JP2022014208A - 放電加工装置およびセンサユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単かつ最小限の改良で温度変化によって生じる軸駆動部の位置ずれを補正し、精度の高い放電加工装置を提供すること。【解決手段】本発明の放電加工装置は、工具電極を少なくとも１つの軸方向に移動させる軸駆動部５と、軸駆動部５の軸方向の直線移動位置を検出するセンサユニット４，３４を備え、センサユニット４，３４は、直線状の測定用スケール４２１と、測定用スケール４２１を走査して位置情報を得る位置検出部４４と、測定用スケール４２１または位置検出部４４の両端に固定された測定用スケール４２１の延伸方向に対して垂直に立設した一対の調整ブロック４１，４１を有し、調整ブロック４１，４１は、軸駆動部５に固定されるとともに温度変化により軸方向に湾曲することを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、工具電極を用いて被加工物を加工する放電加工装置および調整ブロックを有するセンサユニットに関する。
従来、工具電極を用いて被加工物を加工する放電加工装置が知られている。放電加工装置は、被加工物と工具電極の間の放電現象を利用して加工を行うため、切削加工では切断することが困難な硬い金属やセラミックス等の高硬度材を精密加工することができる。
近年、耐久性向上の観点から高硬度材が金型等の様々な部品に使用されるようになり、放電加工装置には高いレベルでの加工精度の実現が要求されるようになってきた。
近年、耐久性向上の観点から高硬度材が金型等の様々な部品に使用されるようになり、放電加工装置には高いレベルでの加工精度の実現が要求されるようになってきた。
放電加工には、主に、タングステンや黄銅などのワイヤを工具電極として、被加工物との放電現象により切抜き加工を行うワイヤ放電加工と、加工したい形状を工具電極として、被加工物との放電現象により被加工物に工具電極の形状を転写させるようにして加工形状を形成する形彫放電加工とがある。さらに、形彫放電加工には、主に、工具電極および被加工物の少なくともいずれか一方をＺ軸方向に移動することで加工する放電加工と、工具電極および被加工物の少なくともいずれか一方を他方に対してＸＹ平面で揺動しながら放電加工を行う揺動放電加工とがある。
このような放電加工装置においては、発熱や外部環境の温度の変化により装置の温度が上昇または下降すると温度変化によって構成部品が膨張または収縮するため、機械精度や加工精度に悪影響を及ぼすことがある。具体的には、工具電極や被加工物を移動するための軸駆動部は製造上の制約から鋳鉄等の金属で形成されているため、発熱や外部環境の温度の変化により軸駆動部の温度が変化すると、軸駆動部が膨張または収縮して熱変形が生じ、工具電極の位置ずれが発生して位置決め精度や加工精度の低下を引き起こすという問題が生じていた。
よって従来から構成部品の熱変位による工具電極の位置ずれを防止するために、機械各部に設置した温度検出センサで検出した温度によって工具電極の熱変位量を算出して移動量を補正する熱変位補正が行うこと（特許文献１～３）や、加工前の位置合せ設定を行い放電加工中に生じる間隙変化による誤差や加工深さ誤差を検知及び診断して補正を行う（特許文献４）ことが行われている。
しかしながら、特許文献１から３に記載されている温度検出センサを使用する方法では、温度を検出するための複数のセンサを追加購入する費用がかかるうえ、装置本体の正確な温度をリアルタイムに測定できない場合は補正値にタイムラグが生じ、補正に誤差が生じる可能性がある。
また特許文献４の加工誤差の検知方法においては、加工前に位置合わせを行い、加工中に生じた熱膨脹変形誤差を演算して補正値を導出するため、事前に位置合わせ作業が必要となるうえ、演算処理が複雑化するという問題があった。
また特許文献４の加工誤差の検知方法においては、加工前に位置合わせを行い、加工中に生じた熱膨脹変形誤差を演算して補正値を導出するため、事前に位置合わせ作業が必要となるうえ、演算処理が複雑化するという問題があった。
よって本発明は、構成部品、特に軸駆動部の熱変位による工具電極の相対位置ずれを、簡易的な構成でかつ複雑な制御を行うことなく、正確に補正を行うことが可能な放電加工装置およびセンサユニットを提供することを目的とする。
本発明の放電加工装置は、工具電極を少なくとも１つの軸方向に移動させる軸駆動部と、前記軸駆動部の前記軸方向の直線移動位置を検出するセンサユニットを備え、前記センサユニットは、直線状の測定用スケールと、前記測定用スケールを走査して位置情報を得る位置検出部と、前記測定用スケールまたは前記位置検出部の両端に固定された前記測定用スケールの延伸方向に対して垂直に立設した一対の調整ブロックを有し、前記調整ブロックは、前記軸駆動部に固定されるとともに温度変化により前記軸方向に湾曲することを特徴とする。
また本発明の放電加工装置は、前記軸駆動部が、ベースと、前記ベースに対向配置され前記軸方向に往復移動する移動体とから構成され、前記測定用スケールと前記位置検出部は対向配置されるとともに一方が前記ベースに固定され、他方が前記移動体に固定されていることを特徴とする。
さらに本発明のセンサユニットは、直線状の測定用スケールと、前記測定用スケールを走査して測定対象物の直線移動位置を検出する位置検出部と、前記測定用スケールまたは前記位置検出部の両端に固定された前記測定用スケールの延伸方向に対して垂直に立設した一対の調整ブロックを有し、前記調整ブロックは、材質の異なる第１のブロックと第２のブロックから構成され、測定対象物に固定されるとともに温度変化により湾曲することを特徴とする。
