(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータにより振動や軸周りの回転が付与される電極棒と、
該電極棒と導電性のワークとの間に放電加工用の電圧を印加するための放電電源と、
外部と連通する前記ワークの凹所や孔内の電極棒貫通予定箇所に臨む様に前記ワークと絶縁して配される導電性のターゲットと、
前記電極棒と前記ターゲットとの導通により、前記電極棒と前記ターゲットとの接触を検出する電極棒・ターゲット接触検出手段と、
前記ワークと前記ターゲットとの導通により、前記ワークと前記ターゲットとの接触を検出するワーク・ターゲット接触検出手段と、
前記アクチュエータおよび前記放電電源の作動を司り、放電加工を制御する加工制御手段とを備え、
放電加工により、前記ワークの外壁から前記ワークの凹所や孔へ通じる連通孔の形成中は、前記ワークと前記ターゲットが非接触状態にあることを前記ワーク・ターゲット接触検出手段が監視するとともに、前記電極棒・ターゲット接触検出手段が前記電極棒と前記ターゲットとの接触を検出すると前記加工制御手段が放電加工を終了する放電加工装置であって、
前記放電電源は、前記電極棒にマイナス、前記ワークにプラスの電圧を印加し、
前記ワーク・ターゲット接触検出手段および前記電極棒・ターゲット接触検出手段を、
前記放電電源のプラス極側に一端を接続した第１の抵抗と、
一端を前記第１の抵抗の他端に第１の接続点で接続した第２の抵抗と、
アノード側を前記第２の抵抗の他端に接続した第１のフォトカプラと、
一端を第２の接続点で前記第１のフォトカプラのカソード側に接続した第３の抵抗と、
アノード側を第３の接続点で前記第３の抵抗の他端に接続した第２のフォトカプラと、
一端を前記第２のフォトカプラのカソード側に接続し他端を前記放電電源のマイナス極側に接続した第４の抵抗と、
カソードを前記第１の接続点に接続しアノードを前記第２の接続点に接続した第１のツェナーダイオードと、
カソードを前記第３の接続点に接続しアノードを前記第４の抵抗の他端に接続した第２のツェナーダイオードと、
カソードを前記第２の接続点に接続しアノードを前記ターゲットに接続した第１のダイオードと、
カソードを前記ターゲットに接続しアノードを前記第３の接続点に接続した第２のダイオードとにより構成したことを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】
前記第２のフォトカプラの出力をローパスフィルタで処理すること、前記第２のフォトカプラの導通・非導通に基づく電極棒・ターゲット接触検出の判定値を上げること、および前記ターゲットに加工屑除去流体を噴射することの内、一つ以上を実施することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電極棒とワークとの間に高電圧を印加して放電させ、ワークを加工する放電加工装置が知られている。
この放電加工装置でワークに細孔を開ける場合、細孔の貫通（電極棒の貫通）を放電加工機のＮＣ軸の送り量で判別している。
【０００３】
その際、電極棒は加工中に消耗するため、予め電極棒の消耗量を見込んでＮＣ軸の送り量を決定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、消耗量は加工状態により変化するため、一定にならず、その結果、電極棒の突き出し量がばらつき、以下の（ａ）、（ｂ）に示す不具合が発生する。
【０００５】
（ａ）細孔を加工する放電加工は、径が細く剛性が低いため、電極棒が径方向に振動し、振れが生じる。そのため、電極を保持するガイドからの突き出し量が変化した場合、電極先端の振れ量が変化することになる。放電加工の加工孔径は、電極棒の径方向の軌跡の最外径で決定されるため、振れ量が変化すると孔径精度がばらつく。
【０００６】
