JP2007301682A - 放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電流のピーク電流値とパルス幅が独立して変更可能な放電加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物９と、放電電極５との間に直流電源３の出力電圧Ｖｄを印加し、放電電流を流す放電加工電源部２を備える放電加工装置１において、放電加工電源部２は、被加工物９および放電電極５のいずれかに接続して出力する複数のスイッチング素子２１〜２５と、複数のスイッチング素子を独立して駆動する駆動回路７１〜７５と、駆動回路に駆動信号を入力する比較回路６１〜６５とを備え、比較回路は、駆動回路に選択的に駆動信号を入力することにより、スイッチング素子を選択的に駆動して出力する電流値を可変にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工装置に関し、例えば放電加工機の放電加工電源装置に適用して好適なものである。

従来、例えば放電電極と被加工物の間に高いピーク値の放電電流を供給するために、放電加工電源部に設けたスイッチング素子をオン、オフ制御する放電加工装置が知られている（特許文献１等参照）。

この種の放電加工装置は、図６に示すように、直流電源３と、直流電源３と被加工物９乃至放電電極５の間に配置される二組のスイッチング素子２１、２２およびダイオード８１、８２を備え、スイッチング素子２１、２２がオンのときに流れる直流電流と、オフの際にダイオード８１、８２を介して流れる帰還電流によって、放電電極５と被加工物９との間に三角状等で比較的短い幅Tｐを有する放電電流パルスを発生させている。

特許文献１では、直流電源を、主直流電源と、主直流電源よりも出力電圧が低い副直流電源とから構成し、かつその直流電源の印加電圧を可変にすることにより、放電電流パルスの急峻な立下り特性にすることを狙った技術が開示されている。この技術では、主直流電源からの出力電圧の印加停止時に、副直流電源からの出力電圧でピーク電流値を保持するとともに、副直流電源の印加停止後は、上記直流電源（主電流電源）への帰還電流を利用して放電電流パルスを急峻な立下り特性になることを狙っている。
特開平１１−４８０３９号公報

従来技術では、直流電源の出力電圧を変えて放電電流パルスのピーク値を制御することは可能である。しかしながら、加工条件として放電電流パルス幅Ｔｐとピーク電流値Ｉｐをそれぞれ選択したい場合において、放電電流パルス幅Ｔｐおよびピーク電流値Ｉｐのうち一方を変えると相互に変化するため、放電電流を検出する放電パルス検出器等の検出手段を設けて、例えば出力電圧を変えつつ、目標となる放電電流パルス幅Ｔｐ、およびピーク電流値になるように、出力電圧を合わせ込むのは難しい。

また、一方、スイッチング素子は、一般に、例えばその素子の規格値である定格電圧、定格電流の許容値が大きくなるほどスイッチング応答時間が遅くなる。そのため、スイッチング素子自体に、応答速度がよいものほどピーク電流値Ｉｐの許容値に小さくなるという特性（図７参照）があるので、要求されるピーク電流値Ｉｐに対して放電電流パルス幅Ｔｐの最小となる限界値が決められてしまうという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、放電電流のピーク電流値とパルス幅が独立して変更可能な放電加工装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至４に記載の発明では、被加工物と、放電電極との間に直流電源の出力電圧を印加し、放電電流を流す放電加工電源部を備える放電加工装置において、
放電加工電源部は、被加工物および放電電極のいずれかに接続して出力する複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子を独立して駆動する駆動回路と、駆動回路に駆動信号を入力する駆動信号入力手段とを備え、
駆動信号入力手段は、駆動回路に選択的に駆動信号を入力することにより、スイッチング素子を選択的に駆動して出力する電流値を可変にすることを特徴とする。

これにより、複数のスイッチング素子を選択的に駆動するので、必要な放電電流のピーク電流値に対して、選択したスイッチング素子の個数に応じたスイッチング素子の電流値で分担できる。したがって、放電電流のピーク電流値とパルス幅において、少なくともピーク電流値を独立して可変にすることができる。

特に、請求項２に記載の発明では、放電電流における目標ピーク電流値に基づいて駆動入力手段への入力電圧を制御する制御手段を備え、
駆動信号入力手段は、入力電圧の電圧値を比較判定する比較判定回路を備え、比較判定回路の比較判定結果に基づいて、電圧値に応じた駆動回路を選択的に駆動することを特徴とする。

これにより、必要な放電電流のピーク電流値とパルス幅に対して、ピーク電流値とパルス幅を独立して可変に設定することが可能である。

例えばスイッチング素子に定格電流の比較的小さいものを使用することにより、放電電流のパルス幅を比較的小さく形成できるとともに、目標ピーク電流値を、スイッチング素子の個数を選択することで対応することができる。また、スイッチング素子に定格電流の比較的小さいものを使用することで、最小となる限界パルス幅を、必要なパルス幅より小さくするので、パルス幅を可変にして目標パルス幅とするこができる。

