JP7126356B2 - 放電加工機、および、放電加工機の電流検出回路 - Google Patents

放電加工機、および、放電加工機の電流検出回路 Download PDF

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Description

本発明は、放電加工機および、放電加工機の電流検出回路に関する。
形彫放電加工機は、任意形状の工具電極と導電性の加工対象物とをある一定距離、離した状態で、電圧を印加し放電を発生させる。その放電により、工具電極の形状が加工対象物に転写される。形彫放電加工機は、放電発生時に、加工電源から加工対象物に電流が流れる時間を検出し、電源の駆動を制御している。そのパルス電流を検出する回路としては、シャント抵抗による電流検出回路またはカレントトランスによる電流検出回路が考えられる。
特許文献1には、プリント基板の配線パターンをシャント抵抗として有する電流検出回路が開示されている。電流検出回路は、配線パターンに検出対象の電流が流れることにより生じる配線パターンの両端の電圧を測定する。それにより、配線パターンに流れる電流が検出される。
特許文献2には、過電流検出回路が開示されている。その過電流検出回路は、カレントトランスの1次巻線に流れる電流に応じて2次巻線に流れる電流を、2次巻線に接続された負荷抵抗により電圧に変換する。過電流検出回路は、その電圧を検出することにより、1次巻線に流れる電流を検出している。
特開2011-89903号公報 特開平9-113546号公報
特許文献1に記載されているような電流検出回路は、検出対象の電流に応じてシャント抵抗の両端に生じる電圧を測定する。検出対象の電流が直流であっても、もしくは、数百μs以上のパルス幅を有するパルス電流であっても、電流検出回路は電流を検出することができる。しかし、検出対象の電流が大きい場合、シャント抵抗で発生する損失つまり発熱が大きい。損失を小さくするため、シャント抵抗の抵抗値は数mΩに制限せざるを得ない。そのようなシャント抵抗によって変換される電圧は低く、ノイズによる誤検知または検出誤差が大きい。また、シャント抵抗の両端のうちいずれか一端がGND電位ではない場合、シャント抵抗の両端と、その両端の電圧を検出する検出装置との間を絶縁する手段が必要である。例えば、シャント抵抗と、その両端電圧をモニターするマイクロコンピュータとの間を絶縁するために、絶縁アンプなどが用いられる。このような理由から、電流検出回路の回路規模、サイズ等が大きくなり、コストが増加する。
カレントトランスを有する電流検出回路においては、検出対象の電流が流れる1次巻線と負荷抵抗が接続された2次巻線とが電気的に絶縁されている。さらに、1次巻線の巻数を1巻にして太い電線を使うことにより低抵抗化できるので、カレントトランスを有する電流検出回路は低損失という特徴を有する。しかし、検出対象の電流が直流電流である場合、もしくは、数百μs以上のパルス幅を有する電流である場合、カレントトランスは磁気飽和を引き起こしやすい。その場合、電流検出回路は正確に電流を検知できない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、カレントトランスの磁気飽和を抑制し、検出対象の電流のパルス幅によらずその電流を検出することができる放電加工機の提供を目的としている。
本発明に係る放電加工機は、加工対象物を放電加工する工具電極と、工具電極と加工対象物との間に放電を発生させるパルス電圧である加工電圧を出力する加工電源と、加工電源の駆動を制御する制御装置と、加工電源と工具電極との間を接続する配線、または、加工電源と加工対象物との間を接続する配線に接続され、放電によって配線に流れるパルス電流である加工電流を検出する電流検出回路と、を含む。電流検出回路は、1次側が配線に直列接続されるカレントトランスと、カレントトランスの2次側に並列接続される抵抗と、アノード端子が抵抗の一端に接続されるダイオードと、ダイオードのカソード端子に接続され、カソード端子に対し逆方向の直流電圧を印加する直流電源と、を含む。制御装置は、抵抗の両端に並列接続され、加工電流に応じて抵抗の両端に生じるパルス状の電圧である検出電圧を検出し、検出電圧に基づき、加工電源の駆動を制御する。
本発明によれば、カレントトランスの磁気飽和を抑制し、検出対象の電流のパルス幅によらずその電流を検出する放電加工機の提供が可能である。
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
