JP5183827B1 - 放電加工機用電源装置 - Google Patents

Abstract

発熱量の増大を抑制しつつ、加工速度と加工精度とを両立させるために、本発明では、加工用電極（２）と被加工物（３）との間の加工間隙に直流または交流の電流パルスを供給するための直流電源（１）、スイッチング素子（４ａ，４ｂ）およびダイオード（７ａ）を含む直列回路と、電流の流れる方向を一方向に規制するダイオード（７ｂ，７ｃ）と、スイッチング素子（４ａ，４ｂ）を制御する制御部（１０）と、を備え、制御部（１０）は、直列回路上に存在するインダクタンス（６）によって三角波形状を成す電流パルスを生成する際に、複数の電流パルスからなるパルス列における任意の電流パルスのピーク値が変化するようにスイッチング素子（４ａ，４ｂ）のオン時間およびオフ時間を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工機用電源装置に関する。

従来、放電加工機用電源装置に関連する先行技術文献として、下記特許文献１および２に示されたものがある。

特許文献１に示される放電加工機用電源装置では、所定の繰返し周波数を有するパルス列を所定時間毎に断続させるスイッチング素子を駆動し、コンデンサが並列接続された加工用電極と被加工物との加工間隙に交流パルス電流を供給することにより、コンデンサの電荷をその加工間隙に完全に放電させてアーク電流の続流を防止し、放電加工における面粗度を良好とする技術が開示されている。

また、特許文献２に示される放電加工機用電源装置では、加工用電極と被加工物との加工間隙に直流パルス電流を供給するための直流電源、スイッチング素子と抵抗器とからなる直列回路、加工用電極と被加工物とに並列接続されたコンデンサおよび、加工間隙の放電の発生を検出する放電検出手段を具備する構成において、スイッチング素子に対してコンデンサの放電電流のパルス幅と同等かそれ以下のパルス幅だけオンし、所定時間だけオフするオン／オフ制御をコンデンサが放電し放電検出手段がその放電を検出するまで繰返し、放電検出手段で放電の検出後における所定のオフ時間の後に再度オン／オフ制御を繰返す技術を開示している。この特許文献２の放電加工機用電源装置によれば、加工用電極と被加工物との間の間隙（以下「加工間隙」という）には、コンデンサの放電のパルス幅以上の電流が流れないようにして、特許文献１と同様にアーク電流の続流を防止している（図２および図１１を参照）。

特開平０３−５５１１７号公報 特許第２９１４１２３号公報

上記特許文献１，２の放電加工機用電源装置は、直流電源と加工用電極との間に抵抗器が必須となる構成であるため、加工電流が大きい場合には、この抵抗器での発熱量が大きくなり、装置の発熱量が増大するという課題があった。

また、上記特許文献２の放電加工機用電源装置は、加工間隙に流れる電流パルス幅を極力短い時間に制限することにより、アーク電流の続流を防止する手法であるため、加工間隙に放電電流が流れないある一定時間以上の無電流時間が存在し、加工速度をあまり大きくできないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来の装置よりも加工速度を高め、かつ、発熱量の増大を抑制することができる放電加工機用電源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に、本発明に係る放電加工機用電源装置は、加工用電極と被加工物との間の加工間隙に直流または交流の電流パルスを供給するための直流電源およびスイッチング素子を含む直列回路と、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記直列回路上に存在するインダクタンス成分によって三角波形状を成す電流パルスを生成する際に、当該電流パルスにおける無電流時間と電流継続時間との比である電流パルス時比率が１／５以下となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

