WO2009096026A1

WO2009096026A1 - 放電加工装置

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Publication number: WO2009096026A1
Application number: PCT/JP2008/051553
Authority: WO
Inventors: Takashi Hashimoto; Koichiro Hattori; Takashi Yuzawa; Yoshikazu Ukai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: DE112008003658T5; JP5264788B2; DE112008003658B4; JPWO2009096026A1; CN101932403A; CN101932403B; US8350177B2; US20100308017A1

Abstract

　加工用電極と被加工物との間に電圧パルスを印加し、該電圧パルスの極性を適宜切り替えて加工を行う放電加工装置において、所望の加工精度と所望の制御性とを両立すること。放電加工装置にはスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が具備され、これらのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４を制御する制御部は、スイッチング素子ＳＷ１をＯＮする期間を設けた場合には、当該期間中にスイッチング素子ＳＷ４をＯＮ状態にする期間を設け、スイッチング素子ＳＷ２をＯＮする期間を設けた場合には、当該期間中にスイッチング素子ＳＷ３をＯＮ状態にする期間を設けるようにして、加工用電極と被加工物との間に所望の電圧パルスを印加する。これにより、サージ電圧を防止し、また、極間の残存電荷を消費できるよう構成された放電加工装置とした。

Description

放電加工装置

　本発明は、被加工物を放電により加工する放電加工装置に関するものである。

　放電加工装置は、加工用電極－被加工物間にアーク放電を発生させることにより被加工物の加工を行う装置である。放電加工装置には、アーク放電を発生させるための電力源（放電加工用電源）が必要となるが、この加工用電源の構成に関しては、従来から、種々のものが存在している。

　例えば、被加工物に対して加工用電極（以下単に「電極」という）が正極となるような電圧パルスを発生することができる第１の電源部と、被加工物に対して電極が負極となるような電圧パルスを発生することができる第２の電源部と、を有し、これらの２つの電源部を交互に駆動することにより、電極と被加工物との間の間隙に正極性および逆極性の放電パルスを印加することができるようにした放電加工用電源がある（例えば、特許文献１、図３５参照）。

　これらの電源部の構成を簡潔に説明すると、第１の電源部は、電荷を蓄積するためのコンデンサＣｑ、コンデンサＣｑを充電する直流電源Ｖｓ、充電経路上に設けられた充電抵抗Ｒｓ、コンデンサＣｑに蓄積された電荷を前記間隙に流してパルス状の放電電圧を発生させるスイッチング素子Ｓｕ、スイッチング素子Ｓｕに直列に接続される逆流防止ダイオードＤ２、前記間隙と並列に接続され、この間隙を短絡するスイッチング素子Ｓｌ、およびスイッチング素子Ｓｌに直列に接続される逆流防止ダイオードＤ１を備え、第２の電源部は、電荷を蓄積するためのコンデンサＣｒ、コンデンサＣｒを充電する直流電源Ｖｔ、充電経路上に設けられた充電抵抗Ｒｒ、コンデンサＣｒに蓄積された電荷を前記間隙に流してパルス状の放電電圧を発生させるスイッチング素子Ｓｖ、スイッチング素子Ｓｖに直列に接続される逆流防止ダイオードＤ４、前記間隙と並列に接続され、この間隙を短絡するスイッチング素子Ｓｔ、およびスイッチング素子Ｓｔに直列に接続される逆流防止ダイオードＤ３を備えて構成される。

　また、この特許文献１に示される放電加工用電源装置では、つぎのような動作が実行される。まず、第１の電源部に属する電源Ｖｓから充電抵抗Ｒｓを介してコンデンサＣｑが充電され、スイッチング素子ＳｕをＯＮすることでコンデンサＣｑに充電されたエネルギーが被加工物と電極との間（被加工物を電極と見なし、以下「極間」という）に供給される。このとき、電極と被加工物との間に生ずる電圧（以下「極間電圧」という）が上昇して放電が発生しても、この制限されたエネルギー分のみが供給される。また、このとき、電源ＶｔによってコンデンサＣｒに充電された電圧（コンデンサＣｑに充電された電圧とは逆向きの電圧）が極間に印加され、放電電流が速やかに消滅する。すなわち、特許文献１の放電加工装置では、放電加工に必要な電圧が第１の電源部によって印加された後に、再放電を防止するための電圧が第２の電源部によって印加されるので、非放電加工時に流れようとする電流を抑止することができ、面粗さの向上が図られる。

　なお、上記制御において、放電が発生しなかった場合には、極間に電荷が残存したままとなるので、次の電圧パルスを印加する前に、一度極間状態をリセットする必要がある。このため、極間に放電が発生しなかった場合であってもスイッチング素子Ｓｌおよびスイッチング素子Ｓｖを同時にＯＮとする制御を行って、極間状態をリセットする制御が実行される。

　すなわち、この放電加工用電源装置では、放電の有無によらず、電圧パルスの印加サイクル毎に、コンデンサＣｑ（Ｃｒ）からの容量移行した電圧を極間に生じさせるとともに、その都度、容量移行した電圧をリセットする制御を行っている。また、極間電圧をリセットした後、極間電圧を再上昇させるため、スイッチング素子Ｓｕ（Ｓｔ）をＯＮさせて、コンデンサＣｑ（Ｃｒ）からの電圧を印加する制御を行っている。

