JP2000343331A - 放電加工方法及び放電加工用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサへの充電時間を確実にとり、放電
する場合はトランジスタ回路と同時に電流を供給出来る
ようにして、加工速度を向上させる。 【解決手段】 加工間隙３と直流電源Ｅとの間に設けら
れた半導体スイッチング回路１０のオン、オフ切り替え
により放電加工電流Ｉの通電制御を行うと共に、半導体
スイッチング回路１０がオフからオンに切り替えられて
から加工間隙３における放電開始後所定の時間Ｔが経過
するまでの間だけ、通電制御回路８０によってスイッチ
ングトランジスタ６７をオンとし、コンデンサ回路６１
から加工間隙３へ放電電流を流すことができるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工間隙にコ
ンデンサからの立ち上がりの急峻な放電電流を供給する
ことにより面粗度に対する加工速度を向上させるように
した放電加工方法及び放電加工電源装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来において、直流電源と放電加工間隙
との間に設けられた半導体スイッチング素子をオン、オ
フ制御することにより放電加工間隙に与えられる放電加
工のための電気的エネルギーを制御するようにした回路
構成が公知である。しかし、上述した回路構成による
と、放電加工間隙に流れる放電電流の立ち上がりが半導
体スイッチング素子と直列に挿入された電流制限抵抗と
線間インダクタンスのために比較的緩やかなものとな
り、設定した電気加工条件により期待される面粗度に対
する加工速度が低下してしまう。そこで、放電加工間隙
にコンデンサからの放電電流を供給するようにして放電
加工電流の立ち上がりを急峻にし、面粗度に対する加工
速度を改善するようにした放電加工方法が提案されてい
る。

【０００３】図４は、上述した放電加工方法を実施する
ための従来の放電加工用電源装置の回路図で、Ｅは直流
電源、Ｔｒ１〜Ｔｒｎはスイッチングトランジスタ、Ｒ
１〜Ｒｎは電流制限抵抗器であり、ゲート制御信号Ｇに
応答してスイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒｎがオ
ン、オフ制御され、加工用電極１と被加工物２との間に
形成される放電加工間隙３に放電加工電流Ｉを間歇的に
流すことができる構成となっている。

【０００４】そして、コンデンサＣがスイッチＳＷを介
して放電加工間隙３と並列に接続されており、スイッチ
ＳＷを閉じることにより、スイッチングトランジスタＴ
ｒ１〜Ｔｒｎのいずれかがオンとなったときにコンデン
サＣが充電され、コンデンサＣの充電電圧が放電加工間
隙３の絶縁破壊電圧を越えたときにコンデンサＣからの
放電電流が放電加工間隙３に流れると同時に、オンとな
っているスイッチングトランジスタを介して直流電源Ｅ
からも放電加工間隙３に電流が流れる。

【０００５】この結果、放電加工間隙３に電流波形の立
ち上がりが急峻な放電加工電流を流すことができ、短い
パルス幅でも大きな放電加工電流を流せるので、面粗度
に対する加工速度を向上させることができるという効果
が得られる。コンデンサＣの容量は、一般的に、０．０
０６８μＦから１．６μＦ程度の範囲で用途に応じて適
宜に設定され、Ｃｕ−ＳＴの３μｍＲｙ以下の仕上げ加
工やＣｕＷ−超硬の荒から仕上げまでの加工において、
図４に示した回路が用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示した
従来の回路構成によると、上記説明から理解されるよう
に、コンデンサＣの放電タイミングはそのときの放電加
工間隙３の状態に依存しているので、放電加工間隙３に
流す放電加工電流のパルス幅や供給タイミングを所要の
値に制御することができないという不具合を有してい
る。すなわち、スイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ
ｎがオフとなっていてもコンデンサＣに電荷がたまって
いれば放電加工間隙３に放電加工電流が流れてしまうこ
とがあり、また、コンデンサＣの充電量が充分でないに
も拘らずスイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒｎのい
ずれかがオンとなっているときに加工間隙に放電が発生
するとコンデンサＣの放電も開始されてしまい、放電加
工電流の大きさ及び波形形状が所要のものとならないと
いう不具合も生じていた。このため、図４に示した従来
の技術によっては、放電加工電流波の形の立ち上がりが
急峻となるが、その波形を所要のものとすることができ
ず、加工速度の向上に限界があった。

