JP3279454B2

JP3279454B2 - 放電加工装置

Info

Publication number: JP3279454B2
Application number: JP07396595A
Authority: JP
Inventors: 好秀金原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2002-04-30
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JPH08267323A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，加工槽内における加
工液中に設けられた電極と被加工物との間に放電を発生
させることにより，被加工物に対してを加工処理を実行
する放電加工装置に関し，特に，非接触で電極と被加工
物との間の極間距離を演算し，適正な極間距離を得るこ
とができる放電加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は，従来における一般的な放電加工
装置の概略構成を示す説明図であり，図において，１０
１は電極，１０２は被加工物である。該電極１０１と被
加工物１０２は，加工槽１０４に満たされた加工液１０
５の中に浸され，電極１０１は送り装置１０３が駆動す
ることにより上下方向に移動できるように構成されてい
る。一般的に，電極１０１は，銅やグラファイト等の電
気抵抗の低い導体により構成され，また，被加工物１０
２は，鉄やアルミ等の金属が多く用いられる。また，電
極１０１は所望する形状を得るために３次元形状の型を
しており，その形状をもって放電することにより被加工
物１０２に対して所望の型彫りが実行される。

【０００３】また，この放電加工装置において，電極１
０１と被加工物１０２との間の距離，すなわち，極間距
離の測定をするために，まず，比較的抵抗値の高い抵抗
１０６と，直流電源１０７との直列体を電極１０１と被
加工物１０２との間に接続し，この電極１０１と被加工
物１０２との間の電圧を比較器１０８により基準電圧１
０９と比較する。この比較器１０８からの出力１１０に
基づいて電極１０１の移動による被加工物１０２との接
触を検出できるように構成されている。次に，電極１０
１と被加工物１０２との間の距離を検知する動作として
は，放電加工処理の開始前に，サーボ装置等により精密
に位置を制御できる送り装置１０３を用いて電極１０１
を被加工物１０２に対してゆっくりと接近させ，接触し
た位置を距離がゼロであるとする。その後，送り装置１
０３の送り量により電極１０１と被加工物１０２との間
の距離を検知するものである。

【０００４】また，従来における他の放電加工装置とし
て，例えば，特開平２−３６０１８号公報に開示されて
いる「放電加工装置の電極間距離の制御装置」がある。
図９は，この従来例における極間距離の違いによる極間
電圧波形の相違と，それに起因する平均電圧の相違とを
示した説明図である。図において，適当な極間距離の場
合における極間電圧波形ａの平均電圧はａ’であり，ま
た，拡大ぎみの極間距離の場合における極間電圧波形ｂ
の平均電圧はｂ’である。拡大ぎみの極間距離（極間距
離が広くなり放電が発生しにくくなった状態）では平均
電圧ｂ’が適当な極間距離の場合における極間電圧波形
ａの平均電圧ａ’に比べて高くなっている（ａ’＜
ｂ’）。

【０００５】極間距離の制御と維持は，放電加工処理に
おいて基本的，かつ，重要なものであるが，放電中にお
いて極間距離を測定することは容易ではないため，上記
のように，極間距離と等価とみなすことのできる他の状
態量を検出することにより極間距離を予測し，放電の持
続に最適な極間距離に対して，その大小を比較して極間
距離の制御を実行するものである。

【０００６】上記のように，図９に示した従来技術にあ
っては，極間の電圧波形より得られる極間電圧の平均値
を極間距離と等価とみなすことのできる他の状態量とし
て用いている。この方法は従来より行われている一般的
な方法であって，平均電圧サーボ方式といわれ，極間電
圧の平均値が極間距離に比例するといわれていることを
利用しているものである。したがって，平均電圧が目標
とする指令値に対して高いときには放電が発生し易いよ
うに極間距離を縮小し，指令値に対して低いときには放
電を抑制するように極間距離を拡大する制御を実行する
ことにより，良好な放電状態を維持しようとするもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，図８に
示した従来における放電加工装置にあっては，第１に，
上述のように構成されているため，加工中に非接触状態
にて極間距離を測定することができない，第２に，接触
により電極と被加工物との間の電圧が下がり，比較器か
らの出力が出てから送り装置の送り動作を停止させるた
め，僅かながら停止までに時間がかかることにより，電
極と被加工物が接触する場合があり，その結果，接触に
より僅かながら電極および被加工物に傷が付く恐れがあ
る，第３に，その損傷を抑制するために，送り装置の速
度を非常に遅くさせることも考えられるが，そのような
制御を実行すると接触するまでの時間が長くなるため，
作業効率が悪くなる。さらに，加工速度が早くならず，
電極の消耗が大きくなる，

【０００８】第４に，電極または被加工物の接触部分に
不動態の状態の絶縁物（被加工物の加工面または電極の
加工面にできる一種の絶縁被膜のことで，酸化物である
ことが多い）があると，比較器から信号が出力されなく
なるため，送り装置を止めることができず，電極または
被加工物に大きな損傷を与えてしまう，第５に，放電加
工が始まると被加工物は放電作用により加工されていく
ため，接触した位置を距離がゼロと基準にすることは，
電極と被加工物との間における極間距離としては何ら意
味が無いものになってしまう，という問題点があった。

【０００９】さらに，上記問題点を具体的に図面を用い
て説明する。図１０（ａ）において，７１は放電加工処
理の結果発生する加工粉である。この加工粉７１は加工
処理と並行して行われる電極１０１の上下運動により電
極１０１と被加工物１０２との間から排出されるが，一
部は電極１０１と被加工物１０２との間に残る場合があ
る。また，この加工粉７１の大きさは１０〜５０μｍ程
度である。上記従来における接触通電式の極間距離をゼ
ロに更正する方式では，この加工粉７１を含めてその極
間距離を測定していため，実際には，加工粉７１が挟ま
れる分，極間距離の正確な値を把握することは困難であ
った。

