JP5202624B2

JP5202624B2 - 放電加工装置

Info

Publication number: JP5202624B2
Application number: JP2010512996A
Authority: JP
Inventors: 孝幸中川; 英孝三宅; 達志佐藤; 忠彦進士; 暁友張; 浩基森田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: WO2009142140A1; JPWO2009142140A1

Description

本発明は、電極と工作物の間に電圧を印加し、両者の極間に放電を発生させることにより、工作物の除去加工を行う放電加工装置に関し、特に、回転する電極に対する電力の供給に関するものである。

従来の放電加工装置は、電極が回転するときに、電極又は電極を保持するスピンドルに接触している給電ブラシやベアリングを介して電極へ電力を供給している（例えば、特許文献１参照）。

また、内部に搭載したモータにより、ベースに非接触な状態で支持されているスピンドルの回転動力を得ている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−６１７３３号公報特許第３７３６１００号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の放電加工装置は、電極へ電力を供給するために、回転するスピンドルにブラシやベアリングを接触させている。そのため、摩擦力の作用により、スピンドルの回転軸方向やそれに垂直な方向への動作速度、応答周波数が減じられる、という問題があった。さらに、スピンドルの制御系に、回転に同期した変動を発生させ、高精度な制御性能が得られない、という問題があった。

また、上記特許文献２に記載された従来の放電加工装置は、内部に搭載したモータにより回転動力を発生させている。そのため、内部に熱がこもり、スピンドルの膨張や制御性能の悪化等により、高精度な制御性能を得ることが困難であった。また、十分な回転動力を発生させるために、装置を回転軸方向に長くする必要がある、という問題があった。さらに、摩擦力の作用により、スピンドルの回転軸方向やそれに垂直な方向への動作速度、応答周波数が減じられる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スピンドルへの摩擦力の作用がなく、モータの熱がこもることのない放電加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ベースにベアリングを介して回転自在に支持された回転輪と、前記ベースに設置され動力伝達部を介して前記回転輪を回転させる回転駆動装置と、前記回転輪の中央孔内に該回転輪と略同心に配置され放電電極を保持するスピンドルと、前記回転輪から前記スピンドルへ非接触で回転動力を伝達する非接触動力伝達部と、前記回転輪に接触して該回転輪に放電電力を供給する接触給電部と、前記回転輪と前記スピンドルとを電気的に接続する弛み導線と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる放電加工装置は、回転駆動装置からスピンドルへの水平、垂直方向の外乱を大幅に抑制し、殆んど回転動力のみをスピンドルに伝達するため、スピンドルを水平、垂直方向に高精度に制御することができる。また、回転駆動装置で発生した回転ムラを平滑化することができ、スピンドルを滑らかに回転させることができる、という効果を奏する。

また、回転駆動装置を外部に設置するので、ベースやスピンドルの回転軸方向の長さを短くすることができる。さらに、回転駆動装置から出る熱がスピンドルに殆んど伝わらないので、スピンドルの熱膨張や熱変形による制御性能の悪化や、ベアリングのグリス寿命の低下を防いで高精度な制御性能を長期間維持することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態１を模式的に示す縦断面図である。図２は、実施の形態１の放電加工装置の非接触動力伝達部を示す上面図である。図３は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態２の非接触動力伝達部を示す部分斜視図である。図４は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態３の非接触動力伝達部を示す部分斜視図である。図５は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態４を模式的に示す縦断面図である。図６は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態５の非接触動力伝達部を示す上面図である。図７は、実施の形態５の非接触動力伝達部を示す部分斜視図である。

以下に、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態１を模式的に示す縦断面図であり、図２は、実施の形態１の放電加工装置の非接触動力伝達部を示す上面図である。

図１に示すように、実施の形態１の放電加工装置９１は、ベース８０にベアリング１９を介して回転自在に支持された回転輪１１と、ベース８０に設置されピニオン１２ｂとギア１２ｃとから成る動力伝達部１２ａを介して回転輪１１を回転させる回転駆動装置としてのモータ１２と、ベース８０に設置された上下駆動装置１７に回転継ぎ手１８を介して回転自在に懸架され、回転輪１１の中央孔内に回転輪１１と略同心に配置され放電電極７０を保持するスピンドル１３と、回転輪１１からスピンドル１３へ非接触で動力を伝達する非接触動力伝達部１４と、回転輪１１に接触して放電電力を供給する接触給電部１５と、回転輪１１とスピンドル１３とを電気的に接続する弛み導線１６と、を備えている。上下駆動装置１７は、ボールねじ、リニアモータ等のリニアアクチュエータにより構成されている。

