放電加工機技術の系統化調査
Systematic Survey on Electrical Discharge Machine Technology

岩崎 健史 Takeshi Iwasaki■要旨

放電加工は、電極と工作物の間に微小な放電を繰り返し発生させ、金属を溶融し除去する加工方法である。その原理は1943年にソ連で発明され、1950年代の半ばまでにソ連、欧州、米国に多数の放電加工機メーカが誕生した。一方、日本では1948年に研究が始まり、1953年に最初の放電加工機メーカが誕生した。

放電加工の特長は、一般に難削材と呼ばれる機械加工が困難な硬度や靭性の高い金属の加工を得意とする点である。その特長から、米国では航空宇宙産業向けの特殊部品などの加工に普及し、日本では主に金型部品の加工に普及した。

当初は欧米のメーカが先行していたが、1980年頃には、日本のメーカが世界シェアの過半を占めるまでに成長した。日本の急速なシェアアップの理由のひとつは、目覚ましい進歩を遂げていた半導体を始めとする日本のエレクト
ロニクス技術が放電加工機の開発を支えたためである。加えて、放電加工機産業は、主要な販売市場である金型産業の飛躍的な規模増による旺盛な需要に恵まれたことがあった。

本報告書の前半は、概ね1980年頃までに確立した放電加工機の基盤技術である加工用電源、軸送り機構、数値制

御装置の応用技術などの開発史を解説する。また、放電加工機は金型産業の恩恵を受けて発展したが、同時に金型の製作方法を革新する役割を果たしてきた。需要先と供給元が車の両輪として発展した経緯や放電加工機を適用す
る利点について具体的な事例を基に解説した。

本報告書の後半は1980年頃から2015年頃までの期間を中心に、放電加工機のその後の発展について調査を行った結果を述べた。例として、新しい半導体素子を適用した高速加工電源、リニアモータ駆動の高速軸送り機構、加工ノウハウを知能化した適応制御などがあり、日本の放電加工機メーカはこれらの世界に先駆けた新技術を次々と生み出し国際的な競争力を高めて行った。

1980年代以降、欧米のメーカは次々と淘汰され、有力な競合先は高級機ブランドで鳴らしていたスイスの2社となった。1990年頃の日本は、高機能でコンパクトな製品で世界を席巻していたが、当時の流行り言葉で言う“軽薄短小”

な製品に必要とされた微細で精密な部品の製造は、世界に冠たる日本の精密金型技術が支えたと言って過言ではない。日本の金型産業の世界一厳しい加工精度や品質への要求に、さらに微細化が加わり、日本の放電加工機メーカ
しのぎ

各社は精密加工技術の開発競争に鎬を削り、遂にはスイスの高級機ブランドを超える精密加工技術を手中にした。

報告書の後半では、こうした精密加工の要素技術である加工精度や表面粗さの向上、そして加工形状の微細化を追求した開発の歴史などを解説した。

日本における放電加工機の用途シェアは現在、金型がおよそ７、８割を占めるため、本報告書では放電加工機の用途については金型を中心に調査を行った。しかしながら、今後の放電加工機の発展は、高付加価値な部品加工での用途拡大にあると考えられる。そのため報告書の最後として、将来の用途拡大が期待される高付加価値な部品を加工する目的の特殊な放電加工機についてまとめた。

