JP6058356B2 - ワイヤ放電加工装置及びワイヤ放電加工方法 - Google Patents

Description

本発明はワイヤ放電加工装置及びワイヤ放電加工方法に関する。

今日、立体的形状を有する製作物の加工精度などを検査するために、例えば三次元測定機などの形状測定手段が用いられる。このような三次元測定機は、プローブを立体的形状に沿って移動させることにより、形状測定を行う。プローブは、長さ２ｍｍ、断面直径が２０μｍ程度の微小な片持ち梁部材により構成される。

上述のような片持ち梁部材を製作するには、例えばワイヤ放電加工が用いられる。ワイヤ放電加工では、ワイヤ電極に電圧を印加して、ワイヤ電極と被加工物との間に放電を生じさせる。被加工物は、放電で生じる熱により加工される。ワイヤ電極の断面形状が円であり、かつ加工軌跡がＬ字を描く場合には、加工後の角部にはワイヤ電極の半径に相当する隅肉が残存してしまう。小径のワイヤ電極を用いることで隅肉を小さくすることはできる。しかし、引っ張り強度などの制限を考慮すると、ワイヤ電極の小径化には限界が有り、隅肉を除去しきることはできない。

このような隅肉を除去する手法が既に提案されている。一例として、四角形や三角形の断面を有するワイヤ電極を用いるワイヤカット放電加工機が提案されている（特許文献１）。これによれば、四角形や三角形の断面を有するワイヤ電極は、隅肉の原因となる円弧部分がないので、隅肉の発生を防止できるとしている。

別の例として、放電位置の直前にてワイヤ電極をロールミル機構で押圧し、ワイヤ電極をベルト状の形状とするワイヤ放電加工装置が提案されている（特許文献２）。これによれば、ワイヤ電極をベルト状の形状とすることで、角部に近接する円弧を減らすことで、隅肉の発生を低減できるとしている。

特開平１−２２２８２３号公報 特開昭６２−２８１２２号公報

ところが、発明者らは、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。上述のワイヤカット放電加工機では、四角形や三角形の断面を有するワイヤ電極を用いるため、ワイヤ電極の交換作業が必要となり、加工作業時間が延伸してしまう。また、四角形や三角形の断面を有するワイヤ電極は、断面形状がより単純な円形の断面を有するワイヤ電極とくらべて高コストであり、加工コストの増大を招く。

さらに、上述のワイヤ放電加工装置では、放電位置の直前にてワイヤ電極をロールミル機構で押圧する厚さには限界が有る。この限界は、一般に厚さの１／２程度である。このため、厚さの１／２の部分に残る円弧を起因とする隅肉が残存してしまう。

本発明の第１の態様であるワイヤ放電加工装置は、被加工物との間で生じる放電により被加工物を切削する、第１の方向に走行する放電ワイヤと、前記第１の方向と交差する第２の方向に前記被加工物を移動させる駆動機構と、前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状の一部に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において第１の切削面を前記放電ワイヤに形成する第１の切削面形成手段と、を備えるものである。

本発明の第２の態様であるワイヤ放電加工装置は、上記のワイヤ放電加工装置であって、前記第１の切削面を前記第２の方向へ向けて固定する第１の切削面固定手段を更に備えるものである。

本発明の第３の態様であるワイヤ放電加工装置は、上記のワイヤ放電加工装置であって、前記第１の切削面が形成された前記放電ワイヤを、前記第１の切削面が形成されていない位置で支持する第１のワイヤガイド手段を更に備えるものである。

本発明の第４の態様であるワイヤ放電加工装置は、上記のワイヤ放電加工装置であって、前記放電ワイヤは円形断面を有し、前記放電ワイヤは円形断面を有し、前記第１の切削面形成手段により切削された前記放電ワイヤの断面形状は半円形であるものである。

本発明の第５の態様であるワイヤ放電加工装置は、上記のワイヤ放電加工装置であって、前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において前記第１の切削面の反対側に第２の切削面を前記放電ワイヤに形成する第２の切削面形成手段を更に備えるものである。

本発明の第６の態様であるワイヤ放電加工装置は、上記のワイヤ放電加工装置であって、前記第１の切削面と前記第２の切削面とは、択一的に前記放電ワイヤに形成されるものである。

