WO2023223479A1 - 放電加工用電源装置、放電加工装置及び放電加工方法 - Google Patents

Abstract

放電加工用電源装置（５０）は、工具電極（Ｅ）と被加工物（Ｗ）とで形成される加工極間に放電加工用の電圧を印加する。放電加工用電源装置（５０）は、直流電源（１０，２０）と、スイッチング素子（１１，２１）と、検出回路（４）と、制御回路（１２，２２）とを備える。検出回路（４）は、スイッチング素子（１１，２１）のうちの何れか１つがオン状態に制御されたことによって加工極間に第１の直流電圧、又は第１の直流電圧と逆極性の第２の直流電圧が印加された際に発生した放電を検出し、制御回路（１２，２２）は、放電が検出された際には、オン状態に制御されていたスイッチング素子をオフ状態に制御し、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御する。

Description

放電加工用電源装置、放電加工装置及び放電加工方法

　本開示は、放電加工用の電源電圧を印加する放電加工用電源装置、放電加工用電源装置を備えた放電加工装置、及び放電加工用電源装置を用いた放電加工方法に関する。

　放電加工では、工具電極と被加工物とで形成される空間に電圧パルスを印加し、工具電極と被加工物とを接近させることで放電を発生させ、発生した放電のアーク熱によって被加工物を加工する。以下、本稿では、この空間を「加工極間」と呼び、加工極間の電圧を「極間電圧」と呼ぶ。

　一般的に所望の加工形状を得るためには、被加工物を多量に除去するための荒加工から、加工面を所望の加工精度、即ち所望の面粗度に仕上げるための仕上げ加工までの間において、複数回の加工が行われる。これらの加工工程において、最終的な加工面の面粗度は、最後に行われた仕上げ加工の電気条件に起因する場合が多い。加工の際の電気条件には、加工極間と直列に接続された電源装置から加工極間へ印加される電圧及びその電圧の休止時間、加工極間へ供給される放電電流のピーク値、放電電流のパルス幅などのパラメータがある。

　一般的に、加工面の面粗度は放電時に加工極間に流れる電流の積分値、放電電荷量などに依存し、放電電荷量が小さいほど細かい面粗度が得られる。従って、細かい面粗度を得るためには、電源装置から加工極間へ供給される放電電流のピーク値、放電電流パルス幅を小さく設定する必要がある。

　一方、実際の放電加工において、加工極間に放電が発生した際には、電源装置から供給される電流以外にも、加工極間と並列に存在し得る浮遊容量からも電流が流れる。浮遊容量は、放電加工装置の配線などの機械構造に起因して存在し得る静電容量である。この浮遊容量により、放電発生時には、浮遊容量に蓄積された、印加電圧と静電容量との積に比例する電荷量が加工極間に供給される。このため、電源装置から供給する電流をゼロにしたとしても、浮遊容量から加工極間に供給される電荷量よりも放電電荷量を小さくすることができない。加工極間に印加する電圧を小さくすれば浮遊容量に蓄積された電荷量を小さくすることは可能である。しかしながら、印加電圧が小さくなることにより放電が発生しなくなってしまうため、印加電圧の制限には限界がある。つまり、放電加工装置で得られる最も細かい面粗度は、加工極間と並列に存在する浮遊容量によって決定されてしまう。そのため、更に細かい面粗度を得るためには、電源装置で浮遊容量に蓄積された電荷量を制御する必要がある。

　上記の課題に対し、下記特許文献１に記載の放電加工機では、直流電源、トランジスタ及び抵抗を２つずつ備え、２つのトランジスタを制御する制御回路を有することで、浮遊容量から加工極間に流れる電荷量を抑制することを可能にしている。具体的に、２つの直流電源は、それぞれが被加工物と工具電極との間の電圧を異なる極性で印加できるように接続されている。制御回路は、２つのトランジスタの導通を制御することで、加工極間に交互に異なる極性の電圧を印加できるように制御している。この制御により、例えば加工極間に正の電圧が印加されているときに放電が発生した場合、直後に負の電圧が印加されるため、浮遊容量から加工極間へ流れる電荷量が負の電圧を印加する回路へ流れることになる。これにより、浮遊容量から加工極間へ流れる電流が小さくなり、浮遊容量に依らない細かい面粗度を得ることが可能になるとされている。

特開平１―２５７５１３号公報

　しかしながら、上記特許文献１の方法では、放電が発生するタイミングによって加工極間へ流れる電荷量が変わってしまう。このため、上記特許文献１の方法では、均一に小さい放電電荷量を得られず、結果として想定よりも粗い加工面粗度が得られてしまう。例えば、正の電圧を印加した直後に放電が発生した場合と、正の電圧の印加が終了する直前に放電が発生した場合とでは、放電が発生してから負の電圧が印加されるまでの時間が異なってしまう。負の電圧が加工極間へ印加されるまでの間、浮遊容量から加工極間へ電荷量が流れ続けるため、それぞれの場合において加工極間へ流れる電荷量が変わってしまうことになる。なお、放電が発生するタイミングは、極間に存在する被加工物の加工屑、工具電極の状態によってランダムに変化するため、これを制御することは不可能である。このため、特許文献１の方法では、放電が発生した場所によって加工極間へ流れる電荷量が変わってしまい、放電の態様に依らずに微細な面粗度の加工面を得ることは困難である。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、放電の態様に依らずに細かい面粗度の加工面を得ることができる放電加工用電源装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る放電加工用電源装置は、工具電極と被加工物とで形成される加工極間に放電加工用の電圧を印加する放電加工用電源装置である。放電加工用電源装置は、第１の直流電源と、第２の直流電源と、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子と、検出回路と、第１の制御回路と、第２の制御回路とを備える。第１の直流電源は加工極間に第１の直流電圧を印加する。第２の直流電源は、加工極間に対して第１の直流電源と互いに並列に接続され、加工極間に第１の直流電圧とは逆極性の第２の直流電圧を印加する。第１のスイッチング素子は、第１の直流電源と加工極間との間に接続され、第２のスイッチング素子は、第２の直流電源と加工極間との間に接続される。検出回路は、加工極間の電圧及び電流を検出する。第１の制御回路は、検出回路の検出値に基づいて第１のスイッチング素子の導通を制御し、第２の制御回路は、検出回路の検出値に基づいて第２のスイッチング素子の導通を制御する。検出回路は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子のうちの何れか１つがオン状態に制御されたことによって加工極間に第１の直流電圧又は第２の直流電圧が印加された際に発生した放電を検出し、第１の制御回路及び第２の制御回路は、放電が検出された際には、オン状態に制御されていたスイッチング素子をオフ状態に制御し、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御する。