1

■ Abstract

Electrical discharge machining is a fabrication process that melts and removes metal from a workpieceby repeatedly applying a small electrical discharge between an electrode and the workpiece. The principle
behind this process was invented in 1943 in the Soviet Union, and by the 1950s, dozens of manufacturersof electrical discharge machines were founded throughout the Soviet Union, Europe and the United States.
Research into the process began in Japan in 1949, with the first electrical discharge machine manufacturer
established in 1953.
One of the advantages of electrical discharge machining is the ability to machine hard or tough metals—
called difficult-to-cut materials—that are difficult to handle with mechanical processes. It is because ofthis that the process became increasingly used in America for machining special components for theaerospace industry—in Japan, electrical discharge machining came to be used for machining die and moldcomponents.
While European and American manufacturers led the market in the early days, Japanese manufacturers
grew to claim more than half the global share by the 1980s. One of the factors contributing to Japan’s
sharp rise in market share is that Japanese electronics technology, including semiconductors which had
made remarkable progress, supported the development of electrical discharge machines. In addition, theelectrical discharge machine industry was blessed with the strong demand arising from the rapid growth ofits main market—the die and mold industry.
The first half of this report covers the history of development of the core technologies dedicated forelectrical discharge machines by the 1980s, such as the power supplies used for machining, axial feedmechanism, and applied technology like numerical control devices. While development of electricaldischarge machines benefited from the die and mold industry, the process also served to transform themethods used for making die and molds. The report outlines how both suppliers and customers worked
hand in hand to further development, and also includes specific examples of the advantages of using
electrical discharge machines.
The second half of the report describes the results of research on the subsequent development ofelectrical discharge machines, focusing on the period from around 1980 to around 2015, with examples
including high-speed machining power supply that use new semiconductor elements, high-speed axis
feed mechanisms driven by linear motors, and adaptive control that utilizes intellectual machining knowhow. Japanese electrical discharge machine manufacturers led the world in developing new state-of-the-art
technologies like these, which in turn boosted their competitive edge on the world stage.
European and American manufacturers found themselves left behind from the 1980s and on, with only
two premium machining tool brands based in Switzerland considered potential competitors. Japan took
over the world in the 1990s with countless high-performance and compact products. It goes without
saying that Japan became the global power in precision die and mold technology that underpinned the
manufacture of tiny precision components essential for a broad range of products that were small andlight—just like the catchphrase of the time. The Japanese die and mold industry demanded the world’s
highest standard of machining accuracy and quality, but now miniaturization had become essential—
this sparked fierce competition amongst Japanese electrical discharge machine manufacturers to further
develop high-accuracy machining technologies, which eventually went on to exceed that of premium Swiss
manufacturers. The second half of the report explores the history of development of elemental technology
required for such high-accuracy machining, like enhancing machining accuracy and surface finish, andminiaturization of machined shapes.
With die and mold currently accounting for around 70 to 80% of electrical discharge machining in Japan,
this report mainly examined how electrical discharge machines are used for fabricating die and mold.
Electrical discharge machines are expected to be developed to cover a wider range of applications formachining high-value added components in the future, so the last section of this report covers special
electrical discharge machines designed for machining high-value added components that are expected to
grow in demand moving forward.

■ Profile

岩崎 健史

Takeshi Iwasaki

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
1980 年

北海道大学工学部精密工学科卒業

1980 年

三菱電機㈱入社 放電加工機の以下の業務に従事

1990 年

Mitsubishi Electric Automation, Inc,（米）Eng. Mgr.
放電システム部加工技術課長、工作部 GR、他
FA 事業本部産業メカトロニクス事業部

加工技術開発、顧客技術支援、自動化装置開発、他
1996 年
2007 年

主席技師長、主管技師長
2017 年

三菱電機㈱ 専門嘱託、現在に至る

2022 年

国立科学博物館 主任調査員、現在に至る

2014 年～ 2022 年 （一社）型技術協会 理事（編集委員長、他）■ Contents
1 . はじめに ………………………………………………… 4
2 . 放電加工機の概要 … ………………………………… 5
3 . 誕生から基盤技術の確立まで… ………………… 11
4 . 金型と歩んだ放電加工機 … ……………………… 37
5 . ワイヤ放電加工機発展の系統化調査… ………… 49
6 . 形彫放電加工機発展の系統化調査… …………… 75
7 . 特殊な放電加工機 … ……………………………… 97
8 . おわりに…………………………………………… 102

1 はじめに

機械加工は、切削加工、研削加工、特殊加工に分類べる。第 7 章は放電加工機の将来の発展を展望する観され、放電加工は特殊加工に属している。一般的な機点で、新たな用途の拡大が期待できる特殊な放電加工