【０００７】本発明の目的は、したがって、放電加工間
隙に立ち上がりの急峻な放電加工電流を供給するための
コンデンサの所要の充電時間の確保と、スイッチング回
路のオンタイミングに同期した所要の放電加工電流の供
給とを可能にして、より一層加工速度を向上させること
ができるようにした、放電加工方法及び放電加工用電源
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、加工用電極と被加工物との間に形成
される加工間隙と直流電源との間に設けられた半導体ス
イッチング回路のオン、オフ切り替えにより放電加工電
流の通電制御を行うと共に、充電されているコンデンサ
からの放電電流を前記放電加工電流の立ち上がりの特性
を改善するために前記加工間隙に流して前記被加工物を
放電加工するようにした放電加工方法において、前記半
導体スイッチング回路がオフからオンに切り替えられて
から前記加工間隙における放電開始後所定の時間が経過
するまでの間だけ、前記コンデンサから前記加工間隙へ
前記放電電流を流すための電流通路が形成されるように
した点にある。

【０００９】コンデンサの充電は、上記直流電源を用い
て行ってもよいが、別に用意された電源によって行って
もよい。半導体スイッチング回路がオンになったときに
上記の如く形成される電流通路によって、充電されたコ
ンデンサはその放電電流を加工間隙に流すことができる
電気的接続状態となる。そして、放電加工電流が流れ始
めると、直流電源から供給される放電加工電流に加え
て、コンデンサからは短時間のうちに電流ピークレベル
が大きくなる放電電流が放電加工電流として加工間隙に
供給される。この結果、加工間隙に流れる放電加工電流
の立ち上がり特性が改善され、設定した電気加工条件
（放電時間、放電電流波高値、放電休止時間、直流電源
電圧値及び加工極性）で得られる面粗度に対する加工速
度を向上させることができる。

【００１０】また、コンデンサから加工間隙への放電電
流は、放電開始後の所定期間に限られるので、それ以後
はコンデンサの放電は停止せしめられ、コンデンサを充
電モードとすることが可能であり、コンデンサが充電不
足となるのを有効に防止することができる。

【００１１】本発明の他の特徴は、加工用電極と被加工
物との間に形成される加工間隙と直流電源との間に設け
られた半導体スイッチング回路と、前記加工間隙に放電
加工電流を間歇的に流すため前記半導体スイッチング回
路をオン、オフ切り替え制御するためのゲート制御信号
を出力するパルス制御回路と、前記放電加工電流の立ち
上がり特性を改善するため前記加工間隙に放電電流を供
給するためのコンデンサとを備えた放電加工用電源装置
において、前記コンデンサからの放電電流を前記加工間
隙に流すのを制御するため前記コンデンサと前記加工間
隙との間に設けられた電流制御通路手段と、前記加工間
隙に放電加工電流が流れたことを検出するための検出回
路と、前記ゲート制御信号と前記検出回路とに応答し前
記半導体スイッチング回路がオフからオンに切り替えら
れてから前記加工間隙における放電開始後所定の時間が
経過するまでの間だけ前記電流制御通路手段をオン状態
とする通電制御回路とを備えた点にある。

【００１２】コンデンサを充電するための充電用電源
は、上記直流電源であってもよいが、これとは別に設け
られた他の直流電源であってもよい。

【００１３】電流制御通路手段が半導体スイッチング素
子を含み、該半導体スイッチング素子を通電制御回路に
よってオン、オフ制御することにより、コンデンサが加
工間隙に接続され、又は、加工間隙から切り離されるよ
うに構成することができる。この場合、直流電源から半
導体スイッチング回路を介して加工間隙に供給される電
流の一部又は全部がコンデンサに流入することがないよ
うに、電流制御通路手段はダイオード素子の如き一方向
性素子を含む構成とすることができる。

