JP3991211B2

JP3991211B2 - 放電加工装置および放電加工方法

Info

Publication number: JP3991211B2
Application number: JP2002209426A
Authority: JP
Inventors: 暢彦永井; 利幸横井; 史義加納
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: DE10248450A1; JP2003200319A; DE10248450B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工部材に加工穴を形成する放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電極と被加工部材との間に高電圧を加えて放電させ、被加工部材に加工穴を形成する放電加工装置が知られている。放電加工装置を用いて被加工部材を高精度に加工するため、放電加工中の電極の振れを防止することが必要である。放電加工中の電極の振れを防止するため、被加工部材近傍において案内部材により電極を案内する構成が公知である。
特開平６−９１４３６号公報に開示される放電加工装置は、電極を案内する案内部材を被加工部材に当接することにより、放電加工中の電極の振れを防止し、高精度に被加工部材を加工しようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
被加工部材を高精度に加工するためには、放電加工中の電極の振れを防止するとともに、被加工部材に対し電極、つまり案内部材を高精度に位置決めしなければならない。しかしながら、被加工部材に案内部材を当接するだけでは、被加工部材に案内部材を高精度に位置決めすることは困難である。さらに、被加工部材に対し案内部材を高精度に位置決めできても、案内部材に製造誤差が生じていると、被加工部材に対し電極を高精度に位置決めできないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、被加工部材に対する電極の位置決めを容易に行う放電加工装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、案内部材に製造誤差があっても、高精度に被加工部材を加工する放電加工装置および放電加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の放電加工装置によると、放電加工する加工穴に向かうにしたがい縮径する円錐凹面を被加工部材に形成し、円錐凹面と当接することにより円錐凹面と中心を合わせる傾斜面を案内部材の加工穴側端部に形成している。被加工部材の円錐凹面に案内部材の傾斜面を当接させ加工穴側に向けて案内部材を押し込むと、円錐凹面に傾斜面が案内され被加工部材に対し案内部材が位置決めされるので、被加工部材の円錐凹面と案内部材の傾斜面との中心を合わせることができる。被加工部材に対し案内部材を高精度に容易に位置決めすることができるので、被加工部材に対し電極を高精度に位置決めし、加工穴を高精度に形成できる。
【０００６】
本発明の請求項4記載の放電加工装置あるいは請求項 5 記載の放電加工方法によると、案内部材に形成する傾斜面を被加工部材と同じ傾斜角度を有する円錐凸面にすることにより、円錐凹面と円錐凸面とが面接触し、円錐凹面に対し円錐凸面の位置がずれにくい。したがって、被加工部材の円錐凹面と案内部材の円錐凸面との中心を確実に合わせることができる。さらに、被加工部材の円錐凹面と案内部材の円錐凸面とが面接触するので、円錐凸面を有する案内部材が傾きにくい。案内部材に案内される電極も傾きにくいので、加工穴の変形を防止できる。さらに、案内部材に円錐凸面を形成することは容易である。
【０００７】
被加工部材の円錐凹面と案内部材の傾斜面とを当接させることにより円錐凹面と傾斜面との中心合わせをしても、例えば電極を往復移動可能に収容する案内部材の貫通孔と傾斜面との中心がずれていると、貫通孔と円錐凹面との中心はずれる。すると、貫通孔に収容されている電極により放電加工される加工穴の中心は円錐凹面の中心からずれる。本発明の請求項１記載の放電加工装置あるいは請求項２記載の放電加工方法によると、放電加工中に案内部材を回転することにより、例えば電極を往復移動可能に収容する案内部材の貫通孔と傾斜面との中心がずれていると、案内部材の貫通孔は被加工部材の円錐凹面および案内部材の傾斜面の中心を軸として公転する。案内部材の貫通孔に収容されている電極も被加工部材の円錐凹面および案内部材の傾斜面の中心を軸として公転するので、放電加工により形成される加工穴の中心は被加工部材の円錐凹面の中心とほぼ一致する。