械加工である切削加工や研削加工は、工具や砥粒で金機について述べる。

属を除去する加工方法であるのに対し、放電加工は電

尚、本調査の対象となった期間中に、「電気用図

気エネルギーによる金属の溶融除去を加工原理とし、

記号」*1、「面粗さ」などの JIS 規格が改定され、またかつ非接触の加工である点が、他の機械加工と大きく1992 年に制定された計量法で「工業単位系」から「SI異なる。この特徴により、硬度、靱性が高い難切削材

単位系」への移行があった。新しい単位や表記に統一

料の加工、或いは微細、狭隘な形状の加工で、一般のして執筆したが、引用転載した図表は当時の単位や表

機械加工に対して優位性がある。

記のままとなっている点に留意願いたい。尚、表面粗

きょうあい

一般的な機械加工は、その加工原理の源流が古代にさに関しては、JIS B 0031：2003 で規定される最大高まで遡るが、近代的な工業用工作機械は、産業革命のさ粗さ Rz に対し、厳密には異なる旧規格 *2 の Rmax、渦中である 1770 年代にイギリスで誕生した。日本でRy を同等と見做し、Rz で統一した。

は、1857 年にオランダから初めて工作機械が輸入され、その後、1889 年に国産メーカが誕生した 1.1）1.2）。

参考文献

一方、放電加工は比較的新しい技術であり、1943

1.1） 松野健一：日本の工作機械産業発展史 , 日本音

年にソビエト連邦で加工原理が発明され、1950 年代

響学会誌 , 74（8）, pp. 469 - 474,（2018）の半ばまでにソビエト連邦や東欧、西欧、米国に多1.2） 日本工作機械輸入協会：日本の工作機械輸入の数の放電加工機メーカが誕生していた。日本では、

1.3）

1949 年に東大で研究が始まり、1953 年に最初の放電

歴史 , pp.4-5,（2019）1.3） B.M. Schumacher, R. Krampitz, J.-P. Kruth :加工機メーカが誕生し、翌年国産第一号の放電加工機

Historical phases of EDM development, Proce-が完成した。第二次世界大戦後、世界の先端を行くま

dia CIRP 6, pp.5 -12,（2013）

でに発展した電気・電子機器、半導体などの技術力と、主要な販売先である金型産業の急速な規模の拡大を追1.4） 日経産業新聞 , 放電加工機一動かぬ日本勢優位 ,1985.07.19, p.8

い風に、日本の放電加工機産業は目覚ましい成長を遂げ、1980 年代には世界トップメーカの多くを日本企業が占めるまでに至った 1.4）。
その後、1990 年代の円高に端を発した製造拠点の海外シフトやアジア諸国のキャッチアップなどにより、日本の製造業の衰退が言われる状況であるが、放電加工機メーカの世界シェアは現在も依然高い水準を維持している。
以下、第 2 章では本報告書を読む上で参考となる放電加工機の基礎を解説する。第 3 章は放電加工機の誕
生から 1980 年頃までに確立した基盤技術の開発について述べる。第 4 章は主要な販売先である金型産業の概要、放電加工機の金型加工への貢献と具体的な適用事例を述べる。第 5 章は 1980 年頃から 2015 年頃までのワイヤ放電加工機の技術の発展について述べる。第
6 章は同様に形彫放電加工機の技術の発展について述*1

JIS C 0301 が廃止され、IEC 60617 第 2 版と同一規格として 1997 年と1999 年の 2 回に分けて JIS C 0617「電気用図記号」が制定された。

*2

4

Rmax は JIS-B0601-1982、Ry は JIS B 0601-1994（JIS B 0031-1994）を参照願う。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March2 放電加工機の概要

本章では、本報告書を読む上で、参考となる放電加工機の基礎的な事項を説明する。

放電加工の加工原理については、現在も継続して研究が行われ、近年は東京大学の國枝教授等による透明体電極（SiC 単結晶）を利用した放電現象の可視化やシミュレーション解析などの研究により、かなり現象