（ｂ）図７に示す噴射ノズルの様な袋孔等、対向面が存在するワークに細孔加工を行うと、電極棒の突き出し長のばらつきにより、加工部の対向面に放電痕が付く場合がある。
【０００７】
なお、放電電流の変化で電極棒の貫通を検知して、電極消耗のばらつきに影響を受けない様にする技術（特開平９- ２３９６２５号公報）が存在する。
しかし、この技術では、電極棒の送りを直接、検出していない。
このため、突き出し長の精度が±０．０３ｍｍ以下にできない。また、深孔になると、加工中のスラッジにより発生する短絡電流が多くなるため、更に精度が悪くなる。
【０００８】
本発明の目的は、電極棒のワーク貫通後の突き出し長のばらつきを防止した放電加工装置の提供にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
放電加工装置は、アクチュエータにより振動や軸周りの回転が付与される電極棒と、電極棒と導電性のワークとの間に放電加工用の電圧を印加するための放電電源と、外部と連通するワークの凹所や孔内の電極棒貫通予定箇所に臨む様にワークと絶縁して配される導電性のターゲットと、電極棒とターゲットとの導通により、電極棒とターゲットとの接触を検出する電極棒・ターゲット接触検出手段と、ワークとターゲットとの導通により、ワークとターゲットとの接触を検出するワーク・ターゲット接触検出手段と、アクチュエータおよび放電電源の作動を司り、放電加工を制御する加工制御手段とを備える。
【００１６】
ワーク・ターゲット接触検出手段は、放電加工により、ワークの外壁からワークの凹所や孔へ通じる連通孔の形成中は、ワークとターゲットが非接触状態にあることをワーク・ターゲット接触検出手段が監視する。
放電加工により、ワークの外壁からワークの凹所や孔へ通じる連通孔の形成中に、電極棒の先端がワークの凹所や孔内に出て電極棒貫通予定箇所に達すると、電極棒- ターゲット間が導通して、電極棒・ターゲット接触検出手段が電極棒とターゲットとの接触を検出し、加工制御手段が放電加工を終了する。
【００１７】
これにより、放電加工装置は、電極棒のワーク貫通後の突き出し長のばらつきを防止することができる。
このため、連通孔の孔径のばらつきを小さく抑えることができる。更に、電極棒貫通後の、対向面への放電痕の形成を防止することができる。
【００１８】
また、ワーク・ターゲット接触検出手段により、ワークとターゲットが接触した状態を回避できるので、ターゲットが誤って放電加工されてしまうという不具合が防止できる。
なお、加工屑の影響を受け易いが、製造コストが安価である。
【００１９】
また、（正常に加工中）放電加工中は、第１の抵抗、第２の抵抗、第１のフォトカプラ、第３の抵抗、第２のフォトカプラ、および第４の抵抗を通って電流が流れるので、第１、第２のフォトカプラは、共に導通状態になる。
【００２０】
（電極棒がターゲットに接触）
連通孔が完成して、電極棒がターゲットに接触すると、第２のフォトカプラが電極棒と同電位になるため、第１の抵抗、第２の抵抗、第１のフォトカプラ、第３の抵抗、第２のフォトカプラ、および第４の抵抗を通って流れていた電流が、第２のフォトカプラおよび第４の抵抗を通らず、第１の抵抗、第２の抵抗、第１のフォトカプラ、第３の抵抗、第２のダイオード、ターゲット、および電極棒の順に流れる。
そのため、第２のフォトカプラには電流が流れず非導通状態に変化する。
【００２１】
（第１、第２のツェナーダイオードの説明）
実際の加工では、加工状態に対応して、放電電源の電圧が大きく変化（数十Ｖ〜３００Ｖ程度）するため、第１、第２のフォトカプラに流れる電流は大きく変化するので対策を施さないと、過電流で第１、第２のフォトカプラが破損してしまう。
【００２２】
この対策として、第１のツェナーダイオードのカソードを第１の接続点に接続し、アノードを第２の接続点に接続している。また、第２のツェナーダイオードのカソードを第３の接続点に接続し、アノードを第４の抵抗の他端に接続している。
