DE112012002360T5

DE112012002360T5 - Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012002360T5
Application number: DE201211002360
Authority: DE
Inventors: Junichi Shibata; Takashi Hashimoto; Yoshikazu Ukai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2014-02-27
Also published as: JPWO2012169337A1; WO2012169337A1; US20140097909A1; CN103596717A; CN103596717B; JP5804056B2; US9130554B2

Abstract

Eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung umfasst Schaltelementgruppen (6a) und (6b) mit einer Anordnung, in der mehrere zyklisch ein- und ausgeschaltete Schaltelemente parallel angeschlossen sind. Ein Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe (6a) ist an einen Plus-Elektrodenanschluss einer Gleichstromenergiequelle (5) angeschlossen, und ein Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe (6b) ist an einen Minus-Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle (5) angeschlossen. Jeweilige andere Parallelschaltungsanschlüsse der Schaltelementgruppen (6a) und (6b) sind über eine Drossel (7) angeschlossen. Eine Impulsspannung, die aufgrund eines zyklischen Ein-/Ausschaltbetriebs der Schaltelementgruppen (6a) und (6b) an entgegengesetzten Enden der Drossel (7) auftritt, wird durch ein Koaxialkabel (8) und eine Anpassungsschaltung (9) an eine Last angelegt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung, die einen Hochfrequenzimpuls erzeugt, und im Spezielleren auf eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung, die einen Hochfrequenzimpuls an eine nichtlinear schwankende Last, beispielsweise eine Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung anlegt.
Hintergrund
Eine Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung führt eine Bearbeitung im Hinblick auf ein Werkstück durch, indem eine Lichtbogenentladung in einem Elektrodenspalt zwischen einer Bearbeitungselektrode und dem Werkstück erzeugt wird. Als Anordnung der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung gab es herkömmlicher Weise verschiedene Arten hinsichtlich einer Anordnung einer Bearbeitungsenergiequelle, die zur Erzeugung einer Lichtbogenentladung im Elektrodenspalt verwendet wurden.
Insbesondere wurde, weil eine Bearbeitungsfläche ultrafein endbearbeitet werden kann, indem ein Hochfrequenzimpuls an den Elektrodenspalt angelegt wird, eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung, die einen Hochfrequenzimpuls erzeugt, für eine Endbearbeitungsenergiequelle verwendet, und es wurden verschiedene Anordnungsbeispiele vorgeschlagen (z. B. Patentschriften 1, 2 und 3).
Patentschrift 1 beschreibt ein Beispiel einer Entladungsbearbeitungsenergiequellenvorrichtung, die eine vorbestimmte Impulsspannung an einen Elektrodenspalt zwischen einem Werkstück und einer Elektroerosionsbearbeitungselektrode anlegt. Die Entladungsbearbeitungsenergiequellenvorrichtung umfasst eine Energiequelle, eine Schalteinheit, die in einem voreingestellten Zyklus ein- und ausschaltet, und ein Induktanzelement, das mit der Energiequelle und der Schalteinheit in Reihe geschaltet ist. Entgegengesetzte Enden der Induktanzelemente sind elektrisch an das Werkstück und die Elektroerosionsbearbeitungselektrode angeschlossen. Wenn die Schalteinheit eingeschaltet wird, wird Energie im Induktanzelement akkumuliert, weil das Induktanzelement an die Energiequelle angeschlossen ist. Wenn die Schalteinheit ausgeschaltet ist, wird die im Induktanzelement akkumulierte Energie auf Grundlage einer gegeninduzierten elektromotorischen Kraft an den Elektrodenspalt geliefert.
Insbesondere besteht die Schalteinheit aus einer Schaltgruppe, in der mehrere Schalteinheiten parallel angeordnet sind, und kann eine Last pro Schaltelement pro Zeiteinheit reduzieren, indem jede Schalteinheit in der Schaltgruppe wie etwa A → B → C → A → B ... zyklisch ein- und ausgeschaltet wird.
Die Patentschriften 2 und 3 offenbaren ein Anordnungsbeispiel einer Feinbearbeitungsenergiequelle, die eine Hochfrequenzwechselstromquelle verwendet. Und zwar sind in der Patentschrift 2 eine Hochfrequenzwechselstromquelle und ein Arbeitsbehälter über ein Koaxialkabel miteinander verbunden, und ein Anpassungskasten zum Anpassen einer Impedanz ist zwischen einem Wellenwiderstand und dem Arbeitsbehälter vorgesehen.
Patentschrift 3 offenbart eine Anordnung, die ein Grobbearbeitungskabel zum Anschließen einer Grobbearbeitungsenergiequelle an einen Arbeitsbehälter zusätzlich zu einem Endbearbeitungskabel zum Anschließen einer Feinbearbeitungsenergiequelle an den Arbeitsbehälter und eine Anpassungsschaltung zum Einstellen der Impedanz in einem Elektrodenspalt umfasst. Patentschrift 3 erläutert, dass eine fein bearbeitete Fläche erhalten werden kann, indem die Impedanz eingestellt wird, ohne das Grobbearbeitungskabel auszustecken.
Anführungsliste
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2006-321007
Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H1-240223
Patentschrift 3: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H7-009258

Zusammenfassung
Technisches Problem
Wie in der Patentschrift 1 bestehen in einem Fall, in dem mehrere Schalteinheiten parallel angeordnet sind und zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, eine schwebende Induktanz und eine schwebende Konduktanz zwischen den jeweiligen Schalteinheiten. Sogar wenn ein gemeinsames Induktanzelement an ein Ausgangsziel dieser Schalteinheiten angeschlossen ist, ist es wahrscheinlich, wenn es eine Veränderung bei dieser schwebenden Induktanz und schwebenden Konduktanz gibt, dass eine Störung in einer Ausgangswellenform auftritt.
Alternativ wird, wenn es eine Veränderung in der Schaltgeschwindigkeit der Schalteinheit oder im Einschaltwiderstand gibt, wenn die Schalteinheiten zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, eine Wellenform mit einem gestörten Scheitelwert ausgegeben.
In den Patentschriften 2 und 3 wird eine Hochfrequenzwechselstromquelle verwendet. Weil sich die Hochfrequenzwechselstromquelle im Allgemeinen eines Kristalloszillators bedient, verstärkt ein Verstärker in einer ersten Stufe eine Sinuswelle graduell und gibt diese aus, während die Form der Sinuswelle im Wesentlichen aufrechterhalten bleibt. Deshalb gibt es keine Veränderung in der Wellenform, die wie in der Patentschrift 1 durch eine Veränderung in den Schalteinheiten verursacht wird. Jedoch hängt eine Ausgangswellenform von dieser von einer Schwingungsfrequenz des Kristalloszillators ab, und es besteht eine Einschränkung dergestalt, dass eine spezifische Frequenz oder ein spezifisches Tastverhältnis festgelegt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde erzielt, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die einen stabilen Spannungsimpulsausgang bei einer nichtlinear schwankenden Last selbst dann erzielen kann, wenn mehrere Schalteinheiten parallel angeordnet sind und zyklisch ein- und ausgeschaltet werden.
