高频电源发生装置制造方法
【专利摘要】为了得到在将多个开关元件并联地排列而循环地导通断开的情况下，即使负载非线性地变动也能得到稳定的电压脉冲输出的高频电源发生装置，在本发明的高频电源发生装置中，设为了如下结构：开关元件群（6a、6b）是并联连接了循环地进行导通断开动作的多个开关元件的结构，对直流电源（5）的+电极端连接开关元件群（6a）的一方并联连接端，对直流电源（5）的－电极端连接开关元件群（6b）的一方并联连接端，开关元件群（6a、6b）的各另一方并联连接端通过电抗器（7）连接，由于开关元件群（6a、6b）中的循环的导通断开动作而在电抗器（7）的两端中出现的脉冲电压通过同轴电缆（8）、匹配电路（9）被施加到负载。
【专利说明】高频电源发生装置【技术领域】
[0001]本发明涉及发生高频脉冲的高频电源发生装置，特别涉及用于对以放电加工装置为首的非线性地变动的负载施加高频脉冲的高频电源发生装置。
【背景技术】
[0002]放电加工装置是通过使电弧放电发生在加工用电极与被加工物之间的电极间隙来进行被加工物的加工的装置。在放电加工装置中，关于用于使电弧放电发生在电极间隙中的加工用电源的结构，以往以来存在各种结构。
[0003]特别是，如果对电极间隙施加高频脉冲，则能够超微细地对加工面进行精加工，所以作为精加工用的电源，使用发生高频脉冲的高频电源发生装置，提出了各种结构例(例如，专利文献1、2、3等)。
[0004]首先，在专利文献I中，公开了如下例子:一种放电加工用电源装置，用于对被加エ物与放电加工用电极之间的电极间隙施加规定的脉冲电压，该放电加工用电源装置具备电源、以预定的周期进行导通断开动作的开关单元、以及与电源及开关单元串联地连接的电感元件，电感元件的两端与被加工物、放电加工用电极电连接，在开关单元导通时，与电源连接，从而能量被积蓄到电感元件中，在开关单元断开时，将电感元件中积蓄的能量根据逆感应电动势供给到电极间隙。
[0005]特别是，该开关单元由并联地排列了多个开关単元的开关群构成，通过使开关群的各开关单元如A — B — C — A — B— ? ? ?这样循环地进行导通断开动作,能够减轻姆单位时间的每一个开关元件的负荷。
[0006]另外，在专利文·献2、3中，公开了使用了高频交流电源的微细加工电源的结构例。即，在专利文献2中，其特征在于，高频交流电源与加工槽之间通过同轴电缆(cable)连接，在其特性阻抗与加工槽之间具备用于使阻抗匹配的匹配器。
[0007]另外，在专利文献3中，公开了如下结构:除了用于将微细加工电源连接到加工槽的精加工电缆以外，还具备用于连接粗加工用电源和加工槽的粗加工电缆，进而具备用于调整电极间隙的阻抗的匹配电路。说明为通过调整阻抗，不便粗加工电缆切离而得到微细加工面。
[0008]专利文献1:日本特开2006 — 321007号公报
[0009]专利文献2:日本特开平I 一 240223号公报
[0010]专利文献3:日本特开平7 — 009258号公报
【发明内容】
[0011]在如专利文献I那样，使多个开关単元并联地排列而循环地导通断开的情况下，在各个开关単元彼此之间存在寄生电感、寄生电导。即使在对这些开关单元的输出目的地连接了共通的电感元件的情况下，在这些寄生电感、寄生电导中存在偏差的情况下，也易于在输出波形中产生紊乱。[0012]或者，在开关单元的开关速度、导通电阻等中有偏差的情况下，如果循环地进行导通断开，则会输出峰值紊乱的波形。
[0013]在专利文献2、3中，都使用高频交流电源。高频交流电源一般情况下利用晶体振荡器，所以从初级的放大器，在保持大致正弦波的形状的同时，逐渐放大而输出。因此，不存在如上述专利文献I那样开关单元的偏差引起的波形的偏差。但是，输出波形依赖于晶体振荡器的振荡频率，产生被固定为特定的频率、特定的占空比等的制约事项。
[0014]本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于得到一种高频电源发生装置，在将多个开关单元并联地排列而循环地导通断开的情况下，即使负载非线性地变动，也能得到稳定的电压脉冲输出。
