(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極とワークとの極間に電圧を印加して放電を発生させワークを加工する放電加工機において、
直流電源と、
前記極間に直接または間接に並列接続されたコンデンサと、
前記直流電源と前記コンデンサとの間に直列に設けた第１の半導体スイッチング素子と、
前記コンデンサと並列に設けた第２の半導体スイッチング素子と、
前記コンデンサと第２の半導体スイッチング素子とで構成される回路ループ内に挿入した整流素子と、
前記第１および前記第２の半導体スイッチング素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１の半導体スイッチング素子をオンすることにより前記コンデンサを充電し、前記第１の半導体スイッチング素子がオフの期間内に前記第２の半導体スイッチング素子をオンする制御を行うことを特徴とする放電加工機の加工電源装置。  
【請求項２】
電極とワークとの極間に電圧を印加して放電を発生させワークを加工する放電加工機において、
直流電源と、
極間に直接または間接に並列接続されたコンデンサと、
前記直流電源と前記コンデンサとの間に直列に設けた第１の半導体スイッチング素子と、
前記コンデンサと並列に設けた第２の半導体スイッチング素子と、
前記コンデンサの電圧または電流を検出する検出手段と、
前記第１および前記第２の半導体スイッチング素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１の半導体スイッチング素子をオンすることにより前記コンデンサを充電し、前記第１の半導体スイッチング素子がオフの期間内に前記第２の半導体スイッチング素子をオンし、前記コンデンサの電圧または電流の検出値に応じて前記第２の半導体スイッチング素子をオフする制御を行うことを特徴とする放電加工機の加工電源装置。
【請求項３】
前記極間と前記コンデンサとの間に直列に設けた第３の半導体スイッチング素子を備え、前記制御手段はさらに、前記第１の半導体スイッチング素子をオフすると共に前記第３の半導体スイッチング素子をオンし、前記第１の半導体スイッチング素子と前記第３の半導体スイッチング素子が共にオフの期間内に前記第２の半導体スイッチング素子をオンする制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工機の加工電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極と被加工物（ワーク）との極間に電圧を印加して放電を起こしつつ、サーボモータで電極とワークの相対位置を変化させ、ワークを所望の形状に加工する放電加工機の加工電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工では、放電の単発のエネルギーを大きくして高速加工を行う荒加工、単発のエネルギーを小さくして高精度加工を行う仕上げ加工を使い分けている。仕上げ加工では、コンデンサの充電エネルギーを加工に利用する「コンデンサパルス電源」が広く用いられている。
【０００３】
コンデンサパルス電源を備えた放電加工機の加工電源装置に関する技術が特許文献１、特許文献２に開示されている。特許文献１には、コンデンサの残留電圧と同じ極性に再充電して、高い放電周波数を実現する放電加工の方法が開示されている。この方法では、コンデンサの充電の向きを反転していない。
【０００４】
また、特許文献２には、極間を短絡するスイッチ（ＦＥＴ）を設け、極間に溜まる電荷が増大し、大きな放電を惹き起こすことを防止することで、微小な放電を安定して発生させる放電加工用電源が開示されている。この放電加工用電源では、極間容量の電荷を抜いてはいるが、充放電コンデンサの充電電圧を抜くことはしていないし、充電向きの反転もしていない。
【０００５】
コンデンサパルス電源では、コンデンサの充電電圧のバラツキが小さい方が、パルス毎のワーク除去量が揃うために、均一な面粗さが得られる。また、放電が発生する極間の間隙距離のバラツキも小さくなるため、加工が安定する。更には、極間平均電圧を基準にした電極の送り制御、いわゆる電圧サーボ送りを行う場合に、前記バラツキは極間平均電圧の外乱になるため、バラツキは小さい方が望ましい。しかし、従来のコンデンサパルス電源は、充電電圧のバラツキが大きい。あるいは、バラツキを抑制しようとすると加工速度が低下する。
【０００６】
図５はコンデンサパルス電源を備えた放電加工機の加工電源装置の例を示す図である。加工電源装置１０は、直流電圧源Ｖ（電圧Ｅ）、半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、コンデンサＣ、電極２とワーク３の極間の電圧を検出する極間電圧検出手段５、半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオン・オフする制御手段４から構成される。
【０００７】
図６に図５に示されるコンデンサパルス電源を備えた放電加工機の加工電源装置の動作を示す。まずサイクルの始めに、Ｔ１の期間、半導体スイッチング素子Ｓ１をオンし、直流電圧源ＶをコンデンサＣに接続し、コンデンサＣを充電する。Ｔ１はコンデンサＣが充電するのに十分な時間であり、予め設定しておく。
