JPH04122520A - 放電加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は精密加工に使用される放電加工装置に関し、特
に加工速度及び加工電源の効率を向上した放電加工装置
に関する。

〔従来の技術〕 放電加工では、電極と被加工物によって形成される極間
に、−Ｆ　Ｅ　Ｔなどのスイッチング素子で電流を断続
的に流し加工を行っている。

第６図は放電加工の基本回路を示す図である。

基本回路は、加工電源１、電極２、被加工物３、電流制
限用抵抗４及びスイッチング素子５から構成される。回
路には配線のインダクタンス６が存在し、通電中にこの
インダクタンス６に蓄積した電磁エネルギーが、電流遮
断時にサージ電圧となって発生する。このサージ電圧は
スイッチング素子５を破壊する恐れがある。このため、
種々のサージ電圧抑制回路が考案されている。

第７図、第８図及び第９図は、サージ電圧抑制回路の従
来例を示す図である。

第７図に示す回路は、スイッチング素子５に並列にコン
デンサ７を接続したもので、遮断時の電流はコンデンサ
７によって分流される。この分流によって、電流の変化
率が小さくなり、サージ電圧が抑制される。この回路で
は、スイッチング毎にコンデンサ７を、少なくとも電源
電圧Ｅ１で充放電するのでエネルギロスが大きいという
欠点がある。

第８図に示す回路は、この欠点を改良した回路で、スイ
ッチング素子５とコンデンサ７との間にダイオード８を
設け、ダイオード８のカソード端側８ａを加工電源１に
接続したものである。通電中、コンデンサ７はダイオー
ド８によって、スイッチング素子５とは分離されるので
放電せず、電源電圧Ｅ１に保たれる。電流遮断時には、
サージ電圧によってダイオード８が導通し、サージエネ
ルギはコンデンサ７に蓄積される。このサージエネルギ
は、次の通電で、電極２と被加工物３との間の極間９　
（第６図）に供給される。この回路では、什較的低いサ
ージ電圧でダイオード８が導通する。

第９図は、２組のスイッチング素子５１．５２と２組の
ダイオード８１．８２によってＨ形ブリッジを構成した
ものである。通電中はスイッチング素子５１、抵抗４、
極間９、スイッチング素子５２を通って加工電源１から
電流が流れ、電流遮断時は、ダイオード８１、抵抗４、
極間９、ダイオード８２を通って電流が加工電源１に流
れる。

この回路では、遮断時の回路電圧が電源電圧に保たれる
ので、比較的高いサージ電圧でダイオード８が導通する
。

一方、放電加工中、スイッチング素子５は所定の周期で
オン・オフを繰り返している。オン時間は単一放電の加
工量に関係し、オフ時間は加工電流の遮断時間と極間の
絶縁回復時間で定まる。このうち遮断時間は、加工に直
接関係しない無駄な時間であり、加工速度の低下を招く
ので、出来る限り短いことが望まれる。

ところで、−ａにインダクタンス電圧（サージ電圧）Ｖ
と電流ｉとの間には、Ｖ＝−Ｌ・　（ｄｉ／ｄｔ）なる
関係がある。このため、遮断速度（ｄｉ／ｄｔ）を速く
すると、これに比例しサージ電圧Ｖも高くなる。また、
サージ電圧Ｖを高くすると遮断速度（ｄｉ／ｄｔ）も速
くなる。

上記の従来例では、第７図の場合は、第６図の場合より
高いサージ電圧でダイオード８が導通するため、遮断速
度（ｄｉ／ｄｔ）も速くなる。

このように、サージ電圧Ｖをスイッチング素子５の許容
電圧に等しくなるように設定し、サージ電圧Ｖができる
だけ高くなるように保持するのが好ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のサージ電圧抑制回路では、遮断時のスイ
ッチング素子電圧が変動したり、電源電圧で制限されて
いる。このため、サージ電圧をそれほど高くすることが
できず、加工電流の遮断速度を上げることができなかっ
た。したがって、遮断に時間を要し、全体として加工速
度を速めることができなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、加
工速度を速め、加工時間を短縮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。

