(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工電極と被加工物を対向してなる加工間隙に並列に接続された少なくとも２個の蓄電器からなる複数個の蓄電装置セットと、
各蓄電装置セットの前記蓄電器のそれぞれを並列に接続し、各蓄電器を充電する充電装置と、
前記充電装置と各蓄電装置セットの前記蓄電器とを含む各充電回路中に各蓄電器毎に設けられた充電抵抗と、
各蓄電装置セットの前記蓄電器と前記加工間隙とを含む各放電回路中に各蓄電器毎に設けられたスイッチング素子と、
各蓄電装置セットにおいて同一蓄電装置セットの前記スイッチング素子を一定周期で交互にオン／オフするスイッチング駆動回路と、
前記加工電極と前記被加工物との極間における放電の発生を検出する放電検出回路と、
前記放電検出回路が出力する検出信号により放電が発生する度に前記蓄電装置セット毎の前記スイッチング駆動回路の一つを動作状態に切り替えるスイッチング素子切替回路とを有し、
放電が発生するまでの期間、前記スイッチング素子切替回路により動作状態にあるスイッチング駆動回路によって一つの蓄電装置セットのスイッチング素子を一定周期で交互にオン／オフさせ、放電が発生すれば、前記スイッチング素子切替回路により別の蓄電装置セットのためのスイッチング駆動回路を動作させ、複数の蓄電装置セットを順次切り替え使用することを特徴とする放電加工用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電加工機で使用される放電加工用電源装置に関し、特に蓄電式の放電加工用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来における基本的な蓄電式放電加工用電源を示している。図４において、１は直流電源による充電装置を、２は充電電流を制限する充電抵抗を、３は放電加工を行う電気エネルギーを蓄える蓄電装置（コンデンサ）を、５は加工電極、６は被加工物をそれぞれ示している。
【０００３】
つぎに、上述の蓄電式放電加工用電源装置の動作について説明する。はじめの状態では、蓄電装置３に電荷はなく、加工電極５と被加工物６が対向してなる加工間隙Ｇは開放状態となっている。まず、充電装置１から充電抵抗２を通って蓄電装置３に電流が流れ、蓄電装置３が充電される。充電されるに従って蓄電装置３の端子間電圧が上昇し、加工間隙Ｇに電圧が印加されることとなる。
【０００４】
すると、或る確率で放電が生起し、蓄電装置３に蓄えられた電気エネルギーが放電回路を通って加工間隙Ｇに投入され、放電加工が行われる。
【０００５】
図５（ａ）、（ｂ）は、この蓄電式放電加工用電源装置による放電極間の電圧波形、電流波形をそれぞれ示している。なお、図５（ｂ）において、Ａは正常放電時の電流パルスを、Ｂは短絡発生時の短絡電流をそれぞれ示している。
【０００６】
上述の従来における蓄電式放電加工用電源では、放電は加工間隙Ｇに印加された電圧に依存した状態で生起されるため、各放電ごとに加工エネルギーがばらつき、加工面に形成される放電痕の大きさもばらついてしまう。
【０００７】
放電加工においては、加工面の面粗さは最も大きい放電痕で決まり、この最大の放電痕が要求される面粗さを満足するものでなくてはならない。このため、放電痕の大きさにばらつきが生じる状況では、要求される面粗さから許容されるよりもずっと小さい加工痕が多く生じ、放電痕が小さくなるにつれて加工速度が低下し、加工能率が悪化する。
【０００８】
蓄電装置３の充電速度は、充電抵抗２と蓄電装置３の容量で決まる時定数に支配されるから、加工速度を上げるべく放電の繰り返し周波数を大きくするためには、蓄電装置３の充電をできるだけ迅速に行なう必要がある。
【０００９】