【００１０】また，図１０（ｂ）において，７２は放電
加工処理の結果，被加工物１０２の加工面上にできる突
起である。放電加工処理の状態が良好でないとき，例え
ば，短絡やアークが発生した場合にできるものである。
また，溶融した上記加工粉７１が付着してできることも
ある。この突起７２があると，上記従来における接触通
電式の極間距離をゼロに更正する方式では，電極１０１
の加工面が，被加工物１０２の加工面に接触する前に，
この突起７２に当たってしまい，極間距離として，この
突起７２を含めた高さを測定してしまうため，実際に
は，極間距離の正確な値を把握することは困難であっ
た。

【００１１】また，図９に示した特開平２−３６０１８
号公報の「放電加工装置の電極間距離の制御装置」にあ
っては，第１に，上記状態量として極間の電圧波形より
得られる極間電圧の平均値を利用するため，加工中にお
いて良好な放電状態であるか否かを検知することはでき
るが，そのときの極間距離がどのくらいの数値になるか
を検知することはできない。したがって，極間距離は経
験的な相対値として定めなければなず，また，加工して
いないときには，もちろん平均電圧はゼロか無意味な電
圧となる，

【００１２】第２に，加工していないときは極間距離の
状態量を得られないため，極間距離を制御することがで
きない。したがって，大きめの極間距離から放電を開始
し，その平均電圧が良好な放電状態と見られる電圧にな
るまで微速度で送って加工処理を実行しているため，放
電開始から良好な放電状態になるまでの時間が，実際に
良好な放電状態で加工された時間に比べてかなり長い時
間を占める。このことは，換言すると，加工速度が遅く
なるということであり，また，良好でない放電状態で加
工することによって，電極の消耗が大きくなったり，被
加工物の加工面の面粗さが粗悪になったりする，という
問題点があった。

【００１３】この発明に係る放電加工装置は，上記に鑑
みてなされたものであって，加工処理中であって放電を
発生していないときに非接触で電極と被加工物との間に
おける極間距離を正確に測定し，適正な極間距離で加工
を開始することにより放電加工処理の加工効率，加工性
能を向上させることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために，この発明に係る放電加工装置にあって
は，加工液中に設けられた電極と被加工物との極間に放
電を発生させることにより前記被加工物に対する加工処
理を行う放電加工装置において，前記電極および（また
は）被加工物を移動させることにより前記電極と前記被
加工物との極間距離を変化させる移動手段と，前記移動
手段による移動に基づいて複数位置における前記電極と
被加工物との極間のそれぞれの静電容量を測定する静電
容量測定手段と，前記複数位置における前記電極および
（または）被加工物のそれぞれの移動距離を測定する移
動距離測定手段と，前記静電容量測定手段により測定し
た静電容量，および，前記移動距離測定手段により測定
した移動距離に基づいて前記電極と被加工物との極間距
離を演算する極間距離演算手段と，前記極間距離演算手
段により演算された極間距離に基づいて前記電極と被加
工物との極間距離を制御する位置制御手段とを具備する
ものである。

【００１５】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，前記静電容量測定手段は，第１の地点における前
記電極と被加工物との極間の静電容量，および，前記第
１の地点とは異なる第２の地点における前記電極と被加
工物との極間の静電容量を測定し，前記移動距離測定手
段は，前記第１の地点から第２の地点までの前記電極お
よび（または）被加工物の移動距離を測定するものであ
る。

【００１６】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，前記静電容量測定手段は，第１の地点における前
記電極と被加工物との極間の静電容量，前記第１の地点
とは異なる第２の地点における前記電極と被加工物との
極間の静電容量，および，前記第１の地点および第２の
地点とは異なる第３の地点における前記電極と被加工物
との極間の静電容量を測定し，前記移動距離測定手段
は，前記第１の地点から第２の地点までの前記電極およ
び（または）被加工物の移動距離，および，前記第２の
地点から第３の地点までの前記電極および（または）被
加工物の移動距離を測定するものである。

【００１７】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては、前記位置制御手段は、放電処理のために前記電極
と被加工物との間を最適な加工処理が実行できる極間距
離に位置制御し，放電処理終了時のジャンプ動作により
被加工物から前記電極が離れるときに段階的に静電容量
を測定するものである。

【００１８】

【作用】この発明に係る放電加工装置は，電極および
（または）被加工物を移動させることにより電極と被加
工物との極間距離を変化させ，該移動に基づいた複数位
置における電極と被加工物との極間のそれぞれの静電容
量を測定し，かつ，複数位置における電極および（また
は）被加工物のそれぞれの移動距離を測定し，その後，
測定した静電容量，および，測定した移動距離に基づい
て電極と被加工物との極間距離を演算し，該演算された
極間距離に基づいて電極と被加工物との極間距離を制御
するので，加工処理中であって放電を発生していないと
きに非接触で電極と被加工物との間における極間距離を
測定することができ，適正な極間距離で加工を開始する
ことができる。

【００１９】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，第１の地点における電極と被加工物との極間の静
電容量，および，第１の地点とは異なる第２の地点にお
ける電極と被加工物との極間の静電容量を測定し，ま
た，第１の地点から第２の地点までの電極および（また
は）被加工物の移動距離を測定するので，加工処理中で
あって放電を発生していないときに非接触で電極と被加
工物との間における極間距離を測定することができる。

【００２０】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，第１の地点における電極と被加工物との極間の静
電容量，第１の地点とは異なる第２の地点における電極
と被加工物との極間の静電容量，および，第１の地点お
よび第２の地点とは異なる第３の地点における電極と被
加工物との極間の静電容量を測定し，また，第１の地点
から第２の地点までの電極および（または）被加工物の
移動距離，および，第２の地点から第３の地点までの電
極および（または）被加工物の移動距離を測定するの
で，より正確に，加工処理中であって放電を発生してい
ないときに非接触で電極と被加工物との間における極間
距離を測定することができる。

