JP2011104689A - 放電加工機および放電加工機を用いたノズルボディの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極と被加工物との間で最適な放電を発生させるために、モータによる電極の位置制御を行う放電加工技術において、電極と被加工物との間の放電状態を用いた電極位置のフィードバック制御の精度を向上させる。
【解決手段】制御回路は、モータを間欠的に作動させ、モータの作動を停止させた後の時点であり、次にモータの作動を開始させる前の時点における、電極と被加工物の間の放電状態検出し、検出した放電状態に基づいて、次にモータを作動させるときのモータの作動内容を制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、放電加工機および放電加工機を用いたノズルボディの製造方法に関するものである。

従来、放電加工において、電極と被加工物との間で最適な放電を発生させるために、モータによる電極の位置制御を行う技術が知られている。例えば、特許文献１、２では、電極と被加工物との間の放電状態（放電電圧、放電電流等）を検出する放電状態検出回路を備え、この放電状態検出回路からの検出信号に応じて電極の移動量を決定するという第１のフィードバック制御を行い、それに加え、決定した移動量を精度良く実現するために、ロータリーエンコーダ等で電極の位置を検出する位置検出回路を備え、この位置検出回路からの検出信号に応じて、モータの駆動制御を行うという第２のフィードバック制御を行うようになっている。

特開平５−１０４３３２号公報 特開２０００−１６７７１７号公報 特開平７−１８４３８２号公報

しかし、引用文献１、２の技術では、第１のフィードバック制御の精度が十分ではない。その理由は、発明者の検討によれば、放電状態を検出するタイミングにおいて、電極がまだモータによって制御されている途中である場合があるからである。そのような場合に検出された放電状態を利用して移動量を決定したとしても、新たな移動量を指令するタイミングでは、電極は放電状態検出時の位置から更に移動してしまっている。このように第１のフィードバック制御の精度が十分ではないために、引用文献１、２では、第２の制御を導入せざるを得ない。

本発明は上記点に鑑み、電極と被加工物との間で最適な放電を発生させるために、モータによる電極の位置制御を行う放電加工技術において、電極と被加工物との間の放電状態を用いた電極位置のフィードバック制御の精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、電極（２３）と被加工物（２４）との間に電圧を印加することで放電を発生させ、その放電によって被加工物（２３）を溶融させて加工する放電加工機であって、前記電極（２３）を保持する電極保持具（２２）と、前記電極保持具（２２）を駆動方向に移動させるモータ（２１）と、前記電極（２３）と前記被加工物（２４）との間の放電状態を検出して放電状態信号として出力する放電状態検出回路（４）と、前記放電状態検出回路（４）が出力した前記放電状態信号を受け、受けた前記放電状態信号に基づいて前記モータ（２１）を駆動させることで、前記電極（２３）の駆動方向における位置を制御する制御回路（６）と、を備え、前記制御回路（６）は、前記モータ（２１）を間欠的に作動させ、前記モータ（２１）の作動を停止させた後の時点であり、次に前記モータ（２１）の作動を開始させる前の時点における、前記電極（２３）と前記被加工物（２４）の間の放電状態を、前記放電状態信号に基づいて検出し、検出した前記放電状態に基づいて、次に前記モータ（２１）を作動させるときの前記モータ（２１）の作動内容を制御することを特徴とする放電加工機である。

このように、放電状態の検出対象のタイミングは、モータ（２１）が作動せず、電極（２３）の駆動が行われておらず、電極（２３）の慣性による移動速度が弱まったタイミングである。したがって、電極（２３）が、１回のモータ（２１）の連続駆動に起因して移動し終える位置に近い位置（または移動し終える位置そのもの）で、電極（２３）と被加工物（２４）との間の放電状態を検出することができる。

このような位置で検出される放電状態は、次にモータ（２１）を作動させるときのモータ（２１）の作動内容を決めるためにフィードバックする放電状態としては、非常に望ましいものである。なぜなら、仮にモータ（２１）が作動し続けている状態で放電状態を検出したとすれば、モータ（２１）の次の作動開始タイミングまでに、電極（２３）が大きく動いてしまうので、検出された放電状態はフィードバック値としては精度が低いものとなるからである。

このように、放電状態の検出対象のタイミングを、１回のモータ（２１）の作動が電極駆動信号５１の出力が終了し、次に超音波モータ２１の作動を再開する前とすることで、検出した放電状態を用いた電極（２３）のフィードバック制御の精度が高くなる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電加工機において、前記モータ（２１）は、前記制御回路（６）によって作動させられている間、前記電極（２３）の位置を検出し、検出した位置を前記モータ（２１）の作動にフィードバックする制御を受けないことを特徴とする。

請求項１に記載した通り、本願発明の放電加工機は、電極（２３）の位置制御の精度を高くすることができるので、従来（特許文献１、２参照）のように、放電状態に応じて電極（２３）の移動量を決めるという第１のフィードバック制御に加え、決めた移動量を精度良く実現するために、実際にロータリーエンコーダ等で電極２３の位置を検出してモータ制御に反映する第２のフィードバック制御を行わなくてもよくなる。

そして、この第２のフィードバック制御を行なわず、電極（２３）の位置自体の制御という概念を排除して直接モータ（２１）の駆動指令制御を行うことで、電極（２３）の位置制御が速やかに実現し、ひいては、放電加工の時間が短縮される。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の放電加工機において、前記制御回路（６）は、前記放電状態検出回路（４）が出力した前記放電状態信号に基づいて、電極駆動信号を出力し、前記モータ（２１）は、前記制御回路（６）が前記電極駆動信号を出力している間に限り前記電極保持具（２２）を移動させると共に、出力された前記電極駆動信号のレベルの絶対値が高いほど前記電極保持具（２２）を高速に移動させ、前記制御回路（６）は、前記放電状態信号を間欠的に出力し、第１の放電状態信号の出力を終了した後の時点であり、かつ前記第１の電極駆動信号の次の第２の電極駆動信号の出力を開始する前の時点における、前記電極（２３）と前記被加工物（２４）の間の放電状態を検出し、検出した前記放電状態に基づいて、前記第２の駆動信号のレベルまたは前記第２の駆動信号の出力時間を決定することを特徴とする。

