JP2004050299A - 放電加工方法及び放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い加工速度と、細かい面粗さの加工とが両立可能な放電加工方法を得る。また、このような放電加工が可能な放電加工装置を提供する。
【解決手段】電極と被加工物との間にパルス状の放電を発生させて被加工物を加工する際に、少なくとも２種類の電荷量をもつパルス放電を発生させるパルス発生回路を用いて、上記電極と上記被加工物との間に、電荷量Ｑ１のパルス放電に続いて、少なくとも１つ以上の、電荷量Ｑ１より小さい電荷量Ｑ２のパルス放電を発生させ、電荷量Ｑ１のパルス放電と電荷量Ｑ２のパルス放電とからなるパルス群を所定の休止期間ｔ２を経て再度上記電極と上記被加工物との間に発生させるように制御する。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、荒加工から仕上げ加工までの広い範囲の加工に適用可能な放電加工方法及び放電加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放電加工装置について図面を参照しながら説明する。放電加工装置には形彫り放電加工装置やワイヤ放電加工装置などの種類があり、例えばワイヤ放電加工装置は電極としての細いワイヤとワーク（被加工物）との間にパルス状の電圧を印加することにより、ワイヤ電極と被加工物との間にパルス状の電流を流してパルス放電を発生させ、放電によって発生する熱と圧力によって、上記被加工物をパルス毎に除去するものである。このようなワイヤ放電加工装置の構造は例えば「放電加工技術」（斎藤、毛利、高鷲、古谷：日刊工業新聞社（１９９７）ｐ１１６〜）に示されている。同書に述べられているように、ある形状を目標として加工する場合、たった一回の加工で作業が終了するということは稀であり、荒加工と呼ばれる切断加工から被加工物切断面の面精度を細かくするための仕上げ加工まで、一般に数回程度の加工を行う必要がある。荒加工では切断を高速に行うために非常に大きなエネルギーの放電パルスを用いるため、断面の面粗さは非常に粗い。断面の面粗さを細かくするためには、エネルギーの小さな放電パルスを用いる必要があり、その場合は放電によって除去できる体積が小さくなるため、加工速度はきわめて遅くなる。今、非常に単純な相似則を仮定した場合、放電パルスのエネルギーをＥとすれば、生じる放電痕の体積はＥに比例し、したがって放電痕の深さはＥの３乗根に比例する。したがって、面粗さもＥの３乗根に比例する。つまり、加工速度を速めるためにエネルギーの大きな放電パルスを用いるとその面粗さは粗くなり、加工速度と面粗さは両立しない。
【０００３】
このため、通常の放電加工装置には、大きなエネルギーを用いる荒加工から小さなエネルギーによる仕上げ加工までをカバーするために、加工に応じて放電パルスの大きさを変化できるように電源の設定を切り替えたり、あるいは複数の電源回路を備えていることが多い。例えば前述の従来の放電加工装置においては、複数の値の異なる抵抗を介することによって、電極と被加工物との間の電流値を制限し、これにより放電パルスのエネルギーを変化させる方法が示されている。さらに大きいエネルギーが必要な場合は、特許第３２４５０８７号にあるように、高インピーダンスの回路と低インピーダンスの回路とを備え、加工段階によって切り替えるという方法がある。
【０００４】
このように、ひとつの加工シーケンス内で複数の大きさの放電パルスが用いられることは決して珍しくない。しかし、多くの場合、そのうちの小さい放電パルスは加工の安定化や制御のために用いられるものであって、加工速度および面粗さは、これらの小さい放電パルスの割合にも拠るが、多くの場合、最も大きな放電パルスで決まってしまう。
【０００５】
一方、加工の安定化、とくに集中放電という現象を避けるための技術がいくつか提案されている。集中放電とは、本来、電極と被加工物間に均一に生じるべき放電が何らかの原因である一箇所に連続して生じてしまう現象であり、ワイヤ放電加工装置では高速化を阻む原因とされ、また形彫り放電加工装置では電極損傷の原因と言われている。これを避ける技術として、例えば特願２０００−３４８７０７号明細書では集中放電が起こりそうになったときは、パルス電圧の印加を休止させて、過度の集中放電を避ける方法が示されている。
また、前述の特許第３２４５０８７号では、低インピーダンスの回路で非常に大きい電流パルスを供給する場合に、放電を安定に生じさせるため、その直前に高インピーダンスの回路から小さい電流パルスを供給し、これにより小さな放電を予備的に生じさせ、電極と被加工物間に放電しやすい部分を作った上で大電流パルスを供給するという方法が示されている。