【００２１】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，放電処理のために前記電極と被加工物との間を最
適な加工処理が実行できる極間距離に位置制御し，放電
処理終了時のジャンプ動作により被加工物から前記電極
が離れるときに段階的に静電容量を測定するので，常に
最適な加工状態を得ることができる。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕（実施例１の構成）以下，この発明に係る放電加工装置
の実施例を図について説明する。図１は，実施例１に係
る放電加工装置の概略構成を示すブロック図であり，図
において，１は電極，２は電極１により放電加工処理を
実行する被加工物，３は電極１と被加工物２との間にお
ける極間距離１０を制御するために電極１の位置を上下
方向に移動させる送り装置，４は送り装置３を制御する
ことにより電極１と被加工物２との距離を正確に制御す
る位置制御部，５は位置制御部４に対して位置指令値を
出力する極間距離指令部，６は電極１と被加工物２との
間における極間電圧を状態量として検出し，該電圧デー
タを位置制御部４に対して出力する極間電圧測定部，７
は電極１と被加工物２との間に加工電力を供給する加工
電源，８は電極１と被加工物２との間における静電容量
を測定する静電容量測定部，９は位置制御部４からの信
号と静電容量測定部８からの信号により極間距離を演算
する極間距離演算部，１１〜１３はそれぞれの相対位置
データ（ｈ₁〜ｈ₃）を記憶するメモリ，１４〜１６は
相対位置データにおける静電容量（Ｃ_M1〜Ｃ_M3）を記憶
するメモリ，１７は極間距離演算部９において各種情報
に基づいて極間距離を演算処理する演算部である。

【００２３】（実施例１の基本動作）以上の構成におい
て，その動作について説明する。加工電源７から加工電
力が供給されているとき，電極１と被加工物２との間に
おける電圧値を極間電圧測定部６により状態量として検
出し，該検出された電圧データを位置制御部４へ出力す
る。位置制御部４は極間電圧測定部６から入力された電
圧データに基づいて極間距離指令部５から出力される指
令値と一致するように，送り装置３を駆動制御して電極
１の位置制御を実行するものである。また，静電容量測
定部８は，電極１と被加工物２との間における静電容量
を測定し，該測定された静電容量を極間距離演算部９に
対して出力する。

【００２４】また，加工電源７から加工電力が供給され
ていないとき，極間距離指令部５から送出される指令値
に基づいて位置制御部４は送り装置３を駆動制御するこ
とにより電極１の位置制御を実行し，さらに，極間静電
容量を静電容量測定部８により測定し，極間距離演算部
９にその静電容量の測定結果を出力する。また，位置制
御部４は，電極１が移動するごとに，その移動した電極
１の現在位置データを極間距離演算部９に対して出力す
る。極間距離演算部９は，電極１に関する複数の位置デ
ータとその電極１の位置におけるそれぞれの静電容量を
記憶し，後述する演算方法を用いて極間距離１０を演算
し，該演算結果を位置制御部４に出力する。位置制御部
４は，演算された極間距離データに基づいて極間距離指
令部５の指令値と一致するように電極１を移動させるこ
とにより，極間距離１０を調整する。その後，加工電源
７から加工電力の供給を受けて，再び，被加工物２に対
して放電加工処理を実行するものである。

【００２５】なお，送り装置３，極間距離指令部５，加
工電源７，静電容量測定部８，極間距離演算部９，極間
電圧測定部６のそれぞれの動作は，図示していない全体
を統括するコンピュータあるいは数値制御装置等により
管理されている。

【００２６】（静電容量測定部の構成および動作）次
に，静電容量測定部の構成について説明する。図２は，
静電容量測定部８の一例を示す回路図であり，図におい
て，電極１と被加工物２との間における静電容量Ｃ
_M1は，式（１）に示すように，極間における静電容量Ｃ
_g，極間の浮遊容量Ｃ_s1，および，ケーブル等の浮遊容
量Ｃ_s2の和により求めることができる。すなわち，Ｃ_M1＝Ｃ_g＋Ｃ_s1＋Ｃ_s2 …（１）により求めるものである。

【００２７】上記式（１）を用いて，この電極１と被加
工物２との間における静電容量Ｃ_M1を測定するために，
静電容量測定部８は，直流を阻止するためのコンデンサ
２１と，交流正弦波を発信する発信器２２と，比較的小
さな抵抗値を有する抵抗２３とを直列に電極１と被加工
物２との間に接続している。この発信器２２が発信する
信号としては，例えば，１０Ｖ，１ＫＨｚまたは１０Ｋ
Ｈｚ等の信号である。また，静電容量Ｃ_M1を通過する電
流を抵抗２３により検出する。上記コンデンサ２１は，
加工処理中の直流電圧を阻止するものであり，また，コ
ンデンサ２１には比較的大きな容量のコンデンサを用い
るため，静電容量Ｃ_M1の測定には影響しない。

【００２８】また，抵抗２３により検出した電圧は，増
幅器２４により増幅された後，絶対値増幅器２５により
整流され，直流電圧に変換される。このように，抵抗２
３により検出された電圧は直流電圧に変換され，該変換
された電圧値を静電容量Ｃ_M1の測定結果として極間距離
演算部９に対して出力する。極間距離演算部９は，その
静電容量Ｃ_M1の測定結果に基づいて極間距離を演算す
る。上記絶対値増幅器２５は，例えば，同期検波やダイ
オード整流方式等を用いて，増幅器２４により増幅され
た上記検出電圧の整流を行う。

【００２９】次に，発信器２２に負荷される電圧をＶ
_OSCとし，発信器２２の周波数をｆとし，抵抗２３の抵
抗値をＲとし，抵抗２３に発生する電圧をＶ_Rとすると
静電容量Ｃ_M1は式（２）により求めることができる。す
なわち，Ｃ_M1＝Ｖ_R／（２πｆ・Ｖ_OSC・Ｒ） …（２）となる。上記式（２）により，静電容量Ｃ_M1の測定感度
を上げるためには，発信器２２の発信電圧Ｖ_OSCの電圧
値を上げるか，あるいは，発信器２２の周波数ｆを上げ
ればよい。また，抵抗２３の抵抗値を大きくしてもよ
い。