[0015]为了解决上述课题并达成目的，本发明的特征在于，具备:直流电源；开关元件群，并联连接了循环地进行导通断开动作的多个开关元件，且该开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的一方电极端连接；第I电感元件，对所述开关元件群的另一方并联连接端与所述直流电源的另一方电极端之间进行连接；以及匹配电路，设置于对负载供给所述第I电感元件的两端中出现的脉冲电压的路径中。
[0016]根据本发明，在使并联地连接的多个开关元件循环地进行导通断开动作而对共通的电感元件供给能量，并将积蓄的能量(高频脉冲)依次供给到负载的情况下，设置在该供给路径中的匹配电路对针对每个开关元件而波形不同的脉冲进行整形来分别设为具有同样的波形的脉冲，所以即使在开关元件中产生了偏差的情况下，在峰值中也没有变动，即使在负载变动了的情况下，反射也減少。因此，能够得到具有稳定的输出特性的高频电源发生装置。特别是，在作为负载使用放电加工装置的情况下，起到能够得到形成稳定的微细加工面的放电加工特性这样的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是示出本发明的实施方式I的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0018]图2是示出放电加工装置的放电加工部的配置结构例的概念图。
[0019]图3是示出本发明的实施方式2的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0020]图4是示出本发明的实施方式3的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0021]图5是示出本发明的实施方式4的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0022]图6是作为本发明的实施方式5示出匹配电路的其它结构例的电路图。
[0023]图7是作为本发明的实施方式6用于说明得到开关元件的振荡波形的n倍的输出波形的方法的波形图。
[0024](符号说明)
[0025]1:加工用电极；2:被加工物；3a、3b、3c、3d:高频电源发生装置；5:直流电源；6a、6b:开关元件群;7、9a、21、25、30b:电抗器；8:同轴电缆；9、20、30:匹配电路；9b、9c、22、26:可变电容器；15:匹配电路盒;30al、30a2、30cl、30c2、30dl、30d2:固定电容器;30a3、30a4、30c3、30c4、30d3、30d4:开关。
【具体实施方式】
[0026]以下，根据附图，详细说明本发明的高频电源发生装置的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。
[0027]实施方式1.[0028]图1是示出本发明的实施方式I的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0029]另外，在图1中，示出了作为负载使用了放电加工装置(导线(wire)放电加工装置)的结构。在图1中，加工用电极I和被加工物2在放电加工装置的放电加工部中相互相向地配置(參照图2)。图2是示出放电加工装置的放电加工部的配置结构例的概念图，将后述。
[0030]本实施方式I的高频电源发生装置3a具备如下结构:从直流电源5，通过开关元件群6a、6b以及电抗器7生成高频脉冲，使该生成的高频脉冲经由同轴电缆8以及匹配电路9施加到加工用电极I与被加工物2之间的电极间隙。另外，也可以代替同轴电缆而使用绞合线等其它电缆。
[0031]在开关元件群6a、6b中，分别并联连接了相同个数的多个开关元件。开关元件群6a的一方并联连接端与直流电源5的正极端(+ )连接，开关元件群6b的一方并联连接端与直流电源5的负极端(一)连接。电抗器7设置于开关元件群6a的另一方并联连接端与开关元件群6b的另一方并联连接端之间。
[0032]如果使开关元件群6a、6b的各开关元件按照相同的顺序循环地进行导通断开动作，则在开关元件群6a的另一方并联连接端与开关元件群6b的另一方并联连接端之间、SP电抗器7的两端，输出将开关元件群6a的另一方并联连接端作为正极侧、将开关元件群6b的另一方并联连接端作为负极侧(接地侧)的高频脉冲电压。
