JP5269078B2

JP5269078B2 - ワイヤ放電加工機のシール装置

Info

Publication number: JP5269078B2
Application number: JP2010518855A
Authority: JP
Inventors: 林太郎長岡; 雅宏家澤; 一彦福島; 昭彦今城
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: JPWO2010001470A1; WO2010001470A1

Description

この発明は、ワイヤ放電加工機の加工槽とシール板との間をシールするシール装置に関するものである。

ワイヤ放電加工機においては、上ヘッドから下ヘッドに送られながら両者間に張設されたワイヤ電極により放電加工を行い、ワイヤ電極を回収するアームが、加工液で満たされた加工槽内へ側壁を貫通して挿入されている。この発明は、このようなワイヤ放電加工機における、側壁にアームを挿入するための大径の側壁開口部が形成された加工槽と、アームを貫通させて大径穴を閉塞した状態で加工槽側壁に沿って摺動可能に配置されたシール板との間をシールするシール装置である。

ワイヤ放電加工機では、細線ワイヤと被加工物との間に微小放電を連続的に発生させ、これによって加工を行う。加工を液中にて行う浸潤ワイヤ放電加工機では、ワイヤの回収を行うアームが、加工槽の壁面に設けられた開口部を貫通する構造となっている。加工槽とアームとの相対運動を可能にしつつ、加工槽中の加工液の漏出を防ぐ必要がある。このため加工槽壁とアームの間のシール装置として、様々なものが提案されている。

例えば、特許文献１の走行ワイヤＥＤＭ装置においては、シール装置としてゴムパッキンを用いる提案がされている。また、特許文献２及び３のワイヤ放電加工機においては、シール装置として流体圧力を用いることにより、非接触状態でシールを行う提案がされている。

特開昭６０−５２２２３号公報特開昭６２−２７１６２９号公報特開平４−１５９０２３号公報

しかしながら、特許文献１のシール装置としてゴムパッキン等の接触式の手段を用いるものの場合、シール部に摩擦が発生し、加工槽とアームとが相対移動を行う際にアームの変形を招き、加工精度に悪影響を与えるという課題があった。

また、特許文献２及び３の流体圧力を用いることで非接触状態でのシールを行うものにおいては、摩擦の問題は解決できるものの、流体が加工槽内へと進入することで放電加工へ悪影響を与えるという課題があった。また、シールする部分が大きくなると、流体が流れるすきまがわずか数ｍｍ程度でも大量の流体を必要とするという課題を有する一方で、流量を少なく抑えるためにすきまを数μｍ〜数１００μｍと微小に作製しようとすると、精度を要求する部材の大きさが大きく加工や組立が非常に困難なものとなるという課題が有った。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非常に小さい摩擦でシールが可能で加工に悪影響を与えることがなく、使用する加圧流体の量が少なくて済み、容易に構成することが可能なワイヤ放電加工機のシール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、本発明のワイヤ放電加工機のシール装置は、上ヘッドから下ヘッドに送られながら両者間に張設されたワイヤ電極により放電加工を行い、ワイヤ電極を回収するアームが、加工液で満たされた加工槽内へ壁を貫通して挿入されたワイヤ放電加工機における、壁にアームを挿入するための大径の開口部が形成された加工槽と、板状を成しアームを貫通させるとともに主面で開口部を密閉し加工槽の壁に沿って摺動可能に配置されたシール板との間をシールするシール装置であり、加工槽の開口部の周囲に全周にわたって設けられた内壁と外壁で環状の溝を形成し、該溝の開口をシール板側に向けてシール板との間に微小すきまを形成するように支持された溝状部と、溝状部に加圧流体を供給し、微小すきまに加圧流体の圧力を作用させて微小すきまからの加工液の漏れを抑制する加圧流体供給部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、溝状部内へ供給された加圧流体により溝状部内圧力が上昇し、溝状部がシール板から浮上して加圧流体が漏出するすきまが生まれ、溝状部とシール板との非接触のシール状態を作り出すことができる。そして、溝状部の内部圧力を加工槽内加工液の水圧以上に保つようにすれば、加工液が溝状部内へと進入することができなくなり、加工液のシールを行うことが可能になる。さらに、溝状部とシール板とのすきまが供給された加圧流体の圧力によって作り出されるため、微小なすきまを管理する為の精密加工や組立が必要無く、容易に装置を構成できるとともに、使用する加圧流体の量がわずかで済む、という効果を奏する。

