JPH0236016A - 微細加工用電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微細加工用電源、特に面粗さが３μｍ　ＲＭ
ａｘ以下の微細加工ができ、しかも比較的大きい浮遊容
量が存在する型ぼり放電加工に適した微細加工用電源に
関するものである。

〔従来の技術〕

放電加工における微細加工とは１通常面粗さにして１〜
３μｍＲＭａｘ以下の範囲を言い、この範囲では、小さ
くかつ正確な放電電流波高値とパルス幅とをもつパルス
が必要とされる。

ところが、一般に１間隙にかかる電圧と間隙に至る導体
回路中におけるインピーダンス浮遊容量などの回路定数
とにより、実際加工中に流れるピーク電流は大きく依存
して変化する。そのため加工面粗さは、大小の違う加工
クレータ（放電によって吹き飛ばされた金属面の痕）の
寄せ集まりとなっている。

従って、求める面粗さを考慮してその面粗さが非所望に
大となる電気加工条件及び電気的結合を取り除くことが
均一な微細加工を行う要件となっており、具体的には加
工電圧を低く抑えることによって、放電電流を絞れば上
記の均一な微細加工が行われることになる。しかしなが
ら、これでは実際には加工が行えない、何故ならば、放
電を開始させるためには、少なくとも間隙内にて電子な
だれを起す寸前まで、電子を供給し続けるだけの比較的
小さい電源インピーダンスを持っていなければならない
が、実際には間隙に至る配線が機械ストローク等のため
、どうしても長くなり、インピーダンスが高くならざる
をえない、このために加工電圧を低く抑えて放電電流を
小さくすることができなかった。

ただ、放電の開始時の短い時間だけ、電源インピーダン
スを小さくすることができれば、加工を行うことができ
、これを解決しているのが現在−膜内に行われている第
２図図示の如き方法である。即ち図に示す如く間隙にコ
ンデンサを並列に接続する第２図図示の如き方法である
。

第２図において、符号１はメイン電源、２はコンデンサ
、３は抵抗、４はＦＥＴｌ−ランジスタ。

５はダイオード、６はインダクタンス５７は電極。

８は工作物、９はコンデンサを表わしている。

第２図図示の場合には、メイン電ａｌの電圧をいわば所
定の値に選んだ上で求める面粗さに求してコンデンサ９
の容量を定め、ＦＥＴｌ−ランジスタ４のゲートに印加
される一定周期のパルスによってオンオフされるＦＥＴ
）ランジスタ４を介しメイン電源１からコンデンサ９を
充電させ、該コンデンサ９の放電エネルギーを使って加
工を行っていた。

（発明が解決しようとする課題〕 加工面粗さはコンデンサ９に蓄積される放電エネルギー
によって決定されるが、加工の繰返しを決めるのは、充
電の速度、すなわち電源インピーダンスの大小に依存す
る。

従って加工速度を上げるため電源インピーダンスを小さ
くして加工を行うわけであるが、微細加工を行いつつ加
工速度を上げようとすると８次の問題が発生して実用上
の不ツタとなり、加工の再現性および信転性が得られな
いという問題があった。

放電が開始されるきっかけについては、過去からいろい
ろ論文が発表されているが、微細放電については微小接
点への電流集中による急激なジュール熱の発生、金属の
溶融及び蒸発、加工液の蒸発、そして局部圧力の発生と
続く一連のプロセスによるものと考えることができる。

従って、その時印加されるエネルギーで接触点を溶融、
飛散できるかどうかは、接触点の大きさ、同時期の接触
点の数によって決まるものと考えられる。接触点が大き
かったり、接触点数が多かったりすると。

１つあたりの電流密度が小さくなって、溶融飛散するこ
とができない。

すなわち、正規に放電できるチャンスが非常に減ること
になる。実際上は短絡することが多くなって不安定とな
る。このことから正確に間隙を制御しなければならない
ことや、接触点の数を必要以上に増すことのないよう、
チップ排出に細心の注意を払わなければならないことが
想起される。

しかしながら第２図に示される従来の構成では。

特に型ぼり放電加工の場合には接触点の数が多くなった
りして不安定なのにその上電源インピーダンスを小さく
して電流がそれぞれの接触点に分岐するような形で加工
を行っているのが、実際であり２間隙の様々な変化に対
応してコンデンサ９の容量が対応しているはずがなく、
再現性、信頬性のあるものとは言えなかった。

