JP5940229B1 - 放電加工電源装置 - Google Patents

Abstract

放電加工電源装置は、被加工物との間に電流を流す電極と、被加工物と電極とで構成される極間に接続された第１の経路に電圧を印加する第１の電源部と、極間に接続された第２の経路に配置されたトランスと、第１の電源部から第２の経路の浮遊容量に流入する電流を抑制する方向の電圧を、トランスを介して第２の経路に印加する第２の電源部と、を備える。

Description

本発明は、電極と被加工物との間に放電を生じさせて被加工物を加工する放電加工電源装置に関する。

放電加工機は、対向する電極と被加工物とで構成される極間にアーク放電を生じさせ、被加工物を溶融除去して加工を行う装置である。電極及び被加工物は、絶縁性の高い液体の中に配置される。絶縁性の高い液体は、脱イオン水又は油が例示される。

放電加工機は、比較的長い時間幅の荒加工電流を用いて、後工程での仕上げ加工代を残して加工速度を重視する荒加工と、電流パルスのエネルギーを徐々に小さくして行き、被加工物の面粗さを低減させる仕上げ加工と、を実行する。荒加工電流の時間幅は、数十マイクロ秒が例示される。仕上げ加工での電流パルスのパルス幅は、最終的には数十ナノ秒が例示される。

荒加工では、短い時間幅及び高いピーク値を有する荒加工電流が望ましいことが知られている。短い時間幅及び高いピーク値を有する荒加工電流を実現するために、荒加工で一般的に使用されている放電回路が、トランジスタ放電回路である。トランジスタ放電回路では、放電発生を検出し放電電流をトランジスタで制御することにより、短い時間幅及び高いピーク値を有する荒加工電流を得ることができる。

仕上げ加工では、被加工面の面粗さを低減するために、電流パルス幅を短くすることが求められる。そこで、仕上げ加工では、電源と極間との間に直列に配置された電流制限抵抗と、極間と並列に配置された極間並列コンデンサとで構成されるＲＣ回路が使用されている。

ＲＣ回路は、極間に電圧を印加するための電源と、電源からの電流を制限するための電流制限抵抗と、放電のエネルギーを蓄える極間並列コンデンサとで構成される。また、回路上に素子として存在するものではないが、機械構造又はケーブルに含まれる容量である浮遊容量が存在する。

ＲＣ回路では、電源電圧が印加されると、極間並列コンデンサ及び浮遊容量に電荷が蓄えられ、極間電圧が上昇する。電圧増加の時定数τは、電流制限抵抗と極間並列コンデンサとの積で決定される。従って、極間並列コンデンサが大きくなるほど、電圧の上昇速度は低下する。

極間の電圧が上昇すると、極間の絶縁が破壊され、極間並列コンデンサ及び浮遊容量に蓄えられていた電荷が、極間を流れる。この電流で発生した熱により、被加工物が溶融除去されることで、仕上げ加工が行われる。

ＲＣ回路では、極間の容量成分を減らせば、被加工面の面粗さを低減することができる。従って、極間並列コンデンサを配置せず、浮遊容量だけで微小な容量成分を構成することができる。被加工面の面粗さを更に低減しようとする場合、放電加工機の構造を改良して浮遊容量自体を小さくするか又は浮遊容量の影響を打ち消す電気回路的な対策が必要となる。

関連する技術として、下記の特許文献１には、仕上げ加工における面粗さを改善するために、工具電極６の直近にインダクタンスＬ_Ｔを配置し、放電時の急峻な電流を抑制する放電加工装置が記載されている（第２図参照）。

特開昭５９−４２２２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の放電加工装置では、放電電流の全てがインダクタンスＬ_Ｔを通るので、本来大きな電流が必要な荒加工においても電流が抑制され、荒加工に悪影響を及ぼす可能性があるという問題があった。また、寄生容量Ｃ_２はそのまま存在するので、工具電極６と加工片４との間の電圧を増加させるには、寄生容量Ｃ_２を充電する必要があり、工具電極６と加工片４との間の電圧の増加速度が遅くなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、浮遊容量の影響を抑制することができる放電加工電源装置を得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、本発明は、被加工物との間に電流を流す電極と、被加工物と電極とで構成される極間に接続された第１の経路に電圧を印加する第１の電源部と、極間に接続された第２の経路に配置されたトランスと、第１の電源部から第２の経路の浮遊容量に流入する電流を抑制する方向の電圧を、トランスを介して第２の経路に印加する第２の電源部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる放電加工電源装置は、浮遊容量の影響を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の各部の波形を示す図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の制御部の処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の極間電圧の波形を示す図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の極間電流の波形を示す図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態２にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図 実施の形態２にかかる放電加工電源装置の各部の波形を示す図 実施の形態２にかかる放電加工電源装置の制御部の処理を示すフローチャート 実施の形態２にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図 実施の形態３にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図 実施の形態３にかかる放電加工電源装置の実装を示す図 実施の形態４にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図 実施の形態５にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図 実施の形態６にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる放電加工電源装置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この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にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図である。放電加工電源装置１は、被加工物３との間に電流を流す電極２と、被加工物３と電極２とで構成される極間４に接続された第１の経路Ａ１に電圧を印加する第１の電源部５と、極間４に接続された第２の経路Ａ２に配置されたトランス６と、第１の電源部５から第２の経路Ａ２の浮遊容量７に流入する電流を抑制する方向の電圧を、トランス６を介して第２の経路Ａ２に印加する第２の電源部８と、第２の電源部８を制御する制御部９と、を備える。

