JPH11113170A - 情報制御型加工方法及び装置並びに該加工装置で用いるエネルギー供給装置 - Google Patents

情報制御型加工方法及び装置並びに該加工装置で用いるエネルギー供給装置

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JPH11113170A
JPH11113170A JP9268520A JP26852097A JPH11113170A JP H11113170 A JPH11113170 A JP H11113170A JP 9268520 A JP9268520 A JP 9268520A JP 26852097 A JP26852097 A JP 26852097A JP H11113170 A JPH11113170 A JP H11113170A
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JP
Japan
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energy
load
control
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JP9268520A
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Inventor
Kiyoshi Inoue
潔 井上
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INR Kenkyusho KK
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INR Kenkyusho KK
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  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非磁性体の鍋や釜等の被加熱体の成形精度に
よって異なる効率を一定の効率になるようにする。 【解決手段】 誘導コイルを鍋や釜等の成形歪面に沿う
ように配置して安定を保つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気エネルギーを直接
利用する加工装置の全てに応用できるもので、主な加工
装置を例記すれば、高応答低損失電源はワイヤカット放
電加工装置、ラム型放電加工装置、放電表面被覆装置、
電解放電加工装置、液中放電加熱装置、粉末放電焼結装
置、放電部分熱処理装置、高周波加熱、高周波溶着装
置、高周波溶融装置、レザー装置、メッキ用電源装置の
改良に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】従来技術は上記のような目的に利用する
電源装置については、負荷がいずれもμs オーダーであ
り、負荷のインピーダンスが急激に低下する特性を持っ
たもので、これに対応するため、直列抵抗を挿入するこ
とにより負荷変動に対応して、制御用半導体を保護して
いるか、比較的永い時間PMW制御等が提案されていた
ので、電力損失が大きく負応答が低かった。
【0003】
【発明が解決しようとする手段】近年極めて応答性が高
く大電力を制御する要求が増大してきたことに鑑みて、
本発明が解決する手段として、この点に対応して本発明
の電源は、直列負荷バランス抵抗を挿入しないで損失を
起こさないようにし、且つ高速度でスイッチ素子を開閉
させるようにし、低損失で制御するようにする。負荷が
エネルギーを消費するとき、必要とするエネルギーを一
時的に蓄積しておいて負荷とマッチングさせて供給する
ので高効率となる。また、スイッチング時にnsec以下程
度の高速応答させることによって、スイッチング素子の
損失を防止する。
【0004】場合によっては回路に蓄積、残留したエネ
ルギーがあるとき、このエネルギーを蓄積器に返却し
て、負荷に再び供給するようにして効率を高くする。
【0005】
【作用】電気エネルギーを負荷に供給するとき、エネル
ギー蓄積器として蓄電器を用いた場合について説明すれ
ば、その特性は時間的には最大電流になるまでの時間を
τとすれば、
【数1】 そのときの最大電流Im は、
【数2】 として表すことができる。更に、利用されるエネルギー
は、
【数3】 として蓄電器に蓄積する電圧Vによって制御する。勿
論、必要に応じて蓄電器容量Cも変化させる。
【0006】従って、エネルギーを供給する回路のイン
ダクタンス(誘導係数L)を持つ静電容量(容量C)が
定まったとき、蓄電器の静電容量Cの値は、数1及び数
2に基づいて決定され、最後に必要なエネルギーは数3
