WO2014162822A1

WO2014162822A1 - 放電加工装置、放電加工方法及び設計方法

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Publication number: WO2014162822A1
Application number: PCT/JP2014/056066
Authority: WO
Inventors: 隆光安; 圭祐田▲崎▼
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
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Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-10-09
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Abstract

　浮遊容量を利用して被加工物の面粗度を向上させることが可能な放電加工装置を提供する。放電加工装置１は、電極１７と被加工物１９の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路３を備える。浮遊容量部２１は、放電加工において、電極１７と被加工物１９の間に発生するものである。浮遊容量部２１は、放電加工において、蓄電した電荷を間隙に供給する。コンデンサ１１は、浮遊容量部２１が放電し終わる前までに電荷を蓄電しておき、浮遊容量部が放電した後、蓄電していた電荷によって浮遊容量部２１を充電する。浮遊容量部２１は、充電後、再び放電する。これにより、パルス電流が発生し、放電加工が実現する。

Description

放電加工装置、放電加工方法及び設計方法

　本願発明は、放電加工装置、放電加工方法及び設計方法に関し、特に、電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路を備える放電加工装置等に関する。

　従来、例えば特許文献１に記載されているように、電極と被加工物の極間にパルス電圧を印加して、電極と被加工物の間隙にパルス状の電流を供給することにより、被加工物を加工する放電加工装置は、知られている。

　特許文献２には、電極と被加工物に直列に発生する浮遊容量を利用して、スイッチング素子の応答時間よりも短いパルス幅のパルスを生成することが記載されている。

特開２００５－１５３０７８号公報特開２００５－３２９４９８号公報

　放電加工装置では、電極と被加工物との間の距離は、極間に放電が発生するように制御されている。電極と被加工物の極間に放電が発生すると、電極と被加工物との間隙に電流が流れ、導電路が形成される。

　しかしながら、単発の放電加工を考える。放電に利用する電荷が大きくなると、放電痕は大きくなる。また、放電周期が長いと、加工時間が長くなる。そうすると、電極の加工面に対する移動速度が小さくなり、他の不安定要素によって線跡などの悪影響が出て、面粗さが向上しにくくなる。

　よって、被加工物の面粗度は、放電加工の制約条件等のもとで、電流パルスのピーク電流を小さくするとともに、パルス幅の印加時間を小さくすると、向上することが期待される。

　このように、従来の放電加工装置の設計では、パルス電圧のコントロールが重要な事項であった。例えば、特許文献１及び２にあるように、電極と被加工物の極間に、電極及び被加工物の外部からパルス電圧を印加して、電極と被加工物の間にパルス電圧を供給していた。

　しかしながら、特許文献１に記載されているように、放電加工装置では、電極と被加工物の極間に浮遊容量が存在する。電極と被加工物の極間に電圧が現れると、電極と被加工物の間の浮遊容量に充電される。そして、電極と被加工物の極間に放電が発生すると、浮遊容量に蓄電されていた電荷が極間に放電される。

　特に、被加工物と電極の隙間を小さくすることには限界がある。そのため、運用上は、できるだけ、電極と被加工物の間の電圧を大きくすることが望ましいこととなる。電極と被加工物の間の浮遊容量の電荷Ｑは、電気容量Ｃと電圧Ｖの積となる。よって、電極と被加工物の間の電圧が大きくなれば、浮遊容量に蓄電される電荷も大きくなる。そして、電流は、Ｑを時間で微分した値（dQ/dt）である。よって、電極と被加工物の間の電圧が大きくなればなるほど、電極と被加工物との間隙には、設計者が予定していたものよりも多くの電流が流れることとなる。

　このように、浮遊容量は、従来、設計者が意図せずに生じてしまうものであり、単なる設計上の障害として捉えられていた。そのため、設計者は、浮遊容量を減少させ、専ら電源から与えられる電流を用いることにより、電極と被加工物との間に供給される電流をコントロールしようとしてきた。

　本願発明は、浮遊容量を利用して被加工物の面粗度を向上させることが可能な放電加工装置等を提供することを目的とする。

　本願発明の第１の観点は、電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路を備える放電加工装置であって、前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間に発生する浮遊容量部に対して、蓄電した電荷が前記間隙に供給された後に、充電して再び放電させることを特徴とするものである。

　本願発明の第２の観点は、第１の観点の放電加工装置であって、前記電流供給回路は、前記浮遊容量部の放電し終わる前までに電荷を蓄電し、前記浮遊容量部の放電後に、蓄電していた電荷によって前記浮遊容量部を充電する蓄電部を備えるものである。