図１は、本発明に係るワイヤ放電加工機のシール装置の実施の形態１のシール装置のシール板及びアームを上方から見た様子を示す部分的な上面図である。図２は、シール板及びアームを放電加工機後方から見た様子を示す図であり、図１の矢印Ａの矢視側面図である。図３は、シール構造の断面を拡大して示したものであり、図２のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。図４は、本発明にかかるワイヤ放電加工機の全体の構成を示す側面図である。図５は、溝状パッド各部の寸法を表した図である。図６は、溝状パッドの溝状部において圧力差を生じさせるために設けたパッド仕切りを示した図である。図７は、溝状パッドの溝内と水圧との最大圧力差を示すグラフである。図８は、本発明に係るワイヤ放電加工機のシール装置の実施の形態２のシール装置の圧力源停止時のフェイルセーフ機構を組み込んだ構成を示した断面図である。図９は、フェイルセーフ機構が作動している状態を示した断面図である。図１０は、本発明にかかるワイヤ放電加工機の全体の構成を示す側面図であり、加工槽開口部が加工槽底面に設けられ、ワイヤ電極の回収が加工槽底面からなされる構成のワイヤ放電加工機を示したものである。

符号の説明

１アーム
２加工槽
３加工液
４シール板
５溝状パッド
６パッド基部
７パッド部
８側壁開口部
９与圧バネ（付勢手段）
１０支柱
１１シール材
１２エア供給路
１３エアチューブ
１４空気孔
１５空圧源（加圧流体供給部）
１６空気室
１７溝状部
１８パッドすきま
１９パッド浮上量
２０防水カバー
２１給気ポート
２２排気ポート
２３ピストン
２４パッキン
２５パッド仕切り
１０１ベッド
１０２サドル
１０３テーブル
１０４コラム
１０５ワイヤ電極
１０６下ヘッド
１０７上ヘッド
１０８ワイヤ供給リール
１０９Ｘ軸ガイド
１１０Ｙ軸ガイド
１１１，１１２シール構造

以下に、本発明にかかるワイヤ放電加工機のシール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４は本発明にかかるワイヤ放電加工機の全体の構成を示す側面図である。図４に示すワイヤ放電加工機においては、ベッド１０１に設けられたＹ軸ガイド１１０にサドル１０２が乗せられ、サドル１０２上にＸ軸ガイド１０９が乗せられている。Ｘ軸ガイド１０９上には、さらにテーブル１０３が乗せられており、テーブル１０３上に加工槽２が設けられている。また、ベッド１０１上にはコラム１０４が設けられており、このコラム１０４上に取り付けられたワイヤ供給リール１０８から供給されたワイヤ電極１０５は、上ヘッド１０７、下ヘッド１０６を経て、アーム１中を通り、加工機背面で回収される。Ｘ軸ガイド１０９とＹ軸ガイド１１０により、加工槽２は２軸方向に移動可能となる。コラム１０４から加工槽２内へと貫通して設けられているアーム１と加工槽２の側壁とが干渉しないように、加工槽２の側壁に大径長孔状の側壁開口部８が設けられている。

ワイヤ放電加工では、給電されたワイヤ電極１０５と加工対象物との間に放電現象を発生させ、テーブル１０３を移動させてワイヤ電極１０５と加工対象ワークとの相対位置を変化させることで、糸鋸状の加工を行う。この際、ワイヤ電極１０５が高温となるのでワイヤ電極１０５を冷却するために加工槽２は加工液３で満たされる。そして、テーブル１０３とアーム１との相対変位を許しつつ加工槽側壁開口部８から加工液３が流出する事を防ぐために、シール板４とシール構造１１１が設けられている。アーム１はシール板４を貫通して設置してあり、テーブルのＸ軸（紙面垂直）方向の移動に関してはアーム１とシール板４は一体となっている。

側壁開口部８の穴縁に沿って環状にシール構造１１１が設けられており、加工槽２の側壁とシール板４との間の隙間をシール構造１１１がシールすることで、テーブル１０３とアーム１がＸ軸方向に相対変位を生じても水漏れを防ぐことができる。本発明にかかるワイヤ放電加工機のシール装置は、このシール構造１１１とシール板４とで構成される。なお、図示してないが、テーブル１０３のＹ軸（紙面垂直）方向の変位を許しつつ水漏れを防ぐために、アーム１とシール板４との間にもシール構造が設けられている。以下、シール構造１１１部分について詳細に説明を行う。

図１はシール板４及びアーム１を上方から見た様子を示す部分的な上面図である。図２はシール板４及びアーム１を放電加工機後方から見た様子を示す図、すなわち、図１の矢印Ａの矢視側面図である。加工槽２の側壁に大径長孔状の側壁開口部８が設けられている。アーム１はシール板４を貫き、側壁開口部８を通って加工液３で満たされた加工槽２中へと伸びている。加工槽２とシール板４との間には溝状パッド５とパッド基部６及び防水カバー２０が配置されている。図２に示すように、溝状パッド５及びパッド基部６は、大径長孔状の側壁開口部８の穴縁に沿う形になっており、溝状パッド５によって形成される溝状部１７は、側壁開口部８を囲む環を形成している。溝状パッド５とパッド基部６を合わせて、以下ではパッド部７と呼ぶ。

