JPH0532168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンデンサの放電を用いて加工を行
う放電加工機の放電加工電源に関する。

従来の技術 コンデンサの放電を用いて加工を行う放電加工
電源の電源回路は、第５図に示すような回路が従
来使用されている。第５図において、Ｅは電源、
Ｒ１は電流制限用の抵抗、Ｃ２は充放電用コンデ
ンサ、Ｐは電極、Ｗはワーク、Ｔ２はスイツチン
グ素子であるトランジスタ、Ｇ２はそのベースで
ある。このような回路において、トランジスタＴ
２のベースＧ２にパルスを入力して該トランジス
タＴ２をオンさせ、コンデンサＣ２を充電させ、
このコンデンサＣ２の充電電圧を電極Ｐとワーク
Ｗ間に印加させ、コンデンサＣ２の放電電流が上
記電極ＰとワークＷ間の間〓に放電となつて流
れ、それにより放電加工が行われるものである
が、コンデンサＣ２を高速充電するためには、電
流制限用の抵抗Ｒ１を小さくする必要があり、該
抵抗Ｒ１を小さくすると、該抵抗Ｒ１が発熱しエ
ネルギーロスが大きかつた。

そこで、第６図に示すような放電加工電源が開
発された（特開昭60−180718号公報参照）。第６
図において、Ｅは電源、Ｔ３，Ｔ４はスイツチン
グ素子としての充電用及び放電用のトランジス
タ、Ｇ３，Ｇ４はそのベース、Ｃ３は充放電用の
コンデンサ、Ｄ３はダイオード、Ｐは電極、Ｗは
ワーク、Ｌ３はインダクタンスである。

このような放電加工電源回路の作用を説明する
と、まず、充電用のトランジスタＴ３のベースＧ
３にパルスを印加して、該トランジスタＴ３をオ
ンにすると電流が電源ＥからコンデンサＣ３、イ
ンダクタンスＬ３、トランジスタＴ３、そして、
電源Ｅへと流れ、コンデンサＣ３は充電を始め
る。そのとき、該電流は浮遊インダクタンスＬ３
のインピーダンスにより直線的に増加する。それ
により、コンデンサＣ３の充電電圧も順次増加す
る。そして、充電用のトランジスタＴ３のベース
Ｇ３への印加を停止し、該トランジスタＴ３をオ
フにすると、浮遊インダクタンスＬ３に蓄積され
たエネルギーによる電流がダイオードＤ３を介し
て流れ、いわゆるフライホイール回路を形成して
コンデンサＣ３をさらに充電する。この際、コン
デンサＣ３への充電電流及び充電電圧は上述した
説明から分るように、浮遊インダクタンスＬ３と
トランジスタＴ３をオンにするベースＧ３に印加
するパルス幅によつて決まるから、トランジスタ
Ｔ３をオンにするパルス幅を調整することによ
り、また、インダクタンスを調整することにより
コンデンサＣ３の充電電圧を調整できる。

このようにして、コンデンサＣ３を充電し、ト
ランジスタＴ４のベースＧ４にパルスを印加して
トランジスタＴ４をオンにする。その結果、上記
コンデンサＣ３の充電電圧がワークＷと電極Ｐ間
のギヤツプに印加され、放電を開始し、放電電流
が流れることとなる。このように、この放電加工
電源では電源制限抵抗を用いないので、エネルギ
ーロスがなく電源効率がよいが、放電用のスイツ
チング素子Ｔ４を用いるため高価となる。特に大
電流の放電流を流すためのこのスイツチング素子
としてのトランジスタＴ４は数多く並列に接続す
るものであるから放電加工電源を高価にしてい
た。