　本願発明の第３の観点は、第２の観点の放電加工装置であって、前記電流供給回路は、前記電極及び前記被加工物と直列に接続する抵抗部を含み、前記蓄電部は、前記抵抗部と並列に接続するものである。

　本願発明の第４の観点は、第３の観点の放電加工装置であって、前記電流供給回路は、前記蓄電部及び前記浮遊容量部との間にあるインダクスタンスを調整するコイル部を備えることを特徴とするものである。

　本願発明の第５の観点は、第１から第４のいずれかの観点の放電加工装置であって、前記電流供給回路は、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加するか否かを制御するスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記浮遊容量部が放電してから充電して再び放電するまでの間、継続して、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加させるものである。

　本願発明の第６の観点は、第５の観点の放電加工装置であって、前記スイッチング素子は、前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を継続して印加させるオン制御をし、又は、前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加させ、印加しない状態にした後に再び印加するオンオフ制御をするものである。

　本願発明の第７の観点は、第１から第６のいずれかの観点の放電加工装置であって、前記被加工物は、ワークテーブルに固定され、前記被加工物への通電は、前記ワークテーブルを介して行われるものであり、前記ワークテーブルは、多層構造であって、加工槽を形成する加工槽層、前記ワークテーブルの脚部と前記被加工物を固定するための固定部とを絶縁する絶縁層、及び、前記被加工物へ通電させる通電層を含むことを特徴とするものである。

　本願発明の第８の観点は、請求項１から７のいずれかに記載の放電加工装置であって、前記放電加工は、ワイヤ放電加工であって、被加工物と電極の極性を任意の周期で入れ替える電極切替回路を備える。

　本願発明の第９の観点は、電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路における放電加工方法であって、前記間隙に電圧を印加することによって前記電極と前記被加工物の間の浮遊容量部を蓄電する浮遊容量部蓄電ステップと、前記電極と被加工物の間の電圧が所定の放電電圧を越えることにより、前記間隙に対して前記浮遊容量部に蓄電されている電荷を放電し、前記電極と被加工物の間の電圧が所定の放電電圧未満となる浮遊容量部放電ステップと、前記浮遊容量部を蓄電する浮遊容量部再蓄電ステップと、前記電極と被加工物の間の電圧が、再び所定の放電電圧を越えることにより、前記間隙に対して前記浮遊容量部に蓄電されている電荷を放電する浮遊容量部再放電ステップを含むことを特徴とするものである。

　本願発明の第１０の観点は、電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路を設計するための設計方法であって、前記電流供給回路は、前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間に発生する浮遊容量部に対して、蓄電した電荷が前記間隙に供給された後に、充電して再び放電させるものであって、前記電極及び前記被加工物と直列に接続する、電源部、抵抗部、及び、コイル部と、前記抵抗部と並列に接続する蓄電部を備え、前記電源部側から前記浮遊容量部側に流れる電流の値に基づいて前記抵抗部の抵抗値を決定する抵抗値決定ステップと、前記放電加工が開始して前記電源部側から前記浮遊容量部側に流れる電流が増加するまでの時間に基づいて前記コイル部のインダクタンス値を決定するインダクタンス値決定ステップと、前記放電加工が開始して前記間隙にかかる電圧の変化に基づいて前記蓄電部の容量を決定する容量決定ステップを含むものである。

　なお、蓄電部は、例えば、コンデンサである。このコンデンサは、ハイスピードコンデンサ、クイックチャージコンデンサとして、放電後の浮遊容量に対して、高速に蓄電させるためのものである。

　本願発明の各観点によれば、電極と被加工物の間隙に対して、浮遊容量を利用して電流パルスを供給することにより、電流パルスのピーク電流を小さくすることが可能になる。すなわち、電極と被加工物の間隙における電流は、主として、浮遊容量から供給される電荷によるものとすることができる。本願発明の各観点によれば、浮遊容量を積極的に利用して、浮遊容量に含まれた電荷を利用して電流パルスを生成することにより、電流パルスのピーク電流を小さくして、面粗度を向上させることが可能になる。

　さらに、本願発明の第２の観点によれば、蓄電部は、放電後の浮遊容量に対して、高速に充電することが可能になる。これにより、電流パルスのピーク電流を小さくしたまま、電極と被加工物の間の放電開始までの電圧を短い時間で回復し、放電周期を短くして、単位時間当たりの放電回数（放電周波数）を増やし効率的に面粗度を向上させることが可能になる。さらに、効率的に加工を進められることから、加工速度を向上させることができ、外乱（外部振動や、電源電圧の変動、温度などの変化等）を受ける確率を減らすことができるため、安定した加工面粗さを得ることが可能になる。