【００１４】本発明によれば、半導体スイッチング回路
と加工間隙との間に、加工間隙に印加される放電加工用
のパルス電圧の印加極性を切り替えるための極性切替回
路を設けることもできる。この場合、加工間隙に対する
コンデンサからの放電電流の供給の向きを、前記極性切
替回路によって切り替えられるパルス電圧の印加極性の
向きに合わせて変更することができるよう、コンデンサ
と加工間隙との間に電流方向切替回路を設ける必要があ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明による放電加工用電源装置
の実施の形態の一例を示す回路図である。放電加工用電
源装置１００は、加工用電極１と被加工物２との間に形
成される加工間隙３に被加工物２を放電加工するための
電気的パルスエネルギーを供給するための装置であり、
直流電源Ｅを備えている。

【００１７】符号１０で示されるのは、直流電源Ｅと加
工間隙３との間に設けられた半導体スイッチング回路で
ある。本実施の形態では、ｎ個のスイッチングトランジ
スタＴｒ１〜Ｔｒｎとこれらに対応して設けられたｎ個
の電流制限抵抗器Ｒ１〜Ｒｎとが図示の如く接続されて
成っており、いずれかのスイッチングトランジスタがオ
ンとなると対応する電流制限抵抗器によって定まる放電
加工電流を加工間隙３に流すことができる公知の構成で
ある。

【００１８】スイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒｎ
をオン、オフ制御するためのゲート制御信号ＧＳは、パ
ルス制御回路２０から後述するようにして出力される。

【００１９】３０は、スイッチ３１〜３４が図１に示す
如く接続されて成る公知の構成の極性切替回路である。
スイッチ３１、３４をオンとし、スイッチ３２、３３を
オフとすることにより、直流電源Ｅの正極を半導体スイ
ッチング回路１０を介して加工用電極１に接続し、直流
電源Ｅの負極を被加工物２に接続する正極性加工モード
とすることができる。一方、スイッチ３１、３４をオフ
とし、スイッチ３２、３３をオンとすることにより、直
流電源Ｅの正極を半導体スイッチング回路１０を介して
被加工物２に接続し、直流電源Ｅの負極を加工用電極１
に接続する負極性加工モードとすることができる。

【００２０】４０は、加工間隙３に印加されている電圧
を検出するための電圧検出回路であり、電圧検出回路４
０は直列に接続された抵抗器４１、４２が加工間隙３と
並列に接続されて成り、抵抗器４１、４２の接続点４３
の電圧レベルが検出信号ＤＳとして取り出され、放電判
別回路５０に入力されている。

【００２１】放電判別回路５０は検出信号ＤＳに応答し
て加工間隙３に放電が発生したか否かを判別し、加工間
隙３において放電が発生したタイミングにおいて放電発
生パルスＰを出力する公知の構成の回路である。

【００２２】電圧検出回路４０と放電判別回路５０とに
よって、加工間隙３に放電加工電流が流れたことを検出
するための検出回路が構成されている。

【００２３】放電発生パルスＰはパルス制御回路２０に
入力され、パルス制御回路２０において放電加工パルス
電圧の１パルス印加時の放電加工時間を制御するのに使
用される。

【００２４】加工間隙３に放電加工電流が流れ始めたと
きの放電加工電流の立ち上がり特性を改善するため、放
電加工用電源装置１００は補正電流供給回路６０を備え
ている。

【００２５】補正電流供給回路６０は、図２に詳細に示
されるように、コンデンサ回路６１と、電流制御通路６
２とを備えている。コンデンサ回路６１は、複数のコン
デンサＣ１〜Ｃ８とこれらに対応して設けられた選択ス
イッチＳＷ１〜ＳＷ８とが図示の如く接続されて成り、
これらの選択スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を適宜にオン又は
オフとすることにより、コンデンサ回路６１全体として
のコンデンサ容量を段階的に調節することができる。