発明が解決しようとしていた問題点 本発明は、上記従来技術の欠点を改善し、コン
デンサ放電回路における充電を急速に行い、か
つ、安価で電源効率の高い放電加工電源を提供す
ることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、電極とワークの放電加工部と並列に
コンデンサを接続し、さらに該コンデンサに並列
にインダクタンスとダイオードの直列回路を接続
し、上記インダクタンスとダイオードの一端との
接続点と上記ダイオードの他端間にスイツチング
素子を介して上記ダイオードに逆方向の電圧がか
かるように直流電源が接続され、上記スイツチン
グ素子がオンオフ制御され該スイツチング素子が
オンの時上記コンデンサを充電し、オフになると
上記インダクタンスに蓄積されたエネルギが上記
ダイオードを介して上記コンデンサをさらに充電
し、該充電電圧が放電加工部に印加されて放電が
生じ、該放電終了時にコンデンサと上記放電加工
部間の回路中の浮遊インダクタンスに蓄積された
エネルギが上記ダイオードを介して上記コンデン
サを充電するように構成することにより、電流制
限抵抗、及び放電回路中にスイツチング素子を必
要としない放電加工電源を得るものである。

作 用 上記スイツチング素子をオンにして上記コンデ
ンサを充電するときは、上記インダクタンスによ
つてコンデンサの充電電流は直線的に増加し、上
記スイツチング素子がオンになると上記インダク
タンスに蓄えられたエネルギにより充電電流は直
線的に減少して流れ、上記コンデンサを充電す
る。そして、このコンデンサの充電電圧が電極−
ワーク間に印加され、これにより放電が生じ、浮
遊インダクタンスにより上記コンデンサに逆電圧
が生じると、上記ダイオードを介して電流を流し
上記コンデンサを正方向の電圧にしてエネルギー
ロスを少なくした。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の放電加工電源の
回路図を示すもので、Ｅは直流電源、Ｐは電極、
Ｗはワーク、Ｔ１はスイツチング素子としてのト
ランジスタ、Ｇ１はそのベース、Ｃ１はコンデン
サ、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｌ１はインダクタ
ンス、Ｌ２は放電回路における浮遊インダクタン
スで、後述するようにインダクタンスＬ１とダイ
オードＤ１はフライホイール回路を構成する。な
お、トランジスタＴ１に加わるサージ電圧を少な
くするために、上記トランジスタＴ１、ダイオー
ドＤ１、直流電源Ｅで構成される回路はプリント
板化してこの回路のインダクタンスを極小にする
ようにしている。

次に、本実施例の動作について第２図のタイミ
ング図と共に説明する。今、トランジスタＴ１の
ベースＧ１に第２図で示すようなパルスが入力
され、トランジスタＴ１をオン／オフさせている
とする。インダクタンスＬ１が大きなものでない
と、トランジスタＴ１をオンしたときコンデンサ
Ｃ１を充電する電流Ｉ１は第２図に示すよう
に、直線的に増加する。すなわち、電源電圧を
E0、コンデンサＣ１の充電電圧をVCとすると、 dI1／dt＝（E0−VC）／L1 なる関係で充電電流Ｉ１は直線的に流れる。次
に、トランジスタＴ１がオフになると、インダク
タンスＬ１に蓄積されたエネルギーによる電流Ｉ
２がダイオードＤ１を介して第２図ｖに示すよう
に流れ、いわゆるフライホイール回路を形成し
て、コンデンサＣ１をさらに充電することとな
る。この際、コンデンサＣ１の充電電圧VCは上
述の説明から分るように、トランジスタＴ１をオ
ンにするパルス幅、インダクタンスＬ１の値及び
コンデンサＣ１の容量によつて電源電圧E0の２
倍まで任意に調整設定することができる。こうし
て、充電されたコンデンサＣ１の充電電圧VCは
電極ＰとワークＷ間のギヤツプに印加されること
となるが、第２図のａで示すように、放電が生
じなければ電極ＰとワークＷ間のもれ電流により
コンデンサＣ１の充電電圧VCはなだらかに減少
し、次の周期のトランジスタＴ１のオンにより再
び充電されることとなる。