第１の電源部５は、ケーブルＣ１を介して電極２に接続され、ケーブルＣ２を介して被加工物３に接続されている。第１の経路Ａ１は、ケーブルＣ１及びＣ２を含んで構成される。

第１の電源部５は、荒加工の際には、極間４に放電を誘起し、仕上げ加工の際には、極間４に放電を誘起するとともに放電電流で被加工物３を加工するための電源である。放電加工機の分野において、第１の電源部５は、サブ電源と呼ばれることがある。第１の電源部５は、放電加工機で一般的に使用されている、ＲＣ放電回路、トランジスタ放電回路又は高周波電源回路が例示される。しかしながら、第１の電源部５は、これらに限定されず、種々の回路が採用可能である。実施の形態１では、第１の電源部５は、ＲＣ放電回路である。

トランス６の２次巻線６ｂは、電極２に接続されたケーブルＣ３に挿入されている。ケーブルＣ３の一端は、電極２に接続されており、ケーブルＣ３の他端は、スイッチＳＷ１を介して、接続物１０の一端に接続されている。接続物１０の他端は、スイッチＳＷ２及びケーブルＣ４を介して、被加工物３に接続されている。トランス６の１次巻線６ａは、第２の電源部８に接続されている。第２の経路Ａ２は、ケーブルＣ３及びＣ４を含んで構成される。

第２の電源部８は、浮遊容量７による加工への影響を抑制するために、第１の電源部５の構成又は制御方式に合わせた電源が採用される。

トランス６は、第２の電源部８と第２の経路Ａ２とを絶縁しながら、第２の電源部８から第２の経路Ａ２へ電圧を印加することができる。

第２の経路Ａ２に接続される接続物１０は、極間４の状態を検出するための各種基板、極間４に荒加工電流を流すための荒加工用の電源又は放電加工機の筐体が例示される。接続物１０は１つに限定されず、複数であっても良い。実施の形態１では、接続物１０は、極間４に荒加工電流を流すための第３の電源部１０である。実施の形態１では、第３の電源部１０は、トランジスタ放電回路である。

荒加工を行わない際には、第３の電源部１０は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオフにされてケーブルＣ３及びＣ４から切り離されるが、この場合でも、ケーブルＣ３とケーブルＣ４との間に浮遊容量７が存在する。第２の経路Ａ２は、ケーブルＣ３、浮遊容量７及びケーブルＣ４で構成される。

第３の電源部１０は、荒加工の際に、放電が誘起された極間４に荒加工電流を流して被加工物３を加工するための電源である。放電加工機の分野において、第３の電源部１０は、メイン電源と呼ばれることがある。

第３の電源部１０は、正極側がスイッチＳＷ２及びケーブルＣ４を介して被加工物３に接続された直流電源１０ａと、ソース−ドレイン経路が直流電源１０ａの負極側とスイッチＳＷ１との間に接続されたトランジスタ１０ｂと、トランジスタ１０ｂのゲートにゲート信号を供給するゲート信号供給部１０ｃと、を含む。

ゲート信号供給部１０ｃがハイレベルのゲート信号をトランジスタ１０ｂのゲートに供給したら、トランジスタ１０ｂがオン状態になり、荒加工電流が極間４に流れる。

制御部９は、ゲート信号供給部１０ｃがトランジスタ１０ｂのゲートに供給するゲート信号と、電圧センサ１１によって検出された極間４の電圧と、に基づいて、第１の制御信号９ａ及び第２の制御信号９ｂを第２の電源部８に供給する。

実施の形態１では、第１の電源部５及び第３の電源部１０は、極間４に電圧又は電流を同時には供給しない。従って、放電加工電源装置１は、本発明が適用可能である。

放電加工電源装置１の動作について説明する。実施の形態１では、放電加工電源装置１は、荒加工を行う。

荒加工を行う際、まず、第１の電源部５が、極間４に電圧を印加して、極間４に放電を誘起する。極間４で放電が発生したら、第３の電源部１０が、荒加工電流を極間４に流す。

第１の電源部５が極間４に電圧を印加する際、電極２を正極側にして被加工物３を負極側にする第１の放電電圧印加パターンと、被加工物３を正極側にして電極２を負極側にする第２の放電電圧印加パターンと、がある。第１の放電電圧印加パターンと第２の放電電圧印加パターンとのどちらを採用するかは、条件により決定される。条件は、放電加工機の種類又は構成が例示される。

一方、第３の電源部１０は、荒加工での被加工物３の加工除去量を大きくするために、一般的に、被加工物３から電極２へ向かう向きに荒加工電流を流す。

実施の形態１では、先に、第１の放電電圧印加パターンを採用する場合の放電加工電源装置１の動作について説明し、後で、第２の放電電圧印加パターンを採用する場合の放電加工電源装置１の動作について説明する。

図２は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。図２に示すように、まず、タイミングｔ_０において、第１の電源部５が、電極２を正極側にして被加工物３を負極側にする第１の放電電圧印加パターンで、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_１を印加する。

図３は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の各部の波形を示す図である。タイミングｔ_０において、第１の電源部５が、電極２を正極側にして被加工物３を負極側にする第１の放電電圧印加パターンで、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_１を印加すると、図３の波形３１で示すように、極間４の極間電圧Ｖが立ち上がる。

図４は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の制御部の処理を示すフローチャートである。

制御部９は、ステップＳ１００において、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。制御部９は、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１００で待機し、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０２に進める。

