JP6974037B2 - ワイヤガイド、およびそれを用いたワイヤ電極 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤガイドおよびワイヤ電極、例えば放電加工機に用いられるワイヤガイド、およびワイヤ電極に関するものである。

従来より、ワイヤ電極と工作物との間に放電現象を発生させて、工作物を切抜き加工する放電加工機が知られている。放電加工機において、放電加工をする際にワイヤ電極およびワイヤガイドが用いられる（特許文献１参照）。

特開２０００−５９３４号公報

特許文献１には、第１筒体と、第２筒体とを備えているワイヤガイドが記載されている。このとき、第２筒体は第１筒体に嵌め込まれている。第２筒体の貫通孔の内周は、端部からの平面視において、円形状である。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、内周が、挿通されるワイヤと比較して大きすぎると、ガイドの役割を果たすのが難しい場合があった。また、内周が挿通されるワイヤと比較して差が小さすぎると、ワイヤ等のくずが貫通孔内に詰まる場合があった。

本発明の一実施形態に係るワイヤガイドは、第１筒体と、第２筒体とを備えている。第１筒体は、第１端部と、第１端部の他端に位置した第２端部と、第１端部から第２端部にかけて設けられた、第１貫通孔とを有している。第２筒体は、第２端部側において、第１貫通孔の内側に位置するとともに、第１端部側からの平面視において、第１貫通孔と重なって位置した第２貫通孔を有する。第２端部側からの平面視において、第２貫通孔は、内周が凹部および凸部を有した凹凸状になっており、前記凹部は、前記第２貫通孔の長手方向に沿って伸びている。前記第１端部側に位置する前記第１貫通孔の径は、前記第２端部側に位置する前記第１貫通孔の径よりも小さい段差部を有している。

本発明の一実施形態に係るワイヤ電極は、上述したワイヤガイドと、ワイヤとを備えている。ワイヤは、ワイヤガイドの第１端部から第２端部にかけて、第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿通されている。

本発明の一実施形態に係るワイヤガイドは、上記のような構成であることによって、貫通孔に挿通されるワイヤ等のくずが詰まることを低減させることができる。このことによって、本発明の一実施形態に係るワイヤ電極は、ワイヤがワイヤガイドに、ワイヤのくずが詰まることを低減された状態で挿通されることができる。

本発明の一実施形態に係るワイヤ電極を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤ電極を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示した図３のＡの拡大図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示した図７のＢの拡大図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す分解断面図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤガイドのうち、第２筒体を示す断面図である。 発明の一実施形態に係るワイヤガイドのうち、第２筒体の内周の形状を示す平面図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。本発明の実施形態に係るワイヤガイドは、例えば数十μｍ程度の細径穴または溝を加工するための放電加工装置に用いられる放電電極（ワイヤ）を支持するワイヤガイド、およびワイヤ電極に用いられるものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るワイヤ電極を示す平面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るワイヤ電極を示す断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す斜視図である。図４は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す分解斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示した図３のＡの拡大図である。図６は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す平面図である。図７は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す断面図である。図８は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示した図７のＢの拡大図である。図９は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドを示す分解断面図である。図１０は、本発明の一実施形態に係るワイヤガイドのうち、第２筒体を示す断面図である。図１１は、発明の一実施形態に係るワイヤガイドのうち、第２筒体の内周の形状を示す平面図である。

＜ワイヤ電極の構成＞
図１および図２は、本発明の一実施形態におけるワイヤガイド１０を備えたワイヤ電極３０の縦断面図を示す。ワイヤ電極３０は、ワイヤガイド１０と、ワイヤガイド１０に挿通されたワイヤ２０を備えている。

ワイヤガイド１０は、第１筒体１および第２筒体２を備えている。第１筒体１は、第１貫通孔２１を有しており、第２筒体２は、第２貫通孔２２を有している。

ワイヤガイド１０の第１貫通孔２１および第２貫通孔２２には、後述するワイヤ２０が挿通される。第１貫通孔２１の内側に第２筒体２が位置している。そして、ワイヤ２０は、第１筒体１の一端（後述する第１端部１１）から第１貫通孔２１、第２貫通孔２２の内部を通り、第１筒体１の他端（後述する第２端部１２）まで挿通される。

