JP2013146824A - 複合加工方法および複合加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性の被加工物を任意の加工形状に加工するときに、加工効率を向上することが望まれている。
【解決手段】 導電性の被加工物２を複数回の加工工程に分けて任意の加工形状に切断加工する。ワイヤ電極３を上側案内装置２０と下側案内装置３０で位置決めさせて所定のテンションをもって張架する。ワイヤ電極３と被加工物２との相対的な位置決めを行なってから、仕上げ加工工程におけるワイヤソーカッティングに適する取り代を得る残し代になる範囲で可能な最大の加工速度で加工できる加工条件の組合せでワイヤカット放電加工方法によって荒加工工程を行なう。次いで、ワイヤソー４を上側案内装置２０と下側案内装置３０で位置決めさせて所定のテンションをもって張架する。そして、取り代がワイヤソーカッティングに適する状態でワイヤソーカッティング加工方法によって仕上げ加工工程を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤカット放電加工方法とワイヤソーカッティング加工方法によって導電性の被加工物を任意の加工形状に切断加工する複合加工方法および複合加工装置に関する。

ワイヤカットは、ワイヤ電極と被加工物とで形成される加工間隙に間歇的に放電を発生させ、放電エネルギによって被加工物を切断する放電加工方法である。したがって、ワイヤカットは、工具であるワイヤ電極が被加工物から直接材料を除去しない、いわゆる非接触加工である。そのため、導電性の被加工物である限り、難切削材であっても被加工物を最終的に数μｍＲａ以下の加工面粗さと数μｍ以下の高い加工形状精度で任意の加工形状に切断することができる。

ただし、ワイヤカットでは、放電一発毎に材料が溶融し飛散して除去されることによって切断面に放電痕が形成されるので、鏡面のような光沢のある加工面を得ることが難しい。放電エネルギが大きいほど放電一発毎の取り量が多く加工速度は速くなるが、放電痕が大きくなるので加工面粗さは粗くなる。また、放電エネルギが大きいほど放電反力が大きくなるので、ワイヤ電極の振動の振幅が拡大して加工形状精度が低下する。したがって、加工面粗さと加工形状精度は、加工速度と相反する関係にある。

そこで、ワイヤカットでは、１つの加工形状に対して放電電流の大きさを段階的に小さく変更していき、最終的に要求される所望の加工面粗さと加工形状精度を得ることができるように複数回の加工工程に分けて加工することによって加工効率を上げている。各加工工程は、加工の目的によって、大まかに形状を切り出す荒加工工程（ファーストカット）と、荒加工工程で形成された輪郭形状を整える中仕上げ加工と、加工面粗さを小さくする仕上げ加工工程と、所望の加工面粗さと加工形状を得る最終仕上げ加工工程と、に分けて考えることができる。

荒加工工程では、使用するワイヤ電極で許容される最大の放電電流を供給できる電気的加工条件が設定され、可能な限り加工速度を速くするようにされる。最終仕上げ加工工程における電気的加工条件は、所望の加工面粗さに従って実質的に決まっている。そして、荒加工工程と最終仕上げ加工工程との間の各加工工程における電気的加工条件は、荒加工工程から最終仕上げ加工工程までの間に加工面粗さが段階的におよそ半減していくような目標の加工面粗さと加工形状精度によって決められる。そのため、ワイヤカットでは、実質的に最も加工効率に優れるカット数と加工条件の組合せで加工するようにされていると言える。

したがって、ワイヤカットでは、加工効率を大幅に向上させることが相当難しくなってきている。また、ワイヤカットでは、光沢のある加工面を形成する、いわゆる鏡面仕上げを行なうことが難しい。材料と大きさが選択された微粒子を所定の濃度で加工間隙に介在させ、電流値が小さい特殊な波形の放電電流パルスを供給して放電加工を行なうことによって鏡面を得るワイヤカット放電加工方法が知られているが、加工時間が相当長くかかるので、加工効率が一段と低下する。

加工効率を一層向上させるためには、荒加工工程において、ワイヤカットに比べて加工速度が速い加工方法によって被加工物を切断しておき、仕上げ加工工程において、ワイヤカットによって切断面（端面）を放電加工して所望の加工面粗さを得るようにする複合加工方法が有力である。

導電性の材料でなる被加工物を高速で切断できる加工方法として、ウォータジェットがよく知られている。ウォータジェットは、被加工物に対して垂直に噴射される高圧水の水柱によって被加工物を切断する加工方法である。ウォータジェットは、ワイヤカットの十数倍の加工速度が期待できるため、ウォータジェットで荒加工工程を行なうことによって、加工効率の大幅な向上が期待できる（特許文献１参照）。

ウォータジェットでは、ワイヤカットに比べて加工形状精度が極端に低い。そのため、ウォータジェットで被加工物を切断した後、中仕上げ加工工程で輪郭形状を修正するときに、最終的に所望の加工形状を得ることができるように、荒加工工程における残し代を相当大きくしておく必要がある。結果的に、所望の加工形状によっては、ワイヤカットによる中仕上げ加工工程において、荒加工工程の取り量にも匹敵するほどの取り代が存在し、加工全体から総合的に見ると、期待するほど加工効率を向上させることができず、依然として改良の余地がある。

また、ウォータジェットでは、板厚が比較的大きい被加工物を切断することが難しい。とりわけ、超硬合金（タングステンカーバイド）のような高硬度の被加工物を切断することは、極めて困難である。被加工物の板厚に対応して切断に要求されるエネルギを大きくすることができるが、供給できるジェットの圧力に限界があり、現実的には不可能である。高速に導電性の被加工物を切断することができる他の加工方法として、レーザカットがあるが、ウォータジェットと同様に、板厚が大きい被加工物を綺麗に切断することは難しい。

被加工物を切断できる加工方法として、ワイヤソーカッティングが存在する。ワイヤソーカッティングは、ワイヤソーを高速に往復移動させて糸鋸のように被加工物を切断加工する加工方法である（特許文献２参照および特許文献３参照）。ワイヤソーカッティングは、専らシリコンインゴットを切断してウェハを切り出す加工のように塊である絶縁性または半導電性の被加工物を直線的に切断する加工に広く利用されている。ワイヤソーは、金属製の芯線の表面にダイヤモンド粒を電着あるいはレジンボンドのような接着剤で固着させた線状の工具をいう（特許文献４参照）。