スピンドル１３は、回転輪１１及び非接触動力伝達部１４により非接触で回転駆動され、上下駆動装置１７により上下駆動される。回転輪１１の中央孔には回転輪側非接触動力伝達部１４ａが設けられ、回転輪側非接触動力伝達部１４ａに対向する部位のスピンドル１３の外周部には、スピンドル側非接触動力伝達部１４ｂが設けられ、回転輪１１の回転動力をスピンドル１３に伝達する。

図２に示すように、回転輪側非接触動力伝達部１４ａは、環状に形成された所謂ハルバッハ配列の多極界磁磁極であり、２２．５°の角度範囲で径方向外向きに磁束を発生するように磁化された複数（４個）の主磁極磁石１４ａｎと、主磁極磁石１４ａｎと２２．５°離間して２２．５°の角度範囲で径方向内向きに磁束を発生するように磁化された複数（４個）の主磁極磁石１４ａｓと、主磁極磁石１４ａｎ、１４ａｓ間の２２．５°の角度範囲で周方向の主磁極磁石１４ａｓ向きに磁束を発生するように磁化された複数（８個）のヨーク磁石１４ａｙと、から成っている。

スピンドル側非接触動力伝達部１４ｂは、回転輪側に、複数（８個）の主磁極磁石１４ａｎ、１４ａｓに対向する複数の突起１４ｂｔを有する環状に形成された磁性体である。図２に示すように、主磁極磁石１４ａｎ、１４ａｓと突起１４ｂｔとの間には、磁気吸引力が発生しているので、回転輪１１（回転輪側非接触動力伝達部１４ａ）が回転すると、これに同期してスピンドル１３（スピンドル側非接触動力伝達部１４ｂ）が回転する。

主磁極磁石１４ａｎ、１４ａｓの磁束密度や、磁極数及び突起１４ｂｔの数を適宜調整することにより、非接触動力伝達部１４ａ、１４ｂの上下方向長さを長くしないでも、スピンドル１３が回転輪１１と同期回転するのに必要な動力を伝達することができる。しかしながら、磁気吸引力を必要以上に大きくすると、回転輪１１の上下振動や回転ムラがスピンドル１３へ伝わりスピンドル１３の制御性能を悪化させるので、その点、注意が必要である。

図１に示すように、回転輪１１の導電部１１ａとスピンドル１３の導電部１３ａとを電気的に接続する弛み導線１６は、柔軟性があり、垂れ下がる（弛む）程度に十分長いものにしている。スピンドル１３には、放電電極７０がチャックされている。放電電極７０は、加工槽７１内に設置された工作物７２に対向している。

接触給電部１５は、ベース８０に反力をとるばねにより回転輪１１の導電部１１ａに押圧されており、回転輪１１が回転しても、接触給電部１５と回転輪１１の導電部１１ａとは、常に電気的に接続されている。加工電源７３が、接触給電部１５、回転輪１１、弛み導線１６及びスピンドル１３を介して放電電極７０と工作物７２の間に電圧を印加する。

スピンドル１３は、動力源１２、１７に、回転継ぎ手１８及び弛み導線１６のみを介して接続されているため、回転動力を伝達するときに、上下方向の摩擦力を受けない。それ故、上下方向の負荷が小さくなり、高速な駆動制御が可能になる。また、外乱を殆んど受けないので、高精度な駆動制御が可能になる。

また、回転用のモータ１２をベース８０の外側に設置しているので、スピンドル１３の長さを短くすることができる。さらに、回転用のモータ１２をベース８０の外側に設置しているので、スピンドル１３への直接的な熱伝達がなく、スピンドル１３の熱膨張による制御性能の悪化がなく、回転継ぎ手１８のグリス寿命を延ばし、制御性能を長期間維持することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態２の非接触動力伝達部を示す部分斜視図である。図３に示すように、実施の形態２の非接触動力伝達部２４においては、スピンドル側非接触動力伝達部２４ｂの上下方向（回転軸方向）長さが、回転輪側非接触動力伝達部２４ａの上下方向長さよりも、スピンドル１３の上下方向の移動範囲（ストローク）以上に十分に長くなっている。なお、回転輪側非接触動力伝達部２４ａの上下方向長さを、スピンドル側非接触動力伝達部２４ｂの上下方向長さよりも、スピンドル１３の上下方向の移動範囲（ストローク）以上に十分に長くしてもよい。