このように、電極駆動信号のレベル自体を変化させて電極（２３）の位置を制御することで、そうでない場合に比べて高速な制御を行うことができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放電加工機において、前記モータ（２１）は、環状に運動するフィンガチップ（２１ａ）を備えた超音波モータ（２１）であり、前記フィンガチップ（２１ａ）を前記電極保持具（２２）に接触させて前記電極保持具（２２）を動かすことを特徴とする。

このようになっていることで、磁場変動を利用する従来のモータ（例えばリニアモータ）のように、モータの可動子を電極保持具（２２）に含めて移動させる必要がない。すなわち、超音波モータ（２１）は、モータの２次側移動子（すなわち、超音波モータ（２１）のうち電極保持具（２２）と共に移動する部材）がない。換言すれば、２次側移動子の質量がゼロである。その分、電極保持具（２２）の質量が低減でき、ひいては、電極（２３）の高速移動および高速制御を実現することができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の放電加工機において、前記電極保持具（２２）のうち、前記フィンガチップ（２１ａ）が接触する部材（２２ａ）が、前記電極（２３）を直接保持することを特徴とする。このようになっていることで、そうでない場合に比べて電極保持具（２２）が軽量化する。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放電加工機において、前記制御回路（６）が検出する前記放電状態は、前記モータ（２１）の作動が停止してから所定の時間（Ｔ２）が経過した時点であり、この所定の時間（Ｔ２）は、前記モータ（２１）の作動が停止してからから、前記モータ（２１）の作動が再開するまでの期間の１／２以上であることを特徴とする。

このようにすることで、上記所定の時間（Ｔ２）が長いほど、電極（２３）が十分減速されている可能性が高く、それゆえ、電極（２３）のフィードバック制御の位置精度が高くなる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の放電加工機に対して燃料噴射ノズルのノズルボディを構成する被加工物（２４）を設置する工程と、
前記放電加工機を用いて前記被加工物（２４）に噴孔を空ける工程と、を備えたノズルボディの製造方法である。このように、本発明の放電加工機は、微細な噴孔を有するノズルボディの製造に適している。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る放電加工機１の構成を示すブロック図である。 放電加工機の機構部２の構成を示す図である。 フィンガチップ２１ａの楕円運動とセラミックプレート２２ａの移動の関係を示す図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 制御回路６の位置制御処理のフローチャートである。 制御係数Ｋの設定処理のフローチャートである。 ジャンプ条件の設定処理のフローチャートである。 放電加工時の電極駆動信号、電極位置、放電状態、放電状態検出タイミングの経時変化を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に、本実施形態の放電加工機１の構成を示す。この放電加工機１は、電極と被加工物との間に電圧を加えることで放電を発生させ、その放電によって被加工物を溶融させて加工する装置である。

この放電加工機１は、図１に示すように、機構部２、放電電源３、放電状態検出回路４、モータアンプ５、および制御回路６を備えている。機構部２は、放電加工機１のうち、機械的作動を行う部分であり、超音波モータ２１、電極保持具２２、電極２３等を備え、被加工物２４が設置されるようになっている。

超音波モータ２１は、電極保持具２２を駆動方向（具体的には上下）に移動させるモータであり、電極保持具２２は、電極２３を保持する部材である。電極２３は、例えば中空（または中実）の銅、タングステン等の細線状の丸棒等から構成された細径（例えば、０．２ｍｍ以下の径）の針金形状の電極であり、電極保持具２２が超音波モータ２１によって駆動方向に移動するとき、同じように駆動方向に移動する。

放電電源３は、電極２３および被加工物２４の間に繰り返しパルス的に所定の電圧を印加する装置である。繰り返し周期は、例えば、数万分の１秒〜数千万分の１秒程度である。電極２３が被加工物２４から適切な距離だけ離れている場合に、電極２３と被加工物２４との間に電圧が印加されると、これらの間に放電が発生し、被加工物２４の一部が溶融して加工が進む。

放電状態検出回路４は、放電電源３の放電状態（すなわち、電極２３と被加工物２４との間の放電状態）を常時検出し、その検出結果の放電状態を放電状態信号として制御回路６に出力する。検出される放電状態としては、電極２３と被加工物２４との間に印加される放電電圧、電極２３と被加工物２４の間に流れる放電電流等がある。

モータアンプ５は、制御回路６から受けた電極駆動信号に従って超音波モータ２１を駆動する回路である。より具体的には、制御回路６から絶対値が所定値（具体的にはゼロ）以上の電極駆動信号を受けている間に限り超音波モータ２１を作動させ、受けた電極駆動信号のレベルの絶対値が高いほど高速に超音波モータ２１を作動させ、電極保持具２２を高速に移動させる。以下では、絶対値が所定値（具体的にはゼロ）以上の電極駆動信号を受けていることを、単に電極駆動信号を受けていると記す。

制御回路６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等を備えた周知のマイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムを実行することで、放電状態検出回路４から受けた放電状態信号に基づいて、モータアンプ５に電極駆動信号を出力する。基本的には、電極２３と被加工物２４との間隔が放電に適切な間隔となるよう、モータアンプ５に対して電極駆動信号を出力することで、電極２３の駆動方向における位置を制御する。