　本開示に係る放電加工用電源装置によれば、放電の態様に依らずに細かい面粗度の加工面を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る放電加工用電源装置を含む放電加工装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャート 実施の形態１に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するタイミングチャート 図３に示した放電検出状態１における極間電圧の変化の様子をより詳細に示した図 実施の形態２に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャート 実施の形態２に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するタイミングチャート 実施の形態３に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャート 実施の形態４に係る放電加工用電源装置を含む放電加工装置の構成例を示す図 実施の形態４に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャート 実施の形態４に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するタイミングチャート

　以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る放電加工用電源装置、放電加工装置及び放電加工方法について詳細に説明する。なお、以下では、物理的な接続と電気的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称して説明する。即ち、「接続」という文言は、構成要素同士が直接的に接続される場合と、構成要素同士が他の構成要素を介して間接的に接続される場合との双方を含んでいる。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る放電加工用電源装置を含む放電加工装置の構成例を示す図である。図１に示すように、放電加工装置１００は、放電加工用電源装置５０と、数値制御（Numerical Control：ＮＣ）装置８０とを備える。

　図１において、放電加工装置１００における放電加工機の部分は、模式的に三角形及び四角形の図形で工具電極Ｅ及び被加工物Ｗを示している。放電加工用電源装置５０は、工具電極Ｅと被加工物Ｗとで形成される加工極間に放電加工用の電源電圧を印加する電源装置である。放電加工機は、放電加工装置１００において、ＮＣ装置８０を含まない部位で構成される。放電加工機がワイヤ放電加工機の場合、工具電極Ｅはワイヤである。放電加工機が細穴放電加工機及び型彫り放電加工機の場合、工具電極Ｅは型電極である。また、図１には、加工極間と並列に浮遊容量Ｃを示している。前述したように、浮遊容量Ｃは、放電加工装置１００の配線などの機械構造に起因して生じる静電容量である。

　放電加工用電源装置５０は、電源回路１，２と、検出回路４とを備える。検出回路４は、工具電極Ｅと被加工物Ｗとの間に接続される。検出回路４は、工具電極Ｅと被加工物Ｗとの間の加工極間の電圧及び電流を検出する。

　電源回路１は、直流電源１０と、スイッチング素子１１と、制御回路１２とを備える。電源回路２は、直流電源２０と、スイッチング素子２１と、制御回路２２とを備える。本稿では、電源回路１，２の構成要素を符号無しで区別する際に、直流電源１０，２０をそれぞれ「第１の直流電源」及び「第２の直流電源」と記載し、スイッチング素子１１，２１をそれぞれ「第１のスイッチング素子」及び「第２のスイッチング素子」と記載し、制御回路１２，２２をそれぞれ「第１の制御回路」及び「第２の制御回路」と記載することがある。

　直流電源１０は、加工極間に第１の直流電圧を印加する。直流電源２０は、加工極間に対して直流電源１０と互いに並列に接続され、加工極間に第２の直流電圧を印加する。第２の直流電圧は、第１の直流電圧とは逆極性の電圧である。即ち、直流電源１０，２０は、加工極間に異なる極性の電圧が印加できるよう加工極間に接続されている。

　スイッチング素子１１は、直流電源１０と加工極間との間に接続される。スイッチング素子２１は、直流電源２０と加工極間との間に接続される。

　制御回路１２は、検出回路４の検出値に基づいてスイッチング素子１１の導通を制御する。制御回路２２は、検出回路４の検出値に基づいてスイッチング素子２１の導通を制御する。制御回路１２，２２は、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）、ＣＰＬＤ（Complex　Programmable　Logic　Device）又はこれらを組み合わせた回路で実現することができる。

　スイッチング素子１１，２１の一例は、図示のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）であるが、これに限定されない。スイッチング素子１１，２１は、制御回路１２，２２によってスイッチング素子１１，２１の導通状態を制御できる素子であればよく、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）、又はＩＧＢＴ以外のトランジスタ素子でもよい。

　制御回路１２，２２は、ＮＣ装置８０に接続される。ＮＣ装置８０は、制御回路１２，２２に対し、スイッチング素子１１，２１の駆動を開始する駆動開始指令、スイッチング素子１１，２１のオン時間及びオフ時間といったパラメータを含む指令などを送信する。

　図２は、実施の形態１に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャートである。

　まず、スイッチング素子１１，２１が共にオフの状態を初期状態とする。初期状態は、加工極間に電圧が印加されていない状態である。

　前述したように、スイッチング素子１１，２１の駆動を開始する駆動開始指令は、ＮＣ装置８０から送られる。駆動が開始されない場合、初期状態が継続される。一方、駆動が開始されると、電圧印加状態１へ移行する。電圧印加状態１では、スイッチング素子１１がオフ状態からオン状態となり、直流電源１０の電圧が加工極間へ印加される。なお、電圧印加状態１では、スイッチング素子２１はオフの状態のままである。

　電圧印加状態１では、検出回路４によって、加工極間の放電の有無が検出される。検出回路４により放電が検出された場合には、放電検出状態１へ移行する。一方、放電が検出されない場合、指令時間経過の有無が判定される。ここで言う指令時間は、スイッチング素子１１をオン状態とする時間であり、ＮＣ装置８０により指令される。指令時間が経過していない場合、電圧印加状態１に戻る。指令時間が経過している場合、電圧印加状態２へ移行する。

