JP2003001525A

JP2003001525A - 放電加工装置における加工電源制御方法

Info

Publication number: JP2003001525A
Application number: JP2001190537A
Authority: JP
Inventors: Sotomitsu Hara; 外満原
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電源部が比較的小さく、特別の放電電極シー
ルドを必要とせず、緻密な放電加工面が得られる放電加
工装置の加工電源制御方法を得るにある。【解決手段】時間幅を制御された直流パルス化電源か
らのパルス電圧を放電電極Ａと被加工物Ｂの放電ギャッ
プＧに印加して放電を生じさせ、前記被加工物Ｂを部分
的に溶解・加工する放電加工装置であって、高周波トラ
ンス８で直流的には遮断された高周波電源からの高周波
電圧を前記パルス電圧に対して回路的には並列に重畳印
加し、これにより前記放電ギャップの電圧を高揚させて
放電不発を回避させ、放電開始後は速やかに高周波電圧
を終息させ、前記パルス電圧による放電時間幅制御に自
動的に切り替える放電加工装置における加工電源制御方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えばマイクロ放電
加工装置のような放電加工装置に関し、特に良質の放電
加工面の取得と加工速度の向上を両立させる放電加工装
置の放電制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、放電加工装置において
は、単独の高周波電源を放電電源として用いる方法は既
に知られており（例えば、日刊工業新聞社刊「放電加工
技術」）、高周波放電加工は、低周波放電加工に比較し
て、1) 放電加工面がきれいであり、亜鏡面状態が得ら
れる、2)電解腐食が起きにくく、水を電解液として使用
可能であるなどの特質がある。

【０００３】高周波放電加工のこれらの特質は、 1)接続アーク放電が起こりにくいこと、 2)放電電極間の放電ギャップが広いこと、 3)電子電流による加工であること（放電によってプラス
イオンが発生することのない状態。直流電源では重いプ
ラスイオンが発生する場合がある。）などの点から説明
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、単独の高周波
電源を用いる場合のデメリットとしては、次のような点
を指摘できる。 1)高周波大出力装置を必要とし、高価である、 2)装置が大型となり、消費電力が大きく、巨大な冷却装
置が必要である、 3)電波放射強度が強いので遮蔽が難しく、生体への影響
が懸念される、 4)放電電極の消耗が激しい。

【０００５】本発明の目的は、以上に述べたような高周
波電源を用いた従来の放電加工装置の問題に鑑み、電源
部が比較的小さく、特別の放電電極シールドを必要とせ
ず、緻密な放電加工面が得られる放電加工装置の加工電
源制御方法を得るにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、時間幅を制御された直流パルス化電源か
らのパルス電圧を放電電極と被加工物の放電ギャップに
印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解
・加工する放電加工装置であって、高周波トランスで直
流的には遮断された高周波電源からの高周波電圧を前記
パルス電圧に対して回路的には並列に重畳印加し、これ
により前記放電ギャップの電圧を高揚させて放電不発を
回避させ、放電開始後は速やかに高周波電圧を終息さ
せ、前記パルス電圧による放電時間幅制御に自動的に切
り替える放電加工装置における加工電源制御方法を提案
するものである。

【０００７】したがって、本発明によれば、小規模の高
周波電源を従来のパルス化直流電源と併用するので、放
電のヒット率を大幅に改善できるばかりでなく、放電の
ヒット率改善で加工の高速化を図れ、小規模の高周波電
源であるから、特別の放電電極シールドを必要としない
第２種電気機器法適合装置が得られ、前記パルス化直流
電源の１回放電当たりの電荷量を微細制御できるため、
緻密な放電加工面が得られる。

