(57)【要約】【課題】  ワークの面粗度が均一になるよう加工する放電加工電源装置を提供する。【解決手段】  電極１とワーク２との間のギャップＧＡＰで放電加工する放電加工電源装置において、電極１とワーク２との極間に放電を誘発するパルス電圧を印加するパルス電源ＰＧと、電極１とワーク２との間に放電を誘発する電圧より低い直流電圧の電力を供給する直流電源Ｖ１と、陽極がワーク２に接続され陰極が直流電源Ｖ１の陰極に直列接続されたスイッチング素子Ｓ１と、スイッチング素子Ｓ１のオンオフを制御するスイッチング制御回路と、スイッチング素子Ｓ１に並列に接続されたコンデンサＣ１とを備える。【選択図】      図１
2005329496.tif 000002
【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前記ワークを放電加工する放電加工電源装置において、
前記極間に放電を誘発する高い値のパルス電圧を印加するパルス電源と、
前記極間に放電を誘発しない低い値の直流電圧の電力を供給する直流電源と、
前記直流電源と前記極間とを結ぶ線路の陰極側に直列接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に並列に接続され、容量が一定または可変のコンデンサと、
前記スイッチング素子を開閉して前記コンデンサの充放電を制御するスイッチング制御回路と、
を具備することを特徴とした放電加工電源装置。
【請求項２】
前記コンデンサの充電電圧を監視し前記極間状態を判定する電圧監視回路と、前記極間状態から次のパルス電圧印加までの時間を制御する制御回路とを備えた請求項１に記載の放電加工電源装置。
【請求項３】
前記パルス電源に代えて、前記直流電源と前記電極と前記ワークと前記コンデンサとが直列接続された線路を前記直流電源から切離す位置に挿入されたインダクタと、前記直流電源と前記インダクタとが直列接続された閉回路を開閉する第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子を開閉して前記極間に放電を誘発可能な電圧を発生させる第２スイッチング制御回路と、を備えた請求項１または２に記載の放電加工電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電加工電源装置に関し、特にワークの加工面粗度を良好にする放電加工電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に放電加工装置は、電極とワークとの極間に直流高電圧を連続的に印加するか、高電圧のパルスを周期的に印加し、これら電極とワークとの極間のギャップに放電を誘発する放電誘発と絶縁破壊させてワークを加工する放電加工とに両用されるパルス発生電源を有する。絶縁破壊により放電が開始すると、加工屑が溜まり短絡状態となるので、これを防止すべく電極とワーク間に電圧を印加しない休止時間を設けている。
【０００３】
直流高電圧を連続的に印加する場合には、電圧印加後絶縁破壊により放電が開始すると、すなわち放電開始のためのサーチ時間ＳＴが経過すると所定時間τＯＮ電圧を継続して印加して放電加工した後、休止時間τＯＦＦを待って再び直流高電圧を印加する。このような放電誘発、放電加工、休止の動作を繰返して放電加工を行う。
【０００４】
高電圧のパルスを周期的に印加する場合には、絶縁破壊により放電が開始すると、パルスの周期において、放電加工前の放電誘発時の上記休止時間より放電加工中の休止時間を長くした周期でパルス電圧を印加して放電加工を行う。
【０００５】
コンデンサ方式と称する放電加工装置が知られている。この方式では、直流電圧源により充電したコンデンサの電圧を電極とワークとの極間に印加し、放電誘発、放電加工、休止の動作を周期的に繰返して放電加工を行う。電極とワークとの極間における絶縁状態は絶えず変化しているので、充電中に充電抵抗Ｒとコンデンサの容量Ｃの時定数ＣＲで変化するコンデンサ電圧のどの電圧で絶縁破壊が発生するか定まらない。したがって放電加工電圧が定まらずワークの面粗度が不均一になる。
【０００６】
また、絶縁破壊の検出すなわち放電加工の開始は、通常極間の電圧の立下がりを検出して行い、検出後、電源からコンデンサへの充電を止めている。この検出が電気回路の特性上の理由で遅れると、その遅延時間だけ充電が継続したまま放電加工が行われることになり、したがって放電加工電流も大きくなり微細な面粗度の加工に不適となる。また、充電用コンデンサの他に給電回路には浮遊容量があるので、合わせたコンデンサ容量は大きくなり、したがって放電加工電流も大きくなり微細な面粗度の加工に不適となる。