【００３０】このように静電容量測定部８を用いれば，
数ｐＦから数μＦまで広い範囲における静電容量Ｃ_M1の
測定をすることができる。また，静電容量Ｃ_M1の測定結
果であるアナログ値をデジタル値に変換することによ
り，マイクロコンピュータ等により演算する際，その静
電容量Ｃ_M1の測定結果を利用することができる。

【００３１】（極間距離を求める手順）次に，実施例１
に係る放電加工装置により電極１と被加工物２との極間
距離１０を求める手順について説明する。図３は，極間
距離１０を求める手順を示す説明図であり，図３（ａ）
は，電極１が移動する前の状態を示しており，電極１と
被加工物２との間における極間距離１０がｄ₁であるこ
とを示している。このときの電極１と被加工物２との間
における静電容量がＣ_M1であり，浮遊容量がＣ_Sであ
る。また，送り装置３の駆動による電極１の移動位置を
ｈ₁とし，電極１の被加工物２に対する面の面積をＳと
する。

【００３２】図３（ｂ）は，電極１が移動した後の状態
を示しており，電極１と被加工物２との間における極間
距離１０がｄ₂であることを示している。このときの電
極１と被加工物２との間における静電容量はＣ_M2であ
る。このとき，送り装置３の駆動による電極１の移動位
置がｈ₂であるとする。また，電極１の被加工物２に対
する面の面積を図３（ａ）と同様にＳとする。浮遊容量
Ｃ_Sは電極１の移動位置ｈ₁とｈ₂との変化量が小さけ
れば，ほぼ同一とみなすことができる。したがって，図
３（ｂ）における浮遊容量もＣ_Sとする。

【００３３】ここで，一般に，電極１の面積Ｓと，静電
容量Ｃと，加工液の比誘電率εｒとから，極間距離１０
をｄとすると，ｄは式（３）により求めることができ
る。すなわち，ｄ＝ε₀ε_rＳ／Ｃ …（３）真空中の誘電率：ε₀＝８．８５４×１０^-12（Ｆ／
ｍ）により求めることができる。

【００３４】上記式（３）において，極間距離ｄを求め
るには，パラメータにおいて，加工液の比誘電率εｒは
あらかじめ分かっていなければならず，また，複雑形状
の電極であっても面積Ｓが明確になっていなければなら
ない。さらに，静電容量Ｃは浮遊容量を含まない極間の
静電容量でなければならない。そのため，実際の加工処
理中に頻繁に極間距離を求める場合には，上記式（３）
を用いて測定することが非常に困難となる。

【００３５】そこで，極間距離ｄを求めるために下記の
手順を用いる。まず，送り装置３の駆動による電極１の
移動位置がｈ₁からｈ₂へ移動したときの移動量Δｈ₁
を求める。その電極１の移動量Δｈ₁は，移動位置ｈ₂
とｈ₁との差，すなわち，Δｈ₁＝ｈ₂−ｈ₁である。
すなわち， Δｈ₁＝ｈ₂−ｈ₁＝ｄ₂−ｄ₁ …（４）である。上記式（４）に示すように，この移動量Δｈ１
は，極間距離ｄの変化量ｄ₂−ｄ₁と同一である。

【００３６】次に，電極１の移動位置ｈ₁のときの極間
静電容量Ｃ₁，および，電極１の移動位置ｈ₂のときの
極間静電容量Ｃ₂は，次の２つの式（５），（６）によ
り求めることができる。すなわち，Ｃ₁＝ε₀ε_rＳ／ｄ₁ …（５）Ｃ₂＝ε₀ε_rＳ／ｄ₂ …（６）である。

【００３７】上記式（４），式（５）および式（６）を
用いて，図３（ａ）の場合の極間静電容量Ｃ₁と，電極
１の移動位置ｈ₁とから，および，図３（ｂ）の場合の
極間静電容量Ｃ₂と，電極１の移動位置ｈ₂とから極間
距離ｄ₁を求めることができる。すなわち，上記式
（４），式（５）および式（６）の連立方程式により，
ε０，εｒ，Ｓおよびｄ₂を消去すると，極間距離ｄ₁
は式（７）に示すようになる。

【００３８】

【数１】

【００３９】上記式（７）から，電極１の移動量Δｈ₁
と，電極１の移動前の静電容量Ｃ₁と，電極１の移動後
の静電容量Ｃ₂が判明すれば，電極１の移動前の極間距
離ｄ ₁を算出することができる。したがって，この上記
式（７）にあっては，被加工物２と電極１の対抗する部
分の面積Ｓや，加工液の誘電率εｒを知ることなしに，
かつ，電極１と被加工物２が非接触状態にあっても，極
間距離ｄ₁を求めることができる。また，電極１の面積
Ｓが大きくて浮遊容量Ｃ_Sが無視できるような電極１に
おいても上記式（７）が利用できる。

【００４０】（実施例１の効果）実施例１によれば，電
極１と被加工物２との間における静電容量測定部９と，
電極１または被加工物２の相対位置の測定手段（位置制
御部４，極間距離指令部５，極間電圧測定部６）とを備
え，電極１の第１の位置（電極１の移動前の位置）での
電極１と被加工物２との間における静電容量Ｃ₁と，電
極１の第２の位置（電極１の移動後の位置）での電極１
と被加工物２との間における静電容量Ｃ₁，および，上
記第１の位置と上記第２の位置間の電極１の移動距離Δ
ｈ₁を測定し，上記静電容量Ｃ₁とＣ₂，および，上記
移動距離Δｈ₁とから，上記電極１と被加工物２との間
における極間距離１０を演算（極間距離演算部９）によ
り求め，電極１と被加工物２との間における極間距離１
０の位置決めを状態量によらずに希望の値に正確に制御
することにより，良好な加工が行える極間距離に合わせ
てから放電電力を加えて加工処理を開始することができ
る。

