JP4152080B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被加工物に対する放電加工を行なうときのスイッチング素子の損失を小さくしながら、加工効率を向上させるようにした放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、被加工物を放電加工するときの原理と、放電加工を行なうときに要求される電流波形形状について説明する。
【０００３】
放電加工における放電は、電極と、この電極と対向するように配置される被加工物との間に形成される間隙内で、数十μｍ以下となるような微小な導電路を捜し出した後、パルス電流を流し、そこで発生する熱エネルギーによって、強制的にその微小導電路、またはそれに接する電極や被加工物の微小部分を蒸散もしくは溶融飛散させることから始まる。この際、パルス電流の時間的な変化率の大きさ、すなわち急峻な立ち上がりを持つ電流と、電流ピーク値の大きさ、電極、被加工物材料などの熱的な特性、そして絶縁液の冷却特性などによって、前記微小部分での蒸散もしくは溶融飛散の程度が決定する。
【０００４】
また、被加工物が電気抵抗の小さい材料であれば、ジュール熱による発熱が少なくなり、熱伝導率のよい材料であれば、微小部分での発熱や温度上昇は抑えられ、また溶融潜熱が大きくて、溶融温度の高い材料であれば、たとえ発熱しても溶け難い。さらに、被加工物が溶融時の粘性が大きい材料であれば、溶融してもなかなか飛散しない。
【０００５】
そして、実際の加工では、これらのいくつかの条件が重複していることから、加工速度が遅い、面荒さが荒い、または細かい、短絡しやすい、加工能率が落ちる、集中放電が起きやすいなどの現象として現れる。また、ワイヤ放電加工においては短絡現象が多くなり、ワイヤ断線頻度が多いなどの結果となって現れる。
【０００６】
また、従来、前記短絡現象を無くすために、電極材料に溶融温度や溶融潜熱の低い、また溶融時の粘度の低い、さらっとした材料からなる合金が使われていた。真鍮などの合金がこれに相当するが、一方で電極が消耗する等の問題が生じることから、ワイヤ放電加工機や高速細孔加工機以外ではあまり使われていない。なお、ワイヤ放電加工用ワイヤ電極として、溶融温度の低い、かつ溶融した時の粘性の小さい材料を被覆した特殊ワイヤが開発されており、このような特殊ワイヤを使用すれば、上述の短絡を防止して加工効率を上げることができる。
【０００７】
また、放電開始後は、放電周囲の絶縁液を蒸発させて、急激に膨脹するバブルを形成する。そして、この内部圧力の反作用によって、前記溶融部分はえぐり取られる。放電の継続時間にしたがって、次第に溶融部分が広がる一方で、バブルの拡大により、発生する内部圧力の密度が次第に小さくなる。したがって、材料と放電時間によるえぐりとられる量の最大値が存在し、放電時間（パルス幅）が短くても、また長くても加工能率が低下する。特に放電時間（パルス幅）を必要以上に印加しても、余分な放電時間が電極や被加工物の発熱に使われて溶融に費やされ、溶融層の厚い加工面質となり、好ましくない。
【０００８】
このため、放電開始能力としての電流ピーク値や電流の立ち上がり速度の大きさと、加工能力としての放電時間（パルス幅）を加えた各条件が、電極、被加工物、絶縁液の熱的な特性の違いによって、それぞれが単独で選択できるようになっていることが望ましい。また、上述の説明のごとく極めてパルス幅の狭い領域において、三角波状なパルスを使用した場合、効率的な加工を行うことができない。
【０００９】
また、矩形波と三角波とでは同一電荷量を投入する場合の電流実効値は矩形波の方が小さい。このため三角波から矩形波にした場合、電極への入熱を低減でき、加工能力を高めることができる。特にワイヤ放電加工装置ではこれがワイヤ断線の防止につながるため非常に有効である。
【００１０】
特開平１１−４８０３９号公報に開示される放電加工装置は上述の電流の立ち上がり速度、パルス幅を独立に制御し、効率的な加工を得るためのものであり、図３０はその回路構成を示した図である。符号１０１は主直流電源であり、符号１０２は該主直流電源１０１の出力電圧よりも低い電圧を供給する副直流電源である。また、符号Ｔ１０１、Ｔ１０２、Ｔ１０３はＦＥＴで構成される第１、第２、第３のスイッチング素子である。
【００１１】
そして、主直流電源１０１のプラス側端子は第１のスイッチング素子Ｔ１０１を介して被加工物Ｗに接続され、また副直流電源１０２のプラス側端子は第３のスイッチング素子Ｔ１０３を介して被加工物Ｗに接続されている。また、主、副直流電源１０１、１０２のマイナス側端子は、第２のスイッチング素子Ｔ１０２を介して電極Ｐに接続されている。さらに、スイッチング素子Ｔ１０１、Ｔ１０２、Ｔ１０３を構成するＦＥＴのゲートＧ１０１〜Ｇ１０３には、それぞれスイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）が接続され、各スイッチング素子ドライブ回路はパルス分配回路（図示は省略する）から出力されるパルスによって、各スイッチング素子Ｔ１０１、Ｔ１０２、Ｔ１０３をオン／オフ制御するようになっている。
【００１２】
図３１は、図３０に示す放電加工装置の動作タイミングと、放電電流（加工電流）の波形との関係例を示す模式図である。
【００１３】
まず、放電加工装置による放電加工が開始されると、電極Ｐと被加工物Ｗとの間の放電可能な状況に合わせて、パルス幅設定用データｔ₁、ｔ₂が設定され、この設定内容に基づき、各スイッチング素子ドライブ回路からパルス幅ｔ₂のパルス信号が出力され、第２、第３のスイッチング素子Ｔ１０２、Ｔ１０３が図３１（ロ）、（ハ）に示すようにオン状態にされる。
【００１４】
この結果、副直流電源１０２の電圧が第３のスイッチング素子Ｔ１０３、第２のスイッチング素子Ｔ１０２を介して、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に印加されて、副直流電源１０２から電流Ｉ₁（＝Ｉ₀）が流れ、通電ポイントが確保される（図３１（ホ）参照）。これは予備放電とも呼ばれ、導電路の確保を目的としており、電源系統を予備放電用に分けてもよい。この電流の立ち上がりは副直流電源１０２の出力電圧が低いことから緩やかであるが、続いて設定された遅れ時間をおいて、残っているスイッチング素子ドライブ回路から電流ピーク値設定用データで設定された時間幅ｔ₁のパルスが出力され、第１のスイッチング素子Ｔ１０１がオン状態にされる（図３１（イ）参照）。
【００１５】
この結果、高い電圧の主直流電源１０１から電流が流れ始め、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、図３１（二）に示す如く加工電流Ｉ₀が急峻な立ち上がりで上昇する。ここでは、この加工電流Ｉ₀の急峻な期間を加工初期期間と定義する。そして、設定された時間幅ｔ₁が経過して、第１のスイッチング素子Ｔ１０１がオフ状態になると、加工電流Ｉ₀の上昇が停止し、前記間隙には再び副直流電源１０２から電流Ｉ₁が供給され、加工電流Ｉ₀がそのピーク値に維持されて、流れることになる。この加工電流の略ピーク値を維持する期間を加工期間中期と定義する。
【００１６】
この後、設定されたパルス幅設定用の時間幅ｔ₂が経過して、第２、第３のスイッチング素子Ｔ１０２、Ｔ１０３がオフ状態にされると、回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流Ｉ₂、Ｉ₃がダイオードＤ１０１→被加工物Ｗ→電極Ｐ→ダイオードＤ１０２→主直流電源１０１へと流れて、帰還される。この時、電圧の高い主直流電源１０１に帰還されることになるから、この加工電流（Ｉ₂＝Ｉ₃＝Ｉ₀）の立ち下がり速度が急峻になる。
【００１７】
以下、この動作が繰り返し実行されて、放電加工が行われることになる。ここでは、電圧印加停止後の加工電流Ｉ₀を加工期間後期と定義する。
【００１８】
そして、図３１から明らかのように、第２、第３のスイッチング素子Ｔ１０２、Ｔ１０３をオン状態にさせるパルス幅設定用データｔ₂によって、加工パルス幅をほぼ決めることができ、また第１のスイッチング素子Ｔ１０１をオンさせる電流ピーク値設定用データｔ₁によって加工電流Ｉ₀のピーク値Ｉ_Pを決めることができることから、電流ピーク値Ｉ_Pと、加工パルス幅の設定を極めて容易に行なわせることができる。また、加工電流Ｉ₀の立ち上がり、立ち下がりを急峻にさせ、略矩形波の加工電流波形を確保させることができることから、加工効率を向上させることができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の放電加工装置においては、主直流電源１０１より電極Ｐと、被加工物Ｗとの間に、電圧を印加して放電電流を流す構成になっているので、加工期間初期と、加工期間中期との切り替え時に、主直流電源１０１からスイッチング素子Ｔ１０１を介して電流を供給し、電流ピークに達した状態でスイッチング素子Ｔ１０１をオフにしなければならない。このため、スイッチング素子Ｔ１０１を構成しているＦＥＴの発熱が大きくなってしまうという問題があった。
【００２０】
さらに、スイッチング素子Ｔ１０１を構成しているＦＥＴの発熱を抑えるために、放熱フィンを高性能、多並列化しなければならないのみならず、スイッチング素子Ｔ１０１として、大容量のスイッチング素子を使用しなければならず、コストを低減させ難いという問題があった。
【００２１】
また、加工期間後期における還流にも問題がある。すなわち、従来の方法では、副直流電源１０２からの電圧印加を停止した後、回路中に蓄積した誘導エネルギーを上記主直流電源１０１に帰還させるように構成しているため、主直流電源１０１が規定する電圧値から還流開始することになる。このため、還流時の電圧値が電源電圧以上に跳ね上がってしまい、この跳ね上がりまで考慮して、スイッチング素子Ｔ１０１の耐圧を高く設計しなければならないという問題があった。
【００２２】
したがって、これらの理由から、上述の従来の技術ではコスト高になるし、故障しやすいという問題があった。
【００２３】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、初期電流供給用コンデンサに蓄えられたエネルギーによって、被加工物と、電極との間に加工電流を流し始めさせることができ、これによって低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００２４】
また、スイッチング素子ドライブ回路などにより、各スイッチング素子のオン／オフを制御させることなく、初期電流供給用コンデンサから出力される電圧の値が予め設定されている電圧値より低くなったとき、ダイオードによってこれを検知させて、被加工物と、電極との間に加工期間中期用の電流を流させることができ、これによって低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用可能にさせて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００２５】
また、初期電流供給用コンデンサに必要な量以上の電荷が蓄積されるのを防止させて、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００２６】
また、初期電流供給用コンデンサに必要十分な量の電荷を蓄積させて、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００２７】
また、直流電源に浮遊インダクタンス成分が含まれている場合にも、加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００２８】
また、アーク電圧が低いときでも、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００２９】
また、加工期間初期の電流値より、加工期間中期の電流値が大きくなり過ぎないようにさせて、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させ、これによって放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３０】