また、加工間隙内でのチップやガスが程良く排出されて
加工が行われている状態（放電したあとの休止時間中に
発生イオンが消イオン化され絶縁が回復されている状態
）であれば、その状況が続くかぎり電源インピーダンス
を低くしても構わないが、放電が生じた後に一旦絶縁が
回復しない状態が生じると、電源インピーダンスが小さ
いことから比較的大きいと、充電電流が直接２間隙に流
れて面粗さが荒れる加工となる。このため、加工液の液
処理と電源インピーダンスとの調整が難しくなり、結局
の所、多少の面荒れを覚悟して加工するほかな（、それ
以上のことは期待できなかった。さらに、コンデンサ９
を間隙に接続していて。

その放電電流は間隙を含めた放電回路定数によって決ま
る振動電流となるため、電極７に対する電子の衝突度合
が増えることになり、電極７の消耗が倍加する欠点もあ
った。

本発明は上記の欠点を解決することを目的としており、
第２図図示のコンデンサ９を積極的に配置する方向を止
め、型ぼり加工においては無視できない間隙の浮遊容量
を放電が可能な低電圧の検出用電圧で充電すると共に間
隙に先行放電を起させ５咳先行放電開始を契機に主加工
電源からの高電圧を印加し、先行放電が生している放電
点に上記高電圧による放電電流を集中させて加工するよ
うにし、上記浮遊容量に蓄積されるエネルギーの影響を
も少なくするようにした微細加工用ｉｔ源を提供するこ
とを目的としている。

（ｉ１題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために１本発明の微細加工用電源は
面粗さが３μｍＲＭａｘ以下の微細加工が施される型ぼ
り放電加工用電源において、一定周期のパルスによって
オンオフされるスイッチング素子を備えた直流低電圧源
と、該直流低電圧源の印加電圧により、電極と工作物と
の間で生じる放電開始の間隙電圧を検出するコンパレー
タと、該コンパレータが検出する放電開始の検出信号を
受け、トリガ信号を発生させる単安定マルチバイブレー
タと、該単安定マルチバイブレータのトリガ信号で制御
されるスイッチング素子を備えると共に、上記直流低電
圧源に並列に接続された高インピーダンス直流高電圧源
とを備え、直流低電圧源の低電圧の検出用電圧で電極と
工作物との間に放電を先行させ、この先行放電開始を契
機に高インピーダンス直流高電圧源の高電圧を印加する
構成にして、電極と工作物との浮遊容量による影響を少
なくシ、型ぼり微細加工を行うようにしたことを特徴と
している。

〔作用〕

間隙の状態を検知するために放電が生じる程度の比較的
低電圧の検出用電圧を最初に間隙に印加して１間隙間の
電圧変化により放電開始の放電点を検知する。この放電
点を検知したときのみ、比較的高電圧の主加工電源から
該放電点に指定されたパルス幅の電流を投入し、放電電
流を該放電点に集中して流すと共に、型ぼり加工では加
工物の面積が広いため無視することのできない間隙の浮
遊容量が比較的低電圧の検出用電圧で充電されるように
し、その浮遊容量に蓄積されるエネルギーの影響を少な
くしたので、常に均一な微細加工が可能となる。

以下第１図を参照しつつ本発明を説明する。

〔実施例〕

第１図において、符号１．３ないし８は第２図のものに
対応している。１１は高インピーダンス直流高電圧源、
１２は直流低電圧ａ、ｔ３はコンパレータ、１４は単安
定マルチバイブレータ１５は浮遊容量、１６はＦＥＴ）
ランジスタ。

ｌフないし１９は抵抗、２０．２１は可変抵抗。

２２はコンデンサを表わしている。

直流低電圧源１２はメイン”Ｉ源１の高電圧を抵抗１７
と抵抗１８及び可変抵抗２０とで分圧されＦＥＴトラン
ジスタ１６のベースに印加される一定周期のパルスによ
ってオンオフされる低電圧の検出用電圧が生成される。

この直流低電圧源１２から電極７へ印加される検出用電
圧は、電極７と工作物８との間隙を放電するに足る低電
圧に設定されており９例えば間隙の状態を検知するため
の放電電圧２０〜２５Ｖ以上５０Ｖ以下までの範囲にあ
る検出用電圧に設定される。そして間隙での高い接触抵
抗をもった放電点の発生を効率よく検出するために抵抗
１９の抵抗値として比較的高い値を選んで１間隙にかか
る電圧の変化を正しく検出している。

