(57)【要約】一対の電極（１、２）間に電力を供給する放電パルス発生装置において、一方の終端を電極（１、２）に接続した所定長さの分布定数線路（８）と、分布定数線路（８）に接続された、分布定数線路（８）の静電容量を充電するための充電手段（１６）と、分布定数線路（８）の他方の終端に、充電手段（１６）の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段（１３）と、整流手段（１３）と直列に接続され、分布定数線路（８）の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器（１０）とを備えた。例えば放電加工に用いた場合において、より高精度、高品位かつ高速に加工を行うことができる。
2002067410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置において、
一方の終端を前記電極に接続した少なくとも１本の所定長さの分布定数線路と、
前記分布定数線路に接続された、前記分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、
前記分布定数線路の他方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、
前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器とを備えたことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項２】
一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置において、
一方の終端を前記電極に接続した少なくとも１本の所定長さの分布定数線路と、
前記分布定数線路に接続された、前記分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、
前記分布定数線路の他方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、
前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器と、
前記整流手段と直列に接続された定電圧源とを備えたことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項３】
一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置において、
一方の終端を前記電極に接続した少なくとも１本の所定長さの分布定数線路と、
前記分布定数線路に接続された、前記分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、
前記分布定数線路の他方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、
前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器と、
前記抵抗器の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出した前記抵抗器の電圧極性を判定するための電圧極性判定手段と、
前記電圧極性判定手段により前記電圧極性が放電直前の極性と反対の極性であると判定された場合に前記充電手段による充電を停止する充電停止手段とを備えたことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項４】
請求の範囲１〜３のいずれかにおいて、前記分布定数線路の少なくとも１本が、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の特性インピーダンスを構成する個別のコンデンサ及びインダクタの繰り返し回路であることを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項５】
請求の範囲１〜３のいずれかにおいて、前記分布定数線路の少なくとも１本を、前記整流手段及び抵抗器と並列に接続されたコンデンサ、並びに、このコンデンサと直列に接続された、インダクタ及び抵抗器の並列体により構成し、前記コンデンサ及びインダクタによる特性インピーダンス並びに前記並列体の抵抗器の抵抗値を前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等としてなることを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項６】
請求の範囲１又は２において、前記充電手段を直流電源、抵抗器及びスイッチング手段の直列体により構成し、このスイッチング手段のオン・オフを行う制御手段を備えたことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項７】
請求の範囲１又は２において、前記充電手段を直流電源、抵抗器及び充電方向に接続したダイオードの直列体並びにこの直列体の抵抗器及び直流電源間に並列接続したスイッチング手段により構成し、このスイッチング手段のオン・オフを行う制御手段を備えたことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項８】
請求の範囲１〜３のいずれかにおいて、前記分布定数線路の前記電極が接続された終端に電流調節用抵抗器を直列に接続したことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項９】
請求の範囲１〜３のいずれかにおいて、前記分布定数線路の伝搬時間が前記極間に発生させる所望の放電電流パルス幅の１／２となるように前記分布定数線路の所定長さを設定したことを特徴とする放電パルス発生装置。
