JP4928184B2 - ワイヤ位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機による放電加工でのワイヤ電極の走行経路に位置決め装置が、経時的使用においても耐摩耗性の維持が可能になって加工精度も精密に維持されて、耐耗性維持に要するコスト低減を可能にするワイヤ位置決め装置に関する。

ワイヤ放電加工機による放電加工では、ＸＹ軸平面で制御により加工送りされる被加工体に微小間隔（放電可能な間隔）で相対向して所定の張力・速度で走行移動する電極となるワイヤが、一対のワイヤ位置決め装置によって正確な位置決めにより走行経路に送られる。なお、本明細書では、「ワイヤ」の用語は、電極ワイヤ若しくはワイヤ電極の同義語として使用し、「ワイヤ位置決め装置」の用語は、少なくともワイヤを位置決めする機能を有する装置の意味で使用している。ワイヤ位置決め装置は、被加工体とワイヤとの放電現象の発生箇所の近傍に位置し得るので耐熱性が要求され、ワイヤのガイド面が電気絶縁性にされる。

被加工体のテーパ加工では、ワイヤ電極傾動機構によりテーパ加工に適する偏位座標位置にワイヤ位置決め装置を移動させてワイヤをテーパ加工に適する角度に傾斜させて放電加工を行う。この場合、ワイヤ位置決め装置のワイヤのガイド部分にごく僅かな摩耗が発生しても、ワイヤの傾斜角度が当初の設定値より減少し、テーパ角度に誤差が生じてテーパ角度の精度低下及び加工寸法誤差が生じて、加工精度が著しく低下する。
そのために、従来においても、耐摩耗性の向上、加工寸法及び加工精度の維持・向上を意図して、ガイド部の形態・構造について、Ｖ溝ガイド、Ｖ−平ガイド、ダイス状ガイド、棒状若しくはＶ溝等のガイド片の複数個を配置構成したガイド部等の多種多様の内容の提案が存在する（例えば、特許文献1を参照）。
また、ガイド部の材料についても、耐摩耗性の要請から、鉄系合金、超硬合金、セラミックス、ルビー、ＣＢＮ及びダイヤモンド等の多種多様の超硬系材料が提案されている（例えば、特許文献1を参照）。
ところで、割りガイドの場合、一対のガイド本体をダイヤモンドで形成することは、製作が困難で、かつ、コストが膨大になる（割りガイドの概要については、特許文献2を参照）。また、挿入孔及び挿通孔について、半円状の挿入孔及び挿通孔（半円状のオス側及びメス側）を形成しておいて、一対のガイド本体を付き合わせ、かつ、半円状の挿通孔をずれずに合わせるのは、製作その他の点において非常に困難である。 従って、従来の割りガイドは、一般的には、製作その他が容易であるサファイヤ等で製作されていて、ダイヤモンドを使用する場合には、ガイド面に被覆して使用するのが限界であった（例えば、特許文献1を参照）。

特許文献1 特開平11−262820号
特許文献2 実用新案登録第2521251号

従来のワイヤ位置決め装置における超硬材料（例えば、セラミックス、ダイヤモンド等）のガイド面及びその装置構造については、下記（1）〜（6）等の様々な問題点が存在していた。
（1）プラズマＣＶＤ法（マイクロ波プラズマＣＶＤによるコーティング法でも同様）によるダイヤモンド被覆は、低圧下（６〜６０Ｔｏｒｒ）の密封容器内で対象物を高温（一般的には、７００〜１、１００℃に）に加熱して多結晶ダイヤモンド被覆膜を形成するので、ガイド面の形状及び材質に著しい制約があるとの問題点があった。
（2）プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド被覆は、鉄系金属上での成長が難しいので、対象となるガイド面に鉄系金属が使用できないとの問題点があった。
（3）プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド被覆では、膜厚が限界が1〜50μｍの範囲に限定されて、面粗さが約２〜５μｍＲｍａｘになるので、放電加工の使用に供するには、ダイヤモンド被覆面をダイヤ粉末によって研磨する必要があるとの問題点があった。
（4）ダイヤモンド被覆膜は、膜厚が薄いので磨耗による偏差が発生する。そのために、偏差発生前に被覆したガイド部を交換する必要があるとの問題点があった。
（5）被覆したガイド部の交換は、被覆膜の摩耗進行の正確な検知とその検知情報からガイド部交換時期の判断が必要になる等の問題点があった（例えば、特許文献1を参照）。（6）被覆膜の摩耗進行の検知手段は、複雑な機械的・電気的な制御手段を備える必要があって、ワイヤ位置決め装置の構造が複雑になるとの問題点があった（例えば、特許文献1、2を参照）。