また本発明の放電加工装置は、前記軸駆動部が、ベースと、前記ベースに対向配置され前記軸方向に往復移動する移動体とから構成され、前記測定用スケールと前記位置検出部は対向配置されるとともに一方が前記ベースに固定され、他方が前記移動体に固定されていることを特徴とする。
さらに本発明のセンサユニットは、直線状の測定用スケールと、前記測定用スケールを走査して測定対象物の直線移動位置を検出する位置検出部と、前記測定用スケールまたは前記位置検出部の両端に固定された前記測定用スケールの延伸方向に対して垂直に立設した一対の調整ブロックを有し、前記調整ブロックは、材質の異なる第１のブロックと第２のブロックから構成され、測定対象物に固定されるとともに温度変化により湾曲することを特徴とする。
ここで「工具電極」とはワイヤ放電加工装置で使用されるワイヤ電極や形彫放電加工装置で使用される電極をさす。
また「軸駆動部」とは工具電極を少なくとも１つの軸方向に移動させるための駆動機構であり、例えばＶ軸方向に移動させる駆動機構としてはコラム、Ｖ軸スライダー、レール、リニアガイド等を含む。また、Ｙ軸方向に移動させる駆動機構としてはベッドやコラム、Ｚ軸方向に移動させる駆動機構としてはＺ軸スライダー、Ｚ軸ベース、レール、リニアガイド、Ｕ軸方向に移動させる駆動機構としてはＵ軸スライダー、Ｚ軸スライダー、レール、リニアガイドを含む。
さらに「ベース」とは移動体を支持し、移動体を往復移動するためのレール等が固定された部材であり、例えばテーブル、コラム、Ｚ軸ベース、Ｚ軸スライダーである。
そして「移動体」とはベースに対して相対的に軸方向に移動する部材であり、例えばＶ軸スライダー、コラム、Ｚ軸スライダー、Ｕ軸スライダーである。
本発明によれば、調整ブロックを介して測定用スケールまたは位置検出部を軸駆動部に固定して、温度変化時に軸駆動部の熱変位量の大きさ分だけ調整ブロックを軸方向に湾曲させる。そうすれば、測定用スケールまたは位置検出部を自動的に軸方向に移動させることが可能であり、簡単かつ簡易的な構成で熱変位による位置ズレ補正を行うことができる。
また「軸駆動部」とは工具電極を少なくとも１つの軸方向に移動させるための駆動機構であり、例えばＶ軸方向に移動させる駆動機構としてはコラム、Ｖ軸スライダー、レール、リニアガイド等を含む。また、Ｙ軸方向に移動させる駆動機構としてはベッドやコラム、Ｚ軸方向に移動させる駆動機構としてはＺ軸スライダー、Ｚ軸ベース、レール、リニアガイド、Ｕ軸方向に移動させる駆動機構としてはＵ軸スライダー、Ｚ軸スライダー、レール、リニアガイドを含む。
さらに「ベース」とは移動体を支持し、移動体を往復移動するためのレール等が固定された部材であり、例えばテーブル、コラム、Ｚ軸ベース、Ｚ軸スライダーである。
そして「移動体」とはベースに対して相対的に軸方向に移動する部材であり、例えばＶ軸スライダー、コラム、Ｚ軸スライダー、Ｕ軸スライダーである。
本発明によれば、調整ブロックを介して測定用スケールまたは位置検出部を軸駆動部に固定して、温度変化時に軸駆動部の熱変位量の大きさ分だけ調整ブロックを軸方向に湾曲させる。そうすれば、測定用スケールまたは位置検出部を自動的に軸方向に移動させることが可能であり、簡単かつ簡易的な構成で熱変位による位置ズレ補正を行うことができる。
本発明の放電加工装置は、調整ブロックが材質の異なる第１のブロックと第２のブロックから構成されることを特徴とする。
また本発明の放電加工装置は、前記第１のブロックがセラミックスで形成され、前記第２のブロックは前記軸駆動部と略同一の線膨張係数を有する材質で形成されていることを特徴とする。
さらに本発明の放電加工装置は、前記調整ブロックが溝部と、前記溝部の幅よりも広い幅を有する幅広部から構成されることを特徴とする。
また本発明の放電加工装置は、前記第１のブロックがセラミックスで形成され、前記第２のブロックは前記軸駆動部と略同一の線膨張係数を有する材質で形成されていることを特徴とする。
さらに本発明の放電加工装置は、前記調整ブロックが溝部と、前記溝部の幅よりも広い幅を有する幅広部から構成されることを特徴とする。
本発明によれば、調整ブロックを材質の異なる第１のブロックと第２のブロックで形成することで、第１のブロックと第２のブロックの熱膨張率の差により温度変化時に締結面に内部応力が発生し、バイメタル効果により調整ブロックが湾曲する。バイメタル効果を使用することにより、簡単かつ簡易的な構成で温度変化によって生じる軸駆動部の相対位置のずれを補正することができる。
調整ブロックの湾曲量は第１のブロックと第２のブロックの材質を変更することで調整することが可能で、第１のブロックがセラミックスで形成され、第２のブロックは軸駆動部と略同一の線膨張係数を有する材質で形成されていることが好ましい。
また調整ブロックの湾曲量は、調整ブロックの形状を変更することでも調整可能であり、例えば調整ブロックが溝部と溝部の幅よりも広い幅を有する幅広部から構成されている場合は、溝部の幅と幅広部の幅の差を変更することにより簡単に湾曲量を調整することができる。
調整ブロックの湾曲量は第１のブロックと第２のブロックの材質を変更することで調整することが可能で、第１のブロックがセラミックスで形成され、第２のブロックは軸駆動部と略同一の線膨張係数を有する材質で形成されていることが好ましい。