Lösung für das Problem
Um das vorstehende Problem zu lösen und das vorstehende Ziel zu erreichen, umfasst eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung: eine Gleichstromenergiequelle; eine Schaltelementgruppe, in der mehrere Schaltelemente, die zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, parallel geschaltet sind, und ein Parallelschaltungsanschluss von diesen an einen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist; ein erstes Induktanzelement, das den anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe an den anderen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle anschließt; und eine Anpassungsschaltung, die in einer Strecke vorgesehen ist, um eine Impulsspannung, die an entgegengesetzten Enden des ersten Induktanzelements auftritt, einer Last zuzuführen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung formt, wenn parallel geschaltete Schaltelemente zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, um einem gemeinsamen Induktanzelement Energie zuzuführen und akkumulierte Energie (einen Hochfrequenzimpuls) sequentiell einer Last zuzuführen, eine in einer Versorgungsstrecke vorgesehene Anpassungsschaltung einen Impuls mit einer anderen Wellenform für jedes Schaltelement so, dass der Impuls eine ähnliche Wellenform hat. Dementsprechend ergibt sich, selbst wenn es eine Veränderung bei den Schaltelementen gibt, keine Schwankung in einem Scheitelwert, und selbst, wenn die Last schwankt, gibt es weniger Reflexion. Deshalb kann eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung mit einer stabilen Leistungscharakteristik erzielt werden. Insbesondere wenn eine Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung als Last verwendet wird, kann eine Elektroerosionsbearbeitungscharakteristik erzielt werden, die eine stabile Feinbearbeitungsfläche ausbildet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Konzeptdarstellung eines Anordnungsaufbaubeispiels einer Elektroerosionsbearbeitungseinheit einer Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung.
3 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Schaltbild eines anderen Anordnungsbeispiels einer Anpassungsschaltung als fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Wellenschema zur Erläuterung eines Verfahrens zum Erhalten einer Wellenform, die n-mal so groß ist wie eine Schwingungsfrequenz eines Schaltelements, als sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 stellt eine Anordnung dar, die sich einer Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung (einer Drahtelektroerosionsbearbeitungsvorrichtung) als Last bedient. In 1 sind eine Bearbeitungselektrode 1 und ein Werkstück 2 einander gegenüber in einer Elektroerosionsbearbeitungseinheit der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung (siehe 2) angeordnet. 2 ist eine Konzeptdarstellung eines Anordnungsaufbaubeispiels der Elektroerosionsbearbeitungseinheit der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung (das Anordnungsaufbaubeispiel wird später noch beschrieben).
Eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung 3a gemäß der ersten Ausführungsform besitzt eine Anordnung, in der ein Hochfrequenzimpuls aus einer Gleichstromenergiequelle 5 durch Schaltelementgruppen 6a und 6b und eine Drossel 7 erzeugt wird und der erzeugte Hochfrequenzimpuls an einen Elektrodenspalt zwischen der Bearbeitungselektrode 1 und dem Werkstück 2 über ein Koaxialkabel 8 und eine Anpassungsschaltung 9 angelegt wird. Es kann auch ein anderes Kabel anstelle des Koaxialkabels verwendet werden, etwa eine verdrillte Leitung.
Die Schaltelementgruppen 6a und 6b werden gebildet, indem dieselbe Anzahl von Schaltelementen parallel geschaltet wird. Ein Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6a ist an einen Plus-Elektrodenanschluss (+) der Gleichstromenergiequelle 5 angeschlossen, und ein Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6b ist an einen Minus-Elektrodenanschluss (–) der Gleichstromenergiequelle 5 angeschlossen. Die Drossel 7 ist zwischen dem anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6a und dem anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6b vorgesehen.
Wenn die jeweiligen Schaltelemente der Schaltelementgruppen 6a und 6b in derselben Reihenfolge zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, wird eine Hochfrequenzimpulsspannung, wobei der andere Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6a eine Plus-Elektrodenseite und der andere Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6b eine Minus-Elektrodenseite (eine Masseseite) ist, zwischen dem anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6a und dem anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6b, also an entgegengesetzten Enden der Drossel 7 ausgegeben.
Die Hochfrequenzimpulsspannung wird zugeführt und dabei in der Anpassungsschaltung 9 an einen elektrischen Zustand des Elektrodenspalts zwischen der Bearbeitungselektrode 1 als Last und dem Werkstück 2 angepasst. Jedoch ist die Anpassungsschaltung 9 vorzugsweise nahe der Bearbeitungselektrode 1 und dem Werkstück 2 an den Elektrodenspalt angeschlossen (siehe 2). Deshalb sind die anderen Parallelschaltungsanschlüsse der Schaltelementgruppen 6a und 6b und die Anpassungsschaltung 9 jeweils durch das Koaxialkabel 8 verbunden.
Ein Mittelleiter des Koaxialkabels 8 bildet einen Abschnitt einer Plus-Elektrodenleitung, die den anderen Parallelschaltungsanschluss (eine Plus-Elektrodenseite) der Schaltelementgruppe 6a mit der Bearbeitungselektrode 1 verbindet. Ein Außenleiter des Koaxialkabels 8 bildet einen Abschnitt einer Minus-Elektrodenleitung, welche den anderen Parallelschaltungsanschluss (eine Minus-Elektrodenseite) der Schaltelementgruppe 6b mit dem Werkstück 2 verbindet.
Die Anpassungsschaltung 9 hat in 1 eine Anordnung des π-Typs. In der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung ist der elektrische Zustand des Elektrodenspalts zum Zeitpunkt einer Nichtentladung eine kapazitive hohe Impedanz, zum Zeitpunkt eines Entladens eine niedrige Widerstandsimpedanz, zum Zeitpunkt eines Kurzschlusses eine Widerstandslast mit geringer Impedanz oder eine geringe induktive Impedanz, wenn die Leitungsinduktanz dominant wird. Eine Anpassungsschaltung, die mühelos eine Anpassung mit der Last erzielen kann, ist vom π-Typ. Jedoch ist auch ein Anordnungsbeispiel eines L-Typs, eines invertierten L-Typs u. dgl. allgemein bekannt. Ein unterschiedlicher Punkt zwischen diesen ist nur eine Einfachheit der Anpassung, und somit ist die Anordnung nicht auf den π-Typ beschränkt.
Die Anpassungsschaltung 9 des π-Typs umfasst eine in die Plus-Elektrodenleitung einzusetzende Drossel 9a und variable Kondensatoren 9b und 9c, die zwischen der Plus-Elektrodenleitung und der Minus-Elektrodenleitung an die entgegengesetzten Enden der Drossel 9a angeschlossen sind. Ein variabler Kondensator wird als der Kondensator verwendet. Wenn jedoch die Kapazität bestimmt ist, kann ein Kondensator verwendet werden, bei dem ein Kapazitanzwert feststeht.