また、本発明の他の目的は、加工電源の効率を高めた放
電加工装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、電極と被加工物
との間の極間にパルス電圧を印加して間欠的な放電を発
生させ、被加工物の加工を行う放電加工装置において、
加工電源の電圧をオン・オフして前記パルス電圧を発生
させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の両
端に接続され、前記スイッチング素子のオンからオフへ
の切り換え時に発生するサージエネルギによる過電圧を
抑制する電圧抑制手段と、前記電圧抑制手段の電圧を前
記加工電源から基準電圧レベルまで昇圧する昇圧手段と
、前記スイッチング素子のオンからオフへの切り換え時
に前記サージエネルギによって前記基準電圧レベル以上
になった前記電圧抑制手段の電圧を前記基準電圧レベル
以下に降圧し、前記サージエネルギを前記加工電源に回
生ずる降圧手段と、を有することを特徴とする放電加工
装置が、提供される。

〔作用〕

スイッチング素子は、加工電源の電圧をオン・オフして
パルス電圧を発生させる。電圧抑制手段は、スイッチン
グ素子の両端に接続され、スイッチング素子のオンから
オフへの切り換え時に発生するサージエネルギによる過
電圧を抑制する。昇圧手段は、電圧抑制手段の電圧を加
工電源の電圧レベルから基準電圧レベルまで充電して昇
圧する。

降圧手段は、スイッチング素子のオンからオフへの切り
換え時にサージエネルギによって充電されて基準電圧レ
ベル以上になった電圧抑制手段の電圧を、基準電圧レベ
ル以下に降圧し、その際に、サージエネルギによる充電
分を加工電源に回生ずる。

このため、電圧抑制手段の電圧は、ハイレベルに設定さ
れた基準電圧レベルに維持される。したがって、スイッ
チング素子のオンからオフへの切り換え時に発生するサ
ージ電圧もハイレベルに維持される。その結果、加工電
流の遮断速度が速くなり、遮断時間が短縮される。

さらに、サージエネルギによる充電分が加工電源に回生
されるため、加工電源の効率を高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の型彫り放電加工装置の散霧回路を示す
図である。散霧回路は、加工電源１１電極２、被加工物
３、電流制限用抵抗４及びスイッチング素子（例えばＦ
ＥＴ）５から構成され、互いに直列に接続されている。

ただし、電極２、被加工物３間の極間９には、加工液（
図示せず）が介在する。回路には配線のインダクタンス
６が存在する。

スイッチング素子５は、散霧加工中、所定の周期（例え
ばＩＭＨｚ＞でオン・オフを繰り返す。

スイッチング素子５の両端には、電圧抑制回路１０が接
続されている。電圧抑制回路１０は、コンデンサ７及゛
びダイオード８から構成される。コンデンサ７は、一端
が加工電源１とスイッチング素子５との間に、他端がダ
イオード８のカソード端８ａに接続されている。ダイオ
ード８のアノード端８ｂは、スイッチング素子５と抵抗
４との間に接続されている。

コンバータ２０が、加工電源１と電圧抑制回路１０との
間に設けられている。すなわち、コンバータ２０は、加
工電源１と電極２との間、加工電源１と電圧抑制回路１
０のコンデンサ７との間、及びコンデンサ７とダイオー
ド８との間（ダイオード８のカソード端８ａ）に接続さ
れている。このコンバータ２０には、コンパレータ３０
の出力端が接続されている。コンパレータ３０の入力端
には、ダイオード８のカソード端８ａ及び基準電圧用電
源４０が、それぞれ分圧器（図示せず）を介して接続さ
れる。

コンパレータ３０は、カソード端８ａの電圧すなわちコ
ンデンサ７の電圧（電圧抑制回路１０の電圧）Ｖｃと、
基準電圧Ｅ２とを比較し、コンデンサ７の電圧Ｖｃが基
準電圧８２以上になると、コンバータ２０に指令信号を
出力する。基準電圧Ｅ２は、スイッチング素子５の許容
電圧（例えば５００Ｖ）と安全率を考慮して、許容電圧
にできるだけ近い値に設定される。

コンバータ２０は、コンパレータ３０　カラ（Ｄ指令信
号に応じて作動する。その詳細は後述する。

第２図は第１図の構成をより詳細に示す図である。第１
図に対してコンバータ２０の構成をより詳細に示してい
る。

コンバータ２０は、昇圧型コンバータと、降圧型コンバ
ータとを組み合わせたものである。

昇圧型コンバータは、コイル２２、スイッチング素子２
３、ダイオード２４及び方形波発振器２５から成り、コ
ンデンサ７の電圧Ｖｃを充電して加工電源１の電圧Ｅｌ
から基準電圧Ｅ２まで昇圧する。