また、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を残し、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３１】
また、被加工物に対する加工を開始する前に、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を蓄積させて、加工期間初期における加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させ、これによって放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３２】
また、初期電流供給用コンデンサの配置を多様化させて、設計時の自由度を大幅に向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３３】
また、被加工物に対する加工を開始する前に、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を蓄積させて、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３４】
また、初期電流供給用コンデンサに蓄積される電荷を調整自在にし、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３５】
また、初期電流供給用コンデンサに蓄積される電荷を段階的に調整自在にし、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３６】
また、スイッチング素子の耐電圧、電流容量にかかわらず、必要な耐電圧、電流容量を持つスイッチング素子を確保させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工効率を向上させながら、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は、被加工物と電極との間に加工電流を流して、前記被加工物を加工する放電加工装置において、初期電流供給用コンデンサおよび第１スイッチング素子が直列接続された第１の直列回路と、前記被加工物、前記電極および第２スイッチング素子が直列接続され、前記第１の直列回路に並列接続された第２の直列回路と、前記第２の直列回路に並列接続された直流電源とを備え、加工期間初期に、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路を通る経路で、前記被加工物と前記電極との間に加工電流が流され、加工期間中期に、前記第２の直列回路および前記直流電源を通る経路で、前記被加工物と前記電極との間に加工電流が流され、加工期間後期に、前記初期電流供給用コンデンサは、前記加工期間中期に蓄積された誘導エネルギーによって充電されることを特徴としている。
【００３８】
上記の構成により、被加工物と電極との間に加工電流を流して、前記被加工物を加工する放電加工装置において、加工期間初期に、初期電流供給用コンデンサを有する初期電流供給回路によって、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流し、また加工期間中期に、直流電源を有する中期電流供給回路によって、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流し、加工期間後期に、帰還回路によって、加工期間中期に蓄積された誘導エネルギーを誘導起電圧に変換させ、前記初期電流供給用コンデンサを充電させることにより、初期電流供給用コンデンサに蓄えられたエネルギーによって、被加工物と、電極との間に加工電流を流し始めさせ、これによって低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させる。
【００３９】
つぎの発明は、前記初期電流供給用コンデンサからの加工電流が切れる前に、前記第１スイッチング素子をオフ状態にし、前記直流電源からの加工電流の供給を開始することを特徴としている。
【００４０】
中期電流供給回路に設けられたダイオードによって、初期電流供給回路から出力される電圧が予め設定されている電圧より低下したとき、これを検知させて、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流させることにより、スイッチング素子ドライブ回路などにより、各スイッチング素子のオン／オフを制御させることなく、初期電流供給用コンデンサから出力される電圧の値が予め設定されている電圧値より低くなったとき、ダイオードによってこれを検知させて、被加工物と、電極との間に加工期間中期用の電流を流させ、これによって低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用可能にさせて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させる。
【００４１】
つぎの発明は、前記初期電流供給用コンデンサと前記第１スイッチング素子との接続点と、前記被加工物または前記電極と前記第２スイッチング素子との接続点とを整流素子を介して接続したことを特徴としている。
つぎの発明は、前記初期電流供給用コンデンサに並列接続された電圧判定回路および電圧リミッタ回路を備え、前記電圧判定回路は、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧を監視し、前記電圧リミッタ回路は、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧が所定電圧に達したとき、これを検知して、前記初期電流供給用コンデンサの充電動作を停止することを特徴としている。
【００４２】
前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧を監視させ、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧が所定電圧に達したとき、これを検知させて、初期電流供給用コンデンサの充電動作を停止させることにより、初期電流供給用コンデンサに必要な量以上の電荷が蓄積されるのを防止させて、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させる。
【００４３】
つぎの発明は、前記初期電流供給用コンデンサに並列接続された電圧モニタ回路を備え、前記電圧モニタ回路は、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧を監視し、この監視結果に基づき、前記直流電源から出力される直流電圧の値を制御することを特徴としている。
【００４４】
前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧を監視させ、この監視結果に基づき、前記中期電流供給回路の前記直流電源から出力される直流電圧の値を制御させることにより、初期電流供給用コンデンサに必要十分な量の電荷を蓄積させて、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させる。
【００４５】
つぎの発明は、前記第２の直列回路および前記直流電源によって構成された中期電流供給回路は、前記直流電源と並列に接続されたコンデンサを併用して、加工期間中期に、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流すことを特徴としている。
【００４６】
前記中期電流供給回路内にコンデンサを並列に配置させ、このコンデンサと前記直流電源とを併用させて、加工期間中期に、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流させることにより、直流電源に浮遊インダクタンス成分が含まれている場合にも、加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００４７】
つぎの発明は、前記第２の直列回路および前記直流電源によって構成された中期電流供給回路は、前記第２スイッチング素子をオン／オフさせて、加工期間中期に、前記被加工物と前記電極との間に流れる加工電流を断続させ、一定化させることを特徴としている。
【００４８】
前記中期電流供給回路内に配置されたスイッチング素子をオン／オフさせて、加工期間中期に、前記被加工物と電極との間に流れる加工電流を断続させ、加工電流を一定化させることにより、アーク電圧が低いときでも、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００４９】
つぎの発明は、前記第２の直列回路および前記直流電源によって構成された中期電流供給回路は、加工期間中期の途中で、電流ループを切り替えて、前記直流電源を含まないループで、電流を流させることを特徴としている。
【００５０】
加工期間中期の途中で、前記中期電流供給回路内の電流ループを切り替えさせ、前記直流電源を含まないループで、電流を流させることにより、加工期間初期の電流値より、加工期間中期の電流値が大きくなり過ぎないようにさせて、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させ、これによって放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００５３】
つぎの発明は、前記初期電流供給用コンデンサに並列接続され、前記直流電源から出力される直流電圧の値より、高い直流電圧を出力する第２の直流電源を持つ予備充電回路を設け、前記第２の直流電源から出力される直流電圧を用いて、加工期間初期前に、前記初期電流供給用コンデンサを予備充電させることを特徴としている。
【００５４】
前記中期電流供給回路の前記直流電源から出力される直流電圧の値より、高い直流電圧を出力する直流電源を持つ予備充電回路を設け、この予備充電回路の前記直流電源から出力される直流電圧を用いて、加工期間初期前に、前記初期電流供給用コンデンサを予備充電させることにより、被加工物に対する加工を開始する前に、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を蓄積させて、加工期間初期における加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させ、これによって放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００５５】
つぎの発明は、前記加工期間初期に、前記初期電流供給用コンデンサおよび前記第２の直流電源を使用して、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流すことを特徴としている。
【００５６】
前記初期電流供給用コンデンサを使用させて、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流させるとき、前記中期電流供給回路の前記直流電源を通過するループを使用させることにより、初期電流供給用コンデンサの配置を多様化させて、設計時の自由度を大幅に向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させる。
【００５７】
つぎの発明は、前記直流電源から出力される直流電圧を昇圧させる昇圧回路を設け、この昇圧回路から出力される直流電圧を用いて、加工期間初期前に、前記初期電流供給用コンデンサを予備充電させることを特徴としている。
【００５８】
前記中期電流供給回路の前記直流電源または他の直流電源から出力される直流電圧を昇圧させる昇圧回路を設け、この昇圧回路から出力される直流電圧を用いて、加工期間初期前に、前記初期電流供給用コンデンサを予備充電させることにより、被加工物に対する加工を開始する前に、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を蓄積させて、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００５９】