ワイヤ２０には、例えば、銅，銅タングステン，グラファイト等が用いられる。微細孔の加工の場合、例えば、１００μｍ以下のワイヤ２０が使用されるのがよい。

ワイヤ２０と加工対象との間に電源によって所定の電圧を印加し、ワイヤ２０を回転させながらワイヤ２０を加工対象に接近させる。そして、ワイヤ２０と加工対象との間に放電を生じさせて放電加工が施される。

このとき、ワイヤガイド１０が後述するように、第２筒体２の内周が凹凸状であることによって、放電加工時に発生するワイヤ２０のくずの、貫通孔内への付着を抑制することができるので、第２貫通孔２２とワイヤ２０との間のクリアランスを小さくすることができる。これによって、ワイヤ２０は加工対象に形成される微細孔等の位置へ精度よく案内されるので、本発明の一実施形態に係る放電加工装置は、加工精度のよい微細孔等を放電
加工によって形成することができる。

上記のようなワイヤガイド１０は、放電加工装置のワイヤガイド１０として放電加工装置内に装着される。放電加工装置は、ワイヤ２０を繰り出す繰出機構を備えている。ワイヤ２０は、この繰出機構からその下方に配置されたワイヤガイド１０の第１貫通孔２１に通され、第２筒体２の第２貫通孔２２を挿通して、第１端部１１側の第２貫通孔２２の開口部から突出するようにセットされる。

＜ワイヤガイドの構成＞
図３〜図１１に示すように、本発明の一実施形態に係るワイヤガイド１０は、第１筒体１と第２筒体２とを備えている。第１筒体１は、第１貫通孔２１を有しており、第２筒体２は、ワイヤ２０が突出してセットされる第２貫通孔２２を有している。第２筒体２は、第１貫通孔２１の開口部の内側に位置している。

第１筒体１は、第１端部１１と、第１端部１１の他端に位置した第２端部１２と、第１端部１１から第２端部１２にかけて設けられた第１貫通孔２１を有している。第１貫通孔２１は、前述のように第２端部１２側の内周面に、第２筒体２が嵌め込まれる。

ワイヤガイド１０には、ワイヤ２０と加工対象との間の絶縁をとる必要があるため、第２筒体２には、少なくとも絶縁材料が用いられる。各種絶縁材を用いることができるが、取り分け絶縁性、耐熱性、耐摩耗性に優れているセラミックスを用いる。セラミック材料の中でも、アルミナセラミックス，ジルコニアセラミックスなどの耐磨耗性に優れたセラミックスを用いる。また、熱伝導特性、耐熱特性に優れた炭化珪素や窒化珪素などのセラミックスで作製してもよい。

また、加工対象との間に絶縁を取るようにすれば、金属材料を用いてもよい。金属材料は、例えば超硬、ハイス鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ：Steel Use Stainless）等である。

図３、図４および図６に示すように、第１筒体１は、例えば円筒形状であって、長さが３０ｍｍ〜３００ｍｍ、外径の大きさが２ｍｍ〜１５ｍｍであり、内径の大きさ、つまり第１貫通孔２１の内周の径が０．５ｍｍ〜８ｍｍである。また、ワイヤガイド１０を放電加工装置に取り付ける際の取付性を向上させるために、第１端部１１側の円筒の側壁に突起部が設けられる。また、第１端部１１に向かうに連れて外径が小さくなっていてもよいし、第２端部１２に向かうに連れて外径が小さくなっていてもよい。また、第１筒体１は、例えば上述したようなセラミック材料、樹脂材料、金属材料から形成されている。

