JP5205996B2 - 放電加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種ノズルの噴射穴、オリフィス等の特に高い精度が要求される小径の貫通穴を加工する放電加工方法に関し、特に内燃機関の燃料噴射弁（インジェクタ）のノズル孔の加工に好適である。

各種ノズルの噴射穴、オリフィス等の貫通穴の製作にエンドミル等を利用した切削加工を利用することがあるが、切削加工では微細な径の貫通穴（例えば、直径がφ３０μｍ〜φ３００μｍ）を精度よく作製することは非常に困難である。
このため、微細径の貫通穴の作製には切削加工に代えて放電加工が利用されることがある。

このような放電加工装置の従来技術として特許文献１が知られており、この従来技術では、回転した電極１０を突き出し、被加工物２に穴開け加工を行っている。
特開２００２−２７３６２５号公報

一般に微細径の貫通穴を放電加工で行う場合、電極の直径も非常に細くなり、撓み易くまた変形し易いので、電極の剛性を高めるために、電極保持部の先に電極ガイドを設けて、この電極ガイドに電極を通すようにしている。このようにして、回転した電極を電極ガイドから突き出し、被加工物との間に放電を発生させて、被加工物に穴開け加工を行っている。

しかしながら、被加工物２の加工面２ｂと電極ガイド４の先端面４ａとの距離は、必ずしも一定ではなく変化するので、図５（ａ），（ｂ）に示すように回転する電極１０の振れ量が異なり、加工された穴２ａの径が異なってしまうという問題がある。
即ち、図５（ａ）に示すように被加工物２の加工面２ｂと電極ガイド４の先端面４ａとの距離ｄが小さい場合は、電極１０の振れ量も小さくなく、小径の穴２ａが加工されるが、図５（ｂ）に示すようにこの距離ｄが大きくなった場合は、大きめの穴２ａが加工されることになり、この距離によって穴径φにバラツキが生じる。
また、同一の被加工物に複数の穴開け加工を行う場合、各穴の直径もしくは穴形状が異なるという問題も併発する。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の貫通穴を高精度に形成でき、かつその穴径及び穴形状のバラツキを少なくすることができる放電加工方法を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の放電加工方法を提供する。
請求項１に記載の放電加工方法は、放電加工によって穴を形成するに当り、被加工物２の加工面２ｂと電極ガイド４の先端面４ａとの距離ｄを測定し、該測定した距離ｄが予め設定された距離ｄ₀となるように、被加工物２を載置した加工テーブル３側又は電極ガイド４側を移動し、調整するようにしていて、この距離ｄの測定を電極ガイド４の先端面４ａから加工電極１０を突き出し、被加工物２の加工面２ｂに接触するまでに要した時間ｔと加工電極１０の突き出し速度ｖとを計測することにより行ったものであり、これにより、加工電極１０の振れ量を常に略一定にすることができ、貫通穴２ａの加工を高精度で、かつバラツキを少なくすることができる。

また、被加工物２の加工面２ｂに接触するまでに要した時間（ｔ）×加工電極１０の突き出し速度（ｖ）により容易に距離（ｄ）が算出できる。

以下、本発明の実施の形態の放電加工方法及びその装置について、図面に従って説明する。図１は、本発明の実施の形態の放電加工装置の全体構成を説明する概念図である。本実施形態は、大気中において加工電極１０と加工すべき被加工物２との間に電圧を印加して放電加工するに当り、放電加工が施される加工側から放電加工中の貫通穴２ａに加工液を噴出し、放電加工により生成される加工屑等を除去しながら放電加工を行うものである。

先ず、本実施形態の放電加工装置１について説明する。図１に示すように、加工電極１０は、電極ガイド４を介して電極送りヘッド８に回転可能に取り付けられている。電極送りヘッド８は、加工電極１０を把持する保持部６と、加工電極１０をモータの中心軸廻りに回転させる回転駆動部（モータ）７とを搭載している。これにより、回転駆動部７によって、加工電極１０と保持部６とは一緒になって回転する。保持部６及び加工電極１０を回転可能に取り付けた電極送りヘッド８は、上下方向に移動可能な第１のＮＣ軸９に取り付けられ、この第１のＮＣ軸９による加工電極１０の送り量は、後述する制御部１３によって一括制御される。回転駆動部７も制御部１３によって制御されている。

