JP2010221391A

JP2010221391A - 放電加工装置の電極ガイドおよびこれを用いた放電加工装置

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Publication number: JP2010221391A
Application number: JP2009221702A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsumoto; 俊之松本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-09-26
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】放電加工において微細孔を加工するときに、電極線と電極ガイドとの間のクリアランスを小さくし、加工精度を向上することのできる放電加工装置の電極ガイドおよびこれを用いた放電加工装置を提供すること。
【解決手段】電極線２の先端で放電させて微細穴４を形成する放電加工装置の電極ガイド６は、軸方向に電極線２が挿通される第１貫通孔１３を有するとともに、第１貫通孔１３に隣接させて流体が流通される第２貫通孔１４を有している。電極線２と第１貫通孔１３との間のクリアランスを小さくしても、これらを流体によって冷却できるので、熱膨張等による咬み込みが生じ難いものとできる。またワーク４から発生するヒュームが電極ガイド６に付着し難いものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工装置の放電電極を支持する電極ガイドに関する。より詳細には、数十μｍ程度の細径穴または溝を加工するための放電加工装置に用いられる放電電極を支持する電極ガイドおよびそれを用いた放電加工装置に関する。

放電加工（ＥＤＭ）は、導電性加工物に微細孔、スロット、ノッチなど様々な形状の穴や溝を形成するために用いられる。放電加工装置の概略図を図７に示す。放電加工装置は、ワーク１０１との間で放電させる線状の電極線１０２を具備し、例えばワーク１０１に孔１０４を形成するときには、その孔径に応じた径を有する電極線１０２が用いられる。電極線１０２は、その軸を中心として回転させながら、その先端１０３がワーク１０１の表面に近づけられる。そして、電極線１０２に適切な電圧が電源１０５から印加されると、電極線１０２とワーク１０１との間で放電が生じる。この放電によってワーク１０１の表面の材料を飛散させ、孔１０４が形成される。そして、ワーク１０１に形成された孔１０４内に電極線１０２を挿入しながら電極線１０２の先端１０３とワーク１０１との間の放電を継続させ、ワーク１０１に深い孔１０４を形成する。

このような放電加工装置には、ワーク１０１の孔１０４を加工する所望位置に電極線１０２を支持して案内する電極ガイド１０６が設けられている。電極ガイド１０６は、電極線１０２が非常に細くなり、剛性が小さくなっても加工時における電極線１０２の振れを抑制する機能を担っている。一般に微細な孔１０４を加工する場合、加工精度を向上させるために電極ガイド１０６は長くなる。また、加工時の電極線１０２の振れを抑制する効果を大きくするため、電極ガイド１０６の内径を電極線１０２の外径に近いものとする。

特開昭６３−２０７５１１号公報特開２００４−８２２２１号公報特開２００５−３２４３１７号公報

しかしながら、電極ガイド１０６の内孔１０７と電極線１０２の外径とのクリアランスを小さくしすぎた場合、放電加工時に発生する熱による熱膨張が影響して、電極線１０２をうまく回転させ難くなる。また、加工時に発生するヒューム（ワーク１０１の材料が気化したもの）が電極ガイド１０６に付着することにより、電極ガイド１０６の内孔１０７に電極線１０２がかみ込んで、電極線１０２を電極ガイド１０６の長手方向へスムースに送り出すことができなくなる。電極線１０２が細ければ細いほど電極線１０２の剛性が小さくなり、上記の問題が起こりやすくなる。

特に、図８に示すように、小径の座繰り孔１０８の奥底部に放電加工により微細な孔１０４を形成する場合などは、その座繰り孔１０８内に、ヒュームが充満し、それが電極ガイド１０６に付着し易くなる。また、放電加工時に発生する熱が逃げにくくなるため、電極線１０２が冷却され難く、その径が膨張し、電極ガイド１０６に電極線１０２がかみ込むという問題が発生しやすくなる。

したがって、本発明は、かかる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、微細孔を放電加工によって加工するときに、電極線と電極ガイドとの間のクリアランスを小さくしつつ、加工時のヒュームの付着、および加工時に発生する熱の影響を抑制し、加工精度を向上することのできる放電加工装置の電極ガイドおよびこれを用いた放電加工装置を提供することにある。

本発明の一実施形態として提供される放電加工装置の電極ガイドは、電極線の先端で放電させて微細穴を形成する放電加工装置の電極ガイドであって、前記電極ガイドは、軸方向に前記電極線が挿通される第１貫通孔を有するとともに、この第１貫通孔に隣接させて流体が流通される第２貫通孔を有していることを特徴としている。