によって決定されることになる。勿論時間τを繰り返し
供給して等価的に長時間エネルギーを制御しながら供給
することもできる。使用する制御時間はnsec〜msecの間
の時間帯である。
【0007】エネルギー供給時の時間エネルギー特性を
任意に選定し、且つ繰り返して広い範囲で制御すること
もできる。高速応答(nsec)させて現象の進行とエネル
ギー供給速度を制御して、小さいエネルギーでも大きい
エネルギー(nJoule〜kJoule)でも正確に目的的な現象
を実現することができる。エネルギーは現象として直接
的に、主として熱(溶融、蒸発、温度上昇)や、機械的
圧力(駆動力、爆発力)、運動のエネルギーなどを直接
的もしくは誘導的に利用して加工する。また二次的に拡
散、励起、分子間のエネルギーの授受による反応を起こ
す現象としても利用することができる。媒体も固相間、
反応媒体ガス中、真空中、液液間、液固間等々の場に利
用することができる。
【実施例1】
【0008】ワイヤカット放電加工装置に応用した例を
系統図として図1に示す。電源1が直流が供給され、電
源蓄電器19を充電した状態で制御スイッチ3、4CMOS
がこのドライバー装置5、6で互いにロックされてお
り、PWM制御ドライバー5CMOSスイッチ素子3、4が
制御される。尚、ドライバーを図2に示す。5’、6’
で特にコンデンサが充分大容量として低インピーダンス
駆動されるので、CMOSの損失が1/10以下程度になる。
【0009】エネルギー蓄積用蓄電器2に対して、電源
蓄電器8よりコンピュータ7からのシグナルにより、P
WM制御された約5 〜10μs の時間内で蓄電器2の充電
電圧を200 V〜500 V程度にするように制御する。
【0010】充電エネルギーは0.001 〜0.1Joule(最
大)を蓄電器2に蓄えてこのエネルギーをスイッチを経
てスイッチ4が(このときスイッチ3が開となり)閉と
なってトランス8とかチョーク負荷10とか、トランス
出力端9を経て負荷にエネルギーを放出することにな
る。LCのサイクル幅より狭い時間でスイッチ4を開と
するとき、残留エネルギーを蓄電器12と整流器13の
直列回路に残留エネルギーを吸収し、上記5 〜10μs 以
内にトランス14を経て充分高い電圧とし、整流器15
を経て主エネルギー蓄積蓄電器に充電し、繰り返し放電
休止時間幅を5〜10μs とし、主パルスは0.1〜1μs
程度に保つようにする。
【0011】整流器16も充電時に生ずる回路に残留す
るエネルギーを吸収するようにしたものである。回路の
浮遊インダクタンスに生ずるものである。更に、チョー
クもしくはトランス8に検出コイル18を捲着して、負
荷の状態を検出し、出力11をコンピュータ7を経て主
蓄電器2の充電状態を制御させ、更にまた加工間隙制御
用サーボ送りの信号として利用することもできる。同様
に負荷9や10の回路の残留エネルギーも直列蓄電器と
整流器回路より昇圧して整流し、蓄積蓄電器にエネルギ
ーを返すように装置することで高能率利用を可能にする
ものである。
【0012】ラム型放電加工装置においては、ワイヤカ
ット放電加工装置と同様な回路構成で利用できるが、僅
かの極性を持つと有利な場合が多い。この場合はチョー
ク負荷10’を+−の極性に接続し、リンクコアー1
1”及びロゴスキーコイル11’として検出コイルより
電流を検出する。このとき負荷の間隙の状態で、間隙の
インピーダンス時間変化を検出し、同様にコンピュータ
7により充電放電を制御し、更に、間隙長さのサーボも
制御できる。
【0013】尚、この場合、1μsec 程度の比較的狭い
パルスを集めて10〜500 個程度、更に、休止も10〜30個
相当時間とし、場合によっては水と表面活性剤を注水し
ながら加工することが可能となり、間隙に生じる種々の
現象も電流時間特性を11’より検出することにより低
い電極消耗で、安定な加工を可能にする。勿論、トラン
ス9、チョーク10の飽和度を制御し、電極消耗、特性
を制御することもできる。
【0014】表面被覆装置の場合、 充電エネルギーは0.
01Joule 〜100Joule程度で、気中で実施するが、場合に
よってはただ媒体として拡散用ガス体や防酸化のための
油類を利用し、ラム型放電加工装置同様に極性を持た
せ、拡散作用を増大させるもので、大体50〜500 μsec
程度のパルス幅を10〜500 μsec 程度の休止時間を持っ
て、被覆材と被被覆材との間の放電の負荷として供給す
ることで、一般的には電極材を正極性として利用するも
のである。検出11’によって電流上昇時間特性を検定
し、送りを加えて放電位置を移動させるように制御す
る。また、例えばグラファイト電極等を利用して部分焼
き入れ処理を行うことができる。部分熱処理0.05mm〜0.