【０００６】
このように、集中放電という現象に対する解決策としては、従来の技術では休止させる、小さな放電パルスを入れる、あるいは何らかの方法で放電を分散させるなど、この現象を避ける方法だけが提案されており、積極的に利用しようという考え方は見られない。
【０００７】
従来の放電加工装置の具体的な構成の例を図１１に示す。図１１は例えばワイヤ放電加工装置であり、ワイヤ電極と被加工物との間にパルス電圧を印加する３種類の電源回路Ａ，Ｂ，Ｃを備えている。図において、１０はワイヤ電極、２０は被加工物、Ｃｓ，Ｃ５はコンデンサ、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は電源、Ａ２，Ａ３，Ｂ２〜Ｂ５，Ｃ２，Ｃ３はスイッチング素子、Ａ４，Ａ５は整流素子、Ｂ６は出力抵抗、Ｃ４は充電抵抗である。
まず、電源回路Ａは特開昭６０−１２３２１８号公報に示された構成のものであり、低インピーダンスな電源回路で大量の電流を流すことによって、大きなエネルギーの放電パルスが得られるものである。電源回路Ｂは先に述べた「放電加工技術」に示された構成のものであり、スイッチング素子と出力抵抗を備えたパルス発生回路を有し、出力抵抗を変化させることによって放電パルスのエネルギーを変化させることができる。なお、図１１の電源回路Ｂは印加電圧を正負両方に印加できるようになっている。電源回路Ｃは特願２００１−３４０３８９号明細書に示された構成のものであり、特に仕上げ加工用に小さいエネルギーの放電パルスを安定して生じさせることができる。
【０００８】
各加工段階における加工制御の例を図１２に示す。縦軸はワイヤ電極１０と被加工物２０との間に流れる電流、横軸は時間である。また、Ａ，Ｂ，Ｃは供給される電流の電源回路を示し、各々、電源回路Ａ，Ｂ，Ｃに対応する。まず荒加工（ａ）では大電流を流す電源回路Ａによる加工が主になる。但し、前述のように、極間が完全に絶縁されている状態から大電流パルスを供給して、大きなエネルギーのパルス放電を発生させると放電の安定さが損なわれるため、その直前に電源回路Ｂを用いて予備放電を生じさせている。次に中仕上げ加工（ｂ）では電源回路Ｂが用いられる。電源回路Ｂはその性格上、電圧をＤＣパルスで印加するため、正方向あるいは負方向だけでパルスを印加し続けると電気分解によって被加工物あるいは装置が損傷するという問題がある。そこで、パルスを正負に変更しながら印加する。最後に仕上げ加工（ｃ）では電源回路Ｃが用いられる。図１２に示すように、従来の方法では、複数の大きさの電流パルスを組み合わせて用いることはあるが、各段階で支配的に機能する電流パルスは特定の電源回路からの一種類の電流パルスであると言うことができる。
【０００９】
ここで放電パルスのエネルギーというものについて付記しておく。放電パルスのエネルギー、即ち、放電によって電極と被加工物間に与えられるエネルギーは、ギャップ間の電圧と流れた電流との積の時間積分と言うことができる。しかしながら、ギャップ間の電圧変化は容易には測定できない。一方、アーク放電の特徴として、ギャップ間のアーク電圧はほぼ一定値である。従って、放電パルスのエネルギーは、電流パルスの時間積分値、即ち電流パルスの電荷量（＝放電の電荷量）に比例するといえる。よって、エネルギーの大きな放電パルスとは電荷量の大きい電流パルス、エネルギーの小さな放電パルスとは電荷量の小さい電流パルスと等価である。
【００１０】
電流パルスの電荷量（＝放電の電荷量）はいろいろな方法によって制御できる。図１２の例でいえば、まず最も低インピーダンスの電源回路Ａでは、非常に高い電流ピーク値の電流パルスを流すことができ、その波形は三角形になる。立ち上がりの傾きは放電経路のインダクタンスで決まっており、従って、電流パルスの電荷量（＝放電の電荷量）は、電源のＯＮ時間を制御することにより電流ピーク値を制御することにより制御できる。電源回路Ｂでは出力に接続された抵抗Ｂ６によって電流を制限することで電流ピーク値を制御することができる。ここで電流パルスの供給時間（電源のＯＮ時間）が一定であれば、放電遅れ時間の分だけ放電の電荷量が変化してしまうが、これを制御したい場合には、放電を検出して、ある一定時間だけ電源をＯＮさせるような制御を行う場合もある。電源回路Ｃの場合は電荷をいったん蓄積するためのコンデンサＣ５の容量と、電源Ｃ１の電圧によって電流ピーク値を制御することができる。