図２に、機構部２の詳細な構成を示す。機構部２は、上述の超音波モータ２１、電極保持具２２、電極２３に加え、ＸＹステージ２５、背面プレート２６、固定プレート２７、スライドレール２９、電極ガイドホルダ３０、および電極ガイド３１を備えている。

ＸＹステージ２５は、被加工物２４を載置する台であり、Ｘ移動軸２５ｘおよびＹ移動軸２５ｙ方向に移動させることで、電極２３に対する被加工物２４の水平面内の位置を変化させることができる。また、ＸＹステージ２５は、図示しない給電線を介して放電電源３のグラウンド側端子と導通する。

背面プレート２６は、ＸＹステージ２５に固定された立ち壁であり、固定プレート２７は、この背面プレート２６の側面において、背面プレート２６に対して平行にネジ止め固定された板である。この固定プレート２７の背面プレート２６側とは反対側の面には、超音波モータ２１、電極保持具２２が固定される。

ここで、超音波モータ２１について説明する。超音波モータ２１は、電極２３を駆動するためのモータであって、超音波領域の周波数でフィンガチップ２１ａを環状に運動させる（具体的には楕円運動させる）モータである。超音波モータ２１の作動の速度は、フィンガチップ２１ａの楕円運動の単位時間当たりの回転数に相当する。フィンガチップ２１ａの楕円運動は、図２の紙面内における楕円運動となる。このような超音波モータ２１としては、特許文献３に記載のマイクロモータを用いてもよい。このマイクロモータは、Ｎａｎｏｍｏｔｉｏｎ社からＨＲ１モータという名称で広く販売されている。

より詳しくは、超音波モータ２１は、長方形圧電セラミック素子上に、市松格子状に４箇所の電極を形成すると共に、その長方形の一辺の中央部にフィンガチップ２１ａを備えたモータである。超音波モータ２１の４箇所の電極の内の２個所の対角線上の電極に４０ＫＨz程度の高周波電圧を加えることで、当該セラミック素子を伸縮および屈曲させてフィンガチップ２１ａに楕円運動を生起させる。

電極保持具２２は、セラミックプレート２２ａ、電極押え２２ｂ、電極押え用ネジ２２ｃ、移動子２２ｄを備えている。セラミックプレート２２ａは、超音波モータ２１の先端部のフィンガチップ２１ａと常時接触しており、超音波モータ２１が作動してフィンガチップ２１ａが楕円運動すると、当該圧電セラミック素子に付設されたバネにより、フィンガチップ２１ａの楕円運動がセラミックプレート２２ａに伝達され、セラミックプレート２２ａが直線的に移動する。

ここで、フィンガチップ２１ａの楕円運動とセラミックプレート２２ａの移動の関係について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、セラミックプレート２２ａを上方（すなわち、駆動方向に沿って被加工物２４から離れる向き）に移動させる場合は、フィンガチップ２１ａを紙面の反時計回りに楕円運動させる。また、図３（ｂ）に示すように、セラミックプレート２２ａを下方（すなわち、駆動方向に沿って被加工物２４に近づく向き）に移動させる場合は、フィンガチップ２１ａを紙面の時計回りに楕円運動させる。

反時計回りの楕円運動時、フィンガチップ２１ａとセラミックプレート２２ａとは常に接触した状態にあるが、フィンガチップ２１ａが下降している段階よりも、フィンガチップ２１ａが上昇している段階の方が、フィンガチップ２１ａがセラミックプレート２２ａをより強く押圧する。したがって、セラミックプレート２２ａに及ぼすフィンガチップ２１ａの摩擦力は、フィンガチップ２１ａの上昇時の方が大きく、したがって、全体として見れば、セラミックプレート２２ａは上昇する。

また、時計回りの楕円運動時も、フィンガチップ２１ａとセラミックプレート２２ａとは常に接触した状態にあるが、今度はフィンガチップ２１ａが上昇している段階よりも、フィンガチップ２１ａが下降している段階の方が、フィンガチップ２１ａがセラミックプレート２２ａをより強く押圧する。したがって、セラミックプレート２２ａに及ぼすフィンガチップ２１ａの摩擦力は、フィンガチップ２１ａの下降時の方が大きく、したがって、全体として見れば、セラミックプレート２２ａは下降する。

また、フィンガチップ２１ａが楕円運動を停止した場合、フィンガチップ２１ａとセラミックプレート２２ａとが接触しているので、フィンガチップ２１ａとセラミックプレート２２ａとの摩擦力によって、セラミックプレート２２ａも停止する。

セラミックプレート２２ａは、移動子２２ｄに固定されている。移動子２２ｄは、固定プレート２７に固定されたスライドレール２９に対して離れないように係合されると共に、スライドレール２９上をスライドレール２９に沿って自在に移動可能なセラミック製の部材である。

電極押え２２ｂは、フィンガチップ２１ａおよび電極押え用ネジ２２ｃと共に電極２３を保持するための導電性の金属部材である。図４に、図２のＡ−Ａ断面図を示す。この図に示すように、電極押え２２ｂは、セラミックプレート２２ａの下端部の側面を囲む環状の部材となっている。電極押え２２ｂの一面にはネジ穴が設けられており、電極押え用ネジ２２ｃは、電極押え２２ｂの外周からこのネジ穴を通って、セラミックプレート２２ａの電極２３に対向していない側の面に当接することで、セラミックプレート２２ａを電極２３および電極押え２２ｂの内周に向けて押圧するようになっている。これによって、電極２３は、セラミックプレート２２ａと電極押え２２ｂに挟まれて保持される。このように、電極２３は、セラミックプレート２２ａと電極押え２２ｂによって直接保持されている。

このようになっていることで、電極押え２２ｂは電極２３と導通する。また、電極押え２２ｂは、図示しない給電線（被覆を含めて直径１ｍｍ程度）を介して放電電源３の非グラウンド側端子と導通する。このようになっていることで、放電電源３は、給電線および電極押え２２ｂを介して電極２３に電圧を印加することができる。