実施の形態２の非接触動力伝達部２４によれば、スピンドル１３が上下方向（回転軸方向）に移動しても、常に、非接触動力伝達部２４ａと２４ｂとの対向面積が増減しないので、回転動力の伝達効率が変動することはなく、高精度な制御性能が得られる。

実施の形態３．
図４は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態３の非接触動力伝達部を示す部分斜視図である。図４に示すように、実施の形態３の非接触動力伝達部３４においては、スピンドル側非接触動力伝達部３４ｂ及び回転輪側非接触動力伝達部３４ａの上下方向（回転軸方向）長さは、スピンドル１３の上下方向の移動範囲（ストローク）以上に十分に長くなっている。

実施の形態３の非接触動力伝達部３４によれば、スピンドル１３が上下方向に移動しても、非接触動力伝達部３４ａと３４ｂとの対向面積の変化割合が小さいので、回転動力の伝達効率は、殆んど変動することはなく、高精度な制御性能が得られる。

実施の形態４．
図５は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態４を模式的に示す縦断面図である。図５に示す実施の形態４の放電加工装置９５において、図１に示す実施の形態１の放電加工装置９１と同等の部分は、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図示はしないが、回転輪１１とスピンドル５３とは、弛み導線により電気的に接続されている。

図５に示すように、実施の形態４の放電加工装置９５のスピンドル５３は、長い円柱状に形成され、中間部に円板部５３ｂを有している。円板部５３ｂの上側には、上下駆動用上側コイル５４ａが、スピンドル５３と同軸に配置されている。円板部５３ｂの下側には、上下駆動用下側コイル５４ｂが、スピンドル５３と同軸に配置されている。

スピンドル５３の上部左側には、上部左側コイル５５ａが、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の左側に配置されている。スピンドル５３の上部右側には、上部右側コイル５５ｂが、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の右側に配置されている。

スピンドル５３の上部前側には、上部前側コイル（図示せず）が、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の前側に配置されている。スピンドル５３の上部後側には、上部後側コイル（図示せず）が、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の後側に配置されている。

スピンドル５３の下部左側には、下部左側コイル５６ａが、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の左側に配置されている。スピンドル５３の下部右側には、下部右側コイル５６ｂが、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の右側に配置されている。

スピンドル５３の下部前側には、下部前側コイル（図示せず）が、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の前側に配置されている。スピンドル５３の下部後側には、下部後側コイル（図示せず）が、コイル軸をスピンドル５３の軸に直交させてスピンドル５３の後側に配置されている。

上下駆動用上側コイル５４ａと上下駆動用下側コイル５４ｂに流れる電流を調整することにより、スピンドル５３の上下方向の位置を制御することができる。上下駆動用上側コイル５４ａの電流を増加させるとスピンドル５３が上方へ移動し、上下駆動用下側コイル５４ａの電流を増加させるとスピンドル５３が下方へ移動する。

上部左側コイル５５ａと上部右側コイル５５ｂに流れる電流を調整することにより、スピンドル５３の上部の左右方向の位置を制御することができる。また、図示しない上部前側コイルと上部後側コイルに流れる電流を調整することにより、スピンドル５３の上部の前後方向の位置を制御することができる。

また、下部左側コイル５６ａと下部右側コイル５６ｂに流れる電流を調整することにより、スピンドル５３の下部の左右方向の位置を制御することができる。また、図示しない下部前側コイルと下部後側コイルに流れる電流を調整することにより、スピンドル５３の下部の前後方向の位置を制御することができる。

図示しない上下位置センサ、上部左右位置センサ、上部前後位置センサ、下部左右位置センサ、下部前後位置センサの検出値を図示しないＣＰＵに入力し、スピンドル５３が指令された上下位置、左右前後位置及び傾斜姿勢となるように、図示しないパワーアンプを介して上記１０個のコイルの電流を制御する。

実施の形態４の放電加工装置９５は、駆動部（スピンドル５３）の質量が小さく、また、摩擦力など外部から受ける力が殆んどないので、スピンドル５３を回転、並進（回転軸方向や回転軸に垂直な方向）全てにおいて、高速かつ高精度な駆動制御が可能である。