Ein Anordnungsaufbau der Bearbeitungselektrode 1 und des Werkstücks 2 wird nachstehend kurz mit Bezug auf 2 erläutert.
In 2 sind die Bearbeitungselektrode 1 und das Werkstück 2 in einem Arbeitsbehälter 10 untergebracht. Die Bearbeitungselektrode 1 wird von einer Drahtrolle 11 her zugeführt und über eine obere Drahtführung 12 und eine untere Drahtführung 13 aus dem Arbeitsbehälter 10 nach außen geleitet. Die obere Drahtführung 12 und die untere Drahtführung 13 sind dazu vorgesehen, eine Eigenschaft hoher Geradheit der Bearbeitungselektrode 1 aufrechtzuerhalten. Die obere Drahtführung 12 und die untere Drahtführung 13 umfassen jeweils einen Energieeinspeisungsmechanismus zum Zuführen eines aus der Bearbeitungsenergiequelle zugeführten Spannungsimpulses zur Bearbeitungselektrode 1. Das Werkstück 2 ist auf einer Flächenplatte 14 angebracht, die aus einem leitfähigen Material besteht. Generell ist die Flächenplatte 14 an Masse gelegt. Der Arbeitsbehälter 10 besitzt einen solchen Aufbau, dass das Werkstück 2 in Bearbeitungsflüssigkeit wie etwa Wasser oder Öl eingetaucht werden kann. Ein Anpassungsschaltungskasten 15, in dem die Anpassungsschaltung 9 untergebracht ist, ist auf der Rückflächenseite des Arbeitsbehälters in 2 angeordnet, weil ein Wasserschutz mit dieser Anordnung einfach ist. Wenn es vom Gesichtspunkt, den Anpassungsschaltungskasten 15 möglichst nahe anzuordnen, möglich ist, kann der Anpassungsschaltungskasten 15 innerhalb der unteren Drahtführung 13 oder auf dem Boden des Arbeitsbehälters 10 angeordnet werden.
Die Drossel 9a, wobei ein Ende an den Mittelleiter des Koaxialkabels angeschlossen ist, und die variablen Kondensatoren 9b und 9c, die den Mittelleiter und den Außenleiter des Koaxialkabels 8 an den entgegengesetzten Enden der Drossel 9a miteinander verbinden, sind in dem Anpassungsschaltungskasten 15 angeordnet.
Eine Verbindung zwischen der Anpassungsschaltung 9 auf einer Seite, auf der die Drossel 9a nicht angeordnet ist (einer Außenleiterseite des Koaxialkabels 8) und dem Werkstück 2 wird in der Anpassungsschaltung 9 dadurch hergestellt, dass der Außenleiter des Koaxialkabels 8 unter Verwendung einer Kupferplatte 16 elektrisch an die Flächenplatte 14 angeschlossen wird. Ein Material mit geringem Widerstand sollte möglichst als das Material der Kupferplatte 16 verwendet werden. Allerdings kann auch dasselbe Material wie dasjenige der Flächenplatte 14 verwendet werden. Es ist wichtig, diese Fläche an Fläche anzuschließen. Bei dieser Anordnung kann eine Verdrahtung bis zum Elektrodenspalt in einem Zustand geringer Impedanz erzielt werden.
Andererseits wird eine Verbindung zwischen der Anpassungsschaltung 9 auf einer Seite, auf der die Drossel 9a angeordnet ist (einer Mittelleiterseite des Koaxialkabels 8) und der Bearbeitungselektrode 1 dadurch hergestellt, dass ein an das andere Ende der Drossel 9a angeschlossenes Kabel 17 an die untere Drahtführung 13 angeschlossen wird. Eine schwebende Kapazitanz, die von einer Dielektrizitätskonstante der Bearbeitungsflüssigkeit abhängt, entsteht zwischen dem Kabel 17 und der Masse. Wenn der Flüssigkeitspegel der Bearbeitungsflüssigkeit schwankt, verändert sich auch der Wert der schwebenden Kapazitanz, und damit tendiert die schwebende Kapazitanz dazu, (besonders im Hinblick auf einen Hochfrequenzimpuls) elektrisch instabil zu sein. Eine Energieeinspeisung ist entweder von der oberen Drahtführung 12 oder der unteren Drahtführung 13 her möglich. Weil jedoch hier eine Betriebsart angewendet wird, in der eine Energieeinspeisung nur zur unteren Drahtführung 13 erfolgt, schwankt die schwebende Kapazitanz kaum aufgrund der vorstehend beschrieben Flüssigkeitspegelschwankung. Darüber hinaus ist im Gegensatz zur Seite des Werkstücks 2, das Verfahren, einen Flächenanschluss unter Verwendung einer Metallplatte durchzuführen, nicht ohne Weiteres vorzuziehen. Und zwar, weil der Einfluss der schwebenden Kapazität wie vorstehend beschrieben zunimmt.
Als Kabel 17 wird eine Einzel- oder Mehraderkabelleitung verwendet. Wenn bevorzugt wird, die Induktanzkomponenten zu senken, wird ein Parallelanschluss unter Verwendung mehrerer Kabel 17 verwendet, oder es wird ein Flachkabel für das Kabel 17 verwendet.
In 1 werden, wie in der Patentschrift 1, in der Schaltelementgruppe 6a und 6b jeweilige Schaltelemente in derselben Reihenfolge zyklisch ein- und ausgeschaltet. Wenn ein Schaltelement eingeschaltet wird, wird Energie in die Drossel 7 geladen. Die geladene Energie wird zum Elektrodenspalt entladen, indem das Schaltelement ausgeschaltet wird. Anschließend wird das nächste parallel angeschlossene Schaltelement eingeschaltet, und wieder wird Energie in die Drossel 7 geladen. In einem Moment, wenn das Schaltelement ausgeschaltet wird, wird wieder Energie zum Elektrodenspalt entladen. Indem der Schaltvorgang sequentiell durchgeführt wird, wird auf diese Weise eine Wellenform insgesamt synthetisiert, wobei die Frequenz eines Schaltelements reduziert wird, wodurch es ermöglicht wird, die Energie als Hochfrequenzimpuls an den Elektrodenspalt anzulegen.
Jedoch bestehen in der Schaltelementgruppe 6a oder 6b zumindest einige Variationen in den jeweiligen parallel geschalteten Schaltelementen. Selbst wenn es keine Variation in den Schaltelementen gibt, ist das Verdrahtungsmuster nicht immer äquivalent, und wenn eine Hochgeschwindigkeitsumschaltung erfolgt, wird die Übertragungscharakteristik des erzeugten Impulses anders. Das heißt, weil eine Ausgangsimpulsbreite beispielsweise bis zu 100 bis 300 Nanosekunden klein ist, wird der Einfluss der Schaltgeschwindigkeit dominant. Entsprechend werden, wenn die Anpassschaltung 9 nicht vorgesehen ist, Wellenformen mit einer unterschiedlichen Frequenzkomponente über das Koaxialkabel 8 an den Elektrodenspalt angelegt. Deshalb tritt tendenziell eine Reflexion am Schaltungsanschluss zwischen dem Koaxialkabel und dem Elektrodenspalt auf, und die Impulswellenform ist aufgrund der erzeugten Reflexion tendenziell gestört.