また、請求項３に記載の発明では、複数のスイッチング素子は、その出力端子側が重畳接続されることを特徴とする。

これにより、複数のスイッチング素子を単に並列接続する構成ではないので、各スイッチング素子における全ての寄生誘電容量の影響による放電電流の応答性低下を防止することができる。

また、請求項４に記載の発明では、スイッチング素子の各出力端子側に、電流制限抵抗素子が設けられていることを特徴とする。

これによると、電流制限抵抗素子の抵抗値を変更することで、スイッチング素子の出力端子側を流れる電流値を可変にできるので、複数のスイッチング素子を選択して放電電流のピーク値を設定する自由度が向上する。

以下、本発明の放電加工装置を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態による放電加工装置の放電加工電源部を示す回路図である。図２は、本実施形態による放電加工装置を示すブロック図である。図３は、図１に示す放電加工電源部によって被加工物と放電電極との間に供給される放電電流の発生態様を示す模式図であって、図３（ａ）はスイッチング素子を１個選択して駆動する場合、図３（ｂ）はスイッチング素子を３個選択して駆動する場合、図３（ｃ）はスイッチング素子を５個選択して駆動する場合の放電電流波形を示す特性図である。

図２に示すように、放電加工装置１は、被放電加工物であるワーク９を放電加工する放電電極５と、ワーク９と放電電極５との間に放電電流を供給する放電加工電源部２と、放電加工電源部２を介して出力電圧Ｖｄを印加する直流電源３と、放電加工電源部２を制御する制御部４とを含んで構成されている。

放電電極５は、導電材料からなるワーク９との間に高電圧を印加し、ワーク９との間で生じる放電によって、ワーク９に穴などの放電加工部（図示せず）を形成するための電極である。放電加工部の穴形状等は、微細な穴形状等いずれの形状であってもよい。

直流電源３は、所定の高電圧（例えば、２００Ｖ）を、出力電圧Ｖｄとしてワーク９と放電電極５間に印加可能な電源である。直流電源３のプラス端子側は、被加工物９に接続され、直流電源３のマイナス端子側は、放電加工電源部２のスイッチング部２ａを介して放電電極５に接続されている。

放電加工電源部２は、図１に示すように、複数（本実施例では、５個）のスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５とを有するスイッチング部２ａと、スイッチング部２ａの各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５をそれぞれ独立して駆動する駆動回路７１、７２、７３、７４、７５からなる駆動回路部２ｂと、駆動回路７１、７２、７３、７４、７５に駆動信号を入力する比較回路部２ｃとを備えている。

図１に示すように、スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５は、比較的応答性に優れ、高速作動に適した素子（例えば、ＦＥＴ）が用いられる。スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５の一方の信号電極（以下、ドレイン）から他方の信号電極（以下、ソース）において、各ドレインには、直流電源３の出力電圧Ｖｃが印加されるようになっており、電流制限抵抗としての抵抗体２１ｒ、２２ｒ、２３ｒ、２４ｒ、２５ｒが設けられている。一方、各ソースは、並列接続されて、放電電極５に接続されている。

また、駆動回路部２ｂおよび比較回路部２ｃは、スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５をオン、オフ駆動するための論理回路を構成している。具体的には、各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５の制御端子（以下、ゲート）に、それぞれ、駆動回路７１、７２、７３、７４、７５と、比較回路部２ｃ内の比較回路６１、６２、６３、６４、６５とが直列に接続している。

比較回路部２ｃは、請求範囲に記載の駆動信号入力手段に相当しており、外部からの入力電圧Ｖｃに応じて駆動回路７１、７２、７３、７４、７５に選択的に駆動信号を入力するものである。この入力電圧Ｖｃは制御部４より出力される。具体的には、制御部４は、ワーク９を加工するために必要な放電電流条件に基づいて、例えばそのピーク電流値（以下、目標ピーク電流値）Ｉｐａに応じて入力電圧Ｖｃを、所定電圧範囲（例えば、０〜５Ｖ）で可変に出力するように設定されている。

また、比較回路部２ｃは、制御部４より出力された入力電圧Ｖｃと、閾値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を比較する比較回路６１、６２、６３、６４、６５を備えている。なお、閾値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５は、上記０〜５Ｖの間で駆動回路７１、７２、７３、７４、７５の個数（本実施例では５個）に応じて設定される。