これにより、放電電源の電圧が変化しても、第１の接続点- 第２の接続点間は第１のツェナーダイオードのブレークダウン電圧に保持され、第３の接続点- 第４の抵抗の他端間は第２のツェナーダイオードのブレークダウン電圧に保持される。
【００２３】
更に、この第２のツェナーダイオードが、ターゲット〜電極棒間に並列に接続されているので、ターゲット〜電極棒間は、常に数Ｖ（ブレークダウン電圧）程度となるので、ターゲット〜電極棒間での放電は微小でありターゲットは消耗しない。
【００２４】
注意する点として、加工屑の発生やターゲットの位置ずれ等により、ターゲットがワークに接触すると、第２のツェナーダイオードの作用が無効になり、電極棒- ターゲット間に高電圧がかかり、ターゲットが放電加工されてしまう。
【００２５】
これを防止するため、ワーク・ターゲット接触検出手段を設けている。
放電電源が作動中は、第１のフォトカプラが導通状態となる。
ターゲットがワークに接触すると、放電電源が作動中は、第１のフォトカプラには電流が流れず非導通状態に変化する。
これを利用して、報知器等を作動させれば、ターゲットがワークに接触していることを作業者に報知することができる。
【００２６】
〔請求項２について〕
加工屑の影響を受け難くするには以下の内、一つ以上を実施する。
（１） 加工屑を介して電極棒とターゲットとが導通する場合には、第２のフォトカプラの導通状態は短い（数十μｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ程度）が、電極棒が直接ターゲットに接触する場合には、第２のフォトカプラの導通状態は長い間（最低でも０．１ｓｅｃ）持続する。このため、第２のフォトカプラの出力をローパスフィルタで処理して、電極棒が直接ターゲットに接触した出力波形のみ通す様にする。
【００２７】
（２）加工屑を介して電極棒とターゲットとが導通する場合には、第２のフォトカプラの導通状態は不安定であるので、第２のフォトカプラの導通、非導通に基づく電極棒・ターゲット接触検出の判定値を上げる。
（３）ターゲットに加工屑除去流体を噴射して、加工屑を除去する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の第１実施例に係る放電加工装置Ａを、図１〜図４に基づいて説明する。
図に示す様に、放電加工装置Ａは、加工装置本体１と、制御ユニット２とを備える。
【００２９】
加工装置本体１は、ターゲット３、電極棒送りヘッド１１、ＮＣ軸１２、電極棒４、電極ガイド１３、ワーク受け１４、加工液ノズル１５、スラッジ除去ノズル１６、ターゲット絶縁ガイド１７、電極先端ドレス装置１８、および加工液供給装置１９等を備える。
導電性のターゲット３は、外部と連通する、ワーク１０の孔１００内の電極棒貫通予定箇所１０１に先端が臨む様に、ターゲット絶縁ガイド１７によってワーク１０と絶縁して配される。
【００３０】
電極棒送りヘッド１１は、ＮＣ軸１２に取り付けられている。
電極棒４は、ワーク受け１４に取り付けられたワーク１０に対向する様に電極棒送りヘッド１１に取り付けられている。
【００３１】
電極棒送りヘッド１１には、圧電素子（図示せず）が収容されており、この圧電素子の収縮によりワーク１０に向けて電極棒４（タングステン製）が送り出される。
加工液供給装置１９は、加工装置本体１の下部に設けられ、ポンプ、フィルタ、タンク等を備え、放電加工時にワーク１０に加工液を加工液ノズル１５から噴射する。
【００３２】
制御ユニット２は、放電電源２１、接触電流検出回路５、およびＮＣ軸制御装置２２等で構成されている。
接触電流検出回路５は、電極棒４とターゲット３との接触を検出する電極棒・ターゲット接触検出回路６と、ワーク１０とターゲット３との接触を検出するワーク・ターゲット接触検出回路７とで構成されている。
【００３３】
