JP5153209B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、対向する電極と被加工物との間に所望の電位差を生じさせることにより被加工物の加工を行う放電加工装置に関するものである。

放電加工装置は、加工電極−被加工物間にアーク放電を発生させることにより被加工物の加工を行う装置である。放電加工装置には、アーク放電を発生させるための電力源である電源装置が備えられ、この電源装置から電力供給用のフィーダ線が配置されている。電力供給用のフィーダ線は、電極側に所定電位を与えるためのフィーダ線（以下「電極側電位供給用フィーダ線」という）、および被加工物側に所定電位を与えるためのフィーダ線（以下「被加工物側電位供給用フィーダ線」という）からなる。なお、これらのフィーダ線のうち、電極側電位供給用フィーダ線は電極取付け部に接続され、被加工物側電位供給用フィーダ線は、被加工物および被加工物取付部の周辺構造物に接続されるのが一般的な構成となっている。

放電加工装置には、所定の加工精度が要求されるため、放電加工装置の本体構造物は、必然的にある一定以上の大きさとならざるを得ない。その結果、電力供給用のフィーダ線の長さは、放電加工装置の本体構造物の大きさや形状に依存することとなり、本体構造物が大きくなるにつれ、フィーダ線が長大化するとともに、電極側電位供給用フィーダ線および被加工物側電位供給用フィーダ線の各インダクタンスが増加する傾向にある。一方、各フィーダ線のインダクタンスの増加は、荒加工における加工速度の低下や、仕上げ加工における面荒さの粗大化などの発生要因となる。このため、従来から、各フィーダ線のインダクタンスの増加を抑制するための種々の対策が施されている。

なお、下記特許文献１には、電力供給ケーブルに近接させた２次回路を設け、この２次回路の作用により電力供給ケーブルのインダクタンスを低減する技術が開示されている。

また、下記特許文献２には、電力供給ケーブルに同軸フィーダを使用し、同軸フィーダのシールド部分に逆向きの電流を流す２次回路の作用により電力供給ケーブルのインダクタンスを低減する技術が開示されている。

特開昭６１−２１９５３２号公報 特開平０２−２７４４２３号公報

しかしながら、上記特許文献１，２などの従来技術では、放電加工装置に付加される２次回路を設ける必要があるので、装置規模が増大するという問題点があるとともに、これらの２次回路を放電加工装置の種々のラインナップに応じて最適化する必要があるため、開発期間および製造コストが増大するという問題があった。

一方、上記特許文献１，２などの従来技術以外にも、例えば、フィーダ線の並列本数を増やしたり、フィーダ線配設の短経路化を実施することにより、フィーダ線のインダクタンスを低減することも従来から行われている。

しかしながら、この種の従来手法の考え方によれば、電極側電位供給用フィーダ線および被加工物側電位供給用フィーダ線というものは、それぞれが電極、および被加工物という異なる構造物に対して、所望の電位を供給するためのものという域を脱していないため、各フィーダ線は、自ずと、別々の経路を通って所定の部位に接続される実施態様に帰結していた。その結果、従来の放電加工装置では、各フィーダ線のインダクタンスを充分に抑制することができず、誘導起電力に起因する渦電流によって周辺構造物の発熱量が増大するという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力供給用フィーダ線のインダクタンスを、付加的な２次回路などを設けることなく低減することができ、フィーダ線のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができる放電加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる放電加工装置は、電極および該電極を保持する電極取付部を含む電極構成部と、この電極構成部を被加工物に対して相対的に移動させるヘッドと、を備え、対向する前記電極と前記被加工物との間に所望の電位差を生じさせることで加工を行う放電加工装置において、前記電極構成部と前記ヘッドとの間を電気的に絶縁させるべく絶縁手段を配置し、電源装置より前記電極構成部に電極側電位を供給すべく接続された第１の供給手段と、電源装置より前記ヘッドに被加工物側電位を供給すべく接続された第２の供給手段と、を有し、前記ヘッドと前記被加工物との間を電気的に接続することを特徴とする。