この発明によれば、従来の装置よりも加工速度を高めることができ、発熱量の増大をも抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る放電加工機用電源装置を含む放電加工機の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の放電加工機における極間開放時の極間電圧および極間電流を示す図である。 図３は、実施の形態１の放電加工機における放電発生時の極間電圧および極間電流を示す図である。 図４は、放電加工機に流れる電流の経路を図１の回路構成上に示した図である。 図５は、電流パルスの時比率と放電痕の大きさとの関係を示す測定結果の一例を示す図である。 図６は、電流パルス列における一部のパルスの時比率が１／５以下とならない場合の波形例を示す図である。 図７は、実施の形態２に係る電流パルス列の波形例を示す図である。 図８は、実施の形態２に係る電流パルス列の図７とは異なる波形例を示す図である。 図９は、実施の形態３に係る放電加工機用電源装置を含む放電加工機の一構成例を示す図である。 図１０は、実施の形態３の放電加工機における極間開放時の極間電圧および極間電流を示す図である。 図１１は、実施の形態３の放電加工機における放電発生時の極間電圧および極間電流を示す図である。 図１２は、放電加工機に流れる逆極性の電流経路を図９の回路構成上に示した図である。 図１３は、実施の形態４に係る放電加工機用電源装置を含む放電加工機の一構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る放電加工機用電源装置について説明する。なお、以下に示す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、実施の形態１に係る放電加工機用電源装置を含む放電加工機の一構成例を示す図である。実施の形態１に係る放電加工機用電源装置は、直流電源１、スイッチング素子４ａ，４ｂ、ダイオード７ａ〜７ｃ、抵抗９および制御部１０を備えて構成される。

図１において、被加工物３と加工用電極２（細穴放電加工機および形彫り放電加工機の場合には型電極、ワイヤ放電加工機の場合にはワイヤ）とが、スイッチング素子４ａ，４ｂ（ここではＦＥＴを例示）、ダイオード７ａおよびインダクタンス６を介して直流電源１に接続されている。スイッチング素子４ａのソース端は、直流電源１の負極に接続され、ドレイン端は、ダイオード７ａのカソード端に接続されている。スイッチング素子４ｂのソース端は、被加工物３に接続され、ドレイン端は、直流電源１の正極に接続されている。インダクタンス６は、電流経路上に存在する寄生インダクタンス成分であり、図１では、ダイオード７ａのアノード端と加工用電極２との間に生じるものとして破線で示している。なお、ダイオード７ａは、必須の構成要素ではなく、省略することも可能である。

ダイオード７ｂ，７ｃは、ダイオード７ａと共に電流の流れる方向を一方向に規制する素子である。ダイオード７ｂのアノード端は、スイッチング素子４ａとダイオード７ａとの接続端に接続され、カソード端は、直流電源１の正極に接続されている。また、ダイオード７ｃのカソード端は、スイッチング素子４ｂと被加工物３との接続端に接続され、アノード端は、直流電源１の負極とスイッチング素子４ａとの接続端に接続されている。

被加工物３と加工用電極２との間には、被加工物３および加工用電極２の形状や大きさ、あるいは被加工物３と加工用電極２との間の距離（極間距離）などによって決まる浮遊容量成分や、配線の容量成分が存在する。このため、これらの容量成分を、図１の破線部で示すように、被加工物３および加工用電極２の両端間に接続される浮遊容量８として示している。

一方、制御部１０は、スイッチング素子４ａ，４ｂに対するオン／オフ制御を行う構成部であり、パルス発生回路１１およびパルス発生条件設定部１２を備えて構成される。パルス発生条件設定部１２は、外部から入力される加工条件や、加工条件に基づいて設定される諸条件（例えば加工時間、加工電流、スイッチング素子４ａ，４ｂをオンするタイミング、スイッチング素子４ａ，４ｂのオンオフ時比率（オン時間に対するオフ時間の比：オフ時間／オン時間）など）を設定する。パルス発生回路１１は、パルス発生条件設定部１２からの信号に基づき、スイッチング素子４ａ，４ｂをオン／オフするための制御信号を生成してスイッチング素子４ａ，４ｂを制御する。