このように、電流パルスの電荷量（＝放電の電荷量）は、それぞれの回路において、上記各方法で電流ピーク値を制御することにより制御できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の放電加工装置では、加工速度を速めるために放電パルスのエネルギーを大きくすると面粗さが粗くなり、面粗さを細かくするために放電パルスのエネルギーを小さくすると加工速度が遅くなるという問題があった。このため、所望の面粗さに到達するためには荒加工から始めて、次第に放電パルスのエネルギーを小さくしながら数段階の加工を行うことが普通であった。実際の加工現場で必要なのはある所望の面粗さまで到達するトータルの加工速度である。今仮に非常に大きな電源を備えることで、最初の荒加工の速度を幾分か速めることができたとしても、トータルの加工時間はそれほど短縮することはできない。従って、加工を数段階に分け、各段階において電極と被加工物との間に供給される電流パルスの電流ピーク値の大きさを順次変化させるだけの従来の加工方法では、このトータルの加工時間を大幅に短縮することは困難であった。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、高い加工速度と、細かい面粗さの加工とが両立可能な放電加工方法を得ることを目的とする。
また、このような放電加工が可能な放電加工装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電加工方法は、電極と被加工物との間にパルス状の放電を発生させて上記被加工物を加工する際に、少なくとも２種類の電荷量をもつパルス放電を発生させるパルス発生回路を用い、上記電極と上記被加工物との間に、電荷量Ｑ１のパルス放電に続いて、少なくとも１つ以上の、電荷量Ｑ１より小さい電荷量Ｑ２のパルス放電を発生させ、電荷量Ｑ１のパルス放電と電荷量Ｑ２のパルス放電とからなるパルス群を所定の休止期間を経て再度上記電極と上記被加工物との間に発生させるように制御したものである。
【００１４】
また、本発明の放電加工方法は、上記休止期間が一つのパルス群におけるパルス放電の時間間隔よりも長いものである。
【００１５】
また、本発明の放電加工方法は、上記方法において、一つのパルス群におけるパルス放電の時間間隔が１００μｓ以下のものである。
【００１６】
また、本発明の放電加工方法は、上記方法において、休止期間が１０μｓ以上のものである。
【００１７】
また、本発明の放電加工方法は、上記方法において、一つのパルス群の直前に、放電を準備するための予備的な放電を生じさせるものである。
【００１８】
また、本発明の放電加工装置は、上記のいずれかに記載の放電加工方法を用いて被加工物の加工を行うものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
先ず、図１に、電極と被加工物間に、２発の電圧パルスを連続して印加した場合に、２発目の電圧パルスが放電する確率を、２つの電圧パルスの時間間隔を横軸としてプロットした実験結果を示す。図では５０μｓ前後を最小点として、下に凸の傾向があることがわかる。ここで、放電の様子をカメラで観察した結果、この最小点よりも左側、つまりパルス間隔が短い領域では２つの放電が同じ個所に飛んでおり、右側、つまりパルス間隔が長い領域では、２つの放電が異なる個所に飛んでいる確率が高いことがわかった。言い換えると、この実験条件において、５０μｓよりも短い時間間隔で電圧パルスを連続印加した場合は集中放電が生じやすく、５０μｓよりも長い時間間隔であれば集中放電が生じにくいということが言える。このことは電圧パルスの間隔があまり短すぎると集中放電が生じやすくなるという経験的に知られていた知見と一致する。この図の結果を用いれば、印加する電圧パルスの間隔を制御することによって、放電集中を制御することができることを意味している。本発明は、上記結果に基いて電極と被加工物間に印加する電圧パルスの間隔を制御し、上記放電集中を従来の放電加工のように避けるように制御するのではなく、放電集中という現象を積極的に利用して、電極と被加工物間に、電荷量の大きい電流パルスと電荷量の小さな電流パルスとを時間的に制御しつつ供給することによって、高い加工速度と、細かい面粗さの加工とが両立可能な放電加工方法を得るものである。即ち、被加工物を複数の加工段階に分けて加工するのではなく、放電が集中するという現象を積極的に利用して一箇所において、一度に複数の加工段階の加工、例えば荒加工と中仕上げ加工、中仕上げ加工と仕上げ加工を一括して行い、順次、このような加工箇所を変えていくようにしたものである。このようにすることにより、所望の仕上げ面に達するまでの加工回数を減らし、トータルの加工時間を短縮することが可能となる。