本発明にかかる放電加工装置によれば、電極構成部とヘッドとの間を電気的に絶縁するとともに、電源装置が発生した電極側電位を供給するための第１の供給手段を電極構成部に接続し、かつ、電源装置が発生した被加工物側電位を供給するための第２の供給手段をヘッドに接続するようにしているので、これら第１、第２の供給手段のインダクタンスを、付加的な２次回路などを設けることなく低減することができ、第１、第２の供給手段のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができるという効果が得られる。

以下に、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。同図に示す放電加工装置は、電極取付部２に取り付けられた電極１と被加工物取付部７に設置された被加工物８との間にアーク放電を発生させることにより、被加工物８の加工を行う機能を有する装置である。この機能を具現するため、放電加工装置は、電極１および電極取付部２（以下、これらを総称するときは「電極構成部」という）を支持し、この電極構成部をＺ軸方向（図示上下方向）（要すればＣ軸方向（Ｚ軸周りの回転方向））に移動させるためのヘッド４、ヘッド４をＸ軸方向（図示の表裏方向）およびＹ軸方向（図示の左右方向）に移動させるためのラム９、ラム９を支持するコラム５、放電加工装置本体の基本構造体であって、被加工物取付部７、コラム５およびコラム５に搭載されたラム９、ヘッド４などを支持するベッド６、ならびに電極１と被加工物８との間に所望の電位差を付与する放電加工装置用電源１３を備えて構成される。なお、電極取付部２とヘッド４との間には、絶縁スペーサ３が設けられている。

また、図１において、放電加工装置用電源１３には、電極１に付与する電極電位を出力する端子１４と、被加工物８に付与する被加工物電位を発生する端子１５と、が具備されている。端子１４と電極取付部２との間には、電極側電位を付与するための第１の供給手段を成す２本のフィーダ線１０が配設され、電極取付部２には、放電加工装置用電源１３によって所望電位が付与される。一方、端子１５とヘッド４との間には、被加工物側電位を付与するための第２の供給手段を成す２本のフィーダ線１１が配設され、放電加工装置用電源１３によって所望電位が付与される。

なお、図１の実施態様では、フィーダ線１０とフィーダ線１１とを、結束手段１６によって束ねるようにしているが、これは各フィーダ線を接近させることによってインダクタンスを小さくするためである。また、図１では、フィーダ線１０，１１の本数を各２本として示しているが、これも各フィーダ線のインダクタンスを小さくするためである。なお、結束手段１６やフィーダ線の本数は、本発明にとって本質的なものではなく任意である。ただし、フィーダ線のインダクタンスは、放電加工装置に要求される加工精度に密接に関係する。このため、結束手段１６を用いることは、フィーダ線のインダクタンスを小さくする上で好ましい。また、フィーダ線の本数は、加工精度を満足させるために許容されるインダクタンスの上限値に応じて決定することができる。

つぎに、実施の形態１にかかる放電加工装置の構成に基づく作用について説明する。図１において、電極取付部２とヘッド４とは絶縁スペーサ３によって絶縁・分離される一方で、電極１と電極取付部２とは絶縁されることなく電気的に接続されている。その結果、電極側電位が付与される電極取付部２と電極１とが同電位となり、電極１に電極側電位が付与される。同様に、被加工物側電位が付与されたヘッド４と、ラム９、コラム５、ベッド６、被加工物取付部７および被加工物８とが同電位となり、被加工物８に被加工物側電位が付与される。