このときの充電電流は充電電圧VCがすでに設
定充電電圧に近いことから少なく、結局コンデン
サＣ１は設定充電電圧に近い充電電圧VCに充電
されることとなる。そして、コンデンサＣ１の充
電電圧VCが電極ＰとワークＷ間に印加されるこ
とによつて第２図に示すように放電が生じ、放
電電流Ｉ３がワークＷと電極Ｐ内に流れると、第
２図ｂに示すようにコンデンサＣ１の充電電圧
VCは減少するが、コンデンサＣ１と電極Ｐ、ワ
ークＷ間に存在する浮遊インダクタンスＬ２のた
めに、該コンデンサＣ１は逆方向に充電され逆電
圧が生じる。しかし、この逆方向に充電された電
荷はフライホイール回路のインダクタンスL1、
ダイオードD1を通つて、再びコンデンサＣ１を
正方向に充電する。このダイオードＤ１を設ける
ことによつて放電終了時コンデンサＣ１が逆方向
に充電されても上記ダイオードＤ１を通つて上記
コンデンサＣ１を再び正方向に再充電するから、
エネルギーロスは少なくなる。もし、このダイオ
ードＤ１がなければ、コンデンサＣ１の充電電圧
VCは逆方向になつて、次にトランジスタＴ１が
オンしたときの充電電流Ｉ１が大幅に大きくな
り、エネルギーロスが大きくなる。一方、電極Ｐ
とワークＷ間がシヨートに近い状態であると、第
２図，ｃで示すように放電が重なつて生じる
ことがある。すなわち、一旦放電が生じた後、直
ちにトランジスタＴ１がオンになつて直流電源Ｅ
の電圧が電極Ｐ、ワークＷ間に印加され、これに
より放電が続けて生じ、大きなパルス幅の放電が
生じることとなる。一般に放電電流のパルス幅が
大きいとワークの加工面の面粗さを悪くする原因
となり、放電が連続して生じることは好ましくな
い。しかし、前述したように、コンデンサＣ１の
設定充電電圧VCはコンデンサＣ１の容量、イン
ダクタンスＬ１の大きさ及びトランジスタＴ１の
オンタイム幅によつて決まるから、コンデンサＣ
１の容量やインダクタンスＬ１の値を選択するこ
とによつてトランジスタＴ１のオンタイム幅（第
２図のパルス幅）は小さくすることができる。

そのため、コンデンサＣ１の容量やインダクタ
ンスＬ１の値を選択して、通常の放電電流Ｉ３の
パルス幅の1/2以下程度のオンタイム幅となるよ
うコンデンサＣ１の容量、インダクタンスＬ１の
値を設定すれば、電極ＰとワークＷとがシヨート
に近い状態で、放電の後トランジスタＴ１がオン
して電源電圧が電極ＰとワークＷ間に印加される
ことにより放電し放電パルスが長くなつたとして
も、トランジスタＴ１がオンする時間幅が少ない
ので大きな問題とはならない。また、コンデンサ
Ｃ１への充電が急速であるから、充電途中で放電
が生じることも少なく１発の放電エネルギーが小
さくなりすぎる現象も少なくなる。さらに、トラ
ンジスタＴ１をオンにするオンパルス幅を小さく
して複数のオンパルスでコンデンサＣ１を充電電
圧に充電するようにしてもよい。