特開２００６−１１０６９７号公報 特開平６−８０５５号公報 特開２００１−３１５０５１号公報 特開２０１１−２３０２５８号公報

ワイヤソーカッティングは、絶縁性あるいは半導電性の被加工物を直線に切断して分断する加工においては十分な切断能力を発揮できる。しかしながら、ワイヤソーカッティングでは、比較的高硬度の導電性の被加工物を任意の加工形状に切断加工する場合、ワイヤカットに比べて加工速度が遅い。加工速度を速くしようとすると、加工面粗さが悪化し、特に、曲線における加工形状精度を得ることが難しくなる。また、取り量の多い荒加工工程においては、ワイヤソーにかかる負荷が大きすぎて、工具の損耗が激しく、長時間の加工が難しい。

本発明は、上記課題に鑑みて、高い加工面粗さと加工形状精度で導電性の被加工物を複数回の加工工程に分けて任意の加工形状に切断加工するワイヤカット放電加工の加工効率を向上させることができる複合加工方法および複合加工装置を提供することを主たる目的とする。本発明による具体的に有利な点は、実施の形態の説明において、その都度示される。

本発明の複合加工方法は、上記課題を解決するために、導電性の被加工物を複数回の加工工程に分けて任意の加工形状に切断加工するときに、ワイヤ電極を上側案内装置と下側案内装置で位置決め案内させてワイヤカット放電加工方法によって荒加工工程を行ない、工具をワイヤ電極からワイヤソーに交換してワイヤソーを上側案内装置と下側案内装置で位置決め案内させてワイヤソーカッティング加工方法によって仕上げ加工工程を行なうようにする。

また、本発明の複合加工方法を実施する複合加工装置は、コラム（１Ｂ）に取り付けら鉛直方向に往復移動する唯一の加工ヘッド（１Ｅ）と、コラム（１Ｂ）に一端が固定される下アーム（１Ｇ）と、加工ヘッド（１Ｅ）の下位部位に設けられワイヤ電極（３）とワイヤソー（４）を選択的に位置決めして案内する上側案内装置（２０）と、下アーム（１Ｇ）の他端に設けられワイヤ電極（３）とワイヤソー（４）を選択的に位置決めして案内する下側案内装置（３０）と、上側案内装置（２０）と下側案内装置（３０）にそれぞれ設けられワイヤ電極（３）に電流を供給しワイヤソーカッティング加工方法で加工するときにワイヤソー（４）の軸方向の走行の障害にならない位置に退避する通電体（２２）と、ワイヤカット放電加工方法で加工するときにワイヤ電極（３）の走行の障害にならない位置に配設されワイヤソー（４）を往復移動させるかまたは一方向に送り出す駆動機構（９０）と、備える。

特に、上記複合加工装置において、上側案内装置（２０）と下側案内装置（３０）にそれぞれ設けられワイヤ電極（３）を位置決め案内しワイヤソーカッティング加工方法で加工するときにワイヤソー（４）の軸方向の走行の障害にならない位置に退避するワイヤガイド（２１）を設けることができる。なお、符号は説明の便宜上付されたものであって、本発明を実施の形態の複合加工装置に限定するものではない。

ワイヤカットで荒加工工程を行なうので、高速で加工しながらワイヤソーカッティングの仕上げ加工に適する取り代に相応する残し代を得ることができ、仕上げ加工工程をワイヤソーカッティングで行なうことができる。そのため、効率的に光沢のある切断面が形成される。したがって、荒加工工程から最終仕上げ加工工程までの一連の加工工程を全てワイヤカットで行なう場合に比べてカット数を削減することができる。その結果、加工時間を大幅に短縮して、加工効率を向上させることができる。

また、ワイヤ電極を上側案内装置と下側案内装置で位置決めさせて荒加工工程を行なった後で、ワイヤソーを上側案内装置と下側案内装置で位置決めさせて仕上げ加工を行なうので、ワイヤソーを被加工物に対して位置決めする作業の必要がない。そのため、工具をワイヤ電極からワイヤソーに交換するだけで、荒加工工程から最終仕上げ加工工程までの一連の加工工程を行なうことができる。その結果、作業時間が必要以上長くなることがなく、加工効率を向上させることができる。

また、本発明の複合加工装置は、ワイヤ電極とワイヤソーを選択的に位置決めして案内する上側案内装置と下側案内装置を備えているので、ワイヤカットで荒加工工程を行なった後に、被加工物を取り付け直してワイヤソーを被加工物に対して位置決めすることなく、工具をワイヤ電極からワイヤソーに交換するだけでワイヤソーカッティング加工方法で仕上げ加工をすることができる。その結果、加工効率を向上させることができる。

本発明の複合加工方法の概容を示すフローチャートである。 加工工程と加工面粗さの関係を示すグラフである。 本発明の複合加工方法における加工状態を示す模式図である。 本発明の複合加工装置の概容を正面から示す平面図である。 工具を供給する機構と工具を供給する経路を示す模式図である。 工具を案内する上側案内装置であってワイヤ電極を案内している状態を示す断面図である。 工具を案内する上側案内装置であってワイヤソーを案内している状態を示す断面図である。 工具を案内する上側案内装置の他の実施の形態であってワイヤ電極を案内している状態を示す断面図である。

図１に、本発明のワイヤカット放電加工方法とワイヤソーカッティング加工方法との複合加工方法の基本的なプロセスが示されている。図２は、荒加工工程から最終仕上げ加工工程までの各加工工程と加工面粗さとの関係を示す。また、図３に、図１に示される複合加工方法における加工状態が示されている。以下に、本発明の複合加工方法の代表的な実施の形態を説明する。

作業者は、加工情報を制御装置に与える（Ｓ１）。具体的に、作業者は、所望の加工面粗さと加工形状精度のような最終的に要求される加工結果に関する加工要求情報を制御装置に入力する。また、作業者は、ワイヤ電極の材質と直径および被加工物の材質と板厚、ワイヤソーの直径のような加工に制約を与える加工制約情報を制御装置に入力する。以下、加工条件を決めるために必要な情報を加工情報と総称する。

加工情報に合致するワイヤカットの各加工工程毎の加工条件の組合せを選定する（Ｓ２）。制御装置は、入力された加工情報に基いて予め記憶装置に記憶されている加工条件のデータベースの中から加工情報で定められる条件に適合する加工条件の組合せの候補を検索して抽出する。加工条件の組合せは、複数種類の加工条件が組み合わさってなる加工条件の集合体である。