ワーク・ターゲット接触検出回路７は、放電電源２１のプラス極２１１に一端７１１を接続した抵抗７１（第１の抵抗）と、一端７２１を抵抗７１の他端７１２に接続点７３（第１の接続点）で接続した抵抗７２（第２の抵抗）と、アノード７４１を抵抗７２の他端７２２に接続したフォトカプラ７４（第１のフォトカプラ）と、一端７６１を接続点７５（第２の接続点）でフォトカプラ７４（第１のフォトカプラ）のカソード７４２に接続した抵抗７６（第３の抵抗）と、カソード７７１を接続点７３に接続しアノード７７２を接続点７５に接続したツェナーダイオード７７（第１のツェナーダイオード）と、オペアンプ７８１、７８２と、ワーク・ターゲット接触基準電圧可変ＶＲ７８３と、カソード７９１を接続点７５に接続し、アノード７９２をターゲット３に電気接続したダイオード７９（第１のダイオード）等により構成されている。
【００３４】
電極棒・ターゲット接触検出回路６は、一端７６１を接続点７５に接続し、他端７６２をフォトカプラ６１（第２のフォトカプラ）のアノード６１１に接続した抵抗７６（第３の抵抗）と、アノード６１１を接続点６２（第３の接続点）で抵抗７６の他端７６２に接続したフォトカプラ６１（第２のフォトカプラ）と、一端６３１をフォトカプラ６１のカソード６１２に接続し他端６３２を放電電源２１のマイナス極２１２に接続した抵抗６３（第４の抵抗）と、カソード６４１を接続点６２（第３の接続点）に接続し、アノード６４２を抵抗６３（第４の抵抗）の他端６３２に接続したツェナーダイオード６４（第２のツェナーダイオード）と、カソード６５１をターゲット３に接続し、アノード６５２を接続点６２に接続したダイオード６５（第２のダイオード）と、ローパスフィルタ６６と、オペアンプ６７１、６７２と、電極棒・ターゲット接触基準電圧可変ＶＲ６７３とにより構成されている。
【００３５】
電極棒・ターゲット接触検出回路６は、以下の様に動作する。
（正常に加工中）
放電加工中は、抵抗７１、７２、７６、６３、およびフォトカプラ７４、６１を通って電流が流れるので、フォトカプラ７４、６１は導通状態になる。
その結果、オペアンプ６７１において、＋側が０Ｖ、−側は基準電圧（５Ｖ未満）が印加されるので出力は０Ｖになる。
従って、最終段のオペアンプ６７２は０Ｖ（Ｌ）を出力する。
【００３６】
（電極棒４がターゲット３に接触）
連通孔２３が完成して、電極棒４がターゲット３に接触すると、フォトカプラ６１の入力側が電極棒４と同電位になるため、抵抗７１、７２、７６、６３、およびフォトカプラ７４、６１を通って流れていた電流が、フォトカプラ６１と、抵抗６３とを通らず、ダイオード６５、ターゲット３、および電極棒４の順に流れる。
そのため、フォトカプラ６１には電流が流れないので非導通状態になる。
【００３７】
オペアンプ６７１においては、−側入力の基準電圧（５Ｖ未満）に対し、＋側入力が比較電圧（＋５Ｖ）に変わるため、出力は＋５Ｖ（Ｈ）に変化する。
従って、最終段のオペアンプ６７２の出力は、０Ｖ（Ｌ）から＋５Ｖ（Ｈ）に変化する。
【００３８】
実際の加工では、加工状態に対応して、放電電源２１の電圧を数十Ｖ〜３００Ｖの間で変化させているので、フォトカプラ７４、６１に流れる電流は大きく変化するので対策を施さないと、過電流でフォトカプラ７４、６１が破損してしまう。
【００３９】
この対策として、ツェナーダイオード７７のカソード７７１を接続点７３に接続し、アノード７７２を接続点７５に接続している。また、ツェナーダイオード６４のカソード６４１を接続点６２に接続し、アノード６４２を抵抗６３の他端６３２に接続している。
これにより、放電電源２１の電圧が変化しても、接続点７３- 接続点７５間はツェナーダイオード７７のブレークダウン電圧に保持され、且つ接続点６２- 抵抗６３の他端６３２間はツェナーダイオード６４のブレークダウン電圧に保持される。
【００４０】
