JPH04226834A

JPH04226834A - 放電加工装置

Info

Publication number: JPH04226834A
Application number: JP3114216A
Authority: JP
Inventors: Jr Darrel D Huff; ダレル　ディーン　ハフ　ジュニア; George J Cole; ジョージ　ジェイ　コール
Original assignee: Elox Corp
Current assignee: Elox Corp
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1992-08-17
Also published as: EP0444609A2; KR910021280A; CN1055684A; EP0444609A3

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電加工装置に関し、さ
らに詳しくは、加工パルスが発生するワイヤ電極と被加
工物の間隙、所謂加工間隙の近傍にあって、電気要素を
収納する電気要素収納体を備えた放電加工装置に関する
。本発明の集積ギャップボクッスは、その構成、取リ付
けは比較的簡単なものであるが、多くの効果を奏するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】放電加工に於いては、経験的発見、仮設
等に依存するところが多い。その理由は、加工間隙にお
ける放電現象については、決定的な物理的説明がこれま
でなされていないということにある。従って、線状ある
いは帯状の加工電極を使用す放電加工の場合、重力によ
る影響は別として、電磁的、静電的、あるいは機械的、
更には水力学的効果によって惹起される加工電極の振動
もまた問題となっている。

【０００３】こうした騒乱要因に鑑み、ワイヤ電極及び
被加工物に対し望ましい加工パルスを供給する電力発生
器及びスイッチ回路によって構成される電力モジュウー
ルに対しては、特に高度な要求がなされている。放電の
時間制御は、所定の波形をもった放電電流パルスを生成
するために、ワイヤ電極に並列に設けた複数の電力スイ
ッチ回路を用いて、電力発生器のオンオフを制御するこ
とによって行なっている。例えば、クロック回路によっ
て所定周期でクロックパルスを生成し、これをスイッチ
回路に対するトリガーパルスの時間パターンとして使用
する。望ましいパルスのプロファイルも同様にして決め
られる。このようにして、放電加工の制御が行なわれる
。これらに関する例は米国特許第３９２８１６３号とか
、同第４６５５８８８号に開示されている。

【０００４】放電加工に対する騒乱は、被加工物に対し
て放電信号を単一搬送媒体を介して送る際にも発生する
。そして、単一搬送媒体における騒乱は加工過程に望ま
しからぬ影響を与える。例えば、ワイヤ電極にパルスを
送る場合、電気誘導並びに分布容量の影響によって、放
電信号として望ましい波形が歪められたりする。更には
、複数のスイッチ回路の不規則なスイッチ動作によって
、不適切な加工パルスが発生し、これが、加工精度を悪
くしたり、ある場合にはスイッチ回路の損傷をも招く結
果にもなる。

【０００５】出力の分離を目的として、電力モジュール
の出力側にダイオードを設けることはよく知られるとこ
ろである。この場合、スイッチ回路と分離ダイオードと
は加工領域、加工間隙から離れて位置する電力制御キャ
ビネットに収められ、その間をケーブルによって接続す
るようにしている。しかし、放電パルスのオンオフに伴
つて、分離ダイオードからワイヤ電極に至る送電線の長
さが問題となってくる。即ち、送電線に発生する磁界が
、その長さに応じて電圧スパイクを発生させるようにな
る。しかも、これらの瞬時電圧スパイクによって、分離
ダイオードのｐ−ｎ接合ではエネルギーが放散され、加
工間隙に与えられるべきエネルギーを減少させる結果と
なる。従って、これまでの加工パルス回路を使用した場
合には、大きな熱発生を伴うことになる。更には、こう
したことから、電気要素が本来有する可能な動作特性も
得られず、しばしばその破壊に通ずる結果ともなる。

【０００６】更にまた、分離ダイオードが加工領域から
離れて設けられ、その間をケーブルで結んでいる場合に
は、加工電極の抵抗損失を別としても、二次的な電気誘
導、分布容量による影響があらわれる。これらは加工パ
ルスの好ましい波形を歪めるように作用する。