特開２００３－２０５４２６号公報

　ところで、放電加工装置の制御性を向上させるには、極間電圧の再上昇を速やかに行うことが必要となる。したがって、例えば上記特許文献１の放電加工装置の構成では、極間に供給される電荷は、コンデンサＣｑ（Ｃｒ）だけでなく、電源Ｖｓ（Ｖｔ）からも供給されることが望ましい。この場合、充電抵抗Ｒｓ，Ｒｒには、抵抗値の比較的小さなものを用いる必要がある。

　一方、充電抵抗Ｒｓ，Ｒｒの抵抗値が小さい場合には、以下に示すような問題点が存在する。

　まず、スイッチング素子ＳｕをＯＮすると極間に電圧が表れ、時間の経過とともに極間電圧が上昇する。極間電圧が放電開始電圧を超えると、放電電流が極間に流れ始める。このとき、極間電圧は低下するとともに、配線や極間近傍のインダクタンス成分によって生ずる電圧（逆向きの電圧）によって、極間電圧が逆極性に反転してしまうことがある。極間電圧がアーク電圧以下になった場合には、放電を持続することができなくなるので、放電は一旦停止する。なお、面粗さの低減のためには、このタイミング（極間電圧が逆極性に反転する手前）で放電が終了することが望ましい。

　しかしながら、上記のように、極間に供給される電荷が、コンデンサＣｑ（Ｃｒ）のみならず電源Ｖｓ（Ｖｔ）からも供給される場合には、極間電圧は逆極性に転じた後、さらに低下し続け、逆極性側の放電電圧を超えてしまって逆極性の放電を生じさせることになるので、面粗さが増大してしまうという問題点があった。

　このように、特許文献１に示される従来の放電加工装置では、制御性を向上させようとすると、所望の加工精度が得られず、所望の加工精度と所望の制御性とを両立することができないという課題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望の加工精度と、所望の制御性とを両立することができる放電加工装置を提供す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、本発明にかかる放電加工装置は、加工用電極と被加工物との間に電圧パルスを印加し、該電圧パルスの極性を適宜切り替えて加工を行う放電加工装置において、正極側が前記被加工物側に、負極側が前記加工用電極側となるように電気的に接続される第１の直流電源と、前記第１の直流電源と前記被加工物および前記加工用電極との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第１の直流電源に直列に接続される第１のスイッチと、正極側が前記加工用電極側に、負極側が前記被加工物側となるように電気的に接続される第２の直流電源と、前記第２の直流電源と前記加工用電極および前記被加工物との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第２の直流電源に直列に接続される第２のスイッチと、前記直列接続された第１の直流電源および第１のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第３のスイッチと、前記直列接続された第２の直流電源および第２のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第４のスイッチと、前記第１の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上、ならびに前記第２の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上に挿入される少なくとも一つの抵抗と、放電加工に必要な加工情報に基づき、前記第１～第４のスイッチを制御するためのスイッチング信号を生成して出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１のスイッチをＯＮする期間を設けた場合には、当該期間内に前記第４のスイッチをＯＮ状態にする期間を設け、前記第２のスイッチをＯＮする期間を設けた場合には、当該期間内に前記第３のスイッチをＯＮ状態にする期間を設けることを特徴とする。

　本発明にかかる放電加工装置によれば、第１～第４のスイッチを制御する制御部は、第１のスイッチをＯＮする期間を設けた場合には、当該期間内に第４のスイッチをＯＮ状態にする期間を設け、第２のスイッチをＯＮする期間を設けた場合には、当該期間内に第３のスイッチをＯＮ状態にする期間を設けるようにしているので、所望の加工精度と所望の制御性とを両立することができる放電加工装置を提供することできるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態にかかるスイッチング信号波形の一例、ならびに、そのときの極間電圧波形（非放電時、放電時）および放電電流波形を示す図である。図３は、本発明の実施の形態２にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。図４は、本発明の実施の形態３にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。図５は、本発明の実施の形態４にかかる放電加工装置の動作を説明するための図である。図６は、比較例として示す従来の放電加工装置の構成を示す図である。図７は、図６に示した放電加工装置を制御する場合のスイッチング信号波形の一例、ならびに、そのときの極間電圧波形（非放電時、放電時）および放電電流波形を示す図である。

符号の説明

　１　放電加工装置
　２　電極
　３　被加工物
　４　電源部
　６　放電加工部
　８　制御部
　１１　予備放電電源
　１２　主放電電源
　１４　浮遊容量
　１６ａ，１６ｂ　コンダクタ
　１００　加工パラメータ
　１０１　動作識別処理部
　１０２　上位コントローラ
　１１１　第１の電源
　１１２　第２の電源
　１２１　第３の電源
　Ｄ１～Ｄ８　ダイオード
　Ｒ１，Ｒ２　電流制限抵抗
　Ｒｘ，Ｒｙ　共用抵抗
　ＳＷ１～ＳＷ６　スイッチング素子

　以下に添付図面参照して、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す回路構成は、その一例を示すものであり、本発明の技術的意義を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電加工装置の概略構成を示す図であり、電源部を中心として示した機能ブロック図である。図１において、放電加工装置１は、電源部４、放電加工部６および制御部８を備えている。

（放電加工装置の構成）
　図１において、電源部４は、予備放電電源（サブ電源とも呼ぶ）１１および主放電電源（メイン電源とも呼ぶ）１２を有している。予備放電電源１１は、後述する予備放電パルスを生成するための電源部であり、第１の直流電源である第１の電源１１１、第２の直流電源である第２の電源１１２、第１～第４のスイッチを成すスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４、ダイオードＤ１～Ｄ６および、第１、第２の抵抗を成す電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えて構成され、主放電電源１２は、第３の直流電源である第３の電源１２１、第５、第６のスイッチを成すスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６、およびダイオードＤ７，Ｄ８を備えて構成される。

