JP3880893B2 - 放電加工用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワイヤ放電加工機で用いられる放電加工用電源装置に関し、特に大電流化と高周波数化とを両立させるワイヤ放電加工機に好適な放電加工用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、放電加工用電源装置の一般的な構成を示す回路図である。図７に示す放電加工用電源装置７１は、スイッチング回路を搭載するプリント基板７２と、プリント基板７２上のスイッチング回路に電源を供給する直流電源７３と、プリント基板７２上のスイッチング回路に駆動パルスを供給する発振器７４とを備えている。
【０００３】
図示しないワイヤ放電加工機内の放電加工部には、電極Ｅと他方の電極としての被加工物Ｗとが所定間隔を置いて対向配置されている。プリント基板７２に設けられる放電電流パルスの出力端子７５，７６は、加工電流出力フィーダー７９の給電線を介して、電極Ｅと被加工物Ｗとにそれぞれ接続されている。加工電流出力フィーダー７９の各給電線には、浮遊インダクタンスＬ１，Ｌ２が存在する。
【０００４】
プリント基板７２上のスイッチング回路は、例えば、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の組と、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６の組とで構成されている。
【０００５】
並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の組では、各ソース電極が直流電源７３の正極端に接続され、各ゲート電極が発振器７４の一方の出力端に接続され、各ドレイン電極が出力端子７５に接続されている。各ドレイン電極から出力端子７５に至る経路には、正極性電流路パターン７７が形成されている。
【０００６】
また、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６の組では、各ソース電極が直流電源７３の負極端に接続され、各ゲート電極が発振器７４の他方の出力端に接続され、各ドレイン電極が出力端子７６に接続されている。各ドレイン電極から出力端子７６に至る経路には、負極性電流路パターン７８が形成されている。
【０００７】
次に、動作の概要を説明する。電極Ｅと被加工物Ｗとの間で放電が発生し、放電路が形成されると、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の組では、発振器７４からの駆動パルスによって順々にオン・オフ動作を行う。それと同期して、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６の組でも、発振器７４からの駆動パルスによって同時にオン・オフ動作を行う。
【０００８】
その結果、間欠的な放電電流パルスが、正極性電流路パターン７７→出力端子７５→加工電流出力フィーダー７９→電極Ｅ→被加工物Ｗ→加工電流出力フィーダー７９→出力端子７６→負極性電流路パターン７８と流れ、電極Ｅと被加工物Ｗとの間に放電電流パルスが供給される。このように正極性電流路パターン７７と負極性電流路パターン７８とには、大電流が流れるので、相当の発熱がある。
【０００９】
特に、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の微小間隔に供給する放電電流パルスの大電流化と高周波数化とを両立させて加工速度を向上させるようにしたワイヤ放電加工機に用いられる放電加工用電源装置の場合には、正極性電流路パターン７７と負極性電流路パターン７８とには、大電流がほぼ途切れることなく流れることになるので、発熱は著しいものになる。その結果、流せる電流値が、正極性電流路パターン７７と負極性電流路パターン７８の耐熱限界によって制限されることが起こる。
【００１０】
そこで、従来では、スイッチング回路搭載基板上に流せる電流値の増加策として、例えば図８や図９に示す措置が採られている。図８では、大きな電流をプリント基板８１上に流す場合に、正極性電流路パターンと負極性電流路パターンを保護するために、各電流路パターンに代えて銅などの金属片８２を実装させる例が示されている。金属片８２は、厚みが１ｍｍ〜３ｍｍ程度のバー状のもので、パワーモジュール部品８３と各出力端とを接続している。これによって、プリント基板８１上に大電流を流すことのできる経路が構成されるので、これまで搭載することが困難だったＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラスイッチング素子）、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）、ダイオードモジュールなどパワーモジュール部品８３を直接プリント基板８１上に実装することができるようになる。
【００１１】
また、放電電流パルスが高周波数化されると、その電流は表皮効果のため導電体の表面のみに流れるようになるので、図９では、プリント基板９１にできるだけ幅の広い正極性電流路パターン９２と負極性電流路パターン９３とを形成した例が示されている。正極性電流路パターン９２と負極性電流路パターン９３の各出力端には、レジスト９４，９５を介してコネクタ９６，９７が設けられ、コネクタ９６，９７は、給電線９８，９９を介して中継端子台１００に接続されている。中継端子台１００には、加工電流出力フィーダ７９が接続されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した構成では、パワーモジュール部品８３の発熱を抑えるには、別途ヒートシンクなど放熱機能を持った部材を直接発熱体に取り付ける必要がある。また、大電流が流れる金属片８２自体の冷却に関しては考慮されていないが、同様に冷却措置が必要である。
【００１３】
図９に示した構成では、正極性電流路パターン９２と負極性電流路パターン９３での発熱は、電流が集中する出力端で最大となるが、プリント基板９１の表面のみでの放熱となるので、出力端では温度上昇が大きくなり、大電流化が困難である。
【００１４】
この電流路パターンの発熱を抑える方策として、プリント基板のパターン層を特別に厚くしたり、金属パターン基板を使用して冷却フィンを実装したり、また例えば冷却水のような冷媒をプリント基板周辺に供給する特別な装置、配管を施しプリント基板を水冷したりする措置が知られている。
【００１５】
しかし、放電電流パルスを出力するプリント基板では、このような措置を採ることは困難である。すなわち、放電電流パルスを出力するプリント基板は、多数のスイッチング素子が実装されるので寸法が大きい。また、電流路パターンは、全スイッチング素子に接続されるためプリント基板上最も広い面積を占有する。したがって、電流路パターンのパターン層を厚くすると、広範囲に渡るパターン層を厚くする必要がある。その結果、電流路パターンに使用される材料費が倍増し高価になるという問題がある。
【００１６】
また、放熱効果の優れる金属パターン基板を使用する場合では、金属パターン基板それ自体がプリント基板に比較して高価である。また、冷却フィンが必要になるので、その分余計にコストが上がってしまうという問題がある。さらに、プリント基板を水冷する装置では、ポンプ、配管、制御装置など複雑で高価な機構を新たに設ける必要がある。加えて、万が一冷却水などの冷媒がプリント基板上に漏れた場合には、高電圧、高電流の回路がショートし電源装置が破壊されるという危険性も生じるという問題がある。
【００１７】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、スイッチング回路搭載基板の出力端での温度上昇を抑制する機構を備えることにより、放電電流パルスの大電流化と高周波数化とを両立させ加工速度の向上を図るワイヤ放電加工機の実現を可能にする放電加工用電源装置を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明にかかる放電加工用電源装置は、電極と前記電極に所定間隔を置いて対向配置される他方の電極としての被加工物との間に放電電流パルスを供給するスイッチング回路を備える放電加工用電源装置において、前記スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端に一端が連結される金属片と,前記金属片の周囲に外気を強制対流させるために配置される冷却ファンとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片での放熱が促進される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。