本発明の第７の態様であるワイヤ放電加工方法は、被加工物との間で生じる放電により被加工物を切削する放電ワイヤを第１の方向に走行させ、前記第１の方向と交差する第２の方向に前記被加工物を移動させ、前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状の一部に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において第１の切削面を前記放電ワイヤに形成するものである。

本発明によれば、容易に隅肉の発生を抑制することができるワイヤ放電加工装置及びワイヤ放電加工方法を提供することができる。

本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。

実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００の構成を模式的に示す図である。 実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００のドレッサ９近傍の拡大図である。 ドレッサ９による切削加工後の放電ワイヤ５の断面図である。 ドレッサ９による切削加工後の放電ワイヤ５の断面図である。 ドレッサ９による切削加工後の放電ワイヤ５の断面図である。 実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００でのプローブ３０の加工態様を示す上面図である。 実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００でプローブ３０を加工した場合に生じる角部１３の拡大図である。 実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００の構成を模式的に示す図である。 実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００でのプローブ３０の加工態様を示す上面図である。 実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００でプローブ３０を加工した場合に生じる角部１８の拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
まず、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００の構成を模式的に示す図である。ワイヤ放電加工装置１００は、制御装置１、チャック駆動部２、ワイヤ駆動部３、チャック４、放電ワイヤ５、ガイドローラ６及び７、加工電源８、ドレッサ９、ワイヤガイド１０及び１１、回り止めワイヤガイド１２を有する。

制御装置１は、チャック駆動部２及びワイヤ駆動部３の動作を制御する。チャック駆動部２は、ｘ軸を中心軸としてチャック４を回転させ、かつ、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させる。チャック４の先端には、放電加工の対象物であるプローブ３０が固定される。つまり、チャック駆動部２及びチャック４は、プローブ３０を移動させるための駆動機構２０を構成する。

ガイドローラ６及び７は、ワイヤガイド手段であり、チャック４の上下にｚ軸方向に並んで配置され、それぞれｙ軸方向の中心軸周りに回転可能に構成される。放電ワイヤ５は、ガイドローラ６及び７で支持される。また、ワイヤガイド１０及び１１は、ガイドローラ６及び７よりもチャック４に近い位置で、チャック４の上下にｚ軸方向に並んで配置される。なお、ワイヤガイド１０及び１１は、放電ワイヤ５を介して、チャック４と対向する位置に配置される。ワイヤガイド１０及び１１は、プローブ３０に対する放電ワイヤ５の位置を決定する。

ワイヤ駆動部３が放電ワイヤ５を駆動することにより、放電ワイヤ５はｚ軸方向に走行する。加工電源８は、放電ワイヤ５とプローブ３０との間に電圧を印加する。これにより、放電ワイヤ５とプローブ３０との間に放電が生じる。

ドレッサ９は、切削面形成手段であり、放電ワイヤ５を介して、ワイヤガイド１０及び１１と対向する位置に設けられる。図２は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００のドレッサ９近傍の拡大図である。ドレッサ９は、放電ワイヤ５と接触し、接触面を機械的に切削して放電ワイヤ５の一部に切削面５ａを形成する。切削面５ａは、ｘ軸のマイナス方向を向く面として放電ワイヤ５に形成される。なお、ワイヤガイド１０及び１１は、放電ワイヤ５の切削面５ａと反対側である放電ワイヤ５の円弧状の外周に接する。そのため、ドレッサ９による切削後も放電ワイヤ５のｘ軸方向の位置は変化しない。

ドレッサ９は、放電ワイヤ５が円形断面を有する場合は、切削量を変化させることにより切削後の断面形状を制御することが可能である。図３Ａ〜３Ｃは、ドレッサ９による切削加工後の放電ワイヤ５の断面図である。例えば、図３Ａに示すように、切削量を抑えることにより、放電ワイヤ５の断面形状を、円形断面ＣＳ０の１／２よりも大きな面積を有するＤ字形状断面ＣＳ１とすることができる。この場合、切削面がなす直線部の長さＬ１は、円形断面ＣＳ０の直径Ｌ０よりも短くなる。