ところが、充電を速めるべく充電抵抗２の抵抗値を低くして充電時定数を小さく設定すると、放電が終了する前に充電装置１から蓄電装置３へ流れ込む電流が大きくなり、このために充電装置１から加工間隙Ｇに、図５（ｂ）において符号Ｂで示されているように、短絡電流として長期間の直接電流が流れることとなる。この場合にあっては、持続アーク放電が発生し、加工面に損傷を与えることになる。
【００１０】
従って、充電抵抗２の抵抗値はあまり低くすることができず、結果として極間電圧の立ち上がりが遅くなることにより、放電周波数が低下し、加工速度を向上させることができない。
【００１１】
上述のような基本的な蓄電式放電加工用電源装置における問題に鑑み、例えば特開昭５０−１０１９９７号公報に見られるように、複数の充放電回路を並列に設け、それぞれの充放電回路に充電スイッチと放電スイッチを設けた提案がある。なお、これより以降、このような放電加工用電源装置を、便宜上、蓄電器切替式放電加工用電源装置と呼ぶ。
【００１２】
図６は、蓄電器切替式放電加工用電源装置の従来例を示している。なお、図６において、図１に示されている放電加工用電源装置の各部と同一、あるいは相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１３】
図６において、１−１は第１充電装置を、１−２は第２充電装置を、２−１は第１充電抵抗を、２−２は第２充電抵抗を、３−１は第１蓄電器を、３−２は第２蓄電器を、４−１はサイリスタによる第１放電スイッチを、４−２はサイリスタによる第２放電スイッチを、１３は充電スイッチ切替制御信号回路を、１４−１は第１ツェナーダイオードを、１４−２は第２ツェナーダイオードを、１５−１は第１逆流防止用ダイオードを、１５−２は第２逆流防止用ダイオードを、１６−１は第１充電スイッチを、１６−２は第２充電スイッチをそれぞれ示している。
【００１４】
つぎに、上述の蓄電器切替式放電加工用電源装置の動作について説明する。前回の放電の直後は、第２蓄電器３−２は内部電荷を放電したため蓄電されておらず、第２充電スイッチ１６−２はオフになっている。
【００１５】
これに対し、第１充電スイッチ１６−１はオンになっており、第１蓄電器３−１には第１充電スイッチ１６−１がオンになってからの時間に応じた電荷が第１充電装置１−１により蓄電されている。第１蓄電器３−１が充電されるにつれてこれの端子間電圧が上昇し、この電圧がツェナー電圧を越えると、ツェナーダイオード１４−１が導通して第１放電スイッチ４−１が動作し、第１蓄電器３−１が加工間隙Ｇに接続される。これと同時に充電スイッチ切替制御信号回路１３は第２充電スイッチ１６−２をオンにする。
【００１６】
しばらく後に、加工間隙Ｇに放電が発生し、第１蓄電器３−１内の電荷が消費され、第１ツェナーダイオード１４−１が非導通となり、同時に充電スイッチ切替制御信号回路１３は第１充電スイッチ１６−１をオフにする。
【００１７】
この間、第２充電スイッチ１６−２はオンになっていたから、第２蓄電器３−２には第２充電スイッチ１６−２がオンになってからの時間に応じた電荷が第２充電装置１−２により蓄電されている。第２蓄電器３−２が充電されるにつれてこれの端子間電圧が上昇し、この電圧がツェナー電圧を越えると、第２ツェナーダイオード１４−２が導通して第２放電スイッチ４−２が動作し、第２蓄電器３−２が加工間隙Ｇに接続される。これと同時に充電スイッチ切替制御信号回路１３は第１充電スイッチ１６−１をオンにする。
【００１８】
しばらく後に、加工間隙Ｇに２回目の放電が発生し、第２蓄電器３−２内の電荷が消費され、第２ツェナーダイオード１４−２が非導通となり、同時に充電スイッチ切替制御信号回路１３は第２充電スイッチ１６−２をオフにし、はじめの状態に復帰する。従って以上の動作が繰り返されれば、放電加工を続けて行くことが可能である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来における蓄電器切替式放電加工用電源装置は上述のように動作するから、一方の蓄電器を充電する間に、他方の蓄電器で放電加工を行うことができ、ある程度の加工速度を向上させることができる。