図３はシール構造１１１の断面を拡大して示したものであり、図２のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。加工槽２とシール板４の間に、側壁開口部８の周上に沿って環状のパッド基部６が取り付けられている。パッド基部６のシール板４側の面には溝状パッド５が取り付けられている。空圧源（加圧流体供給部）１５からの圧縮空気（加圧流体）は、エアチューブ１３でパッド基部６へと供給され、パッド基部６内部のエア供給路１２を通って溝状パッド５の空気室１６へと導かれる。空気室１６内の圧縮空気は空気孔１４を通って、内壁と外壁を構成する空気室１６で挟まれることによって形成された溝状部１７へ供給される。

加工槽２の側壁に支柱１０が立設されている。この支柱１０は、パッド基部６の背面に設けられた凹部に抜き差し可能に遊嵌されている。また、加工槽２の側壁とパッド基部６の間の支柱１０に与圧バネ（付勢手段）９が縮設されており、パッド部７をシール板４に向かって押しつける付勢力を発生させている。また、パッド基部６と加工槽２の側壁面との間には隙間が有り、加工液３がパッド基部６の背面へ回り込む構造となっている。このパッド基部６背面の隙間から水が漏れ出さないよう、防水カバー２０がパッド部７と加工槽２とのすきまを覆うように取り付けられている。この防水カバー２０はビニールシート等の薄く柔軟な材質で構成されており、さらに、ある程度たるみを持たせて取り付けられている。つまり、パッド部７がシール板４の主面と垂直方向に移動するのを妨げること無く水漏れを防ぐように構成されている。同様の機能を持つ、たとえばジャバラのような構造で水漏れを防いでも良い。なお、本発明にかかるテーブルのＸ軸方向移動に対するシール機能とは関係はないが、テーブルのＹ軸方向移動に対するシール機能として、アーム１の周囲に密着するようにシール材１１が取り付けられている。

溝状パッド５の空気室１６を構成する部分は、厚さ０．２〜０．４ｍｍ程度の薄く柔らかい、たとえば塩素化ポリエチレンやフッ素ゴム等の材質で袋状に形成されており、周方向にチューブ状に延び環を成している。このため、空圧源１５からの圧縮空気供給が無い場合は、与圧バネ９による付勢力に対して空気室１６の形状を保つことはできずに潰れている。圧縮空気の供給によって空気室１６内の圧力が高まり、断面円弧状に膨れることで、内側と外側の空気室１６の間に溝状部１７を形成する。この溝状パッド５とシール板４で囲まれた溝状部１７には、空気孔１４から空気が供給されると圧力が上昇し、与圧バネ９の付勢力に打ち勝ってパッド部７をシール板４から離そうとする力が生じる。溝状部１７の圧力が高まり、溝状パッド５がシール板４から浮上してパッド浮上量１９が大きくなると、空気室１６とシール板４との間にはパッドすきま１８が生じて空気が漏れ出す。パッドすきま１８が大きくなればそれだけ漏出する空気の量も増加するため圧力の上昇する度合いは減少し、供給される圧縮空気の圧力、流量に応じてパッドすきま１８、パッド浮上量１９は空気の供給と漏出が釣り合う所で落ち着くことになる。

このとき、溝状部１７の圧力が加工液３の水圧力以上であれば、加工液３が内側のパッドすきま１８から溝状部１７へと進入することはできないため、加工液３の漏出を防いでシールすることが可能である。またこのとき、溝状パッド５とシール板４との間には、漏出する空気の通り道であるパッドすきま１８が存在するために非接触状態となり、加工槽２のＸ軸方向の移動に対して生じる摩擦をなくすことが可能となる。

たとえば、ワイヤ放電加工機のＸ軸方向のストロークが２４０ｍｍで、アームの直径がφ１００ｍｍ程度とすると、側壁開口部８の形状は、φ１２０の円を二つに割って間に２６０×１２０ｍｍの長方形を挟むような形状になる。この形状の周囲を溝状部１７が囲むのであるから、溝状部１７の全長は約１０００ｍｍ程度になる。溝状部１７の幅を１０ｍｍ程度に取ったとすれば、溝状部１７の面積Ａ_pは約１００００ｍｍ²＝０．０１ｍ²となる。この面積に溝状部１７内の圧力Ｐ_pを乗じた値が、パッド部７をシール板４から浮上させる力になる。図３では、与圧バネ９による力Ｆと、水圧Ｐ_wを受けるパッド部７背面の面積Ａ_w（ただし反対側で同様の水圧を受ける面積を除いた値）に水圧Ｐ_wを乗じた値が、パッド部７をシール板４へ押しつける力Ｗになる。ここで、

であれば、パッド部７は加工液３を止水しつつ浮上することになる。もしも圧力Ｐ_pが十分高いのに浮上しないのであれば、与圧バネ９による力Ｆ又はパッド部７背面の面積Ａ_wを小さくするか或いは溝状部１７の幅を広げて面積Ａ_pを大きくすれば良く、逆に圧力Ｐ_pが十分に高くないのに浮上してしまい圧力を上げることが出来ない場合は、与圧バネ９による力Ｆや面積Ａ_wを増やすか或いは面積Ａ_pを減せばよい。