電極ガイドホルダ３０は、電極保持具２２の下部において背面プレート２６に固定されている。また、電極ガイド３１は、この電極ガイドホルダ３０に固定されると共に、電極押え２２ｂから下方に延びる電極２３が挿通される挿通孔を有している。この挿通孔を電極２３が通ることで、電極２３が位置決めされる。

以下、上記のような構成の放電加工機１の作動および放電加工機１を用いた加工方法について説明する。

まず、被加工物２４を、ＸＹステージ２５上に設置する。本実施形態における被加工物２４は、エンジンのシリンダ内に燃料（ガソリン燃料、ディーゼル燃料等）を噴射する燃料噴射ノズルのノズルボディの元となる部材であり、ノズルボディの外形を有した部材である。放電加工機１を用いた放電加工では、電極２３と被加工物２４との間に放電を発生させて被加工物２４に憤孔を空ける工程を、ＸＹステージ２５のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置を適宜変化させながら、繰り返す。これによって、燃料を噴射するための複数の憤孔が被加工物２４の複数位置に空けられる。これらの憤孔を空けることで被加工物２４はノズルボディとして完成するので、被加工物２４の放電加工方法では、ノズルボディの製造方法でもある。

被加工物２４をＸＹステージ２５上に設置した後、作業者は、放電電源３を作動させる。すると放電電源３は、所定の周期（例えば、数千万分の１秒の周期）で電極２３と被加工物２４との間にパルス電圧を印加し始める。

また作業者は、放電状態検出回路４、モータアンプ５、制御回路６を作動させる。すると、放電状態検出回路４は、電極２３と被加工物２４との間の放電状態（放電電流、放電電圧等）を示す放電状態信号を制御回路６に出力し始める。また、制御回路６は起動して、受けた放電状態信号に基づいて、電極２３と被加工物２４との間隔が放電に適切な間隔となるよう、モータアンプ５に対して電極駆動信号を出力するための位置制御処理を開始する。そしてモータアンプ５は、制御回路６から受けた電極駆動信号に応じて超音波モータ２１を駆動する。

ここで、制御回路６の位置制御処理の詳細について、図５〜図８を用いて説明する。図５は、制御回路６の位置制御処理のフローチャートであり、図６は、制御係数Ｋの設定処理のフローチャートであり、図７は、ジャンプ条件の設定処理のフローチャートであり、図８は、放電加工時の電極駆動信号、電極位置、放電状態、放電状態検出タイミングの経時変化を示すタイミングチャートである。

制御回路６は、位置制御処理においてまずステップ１１０で、放電電源３が放電加工用のパルス電圧の繰り返し印加を開始したか否かを、放電状態検出回路４から受ける放電状態信号に基づいて判定する。そして、開始したと判定するまでこのステップ１１０を繰り返し、開始したと判定すると、続いてステップ１１５に進む。

ステップ１１５では、電極駆動信号５１（図８参照）を一定期間Ｔ１だけモータアンプ５に出力し続ける。出力する電極駆動信号のレベルＹは、位置制御処理の開始後最初のステップ１１５では、ＲＯＭに記録されたデフォルト値Ｙ０（Ｙ０は負の値）となる。本事例では、位置制御処理の開始後最初のステップ１１５なので、レベルがデフォルト値Ｙ０の電極駆動信号が、一定期間Ｔ１だけモータアンプ５に出力される。

このようなレベルＹ０の電極駆動信号を一定期間Ｔ１だけ受けたモータアンプ５は、そのレベルの絶対値に比例する速さで超音波モータ２１のフィンガチップ２１ａを楕円運動させる。楕円運動の方向は、電極駆動信号のレベルが正の場合はセラミックプレート２２ａを上昇させる方向（すなわち、図３における反時計回り）であり、電極駆動信号のレベルが負の場合はセラミックプレート２２ａを下降させる方向（すなわち、図３における時計回り）である。レベルＹ０は負の値であるので、セラミックプレート２２ａおよび電極２３の駆動方向における位置５２は、被加工物２４に近づくように、レベルＹ０に概ね比例する距離だけ、下降する。

なお、電極駆動信号５１の出力中も、放電電源３は電極２３と被加工物２４との間に繰り返しパルス電圧を印加し続けている。電極駆動信号５１の出力タイミングの間隔Ｔ０は、パルス電圧の印加タイミングの間隔に比べ、遙かに長く、例えば電極駆動信号５１の出力タイミングの間隔Ｔ０の間に、パルス電圧が１万回程度印加され、その度に、被加工物２４から電極２３までの距離等に応じた放電状態５３で放電が発生する（距離等によっては放電しない場合もある）。

一定期間Ｔ１の電極駆動信号５１の出力が終了すると、続いてステップ１２０で、時間の経過に従って変化するタイマ値ｔの値をゼロにリセットし、続いてステップ１２５で、タイマ値ｔがＴ２に到達するまで（すなわち、電極駆動信号５１の連続出力終了後に期間Ｔ２が経過するタイミング５４ａ〜５４ｉまで）待ち、到達すると続いてステップ１３０に進む。なお、このタイマ値ｔがＴ２に到達するまで待っている間も、電極駆動信号５１の出力中と同じく、放電電源３は電極２３と被加工物２４との間に繰り返しパルス電圧を印加し続けている。

また、このタイマ値ｔがＴ２に到達するまで待っている間は、電極駆動信号５１がモータアンプ５に出力されないので、モータアンプ５は超音波モータ２１を駆動しない。しかし、セラミックプレート２２ａおよび電極２３においては、慣性のため、それまでの移動速度が急にゼロになるわけではなく、フィンガチップ２１ａとの摩擦によって減速しつつそれまでの移動方向に進む。その際、期間Ｔ２が経過する前に移動速度がゼロになれば、期間Ｔ２が経過した時点でも移動速度はゼロのままとなる。