【０００８】後述する本発明の好ましい実施例の説明に
おいては、 1)前記高周波電圧は、前記放電電極と被加工物との間に
形成されるキャパシタンスと前記放電電極リード線なら
びに前記高周波を供給導入するための結合部品からなる
インダクタンスとによって形成される共振周波数に等し
い周波数である構成、 2)印加する高周波電圧の周波数は時間と共に一定割合で
増加され、前記共振周波数に一致に至る共振現象による
放電ギャップ間の印加電圧の急激な上昇作用をもって放
電不発を回避する構成、 3)前記高周波電圧の共振現象に至るまでの時間から前記
放電電極と前記被加工物間の距離を推定し、適正な放電
間隔よりも短ければ広げるように、適正な放電間隔より
も広ければ狭めるように前記放電電極または前記被加工
物を微小移動させる構成、 4)印加する前記高周波電圧の周波数を前記共振周波数に
一致させるため、極短時間のパルスを前記高周波電圧を
発生する能動的回路を通して印加し、この応答による減
衰振動電圧を前記高周波電圧を発生する能動的回路に正
帰還させることによって発振振幅維持できる高周波自励
発振回路を有する放電加工装置における加工電源制御装
置、が説明される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面について本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明を施された放電加工装
置の電気回路図であり、放電電極Ａと被加工物Ｂとの間
には図２に示す放電ギャップＧが形成され、同被加工物
Ｂには図示を省略する一般的な直流電源から約５０Ｖ〜
１００Ｖ、１０Ａ〜１００Ａ程度の放電直流電圧がフィ
ルタ１を介して印加される。

【００１０】本発明の特徴は、前述した直流電源に組み
合わされるパルス時間幅制御型放電電源にあり、このパ
ルス幅制御型放電電源の第一能動素子２は、リード線３
を介して前記放電電極Ａに接続され、放電時の電荷量を
制御する。なお、ここではコンデンサと抵抗からなる非
制御型ＣＲ放電形式のものに高周波電源を接続すること
は考えない。

【００１１】即ち、図示実施態様の場合、ワイヤ状放電
電極Ａは絶縁された一対のプーリ４，５間で緊張状態に
保たれ、その長さ方向に走行されて常に新たな放電面を
形成する。このワイヤ状放電電極Ａはブラシ６を介して
第一能動素子２、例えばパワーMOS FET 素子のドレイン
端子に接続され、同パワーMOS FET 素子のソース端子は
グランド、すなわち直流電源のマイナス端子に接続され
る。よって、同第一能動素子２がアクティブ状態にあれ
ば、被加工物Ｂとワイヤ状放電電極Ａとの間には直流電
圧が印加され、両者の距離が接近していれば放電が生じ
る。

【００１２】言い換えると、この第一能動素子２は、非
アクティブ状態であれば放電は生ぜず、アクティブ状態
にあれば電荷量を検出し、所定の電荷量に達した時点で
非アクティッブ状態になることで放電が遮断される機能
をもち、前記第一能動素子２をアクティブにするため、
そのゲートには図のような形状のパルス１が供給され、
このパルス期間では第一能動素子２が導通状態となり、
放電電極Ａと被加工物Ｂとの間にパルス１と相似な形状
の直流電圧が印加される。

【００１３】また、本発明においては、前述した直流電
源とは別に、第一能動素子２のアクティブ状態に同期し
て不連続的に高周波電圧を与える第二能動素子７による
高周波電源が設けられ、パルス２によってバースト変調
された高周波電圧は、高周波トランス８ならびに絶縁コ
ンデンサ９を介して被加工物Ｂとワイヤ状放電電極Ａと
に供給される。この高周波電源を設ける理由は、直流放
電電圧印加の場合、仮に印加電圧が充分に高くないか、
または放電電極Ａと被加工物Ｂ間の間隔が大きい場合
は、第一能動素子２が導通状態になっても放電が起きな
いことがあるからである。つまり、このような場合、パ
ルス１のアクティブ状態で、放電電極Ａと被加工物Ｂ間
に並列に高周波電圧を与えると、直流電圧源だけの場合
よりも放電が起きやすくなり、パルス１を与えているに
もかかわらず放電が発生しない事態を回避できる可能性
が高まる。

【００１４】直流電源が高周波トランス８の二次側を通
って短絡するのを防止するため、絶縁コンデンサ９が設
けられ、これにより直流電圧源と高周波電圧源との干渉
が回避される。図１の実施態様の場合、放電電極Ａと被
加工物Ｂとの間に放電が開始すれば、加工エネルギーは
高周波電源ならびに直流電源から供給される。

