JP3343267B2

JP3343267B2 - 放電加工方法及び放電加工用電源装置

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Publication number: JP3343267B2
Application number: JP26777692A
Authority: JP
Inventors: 雄二金子; 慎治伊東; 徹斉藤
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH0671516A; US5345053A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電加工方法及び放電
加工用電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、型彫又はワイヤカット放電加工
において、放電加工間隙に加工用パルス電圧を繰り返し
印加し、これにより被加工物を放電加工しようとする場
合、加工液の電解現象等に因り、種々の不具合が生じる
ことが知られている。

【０００３】例えば超硬材料を型彫放電加工しようとす
る場合、被加工物を正電位とし加工用電極を負電位とす
る所謂正極性で加工用パルス電圧を与えると、加工の進
行につれて加工間隙内の消イオン化がされにくくなり、
特に、型彫用電極の底面の中央部の如く、加工チップの
排除が充分に行なわれにくい部分において、局部的に加
工液の比抵抗値が非常に低くなる。

【０００４】また、型彫放電加工機によって水をベース
とした高分子を含む加工液を使って放電加工する場合、
放電加工間隙にタールを生じる傾向がある。ところで、
このタールには導電性があるため、放電加工間隙のイン
ピーダンスが局部的に下がることがあり、このインピー
ダンスが低下した部分に電解電流又はアーク電流が流
れ、急激に酸化付着物が生成されてしまう。この付着物
は絶縁性のため、極度に加工速度が低下するとともに加
工表面が変質するという問題点を有している。さらに、
タールが放電加工間隙内に生じる段階で、仕上げ加工時
において、加工速度が極めて小さくなり、仕上げ加工を
遂行することができないという別の問題も発生する。

【０００５】さらに、灯油系の加工液を使用した場合に
おいても、やはり、放電加工間隙内でタールが生成され
る。この結果、放電加工間隙内では消イオン化が行なわ
れにくい状態となり、アーク放電が発生しやすい。アー
ク放電が放電加工間隙内に生じると、被加工物の表面に
はクラック等が発生することがあり、このようなクラッ
クは金型の寿命を極端に短くする。

【０００６】一方、ワイヤカット放電加工において、水
系加工液の存在のもとに、放電加工間隙に加工用パルス
電圧を、被加工物を正電位とする所謂正極性で繰り返し
印加し、これにより披加工物を放電加工しようとする場
合、加工液が電気分解され、この状態に陥ると、比抵抗
値の低い部分を介して被加工物と加工用電極との間に電
解電流が流れ、被加工物の表面に変質層を生じる。さら
に、超硬を加工する場合では、電解電流によって、例え
ばコバルト等の電解しやすい物質が被加工物から溶け出
し、これにより被加工物の表面に変質層が形成されてし
まう。若し金型においてこのような変質層が生じると、
金型の寿命が短くなってしまい、出来上がった被加工物
の品質を著しく損なう結果となる。

【０００７】型彫又はワイヤカット放電加工において、
放電加工間隙に加工用パルス電圧を一方の極性で繰り返
し印加し、これにより被加工物を放電加工しようとする
場合における上述の問題点を解決するため、特公昭６３
−１７５６９号公報には、加工用電極側を負電位とし披
加工物側を正電位として、すなわち正極性にて、加工間
隙に放電を発生させるための主電源と、加工用電極側を
正電位とし被加工物側を負電位として、すなわち逆極性
にて、加工間隙に放電を発生させるための副電源とを設
け、加工間隙に放電の切掛を与えるため副電源によって
逆極性で電圧を印加し、これにより加工間隙に放電が生
じたことが検出されたならば、副電源による放電を停止
せしめ、しかる後、主電源によって正極性で放電を行な
わせる構成が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この提案された構成に
よれば、逆極性による放電によって放電の切掛を作った
後に正極性による主放電を行なうため、加工間隙におけ
る電流の逆転現象を伴うことになり加工速度は低下する
が、正極性による放電時間を実質的に低下させることが
でき、電解作用による影響を従来に比べて著しく軽減さ
せることができる。

