2017 Fiscal Year Research-status Report
透明性絶縁体の放電加工による極間隙の直接観察と絶縁体穿孔放電加工機の開発
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16K06032
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology |
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Principal Investigator |
吉田 政弘 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (80220680)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 放電加工 / 絶縁体工作物 / 同期観察 / 長パルス放電 / 集中放電 / 形状精度 / 放電熱による影 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに，構築した測定システムにより絶縁体工作物の放電加工における長パルスの役割を明らかにした．そして，絶縁体工作物の加工に必要な炭素皮膜に適切な厚みが存在することが推定できた．今年度は，これらの結果を踏まえて，①絶縁体工作物の放電加工が不安定になる要因の究明，②加工精度が悪い原因の究明，③炭素皮膜の最適な厚さの検討を行った．これらを，今年度の研究目的にとした理由として，絶縁体穿孔放電加工を成功させるには，放電加工を不安定にしないこと，そして，得られた穴形状が良好であることが要求されるためである．研究の結果，①と②には強い相関があり，これらは，特定箇所に放電が集中してしまうために生じることが明らかになった．そして，集中放電の理由は，絶縁体工作物の放電加工には必要とされている長パルス放電にあることが分かった．すなわち，長パルス放電は加工液中の熱分解で生じる炭素の生成の役割を果たしており，生成される炭素量が多すぎると，その場所に放電が集中してしまう．一度，集中すると加工形状が悪化するまで集中が収まらない傾向が強いことも明らかとなった．そして，集中放電が生じると，場合によっては放電加工が不安定となり，放電は生じるが加工が全く進行しない状況に陥る．そこで，加工条件を変化させて長パルス放電の発生割合を，これまでの10％以上から5％以下に低下させた．その結果，集中放電観察回数が減少し，例えば，穴加工において，いびつな穴底形状しか得られなかったものが，フラットな穴底形状が得られ，かつ，放電加工も安定して行えるようになった．
③に関しては，年度末に，放電によって工作物に影が生じるが，この影の解析を行うことで推定できる可能性をみだすことができた．そこで，平成30年度は，放電によって石英ガラスに生じる影の解析を行い，放電による熱流入を調査することで，炭素皮膜の厚さを推定する予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
絶縁体工作物の放電加工が不安定になる要因と形状精度の悪化の原因を解明した．つまり，長パルス放電は加工液から熱分解カーボンの生成に主に携わっており，長パルス放電が発生した箇所は絶縁破壊強度が低下することにより放電が生じやすく，そこに集中放電が生じる．また，長パルス放電のパルス幅が長くなると集中放電が多発する傾向も見られた．この集中放電が生じると，同じ個所にカーボンが連続的に生成される．これによって，益々この場所に放電が集中する．その結果，加工の進行は放電が集中した部分のみとなり加工精度が悪化する．また，極端に進行した部分にはカーボンと加工屑の濃度が濃く，しかも，排出され難くなっている．その結果，放電加工が不安定となってしまう．このように加工現象と放電波形の同期観察から検討した結果，長パルス放電によるカーボンの生成量を減らすことで問題点の対策が可能との結論に至った．それを実証するため，まず，長パルス放電の発生割合を減少させることを試みた．具体的には，ある放電加工パラメータを変えることで長パルス放電の発生を制御可能なことを実験により突き止め，このパラメータを変化させて長パルス放電の発生割合10％以上から5％程度に減少させた．これにより，放電加工が安定し，加工精度の向上が見られた．このことは，放電加工が不安定になりやすい穿孔放電加工にとって問題であった放電加工の不安定要素を取り除く大きな成果であり，穿孔放電加工装置の製作の見通しが立ったと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年で実施できなかった③の炭素皮膜の最適な厚さの調査を実施する．これは，放電によって工作物に生じる影を解析することで，工作物への熱流入量が分かる可能性を見出せた．炭素皮膜が厚くなると放電による熱流入量は減少し影が生じなくなる．逆に，炭素皮膜厚さが極端に薄くなると影が強く生じ，その部分の炭素皮膜が無くなってしまうため，加工が進行しなくなる．このように，放電によって工作物に生じる影を解析することで炭素皮膜の最適な厚さを推定することが可能となる．そして，既に構築した放電波形と放電加工現象の同期観察システムの結果を合わせることで，最適な炭素皮膜厚さが形成されるときの放電波形パターンを掴む取ることができれば，力センサーなどに頼らずとも，放電波形のモニタリングで安定した絶縁体の放電加工が可能となる．
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| Causes of Carryover |
穿孔放電加工機の製作にあたり，ピエゾアクチュエータ，ピエゾドライバー，Z軸用力センサ，力センサ用チャージアンプ，Z軸リニアスケール，そして，制御用コンピュータを計上していた．当初は，微小な加工反力の計測が放電ノイズの中で測定することが非常に難しく，適切な機種選定が行えなかったことが理由であった．しかし，放電加工現象と放電波形の同期観察システムにより，絶縁体の放電加工のメカニズムの解明が進むにつれ，安定した放電加工を行う条件が明らかになってきた．その結果，放電加工の力センサによる工具電極破損防止システムは必ずしも必要でななく，むしろ，放電波形と放電加工現象の調査を進めた方が有益であるとの判断に至った．すなわち，絶縁体の放電加工では，長パルス放電によって生成される炭素皮膜が極めて重要で，それが厚すぎても薄すぎても放電が不安定になる．すなわち，生成される炭素皮膜の厚さの最適値を見出すこと，そして，その厚さを維持するための放電波形の特長を掴みことがキーポイントと考えている．炭素皮膜の厚さの測定は非常に困難である．そこで，前述したように放電が生じた時に工作物である石英ガラスに影が生じる現象を利用して炭素皮膜の厚さの調査を試みる．昨年度までに，炭素の生成が多いと影は薄くなり，少ないと強く出る傾向であることを確認している．本年度は，放電によって生じる影の解析に必要な装置を購入する．
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Research Products
(1 results)