　さらに、本願発明の第３の観点によれば、蓄電部を、抵抗に対して並列に接続することにより、浮遊容量の放電後の充電を容易に実現することが可能になる。これにより、小さな電荷で引き起こされる放電現象を、短い周期で発生させることが可能となり、被加工物の面粗度を安定的に向上させることが可能となる。

　さらに、本願発明の第４の観点によれば、コイル部を設けて蓄電部及び浮遊容量部との間にあるインダクスタンスを調整することにより、放電時に、蓄電部や電源からの電流が極間に十分に流れ始めるまでの時間を調整することができる。放電終了後に、十分大きな量が流れるようにすることにより、極間での放電のほとんどを、浮遊容量によるものにすることができ、放電を小さなものとすることができる。また、充電は、主として浮遊容量に対して行われることとなり、放電現象の周期を小さくすることが可能になる。よって、コイル部により、浮遊容量部が、放電してから蓄電して再び放電するまでの時間を短くすると共に放電に寄与するピーク電圧を調整することが可能になる。

　さらに、本願発明の第５の観点によれば、浮遊容量によってパルス電流を発生させるため、放電加工の間、スイッチング素子は、オンの状態でも、パルス電流を発生させることができる。

　さらに、本願発明の第６の観点は、オン制御とオンオフ制御を切り替えることにより、電極と被加工物の間の絶縁回復を確実にすることが可能になる。すなわち、例えば油を利用するワイヤ放電加工機の場合、ワイヤ電極と被加工物の間の絶縁回復が早いために、オン制御によってパルス電流を発生することができる。例えば、オン制御時におけるパルス電流の時間間隔を基準として、加工液の絶縁回復が、この時間間隔よりも十分早い場合には、オン制御によりパルス電流を生成する。他方、水を利用する場合、ワイヤ電極と被加工物の間の絶縁回復が悪いため、オンオフ制御して絶縁回復を確実にする。例えば、少なくとも、加工液の絶縁回復が、オン制御時におけるパルス電流の時間間隔よりも遅い場合には、オンオフ制御をして絶縁回復を確実に行ってパルス電流を生成する。例えば、加工液の絶縁回復が所定の時間よりも早いものであるか遅いものであるかによって、オン制御だけでなく、オンオフ制御によって絶縁回復を確実に行うようにすることが可能になる。

　さらに、本願発明の第７の観点によれば、ワイヤ電極と被加工物の間の浮遊容量を最小にできるため、１回の放電現象に使われる電荷が最小となり、１回の放電痕が最小となることで、面粗さを向上させることが可能となる。従来、例えば、ワークテーブルをセラミック製（絶縁素材）で作り、ワークに細工して電気配線を行う仕様の機構などがある。しかしながら、被加工物に配線箇所を細工するには、制限事項が増加することとなる。本願発明の第７の観点によれば、ワークテーブルは、多層構造である。例えば、絶縁層と、通電層を含む。ワークテーブルの脚部は、金属であり、特に硬度はいらないものである。絶縁層であるテーブル部分は、例えばセラミック層であり、ワークテーブルの脚部と被加工物を固定するための固定部とを絶縁する。通電層である金属層は、被加工物へ通電させるものであり、電流を流しやすく、被加工物によっても傷付きにくい硬度を持つ金属である。例えば、熱処理された合金鋼などである。本願発明の第７の観点によれば、テーブル全体に電流を流す構造に比べ、ワークに接触するテーブルの電導部分の質量が少ないため、浮遊容量が減ることになる。

　さらに、本願発明の第８の観点によれば、電極と被加工物の間に絶縁物として存在する加工液が例えば水の場合、電解腐食が起きやすいため、被加工物と電極の極性を特定の周波数で入れ替えて加工することで、電触の発生を抑えることが可能となる。電源は、このための切換装置を付属している。加工液が、例えば水の場合と油の場合とでは、被加工物を構成する物質の酸化還元や溶出、他の物質の溶着等の特性が変わるため、電源構成と電源極性の制御方法などが異なる。油のように絶縁性が高い場合には、電極と被加工物との距離を短くすることが可能である。

本願発明の実施の形態に係る放電加工装置の一例の概要を示す図である。図１の被加工物１９が固定されるワークテーブルの一例を示す図である。実際の加工によって得られた面粗さの測定結果を示す図である。図１のコンデンサ１１が無い場合の電圧Ｖ₀及び電流Ｉ₂の一例を示す図である。図１のコンデンサ１１がある場合の電圧Ｖ₀及び電流Ｉ₂の一例を示す図である。実際の放電間隔と同様の条件によるシミュレーション結果を示す。図１の電流供給回路３を設計するための設計装置の構成の一例を示すブロック図である。図７の設計装置５１の動作の一例を示すフロー図である。図１のコンデンサ１１及びコイル１５がない場合の実回路で、実際の放電加工を行ったときのワイヤ電極１７と被加工物１９との間の電圧測定結果を示すグラフである。図１のコンデンサ１１及びコイル１５がある場合の実回路で、実際の放電加工を行ったときのワイヤ電極１７と被加工物１９との間の電圧測定結果を示すグラフである。