　放電加工部６は、対向して配置された電極２および被加工物３を有し、電極２および被加工物３には、それぞれ主放電電源１２との接続を切り離すためのスイッチとして、例えば機械的なスイッチであるコンダクタ１６ａ，１６ｂが接続されている。なお、電極２と被加工物３との間には、電極２および被加工物３の形状や大きさ、あるいは電極２と被加工物３との間の距離（極間距離）などによって決まる浮遊容量成分が存在する。このため、この浮遊成分を、図１の破線部で示すように、電極２および被加工物３の両端間に接続される浮遊容量１４として示している。

　一方、放電加工装置１の外部には、加工パラメータ１００および動作識別処理部１０１を備えた上位コントローラ１０２が具備されている。加工パラメータ１００には、加工動作や加工条件などを示す情報が含まれており、動作識別処理部１０１は、加工パラメータ１００の情報に基づき、放電加工を行う際に必要な制御情報（以下「加工情報」という）を識別して制御部８に伝達する。ここで、この制御情報とは、例えば正極性加工を行うのか、逆極性加工を行うのか、もしくは両者を用いて行うのかといった電圧極性の情報、および加工速度、面粗さ、電極消耗、真直度の何れを重視するかといった情報などが含まれている。

　制御部８は、動作識別処理部１０１から出力される加工情報を用いて電極２と被加工物３との間に印加すべき電圧（以下「極間印加電圧」という）を決定するとともに、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６をスイッチング制御するための制御信号を出力する。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、制御部８から出力されるスイッチング信号に基づいて制御され、電極２と被加工物３との間には所望の極間印加電圧が供給される。

　つぎに、予備放電電源１１および主放電電源１２の接続構成について説明する。

（予備放電電源１１の接続構成）
　図１において、第１の電源１１１の正極側端子は、ダイオードＤ１のアノードと接続され、負極側端子は第２の電源１１２の正極側端子と接続される。ダイオードＤ１のカソードはスイッチング素子ＳＷ１のドレインに接続され、スイッチング素子ＳＷ１のソースは電流制限抵抗Ｒ１と接続される。一方、電流制限抵抗Ｒ２はダイオードＤ２のアノードと接続され、ダイオードＤ２のカソードはスイッチング素子ＳＷ２のドレインと接続される。また、スイッチング素子ＳＷ２のソースは第２の電源１１２の負極側端子と接続される。さらに、第２の電源１１２の正極側端子はダイオードＤ３のアノードと接続され、ダイオードＤ３のカソードは電流制限抵抗Ｒ１と接続される。さらに、電流制限抵抗Ｒ２とダイオードＤ４のアノードとが接続され、ダイオードＤ４のカソードと第１の電源１１１の正極側端子とが接続される。

　また、スイッチング素子ＳＷ３およびスイッチング素子ＳＷ４は、極間に対し並列に接続される。この接続を詳細に説明すると、スイッチング素子ＳＷ３のドレインはダイオードＤ５および電流制限抵抗Ｒ１を介して被加工物３に接続されるとともに、スイッチング素子ＳＷ３のソースは電極２に接続される。同様に、スイッチング素子ＳＷ４のドレインは、ダイオードＤ６を介して電極２に接続されるとともに、スイッチング素子ＳＷ４のソースは電流制限抵抗Ｒ２を介して被加工物３に接続される。なお、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２は、それぞれが同一の抵抗値を有していてもよいし、異なる抵抗値を有していてもよい。

（主放電電源１２の接続構成）
　図１において、スイッチング素子ＳＷ５のドレインおよびダイオードＤ８のカソードは第３の電源１２１の正極側端子と接続され、ダイオードＤ７のアノードおよびスイッチング素子ＳＷ６のソースは第３の電源１２１の負極側端子と接続される。また、スイッチング素子ＳＷ５のソースおよびダイオードＤ７のカソードが接続されるとともに、この接点は被加工物３への出力点となる。同様に、ダイオードＤ８のアノードおよびスイッチング素子ＳＷ６のドレインが接続されるとともに、この接点は電極２への出力点となる。

　また、予備放電電源１１および主放電電源１２の使用法に関して言及すると、例えば荒加工や中仕上げ加工の場合には、予備放電電源１１および主放電電源１２の両方を使用し、仕上げ加工の場合には、予備放電電源１１のみを用いるというのが一般的である。なお、予備放電電源１１のみを用いる場合には、コンダクタ１６ａ，１６ｂによって主放電電源１２と電極２および被加工物３との各接続が切り離される。

（放電加工装置の動作）
　つぎに、図１および図２の図面を参照し、本実施の形態にかかる放電加工装置の動作について説明する。なお、以下に説明する内容は、仕上げ加工時における予備放電電源１１の動作について説明するものである。

　図２は、制御部８から出力されるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形および放電電流波形を示す図である。より詳細に説明すると、同図（ａ）～（ｄ）は、それぞれスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４に印加されるスイッチング信号であり、同図（ｅ）は、同図（ａ）～（ｄ）に示すスイッチング信号によって生ずる極間電圧波形であり、同図（ｆ）は、同図（ｅ）に示す極間電圧が極間に生じたときに極間に流れた放電電流波形である。