【００２６】充電用端子６０Ａ、６０Ｂは、同軸ケーブ
ルＣＢによって直流電源Ｅとインダクタンス成分の少な
い配線状態で接続されており（図１参照）、直流電源Ｅ
からの充電電流が抵抗器６３とダイオード６４とを介し
てコンデンサ回路６１に流入する構成となっている。な
お、６５はスピードアップコンデンサである。

【００２７】電流制御通路６２は、上記の如くして充電
されるコンデンサ回路６１に蓄積された電荷をコンデン
サ放電電流として加工間隙３に流すのを制御するための
回路であり、本実施の形態では、ダイオード６６とスイ
ッチングトランジスタ６７との直列回路で構成されてい
る。

【００２８】符号６８で示されるのは、コンデンサ回路
６１から加工間隙３に流す放電電流の向きを、極性切替
回路３０による極性切替の状態に合わせることができる
ようにするための電流方向切替回路であり、スイッチ６
９〜７２が図示の如く接続されて成っている。

【００２９】補正電流供給回路６０の出力端子６０Ｃは
加工用電極１に接続され、もう一方出力端子６０Ｄは被
加工物２に接続されている。したがって、スイッチ６
９、７２をオンとし、スイッチ７０、７１をオフとする
ことにより、コンデンサ回路６１から加工間隙３に流す
放電電流の向きを加工用電極１から被加工物２に向かう
向きとすることができる。一方、スイッチ６９、７２を
オフとし、スイッチ７０、７１をオンとすることによ
り、コンデンサ回路６１から加工間隙３に流す放電電流
の向きを被加工物２から加工用電極１に向かう向きとす
ることができる。なお、補正電流供給回路６０は、コン
デンサ回路６１から加工間隙に流す放電電流がインダク
タンスの影響を極力受けないようにするため、加工間隙
の近傍に設けるのが好ましい。また、極性切替回路３０
を補正電流供給回路６０の出力端子６０Ｃ、６０Ｄと加
工間隙の間に設ける構成とすれば、電流方向切替回路６
８を設ける必要がない。

【００３０】コンデンサ回路６１のコンデンサに充電さ
れた電荷が加工間隙３における放電開始と共に加工間隙
３に所定の一定時間だけ供給され、これにより加工間隙
３における放電加工電流の立ち上がり特性を良好に改善
すると共に特性の改善に寄与しない無駄な放電電流が加
工間隙に流れることがないようスイッチングトランジス
タ６７のオン、オフを制御するため、放電加工用電源装
置１００には、通電制御回路８０が設けられている。

【００３１】図１を参照すると、通電制御回路８０は、
パルス制御回路２０において作成されるゲート制御信号
ＧＳによる半導体スイッチング回路１０のオフからオン
への切り替えの開始タイミングｔｓを示す開始パルスＰ
ｔｓと、このゲート制御信号ＧＳによって半導体スイッ
チング回路１０がオンとなることにより加工間隙３に生
じた放電の開始から所定時間（例えば５μｓｅｃ）経過
した終了タイミングｔｅを示す終了パルスＰｔｅとを受
け取り、開始タイミングｔｓから終了タイミングｔｅま
での期間が「Ｈ」レベルとなる通電制御パルスＣＰを出
力する。

【００３２】通電制御パルスＣＰはスイッチングトラン
ジスタ６７のゲートに与えられ、スイッチングトランジ
スタ６７は通電制御パルスＣＰの「Ｈ」レベル期間だけ
オンとされる。

【００３３】次に、図３を参照して、放電加工用電源装
置１００の動作について説明する。

【００３４】時刻ｔ１においてゲート制御信号ＧＳのレ
ベルが「Ｈ」となると、半導体スイッチング回路１０が
オンとなり加工間隙３に直流電源Ｅからの直流電圧が印
加され、したがって、検出信号ＤＳのレベルも急速に大
きくなる。

