JP4604435B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電加工装置に関するものである。特に、曲がり穴を加工する放電加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
曲がり穴を加工する放電加工装置の一例が、特開平１０―３１５０５６号公報に記載されている。この放電加工装置を図１を参照しながら説明する。
放電加工装置１００は、ガイド部材１１２と電極送り部材１１１と電極１１６と送り出し機構１２４とを備えている。ガイド部材１１２には貫通穴１１２ｂが形成されているとともに被加工材１１４に固定される。電極送り部材１１１は、ガイド部材１１２の貫通穴１１２ｂを貫通する線状のものである。電極１１６は電極送り部材１１１の先端に取り付けられている。送り出し機構１２４は、電極送り部材１１１の後端側１１１ａを押して電極送り部材１１１の先端側をガイド部材１１２から送り出す。放電加工装置１００は、さらに電極１１６に高電圧を印加する電源１２６を備えている。ガイド部材１１２と電極送り部材１１１の横断断面は円形である。電極送り部材１１１は、曲がり形状に記憶付けされたバネ鋼で形成されている。
【０００３】
被加工材１１４に曲がり穴１１０を加工する際には、最初に被加工材１１４に断面円形の直線穴１２２を加工する。また、電極１１６とガイド部材１１２の先端１１２ａが当接するまで、電極送り部材１１１をガイド部材１１２側に引き込んでおく。このために、曲がり形状に戻ろうとする電極送り部材１１１は、ガイド部材１１２内で直線状に保持される。この状態で、直線穴１２２に電極１１６を先端にして、電極１１６とガイド部材１１２と電極送り部材１１１が挿入され、ガイド部材１１２が被加工材１１５に固定される。
この状態から、電極１１６に高電圧が印加され、放電加工が開始される。放電加工しながらガイド部材１１２から電極送り部材１１１が送り出されると、ガイド部材１１２内で直線状に保持されていた電極送り部材１１１が曲がり形状に戻るので、被加工材１１４に曲がり穴１１０が加工される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の放電加工装置１００の電極送り部材１１１はバネ鋼で形成されているために、ガイド部材１１２内に引き込まれて長時間に渡って直線状に保持されると永久変形してしまい、ガイド部材１１２から送り出された際に所定の曲がり形状に戻らなくなる。このために、このような電極送り部材１１１を用いて放電加工を行っても、曲がり穴の形状を正確に加工することができなかった。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、曲がり穴の形状を意図した形状に正確に加工することができる放電加工装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用と効果】
本願発明で創作した放電加工装置は、従来の放電加工装置と同様に、電極と被加工材との間で放電させることによって被加工材に曲がり穴を加工するものであり、貫通穴が形成されているとともに被加工材に固定されるガイド部材と、ガイド部材の貫通穴を貫通する線状の電極送り部材と、この電極送り部材の先端に取り付けられた電極と、電極送り部材の後端側を押して電極送り部材の先端側をガイド部材から送り出す送り出し機構とを備えている。本願発明の放電加工装置は、曲がり形状に記憶付けされた形状記憶合金で電極送り部材が形成されていることを特徴とする。
上記の放電加工装置の電極送り部材は、曲がり形状に記憶付けされた形状記憶合金で形成されている。形状記憶合金は超弾性性状を有しているので、形状記憶合金で形成された電極送り部材は、ガイド部材の貫通穴を貫通した状態で長時間保持されても、永久変形することがない。このため、電極送り部材は、ガイド部材から送り出されると正確に記憶付けされた曲がり形状に戻る。よって、曲がり穴の形状が意図した形状となるように精度よく放電加工することができる。
【０００７】