【００２０】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片の他端は、前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して接続されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、上記の発明において、金属片に伝播した熱は、スイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して伝播し、冷却フィンにおいても放熱される。
【００２２】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、電極と前記電極に所定間隔を置いて対向配置される他方の電極としての被加工物との間に放電電流パルスを供給するスイッチング回路を備える放電加工用電源装置において、前記スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端に一端が連結され、他端が前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して接続される金属片を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片に伝播した熱は、スイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して伝播し、冷却フィンにて放熱される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。
【００２４】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片の周囲に外気を強制対流させる冷却ファンが配置されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、上記の発明において、金属片は、冷却ファンによって冷却される。したがって、金属片に伝播した熱は、金属片においても放熱される。
【００２６】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片の面は、波形状に折り曲げられていることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、上記の発明において、金属片は、面が波形状に折り曲げられて広い放熱面積を持つようになっている。
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片は、当該基板に形成される前記スイッチング回路を通る正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端の一方または双方に設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、上記の発明において、基板の放電電流パルス出力端である正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端に設けるのが好ましいが、少なくとも一方の出力端に設けるだけでも、温度上昇が抑制される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる放電加工用電源装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
実施の形態１．
図１と図２は、この発明の実施の形態１である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す外観図である。なお、図１は、平面図であり、図２は、側面図である。
【００３０】
図１において、スイッチング回路（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）が搭載されるプリント基板１には、できるだけ幅の広い正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３とを形成されている。また、図２に示されているように、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３は、薄層に形成されている。
【００３１】
そして、正極性電流路パターン２の出力端側には、基板温度抑制部４が設けられ、同様に負極性電流路パターン３の出力端側には、基板温度抑制部５が設けられている。つまり、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各出力端は、基板温度抑制部４と基板温度抑制部５とを介して加工電流出力フィーダー７９と接続されるようになっている。
【００３２】
正極性電流路パターン２の出力端側に設けられる基板温度抑制部４は、レジスト４１と金属片４２と固定部材４３と冷却ファン４４と配線固定部４５とで構成され、次のような内容になっている。
【００３３】
すなわち、正極性電流路パターン２の出力端側には、正極性電流路パターン２と同等の幅で適宜長さの露出されたレジスト４１が設けられている。レジスト４１は、プリント基板１の表面に露出された正極性電流路パターン２が酸化するのを防止するため導電性薄膜で覆われている。また、レジスト４１は、平面に加工されている。そして、レジスト４１には、部品固定用のネジ穴が設けられている。なお、図示例では、ネジ穴であるが、貫通穴でもよい。個数は、任意であることは言うまでもない。
【００３４】
金属片４２は、導電性と熱伝導性に優れ、安価に入手できる板状（好ましくは薄板状）金属部材であって、図示例では、正極性電流路パターン２の幅よりも広い幅を持ち、適宜な長さの４角形状に成形されている。
【００３５】
金属片４２の一端側には、レジスト４１に設けたネジ穴（または貫通穴）と同じ数の取付穴が、同じピッチ、同じ穴径で形成されている。すなわち、金属片４２の一端側は、その取付穴がレジスト４１に設けたネジ穴に位置決めされ、固定部材としてのネジ４３をねじ込んで固定されている。なお、レジスト４１に設けられた穴が、貫通穴であればボルトを使用し、プリント基板１の裏側に座金を当てて固定する。このとき、金属片４２の一端側とレジスト４１とは、隙間なく接触できるように平面な接触面を持つことが好ましい。
【００３６】
また、金属片４２の他端側には、加工電流出力フィーダー７９の給電線を締結するための配線固定部４５が設けられている。配線固定部４５には、例えばネジ穴が設けられ、先端に圧着端子が具備された加工電流出力フィーダー７９をネジにて固定する。なお、金属片４２に接続される加工電流出力フィーダー７９が複数ある場合には、金属片４２の他端側には、相当する数だけの配線固定部４５が準備されることになる。
【００３７】
そして、冷却ファン４４は、金属片４２に外気を供給し、または金属片４２近辺の空気を吸気して金属片４２を効果的に冷却できるように配置されている。金属片４２では、プリント基板１から飛び出して延在する部分があるので、少なくともこの延在部分を波状（フィン状）に形成して表面積を増加させ、冷却ファン４４による冷却効果を高める措置も容易に採ることができる。
【００３８】
また、負極性電流路パターン３の出力端側に設けられる基板温度抑制部５は、レジスト５１と金属片５２と固定部材５３と冷却ファン５４と配線固定部５５とで構成され、次のような内容になっている。
【００３９】
すなわち、負極性電流路パターン３の出力端側には、負極性電流路パターン３と同等の幅で適宜長さの露出されたレジスト５１が設けられている。レジスト５１は、プリント基板１の表面に露出された負極性電流路パターン３が酸化するのを防止するため導電性薄膜で覆われている。また、レジスト５１は、平面に加工されている。そして、レジスト５１には、部品固定用のネジ穴が設けられている。なお、図示例では、ネジ穴であるが、貫通穴でもよい。個数は、任意であることは言うまでもない。
【００４０】
金属片５２は、導電性と熱伝導性に優れ、安価に入手できる板状（好ましくは薄板状）金属部材であって、図示例では、正極性電流路パターン２の幅よりも広い幅を持ち、適宜な長さの４角形状に成形されている。
【００４１】