制御部９は、ステップＳ１０２において、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流を抑制する方向の電圧を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。具体的には、制御部９は、図３の波形３５で示すように、第１の制御信号９ａをオン、つまりハイレベルにする。

図５は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。第１の電源部５が、第１の放電電圧印加パターンで第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_１を印加すると、第１の経路Ａ１に電流Ｉ_１が流れる。また、極間４に電流Ｉ_２が流入し、電流Ｉ_２による電荷が極間４の容量に蓄電され、極間４の極間電圧Ｖが上昇する。また、第２の経路Ａ２に電流Ｉ_３が流入する。ここで、Ｉ_１＝Ｉ_２＋Ｉ_３である。

そこで、制御部９は、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流Ｉ_３を抑制する方向の電圧Ｖ_２を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。電圧Ｖ_２により、電流Ｉ_４が第２の経路Ａ２に流れる。ここで、電流Ｉ_４の方向は、電流Ｉ_３の方向と逆の方向である。

これにより、第２の経路Ａ２を流れる電流Ｉ_０はＩ_０＝Ｉ_３−Ｉ_４となる。従って、放電加工電源装置１は、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することができる。

電流Ｉ_４の大きさと電流Ｉ_３の大きさとの差は小さいことが好適であり、電流Ｉ_４の大きさは電流Ｉ_３の大きさと同じであることが更に好適である。このようにすれば、第２の経路Ａ２を流れる電流Ｉ_０は、Ｉ_０＝Ｉ_３−Ｉ_４＝０となり、放電加工電源装置１は、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を更に好適に抑制することができる。これにより、放電加工電源装置１は、極間４に流入する電流Ｉ_２をＩ_２＝Ｉ_１とすることができ、電流Ｉ_２を大きくすることができる。

このように、放電加工電源装置１は、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することにより、あたかも浮遊容量７が削減されたようにすることができる。極間４の容量をＣ_Ａとし、浮遊容量７の容量をＣ_Ｂとすると、極間４及び浮遊容量７に蓄電される電荷Ｑは、コンデンサの基本式により、Ｑ＝（Ｃ_Ａ＋Ｃ_Ｂ）×Ｖとなる。

放電加工電源装置１は、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することにより、あたかも浮遊容量７が削減されたようにすることで、極間４に蓄電される電荷Ｑ’をＱ’＝Ｃ_Ａ×Ｖとすることができる。つまり、放電加工電源装置１は、浮遊容量７の容量Ｃ_Ｂの分だけ容量を減少させて、極間電圧Ｖを増加させるための電荷量Ｑ’を小さくすることができる。

図６は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の極間電圧の波形を示す図である。実施の形態１では、第１の電源部５は、ＲＣ放電回路である。ＲＣ放電回路において、ＲＣ放電回路が有する抵抗値をＲとすると、極間電圧Ｖの立ち上がり時間は時定数τ＝Ｒ×（Ｃ_Ａ＋Ｃ_Ｂ）で決定される。

放電加工電源装置１は、電流Ｉ_０を抑制することにより、あたかも浮遊容量７が削減されたようにすることで、極間電圧Ｖの立ち上がり時間の時定数τ’をτ’＝Ｒ×Ｃ_Ａとすることができる。つまり、放電加工電源装置１は、浮遊容量７の容量Ｃ_７の分だけ容量を減少させて、極間電圧Ｖの立ち上がり時間の時定数τ’を小さくすることができる。

従って、放電加工電源装置１は、図６の波形３１で示すように、極間電圧Ｖの立ち上がりを、第２の電源部８及びトランス６が備えられていない場合の極間電圧の波形４１よりも時間４２だけ早くすることができる。

放電加工電源装置１は、極間電圧Ｖの立ち上がりを早くすることで、次の効果を得ることができる。第１に、放電加工電源装置１は、荒加工に要する時間を短くすることができる。第２に、放電加工電源装置１は、極間電圧Ｖが電圧Ｖ_１になっている時間を長くすることで、極間４での放電を発生し易くし、極間４での放電が発生する確率を高めることができる。

放電加工電源装置１の動作の説明に戻る。タイミングｔ_１において、第１の電源部５によって極間４に放電が発生すると、図３の波形３２で示すように、極間４に極間電流Ｉが流れ、図３の波形３１で示すように、極間電圧Ｖは低下する。

このとき、極間４には電荷が蓄電されているが、浮遊容量７には電荷が蓄電されていないので、極間電流Ｉが流れる時間は、短くなる。

極間４に放電が発生し、極間４に極間電流Ｉが流れると、タイミングｔ_２において、第３の電源部１０のゲート信号供給部１０ｃは、図３の波形３３で示すように、トランジスタ１０ｂのゲートに供給するゲート信号をオン、つまりハイレベルにする。

図７は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。タイミングｔ_２において、ゲート信号がオンになると、トランジスタ１０ｂはオン状態になる。これにより、第３の電源部１０は、被加工物３を正極側にして電極２を負極側にする電圧Ｖ_３を第２の経路Ａ２に印加して、被加工物３から電極２へ向かう方向に、荒加工電流Ｉ_５を流す。第３の電源部１０が荒加工電流Ｉ_５を極間４に流すことにより、図３の波形３２で示すように、極間４に流れる極間電流Ｉが立ち上がり、極間電流Ｉが増加し始める。