また調整ブロックの湾曲量は、調整ブロックの形状を変更することでも調整可能であり、例えば調整ブロックが溝部と溝部の幅よりも広い幅を有する幅広部から構成されている場合は、溝部の幅と幅広部の幅の差を変更することにより簡単に湾曲量を調整することができる。
本発明は、センサユニットを調整ブロックを介して軸駆動部に固定するだけでソフト制御等の複雑な位置ずれ補正を行う必要がなく、簡単かつ低コストで、温度変化によって生じる軸駆動部の相対位置のずれを補正し、精度の高い放電加工装置およびセンサユニットを提供することが可能となる。
（１． １ ワイヤ放電加工装置１００の全体構成）
以下、図を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るワイヤ放電加工装置１００の概略を示す斜視図である。
本発明はワイヤ放電加工装置および形彫放電加工装置に適用されるものであるが、以下に記載する実施形態では、ワイヤ放電加工装置を例に挙げて説明を行うものとする。
また以下の説明では、ワイヤ放電加工装置１００の機械本機において、Ｕ軸スライダー５１に垂直アーム６１が設けられている側の面（図１の紙面上、Ｙ軸負の方向から機械本機をみた場合の面）を正面とする。そして正面に向かって後側を背面とし、正面に向かって右手側および左手側を側面とする。そして正面に向かって上側から機械本機をみた場合の面を上面とし、下側からみた場合の面を底面とする。
以下、図を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るワイヤ放電加工装置１００の概略を示す斜視図である。
本発明はワイヤ放電加工装置および形彫放電加工装置に適用されるものであるが、以下に記載する実施形態では、ワイヤ放電加工装置を例に挙げて説明を行うものとする。
また以下の説明では、ワイヤ放電加工装置１００の機械本機において、Ｕ軸スライダー５１に垂直アーム６１が設けられている側の面（図１の紙面上、Ｙ軸負の方向から機械本機をみた場合の面）を正面とする。そして正面に向かって後側を背面とし、正面に向かって右手側および左手側を側面とする。そして正面に向かって上側から機械本機をみた場合の面を上面とし、下側からみた場合の面を底面とする。
ワイヤ放電加工装置１００は、設置面に載置された図示しないベッド１と、水平方向であるＹ軸方向に往復移動可能にベッド１上に設置されたコラム２と、このコラム２の上にＹ軸方向と平行な水平１軸方向（Ｖ軸方向）に往復移動可能に水平に設置されたＶ軸スライダー５２と、Ｖ軸スライダー５２の一端に設けられたＺ軸ベース９１と、Ｚ軸ベース９１に図示しないリニアガイド９３ａを介してＺ軸方向に往復移動可能に取り付けられたＺ軸スライダー９３と、Ｚ軸スライダー９３のＺ軸ベース９１に対向する面にリニアガイド５１ａを介してＸ軸方向と平行な水平１軸方向（Ｕ軸方向）に往復移動可能に水平に設置されたＵ軸スライダー５１と、Ｕ軸スライダー５１に正面側から固定された垂直アーム６１と、コラム２と、Ｖ軸スライダー５２のＶ軸方向の略中央位置Ｈに固定されたセンサユニット４を含む。
垂直アーム６１の下端には上側ガイドユニット８２が固定され、コラム２の下方の側壁には、コラム２から延びた下側支持体７が固定されており、一端に下側ガイドユニット８１が固定されている。
垂直アーム６１の下端には上側ガイドユニット８２が固定され、コラム２の下方の側壁には、コラム２から延びた下側支持体７が固定されており、一端に下側ガイドユニット８１が固定されている。
また下側ガイドユニット８１の下方には、Ｙ軸方向と垂直な方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設置された図示しないテーブル３を備え、テーブル３の上には図示しない加工槽が取り付けられ、被加工物を加工槽内のワークスタンド上に載置することができる。
コラム２の上部にはＶ軸方向に延びる複数のレール２２が固定され、これらのレール２２は、Ｖ軸スライダー５２の底部に固定された複数のリニアガイド５２ａと係合している。それによりＶ軸スライダー５２は、Ｖ軸方向に直線移動可能となっている。
Ｖ軸スライダー５２の一端にはＺ軸ベース９１が一体的に固定されている。
Ｖ軸スライダー５２の一端にはＺ軸ベース９１が一体的に固定されている。
Ｚ軸ベース９１の正面には、Ｚ軸方向に延びる複数のレール９２が固定され、これらのレール９２は、Ｚ軸スライダー９３に設けられた図示しない複数のリニアガイド９３ａと係合している。これによりＺ軸スライダー９３は、Ｚ軸ベース９１に対して上下方向つまりＺ軸方向に直線移動可能となっている。
Ｚ軸スライダー９３の正面には、Ｕ軸方向に延びる複数のレール９４が固定され、これらのレール９４は、Ｕ軸スライダー５１に設けられた複数のリニアガイド５１ａと係合している。これによりＵ軸スライダー５１は、Ｚ軸スライダー９３に対してＵ軸方向に直線移動可能となっている。
なおリニアガイド５１ａ，５２ａ，９３ａは公知のものが適宜利用可能であり、コラム２、Ｕ軸スライダー５１、Ｖ軸スライダー５２、Ｚ軸スライダー９３、テーブル３は、モータ等の駆動部材により各方向に往復移動する。
またコラム２、Ｖ軸スライダー５２、Ｕ軸スライダー５１およびＺ軸スライダー９３等の軸駆動部５は、製造上の制約からセラミックスよりも線膨張係数が大きい材料である鋳鉄で形成されている。
またコラム２、Ｖ軸スライダー５２、Ｕ軸スライダー５１およびＺ軸スライダー９３等の軸駆動部５は、製造上の制約からセラミックスよりも線膨張係数が大きい材料である鋳鉄で形成されている。