金属片５２の一端側には、レジスト５１に設けたネジ穴（または貫通穴）と同じ数の取付穴が、同じピッチ、同じ穴径で形成されている。すなわち、金属片５２の一端側は、その取付穴がレジスト５１に設けたネジ穴に位置決めされ、固定部材としてのネジ５３をねじ込んで固定されている。なお、レジスト５１に設けられた穴が、貫通穴であればボルトを使用し、プリント基板１の裏側に座金を当てて固定する。このとき、金属片５２の一端側とレジスト５１とは、隙間なく接触できるように平面な接触面を持つことが好ましい。
【００４２】
また、金属片５２の他端側には、加工電流出力フィーダー７９の給電線を締結するための配線固定部５５が設けられている。配線固定部５５には、例えばネジ穴が設けられ、先端に圧着端子が具備された加工電流出力フィーダー７９をネジにて固定する。なお、金属片５２に接続される加工電流出力フィーダー７９が複数ある場合には、金属片５２の他端側には、相当する数だけの配線固定部５５が準備されることになる。
【００４３】
そして、冷却ファン５４は、金属片５２に外気を供給し、または金属片５２近辺の空気を吸気して金属片５２を効果的に冷却できるように配置されている。金属片５２では、プリント基板１から飛び出して延在する部分があるので、少なくともこの延在部分を波状（フィン状）に形成して表面積を増加させ、冷却ファン５４による冷却効果を高める措置も容易に採ることができる。
【００４４】
次に、図３〜図５を参照して、以上のように構成される実施の形態１による基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の作用を説明する。なお、図３は、図１に示す基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板における出力電流経路を説明する平面図である。図４は、実施の形態１による基板温度抑制機構がない場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。図５は、実施の形態１による基板温度抑制機構がある場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。
【００４５】
図３では、プリント基板１を長手方向に３分割した領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が示されている。領域Ｐ１は、プリント基板１の出力端から一番遠い領域であり、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４が含まれている。領域Ｐ２は、プリント基板１の出力端から二番目に遠い領域であり、スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ５が含まれている。領域Ｐ３は、プリント基板１の出力端から三番目に遠い領域、つまり一番近い領域であり、スイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ６が含まれている。
【００４６】
スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４は、同期してオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｔｒ１から出力される電流パルスｉ１は、正極性電流路パターン２から基板温度抑制部４のレジスタ４１，金属片４２を通り、加工電流出力フィーダー７９に供給される。そして、加工電流出力フィーダー７９から帰ってくる電流パルスｉ４は、基板温度抑制部５の金属片５２，レジスタ５１を通り、負極性電流路パターン３からスイッチング素子Ｔｒ４に取り込まれる。
【００４７】
スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ５は、同期してオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｔｒ２から出力される電流パルスｉ２は、正極性電流路パターン２から基板温度抑制部４のレジスタ４１，金属片４２を通り、加工電流出力フィーダー７９に供給される。そして、加工電流出力フィーダー７９から帰ってくる電流パルスｉ５は、基板温度抑制部５の金属片５２，レジスタ５１を通り、負極性電流路パターン３からスイッチング素子Ｔｒ５に取り込まれる。
【００４８】
スイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ６は、同期してオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｔｒ３から出力される電流パルスｉ３は、正極性電流路パターン２から基板温度抑制部４のレジスタ４１，金属片４２を通り、加工電流出力フィーダー７９に供給される。そして、加工電流出力フィーダー７９から帰ってくる電流パルスｉ６は、基板温度抑制部５の金属片５２，レジスタ５１を通り、負極性電流路パターン３からスイッチング素子Ｔｒ６に取り込まれる。
【００４９】
今、領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３での各スイッチング素子が同期してオン・オフ動作を行うとする。そうすると、領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３での総電流量は、次のようになる。
【００５０】
領域Ｐ１では、正極性電流路パターン２での総電流量Ｉｐ１は、Ｉｐ１＝ｉ１であり、負極性電流路パターン３での総電流量Ｉｐ４は、Ｉｐ４＝ｉ４である。領域Ｐ２では、正極性電流路パターン２での総電流量Ｉｐ２は、Ｉｐ２＝ｉ１＋ｉ２となり、負極性電流路パターン３での総電流量Ｉｐ５は、Ｉｐ５＝ｉ４＋ｉ５となる。領域Ｐ３では、正極性電流路パターン２での総電流量Ｉｐ３は、Ｉｐ２＝ｉ１＋ｉ２＋ｉ３となり、負極性電流路パターン３での総電流量Ｉｐ６は、Ｉｐ６＝ｉ４＋ｉ５＋ｉ６となる。
【００５１】
電流パルスｉ１，ｉ２，ｉ３は、流れる方向が同一であるので、Ｉｐ３＞Ｉｐ２＞Ｉｐ１が成立する。また、電流パルスｉ４，ｉ５，ｉ６も流れる方向が同一であるので、Ｉｐ６＞Ｉｐ５＞Ｉｐ４が成立する。以上の事実から、プリント基板１の出力端に最も近接した領域Ｐ３において流れる電流量が最も大きく、プリント基板１の出力端から最も遠い領域Ｐ１において流れる電流量が最も小さいことがわかる。具体的には、ジュールの法則によれば、電流が導体を流れるとその電流値に対応した発熱が生じるので、（領域Ｐ１での発熱量）＜（領域Ｐ２での発熱量）＜（領域Ｐ３での発熱量）の関係が成立する。
【００５２】
したがって、この実施の形態１で示した基板温度抑制部４，５が存在しない場合（例えば従来例の図９で示した構成の場合）には、プリント基板１上の温度分布は、図４に示すようになる。図４において、横軸は、プリント基板１上での各領域を示し、縦軸は、プリント基板１上での各領域の温度［℃］を示している。
【００５３】
図４では、発熱量が最も小さい領域Ｐ１の温度上昇が最も小さく、発熱量が最も大きい領域Ｐ３の温度上昇が最も大きくなることが示されている。従来例の図９で示した構成では、プリント基板１の出力端における各電流路パターンの発熱は、どこにも伝播されず、プリント基板１の表面のみで放熱されるだけであるので、他の領域と同様に流れる電流量に応じた温度になる。
【００５４】
これに対し、この実施の形態１による基板温度抑制部４，５が付加されたプリント基板１上の温度分布は、図５に示すようになる。図５では、横軸と縦軸を図４と同様の目盛りで表現しているが、発熱量が最も大きい領域Ｐ３の温度上昇値が、発熱量が領域Ｐ３よりも小さい領域Ｐ２の温度上昇値とほぼ同じ値になることが示されている。
【００５５】
領域Ｐ３での温度上昇が大幅に抑制される理由は、次のように説明できる。すなわち、領域Ｐ３は、極めて基板温度抑制部４，５に近接しているので、領域Ｐ３で発生された熱は効率よくレジスト４１，５１を介して熱伝導性の優れた材質からなる金属片４２，５２に伝播し、放熱される。加えて、金属片４２，５２が冷却ファン４４，５４によって積極的に冷却されるので、金属片４２，５２での放熱が一層促進される。なお、金属片４２，５２を冷却する構成については、図１で示した構成の他に、１個の冷却ファンを用い、通風ダクトで外気を金属片４２，５２に導く構成も採ることができる。
【００５６】
このように、プリント基板１の出力端、すなわち正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各出力端に基板温度抑制部４，５を設けたので、放電電流パルスを出力する際に生じるプリント基板１の出力端における各電流路パターンの温度上昇を抑えることができ、またプリント基板１の温度を全領域に渡って均一化することができる。