図７に示すように、第１貫通孔２１は、第１筒体１を第１端部１１から第２端部１２まで長さ方向に貫通している貫通孔である。第１貫通孔２１は、上述したように径が、例えば０．５ｍｍ〜８ｍｍである。また、第１端部１１側と第２端部側１２で、径の大きさが異なっており、第１貫通孔２１は、途中で段差部２３を有している。この段差部２３と第２端部１２との間に第２筒体２が位置している。

ワイヤガイド１０に設けられる第１貫通孔２１は、ワイヤ２０が第１貫通孔２１内で回転可能とし、ワイヤ２０の先端が放電によって損耗するに従って第１貫通孔２１から繰り出せるように、ワイヤ２０の直径よりわずかに太くクリアランスを設けて作製される。ただし、ワイヤ２０が振れてワイヤ２０の先端（ワイヤ２０が第２端部１２より突出する部分）が穿孔位置からずれてしまわないようにするために、クリアランスはできるだけ小さくするのがよい。

また、第１貫通孔２１は、第１端部１１側において、第１端部１１から第２端部１２に
向かって内径が小さくなるテーパー状になっている。つまり、第１貫通孔２１は、第１端部１１において、例えば開口部の径が中央部の第１貫通孔２１の径より１ｍｍ〜１０ｍｍ大きい寸法であり、第２端部１２に向かうに従って内径が小さくなる。このことによって、挿通されるワイヤ２０を第１端部１１の開口部から第１貫通孔２１に挿入しやすくすることができる。

図４および図７に示すように、第２筒体２は、第１筒体１の第２端部１２側の第１貫通孔２１の開口部の内部に位置しており、第１貫通孔２１に嵌め込まれている状態である。また、段差部２３と第２端部１２との間に位置している。また、第２筒体２は、第２端部１２側と反対側の他端に第３端部１３を有している。

図４に示すように、第２筒体２は、例えば円筒形状であって、長さが５ｍｍ〜４０ｍｍ、外径の大きさが１ｍｍ〜１０ｍｍであり、内径の大きさ、つまり第２貫通孔２２の内周の径が０．５ｍｍ〜８ｍｍである。また、第２筒体２は、例えばセラミック材料、ガラス材料、樹脂材料から形成されている。このとき、第２筒体２は、第１筒体１と同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。

第２貫通孔２２は、第２筒体２を第３端部１３側（第１端部１１側）から第２端部１２側まで長さ方向（第１貫通孔２１の貫通方向）に貫通している貫通孔である。第２貫通孔２２は、上述したように径が、例えば０．５ｍｍ〜８ｍｍである。

図５に示すように、第２貫通孔２２は、第２端部１２側からの平面視において、内周が凹凸状になっている。凹凸は、例えば径の大きさに対して、１〜１０％凸凹している場合のことをいう。内周が凹凸になっていることによって、凸部で精度よくワイヤ２０を保持し、ワイヤ２０のガイドをしつつ、凹部で放電加工によるワイヤ２０のくずが第２貫通孔２２の内部にたまって、貫通孔がつまり、ワイヤ２０が繰出せなくなることを低減させることができる。その結果、スムースにワイヤ２０を繰出すことができる。

ワイヤガイド１０に設けられる第２貫通孔２２は、ワイヤ２０が第２貫通孔２２内で回転可能とし、ワイヤ２０の先端が放電によって損耗するに従って第２貫通孔２２から繰り出せるように、ワイヤ２０の直径よりわずかに太くクリアランスを設けて作製される。ただし、ワイヤ２０が振れてワイヤ２０の先端が穿孔位置からずれてしまわないようにするために、クリアランスはできるだけ小さくするのがよい。クリアランスを小さくした上で、第２貫通孔２２の内周が凹凸状になっているのがよい。このことによって、ワイヤ２０が振れてワイヤ２０の先端が穿孔位置からずれてしまわないようにするだけでなく、放電加工等によって生じるワイヤ２０のくずが貫通孔内に残って詰まることを低減させることができる。

