は、研磨時間を短縮するためにできるだけ速いことが好ましい。

接触球１２０の表面を繰り返し研磨して（ＳＴ１４０）、表面が滑らかになったところで、プローブの加工を終了する。

このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）高い面品位が必要とされるプローブ１００を放電加工機により一体加工するので、面品位が必要とされる接触球１２０を別工程で加工したり、さらには、この接触球１２０を軸部１１０に接着して組み付ける工程が必要ない。したがって、製造の手間が簡便となり、また、製造コストを非常に安価とすることができる。そして、一般に使用されている放電加工機を特別に改良しなくても本実施形態の加工方法を実施できるので、コスト削減効果は非常に大きい。

（２）別工程で研磨して仕上げた接触球１２０を軸部１１０に組み付けると脱落事故が多発する原因となるところ、本実施形態では接触球１２０を含めてプローブ１００を一体加工するので接触球１２０が脱落することはなく、製品としての信頼性を格段に向上させることができる。また、本実施形態では、軸部１１０と接触球１２０とを一体加工できるので、プローブ１００の加工精度が向上し、ひいては、このプローブ１００による検出精度を向上させることができる。

（３）研磨工程ＳＴ１４０で研磨する領域を接触球１２０の表面に限定しているので、研磨する領域を少なくして研磨工程ＳＴ１２０の作業時間およびコストを低減することができる。

（４）研磨工程ＳＴ１４０におけるワイヤ電極２００の移動を、接触球１２０と軸部１１０との接点のうち軸部１１０を挟んで互いに反対の一方（１２１）から他方（１２２）へ向けた連続動作とするので、接触球１２０の表面を滑らかな球面に仕上げることができる。球面上のある地点でワイヤ電極２００を折り返すと折り返し地点におけるワイヤ電極２００の停止時間が他の地点よりも長くなってしまうので、接触球１２０の表面を滑らかな球面に仕上げることができないが、本実施形態にあっては、ワイヤ電極２００を途中で折り返すことなく、接触球１２０と軸部１１０との接点のうち一方の接点１２１から出発して接触球１２０の表面を連続動作で経由して他方の接点１２２に至る軌道でワイヤ電極２００を移動させるので、接触球１２０の表面を高い面品位とすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して説明する。
第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、第１実施形態が特徴とするところは、観測工程を備えた点にある。
図９は、第２実施形態のプローブ加工方法を実施するための構成を示す図である。
図９において、ワークＷの加工状態を観測する観測手段４００が放電加工機に付加されている。
観測手段４００は、レンズ４１０と、ＣＣＤカメラ（撮像手段）４２０と、画像処理部４３０と、モニタ（出力手段）４４０と、を備えて構成されている。
レンズ４１０は、ワークＷの接触球１２０を観測可能に基準点Ｒに焦点を合わせて配設されている。
ＣＣＤカメラ４２０は、レンズ４１０からの像を撮像する。なお、図９では、レンズ４１０からの光をＣＣＤカメラ４２０に向けて反射するミラー４１１が設けられている。画像処理部４３０は、ＣＣＤカメラ４２０で撮像された画像を処理して、例えば、エッジ検出等で輪郭抽出を行う。
さらに、画像処理部４３０は、抽出した接触球１２０の形状から真円度を測定する。画像処理部４３０による処理結果はモニタ４４０に表示される。

このような観測手段４００によって、第１実施形態のＳＴ１００からＳＴ１４０を実行するのに並行して、ワークＷの加工状態を観測する観測工程が行われる。すなわち、モニタ４４０の表示や真円度測定の結果から、接触球１２０の加工精度が測定され、例えば、ワイヤ電極２００の押込量の調整が行われる。

このような構成によれば、数１０μｍの微細な接触球１２０の形状は肉眼では観測できないところ、観測工程によって接触球１２０の加工状態を観測する。そして、この観測結果に基づいてワイヤ電極２００の押込量の調整を行うことで、接触球１２０の加工精度を向上させることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
ワイヤ電極の径については特に言及しなかったが、できる限り小さい径であることが好ましく、接触球の仕上がり径よりも小さい径を有することが好ましい。このようにワイヤ電極の径が小さければ、接触球の表面よりもワイヤ電極の方に研磨砥粒が付着し、研磨砥粒が流出しにくくなる。例えば、直径０．３ｍｍの接触球を形成するにあたっては、ワイヤ電極の径を３０μｍ程度にすることが例として挙げられる。
上記実施形態においては、プローブの加工を例にして説明したが、放電加工機によって形成できる形状であれば、本発明の製品加工方法を適用できることはもちろんである。

本発明は、ワイヤ放電加工機を用いた製品の加工に利用できる。

第１実施形態において、プローブ加工方法の手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、加工前のワーク形状を示す図。 第１実施形態において、放電加工時のワイヤ電極の動きを示す図。 第１実施形態において、放電加工時のワイヤ電極の動きを示す図。 第１実施形態において、粗形状体に研磨砥粒を塗着した様子を示す図。 第１実施形態において、研磨工程におけるワイヤ電極の動きを示す図。 第１実施形態において、粗形状体をワイヤ電極に直交する平面で切断する断面図にワイヤ電極の軌道を併せて示す図。 第１実施形態において、接触球の半球部分にのみワイヤ電極を作動させた場合を示す図。 第２実施形態のプローブ加工方法を実施するための構成を示す図。 プローブの形状を示す図。

符号の説明

１００…プローブ、１１０…軸部、１２０…接触球、２００…ワイヤ電極、３００…研磨砥粒、４００…観測手段、４１０…レンズ、４１１…ミラー、４２０…ＣＣＤカメラ、４３０…画像処理部、４４０…モニタ、Ｗ…ワーク。

Claims (4)

1. ワイヤ電極を有する放電加工機によってワークを放電加工して製品の粗形状を有する粗形状体を形成する放電加工工程と、
   前記粗形状体の表面を研磨して表面を仕上げる研磨工程と、を備え、
   前記研磨工程は、前記粗形状体の表面に研磨砥粒を塗着するとともに電圧が印加されていない状態の前記ワイヤ電極によってこの粗形状体の表面を研磨する
   ことを特徴とする製品加工方法。
2. ワークを加工して軸部の先端に接触球を有するプローブを形成するプローブ加工方法において、
   ワイヤ電極を有する放電加工機によってワークを加工して前記軸部および前記接触球を有するプローブ形状の粗形状体を形成する放電加工工程と、
   前記粗形状体の表面を研磨して表面を仕上げる研磨工程と、を備え、
   前記研磨工程は、前記粗形状体の表面に研磨砥粒を塗着するとともに電圧が印加されていない状態の前記ワイヤ電極によってこの粗形状体の表面を研磨する
   ことを特徴とするプローブ加工方法。
3. 請求項２に記載のプローブ加工方法において、
   前記研磨工程は、前記粗形状体のうち前記接触球の表面のみを研磨する
   ことを特徴とするプローブ加工方法。
4. 請求項２または請求項３に記載のプローブ加工方法において、
   前記研磨工程は、前記ワークを回転させながら、前記ワイヤ電極に直交する平面で前記接触球を切断する仮想断面の外周に沿って前記ワイヤ電極を移動させ、かつ、前記ワイヤ電極の移動は、前記接触球と前記軸部との接点のうち前記軸部を挟んで互いに反対の一方から他方へ向けた連続動作である
   ことを特徴とするプローブ加工方法。

Images