つぎに、実施の形態１に係る放電加工機用電源装置の動作について図１〜図４の各図面を参照して説明する。図２は、極間開放時、即ち極間電流が流れないときの極間電圧および極間電流を示す図であり、図３は、放電発生時、即ち極間電流が流れるときの極間電圧および極間電流を示す図であり、図４は、放電加工機に流れる電流の経路を図１の回路構成上に示した図である。

実施の形態１の放電加工機用電源装置では、図２の上段部に示すような所定時間Ｔ１だけオンし、所定時間Ｔ２だけオフする所定数（図２では５個を例示）のパルス列が制御部１０のパルス発生回路１１から出力される。なお、パルス列とパルス列との間には、図示のように、所定の休止時間が設けられる。スイッチング素子４ａ，４ｂは、このパルス列により同時にオン／オフ制御され、直流電源１の直流電圧を被加工物３と加工用電極２との間の加工間隙に印加する。

ここで、極間電流が流れない場合（即ち放電が起こらない場合）、直流電源１からの直流電圧は、パルス列のオンにより浮遊容量８に印加され、浮遊容量８が充電される。このとき、図２の中段部に示すように、パルス列がオンの期間においては、極間電圧（充電電圧）が保持され、パルス列がオフの期間においては、蓄積電荷の一部が浮遊容量８と抵抗９とでほぼ決まる時定数に従って放電される。断続的に印加されるパルス列によって、これらの充電および放電が繰り返される。また、パルス列印加後の休止期間においては、浮遊容量８の蓄積電荷が放電され、極間電圧は、当該時定数に従い零レベルに向かって低下して行く。

一方、極間電流が流れる場合（即ち放電が起こる場合）、浮遊容量８の蓄積電荷（充電エネルギー）が加工間隙に供給される。ここで、極間電流の経路（電流経路）は、図４に示す通りである。より詳細に説明すると、パルス列のオンのタイミングで電流は立ち上がり、直流電源１の正極→スイッチング素子４ｂ→被加工物３→加工用電極２→インダクタンス６→ダイオード７ａ→スイッチング素子４ａ→直流電源１の負極という実線で示す電流経路で極間電流が流れる。一方、パルス列のオフのタイミングで電流は立ち下がり、インダクタンス６に蓄積されたエネルギーにより、インダクタンス６→ダイオード７ａ→ダイオード７ｂ→直流電源１の正極→直流電源１の負極→ダイオード７ｃ→被加工物３→加工用電極２→インダクタンス６という一点鎖線で示す電流経路で極間電流が流れる。

このようにして、図３の下段部に示すような極間電流が流れる。なお、浮遊容量８の蓄積電荷は放電の際に加工間隙に供給され、極間電圧の変化は図３の中段部に示すように小さい。

つぎに、実施の形態１に係る放電加工機用電源装置の要部動作について図３および図４の図面などを参照して説明する。

例えば、図３の下段部に示す波形は、スイッチング素子４ａ，４ｂのオン時間を２.５μsec、オフ時間を１.５μsec、即ちオンオフ時比率を１.５／２.５＝０.６に設定したときの極間電流（放電電流）波形である。極間電流波形の正の傾斜部Ｌ１は、インダクタンス６のインダクタンス成分と、スイッチング素子４ａ，４ｂがオンするときの電流経路上に存在する抵抗成分（加工間隙の抵抗や加工液を含む放電加工機での抵抗、配線抵抗、スイッチング素子４ａ，４ｂおよびダイオード７ａのオン抵抗成分など）とで決まる時定数に従って過渡的に立ち上がる電流成分であり、図示のようにほぼ直線的に立ち上がる。また、極間電流波形の負の傾斜部Ｌ２は、インダクタンス６のインダクタンス成分と、スイッチング素子４ａ，４ｂがオフするときの電流経路上に存在する抵抗成分（加工間隙の抵抗や加工液を含む放電加工機での抵抗、配線抵抗、ダイオード７ａ〜７ｃのオン抵抗成分、直流電源１の内部抵抗など）とで決まる時定数に従って立ち下がる電流成分であり、図示のようにほぼ直線的に立ち下がる。