　以下、図面を参照して本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明の実施の形態は、本実施例に限定されるものではない。

　図１は、本願発明の実施の形態に係る放電加工装置の一例の概要を示す図である。放電加工装置１は、電流供給回路３を備える。電流供給回路３は、放電加工部５と、電源７と、抵抗９（本願請求項の「抵抗部」の一例）と、コンデンサ１１（本願請求項の「蓄電部」の一例）と、スイッチング素子１３（本願請求項の「スイッチング素子」の一例）と、コイル１５（本願請求項の「コイル部」の一例）を備える。

　放電加工部５は、ワイヤ放電加工を行うものであり、電極１７（本願請求項の「電極」の一例）と、被加工物１９（本願請求項の「被加工物」の一例）を備える。電極１７と被加工物１９の間には、絶縁物として加工液が存在する。加工液は、例えば、水や油である。電極１７と被加工物１９との間には、電圧の印加により、電極１７と被加工物１９との間に浮遊容量２１（本願請求項の「浮遊容量部」の一例）が発生する。

　電流供給回路３の接続関係について説明する。電流供給回路３では、放電加工部５と、電源７と、抵抗９と、スイッチング素子１３と、コイル１５が直列に接続する。コンデンサ１１は、抵抗９と並列に接続する。

　電流供給回路３における記号について説明する。抵抗９の抵抗値をＲ₁とする。コンデンサ１１の容量をＣ₁とする。スイッチング素子１３をＳ₁ともいう。コイル１５のインダクタンス値をＬ_xとする。浮遊容量２１の容量をＣ_xとする。抵抗９を経由する電流をＩ_r1とする。コンデンサ１１から供給される電流をＩ_c1とする。コイル１５を経由する電流をＩ₁とする。Ｉ₁＝Ｉ_r1＋Ｉ_c1である。電極１７に供給される電流をＩ₂とする。電極１７と被加工物１９との間にかかる電圧をＶ₀とする。

　電源７は、電極１７と被加工物１９との間に電圧を印加するためのものである。

　抵抗９は、電源７からの電流を制御するためのものである。

　コンデンサ１１は、電源７の電流を用いて蓄電するものである。コンデンサ１１は、浮遊容量２１が放電した後に、浮遊容量２１を充電するために用いられる。

　スイッチング素子１３は、電源７と電極１７との間の電気的接続関係について、オンとオフを制御するためのものである。スイッチング素子１３は、浮遊容量２１を利用する仕上げ加工の場合、オン状態を維持してもよく、特定の周期でオンとオフを切り替えてもよい。図１の電源回路では、オン制御もオンオフ制御も選択することができる。

　例えば油を利用するワイヤ放電加工機の場合、ワイヤ電極と被加工物の間の絶縁回復が早いために、オン制御によってパルス電流を発生することができる。例えば、オン制御時におけるパルス電流の時間間隔を基準として、加工液の絶縁回復が、この時間間隔よりも十分早い場合には、オン制御によりパルス電流を生成する。他方、水を利用する場合、ワイヤ電極と被加工物の間の絶縁回復が悪いため、オンオフ制御して絶縁回復を確実にする。例えば、加工液の絶縁回復が所定の時間よりも早いものである場合にはオン制御によってパルス電流を生成し、加工液の絶縁回復が所定の時間よりも遅いものである場合にはオンオフ制御によって絶縁回復を確実に行ってパルス電流を生成することが可能になる。

　コイル１５は、抵抗９、コンデンサ１１及び浮遊容量２１とＬＲＣ回路を構成する。コイル１５は、コンデンサ１１及び浮遊容量２１との間にあるインダクタンスを調整して、浮遊容量２１が、放電してから蓄電して再び放電するまでの時間を短くするためのものである。

　なお、本願発明は、例えば特許文献２のように、共振させてスイッチングよりも速いものを実現するものとは異なる。すなわち、コイル１５のインダクタンス値Ｌ_xは、立ち上がりの速さ（図５の線４７）やピークのＶ値に影響することとなる。例えば、コイル１５のインダクタンス値Ｌ_xを大きくすると、周期は短くなるものの、Ｖ値のピークが大きくなる。その結果、放電に使う電気容量が大きくなり、面粗さに悪い影響を与える。そのため、例えば、配線の持つコイル容量と等価な値（又は、等価と評価できる程度の範囲内）とすることなどが考えられる。同様に、立ち上がりは、Ｃ₁の値にも影響される。よって、コンデンサ１１の容量Ｃ₁とコイル１５のインダクタンス値Ｌ_xを調整することにより、望む立ち上がりを設計することができる。