上記の放電加工装置の場合、ガイド部材の先端にガイド部材の貫通穴に連続する貫通穴を持つ矯正部材を装着し、その矯正部材によってガイド部材から送り出される電極送り部材の送り出し方向が矯正されることが好ましい。
この矯正部材は、ガイド部材に対する角度が調整可能であり、調整された角度に固定できるものであることが好ましい。
上記の矯正部材が設けられていると、電極送り部材の送り出しが繰り返されてガイド部材もしくは矯正部材と、電極送り部材との間で摩耗が進行し、電極送り部材の送り出し方向が狂ってきた場合に、これを矯正することができる。このため、曲がり穴の形状が意図した形状となるように精度よく放電加工することができる。
【０００８】
請求項１または２に記載した放電加工装置の場合、ガイド部材と矯正部材の一方または双方の貫通穴と電極送り部材の横断断面をともに非円形、例えば矩形とすることによって、電極送り部材のガイド部材に対する回転を規制することが好ましい。
上記の放電加工装置では、電極送り部材がガイド部材に対して回転することが規制されているために、ガイド部材の貫通穴に直交する面内における電極の進行方位が安定する。このために、ガイド部材の貫通穴に直交する面内における曲がり穴の方位を意図した方位に正確に向けることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る放電加工装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
放電加工装置１０は、図２に示されているように、基台２５上に設けられた液槽２４、ロボット２６、電極部３２等から構成されている。液槽２４は上部が開放されており、その内部に被加工材１４が収められるとともに加工液２８が貯留されている。ロボット２６は、Ｘ軸移動機構１７、Ｙ軸移動機構１８、Ｚ軸移動機構２２から構成されている。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とは、図２に示されているように、それぞれ紙面直角方向、左右方向、上下方向である。Ｘ軸移動機構１７とＹ軸移動機構１８は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動し、これにともなってＺ軸移動機構２２はＸ軸とＹ軸方向に移動する。Ｚ軸移動機構２２は、その下部にＺ軸方向に伸縮する伸縮軸２２ａを備えている。なお、Ｘ軸移動機構１７、Ｙ軸移動機構１８、Ｚ軸移動機構２２は、コントローラに制御された駆動機構によって駆動される（コントローラと駆動機構の図示は省略されている）。
【００１０】
電極部３２は、図３に示されているように、電極１６、電極送り部材１１、ガイド部材１２、矯正部材３６、支持部材３４等から構成されている。
電極送り部材１１は、形状記憶合金で形成された線状の部材であり、予め、曲がり形状に記憶付けされているとともに、上端がＺ軸移動機構２２の伸縮軸２２ａに装着されている（電極送り部材１１については後述にて詳述する）。電極１６は、すり鉢状の凹部１６ａが形成された球形の外形形状を有しており、この凹部１６ａに電極送り部材１１先端が取り付けられている。ガイド部材１２は、円柱状の外形を有しているとともに、軸方向に貫通する貫通穴１２ａが形成されている。図４に良く示されているように、貫通穴１２ａの断面は矩形状に形成されており、図４と図５に良く示されているように、その下部には幅が除々に拡大されている拡大部１２ｂが形成されている。ガイド部材１２の下端には、図５に良く示されているように、断面が半円柱状の凹部１２ｃが形成されている。またガイド部材１２の下端面には、凹部１２ｃを挟んで２個のネジ穴３８が設けられている。
【００１１】
矯正部材３６は、図６、図７に示されているように、上半分（図７の上下を矯正部材の上下とする）は上下に短い円柱状であり、下半分はこれに連なって次第に径が小さくなるような外形形状に形成されている。矯正部材３６の上端面には図７に良く示されているように、半球状の凸部３６ｂが形成されているとともに上下に貫通する貫通穴３６ａが設けられている。この貫通穴３６ａの断面は、ガイド部材１２の貫通穴１２ａと同じ矩形状に形成されている。スクリュウ通し穴４２は２個設けられており、その上半分には径が除々に拡大されている拡大部４２ａが形成されている。また、スクリュウ通し穴４２の上下中間位置には段状の段付き部４２ｂが形成されている。