更に、このツェナーダイオード６４が、ターゲット３〜電極棒４間に並列に接続されているので、ターゲット３〜電極棒４間は、常に数Ｖ（ブレークダウン電圧）程度となるので、ターゲット３〜電極棒４間での放電は微小でありターゲット３は消耗しない。
【００４１】
ローパスフィルタ６６は、電極棒４とターゲット３間に滞留する加工屑に係る電流波形を阻止する機能がある｛図３の（ａ）→（ｂ）｝。
電極棒４がターゲット３に接触した時に発生する接触電流は、最低でも０．１ｓｅｃ以上継続するが、電極棒４が加工屑に接触した時に発生する接触電流の波形は、数十μｓｅｃから数十ｍｓｅｃ（実験で確認）の短パルスであるので、ローパスフィルタ６６（加工屑で発生する接触電流の波形に応じたカットオフ周波数；１００Ｈｚ）で阻止できる。
【００４２】
また、ローパスフィルタ６６で除去しきれない長めのパルスについては、電極棒・ターゲット接触基準電圧可変ＶＲ６７３で電極棒・ターゲット接触基準電圧６６０を高めに設定する（図３参照））ことで識別する。
なお、図１に示す様に、スラッジ除去ノズル１６から加工液をターゲット３に向けて噴射して、加工屑に係る電流による誤検知を防止する構成を付加しても良い。
【００４３】
注意する点として、加工屑の発生やターゲット３の位置ずれ等により、ターゲット３がワーク１０に接触すると、電極棒４- ターゲット３間に高電圧がかかり、ターゲット３が放電加工されてしまう。
【００４４】
これを防止するため、ワーク・ターゲット接触検出回路７を設けている。
放電電源２１が作動中は、フォトカプラ７４が導通状態となり、最終段の出力７８４は０Ｖである。
ターゲット３がワーク１０に接触すると、放電電源３１が作動中は、最終段の出力７８４が５Ｖ（Ｈ）になる。この出力を用いて報知器を作動させ、ターゲット３がワーク１０に接触していることを作業者に報知する。
【００４５】
つぎに、本実施例の放電加工装置Ａの評価試験について述べる。
図１、図２に示す放電加工装置Ａにおいて、φ０．１４ｍｍの電極棒４を用い、板厚が１．２ｍｍのワーク１０（ｓｔｅｅｌ材）の放電加工を行った。
【００４６】
図４に示す様に、放電加工装置Ａによる放電加工では、孔径のばらつきは、±３σ評価で±７μにおさまった。また、孔の未貫通や、電極棒貫通後の対向面への放電による放電痕（図７参照）は皆無であった。
これは、電極棒４の突き出し長が一定に維持されるためであると考えられる。
【００４７】
これに対し、特開平９- ２３９６２５号公報の放電加工装置では、孔径のばらつきは、±３σ評価で±１２μであった。
また、孔の未貫通や、電極棒貫通後の対向面への放電による放電痕（図６参照）が数十％発生した。
【００４８】
つぎに、本発明の参考例を図５に基づいて説明する。
図５に示す様に、放電加工装置Ｂは、電極棒４と、ターゲット３を支持する支持体３１と、電極棒４がターゲット３を押すことにより発生する微小荷重を検出する歪みゲージ３２と、電極棒・ターゲット接触検出回路３３とを有する。
ターゲット３は、支持体３１により、外部と連通する、ワーク１０の孔１００内の電極棒貫通予定箇所１０１に先端が臨む様に配される。
【００４９】
そして、放電加工により、ワーク１０の外壁からワーク１０の孔１００へ通じる連通孔２３の形成中に、電極棒４の先端がワーク１０の孔１００内に出て電極棒貫通予定箇所１０１に達すると、電極棒４がターゲット３を押し、歪みゲージ３２が出力を送出するので、電極棒・ターゲット接触検出回路３３が電極棒４とターゲット３との接触を検出し、制御ユニット２が放電加工を終了する。
【００５０】
これにより、放電加工装置Ｂは、電極棒４のワーク貫通後の突き出し長のばらつきを防止することができる。
このため、連通孔２３の孔径のばらつきを小さく抑えることができる。更に、電極棒貫通後の対向面への放電痕の形成（図６参照）を防止することができる。
なお、歪みゲージ３２を使用するので、製造コストが若干高くなるが、加工屑の影響を受け難いという利点を有する。