荒加工工程では、最大の加工速度を得ることができる加工条件の組合せが選択される。最大の加工速度を得ることができる加工条件の組合せは、特定の材質で所定の板厚の被加工物を加工する場合に限界のテンションで使用するワイヤ電極が断線しない供給し得る最大の平均加工電流に基づいて決められる。具体的に、最大の平均加工電流と放電の繰返し周波数から加工条件のピーク電流値とオン時間（パルス幅）が求められる。最終仕上げ加工工程における加工条件の組合せは、最終的に要求される所望の加工面粗さに基づいて決まる。

荒加工工程と最終仕上げ加工工程における加工条件の組合せが決まると、荒加工工程で得ることができる加工面粗さと最終仕上げ加工工程における所望の加工面粗さから、カット数（加工工程数）と各加工工程における目標の加工面粗さが決まる。中間の各加工工程の加工条件の組合せは、各加工工程における目標の加工面粗さに従って選択される。例えば、図２に示されるように、所望の加工面粗さが２μｍＲａであって、荒加工工程で得ることができる加工面粗さが３０μｍＲａであるときは、カット数が５回である。

選択された各加工工程における加工条件の組合せに対応して各加工工程におけるオフセットの値が求められる（Ｓ３）。加工条件のデータベースに存在する各加工条件の組合せ毎のオフセットの値は、実際の加工で得た加工データに基づいて予め記憶装置にオフセットデータとして各加工条件の組合せにそれぞれ対応するように記憶されている。そこで、各加工工程毎に各加工条件の組合せに対応する適するオフセットの値を記憶装置から取得する。

図３に示されるように、ワイヤカットにおけるオフセットｈは、ワイヤ電極の半径ｒと、放電ギャップｇと、加工面粗さを含む次の加工工程の取り代に安全代とを加えた残し代ｋとの総和である。ただし、最終仕上げ加工工程では、加工形状精度に従う誤差の範囲での僅かな安全代を除いて残し代は存在しない。

制御装置は、加工条件のデータベースから抽出した各加工条件の組合せにそれぞれ対応するオフセットの値を含めて、各加工工程の加工条件の組合せを加工条件列として加工条件表の形式で表示装置に表示する。作業者は、表示装置に表示された加工条件の組合せの候補を選定して設定する（Ｓ４）。設定された加工条件は、記憶装置に記憶される。作業者は、必要に応じて特定の種類の加工条件を選択的に修正することができる。

本発明の複合加工方法では、ワイヤソーカッティングによって切断面を鏡面仕上げする端面仕上げ加工（セカンドカット）を行なうことができる。ワイヤソーカッティングは、専ら被加工物を直線的に切断して分断する加工方法として認知されてきたので、端面仕上げ加工で実施されている実績がない。そもそも、導電性の被加工物を任意の加工形状に切断する加工においては、ワイヤカットが有利であり、ワイヤソーカッティングを適用することが適当であるとは考えられていなかったからである。

現在は、平均粒径が数十μｍφ以下のダイヤモンド粒子を芯線に接着したワイヤソーが開発されている。説明の便宜上、以下の説明では、この種のワイヤソーを微細ワイヤソーという。微細ワイヤソーを用いると、筋が残る研削面ではなく、研磨面に近い光沢のある切断面を得ることができる。その反面、微細ワイヤソーを使用するワイヤソーカッティングでは、取り量が多い加工領域では、相当の加工時間を要する。しかしながら、取り量が十分に少ない加工領域であるなら、加工面粗さが小さく光沢のある加工面を得ることができ、曲線における加工形状精度も満足する。

そこで、本発明の複合加工方法では、ワイヤカットによる荒加工工程で微細ワイヤソーを使用するワイヤソーカッティングに適する取り代に相応する残し代を得るようにする。ワイヤソーカッティングに適する取り代は、少なくともワイヤソーの芯線の直径よりも小さく、特に半径以下であることが望ましい。微細ワイヤソーの芯線の直径は、φ０．１ｍｍ〜φ０．３ｍｍ程度である。したがって、具体的には、荒加工工程におけるワイヤカットでの残し代は、十数μｍ〜数百ｍの範囲であることが適当である。

実施の形態の複合加工方法では、各加工条件の組合せ毎に対応するオフセットの値を記憶装置に記憶されているオフセットデータから取得することができるので、作業者は、ワイヤカットの加工条件を設定するときに、表示装置に表示された加工条件の組合せの候補の中からオフセットの値を参照して荒加工工程における適するワイヤカットの加工条件を設定することができる。なお、加工条件を設定した後で、オフセットの値が不適切であったときに、加工条件を修正して設定し直すことは可能である。

ワイヤカットによる各加工工程における加工条件の組合せが設定されたら、荒加工工程の次の仕上げ加工工程において加工情報の条件に合致するワイヤソーカッティングの加工条件の組合せを選定して設定する（Ｓ５）。ワイヤーソーカッティングでは、相対送り速度（加工速度）のように実質的にワイヤカットと共通する種類の加工条件が存在するが、実施の形態では、例えば、ワイヤソーカッティングの加工条件にワイヤカットの加工条件と区別することができる加工条件コード（加工条件番号）を与えてワイヤカットの加工条件と完全に置き換えて設定するようにしている。

ワイヤソーカッティングの加工条件のデータベースは、ワイヤカットの加工条件のデータベースとは別に記憶装置に保存されている。制御装置は、すでに加工情報として入力され制御装置に与えられているワイヤソーの種類と直径および被加工物の材質と板厚に対応させて加工条件のデータベースの中から適合する加工条件の組合せを検索して抽出する。制御装置が抽出した加工条件は、表示装置に表示される。作業者が選定した加工条件の組合せは、記憶装置に記憶される。

ワイヤカットと異なるワイヤソーカッティングだけに存在する特定の種類の加工条件の中で重要な加工条件は、ワイヤソーを往復移動させるときの走行速度（最大線速）と加速度である。ワイヤソーカッティングによる端面仕上げ加工は、物理的な作用の観点から研削ないし研磨に類似する。したがって、ワイヤソーの種類と被加工物の材質および板厚によって最大線速と加速度を決めることができる。同時に、加工面粗さと加工形状誤差とワイヤソーの磨耗速度がおおよそ決まる。