【０００７】こうした問題解決のために、これまでは、
電力供給回路の出力線に対して同調回路を設けてきた。しかしながら、特定の加工においては、被加工物、ワイ
ヤ電極は常に変更されるため、それに応じて同調回路を
常に変更しなければならなくなる。しかも、こうした解
決方法では、磁界による影響への根治とはなリ得ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術の欠点を克服する加工パルス供給回路の電
気要素収納体を備えた放電加工装置を提供すことにある
。

【０００９】また、本発明の他の目的はワイヤ電極に加
工パルスを供給する二次側ケーブルによって生成される
誘導効果を最小にする電気要素収納体を備えた放電加工
装置を提供することにある。

【００１０】さらに、本発明の他の目的は、電力供給装
置の熱放散要素を冷却できるようにした放電加工装置を
提供することにある。

【００１１】また、さらに、本発明の他の目的は早い立
ち上がり、たち下がリ特性を有し、不所望の電圧レベル
まで電圧を駆動することの少ない加工パルスを発生でき
る放電加工装置を提供することにある。

【００１２】さらにまた、本発明の他の目的は、取り付
け面積が小さく、従来のような配線、配管の除去を可能
にする電気要素収納体を備えた放電加工装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、望ましい放
電電流パルス波形を発生することの出来る方法及び装置
を開発することによって達成することが出来る。即ち、
加工電極と被加工物の間の加工間隙の近傍に電気要素を
収納する電気要素収納体を設けることによって目的を達
成することが出来る。また、その中に通常の流体供給装
置によって加工間隙に供給される流体を利用した冷却機
構を設けることによって目的を達成することが可能とな
る。

【００１４】

【作用】この電気要素収納体は電気要素に接する広い導
電面を有し、ワイヤ電極への電力供給路を形成している
。ねじ切りを施した長孔を流体供給手段の一部として電
気要素収納体内に設けてあるので、電気要素収納体に収
納される放熱性の回路要素を冷却することができる。

【００１５】

【発明の効果】このようにして、電力供給回路と被加工
物との間の電気誘導、抵抗による影響を除去することが
でき、さらに、すぐれて一様な面の加工を可能にする加
工パルスが得られ、加工容量が大きくかつ、加工速度の
大きな放電加工装置を提供することが出来る。

【００１６】

【実施例】以下の記載は、本発明をよリ良く理解するた
めの簡単な実施例であリ、本発明がこれだけに限定され
るものではなく、また、添付の図面は必ずしも現物の型
寸を示すものでもないことを断っておく。さらに、一部
細部については省略されているが、これらもまた本発明
の理解のためには、必ずしも必要のないものである。

【００１７】本発明は全体として、電気要素を収納する
電気要素収納体（以下、ギャップボックスと称する）が
加工間隙ならびにワイヤ電極の近傍に設けられている放
電加工装置に関するものである。本発明のギャップボッ
クスは、ワイヤ電極に対し望ましい波形のパルスを供給
する電源回路の一部を構成する分離ダイオードを収納す
るものである。ギャップボックスはまた、ワイヤ電極に
至るパルス経路の抵抗を減少し、ケーブル配線に伴う送
電損および誘導損を減少させるために比較的大きくかつ
、長さの短い導電領域を有するものである。本発明の他
の特徴は、ギャップボックスが、その中に収納された電
気要素に対する冷却機構を備えている点にある。

【００１８】図１は本発明になるギャップボックス１０
を備えた放電加工装置８を示している。図の如く、放電
加工装置８は上部アーム１４と下部アーム１６を支持す
るコラム（図示せず）を含んで構成されている。この上
下アーム１４、１６は上下のワイヤガイド構体１８、２
０をそれぞれ支持している。これらのワイヤガイド構体
はワイヤ電極２２を支持し、被加工物２５を加工するよ
うに操作されるものである。放電加工時においては、ワ
イヤ電極２２は、それと被加工物２５が概ね０．００３
インチ（約０．０７６２ミリ）の加工間隙を置いて対峙
する加工領域２４に位置し、上下プーリ２６、２８によ
って架張されつつ、加工領域２４を通って常時、その軸
線方向に移動される。ワイヤガイド構体１８、２０に取
り付けられている上部ノズル２７および下部ノズル２９
は加工液、たとえば脱イオン水、オイル等をワイヤ電極
２２に沿って加工領域２４と加工間隙に流し込むように
する出力部を構成している。本発明の属する分野にある
当業者の良く知るように、加工間隙に加えられた電圧信
号が十分に高くなると、絶縁性加工液はイオン化して、
ワイヤ電極２２と被加工物２５との間に瞬時的に高い導
電性のチャンネルを形成するようになる。