　まず、タイミング（１）にてスイッチング素子ＳＷ１を任意の期間ＯＮし、その後、任意の期間休止する。極間電圧は、一連のスイッチング動作が繰り返されることで、同図（ｅ）に示すように、徐々に上昇する。タイミング（２）で放電開始電圧を超えると、極間は絶縁破壊を起こし、同図（ｆ）に示すような放電電流が流れる。ここで、スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ－ＯＦＦ動作を繰り返しているのは、ＯＮ動作条件で放電したとしても、すぐにＯＦＦすることで第１の電源１１１からの電源電流が極間に流れるのを制限するためである。つまり、加工エネルギーの最大値をＯＮパルス幅で規定していることになる。なお、前述したように、第１の電源１１１から電圧パルスを供給するときの極性が正極性であり、第２の電源１１２から電圧パルスを供給するときの極性が逆極性となる。

　正極性パルスは、任意の回数だけ繰り返し印加され、タイミング（３）にて終了する。一方、スイッチング素子ＳＷ１の立下りとほぼ同期して（実際にはスイッチ素子間に短絡電流が流れないように数ｎｓ～数ｕｓの時間分の間隔が空けられる）、スイッチング素子ＳＷ３がＯＮとなる。なお、スイッチング素子ＳＷ４は、スイッチング素子ＳＷ１がＯＮ－ＯＦＦ動作している間、ＯＮ状態を維持し、スイッチング素子ＳＷ２がＯＮ－ＯＦＦ動作を開始し始めるタイミング（４）（実際にはスイッチ素子間に短絡電流が流れないように数ｎｓ～数ｕｓの時間だけ早いタイミング）にてＯＦＦに制御される。

　タイミング（４）以降については、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２の動作が逆になり、逆極性パルスが任意の回数だけ繰り返し印加される。その後、タイミング（５）にて極間電圧が放電開始電圧を超え、同図（ｆ）に示すような放電電流が流れる。

　このように本実施の形態にかかる放電加工装置では、正極性加工を行う場合のアーク放電は、タイミング（２）で起きた正極性電圧のものだけにとどめることができる。同様に、逆極性加工を行う場合のアーク放電は、タイミング（５）で起きた逆極性電圧のものだけにとどめることができる。

（従来の放電加工装置における放電動作）
　ここで、従来の放電加工装置における放電動作について、図６および図７の図面を参照して説明する。なお、図６は、上述した特許文献１に開示されている放電加工装置の構成を示す図であり、図７は、図６に示した放電加工装置を制御する場合のスイッチング信号波形の一例、ならびに、そのときの極間電圧波形および放電電流波形を示す図である。

　図７において、タイミング（１）でスイッチＳｕがＯＮになると、極間電圧が上昇を始める。タイミング（２）で放電開始電圧を超えると、極間は絶縁破壊を起こし、同図（ｄ）に示すような放電電流が極間に流れ始める。一方、放電電流が極間に流れ始めると、配線や極間近傍のインダクタンス成分によって極間電圧は大きく低下し、逆極性に反転してしまうことがある。極間電圧がアーク電圧以下になると放電を持続することができなくなるため、タイミング（３）では、放電電流が流れなくなる。面粗さ低減のためには、このタイミングで放電が終了することが望ましいが、極間電圧は逆極性側に低下し続けるため、同図（ｅ）に示すように、タイミング（４）にて再度の放電が生じてしまう。なお、放電により極間電圧は低下し、アーク電圧以下となるタイミング（５）で放電が終了する。

　このように図６に示す従来の放電加工装置では、極間電圧が振動波形となることで、放電は制御不能となり、所望の面粗さが得られない場合があった。この点、上述した本実施の形態の放電加工装置では、図２に示すように、極間電圧が振動波形となることが抑制されるので、所望の面粗さを得ることが可能となる。

（本実施の形態にかかる放電加工装置の要点）
　つぎに、本実施の形態の放電加工装置にかかる３つの要点について説明する。まず、本実施の形態にかかる第１の要点は、スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ－ＯＦＦ動作の終了時、あるいはスイッチング素子ＳＷ２のＯＮ－ＯＦＦ動作の終了時にそれぞれスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４をＯＮし、極間電圧を略０Ｖに戻す制御を行っていることにある（図２（ａ）～（ｄ）を参照）。

　なお、本実施の形態では、タイミング（３）～（４）の期間はスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の両方をＯＮとする制御を行っているが、必ずしもその必要はなく、極間の電圧極性に鑑みて片側のスイッチング素子のみ動作させればよい。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ－ＯＦＦ動作の終了時には、スイッチング素子ＳＷ３をＯＮとし、スイッチング素子ＳＷ２のＯＮ－ＯＦＦ動作の終了時には、スイッチング素子ＳＷ４をＯＮとすればよい。

　例えば図７に示されているような従来のスイッチング動作は、コンデンサから電極間への容量移行を利用しており、過渡的な電圧パルスの印加（振動パルスを与えるため見かけ上正弦半波を印加している形）と考えてよい。一方、本実施の形態にかかる図１に示すようなＯＮ－ＯＦＦの連続動作を行う場合、非放電時の極間電圧は、比較的長い時間印加され続けていることになる。極間に電圧が存在している状態で電圧パルスを反転させてしまうと、前の電圧に反転した電源電圧が重畳するように働くため、高電圧が出力されて加工動作が不安定になる可能性がある。したがって、図７に示すようなスイッチング動作を行わせることはできない。

　そこで、本実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ－ＯＦＦ動作が終了するタイミング（３）において、スイッチング素子ＳＷ３をＯＮとする制御を行わせるようにしている。この制御により、被加工物３→電流制限抵抗Ｒ１→ダイオードＤ５→スイッチング素子ＳＷ３→電極２の経路で浮遊容量に蓄えられた電荷が消費され、極間電圧が０Ｖ近傍まで下げられている（タイミング（２）～（３）における図２（ｅ）の波形を参照）。