【００２０】
図２に本発明の実施の形態１による放電加工装置におけるパルス発生回路の構成を、図３（ａ）にワイヤ電極と被加工物との間に流れる電流波形を示す。図２において、１０はワイヤ電極、２０は被加工物、３０は少なくとも２種類の電荷量をもつパルス放電を発生させるパルス発生回路である。Ｃｓ，Ｃｑ１，Ｃｑ２はコンデンサ、Ｃ１は電源、Ｃｓ１，Ｃｓ２はスイッチング素子、Ｃｒ１，Ｃｒ２は充電抵抗である。
【００２１】
図３（ａ）はパルス放電回路３０より電極１０と被加工物２０と間に供給される電流波形である。Ｐ１〜Ｐ８は電極１０と被加工物２０の間に供給される電流パルスであり、電荷量の大きい電流パルス（電荷量Ｑ１）Ｐ１，Ｐ５と、電荷量Ｑ１より電荷量の小さい電流パルス（電荷量Ｑ２）Ｐ２〜Ｐ４，Ｐ６〜Ｐ８との２種類のパルスよりなる。まず電流パルスＰ１が流れ、その後時間間隔ｔ１を開けて、電流パルスＰ２が流れる。その後も続けて時間ｔ１の後にパルスＰ３，Ｐ４が流れる。ここまでが一つのパルス群を形成している。その後、時間ｔ２の休止期間を経て、再び大きいパルスＰ５、小さいパルスＰ６，Ｐ７，Ｐ８が供給される。以下同様に、休止期間ｔ２を経て大きいパルスと小さいパルスとからなるパルス群が供給される。なお、大きなパルス、小さなパルスという区別は電流パルスの積分値、即ち電流パルスの電荷量の大きさにより区別している。
【００２２】
ここで重要なのは電流パルスの時間間隔ｔ１、およびｔ２である。まずｔ１には十分短い時間を選んで、故意に集中放電を生じさせるような状態を作る。従って、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４では集中放電が生じ、同じ個所に放電が飛ぶ。一方、時間ｔ２は十分長い時間を選んで、パルスＰ５により、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とは異なった個所に放電するようにする。図１から考えると、ｔ１は５０μｓ以下の値、ｔ２は５０μｓ以上の値ということができる。但し、図１はある特定の条件のもとで観測した結果であるから、一般にそれぞれの領域がどのような範囲であるかは、加工条件によって最適化する必要がある。現実的な加工条件の範囲では、ｔ１は１００μｓ以下の値、ｔ２は１０μｓ以上であると考えてよい。但し、ｔ１＜ｔ２である。
【００２３】
これがどのような加工をするのかを、図３（ｂ）で説明する。ここではワイヤ放電加工を考える。ワイヤ電極１０の面は長さ方向にほぼ完全に平坦であると考えてよいが、被加工物２０は凸凹しており、これを放電によって凹凸を減らしていくことが仕上げ加工の意味である。まず、パルスＰ１では被加工物２０の最も出っ張った個所Ｄ１、即ちワイヤと被加工物間のもっとも短い個所が放電する。その結果、出っ張りの山Ｄ１はまず取り除かれる。次にパルスＰ２では、ｔ１が十分短いために、他にも出っ張った部分があるにもかかわらず、パルスＰ１による放電個所の近傍で放電しやすくなる。この結果、パルスＰ１により放電した周辺Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が、続くＰ２，Ｐ３，Ｐ４の小さいパルスによる細かい放電でならされていく。この結果、これら４発のパルス群により放電を終了したときのこの部分の面粗さは、パルスＰ１が終了したときの面粗さよりも細かくなる。また、放電痕Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は多くの場合、周囲が盛り上がったような、いわゆるクレータ形状になることが多い。従ってパルスＰ１によって生じたクレータ状の放電痕の盛り上がりを、続くパルスＰ２，Ｐ３，Ｐ４で削り取るという効果も期待できる。
【００２４】
次に時間ｔ２の休止が入る。この結果、これに続くパルスＰ５ではパルスＰ１とは違う個所である別の出っ張り部分Ｄ５に放電する。そして同様にパルスＰ６，Ｐ７，Ｐ８によってパルスＰ５による放電痕Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８がが平坦にならされる。つまり、このようなパルス群による加工を用いることで、大パルスによって速い加工速度を得ることができ、小パルスによって細かい面粗さを得ることができる。つまり、速い加工速度と細かい面粗さを同時に実現することができ、従来、面粗さを上げるために何度も繰り返して加工を行っていたところを、より少ない回数で到達することができる。従って、ある所望の面粗さまでに到達するまでの所要時間、トータル加工時間を短縮することが可能となる。