【００１９】被加工物の切りだし経路図はその図形上の
ｘ，ｙ，ｕ，ｖ及びｚの各軸上の座標を制御することに
よって定められる。これ等の制御は、数値制御装置によ
るのがより望ましい。上部ガイド構体１８、下部ガイド
構体２０は、放電加工装置８全体の一部として図１にワ
イヤ電極２２と共に図示されている。上部ガイドアーム
１４はｕ−ｖ軸構体１５によってｕ−ｖ軸方向に移動す
る。これによって上部ガイド１８は水平なｕ，ｖ各軸に
沿って移動することが可能となる。同様にして、水平な
ｘ，ｙ軸方向に下部ガイド２０を移動可能とするように
、下部ガイドアームがもうけられている。ワイヤ電極は
上部ブラケット１７に沿って、水平に、さらには垂直方
向に供給される。上部ブラケット１７も下部ガイドアー
ムも、それぞれに要素をその中に備えているが、図中に
は示されていない。このようにして、被加工物の各座標
軸は、ワイヤ電極２２に対して相関的に駆動される。

【００２０】電源回路３２はワイヤ電極２２に対し被加
工物加工のためのパルスを供給する。電源回路の陽極（
＋）は被加工物の一点に接続され、他方、その陰極はワ
イヤ電極２２に接続される。この極性は、ある種の加工
の場合に逆にされることは良く知られるところである。

【００２１】図２はワイヤ電極２２に望まし波形のパル
スを供給する回路のブロック図である。電圧発生回路３
４には三相電力が線３６を介して与えられ、直流電圧が
線３８を介して出力される。線３８における直流電圧は
通常８０ボルト程度とされるが、他の電圧値を採用する
ことも可能である。

【００２２】電圧発生回路３４の出力線３８からきれい
なパルス列を得るためには、ｎ個のスイッチ回路４０ａ
乃至４０ｎを並列に接続するのが典型的仕方とされてい
る。好ましい実施例では、８個のスイッチ回路を使用し
て、接地に対して負のパルスを発生させるようにしてい
る。スイッチ回路４０ａ乃至４０ｎからの各出力は、線
４３ａ乃至４３ｎを介して回路保護のための分離ダイオ
ード４２ａ乃至４２ｎの各陽極に与えられる。これら分
離ダイオード４２ａないし４２ｎの使用によって、変形
パルス列の発生や、時としてはシステムの損傷を招くス
イッチ回路の騒乱を防止することが出来ることがわかつ
た。

【００２３】これまでのシステムにおいては、スイッチ
回路４０ａ乃至４０ｎ並びに分離ダイオード４２ａ乃至
４２ｎは、外部の電気キヤビネットに収められ、分離ダ
イオード４２ａ乃至４２ｎの出力は、ケーブルを介して
ワイヤ電極２２に与えられている。しかしながら、こう
した配線は二次的な誘導効果や、送電損を惹起する結果
になっている。さらに、スイッチ回路や二次側ケーブル
における信号反射が加工パルスの歪みや回路要素の破損
を招くことになる。さらに加えて、かなり高い加工電流
電圧による回路要素の熱発生を見ることになる。したが
って、外部キャビネツトは加熱し、システム自体の破損
、故障を招く結果となる。これに処するための方法とし
て、パルスの周期を減少させたリするが、加工速度にと
っては逆効果となる。