再び図４を参照すると、制御部９は、ステップＳ１０４において、極間４で放電が発生したことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。つまり、制御部９は、極間電圧Ｖが低下したことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。制御部９は、極間４で放電が発生したことが電圧センサ１１により検出されていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１０４で待機し、極間４で放電が発生したことが電圧センサ１１により検出されたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０６に進める。

制御部９は、ステップＳ１０６において、ゲート信号がオンにされたか否かを判定する。制御部９は、ゲート信号がオンにされていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１０６で待機し、ゲート信号がオンにされたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０８に進める。

制御部９は、ステップＳ１０８において、荒加工電流Ｉ_５を増加する方向の電圧を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。具体的には、制御部９は、図３の波形３４で示すように、第２の制御信号９ｂをオン、つまりハイレベルにする。

図８は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。第３の電源部１０が、第２の経路Ａ２に電圧Ｖ_３を印加すると、極間４に荒加工電流Ｉ_５が流れる。

制御部９は、極間４に流れる荒加工電流Ｉ_５を増加する方向の電圧Ｖ_４を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。電圧Ｖ_４により、電流Ｉ_６が第２の経路Ａ２に流れる。ここで、電流Ｉ_６の方向は、荒加工電流Ｉ_５の方向と同じ方向である。

従って、放電加工電源装置１は、極間４に流れる極間電流ＩをＩ＝Ｉ_５＋Ｉ_６に増加することができ、極間電流Ｉの立ち上がりを早くすることができる。極間電流Ｉが極間４に流れることにより、被加工物３の荒加工が行われる。

次に、タイミングｔ_３において、第３の電源部１０のゲート信号供給部１０ｃは、図３の波形３３で示すように、トランジスタ１０ｂのゲートに供給するゲート信号をオフ、つまりローレベルにする。

タイミングｔ_３において、ゲート信号がオフになると、トランジスタ１０ｂはオフ状態になり、第３の電源部１０は、電圧Ｖ_３の印加を終了する。これにより、図３の波形３２で示すように、極間４に流れる極間電流Ｉが減少し始める。

再び図４を参照すると、制御部９は、ステップＳ１１０において、ゲート信号がオフにされたか否かを判定する。制御部９は、ゲート信号がオフにされていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１１０で待機し、ゲート信号がオフにされたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１１２に進める。

制御部９は、ステップＳ１１２において、荒加工電流Ｉ_５を抑制する方向の電圧を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。具体的には、制御部９は、図３の波形３５で示すように、第１の制御信号９ａをオン、つまりハイレベルにする。

制御部９は、ステップＳ１１４において、予め定められた時間が経過したか否かを判定する。制御部９は、予め定められた時間が経過していないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１１４で待機する。制御部９は、予め定められた時間が経過したと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１１６に進める。

予め定められた時間は、タイミングｔ_３からタイミングｔ_４までの時間、つまり極間電流Ｉが減少に転じてから極間電流Ｉが０になるまでの時間である。

制御部９は、ステップＳ１１６において、第２の経路Ａ２への電圧の出力を終了するように第２の電源部８を制御し、処理を終了する。

図９は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。制御部９は、極間４に流れる荒加工電流Ｉ_５を抑制する方向の電圧Ｖ_５を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。電圧Ｖ_５により、電流Ｉ_７が第２の経路Ａ２に流れる。ここで、電流Ｉ_７の方向は、荒加工電流Ｉ_５の方向と逆の方向である。従って、放電加工電源装置１は、極間４に流れる極間電流ＩをＩ＝Ｉ_５−Ｉ_７に抑制することができる。

図１０は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の極間電流の波形を示す図である。放電加工電源装置１は、タイミングｔ_０からタイミングｔ_２までの間は、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流Ｉ_３を抑制する方向の電圧Ｖ_２を第２の経路Ａ２に印加する。これにより、浮遊容量７には電荷が蓄電されない。

従って、放電加工電源装置１は、極間電圧Ｖの立ち上がりを早くすることができる。これにより、放電加工電源装置１は、第２の電源部８及びトランス６が備えられていない場合の波形４３と比較して、タイミングｔ_１からタイミングｔ_２までの間の極間電流Ｉのピークを低く抑えることができるとともに、タイミングｔ_１からタイミングｔ_２までの極間電流Ｉが流れる時間を短くすることができる。

放電加工電源装置１は、極間電圧Ｖの立ち上がりを早くすることで、次の効果を得ることができる。放電加工電源装置１は、極間電圧Ｖが電圧Ｖ_１に達している時間を長くすることで、極間４での放電を発生し易くし、極間４での放電が発生する確率を高めることができる。これにより、放電加工電源装置１は、単位時間当たりの加工除去量を増加することができるので、荒加工速度を向上することができる。

また、放電加工電源装置１は、タイミングｔ_２からタイミングｔ_３までの間、つまり荒加工電流Ｉ_５が増加する期間では、第３の電源部１０が極間４に流す荒加工電流Ｉ_５を増加する方向の電圧Ｖ_４を第２の経路Ａ２に印加する。

従って、放電加工電源装置１は、第２の電源部８及びトランス６が備えられていない場合の波形４３と比較して、タイミングｔ_２からタイミングｔ_３までの間の極間電流Ｉのピークを高くすることができるとともに、タイミングｔ_２からタイミングｔ_３までの時間を短くすることができる。