【０００９】しかし、被加工物が電解腐食しやすい材質
でもしにくい材質でも同じ加工方法となるため加工効率
が悪いという問題点を有している。本発明の目的は、し
たがって、従来技術における上述の問題点を解決するこ
とができる、被加工物の材質に応じて最適の加工を行な
うことができるようにした放電加工方法及び放電加工用
電源装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、加工用電極と被加工物との間に形成
される放電加工間隙に、前記加工用電極が負電位となる
正極性の主パルス電圧を印加して前記被加工物を放電加
工する放電加工方法において、被加工物を負電位とし加
工用電極を正電位とした逆極性の第１の補助パルス電圧
及び被加工物を正電位とし加工用電極を負電位とした正
極性の第２の補助パルス電圧を予め設定された分配比を
もって前記放電加工間隙に順次繰り返し印加し、前記第
１又は第２の補助パルス電圧の印加により前記加工間隙
に放電が発生したことを検出して前記主パルス電圧を前
記加工間隙に供給するようにした点にある。

【００１１】本発明の他の特徴は、加工用電極と被加工
物との間に形成される放電加工間隙に加工のための電気
的パルスエネルギーを供給するための放電加工用電源装
置において、被加工物を正電位とし加工用電極を負電位
とした正極性の放電加工用の主パルス電圧を前記放電加
工間隙に印加するための第１のスイッチング素子を含ん
で成る第１回路手段と、被加工物を負電位とし加工用電
極を正電位とした逆極性の第１の補助パルス電圧を前記
放電加工間隙に印加するための第２のスイッチング素子
を含んで成る第２回路手段と、被加工物を正電位とし加
工用電極を負電位とした正極性の第２の補助パルス電圧
を前記放電加工間隙に印加するための第３のスイッチン
グ素子を含んで成る第３回路手段と、前記放電加工間隙
を非電圧印加状態としておくオフ時間と、前記主パルス
電圧により放電加工を行うオン時間と、前記第１及び第
２の補助パルス電圧の分配比を設定するための設定手段
と、前記設定手段によって設定された前記分配比に従っ
て前記第１及び第２の補助パルス電圧を前記放電加工間
隙に順次繰り返し印加するように前記第２及び第３のス
イッチング素子を制御するためのパルス信号を出力する
パルス発生装置と、前記第１又は第２の補助パルス電圧
の印加により前記加工間隙に放電が発生したことを検出
する放電検出回路と、該放電検出回路に応答し前記設定
手段により設定されたオン時間及びオフ時間に従って前
記主加工パルスを前記放電加工間隙に供給させるよう前
記第１のスイッチング素子を開閉制御するためのパルス
信号を発生するパルス発生回路とを備えた点にある。

【００１２】

【作用】主放電加工パルスが一方の極性で繰り返し放電
加工間隙に印加されると共に、補助パルスが主放電加工
パルスに先立って他方の極性にて印加され、且つ補助パ
ルスは主放電加工パルスに対して所定の比率で与えられ
る。すなわち、主放電加工パルスＭ個のうちのＮ（＜
Ｍ）個に対して補助パルスが先行して付加される。被加
工物材質に応じて、補助パルスの比率を加減することに
より、電解作用による影響の排除と、加工速度の向上と
の調和を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００１４】図１において、符号１は本発明による放電
加工用電源装置１０を備えたワイヤカット放電加工装置
を示し、放電加工用電源装置１０から後述の如くして供
給される加工のための電気的エネルギーは、被加工物２
とワイヤ電極３との間に形成される放電加工間隙４に与
えられる。被加工物２は第１アース５に接続され、ワイ
ヤ電極３は一対の通電素子６、６を介して第２アース７
に接続されている。

【００１５】なお、ワイヤ電極３を所定の通路に沿って
走行させるための機構、所望の加工形状に従う所要の相
対運動を被加工物２とワイヤ電極３との間に与えるため
の機構、放電加工間隙４の長さＬを放電加工中適切な値
に保つためのサーボ制御系統などはいずれも公知である
から、これらの公知の構成は図１において図示するのを
省略してある。