また、フィーダ線１０，１１は、並行して配置されている。具体的には、フィーダ線１１は、端子１４と電極取付部２との間に配設されたフィーダ線１０に沿うような態様で配設されるとともに、フィーダ線１０が接続されている電極取付部２の近傍位置として、ヘッド４上の図示位置に接続されている。すなわち、フィーダ線１１の接続位置として、電極取付部２（電極１）とは絶縁され、かつ、フィーダ線１０が接続されている電極取付部２の接続位置に近い位置が選ばれている。この接続により、フィーダ線１０とフィーダ線１１とを、並行して配置することができる。なお、フィーダ線１０に流れる電流と、フィーダ線１１に流れる電流とは、図示のように互いに逆向きの電流が流れることになるので、密接かつ並行に配設された各フィーダ線間に相互誘導作用による逆起電力（誘導起電力）が発生し、各フィーダ線のインダクタンスは小さくなる。

ここで、上記した「並行」という意味は、幾何学的な意味での「平行」ではなく、電磁気学的な相互誘導作用が発生する範囲での「平行」を意味している。なぜなら、幾何学的な意味の平行度が多少損なわれても、所望する誘導起電力は発生するため、インダクタンスの低減効果が得られるからである。したがって、本実施の形態のように、フィーダ線が交差して配設されていてもよく、また、各フィーダ線を同軸配置や、ツイスト配置にすることも、本定義による「並行」の意味に含まれる。

つぎに、実施の形態１にかかる放電加工装置の効果について、図１および図５を参照して説明する。なお、図５は、比較例として示す従来の放電加工装置の説明図である。

図５に示す従来の放電加工装置では、被加工物１０８に対する電位は、放電加工装置用電源１１３の端子１１５からベッド１１６に付与される構成であるため、各フィーダ線は、配線経路の限定された範囲でしか並行配置することができず、図中Ａの面積が大きくなり、各フィーダ線の経路のインダクタンスの増大が避けられない。また、誘導起電力による相殺範囲（並行配置されている部分）が限定されているので、フィーダ線周辺の構造体における発熱量が大きくなってしまう。なお、図５において、各フィーダ線の本数を４本に増加（因みに図１の構成では２本）させているのは、各フィーダ線の配線長に応ずるインダクタンスの増加を可能な限り（フィーダ線の本数増加に伴う配設面積増大の許容範囲内）抑制するためである。

これに対して、図１に示す実施の形態１の放電加工装置では、各フィーダ線を並行に配設しているので、各フィーダ線によるインダクタンスを低減することができる。また、この並行配置によって、誘導起電力による相殺効果が大きくなるので、フィーダ線周辺の構造体における発熱量を抑制することができる。

また、図５に示す従来の放電加工装置では、図１に示した実施の形態１の放電加工装置と同様に、各フィーダ線のインダクタンスを小さくするために、フィーダ線１０とフィーダ線１１とを結束手段１６によって束ねるようにしている。しかしながら、図５の構成では、以下の理由により、放電加工装置の加工精度に悪影響を与える。

図５において、電極取付部２はヘッド１０４およびラム１０９によって、Ｚ軸方向あるいはＸ軸、Ｙ軸方向に移動する。このとき、電極取付部２に取り付けられたフィーダ線１１０には、ある軸方向の張力が発生する。一方、フィーダ線１１１は、非可動部構造体であるベッド１０６に取り付けられているので、フィーダ線１１１には、張力は発生しない。その結果、結束手段１６によって束ねられたフィーダ線１１０とフィーダ線１１１との間には、張力のアンバランスが発生し、放電加工装置の加工精度に悪影響を与えることになる。無論、結束手段１６を設けないようにすることも可能ではあるが、この場合には、各フィーダ線のインダクタンスが増大するので、各フィーダ線の本数を増やす必要が生じ、装置の大型化やコストの増加を招来することに繋がる。

これに対して、実施の形態１の放電加工装置では、フィーダ線１０，１１の双方に同一軸方向の力が加わるので、結束手段１６による張力のアンバランスは発生せず、放電加工装置の加工精度に悪影響を与えることはない。

以上説明したように、この実施の形態の放電加工装置によれば、電極取付部とヘッドとの間を電気的に絶縁するとともに、放電加工装置用電源が発生した電極側電位が印加されるフィーダ線を電極取付部に接続し、かつ、放電加工装置用電源が発生した被加工物側電位が印加されるフィーダ線をヘッドに接続するようにしているので、これらのフィーダ線のインダクタンスを、付加的な２次回路などを設けることなく低減することができ、フィーダ線のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができる。