【請求項１０】
ワイヤ電極と被加工物との極間に放電エネルギを供給し、位置決め手段により前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機に用いる、前記放電エネルギを発生する放電パルス発生装置において、
一方の終端同士を並列に接続してなる第１の分布定数線路及び第２の分布定数線路と、
前記第１の分布定数線路の他方の終端を接続してなる、前記ワイヤ電極に給電するための上側給電子と、
前記第２の分布定数線路の他方の終端を接続してなる、前記ワイヤ電極に給電するための下側給電子と、
前記第１の分布定数線路及び第２の分布定数線路に接続された、前記第１の分布定数線路及び第２の分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、
前記分布定数線路の一方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、
前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器とを備えたことを特徴とする放電パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、例えば放電加工機、レーザ発振器及び粒子加速器等に用いられる、一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置の改良に関するものである。
背景技術
第１７図は、従来の放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、放電加工機の放電パルス発生装置の例を示している。第１７図において、１は電極、２は被加工物、３直流電源、４は抵抗器、５はコンデンサ（静電容量Ｃ）、Ｌは配線中に存在するインダクタンスである。直流電源３と抵抗器４による充電回路がコンデンサ５に接続されている。また、電極１と被加工物２は図示しない水や油等の加工液に浸漬されている。
前記充電回路によりコンデンサ５の電圧が上昇し、電極１と被加工物２の極間間隙の加工液が絶縁破壊すると、コンデンサ５に蓄えられたエネルギが電極１と被加工物２との極間に流れる。この時の放電電流Ｉｇは第１８図に示すようなＬＣ発振による減衰振動波形となる。
第１８図においてｔは時間であり、最初の電流ｉ１はＬＣ発振の共振周波数の半サイクルの電流、次の電流ｉ２は電流ｉ１と反対の極性の電流、さらに電流ｉ３は電流ｉ２と反対の極性の電流であり、このような数回の振動電流が前記極間に流れる。最初の電流ｉ１のパルス幅は短パルス（Ｔ１）であるが、数回の振動電流が停止するパルス幅はかなり長くなり（Ｔ）、この間放電は連続して発生し全体として１回の放電パルスを形成する。このような従来の放電パルス発生装置を用いて放電加工を行った場合には、短パルスＴ１による加工ではなく、比較的パルス幅の長いパルスＴによる加工になるため、被加工物２を微細に加工することが困難であるという問題点があった。
また、第１７図のような従来の放電パルス発生装置では、第１８図のように両極性の放電電流が流れるので、極性の一方において電極消耗が小さくなるように設定した場合においても必ず電極消耗の多い方向へも電流が流れることになり、電極消耗が大きくなるため高精度加工が困難になるという問題点があった。
第１９図は、日本国特開平７−２６６１３３号公報に開示された、従来の放電パルス発生装置の別の構成を示す回路図であり、図において、１は電極、２は被加工物、３は直流電源、４は抵抗器、６はトランジスタ、７は制御手段、８ａ及び８ｂは一端側が開放された同軸ケーブル（特性インピーダンスは各々Ｚ０ａ、Ｚ０ｂ）、９ａ及び９ｂは同軸ケーブル８ａ及び８ｂに接続された整合用インピーダンス（インピーダンスは各々Ｚａ、Ｚｂ）である。
第２０図は、第１９図の従来の放電パルス発生装置における電極１と被加工物２との極間の放電電流Ｉｇの例を示したものであり、第２０図（ａ）はインピーダンスＺａ及びＺｂが特性インピーダンスＺ０ａ及びＺ０ｂと各々同等の場合の放電電流Ｉｇ、第２０図（ｂ）はインピーダンスＺａ及びＺｂが特性インピーダンスＺ０ａ、Ｚ０ｂの各々１／２である場合の放電電流Ｉｇを示している。また、図中ｔは時間である。第２０図（ａ）のように、前記整合用インピーダンスが前記特性インピーダンスと同等の場合には放電電流Ｉｇが振動のないパルス状の電流波形になるが、第２０図（ｂ）のように、前記整合用インピーダンスが前記特性インピーダンスと異なる場合には第１８図の放電パルス発生装置の放電電流と同様の振動的な電流波形となることがわかる。
即ち、第１９図の従来の放電パルス発生装置において、振動のないパルス状の放電電流波形が得られるのは、整合用インピーダンスと同軸ケーブルの特性インピーダンスとが同等の場合に限られ、従って、整合用インピーダンスが接続されることによって、放電電流のピーク値が１／２に低下するという問題点があった。
また、整合用インピーダンスが固定であるため、直流電源３の電圧が一定である場合には放電電流パルスのピーク値を変えることができないという問題点があった。
発明の開示
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、放電電流パルスのピーク値を上げることができる放電パルス発生装置を得ることを目的とする。
また、放電電流パルスのピーク値を所望の値に任意に設定することができる放電パルス発生装置を得ることを目的とする。
また、放電加工に用いた場合に微細加工に適すると共に電極消耗を低減できる放電パルス発生装置を得ることを目的とする。