【００１６】放電加工用電源装置１０は、被加工物２側
を正電位としワイヤ電極３側を負電位として主加工パル
スを被加工物２とワイヤ電極３との間に供給するための
第１回路２０と、被加工物２側を正電位としワイヤ電極
３側を負電位として第１補助パルスを被加工物２とワイ
ヤ電極３との間に供給するための第３回路４０とを有し
ている。

【００１７】第１回路２０は、負極が第２アース７に接
続されている２５０Ｖの高圧直流電源２１と、該高圧直
流電源２１の正極と被加工物２との間に設けられた第１
スイッチングトランジスタ２２とから成り、第２回路３
０は、負極が被加工物２に接続されており、６０Ｖから
１２０Ｖの間で調節可能な可変低圧直流電源３１と、該
可変低圧直流電源３１の正極と第２アース７との間に直
列に接続されている、逆流防止用のダイオード３２、電
流制限用の抵抗器３３、第２スイッチングトランジスタ
３４及び放電検出用の第１抵抗器３５とを有している。

【００１８】第３回路４０は、負極が第２アース７に接
続されている６０Ｖから１２０Ｖの間で調節可能な可変
低圧直流電源４１と、該可変低圧直流電源４１の正極と
被加工物２との間に直列に接続されている、逆流防止用
のダイオード４２、電流制限用の抵抗器４３、第３スイ
ッチングトランジスタ４４及び放電検出用の第２抵抗器
４５とを有している。

【００１９】第１及び第２抵抗器３５、４５の両端に生
じる検出電圧Ｖ１、Ｖ２は、放電検出回路５０に与えら
れており、これらの検出電圧Ｖ１、Ｖ２のレベルに応じ
て放電加工間隙４に放電が生じたか否かが判別される。

【００２０】図２には、放電検出回路５０の具体的な回
路図が示されている。放電検出回路５０は、検出電圧Ｖ
１、Ｖ２を夫々増幅するためのアンプ５１、５２を有
し、アンプ５１の出力は、フォトカップラ５３内に設け
られておりカソードが第２アース７に接続されている発
光ダイオード５４のアノードに印加されている。もう一
方のアンプ５２の出力は、同じくフォトカップラ５３内
に設けられておりカソードが第１アース５に接続されて
いる別の発光ダイオード５５のアノードに印加されてい
る。発光ダイオード５４、５５に対応して設けられてい
るフォトセンサ５６、５７からの出力Ｐ１、Ｐ２はオア
ゲート５８に入力されており、出力Ｐ１、Ｐ２のうちの
少なくとも一方が高レベル状態となった場合に、オアゲ
ート５８から放電検出出力信号Ｄが出力される。

【００２１】図１に戻ると、放電検出回路５０からの放
電検出出力信号Ｄは、第１乃至第３スイッチングトラン
ジスタ２２、３４、４４のオン、オフ制御を行なうため
の制御回路６０に入力されている。

【００２２】図３には、制御回路６０の詳細ブロック図
が示されている。符号６１で示される設定器は、放電加
工間隙４において放電加工を行なうオン時間ＯＮを示す
第１設定データＤ１と、放電加工間隙４を非電圧印加状
態としておくオフ時間ＴＦを示す第２設定データＤ２と
を設定、出力する機能、及び、後述する正逆の極性の補
助パルスの配分比を決定するための２つの要素である、
第１補助パルスのパルス数ＮＥと第２補助パルスのパル
ス数ＰＯとをそれぞれ示す第３及び第４設定データＤ
３、Ｄ４を設定、出力する機能を有している。

【００２３】第１及び第２設定データＤ１、Ｄ２は、放
電検出出力信号Ｄが入力されている第１パルス発生器６
２に入力され、第１パルス発生器６２からは、図４の
（ａ）に示される基準パルス信号ＭＧが出力され、第２
パルス発生器６３に入力される。第１パルス発生器６２
においては、さらに、この基準パルス信号ＭＧと図４の
（ｂ）に示される波形を有する放電検出出力信号Ｄとに
応答し、放電検出出力信号Ｄの立上がりタイミングで立
上がり、基準パルス信号ＭＧの立下がりタイミングにお
いて立下がる、パルス幅がＯＮであるパルス信号を得る
ための信号処理が行なわれ、この信号処理によって、図
４の（ｃ）に示す第１ゲート信号Ｇ１が得られる。第１
ゲート信号Ｇ１は、第１スイッチングトランジスタ２２
のゲートにゲート開閉制御用のパルス信号として与えら
れ、第１ゲート信号Ｇ１の高レベル期間中、すなわち、
第１設定データＤ１により示されるオン時間ＯＮだけ、
第１スイッチングトランジスタ２２がオンとされる。