加工電極１０を案内する電極ガイド４も、電極送りヘッド８と同様に電極ガイド調整機構５によって、上下方向に移動可能となっている。電極ガイド調整機構５は、電極ガイド４を取り付けるヘッド部５ａと、このヘッド部５ａが取り付けられる第２のＮＣ軸５ｂとよりなり、この第２のＮＣ軸５ｂによる電極ガイド４の移動量は、電極送りヘッド８と同様に制御部１３によって制御される。被加工物２に加工される貫通穴の穴径が小さくなる程、それに合わせて加工電極１０の直径も小さくなり、加工電極１０の剛性が低下する。電極ガイド４は、この加工電極１０の剛性の低下を防止するために設けられる。

被加工物２は、加工テーブル３上に載置して固定される。加工テーブル３は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の移動のみならず、Ｚ軸回りのθ角度方向への回転、更にはＸ−Ｙ平面に対するα角度方向への傾斜が可能であるようなＸ−Ｙ−Ｚ−θ−α方向への移動可能なテーブルであり、制御部１３によって制御される。この加工テーブル３は、図示しない装置本体上に載置され、固定されている。

符号１１は、加工中に加工電極１０と被加工物２との間に電圧を印加するための放電電源である。例えば、加工電極１０と被加工物２との間に放電電源１１から電圧パルスが印加される。

放電加工による被加工物２への貫通穴２ａの形成中において、加工屑等が生成される。これら加工屑等を除去するために、加工液供給装置１４が加工が行われている近傍に設置されており、被加工物２の加工面２ｂに向けて加工液を噴出して、加工屑等を飛散させるようにしている。加工液供給装置１４もまた制御部１３によって制御されるようになっている。

符号１２が、本発明の特徴である、電極ガイド４と被加工物２との距離を測定する測定手段である測定部１２である。この測定部１２によって、電極ガイド４の先端面４ａと被加工物２の加工面２ｂとの距離ｄが測定される。測定された距離ｄのデータは、制御部１３に送られ、この制御部１３で予め設定された距離ｄ₀と比較されて、その補正量（補正値）が計算され、制御部１３からの出力に基づいて電極ガイド調整機構５による電極ガイド４側もしくは加工テーブル３による被加工物２側が補正量だけ移動することによって距離ｄの調整が行われる。

図２は、測定部１２の各種の実施例及び参考例を説明する図である。図２（ａ）は、加工電極の送り速度と所要時間とから電極ガイドと被加工物との距離を測定する方法を説明する実施例の図である。即ち、加工電極１０の先端が電極ガイド４の先端面４ａと同一水平面上（Ｚ軸上で同じ高さ）に位置しているときをスタート時点とし、加工電極１０を送り出す。加工電極１０が電極ガイド４から突き出し、被加工物２の加工面２ｂに加工電極１０が当接するまでの時間ｔと加工電極１０の送り出し速度ｖを測定することで、時間（ｔ）×送り出し速度（ｖ）から、電極ガイド４の先端面４ａと被加工物２の加工面２ｂとの距離ｄが求められる。この場合、測定部１２はタイマーであり、時間ｔが計測される。加工電極１０の送り出し速度ｖは、制御部１３からの指令に基づく電極送りヘッド８の送り速度である。制御部１３は、送り出し速度（ｖ）と測定された時間ｔとから距離ｄを演算する。実施例では、このようにして距離ｄを求める。

図２（ｂ）は、参考例１の測定部１２としてＣＣＤカメラを使用した場合の距離測定を説明する図である。この参考例１では、測定部１２は、ＣＣＤカメラと画像解析処理部とよりなり、ＣＣＤカメラで電極ガイド４の先端面４ａと被加工物２の加工面２ｂの間を撮像し、この撮像のデータを画像解析処理部に送り、画像解析により両者間の距離ｄを計測する。