つぎの発明は、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路によって構成された初期電流供給回路の前記初期電流供給用コンデンサとして、複数のコンデンサを選択的に使用させて、加工期間初期に、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流させることを特徴としている。
【００６０】
初期電流供給回路の前記初期電流供給用コンデンサとして、複数のコンデンサを選択的に使用させて、加工期間初期に、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流させることにより、初期電流供給用コンデンサに蓄積される電荷を調整自在にし、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００６１】
つぎの発明は、前記初期電流供給用コンデンサとして使用される各コンデンサの容量を互いに異なる値にすることを特徴としている。
【００６２】
前記初期電流供給用コンデンサとして使用される各コンデンサの容量を互いに異なる値にさせることにより、初期電流供給用コンデンサに蓄積される電荷を段階的に調整自在にし、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００６３】
つぎの発明は、前記第２スイッチング素子として、複数のスイッチング素子を並列、または直列に接続したスイッチング素子群を使用することを特徴としている。
【００６４】
前記第２スイッチング素子として、複数のスイッチング素子を並列、または直列に接続したスイッチング素子群を使用させることにより、スイッチング素子の耐電圧、電流容量にかかわらず、必要な耐電圧、電流容量を持つスイッチング素子を確保させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工効率を向上させながら、装置全体のコストを低く抑えさせるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させる。
【００６５】
つぎの発明は、前記第１スイッチング素子として、一つのスイッチング素子を使用するか、または複数のスイッチング素子を並列、もしくは直列に接続したスイッチング素子群を使用し、前記初期電流供給用コンデンサから電流を供給するための第１スイッチング素子は、前記初期電流供給用コンデンサへの誘導エネルギーを帰還するのに使用する第２スイッチング素子よりも容量が小さいか、あるいは、並列数が少ないことを特徴とする。
【００６６】
前記初期電流供給用コンデンサから電流を供給するためのスイッチング素子の容量を、前記初期電流供給用コンデンサへの誘導エネルギーを帰還するのに使用するスイッチング素子よりも小さくするか、あるいは、並列数を少なくすることにより、並列数を減らすことができ、あるいは、スイッチング素子の容量の小さいものを使用することができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる放電加工装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００６８】
実施の形態１．
図１は、この発明による放電加工装置の実施の形態１を示すブロック図である。
【００６９】
この図に示す放電加工装置１ａは、加工期間初期において、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に端子電圧を印加し、加工期間初期の電流“Ｉ₁”を流すコンデンサ２と、加工期間中期において、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に端子電圧を印加し、加工期間中期の電流“Ｉ₂”を流す第１直流電源３と、トランジスタやＦＥＴ等で構成され、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から出力されるパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”に応じて、被加工物Ｗに対する給電路の切替を行なう第１、第２スイッチング素子４、５と、コンデンサ２の端子電圧が低下したとき、これを検知してオン状態になるダイオード６と、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”の出力が停止され、これによって第１、第２スイッチング素子４、５がオフ状態にされて、加工期間後期にされているとき、オン状態になって、被加工物Ｗ、電極Ｐに接続された各ケーブルなどが持っている浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ に生じた誘導起電流“Ｉ₃”をコンデンサ２に導いて、これを充電させるダイオード７とを備えている。
【００７０】
そして、最初、コンデンサ２に蓄積されている電荷を使用させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、加工電流“Ｉｐｗ”を流し、この後ダイオード６がオン状態になったとき、第１直流電源３を使用させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に加工電流“Ｉｐｗ”を流し、この状態で、一定時間が経過した後、第１直流電源３を使用した電流供給を停止させるとともに、浮遊リアクトル“Ｌ₁ ”、“Ｌ₂ ”に誘起された誘導起電圧を使用させて、コンデンサ２を充電させながら、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”を急速に低下させる。
【００７１】
つぎに、図２に示す波形図、図３〜図５に示す模式図を参照しながら、放電加工装置１ａの動作を詳細に説明する。まず、図２（ａ）、（ｂ）に示す如く加工期間初期に、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”が出力されたとき、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５がオン状態になって、コンデンサ２に蓄積された電荷が使用され、図３に示す如くコンデンサ２の一端→第１スイッチング素子４→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ →第２スイッチング素子５→コンデンサ２の他端なるループで、電流“Ｉ₁”が流れて、図２（ｄ）に示す如く被加工物Ｗと電極Ｐとの間に電流“Ｉ₁”と同じ値を持つ加工電流“Ｉｐｗ”が流れる。
【００７２】
この後、図２（ｃ）に示す如くコンデンサ２の端子電圧ＶＣ₁ が低下して、第１直流電源３の直流電圧とほぼ一致して、ダイオード６がオン状態になったとき、加工期間中期の動作が開始されて、図４に示す如く第１直流電源３のプラス端子→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ →第２スイッチング素子５→第１直流電源３のマイナス端子なるループで、電流“Ｉ₂”が流れ、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に電流“Ｉ₂”と同じ値を持つ電流“Ｉｐｗ”が流れる。
【００７３】
つぎに、予め設定されている時間が経過し、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”が出力されなくなったとき、加工期間後期の動作が開始されて、第１、第２スイッチング素子４、５がオフ状態にされる。これにより、浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ に蓄積された誘導エネルギーによって、誘導起電圧が生成され、図５に示す如く浮遊リアクトルＬ₂ →ダイオード７→コンデンサ２→第１直流電源３→ダイオード６→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ なるループで、誘導電流“Ｉ₃”が流れ、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”が急速に下げられるとともに、コンデンサ２に電荷が蓄積されて、端子電圧が高められる。
【００７４】
つぎに、図６に示す等価回路図、図７に示す波形図を参照しながら、上述した加工期間初期、加工期間中期、加工期間後期における加工電流“Ｉｐｗ”の波形形状についてさらに説明する。
【００７５】
まず、放電中の極間電圧（アーク電圧）を無視すると、図３に示す加工期間初期では、放電加工装置１ａの回路を単純化して、図６のようなコンデンサ２と、配線による浮遊リアクトル“Ｌ”との共振回路８ａと等価であると考えて良いことから、コンデンサ２の両端に現われる初期電圧を“Ｖ”とすると、次式に示す如く、２π（ＬＣ）^1/2の周期を持ち、かつ、Ｖ・（Ｃ／Ｌ）^1/2のピーク値を持つ関数として、コンデンサ２と、浮遊リアクトル“Ｌ”との間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”を表わすことができる。
【００７６】
【数１】

【００７７】
また、加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がり付近は上記関数の微分方程式、
【数２】

において、“ｔ＝０”のときであるから、次式に示す値になる。
【数３】

【００７８】
すなわち、図７に示す如く傾き“Ｖ／Ｌ”で立ち上がり、“π／２×（ＬＣ）^1/2”付近で、ピーク値“Ｖ・（Ｃ／Ｌ）^1/2”となる電流波形となることから、コンデンサ２の端子電圧を高めるだけで、加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がり速度を速められることがわかる。
【００７９】
また、加工期間中期では、ケーブルなどが持つ浮遊リアクトル“Ｌ”と、第１直流電源３の直流電圧“ｖ”から“ｖ／Ｌ”の傾きを持って上昇する。そして、説明を簡単にするために、上述した説明において無視していたアーク電圧の値として、このアーク電圧が第１直流電源３の直流電圧“ｖ”とほぼ一致したとき、上昇のないフラットな形状の電流波形を得ることができる。
【００８０】
すなわち、アーク電圧を“ｖ’”と仮定すると、次式に示す微分方程式が成り立つことから、
【数４】

“ｖ＝ｖ’”になったとき、定電流となる。この際、アーク電圧“ｖ’”は加工条件により、多少変動するものの、ほぼ５０Ｖ±３０Ｖ程度になる。
【００８１】
また、加工期間後期では、加工期間中期の最後に得たピーク電流がコンデンサ２へ流れ込み、浮遊リアクトル“Ｌ₁ ”、“Ｌ₂ ”に蓄えられていた誘導エネルギー“１／２ＬＩ²”に対応したエネルギー分だけ、コンデンサ２のエネルギー“１／２ＣＶ²”を高めることから、次式に示す関係を満たすまで、コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
【数５】

【００８２】
この際、加工を始めた瞬間においては、コンデンサ２の両端に端子電圧が発生していないものの、複数回、パルスが印加されることにより、ピーク電流が上昇し、コンデンサ２の端子電圧が上昇する。そして、最終的には、定常状態となり、上述した加工電流“Ｉｐｗ”を得ることができることから、回路構成を簡素化させながら、加工電流“Ｉｐｗ”の波形を略矩形して、加工効率を向上させることができる。以下、上述した動作が繰り返し実行され、放電加工が行われることになる。
【００８３】
つぎに、図１〜図７に示す各図と、図３０、図３１に示す各図とを参照しながら、上述した放電加工装置１ａと、先行技術で開示された放電加工装置との差異を明確にする。
【００８４】
まず、図３０に示した先行技術では、加工期間初期に印加する電圧として、副直流電源１０２から出力される直流電圧を用いていることから、高電圧を印加する加工期間初期用のスイッチング素子Ｔ１０１の他に低電圧を印加する加工期間初期、中期用のスイッチング素子Ｔ１０３を設ける必要があった。
【００８５】