また例えば、図３Ｂに示すように、図３Ａの例よりも切削量を増やすことにより、放電ワイヤ５の断面形状を、円形断面ＣＳ０の１／２の面積を有する半円形状断面ＣＳ２とすることができる。この場合、切削面がなす直線部の長さＬ２は、円形断面ＣＳ０の直径Ｌ０と等しくなる。

さらに例えば、図３Ｃに示すように、図３Ｂの例よりも切削量を増やすことにより、放電ワイヤ５の断面形状を、円形断面ＣＳ０の１／２よりも小さな面積を有するＤ字形状断面ＣＳ３とすることができる。この場合、切削面がなす直線部の長さＬ３は、円形断面ＣＳ０の直径Ｌ０よりも短くなる。

回り止めワイヤガイド１２は、切削面固定手段であり、ｙ軸方向を軸とする円柱状部材であり、側面が放電ワイヤ５の切削面５ａと接触することで放電ワイヤ５が回転することを防止する。これにより、放電位置において、放電ワイヤ５の切削面５ａがｘ軸のマイナス方向を向くこととなる。

図４は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００でのプローブ３０の加工態様を示す上面図である。図４では、図１に示すｚ軸のプラス側からマイナス側へ向けてプローブ３０を俯瞰している。プローブ３０は、放電加工されることにより、ステム３２が形成される。プローブ３０をｘ軸のプラス方向へ向けて移動させて加工を進めると、プローブ３０の台座３１とステム３２とが連結する位置に角部１３が生じる。

図５は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００でプローブ３０を加工した場合に生じる角部１３の拡大図である。ワイヤ放電加工装置１００では、放電ワイヤ５にはｘ軸のマイナス方向を向いた切削面５ａが存在するので、角部１３における台座３１の表面と切削面５ａとが対向することとなる。そのため、切削面と放電ワイヤ５の外周５ｂとが連結される連結点５ｃにより、角部１３の頂点１４を形成することとなる。連結点５ｃにおける切削面５ａと放電ワイヤ５の外周５ｂとは急峻な角度で連結される。そのため、台座３１とステム３２とが成す角度をほぼ９０°とすることができ、隅肉の発生を抑制することができる。なお、図５では、放電ワイヤ５がドレッサ９で切削されなかった場合に生じる隅肉の輪郭を線１５で表示している。

これに対し、ステム３２の角部１３と対向する位置の角部１６では、図４に示すように、放電ワイヤ５の外周５ｂの形状を反映した隅肉１７が残存している。

以上のように、ワイヤ放電加工装置１００では、放電ワイヤ５に加工方向（ｘ軸方向）に対して垂直な切削面５ａを設けることで、被加工物の切削面５ａに対向する面と加工方向と平行な面とがなす角部に隅肉が発生することを防止できる。

また、ワイヤ放電加工装置１００では、ドレッサ９を用いて放電ワイヤ５に切削面５ａを形成するので、放電ワイヤ５自体は円形断面を有する一般的な放電ワイヤを用いることができる。従って、ドレッサ９を追加するだけの簡易な構成で、被加工物の角部の隅肉の発生を抑制できる。

さらに、ワイヤ放電加工装置１００では、一般的な放電ワイヤを切削するだけなので、放電ワイヤを三角形や四角形などの断面形状を有する特殊なものと交換する必要はない。よって、隅肉の発生を抑制しつつ短時間でワイヤ放電加工を行うことが可能である。

実施の形態２
次に、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００について説明する。図６は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００の構成を模式的に示す図である。ワイヤ放電加工装置２００は、ワイヤ放電加工装置１００の変形例である。ワイヤ放電加工装置２００は、ワイヤ放電加工装置１００のドレッサ９、ワイヤガイド１０及び１１、回り止めワイヤガイド１２を、それぞれドレッサ４１、ワイヤガイド４２及び４３、回り止めワイヤガイド４４に置換した構成を有する。

ワイヤガイド４２及び４３は、ワイヤガイド手段であり、ガイドローラ６及び７よりもチャック４に近い位置で、チャック４の上下にｚ軸方向に並んで配置され、プローブ３０に対する放電ワイヤ５の位置を決定する。なお、ワイヤガイド４２及び４３は、放電ワイヤ５よりもチャック４側に配置される。すなわち、ワイヤガイド４２及び４３は、ワイヤ放電加工装置１００のワイヤガイド１０及び１１に対して放電ワイヤ５を挟んで反対側の位置に配置される。