[0033]该高频脉冲电压通过匹配电路9来与作为负载的加工用电极I和被加工物2之间的电极间隙的电气状态取得匹配(matching)而被供给，但匹配电路9最好在加工用电极I以及被加工物2的最近处连接到电极间隙(參照图2)。因此，开关元件群6a、6b的各另一方并联连接端与匹配电路9之间通过同轴电缆8连接。
`[0034]同轴电缆8的中心导体形成对开关元件群6a的另一方并联连接端(正极侧)和加エ用电极I进行连接的正极线(line)的路线(route)。同轴电缆8的外导体形成对开关元件群6b的另一方并联连接端(负极侧)和被加工物2进行连接的负极线的路线。
[0035]匹配电路9在图1中设为型结构。在放电加工装置中，电极间隙的电气状态在非放电时成为电容性的高阻抗，在放电时成为电阻性的低阻抗，在短路时成为更低阻抗的电阻负载，或者如果布线的电感是支配性的，则成为感应性的低阻抗。这是由于针对这样的负载易于取得匹配的匹配电路是n型。但是，作为匹配电路，一般已知的是L型、逆L型等结构例。不同点只是匹配的取得容易度，所以不限于n型结构。
[0036]Ji型的匹配电路9包括:插入在正极线的电抗器9a ;以及在电抗器9a的两端侧连接在正极线与负极线之间的可变电容器9b、9c。另外，在电容器中，使用了可变型，但在电容确定的情况下，也可以使用固定了电容值的电容器。
[0037]接下来，參照图2，简单说明加工用电极I以及被加工物2的配置结构。
[0038]在图2中，加工用电极I以及被加工物2收容于加工槽10中。加工用电极I是从导线线轴11供给的，通过上部导线引导件(guide)12、下部导线引导件13被排出到加工槽10之外。上部导线引导件12以及下部导线引导件13是用于较高地保持加工用电极I的伸直性能的引导件。上部导线引导件12以及下部导线引导件13具备用于将从加工用电源供给的电压脉冲供给到加工用电极I的供电机构。被加工物2安装于由导电性的材料形成的平台14。一般情况下，平台14被接地到大地。加工槽10成为被加工物2能被水、油等加工液浸溃那样的构造。收纳了匹配电路9的匹配电路盒15由于容易防水，所以在图2中设置于加工槽10的背面侧。关于匹配电路盒15，从尽量接近配置的观点来看，如果可能的话，可以配置在下部导线引导件13的内部，也可以配置在加工槽10的底部。
[0039]在匹配电路盒15的内部配置了:一端连接于同轴电缆8的中心导体的电抗器9a ；以及在电抗器9a的两端处对同轴电缆8的中心导体与外导体之间进行连接的可变电容器9b、9c0
[0040]通过使用铜板16对同轴电缆8的外导体和平台14进行电连接，由此实现匹配电路9中的电抗器9a的非配置侧(同轴电缆8的外导体侧)与被加工物2的连接。在铜板16的材料中，应尽量使用低电阻的材料，但也可以是与平台14相同的材料。重要的是面对面地进行连线。由此，能够以低阻抗的状态布线至电极间隙为止。
[0041]另ー方面，匹配电路9中的电抗器9a的配置侧(同轴电缆8的中心导体侧)与加工用电极I的连接是通过利用连接于电抗器9a的另一端的电缆17来与下部导线引导件13连接而实现的。在电缆17中，在与大地之间发生与加工液具有的介电常数相应的寄生电容。如果加工液的液面变动，则其值也变化，所以在电气方面(特别是针对高频脉冲)易于变得不稳定。虽然能够从上部导线引导件12和下部导线引导件13中的某一方供电，但在此设为仅对下部导线引导件13供电，以使得不易受到上述液面变动所致的寄生电容的变动。另外，与被加工物2侧不同，此时随意使用金属板来进行面连接的方法是不优选的。这是因为，如上所述寄生电容的影响变大。
[0042]在电缆17中，使用单线或者多芯线的电缆线。在希望降低电感分量的情况下，设为使用了多个电缆17的并联连接、或者在电缆17中使用扁平电缆即可。
[0043]另外，在图1中，开关元件群6a、6b与专利文献I同样地，使各开关元件按照相同的顺序循环地进行导通断开动作。当I个开关元件进行导通动作时，能量被充电到电抗器
7。通过使该开关元件断开，被充电的能量被释放到电极间隙。之后，并联连接的下ー个开关元件导通，能量再次被充电到电抗器7，在该开关元件断开的瞬间，能量再次被释放到电极间隙。通过这样依次进行开关动作，能够在減少了 I个开关元件所承担的频率的状态下，作为整体对波形进行合成，作为高频脉冲施加到电极间隙。