図８に示すように、第２貫通孔２２は、第３端部１３側（第１端部１１側）において、第３端部１３から第２端部１２に向かって内径が小さくなるテーパー状になっている。つまり、第２貫通孔２２は、第３端部１３の開口部において、例えば径が第２筒体２の中央部における第２貫通孔２２の径より０．２ｍｍ〜５ｍｍ大きい径である。このことによって、挿通されるワイヤ２０を第１貫通孔２２から第２貫通孔２２に挿入しやすくすることができる。特に、第１端部１１から段差部２３における、第１貫通孔２１の径より第２貫通孔２２の径が小さくなっているため、第３端部１３の開口部の径が第１貫通孔２１の第１端部１１から段座部２３における径より広く開口している方がより挿入しやすくなる。

また、第２貫通孔２２は、第１端部１１側あるいは第２端部１２側からの平面視において、第１貫通孔２１と重なっている。つまり、第１筒体１に第２筒体２が嵌め込まれたワイヤガイド１０の状態においても、第１貫通孔２１から第２貫通孔２２にかけて貫通する
貫通孔を有している。特に、第１貫通孔２１の径の中心と、第２貫通孔２２の径の中心とが重なっている。第１貫通孔２１の径の中心と、第２貫通孔２２の径の中心とが重なっていることによって、ワイヤ２０の挿通がしやすくなる。

前述したように、第２貫通孔２２は、第２端部１２側からの平面視において、内周が凹凸状になっている。内周が凹凸になっていることによって、凸部の上面（ワイヤ２０の外周面に対向する面）がワイヤ２０の外周面に接触することで精度よくワイヤ２０の先端部を保持し、ワイヤ２０のガイドをしつつ、凹部は、放電加工によって生じるワイヤ２０のくずが第２貫通孔２２とワイヤ２０の外周面との間にたまって、第２貫通孔２２がワイヤ２０のくずでつまり、ワイヤ２０が第２貫通孔２２を介して第１端部１１から繰出せなくなることを低減させることができる。その結果、スムースにワイヤ２０を繰出すことができる。

第２端部１２側からの平面視において、第２貫通孔２２の内周は、等間隔に凹凸状になっているのがよい。この場合には、一箇所にくずが溜まったり、挿通されるワイヤ２０の中心が第２貫通孔２２の中心位置から偏ってしまうおそれを低減させることができる。

図１１に示すように、第２端部１２側からの平面視において、第２貫通孔２２の内周は、第２筒体２の中心を通る第１仮想線Ｘ上が凸状になっている。また、第１仮想線Ｘと直交するとともに、第２筒体２の中心を通る第２仮想線Ｙ上が凹状になっているのがよい。このことによって、より効率よく凸部で精度よくワイヤ２０の先端部を保持しつつ、ワイヤ２０のガイドをしつつ、凹部で放電加工によるワイヤ２０のくずが第２貫通孔２２の内部にたまって、第２貫通孔２２がワイヤ２０のくずでつまり、ワイヤ２０が第２貫通孔２２を介して第１端部１１から繰出せなくなることを低減させることができる。

また、第２筒体２の端面、つまり第３端部１３と、段差部２３との間が空いていてもよい。この場合には、段差部２３から第２端部１２までの長さ（第１貫通孔２１の貫通方向の長さ）は、第２筒体２よりも長くなっている。このことによって、第３端部１３と反対側の第２筒体２の端面と第２端部１２の端面とが面一となるように、第２端部１２側から第２筒体２を第１貫通孔２１に挿入固定する際に、第３端部１３が第１貫通孔２１の段差部２３に接触することによって生じる負荷が第３端部１３に与えられることなく、第２筒体２を第１貫通孔２１に嵌め込むことができる。よって、第３端部１３が第１貫通孔２１の段差部２３に接触することによって生じる負荷に起因した第２筒体２のクラックや割れを低減できる。また、第２筒体２が第１貫通孔２１からはみ出すことによる、後からの切り取り加工、はみ出した箇所の外力による負荷や欠け等のおそれを低減することができる。