以上述べたように、本発明は、トランジスタＴ
１を周期的にオン／オフすることによつて放電加
工を行うものであるから、制御装置が簡単であ
る。ただ、第２図に示すように、コンデンサＣ
１への充電電流はトランジスタＴ１をオンにする
パルス幅の２倍の時間中流れ、コンデンサＣ１を
充電するから、トランジスタＴ１のオンタイムの
後には少なくともこのオンタイム以上のオフタイ
ムを設ける必要がある。また、放電中の充電を避
けるため、放電電流Ｉ３を検出してこの期間トラ
ンジスタＴ１をオンさせないようにしてもよい。
第３図にこのような場合の一実施例を示す。第３
図において、１は第１図のワークＷと電力Ｐ間を
流れる放電電流Ｉ３を検出するために、該放電回
路中に設けられたカレントトランスで、該カレン
トトランス１の出力はコンパレータ２に入力さ
れ、基準電圧VLと比較されるようになつている。
コンパレータ２の出力はアンド回路３に入力さ
れ、該アンド回路３の出力によつて第１図におけ
るトランジスタＴ１をオン／オフさせるものであ
る。４はスイツチング制御回路で、Ｍ１，Ｍ２，
Ｍ３は各々ワンシヨツトマルチバイブレータで、
Ｍ１はトランジスタＴ１をオンさせるオンタイム
パルスを出力するワンシヨツトマルチバイブレー
タワンシヨツトマルチバイブレータＭ１の立下が
りでトリガされ、ワンシヨツトマルチバイブレー
タＭ１のパルス幅と同じ幅のパルスを出力するワ
ンシヨツトマルチバイブレータ、Ｍ３はトランジ
スタＴ１のオフタイム時間幅の出力パルスを出力
するワンシヨツトマルチバイブレータであり、ワ
ンシヨツトマルチバイブレータＭ２の立下がりで
トリガされ、また、該ワンシヨツトマルチバイブ
レータＭ３のパルスの立下がりで上記ワンシヨツ
トマルチバイブレータＭ１をトリガするものであ
る。５，６はパルス幅を設定するための設定器
で、ワンシヨツトマルチバイブレータＭ１とＭ２
は同じパルス幅であるから、同一設定器５によつ
て設定される。また、設定器６はオフタイム時間
を設定する設定器で加工状態に応じて最適に設定
されるものである。そして、第４図に示すよう
に、ワンシヨツトマルチバイブレータＭ１の立下
りでワンシヨツトマルチバイブレータＭ２がトリ
ガされ、ワンシヨツトマルチバイブレータＭ２の
立下りでワンシヨツトマルチバイブレータＭ３が
トリガされ、ワンシヨツトマルチバイブレータＭ
３の立下りでワンシヨツトマルチバイブレータＭ
１がトリガされ、順次この動作を繰り返してお
り、ワンシヨツトマルチバイブレータＭ１の出力
がアンド回路３に入力されている。そこで、この
回路の動作を説明すると、アンド回路３の一方の
端子には第４図で示すようなワンシヨツトマル
チバイブレータＭ１の出力が周期的に入力されて
おり、アンド回路３の他方の端子、すなわちコン
パレータ２からの信号がＨレベルであるかぎり、
アンド回路３からはワンシヨツトマルチバイブレ
ータＭ１の出力パルスが周期的に出力され、トラ
ンジスタＴ１を周期的にオンにしている。一方、
カレントトランス１は電極ＰとワークＷ間の電流
を検出してコンパレータ２に入力しており、放電
電流Ｉ３が流れ、コンパレータ２の基準電圧VL
以上にカレントトランス１の出力がなると、コン
パレータ２はＬレベルの出力信号を出す。コンパ
レータ２の出力がＬレベルになると、アンド回路
３は他方の入力が何であろうと閉じ、出力を出さ
ない。すなわちワンシヨツトマルチバイブレータ
Ｍ１の出力パルスのタイミングと放電電流Ｉ３が
重なつたときはアンド回路３からは出力が出され
ず、トランジスタＴ１をオンにすることはない。
そのため、コンデンサＣ１が放電してワークＷと
電極Ｐ間に放電電流が流れている期間はトランジ
スタＴ１がオンとなつてコンデンサＣ１を充電す
ることはなくなる。

また、上述したように、ワンシヨツトマルチバ
イブレータＭ２でオンタイム幅と同じ幅のオフタ
イム幅が同時に設定されるため、設定器６でオフ
タイム幅を設定してオフタイム幅が短くなりすぎ
てもコンデンサＣ１を充電中にオフタイムが切
れ、トランジスタＴ１をオンさせることはない。