本発明の請求項１記載の放電加工装置あるいは請求項２記載の放電加工方法によると、放電加工中、電極を回転することにより、電極に製造誤差があっても、断面円形状の加工穴を高精度に形成できる。
【０００８】
案内部材と電極とを同一方向に回転すると、案内部材と電極との回転速度が一致することがある。前述したように案内部材の貫通孔と傾斜面との中心がずれており案内部材の傾斜面の中心を軸として電極が公転するとき、案内部材と電極とが同一方向に回転し案内部材と電極との回転速度が一致すると、電極の外周側面の特定箇所が常に径方向外側を向き、加工穴の内周側面と向き合う。放電は放電ギャップの小さいところで発生するので、加工穴の内周側面と向き合う電極の特定箇所が加工穴の内周側面と放電し、電極の特定箇所が消耗する。電極の特定箇所が消耗すると、電極の特定箇所と加工穴との放電ギャップが大きくなるので、加工穴が変形するとともに、加工穴の径が小さくなる。
【０００９】
この課題を解決するため本発明の請求項１記載の放電加工装置または請求項２記載の放電加工方法によると、案内部材の回転方向と反対方向に電極を回転する。案内部材の貫通孔と傾斜面との中心がずれており、案内部材の傾斜面の中心を軸として電極が公転するとき、電極の外周側面の周方向に異なる箇所が順次加工穴の内周側面と向き合う。電極の外周側面の周方向に異なる箇所が順次加工穴の内周側面と放電するので、電極の特定箇所が消耗することを防止し、加工穴の変形を防止する。
【００１０】
また、案内部材に対する電極の相対回転速度は、互いに反対方向に回転しているので速度の和になる。案内部材の回転速度を遅くしても、案内部材に対し電極は所望の相対回転速度を得ることができるので、被加工部材の円錐凹面と摺動する案内部材の傾斜面の摩耗を低減できる。
【００１１】
案内部材が回転することにより電極が公転するとき、つまり公転する先に位置する加工穴の内周側面と電極とが向き合うとき、単位時間当たりに放電加工により除去される被加工部材の除去量、つまり加工速度よりも電極の公転速度が早いと、電極が被加工部材と接触し、被加工部材と電極との間で放電が生じない。本発明の請求項３記載の放電加工方法によると、案内部材を回転中、被加工部材と電極との間に生じる放電電圧を検出しながら案内部材の回転速度をフィードバック制御する。例えば被加工部材と電極との間に生じる放電電圧が０になると、案内部材の回転速度が早すぎ被加工部材に電極が接触している可能性があるので、案内部材の回転速度を低下する。このようにして電極と被加工部材との間に回転方向に形成される間隙を最適にするように案内部材の回転速度を調整できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例による放電加工装置を図１に示す。被加工部材としてのワーク１０は、例えばインジェクタの噴孔形成前のボディであり、放電加工中、加工液中に浸されている。加工液として、例えば水や油が用いられる。ワーク１０には、放電加工により形成する加工穴１２に向けて縮径する円錐凹面１１が形成されている。案内部材としての電極ガイド２０は、ワーク１０の収容孔１４に収容されている。電極ガイド２０は、細長い円筒状の電極３０を往復移動可能に収容し、加工穴１２に向けて電極を案内する貫通孔２０ａを有している。電極ガイド２０は、電極回転手段としてのモータ５０からトルクを受け回転する。
【００１３】
電極ガイド２０は、モータ５０からトルクを受けるギヤ２１と、ワーク１０の内周壁と接触する絶縁部２２、２３と、軸方向に離れている両絶縁部を接続している小径案内部２５とを有している。円錐凹面１１側に位置している絶縁部２３は、円錐凹面１１と当接する傾斜面としての円錐凸面２４を有している。円錐凸面２４の傾斜角度は円錐凹面１１と同じである。
【００１４】
絶縁部２２の外周壁に加工液流路２２ａが形成され、円錐凸面２４を含む絶縁部２３の外周壁に加工液流路２３ａ、２４ａが形成されている。加工液流路２２ａ、２３ａ、２４ａは、放電加工中に、絶縁部２２、２３とワーク１０の内周壁とが接触している状態で電極３０の先端３１側に加工液が流れるように形成されている。電極３０は細長い円筒状であり、直径位置に板状の連結部３２を有している。
【００１５】
放電ヘッド４０は、電極３０に放電電圧を加えるとともに、電極３０を固定しかつ回転するものである。放電ヘッド４０は、案内部材回転手段としての回転駆動部４１と電極３０を固定するチャック４２とを有している。チャック４２は回転駆動部４１から駆動力を受け電極３０とともに回転する。放電ヘッド４０には、電極３０内の加工液を吸引する加工液吸引管４３が接続されている。
【００１６】
次に、放電加工方法について説明する。
