放電加工の状態を判断する指標には様々な状態量が考えられるが,まず放電中の極間電圧波形により加工状態を判断することを検討した(図1).放電電圧波形より,放電遅れ時間(T_d),放電時立下り時間(T_s),無負荷電圧平均値(V_o),無負荷電圧分散値(V_ov),放電電圧平均値(V_s),放電電圧分散値(V_sv),休止電圧平均値(V_c),休止電圧分散値(V_cv)を状態量として選び,放電加工状態との関連で調べた.その結果,以下の知見を得た.

図1 放電状態検出パラメータ

　1.放電中の極間電圧波形から抽出した様々な特徴量のうち,放電中の極間電圧分散値(Vsv)が最もよく加工状態を反映し,放電のパルスを加工状態に応じて分類することができる.

　2.放電中の電圧波形に含まれる高周波成分(Vshf)による放電状態検出方法は,分散値による検出とほぼ等しい結果を得ることができ,実時間での検出が可能である.

　3.放電中の極間電圧の高周波成分(Vshf)により放電パルスは,3種類(OKパルス,NGパルス,ARパルス)に分類することができ,OKパルスは加工に寄与し,NGパルスは工作物にシミを作り,ARパルスは工作物にアーク痕を作るパルスであると推察できる.これは工作物へのカーボン付着に関係があると推察した.

　4.高周波成分(Vshf)による放電パルス分類に基づいた高速な加工条件制御を実加工に適用した結果,耐アーク性向上に効果があった.

　放電電圧高周波成分の大小の原因については未だ明らかとはなっていない点も多い.本論文では上記知見に基づき,工作物へのカーボン付着と関連があり,工作物のカーボンが付着している場所に放電が発生した場合には高周波成分が小さくなると結論づけた.したがって,高周波成分による放電状態検出装置は工作物へのカーボン付着を初期段階から的確に検出することができ,定常アークへ至るのを防止することができると考えられる.

　放電電圧の高周波成分により放電パルスをOKパルス・NGパルス・ARパルスに分類できることを示したが,この分類で区別できないパルスが短絡パルスである.短絡は電極と工作物との電気的接触であり,NGパルス・ARパルスと異なり,ある程度まとまって発生する.工作物へのカーボン付着は加工状態に影響を与えるが,短絡現象は,工作物へのカーボン付着の大きな原因の1つである.本論文では,短絡現象が発生した後の現象について解析し,以下の知見を得た.

　1.短絡電流により加工屑が集まり短絡ブリッジを形成する.そのため短絡が長時間継続し,加工速度の低下・電極の異常消耗などを引き起こす.

　2.電極と工作物が短絡した場合に電流を停止させる短絡電流防止回路により,加工屑の排出不良による極間短絡に起因する電極の異常消耗,および工作物へのダメージ(ピンホール,ピット)の発生を防止することが確認できた(図2).

　3.短絡ブリッジを破壊する短絡ブリッジ除去パルスにより,極間短絡現象を解消でき,加工速度を上げることができた.

図2 仕上げ面の比較

　次に不燃性加工液を使用した場合の放電現象について調べた.不燃性加工液を使用した場合の現象は通常の灯油系の加工液を使用した場合とは異なる点が多い.それは放電生成物の中の加工液の分解生成物が絶縁物である点と加工液の抵抗が小さい点が主な理由である,不燃性液を用いた仕上げ加工では,OKパルスによる加工を行っていてもタールの付着が発生し放電加工特性を劣化させる.以下に得られた知見を示す.

　1.タールはプラスに帯電しており,通常の単極性の放電加工でマイナスの極性である工作物面に付着し,極間の短絡が増加し,さらには,工作物に付着したタールにより放電の発生が阻害され,放電が発生しなくなる.

　2.両極性加工を行い,極間の平均電圧をOVにすると,工作物の加工面へのタール付着を防ぐことができ,極間の短絡がなくなり,タール付着による加工不能現象も現れなくすることができた.

　次に放電生成物を硬質被膜の形成へ利用する方法について検討した(図3).その結果以下の知見を得た.

図3 硬質被膜形成の方法

　1.硬質炭化物をつくる金属(Ti)を電極として油中で放電を発生させると,工作物に硬質炭化物被膜を形成することができる.被膜の形成は放電パルス毎にTiCが工作物に溶融付着しながら進行する.

　2.ピンオンディスクの摩耗試験を行ったところ,放電表面処理の硬質被膜は耐摩耗性に優れることがわかった.

　3.本処理方法により得られた被膜は母材内部にも浸透しており,表面を研磨しても高い硬さを保つことができる.そのため,機械部品の摺動部分など細かい面あらさが必要な部分に対しても使用することが可能である.また,被膜と母材は溶融密着しており,スクラッチ試験でもAE信号を発生しない.

　4.本処理方法は,真空装置のような特別な装置を必要とせず,母材の温度を上昇させる必要もない簡便な表面処理方法であり,金型・切削工具などへの処理が容易に可能であることを示した.

　本論文では,放電加工により生じる放電生成物が加工特性の劣化に与える影響の解析と加工特性の劣化の防止方法について明らかにすること,および,放電生成物の表面改質への利用を目的とした.前者に対しては,放電による工作物へのカーボンの付着,加工屑による放電の阻害,不燃性液を使用した場合に生じるタールによる加工特性への影響という観点から論じ,それぞれの現象を解析し,具体的な加工特性の劣化防止方法を提示した.また,後者に対しては,放電生成物を利用して工作物に硬質被膜を形成するメカニズムについて示し,その応用例を提示した.