JP4479523B2 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工装置及び加工方法に係り、より特別には、放電加工装置又は放電加工方法等に組み込んで使用される加工装置及び加工方法であって、冷凍サイクル用エジェクタノズル等の直線状の小径深孔を加工するために加工物を回転する加工装置及び方法に関する。

冷凍サイクル用のエジェクタノズルには、例えば、数ミリメータの直径で長さが数十センチメータの小径深孔が開けられるものがある。この様な小径深孔の加工が、放電加工により行われる場合がある。小径深孔の加工は難しい加工であり、例えば丸棒に真っ直ぐに小径深孔を加工することは難しく、この様な加工を精度良く実施できる装置が望まれている。

放電加工装置において、電極を回転する機能を有するものが実在しており、この様な従来例の放電加工装置２０及びそれによる小径深孔の加工方法の概要について図８に示す。図８（Ａ）において、丸棒の加工物１７に小径深孔を放電加工により加工している状態を示す。この場合、電極５６はパイプ状であり、電極５６を回転しながら加工する。電極５６は、上部を電極把持部５１により、下部を電極ガイド５２により案内されながら、電極送り機構５３により加工物１７に向かって送り出される。同時に加工液がパイプ状の電極５６の内を通り、加工物１７の加工箇所に供給される。この様にして、従来例の放電加工装置２０により小径深孔が加工される。

図８（Ｂ）に、加工が進み電極５６が送り出された状態を示す。電極５６が細い（即ち、加工孔が細いと）と電極５６の剛性が低下するため、電極５６の電極ガイド５２からの突き出し量が長くなって芯ズレが発生する。図８（Ｂ）に示すように、点線で示す直線の方向の孔位置から実線で示す芯ズレした方向に孔の位置がずれてしまう。
この様に、従来例の放電加工装置２０では、加工される小径孔が深孔になると孔が曲がる（入口と出口の芯ズレ）という問題がある。

また、自在テーブルを保有した特殊な放電加工機が実在するが、丸棒の中央にワンチャックで裏表に、径の異なる小径孔（テーパ形状を含む）を加工する装置は無い。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、特には、丸棒の加工物に小径深孔を放電加工等により加工する場合に、芯ズレを生じないで精度良く直線状の孔を加工することの出来る加工装置を提供することを目的とする。本発明は、テーブル（加工物）を回転させながら放電加工すると言う点に着目して上記問題を解決するものである。

また本発明はこれとは別に、加工物に斜めの直線状の孔及びテーパ状の孔を精度良く加工することの出来る加工装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、加工装置(１)は、加工物（１７）を把持する把持部（１０）と、前記把持部（１０）が取り付けられていて回転可能な回転部（９）と、前記回転部（９）を回転するための駆動部（１１）と、該加工装置(１)の基本構造をなす主構造(２３)とを具備する。前記回転部（９）は、前記主構造(２３)において回転可能に支持されており、前記駆動部(１１)は前記主構造(２３)に取り付けられており、容易に汎用放電加工機に脱着出来ることを特徴とする。主構造(２３)は台部(２)に搭載される。主構造(２３)は、その上面と下面の少なくともいずれか一方に設置される支柱（３，３ａ，３ｂ）をその周辺部に具備しており、支柱（３，３ａ，３ｂ）と台部(２)とを固定するように連結する支持固定部材（４，５，２４）を更に具備する。

この様に構成することにより、丸棒等の加工物に小径深孔等を加工する場合に、芯ズレを生じないで精度良く、直線状の孔を加工することを可能にする。更に、主構造を台部から取りはずし可能にする。
本発明の請求項２の形態では、加工装置(１)は、加工物（１７）を把持する把持部（１０）と、把持部（１０）が取り付けられていて回転可能な回転部（９）と、回転部（９）を回転するための駆動部（１１）と、加工装置(１)の基本構造をなす主構造(２３)と、を具備する。回転部（９）は、主構造(２３)において回転可能に支持されており、駆動部(１１)は主構造(２３)に取り付けられている。加工装置（１）は、加工物（１７）を把持部（１０）に把持した状態で反転されて、加工物（１７）の裏面を加工するように使用可能であることを特徴とする。
本形態によれば、加工物を把持した状態を維持したまま両面から加工することを可能とすることにより、例えばより深い小径深孔を精度良く加工することができる。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２の形態において、前記駆動部(１)の回転を前記回転部(９)に伝達する伝達機構(１２，１３)を更に具備することを特徴とする。
本形態によれば、本発明の加工装置の構成をより具体化する。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３のいずれか一つの形態において、前記回転部（９）は、軸受け(２１)を介して前記主構造(２３)に回転可能に支持されることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の加工装置の回転部付近の構成をより具体化する。