具体的に、最大線速は、被加工物の材質によって４００ｍ／ｍｉｎ〜８００ｍ／ｍｉｎ程度にされる。ワイヤソーカッティングにおける送り速度は、最大線速に基づく単位時間当たりの加工量と板厚から、０．１ｍｍ／ｍｉｎ〜１．５ｍｍ／ｍｉｎ程度である。ワイヤソーを往復移動させるときの加速度は、基本的に同期モータに対応して決められている。抗張力鋼の芯線の直径が０．２ｍｍ（外径約０．２５ｍｍ）のワイヤソーに付与されるテンションは、約２８Ｎ〜３５Ｎである。

ワイヤソーカッティングの加工条件の組合せが決まると、ワイヤソーカッティングによる仕上げ加工におけるオフセットの値が決まる（Ｓ６）。ワイヤソーカッティングにおけるオフセットｈは、図３に示されるように、ワイヤソーの芯線の直径ｒに安全代εを加えた値である。安全代は、芯線に固着されているダイヤモンド粒の粒径に依存するワイヤソーの外径と、ワイヤソーの振動の振幅と、加工面粗さとを考慮した値であって、実質的に固定値である。安全代は、テストカットによって得ることができる。なお、ワイヤソーカッティングにおける取り代は、大凡ワイヤソーの外径に相当する。

仕上げ加工におけるワイヤソーカッティングの加工条件が設定されたら、すでに位置決めに関する命令と所望の任意の加工形状に従って相対移動の命令が記録されている加工プログラム（ＮＣプログラム）に荒加工工程におけるワイヤカットの加工条件の組合せと仕上げ加工工程におけるワイヤソーカッティングの加工条件の組合せのデータとを各加工工程に対応するオフセットの値のデータと共に記録する（Ｓ７）。

実施の形態の複合加工方法では、荒加工工程において次の加工工程におけるワイヤソーカッティングの取り代として適当な残し代を得る範囲で可能な最大の加工速度で加工できるワイヤカットの加工条件の組合せをより容易に選定することができるように、一旦荒加工工程から最終仕上げ加工工程までのワイヤカットの加工条件を設定してから仕上げ加工工程におけるワイヤソーカッティングの加工条件を設定するようにしているが、仕上げ加工工程におけるワイヤカットの加工条件を選定しなくても本発明の複合加工方法を実施することができる。

ワイヤ電極を上側案内装置と下側案内装置で位置決め案内させて所定のテンションをもって張架する。加工プログラムに従ってワイヤ電極を被加工物に対して相対位置決めを行なう（Ｓ８）。そして、仕上げ加工工程におけるワイヤソーカッティングに適する取り代に相応する残し代を得る範囲で可能な最大の加工速度で加工できる加工条件の組合せでワイヤカット放電加工方法によって荒加工工程を行なう（Ｓ９）。

荒加工工程が終了したら、工具をワイヤ電極からワイヤソーに交換してワイヤソーを上側案内装置と下側案内装置で位置決め案内させて所定のテンションをもって張架する。そして、取り代がワイヤソーカッティングに適する状態で加工プログラムに従ってワイヤソーカッティング加工方法によって仕上げ加工工程を行なう（Ｓ１０）。

例えば、図２に示されるケースでは、ワイヤカットによる荒加工工程において加工面粗さが３０μｍＲａであって、１回のワイヤソーカッティングによる端面仕上げ加工で加工面粗さ２μｍＲａの加工面を得ることができるとすると、少なくとも３回のワイヤカットによる仕上げ加工工程が不要になる。その結果、カット数を大幅に削減し、加工効率が大幅に向上する。なお、図２に示されるケースが、ワイヤソーカッティングで２μｍＲａ以下の加工面粗さを得ることができないということを意味するものではない。

微細ワイヤソーによる端面仕上げ加工では、鉄系の被加工物で１μｍＲａ以下の光沢のある切断面を得ることができる。しかしながら、要求される加工面粗さと加工形状精度がより小さいときに、１回以上のワイヤカットの鏡面仕上げ加工を行なって、加工面粗さと加工形状精度を詰めることができる。また、荒加工工程でワイヤソーカッティングによる仕上げ加工工程における適する取り代に適当な残し代を得ることができる“高速加工”が困難であるときは、荒加工工程の後にワイヤカットによる中仕上げ加工を行なってからワイヤソーカッティングによる仕上げ加工を行なうようにすることができる。

例えば、図２に示されるように、ワイヤソーカッティングによる端面仕上げ加工で加工面粗さ２μｍＲａの加工面を得たとき、ワイヤカットによる追加工を行なって加工面粗さ１μｍＲａ以下で加工形状精度を０．７μｍ程度まで仕上げることができる。このとき、ワイヤカットによる追加工工程の取り代が殆どないので、あたかもワイヤ電極が切断面を“なめるように”加工する。そのため、加工時間は余計にかかる。しかしながら、少なくとも３回のワイヤカットによる仕上げ加工工程が除かれているので、加工全体から見ると、加工効率が向上する。

図４に、本発明の複合加工方法を実施できる複合加工装置の代表的な構成が示されている。図４は、複合加工装置の構造物を示すものであり、構造物以外の部材は、基本的に図示省略されている。また、記憶装置を含む制御装置と放電電流を供給する加工電源装置は、図示と説明を省略する。

複合加工装置１は、主に、ベッド１Ａと、コラム１Ｂと、サドル１Ｃと、テーブル１Ｄと、加工ヘッド１Ｅと、でなる。ベッド１Ａとコラム１Ｂは、移動しない構造物である。サドル１Ｃと、テーブル１Ｄと、加工ヘッド１Ｅは、移動する構造物である。実施の形態の複合加工装置１では、サドル１Ｃとテーブル１Ｄは、移動する構造物であるが、設計上、サドル１Ｃとテーブル１Ｄを移動しない構造物にすることができる。

ベッド１Ａは、床面に水平に据え置かれる。コラム１Ｂは、ベッド１Ａに立設される。サドル１Ｃは、ベッド１Ａの上に載置される。サドル１Ｃは、ベッド１Ａに敷設されているガイドレールに沿って水平１軸方向に往復移動する。サドル１Ｃが移動する水平１軸方向は、複合加工装置１の機体全体において前後方向である。複合加工装置１の前後方向は、数値制御における制御軸としては、Ｙ軸である。サドル１Ｃは、リニアモータで動作される移動体である。