なお、水温２５℃の水の比重は９９７．１ｋｇ・ｍ^-3であるので、深さＤｍにおける加工液３の水圧Ｐ_w（ゲージ圧）は、

である。ここで、ワイヤ放電加工機の加工槽２の深さは、概ね数十ｃｍ程度であるので、水圧も数ｋＰａ程度である。これに対して、一般的に工場等に供給されている空気圧は０．５ＭＰａ程度であり、レギュレータ等を用いて適度に圧力を減じることにより、止水を行うのに適度な圧力を得ることができる。

上記式（１）、式（２）が成り立っているときに、パット部７がどの程度浮上するかはパッド部７に対して供給される圧縮空気の量によって決まる。溝状パッド５の寸法を図５に示すように表すと、その使用空気量Ｍと、空気量に対するパッドすきま１８の値ｈは、溝状部１７内の圧力Ｐ_pと水圧Ｐ_wが均一であると仮定した場合、以下の式（４）、式（５）の様に表すことができる。

空気量Ｍは、パッドすきま１８のすきまｈの３乗、溝状部１７内圧力Ｐ_pの２乗に比例して決まることがわかる。たとえば、圧力Ｐ_pが一定であれば、空気量Ｍを増減させることで、すきまｈを変化させることができる。また、所定のすきまｈに対して十分な空気量Ｍが無ければ、圧力Ｐ_pの値が減少する。本実施の形態の構成では、式（１）の等号が成り立つか支柱１０によって浮上量の制限を受けるまで、パッド部７は浮上を続けるため、供給する圧縮空気量に応じてパッド浮上量１９を調整する事ができる。

前述したような大きさの側壁開口部８の場合、すきまが存在する部分の長さは約１０００ｍｍにも渡るため、わずかなパッドすきま１８であっても大量の空気量Ｍが必要となる。たとえば、水深５０ｃｍ相当の水圧に対してシールを行うためには、ほぼ同等の圧力を溝状部１７内に働かせた場合、数十μｍのパッドすきま１８に対して必要な流量は標準状態で数千ｌ／ｍｉｎ以上となり、わずかなすきまに対しても大量の流量が必要となることがわかる。

上記特許文献２に示されたものの構成にて空気圧を用いてシールを行う場合、そのすきまの管理は加工精度と組立精度によって行うことになる。この場合、圧縮空気量を少なくしようとすれば非常に小さなすきまの管理を大きなサイズの部品に対して行うことになり、装置製作が非常に困難なものとなる。逆に、加工や組立の精度を落としてすきまを有る程度大きなものとすると、今度は必要な空気量が膨大なものとなってしまうので動作させることが困難となる。

また、特許文献３に示されたものに於いても、シールを行う部位や使用する流体の相違はあるものの、すきまが加工や組立によって管理されるという点は変わらず、上記のような問題が存在する。

しかしながら、本実施の形態のシール装置に於いては、パッド部７の浮上によって圧縮空気流量に応じたパッドすきま１８が決定されるため、上記のような問題は存在せず、容易にシール装置を構成することが可能である。

また、本実施の形態のシール装置では、溝状部１７の圧力を加工液３の水圧とほぼ同等に保つことで、溝状部１７の空気が加工液３中へと進入する事を防ぐことが可能である。仮に加工液３中に大量の気泡が混入すると、加工液３の特性が変化して放電加工に悪影響を及ぼしてしまう。しかし、加工液３と溝状部１７の圧力がほぼ同等であれば、パッドすきま１８を通って流体が移動することが無くなるため、この影響をなくすことが可能となる。このとき、加工液３の水圧に比べると外気の圧力は低いため、溝状部１７の空気は外側のパッドすきま１８を通って外へ漏れ出すことになる。

なお、内側のパッドすきま１８については、この部分からの空気の漏出はないために、パッドすきま１８の部分に空気もしくは水があるか、溝状パッド５とシール板４が直接触れている状態となり、必ずしも非接触状態が保たれるとは限らない。しかし、溝状部１７の圧力によってパッド部７をシール板４へと押しつけようとする力はほぼ打ち消されているため、接触による摩擦力はほとんど生じない状態となっている。

上記のように、加工への影響を防ぎつつ摩擦を減少させるには、加工液３の圧力と溝状部１７の圧力をほぼ同等に保ちつつパッド部７を浮上させる必要がある。この状態では、パッド部７への押しつけ力をＷ、溝状部１７の力をＰ_p、加工液３圧力をＰ_wとすると、