上述したことから理解できることであるが、回路構成が決まり素子の選定が為されれば、スイッチング素子４ａ，４ｂがオフからオンに切り替わるときの極間電流波形における正の傾斜部Ｌ１の傾きが決まり、スイッチング素子４ａ，４ｂがオンからオフに切り替わるときの極間電流波形における負の傾斜部Ｌ２の傾きも決まる。

図３の例では、スイッチング素子４ａ，４ｂのオン時間を２.５μsec、オフ時間を１.５μsecに設定することにより、極間電流が流れていない時間（無電流時間）が０.３μsec、極間電流が流れて継続している時間（電流パルス幅もしくは電流継続時間）が３.７μsecとなり、無電流時間と電流パルス幅（もしくは電流継続時間）との比が０.３／３.７≒０.０８に設定されていることが分かる。

図５は、スイッチング素子４ａ，４ｂのオンオフ時比率を変更して加工したときの放電痕の大きさを示す測定結果の一例を示す図である。図５において、横軸は無電流時間と電流パルス幅との比（以下「電流パルス時比率」という）であり、縦軸は加工によって生じた放電痕の大きさを示している。この放電痕の大きさは、例えば細穴放電加工装置において、ある条件の下、電流パルス時比率を１にして加工を行ったときの穴の径を１として規格化し、電流パルス時比率に対する放電痕の大きさを百分率で表したものである。

図５から、少なくとも以下の４つの事項が理解できる。
（１）電流パルス時比率が小さくなれば、放電痕は大きくなる。
（２）電流パルス時比率＝０.２まではフラットな特性であり、電流パルス時比率が０.２以下になると放電痕が大きくなる。
（３）電流パルス時比率＝０.１のときの放電痕の大きさは、電流パルス時比率＝１.０のときの放電痕の大きさの約２倍の大きさである。
（４）電流パルス時比率が０.１未満のときの測定データはないが、電流パルス時比率が０.１の近傍において、放電痕の大きさが頭打ちになる傾向が見られる。

電流パルス時比率が小さいということは、電流エネルギーの集中度が高いことを意味する。したがって、電流パルス時比率が大きい電流パルスで加工を行う場合よりも、電流パルス時比率が小さい電流パルスで加工を行う方が加工速度が速くなる。それ故、電流パルス時比率＝０.２（＝１／５）もしくはその近傍値は、加工精度を維持しつつ、加工速度を高めることができる好ましい設定値であると言える。

また、電流パルス時比率＝０.１（＝１／１０）は、加工精度よりも加工速度を重視して加工を行う場合の設定値である。この設定値の場合、上述したように、電流パルス時比率＝１.０のときよりも放電痕の大きさが約２倍になるが、細穴放電加工装置の場合、加工用電極２の径を細くすることで加工精度の低下を補うことができる。それ故、電流パルス時比率を０.１（＝１／１０）以下に設定することとすれば、ある一定以上の加工精度を維持しつつ、加工速度をより高めることができるという効果が得られる。

また、上記２つの場合の対比として、電流パルス時比率を０.１（＝１／１０）以上、且つ、０.２（＝１／５）以下に設定することとすれば、加工速度と加工精度とを両立させることができるという効果が得られる。

また、電流パルス時比率を好ましくは１／５以下に設定し、より好ましくは１／１０以下に設定することにより、無電流時間を小さくした加工が可能となる。それ故、パルス列全体から見れば、図３において一点鎖線で示すような、パルス列全体を１パルスとする擬似的な矩形パルス（図３の例では２０μsecの矩形パルス）を印加して加工していることに相当する。このため、１回の放電加工におけるエネルギー密度を増大することができるという効果も得られる。

なお、電流パルス時比率を１／５もしくはその近傍値に設定した場合であっても、極間の状態によっては放電のタイミングが遅れてパルス列における全ての電流パルス時比率が１／５以下にならない場合もある。図６は、一部の電流パルスの時比率が１／５以下とならない場合の波形例であり、より詳細に説明すると、パルス列Ｋにおける第３パルスＫ１の立ち上がりが遅れ、意図しない休止時間が生じている例を示している。