そこで、本発明において、ガイド部全体のダイヤモンド化・装置全体の割り型化による高精度化・高寿命化が検討されて、本発明によるワイヤ位置決め装置が創案された、
（i）本発明は、正確・精密なワイヤの位置決めを可能にして、耐摩耗精度及び加工精度が向上するワイヤ位置決め装置を提供すること、を目的とする。
（ii）本発明は、高耐摩耗性を有して高精度・微小径の位置決め用の貫通孔を有するガイド部を備えるワイヤ位置決め装置を提供すること、をも目的とする。
（iii）本発明は、ガイド部を含む製作コストが低減するワイヤ位置決め装置を提供すること、をも目的とする。
（iv）本発明は、装置全体及び内部構造が、設計上の自由度を備えるものにされているワイヤ位置決め装置を提供すること、をも目的とする。

本発明によるワイヤ位置決め装置は、ガイド本体部の一対のブロック状割り型と、それら割り型に収納の導入部とガイド部の割り型と衝合し、付き合わせ部に導入部の挿通孔とガイド部のダイヤモンドチップの貫通孔とが同一縦方向に形成される構造であって、
（1）ガイド本体部のブロック状割り型が、付き合わせ部から奥に広がった平面形状で底部平面の凹状収納部を備えて、
（2）導入部のブロック状割り型が、前記ガイド本体部の前記凹状収納部に嵌合可能な平面形状であって、その周面を前記凹状収納部に嵌合・固着し、
（3）ダイヤモンドチップの割り型が、プレート状保持部の端縁部に固定されてその割り型の衝合によりダイヤモンドチップの貫通孔が形成され、
（4）プレート状保持部が、前記凹状収納部に嵌合するような逆テーパ形状の平面形状を有してそのプレート面をガイド本体部の凹状収納部の底部平面に固着させる構造を有すること、を特徴とする。

本発明のワイヤ位置決め装置によれば、下記（1）〜（6）等に代表される効果が得られる。
（1）ガイド部のダイヤモンドチップによって、位置決めの貫通孔が高耐摩耗性を有して高精度・微小径に超正確に制御されるので、ワイヤを走行経路に正確・精密に位置決めできて加工精度が向上し、かつ、ワイヤ位置決め装置の寿命が長くなる。
（2）ガイド本体部が相手ガイド本体部との衝合により内部構造の割り形の衝合で付き合わせ部の縦方向に挿通孔及び貫通孔が形成される構造にしたので、割りガイドがダイヤモンド化されて高機械的強度が付与されて、ダイヤモンド被覆膜の割りガイドに比較して、工業的装置としての有益性・操作性・取扱い性・生産性が著しく向上する。
（3）全体をダイヤモンド化したガイド部にしても、厚さによる制約がなく、ダイヤモンドチップの衝合がワイヤ径（大部分は、0.8ｍｍ以下である）よりも大きければよいので、ガイド部に要するコストは、プラズマＣＶＤ法のダイヤモンド被覆膜よりも低くなる。（4）ガイド部がダイヤモンドチップの衝合によるので、単結晶ダイヤモンドチップの付き合せ部のレーザにより孔あけ加工して、貫通孔のずれを無くして、著しく高精度の孔径の貫通孔の形成が可能になる。
（5）ガイド本体部の割り型がブロック体に構成されて、導入部の割り型がブロック状にされて、ダイヤモンドチップがプレート状保持部のプレート面で固定される構造になっているので、設計に自由度がある。
（6）プレート状保持部によりダイヤモンドチップを保持するので、付き合わせ部の隙間を無くし、かつ、半円状の貫通孔を合わせることが容易である。