前記電極ガイドは、前記第１貫通孔の断面形状を前記電極線の断面形状に対して異形状とし、前記電極線の外周面と前記第１貫通孔の内周面との間に形成された隙間に流体を流通させてもよい。

また、前記第１貫通孔の内壁と前記第２貫通孔の内壁との間に、流体を流通可能な連結路が形成されていてもよい。

また、前記第１貫通孔の開口部が、前記第２貫通孔の開口部より、突出させて設けられていてもよい。

また、前記電極ガイドは、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の前記開口部がある端面と反対側の端面に穴を有し、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔がそれぞれ前記穴に連通していてもよい。

また、前記第１貫通孔の直径もしくは前記第１貫通孔に内接する円の直径が、前記第２貫通孔の直径もしくは前記第２貫通孔に内接する円の直径より大きくするとよい。

また、前記電極ガイドはセラミックスから成るのが好ましく、前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の表面が焼結面であるのがさらに好ましい。

本発明の一実施形態として提供される放電加工装置は、加工すべき微細穴に対応した線径を有する電極線を繰り出す機構と、前記電極線が挿通され前記電極線の先端を被工作物の表面に案内する上記いずれかに記載の電極ガイドと、この電極ガイドの前記第２貫通孔に流体を流通させる機構とを備えている。

本発明の一実施形態としての電極ガイドによれば、軸方向に電極線が挿通される第１貫通孔を有するとともに、この第１貫通孔に隣接させて流体が流通される第２貫通孔を有していることから、第２貫通孔に冷却用の流体を流すことによって電極ガイドおよび電極線を冷却し、熱膨張を緩和させることができる。また、電極ガイド付近のヒュームを流体によって飛散させることができるので、電極ガイドおよび電極線にヒュームが付着し難いものとできる。これによって、電極ガイドと電極線との間のクリアランスを小さくすることができる。

また、第１貫通孔の断面形状を電極線の断面形状に対して異形状とし、電極線の外周面と第１貫通孔の内周面との間に形成された隙間に流体を流通させた場合は、電極線を直接冷却することができ、電極線の熱膨張を抑えることが容易になる。また、電極線の周囲に冷却媒体が流通されるので、電極線と電極ガイドとの間にヒュームが付着するのを抑制することができる。

また、第１貫通孔の内壁と第２貫通孔の内壁との間に、流体を流通可能な連結路を形成してもよく、この場合も、電極線を直接冷却することができ、電極線の熱膨張を抑えることが容易になる。また、電極線の周囲に冷却媒体が流通されるので、電極線と電極ガイドとの間にヒュームが付着するのを抑制することができる。

また、第１貫通孔の開口部を第２貫通孔の開口部より突出させて設ける場合、ワークと第２貫通孔の開口との間の距離を確保することができ、第２貫通孔の流体の流通路を確保することができる。

また、第１貫通孔および第２貫通孔の開口部がある端面と反対側の端面に穴を設け、第１貫通孔および第２貫通孔がそれぞれこの穴に連通する形状にすれば、電極ガイドを長くしても第１貫通孔の長さを任意に設定することが可能になり、細く剛性の小さい電極線を第１貫通孔に挿通容易にすることができる。

また、第１貫通孔の直径もしくは第１貫通孔に内接する円の直径が、第２貫通孔の直径もしくは第２貫通孔に内接する円の直径より大きい場合、電極線が誤って第２貫通孔に挿入されないようにすることが可能になる。

また、電極ガイドがセラミックスから成る場合、小型で耐久性、耐熱性に優れた放電加工用の電極ガイドを供給することができる。また、絶縁性に優れるのでワークと電極線とが短絡し難いものとできる。さらに、第１貫通孔または第２貫通孔が焼結面である場合、電極線との摩擦抵抗を小さくすることができる。

また、加工すべき微細穴に対応した線径を有する電極線を繰り出す機構と、電極線が挿通され電極線の先端を被工作物の表面に案内する上記いずれかに記載の電極ガイドと、電極ガイドの第２貫通孔に流体を流通させる機構とを備えた放電加工装置を用いることにより、微細孔加工用の電極線と電極ガイドとの間のクリアランスを小さくした放電加工が可能になり、電極線がかみ込み難く、微細孔を高精度に加工することができる放電加工装置とすることができる。