In dieser Hinsicht wird in den Erfindungen der Patentschriften 2 und 3, die durch einen Kristalloszillator gebildet sind, weil eine Einzelfrequenz verwendet wird, sogar wenn eine Reflexion auftritt, die Wellenform selbst nicht gestört. Es kann davon ausgegangen werden, dass Leistung abnimmt, wenn eine Reflexion auftritt. Wenn in diesem Fall als Extrembeispiel die Leistung einer Energiequelle zunimmt, ohne dass eine Anpassungsschaltung verwendet wird, kann eine äquivalente Wellenform an den Elektrodenspalt angelegt werden. Wenn hingegen die mehreren in der ersten Ausführungsform beschriebenen Schaltelemente verwendet werden, wird die Impulswellenform selbst gestört und verändert. Und zwar, weil ein Ausgabeverfahren des Impulses eine elektromotorische Rückkraft zur Drossel verwendet. Und zwar deswegen, weil ein transientes Phänomen wie etwa dl/dt für die Ausgangsspannung verwendet wird und Veränderungen aufgrund einer charakteristischen Differenz und der Umgebung substantiell vorhanden sind. Deshalb wird, selbst wenn die Leistung der Energiequelle erhöht wird, nur ein instabiler vorübergehender Impuls mit einer großen Reflexion erzeugt. Die Bearbeitungscharakteristik ist auch instabil.
Dabei fungiert die Anpassungsschaltung 9 gewissermaßen als eine Art Filter. Das heißt, die Anpassungsschaltung 9 lässt eine bestimmte Frequenzkomponente von verschiedenen Frequenzkomponenten zum Elektrodenspalt durch. Die Anpassungsschaltung 9 lässt eine Frequenzkomponente, die dieselbe Impedanz hat wie das Koaxialkabel 8, das eine Übertragungsleitung ist, zum Elektrodenspalt als Last durch. Entsprechend wird die Veränderung bei dem durch die Schaltelemente gehaltenen Wellenwiderstand verringert, und dem Elektrodenspalt kann eine Impulsfolge mit einer stabilen Wellenform zugeführt werden. Im Ergebnis kann gemäß der ersten Ausführungsform eine stabile Bearbeitungscharakteristik erzielt werden, bei der ein Kurzschluss oder dgl. kaum auftritt.
Zweite Ausführungsform
3 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 sind Bestandteile, die zu den in 1 (der ersten Ausführungsform) gezeigten identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nachstehend werden Merkmale beschrieben, die für die zweite Ausführungsform relevant sind.
Wie in 3 gezeigt, ist in einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung 3b gemäß der zweiten Ausführungsform, in der in 1 (der ersten Ausführungsform) gezeigten Anordnung die Drossel 7 entfallen, eine Anpassungsschaltung 20 mit anderer hinzugefügter Bezugszahl hat eine Anordnung des L-Typs einschließlich einer Drossel 21 und eines variablen Kondensators 22, und ein Ausgangsanschluss der Anpassungsschaltung 20 ist über das Koaxialkabel 8 an einen Elektrodenspalt angeschlossen.
In der Anpassungsschaltung 20 ist die Drossel 21 zwischen dem anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6a und dem anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6b vorgesehen. Ein Ende des variablen Kondensators 22 ist an ein Ende der Drossel 21 auf der Seite der Bearbeitungselektrode 1 angeschlossen, und das andere Ende ist an den Mittelleiter des Koaxialkabels 8 angeschlossen. Weil die Drossel 21 die Funktion der Drossel 7 hat, kann dem Elektrodenspalt wie in der ersten Ausführungsform ein Hochfrequenzimpuls zugeführt werden.
Die Niederfrequenzkomponente wird durch den variablen Kondensator 22 abgeblockt, und an den Elektrodenspalt wird nur eine Hochfrequenzkomponente angelegt. Das heißt, der variable Kondensator 22 fungiert zusammen mit der Drossel 21 als Filter und kann so arbeiten, dass die Impedanz an den Elektrodenspalt angepasst wird. Auf diese Weise kann gemäß der zweiten Ausführungsform die Anzahl an Teilen reduziert und eine stabile Bearbeitungscharakteristik mit einer einfachen Anordnung erzielt werden.
Obwohl in der zweiten Ausführungsform die Drossel 7 entfallen ist, kann die Drossel 7 separat parallel zur Drossel 21 vorgesehen werden. Darüber hinaus kann eine Drossel anstelle des variablen Kondensators 22 vorgesehen werden. Weil optimale Werte je nach der Impedanz des Elektrodenspalts als Last unterschiedlich sind, muss die Schaltungsanordnung entsprechend dem Zustand der Last angemessen gewählt werden.
Dritte Ausführungsform
4 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 sind Bestandteile, die zu den in 3 (der zweiten Ausführungsform) gezeigten identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nachstehend werden hauptsächlich Merkmale beschrieben, die für die dritte Ausführungsform relevant sind.
Wie in 4 gezeigt, sind in einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung 3c nach der dritten Ausführungsform in der in 3 (der zweiten Ausführungsform) gezeigten Anordnung die Positionen des Koaxialkabels 8 und der Anpassungsschaltung 20 umgekehrt. Weil die Anpassungsschaltung bevorzugt nahe einem Elektrodenspalt ausgebildet wird, sind die Drossel 21 und der variable Kondensator 22 wie in der ersten Ausführungsform nahe dem Elektrodenspalt angeordnet. Bei dieser Anordnung kann Energie, die über die Schaltelementgruppen 6a und 6b in der Drossel 21 akkumuliert wurde, nahe dem Elektrodenspalt entladen werden. Wie in 2 gezeigt, können die Drossel 21 und der variable Kondensator 22 im Anpassungsschaltungskasten 15 untergebracht und an die Rückseite des Arbeitsbehälters 10 angeschlossen werden, und bei einer Verbindung mit dem Elektrodenspalt kann es sich um dieselbe wie in 2 handeln.
In der Drossel 21 akkumulierte Energie wird dem Elektrodenspalt über den in Reihe geschalteten variablen Kondensator 22 zugeführt. Bei der in der dritten Ausführungsform beschriebenen Anordnung kann eine Verteilungskonstante des Koaxialkabels 8 im Hinblick auf einen Raum zwischen Elektroden ausgeschlossen werden. Deshalb kann der variable Kondensator 22 einfacher eingestellt werden als derjenige der zweiten Ausführungsform.
Obwohl die Drossel 21 verwendet wird, kann in der dritten Ausführungsform auch ein Transformator anstelle der Drossel 21 verwendet werden. Eine Ausgangsimpedanz kann unter Verwendung des Transformators verändert werden.