【００５７】
その結果、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各パターン層を薄くすることができるので、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各パターン幅をできるだけ大きくしても、パターン形成に使用される材料費を低く抑えることができる。
【００５８】
すなわち、実施の形態１によれば、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の温度上昇を抑制することができるので、流せる電流値の上限値を引き上げることができる。そして、各パターン幅を大きくして表面面積を拡大することができ、大電流化と高周波数化を両立させることができるようになる。
【００５９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す側面図である。なお、図６では、実施の形態１（図１、図２）に示した構成要素と同一ないしは同等である要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００６０】
図６では、２つの電流路パターンのうち、正極性電流路パターン２に接続される基板温度抑制部４の関係が示されている。基板温度抑制部５側も同様であるので、双方の符号を併記して説明する。
【００６１】
図６に示すように、高速で動作し、かつ大電流パルスを出力するスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は、通常冷却効果を得るため、冷却能力の高い大型フィンである冷却フィン６１に直接取り付けられている。スイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６も同様である。
【００６２】
そこで、この実施の形態２では、基板温度抑制部４，５においてプリント基板１と加工電流出力フィーダー７９とを接続する金属片４２，５２の背面を冷却フィン６１に電気絶縁材を介して接続するようにしている。但し、実際には、金属片４２，５２の背面と冷却フィン６１との間には、隙間があるので、図６に示すように、隙間を埋めるための熱伝導金属ブロック６３を介在させている。そして、電気的な絶縁を図るため、金属片４２，５２の背面と熱伝導金属ブロック６３との間には絶縁シート６２が設けられ、熱伝導金属ブロック６３と冷却フィン６１との間には絶縁シート６４が設けられている。なお、熱伝導金属ブロック６３は、金属片４２，５２のそれぞれと一体になっていても構わない。これによれば、絶縁シートは、冷却フィン６１側の１つになる。
【００６３】
この構成によれば、プリント基板１の出力端側で発生した熱６６は、まず金属片４２，５２に伝播し、次いで金属片４２，５２から絶縁シート６２、熱伝導金属ブロック６３および絶縁シート６４を介して冷却フィン６１に伝播し、冷却能力の高い冷却フィン６１にて放熱される。このとき、金属片４２，５２と冷却フィン６１とは絶縁シート６２，６４によって絶縁されているので、金属片４２，５２を流れる放電電流パルスは、冷却フィン６１には流れない。
【００６４】
このように、実施の形態１に示した構成において、プリント基板１の出力端に接続された金属片４２，５２をスイッチング素子の冷却フィン６１に電気絶縁材を介して接続するようにしたので、金属片４２，５２の冷却効率をさらに高めることができ、プリント基板１の出力端側での温度上昇をさらに抑制することができる。
【００６５】
なお、以上は、実施の形態１への適用例であるが、実施の形態１で説明した冷却ファンは、この実施の形態２の構成とすれば、省略できる場合があることは言うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片での放熱が促進される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。したがって、流せる電流値の上限値を引き上げることができる。そして、電流路パターン幅を大きくして表面面積を拡大することができ、大電流化と高周波数化を両立させることができるようになる。
【００６７】
つぎの発明によれば、上記の発明において、金属片に伝播した熱は、スイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに伝播し、冷却フィンにおいても放熱されるので、一層の冷却効果が得られる。
【００６８】
つぎの発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片での放熱が促進される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。したがって、流せる電流値の上限値を引き上げることができる。そして、電流路パターン幅を大きくして表面面積を拡大することができ、大電流化と高周波数化を両立させることができるようになる。
【００６９】
つぎの発明によれば、上記の発明において、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片に伝播した熱は、金属片においても放熱される。したがって、一層の冷却効果が得られる。
【００７０】
つぎの発明によれば、上記の発明において、金属片は、面が波形状に折り曲げられて広い放熱面積を持つようになっている。したがって、一層の冷却効果が得られる。
つぎの発明によれば、上記の発明において、基板の放電電流パルス出力端である正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端に設けるのが好ましいが、少なくとも一方の出力端に設けるだけでも、温度上昇が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す平面図である。
【図２】 図１に示す基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す側面図である。
【図３】 図１に示す基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板における出力電流経路を説明する平面図である。
【図４】 実施の形態１による基板温度抑制機構がない場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。
【図５】 実施の形態１による基板温度抑制機構がある場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す側面図である。
【図７】 放電加工用電源装置の一般的な構成を示す回路図である。
【図８】 従来のスイッチング回路搭載基板において大きな電流を流せるようにした構成例（その１）を示す図である。
【図９】 従来のスイッチング回路搭載基板において大きな電流を流せるようにした構成例（その２）を示す図である。
【符号の説明】
１ プリント基板、２ 正極性電流路パターン、３ 負極性電流路パターン、４，５ 基板温度抑制部、４１，５１ レジスト、４２，５２ 金属片、４３，５３ 固定部材（ネジ）、４４，５４ 冷却ファン、４５，５５ 配線固定部、６１ 冷却フィン、６２，６４ 絶縁シート、６３ 熱伝導金属ブロック、７９加工電流出力フィーダー、Ｔｒ１〜Ｔｒ６ スイッチング素子、Ｅ 電極、Ｗ被加工物。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワイヤ放電加工機で用いられる放電加工用電源装置に関し、特に大電流化と高周波数化とを両立させるワイヤ放電加工機に好適な放電加工用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、放電加工用電源装置の一般的な構成を示す回路図である。図７に示す放電加工用電源装置７１は、スイッチング回路を搭載するプリント基板７２と、プリント基板７２上のスイッチング回路に電源を供給する直流電源７３と、プリント基板７２上のスイッチング回路に駆動パルスを供給する発振器７４とを備えている。
【０００３】
図示しないワイヤ放電加工機内の放電加工部には、電極Ｅと他方の電極としての被加工物Ｗとが所定間隔を置いて対向配置されている。プリント基板７２に設けられる放電電流パルスの出力端子７５，７６は、加工電流出力フィーダー７９の給電線を介して、電極Ｅと被加工物Ｗとにそれぞれ接続されている。加工電流出力フィーダー７９の各給電線には、浮遊インダクタンスＬ１，Ｌ２が存在する。
【０００４】