本発明の請求項５の形態では、上記請求項１から４の形態のいずれか一項において、前記把持部(１０)はコレットチャックであることを特徴とする。
本形態によれば、加工物を方向精度良く把持可能である。

本発明の請求項６の形態では、上記請求項１から５の形態のいずれか一つにおいて、前記主構造（２３）の上下面の少なくともいずれか一方に設置される前記支柱（３，３ａ，３ｂ）の数は３本であって、前記支柱（３，３ａ，３ｂ）は全て円柱形状であり、前記３本の支柱（３，３ａ，３ｂ）は実質的に三角形状で配置される。ここで、３本の内の１本の前記支柱を固定するための対応する１つの前記支持固定部材（５）は、Ｖ形状溝を有する面を具備して、それにより円形形状の支柱（３ｂ）に前記Ｖ形状溝が接触して前記支柱（３ｂ）をその動きを抑えるように固定しており、残りの支柱の内１本の前記支柱（３）には押さえ溝（２７）が形成されており、前記残りの１本の支柱（３）を固定するための前記支持固定部材（２４）は凹形状の面を有しているため、前記支持固定部材（２４）の凹形状を形成する２つの腕部（２４ａ，２４ｂ)を前記支柱（３）の前記押さえ溝（２７）に嵌合して前記支柱（３）を挟んで抑えるように固定しており、それにより前記支持固定部材（２４）は前記主構造（２３）を抑えて固定するように作用することを特徴とする。
本形態によれば、支柱による３点支持の構成により、主構造のある程度の上下及び左右方向の寸法誤差及び位置調整等を許容すると共に、上下及び左右方向に動くことのないように確実に、主構造を台部に固定する形態をより具体化する。

本発明の請求項７の形態では、上記請求項１から６の形態のいずれか一項において、ブロックゲージ（１８）等を、前記台部（２）と前記台部（２）が設置される据付台（２２）との間に挿入設置することにより、前記台部を所定角度に傾斜して使用することを特徴とする。
本形態によれば、丸棒等の加工物に斜めの小径深孔を、放電加工により正確な傾斜角度で加工可能である。

本発明の請求項８の形態では、上記請求項１から７の形態のいずれか一項において、放電加工装置（２０）に組み込まれて使用されることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の用途をより具体化する。

以下、図面に基づいて本発明の回転加工装置が放電加工装置に組み込まれた実施例を詳細に説明する。図１から図６は、放電加工装置に組み込まれた本発明に係る回転加工装置の第１の実施の形態を図解的に示しており、図１は本発明の好適な第１の実施の形態の回転加工装置の概略的な構成を示す図解的な部分側断面図である。図２は図１の回転加工装置１の頂面図（図３の線Ｘ２−Ｘ２から見た図）であり、分かり易くするために、装置下部にあるサインバー２等は省略されている。図３は図２の線Ｘ３−Ｘ３に沿う断面図であり、図４は本発明の第１の実施の形態の回転加工装置１の駆動空気回路系統図である。更に、図５は第１の実施の形態の回転加工装置１を分かり易く説明する立体図であり、図６は図５の分解立体図である。

まず図１を参照すると、電極５６を備える放電加工装置２０に組み込まれた回転加工装置１の概要が示される。回転加工装置１は、本実施の形態では丸棒である加工物１７を保持するためであってマシニングセンター等の工具把持に用いるコレットチャック等のチャック（把持部）１０と、チャック１０が取り付けられる回転テーブル（回転部）９と、回転加工装置１の基礎構造である主構造２３と、主構造２３に設置されていて且つ回転テーブル９を回転可能に支持する２つの軸受け２１とを具備する。回転加工装置１は、主構造２３に回転テーブル９等の回転部が設置され、主構造２３はサインバー（台部）２に搭載される構成である。主構造２３には３本の支柱３，３ａ，３ｂが図５及び６で良く分かるように、主構造の上面と下面に２等辺を三角形形状の配置で設けられており、支柱３ａ，３ｂは、サインバー２にそれぞれボルト止めされた支持固定部材４，５にそれぞれ押し当てられて更にボルト２５で締め付けられる。ボルト２５は後部（前後方向については図１又は２を参照）の支柱３ａ，３ｂにそれぞれ設けられたネジ穴２６にねじ込まれる。固定に当たっては、支柱３ｂの外周部に支持固定部材５のＶ溝部を押し当てて固定する。更に図５及び６に示すように、主構造２３の上下面に取り付けられた前部の支柱３の押え溝部２７に支持固定部材２４の凹部の腕２４ａ，２４ｂを嵌め込み、更にボルトにてサインバー２に固定する。この様な支柱３，３ａ，３ｂによる３点支持の構成は、主構造２３のある程度の上下及び左右方向の寸法誤差、位置調整等を許容すると共に、最終的には主構造２３が上下及び左右方向に動くことのないように確実にサインバー２に固定する。本実施の形態において、支柱３，３ａ，３ｂの長さは、３本の支柱の頂点を結んだ仮想平面と回転テーブル９の軸芯が垂直に交わる長さとなっている。更に３本の支柱外径は同一寸法となっている。