(1) 図２に示すように、電極ガイド２０に電極３０を挿入していない状態でワーク１０内に電極ガイド２０を挿入する。絶縁部２３の円錐凸面２４とワーク１０の円錐凹面１１との傾斜角度が同一であるから、円錐凹面１１に円錐凸面２４を当接させながら円錐凹面１１に向けて電極ガイド２０を押し込むことにより、ワーク１０に対し電極ガイド２０が位置決めされ、円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を容易に合わせることができる。また、円錐凹面１１と円錐凸面２４との傾斜角度が同じであるから、円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を合わせると円錐凹面１１と円錐凸面２４とが面接触する。円錐凹面１１に対し円錐凸面２４の位置がずれにくいので、円錐凸面２４を有する電極ガイド２０が傾きにくい。
【００１７】
(2) 円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を合わせた状態で、電極ガイド２０に電極３０を挿入しチャック４２で固定する。前述したように電極ガイド２０が傾きにくいので、電極ガイド２０内に収容される電極３０も傾きにくい。
(3) 放電加工中、加工液流路２２ａ、収容孔１４、加工液流路２３ａ、２４ａを通り図３に示すように電極３０の先端３１側に供給された加工液は、電極３０内を通り加工液吸引管４３により吸引される。このとき、図３に示すように、放電加工により発生する加工くず２００は、加工液とともに電極３０内を通り加工液吸引管４３により吸引される。
【００１８】
また放電加工中、電極ガイド２０と電極３０とを図１に示すように反対方向に回転する。図４の（Ａ）に示すように、電極ガイド２０の貫通孔２０ａと円錐凸面２４との中心がずれていると、貫通孔２０ａに収容されている電極３０と円錐凹面１１との中心がずれている。この状態で図４の（Ａ）に示すように、放電加工中に電極ガイド２０を回転すると、図４の（Ｂ）に示すように電極３０の先端３１は円１１２上を公転する。貫通孔２０ａの中心と円錐凸面２４の中心とのずれ量、つまり図５に示すように電極３０の先端３１の中心１１０と円錐凹面１１の中心１００とのずれ量をｄとすると、図４の（Ｂ）に示す円１１２の直径は２ｄである。加工穴１２の内径は先端３１の直径に２ｄを加えた大きさにほぼ一致する。したがって、電極３０の先端３１により形成される加工穴１２の中心１２０は円錐凹面１１の中心１００とほぼ一致する。
【００１９】
電極ガイド２０の貫通孔２０ａと円錐凸面２４との中心がずれており、電極ガイド２０の貫通孔２０ａに収容されている電極３０が電極ガイド２０の円錐凸面２４の中心を軸として公転するとき、電極３０の先端３１の外周側面３１ａは周方向の異なる箇所が順次加工穴１２の内周側面と向き合い加工穴１２の内周側面と放電する。電極ガイド２０と電極３０とを反対方向に回転することにより、電極３０の特定箇所が消耗することを防止し、加工穴１２の変形を防止する。
【００２０】
また、電極ガイド２０に対する電極３０の相対回転速度は、互いに反対方向に回転しているのでそれぞれの回転速度の和になる。電極ガイド２０の回転速度を遅くしても、電極ガイド２０に対し電極３０は所望の相対回転速度を得ることができるので、ワーク１０の円錐凹面１１と摺動する電極ガイド２０の円錐凸面２４の摩耗を低減できる。
【００２１】
また放電加工中、電極３０とワーク１０との間に加わる放電電圧の平均値を検出し、放電ヘッド４０の回転速度と、放電ヘッド４０の図１の下方に向かう移動量、つまり電極３０の送り量とを調整する。電極３０がワーク１０に接触すると放電電圧は０になるので、放電電圧の平均値が所定値よりも低下すると、電極３０がワーク１０に接触していると判断する。電極３０の軸方向への送り速度が速すぎると電極３０の先端３１は加工穴１２の底に接触する。また、電極３０を公転させる電極ガイド２０の回転速度が速すぎると、図５に示すように電極３０の先端３１の外周側面３１ａと電極３０の公転先に位置する加工穴１２の内周側面とが接触する。しかし、平均電圧の低下だけでは、電極３０の送り速度あるいは電極ガイド２０の回転速度のいずれが原因で電極３０がワーク１０に接触しているのか区別できない。
【００２２】
そこで、電極３０の送りおよび電極ガイド２０の回転を停止し、電極３０を送り方向とは逆方向に僅かに戻すとともに、電極ガイド２０を反対の回転方向に僅かに戻す。これにより、加工穴１２と電極３０とを離す。そして、電極３０の送り速度および電極ガイド２０の回転速度を停止前よりも低減して電極ガイド２０の回転と電極３０の送りを再開する。
(4) 放電ヘッド４０が図１の下方に所定量移動すると、加工穴１２の加工が終了したと判断する。加工穴１２を形成後、さらに放電加工等により噴孔１６を形成する。