プリント基板７２上のスイッチング回路は、例えば、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の組と、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６の組とで構成されている。
【０００５】
並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の組では、各ソース電極が直流電源７３の正極端に接続され、各ゲート電極が発振器７４の一方の出力端に接続され、各ドレイン電極が出力端子７５に接続されている。各ドレイン電極から出力端子７５に至る経路には、正極性電流路パターン７７が形成されている。
【０００６】
また、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６の組では、各ソース電極が直流電源７３の負極端に接続され、各ゲート電極が発振器７４の他方の出力端に接続され、各ドレイン電極が出力端子７６に接続されている。各ドレイン電極から出力端子７６に至る経路には、負極性電流路パターン７８が形成されている。
【０００７】
次に、動作の概要を説明する。電極Ｅと被加工物Ｗとの間で放電が発生し、放電路が形成されると、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の組では、発振器７４からの駆動パルスによって順々にオン・オフ動作を行う。それと同期して、並列接続されたスイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６の組でも、発振器７４からの駆動パルスによって同時にオン・オフ動作を行う。
【０００８】
その結果、間欠的な放電電流パルスが、正極性電流路パターン７７→出力端子７５→加工電流出力フィーダー７９→電極Ｅ→被加工物Ｗ→加工電流出力フィーダー７９→出力端子７６→負極性電流路パターン７８と流れ、電極Ｅと被加工物Ｗとの間に放電電流パルスが供給される。このように正極性電流路パターン７７と負極性電流路パターン７８とには、大電流が流れるので、相当の発熱がある。
【０００９】
特に、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の微小間隔に供給する放電電流パルスの大電流化と高周波数化とを両立させて加工速度を向上させるようにしたワイヤ放電加工機に用いられる放電加工用電源装置の場合には、正極性電流路パターン７７と負極性電流路パターン７８とには、大電流がほぼ途切れることなく流れることになるので、発熱は著しいものになる。その結果、流せる電流値が、正極性電流路パターン７７と負極性電流路パターン７８の耐熱限界によって制限されることが起こる。
【００１０】
そこで、従来では、スイッチング回路搭載基板上に流せる電流値の増加策として、例えば図８や図９に示す措置が採られている。図８では、大きな電流をプリント基板８１上に流す場合に、正極性電流路パターンと負極性電流路パターンを保護するために、各電流路パターンに代えて銅などの金属片８２を実装させる例が示されている。金属片８２は、厚みが１ｍｍ〜３ｍｍ程度のバー状のもので、パワーモジュール部品８３と各出力端とを接続している。これによって、プリント基板８１上に大電流を流すことのできる経路が構成されるので、これまで搭載することが困難だったＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラスイッチング素子）、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）、ダイオードモジュールなどパワーモジュール部品８３を直接プリント基板８１上に実装することができるようになる。
【００１１】
また、放電電流パルスが高周波数化されると、その電流は表皮効果のため導電体の表面のみに流れるようになるので、図９では、プリント基板９１にできるだけ幅の広い正極性電流路パターン９２と負極性電流路パターン９３とを形成した例が示されている。正極性電流路パターン９２と負極性電流路パターン９３の各出力端には、レジスト９４，９５を介してコネクタ９６，９７が設けられ、コネクタ９６，９７は、給電線９８，９９を介して中継端子台１００に接続されている。中継端子台１００には、加工電流出力フィーダ７９が接続されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した構成では、パワーモジュール部品８３の発熱を抑えるには、別途ヒートシンクなど放熱機能を持った部材を直接発熱体に取り付ける必要がある。また、大電流が流れる金属片８２自体の冷却に関しては考慮されていないが、同様に冷却措置が必要である。
【００１３】
図９に示した構成では、正極性電流路パターン９２と負極性電流路パターン９３での発熱は、電流が集中する出力端で最大となるが、プリント基板９１の表面のみでの放熱となるので、出力端では温度上昇が大きくなり、大電流化が困難である。
【００１４】
この電流路パターンの発熱を抑える方策として、プリント基板のパターン層を特別に厚くしたり、金属パターン基板を使用して冷却フィンを実装したり、また例えば冷却水のような冷媒をプリント基板周辺に供給する特別な装置、配管を施しプリント基板を水冷したりする措置が知られている。
【００１５】
しかし、放電電流パルスを出力するプリント基板では、このような措置を採ることは困難である。すなわち、放電電流パルスを出力するプリント基板は、多数のスイッチング素子が実装されるので寸法が大きい。また、電流路パターンは、全スイッチング素子に接続されるためプリント基板上最も広い面積を占有する。したがって、電流路パターンのパターン層を厚くすると、広範囲に渡るパターン層を厚くする必要がある。その結果、電流路パターンに使用される材料費が倍増し高価になるという問題がある。
【００１６】
また、放熱効果の優れる金属パターン基板を使用する場合では、金属パターン基板それ自体がプリント基板に比較して高価である。また、冷却フィンが必要になるので、その分余計にコストが上がってしまうという問題がある。さらに、プリント基板を水冷する装置では、ポンプ、配管、制御装置など複雑で高価な機構を新たに設ける必要がある。加えて、万が一冷却水などの冷媒がプリント基板上に漏れた場合には、高電圧、高電流の回路がショートし電源装置が破壊されるという危険性も生じるという問題がある。
【００１７】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、スイッチング回路搭載基板の出力端での温度上昇を抑制する機構を備えることにより、放電電流パルスの大電流化と高周波数化とを両立させ加工速度の向上を図るワイヤ放電加工機の実現を可能にする放電加工用電源装置を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明にかかる放電加工用電源装置は、電極と前記電極に所定間隔を置いて対向配置される他方の電極としての被加工物との間に放電電流パルスを供給するスイッチング回路を備える放電加工用電源装置において、前記スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端に一端が連結される金属片と,前記金属片の周囲に外気を強制対流させるために配置される冷却ファンとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片での放熱が促進される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。
【００２０】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片の他端は、前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して接続されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、上記の発明において、金属片に伝播した熱は、スイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して伝播し、冷却フィンにおいても放熱される。