ステップ１３０では、現時点、すなわち電極２３の移動速度がある程度減速した時点における、電極２３と被加工物２４の間の放電状態５３を、放電状態検出回路４から受けた放電状態信号に基づいて検出する。現時点における電極２３と被加工物２４の間の放電状態５３としては、その時点において放電状態検出回路４から受けている放電電圧Ｖｇおよび放電電流の両方またはいずれか一方であってもよいし、その時点から過去所定時間だけ遡る期間における、放電電圧の平均値Ｖｇおよび放電電流の平均値のうち両方またはいずれか一方であってもよい。所定時間としては、直前の電極駆動信号５１の出力が終了したタイミング（すなわち、電極２３が減速し初めるタイミング）まで遡らない時間であればよいが、例えば、Ｔ２／２またはそれより短い時間であれば、電極２３の移動速度が十分低下していと考えられるので、より好ましい。

続いてステップ１３５では、制御係数Ｋ（Ｋは正の値）の設定を行う。制御係数Ｋとは、ステップ１３０で検出した放電状態の、理想的な放電状態に対するずれと、そのずれに応じた電極駆動信号５１のレベルＹとの比例関係を規定する係数である。

例えば、最適な放電状態における放電電圧としてあらかじめ定められた値をＶｃとすると、Ｙ＝Ｋ（Ｖｇ−Ｖｃ）という等式によって、検出した放電電圧Ｖｇから、次に出力する電極駆動信号５１のレベルＹを算出するようにする。

図６に示すように、この制御係数Ｋの設定の処理においては、電極下降時間に応じて制御係数Ｋの値を決定する。ここで、電極下降時間とは、制御回路６の位置制御処理が始まってから現在までに、電極２３の下降に費やされた時間の総和から、電極２３の上昇に費やされた時間の総和を減算した結果の値をいう。この電極下降時間が長いほど、被加工物２４の加工対象の孔が深くなっていることになる。

より具体的には、添字ｉ（ただし、ｉはＮ以下の自然数）が大きくなるほど大きくなる時間Ｘ_ｉで時間を区切り、現在の電極下降時間が、その区切られた時間区間のどこに該当するかで、制御係数Ｋの値を決定する。

つまり、電極下降時間がＸ_１以下の場合（ステップ２１０）、制御係数Ｋの値をＫ_１に設定し（ステップ２２０）、電極下降時間がＸ_１より大きくかつＸ_２以下の場合（ステップ２３０）、制御係数Ｋの値をＫ_２に設定し、（ステップ２４０）、電極下降時間がＸ_ｊ−１より大きくかつＸ_ｊ以下の場合（ただし、ｊ＝３、４、…、Ｎ−１）、制御係数Ｋの値をＫ_ｊに設定し、電極下降時間がＸ_Ｎ―１より大きくかつＸ_Ｎ以下の場合（ステップ２５０）、制御係数Ｋの値をＫ_Ｎに設定し（ステップ２６０）、電極下降時間がＸ_Ｎより大きい場合（ステップ２５０）、制御係数Ｋの値をＫ_Ｎ＋１に設定する（ステップ２７０）。ここで、Ｋ_ｉ（ただし、ｉはＮ＋１以下の自然数）は、添字ｉの値が大きくなるほど絶対値が大きくなる数である。

このように、制御回路６は、電極下降時間が長くなるほど、制御係数Ｋの絶対値を大きくするようになっている。制御係数Ｋの絶対値が大きいと、検出した放電状態の、理想的な放電状態に対するずれの値が同じでも、電極２３の駆動量が大きくなる。このようにすることで、加工が進捗し、電極下降時間が長くなって加工対象の孔が深くなり、加工によって生成されるスラッジ（加工くず）が孔から排出され難くなっても、電極２３をより大きく変位させることで、スラッジを適切に孔から排出することができる。

続いてステップ１４５では、ジャンプ条件の設定を行う。ジャンプとは、加工対象の孔に生成されたスラッジを速やかに排出するために、孔から抜ける程度に電極２３を大きく上昇させる作動をいう。

ジャンプ条件とは、このジャンプを実行する条件であり、制御回路６は、後述する通りジャンプ条件が満たされたタイミングでジャンプを実行する。ジャンプ条件としては、例えば、ジャンプの実行周期ＴＪが到来したという条件がある。また、ジャンプ条件としては、電極２３と被加工物２４との短絡状態の発生頻度が閾値Ｆを超えたという条件がある。

図７に示すように、この制御係数Ｋの設定の処理においては、電極下降時間に応じてジャンプ条件を決定する。より具体的には、上述の時間Ｘ_ｉで時間を区切り、現在の電極下降時間が、その区切られた時間区間のどこに該当するかで、ジャンプ条件の値を決定する。

つまり、電極下降時間がＸ_１以下の場合（ステップ３１０）、ジャンプ条件１をジャンプ条件として採用し（ステップ３２０）、電極下降時間がＸ_１より大きくかつＸ_２以下の場合（ステップ３３０）、ジャンプ条件２をジャンプ条件として採用し（ステップ３４０）、電極下降時間がＸ_ｊ−１より大きくかつＸ_ｊ以下の場合（ただし、ｊ＝３、４、…、Ｎ−１）、ジャンプ条件ｊをジャンプ条件として採用し、電極下降時間がＸ_Ｎ―１より大きくかつＸ_Ｎ以下の場合（ステップ３５０）、ジャンプ条件Ｎをジャンプ条件として採用し（ステップ３６０）、電極下降時間がＸ_Ｎより大きい場合（ステップ３５０）、ジャンプ条件Ｎをジャンプ条件として採用する（ステップ３７０）。ここで、ジャンプ条件ｉ（ただし、ｉはＮ＋１以下の自然数）は、添字ｉの値が大きくなるほど緩やかになる（すなわち、条件を満たす頻度が大きくなる）条件である。例えば、ジャンプ条件ｉが上述の実行周期ＴＪを用いる場合は、添字ｉの値が大きくなるほど実行周期ＴＪの値が小さくなる。ジャンプ条件として上述の発生頻度の閾値Ｆ用いる場合は、添字ｉの値が大きくなるほど閾値Ｆの値が小さくなる。