尚上記のような構成によれば回転加工装置１は、加工物１７の裏面を加工するように１８０度反転（上下反転）して取り付けることができるので、ワンチャックで加工物１７の表裏両面の加工が可能である。この際、サインバー２の中央には図６に示すように、開口３６が設けられているので、加工物１７を保持した状態で回転テーブル９がサインバー２と干渉することなく、回転加工装置１をサインバー２に設置できる。この反転した場合においても、上面の支柱３，３ａ，３ｂを利用した回転加工装置１の主構造２３のサインバー２へ取り付け方法は上記と同様である。
上記の構成において、回転テーブル９は回転加工装置１の反転据付を考慮して、両方向からの荷重に対応して２つの軸受けにより支持されているが、１つの軸受けにより両方向の荷重に対応しながら、回転自在に支持される構成であっても良い。また本実施の形態において、支柱３，３ａ,３ｂはそれぞれ主構造２３の上下面に取り付けられるが、主構造２３を貫通するような構成であっても良い。

本実施の形態においては、サインバー２は更に、図２及び６に示す固定部材７，８及び補助部材６にて放電加工装置（加工設備）２０のテーブル（本実施の形態では定盤）２２に固定される。本実施の形態においてこれは、固定部材７，８を所定寸法にてテーブル２２に固定した後に、サインバー２の丸棒部分２８を固定部材７の前面部分３３に押し当て締付部材３０で締め付けることで実施される。締付部材３０による締め付けはボルトにより締付部材３０を固定部材７に締め付けることにより実施される。図３に示すように、締付部材３０の押さえ面はテーパ状になっているため、サインバー２の丸棒部分２８を締付部材３０の押さえ面とテーブル２２の間に隙間なく固定することが出来る。次に、サインバー２の丸棒部分２９の固定については、図６に示すように構成された固定部材８に補助部材６の押さえ部３２で、サインバー２の丸棒部分２９の上面を押さえ部３２にて押し付けるように補助部材６をボルト等で締め付けることにより実施される。この様な固定部材７，８等による固定の構成は、サインバー２のある程度の上下及び左右方向の寸法誤差及び位置調整等を許容すると共に、最終的にはサインバー２を上下及び左右方向に動くことのないように確実にテーブル２２に固定する（図５参照）。

一方、回転加工装置１は回転テーブル９を回転駆動するための空圧式回転アクチュエータ（駆動部）１１と、回転アクチュエータ１１の回転をテーブル９に伝達する歯車１２及び１３とを具備する。歯車１２は回転アクチュエータ１１の駆動軸に固定するように取り付けられており、歯車１３は回転テーブル９に対してその下部に固定されており、歯車１２と歯車１３は互いに噛合している。従って、回転加工装置１の主構造２３に取り付けられた空圧式回転アクチェーター１１の回転は、歯車１２と歯車１３を介して伝達されて回転テーブル９を回転駆動する。この際、回転テーブル９の回転数の設定は、回転アクチェーター１１に取り付けられた流量制御弁１４にて行う。図４はその気圧回路図である。供給された圧縮エアーは、エアフィルタ、圧力計、ルブリケータ等を具備する空気圧補助機器１５を経て、マニュアルバルブ１６を操作することにて回転アクチュエータ１１を回転し、それにより回転加工装置１が回転を開始する。