また、スイッチング素子Ｔ１０１をオフ状態にするという強制終了で、加工期間初期と加工期間中期との境界を実現しているので、スイッチング素子Ｔ１０１が完全にオフ状態になるまでの間に、主直流電源１０１から電流が流れ続け、これによるスイッチング素子Ｔ１０１の損失が莫大なものになる。
【００８６】
これに比べて、本実施の形態１であれば、第１スイッチング素子４をオン状態にしっぱなしにしておいても、コンデンサ２で規定される電流が流れ切ったとき、ダイオード６がオフ状態からオン状態に切り替わって、自然と加工期間初期から加工期間中期へと移ることから、第１スイッチング素子４の損失自体が存在しない。さらに、加工期間後期における回生動作においても、図３０に示す先行技術では、主直流電源１０１の電位からの回生であり、瞬間的に電圧値が主直流電源１０１の直流電圧以上に跳ね上がることから、スイッチング素子Ｔ１０１として、高耐圧特性を持つスイッチング素子を使用する必要があった。
【００８７】
これに対し、本実施の形態１であれば、コンデンサ２の端子電圧が第１直流電源３の直流電圧“ｖ”に低下した時点からの回生であり、電圧値が眺ね上がらないことから、第１スイッチング素子４の耐圧を低くしても良い。
【００８８】
また、一般的に電源供給部に使用されるコンデンサでは、大容量であればあるほど、電源を安定させることができる。これに対し、本実施の形態１で説明しているコンデンサ２はあくまでも電荷量を規定し、加工期間初期に加工電流“Ｉｐｗ”を流し始めさせるものであり、一般的に使用される電源供給用のコンデンサと異なり、前記（１）式〜（６）式に基づき、その容量が決められる。
【００８９】
特に、実施の形態１のように急峻な電流の立ち上がりが必要な場合には、電流ループのコンデンサ２を上述した（１）式〜（６）式に従って規定し、更にループの浮遊リアクトル“Ｌ”を極力小さくすることが必要である。こうすることにより、第１直流電源３などから直接、放電電流を供給する構成では得ることのできない急峻な立ち上がり特性を持つ加工電流“Ｉｐｗ”を確保させることができる。
【００９０】
また、ループの浮遊リアクトル“Ｌ”は、ケーブルおよびケーブルと被加工物Ｗあるいは電極Ｐとの接続部分で発生する浮遊リアクトル“Ｌ₁ ”、“Ｌ₂ ”が支配的であるが、それ以外にも回路全体に発生する。
【００９１】
そこで、このループの浮遊リアクトル“Ｌ”を小さくする手段として、１個のコンデンサによって、コンデンサ２を構成するよりも、複数個のコンデンサを並列接続して、コンデンサ２を構成した方が有利である。さらに、各部品を分散配置させるように、回路基板を設計させることで、ループの浮遊リアクトル“Ｌ”を低減させることができ、より速い電流立ち上がり特性を確保させることができる。
【００９２】
このように、この実施の形態１では、被加工物Ｗの加工を行なう際、最初、コンデンサ２に蓄積されている電荷を使用させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がりを持つ加工電流“Ｉｐｗ”を流し、この後コンデンサ２の出力電圧が予め設定されている一定電圧値まで低下し、ダイオード６がオン状態になったとき、第１直流電源３の直流電圧を使用させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に加工電流“Ｉｐｗ”を流し、この状態で、一定時間が経過した後、第１直流電源３の直流電圧を使用した電流供給を停止させるとともに、浮遊リアクトル“Ｌ₁ ”、“Ｌ₂ ”に誘起された誘導起電圧を使用させて、コンデンサ２を充電させながら、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”を急速に低下させるようにしているので、第１スイッチング素子４に対し、第１直流電源３の直流電圧と、コンデンサ２の端子電圧との差分電圧だけしか印加されないようにすることができ、これによって第１スイッチング素子４の耐圧、容量を下げさせ、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができ、さらに加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。また、たとえば、図１における第１スイッチング素子４は、第２スイッチング素子５よりも少なく構成することができる。
【００９３】
また、この実施の形態１では、スイッチング素子ドライブ回路などにより、第１スイッチング素子４をオン／オフ制御させることなく、コンデンサ２から出力される端子電圧の値が予め設定されている電圧値（第１直流電源３の直流電圧）とほぼ等しくなったとき、ダイオード６によってこれを検知させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に加工期間中期用の加工電流“Ｉｐｗ”を流させるようにしているので、スイッチング素子ドライブ回路などに負担をかけることなく、加工期間初期から、加工期間中期に移行させることができ、これによって制御手順、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整などを簡素化させながら、放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【００９４】
実施の形態２．
図８は、この発明による放電加工装置の実施の形態２を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【００９５】
この図に示す放電加工装置１ｂが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、コンデンサ２の端子電圧と予め設定されている基準電圧値とを比較する電圧判定回路８と、この電圧判定回路８の判定結果に基づき、コンデンサ２の端子電圧上昇を制限する電圧リミッタ回路９とを設け、放電の状態、制御方法に起因して、加工期間後期で回収したエネルギーにばらつきが生じても、コンデンサ２に蓄えられる電荷量が変化しないようにして、次サイクルにおける加工電流“Ｉｐｗ”の波形形状が変化するのを防止させ、正確な制御を行ない得るようにしたことである。
【００９６】
電圧判定回路８は、コンデンサ２の端子電圧を分圧する二つの抵抗１０、１１と、予め設定されている値以上の電流が供給されたとき、予め設定されている所定電圧（定電圧）を発生する定電圧ダイオード１２と、電源ライン１３から供給される電源電圧を分圧して、定電圧ダイオード１２に印加し、定電圧を発生させる二つの抵抗１４、１５と、各抵抗１０、１１によって分圧されたコンデンサ２の出力電圧と定電圧ダイオード１２によって生成された所定電圧（基準電圧）とを比較し、コンデンサ２の出力電圧側が基準電圧より高くなったとき、充電停止信号（“Ｌｏｗ”信号）を出力するコンパレータ１６とを備えており、コンデンサ２の端子電圧を分圧して得られる分圧電圧と、予め設定されている基準電圧とを比較し、コンデンサ２の分圧電圧が基準電圧よりも低いとき、“Ｈｉ”信号を生成して電圧リミッタ回路９に供給し、また基準電圧よりも高いとき、“Ｌｏｗ”信号を生成して電圧リミッタ回路９に供給する。
【００９７】
電圧リミッタ回路９は、コンパレータ１６から“Ｌｏｗ”信号が出力されているとき、ゲートオフ信号を生成し、またコンパレータ１６から“Ｈｉ”信号が出力されているとき、ゲートオン信号を生成するゲートドライバ素子１７と、このゲートドライバ素子１７からゲートオフ信号が出力されているとき、コンデンサ２の両端を開放して、出力電圧の上昇を許容し、またゲートドライバ素子１７からゲートオン信号が出力されているとき、コンデンサ２の両端を短絡させて、コンデンサ２の出力電圧上昇を防止するスイッチング素子１８と、このスイッチング素子１８がコンデンサ２の両端を短絡させるとき、短絡電流を制限して、必要以上にコンデンサ２の出力電圧が低下するのを防止する抵抗１９とを備えており、コンパレータ１６から“Ｈｉ”信号が出力されているとき、コンデンサ２の両端を開放して、出力電圧上昇を許容し、またコンパレータ１６から“Ｌｏｗ”信号が出力されているとき、コンデンサ２の両端を短絡させて、コンデンサ２の出力電圧を所定のレベルまで低下させる。
【００９８】
このように、この実施の形態２では、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）によって、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５を上述した実施の形態１と同様に動作させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がり、鋭い立ち下がりを持つ加工電流“Ｉｐｗ”を流しながら、コンデンサ２の放電状態などが変化して、瞬時電流波形形状が変化しても、コンデンサ２に蓄積される電荷量を調整して、コンデンサ２に必要な量以上の電荷が蓄積されないようにしているので、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【００９９】
実施の形態３．
図９は、この発明による放電加工装置の実施の形態３を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１００】
この図に示す放電加工装置１ｃが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、コンデンサ２の端子電圧を監視する電圧モニタ回路２５を設けるとともに、固定電圧型の第１直流電源３に代えて、可変電圧型の第１直流電源３ｃを設け、コンデンサ２の端子電圧が予め設定されている基準電圧値より高くなったとき、電圧モニタ回路２５によって、これを検知して、第１直流電源３ｃから出力される直流電圧の値を下げて、放電の状態、制御方法に起因し、加工期間後期で回収したエネルギーにばらつきが生じても、コンデンサ２に蓄えられる電荷量が変化しないようにして、次サイクルにおける電流波形形状が変化するのを防止し、正確な制御を行ない得るようにしたことである。
【０１０１】
このように、この実施の形態３では、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）によって、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５を上述した実施の形態１と同様に動作させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がり、鋭い立ち下がりを持つ加工電流“Ｉｐｗ”を流しながら、コンデンサ２の放電状態などが変化して、瞬時電流波形形状が変化しても、第１直流電源３ｃから出力される直流電圧の値を調整させて、コンデンサ２に蓄えられるエネルギーを一定値に保持させているので、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させることができ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１０２】
実施の形態４．
図１０は、この発明による放電加工装置の実施の形態４を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１０３】
この図に示す放電加工装置１ｄが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、第１直流電源３に対し、コンデンサ２の容量より、大きな容量を持つコンデンサ２８を並列に接続し、加工期間中期において、第１直流電源３から直接的に、電流を供給させながら、コンデンサ２８から間接的に、電流を供給させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に加工電流Ｉｐｗを流させ、第１直流電源３の浮遊インダクタンスによる電流供給速度低下を防止させるようにしたことである。
【０１０４】