In diesem Fall muss der Einfluss des Wellenwiderstands des Koaxialkabels 8 eliminiert werden. Deshalb wird der Transformator in 4 bevorzugt in einer anschließenden Stufe des Koaxialkabels 9 auf der Elektrodenspaltseite eingefügt. Die Anzahl von Wicklungen des Transformators wird entsprechend der Impedanz des Elektrodenspalts zur Anpassung an die Impedanz verändert, wodurch es ermöglicht wird, einen hoch stabilen Impuls auszugeben und eine stabile Bearbeitungscharakteristik zu erzielen, bei der ein Kurzschluss oder dgl. kaum auftritt.
Vierte Ausführungsform
5 ist ein Schaltbild einer Anordnung einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 sind Bestandteile, die zu den in 3 (der zweiten Ausführungsform) gezeigten identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nachstehend werden hauptsächlich Merkmale beschrieben, die für die vierte Ausführungsform relevant sind. In der vierten Ausführungsform kann, obwohl ein Beispiel des Anwendens der Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung auf die zweite Ausführungsform beschrieben wird, die Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung ähnlich auch auf die erste und dritte Ausführungsform angewendet werden.
Es besteht eine Variation in jeweiligen Schaltelementen, welche die Schaltelementgruppe 6a und die Schaltelementgruppe 6b bilden. Deshalb tendieren die jeweiligen Schaltelemente dazu, Impulse mit einer unterschiedlichen Frequenzkomponente auszugeben. Weil ein Impuls, der von den Schaltelementen mit einer voneinander verschiedenen Kennlinie ausgegeben wird, bewirkt, dass Energie in der Drossel 7 oder in der Drossel 21 akkumuliert wird, die ein gemeinsames Element ist, wird eine Impulsfolge mit einer gestörten Wellenform erzeugt.
Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, ist in der ersten Ausführungsform die Anpassungsschaltung 9 vorgesehen, und in der zweiten und dritten Ausführungsform ist die Anpassungsschaltung 20 vorgesehen, um zu unterbinden, dass eine gestörte Wellenform der Hochfrequenzimpulsfolge einem Elektrodenspalt zugeführt wird. In der wie in 5 gezeigten vierten Ausführungsform sind in die Schaltelementgruppe 6a oder die Schaltelementgruppe 6b, bei der es sich um eine Erzeugungseinheit für den Hochfrequenzimpuls handelt, eine Drossel 25 und ein variabler Kondensator 26 im Hinblick auf die jeweiligen Schaltelemente eingefügt, so dass keine Impulse mit einer unterschiedlichen Frequenzkomponente ausgegeben werden, wodurch eine Phase kompensiert wird, die direkt Energie in der Drossel 7 oder der Drossel 21 akkumuliert, die ein gemeinsames Element ist.
Das heißt, in der ersten bis dritten Ausführungsform werden parallel geschaltete Schaltelemente zyklisch ein- und ausgeschaltet, um einem gemeinsamen Induktanzelement Energie zuzuführen, und wenn akkumulierte Energie (ein Hochfrequenzimpuls) sequentiell an den Elektrodenspalt angelegt wird, formen die in der Versorgungsstrecke vorgesehenen Anpassungsschaltungen 9 und 20 einen Impuls mit einer anderen Wellenform für jedes Schaltelement, um den Impuls mit einer ähnlichen Wellenform an den Elektrodenspalt anzulegen. Bei dieser Anordnung gibt es, selbst wenn eine Variation bei den Schaltelementen besteht, keine Schwankung in einem Scheitelwert, und selbst wenn die Last schwankt, gibt es weniger Reflexion. Deshalb kann eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung mit einer stabilen Ausgangscharakteristik erzielt werden. In einer Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung, die sich der Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung als Endbearbeitungsenergiequelle bedient, kann eine Elektroerosionsbearbeitungscharakteristik erzielt werden, die eine stabile Feinbearbeitungsfläche ausbildet.
Wenn die vierte Ausführungsform, in der eine Phase, die Energie in der Drossel 7 oder der Drossel 21 als gemeinsamem Element akkumuliert, kompensiert wird, auf die erste bis dritte Ausführungsform angewendet wird, kann die Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung mit einer stabileren Ausgangscharakteristik erzielt werden, und die Elektroerosionsbearbeitungscharakteristik zum Ausbilden einer stabileren Feinbearbeitungsfläche kann in der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung erzielt werden, die sich der Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung als Endbearbeitungsenergiequelle bedient.
Das heißt, wie in 5 gezeigt, sind in einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung 3d gemäß der vierten Ausführungsform in der in 3 (der zweiten Ausführungsform) gezeigten Anordnung die jeweiligen anderen Anschlüsse der die Schaltelementgruppe 6a bildenden Schaltelemente nicht direkt angeschlossen, um den anderen Parallelschaltungsanschluss zu bilden, sondern sind jeweils über die Drossel 25 angeschlossen, um den anderen Parallelschaltungsanschluss zu bilden. Die jeweiligen anderen Anschlüsse der die Schaltelementgruppe 6a bildenden Schaltelemente und die entsprechenden Schaltelemente am anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe 6b sind durch den variablen Kondensator 26 verbunden.
Die Drossel 25 und der variable Kondensator 26 werden entsprechend der Charakteristik des Schaltelements oder einer Differenz einer Verdrahtungswegführung angemessen eingestellt, so dass ungefähr dieselbe Wellenform an die Drossel 21 angelegt werden kann. Mit dieser Anordnung kann, selbst wenn es eine Variation in der Wegführung gibt, ein stabiler Impulsausgang erhalten und die Bearbeitungscharakteristik stabilisiert werden. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass, solange der Kapazitanzwert bestimmt ist, der variable Kondensator 26 ein Festkondensator sein oder entfallen kann, wenn er nicht benötigt wird. Das heißt, es kann eine Anordnung verwendet werden, in der nur die Drossel 25 angeschlossen ist.
Insbesondere ist, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, wenn die Drossel 21 und die variablen Kondensatoren 22 näher an der Elektrodenspaltseite angeordnet sind als das Koaxialkabel 8, ein wie in der vierten Ausführungsform beschriebenes Verfahren zum Ausbilden einer Kompensationsschaltung für jedes Schaltelement wirkungsvoll. Wenn eine Strecke zur Drossel 21 lang ist, lagern sich sehr wahrscheinlich unbeabsichtigte schwebende Reaktanz und schwebende Konduktanz dazwischen, weil der Übertragungsweg lang ist. Deshalb tritt tendenziell eine Reflexion an irgendeiner Stelle auf. Eine Kompensation der Wellenform lässt sich mühelos durchführen, indem eine Wellenformkompensationsschaltung nahe einer Erzeugungseinheit dort eingefügt wird, wo eine Störung in der Ausgangswellenform auftritt, und nicht eine Anpassungsschaltung an einer von der Erzeugungseinheit fernen Stelle, wo eine Störung in der Ausgangswellenform auftritt, eingefügt wird.