　放電検出状態１では、オン状態となっていたスイッチング素子１１はオフ状態に制御され、オフ状態となっていたスイッチング素子２１はオン状態に制御される。スイッチング素子２１がオン状態となることにより、直前に印加された電圧とは逆極性の電圧が直流電源２０から印加される。逆極性の電圧が印加されることにより、浮遊容量Ｃに蓄積された電荷は、直流電源２０に流れ込む。これにより、直流電源１０による電圧印加によって浮遊容量Ｃに蓄積された電荷が加工極間へ流れ込むのを抑制することができる。

　放電検出状態１において、スイッチング素子２１をオンする時間はＮＣ装置８０からの指令で決められ、決められた時間の経過後、放電休止状態１へ移行する。

　放電休止状態１では、スイッチング素子１１，２１が共にオフ状態に制御される。共にオフ状態に制御される時間は、ＮＣ装置８０から指令され、指令された時間の経過後、前述した電圧印加状態１に移行する。以降、上述した処理が繰り返される。

　また、電圧印加状態１において、放電が検出されず、且つ、指令時間が経過した場合、電圧印加状態２に移行する。電圧印加状態２では、スイッチング素子２１がオフ状態からオン状態となり、直流電源２０の電圧が加工極間へ印加される。

　また、電圧印加状態２においても、検出回路４によって、加工極間の放電の有無が検出される。検出回路４により放電が検出された場合には、放電検出状態２へ移行する。一方、放電が検出されない場合、ＮＣ装置８０により指令された指令時間経過の有無が判定される。指令時間が経過していない場合、電圧印加状態２に戻る。指令時間が経過している場合、更に駆動終了か否かが判定され、駆動終了でなければ、電圧印加状態１へ移行する。一方、駆動終了であれば、初期状態へ移行する。初期状態では、次の駆動指令がＮＣ装置８０から送られるのを待ち受ける。

　放電検出状態２では、オン状態となっていたスイッチング素子２１はオフ状態に制御され、オフ状態となっていたスイッチング素子１１はオン状態に制御される。この制御によって、放電検出状態１と同様の効果を得ることができる。詳細に説明すると、スイッチング素子１１がオン状態となることにより、直前に印加された電圧とは逆極性の電圧が直流電源１０から印加される。逆極性の電圧が印加されることにより、浮遊容量Ｃに蓄積された電荷は、直流電源１０に流れ込む。これにより、直流電源２０による電圧印加によって浮遊容量Ｃに蓄積された電荷が加工極間へ流れ込むのを抑制することができる。

　放電検出状態２において、スイッチング素子１１をオンする時間はＮＣ装置８０からの指令で決められ、決められた時間の経過後、放電休止状態２へ移行する。

　放電休止状態２では、スイッチング素子１１，２１が共にオフ状態に制御される。共にオフ状態に制御される時間は、ＮＣ装置８０から指令され、指令された時間の経過後、前述した電圧印加状態２に移行する。

　以上のように、放電加工装置１００では、駆動指令が終了するまでの間、ＮＣ装置８０により指令される指令時間に基づいて、電圧印加状態１、放電検出状態１、放電休止状態１、電圧印加状態２、放電検出状態２及び放電休止状態２が繰り返される。また、放電加工装置１００では、駆動指令が終了するまでの間、第１の直流電圧と、第１の直流電圧とは逆極性の第２の直流電圧とが印加される。

　図３は、実施の形態１に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するタイミングチャートである。図３（ａ）には、図２のフローチャートで説明した各種の状態の推移が示されている。図３（ｂ）及び図３（ｃ）には、図３（ａ）の状態に対応するスイッチング素子１１へのゲート信号及びスイッチング素子２１へのゲート信号がそれぞれ示されている。図３（ｄ）には、図３（ａ）の状態に対応する極間電圧の変化が示されている。図３（ｅ）には、図３（ａ）の状態に対応して加工極間に流れる放電電流の変化が示されている。

　スイッチング素子１１がオン状態である電圧印加状態１では、極間電圧は直流電源１０の電圧値である電圧Ｖ１になり、加工極間に放電が発生する放電検出状態１では、極間電圧はアーク電圧に低下し、加工極間に放電電流が流れ始める。従って、極間電圧の変化、又は放電電流の変化を検出回路４で検出することにより、放電検出状態１への移行を判断できる。前述したように、放電検出状態１において、スイッチング素子１１をオフ状態とし、スイッチング素子２１をオン状態とすることで、浮遊容量Ｃから流れ得る放電電流が、加工極間ではなく直流電源２０へ流れるようになる。これにより、放電電流は、実線の波形で示されるように、スイッチング素子２１がオンしたタイミングで急速に立ち下がる。なお、破線は、スイッチング素子２１がオンしないときの放電電流の波形である。

　放電検出状態１において、スイッチング素子１１をオフ状態にしてからスイッチング素子２１をオン状態にするまでの時間をＴ１とする。この時間Ｔ１は、一意に定めるのではなく、ＮＣ装置８０によって自由に設定できるようにすることが望ましい。時間Ｔ１を任意に設定できれば、放電電流の波形を調整することができるので、所望する加工面粗さを得ることが可能になる。

　なお、前述したように、指令時間が経過するまでの間、電圧印加状態１、又は電圧印加状態１、放電検出状態１及び放電休止状態１が繰り返される。また、指令時間が経過した場合には、電圧印加状態２へ移行する。

　図３では、電圧印加状態２、放電検出状態２及び放電休止状態２の動作は記載されていないが、極間電圧及び放電電流の極性が電圧印加状態１及び放電検出状態１とは逆になるだけであり、電圧印加状態２及び放電検出状態２における制御自体は、圧印加状態１、放電検出状態１及び放電休止状態１のときと同様である。このため、電圧印加状態１及び放電検出状態１と同様の効果が得られる。