実施の形態1における放電加工機の構成を示す図である。 実施の形態1における電流検出回路の構成を示す回路図である。 実施の形態2における電流検出回路の構成を示す回路図である。 実施の形態3における電流検出回路の構成を示す回路図である。 実施の形態3におけるクランプ電圧生成回路の詳細な構成を示す回路図である。 実施の形態3の変形例における電流検出回路の構成を示す回路図である。 実施の形態4における電流検出回路の構成を示す回路図である。 実施の形態5における電流検出回路の構成を示す回路図である。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1における放電加工機の構成を示す図である。実施の形態1において、放電加工機は形彫放電加工機である。放電加工機は、工具電極1、加工電源2、電流検出回路3および制御装置4を有する。さらに、実施の形態1においては、放電加工機は、加工ヘッド5、加工槽6および噴射ノズル7を有する。
工具電極1は、加工対象物8を放電加工する。工具電極1は、導電性を有し、加工対象物8に転写されるべき形状を有する。工具電極1は、加工が比較的容易な材料で構成されることが好ましい。工具電極1は、例えば、銅、グラファイト、銅タングステン等を含む。加工対象物8は、導電性を有する。加工対象物8は、難加工材であってもよい。加工対象物8は、例えば、鋼材、超硬合金、非鉄合金などを含む。
加工ヘッド5は、工具電極1を保持する。加工ヘッド5は移動可能であり、工具電極1は加工ヘッド5が移動することにより上下方向(図1において矢印の方向)に移動可能である。加工ヘッド5が上下方向に移動することにより、放電加工機は、工具電極1と加工対象物8との間の距離を変更することができる。
加工槽6は、加工ヘッド5の下方に設けられている。加工槽6は、加工油9を貯留可能である。加工対象物8は、加工槽6に貯留された加工油9に浸漬された状態で放電加工される。
噴射ノズル7は、加工槽6内に設けられている。噴射ノズル7は、工具電極1と加工対象物8間との間に、加工油9を噴射する。
加工電源2は、工具電極1と加工対象物8との間に放電を発生させるための加工電圧Voを出力する。加工電源2と工具電極1との間は、配線10により接続されている。同様に、加工電源2と加工対象物8との間は、配線10により接続されている。加工電源2は、制御装置4からの指令値に基づき、出力電流を所定の値に制限する機能を有する。
電流検出回路3は、加工電源2と工具電極1との間を接続する配線10に接続される。図2は、実施の形態1における電流検出回路3の構成を示す回路図である。電流検出回路3は、放電によって配線10に流れるパルス電流である加工電流Isを検出する。電流検出回路3は、カレントトランス11、抵抗12、ダイオード13および直流電源14を有する。実施の形態1においては、制御装置4は放電加工機に設けられるものの、電流検出回路3が制御装置4を有する構成であってもよい。
カレントトランス11は、コア、1次巻線15および2次巻線16を有する。コアは、例えば、フェライト、珪素鋼板などの磁性材料で構成される。1次巻線15および2次巻線16は、互いに絶縁された状態でコアに巻かれている。1次巻線15の一端は加工電源2に、他端は工具電極1に電気的に接続されている。つまり、カレントトランス11の1次側は、工具電極1と加工電源2との間を接続する配線10に直列接続されている。1次巻線15の巻数n1および2次巻線16の巻数n2はそれぞれ1以上である。1次巻線15と2次巻線16との巻数比Nは、N=n1/n2で表される。
抵抗12は、カレントトランス11の2次巻線16の両端に、つまりカレントトランス11の2次側に並列接続されている。抵抗12は抵抗値Rsを有する。
ダイオード13は、アノード端子が抵抗12の一端に接続される。その抵抗12の一端は、カレントトランス11の2次巻線16の巻き始め側に接続されている。ダイオード13は順方向電圧Vfを有する。
直流電源14は、ダイオード13のカソード端子に接続される。直流電源14は、カソード端子に対し逆方向の直流電圧を印加する。実施の形態1においては、その逆方向に印加される直流電圧として、直流電源14の電源電圧Vddが印加される。直流電源14の電源電圧Vddは、制御装置4の電源電圧と同じか、それ以下であれば良い。
制御装置4は、抵抗12に接続される。制御装置4は、配線10に流れる加工電流Isに応じて抵抗12の両端に生じる電圧として検出電圧Vsを検出する。加工電流Isはパルス状の電流であるため、検出電圧Vsもそれに応じたパルス状の電圧である。制御装置4は、検出電圧Vsに基づき、加工電源2の駆動を制御する。実施の形態1においては、制御装置4は、検出電圧Vsに基づき、加工電源2が出力する加工電圧Voのオン時間および加工電圧Voの電圧値をフィードバック制御する。また、実施の形態1における制御装置4は、工具電極1と加工対象物8との間に印加されるギャップ電圧Vgapを入力する。制御装置4は、検出電圧Vsとギャップ電圧Vgapとに基づき、加工ヘッド5がある一定または規則性を有して上下方向に移動するよう制御する。つまり、制御装置4は、上下方向に移動する加工ヘッド5の移動距離またはスピードを制御する。制御装置4は、例えば数値制御(NC,Numerical Control)装置である。