本発明の一実施形態に係る電極ガイドを示す縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電極ガイドの第１貫通孔の横断面形状の例を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る電極ガイドの第１貫通孔、第２貫通孔、およびその連結路の横断面形状の例を示す平面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電極ガイドの他の例を示す縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電極ガイドのさらに他の例を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る放電加工装置の例を示す概略図である。従来の放電加工装置の例を示す概略図である。放電加工装置による座繰り孔の奥底部に孔加工を施す場合の例を示す断面図である。

以下、図を参照しながら本発明の実施の形態の各例を説明する。

図１は、本発明の一実施形態における電極ガイドの縦断面図を示す。電極ガイド６は、軸方向に第１貫通孔１３を有し、第１貫通孔１３には電極線２が挿通される。電極ガイド６は、第１貫通孔１３に隣接させて第２貫通孔１４を有しており、第２貫通孔１４には液体状または気体状の流体が流通される。電極ガイド６は、電極線２の先端３がワーク１の穿孔位置に配置されるように電極線２を案内し、支持する機能を有している。

電極線２には、例えば、銅，銅タングステン，グラファイト等が用いられる。微細孔４の加工の場合、例えば、１００μｍ以下の電極線２が使用される。電極ガイド６に設けられる第１貫通孔１３は、電極線２が第１貫通孔１３内で回転可能とし、電極線２の先端３が放電によって損耗するに従って第１貫通孔１３から繰り出せるように、電極線３の直径よりわずかに太くクリアランスを設けて作製される。ただし、電極線２が振れて先端３が穿孔位置からずれてしまわないようにするために、クリアランスはできるだけ小さくするのが好ましい。

電極ガイド６には、電極線２とワーク１との間の絶縁をとる必要があるため、絶縁材料が用いられる。各種絶縁材を用いることができるが、取り分け絶縁性、耐熱性に優れているセラミックスを用いるのが好ましい。セラミック材料の中でも、アルミナセラミックス，ジルコニアセラミックスなどの耐磨耗性に優れたセラミックスが好適であるが、熱伝導特性、耐熱特性に優れた炭化珪素や窒化珪素などのセラミックスで作製しても良い。

セラミックス製の電極ガイド６を作製する場合、第１貫通孔１３、第２貫通孔１４を成形段階で予め形成することが可能な押し出し成形方法が適している。もしくは、円筒体のセラミック成形体を押し出し成形やプレス成形、射出成形などの成形方法を用いて作製し、その後に、ドリルなどを用いた穿孔加工等により、第１貫通孔１３や第２貫通孔１４を形成してもよい。成形後に、それぞれのタイプのセラミックスに適した温度にて焼成して、第１貫通孔１３，第２貫通孔１４を有したセラミック焼結体が作製される。

長さの短い電極ガイド６の場合は、貫通孔１３，１４を有しないセラミック円筒体を焼結させた後に、レーザー加工や、ダイヤモンド砥粒を用いた超音波加工もしくはブラスト加工を用いて、それら貫通孔１３，１４を形成してもよい。

さらに、ダイヤモンド砥石などにより、外周面および長手方向両端面の研削加工がなされ、所定の寸法へと加工される。

また、貫通孔１３，１４の公差が非常に厳しい場合は、ダイヤモンド砥粒などを用いたワイヤ研磨を行うことにより、数μｍレベルの公差のものを加工することができる。さらに電極線３の挿入性を向上させるためには、第１貫通孔１３の入り口部のエッジを除去する必要があるが、それらについては、バレル研磨や、バフ研磨等により加工することができる。もしくはダイヤモンド製のバイトを用いることにより、その貫通孔１３入り口部をテーパ形状に加工し、電極線２の挿入性をさらに向上させることもできる。

しかし、セラミック製の電極ガイドの場合、第1または第２貫通孔１３，１４の内周面は、ワイヤ研磨などを施した加工鏡面ではなく、セラミック結晶粒によってできる焼結後の凹凸面を有した焼結面とするのが好ましい。表面に微細な凹凸が設けられることにより、電極線２と貫通孔１３との間の摩擦抵抗を低減させることができ電極線２の送り、あるいは回転をスムースに行うことが可能になる。また、表面に微細な凹凸が設けられることにより、研磨面（鏡面）の場合に比較して、第１または第２貫通孔１３，１４を流れる流体への流路抵抗を小さくすることができ、電極線２の冷却効果を上げることが可能になると同時に、ヒュームの付着をさらに抑制できる。特に、第１貫通孔１３と電極線２との間のクリアランスが１〜１０μｍ程度の空隙に流体を流す場合、また、細い第２貫通孔１４内に流体を流す場合に有効である。