本発明によるワイヤ位置決め装置の実施の最良の形態を、図1〜図3に基づいて具体的に説明する。
図１は、ワイヤ位置決め装置がガイド本体部に分割されてその内部構造も分解された状態を図示する斜視図である。図2は、一対のガイド本体部が衝合可能になった状態を示す斜視図である。図3は、一対のガイド本体部及びその内部構造の衝合されたワイヤ位置決め装置を示す斜視図である。 なお、各図での同符号は、同一若しくは同等のものを示している。

<ワイヤ位置決め装置の概要>：
ワイヤ位置決め装置1、ブロック状割り型のガイド本体部2、2aによる衝合によって、内部構造の割り型が衝合して導入部及びガイド部が形成して、付き合わせ部に挿通孔及び貫通孔が形成される構造になっている。
ワイヤ位置決め装置1のガイド部は、一対のダイヤモンドチップ（特に、微細な単結晶ダイヤモンドチップ）の衝合によるので、ダイヤモンドチップの加工法（例えば、レーザ加工法）を使用できて、ダイヤモンドチップの付き合わせ部を加工して位置決め性能が向上した位置決め用の貫通孔を形成することが可能になる。次に、ワイヤ位置決め装置をガイド本体部・導入部・ガイド部に分けて具体的に説明する。

<ガイド本体部>：
ガイド本体部2、2aは、耐熱性、導電性及び機械的強度を有する構造材料からおおよそ矩形若しくは近似の平面を有するブロック状割り型にして、導入部の割り型3、3aとガイド部の割り型（ダイヤモンドチップ4、4a）を収納部に収納し、ガイド本体部2、2aの衝合によって、それら収納した割り型も衝合させて付き合わせ部に挿通孔7及び貫通孔8が形成させる構造になっている。
すなわち、ガイド本体部2、2aは、導入部の割り型3、3aとガイド部の割り型（ダイヤモンドチップ4、4a）の付き合わせ部が同一縦方向の面に位置するようにそれら割り型3、3a、4、4aを凹状収納部6、6aに収納している。
ガイド本体部2、2aは、導入部及びガイド部の付き合わせ部に高孔精度の挿通孔7及び貫通孔8を形成するために、割り型3、3aとダイヤモンドチップ4、4aを保持するプレート状保持部5、5aの平面形状と凹状収納部6、6aの平面形状とを嵌合可能して、凹状収納部6、6aの内壁面が、導入部の割り型3、3aの外周面に密接固着が可能になっている。へ凹状収納部6、6aの底面は、プレート状保持部5、5aのプレート面と密接固着が可能になっている。

凹状収納部6、6aは、ガイド本体部2、2aの付き合わせ部から奥に広がった平面形状にされて、嵌合・固着した割り型3、3a及びプレート状保持部5、5aの水平方向の微細な移動も回避されている。ガイド本体部2、2aは、テーパー面によるオス型・メス型の組み合わせにして衝合させてズレによる誤差を無くしている。
ガイド本体部2、2aは、使用に際しては、ボルト孔を利用してボルト若しくはピン等でガイドアッセンブリに装着される。

ガイド本体部2、2aの構成材料は、金属（例えば、ステンレス、超硬合金）及びセラミックス等である。セラミックスは、金属及びそれ以外の導電材（例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＢＮ等）の混入により導電性が付与された導電材料（例えば、炭化ケイ素等）の使用が可能である。