以上の電流検出回路3は、加工電源2と加工対象物8との間を接続する配線10に接続されてもよい。この場合、1次巻線15の一端は加工電源2に、他端は加工対象物8に電気的に接続される。つまり、1次巻線15は、工具電極1と加工対象物8との間を接続する配線10に直列に挿入される。
実施の形態1における放電加工機および電流検出回路3の動作を説明する。
加工ヘッド5は、加工油9が貯留されている加工槽6内に設置された加工対象物8に工具電極1を近付ける。加工ヘッド5が工具電極1と加工対象物8との間の距離をある一定に保った状態で、加工電源2が加工電圧Voを出力する。それにより、工具電極1と加工対象物8との間に放電が発生する。または、加工電源2が加工電圧Voを出力し、工具電極1と加工対象物8との間にギャップ電圧Vgapが印加された状態で、加工ヘッド5が工具電極1を加工対象物8に近づける。それにより放電が発生する。それら放電は、工具電極1と加工対象物8との間の距離がギャップ電圧Vgapに応じたある距離に達した場合に発生する。放電が発生している状態で、加工ヘッド5が工具電極1を押し下げることにより、加工対象物8が加工される。すなわち、工具電極1の形状が加工対象物8に転写される。
工具電極1と加工電源2とを接続する配線10には、工具電極1と加工対象物8との間に発生する放電に応じて、加工電流Isが流れる。つまり、電流検出回路3のカレントトランス11の1次巻線15に加工電流Isが流れる。その加工電流Isに応じて、2次巻線16から2次電流I2が出力される。2次電流I2は、I2=N×Isの関係を有する。抵抗12に2次電流I2が流れることにより、検出電圧Vsが発生する。検出電圧Vsは、Vs=N×Rs×Isの関係を有する。加工電流Isが増加することにより、検出電圧Vsも増加する。検出電圧Vsがダイオード13のカソード端子に印加される直流電源14の電源電圧Vddとダイオード13の順方向電圧Vfとの和を超えた場合、ダイオード13がオン状態となる。その結果、検出電圧Vsはクランプ電圧Vcにクランプされる。そのクランプ電圧Vcは、Vc=Vdd+Vfの関係を有する。
カレントトランス11のコアの磁束密度Bは、検出電圧Vs、加工電流Isのパルス幅ton、2次巻数n2およびコアの有効断面積Aeに対し、B=(Vs×ton)/(n2×Ae)の関係を有する。
電流検出回路3に直流電源14が設けられていない場合、検出電圧Vsは、2次電流I2の大きさに関わらず、抵抗値Rsと2次電流I2との積で表される。つまり、検出電圧Vsは、加工電流Isに比例して増加する。直流電源14が設けられていない電流検出回路において、大きな加工電流Isが流れた場合、または、長いパルス幅tonを有する加工電流Isが流れた場合、カレントトランスに磁気飽和が生じる。磁気飽和が生じると検出電圧Vsが低下するため、電流検出回路は、検出電圧Vsの正確なパルス幅を、つまり、加工電流Isの正確なパルス幅tonを検出することができない。さらに、磁気飽和が生じると、カレントトランスが発熱する。
一方で、実施の形態1における電流検出回路3においては、加工電流Isが大きい場合、または、加工電流Isのパルス幅tonが長い場合であっても、検出電圧Vsは一定値であるクランプ電圧Vcにクランプされる。よって、カレントトランス11が磁気飽和し難い。
また、電流検出回路3は、検出電圧Vsを制御装置4にフィードバックしている。制御装置4は、カレントトランス11が磁気飽和する前に、検出電圧Vsのパルス幅に基づき、加工電源2が出力する加工電圧Voをオフに制御する。それにより、制御装置4は、カレントトランス11の磁気飽和を防止する。
形彫放電加工機においては、工具電極1と加工対象物8との隙間が狭い。放電によって削り取られた加工対象物8の金属片またはスラッジ等が、工具電極1と加工対象物8との間に入り込む場合がある。その場合、放電の発生頻度が変化するため、加工電流Isのパルス幅tonおよび電流値もランダムに変化する。
上述したように、従来のシャント抵抗を使った電流検出回路は、数百mμs以上の長いパルス電流でも測定することができる。また、カレントトランスを使った電流検出回路は、低損失に電流を検出できる。ランダムに変化する加工電流Isに応じて、シャント抵抗を使った電流検出回路と、カレントトランスを使った電流検出回路とを、適宜切り替えて加工電流Isを検出することが考えられる。しかし、そのような切り替え機能を有する電流検出回路は実現が難しい。
そこで、制御装置4が制御する加工電圧Voの出力オンの時間が、加工電流Isのパルス幅tonと等価であるとみなした加工制御も考えられる。しかし、工具電極1と加工対象物8との隙間に発生する金属片またはスラッジの影響により、加工電圧Voの出力オンの時間と加工電流Isのパルス幅tonとは必ずしも一致しない。そのため、従来の放電加工機では、加工が完了するまでの時間を予測することができない。同様の理由により、従来の放電加工機は、加工電流Isのパルス幅tonの制御による、加工速度および加工面の面精度等の制御ができない。