Ｒ圧型コンバータは、コイル２２、スイッチング素子２
６及びダイオード２７から成り、コンデンサ７に充電さ
れたサージエネルギを加工電源に回生ずる。

各コンバータには、放電制御部（図示せず）からの信号
（準備信号Ａ、準備完了信号Ｅ）がインバータ６１．６
２、及びアンドゲート６３．６４．６５を経由して入力
するように構成されている。

次に、この放電加工回路の作用を第３図に基づいて説明
する。

第３図は放電加工回路における各部信号のタイムチャー
トを示す図である。

加工電源１がオンされると、加工運転が開始する前に、
先ず昇圧型コンバータが作動する。すなわち、加工電源
１がオンされると、放電制御部から準備信号Ａが出力さ
れる。この準備信号Ａに応じて方形波発振器２５が作動
して方形波Ｂが出力され、スイッチング素子２３がオン
・オフ制御される。スイッチング素子２３がオンすると
、加工電源１、コイル２２及びスイッチング素子２３が
閉回路を構成し、コイル２２にエネルギが蓄積される。

オフすると、ダイオード２４が導通して、コンデンサ７
がコイル２２のエネルギによって充電される。このとき
、ダイオード２４に電流ＩＤ１が流れる。この充電は、
加工電源１の電圧Ｅ１に重畳して行われる。

スイッチング素子２３がオン・オフを繰り返して、コン
デンサ７の電圧Ｖｃが充電、昇圧され基準電圧Ｅ２に達
すると、コンパレータ３０が反転する。その反転信号り
に応じて、方形波発振器２５が停止し、昇圧型コンバー
タの作動が完了する。

さらに、反転信号りに応じて、放電制御部から準備完了
信号Ｅが出力され、準備信号Ａがオフになる。この準備
信号Ａのオフに応じて加工運転が開始し、スイッチング
素子５がオン・オフ制御される。なお、この準備完了信
号Ｅが出力されるまでは、降圧型コンバータのスイッチ
ング素子２６は作動を禁止されている。

加工運転が開始し、スイッチング素子５がオンの間は、
コンデンサ７はダイオード８で放電回路とは分離されて
いるので電圧ＶＣは基準電圧Ｅ２に近い値に保たれる。

次にスイッチング素子５がオンからオフに切り換わると
、ダイオード８が導通し、コンデンサ７が回路インダク
タンス６のサージエネルギで充電される。コンデンサ７
の電圧Ｖｃが基準電圧Ｅ２より高くなると、コンパレー
タ３０が再び反転する。その反転信号りに応じて降圧型
コンバータのスイッチング素子２６がオンすると、加工
電源１、コイル２２、スイッチング素子２６及びコンデ
ンサ７が閉回路を構成する。このとき、サージエネルギ
で充電されたコンデンサ７の電荷が、コイル２２を経由
して加工電源１に回生され、コンデンサ７の電圧Ｖｃは
降圧する。電圧Ｖｃが基準電圧Ｅ２Ｄ下になるとコンパ
レータ３０の反転信号りがオフになり、それに応じてス
イッチング素子２６もオフになり、電圧Ｖｃは再び基準
電圧Ｅ２に近い値に保たれる。

スイッチング素子２６がオフになると、ダイオード２７
が導通して、加工電源１、ダイオード２７及びコイル２
２が閉回路を構成し、コイル２２に蓄積されたエネルギ
も加工電源１に回生される。

このとき、ダイオード２７に電流ＩＤ２が流れる。

加工運転中、スイッチング素子５がオンまたはオフの定
常状態では、ダイオード８は逆バイアス状態のため、コ
ンデンサ７は放電回路とは分離される。

次に、加工電流の遮断時間について説明する。

スイッチング素子５がオンからオフに切り換わる過渡状
態では、インダクタンス６は加工電流ｌの減少率に比例
したサージ電圧Ｖ　（＝−Ｌ・　（ｄｉ／ｄｔ）、Ｌは
回路インダクタンス値（例えば数μＨ））を発生する。