図６のように、電流パルス列が途切れたような状態になることによりパルス列の幅が意図したよりも短くなること（図６の例では、パルス列Ｋが、第１パルスおよび第２パルスからなるパルス列と、第３パルス（Ｋ１）および第４パルスからなるパルス列とに分離されたように見える）は、極間の状態や電極送り制御の設定状態によってある割合で発生していると考えられる。しかしながら、このような現象は、矩形波形を出力する従来方式の電源回路（例えば、特許文献３：特開平０７−２３７０３９号）であっても、発生する場合があり、また、全体として、発生頻度は低いので殆ど無視することができる。

また、本実施の形態の放電加工機用電源装置の場合、直流電源１と加工用電極２との間に抵抗を有さず、直流電源１およびスイッチング素子４ａ，４ｂを含む直列回路上に存在するインダクタンス６によって加工間隙に流れる極間電流を制限する構成であるため、同じピーク値の矩形波電流を流す場合に比して、発熱量を低減することができるという効果が得られる。

なお、図３では、ピーク電流の大きさを１００Ａとする場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば１５〜１５０Ａの範囲で設定することが可能である。ピーク電流を大きくすれば、超硬合金などの難削材の加工が可能になり、ピーク電流を小さくすれば加工精度を高くすることができる。

また、図３では電流パルス幅を３.７μsecとする場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば０.３〜１０.０μsecの範囲で設定することが可能である。電流パルス幅を大きくすれば、実質的なピーク電流を大きくすることができるので、超硬合金などの難削材の加工が可能になる。また、電流パルス幅を小さくすれば、実質的なピーク電流を小さくすることができるので、加工精度や面粗度を向上させることができる。

また、これらの電流パルス幅およびピーク電流の大きさは、個々独立に設定することが可能である。例えば、ピーク電流が１５Ａのときに電流パルス幅を０.３μsecに設定してもよいし、１０.０μsecに設定してもよい。また、例えば、ピーク電流が１５０Ａのときに電流パルス幅を０.３μsecに設定してもよいし、１０.０μsecに設定してもよい。なお、インダクタンスは固定であるにも関わらず、電流パルス幅およびピーク電流の大きさを個々独立に変更できるのは、直流電源１を図１に示すように電圧可変電源としているからである。即ち、直流電源１の電圧を変更することにより、加工速度または加工精度に応じた好適な電流パルス幅およびピーク電流の大きさになるように、これら電流パルス幅およびピーク電流を個々独立に変更することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態１の放電加工機用電源装置によれば、直流電源およびスイッチング素子を含む直列回路上に存在するインダクタンス成分を利用して三角波形状を成す電流パルスを生成すると共に、当該電流パルスにおける無電流時間と電流継続時間との比である電流パルス時比率が１／５以下、且つ、１／１０以上となるようにスイッチング素子を制御することとしたので、発熱量の増大を抑制しつつ、加工速度と加工精度とを両立させることが可能となる。

なお、上記電流パルス時比率を１／５もしくはその近傍値に設定してもよく、加工精度を維持しつつ、加工速度を高めることが可能となる。

また、上記電流パルス時比率を１／１０以下に設定してもよく、ある一定以上の加工精度を維持しつつ、加工速度をより高めることが可能となる。

実施の形態２.
実施の形態１では、スイッチング素子オン時間とスイッチング素子オフ時間とをパルス列内において固定（例えば、図３に示す例では、スイッチング素子オン時間＝２．５μｓ、スイッチング素子オフ時間＝１．５μｓ）とすることで、電流パルス列内における各電流パルスのパルス幅が一定もしくは略一定（図３の例では、３．７μｓ）となるように制御していた。一方、実施の形態２では、電流パルス列内における各電流パルスのパルス幅もしくはピーク値を電流パルス列内において異ならせる実施形態を示すものである。