【００２０】
しかし、上述の蓄電器切替式放電加工用電源装置においても、放電は確率的に発生するため、一方の蓄電器内の電荷が放電されないうちに、他方の蓄電器の端子間電圧がツェナー電圧を超えてしまう場合がある。その後に、一方の蓄電器内の電荷によって放電が生起すると、この一方の蓄電器の電荷の放電に続いて他方の蓄電器の電荷も放電するため、予期しない大きな放電痕が被加工物表面に形成され、加工面に損傷が生じ、また電極消耗が大きくなる。
【００２１】
また、上述の蓄電器切替式放電加工用電源装置では、充電スイッチの動作が遅いと、直流電源からの充電電流が放電発生時に直接加工間隙に流れ込んでしまい、加工面に損傷を与えることになる。従って、従来における蓄電器切替式放電加工用電源装置では、充電スイッチは動作の速いものを用いる必要があり、装置が高価になるという問題点もあった。
【００２２】
この発明は上述の如き問題点に着目してなされたものであり、常に一定のエネルギーで放電させ、短絡・アーク放電状態の発生を招くことなく放電の繰り返し周波数を高め、加工速度が大きく、加工面が損傷せず、電極消耗が少なく、しかも安価にできる放電加工用電源装置を得ることを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明による放電加工用電源装置は、加工電極と被加工物を対向してなる加工間隙に並列に接続された少なくとも２個の蓄電器からなる複数個の蓄電装置セットと、各蓄電装置セットの前記蓄電器のそれぞれを並列に接続し、各蓄電器を充電する充電装置と、前記充電装置と各蓄電装置セットの前記蓄電器とを含む各充電回路中に各蓄電器毎に設けられた充電抵抗と、各蓄電装置セットの前記蓄電器と前記加工間隙とを含む各放電回路中に各蓄電器毎に設けられたスイッチング素子と、各蓄電装置セットにおいて同一蓄電装置セットの前記スイッチング素子を一定周期で交互にオン／オフするスイッチング駆動回路と、前記加工電極と前記被加工物との極間における放電の発生を検出する放電検出回路と、前記放電検出回路が出力する検出信号により放電が発生する度に前記蓄電装置セット毎の前記スイッチング駆動回路の一つを動作状態に切り替えるスイッチング素子切替回路とを有し、放電が発生するまでの期間、前記スイッチング素子切替回路により動作状態にあるスイッチング駆動回路によって一つの蓄電装置セットのスイッチング素子を一定周期で交互にオン／オフさせ、放電が発生すれば、前記スイッチング素子切替回路により別の蓄電装置セットのためのスイッチング駆動回路を動作させ、複数の蓄電装置セットを順次切り替え使用するものである。
【００２６】
この発明による放電加工用電源装置では、放電検出回路により加工電極と被加工物との極間における放電の発生が検出され、スイッチング素子切替回路は放電検出回路が出力する検出信号により放電が発生する度に蓄電装置セット毎のスイッチング駆動回路の一つの動作状態に切り替える。放電が発生するまでの期間、スイッチング素子切替回路により動作状態にあるスイッチング駆動回路によって一つの蓄電装置セットのスイッチング素子が一定周期で交互にオン／オフし、加工電極と被加工物との極間電圧がステップ状に上昇して放電が発生すれば、スイッチング素子切替回路により別の蓄電装置セットのためのスイッチング駆動回路が動作され、複数の蓄電装置セットが順次切り替え使用される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明に係る放電加工用電源装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１はこの発明による放電加工用電源装置の実施の形態１を示している。この放電加工用電源装置は、直流電源による充電装置５１と、充電装置５１に対して互いに並列に接続された第１〜４の充電抵抗５２−１〜５２−４と、二つの蓄電器（コンデンサ）５３−１、５３−２を含み放電加工を行う電気エネルギーを蓄える第１の蓄電装置セット５３と、２つの蓄電器（コンデンサ）５４−１、５４−２を含み放電加工を行う電気エネルギーを蓄える第２の蓄電装置セット５４と、スイッチング素子５７−１と５７−２とを含み第１の蓄電装置セット５３の蓄電器５３−１、５３−２への充電回路を接続・遮断する第１のスイッチング素子セット５７と、スイッチング素子５８−１と５８−２とを含み第２の蓄電装置セット５４の蓄電器５４−１、５４−２への充電回路を接続・遮断する第２のスイッチング素子セット５８とを有している。