ドレッサ４１は、切削面形成手段であり、放電ワイヤ５を介して、ワイヤガイド４２及び４３と対向する位置に設けられる。つまり、ドレッサ４１は、ワイヤ放電加工装置１００のドレッサ９に対して放電ワイヤ５を挟んで反対側の位置に配置される。ドレッサ４１は、放電ワイヤ５と接触し、接触面を機械的に切削して放電ワイヤ５の一部に切削面５ｄを形成する。切削面５ｄは、ｘ軸のプラス方向を向いた面として放電ワイヤ５に形成される。ワイヤガイド４２及び４３は、放電ワイヤ５の切削面５ｄと反対側である放電ワイヤ５の円弧状の外周に接するので、ドレッサ４１による切削後も放電ワイヤ５のｘ軸方向の位置は変化しない。

回り止めワイヤガイド４４は、切削面固定手段であり、ｙ軸方向を軸とする円柱状部材であり、側面が放電ワイヤ５の切削面５ｄと接触することで放電ワイヤ５が回転することを防止する。これにより、放電位置において、放電ワイヤ５の切削面５ｄがｘ軸のプラス方向を向くこととなる。ワイヤ放電加工装置２００のその他の構成は、ワイヤ放電加工装置１００と同様であるので説明を省略する。

図７は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００でのプローブ３０の加工態様を示す上面図である。図７では、図６に示すｚ軸のプラス側からマイナス側へ向けてプローブ３０を俯瞰している。プローブ３０は、放電加工されることにより、ステム３２が形成される。プローブ３０をｘ軸のマイナス方向へ向けて移動させて加工を進めると、プローブ３０の台座３１に対して反対側の未加工部３３とステム３２とが連結する位置に角部１８が生じる。

図８は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００でプローブ３０を加工した場合に生じる角部１８の拡大図である。ワイヤ放電加工装置１００では、放電ワイヤ５にはｘ軸のプラス方向を向いた切削面５ｄが存在するので、角部１８における未加工部３３の表面と切削面５ｄとが対向することとなる。そのため、切削面と放電ワイヤ５の外周５ｅとが連結される連結点５ｆにより、角部１８の頂点１９を形成することとなる。連結点５ｆにおける切削面５ａと放電ワイヤ５の外周５ｅとは急峻な角度で連結される。そのため、未加工部３３とステム３２とが成す角度をほぼ９０°とすることができ、隅肉の発生を抑制することができる。

以上のように、ワイヤ放電加工装置２００では、放電ワイヤ５に加工方向（ｘ軸方向）に対して垂直な切削面５ｄを設けることで、被加工物の切削面５ｄに対向する面と加工方向と平行な面とがなす角部に隅肉が発生することを防止できる。また、ワイヤ放電加工装置２００で形成される切削面５ｄは、ワイヤ放電加工装置１００で形成される切削面５ａと反対側に形成されるので、図５の角部１６に生じる隅肉１７の発生を抑制できる。

また、ワイヤ放電加工装置２００では、ワイヤ放電加工装置１００と同様に、ドレッサ４１を用いて放電ワイヤ５に切削面５ｄを形成するので、放電ワイヤ５自体は円形断面を有する一般的な放電ワイヤを用いることができる。従って、ドレッサ４１を追加するだけの簡易な構成で、被加工物の角部の隅肉の発生を抑制できる。

さらに、ワイヤ放電加工装置２００では、ワイヤ放電加工装置１００と同様に、一般的な放電ワイヤを切削するだけなので、放電ワイヤを三角形や四角形などの断面形状を有する特殊なものと交換する必要はない。よって、隅肉の発生を抑制しつつ短時間でワイヤ放電加工を行うことが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ワイヤ放電加工装置に、上述のワイヤ放電加工装置１００のドレッサ９、ワイヤガイド１０及び１１、回り止めワイヤガイド１２だけでなく、ワイヤ放電加工装置２００のドレッサ４１、ワイヤガイド４２及び４３、回り止めワイヤガイド４４を組み合わせて設けることも可能である。これにより、加工作業の進捗に応じて、ｘ軸のマイナス方向を向く切削面５ａとｘ軸のプラス方向を向く切削面５ｄとを交互に形成し、図４に示す角部１３及び図７に示す角部１８の両方において隅肉の発生を防止することができる。