が成り立つ必要がある。しかし、放電加工機では、加工対象ワークの大きさや加工条件に応じて加工槽２の水位が変化するため、加工液３の水圧Ｐ_wも水位の変化に伴い変化する。しかし、式（６）のＡ_pは一定であるため、式の釣り合いを満たすためには変化するＰ_wに応じてＷを変える必要がある。これに対し、本実施の形態では、パッド部７の背面に水を導く構造になっているため、変化する水圧をパッド部７への押しつけ力として利用できるようになっている。つまり、パッド部７の押しつけ力Ｗが、与圧バネ９による力Ｗｋと、面積Ａ_wのパッド部７背面にかかる水圧による力Ｗ_w＝Ａ_wＰ_wからなるため、もし水位が変化して水圧にΔＰ_wの変動が生じたとしても、

となる。Ｗ_kを出来るだけ小さくしてＡ_wとＡ_pとの値を同一にすることで、溝状部１７内の圧力の変化ΔＰ_pをΔＰ_wに近づけることが可能となる。これにより、水位の変化に対して、自動的に溝状部１７の圧力を加工液３の水圧となるように圧力を調整することができる。

また、水位の変化がなくても、パッド部７の各部で水深が異なるため、それぞれの場所で水位に応じた溝状部１７の圧力とする必要がある。ここで、溝状部１７が全周にわたってつながっていると、溝状部１７の圧力がすべて同じ圧力になってしまう。これを避けるために図６に示すように、溝状部１７内にパッド仕切り２５を設ける。このパッド仕切り２５を設けることで、水深に応じて各部分で異なる圧力状態がとれるようになる。パッド仕切り２５は、パッド浮上量１９の変化に追従できるように、薄い樹脂やスポンジなど柔軟性があり通気性のない部材によって形成する。なお、次に示すデータの様に、加工液３圧力と溝状部１７の圧力が厳密に同じにならず、ある程度の差があったとしても空気漏れもしくは水漏れは生じないため、パッド仕切り２５は数ｃｍ〜数十ｃｍ程度の水深毎に設ければよい。

図７は溝状部１７と加工液３との圧力差がどの程度許容されるのかについての実験データを示している。これは、数十μｍ程度のパッドすきまをもつ実験装置に対して水圧を設定し、溝状部１７内の圧力を徐々に増加させた際に、溝状部１７から空気漏れが生じた際の水と溝状部１７内との圧力差を縦軸に、設定水圧を横軸に記載したものである。データは示していないが、圧力差がほぼ０を下回ると、溝状部１７内への水の漏出が始まる。この実験ではいずれの水圧に対しても約３００Ｐａ程度までは水内への空気漏れは生じていない。許容圧力差３００Ｐａはパッドすきま１８の大きさや形状により変化するため絶対的な値ではないが、この結果から水漏れも空気漏れも起きない条件は、厳密にＰ_w＝Ｐ_pではなく、ある程度の余裕があることがわかる。

なお、本実施の形態では、溝状部１７の圧力を水位に対して受動的に調整できるように工夫を加えているが、水位や水圧をセンサで検知し、これに対して溝状部１７内の圧力をレギュレータなどで能動的に制御することで、同様の機能を得ることも可能である。このようにして能動的に溝状部１７内の圧力を調整する場合は、パッド部７の背面に水を回り込ませる構造やパッド部７をシール板４の垂直方向に移動可能にするための支柱１０や防水カバー２０等が不要になるため、構造は簡素なものになる。

前述の説明の中で、供給する空気流量によってパッドすきま１８の大きさが決定されることを述べた。しかし、金属や樹脂などの硬い部材で溝状パッド５を構成した場合、シール板４に反り、ゆがみや表面の凹凸等が存在するため一様なパッドすきま１８が得られるわけではなく、流量が十分でなければある部分が接触している状態で、他のすきまの大きいところから空気が漏れるという状態となる。このような状態では完全に摩擦を低減させることはできない。そのため、特にパッド部７を硬い部材で構成した際には、精度の良いシール板４を使用したり、多量の空気を供給して十分にパッド部７を浮上させたりすることが必要となる。

これに対し、本実施の形態では、空気室１６が薄く柔軟性に富むようにゴムもしくは樹脂製の溝状パッド５を用いることで、多少シール板４に歪みや凹凸が存在しても、均一かつ微小なパッドすきま１８を保つことができるよう工夫されている。パッド基部６から溝状パッド５へ供給された空気により、空気室１６は膨らんで形成される。このとき、パッド基部６の背面に挿入されている支柱１０によって、空気室１６をふくらませた際に少し潰れた形になるよう、パッド部７のパッド浮上量１９を制限する。支柱１０によってパッド浮上量１９は制限を受けるが、空気室１６の形状が変わることで、パッドすきま１８の値は変化することが可能である。このように空気室１６のふくらむ余地を残した状態で使用することで、もしシール板４の撓みや歪みでパッドすきま１８が広がっても、空気室１６がふくらんで自動的にすきまを小さくしようと働く。空気室１６をシール板４に押しつけてつぶしている形になるためシール板４への押しつけ力が生じることになるが、溝状部１７内部からの空気流れがある場合には非接触となるため摩擦はなく、接触が生じている場所でも空気室１６内の圧力は高々数ｋＰａ程度であるため摩擦は大きくはならない。このため、非常に容易に小さく均一なパッドすきま１８を得ることができて摩擦を小さくできる上に、使用する空気量を抑えることが可能になる。