【００２４】第２パルス発生器６３は、第３及び第４設
定データＤ３、Ｄ４に従って、基準パルス信号ＭＧを第
２ゲート信号Ｇ２又は第３ゲート信号Ｇ３として分配出
力するパルス分配器として構成されている。このパルス
分配の動作を図４の（ａ）、（ｄ）、（ｅ）の波形図を
参照しながら説明する。第３設定データＤ３は、パルス
分配により得られる１周期のパターン、図示の例では、
第２ゲート信号Ｇ２の１番目のパルスが出力されてから
第３ゲート信号Ｇ３のパルスが出力されるまでの１パタ
ーン、における第２ゲート信号Ｇ２のパルス数を示し、
第４設定データＤ４は、この１周期のパターンにおける
第３ゲート信号Ｇ３のパルス数を示す。これらの設定デ
ータＤ３、Ｄ４に従って、基準パルス信号ＭＧを構成す
る各パルスを第２ゲート信号Ｇ２又は第３ゲート信号Ｇ
３として振り分け、図４の（ｄ）、（ｅ）に示される如
き分配されたパルス波形の信号を得る構成となってい
る。本実施例では、その分配比は３：１となっている。

【００２５】図１に戻ると、第２ゲート信号Ｇ２は第２
スイッチングトランジスタ３４のゲートにゲート開閉制
御用のパルス信号として与えられ、第２ゲート信号Ｇ２
の高レベル期間中のみ第２スイッチングトランジスタ３
４がオンとされる。一方、第３ゲート信号Ｇ３は第３ス
イッチングトランジスタ４４のゲートにゲート開閉制御
用のパルス信号として与えられ、第３ゲート信号Ｇ３の
高レベル期間中のみ第３スイッチングトランジスタ４４
がオンとされる。

【００２６】図４の波形図から判るように、放電加工間
隙４には、第１スイッチングトランジスタ２２のオン動
作に先立って、第２又は第３スイッチングトランジスタ
３４又は４４がオンとされ、この後、放電加工間隙４に
放電が生じたことが放電検出回路５０において検出さ
れ、放電検出出力信号Ｄが出力されたときに、はじめて
第１スイッチングトランジスタ２２が導通状態とされ
る。

【００２７】次に図５を参照しながら、図１に示す装置
の作動について説明する。図５において、（ａ）乃至
（ｄ）は、それぞれ、第３ゲート信号Ｇ３，第２ゲート
信号Ｇ２、第１ゲート信号Ｇ１、放電検出出力信号Ｄの
波形である。（ｅ）は放電加工間隙４に生じる加工電圧
ＶＧの波形、（ｆ）は放電加工間隙４に流れる加工電流
Ｉの波形である。

【００２８】時刻ｔ１において、第１ゲート信号Ｇ１に
先立って第２ゲート信号Ｇ２が高レベルとなると、放電
加工間隙４には、先ず、可変低圧直流電源３１によって
逆極性で比較的低電圧の直流電圧ＶＮ、が印加される。
これにより、放電加工間隙４に放電が生じ、ｔ２におい
て放電検出出力信号Ｄのレベルが低レベルから高レベル
に変化すると、第１ゲート信号Ｇ１のレベルが高レベル
となり、高圧直流電源２１により所謂正極性でより高い
直流電圧ＶＯが放電加工間隙４に印加され、基準パルス
信号ＭＧのレベルが低レベルとなるｔ３まで、高圧直流
電源２１からの電気エネルギーにより被加工物２が正極
性で加工される。なお、このときの加工電流Ｉは、放電
開始時にはワイヤ電極３から放電加工間隙４を通って被
加工物２に一旦流れるが、ｔ２以後はこれと逆方向に流
れ、そのレベルはｔ３でピークに達し、第１ゲート信号
Ｇ１のレベルが低レベルとなるｔ３以後急速に小さくな
る。