このように、この実施の形態４では、コンデンサ２８に蓄積された電荷によって、第１直流電源３の出力電圧低下を防止させながら、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）によって、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５を上述した実施の形態１と同様に動作させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がり、鋭い立ち下がりを持つ加工電流“Ｉｐｗ”を流させるようにしているので、第１直流電源３に浮遊インダクタンス成分が含まれていたとしてもインダクタンス成分のないコンデンサ２８を介した電流供給を可能にし、電流供給速度、すなわち加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がり速度が低下するのを防止させることができる。
【０１０５】
また、この実施の形態４では、コンデンサ２の容量に比べて、コンデンサ２８の容量を大きくしているので、加工期間後期において、コンデンサ２８からコンデンサ２に電流を還流させて、コンデンサ２の端子電圧を十分に高くさせることができる。
【０１０６】
実施の形態５．
図１１は、この発明による放電加工装置の実施の形態５を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１０７】
この図に示す放電加工装置１ｅが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、図１２（ａ）、（ｂ）に示す如く加工期間初期において、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から矩形状のパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”を出力させて、図１２（ｃ）に示す如くコンデンサ２を放電させて、図１２（ｄ）に示す如く被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がりを急峻にさせるとともに、加工期間中期において、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から出力されるパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”を複数回、オン／オフさせて、第２スイッチング素子５をオン／オフ制御させ、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク電流を低く抑えさせるようにしたことである。
【０１０８】
このように、この実施の形態５では、加工期間初期において、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５を共にオン状態にさせ、加工期間中期において、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５をオン／オフ状態にさせて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がり、鋭い立ち下がりを持ち、かつ加工期間中期にフラットになる加工電流“Ｉｐｗ”を流させるようにしているので、被加工物Ｗを加工しているとき、アーク電圧が低くなっても、また第１直流電源３から出力される出力電圧“ｖ”の電圧値が変動しても、加工期間中期における加工電流“Ｉｐｗ”の増加を防止させて、必要以上に電流ピークが高くなるのを防止させ、加工電流波形の形状を矩形波にすることができる。
【０１０９】
これによって、この実施の形態５では、アーク電圧が低いときでも、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１１０】
また、この実施の形態５では、図１に示す放電加工装置１ａのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、加工期間中期におけるパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”をオン／オフさせるようにしているが、図８、図９、図１０に示す各放電加工装置１ｂ、１ｃ、１ｄのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、加工期間中期におけるパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”をオン／オフさせるようにしても良い。
【０１１１】
このようにしても、同様に、加工を行なっているとき、アーク電圧が低くなっても、また第１直流電源３から出力される直流電圧“ｖ”の電圧値が変動しても、加工期間中期における加工電流“Ｉｐｗ”が増加しないようにして、必要以上に電流ピークが高くなるのを防止させ、加工電流波形の形状を矩形波にすることができる。
【０１１２】
また、この実施の形態５では、加工期間中期における第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５のスイッチング回数は４回にしているが、この回数は任意であるしパルス幅、休止期間なども任意である。
【０１１３】
実施の形態６．
図１３は、この発明による放電加工装置の実施の形態６を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１１４】
この図に示す放電加工装置１ｆが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、図１４（ａ）、（ｂ）に示す如く加工期間中期において、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から矩形状のパルス“ＶＧ₁ ”を出力させたまま、パルス“ＶＧ₂ ”の出力を停止させて、図１４（ｃ）に示す如くコンデンサ２の充電を開始させる前に、浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ に蓄積された誘導エネルギーによって誘導起電圧を誘起させて、浮遊リアクトルＬ₂ →ダイオード７→第１スイッチング素子４→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ なるループ、すなわち第１の直流電源３を介さないループ３１で還流させて、加工期間中期の途中で、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値を下げるようにしたことである。
【０１１５】
このように、この実施の形態６では、加工期間初期において、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５を共にオン状態にさせ、加工期間中期の途中で、第１スイッチング素子４をオン状態にさせたまま、第２スイッチング素子５をオフ状態にさせて、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値を下げ、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がり、鋭い立ち下がりを持ち、かつ加工期間中期にフラットになる加工電流“Ｉｐｗ”を流させるようにしているので、被加工物Ｗを加工しているとき、アーク電圧が低くなっても、また第１直流電源３から出力される出力電圧“ｖ”の電圧値が変動しても、加工期間中期における加工電流“Ｉｐｗ”の増加を防止させて、必要以上に電流ピークが高くなるのを防止させ、加工電流波形の形状を矩形波にすることができる。
【０１１６】
これによって、この実施の形態６では、アーク電圧が低いときでも、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させ、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１１７】
また、この実施の形態６では、図１に示す放電加工装置１ａのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、加工期間中期の途中でパルス“ＶＧ₂ ”をオフ状態にさせるようにしているが、図８、図９、図１０に示す各放電加工装置１ｂ、１ｃ、１ｄのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、加工期間中期の途中でパルス“ＶＧ₂ ”をオフ状態にさせるようにしても良い。
【０１１８】
このようにしても、同様に、加工を行なっているとき、アーク電圧が低くなっても、また第１直流電源３から出力される直流電圧“ｖ”の電圧値が変動しても、加工期間中期における加工電流“Ｉｐｗ”が必要以上に増加しないようにして、電流ピークが高くなるのを防止させ、加工電流波形の形状を矩形波にすることができる。
【０１１９】
また、この実施の形態６では、図１に示す放電加工装置１ａのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、加工期間中期の途中でパルス“ＶＧ₂ ”をオフ状態にさせるようにしているが、図８、図９、図１０に示す各放電加工装置１ｂ、１ｃ、１ｄのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、第１スイッチング素子４をオン状態にさせたままで、スイッチング素子５のオン／オフを制御させ、浮遊リアクトルＬ₁ 、被加工物Ｗ、電極Ｐ、浮遊リアクトルＬ₂ 、ダイオード７、第１スイッチング素子４を通るループと、第１直流電源３、浮遊リアクトルＬ₁ 、被加工物Ｗ、電極Ｐ、浮遊リアクトルＬ₂ 、第２スイッチング素子５を通るループという二つの電流ループを使い分けるようにしても良い。
【０１２０】
これにより、同様に、加工期間中期の途中で、加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値を低く抑えさせて、加工電流波形形状を略矩形波にし、加工速度を向上させることができる。
【０１２１】
実施の形態７．
図１５は、この発明による放電加工装置の実施の形態７を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１２２】
この図に示す放電加工装置１ｇが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、図１６（ａ）、（ｂ）に示す如く加工期間中期において、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から矩形状のパルス“ＶＧ₂ ”を出力させたまま、パルス“ＶＧ₁ ”の出力を停止させて、図１６（ｃ）に示す如くコンデンサ２から完全に電流が流れ切る前、すなわちコンデンサ２から出力される端子電圧が、第１直流電源３から出力される直流電圧の電圧値“ｖ”まで低下してしまう前に、第１スイッチング素子４をオフ状態にし、第１直流電源３から電流の供給を開始させ、図１６（ｄ）に示す如くコンデンサ２と、浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ と、コンデンサ２から放出される電流の変化分“ｄＩ／ｄｔ”とによって規定されたｓｉｎ波形となる加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がり部分が鋭くなるようにしたことである。
【０１２３】
このように、この実施の形態７では、コンデンサ２に十分な電荷を残して、加工期間初期にコンデンサ２の端子電圧を高くさせて、ｓｉｎ波形における“ｄＩ／ｄｔ”の緩やかな箇所を取り除くことができ、これによって図１に示す放電加工装置１ａに比べ、急峻に加工電流“Ｉｐｗ”を立ち上げさせることができるとともに、上述した（１）式〜（６）式から明らかなように、コンデンサ２の容量値あるいは配線の浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ を調整させることにより、容易にピーク電流、加工パルス幅を調整させながら、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができる。
【０１２４】
なお、この実施の形態７では、図１に示す放電加工装置１ａに比べ、第１スイッチング素子４の損失が多少、大きくなってしまうものの、図１６（ｃ）に示すように加工期間初期と加工期間中期との境界においてコンデンサ２の端子電圧を低下させることができることから、図３０、図３１に示す先行技術のように、主直流電源１０１から電流を供給する場合に比べて、損失を大幅に小さくすることができる。