ただし、空気室１６を構成する部分は、潰れている部分が空気圧の供給により膨らむような構造が望ましい。なぜならば、たとえば非常に柔らかいゴム状の物体を凹凸のあるすきまに押し当ててすきまを埋めようとした場合は、大きなすきまの凹部のゴムの押しつけ圧は、小さなすきまの凸部の押しつけ圧よりも小さくなる。このため、漏れ出そうとする空気は抑える力が小さな凹部に集中することになり、均一なすきまは生まれにくい。対して、自ら膨らんで凹凸を埋める場合には、内部の圧力が凹凸部に均一に働くことになるため、空気の漏れだしも均等となり易く均一なすきまを得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態のワイヤ放電加工機のシール装置は、側壁にアーム１を挿入するための大径の側壁開口部８が形成された加工槽２と、板状を成しアーム１を貫通させるとともに主面で側壁開口部８を密閉し加工槽２の側壁に沿って摺動可能に配置されたシール板４との間をシールするシール装置であって、加工槽２の側壁開口部８の周囲に全周にわたって設けられた内壁と外壁で環状の溝を形成し、この溝の開口をシール板４側に向けて、シール板４方向に進退動可能に支持された溝状部１７と、溝状部１７をシール板４方向に所定の付勢力で付勢する与圧バネ（付勢手段）９と、溝状部１７に加圧流体を供給し、この加圧流体の圧力により与圧バネ９の付勢力に打ち勝って溝状部１７をシール板４から微少すきま浮上させるとともに、このすきまに加圧流体の圧力を作用させてすきまからの加工液３の漏れを抑制する空圧源（加圧流体供給部）１５とを備えている。そのため、加工槽２とシール板４との間の加工液３をシールする部分で摩擦を生じることなく、また、製作が容易であるとともに、使用する加圧流体量の少ないシール装置を実現することができる。

また、空圧源１５は、溝状部１７内の加圧流体の圧力を、側壁開口部８の深さでの加工液３の水圧と同じとなるように調整するので、溝状部１７から加工槽２内へ加圧流体が漏れ出すことを抑制すことができ、加工へ悪い影響を与えることが無くなる。

さらに、溝状部１７は、側壁開口部８の穴縁からシール板４方向に進退動可能に支持されており、背面に加工液３が回り込む構造とされ、背面に作用する加工液３の水圧が、溝状部１７のシール板４に対する押し付け力として働くようにされ、水圧を受ける背面の面積が、溝状部１７の圧力を受ける面積に対応する面積とされている。そのため、水位の変化によって生じる水圧の変動に対して、自動的に溝状部１７の押し付け力を調整することができる。

さらにまた、溝状部１７を構成する内壁と外壁とが、柔軟性に富む材料にて周方向に中空の袋状に作製され、内部に加圧流体を充填されてシール板４側に伸びるように膨らむので、シール板４の凹凸に対して馴染むためにすきまが小さくなり、平面精度の悪いシール板４に対しても少ない加圧流体の消費量で済む。

また、内部に加圧流体を充填されてシール板４側に伸びるように膨らむ溝状部１７を構成する内壁と外壁は、溝状部１７とシール板４との間の隙間を埋める。つまり、膨らむ壁によって溝状部１７とシール板４との間が埋められ、ふくらみが変形することで均一な微小すきまが生成される。これにより、溝状部１７をシール板４の主面に垂直方向に移動可能に取り付ける必要が無くなり、加工槽２の側壁に固定して取り付けることが可能になり構造が簡単になる。

なお、本実施の形態では、パッド部７をシール板４に対して垂直方向に移動可能に取り付けているが、パッド部７をシール板４に対して溝状パッド５のふくらみで埋めることが可能な程度のすきまを空けて固定して取り付けることも可能である。この場合、パッドすきま１８の大きさは溝状部１７内の圧力の上昇で空気室１６の形状が変形することによって変化することになる。溝状パッド５の膨らむ部分の剛性が高かったり、空気室１６内部の圧力が溝状部１７内部の圧力よりも高くなったりすると、溝状部１７の圧力では空気室１６の形状を変化させられなくなるため、溝状部１７の構成やエア供給路１２の設計に注意を払う必要があるが、シール板４に対して垂直方向に移動可能にするための支柱１０や防水カバー２０等は不要になるため、構造を簡素なものにすることができる。