【００２９】
さらに、この放電加工用電源装置は、第１のスイッチング素子セット５７のスイッチング素子５７−１と５７−２とを一定周期で交互にオン／オフする第１のスイッチング駆動回路５９と、第２のスイッチング素子セット５８のスイッチング素子５８−１と５８−２とを一定周期で交互にオン／オフする第２のスイッチング駆動回路６０と、加工電極５と被加工物６との極間における放電の発生を検出する放電検出回路６１と、放電検出回路６１が出力する検出信号により放電が発生する度に第１のスイッチング駆動回路５９と第２のスイッチング駆動回路６０とを交互に動作状態に切り替えるスイッチング素子切替回路６２とを有している。
【００３０】
この放電加工用電源装置では、放電が発生するまでの期間、スイッチング素子切替回路６２により動作状態にある第１のスイッチング駆動回路５９あるいは第２のスイッチング駆動回路６０によって第１の蓄電装置セット５３あるいは第２の蓄電装置セット５４のためのスイッチング素子５７−１、５７−２あるいは５８−１と５８−２を一定周期で交互にオン／オフさせ、放電が発生すれば、スイッチング素子切替回路６２により別の蓄電装置セットのためのスイッチング駆動回路を動作させ、第１の蓄電装置セット５３と第２の蓄電装置セット５４とを交互に切り替え使用する。
【００３１】
換言すれば、放電検出回路６１が出力する検出信号により放電が発生する度に、スイッチング素子切替回路６２が第１のスイッチング駆動回路５９と第２のスイッチング駆動回路６０とを交互に動作状態に切り替え、放電が発生するまでの期間、第１の蓄電装置セット５３と第２の蓄電装置セット５４の何れか一つについて、対応するスイッチング素子セット５７あるいは５８のスイッチング素子５７−１、５７−２あるいは５８−１、５８−２を一定周期で交互にオン、オフ動作させ、放電が発生した際に別の蓄電装置セットのスイッチング素子のオン／オフ動作を行う。
【００３２】
つぎに、上述の如き構成による放電加工用電源装置の動作について説明する。初期状態では、充電装置５１により蓄電器５３−１、５３−２、５４−１、５４−２のそれぞれに電荷が蓄積される。
【００３３】
ついで、スイッチング素子切替回路６２により第１のスイッチング駆動回路５９が選択される。これにより、第１のスイッチング駆動回路５９は、図２に示されているように、第１のスイッチング素子セット５７のスイッチング素子５７−１と５７−２とを交互にオン／オフするように駆動する。
【００３４】
これにより、第１の蓄電装置セット５３の蓄電器５３−１と５３−２とが加工電極５と被加工物６との極間に交互に接続される。スイッチング素子５７−１がオンの期間は蓄電器５３−１に蓄えられているエネルギーが加工電極５と被加工物６との極間に供給される。これにより極間電圧が上昇し、蓄電器５３−１の電圧が低下する。一方、この間、スイッチング素子５７−２はオフとなっているため、蓄電器５３−２は充電装置５１から供給されるエネルギーによって充電された状態を維持する。
【００３５】
つぎに、スイッチング素子５７−２がオンとなると、蓄電器５３−２に蓄えられているエネルギーが加工電極５と被加工物６との極間に供給される。これにより極間電圧はさらに上昇し、蓄電器５３−２の電圧は低下する。この間、スイッチング素子５７−１がオフとなっているため、蓄電器５３−１は充電装置５１から供給されるエネルギーにより充電され、蓄電器５３−１の電圧が上昇回復する。