この発明に係る放電パルス発生装置は、一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置において、一方の終端を前記電極に接続した少なくとも１本の所定長さの分布定数線路と、前記分布定数線路に接続された、前記分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、前記分布定数線路の他方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器とを備えたものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置において、一方の終端を前記電極に接続した少なくとも１本の所定長さの分布定数線路と、前記分布定数線路に接続された、前記分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、前記分布定数線路の他方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器と、前記整流手段と直列に接続された定電圧源とを備えたものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、一対の電極間に電力を供給する放電パルス発生装置において、一方の終端を前記電極に接続した少なくとも１本の所定長さの分布定数線路と、前記分布定数線路に接続された、前記分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、前記分布定数線路の他方の終端に、前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、前記整流手段と直列に接続され、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器と、前記抵抗器の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出した前記抵抗器の電圧極性を判定するための電圧極性判定手段と、前記電圧極性判定手段により前記電圧極性が放電直前の極性と反対の極性であると判定された場合に前記充電手段による充電を停止する充電停止手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、前記分布定数線路の少なくとも１本が、前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の特性インピーダンスを構成する個別のコンデンサ及びインダクタの繰り返し回路であるものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、前記分布定数線路の少なくとも１本を、前記整流手段及び抵抗器と並列に接続されたコンデンサ、並びに、このコンデンサと直列に接続された、インダクタ及び抵抗器の並列体により構成し、前記コンデンサ及びインダクタによる特性インピーダンス並びに前記並列体の抵抗器の抵抗値を前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等としてなるものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、前記充電手段を直流電源、抵抗器及びスイッチング手段の直列体により構成し、このスイッチング手段のオン・オフを行う制御手段を備えたものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、前記充電手段を直流量源、抵抗器及び充電方向に接続したダイオードの直列体並びにこの直列体の抵抗器及び直流電源間に並列接続したスイッチング手段により構成し、このスイッチング手段のオン・オフを行う制御手段を備えたものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、前記分布定数線路の前記電極が接続された終端に電流調節用抵抗器を直列に接続したものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、前記分布定数線路の伝搬時間が前記極間に発生させる所望の放電電流パルス幅の１／２となるように前記分布定数線路の所定長さを設定したものである。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、ワイヤ電極と被加工物との極間に放電エネルギを供給し、位置決め手段により前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機に用いる、前記放電エネルギを発生する放電パルス発生装置において、一方の終端同士を並列に接続してなる第１の分布定数線路及び第２の分布定数線路と、前記第１の分布定数線路の他方の終端を接続してなる前記ワイヤ電極に給電するための上側給電子と、前記第２の分布定数線路の他方の終端を接続してなる前記ワイヤ電極に給電するための下側給電子と、前記第１の分布定数線路及び第２の分布定数線路に接続された前記第１の分布定数線路及び第２の分布定数線路の静電容量を充電するための充電手段と、前記分布定数線路の一方の終端に前記充電手段の電圧に対し電流が流れない方向に接続された整流手段と、前記整流手段と直列に接続され前記分布定数線路の特性インピーダンスと同等の抵抗値を持つ抵抗器とを備えたものである。
この発明に係る放電パルス発生装置は以上のように構成されており、放電電流の立ち上がりが早く、同一極性の単一パルスの放電電流パルスとなるため、例えば放電加工に用いた場合において、微細加工に適すると共に電極消耗を低減することができる。
また、放電電流のピーク値を所望の値に任意に設定することができる。
さらに、非常に簡単な構成で、所定の繰り返し周波数で群放電を発生することができるため、例えば放電加工に用いた場合において、より高精度、高品位かつ高速に加工を行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、例えば放電加工機に用いる場合を示している。図において、１は電極、２は被加工物、３は直流電源、８は同軸ケーブル、１０、１１及び１２は抵抗器、１３は整流手段であるダイオード、１４はスイッチング手段、１５は制御手段、１６は同軸ケーブル８を充電するための充電手段、Ｌ１は配線のインダクタンスであり、電極１及び被加工物２が一対の電極に相当する。