また、この実施の形態の放電加工装置によれば、電力供給用フィーダ線のそれぞれを同方向に移動する可動部導体に接続するようにしているので、電力供給用フィーダ線の移動による加工精度の影響を考慮する必要がないので、放電加工装置の設計が容易になるという効果が得られる。

なお、この実施の形態では、電極側に高電位を与え、被加工物側に低電位を与える実施態様を示したが、これとは逆に、電極側に低電位を与え、被加工物側に高電位を与えることも可能であることは無論である。この場合、図１の向きとは逆向きの電流が流れることになるが、フィーダ線１０，１１に流れる双方の電流の向きが単に逆転するだけであり、上述した効果と全く同様の効果を得ることができる。

また、この実施の形態では、電力供給用フィーダ線の一方を電極を取り付けるための電極取付部に接続する実施態様を示したが、図５に示すような電極取付部を有さない構造の場合、あるいは電極取付部の高さ方向の長さが短い場合には、電極自体に接続してもよいことは無論である。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。上述した実施の形態１では、フィーダ線１１をヘッド４に接続する実施態様を示したが、実施の形態２は、フィーダ線１１をラム９に接続する実施態様を示すものである。なお、実施の形態１の構成と同一あるいは同等の構成部には同一符号を付して示している。

図２において、ラム９は、ヘッド４と同電位の導体部であるため、放電加工装置用電源１３の端子１５からラム９に所望の被加工物側電位を与えることにより、実施の形態１と同等の構成となる。また、図２の構成では、フィーダ線１１は、その長さが実施の形態１よりも若干短くなるものの、配線経路の殆どの部分をフィーダ線１０に並行して配置することができるので、実施の形態１と同等の効果が得られる。

なお、フィーダ線１０が接続される電極取付部２は、フィーダ線１１が接続されるラム９の移動に対して、さらにＺ軸およびＣ軸方向の動きが加わるが、これらの方向に対する移動量は小さく、加工精度に与える影響は小さい。

以上説明したように、この実施の形態の放電加工装置によれば、電極取付部とヘッドとの間を電気的に絶縁するとともに、放電加工装置用電源が発生した電極側電位が印加されるフィーダ線を電極取付部に接続し、かつ、放電加工装置用電源が発生した被加工物側電位が印加されるフィーダ線をラムに接続するようにしているので、これらのフィーダ線のインダクタンスを、付加的な２次回路などを設けることなく低減することができ、フィーダ線のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができる。

なお、この実施の形態では、電力供給用フィーダ線の一方を電極を取り付けるための電極取付部に接続する実施態様を示したが、実施の形態１と同様に、電極自体に接続することも可能である。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。上述した実施の形態１では、フィーダ線１０を電極取付部２に接続し、フィーダ線１１をヘッド４に接続する実施態様を示したが、実施の形態３は、一方のフィーダ線であるフィーダ線１０ａをベッド６に接続し、他方のフィーダ線であるフィーダ線１１ａを被加工物取付部７に接続する実施態様を示すものである。この実施態様により、被加工物取付部７とベッド６との間には、絶縁スペーサ１７が設けられている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同一あるいは同等であり、それらの構成部には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

つぎに、実施の形態３にかかる放電加工装置の構成に基づく作用について説明する。図３において、被加工物取付部７とベッド６とは絶縁スペーサ１７によって絶縁・分離される一方で、被加工物取付部７と被加工物８とは絶縁されることなく電気的に接続されている。その結果、被加工物側電位が付与され被加工物取付部７と被加工物８とが同電位となり、被加工物８に被加工物側電位が付与される。同様に、電極側電位が付与されたベッド６と、コラム５、ラム９、ヘッド４、電極取付部２および電極１とが同電位となり、電極１に電極側電位が付与される。