【００１５】図３は周波数可変型高周波電源を用いる本
発明の別の実施態様を示し、この実施態様では前述した
放電時の高周波出力電力を削減できる。つまりこの実施
態様においては、第二能動素子７Ａで構成される高周波
電源の発振周波数が放電電極Ａと被加工物Ｂとの間の浮
遊キャパシタンスＣｘと高周波トランス８の二次側のイ
ンダクタンスＬｘとの間の共振周波数に一致される。周
波数制御電圧Ｖｘで公知のＶＣＯ（Voltage Controled
Ossilator ）１０の発振周波数を連続的に変化させるこ
とができるが、放電電極Ａと被加工物Ｂとの間の浮遊キ
ャパシタンスＣｘと高周波トランス８の二次側インダク
タンスＬｘとの間の共振周波数に前記発振周波数を一致
させると、被加工物Ｂとワイヤ状放電電極Ａとの間に印
加される高周波電圧は非常に高くなる。この共振現象
は、直流電源のみでは放電を起こさせるのに不充分な電
圧の場合でも、放電開始のトリガとなる。

【００１６】このように共振現象を利用して放電を起こ
せば、放電電流通路がキャパシタンスＣｘを貫通するこ
とになるので、二次側インダクタンスＬｘと浮遊キャパ
シタンスＣｘは共振回路にはならず、高周波電圧は自動
的に即座に低下し、被加工物Ｂを加工するエネルギーを
出力できず、放電電流は略直流電源のみによって供給さ
れることになる。この場合、パルス２による高周波電源
の電圧は、高周波トランス８のインダクタンスによる通
電の時間遅れを過渡状態で伴うので、パルス１とパルス
２の印加のタイミングは、パルス２の方がパルス１に若
干先んじている方が望ましい。

【００１７】図４について具体的に説明すると、図４
（ａ）のように周波数制御電圧Ｖｘ＝Ｖｘ₁ のとき、発
振周波数をｆ₁ 、Ｖｘ＝Ｖｘ₂ のとき発振周波数をｆ₂
とする。

【００１８】ちなみに、図１において発振周波数を、常
時、前記二次側インダクタンスＬｘと浮遊キャパシタン
スＣｘとの共振周波数に一致させておくことは、温度変
化によるインダクタンスの変化などが原因となり困難な
場合が多い。そこで予想される共振周波数の変動幅より
も充分に広範囲で発振周波数を可変させる。ここでは、
図４（ｂ）のように、低周波側から高周波側へ一定割合
で周波数を変化させ、図４（ｃ）に示すように、パルス
２をパルス１に先行させたタイミングとすればよい。

【００１９】この発振周波数がその時における二次側イ
ンダクタンスＬｘと浮遊キャパシタンスＣｘの共振周波
数に一致したとき、共振現象により前記放電電極Ａと被
加工物Ｂ間の高周波電圧が非常に高くなり、放電が開始
する。

【００２０】放電開始後は共振状態から外れるためと、
放電電流通路自体が低インピーダンスであるため、高周
波電圧は急激に低下する（図４（ｄ））。ところで、こ
の浮遊キャパシタンスＣｘは、放電電極Ａと被加工物Ｂ
間の距離に対応するので、放電開始までに至る時間は放
電ギャップＧの間隔の情報を含んでおり、放電ギャップ
Ｇを変えれば、浮遊キャパシタンスＣｘは変化し、浮遊
キャパシタンスＣｘが変化すれば、共振回路周波数も変
化する。

【００２１】そこで、図５に示すように、もし他の条件
を同一にして放電ギャップＧのみを変えれば、共振状態
に至るまでの時間にも変化が生じる。図５のｔ₁ は放電
ギャップＧが狭い場合であり、ｔ₂ は広い場合である。
したがって、この時間情報をある決められた時間と比較
して、それよりも短ければ、図示を省略する放電電極Ａ
または被加工物Ｂを固定しているテーブルの運動指令装
置に放電ギャップＧが広がるよう指令することができ、
逆の場合も、同様の逆方向指令を行えばよい。

【００２２】次に、自励発振回路を用いた図６の実施態
様を説明すると、自励発振回路の第三能動素子１１には
バイアスを与えず、入力信号によってバイアス印加と発
振起動を行なわせる。図示例では、第三能動素子１１と
してバイポーラトランジスタを使用し、ハートレー発振
回路を用いている。入力信号にはパルス３に示すような
波形のパルス信号を与えるが、このパルス３における立
ち上がり部分は特に高電圧であるので、この極短時間の
間のみの強い発振が行われる。この立ち上がり部分がな
いと、発振スタート時はゆっくりと振幅が立ち上がるた
め、パルス１に同期して瞬時に高周波電圧を出力するこ
とがむずかしくなる。