第１図において、同軸ケーブル８の電極１側の終端（以下電極側終端）には、電流調節用抵抗器１２（抵抗値Ｒ１２）、電極１及び被加工物２が直列に接続されており、この接続用配線にはインダクタンスＬ１が含まれる。また、直流電源３、スイッチング手段１４及び抵抗器１１（抵抗値Ｒ１１）により構成される充電手段１６は同軸ケーブル８の電極側終端に接続されているが、充電手段１６は同軸ケーブル８の電極１と反対側の終端（以下電極反対側終端）等任意の位置に接続することができる。例えば、充電手段１６を同軸ケーブル８の電極反対側終端に接続した場合には、電極側終端に接続するものは電極１及び被加工物２並びに抵抗器１２のみであり、配線及び加工時の接続等が容易となる。
また、同軸ケーブル８の電極反対側終端には、充電手段１６の電圧に対し電流が流れない方向に接続されたダイオード１３、及び同軸ケーブル８の特性インピーダンスＺ０と同等の値にその抵抗値Ｒ１０を設定された抵抗器１０が直列に接続されている。
同軸ケーブル８は終端に特性インピーダンスＺ０と同等の抵抗器が接続された場合、他端から伝搬した信号のエネルギは反射することなく、全て接続した抵抗器に消費され、その抵抗器に加わる電圧は他端から加えた電圧と同一波形で、伝搬時間Ｔｄだけ遅れた電圧が発生するという特性がある。
同軸ケーブル８内部の絶縁体即ち誘電体の誘電率が高いことにより電気の伝搬速度が遅くなるため、真空中に比べて実際の長さが短くなる比率を短縮率ｋとすると、分布定数線路としての同軸ケーブル８の特性は、特性インピーダンスＺ０（Ω）、短縮率ｋ及び長さｌ（ｍ）で表される。
特性インピーダンスＺ０は、同軸ケーブル８の単位長さにおける静電容量Ｃ０及びインダクタンスンスＬ０が、Ｚ０＝（Ｌ０／Ｃ０）１／２（Ω）となるように分布定数を構成した線路（同軸ケーブル）が動作するインピーダンスである。
同軸ケーブル８の電気的長さｌ０（ｍ）は、次式で表される。
ｌ０＝ｌ／ｋ                                    （１）
また、同軸ケーブル８の一端から他端への信号の伝搬時間Ｔｄ（ｓ）は、次式で表される。
Ｔｄ＝ｌ０／  Ｃｒ                              （２）
ここで、Ｃｒは光速である。
式（１）及び（２）より、伝搬時間Ｔｄ（ｓ）は、次式で表される。
Ｔｄ＝ｌ／（ｋ・Ｃｒ）                          （３）
例えば１２．８ｍの同軸ケーブル（短縮率ｋ＝０．６７）の伝搬時間Ｔｄは、Ｔｄ＝１２．８／（０．６７×３×１０８）＝６．３７×１０−８ｓ＝６３．７ｎｓである。
第１図において、放電パルスを発生させる場合には制御手段１５によりスイッチング手段１４をオンにし、放電パルスを停止させる場合には制御手段１５によりスイッチング手段１４をオフにする。
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図であり、第２図（ａ）はスイッチング手段１４のオン・オフ動作、第２図（ｂ）は極間電圧Ｖ、第２図（ｃ）は放電電流Ｉｇである。また、図中ｔは時間である。
第２図（ａ）の時間ｔ０において第１図の制御手段１５によりスイッチング手段１４をオンにして直流電源３から抵抗器１１を通して同軸ケーブル８を充電する。極間電圧Ｖは第２図（ｂ）のｔ０からｔ１（ｔ１は放電開始時間）のように上昇し、時定数Ｔｃ＝Ｒ１１・Ｃ１で充電される。この静電容量Ｃ１には同軸ケーブル８の静電容量、電極１と被加工物２間の静電容量及び配線による静電容量が含まれる。
第３図は、放電開始時間ｔ１前後の時間軸を拡大した波形図であり、第３図（ａ）は極間電圧Ｖ、第３図（ｂ）は放電電流Ｉｇ、第３図（ｃ）は同軸ケーブル８の電極反対側終端の電圧Ｖｔである。また、図中ｔは時間である。
第３図の放電開始時間ｔ１直前において、同軸ケーブル８は電圧Ｖ１に充電されている。時間ｔ１において放電が発生すると、極間電圧Ｖは放電電圧Ｖｇになり放電中はほぼ一定、例えば２０〜３０Ｖ程度となる。放電電流Ｉｇは第２図（ｃ）及び第３図（ｂ）に示すように急瞬に立ち上がり、矩形波状のパルス電流が発生する。
放電電流Ｉｇ（Ａ）は、電圧の落差（Ｖ１−Ｖｇ）を回路インピーダンス（Ｚ０＋Ｒ１２）で除した値となり、即ち次式で表される。
Ｉｇ＝（Ｖ１−Ｖｇ）／（Ｚ０＋Ｒ１２）                  （４）
第３図（ｂ）の放電電流波形において、抵抗器１２の抵抗値Ｒ１２が０である場合の放電電流パルスをＩｇ０（実線）で示し、抵抗値Ｒ１２が同軸ケーブル８の特性インピーダンスＺ０と同じである場合の放電電流パルスをＩｇ１（破線）で示している。抵抗器１２の抵抗値Ｒ１２の大きさにより、放電電流パルスのピーク値だけが変わり、パルス幅はＴｇ（＝２Ｔｄ）であり変化しない。
同軸ケーブル８の電極側終端の電圧Ｖ１が時間ｔ１における放電発生により放電電圧Ｖｇに低下すると、同軸ケーブル８の伝搬時間Ｔｄ後の時間ｔ２で、同軸ケーブル８の電極反対側終端の電圧Ｖｔは、第３図（ｃ）に示すように、Ｖ１からＶｅ＝−（Ｖ１−２Ｖｇ）／２（Ｖ）となる。
この負の電圧Ｖｅは放電による電圧降下（Ｖ１−Ｖｇ）が同軸ケーブル８の電極側終端から電極反対側終端へ伝搬して発生したもので、同軸ケーブル８の電極反対側終端の電圧Ｖｔが負である時間ｔ２からｔ４の間は抵抗器１０に電流が流れてエネルギを全て消費してしまう。従って電極反対側終端から電極側終端へ伝搬するエネルギは０となり、即ち電圧０、電流０が電極側終端へ伝搬される。
時間ｔ２からさらに伝搬時間Ｔｄ後の時間ｔ３において放電電流Ｉｇは急瞬に０になり、極間電圧Ｖも０になる。この時、電極１と被加工物２間の放電は消弧し、電極１は開放状態となる。