垂直アーム６１は、長尺の角柱形状の部材であって、下端にはステンレスで形成された上側ガイドユニット８２が設けられている。垂直アーム６１は、ＸＹ平面に垂直に設けられ、熱による変形が少なく剛性の高い素材であるセラミックスで形成されている。
下側支持体７は、コラム２の正面下部に固定されてコラム２から延びる角柱形状もしくは円柱形状の部材であって、先端に下側ガイドユニット８１が固定されている。下側支持体７はセラミックスで形成され、下側ガイドユニット８１は、鋳鉄の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料であるステンレスから形成される。
ワイヤ放電加工装置１００は、図示しない放電加工用の電源装置から被加工物とワイヤ電極Ｗとに加工電圧を供給しつつ、図示しない制御装置により、ワークスタンドに載置された被加工物を上側ガイドユニット８２と下側ガイドユニット８１の間に掛け渡されたワイヤ電極Ｗに対して所望の経路に沿って相対的に移動させ、放電加工を行うことができる。
（１．２ センサユニット４の構成）
図２は、上記実施形態のセンサユニット４の実施形態を示す斜視図であり、図３は、上記実施形態のセンサユニット４の実施形態を示す側面図である。図４は、上記実施形態のセンサユニット４の内部構造を示す模式図であり、図５は、上記実施形態のセンサユニット４の調整ブロック４１を示す斜視図である。図１０は、上記実施形態のセンサユニット４の調整ブロック４１のその他の例（２４１）を示す斜視図である。ここで、センサユニット４に使用されているボルト等の構成の一部は便宜上図面から省略されている。
本発明のセンサユニット４は、上側ガイドユニット８２のＶ軸方向の直線移動位置を検出する検出器であり、直線状の測定用スケール４２１と、測定用スケール４２１を収納するハウジング４２と、測定用スケール４２１を走査して位置情報を得る位置検出部４４と、測定用スケール４２１の両端に測定用スケール４２１の延伸方向に対して垂直に立設して固定された一対の調整ブロック４１，４１と、調整ブロック４１をＶ軸スライダー５２に固定するための固定部材４３とを備える。
ワイヤ放電加工装置１００は、放電加工時、センサユニット４が検出するＶ軸方向の位置により、上側ガイドユニット８２を移動させる。
図２は、上記実施形態のセンサユニット４の実施形態を示す斜視図であり、図３は、上記実施形態のセンサユニット４の実施形態を示す側面図である。図４は、上記実施形態のセンサユニット４の内部構造を示す模式図であり、図５は、上記実施形態のセンサユニット４の調整ブロック４１を示す斜視図である。図１０は、上記実施形態のセンサユニット４の調整ブロック４１のその他の例（２４１）を示す斜視図である。ここで、センサユニット４に使用されているボルト等の構成の一部は便宜上図面から省略されている。
本発明のセンサユニット４は、上側ガイドユニット８２のＶ軸方向の直線移動位置を検出する検出器であり、直線状の測定用スケール４２１と、測定用スケール４２１を収納するハウジング４２と、測定用スケール４２１を走査して位置情報を得る位置検出部４４と、測定用スケール４２１の両端に測定用スケール４２１の延伸方向に対して垂直に立設して固定された一対の調整ブロック４１，４１と、調整ブロック４１をＶ軸スライダー５２に固定するための固定部材４３とを備える。
ワイヤ放電加工装置１００は、放電加工時、センサユニット４が検出するＶ軸方向の位置により、上側ガイドユニット８２を移動させる。
測定用スケール４２１、ハウジング４２および位置検出部４４は、既知のリニアエンコーダが使用される。測定用スケール４２１を読み取るタイプのリニアエンコーダであれば、インクリメンタルタイプでも、アブソリュートタイプでも、光学式、磁気式、誘導式を問わず適用することができる。
例えば透明性を有する直線状の板状部材に遮光性のクロムにより形成されたパターンが設けられた直線状の測定用スケール４２１がハウジング４２内に収納されており、光源と多数の光検出器が設けられた位置検出部４４によって、パターンを走査する。位置検出部４４の光源の光はパターンの透明領域を通過して光検出器に達し、光検出器から出力される電気信号を図示しない電子回路により処理することによって位置情報を得て上側ガイドユニット８２のＶ軸方向の直線移動位置を検出する。
ハウジング４２は矩形状であり、ハウジング４２内部の中心位置に長手方向に沿って測定用スケール４２１が設けられている（図４）。ハウジング４２の両端には、測定用スケール４２１の延伸方向に対して垂直に立設して固定された一対の調整ブロック４１，４１の下部に固定されている。調整ブロック４１，４１の上部は固定部材４３に固定され、固定部材４３がＶ軸スライダー５２に固定されることで、測定用スケール４２１が調整ブロック４１を介してＶ軸スライダー５２に固定される。
本実施形態において測定用スケール４２１はハウジング４２に収納されているが、測定用スケール４２１の両端に調整ブロック４１，４１が固定されていれば、測定用スケール４２１はハウジング４２に収納されていなくてもよい。
本実施形態において測定用スケール４２１はハウジング４２に収納されているが、測定用スケール４２１の両端に調整ブロック４１，４１が固定されていれば、測定用スケール４２１はハウジング４２に収納されていなくてもよい。
位置検出部４４は、コラム２の上部に取り付けられている。このため、位置検出部４４は、コラム２とＶ軸スライダー５２の間の相対的なＶ軸方向の直線移動位置を検出することができる。