このように、制御回路６は、電極下降時間が長くなるほど、ジャンプ条件を緩やかにするようになっている。このようにすることで、加工が進捗し、電極下降時間が長くなって加工対象の孔が深くなり、加工によって生成されるスラッジ（加工くず）が孔から排出され難くなっても、ジャンプの頻度を増やすことで、スラッジを適切に孔から排出することができる。

続いてステップ１４５では、ジャンプをするか否かを、ステップ１４０で設定したジャンプ条件が満たされるか否かで判定し、ジャンプしないと判定した場合続いてステップ１５０を実行し、ジャンプすると判定した場合続いてステップ１５５を実行する。本事例では、位置制御を開始してすぐなので、ジャンプ条件が満たされずにステップ１５０に進むものとする。

ステップ１５０では、電極駆動信号５１のレベルＹを、ステップ１３０で検出した放電状態、および、ステップ１３５で決定した制御係数Ｋに基づいて、決定する。例えば、上述のＹ＝Ｋ（Ｖｇ−Ｖｃ）という等式を用いて決定する。このようにして決定された電極駆動信号５１のレベルＹは、次に連続出力される電極駆動信号５１のレベルである。

続いてステップ１６０では、放電加工用のパルス電圧の印加を終了するか否かを判定する。例えば、放電状態検出回路４からの放電状態信号に基づいて、電極２３が被加工物２４を貫通したと判定したときに、放電加工用のパルス電圧の印加を終了するようになっていてもよい。あるいは、作業者が所定の放電加工終了スイッチを操作したことに基づいて、放電加工用のパルス電圧の印加を終了するようになっていてもよい。終了しないと判定した場合は、続いてステップ１６５を実行し、終了すると判定した場合は、電極２３を初期位置に戻して位置制御処理を終了することで、放電加工が終了する。

ステップ１６５では、タイマ値ｔがＴ０−Ｔ１に到達するまで待つ。時間Ｔ１は、１回の電極駆動信号５１の出力持続期間なので、前回の電極駆動信号５１の出力が終了してから時間Ｔ０−Ｔ１が経過したということは、前回の電極駆動信号５１の出力開始タイミングから、電極駆動信号５１の出力周期Ｔ０が経過したことを意味する。タイマ値ｔがＴ０−Ｔ１に到達すると、再度ステップ１１５に戻り、直前のステップ１５０で決定したレベルＹの電極駆動信号５１を、一定期間Ｔ１だけモータアンプ５に出力し続ける。

以後、このようなステップ１１５〜１６５のループを繰り返すことで、制御回路６は、図８に示すように、一定周期Ｔ０で電極駆動信号５１を出力して電極２３を駆動し（ステップ１１５）、電極駆動信号５１の出力終了後、所定の時間Ｔ２が経過したときに（ステップ１２５）放電状態を検出し（ステップ１３０）、その検出した放電状態に応じた電極駆動信号５１のレベルＹを決定し（ステップ１５０）、次の電極駆動信号５１を（ステップ１６５）、その決定したレベルＹの電極駆動信号として出力する、という作動を繰り返す。なお、ステップ１３０の放電状態の検出タイミングの周期もＴ０である。

そして、その繰り返しにおいてジャンプ条件が満たされると（ステップ１４５）、ステップ１５５に進み、電極駆動信号５１のレベルＹを、ジャンプ用の指令値５１ａに設定する。ここで、ジャンプ用の指令値は、電極２３がジャンプを実現する程度の値としてあらかじめＲＯＭ中に記録された値である。ステップ１５５に続いては、ステップ１６０に進む。

このように、本実施形態の制御回路６は、間欠的にモータアンプ５に対して電極駆動信号５１を出力し、１回の電極駆動信号５１（第１の電極駆動信号に相当する）の出力が終了した後であり、かつ次の電極駆動信号５１（第２の電極駆動信号に相当する）の出力を開始する前の時点における、電極２３と被加工物２４の間の放電状態を検出し、検出した放電状態に応じて、次の電極駆動信号５１のレベルを決定する。

したがって、放電状態の検出対象のタイミングは、超音波モータ２１が作動せず、電極２３の駆動が行われておらず、電極２３の慣性による移動速度が弱まったタイミングである。したがって、電極２３が、１回の電極駆動信号５１の出力に起因して移動し終える位置に近い位置（または移動し終える位置そのもの）で、電極２３と被加工物２４との間の放電状態を検出することができる。

このような位置で検出される放電状態は、次の電極駆動信号５１の出力レベルＹを決めるためにフィードバックする放電状態としては、非常に望ましいものである。なぜなら、仮に電極駆動信号５１が出力されて超音波モータ２１が作動し続けている状態で放電状態を検出したとすれば、次の電極駆動信号５１の出力タイミングまでに、電極２３が大きく動いてしまうので、検出された放電状態はフィードバック値としては精度が低いものとなるからである。

このように、本実施形態においては、放電状態の検出対象のタイミングを、１回の電極駆動信号５１の出力が終了して超音波モータ２１の作動が終了し、次の電極駆動信号５１の出力を開始して超音波モータ２１の作動を再開する前とすることで、検出した放電状態を用いた電極２３のフィードバック制御の精度が高くなる。