【００１２】
ガイド部材１２に、電極１６が取り付けられた電極送り部材１１と矯正部材３６が装着された状態が図８に示されている。ガイド部材１２と矯正部材３６の貫通穴（１２ａ、３６ａ）を貫通する電極送り部材１１の軸方向断面は一定であり、その形状は、図９に良く示されているように、ガイド部材１２の貫通穴１２ａの断面よりも僅かに小さい矩形状である。なお、図示の明瞭化のため、図９においては、貫通穴１２ａと電極送り部材１１との隙間を大きめに誇張して図示している。
電極送り部材１１は曲がり形状に記憶付けされているが、ガイド部材１２の貫通穴１２ａに収容された状態では、直線状に保持されている。すなわち、曲がろうとする電極送り部材１１は、強制的に直線状に引き延ばされてガイド部材１２を貫通している。
矯正部材３６は、図８に良く示されているように、ガイド部材１２の凹部１２ｃに矯正部材３６の凸部３６ｂがはまり込んだ状態で、２本のスクリュウ４４が締め込まれることによってガイド部材１２に装着される。この際には、スクリュウ４４のスクリュウ頭が矯正部材３６の段付き部４２ｂに掛かり合う状態となる。
【００１３】
このように矯正部材３６がガイド部材１２に装着されているので、２本のスクリュウ４４それぞれの締め込み量を異ならせることによりガイド部材１２に対する矯正部材３６の角度を調整することができる。例えば、図８に示されているように、右側のスクリュウ４４の締め込み量を多くし、左側のスクリュウ４４の締め込み量を少なくすれば、矯正部材３６は凸部３６ｂを中心として反時計方向に回動する。矯正部材３６が反時計方向に回動すると、貫通穴３６ａに貫通している電極送り部材１１と、電極送り部材１１の先端に取り付けられている電極１６は、右側に首を振るようにその方向が調整される。この際には、ガイド部材１２の貫通穴１２ａの下部に拡大部１２ｂが形成されているので、この部分で電極送り部材１１は滑らかに曲げられ、鋭く折り曲げられることが防止される。また、矯正部材３６のスクリュウ通し穴４２の拡大部４２ａは、矯正部材３６が回動されたときのスクリュウ４４との干渉を避けるための逃げとして機能する。
【００１４】
支持部材３４は、図３に示されているように、被加工材１４に対してガイド部材１２を固定する。支持部材３４は被加工材１４に図示しないスクリュウ等の機械的手段あるいは磁力等を用いて固定される。支持部材３４には、上下に貫通する固定穴３４ａが形成されている。この固定穴３４ａにガイド部材１２が挿入された状態で固定スクリュウ３５が締め込まれると、ガイド部材１２は、支持部材３４に固定される。ガイド部材１２が支持部材３４に固定されると、ガイド部材１２は被加工材１４に対して位置決めされ固定される。
なお、図示は省略されているが、支持部材３４には、電極１６に加工液を流し込むとともに、放電加工時に電極１６近傍で発生する加工液の気化ガスを放出するための連通穴が形成されている。
【００１５】
以上説明した放電加工装置１０を用いて行う曲がり穴加工について説明する。
まず最初に、図３に示されているように、ドリル加工により被加工材１４に直線穴１４ａが加工される。そして、支持部材３４が被加工材１４に固定されるとともに、電極１６が矯正部材３６に当接するまで電極送り部材１１を引き込んだ状態のガイド部材１２が、支持部材３４に支持されて直線穴１４ａに差し込まれる。また、電極送り部材１１の後端は、Ｚ軸移動機構２２の伸縮軸２２ａに装着される。なお、Ｚ軸移動機構２２の伸縮軸２２ａを直線穴１４ａの真上に位置させるための調整は、Ｘ軸移動機構１７とＹ軸移動機構１８が移動することによって行われる。
【００１６】