次に、放電加工装置２０に組み込まれた本実施の形態の回転加工装置１の使用方法（即ち、放電加工装置２０による加工方法）を説明する。丸棒である加工物１７を回転加工装置１に取り付けられた回転テーブル９のチャック１０に取り付ける（チャックで把持する）。丸棒である加工物１７の外径に適応したチャック１０を用いることで、加工物１７は回転加工装置１に正確に取り付けられる。マニュアルバルブ１６を操作して加工物（丸棒）１７を所定の回転数で回転させている状態で、放電加工装置２０の電極５６を放電状態にして加工を開始する。回転は流量制御弁１４を設定することにより適正回転数に設定される。電極５６を降下させて、加工物１７に細穴を加工する。加工完了にて電極５６を加工物（丸棒）１７から離し、回転加工装置１の回転をマニュアルバルブ１６を操作して停止させる。この様な簡単な手順により、加工物１７には加工物の中心軸線上に真直ぐな細孔を加工することができる。
また必要に応じて、回転加工装置１をサインバー２から分離させた後１８０度反転し、再度サインバー２に固定して、加工物１７を裏側から加工しても良い。回転加工装置１の反転方法については上記した構成において説明しているので省略する。反対方向からの加工は正方向からの加工と同様である。

本発明の第１の実施の形態の回転加工装置１を使用した場合の放電加工による小径深孔の加工結果を、従来の加工方法と比較して図７に示す。図７（Ａ）は計測部位と計測方法を図解しており、図７（Ｂ）は計測結果を示すグラフである。この場合、電極径は１．５ｍｍであり、加工物長さ（深孔長さ）は１４０ｍｍであった。計測は、孔の入り口側（黒丸印）及び出口側（白丸印）における加工中心からの振れと、孔の入り口側（黒丸印）及び出口側（白丸印）における内径寸法（それぞれｄ1、ｄ2）を計測することにより行われた。真直度Ｘ＝｛（入口側振れ）+（出口側振れ）｝／２である。真直度Ｘは図７（Ｂ）のグラフにおいて星印で示している。図７（Ｂ）のグラフによると、従来加工法における真直度の平均Ｘcを１００とした場合、これに比べ本発明の回転加工装置を使用した方法では、真直度の平均Ｘpは２８であった。本発明の方法では従来加工法に比べて真直度の平均で６７％改善されたことが分かる。また図７（Ｂ）から、従来加工法に比べて本発明の加工方法では、振れ値のバラつきも少ないことが分かる。加工深孔の内径寸法については、従来（ｄc）を１００とした場合、本発明（ｄp）では９８．２でそれ程差がない。

本発明の第２の実施の形態において、ブロックゲージ１８を用いてサインバー２の傾きを調整できるので、加工物（丸棒）１７の回転を停止させて、加工物１７に斜めの細孔を正確な傾斜角度で加工可能である。このため、図１に示すように、サインバー２の丸棒部分２９の下に所定の厚みのブロックゲージ１８を設置する。これにより、サインバー２はテーブル２２に対して正確な角度で傾斜させることが可能であり、言い換えれば放電加工装置２０の電極５６に対して正確な角度で傾斜させることができる。この状態で、電極５６を降下して加工物１７を加工すれば、加工物１７に斜めの細孔を正確な傾斜角度で加工可能である。上記以外の構成については上記の第１の実施の形態と同様である。
又、傾けた状態で回転テーブル９を回転させテーパ状の穴を加工することも出来る。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第１の実施の形態の回転加工装置により以下の効果が期待できる。
・丸棒等の加工物に小径深孔を放電加工により加工する場合に、芯ズレを生じないで精度良く、直線状の孔を加工することを可能にする。
・更に、ワンチャックで両側から加工物を加工することが出来る。

本発明の第２の実施の形態の回転加工装置により以下の効果が期待できる。
・丸棒等の加工物に斜めの小径深孔を、放電加工により正確な傾斜角度で加工可能である。
・丸棒等の加工物にテーパ状の小径孔を放電加工にて加工が可能である。

また、本実施例では本発明が放電加工装置に組み込まれて放電加工に適用された例を示したが、本発明は放電加工以外の機械加工に適用されても良く、本発明の適用対象は放電加工に限定するものではない。
また、上記において記載したあるいは添付図面に示した実施の形態において、回転加工装置１の回転駆動部には、空圧式の回転アクチュエータが使用されていたが、本発明はこれに限定されず、電動モータあるいは油圧モータ等の既知の駆動機器が使用されても良い。

本発明の台部であるサインバー２と主構造２３の連結構造及び回転加工装置１（又はサインバー２）のテーブル２２への取り付け構造は、上記の又は添付図面の好適な実施例に限定されず、当業者に既知の連結又は取付け構造であっても良い。