テーブル１Ｄは、サドル１Ｃの上に載置される。テーブル１Ｄは、サドル１Ｃに敷設されているガイドレールに沿って水平１軸方向に往復移動する。テーブル１Ｄが移動する水平１軸方向は、複合加工装置１の機体全体において左右方向である。複合加工装置１の左右方向は、数値制御における制御軸としては、Ｘ軸方向であって、前後方向であるＹ軸方向に対して直交する方向である。テーブル１は、リニアモータで動作される移動体である。

テーブル１Ｄは、被加工物２を載置するための台である。被加工物２は、テーブル１Ｄの上のワークスタンド１０に取り付けて固定される。ワークスタンド１０は、ステンレスのような耐食性を有する導電性の材料でなる。ワークスタンド１０には、端子が設けられている。ワイヤカットを行なうときは、端子にリード線を接続してワークスタンド１０を通して被加工物２に通電することができる。ワークスタンド１０は、加工液を貯留することができる加工槽１Ｆに囲まれている。加工槽１Ｆは、テーブル１Ｄの上にテーブル１Ｄと一体的に設けられる。

加工ヘッド１Ｅは、コラム１Ｂに取り付けられる。加工ヘッド１Ｅは、図示しないサーボモータによって鉛直方向に移動する。加工ヘッド１Ｅが移動する鉛直方向は、複合加工装置１の機体全体において上下方向である。複合加工装置１の上下方向は、数値制御における制御軸としては、Ｚ軸方向であって、主軸である。複合加工装置１の上下方向であるＺ軸方向は、左右方向であるＸ軸方向と前後方向であるＹ軸方向に対して共に直交する方向である。

加工ヘッド１Ｅの下位部位は、図示しないサーボモータで動作される移動体１Ｍによって水平１軸方向に往復移動する。移動体１Ｍが移動する方向は、サドル１Ｃに対して平行な方向であって、数値制御における制御軸としては、Ｖ軸方向である。また、加工ヘッド１Ｅの下位部位は、図示しないサーボモータで動作される移動体１Ｎによって水平１軸方向に往復移動する。移動体１Ｎが移動する方向は、テーブル１Ｄに対して平行な方向であって、数値制御における制御軸としては、Ｕ軸であり、Ｖ軸方向に対して直交する方向である。

加工ヘッド１Ｅの下位部位に、ワイヤカットにおける工具であるワイヤ電極とワイヤソーカッティングにおける工具であるワイヤソーを選択的に位置決めして案内する上側案内装置２０が設けられている。また、加工槽１Ｆの後壁を貫通してコラム１Ｂに一端が固定されている下アーム１Ｇの他端（先端）にワイヤ電極とワイヤソーを選択的に位置決めして案内する下側案内装置３０が設けられている。上側案内装置２０と下側案内装置３０は、ワークスタンド１０に取り付けられている被加工物２を挟んで対向配置される。

加工ヘッド１Ｅの下位部位には、上側案内装置２０を通して下側案内装置３０までワイヤ電極を供給する自動結線装置４０と、ワイヤソーを案内するワイヤソー供給装置５０とが設けられている。実施の形態の複合加工装置１では、自動結線装置４０の前面側にワイヤソー供給装置５０が配置されている。

図５に、複合加工装置の工具を供給する機構が示されている。図５は、工具を供給する経路を示すための模式図であり、構成図としては、各部材の位置関係が正確に示されているわけではない。また、図５において、ワイヤカットの工具であるワイヤ電極とワイヤソーカッティングの工具であるワイヤソーの各供給経路は、意図的に分けて示されている。

ワイヤ電極３は、上側案内装置２０のガイドと下側案内装置３０のガイドとの間に張架される。上側案内装置２０と下側案内装置３０は、被加工物２を挟んで上下に配置される。上側案内装置２０と下側案内装置３０には、ジェット供給装置８０から加工液が供給される。ワイヤカットとワイヤソーカッティングで同じ水系加工液を使用する。

ワイヤカットにおけるワイヤ電極３を供給する供給機構６０は、コラム１Ｂの上側に設けられる図示しないパネルに設けられる。図５では、供給機構６０は、複合加工装置１の正面の方向から見た状態で示されている。加工に供された使用済のワイヤ電極６を回収する回収機構７０は、図４に示される下アーム１Ｇの中からコラム１Ｂを貫通してコラム１Ｂの背面側までの間に設けられる。図５では、回収機構７０は、複合加工装置１の向かって左側面から見た状態で示されている。

複合加工装置１のワイヤ電極３の供給機構６０は、基本的に、ワイヤカット放電加工装置のワイヤ供給装置が備えている装置を全て有している。具体的に、供給機構６０は、リール６１と、サーボプーリ６２と、送出しローラ６３と、断線検出器６４と、張力検出器６５と、を含んでなる。供給機構６０の機能は、ワイヤカット放電加工装置のワイヤ供給装置と本質的に同じであり、詳しい説明を省略する。

送出しローラ６３は、ワイヤ電極３に所定の張力を付与するテンションローラを兼用する。サーボモータ６６は、送出しローラ６３を正逆両方向に切り換えて回転させることができる。電磁ブレーキ６７は、リール６１にブレーキを与えてリール６１に装填されるワイヤボビン６８から繰り出されるワイヤ電極３にバックテンションを付与する。

複合加工装置１のワイヤ電極６の回収機構７０は、基本的に、ワイヤカット放電加工装置のワイヤ回収装置が備えている装置を全て有している。具体的に、回収機構７０は、ピンチローラを含む巻取りローラ７１と、方向転換プーリ７２と、搬送パイプ７３と、アスピレータ７４と、切断機７５と、バケット７６と、を含んでなる。回収機構６０の機能は、ワイヤカット放電加工装置のワイヤ回収装置と本質的に同じであり、詳しい説明を省略する。

巻取りローラ７１は、モータ７７によって一定のトルクで一方向に定速で回転する。巻取りローラ７１は、ワイヤ電極４を予め決められているワイヤスピードでワイヤ電極３を走行させながら、サーボモータ６６によってトルク制御される送出しローラ６３と協働して、ワイヤ電極３に所定の張力を付与する。