【０００７】
コンデンサ方式の放電加工装置には、特許文献１に記載されたものがある。この装置は、コンデンサの充電が略飽和した後に電源からコンデンサへの充電を解除し、充電されたコンデンサの電圧を極間に印加し、放電誘発を行い、絶縁破壊により放電加工を行い、極間の電圧が略零ボルトになった放電終了時にコンデンサから極間への放電回路を遮断し、その放電加工の休止時に充電時の充電電圧のピーク値を基準電圧と比較して極間の絶縁状態が良好か否かを検出する一連のサイクルを実行するものである。このピーク値は絶縁不良時に低くなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３３７７３８号公報（明細書の段落番号［００１０］〜［００１３］および図面の図１〜図３参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来技術によるコンデンサ方式の放電加工電源装置では、パルス電圧印加の周期毎に、放電開始時の極間電圧が変化するので加工電流も変化し、ワークの面粗度を均一にする加工ができないという問題がある。
また、従来技術の放電加工電源装置では、上記極間の絶縁破壊の検出に遅延が生じ、さらに浮遊容量を含めたコンデンサ容量が大きくなるので、放電加工電流が大きくなり、ワークの微細な面粗度の加工に適さないという問題がある。
【００１０】
特許文献１に記載の装置は、放電誘発のためにコンデンサの充電電圧を極間に印加する前にコンデンサを十分充電しておかなければならず、放電誘発までに時間を要し、その結果加工効率が悪化するという問題があり、さらに充電電圧印加後に放電が発生しない場合、放電加工休止時に極間の絶縁状態の良／不良を判定することができないので、絶縁回復されないまま放電加工することとなり集中放電が発生しワークの加工品質を悪化させるという問題が生じる。
【００１１】
本発明の放電加工電源装置は、特に仕上げ加工時にワークの面粗度が均一になるよう加工することを主目的とし、微細な面粗度の加工を可能にすることを他の目的とする。さらに、本発明の放電加工電源装置は、充電電圧印加毎に放電が発生しない場合でも極間の絶縁状態の良／不良を判定できるようにすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明による放電加工電源装置は、電極とワークとの極間に電圧を印加して前記ワークを放電加工する放電加工電源装置において、前記極間に放電を誘発する高い値のパルス電圧を印加するパルス電源と、前記極間に放電を誘発しない低い値の直流電圧の電力を供給する直流電源と、前記直流電源と前記極間とを結ぶ線路の陰極側に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に並列に接続され、容量が一定または可変のコンデンサと、前記スイッチング素子を開閉して前記コンデンサの充放電を制御するスイッチング制御回路と、を具備して構成される。
上記構成により、放電加工用にパルス電圧が極間に印加されるときのコンデンサの電荷は絶えず空となり、ワークの面粗度が均一になるよう加工することができる。
また、上記放電加工電源装置において、前記コンデンサの容量は可変である。これにより、ワークの面粗度を可変でき、微細な面粗度の加工を可能とする。
【００１３】
上記放電加工電源装置において、前記コンデンサの充電電圧を監視し前記極間状態を判定する電圧監視回路と、前記極間状態から次のパルス電圧印加までの時間を制御する制御回路とを備える。これにより、充電電圧印加毎に放電が発生しない場合でも極間の絶縁状態の良／不良を判定できるように、極間の絶縁状態を検出してフィードバック制御をし、加工時間を短縮することができる。
【００１４】
上記放電加工電源装置において、前記パルス電源に代えて、前記直流電源と前記電極と前記ワークと前記コンデンサとが直列接続された線路を前記直流電源から切離す位置に挿入されたインダクタと、前記直流電源と前記インダクタとが直列接続された閉回路を開閉する第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子を開閉して前記極間に放電を誘発可能な電圧を発生させる第２スイッチング制御回路と、を備える。