この状態で、図示しない放電加工機の電源部から電極１６に高電圧が印加される。すると、電極１６と被加工材１４との間に放電が発生し、この放電現象により被加工材１４が穴加工される。電極１６と被加工材１４は非接触状態で加工されるために、電極１６には加工反力がかからない。被加工材１４が穴加工されるのに従ってＺ軸移動機構２２の伸縮軸２２ａの伸展量が制御され、電極送り部材１１の後端が押されてガイド部材１２から送り出される。ガイド部材１２から送り出された電極送り部材１１は、予め記憶付けられている形状記憶合金であるから、予め記憶付けされている曲がり形状に戻る。このため、放電加工によって加工される穴は、図１０に示されているように、曲がり穴１４ｂとして形成される。このようにして加工される曲がり穴１４ｂは、電極送り部材１１に予め記憶付けしておく形状によって自由に設定することができ、例えば、曲がりくねった形状とすることもできる。
【００１７】
上述した放電加工装置１０の電極送り部材１１は、形状記憶合金で形成されているので、ガイド部材１２から送り出されると正確に記憶付けされた曲がり形状に戻る。電極送り部材１１は、ガイド部材１２と矯正部材３６の矩形状断面の貫通穴（１２ａ、３６ａ）に矩形状断面の電極送り部材１１が貫通し、電極送り部材１１の軸廻りの回転が規制されている。また、放電加工が繰り返されて電極送り部材１１と矯正部材３６の貫通穴３６ａが摩耗すると、電極送り部材１１が送り出される方向が狂ってくるが、この狂いは矯正部材３６の位置を調整することにより、矯正することができる。この状態が図８に図示されており、矯正部材３６に生じた摩耗５２により電極送り部材１１が左側に偏り、電極１６が左側に首を振ってしまうのを矯正部材３６が反時計方向に回動して矯正し、電極１６の位置は正規の中心位置に配置される。
【００１８】
実際の角度調整作業では、図８の背面に垂線を示すゲージを置き、矯正部材３６から送り出される電極送り部材１１が垂線方向に送り出されるように、矯正部材３６の傾斜角度を調整する。調整後にネジ４４を締め付けて矯正部材３６の傾斜角度を調整された角度に固定する。矯正部材３６の傾斜角度を調整した結果、最も引き込まれた位置にある電極１６のガイド部材１２に対するＸ軸方向とＹ軸方向の位置がずれることがある。この場合には、調整後の電極１６のガイド部材１２に対するＸ軸方向とＹ軸方向のズレ量を計測し、計測した分だけ、被加工材１４に対する支持部材３４のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を調整し、最も引き込まれた位置にある電極１６が直線穴１４ａ同軸にそろうようにする。
このように、最も引き込まれた位置にある電極１６が直線穴１４ａ同軸にそろい、その位置から垂直に送り出されるように調整すると、直線穴１４ａと曲がり穴１４ｂの間で段差なく滑らかに連続する穴に加工することができる。
【００１９】
また、ガイド部材１２に対して回転することができないようにして電極送り部材１１を送り出すと、ガイド部材１２の貫通穴１２ａに直交する面内において所望の方向に電極を送り出すことができ、曲がり穴１４ｂの方位を意図した方向に正確に向けることができる。
形状記憶合金は過酷な応力状態に長時間置かれていても、外力から開放されると予め記憶付けられている形状に復帰する性質を有し、経年変化しないことから、電極送り部材１１を形状記憶合金で形成しておくと、曲がり穴の形状を意図した形状に正確に仕上ることができる。
【００２０】
本発明の実施の形態では、（１）電極送り部材１１を形状記憶合金で形成することによって、曲がり穴の形状を意図した形状に正確に仕上ることができ（２）電極送り部材１１がガイド部材１２に対して回転できないように規制することによって曲がり穴の方位（ガイド部材１２の貫通穴１２ａに直交する面内における方位）を意図した方向に正確に向けることができ、（３）矯正部材３４によって電極１６が直線穴１４ａと同軸にそろった位置から垂直に送り出されるように調整することによって、直線穴１４ａと曲がり穴１４ｂの間で段差なく滑らかに連続する穴に加工することに成功している。