【００２２】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、電極と前記電極に所定間隔を置いて対向配置される他方の電極としての被加工物との間に放電電流パルスを供給するスイッチング回路を備える放電加工用電源装置において、前記スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端に一端が連結され、他端が前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して接続される金属片を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片に伝播した熱は、スイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して伝播し、冷却フィンにて放熱される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。
【００２４】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片の周囲に外気を強制対流させる冷却ファンが配置されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、上記の発明において、金属片は、冷却ファンによって冷却される。したがって、金属片に伝播した熱は、金属片においても放熱される。
【００２６】
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片の面は、波形状に折り曲げられていることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、上記の発明において、金属片は、面が波形状に折り曲げられて広い放熱面積を持つようになっている。
つぎの発明にかかる放電加工用電源装置は、上記の発明において、前記金属片は、当該基板に形成される前記スイッチング回路を通る正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端の一方または双方に設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、上記の発明において、基板の放電電流パルス出力端である正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端に設けるのが好ましいが、少なくとも一方の出力端に設けるだけでも、温度上昇が抑制される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる放電加工用電源装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
実施の形態１．
図１と図２は、この発明の実施の形態１である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す外観図である。なお、図１は、平面図であり、図２は、側面図である。
【００３０】
図１において、スイッチング回路（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）が搭載されるプリント基板１には、できるだけ幅の広い正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３とを形成されている。また、図２に示されているように、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３は、薄層に形成されている。
【００３１】
そして、正極性電流路パターン２の出力端側には、基板温度抑制部４が設けられ、同様に負極性電流路パターン３の出力端側には、基板温度抑制部５が設けられている。つまり、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各出力端は、基板温度抑制部４と基板温度抑制部５とを介して加工電流出力フィーダー７９と接続されるようになっている。
【００３２】
正極性電流路パターン２の出力端側に設けられる基板温度抑制部４は、レジスト４１と金属片４２と固定部材４３と冷却ファン４４と配線固定部４５とで構成され、次のような内容になっている。
【００３３】
すなわち、正極性電流路パターン２の出力端側には、正極性電流路パターン２と同等の幅で適宜長さの露出されたレジスト４１が設けられている。レジスト４１は、プリント基板１の表面に露出された正極性電流路パターン２が酸化するのを防止するため導電性薄膜で覆われている。また、レジスト４１は、平面に加工されている。そして、レジスト４１には、部品固定用のネジ穴が設けられている。なお、図示例では、ネジ穴であるが、貫通穴でもよい。個数は、任意であることは言うまでもない。
【００３４】
金属片４２は、導電性と熱伝導性に優れ、安価に入手できる板状（好ましくは薄板状）金属部材であって、図示例では、正極性電流路パターン２の幅よりも広い幅を持ち、適宜な長さの４角形状に成形されている。
【００３５】
金属片４２の一端側には、レジスト４１に設けたネジ穴（または貫通穴）と同じ数の取付穴が、同じピッチ、同じ穴径で形成されている。すなわち、金属片４２の一端側は、その取付穴がレジスト４１に設けたネジ穴に位置決めされ、固定部材としてのネジ４３をねじ込んで固定されている。なお、レジスト４１に設けられた穴が、貫通穴であればボルトを使用し、プリント基板１の裏側に座金を当てて固定する。このとき、金属片４２の一端側とレジスト４１とは、隙間なく接触できるように平面な接触面を持つことが好ましい。
【００３６】
また、金属片４２の他端側には、加工電流出力フィーダー７９の給電線を締結するための配線固定部４５が設けられている。配線固定部４５には、例えばネジ穴が設けられ、先端に圧着端子が具備された加工電流出力フィーダー７９をネジにて固定する。なお、金属片４２に接続される加工電流出力フィーダー７９が複数ある場合には、金属片４２の他端側には、相当する数だけの配線固定部４５が準備されることになる。
【００３７】
そして、冷却ファン４４は、金属片４２に外気を供給し、または金属片４２近辺の空気を吸気して金属片４２を効果的に冷却できるように配置されている。金属片４２では、プリント基板１から飛び出して延在する部分があるので、少なくともこの延在部分を波状（フィン状）に形成して表面積を増加させ、冷却ファン４４による冷却効果を高める措置も容易に採ることができる。
【００３８】
また、負極性電流路パターン３の出力端側に設けられる基板温度抑制部５は、レジスト５１と金属片５２と固定部材５３と冷却ファン５４と配線固定部５５とで構成され、次のような内容になっている。
【００３９】
すなわち、負極性電流路パターン３の出力端側には、負極性電流路パターン３と同等の幅で適宜長さの露出されたレジスト５１が設けられている。レジスト５１は、プリント基板１の表面に露出された負極性電流路パターン３が酸化するのを防止するため導電性薄膜で覆われている。また、レジスト５１は、平面に加工されている。そして、レジスト５１には、部品固定用のネジ穴が設けられている。なお、図示例では、ネジ穴であるが、貫通穴でもよい。個数は、任意であることは言うまでもない。
【００４０】
金属片５２は、導電性と熱伝導性に優れ、安価に入手できる板状（好ましくは薄板状）金属部材であって、図示例では、正極性電流路パターン２の幅よりも広い幅を持ち、適宜な長さの４角形状に成形されている。
【００４１】
金属片５２の一端側には、レジスト５１に設けたネジ穴（または貫通穴）と同じ数の取付穴が、同じピッチ、同じ穴径で形成されている。すなわち、金属片５２の一端側は、その取付穴がレジスト５１に設けたネジ穴に位置決めされ、固定部材としてのネジ５３をねじ込んで固定されている。なお、レジスト５１に設けられた穴が、貫通穴であればボルトを使用し、プリント基板１の裏側に座金を当てて固定する。このとき、金属片５２の一端側とレジスト５１とは、隙間なく接触できるように平面な接触面を持つことが好ましい。
【００４２】
また、金属片５２の他端側には、加工電流出力フィーダー７９の給電線を締結するための配線固定部５５が設けられている。配線固定部５５には、例えばネジ穴が設けられ、先端に圧着端子が具備された加工電流出力フィーダー７９をネジにて固定する。なお、金属片５２に接続される加工電流出力フィーダー７９が複数ある場合には、金属片５２の他端側には、相当する数だけの配線固定部５５が準備されることになる。
【００４３】
そして、冷却ファン５４は、金属片５２に外気を供給し、または金属片５２近辺の空気を吸気して金属片５２を効果的に冷却できるように配置されている。金属片５２では、プリント基板１から飛び出して延在する部分があるので、少なくともこの延在部分を波状（フィン状）に形成して表面積を増加させ、冷却ファン５４による冷却効果を高める措置も容易に採ることができる。
【００４４】