<導入部>：
導入部は、一対のブロック状割り型3、3aの衝合から構成されて、その付き合わせ部に挿通孔7が形成される構造になっている。ブロック状割り型3、3aは、ガイド本体部2、2aの凹状収納部6、6aに嵌合が可能な平面形状を有して、凹状収納部6、6aへの嵌合によって、凹状収納部6、6aの内壁面の凸状位置決め部具10とブロック状割り型3、3aの周面の凹状位置決め部具11とによって所定位置に位置決めされて嵌合・固着される。
導入部のブロック状割り型3、3aは、挿通孔7の形成が可能な高さで、張力走行するワイヤが擦動摩擦して接触によっても挿通孔7の孔精度に微細な影響が生じない大きさであって、ガイド本体部2、2aの凹状収納部6、6aに収納可能な大きさに形成されて、材質の機械的強度及び硬度によって、形状・大きさ等を変更することが可能である。

導入部の挿通孔7は、ワイヤ放電加工機の電極となるワイヤを導入してガイド部4、4aに案内する機能を有するので、ワイヤが導入される開口部が出口に大きくなっている。導入部の挿通孔7は、例えば、開口部が切頭錐面と同形状若しくは近似形状にされて、出口が切頭部であることが可能である。
また、導入部の挿通孔7は、導入したワイヤをガイド部の貫通孔に案内する機能を有するので、挿通孔7の出口がガイド部の貫通孔の入り口の近傍でることが望ましい。ただし、挿通孔7と貫通孔8との連通及び距離を離しての配置も可能である。

また、導入部の挿通孔7の出口が、ガイド部の貫通孔の入口の直上に位置して、挿通孔7及び貫通孔8の中心が同一の直線状軸線を通る配置なっている。
導入部は、ワイヤ先端をガイド部の貫通孔まで導き、大きい形状の挿通孔7の寸法精度を維持して、ダイヤモンドのガイド部を保護する蓋としての機能を有するところから、構成材料は、例えば、セラミックス（例えば、ジルコニアその他）であるのが望ましい。

<ダイヤモンドのガイド部>：
ガイド部は、一対のダイヤモンドチップの衝合での付き合わせ部に電極となるワイヤ（多くは、直径0.7ｍｍ以下）を案内・位置決めのための貫通孔を設けている。なお、ダイヤモンドチップは、ワイヤ径よりも大きければよいので、微小ダイヤモンドであることが可能で、しかも、耐摩耗性その他から単結晶ダイヤモンドチップを使用することができる。一対の単結晶ダイヤモンドチップを付き合わせてその合わせ部をレーザ加工により貫通孔をあけてラップ仕上げをすると、高孔精度の貫通孔を有する単結晶ダイヤモンドチップからなるガイド部を形成することが可能になる。

高孔精度の貫通孔の半分（すなわち、半円状貫通孔）が形成されたダイヤモンドチップ4、4aは、プレート状保持部5、5aの衝合側の端縁部の取付け部に固定される。プレート状保持部5、5aは、プレート面がガイド本体部2、2aの凹状収納部6、6aの底部平面に密接してネジにより固着される。プレート状保持部5、5aのガイド本体部2、2aの凹状収納部6、6aの底部平面への固着は、固着状態の微調整が可能な別の固着手段であることが可能である。
このように、ダイヤモンドチップ4、4aは、プレート状保持部5、5aによって保持されて、ネジ等によって固着状態が微調整されるから、半円状の貫通孔を合わせて、極く微細な隙間が無い完全な円状の貫通孔が
ダイヤモンドに形成される。すなわち、ワイヤ位置決めの割りガイドの中核がダイヤモンド化されることになる。
プレート状保持部5、5aの取付け部へのダイヤモンドチップ4、4aの固定は、確実に固定が可能な手段であれば、任意の手段であることが可能である。ダイヤモンドチップ4、4aの固定は、付き合わせ部のダイヤモンドチップ4、4a間の隙間を調整して固定される。
プレート状保持部5、5aは、凹状収納部6、6aに嵌合が可能な平面形状（いわゆる、逆テーパ形状）を有する。そして、プレート状保持部5、5aと平面形状が同形の導入部の割り型3,3aとを凹状収納部6、6aに付き合わせ部が同一縦方向に位置するように収納している。その結果、ダイヤモンドチップ4、4aが衝合しても、極く微細なズレも生じることがない。ガイド部が、単結晶ダイヤモンドチップから構成し、プレート状保持部5、5aを介して固定し、かつ、プレート状保持部5、5aをガイド本体部2、2aの凹状収納部6、6aに嵌合・固着することによって、本発明によるワイヤ位置決め装置は、下記の列示の特徴を有することになる。