電極１の電圧が０になるので、さらに伝搬時間Ｔｄ後のｔ４において、同軸ケーブル８の電極反対側終端の電圧Ｖｔは０になり、電圧及び電流が０の初期状態になる。このような動作は、スイッチング手段１４をオンとしたまま、充電手段１６の抵抗１１の抵抗値Ｒ１１が特性インピーダンスＺ０に対して比較的大きな値である場合に動作可能となる。即ち、抵抗値Ｒ１１が同軸ケーブル８の特性インピーダンスＺ０の略１０倍以上であれば前記動作が可能である。
例えば、抵抗値Ｒ１１を同軸ケーブル８の特性インピーダンスＺ０の略１０倍以上とした場合において、同軸ケーブル８がＲＧ−５８Ｃ／Ｕ（特性インピーダンスは５０Ω）、長さｌが１２．８ｍ、直流電源３の電圧が１２０Ｖ、放電電圧Ｖｇが２０Ｖの時には、パルス幅Ｔｇが約１３６ｎｓ、放電電流Ｉｇが２Ａのパルスが得られている。
また、同様に抵抗値Ｒ１１を同軸ケーブル８の特性インピーダンスＺ０の略１０倍以上とした場合において、同軸ケーブル８が３Ｃ−２Ｖ（特性インピーダンスは７５Ω）、長さｌが１ｍ、直流電源３の電圧が１２０Ｖ、放電電圧Ｖが２５Ｖの時には、パルス幅Ｔｇが約１６ｎｓ、放電電流Ｉｇが１．２Ａの非常に短いパルスが得られている。
以上の説明のように、第３図（ａ）の時間ｔ３以後において極間電圧Ｖを０にできることは、放電パルス発生装置として理想的であるが、用途によっては必ずしも０にならなくてもよい。例えば、放電加工機に使用した場合には、時間ｔ３以後において極間電圧Ｖが放電電圧以下になればよい。
以上のような構成により、同軸ケーブル８の伝搬時間Ｔｄの２倍のパルス幅Ｔｇで、放電電流Ｉｇの矩形波状の電流パルスを発生できる放電パルス発生装置を実現することができる。また、抵抗器１２を可変抵抗器として抵抗値Ｒ１２を可変とすることによって、パルス幅を変化させることなく、放電電流パルスのピーク値を所望の値に任意に設定することができる。
この発明に係る放電パルス発生装置による放電電流パルスの終了時には、電極１は開放状態になるので、充電手段１６により充電が始まり、第２図（ｂ）及び（ｃ）のように充放電が繰り返される。このように、充電手段１６のスイッチング手段１４を制御手段１５によりオンにしていれば（第２図の（ａ））、連続して放電パルスを発生（群放電）することができる。
この群放電の繰り返し周期は、時間ｔ１における放電開始電圧Ｖ１、充電手段の直流電源３の電圧及び抵抗器１１の抵抗値Ｒ１１、並びに、同軸ケーブル８及び電極１の静電容量により決定される。この静電容量が１００ｐＦ、抵抗値Ｒ１１が１ｋΩの時、３ＭＨｚ程度の高い周波数で繰り返し放電（群放電）が可能である。
また、制御手段１５によりスイッチング手段１４をオフにすれば、充電が停止するので、放電パルスの発生も停止する。スイッチング手段１４はリレー又は半導体等で簡単に構成でき、放電パルスのオン・オフを容易に制御することができる。
この発明の実施の形態１に係る放電パルス発生装置を放電加工機に用いた場合において、一般に放電加工機では、電極１を被加工物２に対して相対的に間欠的に高速で往復運動させる、いわゆるジャンプ動作を行い、極間の加工屑を排出しながら加工を行うが、このジャンプ動作と同期してスイッチング手段１４を制御手段１５により制御すれば、最適な加工状態で放電電流パルスを発生させることができる。また、加工中に間欠的にスイッチング手段をオンすることにより安定な加工状態を維持することができる。
以上のように、この発明に係る放電パルス発生装置は、非常に簡単な構成により、放電電流パルスを所定のパルス幅及びピーク値で供給できると共に所定の繰り返し周波数で群放電を発生することができる。
また、この発明に係る放電パルス発生装置は、構成が簡単であり小形化を図ることができるため、一対の電極の近傍に設置することができる。従って、配線を短くすることができるため配線のインダクタンスを低減することができ、この放電パルス発生装置を用いた放電加工において、より高精度、高品位かつ高速に加工を行うことができる。
以上の説明においては、この発明に係る放電パルス発生装置として第１図の回路構成を基に説明したが、この発明は第１図の回路構成に限定されるものではない。
例えば、充電手段１６の直流電源３及びダイオード１３の接続を逆向きとする構成を採用してもよく、この場合においては電圧の極性が交代するが第１図と同等の動作をすることができる。
また、充電手段１６が直流電源３、スイッチング手段１４及び抵抗器１１により構成される場合について説明したが、充電手段はこのような構成に限定されるものではなく、定電流源等であってもよい。
また、第１図では、同軸ケーブル８が１本である場合について説明したが、複数本の同軸ケーブルを並列接続してもよく、この場合においては分布定数線路の特性インピーダンスを低くすることができるため放電電流パルスのピーク値をさらに上げることができる。
また、第１図では、分布定数線路として同軸ケーブル８を用いたが、分布定数線路としてツイストペア線を用いてもよい。ツイストペア線は通常の絶縁電線で構成でき、安価で容易に製作することができる。ただし、特性インピーダンスＺ０は同軸ケーブルに比べ高いので、放電電流パルスのピーク値は同軸ケーブルに比べ低くなる。
また、同軸ケーブル又はツイストペア線でなく、プリント基板上のプリントパターンで所定の長さの銅箔線条をアースパターンで囲うことにより、分布定数線路を構成してもよく、この場合は、より小形化かつ低コスト化を図ることができる。
実施の形態２．
第４図は、この発明の実施の形態２に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態１の第１図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第４図において、１７はツェナーダイオードであり、ダイオード１３とは逆向きに接続されている。