Als Last wird für die Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Raum zwischen Elektroden der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung angenommen. Bei der Last handelt es sich um einen entladenen Zustand, einen nicht entladenen (offenen) Zustand oder einen kurzgeschlossenen Zustand, und sie verändert sich je nach einem Abstand zwischen den Elektroden. Weil sich darüber hinaus die Impedanz in den jeweiligen Zuständen stark voneinander unterscheidet, kann keine Anpassung in allen diesen Zuständen vorgenommen werden. Das heißt, nachdem eine Anpassung im offenen oder entladenen Zustand vorgenommen wurde, wird dieselbe Anpassungskonstante verwendet, selbst wenn die Last schwankt. Weil der kurzgeschlossene Zustand keinen Beitrag zur Bearbeitung leistet, ist dessen Einfluss gering, selbst wenn Reflexion zunimmt.
Jedoch wirken sich in der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung nicht nur die Zwischenelektrodenphänomene, sondern auch das nahe Umfeld komplex auf eine elektrische Konstante aus, was berücksichtigt werden muss. Beispielweise bleibt eine Anbringungsstelle des Werkstücks auf einer Flächenplatte dem Ermessen des Benutzers überlassen, und die Dicke des Werkstücks und ein zu verwendender Drahtdurchmesser variieren. Wenn sich jedoch eine Bearbeitungsstelle oder die Dicke des Werkstücks verändert, ändert sich von der Energiequelle aus gesehen entsprechend auch die Impedanz, und selbst wenn der Zwischenelektrodenraum im offenen Zustand ist, kann sich die Ausgangswellenform leicht verändern. Entsprechend wird die Anpassungskonstante bevorzugt je nach den jeweiligen Zuständen angemessen verändert.
In einer allgemeinen Anpassungsschaltung wird die Kapazität auf analoge Weise verändert, indem ein variabler Unterdruckluftkondensator verwendet wird. Speziell werden ein Motor und ein variabler Unterdruckluftkondensator kombiniert, um die Kapazität auf Grundlage der Anzahl von Umdrehungen (einer Drehzahl) zu verändern.
In der ersten bis vierten Ausführungsform wurde in dieser Hinsicht eine Anpassungsschaltung erläutert, die sich des variablen Kondensators bedient. Allerdings haben der Motor und der Unterdruckluftkondensator Probleme in Bezug auf Zuverlässigkeit.
Fünfte Ausführungsform
Deshalb wird in der fünften Ausführungsform eine Anpassungsschaltung erklärt, die dieses Problem lösen kann. Dieses Problem kann gelöst werden, indem die Anpassungsschaltung beispielsweise wie in 6 gezeigt angeordnet wird. 6 ist ein Schaltbild eines anderen Anordnungsbeispiels einer Anpassungsschaltung als fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist ein Beispiel des Anwendens der Anordnung der fünften Ausführungsform auf die in 1 (der ersten Ausführungsform) gezeigte Anpassungsschaltung des π-Typs; jedoch kann die Anordnung entsprechend auch auf die in 3 bis 5 (der zweiten bis vierten Ausführungsform) gezeigte Anpassungsschaltung des L-Typs angewendet werden.
Eine in 6 gezeigte Anpassungsschaltung des π-Typs umfasst eine Reihenschaltung aus einem Festkondensator 30a1 und einem Schalter 30a3 und eine Reihenschaltung aus einem Festkondensator 30a2 und einem Schalter 30a4, die an einem Ende einer Drossel 30b parallel geschaltet sind, die anstelle der Drossel 9a angeordnet ist, die in eine Plus-Elektrodenleitung P in der in 1 gezeigten Anpassungsschaltung 9 des π-Typs eingefügt ist. Darüber hinaus sind von den zwei variablen Kondensatoren, die zwischen der Plus-Elektrodenleitung P und einer Minus-Elektrodenleitung N angeordnet sind, eine Reihenschaltung aus einem Festkondensator 30c1 und einem Schalter 30c3 und eine Reihenschaltung aus einem Festkondensator 30c2 und einem Schalter 30c4 parallel geschaltet und anstelle des einen variablen Kondensators 9b angeordnet. Eine Reihenschaltung aus einem Festkondensator 30d1 und einem Schalter 30d3 und eine Reihenschaltung aus einem Festkondensator 30d2 und einem Schalter 30d4 sind parallel geschaltet und anstelle des anderen variablen Kondensators 9c angeordnet.
Die Festkondensatoren 30c1, 30c2, 30a1, 30a2, 30d1 und 30d2 bestehen jeweils aus einem Keramikmaterial. Die Schalter 30c3, 30c4, 30a3, 30a4, 30d3 und 30d4 geben in 6 jeweils ein Relaiselement an; allerdings kann es sich bei diesen auch um ein Halbleiterschaltelement oder einen mechanischen Schalter handeln.
In denen jeweiligen Paaren der parallel angeschlossenen Festkondensatoren „30a1, 30a2”, „30c1, 30c2” und „30d2, 30d2” ist ein Kapazitanzwert jeweils binär gewichtet, beispielsweise ist einer der Kapazitanzwerte 1 nF und der andere 2 nF.
Mit dieser Anordnung wird der Kapazitanzwert an einer Stelle, an der die Reihenschaltung aus dem Festkondensator 30c1 und dem Schalter 30c3 und die Reihenschaltung aus dem Festkondensator 30c2 und dem Schalter 30c4 parallel geschaltet und angeordnet sind, zu 1 nF in einem Muster, in dem einer der Schalter 30c3 und 30c4 geschlossen und der andere geöffnet wird, wird zu 1 nF in einem Muster, in dem einer der Schalter 30c3 und 30c4 geöffnet und der andere geschlossen wird, wird zu 2 nF in einem Muster, in dem einer der Schalter 30c3 und 30c4 geöffnet und der andere geschlossen wird, und wird zu 3 nF in einem Muster, in dem beide Schalter 30c3 und 30c4 geschlossen werden, wodurch es ermöglicht wird, drei Arten von Kapazitanzwerten zu bilden.
Selbiges trifft auf eine Stelle zu, an der die Reihenschaltung aus dem Festkondensator 30a1 und dem Schalter 30a3 und die Reihenschaltung aus dem Festkondensator 30a2 und dem Schalter 30a4 parallel geschaltet und angeordnet sind, und auf eine Stelle, an der die Reihenschaltung aus dem Festkondensator 30d1 und dem Schalter 30d3 und die Reihenschaltung aus dem Festkondensator 30d2 und dem Schalter 30d4 parallel geschaltet und angeordnet sind.