そして、このように電極２３の位置制御の精度を高くすることができるので、従来（特許文献１、２参照）のように、放電状態に応じて電極２３の移動量を決めるという第１のフィードバック制御に加え、決めた移動量を精度良く実現するために、実際にロータリーエンコーダ等で電極２３の位置を検出してモータ制御に反映する第２のフィードバック制御を行わなくてもよくなる。

実際、本実施形態においては、超音波モータ２１は、制御回路６によって作動させられている間、電極２３の位置を検出し、検出した位置をモータ２１の作動にフィードバックする制御を受けない。

そして、この第２のフィードバック制御を行なわず、電極２３の位置自体の制御という概念を排除して直接超音波モータ２１の駆動指令制御を行うことで、電極２３の位置制御が速やかに実現し、ひいては、放電加工の時間が短縮される。

ここで、制御回路６が検出する放電状態は、１回の電極駆動信号５１（第１の電極駆動信号に相当する）の出力が終了してモータ２１の作動が停止してから所定の時間Ｔ２が経過した時点であるが、電極２３のフィードバック制御の位置精度を高くするという意味では、この時間Ｔ２は、１回の電極駆動信号５１（第１の電極駆動信号に相当する）の出力が終了してモータ２１の作動が停止してからから、次の電極駆動信号５１（第２の電極駆動信号に相当する）の出力を開始してモータ２１の作動が再開するまでの期間の１／２以上であることが望ましい。これは、時間Ｔ２が長いほど、電極２３が十分減速されている可能性が高いからである。

また、電極２３を移動させるためのモータとして、超音波モータ２１を用いている。この超音波モータ２１は、フィンガチップ２１ａを電極保持具２２（より具体的にはセラミックプレート２２ａ）に接触させて摩擦力で電極保持具２２を動かす機構となっているので、磁場変動を利用する従来のモータ（例えばリニアモータ）のように、モータの可動子を電極保持具２２に含めて移動させる必要がない。すなわち、超音波モータ２１は、モータの２次側移動子（すなわち、モータのうち電極保持具２２と共に移動する部材）がない。換言すれば、２次側移動子の質量がゼロである。その分、電極保持具２２の質量が低減でき、ひいては、電極２３の高速移動および高速制御を実現することができる。例えば、従来は電極駆動信号５１の出力頻度が５００Ｈｚ以下であったのが、本実施形態においては電極駆動信号５１の出力頻度を２〜３ｋＨｚにすることができる。

このように、超音波モータ２１のフィンガチップ２１ａと接するセラミックプレート２２ａをそのまま電極保持に使用することで、電極保持具２２の軽量化が実現すると共に、セラミックプレート２２ａの絶縁性を確保することができる。

また、本実施形態では、すべての位置制御が、放電加工電圧印加時に実行されている（図５のステップ１１０参照）。すなわち、位置制御は、電極２３と被加工物２４の間に加工電圧が印加されたときに有効となる。このようになっていることで、無駄な位置制御を行う必要がない。

また、制御係数Ｋ設定の処理、ジャンプ条件設定の処理が、電極２３の位置制御と同じプログラム中に含まれており、制御回路６は、制御係数Ｋ設定の処理、ジャンプ条件設定の処理、および電極２３の位置制御の処理を、まとめて行うようになっている。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。

例えば、上記実施形態では、電極下降時間に応じて制御係数Ｋの値およびジャンプ条件を設定するようになっている。しかし、制御係数Ｋの値およびジャンプ条件は、電極下降時間以外にも、電極下降距離に基づいて設定するようになっていてもよい。電極下降距離は、制御回路６の位置制御の開始時における電極２３の初期位置に対する、現時点での電極２３の位置をいう。この電極下降距離が長いほど、被加工物２４の加工対象の孔が深くなっていることになる。電極下降距離に基づいて制御係数Ｋを設定する場合、図６の処理において電極下降時間を電極下降距離に置き換えればよい。また、電極下降距離に基づいてジャンプ条件を決定する場合、図７の処理において電極下降時間を電極下降距離に置き換えればよい。

また、制御係数Ｋは、放電状態検出回路４から受けた放電状態中の放電電圧Ｖｇと最適値としてあらかじめ設定された電圧Ｖｃとの関係に基づいて設定してもよい。具体的には、Ｖｇ−Ｖｃ＜０の場合よりも、Ｖｇ−Ｖｃ＞０の場合の方が、絶対値が大きい値を制御係数Ｋとして設定するようになっていてもよい。このようにするのは、Ｖｇ−Ｖｃ＞０の場合は、電極２３と被加工物２４が適正な距離間隔よりも近づいており、そのような場合には、電極２３と被加工物２４とが融着している可能性が高いので、その融着を解消するためにも、より大きく電極２３を移動させることが望ましいからである。

また、上記実施形態では、１回の電極駆動信号５１の出力が終了してモータ２１の作動が停止してから、放電状態の検出対象のタイミングまでの時間Ｔ２は、一定となっているが、この値も変化するようになっていてもよい。

例えば、上記実施形態では、加工の進捗と共に係数Ｋが変化するようになっているが、Ｋの絶対値に比例して変化するようになっていてもよい。これは、電極の移動量が激しくなれば、超音波モータ２１を停止させてから電極２３を十分減速させるまでにかかる時間は長くなるからである。

また例えば、前回の検出対象のタイミングにおける放電状態に基づいて、時間Ｔ２を決定するようになっていてもよい。これは、前回の検出対象のタイミングにおける放電状態によって、電極２３の移動速度が変化するので、それに応じて電極２３を十分減速させるまでにかかる時間も変化するからである。

