JP4157885B2 - 加工電極及び型彫放電加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工電極及び型彫放電加工装置に関し、より特定的には、被加工部材の型彫放電加工に用いられる加工電極及び型彫放電加工装置に関するものである。

近年、携帯情報端末などの電子機器の小型化、軽量化が進んでいる。これらの電子機器を構成する集積回路（ＩＣ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体部品をはじめとして、電子部品の微細化、高精度化、高集積化の要求が高まっている。電子部品を微細化、高精度化、高集積化するための材料の加工方法の一つとして、型彫放電加工が知られている。型彫放電加工は、工具作製用電極の形状をそのまま被加工部材に転写することができるという特徴を有することから、金属の加工をはじめとする幅広い分野において利用されている。

従来、形彫放電加工は、絶縁性を有する加工液の中で、所定の隙間を空けて配置された加工電極と被加工部材との間に所定の電圧を印加し、その際に発生するスパーク放電によって被加工部材を溶融あるいは蒸発させることによって行われる（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載される従来の型彫放電加工装置の概略構成を示す斜視図である。図６に示される型彫放電加工装置は、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動自在なテーブル１０１と、テーブル１０１の上面に固定され、その内部に加工液を貯留することができる加工槽１０３と、垂直方向（Ｚ軸方向）へと移動自在なヘッド１０４と、ヘッド１０４に取り付けられた加工電極１０５と、導電性の材料よりなり、テーブル１０１に固定される測定子１０６とを備える。

図７は、図６に示される加工電極の下面図であり、図８は、図７に示されるＺ−Ｚラインの断面図である。図７及び図８に示されるように、加工電極１０５は、加工すべき形状に対応して形成されている複数の部分電極１１２ａ〜１１２ｆを含んでいる。加工電極１０５は、その使用時において、図６に示されるように、部分電極１１２ａ及び１１２ｆの各々が垂直下方に延びるように、ヘッド１０４に取り付けられる。

ここで、型彫放電加工を行う際の、加工電極１０５に対する被加工部材１０２の位置決めについて説明する。まず、テーブル１０１をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させ、加工電極１０５に形成された部分電極１１２ａ〜１１２ｆの端部、または、ベース部１０８の側面に、測定子１０６を接触させる。このとき、制御部（図示せず）は、測定子１０６と加工電極１０５とが導通することを検知することによって、加工電極１０５の基準点を算出する。制御部は、ＮＣ装置を介して接続されるテーブル１０１及びヘッド１０４へと、位置決めのための信号を送出する。これにより、加工電極１０５に対する被加工部材１０２の位置を調整することができる。

また、近年、加工電極の端部に複数のアライメントマークを設け、ＣＣＤカメラなどを用いた画像認識によって、加工電極の基準点を算出し、算出された加工電極の基準点に基づいて、被加工部材が設置されるテーブルに位置決めのための信号を送出する方法が知られている。
特開２０００−２２５５２７号公報

上記のような従来の型彫放電加工装置には、次のような問題がある。

まず、加工形状の微細化への要求が高まるにつれて、加工電極に形成される部分電極の形状が微細化し、部分電極の数が増加する。このような微細な部分電極を多数含む加工電極に対して、従来のように部分電極の一部に測定子を接触させた場合、加工電極の一部が破損する可能性がある。

また、加工電極のベース部に測定子を接触させることも考えられるが、加工電極を形成するための電極ブランク材料自体が厳密な直方体に形成されていることは皆無に等しいため、ベース部の側面の各々をＺ軸に対して平行な面に面出し加工する事が不可欠である。この場合、加工電極を形成するためにより多くの時間が必要となるので非効率である。また、広い面積を精密な平面に仕上げることは、技術的にも困難である。

更に、アライメントマークを用いた画像認識処理によって位置決めを行う方法では、測定子と加工電極との接触によって加工電極の位置を規定する方法と比べると、位置決めの精度が低下する。また、画像認識による垂直方向の位置決めは困難であった。

それ故に、本発明は、加工電極を損傷することなく、高精度で加工電極の基準位置を取得することができる加工電極及び型彫放電加工装置を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、第１の発明は、型彫放電加工に用いられる加工電極であって、ベース部と、ベース部の表面から突出するように、ベース部と一体的に形成される少なくとも一つの部分電極と、ベース部の表面から部分電極と同一方向に突出するように、ベース部と一体的に形成され、かつ、その先端に平面部を有する凸部とを備え、部分電極の先端と平面部とが予め定められた位置関係に設定される。