なお、以下説明する本実施形態では、比較回路６１、６２、６３、６４、６５は、入力電圧Ｖｃの閾値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を、それぞれ、０．５Ｖ、１．５Ｖ、２．５Ｖ、３．５Ｖ、４．５Ｖとする。

比較回路部２ｃは、入力電圧Ｖｃの状態値に対して、閾値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５で比較成立した比較回路よりこれに対応する駆動回路７１、７２、７３へ駆動信号を入力する。例えば入力電圧Ｖｃが３Ｖの場合には、比較回路６１、６２、６３で閾値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３＜３Ｖが成立し、これらの比較回路６１、６２、６３よりこれに対応する駆動回路７１、７２、３へ駆動信号を入力する。

上述の構成を有する放電加工装置１の作動について図３に従って説明する。図３において、パルス幅Ｔｐは、スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５自体で決まる限界最小パルス幅を示している（Ｔｐ１＝Ｔｐ３＝Ｔｐ５）。また、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）において、太い実線で示される特性は、放電電極５へ出力される放電電流特性を示しており、一方、細い実線で示される特性は、複数のスイッチング素子が選択されてオンオフ駆動されたとき、各スイッチング素子による電流分担を模式的に示している。

制御部４より比較回路部２ｃへ出力された入力電圧Ｖｃが１．５Ｖの場合には、閾値Ｖ１の比較回路６１の比較成立し、比較回路６１より駆動信号を駆動回路７１へ入力する。駆動回路７１はスイッチング素子２１をオン、オフ駆動する。スイッチング素子２１がオンすると、図３（ａ）に示すように、抵抗体２１ｒを流れる電流ｉによって放電電流Ｉ（Ｉ＝ｉ）が立ち上がり、オフにより立ち下がることにより図中のピーク電流値Ｉｐ１の放電電流パルスが得られる。

また、入力電圧Ｖｃが３Ｖの場合には、比較回路６１、６２、６３は、これに対応する駆動回路７１、７２、７３を介してスイッチング素子２１、２２、２３をオン、オフ駆動する。そして、各スイッチング素子２１、２２、２３で分担する電流ｉにより、重畳された放電電流Ｉ（Ｉ＝３×ｉ）が供給されるため、図３（ｂ）に示すピーク電流値Ｉｐ３の放電電流パルスが得られる。

また、入力電圧Ｖｃが５Ｖの場合には、比較回路６１、６２、６３、６４、６５は、これに対応する駆動回路７１、７２、７３、７４、７５を介してスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５をオン、オフ駆動する。その結果、各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５で分担する電流ｉにより、重畳された放電電流Ｉ（Ｉ＝５×ｉ）が供給されるため、図３（ｃ）に示すピーク電流値Ｉｐ５の放電電流パルスが得られる。

以上説明した本実施形態では、放電加工電源部２は、放電電極５に接続して出力する複数のスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５と、各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５を独立して駆動する駆動回路７１、７２、７３、７４、７５と、駆動回路７１、７２、７３、７４、７５に駆動信号を入力する比較回路６１、６２、６３、６４、６５とを備えている。さらに、比較回路６１、６２、６３、６４、６５は、駆動回路７１、７２、７３、７４、７５に選択的に駆動信号を入力することにより、スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５を選択的に駆動するようにしている。

このようにスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５を選択的に駆動するので、必要な放電電流パルスにおけるピーク電流値Ｉｐに対して、選択したスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５の個数に応じたスイッチング素子の電流値ｉで分担し、重畳することができる。したがって、放電電流のピーク電流値Ｉｐとパルス幅Ｔｐにおいて、少なくともピーク電流値Ｉｐを独立して可変にすることができる。

上記各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５のソース側が、論理回路（詳しくは駆動回路部および比較回路部）２ｂ、２ｃによって重畳接続されているので、各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５は単に並列接続するものではない。これにより、単に並列接続した場合のデメリットである各スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５における全ての寄生誘電容量の影響を受けることはない。したがって、この寄生誘電容量の影響による放電電流パルスの応答性低下を防止することができる。

また、以上説明した本実施形態では、放電電流における目標ピーク電流値Ｉｐａに基づいて比較回路６１、６２、６３、６４、６５への入力電圧Ｖｃを制御する制御部４を備え、比較回路６１、６２、６３、６４、６５は、入力電圧Ｖｃの電圧値（状態値）を比較判定し、この比較判定回路の比較判定結果に基づいて、電圧値（閾値）Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５に応じた駆動回路７１、７２、７３、７４、７５を選択的に駆動するようにしている。これにより、必要な放電電流パルスのピーク電流値Ｉｐとパルス幅Ｔｐに対して、ピーク電流値Ｉｐとパルス幅Ｔｐを独立して可変に設定することが可能である。