　放電加工装置１では、電極１７と被加工物１９の極間に放電が発生すると、電極１７と被加工物１９との間隙に電流が流れ、導電路が形成される。放電加工部５は、電極１７と被加工物１９の極間に電圧を印加して、電極１７と被加工物１９の間隙に電流を供給することにより、被加工物１９を加工するものである。電極１７と被加工物１９との間の距離は、極間に放電が発生するように制御されている。

　図２は、図１の被加工物１９が固定されるワークテーブルの例を示す図である。図２（ａ）は、ワークテーブルの概要を示し、（ｂ）は、実際に作成されたワークテーブルの全体像を示し、（ｃ）は、（ｂ）の多層構造の部分を拡大するものである。

　図２（ａ）において、本実施例のワークテーブルは、多層構造であり、脚の部分金属３１（本願請求項の「脚部」の一例。特に硬度はいらない。）、絶縁のためのセラミック層３３（本願請求項の「絶縁層」の一例）、及び、セラミック層３３の上に被加工物１９を接触して設置するための金属層３５（電流を流しやすく、被加工物１９によっても傷付きにくい硬度を持つ金属。例えば熱処理された合金鋼など）を含む構造になっている。

　本実施例のワークテーブルの構造について、具体的に説明する。ワークテーブルには、上下に２つのヘッド３７及び３９が存在する。給電部４１は、金属層３５に給電するためのものである。被加工物１９は、金属層３５に固定されており、被加工物１９への通電は、金属層３５を介して行われる。給電部４３は、ヘッド３７及び３９に給電するためのものである。

　まず、ワークテーブルを、全て金属で作成することが考えられる。しかしながら、この場合、加工槽全体との間で浮遊容量が決定されることとなり、浮遊容量が大きなものとなる。

　そのため、従来、ワークテーブルをセラミック製（絶縁素材）で作り、ワークに細工して電気配線を行う仕様の機構とすることにより、浮遊容量を小さくすることが考えられた。しかしながら、ワークに配線箇所を細工すると、制限事項が増えてしまうこととなる。

　本実施例によれば、ワークテーブルを多層構造とし、セラミック層３３による絶縁により、作業性を維持しつつ、ワークテーブルの表面積を小さくすることができる。これにより、浮遊容量は、実質的に、ワークテーブルの表面積とヘッドの表面積で決定され、浮遊容量を十分に小さくすることができる。よって、テーブル全体を絶縁体とすることに比べ、作業性を向上させることができ、かつ、テーブル全体に電流を流す構造に比べ、ワークに接触するテーブルの電導部分の質量が少ないため、浮遊容量が減ることになる。（ｃ）は、金属層３５への給電方法を示す図である。

　続いて、電流供給回路３の動作の一例について説明する。まず、スイッチング素子１３がオフの状態では、電流供給回路３には、電流が流れていない。

　スイッチング素子１３をオンにすると、電源７により、コンデンサ１１及び放電加工部５に電圧がかかり、コンデンサ１１及び浮遊容量２１に蓄電される。浮遊容量２１には、抵抗９による電流（Ｉ_r1）により充電されることとなる。

　放電加工部５にかかる電圧が所定の値（以下、「放電電圧」という。）となると、電極１７と被加工物１９の極間に放電が発生し、電極１７と被加工物１９との間隙に電流が流れて、導電路が形成される。電源７及びコンデンサ１１の電流は、コイル１５が存在するため、放電加工部５及び浮遊容量２１に、十分に大きな量が流れるまでに時間がかかる。そのため、電極１７と被加工物１９の間に放電が起こると、極間には、主として、浮遊容量２１から電流が多く流れることとなる。

　浮遊容量２１が放電されると、浮遊容量２１の電圧が急激に下がる。その結果、Ｖ₀は、放電電圧よりも低くなる。すると、浮遊容量２１は、抵抗９を経由する電流Ｉ_r1だけでなく、コンデンサ１１から供給される電流Ｉ_c1によっても、充電されることとなる。そして、Ｖ₀が、再び放電電圧を越えることにより、電極１７と被加工物１９の極間に放電が発生する。後に、コンデンサ１１がない場合に比較して、高速に充電して、放電周期を短くなることについて、シミュレーション結果を用いて説明する。そして、効率的に加工を進められることから、加工速度を向上させることができ、外乱（外部振動や、電源電圧の変動、温度などの変化等）を受ける確率を減らすことができるため、安定した加工面粗さを得ることが可能になる。