上述の実施の形態では、ドレッサ９及び４１が放電ワイヤ５を機械的に切削する場合について説明したが、これは例示に過ぎない。ドレッサは、例えば放電加工などの他の加工方法により、切削面を形成することもできる。

上述の実施の形態では、ワイヤ放電加工装置について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、ワイヤ放電加工後に被加工物の表面をワイヤで切削するワイヤ切削加工においても、同様に切削面を形成することにより、隅肉の発生が抑制された角部における研磨を行うことができる。

上述の実施の形態では、プローブ３０を加工する場合について説明したが、これは例示に過ぎない。上述のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ放電加工が可能な、板状部材などの他の形状を有する任意の形状及び材質の被加工物に適用することができる。

上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）被加工物との間で生じる放電により被加工物を切削する、第１の方向に走行する放電ワイヤと、前記第１の方向と交差する第２の方向に前記被加工物を移動させる駆動機構と、前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状の一部に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において第１の切削面を前記放電ワイヤに形成する第１の切削面形成手段と、を備える、ワイヤ放電加工装置。

（付記２）前記放電ワイヤは円形断面を有し、前記第１の切削面形成手段により切削された前記放電ワイヤの断面形状は半円形である、付記１に記載のワイヤ放電加工装置。

（付記３）前記第１の切削面形成手段により切削された前記放電ワイヤの断面に形成された前記直線部分は、前記円形断面の直径よりも短く、前記第１の切削面形成手段により切削された前記放電ワイヤの断面積は、前記円形断面の面積の１／２よりも小さい又は大きい、付記２に記載のワイヤ放電加工装置。

１ 制御装置
２ チャック駆動部
３ ワイヤ駆動部
４ チャック
５ 放電ワイヤ
５ａ、５ｄ 切削面
５ｂ、５ｅ 外周
５ｃ、５ｆ 連結点
６、７ ガイドローラ
８ 加工電源
９、４１ ドレッサ
１０、１１、４２、４３ ワイヤガイド
１２、４４ 回り止めワイヤガイド
１３、１６、１８ 角部
１４、１９ 頂点
１７ 隅肉
２０ 駆動機構
３０ プローブ
３１ 台座
３２ ステム
３３ 未加工部
１００、２００ ワイヤ放電加工装置
ＣＳ０ 円形断面
ＣＳ１、ＣＳ３ Ｄ字形状断面
ＣＳ２ 半円形断面

Claims (6)

1. 被加工物との間で生じる放電により被加工物を切削する、第１の方向に走行する放電ワイヤと、
   前記第１の方向と交差する第２の方向に前記被加工物を移動させる駆動機構と、
   前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状の一部に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において第１の切削面を前記放電ワイヤに形成する第１の切削面形成手段と、
   前記第１の切削面を前記第２の方向へ向けて固定する第１の切削面固定手段と、を備える、
   ワイヤ放電加工装置。
2. 前記第１の切削面が形成された前記放電ワイヤを、前記第１の切削面が形成されていない位置で支持する第１のワイヤガイド手段を更に備える、
   請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記放電ワイヤは円形断面を有し、
   前記第１の切削面形成手段により切削された前記放電ワイヤの断面形状は半円形である、
   請求項１又は２に記載のワイヤ放電加工装置。
4. 前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において前記第１の切削面の反対側に第２の切削面を前記放電ワイヤに形成する第２の切削面形成手段を更に備える、
   請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
5. 前記第１の切削面と前記第２の切削面とは、択一的に前記放電ワイヤに形成される、
   請求項４に記載のワイヤ放電加工装置。
6. 被加工物との間で生じる放電により被加工物を切削する放電ワイヤを第１の方向に走行させ、
   前記第１の方向と交差する第２の方向に前記被加工物を移動させ、
   前記放電ワイヤを切削して前記放電ワイヤの断面形状の一部に直線部分を形成することにより、前記放電ワイヤと前記被加工物との間に放電が生じる位置において第１の切削面を前記放電ワイヤに形成し、
   前記第１の切削面を前記第２の方向へ向けて固定する、
   ワイヤ放電加工方法。

Images