【０１２５】
また、この実施の形態７では、図１に示す放電加工装置１ａのスイッチング素子ドライブ回路を変更し、加工期間初期において、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₂ ”を出力させたまま、パルス“ＶＧ₁ ”の出力を停止させるようにしているが、図８、図９、図１０に示す各放電加工装置１ｂ、１ｃ、１ｄのスイッチング素子ドライブ回路を変更して、第１スイッチング素子４をオン状態にさせたままで、加工期間初期において、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₂ ”を出力させたまま、パルス“ＶＧ₁ ”の出力を停止させるようにしても良い。
【０１２６】
このようにしても、同様に、加工期間初期の立ち上がり部分を急峻にさせることができるとともに、コンデンサ２の容量値あるいは配線の浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ を調整させることにより、コンデンサ２に十分な電荷を残して、加工期間初期にコンデンサ２の端子電圧を高くさせ、加工電流“Ｉｐｗ”の立ち上がりを鋭くさせることができる。
【０１２７】
実施の形態８．
図１７は、この発明による放電加工装置の実施の形態８を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１２８】
この図に示す放電加工装置１ｈが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、被加工物Ｗの加工を開始する前に、第１直流電源３より高い出力電圧を出力する第２直流電源３５、この第２直流電源３５から出力される電流の値を制限しながら、コンデンサ２に供給して、これを予備充電させる抵抗３６を備えた予備充電回路３７を設け、被加工物Ｗの加工を開始する前、予備充電回路３７によってコンデンサ２を予備充電させて、このコンデンサ２が定常状態に達したときと同じ電荷を蓄積させ、加工開始直後においても、加工電流“Ｉｐｗ”が三角波にならないようにしたことである。
【０１２９】
このように、この実施の形態８では、被加工物Ｗの加工を開始する前において、コンデンサ２に十分な電荷が蓄積されていないとき、予備充電回路３７の第２直流電源３５のプラス端子から直流電圧を出力させて、第２直流電源３５のプラス端子→抵抗３６→コンデンサ２→第２直流電源３５のマイナス端子ループで電流を流し、コンデンサ２を充電させた後、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）によって、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５を上述した実施の形態１と同様に動作させて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、鋭い立ち上がり、鋭い立ち下がりを持つ加工電流“Ｉｐｗ”を流させるようにしているので、被加工物Ｗを加工するのに重要な、加工開始直後から定常状態に達する間での数サイクルの間においても、コンデンサ２に初期電荷を蓄積させて、加工電流“Ｉｐｗ”が三角波にならないようにし、加工開始直後から安定した略矩形電流を確保させて、加工効率を高めさせることができるとともに、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに加工電流“Ｉｐｗ”のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、かつ加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１３０】
また、この実施の形態８では、第２直流電源３５に抵抗３６を直列に接続しているので、第２直流電源３５の近辺に、配線によるインダクタンスが存在しても、このインダクタンスとコンデンサ２とによる共振回路のＱ値を下げて、振動を抑制させ、これによって電圧の眺ね上がりを無くさせ、回路動作を安定化させることができる。
【０１３１】
なお、この実施の形態における第２直流電源３５はあくまでもコンデンサ２を充電する補佐的なものであり、加工期間初期において、第２直流電源３５から第１スイッチング素子４を介して、被加工物Ｗ、電極Ｐに電流が流れ込むような構成は望ましくないのみならず、加工期間後期においても、回生電流が第２直流電源３５に流れ込むことも望ましくはない。
【０１３２】
すなわち、図３０、図３１に示す先行技術との差異は、あくまでもコンデンサ２を基点として電流（電荷）のやりとりを行うことであり、第２直流電源３５はコンデンサ２に初期電圧を与えた後、切り離させるようにしても良いし、また電流の供給能力を低下させるようにしても良い。
【０１３３】
また、この実施の形態８では、図１、図８、図９、図１０、図１１、図１３、図１５に示す各放電加工装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｇなどと同様に、ダイオード７を用いて電流“Ｉ₃”を回生させ、ダイオード６を用いて第１直流電源３を保護させるようにして、回路構成を簡素化させるようにしているが、このようなダイオード６、７に代えて、ＦＥＴなどのスイッチング素子を用い、このような回生、保護を行なわせるようにしても良い。
【０１３４】
実施の形態９．
図１８は、この発明による放電加工装置の実施の形態９を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１３５】
この図に示す放電加工装置１ｉが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、コンデンサ２を取り除くとともに、第１直流電源３のプラス端子と、第１スイッチング素子４のドレインとの間に、コンデンサ２と同等の働きをなすコンデンサ２ｉを配置し、加工期間初期に、図１９に示す如く第１直流電源３とコンデンサ２ｉとの直列回路で得られる出力電圧を被加工物Ｗと電極Ｐとの間に印加して、コンデンサ２ｉの一端→第１スイッチング素子４→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ →第２スイッチング素子５→第１直流電源３→コンデンサ２ｉの他端なるループで、電流“Ｉ₁”を流し、また加工期間中期に、図２０に示す如く第１直流電源３のプラス端子→ダイオード６→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ →第２スイッチング素子５→第１直流電源３のマイナス端子なるループで電流“Ｉ₂”を流し、さらに加工期間後期に、図２１に示す如く浮遊リアクトルＬ₂ →ダイオード７→コンデンサ２ｉ→ダイオード６→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ なるループで電流“Ｉ₃”を流すようにしたことである。
【０１３６】
このように構成しても、図１に示す放電加工装置１ａと同様に、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができ、さらに初期電流供給用のコンデンサ２ｉの配置を多様化させて、設計時の自由度を大幅に向上させながら、加工電流“Ｉｐｗ”の形状を略矩形状にし、放電加工効率を向上させることができる。
【０１３７】
実施の形態１０．
図２２は、この発明による放電加工装置の実施の形態１０を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１３８】
この図に示す放電加工装置１ｊは、加工電流“Ｉｐｗ”の元になる直流電圧を出力する第１直流電源３と、この第１直流電源３から出力される直流電圧を昇圧させるアップコンバータ回路４０と、このアップコンバータ回路４０から出力される昇圧済みの直流電圧、第１直流電源３から出力される直流電圧を用いて、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に加工電流“Ｉｐｗ”を流す加工電流生成回路４１とを備えており、被加工物Ｗの加工を開始する前に、アップコンバータ回路４０によって、第１直流電源３から出力される直流電圧を昇圧させて、加工電流生成回路４１のコンデンサ２ｊに高い電圧を蓄積させた後、コンデンサ２ｊに蓄積された電荷、第１直流電源３から出力される直流電圧を使用させて、加工電流生成回路４１に加工電流生成動作を行なわせ、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に、加工電流“Ｉｐｗ”を流させる。
【０１３９】
アップコンバータ回路４０は、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から出力されるパルス“ＶＧ₃ ”に基づき、第１直流電源３から出力される直流電圧を断続させる第３スイッチング素子４３と、この第３スイッチング素子４３によって断続された直流電圧を取り込んで、誘導起電圧を発生するリアクトル４４と、このリアクトル４４に誘起された誘導起電圧を単波整流して加工電流生成回路４１のコンデンサ２ｊに導き、これを充電させるダイオード４５とを備えており、被加工物Ｗの加工処理を開始させる前、第１直流電源３から出力される直流電圧を断続させて、誘導起電圧を発生させるとともに、この誘導起電圧を単波整流して得られた直流電圧を加工電流生成回路４１のコンデンサ２ｊに導き、これを充電させる。
【０１４０】
加工電流生成回路４１は、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に端子電圧を印加して、加工期間初期の電流“Ｉ₁”を流すコンデンサ２ｊと、トランジスタやＦＥＴ等で構成され、スイッチング素子ドライブ回路（図示は省略する）から出力されるパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”、“ＶＧ₄ ”に応じて、被加工物Ｗに対する給電路の切替を行なう第１、第２、第４スイッチング素子４、５、４６と、これら第１、第２、第４スイッチング素子４、５、４６のうち、第１、第２スイッチング素子４、５がオフ状態にされて、加工期間後期にされているとき、オン状態になって、被加工物Ｗ、電極Ｐに接続された各ケーブルなどが持っている浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ に生じた誘導起電流“Ｉ₃”をコンデンサ２ｊに導いて、これを充電させるダイオード６ｊ、７とを備えており、加工期間初期に、コンデンサ２ｊから出力される端子電圧を用いて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に加工電流“Ｉｐｗ”を流し、また加工期間中期に、第１直流電源３から出力される直流電圧を用いて、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に加工電流“Ｉｐｗ”を流し、また加工期間後期に、浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ に蓄積された誘導エネルギーによって、誘導起電圧を生成させて、コンデンサ２ｊを充電させる。
【０１４１】
つぎに、図２３〜図２８を参照しながら、この放電加工装置１ｊの動作を説明する。まず、被加工物Ｗの加工処理を始める前において、コンデンサ２ｊに十分な電荷が蓄積されていないときには、図２３（ｃ）に示すスイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₃ ”が出力されて、第３スイッチング素子４３がオン状態にされ、図２４に示す如く第１直流電源３のプラス端子→リアクトル４４→第３スイッチング素子４３→第１直流電源３のマイナス端子なるループで電流“Ｉ₄”が流れて、リアクトル４４に誘導エネルギーが蓄積される。
【０１４２】