また、第５図は、この発明の実施の形態２に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図であり、放電開始時間ｔ１前後の時間軸を拡大した説明図であり、図中ｔは時間である。
実施の形態１の構成において、第２図の充電時間（ｔ０→ｔ１）を短くするため、第１図の抵抗器１１の抵抗値Ｒ１１を小さくして充電電流を増加すると、第５図（ｃ）のように、同軸ケーブル８の電極反対側終端の電圧ＶｔがＶｅからＶｅ１（破線）に変化し、第５図（ａ）のように、時間ｔ３以後において極間電圧Ｖが０にならなくなり、電圧Ｖｇ１（破線）が発生することになる。
このような電圧Ｖｇ１は、放電パルス発生装置の用途によっては問題となる場合があり、例えば放電加工機に用いる場合では放電電圧以下に抑える必要がある。
第４図は、このような電圧Ｖｇ１を一例として０にするための構成例であり、定電圧源をツェナーダイオード１７により構成しており、第５図の電圧Ｖｅ１はツェナーダイオード１７のツェナー電圧により第５図（ｃ）の矢印ＡのようにＶｅとなり、第５図（ａ）の矢印Ｂのように電圧Ｖｇ１を０にすることができる。このツェナーダイオード１７のツェナー電圧は、例えば同軸ケーブル８がＲＧ−５８Ｃ／Ｕ（特性インピーダンスは５０Ω）、直流電源３の電圧が１２０Ｖ、抵抗器１１の抵抗値Ｒ１１が１ｋΩの場合で５Ｖ程度となる。
電圧Ｖｇ１が０でなくてもよい場合等、用途に応じてツェナー電圧を変えることにより、電圧Ｖｇ１を所望の電圧制限範囲内に抑えることができる。
以上のような構成により、実施の形態１と同様の作用及び効果を奏すると共に、充電手段１６からの出力電流を決める抵抗器１１の抵抗値Ｒ１１を小さくして、充電手段１６からの出力電流を大きくすることができ、充電時間を短縮することができるので、実施の形態１の第２図と比べて繰り返し周波数の高い放電電流パルスを発生することができる。
以上の説明における第４図の構成例では定電圧源をツェナーダイオード１７により構成する場合について説明したが、トランジスタを用いる等の他の構成からなる定電圧源を用いてもよい。
実施の形態３．
第６図は、この発明の実施の形態３に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態１の第１図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第６図において、１８はダイオードであり、充電手段１６を直流電源３、抵抗器１１及び充電方向に接続したダイオード１８の直列体とし、直流電源３と抵抗器１１にスイッチング手段１４を並列接続している。スイッチング手段１４を図示しない制御手段によりオフにした場合は充電、スイッチング手段１４を図示しない制御手段によりオンにした場合は充電停止の機能があり、実施の形態１と同様の作用及び効果を奏する。
実施の形態４．
第７図は、この発明の実施の形態４に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態１の第１図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第７図において、８ａ及び８ｂは同軸ケーブル、１０ａ及び１０ｂは抵抗器、１３ａ及び１３ｂはダイオードであり、実施の形態１の第１図の充電手段１６と同様の機能を有し、電極１に接続している線のいずれかに接続される充電手段は省略している。
第７図は、同軸ケーブル８ａ、ダイオード１３ａ、抵抗器１０ａで構成される回路と同軸ケーブル８ｂ、ダイオード１３ｂ、抵抗器１０ｂで構成される回路を並列にして電極１と被加工物２に接続したものであり、前記並列回路の電流の合計値が電極１に流れる。必要に応じて、前記並列回路の少なくとも一方に電流調節用抵抗器を挿入してもよい。
この発明の実施の形態４に係る放電パルス発生装置は、実施の形態１と同様の作用及び効果を奏すると共に、例えば、同軸ケーブル８ａに対し、同軸ケーブル８ｂの特性インピーダンスを高くすれば、同軸ケーブル８ｂにより供給されるピーク電流値は低くなり、同軸ケーブル８ａに対し、同軸ケーブル８ｂの長さを長くすれば、同軸ケーブル８ａの電流が終了した後に同軸ケーブル８ｂの電流が終了し、放電電流を２段階に変化させることができる。このように構成した場合は、例えばこの発明の実施の形態４に係る放電パルス発生装置を放電加工に用いた場合において、放電の最初の立ち上がりの電流を高くしておき放電を安定して持続させ、次に弱めの電流を用いて放電加工を行うことにより、面粗さがより滑らかな高品位加工を行うことができる。
実施の形態５．
第８図は、この発明の実施の形態５に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態１の第１図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第８図において、１９ａ、１９ｂ及び１９ｃは抵抗器、２０ａ及び２０ｂはインダクタであり、実施の形態１の第１図の充電手段１６と同様の機能を有し、電極１に接続している線のいずれかに接続される充電手段は省略している。
第８図の構成は、実施の形態１の第１図の同軸ケーブル８を、同軸ケーブル８の特性インピーダンスと同等の特性インピーダンスを構成する個別のコンデンサ（１９ａ等）及びインダクタ（２０ａ等）の繰り返し回路としたものであり、実施の形態１と同様の作用及び効果を奏すると共に小形に構成することができる。
実施の形態６．
第９図は、この発明の実施の形態６に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態５の第８図と同一符号は同一又は相当部分を示している。