ＦＥＴトランジスタ１６のゲートに一定周期のパルスが
印加されると、該ＦＥＴ１ランジスタ１６がオンとなり
、直流低電圧源１２から電極７へ上記低電圧の検出用電
圧が印加される。電極７と工作物８との間隙の成る１個
所で放電が開始すると１間隙間の電圧が降下し、該間隙
間の電圧変化を検出しているコンパレータ１３は、放電
開始の間隙電圧を検出し、単安定マルチバイブレータ１
４ヘトリガを掛ける。該単安定マルチバイブレータ１４
には、ＦＥＴトランジスタ１６のゲートに印加される一
定周期のパルスがストローブ信号として入力されている
ので、咳単安定マルチバイブレータ１４から可変抵抗２
１とコンデンサ２２との値によってパルス幅が定まるパ
ルスを高インピーダンス直流高電圧源１１内のＦＥＴ）
ランジスタ４へ向けて出力する。これにより該ＦＥＴト
ランジスク４はオンとなり、主加工電源である高・イン
ピーダンス直流高電圧源１１から高抵抗値の抵抗３の値
によって定まる立上りの良い電流パルスが５上記低電圧
の検出用電圧で放電している１個所の放電点に集中して
流れ込む、つまり先行放電が開始された１個所の放電点
に高インピーダンス直流高電圧源１１から供給されるパ
ルス放電電流が集中して流れ、放電電流が絞られること
になる。このとき、低電圧で充電される浮遊容量に蓄積
されたエネルギーが電極７を介して放出されることにな
るが、該浮遊容量に蓄積されるエネルギーは、低電圧の
検出用電圧で充電されているだけであるため低エネルギ
ーであり、高インピーダンス直流高電圧ａＺからのエネ
ルギーに比べ小さく、その影響はほとんど受けることは
ない。従って、電極７への供給エネルギーは高インピー
ダンス直流高電圧源１１からの供給されるエネルギーに
依存することになり、先行放電が開始された１個所の放
電点に対して所望の面粗さを得るに足る波高値をもつ低
い放電電流１例えばｉｐがＩＡ程度の電流を流すことが
でき、所望の均一な微細加工が可能となる。

なお、直流低電圧源１２の検出用電圧で電極７と工作物
８との間隙に放電が始まらないときには。

該間隙間に電圧変化が生じないので、コンパレータ１３
から単安定マルチバイブレータ１４ヘトリガが掛けられ
ず、従って高インピーダンス直流高電圧ａｔｔはオフと
なっており、浮遊容１１１５が高インピーダンス直流高
電圧源１１の高電圧で充電されることはない。該浮遊容
量１５が充電されるのは、低電圧の直流低電圧源１２の
みに依ってであり、該浮遊容１１５に蓄積されたエネル
ギーは、上記説明の如く高インピーダンス直流高電圧源
１１による微細加工時において、影響を与えることはほ
とんど無い。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、型ぼり加工の際無視することのでき
ない電極と工作物との間の浮遊容量を低電圧での検出用
電圧で充電されるようにすると共に、この低電圧の検出
用電圧で先行放電をさせ。

該先行放電電圧の開始を契機に、主加工電源の高電圧を
印加するようにしたので、先行放電による１個所の放電
点に放電電流を絞ることが可能となり、また上記浮遊容
量に蓄積されるエネルギーの影響も少ないので、常に所
定放電電流で加工することができ、均一な微細加工が可
能となる。

また、浮遊容量に蓄積されるエネルギーは小さいので、
放電振動電流が減少し、電極の消耗量が少な（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微細加工用電源の一実施例構成、
第２図は従来の放電加工用電源の回路構成を示している
。 図中、１はメイン電源、４はＦ　Ｅ　Ｔ、　）ランジス
ク、７は電極、８は工作物、９はコンデンサ。 １１は高インピーダンス直流高電圧源、１２は直流低電
圧源、１３はコンパレータ、１４は単安定マルチバイブ
レータ、１５は浮遊容量、１６はＦＥＴ）ランジスタを
表わしている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 面粗さが３μｍＲＭａｘ以下の微細加工が施される型ぼ
   り放電加工用電源において、 所定周期のパルスによってオンオフされるスイッチング
   素子を備えた直流低電圧源と、 該直流低電圧源の印加電圧により、電極と工作物との間
   で生じる放電開始の間隙電圧を検出するコンパレータと
   、 該コンパレータが検出する放電開始の検出信号を受け、
   トリガ信号を発生させる単安定マルチバイブレータと、 該単安定マルチバイブレータのトリガ信号で制御される
   スイッチング素子を備えると共に、上記直流低電圧源に
   並列に接続された高インピーダンス直流高電圧源 とを備え、直流低電圧源の低電圧の検出用電圧で電極と
   工作物との間に放電を先行させ、この先行放電開始を契
   機に高インピーダンス直流高電圧源の高電圧を印加する
   構成にして、電極と工作物との浮遊容量による影響を少
   なくし、型ぼり微細加工を行うようにしたことを特徴と
   する微細加工用電源。