また、放電加工電源装置１は、タイミングｔ_３からタイミングｔ_４までの間、つまり荒加工電流Ｉ_５が減少する期間では、は、荒加工電流Ｉ_５を抑制する方向の電圧Ｖ_５を第２の経路Ａ２に印加する。従って、放電加工電源装置１は、第２の電源部８及びトランス６が備えられていない場合の極間電流の波形４３と比較して、タイミングｔ_３からタイミングｔ_４までの極間電流Ｉが減少する時間を短くすることができる。

これにより、放電加工電源装置１は、荒加工で要請される、短い時間幅及び高いピーク値を有する極間電流Ｉを極間４に流すことができる。これにより、放電加工電源装置１は、好適な荒加工を実現することができる。

更に、放電加工電源装置１は、第２の電源部８及びトランス６から第２の経路Ａ２に電流を供給することで、第１の電源部５による放電から第３の電源部１０による荒加工電流Ｉ_５の供給までの間に極間４に電流を供給することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。

次に、第２の放電電圧印加パターンを採用する場合の放電加工電源装置１の動作について説明する。

図１１は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。図１１に示すように、まず、タイミングｔ_０において、第１の電源部５が、被加工物３を正極側にして電極２を負極側にする第２の放電電圧印加パターンで、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_１１を印加する。

制御部９は、ステップＳ１００において、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。制御部９は、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１００で待機し、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０２に進める。

制御部９は、ステップＳ１０２において、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流を抑制する方向の電圧を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。

図１２は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。第１の電源部５が、第２の放電電圧印加パターンで第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_１１を印加すると、第１の経路Ａ１に電流Ｉ_１１が流れる。また、極間４に電流Ｉ_１２が流入し、電流Ｉ_１２による電荷が極間４の容量に蓄電され、極間４の電圧が上昇する。また、第２の経路Ａ２に電流Ｉ_１３が流入する。ここで、Ｉ_１１＝Ｉ_１２＋Ｉ_１３である。

そこで、制御部９は、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流Ｉ_１３を抑制する方向の電圧Ｖ_１２を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。電圧Ｖ_１２により、電流Ｉ_１４が第２の経路Ａ２に流れる。ここで、電流Ｉ_１４の方向は、電流Ｉ_１３の方向と逆の方向である。

これにより、第２の経路Ａ２を流れる電流Ｉ_０はＩ_０＝Ｉ_１３−Ｉ_１４となる。従って、放電加工電源装置１は、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することができる。

電流Ｉ_１４の大きさは電流Ｉ_１３の大きさに近いことが好適であり、電流Ｉ_１４の大きさは電流Ｉ_１３の大きさと同じであることが更に好適である。このようにすれば、第２の経路Ａ２を流れる電流Ｉ_０は、Ｉ_０＝Ｉ_１３−Ｉ_１４＝０となり、放電加工電源装置１は、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を更に好適に抑制することができる。これにより、放電加工電源装置１は、極間４に流れる電流Ｉ_１２をＩ_１２＝Ｉ_１１とすることができ、電流Ｉ_１２を大きくすることができる。

以降の放電加工電源装置１の動作は、先に説明した第１の放電電圧印加パターン採用時と同じである。

放電加工電源装置１は、第２の放電電圧印加パターンを採用した場合であっても、第１の放電電圧印加パターン採用時と同様の効果を奏する。

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図である。なお、実施の形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省く。

放電加工電源装置１Ａは、被加工物３との間で電流を流す電極２と、被加工物３と電極２とで構成される極間４に接続された第１の経路Ａ１に電圧を印加する第１の電源部５と、極間４に接続された第２の経路Ａ２上に配置されたトランス６と、第１の電源部５から第２の経路Ａ２の浮遊容量７に流入する電流を抑制する方向の電圧を、トランス６を介して第２の経路Ａ２に印加する第２の電源部８と、第２の電源部８を制御する制御部９と、を備える。

実施の形態２では、放電加工電源装置１Ａは、仕上げ加工を行う。従って、第２の経路Ａ２に接続される接続物１２は、第３の電源部１０であっても良いし、他の物であっても良い。他の物は、極間４の状態を検出するための各種基板又は放電加工機の筐体が例示される。

第１の電源部５が極間４に電圧を印加する際、電極２を正極側にして被加工物３を負極側にする第１の放電電圧印加パターンと、被加工物３を正極側にして電極２を負極側にする第２の放電電圧印加パターンと、がある。第１の放電電圧印加パターンと第２の放電電圧印加パターンとのどちらを採用するかは、条件により決定される。条件は、放電加工機の種類又は構成が例示される。

第１の放電電圧印加パターンを採用する場合の放電加工電源装置１Ａの動作について説明する。図１３に示すように、まず、タイミングｔ_１０において、第１の電源部５が、電極２を正極側にして被加工物３を負極側にする第１の放電電圧印加パターンで、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_２１を印加する。

図１４は、実施の形態２にかかる放電加工電源装置の各部の波形を示す図である。タイミングｔ_１０において、第１の電源部５が、電極２を正極側にして被加工物３を負極側にする第１の放電電圧印加パターンで、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_２１を印加すると、図１４の波形５１で示すように、極間４の極間電圧Ｖが立ち上がる。

図１５は、実施の形態２にかかる放電加工電源装置の制御部の処理を示すフローチャートである。

制御部９は、ステップＳ１００において、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。制御部９は、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１００で待機し、極間４に電圧が印加されたことが電圧センサ１１により検出されたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０２に進める。

制御部９は、ステップＳ１０２において、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流を抑制する方向の電圧を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。具体的には、制御部９は、第１の制御信号９ａをオン、つまりハイレベルにする。