凹凸を有する焼結面とする場合、コード法による焼結後のセラミック粒子の結晶粒経を０．１５μｍ乃至３．０μｍとすればよい。また、焼結後の算術平均粗さＲａで０．１μｍ乃至０．５μｍとするとよい。コード法とは、結晶写真上に直線を引き、この直線を横切る粒子の数でその直線の長さを割ることにより結晶粒径を定義する方法である。

第１貫通孔１３の横断面形状は、電極線２の横断面と相似の円形とすれば良いのであるが、例えば、図２（ａ），図２（ｂ）に示すような電極線２の断面形状とは異形状のものとしてもよい。すなわち、図２（ａ）において、第１貫通孔１３の横断面形状は、電極線２の円形の横断面よりも大きい円形とされ、その内周面に突起１３ａが少なくとも３箇所以上円周上の均等位置に設けられた形状を有している。電極線２は突起１３ａの先端によってガイドされ、電極ガイド６に支持されている。そして、電極線２の周囲の隣接する突起１３ａの間に隙間９が形成されている。

図２（ｂ）においては、第１貫通孔１３の横断面形状は、多角形、例えば正方形とされ、その内側に電極線２が挿通されている。電極線２は第１貫通孔１３の辺の中央部１３ｂによって支持され、電極ガイド６にガイドされる。そして、電極線２の周囲の第１貫通孔１３の角部１３ｃに電極線２との間の隙間９が形成されている。

これら隙間９には、第２貫通孔１４と同様に流体を流通させるのが好ましい。この流体は、電極線２の冷却に寄与するとともに、第１貫通孔１３と電極線２との間にヒュームが付着するのを抑制する。また、電極線２の外周面と第１貫通孔１３の内周面とが全面で接触しない構成となるので、電極線２とのクリアランスを調整する第１貫通孔１３の研磨工程を容易なものとすることができる。

このような形状の第１貫通孔１３の形成については、押し出し成形が最も適している。成形時に第１貫通孔１３を形成するための金型ピンの形状を所定の形状にし、その金型ピンに沿ってセラミックスを押し出し成形すれば、長手方向に均一な第１貫通孔１３の断面形状を容易に作製できる。

また、図３に示すように、第１貫通孔１３の内壁の一部と第２貫通孔１４の内壁の一部との間に、これらの貫通孔１３，１４の間を連結する連結路１５を形成してもよい。この連結路１５が第１貫通孔１３の内周壁に配置されることによって、電極線２の周囲に流体を流通させることができ、電極線２を冷却するとともに、電極線２と第１貫通孔１３との間にヒュームが付着するのを抑制することができる。このような連結路１５の形成についても、前記の押し出し成形の金型ピンをこのような形状にすることにより、容易に作製することができる。

また、図４に示すように、第１貫通孔１３の開口部１１を第２貫通孔１４の開口部１２より突出するように設けるのがよい。これによって、電極線２をワーク１に近い位置まで支持するとともに、ワーク１と第２貫通孔１４の開口部１２との間の距離を取り、流体の流通が阻害されないようにすることができる。

第２貫通孔１４の開口部１２は、図４（ａ）に示すように第１貫通孔１３の開口部１１の周囲に斜めに設けられたものとしてもよく、図４（ｂ）に示すように開口部１１と平行に開口部１１より後退した位置に設けてもよい。このような開口部１１，１２は、電極ガイド６の先端部を所定形状に加工することによって行なえる。例えば、電極ガイド６の先端部をダイヤモンド砥石などを用いて研削加工することにより容易に形成できる。

また、図５に示すように、第１貫通孔１３および第２貫通孔１４の開口部１１，１２がある電極ガイド６のワーク１に面する端面と反対側の端面に穴１６を設け、第１貫通孔１３および第２貫通孔１４がこの穴１６に繋がる形状にしてもよい。このような穴１６は、例えば、焼結前のセラミック成形体にドリルやバイトなどで電極ガイド６の端面に座繰り穴１６加工を施したのちに焼結することにより、容易に作製することができる。