一方で、実施の形態1における電流検出回路3によれば、磁気飽和が抑えられるため、加工電流Isのパルス幅tonまたは電流値によらず検出電圧Vsを正確に検出可能である。よって、工具電極1と加工対象物8との隙間に金属片またはスラッジが発生したとしても、電流検出回路3は実際の加工電流Isのパルス幅tonを測定できる。金属片またはスラッジの発生が過多である場合、加工電流Isのパルス幅tonは制御装置4が設定した加工電源2の出力オンの時間よりも長くなる。これは、金属片またはスラッジによって、工具電極1と加工対象物8と間の距離が短くなり、投入電力が過多になるからである。よって、電流検出回路3は、加工電流Isのパルス幅tonを測定することで、工具電極1と加工対象物8間の金属片またはスラッジの発生過多を把握できる。測定された加工電流Isのパルス幅tonが長い場合、制御装置4は、噴射ノズル7から工具電極1と加工対象物8と間に加工油9を噴射するよう制御する。噴射ノズル7が噴射された加工油9はスラッジを隙間から排出する。このように、放電加工機は加工電流Isのパルス幅tonおよび電流値を安定させることができる。
実施の形態1における加工電源2は、出力電流を所望の値に制限する機能を有する。出力電流を低くかつ加工電流Isの波形を矩形に設定することで、電流検出回路3が測定した加工電流Isのパルス幅tonに基づき、加工対象物8の加工量を把握しかつ制御することが可能となる。よって、放電加工機は、加工の完了時間を正確に予測できる。
また、制御装置4は、測定された加工電流Isのパルス幅tonを用いて加工電源2の駆動をフィードバック制御する。よって、放電加工機は、一定または規則性を保ったパルス幅で放電加工することができる。それにより、放電加工機は、加工後の面精度を制御して加工することができる。
実施の形態1においては、形彫放電加工機を放電加工機の一例として説明したが、放電加工機はワイヤ放電加工機であっても、上記と同様の効果を奏する。
以上をまとめると、実施の形態1における放電加工機は、加工対象物8を放電加工する工具電極1と、工具電極1と加工対象物8との間に放電を発生させるパルス電圧である加工電圧Voを出力する加工電源2と、加工電源2の駆動を制御する制御装置4と、加工電源2と工具電極1との間を接続する配線10、または、加工電源2と加工対象物8との間を接続する配線10に接続され、放電によって配線10に流れるパルス電流である加工電流Isを検出する電流検出回路3と、を含む。電流検出回路3は、1次側が配線10に直列接続されるカレントトランス11と、カレントトランス11の2次側に並列接続される抵抗12と、アノード端子が抵抗12の一端に接続されるダイオード13と、ダイオード13のカソード端子に接続され、カソード端子に対し逆方向の直流電圧を印加する直流電源14と、を含む。制御装置4は、抵抗12の両端に並列接続され、加工電流Isに応じて抵抗12の両端に生じるパルス状の電圧である検出電圧Vsを検出し、検出電圧Vsに基づき、加工電源2の駆動を制御する。
以上の構成により、抵抗12に生じる検出電圧Vsは、ダイオードの順方向電圧Vfに直流電源の電源電圧Vddを加えた電圧値以下に制限される。例えば、数百μsの長いパルス幅を有する加工電流Isが1次巻線15に流れたとしても、カレントトランスは飽和することがない。つまり、放電加工機は、カレントトランス11の磁気飽和を抑制し、検出対象の加工電流Isのパルス幅tonによらず、加工電流Isを検出することができる。また、放電加工機は、加工電流Isが流れる配線10と検出電圧Vsを検出する回路との絶縁を確保しながら、低損失に加工電流Isを検出することができる。
実施の形態1における放電加工機の制御装置4は、加工電流Isに応じて検出される検出電圧Vsのパルス幅に基づき、加工電源2による加工電圧Voの出力をオフに制御する。
以上の構成により、放電加工機は、カレントトランス11の磁気飽和を防ぐことができる。
実施の形態1における放電加工機の加工電源2は、配線10に流れる加工電流Isの電流値を所定値に制限する。制御装置4は、加工電流Isに応じて検出される検出電圧Vsのパルス幅が一定値を有するよう、加工電源2による加工電圧Voの出力のオンおよびオフを制御する。
以上の構成により、放電加工機は、実際の加工電流Isのパルス幅tonを正確に測定できる。電流検出回路3が測定した検出電圧Vsのパルス幅つまり加工電流Isのパルス幅tonに基づき、放電加工機は、加工対象物8の加工量を制御することができる。また、放電加工機は、加工の完了時間を正確に予測できる。また、放電加工機は、加工後の面精度を制御して加工することができる。