また、第１貫通孔２１は、第２端部１２側の径が第２筒体２の外周面との間に空隙が設けられる大きさとする。すなわち、第２端部１２側の第１貫通孔２１の内周面と第２筒体２の外周面との間には空隙が設けられる。なお、段差部２３から第２端部１２側の第１貫通孔２１の内周面の径は、第２筒体２の外周面が第１貫通孔２１と接触することによって第２筒体２が第１貫通孔２１に嵌着固定される程度の大きさとする。これにより、第２筒体２が段差部２３の第１貫通孔２１内に固定されるとともに、第１筒体１と第２筒体２との接触によって生じる応力を低減させることができ、第２筒体２に生じるクラックや割れを低減させることができる。

本発明の実施形態に係るワイヤガイド１０は、以上のような構成を有していることによって、放電加工等に使用するワイヤ２０を挿通させて使用する際に、第２筒体２にワイヤ２０のくず等が詰まることを低減させることができる。くずが詰まることがないと、長期間使用することができる。

特に、くずが詰まらないようにするだけであれば、各貫通孔の径を大きくすればよいが、貫通孔の径を大きくし過ぎると、ワイヤ２０を挿通させる際に、ぶれるため、ワイヤ２０を入れ難くなる。また、貫通孔の径が小さすぎると、ワイヤ２０は挿通させやすくなるが、放電加工等で使用するに当たっては、発生するくずが詰まりやすくなる。

このため、放電加工等される側のワイヤ２０が挿通される貫通孔（第２貫通孔２２）の内周を凹凸にすることによって、ワイヤ２０のガイドとしての役割を果たしつつ、ワイヤ２０のくずが詰まるのを低減させることができる。また、全体に凹凸を設ける場合と比較して、ワイヤガイド１０としての加工の工程を簡単にすることができる。

＜ワイヤガイドの製造方法＞
例えば、第１筒体１が金属製であり、第２筒体２がセラミックス製のワイヤガイド１０を作製する場合、第１筒体１は、ＳＵＳ等の金属部材を切削加工することによってその外形と第１貫通孔２１が形成される。第２筒体２は、円筒体のセラミック成形体を押し出し成形やプレス成形、射出成形などの成形方法で成形し、焼成することによって作製され、第１貫通孔２１を有する第１筒体１および第２貫通孔２２を有する第２筒体２が作製される。そして、第１筒体１の第２端部１２側の開口部から第２筒体２が第１貫通孔２１に挿入固定され、ワイヤガイド１０が作製される。

なお、セラミック製の第２筒体２は、第２貫通孔２２の内周面の表面に微細な凹凸が設けられることにより、ワイヤ２０と第１貫通孔２１との間の摩擦抵抗を低減させることができる。つまり、ワイヤ２０の送り、あるいは回転をスムースに行うことが可能になる。

また、例えば、セラミックス製のワイヤガイド１０を作製する場合、第１筒体１に第１貫通孔２１、第２筒体２に第２貫通孔２２を成形段階で予め形成することが可能な押し出し成形方法がよい。もしくは、円筒体のセラミック成形体を押し出し成形やプレス成形、射出成形などの成形方法を用いて作製し、その後に、ドリルなどを用いた穿孔加工等により、第１貫通孔２１および第２貫通孔２２を形成してもよい。成形後に、それぞれのタイプのセラミックスに適した温度にて焼成して、第１貫通孔２１，第２貫通孔２２をそれぞれ有したセラミック焼結体が作製される。

長さの短いワイヤガイド１０の場合は、第１筒体１０に第１貫通孔２１、および第２筒体２に第２貫通孔２２を有しないセラミック円筒体を焼結させた後に、レーザー加工や、ダイヤモンド砥粒を用いた超音波加工もしくはブラスト加工を用いて、それぞれ第１貫通孔２１および第２貫通孔２２を形成してもよい。