また、フィーダ線１０ａ，１１ａは、並行して配置されている。フィーダ線１０ａは、端子１５と被加工物取付部７との間に配設されたフィーダ線１１ａに沿うような態様で配設されるとともに、フィーダ線１１ａが接続されている被加工物取付部７の近傍位置として、ベッド６上の図示位置に接続されている。すなわち、フィーダ線１０ａの接続位置として、被加工物取付部７（被加工物８）とは絶縁され、かつ、フィーダ線１１ａが接続されている被加工物取付部７の接続位置に近い位置を選ぶことにより、フィーダ線１０ａとフィーダ線１１ａとを、密接かつ並行して配置することができる。その結果、各フィーダ線のインダクタンスを小さくすることができ、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の放電加工装置によれば、被加工物取付部とベッドとの間を電気的に絶縁するとともに、放電加工装置用電源が発生した電極側電位が印加されるフィーダ線をベッドに接続し、かつ、放電加工装置用電源が発生した被加工物側電位が印加されるフィーダ線を被加工物取付部に接続するようにしているので、これらのフィーダ線のインダクタンスを、付加的な２次回路などを設けることなく低減することができ、フィーダ線のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができる。

また、この実施の形態の放電加工装置によれば、電力供給用フィーダ線のそれぞれを非可動部導体に接続するようにしているので、電力供給用フィーダ線の移動による加工精度の影響を考慮する必要がないので、放電加工装置の設計が容易になるという効果が得られる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。上述した実施の形態１では、被加工物取付部７とベッド６とは絶縁することなく各導体部で電気的に接続する実施態様を示したが、実施の形態４は、絶縁スペーサ１７によって被加工物取付部７とベッド６との間を絶縁・分離するとともに、被加工物８に被加工物側電位を付与するために、ヘッド４と被加工物取付部７との間を導電線１８によって接続する実施態様を示すものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同一あるいは同等であり、それらの構成部には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

つぎに、実施の形態４にかかる放電加工装置の構成に基づく作用について説明する。上述のように、被加工物取付部７とベッド６とは絶縁スペーサ１７によって絶縁・分離されるとともに、電極取付部２とヘッド４とは絶縁スペーサ３によって絶縁・分離される。また、ヘッド４と被加工物取付部７とは、導電線１８によって電気的に接続されている。その結果、電極側電位が付与される電極取付部２と電極１とが同電位となり、電極１に電極側電位が付与される。一方、被加工物側電位が付与されたヘッド４と、被加工物取付部７および被加工物８とが導電線１８を通じて同電位となり、被加工物８に被加工物側電位が付与される。

ここで、実施の形態１は、被加工物側電位を、ヘッド４、ラム９、コラム５、ベッド６、および被加工物取付部７を介して被加工物８に付与する構成であるのに対し、実施の形態４は、被加工物側電位を、ヘッド４、導電線１８、および被加工物取付部７を介して被加工物８に付与する構成である。このため、実施の形態４の構成では、放電加工装置用電源１３の端子１５の出力電圧と被加工物８に実際に印加されている電圧との差が小さくなる。その結果、実施の形態４では、放電加工装置用電源１３において、被加工物８に必要な電圧を出力するための電圧調整が容易になるという効果が得られる。

以上説明したように、この実施の形態の放電加工装置によれば、電極取付部とヘッドとの間を電気的に絶縁し、かつ、被加工物取付部とベッドとの間を電気的に絶縁し、さらに、ヘッドと被加工物取付部との間を導電線で電気的に接続するとともに、放電加工装置用電源が発生した電極側電位が印加されるフィーダ線を電極構成部に接続し、かつ、放電加工装置用電源が発生した被加工物側電位が印加されるフィーダ線をヘッドに接続するようにしているので、これらのフィーダ線のインダクタンスを、付加的な２次回路などを設けることなく低減することができ、フィーダ線のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができる。