実施の形態1における電流検出回路3は、配線10に流れるパルス電流を検出する電流検出回路3である。電流検出回路3は、1次側が配線10に直列接続されるカレントトランス11と、カレントトランス11の2次側に並列接続される抵抗12と、アノード端子が抵抗12の一端に接続されるダイオード13と、ダイオード13のカソード端子に接続され、カソード端子に対し逆方向の直流電圧を印加する直流電源14と、抵抗12の両端に並列接続され、配線10に流れるパルス電流に応じて抵抗12の両端に生じるパルス状の電圧である検出電圧Vsを検出し、検出電圧Vsに基づき、配線10にパルス電流を流すためのパルス電圧を出力するパルス電源の駆動を制御する制御装置4と、を含む。実施の形態1において、パルス電流とは加工電流Isである。パルス電流を流すためのパルス電圧とは加工電圧Voである。パルス電源とは加工電源2である。
以上の構成により、電流検出回路3は、カレントトランス11の磁気飽和を抑制し、検出対象の加工電流Isのパルス幅tonによらず、加工電流Isを検出することができる。また、電流検出回路3は、加工電流Isが流れる配線10と検出電圧Vsを検出する回路との絶縁を確保しながら、低損失に加工電流Isを検出することができる。放電加工機は、これまで測定が困難であった形彫放電加工機における加工電流Isのパルス幅tonの測定を可能にする。
実施の形態1における電流検出回路3の制御装置4は、パルス電流に応じて検出される検出電圧Vsのパルス幅に基づき、パルス電源によるパルス電圧の出力をオフに制御する。
以上の構成により、電流検出回路3は、カレントトランス11の磁気飽和を防ぐことができる。
実施の形態1における電流検出回路3は、パルス電源は、配線10に流れるパルス電流の電流値を所定値に制限する。制御装置4は、パルス電流に応じて検出される検出電圧Vsのパルス幅が一定値を有するよう、パルス電源によるパルス電圧の出力のオンおよびオフを制御する。
以上の構成により、電流検出回路3は、実際の加工電流Isのパルス幅tonを正確に測定できる。電流検出回路3が測定した検出電圧Vsのパルス幅つまり加工電流Isのパルス幅tonに基づき、放電加工機は、加工対象物8の加工量を制御することができる。また、放電加工機は、加工の完了時間を正確に予測できる。また、放電加工機は、加工後の面精度を制御して加工することができる。
<実施の形態2>
実施の形態2における放電加工機および電流検出回路を説明する。なお、実施の形態1と同様の構成および動作については説明を省略する。
図3は、実施の形態2における電流検出回路3の構成を示す回路図である。実施の形態2における電流検出回路3は、実施の形態1に示された電流検出回路3に加えて、ツェナーダイオード17、コンデンサ18および抵抗19をさらに有する。ツェナーダイオード17、コンデンサ18、抵抗19および直流電源14は、クランプ電圧生成回路20を構成する。クランプ電圧生成回路20は、クランプ電圧Vcを出力可能である。
ツェナーダイオード17は、直流電源14の電源電圧Vddよりも低いツェナー電圧Vzを有する。ツェナーダイオード17は、直流電源14に対し並列に接続される。ツェナーダイオード17のカソード端子は、ダイオード13のカソード端子に接続される。コンデンサ18は、ダイオード13とツェナーダイオード17との間に並列に接続されている。抵抗19は、直流電源14とツェナーダイオード17のカソード端子との間に接続されている。
実施の形態2における放電加工機は、図3に示される電流検出回路3を有し、その他の構成は実施の形態1と同様である。
直流電源14は、ダイオード13のカソード端子に対し、クランプ電圧生成回路20を介して直流電圧を印加する。電流検出回路3は、検出電圧Vsをクランプ電圧生成回路20で生成されたクランプ電圧Vcに制限することが可能である。クランプ電圧Vcは、直流電源14の電源電圧Vddよりも低い。そのため、カレントトランス11は飽和しにくく、実施の形態2における電流検出回路3は、実施の形態1の電流検出回路3よりも、長いパルス幅を有する加工電流Isを検出できる。
一例として、直流電源14の電源電圧VddのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)ロジックIC(Integrated Circuit)の入力に電流検出回路3の出力を接続する。この場合、クランプ電圧Vcは、Vc>Vth=Vdd/2の関係を満たす値に設定される。電源電圧Vddが5Vである場合、閾値電圧Vthは2.5Vである。クランプ電圧Vcが閾値電圧Vthを超える3.3Vに設定された場合、電流検出回路3が検出可能なパルス幅は1.51倍(=5V/3.3V)に延長される。
以上をまとめると、実施の形態2における放電加工機の電流検出回路3は、直流電源14の電源電圧Vddよりも低いツェナー電圧Vzを有し、直流電源14に対し並列に接続されるツェナーダイオード17をさらに含む。ツェナーダイオード17のカソード端子は、ダイオード13のカソード端子に接続される。
以上の構成により、放電加工機は、検出電圧Vsを直流電源14の電源電圧Vddよりも低い電圧値であるクランプ電圧Vcにクランプできる。放電加工機は、より長いパルス幅tonを有する加工電流Isを、カレントトランス11を磁気飽和させることなく測定できる。