さらに、ダイヤモンド砥石などにより、外周面および長手方向両端面の研削加工がなされ、所定の寸法へと加工される。また、第１貫通孔２１および第２貫通孔２２の公差が非常に厳しい場合は、ダイヤモンド砥粒などを用いたワイヤ研磨を行うことにより、数μｍレベルの公差のものを加工することができる。さらにワイヤ２０の挿入性を向上させるためには、第１貫通孔２１の入り口部のエッジを除去する必要があるが、それらについては、バレル研磨や、バフ研磨等により加工することができる。もしくはダイヤモンド製のバイトを用いることにより、その第１貫通孔２１および第２貫通孔２２の入り口部をテーパ形状に加工し、ワイヤ２０の挿入性をさらに向上させることもできる。

さらに、セラミック製の第１筒体１およびだ２筒体２の場合には、第１貫通孔２１および第２貫通孔２２の内周面は、表面に微細な凹凸が設けられることにより、ワイヤ２０と第１貫通孔２１との間の摩擦抵抗を低減させることができる。つまり、ワイヤ２０の送り、あるいは回転をスムースに行うことが可能になる。

微細な凹凸を有する場合には、コード法による焼結後のセラミック粒子の結晶粒経を０．１５μｍ乃至３．０μｍとすればよい。また、焼結後の算術平均粗さＲａで０．１μｍ乃至０．５μｍとするとよい。コード法とは、結晶写真上に直線を引き、この直線を横切る粒子の数でその直線の長さを割ることにより結晶粒径を定義する方法である。

第２貫通孔２２の内周の凹凸の形成については、押し出し成形が最も適している。成形時に第１貫通孔２１を形成するための金型ピンの形状を所定の形状にし、その金型ピンに沿ってセラミックスを押し出し成形すれば、長手方向に均一な第２貫通孔２２の断面形状を容易に作製できる。

なお、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、数値などの種々の変形は可能である。本実施形態における特徴部の種々の組み合わせは上述の実施形態の例に限定されるものではない。

１０ ワイヤガイド
１ 第１筒体
２ 第２筒体
１１ 第１端部
１２ 第２端部
１３ 第３端部
１４ 第４端部
２１ 第１貫通孔
２２ 第２貫通孔
２３ 段差部
２０ ワイヤ
３０ ワイヤ電極
Ｘ 第１仮想線
Ｙ 第２仮想線

Claims (7)

1. 第１端部と、前記第１端部の他端に位置した第２端部と、前記第１端部から前記第２端部にかけて設けられた、第１貫通孔とを有している第１筒体と、
   前記第２端部側において、前記第１貫通孔の内側に位置するとともに、前記第１端部側からの平面視において、前記第１貫通孔と重なって位置した第２貫通孔を有する第２筒体と、を備え、
   前記第２端部側からの平面視において、前記第２貫通孔は、内周が凹部および凸部を有した凹凸状になっており、
   前記凹部は、前記第２貫通孔の長手方向に沿って伸びており、
   前記第１端部側に位置する前記第１貫通孔の径は、前記第２端部側に位置する前記第１貫通孔の径よりも小さい段差部を有していることを特徴とするワイヤガイド。
2. 前記第２筒体は、前記第１端部側に第３端部を有しており、
   前記第２貫通孔は、第３端部側において前記第３端部から前記第２端部に向かってテーパー状に開口していることを特徴とする請求項１に記載のワイヤガイド。
3. 前記第１貫通孔は、前記第１端部側において前記第１端部から前記第２端部に向かってテーパー状に開口していることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のワイヤガイド。
4. 前記第１貫通孔の内部において、前記第２筒体の端部の端面と、前記第１貫通孔の内壁とは、間があいていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤガイド。
5. 前記第２貫通孔の内周は、等間隔に凹凸状になっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワイヤガイド。
6. 前記第２端部側からの平面視において、前記第２貫通孔の内周は、前記第２筒体の中心を通る第１仮想線上が凸状になっており、前記第１仮想線と直交する第２仮想線上が凹状になっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワイヤガイド。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のワイヤガイドと、
   前記ワイヤガイドの前記第１端部から前記第２端部にかけて、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿通されたワイヤと、を備えたことを特徴とするワイヤ電極。

Images