また、上記実施形態では、実際にロータリーエンコーダ等で電極２３の位置を検出してモータ制御に反映する第２のフィードバック制御を行わないようになっているが、第２のフィードバック制御も行うようになっていてもよい。その場合でも、検出した放電状態を用いた電極２３のフィードバック制御（第１のフィードバック制御）の位置精度が高くなるという効果は発揮される。

また、上記実施形態において制御回路６は、図８の検出対象のタイミング５４ａ〜５４ｉで検出した放電状態に応じて、次の電極駆動信号５１の出力レベルを決め、１回の電極駆動信号５１の連続出力時間Ｔ１は一定となっているが、必ずしもこのようになっておらずともよい。

例えば制御回路６は、図８の検出対象のタイミング５４ａ〜５４ｉで検出した放電状態に応じて、次の電極駆動信号５１の連続出力時間を決め、電極駆動信号５１の出力レベルは常に一定とするようになっていてもよい。高速な制御という観点では、電極駆動信号のレベル自体を変化させて電極２３の位置を制御する方が有利であるが、電極駆動信号の出力持続時間を制御する方法でも、本発明の目的は達成され、また、電極駆動信号を出力し終えた後の電極２３の減速度合いが一定となる。

更に言えば、１回の電極駆動信号５１の連続出力によって超音波モータ２１が電極２３を移動させる距離は、その電極駆動信号の連続出力時間に渡るその電極駆動信号のレベルの時間積分値の絶対値が大きくなるほど大きくなるので、制御回路６は、検出した放電状態に基づいて、次の電極駆動信号５１の連続出力時間に渡るその電極駆動信号のレベルの時間積分値を制御するようになっていればよい。更に言えば、制御回路６は、検出した放電状態に基づいて、次に超音波モータ２１を作動させるときの超音波モータ２１の作動内容を制御するようになっていればよい。

また、上記の実施形態において、制御回路６がプログラムを実行することで実現している各機能は、それらの機能を有するハードウェア（例えば回路構成をプログラムすることが可能なＦＰＧＡ）を用いて実現するようになっていてもよい。

１ 放電加工機
３ 放電電源
４ 放電状態検出回路
５ モータアンプ
６ 制御回路
２１ 超音波モータ
２１ａ フィンガチップ
２２ 電極保持具
２３ 電極
２４ 被加工物
５１ 電極駆動信号
５２ 電極位置
５３ 放電状態
５４ａ〜５４ｉ 放電状態検出タイミング

Claims (7)

1. 電極（２３）と被加工物（２４）との間に電圧を印加することで放電を発生させ、その放電によって被加工物（２３）を溶融させて加工する放電加工機であって、
   前記電極（２３）を保持する電極保持具（２２）と、
   前記電極保持具（２２）を駆動方向に移動させるモータ（２１）と、
   前記電極（２３）と前記被加工物（２４）との間の放電状態を検出して放電状態信号として出力する放電状態検出回路（４）と、
   前記放電状態検出回路（４）が出力した前記放電状態信号を受け、受けた前記放電状態信号に基づいて前記モータ（２１）を駆動させることで、前記電極（２３）の駆動方向における位置を制御する制御回路（６）と、を備え、
   前記制御回路（６）は、前記モータ（２１）を間欠的に作動させ、前記モータ（２１）の作動を停止させた後の時点であり、次に前記モータ（２１）の作動を開始させる前の時点における、前記電極（２３）と前記被加工物（２４）の間の放電状態を、前記放電状態信号に基づいて検出し、検出した前記放電状態に基づいて、次に前記モータ（２１）を作動させるときの前記モータ（２１）の作動内容を制御することを特徴とする放電加工機。
2. 前記モータ（２１）は、前記制御回路（６）によって作動させられている間、前記電極（２３）の位置を検出し、検出した位置を前記モータ（２１）の作動にフィードバックする制御を受けないことを特徴とする請求項１に記載の放電加工機。
3. 前記制御回路（６）は、前記放電状態検出回路（４）が出力した前記放電状態信号に基づいて、電極駆動信号を出力し、
   前記モータ（２１）は、前記制御回路（６）が前記電極駆動信号を出力している間に限り前記電極保持具（２２）を移動させると共に、出力された前記電極駆動信号のレベルが高いほど前記電極保持具（２２）を高速に移動させ、
   前記制御回路（６）は、前記放電状態信号を間欠的に出力し、第１の放電状態信号の出力を終了した後の時点であり、かつ前記第１の電極駆動信号の次の第２の電極駆動信号の出力を開始する前の時点における、前記電極（２３）と前記被加工物（２４）の間の放電状態を検出し、検出した前記放電状態に基づいて、前記第２の駆動信号のレベルまたは前記第２の駆動信号の出力時間を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工機。
4. 前記モータ（２１）は、環状に運動するフィンガチップ（２１ａ）を備えた超音波モータ（２１）であり、前記フィンガチップ（２１ａ）を前記電極保持具（２２）に接触させて前記電極保持具（２２）を動かすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放電加工機。
5. 前記電極保持具（２２）のうち、前記フィンガチップ（２１ａ）が接触する部材（２２ａ）が、前記電極（２３）を直接保持することを特徴とする請求項４に記載の放電加工機。
6. 前記制御回路（６）が検出する前記放電状態は、前記モータ（２１）の作動が停止してから所定の時間（Ｔ２）が経過した時点であり、この所定の時間（Ｔ２）は、前記モータ（２１）の作動が停止してからから、前記モータ（２１）の作動が再開するまでの期間の１／２以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放電加工機。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の放電加工機に対して燃料噴射ノズルのノズルボディを構成する被加工物（２４）を設置する工程と、
   前記放電加工機を用いて前記被加工物（２４）に噴孔を空ける工程と、を備えたノズルボディの製造方法。

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