このような構成によれば、加工電極の使用時に、測定子を接触させることによって、被加工部材に対する加工電極の垂直方向の位置合わせを行う場合、部分電極を用いることなく、凸部を利用して加工電極の基準位置を取得することができるので、部分電極と測定子との接触に起因する部分電極の損傷を防止することが可能となる。

この場合、平面部は、部分電極の先端からベース部の先端側へと所定距離離れた位置において、部分電極の軸方向と平行な方向に対して直交することがより好ましい。

また、ベース部は、部分電極の軸方向と平行な側壁を有する段差部を含んでも良い。

このような構成によれば、加工電極の使用時に、測定子を接触させることによって、被加工部材に対する加工電極の水平方向の位置合わせを行う場合、加工電極の基準位置として、段差部を利用することができるので、部分電極と測定子との接触に起因する部分電極の損傷を防止することが可能となる。

第２の発明は、被加工部材を型彫放電加工するための型彫放電加工装置であって、被加工部材を保持する加工槽と、加工槽によって保持される被加工部材に対して、所定の位置に固定される導電性の測定子と、ベース部と、ベース部の表面から突出するように、ベース部と一体的に形成される少なくとも一つの部分電極と、ベース部の表面から部分電極と同一方向に突出するように、ベース部と一体的に形成され、かつ、その先端に平面部を有する凸部とを備え、部分電極の先端と平面部とが予め定められた位置関係に設定される加工電極と、加工電極を保持し、少なくとも垂直方向に移動するヘッドと、測定子と平面部との接触の検知に基づいて、加工電極の垂直基準位置を算出し、算出された垂直基準位置を用いて、被加工部材に対する加工電極の垂直位置が調整されるようにヘッドの移動を制御する制御部とを備える。

このような構成によれば、被加工部材に対する加工電極の垂直位置を調整する際に、加工電極の凸部に形成された平面部が利用されるため、測定子との接触によって部分電極が損傷することを防止することが可能となる。

また、加工槽を水平方向に移動させるテーブルを更に備え、ベース部は、部分電極の軸方向と平行な側壁を有する段差部を含み、測定子は、テーブルに固定されており、制御部は、更に、測定子と側壁との接触の検知に基づいて、加工電極の水平基準位置を算出し、算出された水平基準位置を用いて、被加工部材に対する加工電極の水平位置が調整されるようにテーブルの移動を制御しても良い。

このような構成によれば、被加工部材に対する加工電極の水平位置を調整する際に、加工電極の段差部に形成された側壁部が利用されるため、測定子との接触によって部分電極が損傷することを防止することが可能となる。

本発明に係る加工電極によれば、凸部の平面部を用いて加工電極の基準位置を取得することができるため、測定子を部分電極及び加工電極の側面のいずれにも接触させることが不要となる。これにより、測定子を部分電極と接触させることに起因する加工電極の損傷を防止することが可能となる。また、加工電極の基準位置を取得するために、高い精度で加工された凸部を用いることによって、部分電極の一精度を著しく向上させることが可能となる。更に、凸部によって、加工電極の基準位置の取得が容易となる。

また、本発明に係る型彫放電加工装置によれば、加工電極に形成された凸部及び段差部を用いて、精度良く被加工部材に対する加工電極の位置決めをすることが可能となる。これにより、高い位置精度で部分電極の形状を被加工部材に転写することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る型彫放電加工装置の概略構成を示す斜視図である。図に示される型彫放電加工装置１１は、テーブル１と、加工槽３と、測定子６と、加工電極５と、ヘッド４と、制御部（図示せず）とを備える。

テーブル１は、水平方向（図１に示されるＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動自在となるようにＮＣ装置等の移送機構に取り付けられている。