次に、図３〜図５を参照して、以上のように構成される実施の形態１による基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の作用を説明する。なお、図３は、図１に示す基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板における出力電流経路を説明する平面図である。図４は、実施の形態１による基板温度抑制機構がない場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。図５は、実施の形態１による基板温度抑制機構がある場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。
【００４５】
図３では、プリント基板１を長手方向に３分割した領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が示されている。領域Ｐ１は、プリント基板１の出力端から一番遠い領域であり、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４が含まれている。領域Ｐ２は、プリント基板１の出力端から二番目に遠い領域であり、スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ５が含まれている。領域Ｐ３は、プリント基板１の出力端から三番目に遠い領域、つまり一番近い領域であり、スイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ６が含まれている。
【００４６】
スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４は、同期してオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｔｒ１から出力される電流パルスｉ１は、正極性電流路パターン２から基板温度抑制部４のレジスタ４１，金属片４２を通り、加工電流出力フィーダー７９に供給される。そして、加工電流出力フィーダー７９から帰ってくる電流パルスｉ４は、基板温度抑制部５の金属片５２，レジスタ５１を通り、負極性電流路パターン３からスイッチング素子Ｔｒ４に取り込まれる。
【００４７】
スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ５は、同期してオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｔｒ２から出力される電流パルスｉ２は、正極性電流路パターン２から基板温度抑制部４のレジスタ４１，金属片４２を通り、加工電流出力フィーダー７９に供給される。そして、加工電流出力フィーダー７９から帰ってくる電流パルスｉ５は、基板温度抑制部５の金属片５２，レジスタ５１を通り、負極性電流路パターン３からスイッチング素子Ｔｒ５に取り込まれる。
【００４８】
スイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ６は、同期してオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｔｒ３から出力される電流パルスｉ３は、正極性電流路パターン２から基板温度抑制部４のレジスタ４１，金属片４２を通り、加工電流出力フィーダー７９に供給される。そして、加工電流出力フィーダー７９から帰ってくる電流パルスｉ６は、基板温度抑制部５の金属片５２，レジスタ５１を通り、負極性電流路パターン３からスイッチング素子Ｔｒ６に取り込まれる。
【００４９】
今、領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３での各スイッチング素子が同期してオン・オフ動作を行うとする。そうすると、領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３での総電流量は、次のようになる。
【００５０】
領域Ｐ１では、正極性電流路パターン２での総電流量Ｉｐ１は、Ｉｐ１＝ｉ１であり、負極性電流路パターン３での総電流量Ｉｐ４は、Ｉｐ４＝ｉ４である。領域Ｐ２では、正極性電流路パターン２での総電流量Ｉｐ２は、Ｉｐ２＝ｉ１＋ｉ２となり、負極性電流路パターン３での総電流量Ｉｐ５は、Ｉｐ５＝ｉ４＋ｉ５となる。領域Ｐ３では、正極性電流路パターン２での総電流量Ｉｐ３は、Ｉｐ２＝ｉ１＋ｉ２＋ｉ３となり、負極性電流路パターン３での総電流量Ｉｐ６は、Ｉｐ６＝ｉ４＋ｉ５＋ｉ６となる。
【００５１】
電流パルスｉ１，ｉ２，ｉ３は、流れる方向が同一であるので、Ｉｐ３＞Ｉｐ２＞Ｉｐ１が成立する。また、電流パルスｉ４，ｉ５，ｉ６も流れる方向が同一であるので、Ｉｐ６＞Ｉｐ５＞Ｉｐ４が成立する。以上の事実から、プリント基板１の出力端に最も近接した領域Ｐ３において流れる電流量が最も大きく、プリント基板１の出力端から最も遠い領域Ｐ１において流れる電流量が最も小さいことがわかる。具体的には、ジュールの法則によれば、電流が導体を流れるとその電流値に対応した発熱が生じるので、（領域Ｐ１での発熱量）＜（領域Ｐ２での発熱量）＜（領域Ｐ３での発熱量）の関係が成立する。
【００５２】
したがって、この実施の形態１で示した基板温度抑制部４，５が存在しない場合（例えば従来例の図９で示した構成の場合）には、プリント基板１上の温度分布は、図４に示すようになる。図４において、横軸は、プリント基板１上での各領域を示し、縦軸は、プリント基板１上での各領域の温度［℃］を示している。
【００５３】
図４では、発熱量が最も小さい領域Ｐ１の温度上昇が最も小さく、発熱量が最も大きい領域Ｐ３の温度上昇が最も大きくなることが示されている。従来例の図９で示した構成では、プリント基板１の出力端における各電流路パターンの発熱は、どこにも伝播されず、プリント基板１の表面のみで放熱されるだけであるので、他の領域と同様に流れる電流量に応じた温度になる。
【００５４】
これに対し、この実施の形態１による基板温度抑制部４，５が付加されたプリント基板１上の温度分布は、図５に示すようになる。図５では、横軸と縦軸を図４と同様の目盛りで表現しているが、発熱量が最も大きい領域Ｐ３の温度上昇値が、発熱量が領域Ｐ３よりも小さい領域Ｐ２の温度上昇値とほぼ同じ値になることが示されている。
【００５５】
領域Ｐ３での温度上昇が大幅に抑制される理由は、次のように説明できる。すなわち、領域Ｐ３は、極めて基板温度抑制部４，５に近接しているので、領域Ｐ３で発生された熱は効率よくレジスト４１，５１を介して熱伝導性の優れた材質からなる金属片４２，５２に伝播し、放熱される。加えて、金属片４２，５２が冷却ファン４４，５４によって積極的に冷却されるので、金属片４２，５２での放熱が一層促進される。なお、金属片４２，５２を冷却する構成については、図１で示した構成の他に、１個の冷却ファンを用い、通風ダクトで外気を金属片４２，５２に導く構成も採ることができる。
【００５６】
このように、プリント基板１の出力端、すなわち正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各出力端に基板温度抑制部４，５を設けたので、放電電流パルスを出力する際に生じるプリント基板１の出力端における各電流路パターンの温度上昇を抑えることができ、またプリント基板１の温度を全領域に渡って均一化することができる。
【００５７】
その結果、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各パターン層を薄くすることができるので、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の各パターン幅をできるだけ大きくしても、パターン形成に使用される材料費を低く抑えることができる。
【００５８】
すなわち、実施の形態１によれば、正極性電流路パターン２と負極性電流路パターン３の温度上昇を抑制することができるので、流せる電流値の上限値を引き上げることができる。そして、各パターン幅を大きくして表面面積を拡大することができ、大電流化と高周波数化を両立させることができるようになる。
【００５９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す側面図である。なお、図６では、実施の形態１（図１、図２）に示した構成要素と同一ないしは同等である要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００６０】