　以上説明したように、実施の形態１に係る放電加工用電源装置は、第１の直流電源及び第２の直流電源と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子と、第１の制御回路及び第２の制御回路と、検出回路とを備える。第１の直流電源は、工具電極と被加工物とで形成される加工極間に第１の直流電圧を印加する。第２の直流電源は、加工極間に対して第１の直流電源と互いに並列に接続され、加工極間に第１の直流電圧とは逆極性の第２の直流電圧を印加する。第１のスイッチング素子は第１の直流電源と加工極間との間に接続され、第２のスイッチング素子は第２の直流電源と加工極間との間に接続される。検出回路は、加工極間の電圧及び電流を検出し、第１の制御回路は、検出回路の検出値に基づいて第１のスイッチング素子の導通を制御し、第２の制御回路は、検出回路の検出値に基づいて第２のスイッチング素子の導通を制御する。このように構成された放電加工用電源装置において、検出回路は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子のうちの何れか１つがオン状態に制御されたことによって加工極間に第１の直流電圧又は第２の直流電圧が印加された際に発生した放電を検出し、第１の制御回路及び第２の制御回路は、放電が検出された際には、オン状態に制御されていたスイッチング素子をオフ状態に制御し、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御する。これにより、放電の態様に依らずに細かい面粗度の加工面を得ることができる。

　なお、上述した特許文献１の構成では、加工極間と２つの直流電源との間には抵抗が接続される構成であるのに対し、実施の形態１に係る放電加工用電源装置では、第１の直流電源及び第２の直流電源の各々と加工極間との間には、抵抗が存在しない。特許文献１のように抵抗が存在する場合には、この抵抗によって浮遊容量から直流電源によって流れる電荷量が小さくなり、結果として多くの電荷量が加工極間へ流れてしまう。これに対し、実施の形態１に係る放電加工用電源装置では、当該抵抗が存在しないので、浮遊容量から加工極間へ流れてしまう電流を、特許文献１のものよりも小さくすることができる。

　また、実施の形態１に係る放電加工方法は、上記のように構成された放電加工用電源装置を用いて行う放電加工方法であって、以下に示す第１から第４のステップを含む処理とすることができる。第１のステップでは、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子のうちの何れか１つをオン状態に制御して加工極間に第１の直流電圧又は第２の直流電圧を印加する。第２のステップでは、加工極間の電圧及び電流の検出値に基づいて、第１ステップの制御によって生じ得る加工極間の放電を検出する。第３のステップでは、第２ステップによって放電が検出された際に、オン状態に制御されていたスイッチング素子をオフ状態に制御する。第４のステップでは、第３のステップの後に、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御する。このような、第１から第４のステップの処理を含む放電加工方法によれば、放電の態様に依らずに細かい面粗度の加工面を得ることができる。

実施の形態２．
　図４は、図３に示した放電検出状態１における極間電圧の変化の様子をより詳細に示した図である。図４（ａ）には、定常状態において放電が発生した場合の極間電圧及び放電電流の変化の様子が示され、図４（ｂ）には、過渡状態において放電が発生した場合の極間電圧及び放電電流の変化の様子が示されている。

　図３では、スイッチング素子１１をオン状態にした直後には定常状態に移行するものとして図示しているが、実際には、図４に示すように過渡状態を経てから定常状態へと移行する。過渡状態において、極間電圧は、電圧値を変動させながら定常状態の電圧値に近づいていく。また、放電電流は、浮遊容量Ｃと極間電圧とによって決定される。このため、定常状態で発生した放電と過渡状態で発生した放電とでは、放電電流が異なってしまう。

　実施の形態１では、ＮＣ装置８０によって定めた時間Ｔ１によって、スイッチング素子１１をオフ状態にしてからスイッチング素子２１をオン状態にしていた。この手法では、放電が定常状態で発生した場合も過渡状態で発生した場合も同じ時間Ｔ１を設定することになるため、異なる放電電流が流れてしまう。その結果、得られる加工面粗さには、ばらつきが生じてしまう。

　そこで、実施の形態２では、放電が発生した直前の極間電圧の値に応じて時間Ｔ１を調整する。具体的な動作は、図５のフローチャートを用いて説明する。図５は、実施の形態２に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャートである。

　図５に示すフローチャートを図２に示すフローチャートと比較すると、図５では、図２における放電検出状態１の直前に極間電圧判定状態１が追加され、放電検出状態２の直前に極間電圧判定状態２が追加されている。

　極間電圧判定状態１，２では、検出回路４により検出された放電電圧Ｖｄの値に応じて、スイッチング素子１１及びスイッチング素子２１を切り替える時間Ｔ１の値を決定する。放電電圧Ｖｄは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、極間電圧が零電圧に向かって急激に立ち下がる直前の部分の電圧である。時間Ｔ１は、放電電圧Ｖｄと時間Ｔ１との関係を示すテーブル、放電電圧Ｖｄと時間Ｔ１との関係を表す演算式などに基づいて決定することができる。なお、時間Ｔ１は、所望する加工面粗さに応じて、異なるテーブル又は異なる演算式を使用することとすれば、放電電圧Ｖｄの値に依らずに均一な放電電流を得ることができ、より均一な加工面粗さを得ることができる。

　図６は、実施の形態２に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するタイミングチャートである。図６（ａ）には、図５のフローチャートで説明した各種の状態の推移が示されている。図６（ｂ）及び図６（ｃ）には、図６（ａ）の状態に対応するスイッチング素子１１へのゲート信号及びスイッチング素子２１へのゲート信号がそれぞれ示されている。図６（ｄ）には、図６（ａ）の状態に対応する極間電圧の変化が示されている。図６（ｅ）には、図６（ａ）の状態に対応して加工極間に流れる放電電流の変化が示されている。