[0044]但是，在开关元件群6a或者开关元件群6b中，并联地连接的多个开关元件的各个开关元件多少存在偏差。即使开关元件中没有偏差，布线模式(pattern)也未必均等，当进行高速的开关时，所发生的脉冲的传送特性变得不同。即，所输出的脉冲宽度窄到例如IOOns?300ns，所以开关速度的影响成为支配性。因此，如果不设置匹配电路9，则频率分量不同的波形会经由同轴电缆8被施加到电极间隙。因此，在同轴电缆与电极间隙的连接端中易于引起反射，而且由于所发生的反射，脉冲波形更易于紊乱。
[0045]相对于此，在由晶体振荡器构成的专利文献2、专利文献3中，由于使用单ー的频率，所以即使发生反射，脉冲波形本身也不会紊乱。当发生反射时，考虑为输出降低即可。在该情况下，极端而言，即使不使用匹配电路，如果提高电源输出，则也能够对电极间隙施加同等的波形。相对于此，在使用本实施方式I所示那样的多个开关元件的情况下，脉冲波形本身紊乱、变化。这是因为，脉冲的输出方法是应用了向电抗器的逆电动势的方法。由于在输出电压中利用dl/dt这样的过渡现象，所以本质上存在因特性差、环境所致的变化。因此，即便提高电源输出，也只是发生反射大的不稳定的过渡脉沖。加工特性也不稳定。
[0046]此时，匹配电路9作为某种滤波器发挥功能。即，将不同的频率分量中的某频率分量传送给电极间隙。针对成为负载的电极间隙，传送成为与作为传送线路的同轴电缆8相同的阻抗那样的频率分量。由此，上述多个开关元件具有的特性阻抗的偏差被缓和，能够对电极间隙供给稳定的波形的脉冲串。因此，根据本实施方式1，能够得到不易引起短路等的稳定的加工特性。
[0047]实施方式2.[0048]图3是示出本发明的实施方式2的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0049]另外，在图3中，对与图1 (实施方式I)所示的构成要素相同或者同等的构成要素附加了同一符号。此处，说明与本实施方式2有关的部分。
[0050]如图3所示，本实施方式2的高频电源发生装置3b具有如下结构:在图1(实施方式I)所示的结构中，省略电抗器7，将改变了符号的匹配电路20设为基于电抗器21以及可变电容器22的L型结构，将该匹配电路20的输出端经由同轴电缆8连接到电极间隙。
[0051]在匹配电路20中，电抗器21设置于开关元件群6a的另一方并联连接端与开关元件群6b的另一方并联连接端之间。可变电容器22的一端与电抗器21的加工用电极I侧端连接，另一端与同轴电缆8的中心导体连接。电抗器21具有电抗器7的功能，所以能够与实施方式I同样地，对电极间隙供给高频脉冲。
[0052]低频分量被可变电容器22切断，只有高频分量被施加到电极间隙。即，可变电容器22与电抗器21 —起 作为滤波器发挥功能，能够使其以与电极间隙的阻抗匹配的方式动作。这样，根据本实施方式2，部件件数少，能够通过简易的结构得到稳定的加工特性。
[0053]另外，在本实施方式2中，省略了图1所示的电抗器7，但也可以另行与电抗器21并联地设置。另外，也可以代替可变电容器22而设置电抗器。由于根据作为负载的电极间隙的阻抗而最佳值不同，所以需要根据负载的状态来适当地选定电路结构来应对。
[0054]实施方式3.[0055]图4是示出本发明的实施方式3的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0056]另外，在图4中，对与图3 (实施方式2)所示的构成要素相同或者同等的构成要素附加了同一符号。此处，以与本实施方式3有关的部分为中心进行说明。
[0057]如图4所示，在本实施方式3的高频电源发生装置3c中，在图3 (实施方式2)所示的结构中，调换同轴电缆8和匹配电路20。匹配电路20优选形成于电极间隙的附近，所以与实施方式I同样地，将电抗器21和可变电容器22配置于电极间隙附近。由此，能够将经由开关元件群6a、6b积蓄在电抗器21中的能量在电极间隙附近进行释放。另外，电抗器
21、可变电容器22如图2所示收纳于匹配电路盒15而与加工槽10的背面连接即可，与电极间隙的连接也与图2相同即可。
[0058]积蓄在电抗器21中的能量经由串联连接的可变电容器22被供给到电极间隙。通过设为本实施方式3所示那样的结构，能够针对电极间排除同轴电缆8具有的分布常数。因此，可变电容器22与实施方式2相比能够容易地进行调整。