【００５１】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．特開平９- ２３９６２５号公報に記載の技術では、テーパの除去に関して、電極が貫通した後、一定時間、電極を止めて加工電圧を保持（または数十Ｖ上げる）する構成を採用している。
【００５２】
この技術をそのまま放電加工装置Ａに適用した場合、電極棒４がターゲット３に接触した状態では、放電電流の一部がターゲット３を介して流れるためテーパ除去能率が低下する。
【００５３】
これを解消するには、電極棒４がターゲット３に接触した直後、電極棒４を０．０１ｍｍ以上引き戻す様にすればテーパ除去能率が低下しない。
特開平９- ２３９６２５号公報に記載の技術は、電極棒４がワーク１０を貫通した瞬間を検出できる。
このため、本発明の技術と特開平９- ２３９６２５号公報に記載の技術とを併用することで、ノイズによる誤検出を防止でき、検出の信頼性を向上することができる。
【００５４】
ｂ．上記実施例では、電動により、振動や回転を付与しているが、空気圧により振動や回転を付与する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る放電加工装置の構成図である。
【図２】その放電加工装置の電気回路図である。
【図３】その放電加工装置のローパスフィルターの効果を示す説明図である。
【図４】その放電加工装置（ターゲット有り）および従来の放電加工装置（ターゲット無し）を用いて放電加工を行った際の、孔径のばらつきを示すグラフである。
【図５】本発明の参考例に係る放電加工装置の構成図である。
【図６】電極棒貫通後の対向面への放電痕の形成を示す説明図である。
【図７】対向面が存在するワークに細孔加工を行った場合に、加工部の対向面に付く放電痕の説明図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ  放電加工装置
２  制御ユニット（加工制御手段）
３  ターゲット
４  電極棒
６  電極棒・ターゲット接触検出回路（電極棒・ターゲット接触検出手段）
７  ワーク・ターゲット接触検出回路（ワーク・ターゲット接触検出手段）
１０  ワーク
２１  放電電源
２３  連通孔
３２  歪みゲージ（電極棒・ターゲット接触検出回路）
３３  電極棒・ターゲット接触検出回路（電極棒・ターゲット接触検出回路）
６１  フォトカプラ（第２のフォトカプラ）
６２  接続点（第３の接続点）
６３  抵抗（第４の抵抗）
６４  ツェナーダイオード（第２のツェナーダイオード）
６５  ダイオード（第２のダイオード）
６６  ローパスフィルタ
７１  抵抗（第１の抵抗）
７２  抵抗（第２の抵抗）
７３  接続点（第１の接続点）
７４  フォトカプラ（第１のフォトカプラ）
７５  接続点（第２の接続点）
７６  抵抗（第３の抵抗）
７７  ツェナーダイオード（第１のツェナーダイオード）
７９  ダイオード（第１のダイオード）
１００  孔
１０１  電極棒貫通予定箇所
２１１  プラス極（プラス極側）
６１１  アノード（アノード側）
６１２  カソード（カソード側）
６４１  カソード
６４２  アノード
６５１  カソード
６５２  アノード
７１１  一端
７１２  他端
７２１  一端
７２２  他端
７４１  アノード（アノード側）
７４２  カソード（カソード側）
７７１  カソード
７７２  アノード
７９１  カソード
７９２  アノード
【図１】
0004320967.tif 000002
【図２】
0004320967.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004320967.tif 000005
【図５】
0004320967.tif 000006
【図６】
0004320967.tif 000007
【図７】
0004320967.tif 000008