　図６（ｄ）の左側には、図４（ａ）に示すような定常状態で放電が発生した場合の極間電圧の波形が示され、図６（ｄ）の右側には、図４（ｂ）に示すような過渡状態で放電が発生した場合の極間電圧の波形が示されている。図４にも示されるように、過渡状態では、定常状態よりも、より低い電圧で放電が発生する。このため、過渡状態で放電が発生した場合に、２つのスイッチング素子間の導通を切り替える時間Ｔ１２は、定常状態で放電が発生した場合に、２つのスイッチング素子間の導通を切り替える時間Ｔ１よりも長くする。このように制御すれば、図６（ｅ）に示されるように、時間Ｔ１で切り替えたときに流れる電流Ｉ１の面積と、時間Ｔ１２で切り替えたときに流れる電流Ｉ２の面積とを、ほぼ均等にすることができる。

　なお、図４（ｂ）は、定常状態での電圧よりも低い電圧で放電が発生した場合の例であるが、過渡状態では極間電圧が振動するので、定常状態での電圧よりも高い電圧で放電が発生することもある。従って、図６の例とは異なり、定常状態での電圧よりも高い電圧で放電が発生した場合、２つのスイッチング素子間の導通を切り替える時間Ｔ１２は、時間Ｔ１よりも短くする。

　上述の制御方法を用いれば、放電電圧Ｖｄに依らずに均一な放電電流を加工極間に流すことができ、均一な加工面粗さを得ることができる。前述したように、放電電圧Ｖｄに応じた時間Ｔ１は、放電電圧Ｖｄと時間Ｔ１との関係を表すテーブル又は演算式を用いて決定することができる。これらの決定を行う制御回路１２，２２は、前述したＦＰＧＡ、ＣＰＬＤを用いて実装すれば、制御回路１２，２２の構成を単純化することができる。

　以上説明したように、実施の形態２に係る放電加工用電源装置は、実施の形態１に係る放電加工用電源装置の制御において、放電が検出されてオン状態に制御されていたスイッチング素子がオフ状態に制御された後に、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御するまでの時間は、放電が検出された際に検出回路によって検出された電圧値に基づいて決定される。このように制御すれば、放電発生時の極間電圧に依らずに均一な放電電流を加工極間に流すことができる。これにより、実施の形態２に係る放電加工用電源装置によれば、実施の形態１の効果に加え、均一な加工面粗さを得ることができる。

　また、実施の形態２に係る放電加工方法では、実施の形態１で説明した放電加工方法における第２のステップと第３のステップとの間に、放電が発生したときの放電電圧を検出する検出ステップと、第３のステップの実施後に第４のステップを実施する時間の間隔を検出ステップで検出された放電電圧に基づいて決定する決定ステップと、を含むようにする。このようにすれば、放電発生時の極間電圧に依らずに均一な放電電流を加工極間に流すことができる。これにより、実施の形態２に係る放電加工方法によれば、実施の形態１の効果に加え、均一な加工面粗さを得ることができる。

実施の形態３．
　実施の形態２の方法では、放電電圧Ｖｄに応じて設定される時間Ｔ１によって、２つのスイッチング素子間の導通を切り替えていた。一方、［背景技術］の項でも説明したように、加工面の面粗度は、放電電荷量にも依存する。放電電荷量は、放電電圧Ｖｄだけでなく浮遊容量Ｃに応じて決定される。このため、放電加工機ごとに浮遊容量Ｃに差がある場合、放電電圧Ｖｄが同じでも、放電時の電荷量である放電電荷量が変化してしまうことが想定される。

　そこで、実施の形態３では、放電電荷量に応じて時間Ｔ１を調整する。具体的な動作は、図７のフローチャートを用いて説明する。図７は、実施の形態３に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャートである。

　図７に示すフローチャートを図２に示すフローチャートと比較すると、図７では、図２における放電検出状態１の直前に放電電荷量判定状態１が追加され、放電検出状態２の直前に放電電荷量判定状態２が追加されている。

　放電電荷量判定状態１では、検出回路４により検出された放電電流を時間で積分することで、放電電荷量を得る。ここで得られた電荷量を「検出電荷量」と呼ぶ。検出電荷量は、予め設定された閾値である閾値電荷量と比較され、検出電荷量が閾値電荷量に到達したときに放電検出状態１に移行する。放電電荷量判定状態２でも同様であり、検出回路４により検出された放電電流の積分値である検出電荷量が閾値電荷量に到達したときに放電検出状態２に移行する。なお、閾値電荷量は、所望の加工面粗さに応じて設定される。

　上述の制御方法を用いれば、放電電圧Ｖｄ及び放電加工機に由来する浮遊容量Ｃに依らずに均一な放電電荷量を加工極間に流すことができ、均一な加工面粗さを得ることができる。

　実施の形態３の方法において、放電電流の積分値は、接触式又は非接触式の電流センサにて得られた電圧値を、検出回路４内の積分回路を通して積分することで得ることができる。放電電流の積分値と閾値電荷量との比較は、検出回路４内のコンパレータで実現することができる。この場合、検出回路４による比較結果は、検出回路４と制御回路１２，２２との間のインターフェースを通じて伝送される。これに代え、電流センサにて得られた電圧値をＡＤ（Analog　Digital）コンバータによってデジタル値に変換し、制御回路１２，２２に伝送してもよい。この場合、放電電流の積分値と閾値電荷量との比較処理は、制御回路１２，２２で実施される。

　以上説明したように、実施の形態３に係る放電加工用電源装置は、実施の形態１に係る放電加工用電源装置の制御において、放電が検出されてオン状態に制御されていたスイッチング素子がオフ状態に制御された場合、加工極間に流れる電流を積分した放電電荷量が、予め決められた閾値電荷量に到達したときに、オフ状態に制御されていたスイッチング素子がオン状態に制御される。この制御により、放電電圧及び浮遊容量に依らずに均一な放電電荷量を加工極間に流すことができる。これにより、実施の形態３に係る放電加工用電源装置によれば、実施の形態１の効果に加え、均一な加工面粗さを得ることができる。