【００４１】〔実施例２〕（極間距離を求める手順）次に，実施例２について説明
する。図４は，実施例２に係る放電加工装置の極間距離
１０を求める他の手順を示す説明図である。図４（ａ）
は，電極１が移動する前の状態を示しており，電極１と
被加工物２との間における極間距離１０がｄ₁であるこ
とを示している。このときの電極１と被加工物２との間
における静電容量がＣ_M1であり，浮遊容量がＣ_Sであ
る。また，送り装置３の駆動による電極１の移動位置を
ｈ₁とし，電極１の被加工物２に対する面の面積をＳと
する。

【００４２】図４（ｂ）は，電極１が移動した後の状態
を示しており，電極１と被加工物２との間における極間
距離１０がｄ₂であることを示している。このときの電
極１と被加工物２との間における静電容量がＣ_M2であ
る。このとき，送り装置３の駆動による電極１の移動位
置がｈ₂であるとする。また，電極１の被加工物２に対
する面の面積を図４（ａ）と同様にＳとする。

【００４３】図４（ｃ）は，電極１がさらに移動した後
の状態を示しており，電極１と被加工物２との間におけ
る極間距離１０がｄ₃であることを示している。このと
きの電極１と被加工物２との間における静電容量がＣ_M3
である。このとき，送り装置３の駆動による電極１の移
動位置がｈ₃であるとする。また，電極１の被加工物２
に対する面の面積を図４（ａ）および（ｂ）と同様にＳ
とする。

【００４４】ここで，浮遊容量Ｃ_Sは，電極１の移動位
置ｈ₁，ｈ₂，ｈ₃の変化が小さければ，その浮遊容量
Ｃ_Sの変化もほとんどなく，ほぼ同一とみなすことがで
きる。しかしながら，その浮遊容量Ｃ_Sそのものを無視
することはできない。したがって，極間静電容量Ｃ₁あ
るいはＣ₂は，静電容量Ｃ_M1あるいはＣ_M2から，それぞ
れ浮遊容量Ｃ_Sを差し引かなければ正確な静電容量とは
ならない。実施例１の上記式（７）の極間静電容量Ｃ₁
あるいはＣ₂を，測定した静電容量Ｃ_M1，Ｃ_M2と浮遊容
量Ｃ_Sで表せば，（８）式のようになる。

【００４５】

【数２】

【００４６】上記式（８）より，極間静電容量Ｃ₁は式
（９）に示すように，測定した静電容量Ｃ_M1から浮遊容
量Ｃ_Sを差し引いた値である。すなわち，Ｃ₁＝Ｃ_M1−Ｃ_S …（９）となる。

【００４７】また，上記式（９）と同様に，極間静電容
量Ｃ₂は，式（１０）に示すように，測定した静電容量
Ｃ_M2から浮遊容量Ｃ_Sを差し引いた値である。すなわ
ち，Ｃ₂＝Ｃ_M2−Ｃ_S …（１０）となる。

【００４８】さらに，上記式（５）および式（６）よ
り，極間静電容量Ｃ₁，Ｃ₂と極間距離ｄ₁，ｄ₂との
関係は式（１１）のようになる。すなわち，Ｃ₁／Ｃ₂＝ｄ₂／ｄ₁ …（１１）となる。

【００４９】ここで，上述のように，電極１の移動量，
すなわち，極間距離１０の変化量は，△ｈ₁＝ｈ₂−ｈ
₁であるから，移動前の電極１の移動位置ｈ₁および移
動後の電極１の移動位置ｈ₂は，式（１２）により表す
ことができる。すなわち，ｈ₂＝ｈ₁＋△ｈ₁またはｈ₁＝ｈ₂−△ｈ₁ …（１２）ｈ₂＞ｈ₁，Ｃ_M1＞Ｃ_M2 となる。

【００５０】上記式（９）から式（１２）より，浮遊容
量Ｃ_Sを表せば，式（１３）のようになる。すなわち，Ｃ_S＝Ｃ_M2−（Ｃ_M1−Ｃ_M2）・ｄ₁／△ｈ₁ …（１３）となり，あるいは，浮遊容量Ｃ_Sは式（１４）のように
なる。すなわち，Ｃ_S＝Ｃ_M1−（Ｃ_M1−Ｃ_M2）・ｄ₂／△ｈ₁ …（１４）となる。

【００５１】このように，極間距離ｄ₁またはｄ₂のい
ずれかが判れば，上記式（１３）または上記式（１４）
を上記式（８）に代入することにより，正確な極間距離
１０を得ることができる。しかしながら，この方法で
は，極間距離ｄ₁またはｄ₂のいずれかが判っている必
要があり，極間距離ｄ₁またはｄ₂を放電加工処理中に
得ることは実質的には困難である。

【００５２】そこで，計算式から，極間距離ｄ₁，ｄ₂
のパラメータを消去をするために，電極１の移動を２回
行って，移動量Δｈ₁とΔｈ₂を求める。また，電極１
の２回の移動により得られる静電容量Ｃ_M1，Ｃ_M2，Ｃ_M3
により，浮遊容量Ｃ_S，１回目の移動距離ｄ₂，およ
び，２回目の移動距離ｄ₃のそれぞれのパラメータの消
去を実行する。上記式（８）を用いて，極間距離ｄ₁，
ｄ₂およびｄ₃は，それぞれ式（１５），（１６），
（１７）のように表すことができる。

【００５３】

【数３】

【００５４】

【数４】

【００５５】

【数５】

【００５６】上記式（１５）にあっては，極間距離ｄ₁
を表しており，上記式（１６）にあっては，極間距離ｄ
₂を表しており，また，上記式（１７）にあっては，極
間距離ｄ₃を表している。