【００３５】このようにして加工間隙３に直流電圧が印
加され時刻ｔ２において加工間隙３で放電が開始される
と、加工間隙３に放電加工電流Ｉが流れ、検出信号ＤＳ
のレベルは放電状態特有の所定の低レベル状態となる。

【００３６】既に説明したように、ｔ１は開始タイミン
グｔｓに相当しており、ｔ１において通電制御パルスＣ
Ｐのレベルは「Ｈ」となっているので、ｔ１以後はスイ
ッチングトランジスタ６７はオンとなっている。

【００３７】したがって、ｔ２において流れ始める放電
加工電流Ｉは、半導体スイッチング回路１０を通って直
流電源Ｅから加工間隙３に流れ込む電流成分と、コンデ
ンサ回路６１から電流制御通路６２を通って加工間隙３
に流れ込むコンデンサによる放電電流とを合成したもの
となる。

【００３８】直流電源Ｅから半導体スイッチング回路１
０を通って加工間隙３に流れる電流成分は半導体スイッ
チング回路１０における電流制限抵抗器Ｒ１〜Ｒｎのた
めに図３中に点線（イ）で示されるように緩やかにレベ
ルが上昇する特性であるが、コンデンサ回路６１からの
放電電流にはこのような制約がなく、補正電流供給回路
６０からは急峻な立ち上がりを有する放電電流が加工間
隙３に流れる。

【００３９】この結果、図３に示すような、ｔ２におい
て立ち上がりの急峻な放電加工電流Ｉが加工間隙３に流
れることになる。コンデンサ回路６１からの放電電流の
供給は、このようにその立ち上がり特性の補正であり、
加工間隙３における放電加工電流Ｉの流れ始めの短期間
のみ必要である。このため、ｔ２から一定の時間Ｔ、経
過した時刻ｔ３（終了タイミングｔｅに相当）に通電制
御パルスＣＰのレベルが「Ｈ」から「Ｌ」に変更され、
スイッチングトランジスタ６７がオフとなり、電流制御
回路６２が通電遮断状態となる。本実施の形態ではＴ＝
５μｓｅｃに設定した場合を示しており、Ｔは最大５μ
ｓｅｃから設定放電時間の長さにより１μｓｅｃ程度の
時間とすることができる。

【００４０】このようにｔ３以後はコンデンサ回路６１
が加工間隙３から電気的に切り離され、コンデンサ回路
６１から加工間隙３に放電電流が流れるのが停止され
る。しかるに、時刻ｔ３以後、コンデンサ回路６１は充
電モードとなる。

【００４１】放電加工電流Ｉが流れ始めてから所定の設
定時間が経過した時刻ｔ４においてゲート制御信号ＧＳ
のレベルが「Ｈ」から「Ｌ」に変化し、半導体スイッチ
ング回路１０がオフとなって放電加工電流Ｉのレベルが
急激に零となる。このとき電流制御回路６２は既にオフ
状態となっているので、ゲート制御信号ＧＳにより半導
体スイッチング回路１０がオフとなってからもコンデン
サ回路６１から放電電流が加工間隙３に流れ続けること
が確実に防止でき、放電加工電流の流れる時間をｔ２〜
ｔ４までと正確に制御することができる。

【００４２】このように、放電加工電流Ｉの立ち上がり
特性がコンデンサ回路６１からの放電電流によって改善
されるほか、放電加工電流Ｉの終了タイミングを確実に
制御し、目的とする放電加工を確実に行わせることがで
きる。この結果、放電加工電流Ｉの波形の立ち上がり及
びパルス幅、形状が均一となり、面粗度に対する加工速
度のより一層の向上を期待することができる。