[0059]另外，在本实施方式3中，使用了电抗器21，但也可以代替电抗器21而使用变压器。通过使用变压器，能够使输出阻抗变化。[0060]在该情况下，需要消除同轴电缆8具有的特性阻抗的影响，所以在图4中，优选在同轴电缆8的后级、且在电极间隙侧插入变压器。通过与电极间隙的阻抗相应地使变压器的匝数变化来使阻抗匹配，从而能够输出稳定性高的脉冲，不易引起短路等，能够得到稳定的加工特性。
[0061]实施方式4.[0062]图5是示出本发明的实施方式4的高频电源发生装置的结构的电路图。
[0063]另外，在图5中，对与图3 (实施方式2)所示的构成要素相同或者同等的构成要素附加了同一符号。此处，以与本实施方式4有关的部分为中心进行说明。在本实施方式4中，示出了向实施方式2的应用例，但还能够同样地应用于实施方式1、3。
[0064]构成开关元件群6a、开关元件群6b的各开关元件分别存在偏差。因此，易于分别输出频率分量不同的脉冲。由于从特性不同的开关元件输出的脉冲将能量积蓄在作为共通的元件的电抗器7、电抗器21中，所以会发生波形紊乱的脉冲串。
[0065]针对该问题，在实施方式I中设置匹配电路9，而且在实施方式2、3中设置匹配电路20，使得能够抑制对电极间隙供给的高频脉冲串的波形紊乱。在本实施方式4中，如图5所示，在作为高频脉冲的发生部的开关元件群6a、开关元件群6b中，针对各个开关元件插入电抗器25和可变电容器26以避免输出频率分量不同的脉冲，使得对直接在作为共通的元件的电抗器7、电抗器21中积蓄能量的相位进行了补偿。
[0066]即，在实施方式I~3中，在使并联地连接的多个开关元件循环地进行导通断开动作而对共通的电感元件供给能量、并依次对电极间隙施加积蓄的能量(高频脉冲)的情况下，设置于其供给路径中的匹配电路9、20对针对每个开关元件而波形不同的脉冲进行整形来分别设为具有同样的波形的脉冲施加到电极间隙。由此，即使在开关元件中产生了偏差的情况下，在峰值中也没有变动，即使负载变动了的情况下，反射也变少。因此，能够得到具有稳定的输出特性的高频电源发生装置，在将该高频电源发生装置用作精加工用电源的放电加工装置中，能够得到形成稳定的微细加工面的放电加工特性。
[0067]而且，如果将对在作为共通的元件的电抗器7、电抗器21中积蓄能量的相位进行补偿的本实施方式4应用于实施方式I~3，则能够得到具有更进ー步稳定的输出特性的高频电源发生装置，在将该高频电源发生装置用作精加工用电源的放电加工装置中，能够得到形成更进ー步稳定的微细加工面的放电加工特性。
[0068]即，如图5所示，在本实施方式4的高频电源发生装置3d中，在图3 (实施方式2)所示的结构中构成开关元件群6a的多个开关元件的各另一端并不是直接连接来作为另ー方并联连接端，而是经由电抗器25连接来作为另一方并联连接端。而且，通过可变电容器26连接了构成开关元件群6a的多个开关元件的各另一端与在开关元件群6b的另一方并联连接端中对应的开关元件之间。
[0069]根据开关元件的特性、布线路径的差异来适当调整电抗器25、可变电容器26，以能够针对电抗器21施加大致相同的波形。由此，即使在路径中有偏差的情况下，也能够得到稳定的脉冲输出，能够使加工特性稳定。当然，关于可变电容器26，只要电容值是确定的，则也可以是固定电容器，如果不需要，则也可以省略。即，也可以设为仅连接了电抗器25的结构。
[0070]特别是，在如实施方式3那样电抗器21、可变电容器22与同轴电缆8相比配置于电极间隙侧的情况下，如本实施方式4所示，针对每个开关元件构成补偿电路的手法是有效的。在直至电抗器21为止的路径长的情况下，由于传送路径长，所以易于介有未意图的寄生电抗、寄生电导。因此，易于在各处引起反射。与在从产生脉冲输出的紊乱的发生部远离的部位插入匹配电路的情况相比，在产生输出波形的紊乱的发生部附近插入了波形补偿电路时，波形的补偿是容易的。
[0071]此处，作为本实施方式的高频电源装置的负载，设想了放电加工装置的极间。该负载处于放电、非放电(开路(open))、短路中的某一个状态，根据极间距离而变化。另外，在各个状态下，阻抗相互大幅不同，所以无法在这些全部状态下取得匹配。即，在开路或者放电中取得了匹配之后，即使负载变动，匹配常数也保持不变。短路状态不对加工作出贡献，所以即使反射増加，影响也小。 [0072]但是，在放电加工装置中，在必须考虑的电气常数中，不仅是极间现象，而且周边的环境也复杂地造成影响。例如，平台中的エ件(被加工物)的设置位置完全交给用户，エ件的厚度、使用的导线直径也各种各样。但是，如果加工位置、エ件厚度发生变化，则从电源观察的阻抗也发生变化，即使极间是相同的开路状态，也会发生输出波形微妙地变化的情況。因此，匹配常数最好根据各个状态最佳地变化。