【００３６】
以上のオン／オフ動作を繰り返すことにより、図３に示されているように、極間電圧はオン／オフ動作に同期してステップ状に上昇していく。
【００３７】
スイッチング開始からＴ１時間が経過した時点で、極間電圧は放電発生に十分な電圧にまで上昇するため、加工電極５と被加工物６との極間において放電が発生し、極間には放電電流Ａが供給されて放電加工が進行する。
【００３８】
放電検出回路６１はこの放電の発生を検出し、スイッチング素子切替回路６２は放電検出回路６１からの放電検出信号により、動作状態のスイッチング素子セットを第１のスイッチング素子セット５７から第２のスイッチング素子セット５８に切り替える。これにより、スイッチング素子５７−１、５７−２のオン／オフ動作が停止し、これに代えてスイッチング素子５８−１、５８−２がオン／オフ動作を開始する。切り替え後、スイッチング素子５７−１、５７−２については、つぎの放電が極間で発生するまでオフ状態を維持され、その間に蓄電器５３−１、５３−２は充電装置５１から供給されるエネルギーにより充電される。
【００３９】
つぎの放電が加工電極５と被加工物６との極間にて発生するまでの間、第２のスイッチング駆動回路６０は第２のスイッチング素子セット５８のスイッチング素子５８−１と５８−２とを交互にオン／オフ動作するように駆動する。
【００４０】
これにより、第２の蓄電装置セット５４の蓄電器５４−１と５４−２とが加工電極５と被加工物６との極間に交互に接続される。スイッチング素子５８−１がオンの期間は蓄電器５４−１に蓄えられているエネルギーが加工電極５と被加工物６との極間に供給される。これにより極間電圧が上昇し、蓄電器５４−１の電圧が低下する。一方、この間、スイッチング素子５８−２はオフとなっているため、蓄電器５８−２は充電装置５１から供給されるエネルギーによって充電された状態を維持する。
【００４１】
つぎに、スイッチング素子５８−２がオンとなると、蓄電器５４−２に蓄えられているエネルギーが加工電極５と被加工物６との極間に供給される。これにより極間電圧はさらに上昇し、蓄電器５４−２の電圧は低下する。この間、スイッチング素子５８−１がオフとなっているため、蓄電器５４−１は充電装置５１から供給されるエネルギーにより充電され、蓄電器５４−１の電圧が上昇回復する。
【００４２】
以上のオン／オフ動作を繰り返すことにより、図３に示されているように、極間電圧はオン／オフ動作に同期して再びステップ状に上昇していく。
【００４３】
スイッチング開始からＴ２時間が経過した時点で、極間電圧は放電発生に十分な電圧にまで再び上昇するため、加工電極５と被加工物６との極間において放電が発生し、極間には放電電流Ａが供給されて放電加工が進行する。
【００４４】
放電検出回路６１はこの放電の発生を検出し、スイッチング素子切替回路６２は放電検出回路６１からの放電検出信号により、第２のスイッチング素子セット５８から第１のスイッチング素子セット５７に切り替える。これにより、スイッチング素子５８−１、５８−２のオン／オフ動作が停止し、これに代えてスイッチング素子５７−１、５７−２がオン／オフ動作を開始する。切り替え後、スイッチング素子５８−１、５８−２については、つぎの放電が極間で発生するまでオフ状態が維持され、その間に蓄電器５４−１、５４−２は充電装置５１から供給されるエネルギーにより再び充電される。
【００４５】
上述のようなオン／オフ動作は、特に加工電極５と被加工物６との極間において短絡が発生した場合に、短絡を早期に解消する効果がある。すなわち、加工電極５と被加工物６との極間において短絡が発生すると、この極間に充電抵抗５２−１〜５２−４の抵抗値によって決まる短絡電流が流れる。この発明による電源装置では、周期ｔ０による高周波でオン／オフ動作させているため、短絡が解消され易く、図３に符号Ｂで示されているように、大半の短絡電流はｔ０時間程度で遮断される。
【００４６】