実施の形態５．
図６は、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態５の非接触動力伝達部を示す上面図であり、図７は、実施の形態５の非接触動力伝達部を示す部分斜視図である。

図６及び図７に示すように、実施の形態４の放電加工装置９５に用いられる実施の形態５の非接触動力伝達部４４においては、回転輪側非接触動力伝達部４４ａは、上部がＳ極となった環状の永久磁石４４ａｍの上下を、スピンドル側に複数（８個）の突起４４ａｔを有する環状の磁性体４４ａｊで挟んで固着して成る。

また、スピンドル側非接触動力伝達部４４ｂは、上部がＮ極となった環状の永久磁石４４ｂｍの上下を、回転輪側に複数（８個）の突起４４ｂｔを有する環状の磁性体４４ｂｊで挟んで固着して成る。また、スピンドル側非接触動力伝達部４４ｂは、回転輪側非接触動力伝達部４４ａよりも下に配置されている。

実施の形態５の非接触動力伝達部４４によれば、非接触動力伝達部４４が、回転輪１１の動力をスピンドル５３に伝達するとともに、スピンドル５３を上方へ吸引する磁気吸引力を発生するので、重力によりスピンドル５３が下降するのを防止することができる。また、重力補償のための部材を別途設ける必要がないので、放電加工装置９５の上下方向の長さを短くすることができる。

以上のように、本発明にかかる放電加工装置は、スピンドルを水平、垂直方向に高精度に制御することができるものとして有用である。

１１回転輪
１１ａ導電部
１２モータ（回転駆動装置）
１２ａ動力伝達部
１２ｂピニオン
１２ｃギア
１３スピンドル
１３ａ導電部
１４非接触動力伝達部
１４ａ回転輪側非接触動力伝達部
１４ａｎ，１４ａｓ主磁極磁石
１４ａｙヨーク磁石
１４ｂスピンドル側非接触動力伝達部
１４ｂｔ突起
１５接触給電部
１６弛み導線
１７上下駆動装置（直動用モータ）
１８回転継ぎ手
１９ベアリング
２４非接触動力伝達部
２４ａ回転輪側非接触動力伝達部
２４ｂスピンドル側非接触動力伝達部
３４非接触動力伝達部
３４ａ回転輪側非接触動力伝達部
３４ｂスピンドル側非接触動力伝達部
４４非接触動力伝達部
４４ａ回転輪側非接触動力伝達部
４４ａｊ磁性体
４４ａｔ突起
４４ａｍ永久磁石
４４ｂスピンドル側非接触動力伝達部
４４ｂｊ磁性体
４４ｂｔ突起
４４ｂｍ永久磁石
５３スピンドル
５３ｂ円板部
５４ａ上下駆動用上側コイル
５４ｂ上下駆動用下側コイル
５５ａ上部左側コイル
５５ｂ上部右側コイル
５６ａ下部左側コイル
５６ｂ下部右側コイル
７０放電電極
７１加工槽
７２工作物
７３加工電源
８０ベース
９１，９５放電加工装置

Claims

ベースにベアリングを介して回転自在に支持された回転輪と、
前記ベースに設置され動力伝達部を介して前記回転輪を回転させる回転駆動装置と、
前記回転輪の中央孔内に該回転輪と略同心に配置され放電電極を保持するスピンドルと、
前記回転輪から前記スピンドルへ非接触で回転動力を伝達する非接触動力伝達部と、
前記回転輪に接触して該回転輪に放電電力を供給する接触給電部と、
前記回転輪と前記スピンドルとを電気的に接続する弛み導線と、
を備えることを特徴とする放電加工装置。
前記回転駆動装置を前記ベースの外側に設置していることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
前記非接触動力伝達部は、磁気吸引力により、非接触で回転動力を伝達することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
前記非接触動力伝達部の環状の回転輪側非接触動力伝達部と環状のスピンドル側非接触動力伝達部の少なくとも一方の回転軸方向の長さが、前記スピンドルのストロークより長いことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
前記スピンドルが、磁気吸引力により、前記ベースに非接触で支持されていることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
前記非接触動力伝達部は、前記スピンドルを上方へ吸引する磁気吸引力を発生することを特徴とする請求項４に記載の放電加工装置。