　また、実施の形態３に係る放電加工方法では、実施の形態１で説明した放電加工方法における第２のステップと第３のステップとの間に、放電が発生したときの放電電流を検出する検出ステップと、検出ステップで検出された放電電流を積分して放電電荷量を算出する算出ステップと、放電電荷量と予め設定された閾値電荷量とを比較する比較ステップと、を含む。そして、放電電荷量が閾値電荷量に到達した際に、第３及び第４のステップを実施する。このような制御により、放電電圧及び浮遊容量に依らずに均一な放電電荷量を加工極間に流すことができる。これにより、実施の形態３に係る放電加工方法によれば、実施の形態１の効果に加え、均一な加工面粗さを得ることができる。

実施の形態４．
　実施の形態１から３に係る放電加工用電源装置５０は、図１に示されるように、２つの直流電源１０，２０を備える構成である。これに対し、実施の形態４では、１つの直流電源のみを用いる構成について開示する。図８は、実施の形態４に係る放電加工用電源装置を含む放電加工装置の構成例を示す図である。図８に示すように、実施の形態４に係る放電加工装置１００Ａは、放電加工用電源装置５０Ａと、ＮＣ装置８０とで構成される。図８において、図１に示す実施の形態１に係る放電加工装置１００と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する内容の説明は省略する。

　放電加工用電源装置５０Ａは、電源回路３と、検出回路４とを備える。電源回路３は、直流電源３０と、制御回路３５と、ブリッジ回路４０とを備える。ブリッジ回路４０は、第１のレグ４１と、第２のレグ４２とを備える。第１のレグ４１は、直列に接続されるスイッチング素子３１，３２を有する。第２のレグ４２は、直列に接続されるスイッチング素子３３，３４を有する。第２のレグ４２は、第１のレグ４１に並列に接続される。

　ブリッジ回路４０において、直流電源３０は、スイッチング素子３１，３３の接続端３ａと、スイッチング素子３２，３４の接続端３ｂとの間に接続される。接続端３ａは、直流電源３０の高電位側に接続される端子であり、接続端３ｂは、直流電源３０の低電位側に接続される端子である。なお、本稿では、スイッチング素子３１，３３をそれぞれ「第１の上側スイッチング素子」及び「第２の上側スイッチング素子」と記載し、スイッチング素子３２，３４をそれぞれ「第１の下側スイッチング素子」及び「第２の下側スイッチング素子」と記載することがある。

　また、ブリッジ回路４０において、スイッチング素子３１，３２の接続端３ｃは、工具電極Ｅに接続され、スイッチング素子３３，３４の接続端３ｄは、被加工物Ｗに接続される。なお、第１のレグ４１及び第２のレグ４２における「第１」及び「第２」の呼称は便宜的なものであり、「第１」及び「第２」の呼称は入れ替えてもよい。即ち、接続端３ｃが被加工物Ｗに接続され、接続端３ｄが工具電極Ｅに接続される構成でもよい。

　検出回路４は、工具電極Ｅと被加工物Ｗとの間の加工極間の電圧及び電流を検出する。制御回路３５は、検出回路４の検出値に基づいて、スイッチング素子３１～３４の導通を制御する。

　スイッチング素子３１～３４の一例は、図示のＭＯＳＦＥＴであるが、これに限定されない。制御回路３５によって、スイッチング素子３１～３４の導通状態を制御できる素子であればよく、ＩＧＢＴ又はＩＧＢＴ以外のトランジスタ素子でもよい。

　制御回路３５は、ＮＣ装置８０に接続される。ＮＣ装置８０は、制御回路３５に対し、スイッチング素子３１～３４の各々に対し、駆動を開始する駆動開始指令、オン時間及びオフ時間といったパラメータを含む指令などを送信する。

　直流電源３０は、スイッチング素子３１，３４をオンすることによって、図１の直流電源１０と同様の極性の第１の直流電圧を加工極間に印加することができる。また、直流電源３０は、スイッチング素子３２，３３をオンすることによって、第１の直流電圧とは逆極性の第２の直流電圧を加工極間に印加することができる。

　図９は、実施の形態４に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するフローチャートである。実施の形態４に係る放電加工用電源装置５０Ａは、実施の形態１に係る放電加工用電源装置５０におけるスイッチング素子１１の役割をスイッチング素子３１，３４の組が担い、スイッチング素子２１の役割をスイッチング素子３２，３３の組が担っている。これらの点を除くその他の動作は、実施の形態１の動作と同じであり、ここでの説明は省略する。

　図１０は、実施の形態４に係る放電加工用電源装置の制御方法の説明に供するタイミングチャートである。図１０（ａ）には、図９のフローチャートで説明した各種の状態の推移が示されている。図１０（ｂ）には、図１０（ａ）の状態に対応するスイッチング素子３１，３４へのゲート信号が示されている。図１０（ｃ）には、図１０（ａ）の状態に対応するスイッチング素子３２，３３へのゲート信号が示されている。図１０（ｄ）には、図１０（ａ）の状態に対応する極間電圧の変化が示されている。図１０（ｅ）には、図１０（ａ）の状態に対応して加工極間に流れる放電電流の変化が示されている。

　図９と同様に、図１０のタイミングチャートでは、図３におけるスイッチング素子１１，２１がそれぞれスイッチング素子３１，３４及びスイッチング素子３２，３３に置き換わっただけである。基本的な動作は実施の形態１と同じであり、ここでの説明は省略する。