自動結線装置４０は、加工ヘッド１Ｅに設置され、加工ヘッド１Ｅの移動と共に移動する。自動結線装置４０は、上側案内装置２０と下側案内装置３０との間にワイヤ電極３を自動的に張架する。図５では、自動結線装置４０は、複合加工装置１の正面の方向から見た状態で示されている。ワイヤ電極３を送り出す送出装置は、供給機構６０の送出しローラ６３を利用する。自動結線装置４０は、ガイドパイプ４１と、切断装置４２と、切断片回収装置４３と、を含んでなる。自動結線装置４０の動作は、ワイヤカット放電加工装置の自動結線装置と本質的に同じであり、詳しい説明を省略する。

ワイヤソーカッティングにおけるワイヤソー供給装置５０は、加工ヘッド１Ｅの下位部位に設けられる自動結線装置４０に並設される。図５では、ワイヤソー供給装置５０は、複合加工装置１の正面の方向から見た状態で示されている。ワイヤソー供給装置５０は、ワイヤソー４を上側案内装置２０と下側案内装置３０との間にワイヤソー４を供給する。上側案内装置２０と下側案内装置３０との間に張架されたワイヤソー４は、後で具体的に説明される駆動機構によって高速に往復移動されるか、または一方向に高速に送り出される。

ワイヤソー供給装置５０は、ワイヤソー４を上側案内装置２０と下側案内装置３０に案内する。ワイヤソー供給装置５０の本体は、Ｖ溝を有する一対の案内プーリ５１を複数備える。案内プーリ５１は、超硬合金のような耐磨耗性の材料でなり、ワイヤソー４を無理なく案内する。図５に示されるワイヤソー供給装置５０には、案内プーリ５１Ａと案内プーリ５１Ｂが設けられているが、ワイヤソー４の移動経路を作り、ワイヤソーを脱線させないために必要な位置に必要な数だけ設けられる。

ワイヤソー供給装置５０は、機能的に、駆動機構９０を含んでなる。駆動機構９０は、基本的に、ワイヤカットを行なうときにワイヤ電極３の走行の障害にならない位置に配置される。駆動機構９０は、具体的に、一対の駆動リール９１と、複数のワイヤソーボビン９２と、同期モータ９３と、を含んでなる。図５では、駆動機構９０は、複合加工装置１の正面から向かって左側面の方向から見た状態で示されている。

第１の駆動リール９１Ａはコラム１Ｂの上側に設けられる。第２の駆動リール９１Ｂは、コラム１Ｂの背面側に設けられる。ワイヤソー４は、一対のワイヤソーボビン９２に巻き回されている。一方のワイヤソーボビン９２Ａは、第１の駆動リール９１Ａに装着される。他方のワイヤソーボビン９２Ｂは、第２の駆動リール９１Ｂに装着される。各駆動リール９１には、それぞれ同期モータ９３が設けられる。第１の同期モータ９１Ａと第２の同期モータ９１Ｂが同じ方向に所定の速度差をもって同期して回転することによって、ワイヤソー４に所要のテンションを与えながらワイヤソー４を高速に往復移動させる。

実施の形態の複合加工装置１では、ワイヤカットを行なうときにワイヤ電極３の走行の邪魔にならないように、一対の駆動リール９１がワークスタンド１０に取り付けられた被加工物２の加工部位から離れた位置に配置されている。そのため、ボビン９２Ａのワイヤソー４を上側案内装置２０に導く方向転換ローラ５２Ａと、ボビン９２Ｂのワイヤソー４を下アーム１Ｇの中を通して下側案内装置３０に導く方向転換ローラ５２Ｂとの一対の方向転換ローラ５２が設けられる。

実施の形態の複合加工装置１は、１台の加工機械でワイヤカットとワイヤソーカッティングを行なえるようにするために、鉛直方向に往復移動する唯一の加工ヘッド１Ｅを設けて、ワイヤカットとワイヤソーカッティングとで上側案内装置２０と下側案内装置３０を共用する。なお、上側案内装置２０と下側案内装置３０の“共用”は、複合加工装置１の全体の構成を簡素化する点でも有効であるとともに、ワイヤカットとワイヤソーカッティングで同じ水系加工液を使用することを可能にする点で有利である。

実施の形態の複合加工装置１では、基本的に、ワイヤソー４を高速に往復移動させることによってワイヤソーカッティングを行なう構成であるが、ワイヤソー４の両端を図示しないジョイントで結合することによって無端にし、ワイヤソー４をエンドレスに一方向に高速で走行させるように変形することができる。ワイヤソー４を一方向に走行させるときは、一方のワイヤソーボビン９２Ａに巻き回したワイヤソー４を供給しながら、他方のワイヤソーボビン９２Ｂにワイヤソー４に巻き回すようにすることで、無端のワイヤソー４の長さを長くして、長時間安定して加工を行なうようにすることができる。

図６および図７に、ワイヤカットとワイヤソーカッティングを１台の加工機械で加工することを実現するために、ワイヤカットとワイヤソーカッティングとで共用できるようにした実施の形態の複合加工装置における上側案内装置の具体的な構成が示される。図６には、ワイヤカットを行なうときの上側案内装置の状態が示される。図７には、ワイヤソーカッティングを行なうときの上側案内装置の状態が示される。下側案内装置は、本質的に上側案内装置と同一の構成を有し、上側案内装置を上下反転させた構造である。

上側案内装置２０は、ワイヤ電極３を位置決め案内するワイヤガイド２１と、ワイヤ電極３に通電して電流を供給する通電体２２と、加圧された加工液を被加工物２の加工部位に供給する加工液噴流ノズル２３と、ワイヤソー４を位置決め案内する一対のガイドローラ２４と、通電体２２を移動させるアクチュエータ２５と、を有する。アクチュエータは、電動シリンダである。

ワイヤガイド２１は、ダイス形状のガイド部位を有する。ワイヤガイド２１は、上側案内装置２０と下側案内装置３０にそれぞれ設けられる。ワイヤガイド２１は、ワイヤソーカッティング加工方法で加工するときにワイヤソー４の軸方向の走行の障害にならない位置に分割して退避する。ワイヤガイド２１は、具体的に、半分割のダイス形状のガイド部位を有する固定ブロックと、固定ブロックと対応する同一形状のガイド部位を有する移動ブロックとの一対のブロック体で構成される、いわゆる割ダイスガイドである。