図６では、２つの電流路パターンのうち、正極性電流路パターン２に接続される基板温度抑制部４の関係が示されている。基板温度抑制部５側も同様であるので、双方の符号を併記して説明する。
【００６１】
図６に示すように、高速で動作し、かつ大電流パルスを出力するスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は、通常冷却効果を得るため、冷却能力の高い大型フィンである冷却フィン６１に直接取り付けられている。スイッチング素子Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６も同様である。
【００６２】
そこで、この実施の形態２では、基板温度抑制部４，５においてプリント基板１と加工電流出力フィーダー７９とを接続する金属片４２，５２の背面を冷却フィン６１に電気絶縁材を介して接続するようにしている。但し、実際には、金属片４２，５２の背面と冷却フィン６１との間には、隙間があるので、図６に示すように、隙間を埋めるための熱伝導金属ブロック６３を介在させている。そして、電気的な絶縁を図るため、金属片４２，５２の背面と熱伝導金属ブロック６３との間には絶縁シート６２が設けられ、熱伝導金属ブロック６３と冷却フィン６１との間には絶縁シート６４が設けられている。なお、熱伝導金属ブロック６３は、金属片４２，５２のそれぞれと一体になっていても構わない。これによれば、絶縁シートは、冷却フィン６１側の１つになる。
【００６３】
この構成によれば、プリント基板１の出力端側で発生した熱６６は、まず金属片４２，５２に伝播し、次いで金属片４２，５２から絶縁シート６２、熱伝導金属ブロック６３および絶縁シート６４を介して冷却フィン６１に伝播し、冷却能力の高い冷却フィン６１にて放熱される。このとき、金属片４２，５２と冷却フィン６１とは絶縁シート６２，６４によって絶縁されているので、金属片４２，５２を流れる放電電流パルスは、冷却フィン６１には流れない。
【００６４】
このように、実施の形態１に示した構成において、プリント基板１の出力端に接続された金属片４２，５２をスイッチング素子の冷却フィン６１に電気絶縁材を介して接続するようにしたので、金属片４２，５２の冷却効率をさらに高めることができ、プリント基板１の出力端側での温度上昇をさらに抑制することができる。
【００６５】
なお、以上は、実施の形態１への適用例であるが、実施の形態１で説明した冷却ファンは、この実施の形態２の構成とすれば、省略できる場合があることは言うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片での放熱が促進される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。したがって、流せる電流値の上限値を引き上げることができる。そして、電流路パターン幅を大きくして表面面積を拡大することができ、大電流化と高周波数化を両立させることができるようになる。
【００６７】
つぎの発明によれば、上記の発明において、金属片に伝播した熱は、スイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに伝播し、冷却フィンにおいても放熱されるので、一層の冷却効果が得られる。
【００６８】
つぎの発明によれば、スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端側は、電流が集中するので、大きな発熱があるが、この発生した熱は、出力端側に取り付けた金属片に伝播し、放熱される。加えて、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片での放熱が促進される。その結果、基板の放電電流パルス出力端では、温度上昇が抑制される。したがって、流せる電流値の上限値を引き上げることができる。そして、電流路パターン幅を大きくして表面面積を拡大することができ、大電流化と高周波数化を両立させることができるようになる。
【００６９】
つぎの発明によれば、上記の発明において、金属片は、冷却ファンによって冷却されるので、金属片に伝播した熱は、金属片においても放熱される。したがって、一層の冷却効果が得られる。
【００７０】
つぎの発明によれば、上記の発明において、金属片は、面が波形状に折り曲げられて広い放熱面積を持つようになっている。したがって、一層の冷却効果が得られる。
つぎの発明によれば、上記の発明において、基板の放電電流パルス出力端である正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端に設けるのが好ましいが、少なくとも一方の出力端に設けるだけでも、温度上昇が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す平面図である。
【図２】 図１に示す基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す側面図である。
【図３】 図１に示す基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板における出力電流経路を説明する平面図である。
【図４】 実施の形態１による基板温度抑制機構がない場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。
【図５】 実施の形態１による基板温度抑制機構がある場合のスイッチング回路搭載基板における各位置の温度分布を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２である放電加工用電源装置における基板温度抑制機構付きスイッチング回路搭載基板の構成を示す側面図である。
【図７】 放電加工用電源装置の一般的な構成を示す回路図である。
【図８】 従来のスイッチング回路搭載基板において大きな電流を流せるようにした構成例（その１）を示す図である。
【図９】 従来のスイッチング回路搭載基板において大きな電流を流せるようにした構成例（その２）を示す図である。
【符号の説明】
１ プリント基板、２ 正極性電流路パターン、３ 負極性電流路パターン、４，５ 基板温度抑制部、４１，５１ レジスト、４２，５２ 金属片、４３，５３ 固定部材（ネジ）、４４，５４ 冷却ファン、４５，５５ 配線固定部、６１ 冷却フィン、６２，６４ 絶縁シート、６３ 熱伝導金属ブロック、７９加工電流出力フィーダー、Ｔｒ１〜Ｔｒ６ スイッチング素子、Ｅ 電極、Ｗ被加工物。
Claims (6)
- 電極と前記電極に所定間隔を置いて対向配置される他方の電極としての被加工物との間に放電電流パルスを供給するスイッチング回路を備える放電加工用電源装置において、
前記スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端に一端が連結される金属片と,
前記金属片の周囲に外気を強制対流させるために配置される冷却ファンと、
を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。 - 前記金属片の他端は、前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電源装置。 - 電極と前記電極に所定間隔を置いて対向配置される他方の電極としての被加工物との間に放電電流パルスを供給するスイッチング回路を備える放電加工用電源装置において、
前記スイッチング回路を搭載する基板の放電電流パルス出力端に一端が連結され、他端が前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子に取り付けられる冷却フィンに電気絶縁材を介して接続される金属片、
を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。 - 前記金属片の周囲に外気を強制対流させる冷却ファンが配置されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電源装置。 - 前記金属片の面は、波形状に折り曲げられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電加工用電源装置。
- 前記金属片は、当該基板に形成される前記スイッチング回路を通る正極性電流路パターンおよび負極性電流路パターンの各出力端の一方または双方に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の放電加工用電源装置。
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