調整ブロック４１は、熱変位によるＶ軸スライダー５２のＶ軸方向のずれと同様の位置ずれを発生させるブロック状の部材であり、材質の異なる第１のブロック４１１と第２のブロック４１２から形成されている。
第１のブロック４１１は平板状もしくは直方体形状で、セラミックスで形成されている。第１のブロック４１１には固定部材４３を固定するための孔４１１ａが設けられている。第１のブロック４１１の背面の締結面Ｍ１には、第２のブロック４１２が固定されている。
第２のブロック４１２は、第１のブロック４１１よりも線膨張係数が大きい材質で形成された部材であり、具体的にはＶ軸スライダー５２と略同一の線膨張係数をもつＳ４５Ｃ等の金属から形成されている。第２のブロック４１２は、幅Ｗａの狭い溝部４１２ａと、幅Ｗａよりも広い幅Ｗｂを有する幅広部４１２ｂから構成される。第２のブロック４１２は全体として側面視でＬ字形状をなす。また第２のブロック４１２の下部にハウジング４２を取り付けるための孔４１２ｃが設けられている。
一対の調整ブロック４１，４１は、第１のブロック４１１を正面側に配置して測定用スケール４２１の延伸方向に垂直となるように、ハウジング４２の両端に設けられている。
調整ブロック４１は、締結面Ｍ１にて材質の異なる第１のブロック４１１と第２のブロック４１２を接合して形成されているため、外部環境の変化等により調整ブロック４１の温度が変化すると、第１のブロック４１１と第２のブロック４１２の熱膨張率の差により締結面Ｍ１に内部応力が発生し、バイメタル効果により湾曲する。
具体的には、第１のブロック４１１の材質であるセラミックスは、第２のブロック４１２の材質である鋳鉄と比べると線膨張係数が約１／２～約１／３であるため、温度上昇時、締結面Ｍ１に平行に働く圧縮と引っ張り応力が大きくなり、調整ブロック４１に垂直方向（測定用スケール４２１の延伸方向垂直）から傾斜する力Ｆ１が発生する。Ｆ１の力により、調整ブロック４１はＶ軸負の方向へ湾曲する（図８）。また温度下降時は、調整ブロック４１に垂直方向から傾斜する力Ｆ１とは反対の力Ｆ２が発生するため、Ｆ２の力により、調整ブロック４１はＶ軸正の方向へ湾曲する（図９）。
第１のブロック４１１は平板状もしくは直方体形状で、セラミックスで形成されている。第１のブロック４１１には固定部材４３を固定するための孔４１１ａが設けられている。第１のブロック４１１の背面の締結面Ｍ１には、第２のブロック４１２が固定されている。
第２のブロック４１２は、第１のブロック４１１よりも線膨張係数が大きい材質で形成された部材であり、具体的にはＶ軸スライダー５２と略同一の線膨張係数をもつＳ４５Ｃ等の金属から形成されている。第２のブロック４１２は、幅Ｗａの狭い溝部４１２ａと、幅Ｗａよりも広い幅Ｗｂを有する幅広部４１２ｂから構成される。第２のブロック４１２は全体として側面視でＬ字形状をなす。また第２のブロック４１２の下部にハウジング４２を取り付けるための孔４１２ｃが設けられている。
一対の調整ブロック４１，４１は、第１のブロック４１１を正面側に配置して測定用スケール４２１の延伸方向に垂直となるように、ハウジング４２の両端に設けられている。
調整ブロック４１は、締結面Ｍ１にて材質の異なる第１のブロック４１１と第２のブロック４１２を接合して形成されているため、外部環境の変化等により調整ブロック４１の温度が変化すると、第１のブロック４１１と第２のブロック４１２の熱膨張率の差により締結面Ｍ１に内部応力が発生し、バイメタル効果により湾曲する。
具体的には、第１のブロック４１１の材質であるセラミックスは、第２のブロック４１２の材質である鋳鉄と比べると線膨張係数が約１／２～約１／３であるため、温度上昇時、締結面Ｍ１に平行に働く圧縮と引っ張り応力が大きくなり、調整ブロック４１に垂直方向（測定用スケール４２１の延伸方向垂直）から傾斜する力Ｆ１が発生する。Ｆ１の力により、調整ブロック４１はＶ軸負の方向へ湾曲する（図８）。また温度下降時は、調整ブロック４１に垂直方向から傾斜する力Ｆ１とは反対の力Ｆ２が発生するため、Ｆ２の力により、調整ブロック４１はＶ軸正の方向へ湾曲する（図９）。
調整ブロック４１、第１のブロック４１１および第２のブロック４１２は、様々の形状を採用することができる。例えば第１のブロック２４１１と第２のブロック２４１２からなる調整ブロック２４１において、第２のブロック２４１２が幅の狭い溝部２４１２ａと溝部２４１２ａの幅よりも広い幅を有する幅広部２４１２ｂから構成され、全体として側面視でコの字形状をなすものも採用することができる（図１０）。溝部２４１２ａの幅Ｗａ２と幅広部２４１２ｂの幅Ｗｂ２の差を調整することにより、温度変化による調整ブロック２４１の湾曲量の大きさを調整することができる。
固定部材４３は、Ｖ軸スライダー５２にハウジング４２を取り付けるための部材であり、両端には一対の調整ブロック４１，４１が固定されている。具体的には、固定部材４３の一端は正面側に配置された調整ブロック４１の背面に固定され、他端は背面側に配置された調整ブロック４１の正面に固定される。
また固定部材４３は、Ｖ軸スライダー５２に取り付けるための孔４３ａを有し、孔４３ａを使用して、Ｖ軸スライダー５２の下部にハウジング４２を取り付ける。正確に上側ガイドユニット８２のＶ軸方向の直線移動位置を測定するため、測定用スケール４２１がＶ軸方向に平行に延伸するようにハウジング４２を取り付ける。
本実施形態においては、固定部材４３を介して調整ブロック４１，４１をＶ軸スライダー５２に固定しているが、固定部材４３を使用せずに調整ブロック４１，４１を直接Ｖ軸スライダー５２に固定してもよい。