通電体２２は、超硬合金でなり、図示しない加工電源装置の直流電源から供給されてくる電流をワイヤ電極３に給電する。通電体２２は、上側案内装置２０と下側案内装置３０にそれぞれ設けられる。通電体２２は、ワイヤガイド２１の移動ブロックと共にワイヤソーカッティング加工方法で加工するときにワイヤソー４の軸方向の走行の障害にならない位置に退避する。また、通電体２２は、自動結線装置４０によってワイヤ電極３を結線するときには、ワイヤ電極３の通過の邪魔にならない位置に退避する。

加工液噴流ノズル２３は、ワイヤ電極３またはワイヤソー４を包囲するようにワイヤ電極３またはワイヤソー４に対して同軸に加工液噴流を供給する。加圧された加工液は、図５に示されるジェット供給装置８０から上側案内装置２０と下側案内装置３０に供給される。したがって、ワイヤカットとワイヤソーカッティングで同一の加工液を同一の供給経路を通して供給することができる。

一対のガイドローラ２４は、ワイヤソーカッティングを行なうときにワイヤソー４を位置決め案内する。ガイドローラ２４は、上側案内装置２０と下側案内装置３０にそれぞれ設けられる。ガイドローラ２４は、超硬合金のように耐磨耗性の高い材料でなる。一対のガイドローラ２４の少なくとも一方のガイドローラは、ワイヤカット放電加工方法で加工するときにワイヤ電極の走行の障害にならない位置に退避する。

実施の形態の複合加工装置１では、特に、一方のガイドローラが駆動ローラ２４Ａである。駆動ローラ２４Ａは、回転軸に直結する同期モータ２４Ｃによって時計方向と反時計方向の両方向に回転する。駆動ローラ２４Ａは、駆動機構の同期モータ９１と同期して回転する。ガイドローラ２４が駆動ローラ２４Ａを有する構成である場合、ワイヤカット放電加工方法で加工するときには、ピンチローラ２４Ｂがワイヤ電極３の走行の障害にならない位置に退避する。ピンチローラ２４Ｂは、例えば、ソレノイドのような移動機構２４Ｄによって駆動ローラ２４Ａに対して開閉する。

ワイヤカットのときは、移動機構２４Ｄを作動させて一対のガイドローラ２４のピンチローラ２４Ｂを駆動ローラ２４Ａから離してワイヤ電極３の走行経路を開放する。同時に、アクチュエータ２５を作動させてワイヤガイド２１の移動ブロックと通電体２２を一体でワイヤ電極３に接触する方向に移動させる。その結果、移動ブロックが固定ブロックと接合してワイヤ電極３が僅かなクリアランスをもって通過するガイド孔が形成される。また、通電体２２がワイヤ電極３と接触して一方向に押し出す。ワイヤ電極３が押し出されることによってワイヤ電極３の走行経路が変更され、ワイヤ電極３は、駆動ローラ２４Ａに接触しない。

ワイヤソーカッティングのときは、移動機構２４Ｄを作動させて一対のガイドローラ２４のピンチローラ２４Ｂを駆動ローラ２４Ａに強く押し付けてワイヤソー４を保持する。同時に、アクチュエータ２５を作動させてワイヤガイド２１の移動ブロックと通電体２２を一体でワイヤ電極３から離れる方向に移動させる。ワイヤガイド２１の移動ブロックが固定ブロックから離れることによってワイヤソー４の走行経路に障害がなくなる。また、通電体２２がワイヤソー４から離れる方向に退避してワイヤソー４の走行経路に障害がなくなる。

ワイヤソーカッティングのときは、駆動リール９１と同期して、上側案内装置２０の駆動ローラ２４Ａと上側案内装置２０と殆ど同じ構成の下側案内装置３０における図示しない駆動ローラとを協働させ、上側案内装置２０と下側案内装置３０の各駆動ローラが正転と逆転とを高速に切り換えて反転を繰り返すように回転させる。そのため、ワイヤソー４は、被加工物２の加工部位に近い位置で保持されて所定の張力が与えられた状態で駆動機構に把持されながら高加速度で高速に往復移動する。その結果、ワイヤソー４は、糸鋸のように高速に上下移動を繰り返すことによってワイヤ電極３の切断面を磨くように材料を除去する。

図６および図７に示される複合加工装置では、ワイヤ電極とワイヤソーを同じ上側案内装置と下側案内装置で位置決めさせて加工を行なうことができる。そのため、ワイヤ電極をワイヤソーに交換するだけでワイヤソーカッティングによる仕上げ加工をすることができる。例えば、上側案内装置２０の場合、ワイヤガイド２１の固定ブロックと駆動ローラ２４Ａの相対位置関係が決まっていて、ワイヤ電極３とワイヤソー４の直径がわかっているので、ワイヤ電極３の中心軸の位置とワイヤソー４の中心軸の位置の差を補正することによって、被加工物２に対するワイヤソー４の相対位置を決めることができる。

図８に、ワイヤカットとワイヤソーカッティングとで共用できるようにした他の上側案内装置の構成が示される。図８には、ワイヤカットを行なうときの上側案内装置の状態が示される。下側案内装置は、部分的に上側案内装置と異なるが、基本的に上側案内装置を上下反転させた構造である。なお、図６および図７に示される上側案内装置と本質的に同一の機能を有する部材は、図６および図７と同じ符号を用いて説明する。

上側案内装置２０は、ワイヤ電極３を位置決め案内するワイヤガイドとワイヤソー４を位置決め案内するガイドローラを兼用するガイドローラ２６と、ワイヤ電極３に通電して電流を供給するとともにワイヤ電極３をガイドローラ２６に導く通電体２２と、加圧された加工液を被加工物２の加工部位に供給する加工液噴流ノズル２３と、を有する。

通電体２２は、電流をワイヤ電極３に給電する。通電体２２は、上側案内装置２０と下側案内装置３０にそれぞれ設けられる。通電体２２は、ワイヤソーカッティング加工方法で加工するときに、図示しない移動装置によってワイヤソー４の軸方向の走行の障害にならない位置に退避する。また、通電体２２は、自動結線装置４０によってワイヤ電極３を結線するときには、ワイヤ電極３の通過の邪魔にならない位置に退避する。なお、通電体２２の水平方向の位置を微調整することを可能にすることによって、ワイヤ電極３の位置の誤差の補正をするようにすることができる。