【００５７】また，移動量△ｈ₁は式（１８）により表
される。すなわち， △ｈ₁＝ｈ₂−ｈ₁＝ｄ₂−ｄ₁ …（１８）である。また，移動量△ｈ₂も，上記式（１８）におけ
る△ｈ₁と同様に式（１９）により表される。すなわ
ち， △ｈ₂＝ｈ₃−ｈ₂＝ｄ₃−ｄ₂ …（１９）である。

【００５８】上記式（１５）および式（１６）を上記式
（１８）にそれぞれ代入すると，浮遊容量Ｃ_Sは，式
（２０）により求めることができる。

【００５９】

【数６】

【００６０】上記式（２０）を上記式（１５）に代入す
ると，極間距離ｄ₁は式（２１）により求めることがで
きる。

【００６１】

【数７】

【００６２】上記式（２１）において，極間距離ｄ₁を
求めるには，電極１を２回移動した結果得られる３つの
位置ｈ₁，ｈ₂，ｈ₃の電極１のそれぞれの位置におけ
る静電容量Ｃ_M1，Ｃ_M2，Ｃ_M3と，上記３つの位置のそれ
ぞれの差分Δｈ₁（＝ｈ₂−ｈ₁）とΔｈ₂（＝ｈ₃−
ｈ₂）を用いて計算することにより，その極間距離ｄ₁
を求めることができる。

【００６３】また，特別な場合として移動量Δｈ₂とΔ
ｈ₁を同一にした場合，すなわち，Δｈ₂＝Δｈ₁の場
合には，上記式（２１）は式（２２）のようにより簡単
にすることができる。

【００６４】

【数８】

【００６５】ここで，実際に放電加工装置に取り付けた
電極１と被加工物２との極間距離１０を以下の条件〜
のもとで求めてみると，式（２３）となる。 φ５０の電極を放電加工装置の油の中での測定移動量Δｈ₂＝３０μｍ，Δｈ₁＝１０μｍ静電容量測定値Ｃ_M1＝８３５ｐＦ，Ｃ_M2＝６７９ｐ
Ｆ，Ｃ_M3＝４３９ｐＦ

【００６６】

【数９】

【００６７】すなわち，送り装置の位置がｈ₁のときの
極間距離ｄ₁は３８μｍという結果であった。従って，
この結果からも，送り装置３の現在位置を更正すれば任
意の極間距離１０に合わせることができる。

【００６８】（実施例２の効果）実施例２によれば，送
り装置３の駆動制御による電極１の移動量と，そのとき
の静電容量を３回測定することにより，電極１と被加工
物２とが非接触な状態にあっても，演算により電極１と
被加工物２との極間距離１０を求めることができ，か
つ，従来の方法のように，電極１と被加工物２とを接触
させることにより極間距離のゼロ位置の更正をする必要
がない。また，被加工物２と電極１の対抗する面積Ｓ
や，加工液の誘電率εｒに関係なく，極間距離１０を求
めることができる。

【００６９】〔実施例３〕次に，実施例３について説明
する。図５は，実施例３に係る極間距離１０を制御する
放電加工装置の動作を示す説明図であり，図面の左方向
から右方向へ向かって時間の経過を示している。まず，
１ａの位置にある電極１を，１ｂの位置まで下降させ，
被加工物２の加工処理を開始する。５１は上下に移動す
る電極１における加工面の位置の推移を示す折線グラフ
であり，５２は被加工物２における加工面の深さが放電
加工処理により変化する，その加工面の深さの位置の推
移を示す折線グラフである。また，５３は電極１に印加
される加工電力のＯＮ／ＯＦＦを示している。

【００７０】加工時間Ｔ₁において，加工電力をＯＮ
し，電極１に対して所定の加工電力を印加する。これに
より，被加工物２には放電加工処理が実行されるため，
被加工物２の加工面は徐々にその深さが大きくなってい
くものである。図１に示した放電加工装置の位置制御部
４は，極間電圧測定部６によって検出される極間電圧に
基づいて，極間距離指令部５からの指令値に一致するよ
うに，送り装置３の駆動を制御し，電極１の上下の移動
位置を決定する。したがって，位置制御部４は，極間電
圧測定部６から送出される状態量としての電圧データに
より，送り装置３の駆動制御を行うため，極間距離１０
は極間距離指令部５からの極間距離に関する指令値とは
かならずしも一致しない。

【００７１】加工時間Ｔ₁から加工時間Ｔ₂において加
工電力をＯＦＦするまでの加工時間において，電極１が
１ｂの位置から１ｃの位置まで移動することにより，被
加工物２に対して加工処理を実行したことを示してい
る。このときの１ｃの位置にある電極１と被加工物２の
加工面５６との間における極間距離１０は，電極１の加
工面の位置の推移を示す折線グラフ５１と被加工物２の
加工面の位置の推移を示す折線グラフ５２との差分であ
るｄ₁である。ただし，極間距離ｄ₁は加工処理途中の
状態量により制御して算出した距離であるから正確な値
であるか否かはわからなくなっている。

【００７２】上記加工時間Ｔ₁のとき，電極１の加工面
の位置はｈ₁であるとする。この電極１の加工面の位置
がｈ₁のときの電極１と被加工物２との間における静電
容量Ｃ_M1を静電容量測定部８により測定し，極間距離演
算部９に出力する。次に，送り装置３を駆動させて電極
１を移動させ，電極１の加工面がｈ₂の位置においても
同様に静電容量Ｃ_M2を静電容量測定部８により測定し，
極間距離演算部９に出力する。次に，また，送り装置３
を駆動させて電極１を移動させ，電極１の加工面がｈ₃
の位置においても同様に静電容量Ｃ_M3を静電容量測定部
８により測定し，極間距離演算部９に出力する。上記そ
れぞれの位置における静電容量の測定が終了した後，被
加工物２から放電加工粉等を排除するために，電極１の
加工面を，一端，その排除作業に必要な高さｈ₄の位置
まで上昇させる。