上記構成により、放電を誘発するための高い電圧のパルス電源を設けずに、低い電圧を供給する直流電源とインダクタと第２スイッチング素子と第２スイッチング素子の開閉を制御する第２スイッチング制御回路とにより、放電を誘発するための高い電圧の短いパルス幅のパルスを極間に印加できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スイッチング素子とコンデンサとスイッチング制御回路とにより、極間に放電加工用パルスが印加されるときのコンデンサの電荷は絶えず空となり、放電開始時の極間電圧がほぼ一定となるのでワークの面粗度が均一になる。コンデンサの容量を可変することによってワークの面粗度を可変でき、微細な面粗度の加工を可能とする。また電圧監視回路と制御回路を備えることにより、極間が短絡状態か絶縁状態かを判定でき、判定結果をフィードバック制御して短絡の原因を取除いたり、パルス電圧の休止時間を設けたりして加工効率の良い条件で放電加工を行うことができる。
また、高い電圧のパルス電源を用いずに、低い電圧の直流電源とインダクタと第２スイッチング素子と第２スイッチング制御回路とにより、短かいパルス幅のパルス電圧を極間に供給することができ、ワークの面粗度を向上させた微細加工が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の第一実施形態に係る放電加工電源装置の電気回路図である。図１に示す放電加工電源装置は、加工用の電極１と被加工物であるワーク２との極間、すなわちギャップＧＡＰ内で放電加工するものである。この装置は、電極１とワーク２との極間に放電を誘発し得る比較的高い、例えば１００ボルトのパルス電圧を印加するパルス電源ＰＧと、電極１とワーク２との極間に放電を誘発する電圧より低い、例えば十数ボルトの直流電圧の電力を供給する直流電源Ｖ１と、陽極がワーク２に接続され陰極が直流電源Ｖ１の陰極に直列接続されたスイッチング素子Ｓ１と、スイッチング素子Ｓ１の開閉（オンオフ）を制御するスイッチング制御回路（不図示）と、スイッチング素子Ｓ１に並列に接続されたコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の充電電圧を監視し極間状態を判定する電圧監視回路ＭＣと極間状態に応じて次のパルス電圧印加までの時間を制御する制御回路（不図示）とを有する。コンデンサＣ１の容量を小さくする程、放電加工時の電流が小さくなるのでワーク２の面粗度を良好にすることができる。コンデンサＣ１の容量は得たい面粗度に合わせた一定値でも良く、コンデンサＣ１の容量の最小値は線路が有する浮遊容量である。
【００１７】
ワーク２は電極１に対向して加工槽３内に載置され、加工槽３内には加工液４として油が注入されている。電極１はワーク２との放電間隙ＧＡＰが所定の長さとなるようにサーボモータ（不図示）の駆動によりワーク２の加工箇所に向けて移動される。
【００１８】
図２は図１に示す電気回路の動作のタイムチャートである。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は、パルス電圧ＶＰＧ、充電電圧ＶＣ１については電圧を示し、充電電流ＩＣについては電流を示し、スイッチング素子Ｓ１についてはオンをハイレベルでオフをローレベルで示す。
最初の時刻ｔ０では、パルス電源ＰＧから所定周期のパルス電圧ＶＰＧが電極１とワーク２との極間に印加されておらず、スイッチング素子Ｓ１はオフである。第１ステップにおいて、時刻ｔ１から所定周期で、Ｓ１をオフにしたまま、パルス電源ＰＧからパルス電圧ＶＰＧのパルスを電極１とワーク２との間に印加する。
【００１９】
第２ステップにおいて、時刻ｔ２の第５発目のパルスの印加で絶縁破壊が発生し、放電が開始し、直流電圧源Ｖ１からコンデンサＣ１に充電電流ＩＣが流れ、同時にコンデンサＣ１が充電され、時刻ｔ３でコンデンサＣ１の両端の充電電圧ＶＣ１は飽和電圧まで上がる。またこの時刻ｔ２〜ｔ３の間、充電が進むにつれて電極１とワーク２との極間のギャップ電圧ＶＧは次第に小さくなり、ＧＡＰの絶縁が回復され、時刻ｔ３で充電電流ＩＣが途切れる。時刻ｔ１からのパルス電圧ＶＰＧの印加後に、第５発目のパルス印加直後のように、充電電圧ＶＣ１の上昇が有ればＧＡＰが放電誘発され絶縁破壊したか、短絡が発生したかの何れかであり、第１〜４発目のパルス印加直後のように、充電電圧ＶＣ１の上昇が無ければ放電誘発が空振りしたことである。