ガイド部材１２の貫通穴１２ａと電極送り部材１１との間には、製作誤差による多少の隙間が生じることは避けがたいが、矯正部材３６の位置を調整することにより、隙間の存在によって起きる電極１６の送り出し方向の狂いも矯正することができる。また、矯正部材３６の電極送り部材１１の間に摩耗が生じても、その、摩耗の影響を補償することができる。
【００２１】
このようにして加工された曲がり穴は、例えば、金型の温度調整用水路として用いることができる。金型の温度調整用水路は、従来においては直線穴を組み合わせた形状で加工されていたために、温度調整用として必ずしも最適な形状でなかった。本実施例の放電加工装置１０によって加工した曲がり穴と直線穴を組み合わせれば、最適形状の金型の温度調整用水路を形成することができる。
【００２２】
【実施例】
電極送り部材として用いる形状記憶合金の記憶熱処理温度やニッケル成分量の変化に対する残留曲がり特性（超弾性特性）を計測したので、その結果を以下に説明する。
記憶熱処理温度の変化に対する残留曲がり特性の計測に用いた形状記憶合金の成分組成等は下記の表１に示されているとおりである。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１に示されている形状記憶合金を複数製作し、それぞれを４５０℃〜５４０℃の間の異なる温度環境下に６０分間暴露する記憶熱処理を行い、その後５分間水冷した。
続いて、図１１に示されているように、２５ｍｍ離れて配置された支持架６２上に形状記憶合金６４をセットアップし、図１２に示されているように、力付加部材６６を用いて鉛直下方に力を加え、形状記憶合金６４を６ｍｍ変形させた。
そして、図１３に示されているように、力付加部材６６が加えていた力を解除した後の残留曲がり６８を計測した。
以上のようにして計測した記憶熱処理温度に対する残留曲がりを図１４に示す。図１４から明らかなように、５００℃〜５４０℃で記憶熱処理が行われた形状記憶合金の残留曲がり６８は０．２５ｍｍ以下と少なく、優れた超弾性特性を有していた。
なお、表１に示されている成分組成の形状記憶合金は、最終加工方法を温間平線圧延としてもよい。また、温間平線圧延で最終加工した形状記憶合金の最終平面肌は酸洗肌としてもよいし、潤滑肌としてもよい。
【００２５】
ニッケル成分量の変化に対する形状記憶合金の残留曲がりを計測した。変化させたニッケル成分量と残留曲がりの計測結果は、下記の表２に示されているとおりである。なお、この計測に用いた形状記憶合金の記憶熱処理温度は５００℃、その後の水冷は５分間である。また、計測のセットアップは、図１１〜図１３に図示されている記憶熱処理温度に対する残留曲がりのものと同じである。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２から明らかなように、ニッケル成分量が高目の５６．０％の形状記憶合金の残留曲がりは０．０２ｍｍと、ニッケル成分量が低目の５５．６％の形状記憶合金の残留曲がり０．１５ｍｍよりも大幅に小さいくなる結果を示した。なお、好適なニッケル成分量は、５５．８〜５６．１％である。
【００２８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
従って、例えば、以下に記載するように構成してもよい。
【００２９】
（１）電極送り部材の軸廻りの動きを規制する電極送り部材と貫通穴の断面形状は、矩形に限られるものではない。電極送り部材と貫通穴の断面形状は、非円形であれば良く、例えば楕円形や三角形を用いても電極送り部材の軸廻りの動きを規制することができる。
【００３０】
（２）矯正部材による電極送り部材が送り出される方向の矯正は、矯正部材がガイド部材に対して回動されて行われる構成に限られるものではない。例えば、矯正部材がガイド部材の軸直角方向にスライドし、電極送り部材が送り出される方向が矯正されてもよい。
【００３１】
（３）矯正部材は電極送り部材の軸廻りの動きを規制せずに、ガイド部材から送り出される電極送り部材の方向のみを矯正し、電極送り部材の軸廻りの動きの規制は、ガイド部材の貫通穴と電極送り部材の横断断面が非円形であることによって行われるように構成してもよい。