1mmオーダーの処理を可能にする。勿論、合金化して悪
結果を示さない任意の電極を利用することができる。こ
の場合、トランス8、チョーク10の飽和度を制御させ
て拡散状態を制御する。
【0015】前項で使用した加工液をイオン水を中心に
利用したときは、電解放電を発生することになり、イオ
ン作用を起こさせるときの程度を制御して利用すること
ができる。
【0016】電解液中の場合も同様に、主としてイオン
制御液の場合は、表面被覆方式と同程度のエネルギー域
で電極と液の間隙に放電を発生させる。この場合1 μ〜
100μsec 程度で活性化処理や拡散処理や溶接等を行う
ようにすることができる。例えば、燐酸飽和液中5 μse
c 〜通電、20μsec 休止で、負荷端子として10’を利
用の場合、電極温度は20℃〜1750℃まで任意に陰極の温
度制御ができた。電極面積に応じて休止時間と逆比例関
係となる。また、電解作用による陽極加工、陰極電着加
工にも利用できる。
【0017】固体間の放電においては、使用エネルギー
は0.1kJoule〜100kJoule を利用し、特に負荷インピー
ダンスが低いのでトランス8の捲比を充分に大きくして
利用する。検出11出力は粉体間の圧力特性を制御する
ように使用し、で応答させるように制御して、成形型と
パンチの関係を検定することができるので、純粋なWC
やB4Cも容易に焼結することができ、例えば、3min〜
5min以内で比重が15.5のWC、2.45のB4Cを得ること
ができた。
【0018】更に、加圧特性は焼結が始まると収縮が始
まり、一定の点で逆転する。この逆転直前で通電を停止
することが必要になる。電流時間特性を充分一定値に保
つように制御することが、安定に且つバインダーレスで
焼結することができるということである。同様にWCu
やWAu 、WAg 等のスイッチ材やFe Cu 等のバネ材
等も焼結することができる。
【0019】高周波関係は、トランス8を介してエネル
ギーを供給するもので、加熱溶着、溶融装置において、
負荷インピーダンスを出力11より検出して、被加熱体
の物理特性に応じて出力11をコンピュータ7に入れ
て、スイッチ3、4の開閉速度を制御し、負荷率に応答
するように制御することにより、安定な負荷率の高いエ
ネルギーを供給することができる。特に磁性体の場合、
温度によってμは低下するので、結合係数の変化に対し
繰り返し周波数を制御して、一定結合させ高能率化を計
ることができる。尚コンピュータはI/F,RAM,R
OM更にはA/D,D/Aを持っている。
【0020】レーザ装置においては、エネルギー1kJou
le〜10kJoule程度で負荷特性を検出11で制御し、また
場合によってはレーザ照射光を直接光ファイバーより反
射光をフォトトランジスタ11”で温度を判定して、集
団パルスを利用する。更にコンピュータ制御して、μse
c オーダーの制御を行ってやはり極性を利用して精密に
制御することができるので、従来と比較してメトルダウ
ンを起こさないで極めて精密な制御が可能となる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、エネルギーと制御時間を
変更するだけで多方面にわたって極めて高能率な高速応
答制御が可能なパルス、HF等の電源として用いること
ができるので、単にコンピュータ・ ソフトを変更するだ
けで全く異なった加工を可能にすることができる。発明
の効果として、全く新しい情報制御型加工装置を提案し
たものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明回路の全体図である。
【図2】高速応答制御回路の図である。
【符号の説明】
1・・・・・・・・・・・・・・・ 直流電源 2・・・・・・・・・・・・・・・ エネルギー蓄積蓄電器 3、4・・・・・・・・・・0 CMOSスイッチ 5、6・・・・・・・・・・0 CMOSドライバー 5’、6’・・・・・・・ ドライバー部分図(低インピーダン
ス化) 7・・・・・・・・・・・・・・・ 制御用コンピュータ 8・・・・・・・・・・・・・・・ 出力トランス 9、10・・・・・・・・・ 負荷接続端子 10’・・・・・・・・・・・ 極性の必要な負荷端子{9、10は
除く} 11・・・・・・・・・・・・・ 負荷特性検出コイル出力 11’・・・・・・・・・・・ ロゴスキーコイル(リンクコアー)
検出端出力 11”・・・・・・・・・・・ フォトトランジスタ検出器 12・・・・・・・・・・・・・ 残留エネルギー(電荷)吸収蓄電器 13・・・・・・・・・・・・・ 残留エネルギー整流器 14・・・・・・・・・・・・・ 残留エネルギー(電荷)返還用トラ