Das Paar der Festkondensatoren „30a1, 30a2”, das an einem Ende der Drossel 30b parallel geschaltet ist, ist zur Kompensation der Drossel 30b vorgesehen. Dadurch, dass der Kondensator und die Drossel in Reihe angeordnet sind, negieren imaginäre Zahlen einander elektrisch, und somit wirkt die redundante Impedanz effektiv. Das heißt, es kann davon ausgegangen werden, dass das Vorsehen des Kondensators 30a1 oder des Kondensators 30a2 in Bezug auf die Drossel 30b bedeutet, dass mehrere Drosseln geschaltet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Anpassungsschaltung gemäß der fünften Ausführungsform durch paralleles Anordnen mehrerer Festkondensatoren die Anpassungskonstante auf digitale Weise steuern, wobei der Kapazitanzwert binär gewichtet wird, und diese Festkondensatoren durch einen Schalter geschaltet werden, wodurch es ermöglicht wird, eine Schaltungsauslegung mit einer hohen Steuerbarkeit zu bilden. Zusätzlich kann, weil der Festkondensator eine relativ stabile Charakteristik hat, eine Anpassungsschaltung mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit und hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.
Sechste Ausführungsform
In einer sechsten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erhalten einer Ausgangswellenform erläutert, die n-mal so groß ist wie eine Schwingungsfrequenz eines Schaltelements, indem eine Resonanz zwischen einer Energiequellenschaltung und einer Last in der in der ersten bis fünften Ausführungsform beschriebenen Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung verwendet wird.
7 ist ein Wellenschema zur Erläuterung des Verfahrens zum Erhalten einer Ausgangswellenform, die n-mal so groß ist wie eine Schwingungsfrequenz eines Schaltelements, als sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 sind die Wellenformen (A) bis (C) Steuerwellenformen, die an Gates der Schaltelementgruppe 6a und der Schaltelementgruppe 6b angelegt werden. Drei Schaltelemente sind parallel angeordnet und werden zyklisch betätigt, wie durch die Wellenformen (A) bis (C) angegeben ist. Eine Wellenform (D) ist ein Beispiel einer Ausgangswellenform zwischen Elektroden.
Die Einschaltbreite zum Betätigen des Schaltelements beträgt 80 Nanosekunden, und ein Intervall zwischen der Einschaltzeitvorgabe eines Schaltelements und der Einschaltzeitvorgabe des nächsten Schaltelements beträgt 200 Nanosekunden. Das heißt, 7 ist ein Beispiel, in dem die Schaltelementgruppe 6a und die Schaltelementgruppe 6b bei 5 Megahertz schwingen.
Beispielsweise kann, weil die Drossel 7 in der Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung 3a vorgesehen ist, wenn deren Last kapazitiv ist, eine Resonanzbedingung erhalten werden. Das heißt, eine Wellenform, die zwischen der Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung 3a und der zwischen Elektroden schwebenden Kapazitanz ist die Ausgangswellenform zwischen Elektroden, die durch die Wellenform (D) angegeben ist.
Die Anpassungsschaltung 9 stellt die Anpassungskonstante so ein, dass eine Anpassung zwischen einer Energiequelle und einer Last zum Zeitpunkt von 10 Megahertz vorgenommen werden kann. Es bedeutet, dass sich nur 10-MHz-Komponenten zwischen der Energiequelle und der Last bewegen können und andere Frequenzkomponenten abgeblockt werden. Entsprechend werden 10 Megahertz als die Wellenform zwischen Elektroden erhalten.
Die Schwingungswellenform und die Ausgangswellenform, die in 7 gezeigt sind, sind nur ein Beispiel, und die Schwingungswellenform kann auch auf 2 Megahertz eingestellt werden, um eine 10-MHz-Ausgangswellenform mit fünffacher Resonanz zu erhalten. Die Ausgangswellenform, die n-mal so groß ist wie die Schwingungsfrequenz, kann erhalten werden, indem die Anpassungsschaltung eingestellt wird. Wenn in der Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung die Ausgangswellenform zum Raum zwischen den Elektroden Hochfrequenzkomponenten hat, kann die Oberflächenrauigkeit der Bearbeitung verbessert werden. Deshalb ist eine hohe Ausgangswellenform in Bezug auf die Bearbeitung vorzuziehen.
Im Falle einer wie in der Patentschrift 2 beschriebenen Hochfrequenzwechselstromenergiequelle, werden die Frequenz der Schwingungswellenform und diejenige der Ausgangswellenform dieselbe. Im Falle einer Ausgangswellenform mit einer Frequenz von ungefähr zehn Megahertz bis mehreren zehn Megahertz muss die Hochfrequenzenergiequelle jedoch mit einem Verstärker der Klasse A bis zu einem Verstärker der Klasse C angelegt sein, und somit kann keine hohe Energiequelleneffizienz erhalten werden. Darüber hinaus wird das für HF zu verwendende Schaltelement zu einem kostspieligen Schaltelement. Weil hingegen gemäß der sechsten Ausführungsform eine Ausgangswellenform mit einer höheren Frequenz als eine Schwingungswellenform erhalten werden kann, kann ein relativ kostengünstiges Schaltelement verwendet werden. Weil die Anzahl von Schaltvorgängen abnimmt, nimmt darüber hinaus der Schaltverlust ab und es kann eine hohe Energiequelleneffizienz erzielt werden.
Weil die Oberflächenrauigkeit von der Frequenz der Ausgangswellenform abhängt, kann in einem Endbearbeitungsprozess, in dem die Oberflächenrauigkeit bei jeder Stufe gesenkt wird, indem die Anpassungskonstante, die Schaltfrequenz und die Schaltimpulsbreite gesteuert werden, darüber hinaus die Ausgangswellenform beispielsweise auf mehrere Megahertz, ungefähr zehn Megahertz und mehrere zehn Megahertz geschaltet werden. Dementsprechend kann eine einfache und ausgezeichnete Bearbeitungsleistung erzielt werden.
In der ersten bis sechsten Ausführungsform wird eine Schaltungsauslegung angenommen, in der mehrere parallel geschaltete Schaltelemente zyklisch angesteuert werden. Weil die Ein-/Ausschaltzeitvorgabe für diese Schaltelemente beliebig ist, kann im Unterschied zu einer Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung, die sich eines Kristalloszillators bedient, eine Impulsbreite für jeden Impuls anders vorgesehen werden. Beispielweise hat ein Schaltelement mit einer geringen Schaltgeschwindigkeit eine enge Pulsbreite im Vergleich zu einem Schaltelement mit einer hohen Schaltgeschwindigkeit. Mit anderen Worten, wenn der Impuls ausgegeben wird, indem vorher die Impulsbreite für ein langsames Schaltelement verlängert wurde, kann die endgültige Impulsausgangswellenform kompensiert werden.
Darüber hinaus handelt es sich bei der in der ersten bis sechsten Ausführungsform verwendeten Anpassungsschaltung gewissermaßen um eine Art Filter, und sie ist ein Resonanz verwendendes Element. Wenn die Anpassungsschaltung intermittierend zum Schwingen gebracht wird, geht ein Teil der Resonanzwellenform tendenziell unmittelbar nach dem Beginn der Ausgabe oder unmittelbar nach dem Ende der Ausgabe verloren. Die Resonanzwellenform wirkt sich eventuell negativ auf die Bearbeitung aus. Indem die Impulswellenform unmittelbar nach einem Anlegebeginn oder unmittelbar nach dem Anlegeende eines Rechteckimpulses von der Wellenform zu einem stationären Zustand abgeändert wird, kann ein zur Bearbeitung geeigneter intermittierender Schwingungsbetrieb durchgeführt werden.