例えば、形彫り放電加工機の場合、加工による電極消耗を抑制するには電流の立ち上り速度の遅い波形が適しており、その一例を図７に示している。図７に示すパルス列では、第１パルスから第３パルスにかけて電流パルスのピーク値が徐々に大きくなるようなパルス列としている。このようなパルス列とすれば、パルス列全体で見た電流特性は、図示の破線（ピーク値を結んだ包絡線）で示すように、立ち上がり速度の遅い電流特性として捉えることができるので、電極消耗を抑制するのに効果的である。なお、このようなパルス列は、例えば、図７の例であれば、第１のパルスから第３のパルス（第３のパルスに限らず他のパルス（最後のパルスを含む）であっても構わない）にかけてスイッチング素子オン時間およびオフ時間を徐々に長くする制御を行うことで達成することができる。

また、形彫り放電加工機において、超硬合金などの難加工材を加工する場合では、大きな三角波電流に続いて小さな電流を暫くの間継続して流すことにより、加工速度が早く、且つ、電極消耗を低減することができる場合があり、その一例を図８に示している。図８に示すパルス列では、ピーク値の比較的大きな第１パルスに続いて、第２パルス以降ではピーク値が比較的小さく、且つ、徐々に小さくなるようなパルス列としている。このようなパルス列とすれば、加工速度を高めつつ、または、犠牲にすることなく、電極消耗を抑制するのに効果的である。

なお、図７および図８に示すパルス列は一例であり、スイッチング素子オン時間とスイッチング素子オフ時間を制御することにより、所望のパルス幅および所望のピーク値に設定することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態２の放電加工機用電源装置によれば、パルス列内における任意もしくは所定の電流パルスのピーク値を変化させることにより各電流パルス間のピーク値を異ならせることとしたので、実施の形態１の効果を維持しつつ電極消耗を抑制することが可能となる。

実施の形態３.
図９は、実施の形態３に係る放電加工機用電源装置を含む放電加工機の一構成例を示す図である。図１に示した実施の形態１の放電加工機用電源装置が、正極性の電流パルスのみを発生することができる放電加工機用電源装置であったのに対し、図９に示す放電加工機用電源装置は、両極性（正極性および逆極性）の電流パルスの発生を可能とする放電加工機用電源装置であり、新たに、直流電源１ｂ、スイッチング素子４ｃ、ダイオード７ｄおよび抵抗５が設けられている。

図９において、直流電源１ｂ、スイッチング素子４ｃ、ダイオード７ｄおよび抵抗５は直列に接続され、抵抗５の一端はインダクタンス６とダイオード７ａとの接続端に接続され、他端はダイオード７ｄのカソード端に接続されている。スイッチング素子４ｃのソース端は、ダイオード７ｄのアノード端に接続され、ドレイン端は直流電源１ｂの正極に接続されている。また、直流電源１ｂの負極は、スイッチング素子４ｂと被加工物３との接続端に接続されている。なお、その他の構成については、同一または同等であり、図１に示す直流電源１を図９では直流電源１ａとして示していることを除き、共通の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

つぎに、実施の形態３に係る放電加工機用電源装置の動作について図１０〜図１２の各図面を参照して説明する。図１０は、極間開放時、すなわち極間電流が流れないときの極間電圧および極間電流を示す図であり、図１１は、放電発生時、すなわち極間電流が流れるときの極間電圧および極間電流を示す図であり、図１２は、放電加工機に流れる逆極性の電流経路を図９の回路構成上に示した図である。なお、正極性のパルス電流が流れるときの動作は、実施の形態１と同一または同等であるため、ここでは、逆極性のパルス電流が流れるときの動作について説明する。