この後、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₃ ”の出力が停止され、第３スイッチング素子４３がオフ状態にされたとき、リアクトル４４に蓄積された誘導エネルギーによって誘導起電圧が生成され、図２５に示す如くリアクトル４４の一端→ダイオード４５→コンデンサ２ｊ→第１直流電源３→リアクトル４４の他端なるループで、電流“Ｉ₅”が流れて、図２３（ｅ）に示す如くコンデンサ２ｊに電荷が蓄積され、端子電圧ＶＣ₄ が高められる。
【０１４３】
つぎに、図２３（ａ）、（ｂ）に示す如く加工期間初期において、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”が出力されたとき、第１スイッチング素子４、第２スイッチング素子５がオン状態になって、コンデンサ２ｊに蓄積されていた電荷が使用され、図２６に示す如くコンデンサ２ｊの一端→第１スイッチング素子４→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ →第２スイッチング素子５→コンデンサ２ｊの他端なるループで、電流“Ｉ₁”が流れて、図２３（ｆ）に示す如く被加工物Ｗと電極Ｐとの間に電流“Ｉ₁”と同じ値を持つ加工電流“Ｉｐｗ”が流れる。
【０１４４】
この後、予め設定されている時間が経過して、加工期間中期に移行し、図２３（ｄ）に示す如くスイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₄ ”が出力されたとき、第４スイッチング素子４６がオン状態になって、図２７に示す如く第１直流電源３のプラス端子→第４スイッチング素子４６→第１スイッチング素子４→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ →第２スイッチング素子５→第１直流電源３のマイナス端子なるループで、電流“Ｉ₂”が流れて、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に電流“Ｉ₂”と同じ値を持つ電流“Ｉｐｗ”が流れるとともに、第１直流電源３から出力される直流電圧の電圧値に応じて電流ピークが徐々に増加させられる。
【０１４５】
つぎに、予め設定されている時間が経過して、加工期間後期に移行し、スイッチング素子ドライブ回路からパルス“ＶＧ₁ ”、“ＶＧ₂ ”の出力が停止したとき、第１、第２スイッチング素子４、５がオフ状態になって、浮遊リアクトルＬ₁ 、Ｌ₂ に蓄積された誘導エネルギーによって、誘導起電圧が生成され、図２８に示す如く浮遊リアクトルＬ₂ →ダイオード７→コンデンサ２ｊ→ダイオード６ｊ→浮遊リアクトルＬ₁ →被加工物Ｗ→電極Ｐ→浮遊リアクトルＬ₂ なるループで、誘導電流“Ｉ₃”が流れ、被加工物Ｗと電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”が急速に下げられるとともに、コンデンサ２ｊに電荷が蓄積されて、端子電圧が高められる。
【０１４６】
このように、この実施の形態１０では、被加工物Ｗの加工を開始する前において、コンデンサ２ｊの十分な電荷が蓄積されていないとき、アップコンバータ回路４０を動作させて、第１直流電源３から出力される直流電圧を昇圧させ、これによって得られた高い電圧で、コンデンサ２ｊを充電させた後、加工電流生成回路４１によって、加工電流“Ｉｐｗ”を生成させて、被加工物Ｗを加工させるようにしているので、第１スイッチング素子４の耐圧、電流容量を小さくさせて、装置全体のコストを低減させながら、加工開始直後から安定した略矩形状の加工電流“Ｉｐｗ”を生成させることができ、これによって加工効率を向上することができるとともに、負荷変動などの予期せぬ事態により、コンデンサ２ｊの電荷が不足しても、第１直流電源３を利用した簡単な回路によって、コンデンサ２ｊに蓄積される電荷の量を常に理想的な状態に維持させ、動作を安定化させることができる。
【０１４７】
実施の形態１１．
図２９は、この発明による放電加工装置の実施の形態１１を示すブロック図である。なお、この図において、図１に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。
【０１４８】
この図に示す放電加工装置１ｋが図１に示す放電加工装置１ａと異なる点は、コンデンサ２に代えて、容量可変型のコンデンサ回路５０を設け、このコンデンサ回路５０の容量を切り替えて、加工期間初期における加工電流“Ｉｐｗ”の波形形状を調整させるようにしたことである。
【０１４９】
コンデンサ回路５０は、予め設定された容量、たとえば“０．１μＦ”の容量を持つコンデンサ５１と、このコンデンサ５１に直列に接続されたＦＥＴなどによって構成され、スイッチング素子ドライバ回路からオン信号が出力されたとき、導通状態になって、他端側が第１直流電源３のマイナス端子に接続されたコンデンサ５１の一端をダイオード７のカソードに接続させスイッチング素子５２と、コンデンサ５１の容量に対し、倍の容量“０．２μＦ”を持つコンデンサ５３と、このコンデンサ５３に直列に接続されたＦＥＴなどによって構成され、スイッチング素子ドライバ回路からオン信号が出力されたとき、他端側が第１直流電源３のマイナス端子に接続されたコンデンサ５３の一端をダイオード７のカソードに接続させるスイッチング素子５４と、コンデンサ５３の容量に対し、倍の容量“０．４μＦ”を持つコンデンサ５５と、このコンデンサ５５に直列に接続されたＦＥＴなどによって構成され、スイッチング素子ドライバ回路からオン信号が出力されたとき、導通状態になって、他端側が第１直流電源３のマイナス端子に接続されたコンデンサ５５の一端をダイオード７のカソードに接続させるスイッチング素子５６とを備えている。
【０１５０】
そして、被加工物Ｗの種類、厚さなどに応じ、スイッチング素子ドライバ回路に各スイッチング素子５２、５４、５６を選択的にオン状態にさせて、コンデンサ回路５０全体の容量を調整させることにより、コンデンサ回路５０から出力される電流の値、このコンデンサ回路５０に蓄積される電荷の量を調整させ、加工期間初期において、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”の波形を最適化させる。
【０１５１】
このように、この実施の形態１１では、コンデンサ回路５０の容量を調整させ、加工期間初期において、被加工物Ｗと、電極Ｐとの間に流れる加工電流“Ｉｐｗ”の波形を調整させるようにしているので、初期電流供給用コンデンサにされたコンデンサ回路５０に蓄積される電荷を調整可能にして、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させ、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量の第１スイッチング素子４を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１５２】
また、この実施の形態１１では、各コンデンサ５１、５３、５５の容量を各々、“０．１μＦ”、“０．２μＦ”、“０．４μＦ”にし、“０μＦ”〜“０．７μＦ”まで、“０．１μＦ”ずつ８段階に切り替えるようにしているので、コンデンサ回路５０の容量を切り替えるとき、デジタル処理に適した形式で、容量切替を行なわせることができる。
【０１５３】
また、上述した実施の形態１〜１１では、第１スイッチング素子４として、設計によって決められた耐電圧、電流容量を持つ一つのスイッチング素子を使用させるようにしているが、このようなスイッチング素子に代えて、同じ耐電圧、電流容量を持つ、複数のスイッチング素子を並列、または直列に接続し、これを第１スイッチング素子４として使用させるようにしても良い。
【０１５４】
このように構成することにより、安価なスイッチング素子の使用を許してコストを低く抑えさせながら、必要な耐電圧、電流容量を持つ第１スイッチング素子４を確保させることができる。
【０１５５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサに蓄えられたエネルギーによって、被加工物と、電極との間に加工電流を流し始めさせることができ、これによって低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１５６】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、スイッチング素子ドライブ回路などにより、各スイッチング素子のオン／オフを制御させることなく、初期電流供給用コンデンサから出力される電圧の値が予め設定されている電圧値より低くなったとき、ダイオードによってこれを検知させて、被加工物と、電極との間に加工期間中期用の電流を流させることができ、これによって低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用可能にさせて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１５７】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサに必要な量以上の電荷が蓄積されるのを防止させて、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１５８】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサに必要十分な量の電荷を蓄積させて、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、これによって正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１５９】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、直流電源に浮遊インダクタンス成分が含まれている場合にも、加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６０】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、アーク電圧が低いときでも、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６１】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、加工期間初期の電流値より、加工期間中期の電流値が大きくなり過ぎないようにさせて、加工電流波形をほぼ矩形状に保持させ、これによって放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６２】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を残し、次サイクル以降の加工電流波形が乱れるのを防止させ、正確な制御を可能にさせながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１６３】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、被加工物に対する加工を開始する前に、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を蓄積させて、加工期間初期における加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させ、これによって放電加工効率を向上させるとともに、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６４】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサの配置を多様化させて、設計時の自由度を大幅に向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させ、さらに放電加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させることができる。