【００２３】また、パルス３次の比較的低い電圧レベル
の部分は、発振振幅を維持するのに最小限度のバイアス
を与える部分である。したがって、図６の自励発振回路
では、パルス３が入力されると、速やかに高周波発振が
得られ、切れるとすみやかに高周波発振は停止すること
になる。また、図６の場合、自励発振なので、発振周波
数は前記二次側インダクタンスＬｘと浮遊キャパシタン
スＣｘとで決まる共振周波数に自動的に等しいため、図
１におけるように発振周波数を一致させる手順が不要と
なり、ドリフトによる共振状態からの逸脱の心配はな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、放電不発を回避でき、放電電極と被加工物及
び高周波トランスからなる共振周波数に一致する瞬間を
捕らえることができるため、放電電極と被加工物及び高
周波トランスからなる共振周波数に一致するまでの時間
から、放電状態、特に放電ギャップを推定できる効果が
ある。また、本発明では、安価な自励発振回路でもっ
て、放電電極と被加工物及び高周波トランスからなる共
振周波数で発振させることができ、高周波パルスのアク
ティブ状態から放電開始までのロスタイムが減少し、繰
り返し周波数を上げることができ、加工速度を速くでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を施された放電加工装置の電気回路図で
ある。

【図２】図１の矢視方向拡大図である。

【図３】本発明の他の実施態様による周波数可変型高周
波電源の回路図である。

【図４】（ａ）は発信周波数ー周波数制御電圧線図、
（ｂ）は周波数制御電圧変化線図、（ｃ）はパルス１と
パルス２との位相関係を示す線図、（ｄ）は印加高周波
電圧の共振曲線である。

【図５】放電ギャップのみを変化させたときの共振状態
変化説明図である。

【図６】本発明の別の実施態様の自励発振回路図であ
る。

【符号の説明】

Ａ放電電極Ｂ被加工物Ｇ放電ギャップ２第一能動素子７，７Ａ第二能動素子８高周波トランス１１第三能動素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間幅を制御された直流パルス化電源か
らのパルス電圧を放電電極と被加工物の放電ギャップに
印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解
・加工する放電加工装置であって、高周波トランスで直流的には遮断された高周波電源から
の高周波電圧を前記パルス電圧に対して回路的には並列
に重畳印加し、これにより前記放電ギャップの電圧を
上昇させて放電不発を回避させ、放電開始後は速やかに
高周波電圧を減衰させ、前記パルス電圧による放電時間
幅制御に自動的に切り替えることを特徴とする放電加工
装置における加工電源制御方法。
【請求項２】前記高周波電圧は、前記放電電極と被加
工物との間に形成されるキャパシタンスと前記放電電極
リード線ならびに前記高周波を供給導入するための結合
部品からなるインダクタンスとによって形成される共振
周波数に等しい周波数であることを特徴とする請求項１
記載の放電加工装置における加工電源制御方法。
【請求項３】印加する高周波電圧の周波数は時間と共
に一定割合で増加され、前記共振周波数に一致に至る共
振現象による放電ギャップ間の印加電圧の上昇作用をも
って放電不発を回避することを特徴とする請求項１記載
の放電加工装置における加工電源制御方法。
【請求項４】前記高周波電圧の共振現象に至るまでの
時間から前記放電電極と前記被加工物間の距離を推定
し、適正な放電間隔よりも短ければ広げるように、適正
な放電間隔よりも広ければ狭めるように前記放電電極ま
たは前記被加工物を微小移動させることを特徴とする請
求項３記載の放電加工装置における加工電源制御方法。
【請求項５】請求項１記載の放電加工における電源制
御方法において、印加する前記高周波電圧の周波数を前
記共振周波数に一致させるため、極短時間のパルスを前
記高周波電圧を発生する能動的回路を通して印加し、こ
の応答による減衰振動電圧を前記高周波電圧を発生する
能動的回路に正帰還させることによって発振振幅維持で
きる高周波自励発振回路を有することを特徴とする放電
加工装置における加工電源制御装置。