【０００８】
次に、半導体スイッチング素子Ｓ１をオフすると同時に、半導体スイッチング素子Ｓ３をオンし、充電済みのコンデンサＣを極間と並列に接続する。極間の間隙が十分小さいと、ある時点で放電が発生し、コンデンサＣに溜まった電荷が極間に放出され、ワーク３が除去加工される。
【０００９】
ここで、放電発生は極間電圧検出手段５で検出しており、放電検出を基点としてＴ２の期間、半導体スイッチング素子Ｓ３を継続してオンする。なお、極間電流Ｉｇを検出手段（図示せず）により検出することもできる。Ｔ２はコンデンサＣが放電し切るのに十分な時間である。このとき、コンデンサＣは元の充電の向きとは逆向きに充電される。この逆向きの電圧（残留電圧）は極間状態に依存してばらつく。その後、極間の絶縁回復にためにＴ３の期間、休止時間を設けて、１サイクルが完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３８４００号公報
【特許文献２】特開２００３−２０５４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図６に示されるように、次のサイクルで再び半導体スイッチング素子Ｓ１をオンしてコンデンサＣを充電すると、充電電圧が跳ねて電源電圧Ｅよりも大きくなってしまう。跳ね上がり量は、逆向きの残留電圧に依存する。すなわち、残留電圧（の絶対値）が高い方が、跳ね上がり量も大きくなる。以上の仕組みで、コンデンサＣの充電電圧にバラツキが生じることになる。
【００１２】
コンデンサＣの充電電圧のバラツキを抑止する最も確実な方法は、コンデンサＣの充電回路に電流制限抵抗Ｒを挿入することである（図７参照）。コンデンサＣが元の充電の向きとは逆向きに充電されても、次のサイクルでコンデンサＣが充電されるときに、電流制限抵抗Ｒが制動の役割を果たすため、コンデンサＣの充電電圧のバラツキを防止できる。この手段の弊害として、コンデンサＣの充電時間が延びるため、加工速度の低下を招くことになる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、加工速度の低下を惹き起こすことなくコンデンサの充電電圧のバラツキを防止することが可能な放電加工機の加工電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願の請求項１に係る発明は、電極とワークとの極間に電圧を印加して放電を発生させワークを加工する放電加工機において、直流電源と、前記極間に直接または間接に並列接続されたコンデンサと、前記直流電源と前記コンデンサとの間に直列に設けた第１の半導体スイッチング素子と、前記コンデンサと並列に設けた第２の半導体スイッチング素子と、前記コンデンサと第２の半導体スイッチング素子とで構成される回路ループ内に挿入した整流素子と、前記第１および前記第２の半導体スイッチング素子を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の半導体スイッチング素子をオンすることにより前記コンデンサを充電し、前記第１の半導体スイッチング素子がオフの期間内に前記第２の半導体スイッチング素子をオンする制御を行うことを特徴とする放電加工機の加工電源装置である。
【００１５】
請求項２に係る発明は、電極とワークとの極間に電圧を印加して放電を発生させワークを加工する放電加工機において、直流電源と、極間に直接または間接に並列接続されたコンデンサと、前記直流電源と前記コンデンサとの間に直列に設けた第１の半導体スイッチング素子と、前記コンデンサと並列に設けた第２の半導体スイッチング素子と、前記コンデンサの電圧または電流を検出する検出手段と、前記第１および前記第２の半導体スイッチング素子を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の半導体スイッチング素子をオンすることにより前記コンデンサを充電し、前記第１の半導体スイッチング素子がオフの期間内に前記第２の半導体スイッチング素子をオンし、前記コンデンサの電圧または電流の検出値に応じて前記第２の半導体スイッチング素子をオフする制御を行うことを特徴とする放電加工機の加工電源装置である。
【００１６】
請求項３に係る発明は、前記極間と前記コンデンサとの間に直列に設けた第３の半導体スイッチング素子を備え、前記制御手段はさらに、前記第１の半導体スイッチング素子をオフすると共に前記第３の半導体スイッチング素子をオンし、前記第１の半導体スイッチング素子と前記第３の半導体スイッチング素子が共にオフの期間内に前記第２の半導体スイッチング素子をオンする制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工機の加工電源装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、加工速度の低下を惹き起こすことなくコンデンサの充電電圧のバラツキを防止することが可能な放電加工機の加工電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る放電加工機の加工電源装置の実施形態を示す図である。