【００２５】
なお、図３では小パルスの個数は３発であるが、もちろんこれは３発である必要はないし、最適な加工条件になるように調節すべきである。小パルスを発生する時間間隔は、図３では全て同じ時間間隔ｔ１としたが、大パルスの後と小パルスの後ではワイヤ電極と被加工物間の状態が異なるので同じである必要はなく、十分短い時間を選べばよい。
【００２６】
また、パルス発生回路の構成は図２の構成に限らない。図３では電流パルスの形状は三角形で示したが、これは図１０の電源回路Ａなど、低インピーダンスで高ピーク電流を流す場合の特徴である。どのような回路を用いるかで、電流パルスの形状は変化する。図３では三角形を用いて電流が流れていることを表したが、厳密な電流波形を書いているわけではない。加工速度や面粗さに支配的に寄与するのは電流パルスの形状ではなく、その電荷量であり、パルス発生回路としては、少なくとも２種類の電荷量をもつパルス放電を発生させるパルス発生回路であって、電極と被加工物との間に、大きい電荷量のパルス放電に続いて連続して少なくとも１つ以上の小さい電荷量のパルス放電を発生させ、これら大きい電荷量のパルス放電と小さい電荷量のパルス放電とからなるパルス群を所定の休止期間を経て再度上記電極と上記被加工物との間に発生させるように制御するものであればよい。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では一つのパルス群におけるパルスの種類は２種類であったが、例えば図４に示すように、パルスの種類を、大きいパルス（Ｐ１，Ｐ８）と、小さいパルス（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ９，Ｐ１０）と、さらに小さいパルス（Ｐ４〜Ｐ７）の３種類、あるいはそれ以上にしてもかまわない。図５にこのような動作を行う本実施の形態２の放電加工装置を示す。３１はパルス発生回路である。
【００２８】
本発明の加工方法は集中現象を利用して局所的に荒加工、中仕上げ、仕上げ加工などの加工段階のうちの複数の加工段階を一括して行うことであり、パルスの種類を増やすなどの加工条件の最適化を行えば、加工速度の向上、到達面粗さの向上が期待できる。
【００２９】
ここで発生する放電パルスの配列は、一つのパルス群において、大エネルギーの放電パルスが時間的に前に、小エネルギーの放電パルスが時間的に後に、時間的に後になる程、小さい電荷量の放電パルスが発生するように制御されるべきである。これは大パルスでできた加工痕を、後続の小パルスでならして、局所的な面粗さを細かくするという考え方からは当然である。
【００３０】
実施の形態３．
本発明の加工装置は放電の集中現象を利用している。本来放電の集中現象は、ワイヤの断線や電極の消耗を引き起こす避けるべき現象である。従ってそのような事態に至らないように電流パルスの供給を制御する必要がある。一般に集中放電とは２発以上の放電がある箇所に連続して生じることを言うが、例えばワイヤ放電の場合、２発あるいは３発の放電が集中したとしても、すぐさまワイヤ断線に結びつくことはないと考えられる。従って、しかるべく制御を行えば一つのパルス群の放電パルスが全部集中したとしてもワイヤ断線にいたることはない。従って重要なのは一つのパルス群のなかにある放電パルス（電流パルス）の数、あるいはその電荷量の和と、パルス群とパルス群との間の休止期間ｔ２である。放電パルス（電流パルス）の電荷量の和はワイヤ断線に至らないように、ある一定値よりも小さくする必要があるし、パルスの休止期間ｔ２は次のパルス群が違う個所に飛ぶように、十分長い時間取る必要がある。このようなことを考慮して、パルス発生回路を設計すると良い。
【００３１】
実施の形態４．
本発明の放電加工方法は、荒加工、つまりファーストカットで用いることもあれば、セカンドカット以降で用いる場合もある。両者では放電パルスのエネルギーの大きさが大きく異なる。
セカンドカット以降の場合は、電流パルスがそれほど大きくないので、特に放電を安定に生じさせるための予備的な放電は必要としないことが多い。実施の形態１および２で述べた、図３（ａ）や図４の波形はどちらかというと先頭の電流パルスの電荷量がそれほど大きくない場合である。