【００２４】図３から図５に図示のものは、本発明によ
るギャップボクッスの実施例である。ギャップボクッス
１０は加工間隙とワイヤ電極２２の近傍に位置し、分離
ダイオード４２ａ乃至４２ｎを収納し、同時に分離ダイ
オード４２ａ乃至４２ｎからの出力のための導電面を構
成するものである。その詳細は図４に示すように、ギャ
ップボクッス１０は端部４８と中間部５０を有する電気
伝導部材４６からなっている。不導電性材料、例えばフ
ェノールＧ−１０からなる絶縁板５２は中間部５０の近
傍に取リ付けられ、下部アーム１６の端部板５４連結し
ている。

【００２５】スイッチ回路の出力信号パルスは、下部ア
ーム１６内に設けられた同軸ケーブル５６、５８、６０
を介して、ギャップボクッス１０に送られる。ケーブル
５６、５８、６０はケーブルの外側ジャケットをギャッ
プボクッス１０の端部板５４に接続するためのターミナ
ルアセンブリ６２、６４、６６を有している。

【００２６】一対のねじ６３、６５は電気伝導部材４６
、絶縁板５２、及び端部板５４に形成された長孔を通り
、ギャップボクッス１０を下部アーム１６に固定する。電気伝導部材４６は、電気的に活性であるから、フェノ
ールＧ−１０のような絶縁材で構成した絶縁性ブッシン
グ６７、６９によってねじ６３、６５を覆うようにする
ことが望ましい。下部ワイヤガイド構体２０は同様にし
てギャップボクッスの電気伝導部材４８に位置決めねじ
（図示せず）によって固定する。

【００２７】導電要素５７、５９、６１は同軸ケーブル
５６、５８、６０に対応し、一対のダイオードサブアセ
ンブリ６４、６６と電気的に接続される。ダイオードサ
ブアセンブリ６４は、同軸ケーブルの導電要素５７、５
９を接続するための固定ねじ（図示せず）を受けるため
の溝７２、７４からなる２個の電気伝導端部６８、７０
からなっている。ダイオードサブアセンブリ６４の中間
部７６、７８は、ケーブル６２、６４の導電要素５７、
５９とその陽極が接続されている分離ダイオード４２ａ
、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを含んでいる。分離ダイオー
ド４２ａ乃至４２ｄの陰極は銅製の電気導電性中央ブロ
ック８０に接続している。このブロック８０には、ブロ
ック８０をギャップボクッスの伝導部材４６の中間部５
０に接続させるためのねじを受け入れる孔８２が形成さ
れている。ダイオードサブアセンブリ６６もまた以上と
まったく同様に構成される。

【００２８】ギャップボクッスの伝導部材４６は、下部
ワイヤガイド構体２０と接し、接面領域８４を形成する
。伝導部材４６、下部ワイヤガイド構体２０はステイン
レススチールで構成することが望ましい。ステインレス
スチールは特に高導電性のものとは言いがたいが、表面
積を大きくとり、電路を短くすることによってその抵抗
を最小に押さえることが可能である。ワイヤガイド構体
２０の電流路はワイヤ電極２２と接する炭素給電子８６
を含んで構成されている。この構成によれば、分離ダイ
オードの出力時に生ずるパルス信号が最短電路を通るの
で、伝送損及びスイッチ回路における反射パルスによる
損失を最小限に止めることが出来る。

【００２９】放電加工時においては、同軸ケーブル５６
、５８、６０を介してスイッチ回路４０ａ乃至４０ｎか
らダイオードサブアセンブリ６４、６６の導電端部６８
、７０に対し所定の波形をもった加工パルスが供給され
る。加工パルスの極性は負であるから、加工パルス信号
は分離ダイオード４２ａ乃至４２ｄを通リ、中央ブロッ
ク８０に達し、さらに、ギャップボクッス１０の伝導部
材４６および下部ワイヤガイド構体２０によって形成さ
れる電路を通って流れる。絶縁板５２は高い電圧パルス
が下部アーム１６を流れることを阻止する。このように
して、加工パルスは炭素給電子８４及びワイヤ電極２２
に、広面積最短距離の電路を通って供給されることにな
る。勿論加工パルスにおける抵抗損失も低減される。