加工液噴流ノズル２３は、ワイヤ電極３またはワイヤソー４を包囲するようにワイヤ電極３またはワイヤソー４に対して同軸に加工液噴流を供給する。加圧された加工液は、図５に示されるジェット供給装置８０から上側案内装置２０と下側案内装置３０に供給される。したがって、ワイヤカットとワイヤソーカッティングで同一の加工液を同一の供給経路を通して供給することができる。

一対のガイドローラ２６は、ワイヤカット行なうときにワイヤ電極１を位置決め案内するとともに、ワイヤソーカッティングを行なうときにはワイヤソー４を位置決め案内する。ガイドローラ２６は、上側案内装置２０と下側案内装置３０にそれぞれ設けられる。ガイドローラ２６は、Ｖ溝を有し、超硬合金のように耐磨耗性の高い材料でなる。

一対のガイドローラ２６のうち、ワイヤ電極３とワイヤソー４の走行経路を挟んで通電体２２側に設けられる一方のガイドローラ２６Ａは、図示しない移動機構によってワイヤ電極３およびワイヤソー４が張架される軸方向に対して垂直の方向に移動することができる。ガイドローラ２６Ａは、自動結線装置４０によってワイヤ電極３を結線するときには、ワイヤ電極３の通過の邪魔にならない位置に退避する。

ワイヤソー４を用いてワイヤソーカッティングを行なうとき、一方のガイドローラ２６Ａは、ワイヤソー４を対向する他方のガイドローラ２６Ｂに押し付けて、ガイドローラ２６Ｂとともにワイヤソー４の移動するときの力で回転しながらワイヤソー４を位置決め案内する。ワイヤソー４の外径よりも十分に小さい直径のワイヤ電極３を使用する場合、一対のガイドローラ２６どうしが突き当たったときに一対のガイドローラ２６のそれぞれのＶ溝の間にワイヤ電極３の直径よりも大きい間隙が形成される。したがって、ワイヤ電極３は、固定されている他方のローラ２６Ｂによってのみ位置決め案内される。

なお、図８に示される通電体２２を単なる円筒形状のガイド体として、別に通電体を設けるようにすることができる。通電体２２を円筒形状のガイド体に変形するとき、ワイヤ電極３とワイヤソー４は、共に一対のガイドローラ２６のうちのガイドローラ２６Ｂだけで案内されるから、移動するガイドローラ２６Ａが不要になる。その結果、上側案内装置２０の構造をより簡単にすることができる。

図８に示される複合加工装置では、ワイヤ電極とワイヤソーを同じ上側案内装置と下側案内装置で位置決めさせて加工を行なうことができる。そのため、ワイヤ電極をワイヤソーに交換するだけで加工をすることができる。特に、図８に示される実施の形態の上側案内装置２０は、ワイヤ電極３とワイヤソー４を同一のガイドローラ２６で位置決め案内するので、構造がより簡単である。また、ワイヤソー４におけるガイドローラ２６を被加工物により近い位置に設けることができる点で有効である。なお、下側案内装置３０は、本質的に、上側案内装置２０と同等の作用効果を有する。

本発明は、実施の形態に限定されず、すでにいくつかの例が示されているように、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で変形することができる。例えば、テーブルを固定にしてコラムに取り付けられる加工ヘッドをＸ軸方向に移動する構造にすることができる。また、例えば、ワイヤ電極の供給機構におけるリールとワイヤソーの駆動リールを兼用するように、ワイヤ電極の案内機構の一部分をワイヤソーの案内機構と共有するようにすることができる。

本発明は、導電性の被加工物を任意の形状に切断する加工に適用される。特に、本発明は、高い加工面粗さが要求される加工において、加工時間を短縮して加工効率を向上させることができる。本発明は、金型の製造あるいは部品の製造における技術の進歩に貢献する。

１ 複合加工装置
１Ａ ベッド
１Ｂ コラム
１Ｃ サドル
１Ｄ テーブル
１Ｅ 加工ヘッド
１Ｆ 加工槽
１Ｇ 下アーム
１Ｍ，１Ｎ 移動体
２ 被加工物
３ ワイヤ電極
４ ワイヤソー
１０ ワークスタンド
２０ 上側案内装置
２１ ワイヤガイド
２２ 通電体
２３ 加工液噴流ノズル
２４ ガイドローラ
２４Ａ 駆動ローラ
２４Ｂ ピンチローラ
２４Ｃ 同期モータ
２４Ｄ 移動機構
３０ 下側案内装置
４０ 自動結線装置
５０ ワイヤソー供給装置
５１ 案内プーリ
５２ 方向転換ローラ
６０ 供給機構
７０ 回収機構
８０ ジェット供給装置
９０ 駆動機構
９１ 駆動リール
９２ ワイヤソーボビン
９３ 同期モータ

Claims (3)

1. 導電性の被加工物を複数回の加工工程に分けて任意の加工形状に切断加工するときに、ワイヤ電極を上側案内装置と下側案内装置で位置決め案内させてワイヤカット放電加工方法によって荒加工工程を行ない、工具を前記ワイヤ電極からワイヤソーに交換して前記ワイヤソーを前記上側案内装置と前記下側案内装置で位置決め案内させてワイヤソーカッティング加工方法によって仕上げ加工工程を行なうことを特徴とするワイヤカット放電加工とワイヤソーカッティング加工との複合加工方法。
2. コラムに取り付けら鉛直方向に往復移動する唯一の加工ヘッドと、前記コラムに一端が固定される下アームと、前記加工ヘッドの下位部位に設けられワイヤ電極とワイヤソーを選択的に位置決めして案内する上側案内装置と、前記下アームの他端に設けられ前記ワイヤ電極と前記ワイヤソーを選択的に位置決めして案内する下側案内装置と、前記上側案内装置と前記下側案内装置にそれぞれ設けられ前記ワイヤ電極に電流を供給しワイヤソーカッティング加工方法で加工するときに前記ワイヤソーの軸方向の走行の障害にならない位置に退避する通電体と、ワイヤカット放電加工方法で加工するときに前記ワイヤ電極の走行の障害にならない位置に配設され前記ワイヤソーを往復移動させるかまたは一方向に送り出す駆動機構と、備えた請求項１に記載される複合加工方法を実施するための複合加工装置。
3. 前記上側案内装置と前記下側案内装置にそれぞれ設けられ前記ワイヤ電極を位置決め案内しワイヤソーカッティング加工方法で加工するときにワイヤソーの軸方向の走行の障害にならない位置に退避するワイヤガイドを含んでなる請求項３に記載の複合加工装置。

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