　また、本実施の形態にかかる第２の要点は、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２がスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４よりも極間側に配置されていることにある（図１参照）。電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）は、放電時に第１の電源１１１（第２の電源１１２）から電極間に流れる電流を制限するためのものであるが、極間に対する充放電の動作に影響を及ぼす。例えば、充電時には、電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）と浮遊容量との時定数、およびＯＮ－ＯＦＦ動作のデューティ比により極間電圧が上昇し、放電時には、電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）と浮遊容量との時定数のみで極間電圧が低下する。電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）は、加工速度（「極間電圧の充電時間」に関係）と面粗さ（「電流制限の程度」に関係）との兼ね合いで選定されるものであるが、少なくとも電圧上昇の速度に比べて電圧低下の速度は同等以下となるため、充電用の抵抗と放電用の抵抗を共有することができる。

　また、本実施の形態のように、電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）を電極間近傍に設けるようにすれば、電源側に異常動作が発生したときの影響を電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）でブロックして小さくすることができる。

　例えば、スイッチング素子ＳＷ１（ＳＷ２）とスイッチング素子ＳＷ３（ＳＷ４）が瞬時ＯＮとなる、あるいは同時ＯＮの期間が瞬間発生するといった誤動作が起きた場合を考える。このとき、第１の電源１１１→ダイオードＤ１→スイッチング素子ＳＷ１→ダイオードＤ５→スイッチング素子ＳＷ３→第１の電源１１１（第２の電源１１２→ダイオードＤ６→スイッチング素子ＳＷ４→ダイオードＤ２→スイッチング素子ＳＷ２→第２の電源１１２）という経路の貫通電流が流れる。この貫通電流は、スイッチング素子ＳＷ３（ＳＷ４）やスイッチング素子ＳＷ１（ＳＷ２）のＯＦＦにより解消することができる。一方、スイッチング素子ＳＷ３（ＳＷ４）やスイッチング素子ＳＷ１（ＳＷ２）のＯＦＦの動作により、経路上に存在する浮遊インダクタンス成分に蓄えられたエネルギーによって高電圧が発生する。この高電圧は、サージ状のもので瞬間的ではあるが、極間に直接出力されると加工品質を著しく低下させてしまうので好ましくない。これに対し、本実施の形態では、電流制限抵抗Ｒ１（Ｒ２）を極間近傍、あるいは回路の出力端近傍に配置するようにしているので、異常動作に基づく電流をブロックすることができ、加工品質の低下を防ぐことが可能となる。

　また、本実施の形態にかかる第３の要点は、スイッチング素子ＳＷ１（ＳＷ２）のＯＮ－ＯＦＦ動作中にスイッチング素子ＳＷ４（ＳＷ３）を常にＯＮ状態にしていることにある。図７に示した従来技術にかかる駆動方法では、放電開始タイミングで電圧波形が振動するとアーク放電が途切れることなく連続してしまう可能性があった。これに対し、本実施の形態にかかる動作では、スイッチング素子ＳＷ４（ＳＷ３）を介して余分なエネルギーを消費させることができ、放電を確実に停止させることができる。

　具体的には、タイミング（２）で放電が開始したときには、被加工物３の電位が電極２よりも高い、正極性電圧が印加されている。上述したように、放電により振動成分が発生すると、電極２の電位が被加工物３の電位よりも高い、逆極性電圧へと反転する可能性がある。

　しかしながら、本実施の形態では、電極２→ダイオードＤ６→スイッチング素子ＳＷ４→電流制限抵抗Ｒ２→被加工物３の経路で逆極性電圧は消滅し、極間電圧が０Ｖ近傍に抑えられるため、逆極性電圧が放電開始電圧を超えることはない。すなわち、アーク放電は、タイミング（２）で起きた正極性電圧のものだけにとどまる。なお、電流制限抵抗Ｒ２は、このときダンピング抵抗として働くことになる。

　タイミング（５）も同様であり、逆極性電圧の放電により振動波形が発生して正極性電圧が高くなったとしても、被加工物３→電流制限抵抗Ｒ１→ダイオードＤ５→スイッチング素子ＳＷ３→電極２の経路で正極性電圧は消滅し、極間電圧が０Ｖ近傍に抑えられるため、正極性電圧が放電開始電圧を超えることはない。これらの動作により、不要な放電による面粗さ低下を避けることができ、加工品質の低下を防ぐことが可能となる。

　なお、本実施の形態では、図１に示すが如く、ダイオードＤ３，Ｄ４を挿入している。例えばスイッチング素子ＳＷ１がＯＮとなる期間中に、電極間が短絡すると、短絡電流が第１の電源１１１→ダイオードＤ１→スイッチング素子ＳＷ１→電流制限抵抗Ｒ１→被加工物３→電極２→第１の電源１１１の経路で流れる。この状態でスイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦとなると、電流制限抵抗Ｒ１が存在するものの多少なりともサージ電圧が回路内に発生することになる。ダイオードＤ３，Ｄ４は、サージ電圧が電源電圧を超えた場合に電源側に回生するように働く。

　具体的には、スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦした瞬間に発生する電圧は、被加工物３→電極２→第２の電源１１２→ダイオードＤ３→抵抗Ｒ１→被加工物３の経路で第２の電源１１２へと回生される。同様にスイッチング素子ＳＷ２がＯＮ期間中に電極間が短絡し、スイッチング素子ＳＷ２がＯＦＦとなる瞬間に発生するサージ電圧は、電極２→被加工物３→電流制限抵抗Ｒ２→ダイオードＤ４→第１の電源１１１→電極２の経路で第１の電源１１１に回生される。これらの回生動作により、素子破壊の防止が可能となる。