加工槽３は、テーブル１の上面に固定され、その内部に被加工部材２を保持する。また、加工槽３は、保持される被加工部材２を浸漬するための加工液（図示せず）を貯留する。

測定子６は、導電性の材料よりなり、加工槽３の内部に保持される被加工部材２に対して予め規定された位置に配置されるように、テーブル１に固定されている。

加工電極５は、被加工部材２に転写すべき形状に形成された部分電極１２ａ〜１２ｄを備えているが、更なる詳細については後述する。

ヘッド４は、加工電極５を保持し、垂直方向（図１に示されるＺ軸方向）に移動自在となるように、図示しないＮＣ装置等の移送機構に取り付けられている。

図示しない制御部は、ヘッド４と、テーブル１とに制御信号を出力し、ヘッド４及びテーブル１を移動させる。また、制御部は、測定子６と加工電極５とが接触したときに、測定子６と加工電極５との導通を検知することができる。

ここで、加工電極５について詳細に説明する。

図２は、図１に示される加工電極の下面図であり、図３は、図２に示されるＸ−Ｘラインの断面図であり、図４は、図２に示されるＹ−Ｙラインの断面図である。加工電極５は、ベース部１０と、ベース部１０の表面から突出する複数の部分電極１２ａ〜１２ｆと、ベース部１０の表面から部分電極１２ａ〜１２ｆの各々と同一方向に突出する凸部７とを備える。

凸部７の先端には、部分電極１２ａ〜１２ｆの各々の先端に対して予め定められた位置関係に設定される平面部１４が形成されている。より特定的には、平面部１４は、例えば部分電極１２ｂの先端からベース部１０の表面側へと所定距離Ｌだけ離れた位置において、部分電極１２ｂの軸方向と平行な方向に対して直交するように形成されている。凸部７は、放電加工時に、加工電極５における垂直方向（Ｚ軸方向）の基準位置を取得するために形成されるものである。

更に、本実施形態においては、加工電極５のベース部１０は、段差部８を含んでいる。段差部８には、部分電極１２ａ〜１２ｆの各々の軸方向と平行な側壁部１３ａ〜１３ｂが形成されている。段差部８は、放電加工時に、加工電極５における水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の基準位置を取得するために形成されるものである。

加工電極５は、次のように製作される。まず、所定形状の電極ブランク材料を切削することによって、放電加工時に被加工部材２に対して転写すべき形状を有する部分電極１２ａ〜１２ｆの各々と、凸部７と、段差部８を含むベース部１０とを同一工程において形成する。このとき、切削加工装置に取り付けられたＮＣ装置に、部分電極１２ａ〜１２ｆと、凸部７と、段差部８とについての座標軸データをそれぞれインプットすることによって、電極ブランク材料を粗加工する。

次に、粗加工された段差部８の側壁と、凸部７と、部分電極１２ａ〜１２ｆとの表面に、同一工程において、高精度の仕上げ加工を施す。これにより、部分電極１２ａ〜１２ｆの軸方向と直交する方向（図２における上下方向及び左右方向）における位置精度が保証された側壁部１３ａ〜１３ｄを有する段差部８と、部分電極１２ａ〜１２ｆの先端からの距離（図４における距離Ｌ）が保証された平面部１４を有する凸部７とを備える加工電極５が高い加工精度で形成される。

尚、本実施形態においては、加工電極５は、平面視矩形形状を有し、段差部８の側壁部１３ａ及び１３ｂの全体が高い精度の平面に仕上げられているが、加工電極５と測定子６との接触箇所が予め規定されている場合は、段差部８の側壁部１３ａ〜１３ｂにおける一部のみが高い精度の平面に仕上げられていても良い。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る型彫放電加工装置における位置決め処理を示すフローチャートである。以下、図１〜図５を併せて参照しながら、制御部による位置出し処理について説明する。

まず、制御部は、段差部８の４つの側壁部１３ａ〜１３ｄのＸ座標またはＹ座標を取得する（ステップＳ１０１）。より詳細には、ＮＣ装置を介してテーブル１と測定子６とを一体的にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、測定子６を段差部８の側壁部１３ａに接触させる。制御部は、測定子６と加工電極５との導通によって、測定子６と側壁部１３ａとの接触を検知する。そして、制御部は、測定子６と側壁部１３ａとの接触の検知に基づいて、側壁部１３ａのＸ座標を取得する。同様に、測定子６を他の側壁部１３ｂ〜１３ｄに順に接触させる。制御部は、側壁部１３ｂ〜１３ｄのＸ座標及びＹ座標を取得する。