【００７３】次に，得られた静電容量Ｃ_M1，Ｃ_M2，Ｃ_M3
を極間距離演算部９内のメモリ１１，１２，１３にそれ
ぞれ記憶する。またそれぞれの電極１の加工面の位置ｈ
₁，ｈ₂，ｈ₃も位置制御部４より極間距離演算部２５
内におけるメモリ１４，１５，１６にそれぞれ記憶され
る。演算器１７は記憶した各静電容量と位置データによ
り，上記式（２１）に基づいて演算を実行して極間距離
ｄ₁を求め，その極間距離ｄ₁のデータを位置制御部２
０に対して出力する。

【００７４】極間距離ｄ₁が分かれば，ｈ₁の位置が極
間距離ｄ₁であるから，極間距離指令部５から出力され
る極間距離ｄ_gに対し，加工時間Ｔ₃において加工処理
が再開できるように，電極１の加工面の位置を，被加工
物２との極間距離がｄ_gになるように合わせる。この極
間距離ｄ_gは放電加工を開始するのに最適な距離にあら
かじめ設定されているから，加工電力５３をＴ₃でＯＮ
すると，すぐに最適の放電加工処理が開始される。その
後，放電加工処理を開始することにより，電極１の加工
面は再び徐々に深くなっていく。電極１は図１に示した
極間電圧測定部６により検出される極間電圧を状態量と
して極間距離指令部５からの指令値に合わせて送り装置
３を制御する。加工時間Ｔ₄で加工電力をＯＦＦにし，
前回と同様に電極の加工面を位置ｈ′₁，ｈ′₂，ｈ′
₃の順に移動させ，それぞれの位置において，静電容量
を測定し，極間距離ｄ′₁を演算することにより極間距
離ｄ′_gに位置を決め繰り返し加工処理を実行するもの
である。

【００７５】（実施例３の効果）実施例３によれば，電
極１または被加工物２との距離を繰り返し変化させ，加
工液中で被加工物２を３次元形状の電極１で加工する放
電加工装置において，電極１と被加工物の２間の距離
を，良好な加工が行える極間距離に合わせてから放電電
力を加えて加工を開始し，放電電力を停止してから，距
離を離れる方向に移動するように極間距離１０を制御し
たので，常に最適の加工状態が得られる。したがって，
不適当な極間距離で加工することから生じるが加工面の
面粗さの劣化や，加工割れ等が生じにくい，加工性能が
高い放電加工装置を得ることができる。

【００７６】（上記各実施例のその他の効果）上記各実
施例におけるその他の効果について具体的に説明する。
図６は，放電加工装置による３次元形状の電極１により
被加工物２を加工する各ステップにおける状態を示した
ものであり，図６（ａ）は加工処理する前の状態であ
る。図６（ｂ）は少し加工した状態であり，電極１と被
加工物２との間における加工面積は，図６（ａ）に示し
た加工処理前とは，大きく相違している。また，図６
（ｃ）は，さらに加工処理が進行した状態を示し，電極
１の側面に相当する部分６１の面積も加工面の面積とし
て含まれることになり，これは浮遊容量となる。このよ
うに加工面積と浮遊容量に大きな変化が生じる放電加工
処理において，上記実施例にあっては，加工液の誘電率
や電極の浮遊容量，電極の大きさ，加工処理が進行する
につれて変化する加工面積を考慮することなく，極間距
離１０を効率よく制御することができる。

【００７７】また，本実施例による極間距離１０を制御
する放電加工装置は，電極１と被加工物２との間におけ
る静電容量を測定して極間距離を演算するため，加工粉
７１（図１０（ａ）参照）の面積は加工面の面積に比べ
て僅かなので，加工粉７１が被加工物２の加工面上に残
っていても，電極１と被加工物２との間における静電容
量をほぼ正確に測定することができる。したがって，電
極１と被加工物２との間における距離を，良好な加工が
行える極間距離１０に合わせてから放電電力を加えて加
工を開始し，放電電力を停止してから前記相対距離を離
れる方向に移動するように極間距離１０を制御するの
で，常に最適の加工状態を得ることができる。

【００７８】また，本実施例による極間距離１０を制御
する放電加工装置は，電極１と被加工物２との間におけ
る静電容量を測定して極間距離を演算するので，突起７
２（図１０（ｂ）参照）の面積は加工面の面積に比べて
僅かなので，突起７２が被加工物２の加工面上に残って
いても，電極１と被加工物２との間における静電容量を
ほぼ正確に測定することができる。したがって，従っ
て，上記加工粉７１の場合と同様に，優れた加工性能の
放電加工装置を得ることができる。

【００７９】図７（ａ）は，複雑形状を有する電極１を
使用して行った放電加工処理を示し，また，図７（ｂ）
は，大きな面積を有する電極１を使用して行った放電加
工処理を示す。いずれも加工が進むにつれて，被加工物
２の加工面の面積Ｓが変化し，さらに，それに伴い，浮
遊容量Ｃ_Sも変化する。本実施例による極間距離１０を
制御する放電加工装置にあっては，加工面積Ｓや浮遊容
量Ｃ_Sには関係なく極間距離１０を測定でき，さらに，
電極の面積が大きいほど，また測定する極間距離１０が
小さいほど静電容量が大きくなり正確に測定できるの
で，電極１が，図７（ｂ）に示すような，大きな電極か
ら小さな電極まで，また，複雑な３次元形状の電極であ
っても，荒加工から微細な放電加工まで広範囲に使用で
き，優れた加工性能を得ることができる。