　なお、図２に示すスイッチング波形では、スイッチング素子ＳＷ４（ＳＷ３）を常時ＯＮの状態に制御しているが、この点は本旨ではない。肝要な点は、放電による振動成分によって発生する可能性のある、反転電圧（正極性加工の場合であれば逆極性電圧、逆極性加工の場合であれば正極性電圧）を消滅させ、極間電圧が０Ｖ近傍に抑えられていればよい。この意味で、スイッチング素子ＳＷ１（ＳＷ２）がＯＮとなっている期間において、スイッチング素子ＳＷ４（ＳＷ３）が、ＯＮ状態（所定期間ＯＮ）となる期間が設けられていればよい。

　また、振動波形の除去を目的とする場合には極間と並列に抵抗を設けることも考えられる。しかしながら、極間と並列であることから常に抵抗は損失していることになる。特に印加パルスと印加パルスの休止期間中に極間に残存する電荷（電圧）を消費させることを考えると、数ｕｓ程度の時定数にする必要があり、有効に機能させるためには抵抗値を低く設定する必要があるため抵抗損失は無視できるものではなく、好ましい手法であるとは言い難い。

実施の形態２．
（放電加工装置の構成）
　図３は、本発明の実施の形態２にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。実施の形態１においては、電流制限抵抗をＲ１，Ｒ２を第１の電源１１１および第２の電源１１２にそれぞれ対応させ個別に設けるようにしているが、本実施の形態では、共用抵抗Ｒｘとして共通化を図っている。共用抵抗Ｒｘは、一端が電極２に接続され、電極２と第１の電源１１１とおよび第２の電源１１２の接続点とを結ぶ共通の電流経路上に挿入される。この構成により、第１の電源１１１およびや第２の電源１１２から電極間に流れ込む電流を制限できることはもとより、各スイッチング素子の異常動作に対する保護の働きも兼ねることができる。なお、実施の形態１と同一または同等の作用を生じさせるものに関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

（放電加工装置の動作）
　つぎに、本実施の形態にかかる放電加工装置の動作について図３を参照して説明する。図３において、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３が同時ＯＮとなるようなアーム短絡が発生した場合を考える。この場合、本実施の形態の構成によれば、第１の電源１１１→ダイオードＤ１→スイッチング素子ＳＷ１→ダイオードＤ５→スイッチング素子ＳＷ３→共用抵抗Ｒｘ→第１の電源１１１の経路で電流が流れる。このため、共用抵抗Ｒｘにより電流を制限することができるので、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３の破壊を防ぐことができる。この作用は、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４に関しても同様である。

　なお、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が同時にＯＮとなるような誤動作が生じた場合には、第１の電源１１１→ダイオードＤ１→スイッチング素子ＳＷ１→ダイオードＤ２→スイッチング素子ＳＷ２→第２の電源１１２→第１の電源１１１、の経路で短絡電流が流れるため、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が破壊してしまう可能性がある。ただし、図２に示すスイッチング波形から明らかなように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が同時ＯＮとなる可能性は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３（ＳＷ２，ＳＷ４）が同時ＯＮとなる可能性よりもかなり低いので、図３の構成でも、実用的には問題はない。

　なお、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が同時にＯＮとなるような誤動作までを含めて考える場合には、図１に示した電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２のうちの少なくとも一つを設け、さらに図３に示した共用抵抗Ｒｘを挿入するようにした構成とすることが望ましい。このような構成により、短絡保護の機能と放電時の電流制限機能とを兼ね備えることができ、少ない部品点数で高い品質の放電加工装置を得ることが可能となる。

実施の形態３．
　図４は、本発明の実施の形態３にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。実施の形態１においては、電流制限抵抗をＲ１，Ｒ２を第１の電源１１１および第２の電源１１２にそれぞれ対応させ個別に設けるようにしているが、本実施の形態では、共用抵抗Ｒｙとして共通化を図っている。また、実施の形態２においては、共通化した共用抵抗Ｒｘを第１の電源１１１と第２の電源１１２との接続点と、スイッチング素子ＳＷ３とダイオードＤ６との接続点との間に挿入していたが、本実施の形態では、共通化した共用抵抗Ｒｙをスイッチング素子ＳＷ３とダイオードＤ６との接続点と、電極２との間に挿入するようにしている。なお、実施の形態１，２と同一または同等の作用を生じさせるものに関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

　実施の形態３にかかる放電加工装置の構成によれば、実施の形態１，２と同様に、第１の電源１１１およびや第２の電源１１２から電極間に流れ込む電流を制限できることはもとより、各スイッチング素子の異常動作に対する保護の働きも兼ねることができる。また、実施の形態２と同様に、浮遊容量１４に対する充電経路上および浮遊容量１４からの放電経路上に共通化した共用抵抗Ｒｙのみを配置すればよいので、実施の形態１の効果に加え、部品点数を削減することができるという効果も得られる。

　また、スイッチング素子ＳＷ３とダイオードＤ６の接続点と、電極２との間に共用抵抗Ｒｙを挿入する代わりに、この共用抵抗を被加工物３側に挿入してもよい。具体的には、共用抵抗の一端を被加工物３に接続し、第１の電源１１１および第２の電源１１２のそれぞれと被加工物３とを結ぶ共通の電流経路上に共用抵抗を挿入する。このように共用抵抗を挿入することにより、共用抵抗Ｒｙを電極２側に挿入した場合と同様の効果を得ることができる。