実施の形態2における電流検出回路3は、直流電源14の電源電圧Vddよりも低いツェナー電圧Vzを有し、直流電源14に対し並列に接続されるツェナーダイオード17をさらに含む。ツェナーダイオード17のカソード端子は、ダイオード13のカソード端子に接続される。
以上の構成により、電流検出回路3は、検出電圧Vsを直流電源14の電源電圧Vddよりも低い電圧値であるクランプ電圧Vcにクランプできる。電流検出回路3は、より長いパルス幅tonを有する加工電流Isを、カレントトランス11を磁気飽和させることなく測定できる。
重複する効果の記載は省略するが、実施の形態2における放電加工機は、実施の形態1と同様の効果も奏する。また、放電加工機は、形彫放電加工機を一例として説明したが、ワイヤ放電加工機であっても、上記と同様の効果を奏する。
<実施の形態3>
実施の形態3における放電加工機および電流検出回路を説明する。なお、実施の形態1または2と同様の構成および動作については説明を省略する。
図4は、実施の形態3における電流検出回路3の構成を示す回路図である。電流検出回路3は、クランプ電圧Vcを出力可能なクランプ電圧生成回路20を有する。クランプ電圧生成回路20は、シャントレギュレータ21を有する。シャントレギュレータ21は、直流電源14とダイオード13のカソード端子との間に並列接続される。
シャントレギュレータ21は、例えばシャントレギュレータIC22を含む。シャントレギュレータ21は、シャントレギュレータIC22、抵抗19、分圧抵抗23および分圧抵抗24で構成される。分圧抵抗23は抵抗値R1を有し、もう一方の分圧抵抗24は抵抗値R2を有する。図5は、クランプ電圧生成回路20の詳細な構成を示す回路図である。シャントレギュレータIC22は、誤差増幅器25、基準電源26、トランジスタ27で構成される。基準電源26は基準電圧Vrefを供給する。2つの分圧抵抗による分圧値は誤差増幅器25の非反転入力端子に接続される。また、基準電圧Vrefが誤差増幅器25の反転入力端子に接続される。誤差増幅器25の出力にはトランジスタ27のベース端子が接続される。トランジスタ27のコレクタとエミッタとの間にはコンデンサ18が接続される。直流電源14は、ダイオード13のカソード端子に対し、シャントレギュレータ21を介して安定化された直流電圧を印加する。
実施の形態3における放電加工機は、図4に示される電流検出回路3を有し、その他の構成は実施の形態1と同様である。
実施の形態2において示された電流検出回路3のように、ツェナーダイオード17によってクランプ電圧Vcが生成される場合、カレントトランス11にて生じる回生電力によってクランプ電圧Vcが上昇する。その結果、カレントトランス11が磁気飽和を引き起こさない加工電流Isのパルス幅tonの上限値が小さくなる。
一方、実施の形態4の電流検出回路3においては、カレントトランス11にて生じる回生電流がコンデンサ18に流れ込む。コンデンサ18の両端電圧が上昇すると、シャントレギュレータ21のトランジスタ27がオン状態になる。それにより、コンデンサ18に蓄積された電荷が放電される。その結果、クランプ電圧Vcは、回生電力によらず、Vc=Vref×(R1+R2)/R2の関係を満たして、一定に保たれる。そのため、電流検出回路3が正確に検出できる加工電流Isのパルス幅tonの上限値も一定に維持できる。
以上をまとめると、実施の形態3における放電加工機の電流検出回路3は、直流電源14とダイオード13のカソード端子との間に接続され、直流電源14から供給される電源電圧Vddを、電源電圧Vddよりも低い直流電圧に安定化するシャントレギュレータ21をさらに含む。直流電源14は、ダイオード13のカソード端子に対し、シャントレギュレータ21を介して安定化された直流電圧を印加する。
以上の構成により、カレントトランス11にて生じる回生電力によらず、クランプ電圧Vcが一定に保たれる。放電加工機は、カレントトランス11が磁気飽和を引き起こさずに検出可能な加工電流Isのパルス幅tonの範囲を一定に維持できる。
実施の形態3における電流検出回路3は、直流電源14とダイオード13のカソード端子との間に接続され、直流電源14から供給される電源電圧Vddを、電源電圧Vddよりも低い直流電圧に安定化するシャントレギュレータ21をさらに含む。直流電源14は、ダイオード13のカソード端子に対し、シャントレギュレータ21を介して安定化された直流電圧を印加する。
以上の構成により、カレントトランス11にて生じる回生電力によらず、クランプ電圧Vcが一定に保たれる。電流検出回路3は、カレントトランス11が磁気飽和を引き起こさずに検出可能な加工電流Isのパルス幅tonの範囲を一定に維持できる。
重複する効果の記載は省略するが、実施の形態3における放電加工機は、実施の形態1と同様の効果も奏する。また、放電加工機は、形彫放電加工機を一例として説明したが、ワイヤ放電加工機であっても、上記と同様の効果を奏する。