In der ersten bis sechsten Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem eine Drahtelektroerosionsbearbeitungsvorrichtung als Last verwendet wird; jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass verschiedene, auf Grundlage verschiedener Gesichtspunkte erzeugte Lasten verwendet werden können. Wenn die vorliegende Erfindung auf eine Last angewendet wird, die eine Hochfrequenzenergiequelle verwendet und sich nichtlinear verändert, wie etwa eine Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung, ist die vorliegende Erfindung für eine Schaltungsauslegung nützlich, in der eine Schwingung von anderen als Dauerimpulsen, wie etwa intermittierenden Impulsen erforderlich ist.
In der ersten bis sechsten Ausführungsform werden zwei Schaltelementgruppen 6a und 6b verwendet, wobei sie dem Plus-Elektrodenanschluss und dem Minus-Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle 5 entsprechen. Jedoch lässt sich die entsprechende Funktion bewerkstelligen, indem nur eine der Schaltelementgruppen 6a und 6b verwendet wird. Indem jedoch die zwei Schaltelementgruppen verwendet werden, kann eine Stromabschaltgeschwindigkeit erhöht werden, wodurch es ermöglicht wird, dl/dt zu erhöhen. Dementsprechend kann ein Spannungsimpuls mit geringerem Verlust und einer hohen Spitze an den Zwischenelektrodenraum angelegt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, ist die Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nützlich, die einen stabilen Spannungsimpulsausgang bei einer schwankenden Last selbst dann erzielen kann, wenn mehrere Schalteinheiten parallel geschaltet sind und zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, und eignet sich besonders zum stabilen Ausbilden einer Feinbearbeitungsfläche, indem eine Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung auf eine Endbearbeitungsenergiequelle einer Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung angewendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungselektrode
2: Werkstück
3a, 3b, 3c, 3d: Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung
5: Gleichstromenergiequelle
6a, 6b: Schaltelementgruppe
7, 9a, 21, 25, 30b: Drossel
8: Koaxialkabel
9, 20, 30: Anpassungsschaltung
9b, 9c, 22, 26: variabler Kondensator
15: Anpassungsschaltungskasten
30a1, 30a2, 30c1, 30c2, 30d1, 30d2: Festkondensator
30a3, 30a4, 30c3, 30c4, 30d3, 30d4: Schalter

Claims

Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung, Folgendes umfassend: eine Gleichstromenergiequelle; eine Schaltelementgruppe, in der mehrere Schaltelemente, die zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, parallel geschaltet sind, und ein Parallelschaltungsanschluss von diesen an einen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist; ein erstes Induktanzelement, das den anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe an den anderen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle anschließt; und eine Anpassungsschaltung, die in einer Strecke vorgesehen ist, um eine Impulsspannung, die an entgegengesetzten Enden des ersten Induktanzelements auftritt, einer Last zuzuführen.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, eine erste und zweite Schaltelementgruppe als Schaltelementgruppe umfassend, wobei ein Parallelschaltungsanschluss der ersten Schaltelementgruppe an einen Plus-Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist, und der andere Parallelschaltungsanschluss an einen Anschluss des ersten Induktanzelements angeschlossen ist, und ein Parallelschaltungsanschluss der zweiten Schaltelementgruppe an einen Minus-Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist, und der andere Parallelschaltungsanschluss an einen anderen Anschluss des ersten Induktanzelements angeschlossen ist.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anpassungsschaltung und das erste Induktanzelement durch ein Kabel verbunden sind.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anpassungsschaltung eine Anordnung des π-Typs einschließlich eines Induktanzelements und zweier Kondensatoren hat, die an den entgegengesetzten Enden des Induktanzelements angeordnet sind.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung, Folgendes umfassend: eine Gleichstromenergiequelle; eine Schaltelementgruppe, in der mehrere Schaltelemente, die zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, parallel geschaltet sind, und ein Parallelschaltungsanschluss von diesen an einen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist; ein zweites Induktanzelement, bei dem ein Anschluss an den anderen Parallelschaltungsanschluss der Schaltelementgruppe angeschlossen ist, und der andere Anschluss an eine Verbindungsleitung zwischen dem anderen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle und einer Last angeschlossen ist; und einen variablen Kondensator, der zwischen dem einen Anschluss des zweiten Induktanzelements und der Last eingesetzt ist.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 5, eine erste und zweite Schaltelementgruppe als Schaltelementgruppe umfassend, wobei ein Parallelschaltungsanschluss der ersten Schaltelementgruppe an einen Plus-Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist, und der andere Parallelschaltungsanschluss an einen Anschluss des zweiten Induktanzelements angeschlossen ist, und ein Parallelschaltungsanschluss der zweiten Schaltelementgruppe an einen Minus-Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen ist, und der andere Parallelschaltungsanschluss an einen anderen Anschluss des zweiten Induktanzelements angeschlossen ist.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste und zweite Schaltelementgruppe und das zweite Induktanzelement durch ein Kabel verbunden sind.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeweilige andere Anschlüsse von Schaltelementen, welche die Schaltelementgruppe bilden, nicht direkt angeschlossen sind, sondern jeweils über ein drittes Induktanzelement angeschlossen sind, um den anderen Parallelschaltungsanschluss zu bilden.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei jeweilige andere Anschlüsse der Schaltelemente, welche die Schaltelementgruppe bilden, über einen Kondensator an den anderen Elektrodenanschluss der Gleichstromenergiequelle angeschlossen sind.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Verbindung von einer Seite des anderen Parallelschaltungsanschlusses der Schaltelementgruppe und des anderen Elektrodenanschlusses der Gleichstromenergiequelle an die Last eine Kabelverbindung und/oder eine Flächenverbindung in Form einer Metallplatte verwendet, und eine Verbindung von der anderen Seite des anderen Parallelschaltungsanschlusses der Schaltelementgruppe und des anderen Elektrodenanschlusses der Gleichstromenergiequelle an die Last eine Kabelverbindung und/oder eine Flächenverbindung in Form einer Metallplatte verwendet.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anpassungsschaltung eine Anordnung, in der mehrere Reihenschaltungen aus einem Festkondensator und einem Schalter parallel geschaltet sind, und ein Drosselelement umfasst.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Gesamtanordnung, in der mehrere Reihenschaltungen aus einem Festkondensator und einem Schalter, die an ein Ende des Drosselelements angeschlossen sind, parallel geschaltet sind, als Drosselelement fungieren.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei bei den parallel angeordneten Festkondensatoren ein Kapazitanzwert von diesen binär gewichtet ist.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Anpassungskonstante der Anpassungsschaltung so eingestellt wird, dass eine Ausgangsfrequenz n-mal so groß ist wie eine Schwingungsfrequenz.
Hochfrequenzenergiequellenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei es sich bei der Last um eine Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung handelt.