　なお、実施の形態２のところでも説明したが、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が同時にＯＮとなるような誤動作までを含めて考える場合には、図１に示した電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２のうちの少なくとも一つを設けることが望ましい。すなわち、放電加工部６と予備放電電源１１とを結ぶ３つの接続線のうちの少なくとも２つの接続線に所定の抵抗が挿入されるように構成されていればよい。このような構成により、短絡保護の機能と放電時の電流制限機能とを兼ね備えることができ、少ない部品点数で高い品質の放電加工装置を得ることが可能となる。

実施の形態４．
　図５は、本発明の実施の形態４にかかる放電加工装置の動作を説明するための図であり、制御部８から出力されるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形および極間電流波形を示す図である。なお、放電加工装置の構成については、実施の形態１と同一または同等であり、その説明は省略する。

（放電加工装置の動作）
　つぎに、図１および図５の図面を参照し、本実施の形態にかかる放電加工装置の動作について説明する。なお、以下に説明する内容は、荒加工および中仕上げ加工時における予備放電電源１１および主放電電源１２の動作について説明するものである。

　まず、タイミング（１）にてスイッチング素子ＳＷ１を任意の期間ＯＮすると、極間電圧は、同図（ｇ）に示すように第１の電源１１１の電圧値まで上昇する。一方、加工液に水を用いる場合、電蝕防止のために電極間に両極性の電圧を印加する必要がある。このため、任意の期間、電圧を印加しても放電を検出しない場合には、極性を反転させなければならない。そこで、タイミング（３）にてスイッチング素子ＳＷ２をＯＮすることで、第２の電源１１２の電圧値まで極間電圧を上昇させる。

　ここで、タイミング（３）よりも前のタイミング（２）では、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を同時（完全に同時でなくてもよい）にＯＮさせる制御を行っている。この制御により、正極性側の極間電圧は、一度確実に０Ｖにまで低下することになる。さらに、タイミング（４）でもまた、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４をＯＮすることにより、逆極性側の極間電圧を、一度確実に０Ｖにまで低下させ、タイミング（５）にてスイッチング素子ＳＷ１をＯＮすることで再度正極性の電圧パルスを印加する制御を行っている。

　非放電時、電極間は容量成分として働くため、電荷が蓄積した状態で印加電圧を反転させると先の充電時に蓄えられた電荷がポンピングされ、瞬時高電圧が極間に現れてしまう。一方、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４をＯＮすることで、蓄えられた電荷が一旦リセットされ、電源電圧以上の高電圧が電極間に印加されるのを防ぐことができる。

　タイミング（６）にて放電を検出すると、スイッチング素子ＳＷ１を即座に停止するとともに、主放電パルス用のスイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６を同時にＯＮし、極間に主放電電流を供給する制御を行う。この制御により、第３の電源１２１→スイッチング素子ＳＷ５→被加工物３→電極２→スイッチング素子ＳＷ６→第３の電源１２１の経路で電流が流れる。また、タイミング（７）でスイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６をＯＦＦする制御を行うと、経路上に存在する浮遊インダクタンス成分に蓄えられたエネルギーが、電極２→ダイオードＤ８→第３の電源１２１→ダイオードＤ７→被加工物３、の経路で第３の電源１２１へと回生されて行く。極間電流がおよそ流れなくなったタイミング（８）にて、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４が再度ＯＮに制御する。

　タイミング（７）～（８）の期間のように、極間電流が急激に立ち下がる場合には、電流が振動し、極間電圧波形も振動することがある。この状態で、次の予備放電パルスを印加すると、本来の予備放電電圧に重畳される形となり加工品質の低下につながりやすい。このため、予備放電電源および主放電電源を有する従来の放電加工装置では、主放電パルスの終了から、次の予備放電パルス印加までの時間を十分設ける必要があった。

　また、この種の従来の放電加工装置では、予備放電回路により放電を誘起し、主放電回路で放電電流を流すという構成上、放電が連続しない可能性も懸念される。この場合には、タイミング（６）～（８）の間では、放電電流を確認することができず、極間電圧には第３の電源１２１の電源電圧が直接印加されることになる。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４をＯＮさせない場合には、この高電圧に予備放電電圧がポンピングされることになるので、次の予備放電パルス印加時には、極間電圧がさらに上昇し、加工動作が不安定になることも懸念される。

　これに対し、本実施の形態では、上述のごとく、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４をＯＮすることにより、極間の浮遊容量に蓄えられていた余剰電荷（余剰電圧）は消費され、主放電パルスの終了から次の予備放電パルス印加までの時間を短く設定することができる。これは加工速度の高速化に繋がるとともに、加工品質低下の防止に繋がるといえる。また、予備放電電流に主放電電流が連続的に繋がらないというような不安定動作が生じた場合でも、次サイクルの予備放電パルス印加時には、極間状態がリセットされているため、加工動作は安定に行われる。

　なお、本実施の形態においては、交互に極性が反転される予備放電パルスに基づく放電を検出した場合に、主放電パルスを印加する制御シーケンスを示したが、これに限定されるものではない。極間状態が不安定になった場合に極間状態を一度リセットすることが本発明の要旨である。この意味で、電極間の印加電圧の極性が反転するたびに極間電圧をリセットする制御を行ってもよいし、主放電パルスの印加後に極間電圧をリセットする制御を行ってもよい。