【００２０】
この放電間隙ＧＡＰが放電誘発され絶縁破壊したか、短絡が発生したか、あるいは放電誘発が空振りしたかの判定は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＣ１を監視する電圧監視回路ＭＣにより行われる。電圧監視回路ＭＣは、充電電圧ＶＣ１と第１コンパレータレベルＣＬ１とを比較して、ＶＣ１≧ＬＶ１のときは絶縁破壊と判定し、ＶＣ１＜ＬＶ１のときは放電誘発空振りと判定する。電圧監視回路ＭＣは、充電電圧ＶＣ１と第２コンパレータレベルＣＬ２（ＣＬ１＜＜ＣＬ２＜Ｖ１、ここでＶ１は直流電圧源Ｖ１の電圧）とを比較して、ＶＣ１≧ＬＶ２のときは短絡と判定し、ＶＣ１＜ＬＶ２のときは絶縁破壊または放電誘発空振りと判定する。
【００２１】
この電圧監視回路ＭＣの有利な点は、従来放電誘発により極間に絶縁破壊が発生したことを検出するためには短いパルスの印加時に極間の電圧を測定しなければならず、不安定な測定結果となったが、電圧監視回路ＭＣは、極間の電圧でなく、コンデンサＣ１の充電電圧を測定すればよく、かつ短いパルスが印加されていない比較的長い時間内に測定することができるので、安定した確実な測定結果を得られる。
【００２２】
制御回路は、第１〜４発目のパルス印加直後のように、充電電圧ＶＣ１の上昇が無ければ、パルス電源ＰＧから次の第２〜５発目のパルスを印加する。第５発目のパルス印加直後のように、充電電圧ＶＣ１の上昇が有れば、第２ステップにおいて休止時間τＯＦＦ待って、第３ステップにおいて、時刻ｔ１１でスイッチング素子Ｓ１をオンにし、コンデンサＣ１に充電された電荷の放電を開始する。
【００２３】
次に、時刻ｔ１２でスイッチング素子Ｓ１をオフにした後コンデンサＣ１に充電された電荷は空となり、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＣ１の上昇が無ければＧＡＰは絶縁状態であり、充電電圧ＶＣ１の上昇が有ればＧＡＰは短絡状態と判定する。この判定は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＣ１を監視する電圧監視回路ＭＣがＶＣ１を第１コンパレータレベルＣＬ１と比較して行う。第５発目のパルス印加後のように、時刻ｔ１２でスイッチング素子Ｓ１をオフにした後コンデンサＣ１に充電された電荷は空となっていることで、充電電圧ＶＣ１の上昇が無くＧＡＰが絶縁状態であれば、時刻ｔ１３でパルス電源ＰＧから次の第６発目のパルスを印加する。この第６発目のパルス印加時のように、放電加工用にパルスが印加されるときのコンデンサＣ１の電荷は絶えず空となっているので、ワークの面粗度が均一となる加工ができ、すなわち、ワーク２の放電痕の均一化が可能となる。
【００２４】
一方、第８発目のパルス印加後のように、時刻ｔ２１でスイッチング素子Ｓ１をオンにし、コンデンサＣ１に充電された電荷の放電を開始し、次いで時刻ｔ２２でスイッチング素子Ｓ１をオフにした後、充電電圧ＶＣ１の上昇があり電圧監視回路ＭＣによりＧＡＰが短絡状態であると判定されるが、第４ステップにおいて、時刻ｔ２３で再度放電誘発を促すため次の第９発目のパルスを印加した後、休止時間τＯＦＦ待つ。ここで、第９発目のパルスは印加せずに、電圧監視回路ＭＣにより短絡が検出されたと判定して加工を中断し、例えば極間における加工屑の除去を目的として加工軸のジャンプ動作をするなどして、短絡の原因を取除いた後に加工を再開してもよい。この判定は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＣ１を監視する電圧監視回路ＭＣがＶＣ１を第２コンパレータレベルＣＬ２と比較して行う。
【００２５】
第５ステップにおいて、時刻ｔ３１でスイッチング素子Ｓ１を再びオンにし、コンデンサＣ１に充電された電荷の放電を開始する。時刻ｔ３２で充電電圧ＶＣ１の上昇が無ければ、電圧監視回路ＭＣによりＧＡＰが絶縁状態に復帰したと判定して、時刻ｔ３３でパルス電源ＰＧから次の第１０発目のパルスを印加し、放電加工を再開する。一方、時刻ｔ３２で充電電圧ＶＣ１の上昇があり、電圧監視回路ＭＣによりＧＡＰの短絡状態が継続していると判定された場合は加工を中断し、上記同様短絡の原因を取除いた後に加工を再開してもよい。