図２（ｃ）は、参考例２の測定部１２としてレーザを用いる場合の距離測定を説明する図である。この参考例２では、測定部１２は、一般にレーザ測長器又はレーザ変位計と称されるものを使用するもので、例えば、レーザ源１２１、コリメータレンズ１２２、回転ミラー１２３、集光レンズ１２４及び光検出器１２５等よりなり、レーザ源１２１から出射されたレーザビームを高速回転ミラー１２３及びコリメータレンズ１２２などを用いて一様な速度で平行に走査し、走査ビームが、電極ガイド４の先端面４ａと被加工物２の加工面２ｂの間を通って、光検出器１２５によって検出される時間と走査速度から、両者間の距離ｄを測定する。なお、レーザ光を使用する測定法では、帯状レーザを放射して、上記の両者間を通った帯状幅で、両者間の距離ｄを測定するようにしてもよいし、又は通った帯状幅が、帯状レーザの全幅の何％に相当するかで、両者間の距離ｄを測定するようにしてもよい。

図２（ｄ）は、参考例３である、プローブ等を用いた接触式の手法によって、距離を測定する場合を説明する図である。上記参考例１及び２は、非接触式の手法を用いて両者間の距離を測定する例を示すものであるが、参考例３では、接触式の手法を用いて距離を測定する例を示している。即ち測定部１２では、プローブ等の接触子１２６を一方の電極ガイド４の先端面４ａに接触させ、次いでこの接触子１２６を他方の被加工物２の加工面２
ｂに接触させ、接触子１２６の移動距離で両者間の距離ｄを測定する。

図３は、参考例４の変位量を事前に計測しておく手法を説明する図である。被加工物２においては、複数の貫通穴２ａを穿孔する場合がある。その場合、全ての貫通穴２ａが同一水平面上（Ｚ軸上で高さが同じ）に形成されるとは限らない。図３（ａ），（ｂ）に示すように、貫通穴２ａが形成される位置が、同一水平面上に位置していない場合、第１番目に形成される貫通穴２ａからの変位量δ，δ₁，δ₂を適宜の計測器を使用して測定して置き、これを制御部１３に記憶しておく。当該変位量だけ変位された位置にある貫通穴２ａを穿孔する場合に、この変位量だけ電極ガイド４又は加工テーブル３を移動することで、電極ガイド４の先端面４ａと被加工物２の加工面２ｂとの間の距離ｄが常に同じになるように調整する。

なお、上記した電極ガイド４と被加工物２との間の距離を測定する際には、当然加工液供給装置１４からの加工液の供給は停止され、測定誤差の要因である水滴等を測定面から除去するために、図示されないエアブローによって、これらを飛散させることが好ましい。

図４は、本発明の放電加工方法（ａ）と従来技術の放電加工方法（ｂ）とのフローチャートを比較した図である。従来技術では、ステップＳ１で被加工物２を載置した加工テーブル３を移動して、被加工物２の加工位置の割り出しを行ったら、ステップＳ２で電極送りヘッド８により加工電極１０を送り出し放電加工により貫通穴２ａを形成する。次いで、ステップＳ３で次の貫通穴を形成する必要がある場合は、ステップＳ１に戻り、必要がない場合は、フローは終了する。

これに対して、本発明では、図４（ａ）に示すようにステップＳ１１で、電極ガイド４を挿通して加工電極１０を保持部６で把持することにより、加工電極１０を電極送りヘッド８に取り付ける。一方、被加工物２を加工テーブル３に載置し、加工テーブル３を移動して加工電極１０の直下に被加工物２の加工位置が来るように加工位置の割り出しを行う。次いで、ステップＳ１２に移り、電極ガイド４の先端面４ａと被加工物２の加工面２ｂとの間の距離ｄであるクリアランスの測定を行う。ステップＳ１３で測定された距離ｄが予め設定された距離ｄ₀と異なっているかが計算され、｜ｄ−ｄ₀｜＝補正値が計算される。ステップＳ１４では、前記計算された補正値分だけ、被加工物２側又は電極ガイド４側を移動し、両者間の距離ｄを調整（補正）する。なお、予め設定された距離ｄ₀としては、０．０１mm〜１０mmとすることが好ましい。また、この距離ｄ₀は、加工電極１０の振れ、加工液の流れ方、及び被加工物２の材質、形状に応じて変えられるものである。