【００２９】このように、第２回路３０により、逆極性
の電圧が補助パルス電圧として先ず放電加工間隙４に印
加され、放電が開始されたならば、第１回路２０によ
り、正極性の主パルス電圧が放電加工間隙４に印加され
る。図示の実施例では、上述した電圧印加動作が３回繰
り返される。

【００３０】しかる後、ｔ６において第１ゲート信号Ｇ
１に先立って第３ゲート信号Ｇ３が高レベル状態とな
り、第３回路４０の可変低圧直流電源４１により比較的
低電圧の直流電圧ＶＰが所謂正極性で放電加工間隙４に
印加される。これにより放電加工間隙４に放電が生じ、
ｔ７で放電検出出力信号Ｄのレベルが低レベルから高レ
ベルに変化すると、高圧直流電源２１からの電圧が放電
加工間隙４に正極性で印加され、放電加工間隙４には、
両直流電源２１、４１から加工のための放電エネルギー
が供給されることになる。ｔ８において第１、第３スイ
ッチングトランジスタ２２、４４が共にオフとされる
と、加工電流Ｉのレベルは急速に低下し、放電が終了す
る。

【００３１】上記説明から判るように、第１回路２０に
よる主パルス電圧を正極性で印加するに先立って、第２
回路３０により逆極性の補助パルス電圧を印加し、放電
が開始したならば主パルス電圧により被加工物２を放電
加工するので、放電待機期間は放電加工間隙に逆極性で
電圧が印加されることとなり、この期間における電解作
用を有効に防止することができる。一方、所定の比率
で、放電待機期間中に第３回路４０より正極性の補助パ
ルス電圧を印加し、電解作用の防止よりは加工速度の向
上を優先させた加工を行なうので、電解作用の抑制と加
工速度の低下防止とを、その比率と変化させることによ
り被加工物の材質に合わせてほどよくマッチさせること
が可能となる。

【００３２】すなわち、被加工物の電解腐食に対する耐
性を考慮し、主パルス電圧に対して、逆極性での補助パ
ルスを先行させるべき回数と正極性での補助パルスを先
行させるべき回数との比率等を適宜に設定することによ
り、加工速度を不必要なまでに犠牲とすることなく、被
加工物に見合った加工速度で被加工物を電解作用から護
りつつ、最低条件で放電加工を行なうことができる。

【００３３】図６には、ＮＥ：ＰＯの値を変化させた場
合の加工速度Ｆ（ｍｍ／分）の実測値が示されている。
この実測値は、超硬の被加工物を０．２φの真ちゅう線
からなるワイヤ電極で加工する場合、６φのノズルから
８ｋｇ／ｃｍ²の圧力で水を加工領域に供給して放電加
工した例である。図６には、逆極性での補助パルスの比
率が大きくなるにつれて、加工速度が低下する様子が示
されている。図示の例では、ＰＯ：ＮＥの値が６：１ま
では、加工速度を略維持した状態で、電解作用の防止を
良好におこない得ることを示している。

【００３４】実験によれば、ＷＣを被加工物とした場
合、ＰＯ：ＮＥの値を６：１程度に設定することによ
り、加工速度を殆ど低下させることなしに、電解腐食を
抑え、電極材質の付着を防止出来ることが確認できた。
ＳＫＤ１１を被加工物とした場合には、電解腐食が行な
われにくいため、ＮＥ：ＰＯの値を１：１から６：１程
度に設定しても、加工速度の低下を生じさせることなし
に、電食を防止することが確認できた。電食し易いＮＡ
Ｋ５５を被加工物とした場合には、ＰＯ：ＮＥの値を
６：１程度に設定することにより、加工速度の低下を生
じさせることなしに、電食を防止できることが確認でき
た。