【００２３】
本実施例のように、円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を合わせるために円錐凹面１１および円錐凸面２４を同じ傾斜角度に加工することは容易である。しかし、電極３０を挿入する電極ガイド２０の貫通孔２０ａと円錐凸面２４との中心は、前述したように僅かではあるが製造時にずれが生じることがある。円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心が一致していても、貫通孔２０ａの軸中心が円錐凸面２４の中心からずれた状態で電極ガイド２０を回転させずに放電加工を行うと、電極３０により放電加工される加工穴１２の中心は円錐凹面１１の中心からずれる。製造誤差により貫通孔２０ａの軸中心が円錐凸面２４の中心からずれる大きさは僅かである。
【００２４】
しかし、例えば図６に示すように、放電加工により形成した加工穴１２により燃料室７０を形成し、この燃料室７０にノズルニードル６０の先端部６４が突き出しているインジェクタにおいて、貫通孔２０ａの軸中心が円錐凸面２４の中心からずれることにより放電加工される加工穴１２の中心が円錐凹面１１の中心からずれると、加工穴１２を形成後に形成される噴孔１６から噴射する燃料噴射量を高精度に制御できない。これは、加工穴１２の中心が円錐凹面１１の中心、つまり先端部６４の中心からずれていると、ノズルニードル６０の当接部６２が円錐凹面１１から離座したとき、先端部６４の外周側面と噴孔１６の入口との間に形成される通路面積がばらつき、噴孔１６からの噴射量がばらつくからである。
【００２５】
そこで本実施例では、図４に示すように、放電加工中に電極ガイド２０を回転することにより、電極３０の先端３１が円１１２上を公転する。したがって、電極３０の先端３１により形成される加工穴１２の中心１２０は円錐凹面１１の中心１００とほぼ一致する。ワーク１０の円錐凹面１１と心合わせを行う本実施例の円錐凸面２４のような位置合わせ手段を持たない電極ガイドで電極３０を案内する従来の放電加工に比べ、本実施例では、図７に示すように円錐凹面１１の中心に対する加工穴１２の中心の振れが非常に小さくなる。したがって、図６に示すインジェクタにおいて、円錐凹面１１の中心、つまりノズルニードル６０の先端部６４の中心と加工穴１２の中心とがほぼ一致し、燃料噴射量を高精度に制御できる。
【００２６】
しかし、電極ガイド２０の回転速度が早すぎると、加工穴１２を放電加工する加工速度、つまり放電により単位時間当たりに除去されるワーク１０の除去量が電極ガイド２０の回転速度についていけず、電極３０がワーク１０と接触する。本実施例では、放電加工中の放電電圧の平均電圧を検出することにより、電極３０とワーク１０との間に回転方向に形成される間隙を最適に保持し、電極３０がワーク１０と接触しないように、電極ガイド２０の回転速度を調整する。
【００２７】
また本実施例では、円錐凹面１１の傾斜角度と円錐凸面２４の傾斜角度とを同一にしているので、円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を容易に合わせることができる。さらに、円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を合わせると円錐凹面１１と円錐凸面２４とが面接触するので、円錐凹面１１に対し円錐凸面２４、つまり電極ガイド２０の位置がずれにくく、電極ガイド２０が傾きにくい。したがって、電極ガイド２０に案内される電極３０も傾きにくいので、加工穴１２の変形を防止できる。
【００２８】
また本実施例では、放電加工中、電極３０の先端３１側に供給された加工液は、加工液吸引管４３により電極３０内を通り吸引される。図３に示すように、放電加工で発生する加工くず２００は電極３０の先端３１の外周側面３１ａに回らず、電極３０内に吸引される。加工くず２００が電極３０内に吸引されず先端３１の外周側面３１ａに移動すると、加工くず２００を介し先端３１と加工済みの加工穴１２との間で二次放電が発生する。すると、加工済みの加工穴１２がさらに加工されるので、加工穴１２の径が拡大したり、加工穴１２の形状が歪むことにより加工穴１２の加工精度が低減する。加工くず２００が先端３１と加工済みの加工穴１２との間に移動せず電極３０内に吸引されるので、加工穴１２の加工精度が向上する。
【００２９】
本実施例では、円錐凹面１１と円錐凸面２４とを当接させ、さらに電極ガイド２０を回転しながら放電加工を行うことにより、加工穴１２の加工位置を高精度に調整したが、電極３０を収容する貫通孔２０ａの加工精度が高ければ、放電加工中に電極ガイド２０を回転することなく加工穴１２を形成してもよい。