　図３は、実際の加工によって得られた面粗さの測定結果を示す図である。横軸は、位置を示し、単位はｍｍである。縦軸は、断面曲線を示し、単位はμｍである。標準ピックアップで、算出規格はＪＩＳ－Ｂ０６０１　２００１年度版、測定長さは１．２５ｍｍ、カットオフ波長は０．２５ｍｍである。最大高さ面粗さを示す。

　続いて、図４及び図５を参照して、図１のコンデンサ１１が無い場合とある場合について説明する。図４及び図５において、横軸は時間であり、縦軸は、上のグラフが電圧Ｖ₀であり、下のグラフでは電流Ｉ₂である。Ｖ_Dは、放電電圧である。ｉ₂₁は、パルス電流のピーク値である。

　図４は、図１のコンデンサ１１が無い場合の電圧Ｖ₀及び電流Ｉ₂の一例を示す図である。浮遊容量２１が充電されると、Ｖ₀は上昇し、時刻ｔ₁₁において、放電電圧Ｖ_Dを越える。そうすると、浮遊容量２１に蓄電された電荷が放電され、浮遊容量２１の電圧が急激に減少する。そして、ｔ₁₂において放電が終了する。ｔ₁₁からｔ₁₂にかけて、パルス電流が生じる。浮遊容量２１は、放電が終了すると、電源７によって再び蓄電される。ｔ₁₃で、再び放電電圧Ｖ_Dを越えると、浮遊容量２１に蓄電された電荷が放電され、浮遊容量２１の電圧が急激に減少する。これを繰り返すことにより、周期Ｔ₁のパルス電流が発生することとなる。

　図５は、図１のコンデンサ１１がある場合の電圧Ｖ₀及び電流Ｉ₂の一例を示す図である。浮遊容量２１が充電されると、Ｖ₀は上昇し、時刻ｔ₂₁において、放電電圧Ｖ_Dを越える。そうすると、浮遊容量２１に蓄電された電荷が放電され、浮遊容量２１の電圧が急激に減少する。そして、ｔ₂₂において放電が終了する。ｔ₂₁からｔ₂₂にかけて、パルス電流が生じる。浮遊容量２１は、放電が終了すると、電源７及びコンデンサ１１によって再び蓄電される。コンデンサに蓄電されたものを用いるため、ライン４７は、ライン４５（図４のｔ₁₂～ｔ₁₃までのライン）に比較して、蓄電が速くなっている。そのため、ｔ₁₃よりも早いｔ₂₃において、再び放電電圧Ｖ_Dを越えると、浮遊容量２１に蓄電された電荷が放電され、浮遊容量２１の電圧が急激に減少する。これを繰り返すことにより、周期Ｔ₂のパルス電流が生じる。周期Ｔ₂は、周期Ｔ₁よりも短いものとなる。

　図６は、実際の放電間隔と同様の条件によるシミュレーション結果を示す。横軸は、充電開始からの時間（μｓｅｃ）を示し、縦軸は極間電圧を示す。例えば、極間電圧が２００Ｖになるまでの時間は、コンデンサが無い場合には０．２３４μｓｅｃであったのに対し、コンデンサがある場合には０．０８７μｓｅｃであった。そのため、約２．６倍も早く、極間電圧が上昇していることが分かる。よって、コンデンサ１１が存在する場合と存在しない場合では、浮遊容量に蓄電される速さが大きく異なることがわかる。

　続いて、抵抗９の抵抗値Ｒ₁、コンデンサ１１の容量Ｃ₁、コイル１５のインダクタンス値Ｌ_xを決定する設計法の一例について説明する。

　まず、抵抗９の抵抗値は、電源７から浮遊容量２１及び放電加工部５へ供給される電流の値から決定される。この電流が大きいと、極間には、連続的に電流が流れることとなる。そのため、極間での放電が連続して生じない電流の値とするように、抵抗９の抵抗値が決定される。

　続いて、コイル１５のインダクタンス値が決定される。コイル１５のインダクタンス値が小さいと、極間での放電中に、電源７側からの電流が極間に流れることとなり、極間に電流が連続的に流れることとなる。そのため、コイル１５のインダクタンス値は、放電時には、電源７の電流が極間に流れるのを止めて浮遊容量に蓄電された電力が極間に流れるようにし、さらに、放電が終了した後には、電源７側からの電流が浮遊容量２１に蓄電されるように決定される。

　続いて、コンデンサ１１の容量が決定される。コンデンサ１１の容量が大きいと、浮遊容量２１の充電時に、オーバーシュートで、極間での放電が開始されてしまうことになる。そうすると、放電が大きくなり、面粗度が悪化してしまう。そのため、このようなオーバーシュートが生じないように、コンデンサ１１の容量を決定する。