　以上説明したように、実施の形態４に係る放電加工用電源装置は、ブリッジ回路と、直流電源と、検出回路と、制御回路とを備える。ブリッジ回路は、第１のレグと、第１のレグに並列に接続される第２のレグとを備える。第１のレグは、直列に接続される第１の上側スイッチング素子及び第１の下側スイッチング素子を有する。第２のレグは、直列に接続される第２の上側スイッチング素子及び第２の下側スイッチング素子を有する。第１の上側スイッチング素子と第１の下側スイッチング素子との接続端は工具電極に接続され、第２の上側スイッチング素子と第２の下側スイッチング素子との接続端は被加工物に接続される。直流電源は、第１の上側スイッチング素子と第２の上側スイッチング素子との接続端と、第１の下側スイッチング素子と第２の下側スイッチング素子との接続端との間に接続される。検出回路は、加工極間の電圧及び電流を検出する。制御回路は、検出回路の検出値に基づいて、第１の上側スイッチング素子、第１の下側スイッチング素子、第２の上側スイッチング素子及び第２の下側スイッチング素子の導通を制御する。このように構成された放電加工用電源装置において、検出回路は、第１の上側スイッチング素子及び第２の下側スイッチング素子、又は第１の下側スイッチング素子及び第２の上側スイッチング素子がオン状態に制御されたことによって加工極間に電源電圧が印加された際に発生した放電を検出し、制御回路は、放電が検出された際には、オン状態に制御されていた２つのスイッチング素子を共にオフ状態に制御し、オフ状態に制御されていた２つスイッチング素子を共にオン状態に制御する。これにより、１つの直流電源で実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

　また、実施の形態４に係る放電加工方法は、直列に接続される第１の上側スイッチング素子と第１の下側スイッチング素子との接続端が工具電極に接続され、直列に接続される第２の上側スイッチング素子と第２の下側スイッチング素子との接続端が被加工物に接続され、第１の上側スイッチング素子と第２の上側スイッチング素子との接続端と、第１の下側スイッチング素子と第２の下側スイッチング素子との接続端との間に接続される直流電源によって、工具電極と被加工物とで形成される加工極間に第１の直流電圧及び第１の直流電圧と逆極性の第２の直流電圧を印加することで放電加工を行う放電加工方法である。実施の形態４に係る放電加工方法は、以下に示す第１から第４のステップの処理を含むものとすることができる。第１のステップでは、第１の上側スイッチング素子及び第２の下側スイッチング素子の組、又は第１の下側スイッチング素子及び第２の上側スイッチング素子の組のうちの何れかの組の２つのスイッチング素子をオン状態に制御して加工極間に第１の直流電圧又は第２の直流電圧を印加する。第２のステップでは、加工極間の電圧及び電流の検出値に基づいて、第１のステップの制御によって生じ得る加工極間の放電を検出する。第３のステップでは、第２のステップによって放電が検出された際に、オン状態に制御されていた２つのスイッチング素子の組をオフ状態に制御する。第４のステップでは、第３のステップの後に、オフ状態に制御されていた２つのスイッチング素子の組をオン状態に制御する。これにより、１つの直流電源で実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

　なお、実施の形態４に係る放電加工用電源装置及び放電加工方法において、実施の形態２と同様に、放電検出状態１の直前に極間電圧判定状態１による処理を追加し、放電検出状態２の直前に極間電圧判定状態２による処理を追加してもよい。このようにすれば、実施の形態２の効果も得ることができる。

　また、実施の形態４に係る放電加工用電源装置及び放電加工方法において、実施の形態３と同様に、放電検出状態１の直前に放電電荷量判定状態１による処理を追加し、放電検出状態２の直前に放電電荷量判定状態２による処理を追加してもよい。このようにすれば、実施の形態３の効果も得ることができる。

実施の形態５．
　実施の形態１～４において、放電を検出してからスイッチング動作を切り替えるための時間Ｔ１が短くなればなるほど、加工極間に流れる放電電流を小さくすることができる。一方、実際には、検出信号及び制御信号の伝送時間、並びにスイッチング素子の動作時間によって処理が遅延するので、これらの遅延時間の要因を考慮する必要がある。

　そこで、実施の形態５に係る放電加工用電源装置では、実施の形態１～３におけるスイッチング素子１１，２１、及び実施の形態４におけるスイッチング素子３１～３４に、ワイドギャップ半導体素子を用いる。ワイドギャップ半導体素子は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体で形成された素子である。ワイドギャップ半導体素子は、シリコン半導体素子と比べて、制御信号を入力してからスイッチング素子がオン及びオフの状態になるまでの遅延時間が短い。これにより、時間Ｔ１の最小値をより小さくすることが可能になり、結果として極間に流れる放電電流をより小さくし、より細かい加工面粗さを得ることが可能になる。

　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１～３　電源回路、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ　接続端、４　検出回路、１０，２０，３０　直流電源、１１，２１，３１～３４　スイッチング素子、１２，２２，３５　制御回路、４０　ブリッジ回路、４１　第１のレグ、４２　第２のレグ、５０，５０Ａ　放電加工用電源装置、８０　ＮＣ装置、１００，１００Ａ　放電加工装置、Ｃ　浮遊容量、Ｅ　工具電極、Ｗ　被加工物。

Claims (11)