図１６は、実施の形態２にかかる放電加工電源装置の動作を説明する図である。第１の電源部５が、第１の放電電圧印加パターンで第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_２１を印加すると、第１の経路Ａ１に電流Ｉ_２１が流れる。また、極間４に電流Ｉ_２２が流入し、電流Ｉ_２２による電荷が極間４の容量に蓄電され、極間４の極間電圧Ｖが上昇する。また、第２の経路Ａ２に電流Ｉ_２３が流入する。ここで、Ｉ_２１＝Ｉ_２２＋Ｉ_２３である。

そこで、制御部９は、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流Ｉ_２３を抑制する方向の電圧Ｖ_２２を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御する。電圧Ｖ_２２により、電流Ｉ_２４が第２の経路Ａ２に流れる。ここで、電流Ｉ_２４の方向は、電流Ｉ_２３の方向と逆の方向である。

これにより、第２の経路Ａ２を流れる電流Ｉ_０はＩ_０＝Ｉ_２３−Ｉ_２４となる。従って、放電加工電源装置１Ａは、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することができる。

電流Ｉ_２４の大きさと電流Ｉ_２３の大きさとの差は小さいことが好適であり、電流Ｉ_２４の大きさは電流Ｉ_２３の大きさと同じであることが更に好適である。このようにすれば、第２の経路Ａ２を流れる電流Ｉ_０は、Ｉ_０＝Ｉ_２３−Ｉ_２４＝０となり、放電加工電源装置１Ａは、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を更に好適に抑制することができる。これにより、放電加工電源装置１Ａは、極間４に流入する電流Ｉ_２２をＩ_２２＝Ｉ_２１とすることができ、電流Ｉ_２２を大きくすることができる。

このように、放電加工電源装置１Ａは、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することにより、あたかも浮遊容量７が削減されたようにすることができる。極間４の容量をＣ_Ａとし、浮遊容量７の容量をＣ_Ｂとすると、極間４及び浮遊容量７に蓄電される電荷Ｑは、コンデンサの基本式により、Ｑ＝（Ｃ_Ａ＋Ｃ_Ｂ）×Ｖとなる。

放電加工電源装置１Ａは、浮遊容量７に流入する電流Ｉ_０を抑制することにより、あたかも浮遊容量７が削減されたようにすることで、極間４に蓄電される電荷Ｑ’をＱ’＝Ｃ_Ａ×Ｖとすることができる。つまり、放電加工電源装置１Ａは、浮遊容量７の容量Ｃ_Ｂの分だけ容量を減少させて、極間電圧Ｖを増加させるための電荷量Ｑ’を小さくすることができる。

実施の形態２では、第１の電源部５は、ＲＣ放電回路である。ＲＣ放電回路において、ＲＣ放電回路が有する抵抗値をＲとすると、極間電圧Ｖの立ち上がり時間は時定数τ＝Ｒ×（Ｃ_Ａ＋Ｃ_Ｂ）で決定される。

放電加工電源装置１Ａは、電流Ｉ_０を抑制することにより、あたかも浮遊容量７が削減されたようにすることで、極間電圧Ｖの立ち上がり時間の時定数τ’をτ’＝Ｒ×Ｃ_Ａとすることができる。つまり、放電加工電源装置１Ａは、浮遊容量７の容量Ｃ_７の分だけ容量を減少させて、極間電圧Ｖの立ち上がり時間の時定数τ’を小さくすることができる。

従って、放電加工電源装置１Ａは、極間電圧Ｖの立ち上がりを、第２の電源部８及びトランス６が備えられていない場合の極間電圧よりも早くすることができる。

放電加工電源装置１Ａは、極間電圧Ｖの立ち上がりを早くすることで、次の効果を得ることができる。第１に、放電加工電源装置１Ａは、仕上げ加工に要する時間を短くすることができる。第２に、放電加工電源装置１Ａは、極間電圧Ｖが電圧Ｖ_２１になっている時間を長くすることで、極間４での放電を発生し易くし、極間４での放電が不発になることを抑制することができる。

放電加工電源装置１Ａの動作の説明に戻る。タイミングｔ_１１において、第１の電源部５によって極間４に放電が発生すると、図１４の波形５２で示すように、極間４に極間電流Ｉつまり仕上げ加工電流が流れ、図１４の波形５１で示すように、極間電圧Ｖは低下する。

このとき、極間４には電荷が蓄電されているが、浮遊容量７には電荷が蓄電されていないので、極間電流Ｉが流れる時間は、短くなる。

再び図１５を参照すると、制御部９は、ステップＳ１０４において、極間４で放電が発生したことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。つまり、制御部９は、極間電圧Ｖが低下したことが電圧センサ１１により検出されたか否かを判定する。制御部９は、極間４で放電が発生したことが電圧センサ１１により検出されていないと判定したら（Ｎｏ）、ステップＳ１０４で待機し、極間４で放電が発生したことが電圧センサ１１により検出されたと判定したら（Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０５に進める。

制御部９は、ステップＳ１０５において、電圧の印加を終了するように、第２の電源部８を制御する。具体的には、制御部９は、第１の制御信号９ａをオフ、つまりローレベルにする。そして、制御部９は、処理を終了する。

これにより、第２の電源部８は、極間４で放電が発生した際に、電流Ｉ_２４を極間電流Ｉつまり仕上げ加工電流に重畳させないことができる。

放電加工電源装置１Ａは、タイミングｔ_１０からタイミングｔ_１１までの間は、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流Ｉ_２３を抑制する方向の電圧Ｖ_２２を第２の経路Ａ２に印加する。これにより、浮遊容量７には電荷が蓄電されない。