一方、ファーストカットでは、加工速度をある程度速くするために非常に大きな電流ピーク値のパルスが用いられることが多い。この場合には、次のような工夫をするとよい。前述の特許第３２４５０８７号では、低インピーダンスの回路で非常に大きなエネルギーの電流パルスを供給する場合、放電を安定に生じさせるため、その直前に高インピーダンスの回路からエネルギーの小さい電流パルスで小さな放電を予備的に生じさせ、極間に放電しやすい部分を作った上で大電流パルスを供給するという工夫が用いられれる。本実施の形態はこのような工夫を加えたものであり、非常に大きなエネルギーを投入できるので、主に荒加工、つまり最初のファーストカットで用いると有効である。
【００３２】
このことを示したのが図６である。一つのパルス群の先頭の大パルスＰ２の直前に小パルスＰ１を供給し、加工にはほとんど寄与しないが、放電を準備するための小さい放電を予備的に生じさせることによって、パルスＰ２を安定して発生させることが可能となる。パルスＰ２の大きさが大きい場合はこのようなパルス供給方法が効果的である。パルスＰ１は図１１の電源回路Ｂに示すようなＤＣ的に電圧を印加する電源回路によって生じさせることができる。
【００３３】
実施の形態５．
本発明のような放電加工方式を用いる場合、特に２発目以降のパルスについて、パルスがどのタイミングで発生するか、その前のパルスとの時間間隔は極めて重要になる。本実施の形態ではどのようなパルス発生回路が適しているのかを説明する。パルス発生回路として考えられる、図７，図８に示すような、２種類の回路に対して放電動作を説明する。
まず、図７（ａ）は図１１の電源回路Ｂとして述べたものにおける片極出力の回路であり、前述の「放電加工技術」に述べられている一般的なパルス発生回路である。電源Ｅ１とスイッチング素子Ｓ１と出力抵抗Ｒ１とを備え、出力抵抗Ｒ１を変化させることによって放電のエネルギーを変化させることができる。電極１０と被加工物２０との極間には極間の浮遊のコンデンサＣｓが存在する。図７（ｂ）は極間における電圧及び電流波形である。スイッチング素子Ｓ１がＯＮになると極間に電圧が印加される。このとき、放電はすぐには発生せず、放電おくれ時間ｔｄ経過した後に発生する。このように、図７に示す回路においては、電圧が印加されている時間が長くなると同時に、放電の発生がｔｄだけ遅れる。ｔｄの値には確率的な要素が含まれるので、放電の発生のタイミングは不確定である。電流波形は最初にコンデンサＣｓからの高尖頭値の放電電流と、続く出力抵抗Ｒ１からの電流とで形成されるが、同じく電流の流れる時間も不確定なので、一発の放電の電荷量も不確定である。
【００３４】
次に、図８（ａ）に示すような回路について述べる。これは図１１の電源回路Ｃとして示したものであり、電源Ｅ２とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３と充電抵抗Ｒ２とコンデンサＣｑとを備え、特願２００１−３４０３８９号明細書に記載されているものと同様のものである。この回路構成の場合、電荷を蓄積するためのコンデンサＣｑの電荷量を低インピーダンスの経路で極間に印加するため、図８（ｂ）に示すように、高尖頭値の短パルスの電圧パルスが極間に印加される。これにより放電が発生した場合も、電流はこの電圧印加のタイミングとほぼ同じタイミングで発生する。さらに放電の電荷量（＝電流パルスの電荷量）はコンデンサＣｑおよび電源電圧の値で決まっているので、放電の電荷量を一定にすることができる。また図７のような回路構成にした場合よりも、一般に電圧パルスのピーク値は高いので、電圧印加のタイミングで確実に放電を生じさせることができる。
【００３５】
また、２発目以降のパルスは集中放電を利用してその前の放電とほぼ同じ位置に放電を生じさせる必要があるが、この集中放電は印加電圧が高いほど生じやすい傾向があると思われる。従って図８のような回路を用いた場合、高い電圧を短い時間印加して放電を生じさせることから、図７のような回路による放電よりも、集中放電しやすく、本発明の効果を得やすいと思われる。
【００３６】
このように、図７と図８の回路を比較すると、図８の回路は、放電のタイミングが正確に制御できる点、高尖頭値の電圧パルスによって確実に放電を生じさせることができる点、放電の電荷量を一定に制御できる点などに特徴があり、本発明のように、放電のタイミングと放電の電荷量を制御して放電加工するという目的に対して、極めて有利であるということがわかる。
【００３７】
なお、図８の電圧及び電流波形ではパルスが２つあるように描かれているが、これは回路のＬとＣによるリンギングであって、電源回路より電圧パルスを複数印加しているわけではない。放電の電荷量としてはこのうち一つ目の電流パルスの電荷量として定義することになる。
【００３８】
実施の形態６．