　また、本実施の形態では、実施の形態１にかかる放電加工装置を使用した場合の荒加工および中仕上げ加工時における予備放電電源１１および主放電電源１２の動作について説明したが、実施の形態２、３にかかる放電加工装置に対しても同様な動作を行わせることが可能である。すなわち、実施の形態４にかかる制御を、実施の形態２、３にかかる放電加工装置に適用することも本発明の要旨に含まれる。

　以上のように、本発明にかかる放電加工装置は、所望の加工精度と、所望の制御性とを両立することができる発明として有用である。

Claims

　加工用電極と被加工物との間に電圧パルスを印加し、該電圧パルスの極性を適宜切り替えて加工を行う放電加工装置において、
　正極側が前記被加工物側に、負極側が前記加工用電極側となるように電気的に接続される第１の直流電源と、
　前記第１の直流電源と前記被加工物および前記加工用電極との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第１の直流電源に直列に接続される第１のスイッチと、
　正極側が前記加工用電極側に、負極側が前記被加工物側となるように電気的に接続される第２の直流電源と、
　前記第２の直流電源と前記加工用電極および前記被加工物との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第２の直流電源に直列に接続される第２のスイッチと、
　前記直列接続された第１の直流電源および第１のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第３のスイッチと、
　前記直列接続された第２の直流電源および第２のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第４のスイッチと、
　前記第１の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上、ならびに前記第２の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上に挿入される少なくとも一つの抵抗と、
　放電加工に必要な加工情報に基づき、前記第１～第４のスイッチを制御するためのスイッチング信号を生成して出力する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、
　前記第１のスイッチをＯＮする期間を設けた場合には、当該期間内に前記第４のスイッチをＯＮ状態にする期間を設け、
　前記第２のスイッチをＯＮする期間を設けた場合には、当該期間内に前記第３のスイッチをＯＮ状態にする期間を設ける
　ことを特徴とする放電加工装置。
　加工用電極と被加工物との間に電圧パルスを印加し、該電圧パルスの極性を適宜切り替えて加工を行う放電加工装置において、
　正極側が前記被加工物側に、負極側が前記加工用電極側となるように電気的に接続される第１の直流電源と、
　前記第１の直流電源と前記被加工物および前記加工用電極との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第１の直流電源に直列に接続される第１のスイッチと、
　正極側が前記加工用電極側に、負極側が前記被加工物側となるように電気的に接続される第２の直流電源と、
　前記第２の直流電源と前記加工用電極および前記被加工物との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第２の直流電源に直列に接続される第２のスイッチと、
　前記直列接続された第１の直流電源および第１のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第３のスイッチと、
　前記直列接続された第２の直流電源および第２のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第４のスイッチと、
　前記第１の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上、ならびに前記第２の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上に挿入される少なくとも一つの抵抗と、
　放電加工に必要な加工情報に基づき、前記第１～第４のスイッチを制御するためのスイッチング信号を生成して出力する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、
　前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの動作状態の切り替えにより、前記被加工物と前記加工用電極との間に印加される電圧パルスの極性を反転させる際には、極性反転の直前に前記第３のスイッチまたは前記第４のスイッチをＯＮさせる期間を設けることを特徴とする放電加工装置。
　加工用電極と被加工物との間に予備放電パルスを印加する予備放電電源回路と、前記加工用電極と前記被加工物との間に主放電パルスを印加する主放電電源回路と、前記予備放電電源回路および前記主放電電源回路に具備される各スイッチを制御するためのスイッチング信号を生成して出力する制御部と、を有し、前記予備放電パルスの極性およびタイミングと、前記主放電パルスのタイミングと、を適宜切り替えて加工を行う放電加工装置において、
　前記予備放電電源回路は、
　正極側が前記被加工物側に、負極側が前記加工用電極側となるように電気的に接続される第１の直流電源と、
　前記第１の直流電源と前記被加工物および前記加工用電極との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第１の直流電源に直列に接続される第１のスイッチと、
　正極側が前記加工用電極側に、負極側が前記被加工物側となるように電気的に接続される第２の直流電源と、
　前記第２の直流電源と前記加工用電極および前記被加工物との間を結ぶ電流経路上に挿入され、前記第２の直流電源に直列に接続される第２のスイッチと、
　前記直列接続された第１の直流電源および第１のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第３のスイッチと、
　前記直列接続された第２の直流電源および第２のスイッチと、前記被加工物と前記加工用電極との間に電気的に並列に接続される第４のスイッチと、
　前記第１の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上、ならびに前記第２の直流電源から前記加工用電極および前記被加工物に対する電流経路上に挿入される少なくとも一つの抵抗と、
　を備え、
　前記制御部は、
　前記主放電パルスの印加後に、前記第３のスイッチまたは前記第４のスイッチをＯＮさせる期間を設けることを特徴とする放電加工装置。
　前記抵抗は、
　一端が前記被加工物に接続され、前記第１の直流電源と前記被加工物とを結ぶ電流経路上に挿入される第１の抵抗と、
　一端が前記被加工物に接続され、前記第２の直流電源と前記被加工物とを結ぶ電流経路上に挿入される第２の抵抗と、
　から構成されることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の放電加工装置。
　前記抵抗は、一端が前記加工用電極に接続され、該加工用電極と前記第１の直流電源および前記第２の直流電源の接続点とを結ぶ、前記第１の直流電源および前記第２の直流電源の共通の電流経路上に挿入される共用抵抗であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の放電加工装置。
　前記抵抗は、一端が前記被加工物に接続され、前記第１の直流電源および前記第２の直流電源のそれぞれと前記被加工物とを結ぶ共通の電流経路上に挿入される共用抵抗であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の放電加工装置。