　図７は、図１の電流供給回路３を設計するための設計装置の構成の一例を示すブロック図である。図８は、図７の設計装置５１の動作の一例を示すフロー図である。設計装置５１は、抵抗値決定部５３と、インダクタンス値決定部５５と、容量決定部５７と、表示部５９を備える。

　まず、設計装置５１における初期値設定として、電源７の電圧、浮遊容量２１の容量、及び、放電加工部５の電気的特性は、与えられる（ステップＳＴ１）。

　抵抗値決定部５３は、利用者の操作によって、抵抗９の抵抗値を決定する（ステップＳＴ２）。

　続いて、抵抗値決定部５３は、抵抗９に流れる電流を決定する。例えば、電源７の電圧が５００Ｖとした場合、抵抗９の抵抗値として１ｋΩとした場合、０．５Ａの電流が流れるとする。そして、この電流によって、極間で連続的な放電が生じるか否かを分析する（ステップＳＴ３）。

　抵抗値決定部５３は、表示部５９に、抵抗９に流れる電流を表示してもよい。利用者が抵抗９の抵抗値を修正するよう指示した場合、ステップＳＴ２の処理に戻り、改めて分析する。

　インダクタンス値決定部５５は、利用者の操作によって、コイル１５のインダクタンス値を決定する（ステップＳＴ４）。

　続いて、インダクタンス値決定部５５は、極間での放電が開始してから時間が経過するに従って、電源７側から浮遊容量２１側に流れる電流を分析する。そして、極間での放電が開始してから終了するまでに、一定量以上の電流が流れるか否かを分析する。この一定量による判断は、例えば、絶対的な量と比較して判断してもよく、浮遊容量２１からの電流と比較した相対的な量で判断してもよい。

　インダクタンス値決定部５５は、表示部５９に、時間経過に沿った電流の値をグラフ等により表示してもよい。利用者がコイル１５のインダクタンス値を修正するよう指示した場合、ステップＳＴ４の処理に戻り、改めて分析する。

　容量決定部５７は、利用者の操作によって、コンデンサ１１の容量を決定する（ステップＳＴ６）。

　容量決定部５７は、放電後に、極間の電圧を分析する。そして、コンデンサ１１による充電のピーク値で放電がなされるか否かを分析する（ステップＳＴ７）。

　容量決定部５７は、表示部５９に、時間経過に沿った電圧の値をグラフ等により表示してもよい。利用者がコンデンサ１１の容量を修正するよう指示した場合、ステップＳＴ６の処理に戻り、改めて分析する。

　なお、放電加工部５において、電極１７と被加工物１９の間に絶縁物として存在する加工液は、例えば、水や油などが用いられる。水の場合と油の場合では、被加工物を構成する物質の酸化還元や溶出、他の物質の溶着等の特性が変わるため、電源構成と電源極性の制御方法などが異なる。特に水の場合には、電解腐食が起きやすいため、被加工物と電極の極性を特定の周波数で入れ替えて加工することで、電触の発生を抑えている。電源はこのための切換装置を付属している。油加工の場合は，特に切り替える必要は無い。例えば、特開平２－２７９２１４号公報を参照されたい。

　続いて、図９及び図１０を参照して、実回路による図１のコンデンサ１１及びコイル１５がない場合（図９）とある場合（図１０）の有効放電を比較することにより、コンデンサ１１及びコイル１５の意義を具体的に説明する。

　図９は、図１のコンデンサ１１及びコイル１５がない場合の実回路で、実際の放電加工を行ったときのワイヤ電極１７と被加工物１９との間の電圧測定結果を示すグラフである。この場合、グラフに表示した時間内では、２回の有効放電が確認される。また、二次放電と思われる現象が３回観察される。ここで、二次放電とは、目的とする放電加工とは違う放電の総称である。例えば、加工時発生するスラッジ等への間接放電が主に考えられる。

　図１０は、図１のコンデンサ１１及びコイル１５がある場合の実回路で、実際の放電加工を行ったときのワイヤ電極１７と被加工物１９との間の電圧測定結果を示すグラフである。この場合、グラフに表示した時間内で、８回の有効放電が確認される。また、二次放電は観測されていない。適正なコンデンサ容量とコイル容量が設定されているため、オーバーシュートが押さえられた電圧波形であり、最小電荷で放電を行えている。このことから、コンデンサ１１の機能として、浮遊容量への素速い電荷のチャージを行える電荷容量を確保することが期待される。また、コイル１５の機能として、電源部からのチャージを放電時間よりは遅らせることで、放電現象を区切ることが期待される。さらに、コンデンサ１１及びコイル１５の作用による発振によって、適正なオーバーシュートを起こし浮遊容量への素速いチャージを安定して実現する機能が実証されている。