【００２６】
上述したように、電圧監視回路ＭＣによりコンデンサＣ１の充電電圧ＶＣ１を監視することにより、放電間隙ＧＡＰが絶縁状態であるか短絡状態を含む通電状態であるかを判定でき、その判定結果に応じて制御回路は、次にどの位の休止時間を待って極間にパルス電圧を印加するかを決定でき、その結果加工時間を短縮できる。具体的には、放電誘発後に放電間隙ＧＡＰが絶縁状態であれば、第２〜第５パルスの印加時のように、短時間Ｔ休止して次のパルス電圧を極間に印加し、放電誘発後に放電間隙ＧＡＰが通電状態であれば、第６パルスの印加時のように、長時間τＯＦＦ休止して次のパルス電圧を極間に印加する。
【００２７】
図３は本発明の第二実施形態に係る放電加工電源装置の電気回路図である。第二実施形態の放電加工電源装置は、図１に示す放電加工電源装置において、パルス電源ＰＧの代わりに、図３に示すように、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｓ２を配置し、かつスイッチング素子Ｓ２のオンオフを制御するスイッチング制御回路（不図示）を設けて、直流電源Ｖ１から短いパルス幅の高電圧パルスを発生する構成にしたものである。スイッチング素子Ｓ２オンオフ用の上記スイッチング制御回路は、図１を用いて説明したスイッチング素子Ｓ１オンオフ用のスイッチング制御回路（不図示）に組込まれている。
【００２８】
次に、図３に示す第二実施形態の放電加工電源装置による、高電圧パルスの発生について以下に説明する。最初、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は共にオフである。第１ステップで、Ｓ１をオフにしたまま、Ｓ２をオンにする。すると、直流電源Ｖ１からＳ２を通して電流が流れる。
【００２９】
第２ステップで、Ｓ１をオフにしたまま、Ｓ２を瞬時にオフにする。すると、直流電源Ｖ１からＳ２を流れた電流が瞬時に遮断されるためＶ１の＋端子とＳ２の開放端側との間のインダクタＬ１にＶ１の電圧と比べて数倍〜数十倍高いピーク値を有するパルス電圧ＶＰが誘起され電極１に印加される。このパルス電圧ＶＰのピ−ク値をより高くし、パルス幅をより長くするためには、Ｓ２をオンにする時間を長くとればよい。このピーク値とパルス幅は、遮断時のパルス電圧、遮断電流、遮断前の閉回路のインダクタンス、スイッチング素子Ｓ２のターンオフ応答特性によって決定される。
【００３０】
第３ステップで、Ｓ２をオフにしたままＳ１をオンにする。すると、コンデンサＣ１に充電された電荷がＳ１を流れて放電する。このように、第１〜第３ステップを繰返し実行することにより、電極１とワーク２との極間に高い電圧のパルスを供給せずに、スイッチング素子の応答時間より短いパルス幅のパルスを供給することができ、ワーク２の面粗度を向上させた微細加工が実現する。
【００３１】
以上説明したように、本発明の放電加工電源装置よれば、ワークの面粗度が均一になるよう加工することができ、かつ微細な面粗度の加工を可能とし、さらに、加工効率を良好にすることができる。また、本発明の放電加工電源装置は、コンデンサの充電電圧を監視する電圧監視回路により、充電電圧印加毎に放電が発生しない場合でも極間の絶縁状態の良／不良を判定できるので、極間の絶縁状態を検出できる。
【００３２】
本願発明の放電加工電源装置は、コンデンサの容量を可変することにより、加工条件に適したワークの面粗度で加工できる。
本実施形態では、直流電源の陽極に電極を陰極にワークを接続したが、電極材質、ワーク材質等の加工条件によっては逆極性の接続もある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る放電加工電源装置の電気回路図である。
【図２】図１に示す電気回路の動作のタイムチャートである。
【図３】本発明の第ニ実施形態に係る放電加工電源装置の電気回路図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電極
２…ワーク
３…加工槽
４…加工液
Ｖ１…直流電源
ＰＧ…パルス電源
Ｓ１、Ｓ２…スイッチング素子
Ｃ１…コンデンサ
ＭＣ…電圧監視回路
ＧＡＰ…放電間隙
Ｌ１…インダクタ
【図１】
2005329496.tif 000003
【図２】
2005329496.tif 000004
【図３】
2005329496.tif 000005