【００３０】さらに有利なことに、以上のようにしてリ
ードの長さを最小にすることによって、リードによる磁
場を減少させ送電線の影響を消すことが可能になる。か
くして、通常、加工パルスのオンオフに伴って発生し、
分離ダイオードの接合部においてエネルギーを消費させ
る電圧スパイクを、除去、または実質的に低減すること
が出来る。従って、より大きいエネルギーを加工間隙及
びワイヤ電極に供給することが出来る。さらに、そうし
たスパイクが消滅するまでの時間が短いことから、ワイ
ヤ電極に供給する加工パルス周波数を大幅に増加するこ
とが出来、加工速度を高めることが可能となる。例えば
、通常のパルス幅は４マイクロ秒であるが、これを、３
マイクロ秒に下げることが出来る。また、さらに重要な
ことには、加工パルスの振幅を増加することも可能とな
る。

【００３１】図３及び図４には、ワイヤガイド並びに加
工液を加工間隙２４（図１）に向かって噴射する加工液
噴射構体２０に対して絶縁性加工液を送る流路を構成す
る噴流導管８８が図示されている。この導管８８は下部
アーム１６の端部板５４と導管を接続するためのターミ
ナルアセンブリ９０を含んでいる。加工間隙及び被加工
物に対して加工液を噴射するために、長孔９２が絶縁板
５２、ギャップボクッスの中間部５０及びその端部４８
を貫通し、ワイヤガイド構体２０に達するように形成さ
れる。この構成の利点は、分離ダイオード４２ａ乃至４
２ｄ及びギャップボクッス１０内部の他の電気要素に対
して冷却機構を構成する点にある。長孔９２にねじ切り
を施すことは熱交換表面を広げることになる点で好まし
い。

【００３２】このような構成によって、機械稼働に伴う
熱発生によって電気要素の動作が損なわれることを最小
限に止めることが出来る。分離ダイオード４２ａ乃至４
２ｄを冷却することによって、ダイオーどの接合部温度
を下げ、それによって接合電圧を許容接合電圧に保つこ
とが可能であることがわかった。従って、許容加工電流
を高く保ちながら、高信頼性と有効性を以て装置を稼働
することが出来る。

【００３３】以上、ワイヤ電極並びに加工間隙近傍に分
離ダイオード含むギャップボクッスを設けることによっ
て、前述の目的を達成でき、さらに、絶縁性の液体を冷
却媒体として使用することを述べた。勿論、ここに述べ
た発明に関連する幾多の応用例があること、また幾多の
変形例、特に上記開示の教示する利点を有する応用、変
形例があることは明らかであるが、それらは本発明の根
本を逸脱するものでないことは明白である。

【００３４】例えば、スイッチ回路に対する制御用の線
を設けるために機械に対して適宜変形を施したギャップ
ボクッスを設け、その中にスイッチ回路４２ａ乃至４２
ｎ設置することも可能である。このようにしてスイッチ
回路の冷却機構を形成することも出来る。ギャップボク
ッス１０ないのスイッチ回路には直流電圧が供給される
ため、交流波形を有意な距離にわたって消去できるとい
う利点がある。

【００３５】さらにまた、変形例の一つとして、スイッ
チ回路の制御にギャップボクッス１０に対しファイバ光
学的制御を施すことも可能である。こうした制御方式に
よれば、ワイヤ電極２２に対するケーブルの容量的、誘
導的、電磁的影響を消去することが可能である。さらに
また、ギャップボクッス１０の設置位置を上部ワイヤガ
イド構体１８の近傍にすることも、当業者によれば考案
され得るものである。従って、ここに開示の発明は、本
発明実施のための最良例の一つについて述べたものであ
り、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のギャップボクッスを備えた放電加工機
の略式断面図。