さらに、上述したようにスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５として、定格電流の比較的小さいものを選ぶことによって、スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５自体が電流応答性の比較的優れたものとなる。そのため、パルス幅Ｔｐを比較的小さく形成できるとともに、スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５の個数を選択し、これらを選択駆動することで、目標ピーク電流値Ｉｐに対して容易に対応することができる。

さらにまた、上記スイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５の定格電流の比較的小さいものを選ぶことで、最小となる限界パルス幅Ｔｐを、必要なパルス幅より小さくすることができる。そのため、パルス幅Ｔｐを可変にして目標パルス幅Ｔｐａとするこができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。

第２の実施形態では、スイッチング素子の個数を、第１の実施形態で説明した５個に代えて、図４に示すように、Ｎ個（Ｎ＞５）とする。

図４に示すように、必要な放電電流の電流値Ｉに対して、重畳接続されるスイッチング素子２１から２Ｎのうち、所定個Ｍのスイッチング素子を選択することで、１個当たりのスイッチング素子の電流ｉは、Ｉ／Ｍ（図中ではＮ）に、更に小さくすることができる。したがって、定格電流が更に小さいスイッチング素子を選ぶことにより、定格応答性のより優れたものが選べるので、放電電流パルスの応答性向上が図れる。

また、上記Ｎ個のスイッチング素子２１〜２Ｎにおいて、各スイッチング素子２１〜２Ｎのドレイン側に設けられた各抵抗体２１ｒ〜２Ｎｒの抵抗値を変えることことが好ましい。これにより、複数のスイッチング素子２１〜２Ｎを選択駆動することで得られる、放電電流パルスのピーク電流値Ｉｐの設定自由度の向上が図れる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用可能である。

例えば以上説明した本実施形態では、放電電流パルスを単純な三角状波形にするもので説明した。これに対して制御部４から出力する入力電圧Ｖｃの波形を、比較回路における複数の閾値に対応して段階的に変化する波形形状にする等より、選択駆動された各スイッチング素子による放電電流パルスの波形を自由に設定することができる（図５参照）。

また、以上説明した本実施形態では、放電電極５に接続して出力する複数のスイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５とする構成としたが、ワーク９に接続して出力する複数のスイッチング素子の構成としてもよい。

本発明の第１の実施形態による放電加工装置の放電加工電源部を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態による放電加工装置を示すブロック図である。 図１に示す放電加工電源部によって被加工物と放電電極との間に供給される放電電流の発生態様を示す模式図であって、図３（ａ）はスイッチング素子を１個選択して駆動する場合、図３（ｂ）はスイッチング素子を３個選択して駆動する場合、図３（ｃ）はスイッチング素子を５個選択して駆動する場合の放電電流波形を示す特性図である。 第２の実施形態に係わる放電加工電源部の一部を示す回路図である。 図４に示す放電加工電源部による放電電流の発生態様を示す模式図であって、図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）は各態様の一例を示す特性図である。 従来技術の放電加工装置を示すブロック図である。 スイッチング素子の電流特性を示す模式図であって、電流波形におけるピーク電流値とパルス幅の関係を示す特性図である。

符号の説明

１ 放電加工装置
２ 放電加工電源部
２ａ スイッチング部
２ｂ 駆動回路部
２ｃ 比較回路部
３ 直流電源
４ 制御部（制御手段）
５ 放電電極
９ ワーク（被加工物）
２１、２２、２３、２４、２５ スイッチング素子
６１、６２、６３、６４、６５ 比較回路
７１、７２、７３、７４、７５ 駆動回路

Claims (4)

1. 被加工物と、放電電極との間に直流電源の出力電圧を印加し、放電電流を流す放電加工電源部を備える放電加工装置において、
   前記放電加工電源部は、
   前記被加工物および前記放電電極のいずれかに接続して出力する複数のスイッチング素子と、
   前記複数のスイッチング素子を独立して駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路に駆動信号を入力する駆動信号入力手段とを備え、
   前記駆動信号入力手段は、前記駆動回路に選択的に前記駆動信号を入力することにより、前記スイッチング素子を選択的に駆動して出力する電流値を可変にすることを特徴とする放電加工装置。
2. 前記放電電流における目標ピーク電流値に基づいて前記駆動入力手段への入力電圧を制御する制御手段を備え、
   前記駆動信号入力手段は、
   前記入力電圧の電圧値を比較判定する比較判定回路を備え、
   前記比較判定回路の比較判定結果に基づいて、前電圧値に応じた前記駆動回路を選択的に駆動することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
3. 前記複数のスイッチング素子は、その出力端子側が重畳接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電加工装置。
4. 前記スイッチング素子の各出力端子側に、電流制限抵抗素子が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の放電加工装置。

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