【００３０】
本実施例では、電極３０の特定箇所が消耗しないように電極ガイド２０と電極３０とを反対方向に回転した。これに対し、電極ガイド２０と電極３０とが同じ回転速度にならず、電極３０の特定箇所が加工穴１２の内周側面と向き合い加工穴１２と放電しないのであれば、電極ガイド２０と電極３０とを同一方向に回転してもよい。また本実施例では、電極３０の断面形状が変形していても加工穴１２が円形に加工されるように、電極３０を回転することにより先端３１の周方向に異なる箇所が順次加工穴１２の内周側面と向き合い放電するようにしている。これに対し、電極３０が円形状に高精度に形成されていれば、電極３０を回転することなく加工穴１２を形成してもよい。
【００３１】
また本実施例では、ワーク１０の円錐凹面１１と同じ傾斜角度を有する円錐凸面２４を電極ガイド２０に形成し、円錐凹面１１に円錐凸面２４が当接し円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を合わせた状態で放電加工することにより、加工穴１２の振れを低減している。これに対し、円錐凸面２４と円錐凹面１１とを異なる傾斜角度にしてもよい。異なる傾斜角度であっても、円錐凹面１１に電極ガイド２０が案内されるので、円錐凹面１１と円錐凸面２４との中心を合わせることができる。また、電極ガイドの先端を例えば半球状の凸曲面にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施例による放電加工装置を示す構成図であり、（Ｂ）はボディを除いたＢ方向矢視図である。
【図２】ボディに挿入される案内部材の動きを示す説明図である。
【図３】電極先端周囲の加工液の流れを示す説明図である。
【図４】（Ａ）は案内部材および電極の動きを示す説明図であり、（Ｂ）はボディの円錐凹面と加工穴の中心を示す説明図である。
【図５】円錐凹面に対する電極先端部のずれを示す説明図である。
【図６】放電加工後のインジェクタの噴孔周囲を示す断面図である。
【図７】本実施例および従来例の加工穴の振れ率を示す特性図である。
【符号の説明】
１０ボディ（被加工部材）
１１円錐凹面
１６噴孔
２０電極ガイド（案内部材）
２０ａ貫通孔
２４円錐凸面（傾斜面）
３０電極
４０放電ヘッド
４１回転駆動部（案内部材回転手段）
５０モータ（電極回転手段）

Claims

被加工部材と、
前記被加工部材との間で放電を発生し、前記被加工部材に加工穴を形成する電極と、
前記電極を軸方向に往復移動可能に収容し、前記加工穴に向け前記電極を案内する案内部材とを備え、
前記加工穴に向かうにしたがい縮径する円錐凹面を前記被加工部材に形成し、前記円錐凹面と当接することにより前記円錐凹面と中心を合わせる傾斜面を前記案内部材の前記加工穴側端部に形成し、
前記案内部材を回転する案内部材回転手段と、前記案内部材と反対方向に前記電極を回転する電極回転手段とを備えることを特徴とする放電加工装置。
被加工部材と、
前記被加工部材との間で放電を発生し、前記被加工部材に加工穴を形成する電極と、
前記電極を軸方向に往復移動可能に収容し、前記加工穴に向け前記電極を案内する案内部材とを備え、
前記加工穴に向かうにしたがい縮径する円錐凹面を前記被加工部材に形成し、前記円錐凹面と当接することにより前記円錐凹面と中心を合わせる傾斜面を前記案内部材の前記加工穴側端部に形成している放電加工装置を用いた放電加工方法であって、
放電加工中、前記案内部材を回転し、
放電加工中、前記案内部材の回転方向と反対方向に前記電極を回転することを特徴とする放電加工方法。
被加工部材と、
前記被加工部材との間で放電を発生し、前記被加工部材に加工穴を形成する電極と、
前記電極を軸方向に往復移動可能に収容し、前記加工穴に向け前記電極を案内する案内部材とを備え、
前記加工穴に向かうにしたがい縮径する円錐凹面を前記被加工部材に形成し、前記円錐凹面と当接することにより前記円錐凹面と中心を合わせる傾斜面を前記案内部材の前記加工穴側端部に形成している放電加工装置を用いた放電加工方法であって、
放電加工中、前記案内部材を回転し、
前記案内部材を回転中、前記被加工部材と前記電極との間に生じる放電電圧を検出しながら前記案内部材の回転速度をフィードバック制御し、前記被加工部材と前記電極との間に回転方向に形成される間隙を調整することを特徴とする放電加工方法。
前記傾斜面は前記円錐凹面と同じ傾斜角度を有する円錐凸面であることを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
前記傾斜面は前記円錐凹面と同じ傾斜角度を有する円錐凸面であることを特徴とする請求項 2 または 3 記載の放電加工方法。