1. 　工具電極と被加工物とで形成される加工極間に放電加工用の電圧を印加する放電加工用電源装置であって、
   　前記加工極間に第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
   　前記加工極間に対して第１の直流電源と互いに並列に接続され、前記加工極間に前記第１の直流電圧とは逆極性の第２の直流電圧を印加する第２の直流電源と、
   　前記第１の直流電源と前記加工極間との間に接続される第１のスイッチング素子と、
   　前記第２の直流電源と前記加工極間との間に接続される第２のスイッチング素子と、
   　前記加工極間の電圧及び電流を検出する検出回路と、
   　前記検出回路の検出値に基づいて前記第１のスイッチング素子の導通を制御する第１の制御回路と、
   　前記検出回路の検出値に基づいて前記第２のスイッチング素子の導通を制御する第２の制御回路と、
   　を備え、
   　前記検出回路は、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のうちの何れか１つがオン状態に制御されたことによって前記加工極間に前記第１の直流電圧又は前記第２の直流電圧が印加された際に発生した放電を検出し、
   　前記第１の制御回路及び前記第２の制御回路は、前記放電が検出された際には、オン状態に制御されていたスイッチング素子をオフ状態に制御し、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御する
   　ことを特徴とする放電加工用電源装置。
2. 　前記放電が検出されて、前記オン状態に制御されていたスイッチング素子がオフ状態に制御された後に、前記オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御するまでの時間は、前記放電が検出された際に前記検出回路によって検出された電圧値に基づいて決定される
   　ことを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電源装置。
3. 　前記放電が検出されて、前記オン状態に制御されていたスイッチング素子がオフ状態に制御された場合、前記加工極間に流れる電流を積分した放電電荷量が、予め決められた閾値電荷量に到達したときに、前記オフ状態に制御されていたスイッチング素子がオン状態に制御される
   　ことを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電源装置。
4. 　工具電極と被加工物とで形成される加工極間に放電加工用の電源電圧を印加する放電加工用電源装置であって、
   　直列に接続される第１の上側スイッチング素子及び第１の下側スイッチング素子を有する第１のレグと、直列に接続される第２の上側スイッチング素子及び第２の下側スイッチング素子を有し、前記第１のレグに並列に接続される第２のレグとを備え、前記第１の上側スイッチング素子と前記第１の下側スイッチング素子との接続端が前記工具電極に接続され、前記第２の上側スイッチング素子と前記第２の下側スイッチング素子との接続端が前記被加工物に接続されるブリッジ回路と、
   　前記第１の上側スイッチング素子と前記第２の上側スイッチング素子との接続端と、前記第１の下側スイッチング素子と前記第２の下側スイッチング素子との接続端との間に接続される直流電源と、
   　前記加工極間の電圧及び電流を検出する検出回路と、
   　前記検出回路の検出値に基づいて前記第１の上側スイッチング素子、前記第１の下側スイッチング素子、前記第２の上側スイッチング素子及び前記第２の下側スイッチング素子の導通を制御する制御回路と、
   　を備え、
   　前記検出回路は、前記第１の上側スイッチング素子及び前記第２の下側スイッチング素子、又は前記第１の下側スイッチング素子及び前記第２の上側スイッチング素子がオン状態に制御されたことによって前記加工極間に前記電源電圧が印加された際に発生した放電を検出し、
   　前記制御回路は、前記放電が検出された際には、オン状態に制御されていた２つのスイッチング素子を共にオフ状態に制御し、オフ状態に制御されていた２つスイッチング素子を共にオン状態に制御する
   　ことを特徴とする放電加工用電源装置。
5. 　前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子、又は前記第１の上側スイッチング素子、前記第１の下側スイッチング素子、前記第２の上側スイッチング素子及び前記第２の下側スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されている
   　ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の放電加工用電源装置。
6. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドである
   　ことを特徴とする請求項５に記載の放電加工用電源装置。
7. 　請求項１から６の何れか１項に記載の放電加工用電源装置を備えて放電加工を行う放電加工装置。
8. 　工具電極と被加工物とで形成される加工極間に第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記加工極間に前記第１の直流電圧とは逆極性の第２の直流電圧を印加する第２の直流電源と、前記第１の直流電源と前記加工極間との間に接続される第１のスイッチング素子と、前記第２の直流電源と前記加工極間との間に接続される第２のスイッチング素子とを備える放電加工用電源装置を用いて行う放電加工方法であって、
   　前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のうちの何れか１つをオン状態に制御して加工極間に直流電圧を印加する第１のステップと、
   　加工極間の電圧及び電流の検出値に基づいて、前記第１のステップの制御によって生じ得る前記加工極間の放電を検出する第２のステップと、
   　前記第２のステップによって前記放電が検出された際に、オン状態に制御されていたスイッチング素子をオフ状態に制御する第３のステップと、
   　前記第３のステップの後に、オフ状態に制御されていたスイッチング素子をオン状態に制御する第４のステップと、
   　を含むことを特徴とする放電加工方法。
9. 　前記第２のステップと前記第３のステップとの間には、
   　前記放電が発生したときの放電電圧を検出する電圧検出ステップと、
   　前記第３のステップの実施後に前記第４のステップを実施する時間の間隔を前記電圧検出ステップで検出された放電電圧に基づいて決定する決定ステップと、
   　を含むことを特徴とする請求項８に記載の放電加工方法。
10. 　前記第２のステップと前記第３のステップとの間には、
    　前記放電が発生したときの放電電流を検出する電流検出ステップと、
    　前記電流検出ステップで検出された放電電流を積分して放電電荷量を算出する算出ステップと、
    　前記放電電荷量と予め設定された閾値電荷量とを比較する比較ステップと、
    　を含み、
    　前記放電電荷量が前記閾値電荷量に到達した際に、前記第３及び第４のステップを実施する
    　ことを特徴とする請求項８に記載の放電加工方法。
11. 　直列に接続される第１の上側スイッチング素子と第１の下側スイッチング素子との接続端が工具電極に接続され、直列に接続される第２の上側スイッチング素子と第２の下側スイッチング素子との接続端が被加工物に接続され、前記第１の上側スイッチング素子と前記第２の上側スイッチング素子との接続端と、前記第１の下側スイッチング素子と前記第２の下側スイッチング素子との接続端との間に接続される直流電源によって、前記工具電極と前記被加工物とで形成される加工極間に第１の直流電圧及び前記第１の直流電圧と逆極性の第２の直流電圧を印加することで放電加工を行う放電加工方法であって、
    　前記第１の上側スイッチング素子及び前記第２の下側スイッチング素子の組、又は前記第１の下側スイッチング素子及び前記第２の上側スイッチング素子の組のうちの何れかの組の２つのスイッチング素子をオン状態に制御して加工極間に前記第１の直流電圧又は前記第２の直流電圧を印加する第１のステップと、
    　加工極間の電圧及び電流の検出値に基づいて、前記第１のステップの制御によって生じ得る加工極間の放電を検出する第２のステップと、
    　前記第２のステップによって前記放電が検出された際に、オン状態に制御されていた２つのスイッチング素子の組をオフ状態に制御する第３のステップと、
    　前記第３のステップの後に、オフ状態に制御されていた２つのスイッチング素子の組をオン状態に制御する第４のステップと、
    　を含むことを特徴とする放電加工方法。

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