このサージ電圧Ｖは、次式（１）を満足するとダイオー
ド８が導通し、加工電流】はコンデンサ７を通して流れ
出す。

Ｌ・　（ｄ　ｉ／ｄ　ｔ）−Ｒ・ｉ　−Ｖｇ＝Ｅ　２−
Ｅ　１ ここで、　Ｒ：抵抗４の抵抗値 Ｖｇ：極間９のアーク電圧 コンデンサ７の電圧Ｖｃは、常時Ｅ２近傍に保たれてい
るので、スイッチング素子５がオンからオフに切り換わ
る過渡状態における加工電流（遮断電流）ｌは、次式（
２）で表される。

ｉ＝　（Ｅ２−Ｅ１＋Ｖｇ）／Ｒ＋　（（Ｅ２−Ｅｌ＋
Ｖｇ）／Ｒ＋ｉ　ｏ）ｅｘ　ｐ　（−Ｒ／Ｌ−ｔ）ここ
で、１ｏ：遮断電流初期値 遮断時間Ｔ１は次式（３）で表される。

Ｔ１＝Ｌ／Ｒ−Ｉｎ　（（Ｅ２−Ｅ１＋Ｖｇ＋ｉ。

・Ｒ）　／　（Ｅ　２−Ｅ　１　＋Ｖｇ）　）　　−−
−−（３）したがって、遮断時間ＴＩは、基準電圧Ｅ２
の値を大きくするに従い短くなる。

第４図は本発明による加工電流１の波形を示す図である
。加工電流１のオフ時間Ｔは、遮断時間Ｔ１と極間の絶
縁回復時間Ｔ２から成る。遮断時間Ｔ１は、加工電流１
の遮断速度（ｄｉ／ｄｔ）によって決まる。本実施例で
は、高いサージ電圧でダイオードが導通ずるため、遮断
速度（ｄ１／ｄｔ）が速くなる。このため、遮断時間Ｔ
１は、破線で示した従来例による遮断時間Ｔ３に比較し
て大幅に短縮される。したがって、加工電流】のオフ時
間Ｔも、従来例によるオフ時間Ｔ４に比較して大幅に短
縮される。その結果、全体として加工速度が速くなり、
加工時間が短縮される。

このように、本実施例によれば、スイッチング素子５の
オンからオフへの切り換え時に、電圧抑制回路１０の第
１ダイオード８は、高いサージ電圧（Ｅ２）で導通ずる
ため、加工電流１の遮断速度（ｄｉ／ｄｔ）が速くなる
。したがって、遮断時間Ｔ１が短縮される。

さらに、スイッチング素子５のオンからオフへの切り換
え時に、電圧抑制回路１０のコンデンサ７に充電された
サージエネルギは、加工電源１に回生されるため、加工
電源の効率が高められる。

第５図は本発明の他の実施例の放電回路を示す図である
。放電回路は、加工電源１、スイッチング素子５１、電
流制限用抵抗４、電極２、被加工物３、スイッチング素
子５２及び配線のインダクタンス６から構成される。

スイッチング素子５１．５２の各両端には、電圧抑制回
路１１．１２が接続されている。電圧抑制回路１１．１
２は、第ト実施例と同様に、コンデンサ７１．７２及び
ダイオード８１．８２から構成される。コンデンサ７１
は、コンパレータ３１からの指令信号に応じて作動する
コンバータ２１によって、第１実施例と同様に、基準電
圧Ｅ３近傍に昇圧され、基準電圧Ｅ３近傍に常時保たれ
る。さらに、コンデンサ７１に充電されたサージエネル
ギは、加工電源１に回生される。コンデンサ７２も同様
に、基準電圧Ｅ４近傍に常時保たれ、コンデンサ７２に
充電されたサージエネルギは、加工電源１に回生される
。この基準電圧Ｅ３、Ｅ４は、スイッチング素子５１．
５２の各許容電圧に近い電圧に設定される。

スイッチング素子５１．５２がオンからオフに切り換わ
る過渡状態における遮断電流ｉは、次式％式％ 遮断時間Ｔ１は次式（５）で表される。

ＴＩ＝Ｌ／Ｒ・ｉｎ　（（Ｅ３＋Ｅ４−Ｅ１＋Ｖｇ＋ｉ
　ｏ−Ｒ）／　（Ｅ３＋Ｅ４−Ｅ１＋Ｖｇ））したがっ
て、遮断時間Ｔ１は、第１実施例と同様に、基準電圧Ｅ
３、Ｅ４の値を大きくするに従い短くなる。この実施例
では、第１実施例のスイッチング素子５と同一定格のス
イッチング素子を使用した場合、第１実施例より遮断時
間Ｔ１が短縮される。