[0073]在一般的匹配电路中，使用真空空气可变电容器等来使电容模拟地变化。具体而言，组合马达和真空空气可变电容器，根据转速(旋转角度)使电容变化。从该观点来看，在实施方式I至4中，说明了使用了可变电容器的匹配电路。但是，在马达、真空空气可变电容器中，在可靠性的方面上有问题。
[0074]实施方式5.[0075]因此，在实施方式5中，说明能够解决该问题的匹配电路。如果例如如图6所示构成匹配电路，则能够解决该问题。图6是作为本发明的实施方式5示出匹配电路的其它结构例的电路图。图6示出向图1 (实施方式I)所示的型匹配电路的应用例，但还能够同样地应用于图3~图5 (实施方式2~4)所示的L型匹配电路。
[0076]在图6所示的型的匹配电路30中，在图1所示的型的匹配电路9中，在代替插入到正极线P的电抗器9a的电抗器30b的一端，并联连接地配置了:固定电容器30al以及开关30a3的串联电路；和固定电容器30a2以及开关30a4的串联电路。另外，在配置于正极线P与负极线N之间的2个可变电容器中，代替一方可变电容器％，并联连接地配置了:固定电容器30cl以及开关30c3的串联电路；和固定电容器30c2以及开关30c4的串联电路，代替另一方可变电容器9c，并联连接地配置了:固定电容器30dl以及开关30d3的串联电路；和固定电容器30d2以及开关30d4的串联电路。
[0077]固定电容器30cl、30c2、30al、30a2、30dl、30d2都由陶瓷材料等构成。关于开关230c3、30c4、30a3、30a4、30d3、30d4，在图6中分别表示继电器元件，但也可以是半导体开关元件、机械开关。
[0078]在各并联配置的固定电容器“ 30al、30a2 ”、“ 30c 1、30c2 ”、“ 30dl、30d2 ”各个组中，例如，以一方电容值成为InF、且另一方电容值成为2nF的方式，对各个电容值进行了二进制的加权。
[0079]由此，固定电容器30cl以及开关30c3的串联电路和固定电容器30c2以及开关30c4的串联电路被并联连接地配置的位置处的电容值，在开关30c3、30c4中的一方闭路且另一方开路的模式下成为InF，在开关30c3、30c4中的另一方闭路且一方开路的模式下成为InF，在开关30c3、30c4的一方开路且另一方闭路的模式下成为2nF，在开关30c3、30c4这两方闭路的模式下成为3nF，能够形成3种电容值。
[0080]这在固定电容器30al以及开关30a3的串联电路和固定电容器30a2以及开关30a4的串联电路被并联连接地配置的位置处也是同样的，而且，在固定电容器30dl以及开关30d3的串联电路和固定电容器30d2以及开关30d4的串联电路被并联连接地配置的位置处也是同样的。
[0081]此处，在电抗器30b的一端侧并联配置的固定电容器“30al、30a2”的组是用于补偿电抗器30b而设置的。在电气方面，通过串联地配置电容器和电抗器，虚数分量被相互抵消，所以剰余量的阻抗有效地发挥作用。即，通过针对电抗器30b设置电容器30al或者电容器30a2，由此可以认为与切換多个电抗器的情况相同。
[0082]这样，实施方式5的匹配电路通过将对电容值以二进制方式进行加权的多个固定电容器并联配置，并利用开关对它们进行切換，由此能够以数字方式控制匹配常数，所以能够设为控制性良好的电路结构。除此以外，固定电容器的特性比较稳定，所以能够得到再现性良好、可靠性高的匹配电路。
[0083]实施方式6.[0084]在本实施方式6中，说明在实施方式I至5所示的高频电源发生装置中，通过利用电源电路与负载之间的谐振，得到开关元件的振荡波形的n倍的输出波形的方法。
[0085]图7是作为本发明的实施方式6用于说明得到开关元件的振荡波形的n倍的输出波形的方法的波形图。在图7中，波形(A)~波形(C)是对开关元件群6a以及开关元件群6b的栅极(gate)施加的控制波形。开关元件是3并联，使其如波形(A)~波形(C)那样循环地动作。另外，波形(D)是极间输出波形的例子。