また、これら第１貫通孔１３および第２貫通孔１４の内寸は、例えば、図３に示すように第１貫通孔１３の直径Ｄが第２貫通孔１４の直径ｄより大きくなるように形成するのが好ましい。なお、図３において第１貫通孔１３および第２貫通孔１４は横断面形状が円形状に示されているが、例えば各貫通孔１３，１４が図２に示すような異形状のものであってもよい。この場合、異形状の第１貫通孔１３に内接する円の直径Ｄが異形状の第２貫通孔１４に内接する円の直径ｄより大きくなるように形成すればよい。

上記のような電極ガイド６は、図６記載の放電加工装置の電極ガイド６として放電加工装置内に装着される。放電加工装置は、電極線２を繰り出す繰出機構１７を備えている。電極線２は、この繰出機構１７からその下方に配置された電極ガイド６の第１貫通孔１３に通され、第１貫通孔１３の開口部１１から突出するようにセットされる。また、電極ガイド６の第２貫通孔１４、もしくは第１貫通孔１３の隙間９には冷却用の媒体、例えば温度調整のされた空気が流される。空気は、エアーコンプレッサ等のポンプ１８に接続された樹脂製チューブまたは細径の金属チューブなどを介して、それら貫通孔１３，１４に供給される。なお、空気の代わりに液体、例えば液状のオイル等を用いても構わない。

そして、電極線２とワーク１との間に電源５によって所定の電圧を印加し、電極線２を回転させながら電極線２をワーク１に接近させる。そして、電極線２とワーク１との間に放電を生じさせて放電加工が施される。また、電極線２の先端３には第１貫通孔１３もしくは第２貫通孔１４より流体が噴出され、放電加工時に発生するヒュームの電極ガイド６への付着を抑制すると同時に電極線２が冷却される。

また、流体を電極線２を包囲する第１および第２貫通孔１３，１４より噴出させる代わりに吸入させてもよい。この場合、ヒュームは電極線２を包囲する第１もしくは第２貫通孔１３，１４より吸い込まれ、電極線２と第１貫通孔１３との間へのヒュームの堆積を抑制することができる。

電極線２および電極ガイド６が流体によって冷却されるので、電極線２と第１貫通孔１３との間のクリアランスを小さくすることができる。また、放電加工時に発生するヒュームの付着を抑制することができるので、第１貫通孔１３と電極線２との間のクリアランスを小さくすることができる。これによって、電極線２はワーク１に形成される微細孔４位置へ精度よく案内されるので、本発明の一実施形態に係る放電加工装置は、加工精度のよい微細孔４を放電加工によって形成することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

１：ワーク
２：電極線
３：先端
４：微細孔
５：電源
６：電極ガイド
９：隙間
１１：第１貫通孔の開口部
１２：第２貫通孔の開口部
１３：第１貫通孔
１４：第２貫通孔
１５：連結路
１６：穴
Ｄ：第１貫通孔の直径
ｄ：第２貫通孔の直径

Claims

電極線の先端で放電させて微細穴を形成する放電加工装置の電極ガイドであって、前記電極ガイドは、軸方向に前記電極線が挿通される第１貫通孔を有するとともに、該第１貫通孔に隣接させて流体が流通される第２貫通孔を有していることを特徴とする放電加工装置の電極ガイド。
前記第１貫通孔の断面形状を前記電極線の断面形状に対して異形状とし、前記電極線の外周面と前記第１貫通孔の内周面との間に形成された隙間に流体を流通させることを特徴とする請求項１記載の放電加工装置の電極ガイド。
前記第１貫通孔の内壁と前記第２貫通孔の内壁との間に、流体を流通可能な連結路が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電加工装置の電極ガイド。
前記第１貫通孔の開口部が、前記第２貫通孔の開口部より、突出させて設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電加工装置の電極ガイド。
前記電極ガイドは、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の前記開口部がある端面と反対側の端面に穴を有し、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔がそれぞれ前記穴に連通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電加工装置の電極ガイド。
前記第１貫通孔の直径もしくは前記第１貫通孔に内接する円の直径が、前記第２貫通孔の直径もしくは前記第２貫通孔に内接する円の直径より大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放電加工装置の電極ガイド。
前記電極ガイドはセラミックスから成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放電加工装置の電極ガイド。
前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の表面が焼結面であることを特徴とする請求項７記載の放電加工装置の電極ガイド。
加工すべき微細穴に対応した線径を有する電極線を繰り出す機構と、前記電極線が挿通され前記電極線の先端を被工作物の表面に案内する請求項１乃至８のいずれかに記載の電極ガイドと、該電極ガイドの前記第２貫通孔に流体を流通させる機構とを備えたことを特徴とする放電加工装置。