従って、放電加工電源装置１Ａは、極間電圧Ｖの立ち上がりを早くすることができる。これにより、放電加工電源装置１Ａは、第２の電源部８及びトランス６が備えられていない場合と比較して、タイミングｔ_１１からタイミングｔ_１２までの間の極間電流Ｉのピークを低く抑えることができるとともに、タイミングｔ_１１からタイミングｔ_１２までの極間電流Ｉが流れる時間を短くすることができる。

放電加工電源装置１Ａは、極間電流Ｉのピークを低く抑えるとともに極間電流Ｉが流れる時間を短くすることで、放電１回当たりのエネルギー量を減少することができる。これにより、放電加工電源装置１Ａは、仕上げ加工後の被加工面の面粗さを細かくすることができる。

放電加工電源装置１Ａは、極間電圧Ｖの立ち上がりを早くすることで、次の効果を得ることができる。放電加工電源装置１Ａは、極間電圧Ｖが電圧Ｖ_２１に達している時間を長くすることで、極間４での放電を発生し易くし、極間４での放電が発生する確率を高めることができる。これにより、放電加工電源装置１Ａは、単位時間当たりの加工除去量を増加することができるので、仕上げ加工速度を向上することができる。

放電加工電源装置１Ａが第２の放電電圧印加パターンを採用する場合も、制御部９は、第１の電源部５から浮遊容量７に流入する電流を抑制する方向の電圧を第２の経路Ａ２に印加するように、第２の電源部８を制御すれば良い。

実施の形態３．
図１７は、実施の形態３にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図である。なお、実施の形態１及び実施の形態２と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省く。

実施の形態３にかかる放電加工電源装置１Ｂは、実施の形態１にかかる放電加工電源装置１のトランス６に代えて、トロイダルトランス２１を備える。

トロイダルトランス２１は、トロイダルコア２１ａを備える。トロイダルコア２１ａには、巻線２１ｂが巻き回されている。巻線２１ｂは、第２の電源部８に接続されている。ケーブルＣ３は、トロイダルコア２１ａの開口部２１ｃに通されている。

放電加工電源装置１Ｂの動作は、実施の形態１にかかる放電加工電源装置１と同様であるので、説明を省く。

放電加工電源装置１Ｂは、トランス６に代えて、トロイダルトランス２１を備える。トロイダルトランス２１は、取り付けの自由度が高い。従って、放電加工電源装置１Ｂは、実装が容易になるという効果を奏する。

図１８は、実施の形態３にかかる放電加工電源装置の実装を示す図である。電極２は、加工槽２２内に配置された下部ブロック２３ａと上部ブロック２３ｂとの間に張られている。また、被加工物３も、加工槽２２内に配置されている。加工槽２２内には、絶縁性の高い液体が貯められる。絶縁性の高い液体は、脱イオン水又は油が例示される。トロイダルコア２１は、加工槽２２内の下部ブロック２３ａに近い場所に配置されている。

極間４から離れている場所の浮遊容量７は、メカニカルなスイッチで回路から切り離すことができる。しかし、極間４に近い場所の浮遊容量７は、メカニカルなスイッチで回路から切り離すことが困難である。また、トランス６を極間に近い場所に配置することは困難である。

放電加工電源装置１Ｂによれば、トロイダルトランス２１を加工槽２２内部の極間４に近い場所に配置することが可能となる。これにより、放電加工電源装置１Ｂは、液体中の誘電率の高い場所の浮遊容量７の影響を抑制することができる。

実施の形態４．
図１９は、実施の形態４にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図である。なお、実施の形態１から実施の形態３までと同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省く。

実施の形態４にかかる放電加工電源装置１Ｃは、実施の形態２にかかる放電加工電源装置１Ａと同様に、仕上げ加工を行う。

放電加工電源装置１Ｃは、実施の形態２にかかる放電加工電源装置１Ａの第１の電源部５、第２の電源部８及び制御部９に代えて、第４の電源部３１及び第２のトランス３２を備える。

第４の電源部３１は、第２のトランス３２の１次巻線３２ａに接続されている。第２のトランス３２の２次巻線３２ｂは、ケーブルＣ１及びＣ２に接続されている。第２のトランス３２の３次巻線３２ｃは、トランス６の１次巻線６ａに接続されている。

第４の電源部３１が第２のトランス３２の１次巻線３２ａに電圧を出力すると、２次巻線３２ｂに電圧が誘起されて、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_２１が印加されるとともに、３次巻線３２ｃに電圧が誘起されて、第２の経路Ａ２に電圧Ｖ_２２が印加される。

つまり、第４の電源部３１、第２のトランス３２の１次巻線３２ａ及び２次巻線３２ｂが、実施の形態２にかかる放電加工電源装置１Ａの第１の電源部５に対応する。また、第４の電源部３１、第２のトランス３２の１次巻線３２ａ及び３次巻線３２ｃが、実施の形態２にかかる放電加工電源装置１Ａの第２の電源部８に対応する。

従って、放電加工電源装置１Ｃは、実施の形態２にかかる放電加工電源装置１Ａと同様の効果を奏する。

放電加工電源装置１Ｃは、部品点数を削減することができ、コストを低減することができ、占有スペースを低減することができる。

実施の形態５．
図２０は、実施の形態５にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図である。なお、実施の形態１から実施の形態４までと同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省く。