図８に示す回路構成においては、放電の電荷量をいろいろな値に切り替えることも容易である。図９にその一例を示す。図９は実施の形態６による放電加工装置におけるパルス発生回路を示す回路構成図であり、図１１と同じような構成であるが、本実施の形態においては、電源回路Ａは１発目の電荷量の大きな放電を発生させるための大電流パルス供給用回路、電源回路Ｂは予備放電用回路、電源回路Ｃは２発目以降の電荷量の小さな放電を発生させるための小電流パルス供給用回路である。図１０は極間における電流波形である。本実施の形態においては、図８と同様の構成の電源回路Ｃにおいて、コンデンサの容量が可変となるようにしている。即ち、電源回路Ｃでは図８の回路を改変して、３種類の電荷量の電流パルスを供給できるようにしている。つまり、３つのコンデンサＣｑ１，Ｃｑ２，Ｃｑ３を備え、これらの容量（各々Ｃｑ１，Ｃｑ２，Ｃｑ３とする）をそれぞれ異なるようにする（Ｃｑ１＞Ｃｑ２＞Ｃｑ３とする）。各コンデンサにはそれぞれにスイッチング素子Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３が設けられている。なお、Ｃｒ１，Ｃｒ２，Ｃｒ３はそれぞれの充電回路における充電抵抗である。
まず、電源回路Ｂによって予備放電を発生させた後、電源回路Ａから大電流パルスを供給する。次に十分短い時間（ｔ１）あけて、電源回路Ｃから容量の大きいコンデンサＣｑ１の電荷を放電させる。これを何回か連続させた後に、Ｃｑ２，Ｃｑ３と容量の徐々に小さいコンデンサＣｑ２，Ｃｑ３の電荷を放電させて徐々に小さい電流パルスを供給する。一群の電流パルスが供給されると、十分長い時間ｔ２だけ休止して、また予備放電、大電流パルスからはじまる一連の電流パルスからなるパルス群の供給を開始する。
【００３９】
容量の同じコンデンサより電流パルスを複数回連続して供給する必要がある場合、その時間間隔が十分に短いので、充電時間（容量と充電抵抗によって決まる）が間に合わない場合がある。この場合は同じ値の容量のコンデンサとスイッチング素子の組み合わせを、図９のように並列にたくさん設けておけば、短い時間間隔での放電パルスの発生が可能になり、繰り返し周波数を上げることができる。
【００４０】
図９に示すパルス発生回路においては、図１０に示すように、電源回路Ａからの大パルスのみ負の方向であり、他のパルスは正の方向に流している。ちなみにこれはワイヤ１０から被加工物２０に流れる電流を正方向として考えている。これまで特に電流パルスの極性については議論しなかったが、電流パルスの極性は得られる加工速度および面粗さに大きな影響を与える。前述の「放電加工技術」に述べられているように、ワイヤ放電加工においては、ワイヤを陰極に、被加工物を陽極にした場合加工能力は高くなり面粗さは悪くなる。逆にワイヤを陽極に、被加工物を陰極にした場合は加工能力は低くなるが面粗さは良くなる。つまり、加工速度が要求される電流パルスは被加工物に対してワイヤを負側に、面粗さが要求される電流パルスはワイヤを正側にして流すのが良いということがわかる。
【００４１】
実際には印加される電圧パルスの時間積分が、正、負、どちらかに偏った場合、電気分解による被加工物あるいは装置の腐食が生じるため、ＤＣ的な電圧パルスを印加するなどして電圧パルスの時間積分はゼロに近くなるように調節する。このような調節は別として、放電の極性は加工ができるだけ速く、到達面粗さができるだけ細かくなるように最適化すべきであり、この点からも図１０のような極性で制御するのが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明の放電加工方法によれば、電極と被加工物との間にパルス状の放電を発生させて上記被加工物を加工する際に、少なくとも２種類の電荷量をもつパルス放電を発生させるパルス発生回路を用い、上記電極と上記被加工物との間に、電荷量Ｑ１のパルス放電に続いて、少なくとも１つ以上の、電荷量Ｑ１より小さい電荷量Ｑ２のパルス放電を発生させ、電荷量Ｑ１のパルス放電と電荷量Ｑ２のパルス放電とからなるパルス群を所定の休止期間を経て再度上記電極と上記被加工物との間に発生させるように制御したので、高い加工速度と、細かい面粗さの加工とが両立可能となる。
【００４３】
また、上記放電加工方法において、上記休止期間は一つのパルス群におけるパルス放電の時間間隔よりも長くしたので、ワイヤの断線や電極の消耗を引き起こす事態に至らないようにしながら放電の集中現象を利用して、高い加工速度と細かい面粗さの加工とを両立できるようにすることが可能となる。
【００４４】