図１０および図１１において、パルス発生回路出力１８ａは正極性のパルス列（パルス群）であるのに対し、パルス発生回路出力１８ｂは逆極性のパルス列（パルス群）である。両極性のパルス群を用いる理由は、例えば電解腐食を防止するためである。加工液として油系の加工液を用いる場合は電解作用による影響は殆どないが、加工液として純水を用いる場合もしくは、水系の加工液に高分子化合物を混合したものを用いる場合には、加工材側に電解腐食が発生し処理面にダメージを与えることがある。本実施の形態のように、両極性（交流）のパルス群を用いて加工するようにすれば、このような電解腐食を防止することができる。

また、逆極性時に流れる電流経路は、図１２に示す通りであり、直流電源１ｂの正極→スイッチング素子４ｃ→ダイオード７ｄ→抵抗５→インダクタンス６→加工用電極２→被加工物３→直流電源１ｂの負極という実線で示す電流経路で極間電流が流れる。ここで、正極性の電流を流す電流経路上には抵抗が存在しないが、逆極性の電流を流す電流経路上には抵抗５が存在する。この抵抗５は、加工用電極の消耗を助長することになる逆極性側の放電を防止するための電流制限抵抗として機能する。抵抗５の作用により、逆極性側の電流は、図１１の下段部の波形に示すように、正極性側の電流よりも抑制されて小さくなる。

実施の形態４.
図１３は、実施の形態４に係る放電加工機用電源装置を含む放電加工機の一構成例を示す図である。図１から図４に示した実施の形態１の放電加工機用電源装置が、電極１をマイナス極性に被加工物３をプラス極性に電圧を印加して加工電流を流すことにより加工を行う例あったのに対し、本実施の形態では極性反転回路２０を加えることにより、電極１をプラス極性に被加工物３をマイナス極性に切り換えて加工することが出来るようにしたものである。電極１や被加工物３の材質により極性を反転させて加工した方が加工速度が得られたり、また、意図的に電極を多く消耗させて電極形状を整形させる場合になどに用いられる。

図１３において、極性反転回路２０は、１回路２接点のスイッチ２１ａ，２１ｂを有し、抵抗９よりも加工用電極２側で、且つ、抵抗９に並列に接続されるように回路内に挿入されている。スイッチ２１ａ，２１ｂは、同時に切り換えられ、接点が実線側に制御されている場合には、直流電源１の正電圧が加工用電極２に印加され、直流電源１の負電圧が被加工物３に印加されるように接続され、接点が破線側に制御されている場合には、直流電源１の負電圧が加工用電極２に印加され、直流電源１の正電圧が被加工物３に印加されるように接続される。なお、基本的な動作は、実施の形態１〜３の場合と同様であり、ここでの説明は省略する。

実施の形態５．
実施の形態５では、放電加工機用電源装置に具備されるスイッチング素子およびダイオードについて説明する。放電加工機用電源装置に用いられるスイッチング素子としては、珪素（Ｓｉ）を素材とする半導体スイッチング素
子（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなど、以下「Ｓｉ−ＳＷ」と略記）が一般的であり、放電加工機用電源装置に用いられるダイオードとしては、同じく珪素を素材とする半導体ダイオード（ＰＮ接合型、ショットキーバリア型など、以下「Ｓｉ−Ｄ」と略記）が一般的である。上記実施の形態１で説明した技術は、この一般的なＳｉ−ＳＷおよびＳｉ−Ｄを用いることができる。

一方、上記実施の形態１，２の技術は、これらのＳｉ−ＳＷおよびＳｉ−Ｄに限定されるものではない。この珪素（Ｓｉ）に代え、近年注目されている炭化珪素（ＳｉＣ）を素材とする半導体スイッチング素子およびＳｉＣを素材とする半導体ダイオードを上述した放電加工機用電源装置のスイッチング素子およびダイオードとして用いることも無論可能である。