本実施の形態では加工液３として水を使用しているが、加工液３として油を用いた場合でも同様の効果を得ることが可能である。また、溝状部１７内へと供給する加圧流体を空気として説明を行ったが、これを他の流体にしても同様の効果を得ることができる。加圧流体を加工液３と同一にすれば、加工液３圧力よりも溝状部１７内圧力が高いことによって加圧流体の加工液３への混入が発生しても問題はなくなるため、溝状部１７内圧力の調整に気を遣う必要は無くなる。しかし、パッド部７外側のパッドすきま１８から加圧流体が漏れ出るため、漏れ出た加圧流体回収のための設備を予め準備する必要がある。ただし、ゴム製パッキンなどの接触式シールを用いたワイヤ放電加工機でも、シール部分から加工液が少しずつしみ出してくるため、通常は回収用の樋などをシール部分直下に装備して、ある程度の加工液漏れが生じても問題がないような構造となっている。

実施の形態２．
この発明にかかるシール装置は、溝状部１７内の圧力によって加工液３の漏出を防止するものであるから、何らかの不具合により突然に加圧流体の供給が断たれれば、パッド部７とシール板４とのすきまから加工液３が漏れ出すことになる。このような異常事態に対処する方法としては、漏れ出た加工液３を樋で受けて加工液タンクへと戻す方法が考えられるが、このほかにも次のような構造を上記実施の形態１中に追加することで加工液３の漏れ出しを防止することができる。

図８は加圧流体供給異常時に加工液３の漏れを防止するフェイルセーフ機構を組み込んだシール装置の通常動作時を示した図である。また、図９はシール装置のフェイルセーフ機構動作時の図である。本実施の形態のシール構造１１２においては、パッド部７の背面には、給気ポート２１から供給された加圧流体からの力を受けるピストン２３と、ピストン２３をパッド部７へ押しつけようとする与圧バネ９が取り付けられている。排気ポート２２はピストン２３の移動を妨げることがないように流体を吸入、排出するよう取り付けられている。

加圧流体供給時には、加圧流体は溝状部１７へ供給されるとともに給気ポート２１へも供給される。このため、ピストン２３はパッド部７と反対方向へ押されて、与圧バネ９がパッド部７をシール板４へ押しつけようとする力を打ち消す。このため、パッド部７は溝状部１７の圧力によって浮上し、加工液３のシールを非接触状態で行うことができる。

万が一加圧流体の供給が途絶えた際には、図９に示すようにピストン２３に加圧流体からの力が加わらなくなるため、与圧バネ９による力がすべてパッド部７へと加えられることになる。

また、空気室１６を膨らませるための加圧流体は供給されていないため、空気室１６は与圧バネ９で押されるままに潰れ、パッキン２４がシール板４へと押しつけられる。このパッキン２４がすきまを塞ぐことにより、水漏れが防止される。この状態では摩擦が生じるため加工に影響を生じることが予想されるが、供給流体断の状態をセンサで検知し、加工機の制御装置で加工停止の判断などを行えば問題を回避することができる。

以上のように、本実施の形態のワイヤ放電加工機のシール装置は、溝状部１７にシール板４に向けて突設されたパッキン２４と、空圧源（加圧流体供給部）１５から加圧流体を供給されて溝状部１７をシール板４から離す方向に付勢するピストン２３と、溝状部１７をシール板４方向に付勢し、空圧源１５からピストン２３への加圧流体の供給が停止したときに、パッキン２４をシール板４に密着させて溝状部１７とシール板４との間を密閉する与圧バネ９とを備えているので、異常発生時に加圧流体の供給が断たれた際にも加工液３の漏出を抑制することができる。

なお、本実施の形態ではパッキン２４を溝状部１７の内側に設けるとして説明を行ったが、これを溝状部１７の外側もしくは内部に設けることも可能である。また、一つだけでなく、たとえば溝状部１７の内側と外側両方など複数箇所同時に設けてもかまわない。

また、溝状パッド５とパッキン２４を同一の部品として構成する必要はなく、別々の部品として設けても良い。もしくは、特にパッキン２４を設けず、潰れた溝状パッド５自身をパッキン２４の代わりに用いて止水することも可能である。さらに、加圧流体断時にパッド部７をシール板４へと押しつける与圧バネ９やピストン２３は、加圧流体供給時にパッド部７をシール板４へ押しつける与圧バネ９や、パッド部７を支えて浮上量を制限する支柱１０と別に設けても問題はない。また、加圧流体供給が断たれた際にパッド部７をシール板４へと押しつける力を発生させる手段として、流体圧力を用いたピストン２３と与圧バネ９を使用する方法を述べたが、流体圧力の代わりに電磁力を用いて与圧バネ９の力を打ち消したり、もしくは流体供給断を検知して電磁力で直接パッド部７に押しつけ力を発生させたりする構成でも同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明にかかるワイヤ放電加工機の全体の構成を示す側面図であり、加工槽開口部が加工槽底面に設けられ、ワイヤ電極の回収が加工槽底面からなされる構成のワイヤ放電加工機を示したものである。実施の形態１では、加工槽側壁に開口部をもつワイヤ放電加工機を例に挙げて、本発明にかかるシール装置について説明を行ったが、本発明にかかるシール装置は加工槽側壁開口部のシールのみならず、図１０に示す様な加工槽底面に開口部を持つ構成のワイヤ放電加工機や加工槽上部が密閉されて加工液で満たされているような加工槽の上部をシールする事も可能である。