[0086]使开关元件动作的导`通宽度是80ns，I个开关元件的导通定时与下一个开关元件的导通定时的间隔是200ns。即，在图7中，示出了开关元件群6a以及开关元件群6b以5MHz进行振荡的例子。
[0087]例如，在高频电源发生装置3a中，有电抗器7，所以在负载是电容性的情况下，能够得到谐振状态。即，在高频电源发生装置3a与极间的寄生电容之间谐振出的波形是波形(D)所示的极间输出波形。
[0088]此处，匹配电路9以在IOMHz时取得电源侧与负载侧的匹配的方式调整匹配常数。能够仅使IOMHz的分量在电源与负载之间往返，切断其它频率分量。因此，作为极间波形，得到IOMHz。
[0089]图7所示的振荡波形、输出波形是ー个例子，也可以将振荡波形设为2MHz而在5倍的谐振下成为IOMHz的输出波形。通过调整匹配电路，能够得到振荡波形的n倍的输出波形。在放电加工装置中，如果向极间的输出波形为高频，则能够提高加工的表面粗糙度，所以在输出波形高时，从加工的方面来看是优选的。
[0090]如果是专利文献2那样的高频交流电源，则振荡波形和输出波形的频率相等。但是，如果是十几MHz~几十MHz的输出波形，则高频电源不得不设为从A级放大器至C级放大器的结构，得不到高的电源效率。另外，所使用的开关元件也成为RF用的昂贵的元件。相对于此，根据本实施方式6，能够得到比振荡波形高的频率的输出波形，所以能够利用比较廉价的开关元件。另外，由于开关的次数減少，所以开关损耗减少，得到高的电源效率。
[0091]另外，由于表面粗糙度依赖于输出波形的频率，所以在每个阶段降低表面粗糙度的精加工エ序中，通过控制匹配常数以及开关频率、开关脉冲宽度，能够如几MHz、十几MHz、几十MHz那样切换输出波形。由此，能够得到简便且良好的加工性能。
[0092]此处，在实施方式I?6中，以对多个并联连接的开关元件循环地进行驱动的电路结构为前提。这些开关元件的导通断开定时是任意的，所以与使用了晶体振荡器的高频电源发生装置不同，还能够使每个脉冲的脉冲宽度不同。例如，开关速度慢的开关元件与开关速度快的元件相比，脉冲宽度窄。換言之，如果预先使脉冲宽度与开关元件慢的量相应地伸展而输出，则还能够补偿最終的脉冲输出波形。
[0093]另外，在实施方式I?6中使用的匹配电路是某种滤波器，是利用了谐振的元件。在使其间歇振荡的情况下，在其输出刚刚开始之后、输出刚刚停止之后，一部分的谐振波形易于残留。有时该谐振波形也会对加工造成影响。因此，通过使矩形脉冲的刚刚开始施加之后、刚刚停止施加之前的脉冲波形与稳定状态的波形不同，能够进行适合于加工的间歇振荡动作。
[0094]另外，在实施方式I?6中，示出了在负载中使用了导线放电加工装置的情况，但不限于此。当然也可以使用根据各种观点生成的各种负载。在使用高频电源、且以放电加エ装置为首的非线性地变化的负载中应用的情况下，对于要求间歇脉冲等除了连续脉冲以外的振荡的电路结构是有效的。
[0095]另外，在实施方式I?6中，与直流电源5的正极端和负极端对应地使用了 2个开关元件群6a、6b，但即使仅使用开关元件群6a或者开关元件群6b中的某一方，也能够实现同样的功能。但是，通过使用2个开关元件群，能够提高电流的切断速度，所以能够加快dl/dt，能够对电极之间施加损耗少且高峰值的电压脉冲。
[0096]产业上的可利用性
[0097]如以上那样，本发明的高频电源发生装置作为在将多个开关元件并联地排列而循环地进行导通断开的情况下即使负载变动也能得到稳定的电压脉冲输出的高频电源发生装置是有用的，特别适合应用于放电加工装置的精加工用电源，并稳定地形成微细加工面。
【权利要求】
1.一种高频电源发生装置，其特征在于，具备: 直流电源； 开关元件群，并联连接了循环地进行导通断开动作的多个开关元件，且该开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的一方电极端连接； 第I电感元件，对所述开关元件群的另一方并联连接端与所述直流电源的另一方电极端之间进行连接；以及 匹配电路，设置于对负载供给所述第I电感元件的两端中出现的脉冲电压的路径中。