次に、制御部は、取得した側壁部１３ａ〜１３ｄのＸ座標またはＹ座標に基づいて、加工電極５の基準点のＸ座標及びＹ座標を算出する（ステップＳ１０２）。加工電極５の基準点とは、加工電極５と被加工部材２との水平方向の位置関係を調整するために、加工電極５における基準位置として使用される点である。例えば、本実施形態においては、基準点として加工電極５の水平方向の中心座標が用いられる。尚、基準点として、中心座標以外に、例えば加工電極５の頂点等が用いられても良い。

次に、制御部は、算出された基準点のＸ座標及びＹ座標をテーブル１に出力する（ステップＳ１０３）。制御部は、加工電極５と被加工部材２との位置関係が調整されるように、算出した基準点の座標を用いて、ヘッド４の水平方向の移動を制御する。

次に、加工電極の垂直方向の基準位置を取得するために、制御部は、平面部１４のＺ座標を取得する（ステップＳ１０４）。より詳細には、測定子６が加工電極５の下方に位置するようにテーブル１を移動させた状態において、ＮＣ装置を介してヘッド４をＺ軸方向に移動させ、測定子６を凸部７の平面部１４に接触させる。制御部は、測定子６と加工電極とが導通することによって、測定子６と平面部１４との接触を検知する。そして、制御部は、測定子６と平面部１４との接触の検知に基づいて、平面部１４のＺ座標を取得する。

次に、制御部は、平面部１４のＺ座標を垂直方向の基準位置として、ヘッド４に出力する（ステップＳ１０５）。制御部は、加工電極５と被加工部材との位置関係が調整されるように、算出したＺ座標を用いて、ヘッド１０４の垂直方向の移動を制御する。

このようにして求められた加工電極５における基準点のＸ、Ｙ、Ｚ座標を位置決め信号としてテーブル１及びヘッド４に出力することによって、制御部は、加工電極５と被加工部材２との水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の位置ずれと、加工電極５と被加工部材２との垂直方向（Ｚ軸方向）の位置ずれとを修正することができる。その後、被加工部材２に対して位置決めされた加工電極５を用いて、被加工部材２の型彫放電加工が行われる。

以上のように、本実施形態に係る加工電極５及び型彫放電加工装置１１によれば、凸部７の先端に形成された平面部１４を利用して、微細形状の部分電極１２ａ〜１２ｆが形成された加工電極５におけるＺ軸方向の基準位置を容易に算出することが可能となる。また、段差部８に形成された側壁部１３ａ〜１３ｄを利用して、加工電極５におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の基準位置を容易に算出することができる。したがって、加工電極５を位置決めするために、従来のように、測定子６を微細形状の部分電極１２ａ〜１２ｆに接触させる必要がないので、部分電極１２ａ〜１２ｆの損傷を防止することが可能となる。

また、平面部１４及び側壁部１３ａ〜１３ｄは、高い精度の平面に仕上げられているため、加工電極５と被加工部材２との位置決め精度を著しく向上させることが可能となる。その結果、被加工部材２に加工電極５の形状を高い位置精度で転写することが可能となる。

尚、上記の第１の実施形態においては、加工電極は、平面視矩形状に形成されているが、矩形以外の形状に形成されていても良い。

また、上記の第１の実施形態においては、凸部は、加工電極の中央に形成されているが、中央以外の部分に形成されていても良い。また、凸部の平面形状は、矩形以外であっても良い。

更に、上記の第１の実施形態においては、ベース部は、部分電極の軸方向と平行な側壁を有する段差部が形成されているが、加工電極の水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の位置決めが不要な場合、あるいは、他の方法によって加工電極の水平方向の位置決めが行われる場合には、段差部が形成されていなくても良い。この場合であっても、凸部を利用することによって、加工電極の垂直方向（Ｚ軸方向）の位置決めを同様に行うことが可能である。

更に、上記の第１の実施形態においては、部分電極の数及び形状が特定されているが、部分電極の数及び形状は、被加工部材に形成すべき形状に対応していれば良いことは言うまでもない。

更に、上記の第１の実施形態においては、部分電極の先端の各々は、同一平面上に配置されているが、それぞれ相違していても良い。この場合であっても、平面部と部分電極との位置関係が予め規定されている限り、本発明に係る加工電極及び型彫放電加工装置は、同様の効果を奏することができる。