第９図の構成は、実施の形態５の第８図の構成の個別のコンデンサ及びインダクタからなる回路を１回路のみとし、インダクタに並列抵抗を付加したものである。即ち、第９図において、１９はコンデンサ（静電容量Ｃ１９）、２０はインダクタ（インダクタンスＬ２０）であり、インダクタ２０に並列に、特性インピーダンスＺ１＝（Ｌ２０／Ｃ１９）１／２（Ω）と同等の抵抗値Ｒ２１の抵抗器２１を付加している。実施の形態１の第１図の充電手段１６と同様の機能を有し、電極１に接続している線のいずれかに接続される充電手段は省略している。
第１０図は、この発明の実施の形態６に係る放電パルス発生装置における放電電流Ｉｇであり、図中ｔは時間である。パルス幅Ｔｇ１はインダクタンスＬ２０及び静電容量Ｃ１９による共振周期の約１／４となる。また、放電電流のピーク値Ｉｇｐは、Ｉｇｐ＝Ｖ１／Ｚ１（Ａ）（Ｖ１は放電開始電圧）であり、単なるコンデンサ放電とは異なり、立ち上がりが急峻な単一パルスの放電電流波形が得られる放電パルス発生装置を小形に構成することができる。
例えば、静電容量Ｃ１９を８１１ｐＦ、インダクタンスＬ２０を２０２８ｎＨ、抵抗値Ｒ２１を５０Ω、抵抗値Ｒ１０を５０Ωに設定し、直流電源３の電圧を１２０Ｖとした場合、パルス幅Ｔｇ１が１００ｎｓ、ピーク値Ｉｇｐが２Ａの放電電流パルスが得られている。
実施の形態７．
第１１図は、この発明の実施の形態７に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態１の第１図及び実施の形態６の第９図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第１１図において、２２は抵抗器、２３はダイオードであり、実施の形態１の第１図の充電手段１６と同様の機能を有し、電極１に接続している線のいずれかに接続される充電手段は省略している。
第１１図は、実施の形態１の第１図と同軸ケーブル８の電極反対側終端の構成は同じであり、同軸ケーブル８の電極側終端に、実施の形態６の第９図と同様の回路を付加したものであり、実施の形態１の第１図の構成及び実施の形態６の第９図の構成を組み合わせた構成となっている。
第１２図は、この発明の実施の形態７に係る放電パルス発生装置における放電電流Ｉｇであり、同軸ケーブル８の伝搬時間と、第９図と同様の回路の伝搬時間を同一に設定した場合を示している。また、図中ｔは時間である。このように、立ち上がりが早く、かつ、同軸ケーブル８だけからなる構成では得られないピーク値Ｉｇｐが高い放電電流パルスＩｇを得ることができる。
実施の形態８．
第１３図は、この発明の実施の形態８に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、微細な仕上げ加工を行うワイヤ放電加工機に適用する例を示している。また、実施の形態１の第１図と同一符号は同一又は相当部分を示しており、第１３図において、１ａはワイヤ電極、８ａ及び８ｂは同軸ケーブル、２４はワイヤボビン、２５ａは上側給電子、２５ｂは下側給電子、２６はキャプスタンローラ、２７はピンチローラである。ワイヤ放電加工機の構成は概要のみを示している。
同軸ケーブル８ａ及び８ｂの電極側終端の一方の導体は、それぞれ上側給電子２５ａ及び下側給電子２５ｂに接続されている。また、同軸ケーブル８ａ及び８ｂの電極側終端の他方の導体は被加工物２に接続されている。また、同軸ケーブル８ａ及び８ｂの電極反対側終端は並列に接続されている。
ワイヤ放電加工機は、キャプスタンローラ２６及びピンチローラ２７によりワイヤ電極１ａを挟持して牽引し、ワイヤ電極１ａを走行させながら、被加工物２とワイヤ電極１ａとの間に放電パルス発生装置から加工電力を供給し、図示しない位置決め手段によりワイヤ電極１ａと被加工物２とを相対移動させながら被加工物２の加工を行うものである。
上側給電子２５ａと下側給電子２５ｂとの距離が離れている場合においても、同軸ケーブル８ａ及び８ｂの電極側終端と上側給電子２５ａ及び下側給電子２５ｂとの配線を短く構成することができるため、パルス幅の短い、微細な放電電流パルスを供給することができる。
また、同軸ケーブル８ａ及び８ｂの電極反対側終端には、同軸ケーブルがある程度長ければ共通のダイオード１３と抵抗器１０を使用することができる。同軸ケーブル８ａ及び８ｂの電極反対側終端に充電手段１６を設けることにより、ワイヤ電極１ａと被加工物２から同軸ケーブル８ａ及び８ｂの長さ分離れた位置で放電のオン・オフを制御することができる。
実施の形態９．
第１４図は、この発明の実施の形態９に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図であり、実施の形態１の第１図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第１４図において、２８は電圧検出及び極性判定手段、２９はＡＮＤ回路、Ｓは放電オン・オフ信号である。
この実施の形態９は、実施の形態２と同様に、充電手段１６からの出力電流を決める抵抗器１１の抵抗値Ｒ１１を小さくして、充電時間を短縮して繰り返し周波数の高い放電電流パルスを発生できる手段を示すものである。
電圧検出及び極性判定手段２８は、抵抗器１０の電圧を検出する機能と例えばこの電圧検出値と零電圧とを比較して抵抗器１０の電圧極性を判定する機能を備えたものである。
第１４図において、同軸ケーブル８の電極反対側終端に接続した抵抗器１０の電圧を電圧検出及び極性判定手段２８により検出し、抵抗器１０の電圧の極性が放電直前の極性と反対の極性となったと判定した場合、充電手段１６のスイッチング手段１４をオフにする。スイッチング手段１４が充電停止手段に相当する。
また、放電オン・オフ信号Ｓによってもスイッチング手段１４のオン・オフができ、放電のオン・オフ制御が可能である。
第１５図は、この発明の実施の形態９に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図であり、実施の形態１の第３図と同様の放電開始時間ｔ１前後の時間軸を拡大した説明図である。第１５図において、実施の形態１の第３図と同一符号は同一内容を示している。また、第１５図（ｄ）は充電手段１６からの出力電流（即ち、抵抗器Ｒ１１を通る電流）Ｉｃを示している。