　１　放電加工装置，３　電流供給回路，５　放電加工部，９　抵抗，１１　コンデンサ，１３　スイッチング素子，１５　コイル，１７　電極，１９　被加工物，２１　浮遊容量，３１　脚の部分金属，３３　セラミック層，３５　金属層，３７、３９　ヘッド，４１、４３　給電部，４５、４７　ライン，５１　設計装置，５３　抵抗値決定部，５５　インダクタンス値決定部，５７　容量決定部，５９　表示部

Claims

　電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路を備える放電加工装置であって、
　前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間に発生する浮遊容量部に対して、蓄電した電荷が前記間隙に供給された後に、充電して再び放電させることを特徴とする放電加工装置。
　前記電流供給回路は、前記浮遊容量部の放電し終わる前までに電荷を蓄電し、前記浮遊容量部の放電後に、蓄電していた電荷によって前記浮遊容量部を充電する蓄電部を備える、請求項１記載の放電加工装置。
　前記電流供給回路は、前記電極及び前記被加工物と直列に接続する抵抗部を含み、
　前記蓄電部は、前記抵抗部と並列に接続する、請求項２記載の放電加工装置。
　前記電流供給回路は、前記蓄電部及び前記浮遊容量部との間にあるインダクスタンスを調整するコイル部を備えることを特徴とする、請求項２又は３記載の放電加工装置。
　前記電流供給回路は、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加するか否かを制御するスイッチング素子を備え、
　前記スイッチング素子は、前記浮遊容量部が放電してから充電して再び放電するまでの間、継続して、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加させるものである、請求項１から４のいずれかに記載の放電加工装置。
　前記電流供給回路は、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加するか否かを制御するスイッチング素子を備え、
　前記スイッチング素子は、
　　前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を継続して印加させるオン制御をし、又は、
　　前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間隙に電圧を印加させた後、印加しない状態にし、再び印加する状態とするオンオフ制御をすることにより、前記電極と前記被加工物の間の絶縁を回復させるものである、請求項１から５のいずれかに記載の放電加工装置。
　前記被加工物は、ワークテーブルに固定され、前記被加工物への通電は、前記ワークテーブルを介して行われるものであり、
　前記ワークテーブルは、多層構造であって、
　　前記ワークテーブルの脚部と前記被加工物を固定するための固定部とを絶縁する絶縁層、及び、
　　前記被加工物へ通電させる通電層を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の放電加工装置。
　前記放電加工は、ワイヤ放電加工であって、
　前記電極及び前記被加工物の極性を特定の周波数で入れ替える電極切替回路を備える、請求項１から７のいずれかに記載の放電加工装置。
　電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路における放電加工方法であって、
　前記間隙に電圧を印加することによって前記電極と前記被加工物の間の浮遊容量部を蓄電する浮遊容量部蓄電ステップと、
　前記電極と被加工物の間の電圧が所定の放電電圧を越えることにより、前記間隙に対して前記浮遊容量部に蓄電されている電荷を放電し、前記電極と被加工物の間の電圧が所定の放電電圧未満となる浮遊容量部放電ステップと、
　前記浮遊容量部を蓄電する浮遊容量部再蓄電ステップと、
　前記電極と被加工物の間の電圧が、再び所定の放電電圧を越えることにより、前記間隙に対して前記浮遊容量部に蓄電されている電荷を放電する浮遊容量部再放電ステップを含むことを特徴とする放電加工方法。
　電極と被加工物の間隙に電流を供給して放電加工を行う電流供給回路を設計するための設計方法であって、
　前記電流供給回路は、
　　前記放電加工において、前記電極と前記被加工物の間に発生する浮遊容量部に対して、蓄電した電荷が前記間隙に供給された後に、充電して再び放電させるものであって、
　　前記電極及び前記被加工物と直列に接続する、電源部、抵抗部、及び、コイル部と、
　　前記抵抗部と並列に接続する蓄電部を備え、
　前記電源部側から前記浮遊容量部側に流れる電流の値に基づいて前記抵抗部の抵抗値を決定する抵抗値決定ステップと、
　前記放電加工が開始して前記電源部側から前記浮遊容量部側に流れる電流が増加するまでの時間に基づいて前記コイル部のインダクタンス値を決定するインダクタンス値決定ステップと、
　前記放電加工が開始して前記間隙にかかる電圧の変化に基づいて前記蓄電部の容量を決定する容量決定ステップを含む設計方法。