実施の形態５にかかる放電加工電源装置１Ｄは、実施の形態１にかかる放電加工電源装置１と同様に、荒加工を行う。

放電加工電源装置１Ｄは、実施の形態４にかかる放電加工電源装置１Ｃの構成に加えて、第２のトランス３２の３次巻線３２ｃとトランス６の１次巻線６ａとの間に、第２の制御部４１を更に備えている。

第２の制御部４１の処理は、図４のフローチャートで示した実施の形態１にかかる放電加工電源装置１の制御部９の処理と同様であるので、説明を省く。

放電加工電源装置１Ｄは、実施の形態１にかかる放電加工電源装置１と同様の効果を奏する。

放電加工電源装置１Ｄは、部品点数を削減することができ、コストを低減することができ、占有スペースを低減することができる。

実施の形態６．
図２１は、実施の形態６にかかる放電加工電源装置の回路構成を示す図である。なお、実施の形態１から実施の形態５までと同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省く。

実施の形態６にかかる放電加工電源装置１Ｅは、実施の形態４にかかる放電加工電源装置１Ｃのトランス６に代えてトロイダルトランス２１を備え、第２のトランス３２に代えて第２のトロイダルトランス３３を備える。トロイダルトランス２１は、トロイダルコア２１ａを備え、第２のトロイダルトランス３３は、第２のトロイダルコア３３ａを備える。

第４の電源部３１は、第２のトロイダルトランス３３の１次巻線３３ｂに接続されている。第２のトロイダルトランス３３の２次巻線３３ｃは、ケーブルＣ１及びＣ２に接続されている。第２のトロイダルトランス３３の３次巻線３３ｄは、トロイダルトランス２１の１次巻線２１ｂに接続されている。

第４の電源部３１が第２のトロイダルトランス３３の１次巻線３３ｂに電圧を出力すると、２次巻線３３ｃに電圧が誘起されて、第１の経路Ａ１に電圧Ｖ_２１が印加されるとともに、３次巻線３３ｄに電圧が誘起されて、第２の経路Ａ２に電圧Ｖ_２２が印加される。

従って、放電加工電源装置１Ｅは、実施の形態４にかかる放電加工電源装置１Ｃと同様の効果を奏する。

放電加工電源装置１Ｅは、部品点数を削減することができ、コストを低減することができ、占有スペースを低減することができる。

放電加工電源装置１Ｅは、トランス６に代えてトロイダルトランス２１を備え、第２のトランス３２に代えて第２のトロイダルトランス３３を備える。トロイダルトランス２１及び第２のトロイダルトランス３３は、取り付けの自由度が高い。従って、放電加工電源装置１Ｅは、実装が容易になるという効果を奏する。

放電加工電源装置１Ｅによれば、トロイダルトランス２１及び第２のトロイダルトランス３３を加工槽２２内部の極間４に近い場所に配置することが可能となる。これにより、放電加工電源装置１Ｅは、液体中の誘電率の高い場所の浮遊容量７の影響を抑制することができる。

なお、放電加工電源装置１Ｅは、第２のトロイダルトランス３３の３次巻線３３ｄとトロイダルトランス２１の巻線２１ｂとの間に、実施の形態５で説明した第２の制御部４１を更に備えても良い。このようにすれば、放電加工電源装置１Ｅは、実施の形態５と同様に、荒加工を行うことができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 放電加工電源装置、２ 電極、３ 被加工物、４ 極間、５ 第１の電源部、６ トランス、７ 浮遊容量、８ 第２の電源部、９ 制御部、１０ 第３の電源部、２１ トロイダルトランス、３１ 第４の電源部、３２ 第２のトランス、３３ 第２のトロイダルトランス、４１ 第２の制御部。

Claims (6)

1. 被加工物との間に電流を流す電極と、
   前記被加工物と前記電極とで構成される極間に接続された第１の経路に電圧を印加する第１の電源部と、
   前記極間に接続された第２の経路に配置されたトランスと、
   前記第１の電源部から前記第２の経路の浮遊容量に流入する電流を抑制する方向の電圧を、前記トランスを介して前記第２の経路に印加する第２の電源部と、
   前記第１の電源部から前記第２の経路の浮遊容量に流入する電流を抑制する方向の電圧を前記第２の経路に印加させるように前記第２の電源部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする放電加工電源装置。
2. 前記第１の電源部が印加する電圧によって前記極間で放電が発生したら、前記第２の経路を介して前記極間に荒加工電流を流す第３の電源部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記荒加工電流が増加する期間では、前記荒加工電流を増加する方向の電圧を前記第２の経路に印加させるように前記第２の電源部を制御し、前記荒加工電流が減少する期間では、前記荒加工電流を抑制する方向の電圧を前記第２の経路に印加させるように前記第２の電源部を制御することを特徴とする請求項１に記載の放電加工電源装置。
3. 前記トランスは、トロイダルトランスであることを特徴とする請求項１に記載の放電加工電源装置。
4. 前記トロイダルトランスは、前記極間が配置されている加工槽内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の放電加工電源装置。
5. 前記第１の電源部は、第４の電源部、第２のトランスの１次巻線及び２次巻線で構成され、
   前記第２の電源部は、前記第４の電源部、前記第２のトランスの１次巻線及び３次巻線で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電加工電源装置。
6. 前記トランス及び前記第２のトランスの各々は、トロイダルトランスであることを特徴とする請求項５に記載の放電加工電源装置。

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