上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は、放電加工装置に組み込まれた本発明に係る回転加工装置の第１の実施の形態の概略的な構成を示す図解的な部分側断面図である。 図２は、図１の回転加工装置の頂面図であり、分かり易くするために装置下部にあるサインバー等は省略されている。 図３は図２の線Ｘ３−Ｘ３に沿う断面図である。 図４は本発明の第１の実施の形態の回転加工装置の駆動空気回路系統図である。 図５は本発明の第１の実施の形態の回転加工装置を分かり易く説明する立体図である。 図６は図５の分解立体図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態の回転加工装置を使用した場合の放電加工による小径深孔の加工結果を、従来の加工方法と比較して示しており、（Ａ）は計測部位と計測方法を図解しており、（Ｂ）は計測結果を示すグラフである。 図８は、従来例の放電加工装置５０及びそれによる細孔加工方法の概要について示しており、（Ａ）は丸棒の加工物に小径深孔を放電加工により加工している状態を示しており、（Ｂ）は加工が進み電極が送り出された状態を示す。

符号の説明

１ 回転加工装置
２ サインバー
３，３ａ，３ｂ 支柱
４ 支持固定部材
５ 支持固定部材
６ 補助部材
７ 固定部材
８ 固定部材
９ 回転テーブル
１０ チャック
１１ 回転アクチュエータ
１２ 歯車
１３ 歯車
１７ 加工物
２０ 放電加工装置
２１ 軸受け
２２ テーブル
２３ 主構造
２４ 支持固定部材

Claims (8)

1. 加工装置(１)において、この加工装置は、
   加工物（１７）を把持する把持部（１０）と、
   前記把持部（１０）が取り付けられていて回転可能な回転部（９）と、
   前記回転部（９）を回転するための駆動部（１１）と、
   該加工装置(１)の基本構造をなす主構造(２３)と、
   を具備しており、
   前記回転部（９）は、前記主構造(２３)において回転可能に支持されており、前記駆動部(１１)は前記主構造(２３)に取り付けられており、
   前記主構造(２３)は台部(２)に搭載されており、
   前記主構造(２３)は、その上面と下面の少なくともいずれか一方に設置される支柱（３，３ａ，３ｂ）をその周辺部に具備し、前記支柱（３，３ａ，３ｂ）と前記台部(２)とを固定するように連結する支持固定部材（４，５，２４）を更に具備することを特徴とする加工装置。
2. 加工装置(１)であって、
   加工物（１７）を把持する把持部（１０）と、
   前記把持部（１０）が取り付けられていて回転可能な回転部（９）と、
   前記回転部（９）を回転するための駆動部（１１）と、
   該加工装置(１)の基本構造をなす主構造(２３)と、
   を具備する加工装置において、
   前記回転部（９）は、前記主構造(２３)において回転可能に支持されており、前記駆動部(１１)は前記主構造(２３)に取り付けられており、
   前記加工装置（１）は、前記加工物（１７）を前記把持部（１０）に把持した状態で反転されて、前記加工物（１７）の裏面を加工するように使用可能であることを特徴とする加工装置。
3. 前記駆動部(１１)の回転を前記回転部(９)に伝達する伝達機構(１２，１３)を更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
4. 前記回転部（９）は、軸受け(２１)を介して前記主構造(２３)に回転可能に支持されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の加工装置。
5. 前記把持部(１０)はコレットチャックであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の加工装置。
6. 前記主構造（２３）の上下面の少なくともいずれか一方に設置される前記支柱（３，３ａ，３ｂ）の数は３本であって、前記支柱（３，３ａ，３ｂ）は全て円柱形状であり、
   前記３本の支柱（３，３ａ，３ｂ）は実質的に三角形状で配置されており、
   ３本の内の１本の前記支柱を固定するための対応する１つの前記支持固定部材（５）は、Ｖ形状溝を有する面を具備して、それにより円形形状の支柱（３ｂ）に前記Ｖ形状溝が接触して前記支柱（３ｂ）をその動きを抑えるように固定しており、
   残りの支柱の内１本の前記支柱（３）には押さえ溝（２７）が形成されており、前記残りの１本の支柱（３）を固定するための前記支持固定部材（２４）は凹形状の面を有しているため、前記支持固定部材（２４）の凹形状を形成する２つの腕部（２４ａ，２４ｂ)を前記支柱（３）の前記押さえ溝（２７）に嵌合して前記支柱（３）を挟んで抑えるように固定しており、それにより前記支持固定部材（２４）は前記主構造（２３）を抑えて固定するように作用することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の加工装置。
7. ブロックゲージ（１８）を、前記台部（２）と前記台部（２）が設置される据付台（２２）との間に挿入設置することにより、前記台部を所定角度に傾斜して使用することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の加工装置。
8. 放電加工装置（２０）に組み込まれて使用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の加工装置。

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