【図２】図１のコンデンサパルス電源を用いた場合の放電加工機の加工電源装置の動作を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図４】図３のコンデンサパルス電源を用いた場合の放電加工機の加工電源装置の動作を説明する図である。
【図５】従来のコンデンサパルス電源を備えた放電加工機の加工電源装置の例である。
【図６】図５のコンデンサパルス電源を用いた場合の放電加工機の加工電源装置の動作を説明する図である。
【図７】コンデンサパルス電源の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来技術と同一または類似する構成は同じ符号を用いる。  
図１は、本発明に係る放電加工機の加工電源装置の一実施形態を示す図である。放電加工機としてはワイヤ放電加工機や型彫り放電加工機である。加工電源装置１は、電極２とワーク３との極間に電圧を印加し、ワーク３の放電加工を行うための放電加工機の電源装置である。放電加工機の加工電源装置１は、直流電圧源Ｖ（電圧Ｅ）、第１の半導体スイッチング素子Ｓ１、第２の半導体スイッチング素子Ｓ２、第３の半導体スイッチング素子Ｓ３、コンデンサＣ、整流素子Ｄ、極間電圧検出手段５、半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオン・オフする制御手段４から構成される。なお、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は浮遊インダクタンスである。コンデンサＣは直流電圧源Ｖにより充電される。電極２とワーク３の極間にはコンデンサＣに充電された電力がパルス的に供給される。極間電圧検出手段５は極間の電圧を検出する手段である。図示しないが、極間に流れる極間電流Ｉｇを検出手段により検出してもよい。
【００２０】
図２は、図１のコンデンサパルス電源を用いた場合の放電加工機の加工電源装置１の動作を説明する図である。まずサイクルの始めに、Ｔ１の期間、半導体スイッチング素子Ｓ１をオンし、直流電圧源ＶをコンデンサＣに接続し、コンデンサＣを充電する。Ｔ１はコンデンサＣが充電するのに十分な時間であり、予め設定しておく。半導体スイッチング素子Ｓ１をオフすると同時に、半導体スイッチング素子Ｓ３をオンし、充電済みのコンデンサＣを電極２とワーク３の極間と並列に接続する。極間の間隙が十分小さいと、ある時点で放電が発生し、コンデンサＣに溜まった電荷が極間に放出され、ワーク３が除去加工される。
【００２１】
ここで、放電発生は極間電圧検出手段５で検出しており、放電検出を基点としてＴ２の期間、半導体スイッチング素子Ｓ３を継続してオンする。Ｔ２はコンデンサＣが放電し切るのに十分な時間である。このとき、コンデンサＣは元の充電向きとは逆向きに充電される。その後、Ｔ３の期間、休止時間を設けるが、Ｔ３期間のうち半導体スイッチング素子Ｓ１がオフの期間（図２のＴ４の期間）に半導体スイッチング素子Ｓ２をオンして、逆向きの残留電圧を反転させる。
【００２２】
ここで整流素子Ｄは逆向きに充電された残留電圧を反転させることが出来る向きに挿入されており、一旦反転した電圧が再度反転するのを防ぐ役割を担っている。以上で１サイクルが完了する。次のサイクルで再び半導体スイッチング素子Ｓ１をオンしてコンデンサＣを充電するときに充電電圧が跳ねずにほぼ電源電圧Ｅに等しくなる。
【００２３】
次に、図３に他の実施形態を示す。  
図１に示される実施形態と比べると整流素子Ｄを用いる代わりにコンデンサＣの電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段６を備えている。コンデンサＣの電圧（コンデンサ電圧Ｖｃ）をコンデンサ電圧検出手段６で監視し、所望の値になったときに（図４の例ではゼロ）、制御手段４により半導体スイッチング素子Ｓ２をオフすることで、コンデンサＣの残留電圧を制御する。なお、コンデンサＣに流れる電流を図示しない検出手段により検出する。検出した電流値に基づいて制御手段４は半導体スイッチング素子Ｓ２をオフすることで、コンデンサＣの残留電圧を制御してもよい。
【００２４】
図１に示される実施形態では残留電圧の反転しか出来ないが、図３に示される実施形態は、充電電圧を所望の値（ゼロ、もしくは、反転せずとも低減した値）に制御できる特徴がある。この実施形態でもコンデンサの充電電圧のバラツキを抑えることが出来る。
【符号の説明】
【００２５】
１  加工電源装置
２  電極
３  ワーク
４  制御手段
５  極間電圧検出手段
６  コンデンサ電圧検出手段
１０  加工電源装置
Ｖ  直流電圧源
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  半導体スイッチング素子
Ｃ  コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  浮遊インダクタンス
Ｖｃ  コンデンサ電圧
Ｖｇ  極間電圧
Ｉｇ  極間電流
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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