ステップＳ１５の加工においては、放電電源１１により、加工電極１０と被加工物２との間に電圧を印加すると共に、電極送りヘッド８により加工電極１０を送り出す。第１のＮＣ軸９による電極送りヘッド８の送り量は制御部１３により制御する。これにより、放電加工が行われ、貫通穴２ａが穿孔される。次いで、ステップＳ１６に移り、次の貫通穴（加工穴）の形成があるかどうかが判断され、ＹＥＳの場合は、ステップＳ１１に移って、先のフロー（ステップＳ１１〜Ｓ１５）が繰り返えされる。ＮＯの場合は、フローを終了する。

一般に同一の被加工物２に連続して穴開き加工を行う場合、被加工物２の形状、振れ等によって被加工物２と電極ガイド４との距離が変化する。本発明では、加工前に両者間の距離を測定し、この距離が予め設定された距離となるように調整している。このように予め設定された距離とすることにより、毎回同じ加工電極の振れで加工できるため、同一の穴径、穴形状で放電加工することが可能となる。

本発明は、被加工物の貫通穴として内燃機関の燃料噴射弁の噴射ノズル孔の形成に好適なものであるが、これに制限されるものではない。
また、貫通穴の口径φとしては、３０μｍ〜３００μｍの小径穴の放電加工に好適であるが、これに制御されるものでもない。
更に、上記説明においては、本実施形態を気中放電加工として説明しているが、液中放電加工においても適宜利用可能である。

本発明の実施の形態の放電加工装置の全体構成を説明する概念図である。 本発明の測定部の各種の実施例と参考例を説明する図であり、（ａ）は、実施例の加工電極の送り速度と被加工物に当接するまでの時間から距離を測定する方法を説明する図で、（ｂ）は、参考例１のＣＣＤカメラを使用して距離を測定する方法を説明する図で、（ｃ）は参考例２のレーザを用いて距離を測定する方法を説明する図で、（ｄ）は参考例３の接触子を用いた接触式手法で距離を測定する方法を説明する図である。 参考例４の被加工物に形成する複数の穴が同一水平面上にない場合の距離の調整方法を説明する図である。 放電加工方法の手順を、（ａ）本発明と（ｂ）従来技術、のフローチャートとで比較する図である。 （ａ），（ｂ）は従来技術の問題である回転する加工電極の振れ量を説明する図である。

符号の説明

１ 放電加工装置
２ 被加工物
２ａ 貫通穴
２ｂ 加工面
３ 加工テーブル
４ 電極ガイド
４ａ 先端面
５ 電極ガイド調整機構
５ａ ヘッド部
５ｂ 第２のＮＣ軸
６ 保持部
７ 回転駆動部
８ 電極送りヘッド部
９ 第１のＮＣ軸
１０ 加工電極
１１ 放電電源
１２ 測定部
１３ 制御部

Claims (1)

1. 加工電極（１０）と穴加工すべき被加工物（２）との間に電圧を印加して放電加工によって穴を形成するに当り、
   被加工物（２）の加工面（２ｂ）と電極ガイド（４）の先端面（４ａ）との距離（ｄ）を測定し、該測定した距離（ｄ）が予め設定された距離（ｄ₀）となるように、被加工物（２）を載置した加工テーブル（３）側又は電極ガイド（４）側を移動し、調整しており、
   前記距離（ｄ）の測定が、前記電極ガイド（４）の先端面（４ａ）から加工電極（１０）を突き出し、前記被加工物（２）の加工面（２ｂ）に接触するまでに要した時間（ｔ）と加工電極（１０）の突き出し速度（ｖ）とを計測することによって行われることを特徴とする放電加工方法。

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