【００３５】なお、上記実施例では、主パルス電圧の印
加に先行させて逆極性の補助パルス又は正極性の補助パ
ルスを印加させる構成としたが、この場合、正極性の補
助パルスの印加に代えて、主パルス電圧を基準パルス信
号に同期させて印加する構成としてもよいことは勿論で
ある。また、本発明は、ワイヤカット放電加工装置のみ
ならず、型彫放電加工装置に対しても同様に適用するこ
とができ、同様の効果を得ることができるものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、主パルス
電圧の印加に先行して印加すべきこれと反対の極性の補
助パルスの比率を被加工物の性質に応じて適宜に定める
ことにより、電解作用の防止とこれによる加工速度の低
下との調和を図り、その時の被加工物の物理的特性に見
合った最適な放電加工を実現することができるので、従
来に比べて、極めて効率のよい加工を期待することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をワイヤカット放電加工装置に適用した
場合の一実施例を示す構成図。

【図２】図１の放電検出回路の詳細回路図。

【図３】図１の制御回路の詳細ブロック図。

【図４】図３に示す制御回路の作動を説明するための波
形図。

【図５】図１に示す装置の作動を説明するための波形
図。

【図６】図１に示す装置において正の補助パルスと負の
補助パルスとの比率を変えた場合の加工速度の変化を示
す実測データを示すグラフ。

【符号の説明】

１ワイヤカット放電加工装置２被加工物３ワイヤ電極４放電加工間隙１０放電加工用電源装置２０第１回路３０第２回路４０第３回路５０放電検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤徹神奈川県横浜市緑区仲町台三丁目12番１号株式会社ソディック技術・研修センター内 (56)参考文献特開平３−294116（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−192420（ＪＰ，Ａ) 特開平１−295714（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23H 1/02 B23H 9/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加工用電極と被加工物との間に形成され
る放電加工間隙に前記加工用電極が負電位となる正極性
の主パルス電圧を印加して前記被加工物を放電加工する
放電加工方法において、被加工物を負電位とし加工用電極を正電位とした逆極性
の第１の補助パルス電圧及び被加工物を正電位とし加工
用電極を負電位とした正極性の第２の補助パルス電圧を
予め設定された分配比をもって前記放電加工間隙に順次
繰り返し印加し、前記第１又は第２の補助パルス電圧の
印加により前記加工間隙に放電が発生したことを検出し
て前記主パルス電圧を前記加工間隙に供給するようにし
たことを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】加工用電極と被加工物との間に形成され
る放電加工間隙に加工のための電気的パルスエネルギー
を供給するための放電加工用電源装置において、被加工物を正電位とし加工用電極を負電位とした正極性
の放電加工用の主パルス電圧を前記放電加工間隙に印加
するための第１のスイッチング素子を含んで成る第１回
路手段と、被加工物を負電位とし加工用電極を正電位とした逆極性
の第１の補助パルス電圧を前記放電加工間隙に印加する
ための第２のスイッチング素子を含んで成る第２回路手
段と、被加工物を正電位とし加工用電極を負電位とした正極性
の第２の補助パルス電圧を前記放電加工間隙に印加する
ための第３のスイッチング素子を含んで成る第３回路手
段と、前記放電加工間隙を非電圧印加状態としておくオフ時間
と、前記主パルス電圧により放電加工を行うオン時間
と、前記第１及び第２の補助パルス電圧の分配比を設定
するための設定手段と、前記設定手段によって設定された前記分配比に従って前
記第１及び第２の補助パルス電圧を前記放電加工間隙に
順次繰り返し印加するように前記第２及び第３のスイッ
チング素子を制御するためのパルス信号を出力するパル
ス発生装置と、前記第１又は第２の補助パルス電圧の印加により前記加
工間隙に放電が発生したことを検出する放電検出回路
と、該放電検出回路に応答し前記設定手段により設定された
オン時間及びオフ時間に従って前記主加工パルスを前記
放電加工間隙に供給させるよう前記第１のスイッチング
素子を開閉制御するためのパルス信号を発生するパルス
発生回路とを備えたことを特徴とする放電加工用電源装
置。