更に、上記の第１の実施形態に係る型彫放電加工装置の代わりに、制御部からの指示に従って、ヘッドが水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）と、垂直方向（Ｚ軸方向）とに移動する型彫放電加工装置を構成することも可能である。尚、このとき、測定子は、テーブル以外の部分に固定されていても良い。このような型彫放電加工装置においても、ヘッドを移動させることによって、測定子と凸部とを接触させれば、制御部は、図５のステップＳ１０４及びＳ１０５に示される制御処理によって、同様に加工電極の垂直方向の基準位置を取得することが可能となる。

更に、上記の第１の実施形態に係る加工電極は、ヘッドがＺ軸方向にのみ移動し、テーブルがＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する型彫放電加工装置に用いられているが、ヘッドがＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動する型彫放電加工装置にも同様に使用され得る。この場合であっても、本発明に係る加工電極は、同様の効果を奏することができる。

本発明に係る加工電極及び型彫放電加工装置によれば、測定子を用いて被加工部材に対する加工電極の位置合わせを行う際に、加工電極の一部が測定子によって破損することなく、また、高い位置精度で加工電極の形状を被加工部材に転写することができるので、例えば、微細形状を有する金属部品等の加工に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る型彫放電加工装置の概略構成を示す斜視図 図１に示される加工電極の下面図 図２に示されるＸ−Ｘラインの断面図 図２に示されるＹ−Ｙラインの断面図 本発明の第１の実施形態に係る型彫放電加工装置における位置決め処理を示すフローチャート 従来の型彫放電加工装置の概略構成を示す斜視図 図６に示される加工電極の下面図 図７に示されるＺ−Ｚラインの断面図

符号の説明

１ テーブル
２ 被加工部材
３ 加工槽
４ ヘッド
５ 加工電極
６ 測定子
７ 凸部
８ 段差部
１０ ベース部
１１ 型彫放電加工装置
１２ 部分電極
１３ 側壁部
１４ 平面部

Claims (5)

1. 型彫放電加工に用いられる加工電極であって、
   ベース部と、
   前記ベース部の表面から突出するように、前記ベース部と一体的に形成される少なくとも一つの部分電極と、
   前記ベース部の表面から前記部分電極と同一方向に突出するように、前記ベース部と一体的に形成され、かつ、その先端に平面部を有する凸部とを備え、
   前記部分電極の先端と前記平面部とが予め定められた位置関係に設定される、加工電極。
2. 前記平面部は、前記部分電極の先端から前記ベース部の先端側へと所定距離離れた位置において、前記部分電極の軸方向と平行な方向に対して直交することを特徴とする請求項１に記載の加工電極。
3. 前記ベース部は、前記部分電極の軸方向と平行な側壁を有する段差部を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の加工電極。
4. 被加工部材を型彫放電加工するための型彫放電加工装置であって、
   前記被加工部材を保持する加工槽と、
   前記加工槽によって保持される前記被加工部材に対して、所定の位置に固定される導電性の測定子と、
   ベース部と、前記ベース部の表面から突出するように、前記ベース部と一体的に形成される少なくとも一つの部分電極と、前記ベース部の表面から前記部分電極と同一方向に突出するように、前記ベース部と一体的に形成され、かつ、その先端に平面部を有する凸部とを備え、前記部分電極の先端と前記平面部とが予め定められた位置関係に設定される加工電極と、
   前記加工電極を保持し、少なくとも垂直方向に移動するヘッドと、
   前記測定子と前記平面部との接触の検知に基づいて、前記加工電極の垂直基準位置を算出し、算出された前記垂直基準位置を用いて、前記被加工部材に対する前記加工電極の垂直位置が調整されるように前記ヘッドの移動を制御する制御部とを備える、型彫放電加工装置。
5. 前記加工槽を水平方向に移動させるテーブルを更に備え、
   前記ベース部は、前記部分電極の軸方向と平行な側壁を有する段差部を含み、
   前記測定子は、前記テーブルに固定されており、
   前記制御部は、更に、前記測定子と前記側壁との接触の検知に基づいて、前記加工電極の水平基準位置を算出し、算出された前記水平基準位置を用いて、前記被加工部材に対する前記加工電極の水平位置が調整されるように前記テーブルの移動を制御することを特徴とする、請求項４に記載の型彫放電加工装置。
   
   

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