また固定部材４３は、Ｖ軸スライダー５２に取り付けるための孔４３ａを有し、孔４３ａを使用して、Ｖ軸スライダー５２の下部にハウジング４２を取り付ける。正確に上側ガイドユニット８２のＶ軸方向の直線移動位置を測定するため、測定用スケール４２１がＶ軸方向に平行に延伸するようにハウジング４２を取り付ける。
本実施形態においては、固定部材４３を介して調整ブロック４１，４１をＶ軸スライダー５２に固定しているが、固定部材４３を使用せずに調整ブロック４１，４１を直接Ｖ軸スライダー５２に固定してもよい。
（１．３ 調整ブロック４１の機能の説明）
図７は、外気温上昇時の本発明のＶ軸スライダー５２の変位および調整ブロック４１の屈曲状態を示す説明図である。図８は、上側ガイドユニット８２の機械温度が上昇した場合のセンサユニット４の動きを示す模式図であり、図９は、上側ガイドユニット８２の機械温度が下降した場合のセンサユニット４の動きを示す模式図である。
図７は、外気温上昇時の本発明のＶ軸スライダー５２の変位および調整ブロック４１の屈曲状態を示す説明図である。図８は、上側ガイドユニット８２の機械温度が上昇した場合のセンサユニット４の動きを示す模式図であり、図９は、上側ガイドユニット８２の機械温度が下降した場合のセンサユニット４の動きを示す模式図である。
ワイヤ放電加工装置１００においては、軸駆動部５であるＶ軸スライダー５２は線膨張係数が大きい材料である鋳鉄で形成されていることから、外部環境の変化によりＶ軸スライダー５２の温度が変化すると、Ｖ軸スライダー５２が伸縮し上側ガイドユニット８２がＶ軸方向にずれてしまう（図１、図７）。
具体的には、Ｖ軸スライダー５２の温度が上昇すると、略中央位置Ｈを基準としてＶ軸スライダー５２の正面側がＶ軸負の方向へ膨張して上側ガイドユニット８２がＶ軸負の方向に変位する。またＶ軸スライダー５２の温度が下降するとＶ軸スライダー５２の正面側がＶ軸正の方向へ収縮して上側ガイドユニット８２がＶ軸正の方向に変位する。
このように外気の温度変化等によりＶ軸スライダー５２が伸縮すると、上側ガイドユニット８２がＶ軸方向にずれて、被加工物の加工精度に悪影響を及ぼす。
よって本発明においては、調整ブロック４１を介して測定用スケール４２１をＶ軸スライダー５２に固定することで、Ｖ軸スライダー５２のＶ軸方向の位置ズレ量Ｗｃと同じ大きさだけ測定用スケール４２１をＶ軸方向に移動させる。
具体的には、調整ブロック４１は温度変化によりＶ軸正の方向またはＶ軸負の方向に湾曲するように形成されており、測定用スケール４２１は、両端に配置された一対の調整ブロック４１，４１の湾曲によりＶ軸方向に変位する（図８、図９）。
具体的には、Ｖ軸スライダー５２の温度が上昇すると、略中央位置Ｈを基準としてＶ軸スライダー５２の正面側がＶ軸負の方向へ膨張して上側ガイドユニット８２がＶ軸負の方向に変位する。またＶ軸スライダー５２の温度が下降するとＶ軸スライダー５２の正面側がＶ軸正の方向へ収縮して上側ガイドユニット８２がＶ軸正の方向に変位する。
このように外気の温度変化等によりＶ軸スライダー５２が伸縮すると、上側ガイドユニット８２がＶ軸方向にずれて、被加工物の加工精度に悪影響を及ぼす。
よって本発明においては、調整ブロック４１を介して測定用スケール４２１をＶ軸スライダー５２に固定することで、Ｖ軸スライダー５２のＶ軸方向の位置ズレ量Ｗｃと同じ大きさだけ測定用スケール４２１をＶ軸方向に移動させる。
具体的には、調整ブロック４１は温度変化によりＶ軸正の方向またはＶ軸負の方向に湾曲するように形成されており、測定用スケール４２１は、両端に配置された一対の調整ブロック４１，４１の湾曲によりＶ軸方向に変位する（図８、図９）。
温度変化により測定用スケール４２１が移動するＶ軸方向の変位量は、温度変化によりＶ軸スライダー５２が変位するＶ軸方向の変位量と同じ大きさとなるように第１のブロック４１１および第２のブロック４１２の大きさ等の調整が行われている。
例えば、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度がＴｃ度上昇した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸負の方向に変位量Ｗｃの大きさだけ変位したとする（図７）。その場合、調整ブロック４１は温度がＴｃ度上昇するとＶ軸負の方向に湾曲し、測定用スケール４２１は追従してＶ軸負の方向に変位量Ｗｃと同じ大きさだけ移動する（図８）。
また、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度がＴｄ度下降した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸正の方向に変位量Ｗｄの大きさだけ変位したとする。その場合、調整ブロック４１も同様に温度がＴｄ度下降すると、Ｖ軸正の方向に湾曲し、測定用スケール４２１は追従してＶ軸正の方向に変位量Ｗｄと同じ大きさだけ移動する（図９）。
例えば、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度がＴｃ度上昇した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸負の方向に変位量Ｗｃの大きさだけ変位したとする（図７）。その場合、調整ブロック４１は温度がＴｃ度上昇するとＶ軸負の方向に湾曲し、測定用スケール４２１は追従してＶ軸負の方向に変位量Ｗｃと同じ大きさだけ移動する（図８）。