【００３２】
（４）形状記憶合金の成分組成は、表１、表２に示されたものに限られない。例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系合金またはこれにＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ｖ（バナジウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｎ（マンガン）の内の１種あるいは２種以上を添加した成分組成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に係る放電加工装置の電極部の断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る放電加工装置の全体図。
【図３】本発明の実施の形態に係る放電加工装置の電極部の断面図（放電加工開始前）。
【図４】本発明の実施の形態に係るガイド部材の平面図。
【図５】図４のＶ―Ｖ線断面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る矯正部材の平面図。
【図７】図６のＶＩＩ―ＶＩＩ線断面図。
【図８】本発明の実施の形態に係るガイド部材に矯正部材、電極送り部材等が装着された状態の断面図。
【図９】図８のＩＸ―ＩＸ線断面図。
【図１０】本発明の実施の形態に係る放電加工装置の電極部の断面図（放電加工開始前）。
【図１１】本発明の実施例に係る形状記憶合金が支持架上にセットアップされた状態の模式図。
【図１２】本発明の実施例に係る形状記憶合金に力を付加した状態の模式図。
【図１３】本発明の実施例に係る形状記憶合金が付加された力を解除された状態の模式図。
【図１４】本発明の実施例に係る形状記憶合金の記憶熱処理温度と残留曲がりの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０：本発明の放電加工装置
１１：電極送り部材
１２：ガイド部材、１２ａ：貫通穴、１２ｂ：拡大部、１２ｃ：凹部
１４：被加工材、１４ａ：直線穴
１６：電極、１６ａ：凹部
１７：Ｘ軸移動機構
１８：Ｙ軸移動機構
２２：Ｚ軸移動機構、２２ａ：伸縮軸
２４：液槽
２５：基台
２６：ロボット
２８：加工液
３２：電極部
３４：支持部材、３４ａ：固定穴
３５：固定スクリュウ
３６：矯正部材、３６ａ：貫通穴、３６ｂ：凸部
３８：ネジ穴
４２：スクリュウ通し穴、４２ａ：拡大部、４２ｂ：段付き部
４４：スクリュウ
６２：支持架
６４：形状記憶合金
６６：力付加部材
６８：残留曲がり
１００：従来の放電加工装置
１１０：曲がり穴
１１１：電極送り部材、１１１ａ：後端側
１１２：ガイド部材、１１２ａ：先端、１１２ｂ：貫通穴
１１４：被加工材
１１６：電極
１２２：直線穴
１２４：送り出し機構
１２６：電源

Claims (3)

1. 電極と被加工材との間で放電させることによって被加工材に曲がり穴を加工する放電加工装置であり、
   貫通穴が形成されているとともに被加工材に固定されるガイド部材と、ガイド部材の貫通穴を貫通する線状の電極送り部材と、この電極送り部材の先端に取り付けられた電極と、電極送り部材の後端側を押して電極送り部材の先端側をガイド部材から送り出す送り出し機構とを備えており、
   電極送り部材は、曲がり形状に記憶付けされた形状記憶合金で形成されていることを特徴とする放電加工装置。
2. ガイド部材の先端にガイド部材の貫通穴に連続する貫通穴を持つ矯正部材が装着されており、その矯正部材はガイド部材から送り出される電極送り部材の送り出し方向を矯正することを特徴とする請求項１の放電加工装置。
3. ガイド部材と矯正部材の一方又は双方の貫通穴と電極送り部材の横断断面がともに非円形であることによって電極送り部材のガイド部材に対する回転が規制されていることを特徴とする請求項１又は２の放電加工装置。

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