(実施の形態3の変形例)
図6は、実施の形態3の変形例における電流検出回路3の構成を示す回路図である。シャントレギュレータ21の誤差増幅器25の反転入力端子には、基準電源26に代えて、誤差増幅器25に電圧指令値を出力する制御装置4が接続されてもよい。なお、電圧指令値を出力できる装置であれば、制御装置4に限定されるものではなく、外部装置であってもよい。
このような構成により、電流検出回路3は制御装置4が出力する電圧指令値に基づき任意のクランプ電圧Vcを設定できる。電流検出回路3は、クランプ電圧Vcを低く設定することで、長いパルス幅tonを有する加工電流Isを検出できる。また、電流検出回路3は、クランプ電圧Vcを高く設定することで、検出電圧Vsの電圧値に基づき、加工電流Isの電流値を取得できる。
<実施の形態4>
実施の形態4における放電加工機および電流検出回路を説明する。なお、実施の形態1から3のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。
図7は、実施の形態4における電流検出回路3の構成を示す回路図である。電流検出回路3は、それぞれダイオードブリッジからなる第1整流回路28と第2整流回路29とを有する。ダイオードブリッジを構成する各ダイオードは、順方向電圧Vfを有する。実施の形態4における放電加工機は、図7に示される電流検出回路3を有し、その他の構成は実施の形態1と同様である。
第1整流回路28は、入力側が抵抗12の両端に並列接続され、出力側が直流電源14に接続されている。第2整流回路29は、入力側が抵抗12の両端に並列接続され、出力側が制御装置4に接続されている。
第1整流回路28により、クランプ電圧Vcは、加工電流Isの流れる方向によらず、Vc=Vdd+2×Vfの関係を満たして、一定に保たれる。また、第2整流回路29により、電流検出回路3の出力極性が固定される。そのため、電流検出回路3は、加工電流Isが交流であったとしても、そのパルス幅tonを検出することができる。
第2整流回路29の出力と直流電源14との間にダイオード13が接続された構成であっても、電流検出回路3は検出電圧Vsをクランプできる。しかし、その場合、クランプ電圧Vcは、Vc=Vdd+3×Vfの関係を有する。実施の形態4における電流検出回路3と比較して、1つのダイオードが有する順方向電圧Vfだけ、クランプ電圧Vcが高くなる。そのため、カレントトランス11が磁気飽和せずに検出できる加工電流Isのパルス幅tonの上限値が小さくなる。
実施の形態4においては、電流検出回路3は、第2整流回路29で検出電圧Vsを整流しているが、第2整流回路29に代えて、制御装置4が接続されてもよい。その場合、制御装置4は、抵抗12の両端電圧である検出電圧Vsの極性に基づき、加工電流Isの極性を検出することが可能になる。
実施の形態4では、第1整流回路28の出力に、直接、直流電源14が接続される例が示された。しかし、電流検出回路3は、直流電源14と第1整流回路28との間に、実施の形態2に示されるツェナーダイオード17、または実施の形態3に示されるシャントレギュレータ21を有するクランプ電圧生成回路20が接続されてもよい。
以上をまとめると、実施の形態4における放電加工機の電流検出回路3は、ダイオードブリッジからなり、入力側が抵抗12の両端に並列接続され、出力側が直流電源14に接続される整流回路をさらに含む。実施の形態4において、整流回路は第1整流回路28である。
以上の構成により、放電加工機は、加工電流Isの極性のよらず、検出電圧VsをVdd+2×Vfに制限できる。
実施の形態4における電流検出回路3は、ダイオードブリッジからなり、入力側が抵抗12の両端に並列接続され、出力側が直流電源14に接続される整流回路をさらに含む。実施の形態4において、整流回路は第1整流回路28である。
以上の構成により、電流検出回路3は、加工電流Isの極性のよらず、検出電圧VsをVdd+2×Vfに制限できる。
重複する効果の記載は省略するが、実施の形態4における放電加工機は、実施の形態1と同様の効果も奏する。また、放電加工機は、形彫放電加工機を一例として説明したが、ワイヤ放電加工機であっても、上記と同様の効果を奏する。
<実施の形態5>
上記の実施の形態1から4において、電流検出回路3が放電加工機に設けられる例が示されたが、電流検出回路は別の装置に設けられる場合であっても上記と同様の効果を奏する。図8は、実施の形態5における別の装置に設けられた電流検出回路3Aの構成を示す回路図である。電流検出回路3Aは、実施の形態1に記載された回路構成と、制御装置4Aとを有する。パルス電源2Aは、負荷1Aに接続され、パルス電流Isを流すためのパルス電圧を出力する。電流検出回路3Aは、パルス電源2Aと負荷1Aとの間を接続する配線10Aに直列に接続される。制御装置4Aは、配線10Aに流れるパルス電流Isに応じて抵抗12に生じる検出電圧Vsを検出する。制御装置4Aは、検出電圧Vsに基づき、パルス電源2Aの駆動を制御する。電流検出回路3Aは、カレントトランス11の磁気飽和を抑制し、検出対象のパルス電流Isのパルス幅によらず、パルス電流Isを検出することができる。また、電流検出回路3Aは、パルス電流Isが流れる配線10と検出電圧Vsを検出する回路との絶縁を確保しながら、低損失にパルス電流Isを検出することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