【０１６５】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、被加工物に対する加工を開始する前に、初期電流供給用コンデンサに十分な電荷を蓄積させて、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり、立ち下がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６６】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサに蓄積される電荷を調整自在にし、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６７】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサに蓄積される電荷を段階的に調整自在にし、加工期間初期の加工電流波形の立ち上がり部分を急峻化させて、放電加工効率を向上させながら、低耐圧、低容量のスイッチング素子を使用させて、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６８】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、スイッチング素子の耐電圧、電流容量にかかわらず、必要な耐電圧、電流容量を持つスイッチング素子を確保させて、装置全体のコストを低く抑えさせ、さらに放電加工効率を向上させながら、装置全体のコストを低く抑えさせることができるとともに、放電加工電流のピーク値、加工パルス幅の調整を簡素化させることができる。
【０１６９】
つぎの発明にかかる放電加工装置では、初期電流供給用コンデンサから電流を供給するためのスイッチング素子の容量を、当該初期電流供給用コンデンサへの誘導エネルギーを帰還するのに使用するスイッチング素子よりも小さくするか、あるいは、並列数を少なくすることにより、並列数を減らすことができ、あるいは、スイッチング素子の容量の小さいものを使用することができ、その結果、構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による放電加工装置の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した放電加工装置の動作例を示す波形図である。
【図３】 図１に示した放電加工装置における加工期間初期の動作例を示す模式図である。
【図４】 図１に示した放電加工装置における加工期間中期の動作例を示す模式図である。
【図５】 図１に示した放電加工装置における加工期間後期の動作例を示す模式図である。
【図６】 図１に示した放電加工装置における加工期間初期の等価回路例を示す図である。
【図７】 図６に示した等価回路の動作例を示す波形図である。
【図８】 この発明による放電加工装置の実施の形態２を示すブロック図である。
【図９】 この発明による放電加工装置の実施の形態３を示すブロック図である。
【図１０】 この発明による放電加工装置の実施の形態４を示すブロック図である。
【図１１】 この発明による放電加工装置の実施の形態５を示すブロック図である。
【図１２】 図１１に示した放電加工装置の動作例を示す波形図である。
【図１３】 この発明による放電加工装置の実施の形態６を示すブロック図である。
【図１４】 図１３に示した放電加工装置の動作例を示す波形図である。
【図１５】 この発明による放電加工装置の実施の形態７を示すブロック図である。
【図１６】 図１５に示した放電加工装置の動作例を示す波形図である。
【図１７】 この発明による放電加工装置の実施の形態８を示すブロック図である。
【図１８】 この発明による放電加工装置の実施の形態９を示すブロック図である。
【図１９】 図１８に示した放電加工装置における加工期間初期の動作例を示す模式図である。
【図２０】 図１８に示した放電加工装置における加工期間中期の動作例を示す模式図である。
【図２１】 図１８に示した放電加工装置における加工期間後期の動作例を示す模式図である。
【図２２】 この発明による放電加工装置の実施の形態１０を示すブロック図である。
【図２３】 図２２に示した放電加工装置の動作例を示す波形図である。
【図２４】 図２２に示した放電加工装置における加工期間初期前の動作例を示す模式図である。
【図２５】 図２２に示した放電加工装置における加工期間初期前の動作例を示す模式図である。
【図２６】 図２２に示した放電加工装置における加工期間初期の動作例を示す模式図である。
【図２７】 図２２に示した放電加工装置における加工期間中期の動作例を示す模式図である。
【図２８】 図２２に示した放電加工装置における加工期間後期の動作例を示す模式図である。
【図２９】 この発明による放電加工装置の実施の形態１１を示すブロック図である。
【図３０】 特開平１１−４８０３９号公報に開示される放電加工装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３１】 図３０に示した放電加工装置の動作例を示す波形図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｋ 放電加工装置、２，２ｉ，２ｊ コンデンサ（初期電流供給用コンデンサ、初期電流供給回路）、３，３ｃ 第１直流電源（直流電源、中期電流供給回路）、４ 第１スイッチング素子、５ 第２スイッチング素子、６ ダイオード（中期電流供給回路）、６ｊ ダイオード、７ ダイオード（帰還回路）、８ 電圧判定回路（帰還回路）、９ 電圧リミッタ回路（帰還回路）、１０，１１ 抵抗、１２ 定電圧ダイオード、１３ 電源ライン、１４，１５ 抵抗、１６ コンパレータ、１７ ゲートドライバ素子、１８ スイッチング素子、１９ 抵抗、２５ 電圧モニタ回路（帰還回路）、２８ コンデンサ、３１ ループ（電流ループ）、３５ 第２直流電源（直流電源、中期電流供給回路、帰還回路）、３６ 抵抗、３７ 予備充電回路、４０ アップコンバータ回路（昇圧回路）、４１ 加工電流生成回路、４３ 第３スイッチング素子、４４ リアクトル、４５ ダイオード、４６ 第４スイッチング素子、５０ コンデンサ回路
５１，５３，５５ コンデンサ、５２，５４，５６ スイッチング素子。

Claims (15)

1. 被加工物と電極との間に加工電流を流して、前記被加工物を加工する放電加工装置において、
   初期電流供給用コンデンサおよび第１スイッチング素子が直列接続された第１の直列回路と、
   前記被加工物、前記電極および第２スイッチング素子が直列接続され、前記第１の直列回路に並列接続された第２の直列回路と、
   前記第２の直列回路に並列接続された直流電源とを備え、
   加工期間初期に、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路を通る経路で、前記被加工物と前記電極との間に加工電流が流され、
   加工期間中期に、前記第２の直列回路および前記直流電源を通る経路で、前記被加工物と前記電極との間に加工電流が流され、
   加工期間後期に、前記初期電流供給用コンデンサは、前記加工期間中期に蓄積された誘導エネルギーによって充電されることを特徴とする放電加工装置。
2. 前記初期電流供給用コンデンサからの加工電流が切れる前に、前記第１スイッチング素子をオフ状態にし、前記直流電源からの加工電流の供給を開始することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
3. 前記初期電流供給用コンデンサと前記第１スイッチング素子との接続点と、前記被加工物または前記電極と前記第２スイッチング素子との接続点とを整流素子を介して接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工装置。
4. 前記初期電流供給用コンデンサに並列接続された電圧判定回路および電圧リミッタ回路を備え、
   前記電圧判定回路は、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧を監視し、
   前記電圧リミッタ回路は、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧が所定電圧に達したとき、これを検知して、前記初期電流供給用コンデンサの充電動作を停止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。
5. 前記初期電流供給用コンデンサに並列接続された電圧モニタ回路を備え、
   前記電圧モニタ回路は、前記初期電流供給用コンデンサの端子電圧を監視し、この監視結果に基づき、前記直流電源から出力される直流電圧の値を制御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。
6. 前記第２の直列回路および前記直流電源によって構成された中期電流供給回路は、前記直流電源と並列に接続されたコンデンサを併用して、加工期間中期に、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の放電加工装置。
7. 前記第２の直列回路および前記直流電源によって構成された中期電流供給回路は、前記第２スイッチング素子をオン／オフさせて、加工期間中期に、前記被加工物と前記電極との間に流れる加工電流を断続させ、一定化させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の放電加工装置。
8. 前記第２の直列回路および前記直流電源によって構成された中期電流供給回路は、加工期間中期の途中で、電流ループを切り替えて、前記直流電源を含まないループで、電流を流させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の放電加工装置。
9. 前記初期電流供給用コンデンサに並列接続され、前記直流電源から出力される直流電圧の値より、高い直流電圧を出力する第２の直流電源を持つ予備充電回路を設け、前記第２の直流電源から出力される直流電圧を用いて、加工期間初期前に、前記初期電流供給用コンデンサを予備充電させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の放電加工装置。
10. 前記加工期間初期に、前記初期電流供給用コンデンサおよび前記第２の直流電源を使用して、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流すことを特徴とする請求項９に記載の放電加工装置。
11. 前記直流電源から出力される直流電圧を昇圧させる昇圧回路を設け、この昇圧回路から出力される直流電圧を用いて、加工期間初期前に、前記初期電流供給用コンデンサを予備充電させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の放電加工装置。
12. 前記第１の直列回路および前記第２の直列回路によって構成された初期電流供給回路の前記初期電流供給用コンデンサとして、複数のコンデンサを選択的に使用させて、加工期間初期に、前記被加工物と前記電極との間に加工電流を流させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の放電加工装置。
13. 前記初期電流供給用コンデンサとして使用される各コンデンサの容量を互いに異なる値にすることを特徴とする請求項１２に記載の放電加工装置。
14. 前記第２スイッチング素子として、複数のスイッチング素子を並列、または直列に接続したスイッチング素子群を使用することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の放電加工装置。
15. 前記第１スイッチング素子として、一つのスイッチング素子を使用するか、または複数のスイッチング素子を並列、もしくは直列に接続したスイッチング素子群を使用し、
    前記初期電流供給用コンデンサから電流を供給するための第１スイッチング素子は、前記初期電流供給用コンデンサへの誘導エネルギーを帰還するのに使用する第２スイッチング素子よりも容量が小さいか、あるいは、並列数が少ないことを特徴とする請求項１４に記載の放電加工装置。

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