2.根据权利要求1所述的高频电源发生装置，其特征在干， 具有第I及第2开关元件群作为所述开关元件群， 所述第I开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的正极端连接，所述第I开关元件群的另一方并联连接端与所述第I电感元件的一方端子连接， 所述第2开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的负极端连接，所述第2开关元件群的另一方并联连接端与所述第I电感元件的另一方端子连接。
3.根据权利要求1或者2所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述匹配电路与所述第I电感元件之间通过电缆连接。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述匹配电路是基于电感元件和配置在所述电感元件的两端的2个电容器的型结`构。
5.一种高频电源发生装置，其特征在于，具备: 直流电源； 开关元件群，并联连接了循环地进行导通断开动作的多个开关元件，且该开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的一方电极端连接； 第2电感元件，该第2电感元件的一端与所述开关元件群的另一方并联连接端连接，该第2电感元件的另一端连接到所述直流电源的另一方电极端与负载之间的连接线；以及可变电容器，介于所述第2电感元件的一端与所述负载之间。
6.根据权利要求5所述的高频电源发生装置，其特征在干， 具有第I及第2开关元件群作为所述开关元件群， 所述第I开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的正极端连接，所述第I开关元件群的另一方并联连接端与所述第2电感元件的一方端子连接， 所述第2开关元件群的一方并联连接端与所述直流电源的负极端连接，所述第2开关元件群的另一方并联连接端与所述第2电感元件的另一方端子连接。
7.根据权利要求6所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述第I及第2开关元件群与所述第2电感元件之间通过电缆连接。
8.根据权利要求1~7中的任意一项所述的高频电源发生装置，其特征在干， 构成所述开关元件群的多个开关元件的各另一端不直接连接，分别经由第3电感元件连接而构成所述另一方并联连接端。
9.根据权利要求8所述的高频电源发生装置，其特征在干， 构成所述开关元件群的多个开关元件的各另一端分别经由电容器连接于所述直流电源的另一方电极端。
10.根据权利要求1~9中的任意一项所述的高频电源发生装置，其特征在干， 在从所述开关元件群的另一方并联连接端侧和所述直流电源的另一方电极端侧中的某一方侧向所述负载的连接中，使用电缆线连接和设为金属板状的面连接中的某一方连接， 在从所述开关元件群的另一方并联连接端侧和所述直流电源的另一方电极端侧中的某另一方侧向所述负载的连接中，使用电缆线连接和设为金属板状的面连接中的某另一方连接。
11.根据权利要求1~4中的任意一项所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述匹配电路包括:将固定电容器和开关的串联电路并联连接了多个的结构；以及电抗器元件。
12.根据权利要求11所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述电抗器元件包括在该电抗器元件的单端侧连接的将固定电容器和开关的串联电路并联连接了多个的结构的整体作为电抗器元件发挥功能。
13.根据权利要求11或者12所述的高频电源发生装置，其特征在干， 并联配置的多个所述固定电容器各自的电容值被进行了二进制的加权。
14.根据权利要求1~13中的任意一项所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述匹配电路的匹配常数被调整为使输出频率成为振荡频率的n倍。
15.根据权利要求1~1·4中的任意一项所述的高频电源发生装置，其特征在干， 所述负载是放电加工装置。
【文档编号】B23H1/02GK103596717SQ201280027319
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月21日 优先权日:2011年6月6日
【发明者】桥本隆, 柴田淳一, 鹈饲佳和 申请人:三菱电机株式会社