また、この実施の形態の放電加工装置によれば、電力供給用フィーダ線のそれぞれを同方向に移動する可動部導体に接続するようにしているので、電力供給用フィーダ線の移動による加工精度の影響を考慮する必要がないので、放電加工装置の設計が容易になるという効果が得られる。

また、この実施の形態の放電加工装置によれば、被加工物側電位を、導電線を介して被加工物に付与するようにしているので、放電加工装置用電源における電圧調整が容易になるという効果が得られる。

なお、この実施の形態では、電力供給用フィーダ線の一方を電極を取り付けるための電極取付部に接続する実施態様を示したが、実施の形態１，２と同様に、電極自体に接続することも可能である。

以上のように、本発明にかかる放電加工装置は、フィーダ線のインダクタンスを低減することができ、フィーダ線のインダクタンスに起因する発熱量を抑制することができる発明として有用である。

本発明の実施の形態１にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。 本発明の実施の形態２にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。 本発明の実施の形態３にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。 本発明の実施の形態４にかかる放電加工装置の実施態様を示す説明図である。 比較例として示す従来の放電加工装置の説明図である。

符号の説明

１ 電極
２ 電極取付部
３，１７ 絶縁スペーサ
４ ヘッド
５ コラム
６ ベッド
７ 被加工物取付部
８ 被加工物
９ ラム
１０，１０ａ，１１，１１ａ フィーダ線
１３ 放電加工装置用電源
１４，１５ 端子
１６ 結束手段
１８ 導電線

Claims (5)

1. 電極および該電極を保持する電極取付部を含む電極構成部と、
   この電極構成部を被加工物に対して相対的に移動させるヘッドと、
   を備え、
   対向する前記電極と前記被加工物との間に所望の電位差を生じさせることで加工を行う放電加工装置において、
   前記電極構成部と前記ヘッドとの間を電気的に絶縁させるべく絶縁手段を配置し、
   電源装置より前記電極構成部に電極側電位を供給すべく接続された第１の供給手段と、
   電源装置より前記ヘッドに被加工物側電位を供給すべく接続された第２の供給手段と、
   を有し、
   前記ヘッドと前記被加工物との間を電気的に接続することを特徴とする放電加工装置。
2. 前記被加工物を載置する被加工物取付部と加工機のベッド部との間を電気的に絶縁させるべく絶縁手段を配置し、
   前記ヘッドと前記被加工物取付部との間を電気的に接続する導電線を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
3. 電極および該電極を保持する電極取付部を含む電極構成部と、
   この電極構成部を被加工物に対して相対的に移動させるヘッドと、
   を備え、
   対向する前記電極と前記被加工物との間に所望の電位差を生じさせることで加工を行う放電加工装置において、
   前記電極構成部と前記ヘッドとの間を電気的に絶縁させるべく絶縁手段を配置し、
   電源装置より前記電極構成部に電極側電位を供給すべく接続された第１の供給手段と、
   電源装置より前記ヘッドが取り付けられたラムにおける、前記電極構成部近傍に被加工物側電位を供給すべく接続された第２の供給手段と、
   を有し、
   前記ラムと前記被加工物との間を電気的に接続することを特徴とする放電加工装置。
4. 電極および該電極を保持する電極取付部を含む電極構成部と、
   この電極構成部を被加工物に対して相対的に移動させるヘッドと、
   を備え、
   対向する前記電極と前記被加工物との間に所望の電位差を生じさせることで加工を行う放電加工装置において、
   前記被加工物を載置する被加工物取付部と加工機のベッド部との間を電気的に絶縁させるべく絶縁手段を配置し、
   電源装置より前記ベッド部に電極側電位を供給すべく接続された第１の供給手段と、
   電源装置より前記被加工物に被加工物側電位を供給すべく接続された第２の供給手段と、
   を有し、
   前記電極と前記ベッド部との間を電気的に接続することを特徴とする放電加工装置。
5. 前記第１および第２の供給手段は、これらの各供給手段が接続される各接続部近傍まで並行して配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電加工装置。

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