第一に、ガイド部の貫通孔8が、高孔精度でダイヤモンドに形成されて、それによって、ワイヤの正確・高精度の位置決めが可能になる。
第二に、位置決め用の貫通孔8が、ダイヤモンドチップ4、4aから形成されるので、高耐磨耗性を有して、高耐磨耗性が放電加工を通じて維持される。
第三に、ダイヤモンドチップ4、4aの隙間の無い貫通孔8の形成が可能になる。
第四に、プレート状保持部5、5aを介してダイヤモンドチップ4、4aを固定するので、張力を有するワイヤが擦動接触しても、貫通孔の孔精度に誤差が生じない。
第五に、プレート状保持部5、5aは、ガイド本体部2、2aの凹状収納部6、6aに嵌合してボルトによる固定手段を介在させてガイド部の位置決めを正確に行って、貫通孔8の孔精度を維持できる。

<ワイヤ放電加工機>
本発明のワイヤ位置決め装置が供されるワイヤ放電加工機及び放電加工については、特に、特に制約がなく、いずれの種類及び態様であることが可能である。従って、ワイヤ電極傾動機構によりワイヤを所定角度に傾斜させて放電加工する際に、ワイヤ位置決め装置を制御させて移動させる等の任意の態様での使用が可能である。

本発明のワイヤ位置決め装置によって、ワイヤ放電加工機での電極のワイヤの経時使用での高耐摩耗性維持及び高加工精度が可能になって、設置・組み立て・分解等に要する操作が容易になる。

一対のガイド本体部の分解斜視図である。 一対のガイド本体部に組み立てられた状態を示す斜視図である。 一対のガイド本体部の衝合によるワイヤ位置決め装置を示す斜視図である。

符号の説明

1 ワイヤ位置決め装置
2 ガイド本体部
2a ガイド本体部
3 導入部のブロック状割り型
3a 導入部のブロック状割り型
4
ダイヤモンドチップ
4a ダイヤモンドチップ
5 プレート状保持部
5a プレート状保持部
6 凹状収納部
6a凹状収納部
7 挿通孔
8貫通孔
10 凸状位置決め部具
11 凹状位置決め部具

Claims (2)

1. ガイド本体部の一対のブロック状割り型と、それら割り型に収納の導入部とガイド部の割り型と衝合し、付き合わせ部に導入部の挿通孔とガイド部のダイヤモンドチップの貫通孔とが同一縦方向に形成される構造であって、
   （1）ガイド本体部のブロック状割り型が、付き合わせ部から奥に広がった平面形状で底部平面の凹状収納部を備えて、
   （2）導入部のブロック状割り型が、前記ガイド本体部の前記凹状収納部に嵌合可能な平面形状であって、その周面を前記凹状収納部に嵌合・固着し、
   （3）ダイヤモンドチップの割り型が、プレート状保持部の端縁部に固定されてその割り型の衝合によりダイヤモンドチップの貫通孔が形成され、
   （4）プレート状保持部が、前記凹状収納部に嵌合するような逆テーパ形状の平面形状を有してそのプレート面をガイド本体部の凹状収納部の底部平面に固着させる構造を有すること、を特徴とするワイヤ位置決め装置。
2. 前記一対のダイヤモンドチップが、単結晶ダイヤモンドチップからなり、前記一対のダイヤモンドチップの付き合わせ部が、レーザ加工されて貫通孔になっていること、を特徴とする請求項１に記載のワイヤ位置決め装置。