加工槽側壁をシールする場合との相違は、加工槽とシール板の相対変位が側壁シールの場合はＸ軸方向１次元で有ったのに対し、底面もしくは上面シールではＹ軸方向の運動も加わる為に２次元となることである。このため、加工槽開口部の形状も側壁シールでは大径長孔状であったものが、底面もしくは上面シールではＸ軸とＹ軸のストロークに有る程度の余裕を加えて構成される長方形状の開口部となる。このため、開口部をシールする溝状パッドの形状も、長方形環を為すものとなる。

シールの動作原理自体は開口部が垂直であろうと水平であろうと変わらないため、実施の形態１で説明を行ったような原理でパッド部７が浮上し、低摩擦でのシールを行うことが出来る。ただし、側壁と異なり、水平面内の開口部をシールする場合にはパッド部７の各部分で高低差が無いために水圧の差が生じない。このため、溝状部１７の圧力がすべて同一であっても良く、パッド仕切り２５を設ける必要は無くなる。

以上のように、本発明は、上ヘッドから下ヘッドに送られながら両者間に張設されたワイヤ電極により放電加工を行い、ワイヤ電極を回収するアームが、加工液で満たされた加工槽内へ側壁を貫通して挿入されたワイヤ放電加工機のアーム貫通部分のシールを行うシール装置に適用されて有用なものであり、特に、側壁にアーム挿入のための側壁開口部が形成された加工槽と、この側壁開口部を閉塞した状態で加工槽側壁に沿って摺動可能に配置されたシール板との間をシールするシール装置に適用されて最適なものである。

Claims

上ヘッドから下ヘッドに送られながら両者間に張設されたワイヤ電極により放電加工を行い、前記ワイヤ電極を回収するアームが、加工液で満たされた加工槽内へ壁を貫通して挿入されたワイヤ放電加工機における、
壁に前記アームを挿入するための大径の開口部が形成された前記加工槽と、板状を成し前記アームを貫通させるとともに主面で前記開口部を密閉し前記加工槽に沿って移動可能に配置されたシール板との間をシールするシール装置であり、
前記加工槽の前記開口部の周囲に全周にわたって設けられた内壁と外壁で環状の溝を形成し、該溝の開口を前記シール板側に向けて前記シール板との間に微小すきまを形成するように支持された溝状部と、
前記溝状部に加圧流体を供給し、前記微小すきまに加圧流体の圧力を作用させて前記微小すきまからの加工液の漏れを抑制する加圧流体供給部とを備え、
前記溝状部を構成する前記内壁と前記外壁とが、柔軟性に富む材料にて周方向に中空の袋状に作製され、内部に前記加圧流体を充填されて前記シール板側に膨らみ、前記内壁と前記外壁及び前記溝状部はエア供給路及び空気孔で接続されている
ことを特徴とするワイヤ放電加工機のシール装置。
前記溝状部を前記シール板方向に所定の付勢力で付勢する付勢手段をさらに備え、
前記溝状部は、シール板方向に進退動可能に支持されており、
前記加圧流体供給部は、加圧流体の圧力により前記付勢手段の付勢力に打ち勝って前記溝状部を前記シール板から微少すきま浮上させる
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機のシール装置。
前記加圧流体は、空気であり、前記加圧流体供給部は、前記溝状部内の前記加圧流体の圧力が、前記開口部の深さでの加工液の水圧と同じとなるように調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機のシール装置。
前記溝状部を前記シール板方向に所定の付勢力で付勢する付勢手段をさらに備え、前記溝状部は、シール板方向に進退動可能に支持されており、
前記加圧流体供給部は、加圧流体の圧力により前記付勢手段の付勢力に打ち勝って前記溝状部を前記シール板から微少すきま浮上させる
ことを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工機のシール装置。
前記溝状部は、背面に加工液が回り込む構造とされ、背面に作用する加工液の水圧が、前記溝状部の前記シール板に対する押し付け力として働くようにされ、水圧を受ける前記背面の面積が、溝状部の圧力を受ける面積に対応する面積とされている
ことを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工機のシール装置。
前記溝状部に前記シール板に向けて突設されたパッキンと、
前記加圧流体の供給が断たれたときに、前記パッキンを前記シール板に密着させて前記溝状部と前記シール板との間を密閉する力を発生させるフェイルセーフ機構と
をさらに備えたことを特徴とする請求項２、４、５のいずれかに記載のワイヤ放電加工機のシール装置。
前記フェイルセーフ機構が、
前記溝状部を前記シール板方向に付勢する与圧バネと、
前記加圧流体供給部から前記加圧流体を供給されて前記溝状部を前記シール板から離す方向に付勢するピストンとを有する
ことを特徴とする請求項６に記載のワイヤ放電加工機のシール装置。