上記の説明では、型彫り放電加工装置で説明したが、ワ
イヤカット放電加工装置でも同じように適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、電圧抑制手段に昇圧手
段及び降圧手段から成るコンバータを設けたので、電圧
抑制手段の電圧がスイッチング素子の許容電圧に近い電
圧に保たれる。このため、スイッチング素子のオンから
オフへの切り換え時に、加工電流の遮断速度が速くなる
。したがって、加工電流の遮断時間を短縮することがで
き、全体として加工速度を速めることができる。その結
果、加工時間を大幅に短縮することができる。

さらに、スイッチング素子のオンからオフへの切り換え
時に発生するサージエネルギは、加工電源に回生される
。したがって、加工電源の効率が高ｔられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の型彫り放電加工装置の放電回路を示す
図、 第２図は第１図の構成をより詳細に示す図、第３図は放
電加工回路における各部信号のタイムチャートを示す図
、 第４図は本発明による加工電流ｉの波形を示す図、 第５図は本発明の他の実施例の放電回路を示す図、 第６図は放電加工の基本回路を示す図、第７図、第８図
及び第９図は、サージ電圧抑制回路の従来例を示す図で
ある。 ■　　　　加工電源 ２　　　°電極 ３　−　°被加工物 ５．５１．５２ スイッチング素子 ６　°　　インダクタンス ７．７１．７２ コンデンサ ８．８１．８２ −　　ダイオード ０．１１．１２ 電圧抑制回路 ０．２１．２２ ・−−−一−コンバータ ０．３１．３２ ・・・・・−−−コンパレータ ０．４１．４２ ・−基準電圧用電源 第６図 コ 第７図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極と被加工物との間の極間にパルス電圧を印加
   して間欠的な放電を発生させ、被加工物の加工を行う放
   電加工装置において、 加工電源の電圧をオン・オフして前記パルス電圧を発生
   させるスイッチング素子と、 前記スイッチング素子の両端に接続され、前記スイッチ
   ング素子のオンからオフへの切り換え時に発生するサー
   ジエネルギによる過電圧を抑制する電圧抑制手段と、 前記電圧抑制手段の電圧を前記加工電源から基準電圧レ
   ベルまで昇圧する昇圧手段と、 前記スイッチング素子のオンからオフへの切り換え時に
   前記サージエネルギによって前記基準電圧レベル以上に
   なった前記電圧抑制手段の電圧を前記基準電圧レベル以
   下に降圧し、前記サージエネルギを前記加工電源に回生
   する降圧手段と、を有することを特徴とする放電加工装
   置。
2. （２）前記電圧抑制手段は、前記スイッチング素子の一
   端に接続されたコンデンサと、前記スイッチング素子の
   他端と前記コンデンサとの間に接続されたダイオードか
   ら成ることを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
3. （３）前記電圧抑制手段の電圧は、前記コンデンサの電
   圧であることを特徴とする請求項２記載の放電加工装置
   。
4. （４）前記昇圧手段は、コイル、スイッチング素子、ダ
   イオード及び方形波発振器から構成されるコンバータで
   あることを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
5. （５）前記降圧手段は、コイル、スイッチング素子及び
   ダイオードから構成されるコンバータであることを特徴
   とする請求項１記載の放電加工装置。
6. （６）前記加工電源をオンしたときに前記昇圧手段は作
   動を開始し、前記昇圧手段による昇圧完了後に前記スイ
   ッチング素子がオン・オフして放電加工を開始するよう
   に構成したことを特徴とする請求項１記載の放電加工装
   置。
7. （７）前記昇圧手段及び前記降圧手段は、前記電圧抑制
   手段の電圧レベルと前記基準電圧レベルとを比較するコ
   ンパレータからの指令信号に応じて作動することを特徴
   とする請求項１記載の放電加工装置。
8. （８）前記基準電圧レベルは、前記スイッチング素子の
   許容電圧以下でかつ前記許容電圧に近い値に設定される
   ことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
9. （９）前記スイッチング素子はＦＥＴであることを特徴
   とする請求項１記載の放電加工装置。