1 工具電極、2 加工電源、3 電流検出回路、4 制御装置、8 加工対象物、10 配線、11 カレントトランス、13 ダイオード、14 直流電源、17 ツェナーダイオード、21 シャントレギュレータ、28 第1整流回路。

Claims (7)

  1. 加工対象物を放電加工する工具電極と、
    前記工具電極と前記加工対象物との間に放電を発生させるパルス電圧である加工電圧を出力する加工電源と、
    前記加工電源の駆動を制御する制御装置と、
    前記加工電源と前記工具電極との間を接続する配線、または、前記加工電源と前記加工対象物との間を接続する配線に接続され、前記放電によって前記配線に流れるパルス電流である加工電流を検出する電流検出回路と、を備え、
    前記電流検出回路は、
    1次側が前記配線に直列接続されるカレントトランスと、
    前記カレントトランスの2次側に並列接続される抵抗と、
    アノード端子が前記抵抗の一端に接続されるダイオードと、
    前記ダイオードのカソード端子に接続され、前記カソード端子に対し逆方向の直流電圧を印加する直流電源と、を含み、
    前記制御装置は、
    前記抵抗の両端に並列接続され、前記加工電流に応じて前記抵抗の両端に生じるパルス状の電圧である検出電圧を検出し、前記検出電圧に基づき、前記加工電源の前記駆動を制御する放電加工機。
  2. 前記制御装置は、前記加工電流に応じて検出される前記検出電圧のパルス幅に基づき、前記加工電源による前記加工電圧の出力をオフに制御する請求項1に記載の放電加工機。
  3. 前記加工電源は、前記配線に流れる前記加工電流の電流値を所定値に制限し、
    前記制御装置は、前記加工電流に応じて検出される前記検出電圧のパルス幅が一定値を有するよう、前記加工電源による前記加工電圧の出力のオンおよびオフを制御する請求項1または請求項2に記載の放電加工機。
  4. 前記電流検出回路は、
    前記直流電源の電源電圧よりも低いツェナー電圧を有し、前記直流電源に対し並列に接続されるツェナーダイオードをさらに含み、
    前記ツェナーダイオードの前記カソード端子は、前記ダイオードの前記カソード端子に接続される請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の放電加工機。
  5. 前記電流検出回路は、
    前記直流電源と前記ダイオードの前記カソード端子との間に接続され、前記直流電源から供給される電源電圧を、前記電源電圧よりも低い前記直流電圧に安定化するシャントレギュレータをさらに含み、
    前記直流電源は、前記ダイオードの前記カソード端子に対し、前記シャントレギュレータを介して安定化された前記直流電圧を印加する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の放電加工機。
  6. 前記電流検出回路は、
    ダイオードブリッジからなり、入力側が前記抵抗の両端に並列接続され、出力側が前記直流電源に接続される整流回路をさらに含む請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の放電加工機。
  7. 配線に流れるパルス電流を検出する、放電加工機の電流検出回路であって、
    1次側が前記配線に直列接続されるカレントトランスと、
    前記カレントトランスの2次側に並列接続される抵抗と、
    アノード端子が前記抵抗の一端に接続されるダイオードと、
    前記ダイオードのカソード端子に接続され、前記カソード端子に対し逆方向の直流電圧を印加する直流電源と、
    前記抵抗の両端に並列接続され、前記配線に流れる前記パルス電流に応じて前記抵抗の両端に生じるパルス状の電圧である検出電圧を検出し、前記検出電圧に基づき、前記配線に前記パルス電流を流すためのパルス電圧を出力するパルス電源の駆動を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記パルス電流に応じて検出される前記検出電圧のパルス幅に基づき、前記パルス電源による前記パルス電圧の出力をオフに制御する
    放電加工機の電流検出回路。
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