また、上記放電加工方法において、一つのパルス群におけるパルス放電の時間間隔を１００μｓ以下とすれば、集中放電を積極的に利用した加工が可能となる。
【００４５】
また、上記放電加工方法において、休止期間を１０μｓ以上とすれば、ワイヤの断線や電極の消耗を防ぐことができる。
【００４６】
また、上記放電加工方法において、一つのパルス群の直前に、放電を準備するための予備的な放電を生じさせることにより、一つのパルス群の先頭の大パルスを安定して発生させることが可能となる。
【００４７】
また、本発明の放電加工装置は、上記のいずれかの放電加工方法を用いて被加工物の加工を行うので、高い加工速度と細かい面粗さの加工とが両立可能な放電加工装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極と被加工物間に２発の電圧パルスを連続して印加した場合に、２発目の電圧パルスが放電する確率を２つの電圧パルスの時間間隔を横軸としてプロットした実験結果である。
【図２】この発明の実施の形態１による放電加工装置におけるパルス発生回路を示す回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による放電加工装置の動作を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態２による放電加工装置の動作を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態２による放電加工装置におけるパルス発生回路を示す回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による放電加工装置の動作を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態５係わるパルス発生回路とその動作を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係わる他のパルス発生回路とその動作を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態６による放電加工装置におけるパルス発生回路を示す回路構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態６による放電加工装置の動作を説明する図である。
【図１１】従来の放電加工装置におけるパルス発生回路を示す回路構成図である。
【図１２】従来の放電加工装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０　ワイヤ電極、２０　被加工物、３０，３１　パルス発生回路、Ｃｓ，Ｃｑ，Ｃｑ１，Ｃｑ２，Ｃｑ３，Ｃ５　コンデンサ、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｅ１，Ｅ２　電源、Ａ２，Ａ３，Ｂ２〜Ｂ５，Ｃ２，Ｃ３，Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３　スイッチング素子、Ｃ４，Ｃｒ１，Ｃｒ２，Ｃｒ３，Ｒ２　充電抵抗、Ｂ６，Ｒ１　出力抵抗、Ａ４，Ａ５　整流素子。

Claims (6)

1. 電極と被加工物との間にパルス状の放電を発生させて上記被加工物を加工する際に、少なくとも２種類の電荷量をもつパルス放電を発生させるパルス発生回路を用い、上記電極と上記被加工物との間に、電荷量Ｑ１のパルス放電に続いて、少なくとも１つ以上の、電荷量Ｑ１より小さい電荷量Ｑ２のパルス放電を発生させ、電荷量Ｑ１のパルス放電と電荷量Ｑ２のパルス放電とからなるパルス群を所定の休止期間を経て再度上記電極と上記被加工物との間に発生させるように制御したことを特徴とする放電加工方法。
2. 休止期間は、一つのパルス群におけるパルス放電の時間間隔よりも長いことを特徴とする請求項１記載の放電加工方法。
3. 一つのパルス群におけるパルス放電の時間間隔は１００μｓ以下であることを特徴とする請求項２記載の放電加工方法。
4. 休止期間は１０μｓ以上であることを特徴とする請求項２記載の放電加工方法。
5. 一つのパルス群の直前に、放電を準備するための予備的な放電を生じさせることを特徴とする請求項１記載の放電加工方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の放電加工方法を用いて被加工物の加工を行うことを特徴とする放電加工装置。

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