第１５図（ｃ）の同軸ケーブル８の電極反対側終端の電圧Ｖｔは、時間ｔ２からｔ４間は放電開始前の電圧Ｖ１と反対の極性の電圧Ｖｅとなる。この電圧Ｖｅを電圧検出及び極性判定手段２８により検出し、ＡＮＤ回路２９を介して時間ｔ２からｔ４の間スイッチング手段１４をオフする信号を出力する。
このように充電停止手段であるスイッチング手段１４がオフとなることによって、第１５図（ｄ）のように充電手段１６からの出力電流Ｉｃが、時間ｔ２からｔ４の間０になる（Ｉｃ０）。スイッチング手段１４を時間ｔ２からｔ４の間オフしない場合は、充電手段１６からの出力電流ＩｃがＩｃ１（破線）のように続くため、第１５図（ａ）のＶｇ２のように、放電パルス終了時に電圧が発生するが、第１５図（ｄ）のＩｃ０のように時間ｔ２からｔ４の間充電手段１６からの出力電流Ｉｃをオフすることによって放電パルス終了時の電圧Ｖｇ２を０にすることができる（第１５図（ａ）の矢印Ｄ）。従って、充電手段１６からの出力電流Ｉｃを決める抵抗器１１の抵抗値Ｒ１１を小さくして、充電手段１６からの出力電流Ｉｃを大きくすることができ、充電を早くすることができるので、実施の形態１の第２図と比べて繰り返し周波数の高い放電電流パルスを発生することができる。
第１６図は、この発明の実施の形態９に係る放電パルス発生装置の別の構成を示す回路図であり、第１４図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第１６図において、１４ａはスイッチング手段であるＦＥＴ、３０はＮＡＮＤ回路である。充電手段１６を実施の形態３の第６図と同様の構成としており、ＦＥＴ１４ａをオフすることにより充電、オンすることにより充電停止をさせることができる。抵抗器１０の電圧を電圧検出及び極性判定手段２８により検出し、抵抗器１０の電圧の極性が放電直前の極性と反対の極性となったと判定した場合にＦＥＴ１４ａをオンし、充電電流を停止するものである。ＦＥＴ１４ａが充電停止手段に相当する。
また、放電オン・オフ信号Ｓによっても、放電のオン・オフ制御が可能である。
第１６図の構成の放電パルス発生装置の作用及び効果は第１５図と同様である。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る放電パルス発生装置は、放電加工機、レーザ発振器及び粒子加速器等に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図である。
第３図は、この発明の実施の形態１に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図であり、放電開始時間ｔ１前後の時間軸を拡大した説明図である。
第４図は、この発明の実施の形態２に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第５図は、この発明の実施の形態２に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図であり、放電開始時間ｔ１前後の時間軸を拡大した説明図である。
第６図は、この発明の実施の形態３に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第７図は、この発明の実施の形態４に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第８図は、この発明の実施の形態５に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第９図は、この発明の実施の形態６に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第１０図は、この発明の実施の形態６に係る放電パルス発生装置における放電電流波形である。
第１１図は、この発明の実施の形態７に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第１２図は、この発明の実施の形態７に係る放電パルス発生装置における放電電流波形である。
第１３図は、この発明の実施の形態８に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第１４図は、この発明の実施の形態９に係る放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第１５図は、この発明の実施の形態９に係る放電パルス発生装置の動作を説明するための波形図であり、放電開始時間ｔ１前後の時間軸を拡大した説明図である。
第１６図は、この発明の実施の形態９に係る放電パルス発生装置の別の構成を示す回路図である。
第１７図は、従来の放電パルス発生装置の構成を示す回路図である。
第１８図は、第１７図の従来の放電パルス発生装置におけるＬＣ発振による放電電流の減衰振動波形の例を示す説明図である。
第１９図は、従来の放電パルス発生装置の別の構成を示す回路図である。
第２０図は、第１９図の従来の放電パルス発生装置における電極と被加工物との放電電流の例を示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2002067410.tif 000017
【図１６】
2002067410.tif 000018
【図１７】
2002067410.tif 000019
【図１８】
2002067410.tif 000020
【図１９】
2002067410.tif 000021
【図２０】
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【国際調査報告】
2002067410.tif 000023
2002067410.tif 000024