【図２】図１に示す放電加工機に使用されるパルス発生
回路のブロック図。

【図３】図１に示す放電加工機のワイヤガイド及び加工
液噴射機構の近傍に設けられたギャップボクッスの実施
例の断面図。

【図４】図３のギャップボクッスの平面断面図。

【図５】図３のギャップボクッスの５−５線に沿ってと
った拡大図。

【符号の説明】

８　　放電加工機１０　　ギャップボクッス１４　　上部アーム１６　　下部アーム１８、２０　　ワイヤガイド構体２２　　ワイヤ電極２７　　上部ノズル２９　　下部ノズル２２　　ワイヤ電極３２　　電源回路３４　　電圧発生回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ　　分離ダイオード４
６　　電気伝導部材５６、５８、６０　　同軸ケーブル８０　　電気伝導中央ブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　スイッチ回路を保護するために、少な
くとも一つの電流ゲイト手段を介して、加工電極と結合
する少なくとも一つの電力供給回路手段を有し、導電性
被加工物を加工する放電加工装置において、加工電極の
近傍に前記少なくとも一つの電流ゲイト手段を収納する
電気要素収納体が設け、この電気要素収納体は加工電極
への電力供給路を形成するために前記少なくとも一つの
電流ゲイト手段と接する導電部を有することを特徴とす
る放電加工装置。
【請求項２】　　請求項１に記載の装置は加工電極ガイ
ド、流体供給手段を備え、流体供給手段と一体に形成さ
れた前記電気要素収納体から熱を放出するために、少な
くとも前記電気要素収納体の一部を介して延在する長孔
を有すことを特徴とする装置。
【請求項３】　　請求項２に記載の装置において、前記
長孔には熱交換表面積を増加させるために、ねじ切リが
施されていることを特徴とする装置。
【請求項４】　　請求項２に記載の装置において、前記
加工電極ガイドは導電性であって、前記電極ガイドに接
する前記導電部に対し電力供給路を形成することを特徴
とする装置。
【請求項５】　　加工パルスを加工電極に供給するため
に、加工電極と結合する複数の電力スイッチ手段を含み
、これ等スイッチ手段の各々がスイッチ手段保護用の複
数の分離ダイオードの一つの入力端に接続する出力端を
備えている電力供給装置と、前記分離ダイオードの出力
端に接する導電部を有し、前記分離ダイオードを収納す
る電気要素収納体と、加工間隙および前記加工パルスの
導電路を形成するために前記電気要素収納体の導電部と
接する導電部に対して流体を放出する流体供給手段を含
む電極ガイドとからなり、加工間隙を介して導電性被加
工物と対峙する加工電極によって、前記被加工物を放電
加工することを特徴とする放電加工装置。
【請求項６】　　請求項５に記載の装置において、前記
電気要素収納体は前記流体供給装置に流体を供給すると
同時に、前記分離ダイオードを冷却するための長孔を備
えていることを特徴とする装置。
【請求項７】　　請求項６に記載の装置において、前記
長孔にはねじ切リが施されていることを特徴とする装置
。
【請求項８】　　一体に取リ付けられた電気要素収納体
と、複数の保護用分離ダイオードの各々一つの入力端に
接続された出力端を有する複数の電力スイッチ回路手段
と、加工電極に沿う方向に流体を放出する第１の流体出
力口を有し、かつ互いに離間して配置された第１、第２
の電極ガイド及び第１、第２の流体供給手段と、電力供
給手段から電力供給を受ける移動可能な加工電極とを備
えた放電加工装置であって、前記電気要素収納体は前記
分離ダイオードの出力端に接続された中間部と、前記第
１電極ガイドに接し電力供給回路手段に対し電路を形成
する表面を備えた端部を有するハウジング部材であって
、このハウジング部材は前記流体供給手段に流体を供給
すると共に、前記分離ダイオードからの発熱を前記流体
に吸収させるための長孔を有することを特徴とする放電
加工装置。
【請求項９】　　請求項１に記載の装置において、前記
少なくとも一つの電流ゲイト手段は、前記電力スイッチ
手段と結合する第１のた−ミナルと、前記加工電極と結
合する第２のた−ミナルとを備えたことを特徴とする装
置。
【請求項１０】　　請求項９に記載の装置は、複数の電
力スイッチ手段と、複数の分離ダイオードをさらに備え
、この電力スイッチの各々は前記分離ダイオードの各々
の第１のた−ミナルと結合し、前記分離ダイオードの第
２のた−ミナルの各々は前記加工電極と結合することを
特徴とする装置。