ここで、ＳｉＣは、高温度での使用が可能であるという特徴を有しているので、放電加工機用電源装置に具備されるスイッチング素子およびダイオードとしてＳｉＣを素材とするものを用いれば、スイッチング素子およびダイオードの許容動作温度を高くすることができ、発熱量に対する問題を確実に回避することが可能となる。このため、ＳｉＣ素子を用いることにより、ピーク電流の上限値を増大することができ、加工能力の増強を図ることが可能となる。

また、ＳｉＣは、高速動作が可能であるという特徴を有しているので、放電加工機用電源装置に具備されるスイッチング素子およびダイオードとしてＳｉＣを素材とするものを用いれば、スイッチング素子およびダイオードの動作速度を速くすることができる。このため、ＳｉＣ素子を用いることにより、電流パルス幅を更に小さくすることができ、加工精度や面粗度の向上を図ることが可能となる。

なお、ＳｉＣは、Ｓｉよりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である（これに対し、Ｓｉは、ナローバンドギャップ半導体と称される）。このＳｉＣ以外にも、例えば窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性も炭化珪素に類似した点が多い。したがって、炭化珪素以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。

また、このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオードは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオードの小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオードを用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。

また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐熱性も高いため、ヒートシンク等の冷却機構を必要とするスイッチング素子の場合、冷却機構の小型化が可能となり、スイッチング素子モジュールの更なる小型化が可能になる。

なお、以上の実施の形態１〜３に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明は、従来の装置よりも加工速度を高め、かつ、発熱量の増大を抑制することができる放電加工機用電源装置として有用である。

１，１ａ，１ｂ 直流電源
２ 加工用電極
３ 被加工物
４ａ，４ｂ，４ｃ スイッチング素子
５，９ 抵抗
６ インダクタンス
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ ダイオード
８ 浮遊容量
１０ 制御部
１１ パルス発生回路
１２ パルス発生条件設定部
１８ａ パルス発生回路出力
１８ｂ パルス発生回路出力
２０ 極性反転回路
２１ａ，２１ｂ スイッチ

Claims (8)

1. 加工用電極と被加工物との間の加工間隙に直流または交流の電流パルスを供給するための直流電源およびスイッチング素子を含む直列回路と、
   前記スイッチング素子を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記直列回路上に存在するインダクタンス成分によって三角波形状を成す電流パルスを生成する際に、複数の前記電流パルスからなるパルス列における各電流パルスのピーク値がピーク値の最大値に向けて徐々に大きくなるように、もしくは当該ピーク値の最大値から徐々に小さくなるように前記スイッチング素子のオン時間およびオフ時間を制御することを特徴とする放電加工機用電源装置。
2. 前記制御部は、前記電流パルスにおける無電流時間と電流継続時間との比である電流パルス時比率が１／５以下、且つ、１／１０以上となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機用電源装置。
3. 前記制御部は、前記電流パルスにおける無電流時間と電流継続時間との比である電流パルス時比率が１／１０以下となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機用電源装置。
4. 前記制御部は、前記電流パルスにおける無電流時間と電流継続時間との比である電流パルス時比率が１／５もしくはその近傍値となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機用電源装置。
5. 前記直列回路には、前記直流電源の印加極性を変更するための極性反転回路が設けられており、
   前記制御回路は、前記極性反転回路を制御して前記直流電源の印加極性を変更することにより正極性のパルスまたは逆極性のパルスを前記加工間隙に供給することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の放電加工機用電源装置。
6. 前記直流電源は、前記直列回路内にて第１のスイッチング素子を介して正極性に接続される第１の直流電源と、前記直列回路内にて第２のスイッチング素子を介して逆極性に接続される第２の直流電源と、を有してなり、
   前記制御回路は、前記加工間隙に正極性のパルスを供給するときには前記第１のスイッチング素子をオンに制御し、前記加工間隙に逆極性のパルスを供給するときには前記第２のスイッチング素子をオンに制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の放電加工機用電源装置。
7. 前記直列回路に具備されるスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体にて形成されるスイッチング素子であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の放電加工機用電源装置。
8. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項７に記載の放電加工機用電源装置。

Images