このため、従来例の図５に符号Ｂで示されているように、長時間の短絡の継続がなく、極間の短絡を短時間で解消することができる。短絡解消と共に加工電極５と被加工物６の極間においては絶縁が回復して電圧が立ち上がり、再び放電加工が再開される。特にｔ０＝１〜５μs 程度とすると、効果が高い。
【００４７】
短絡のみならず極間がアーク状態となった場合においても、同様な効果によって放電が短時間で正常な状態となる。短絡・アーク時間の現象は異常状態の回避により加工効率を向上させると共に、加工面粗さの劣化や電極の異常消耗を防止することができる。
【００４８】
オン／オフ動作は短絡・アークの継続を防止するため、通常なら短絡・アークが持続してしまうような低インピーダンスの充電抵抗５２−１〜５２−４を使用することができるため、各蓄電器５３−１、５３−２、５４−１、５４−２への充電時間を短縮でき、より周波数の高い加工処理を行うことが可能となる。
【００４９】
また、極間に接続する蓄電装置セット５３、５４を切替使用することにより、極間に接続されない状態下の蓄電装置セット５３あるいは５４のそれぞれの蓄電器は、その間に充電装置１により充電されるため、極間に連続的に十分充電した蓄電装置を接続することができ、極間電圧の立ち上がり時間についても大幅に短縮することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による放電加工用電源装置によれば、放電検出回路により加工電極と前記被加工物との極間における放電の発生が検出され、スイッチング素子切替回路は放電検出回路が出力する検出信号により放電が発生する度に蓄電装置セット毎のスイッチング駆動回路の一つの動作状態に切り替え、放電が発生するまでの期間、スイッチング素子切替回路により動作状態にあるスイッチング駆動回路によって一つの蓄電装置セットのスイッチング素子が一定周期で交互にオン／オフし、加工電極と被加工物との極間電圧がステップ状に上昇して放電が発生すれば、スイッチング素子切替回路により別の蓄電装置セットのためのスイッチング駆動回路が動作され、複数の蓄電装置セットが順次切り替え使用されるから、短絡・アークの発生を抑制することができ、加工面の品質を大幅に改善できると共に電極の異常消耗を防止でき、高精度の仕上加工を実現することができることに加えて、放電の周波数を大幅に高めることができ、ひいては加工速度を従来に比べて大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による放電加工用電源装置の実施の形態１を示す電気回路図である。
【図２】  この発明による放電加工用電源装置の動作を示す各部の波形図である。
【図３】  （ａ）、（ｂ）はこの発明による放電加工用電源装置における極間電圧、極間電流を示す波形図である。
【図４】  従来における基本的な放電加工用電源装置を示す電気回路図である。
【図５】  （ａ）、（ｂ）は従来例の放電加工用電源装置における極間電圧、極間電流を示す波形図である。
【図６】  蓄電器切替式放電加工用電源装置の従来例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
５  加工電極，６  被加工物，５１  充電装置，５２−１〜５２−４  充電抵抗，５３  第１の蓄電装置セット，５４  第２の蓄電装置セット，５３−１，５３−２，５４−１，５４−２  蓄電器，５７  第１のスイッチング素子セット，５８  第２のスイッチング素子セット，５７−１，５７−２，５８−１，５８−２  スイッチング素子，５９  第１のスイッチング駆動回路，６０  第２のスイッチング駆動回路，６１  放電検出回路，６２  スイッチング素子切替回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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