また、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度がＴｄ度下降した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸正の方向に変位量Ｗｄの大きさだけ変位したとする。その場合、調整ブロック４１も同様に温度がＴｄ度下降すると、Ｖ軸正の方向に湾曲し、測定用スケール４２１は追従してＶ軸正の方向に変位量Ｗｄと同じ大きさだけ移動する（図９）。
ワイヤ放電加工装置１００は放電加工時に、実際にセンサユニット４が計測した位置情報を使用して、Ｖ軸方向に上側ガイドユニット８２を移動制御する。その際に、あらかじめＷｃもしくはＷｄ分変位した測定用スケール４２１を使用して上側ガイドユニット８２を駆動するため、複雑なソフト制御を行うことなく温度変化による上側ガイドユニット８２の位置ずれを補正することが可能となる。
（１．４ 調整ブロック４１の変位量）
図１２は、調整ブロック４１の温度が２３℃である場合を基準として、温度が変化した場合の調整ブロック４１の測定用スケール固定位置におけるＶ軸方向の変位量［μｍ］を示すグラフである。ここで三角マーカーを線で結んだグラフは正面側に配置された調整ブロック４１の変位を示し、四角マーカーを線で結んだグラフは背面側に配置された調整ブロック４１の変位を示したものである。
図１２のグラフが示す通り、基準の温度である２３℃よりも温度が上昇した場合は、測定用スケール４２１の固定位置がＶ軸負の方向に変位し、２３℃よりも温度が下降した場合は、測定用スケール４２１の固定位置がＶ軸正の方向に変位することがわかる。
図１２は、調整ブロック４１の温度が２３℃である場合を基準として、温度が変化した場合の調整ブロック４１の測定用スケール固定位置におけるＶ軸方向の変位量［μｍ］を示すグラフである。ここで三角マーカーを線で結んだグラフは正面側に配置された調整ブロック４１の変位を示し、四角マーカーを線で結んだグラフは背面側に配置された調整ブロック４１の変位を示したものである。
図１２のグラフが示す通り、基準の温度である２３℃よりも温度が上昇した場合は、測定用スケール４２１の固定位置がＶ軸負の方向に変位し、２３℃よりも温度が下降した場合は、測定用スケール４２１の固定位置がＶ軸正の方向に変位することがわかる。
図１１は、上記実施形態において調整ブロック３４１を位置検出部４４に取り付けた場合を示す側面模式図である。
上記の実施形態のセンサユニット４においては調整ブロック４１が測定用スケール４２１の両端に設けられていたが、調整ブロック３４１が位置検出部４４の両端に設けられたセンサユニット３４を用いてもよい（図１１）。この場合、材質の異なる第１のブロック３４１１と第２のブロック３４１２を測定用スケール４２１に固定する場合とは反対の配置、具体的には第１のブロック３４１１を第２のブロック３４１２の背面側に固定する。
例えば、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度が上昇した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸負の方向に変位するが、調整ブロック３４１は温度が上昇するとＶ軸正の方向に湾曲するため、位置検出部４４は追従してＶ軸正の方向に移動する。また、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度が下降した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸正の方向に変位するが、調整ブロック３４１は温度が下降するとＶ軸負の方向に湾曲し、位置検出部４４は追従してＶ軸負の方向に移動する。
このように、位置検出部４４に調整ブロック３４１を取り付けた場合であっても、熱変位による補正を行うことができる。
ここで調整ブロック３４１のコラム２への固定は、固定部材３４３を介して取り付けられていてもよいし、固定部材３４３を介さずに直接取り付けられていてもよい。
上記の実施形態のセンサユニット４においては調整ブロック４１が測定用スケール４２１の両端に設けられていたが、調整ブロック３４１が位置検出部４４の両端に設けられたセンサユニット３４を用いてもよい（図１１）。この場合、材質の異なる第１のブロック３４１１と第２のブロック３４１２を測定用スケール４２１に固定する場合とは反対の配置、具体的には第１のブロック３４１１を第２のブロック３４１２の背面側に固定する。
例えば、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度が上昇した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸負の方向に変位するが、調整ブロック３４１は温度が上昇するとＶ軸正の方向に湾曲するため、位置検出部４４は追従してＶ軸正の方向に移動する。また、ワイヤ放電加工装置１００の機器温度が下降した場合、Ｖ軸スライダー５２の正面側がＶ軸正の方向に変位するが、調整ブロック３４１は温度が下降するとＶ軸負の方向に湾曲し、位置検出部４４は追従してＶ軸負の方向に移動する。
このように、位置検出部４４に調整ブロック３４１を取り付けた場合であっても、熱変位による補正を行うことができる。
ここで調整ブロック３４１のコラム２への固定は、固定部材３４３を介して取り付けられていてもよいし、固定部材３４３を介さずに直接取り付けられていてもよい。