【００４３】また、ｔ３以後はコンデンサ回路６１は充
電モードとなるため、ｔ５で再びゲート制御信号ＧＳの
レベルが「Ｈ」となりｔ６で加工間隙３に放電加工電流
Ｉが流れ始めるまでの間にコンデンサＣ１〜Ｃ８を充分
に充電することができ、ｔ６での放電加工電流Ｉの立ち
上がり特性を確実に急峻なものとすることができる。

【００４４】放電加工用電源装置１００は上述の如く作
動するので、超硬の銅タングステンによる加工や銀タン
グステンあるいはブラス電極を用いた加工、銅電極によ
る鉄系加工物、さらにグラファイト電極による鉄系加工
物に対して加工速度を向上させることができる。

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、放電加工
電流の立ち上がり特性のためにコンデンサの放電電流を
加工間隙に供給する場合、加工間隙に流すコンデンサか
らの放電電流を放電加工の開始から所定の一定時間のみ
とするようにしたので、放電加工電流の波形の立ち上が
り及びパルス幅、形状が均一となり、面粗度に対する加
工速度のより一層の向上を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放電加工用電源装置の実施の形態
の一例を示す回路図。

【図２】図１に示した補正電流供給回路の詳細回路図。

【図３】図１に示した放電加工用電源装置の動作を説明
するためのタイミングチャート。

【図４】従来の放電加工用電源装置の一例を示す回路
図。

【符号の説明】

１ 加工用電極 ２ 被加工物 ３ 加工間隙 １０ 半導体スイッチング回路 ２０ パルス制御回路 ４０ 電圧検出回路 ５０ 放電判別回路 ６０ 補正電流供給回路 ６１ コンデンサ回路 ６２ 電流制御通路 ６７ スイッチングトランジスタ １００ 放電加工用電源装置 ＣＰ 通電制御パルス ＤＳ 検出信号 Ｅ 直流電源 ＧＳ ゲート制御信号 Ｒ１〜Ｒｎ 電流制限抵抗器 Ｔｒ１〜Ｔｒｎ スイッチングトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 虞 戦波 神奈川県横浜市都筑区仲町台３丁目12番１ 号 株式会社ソディック内 Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AB01 BA04 BA07 BA09 BA13 BA16 CC02 CG04 CG06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工用電極と被加工物との間に形成される
   加工間隙と直流電源との間に設けられた半導体スイッチ
   ング回路のオン、オフ切り替えにより放電加工電流の通
   電制御を行うと共に、充電されているコンデンサからの
   放電電流を前記放電加工電流の立ち上がりの特性を改善
   するために前記加工間隙に流して前記被加工物を放電加
   工するようにした放電加工方法において、 前記半導体スイッチング回路がオフからオンに切り替え
   られてから前記加工間隙における放電開始後所定の時間
   が経過するまでの間だけ、前記コンデンサから前記加工
   間隙へ前記放電電流を流すための電流通路が形成される
   ようにしたことを特徴とする放電加工方法。
2. 【請求項２】加工用電極と被加工物との間に形成される
   加工間隙と直流電源との間に設けられた半導体スイッチ
   ング回路と、前記加工間隙に放電加工電流を間歇的に流
   すため前記半導体スイッチング回路をオン、オフ切り替
   え制御するためのゲート制御信号を出力するパルス制御
   回路と、前記放電加工電流の立ち上がり特性を改善する
   ため前記加工間隙に放電電流を供給するためのコンデン
   サとを備えた放電加工用電源装置において、 前記コンデンサからの放電電流を前記加工間隙に流すの
   を制御するため前記コンデンサと前記加工間隙との間に
   設けられた電流制御通路手段と、 前記加工間隙に放電加工電流が流れたことを検出するた
   めの検出回路と、 前記ゲート制御信号と前記検出回路とに応答し前記半導
   体スイッチング回路がオフからオンに切り替えられてか
   ら前記加工間隙における放電開始後所定の時間が経過す
   るまでの間だけ前記電流制御通路手段をオン状態とする
   通電制御回路とを備えたことを特徴とする放電加工用電
   源装置。