【００８０】（実施例の応用例）また，上記各実施例で
は，極間距離１０を可変にするために，電極１のみを送
り装置３により移動させ，被加工物２は固定としたが，
電極１を固定し，被加工物２を移動させてもよく，ま
た，電極１および被加工物２の両方を移動させるように
構成してもよい。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように，この発明に係る放
電加工装置にあっては，電極および（または）被加工物
を移動させることにより電極と被加工物との極間距離を
変化させ，該移動に基づいた複数位置における電極と被
加工物との極間のそれぞれの静電容量を測定し，かつ，
複数位置における電極および（または）被加工物のそれ
ぞれの移動距離し，その後，測定した静電容量，およ
び，測定した移動距離に基づいて電極と被加工物との極
間距離を演算し，該演算された極間距離に基づいて電極
と被加工物との極間距離を制御するため，加工処理中で
あって放電を発生していないときに非接触で電極と被加
工物との間における極間距離を測定でき，適正な極間距
離で加工を開始することにより放電加工処理の加工効
率，加工性能を向上させることができる。

【００８２】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，第１の地点における電極と被加工物との極間の静
電容量，および，第１の地点とは異なる第２の地点にお
ける電極と被加工物との極間の静電容量を測定し，ま
た，第１の地点から第２の地点までの電極および（また
は）被加工物の移動距離を測定するので，加工処理中で
あって放電を発生していないときに非接触で電極と被加
工物との間における極間距離を測定することができ，放
電加工処理の加工効率，加工性能を向上させることがで
きる。

【００８３】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，第１の地点における電極と被加工物との極間の静
電容量，第１の地点とは異なる第２の地点における電極
と被加工物との極間の静電容量，および，第１の地点お
よび第２の地点とは異なる第３の地点における電極と被
加工物との極間の静電容量を測定し，また，第１の地点
から第２の地点までの電極および（または）被加工物の
移動距離，および，第２の地点から第３の地点までの電
極および（または）被加工物の移動距離を測定するの
で，より正確に，加工処理中であって放電を発生してい
ないときに非接触で電極と被加工物との間における極間
距離を測定することができ，放電加工処理の加工効率，
加工性能を向上させることができる。

【００８４】また，次の発明に係る放電加工装置にあっ
ては，放電処理のために前記電極と被加工物との間を最
適な加工処理が実行できる極間距離に位置制御し，放電
処理終了時のジャンプ動作により被加工物から前記電極
が離れるときに段階的に静電容量を測定するので，常に
最適な加工状態を得ることができ，不適当な極間距離で
加工することから生じる加工面の面粗さの劣化や，加工
割れ等が生じにくく，加工性能を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る放電加工装置の概略構成を示
す説明図である。

【図２】図１に示した静電容量測定部の構成を示す説
明図である。

【図３】実施例１に係る放電加工装置の極間距離を求
める手順を示す説明図である。

【図４】実施例２に係る放電加工装置の極間距離を求
める手順を示す説明図である。

【図５】実施例３に係る放電加工装置の動作を示すタ
イミングチャートである。

【図６】実施例に係る放電加工装置によって３次元形
状の電極により被加工物を加工する状態を示す説明図で
ある。

【図７】実施例に係る複雑形状／大きな面積を有する
電極を使用して放電加工する場合の効果を示す説明図で
ある。

【図８】従来における放電加工装置の概略構成を示す
説明図である。

【図９】従来における放電加工装置の極間距離の違い
による極間電圧波形の相違と，それに起因する平均電圧
の相違とを示した説明図である。

【図１０】従来における放電加工装置の問題点を示す
説明図である。

【符号の説明】

１電極，２被加工物，３送り装置，４位置制御
部，５極間距離指令部，６極間電圧測定部，７加
工電源，８静電容量測定部，９極間距離演算部，１
１，１２，１３メモリ，１４，１５，１６メモリ，
１７演算器，２１コンデンサ，２２発信器，２３
抵抗，２４増幅器，２５絶対値増幅器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加工液中に設けられた電極と被加工物と
の極間に放電を発生させることにより前記被加工物に対
する加工処理を行う放電加工装置において，前記電極お
よび（または）被加工物を移動させることにより前記電
極と前記被加工物との極間距離を変化させる移動手段
と，前記移動手段による移動に基づいて複数位置におけ
る前記電極と被加工物との極間のそれぞれの静電容量を
測定する静電容量測定手段と，前記複数位置における前
記電極および（または）被加工物のそれぞれの移動距離
を測定する移動距離測定手段と，前記静電容量測定手段
により測定した静電容量，および，前記移動距離測定手
段により測定した移動距離に基づいて前記電極と被加工
物との極間距離を演算する極間距離演算手段と，前記極
間距離演算手段により演算された極間距離に基づいて前
記電極と被加工物との極間距離を制御する位置制御手段
とを具備することを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】前記静電容量測定手段は，第１の地点に
おける前記電極と被加工物との極間の静電容量，およ
び，前記第１の地点とは異なる第２の地点における前記
電極と被加工物との極間の静電容量を測定し，前記移動
距離測定手段は，前記第１の地点から第２の地点までの
前記電極および（または）被加工物の移動距離を測定す
ることを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
【請求項３】前記静電容量測定手段は，第１の地点に
おける前記電極と被加工物との極間の静電容量，前記第
１の地点とは異なる第２の地点における前記電極と被加
工物との極間の静電容量，および，前記第１の地点およ
び第２の地点とは異なる第３の地点における前記電極と
被加工物との極間の静電容量を測定し，前記移動距離測
定手段は，前記第１の地点から第２の地点までの前記電
極および（または）被加工物の移動距離，および，前記
第２の地点から第３の地点までの前記電極および（また
は）被加工物の移動距離を測定することを特徴とする請
求項１記載の放電加工装置。
【請求項４】前記位置制御手段は，放電処理のために
前記電極と被加工物との間を最適な加工処理が実行でき
る極間距離に位置制御し，放電処理終了時のジャンプ動
作により被加工物から前記電極が離れるときに段階的に
静電容量を測定することを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか一つに記載の放電加工装置。