本実施形態では、調整ブロック４１を備えたセンサユニット４をＶ軸スライダー５２に設けた実施形態を用いて説明を行ったが、リニアエンコーダ等を用いて軸方向の直線移動位置を検出して軸方向への駆動を行う軸駆動部であれば適用可能であり、形彫放電加工装置にも適用可能である。
また既知のリニアエンコーダにおいては、測定用スケール４２１を収納したハウジング４２の上部に固定部材４３が一体的に形成されており、延伸方向中央位置で固定部材４３を軸駆動部５に固定するように形成されているものもある。そのような形状のリニアエンコーダを使用した場合であっても、ハウジング４２の両端に調整ブロック４１，４１を設け、固定部材４３を軸駆動部５に固定する代わりに調整ブロック４１，４１を軸駆動部５に固定することで同様の効果を得ることができる。
さらに本実施形態では、垂直アーム６１をＵ軸、Ｖ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させ、テーブル３をＸ軸方向に移動する構成であったが、テーブル３をＹ軸およびＸ軸方向に移動させる構成としてもよい。
そして本実施形態においては、Ｚ軸スライダー９３と垂直アーム６１の間にＵ軸スライダー５１を設けて、Ｕ軸スライダー５１により垂直アーム６１をＵ軸方向に往復移動させる構成としたが、コラム２の上にＵ軸サドルを設けてＵ軸方向に移動する構成としてもよい。
また既知のリニアエンコーダにおいては、測定用スケール４２１を収納したハウジング４２の上部に固定部材４３が一体的に形成されており、延伸方向中央位置で固定部材４３を軸駆動部５に固定するように形成されているものもある。そのような形状のリニアエンコーダを使用した場合であっても、ハウジング４２の両端に調整ブロック４１，４１を設け、固定部材４３を軸駆動部５に固定する代わりに調整ブロック４１，４１を軸駆動部５に固定することで同様の効果を得ることができる。
さらに本実施形態では、垂直アーム６１をＵ軸、Ｖ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させ、テーブル３をＸ軸方向に移動する構成であったが、テーブル３をＹ軸およびＸ軸方向に移動させる構成としてもよい。
そして本実施形態においては、Ｚ軸スライダー９３と垂直アーム６１の間にＵ軸スライダー５１を設けて、Ｕ軸スライダー５１により垂直アーム６１をＵ軸方向に往復移動させる構成としたが、コラム２の上にＵ軸サドルを設けてＵ軸方向に移動する構成としてもよい。
以上説明した本発明は、この発明の精神および必須の特徴的事項から逸脱することなく他のいろいろな形態で実施することができる。したがって、本明細書に記載した実施例は例示的なものであり、これに限定して解釈されるべきものではない。
１ ベッド
２ コラム
４，３４ センサユニット
４１ 調整ブロック
５ 軸駆動部
５１ Ｕ軸スライダー
５２ Ｖ軸スライダー
６１ 垂直アーム
７ 下側支持体
８１ 下側ガイドユニット
８２ 上側ガイドユニット
９１ Ｚ軸ベース
９３ Ｚ軸スライダー
Ｗ ワイヤ電極
１００ ワイヤ放電加工装置
２ コラム
４，３４ センサユニット
４１ 調整ブロック
５ 軸駆動部
５１ Ｕ軸スライダー
５２ Ｖ軸スライダー
６１ 垂直アーム
７ 下側支持体
８１ 下側ガイドユニット
８２ 上側ガイドユニット
９１ Ｚ軸ベース
９３ Ｚ軸スライダー
Ｗ ワイヤ電極
１００ ワイヤ放電加工装置
Claims (6)
- 工具電極を少なくとも１つの軸方向に移動させる軸駆動部と、前記軸駆動部の前記軸方向の直線移動位置を検出するセンサユニットを備え、
前記センサユニットは、直線状の測定用スケールと、前記測定用スケールを走査して位置情報を得る位置検出部と、前記測定用スケールまたは前記位置検出部の両端に固定された前記測定用スケールの延伸方向に対して垂直に立設した一対の調整ブロックを有し、
前記調整ブロックは、前記軸駆動部に固定されるとともに温度変化により前記軸方向に湾曲することを特徴とする放電加工装置。 - 前記軸駆動部は、ベースと、前記ベースに対向配置され前記軸方向に往復移動する移動体とから構成され、前記測定用スケールと前記位置検出部は対向配置されるとともに、一方が前記ベースに固定され、他方が前記移動体に固定されていることを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
- 前記調整ブロックは、材質の異なる第１のブロックと第２のブロックから構成されることを特徴とする請求項１または２記載の放電加工装置。
- 前記第１のブロックはセラミックスで形成され、前記第２のブロックは前記軸駆動部と略同一の線膨張係数を有する材質で形成されていることを特徴とする請求項３記載の放電加工装置。
- 前記調整ブロックは、溝部と、前記溝部の幅よりも広い幅を有する幅広部から構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の放電加工装置。
- 直線状の測定用スケールと、前記測定用スケールを走査して測定対象物の直線移動位置を検出する位置検出部と、前記測定用スケールまたは前記位置検出部の両端に固定された前記測定用スケールの延伸方向に対して垂直に立設した一対の調整ブロックを有し、
前記調整ブロックは、材質の異なる第１のブロックと第２のブロックから構成され、測定対象物に固定されるとともに温度変化により湾曲することを特徴とするセンサユニット。
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