ンス 15・・・・・・・・・・・・・ 残留エネルギー用整流器 16・・・・・・・・・・・・・ 充電回路残留エネルギー吸収整流器 17・・・・・・・・・・・・・ 浮遊インダクタンス 18・・・・・・・・・・・・・ 検出用コイル 19・・・・・・・・・・・・・ 電源用蓄電器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年10月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】固体間の放電においては、使用エネルギー
は0.1kJoule〜100kJoule を利用し、特に負荷インピー
ダンスが低いのでトランス8の捲比を充分に大きくして
利用する。検出11出力は粉体間の圧力特性を制御する
ように使用し、応答させるように制御して、成形型とパ
ンチの関係を検定することができるので、純粋なWCや
4 Cも容易に焼結することができ、例えば、3min〜5m
in以内で比重が15.5のWC、2.45のB4 Cを得ることが
できた。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源側より見て低インピーダンス負荷に
    エネルギーを供給するとき、エネルギー蓄積器に制御ス
    イッチング素子で希望するエネルギーを充電し、充電素
    子と別の放出用の制御スイッチング素子を経て、充電エ
    ネルギーを制御のもとに負荷に供給するようにした間欠
    的にエネルギーを供給する情報制御型加工方法。
  2. 【請求項2】 充電エネルギーを制御素子を経て負荷に
    供給する装置において、制御スイッチをPWM制御して
    充電するようにして、充電時に過大電流が流れることを
    防止するようにした加工装置。
  3. 【請求項3】 負荷にエネルギーを制御素子を経て供給
    するとき、蓄積器容量と負荷に供給する回路の誘導係数
    とが共振時間に近い時間で負荷回路を開とするようにし
    た加工装置。
  4. 【請求項4】 エネルギーを蓄積器より制御スイッチを
    経て負荷へ供給するとき、蓄積エネルギーが負荷に放出
    し尽くせない状態で制御スイッチを開としたときの残留
    エネルギー、もしくは負荷回路中に残る残留エネルギー
    を蓄積器へ返還して蓄積するようにした間欠的エネルギ
    ー供給装置。
  5. 【請求項5】 負荷にトランスとかチョーク結合してエ
    ネルギーを供給するようにした上記請求項1の間欠的な
    エネルギーを供給する加工装置。
  6. 【請求項6】 エネルギー蓄積時と放出時に、蓄積用ス
    イッチ素子と負荷へ放出用スイッチ素子が互いに同時に
    閉とならないように動作制御した上記請求項1のエネル
    ギー供給装置。
  7. 【請求項7】 負荷に短いμsec 以下の時間単位のパル
    ス状エネルギーを、少なくともμsec 以上の単位で集合
    し集団として負荷に供給し、集団を一定の時間休止する
    ようにして、間欠的にエネルギーを供給するようにした
    上記請求項5のエネルギーを供給する加工装置。
  8. 【請求項8】 負荷の状態をトランスもしくはチョーク
    または第3次、第2次捲線より検出して全体の負荷のエ
    ネルギー消費状態や、負荷のインピーダンス等負荷の時
    間的な変化状態を検出するようにして、系を制御するよ
    うにした加工装置。
  9. 【請求項9】 制御用スイッチング素子の駆動回路イン
    ピーダンスを極力低くしてスイッチング素子を制御する
    ようにした高能率化した上記請求項1のエネルギー供給
    用スイッチング装置。
  10. 【請求項10】負荷の電流時間特性で負荷状態を判断
    し、供給エネルギーを制御するようにした上記請求項8
    の加工方法。
  11. 【請求項11】加工位置変化時間特性によって、負荷供
    給エネルギーを制御するようにした上記請求項1の加工
    装置。
JP9268520A 1997-10-01 1997-10-01 情報制御型加工方法及び装置並びに該加工装置で用いるエネルギー供給装置 Pending JPH11113170A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016522313A (ja) * 2013-03-28 2016-07-28 ジェニコア スプウカ ス オルガニザツィーノン オトゥポビエジャルノシチョンGenicore Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia 粉末材料固化装置及び方法

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