なお、上記実施例では、電極ＰとワークＷ間に
逆電圧が流れることを防止するためにダイオード
Ｄ２を設けたが、必ずしもこのダイオードＤ２を
設ける必要はない。

発明の効果 本願発明は、放電用のスイツチング素子を必要
としないから、放電加工電源を安価に構成するこ
とができる。また、コンデンサへの充電回路中に
電流を制限する抵抗を必要としないから、この抵
抗によるエネルギーロスが無く効率的な放電加工
電源を得ることができる。さらに、電極とワーク
間に放電が生じ、この放電の終了時に放電回路中
の浮遊インダクタンスによつて生じる上記コンデ
ンサの逆電圧もダイオードを介して上記コンデン
サを正方向（電極とワーク間に放電時に電圧を印
加する方向）に充電させるから、エネルギーの無
駄がなく電源効率のよい放電加工電源を得ること
ができる。

また、上記コンデンサの充電電圧は上記コンデ
ンサの容量、インダクタンスの大きさ、スイツチ
ング素子のオン時間幅によつて決まるから、コン
デンサの容量やインダクタンスの値を選択するこ
とによつてスイツチング素子のオン時間幅を小さ
くすることができるので、電極とワークとがシヨ
ートに近い状態になり放電が長くなつてもスイツ
チング素子のオン時間幅が短いので、放電パルス
幅が問題になる程長くなることはなく、放電パル
ス幅が大きいことによる加工面の面粗さを悪くす
るようなことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は
同動作タイミングチヤート、第３図はスイツチン
グ素子のオンオフ制御回路を示す図、第４図は同
制御回路におけるタイミングチヤート、第５図は
従来の放電加工電源の回路図、第６図は、すでに
開発されている放電加工電源の回路図である。 Ｐ……電極、Ｗ……ワーク、Ｌ１……インダク
タンス、Ｌ２……浮遊インダクタンス、Ｄ１，Ｄ
２……ダイオード、Ｔ１……トランジスタ、Ｃ１
……コンデンサ、Ｅ……直流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極とワークの放電加工部と並列にコンデン
   サを接続し、さらに該コンデンサに並列にインダ
   クタンスとダイオードの直列回路を接続し、上記
   インダクタンスとダイオードの一端との接続点と
   上記ダイオードの他端間にスイツチング素子を介
   して上記ダイオードに逆方向の電圧がかかるよう
   に直流電源が接続され、上記スイツチング素子が
   オンオフ制御され該スイツチング素子がオンの時
   上記コンデンサを充電し、オフになると上記イン
   ダクタンスに蓄積されたエネルギが上記ダイオー
   ドを介して上記コンデンサをさらに充電し、該充
   電電圧が放電加工部に印加されて放電が生じ、該
   放電終了時にコンデンサと上記放電加工部間の回
   路中の浮遊インダクタンスに蓄積されたエネルギ
   が上記ダイオードを介して上記コンデンサを充電
   するようにしたことを特徴とする放電加工電源。 ２ 上記放電加工部への放電回路中には電極とワ
   ーク間に逆極性電流が流れることを防止するダイ
   オードが設けられている特許請求の範囲第１項記
   載の放電加工電源。 ３ 上記スイツチング手段のオフタイム幅は少な
   くともオンタイム幅を超える時間幅である特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の放電加工電
   源。 ４ 上記スイツチング手段のオン／オフを制御す
   る制御回路はオンタイム幅のパルスを出力する第
   １のワンシヨツトマルチバイブレータ、該オンタ
   イム幅と同じ幅のパルスを出力する第２のワンシ
   ヨツトマルチバイブレータ及び第３のワンシヨツ
   トマルチバイブレータを有し、上記第１、第２、
   第３のワンシヨツトマルチバイブレータは循環し
   て接続され各ワンシヨツトマルチバイブレータの
   立下がりで各々トリガされるよう構成され、上記
   第３のワンシヨツトマルチバイブレータによつて
   オフタイム幅を任意に制御できるようにした特許
   請求の範囲第３項記載の放電加工電源。 ５ 上記放電加工部への放電回路中にカレントト
   ランスを設け放電電流を検出し、該放電電流が検
   出されている期間中、上記スイツチング手段がオ
   ンになることを阻止するようにした特許請求の範
   囲第１項、第２項、第３項または第４項記載の放
   電加工電源。