2.1 放電加工機の概要解明が進んだ 2.4）。しかし、未解明な部分も残されており、今後のさらなる研究に期待がある。図 2.3 は、（1）放電加工の原理

近年の研究成果を反映した放電現象の説明図で、アー放電加工のプロセスを図 2.1 に示す。図の上段左がプロセスの始まりで、加工液に浸した電極と工作物をク柱の大きさ、気泡の挙動などに新しい知見が示された。詳細は、参考文献を参照願う。

狭い隙間で対向させ、両者の間に加工電源から一定の電圧を印加して、アーク放電を発生させる。アーク放

陽極
加工くず

溶融域

気泡

電による熱エネルギーは、近接する電極と工作物の表面に伝わり、金属表面が溶融、蒸発を始め、周囲の加

アーク柱

加工液

工液も気化して急激に気泡が膨張する。金属や加工液の蒸気圧は、溶融金属を押し除ける力として作用し、溶融金属は加工液中に飛散し、冷やされて加工屑となる 2.1）。加工電源は所定の時間、電流を供給してアーク

放電電流

気液境界
陰極

図 2.3

溶融域

単発放電現象 2.5）

放電を継続した後、電流を遮断し放電を終了する。その後、一定の休止時間を置いて極間の絶縁回復を待ち、再び加工電源から電圧を印加し、次の放電に移行する。

（2）放電加工における電圧と電流
放電加工における電圧と電流の波形を図 2.4 に示す。
極間に開放電圧が印加されると、極間の状態によって変動する放電遅れ時間を経て放電が始まる。加工電源から極間に放電電流 Ip が供給され、オンタイム（パルA. 放電発生

B. アーク柱成長、気泡膨張
金属溶融・蒸発ス幅）が経過すると遮断される。放電が発生している間の電圧である放電電圧は、工作物の材質や極間間隙などで異なるが通常は 20 V 程度となる。これら開放電圧、放電電流、パルス幅、及び休止時間は、加工条件としてあらかじめ設定された値を用いるのが基D. 絶縁回復

図 2.1

C. 溶融金属飛散
放電痕形成

放電加工のプロセス 2.2）

一度の放電で、金属が除去された部分には、図 2.2 に本であるが、開放電圧以外は、自動的に最適値に制御されるのが一般的である。尚、開放電圧は 60 V から
300 V、放電電流は 1 A 以下から 1,000 A 程度、パルス幅や休止時間は ns 単位から μs 単位まで幅広い。

示す単発放電痕と呼ばれるクレータ状の凹みが形成される。単発放電による除去量は μm 単位の僅かなものであるが、毎秒数百から数万回の放電を連続して発生させることで、工業的に実用性のある加工が可能となる。

加工変質層（溶融再凝固層＋熱影響層）

放電痕の表面

図 2.2

放電痕の断面概念図

単発放電痕の表面写真と断面図 2.3）

図 2.4

放電加工の電圧と電流 2.2）

放電加工機技術の系統化調査

5

（3）放電加工の特徴

電源が電極と工作物の間に電気パルスエネルギーを供

金属を加工する機械加工は、切削加工、研削加工、給し、放電を繰り返し発生させて加工を進行する。電特殊加工に分類され、放電加工は特殊加工に属してい

極は銅やグラファイトなどの比較的加工し易く、導電る。一般的な機械加工は工具や砥粒を用いて金属を除率の高い材料を用いる（表 2.1）。加工液は、鉱物油系

去する方法であるが、放電加工は電気エネルギーによや合成油系などの石油系加工液を用いる。加工によっり金属を溶融除去する方法で、また非接触加工であるて生成されるスラッジ（加工屑）は、加工液とともにことも、一般の機械加工と異なる点である。これらの汚液槽に排出された後、フィルタによってろ過される。

特徴により、硬度、靱性が高い難削材の加工や、微細、電極の昇降は Z 軸によって行われ、加工の進行に従い、

狭 隘 形状の加工に優位性があり、一般の機械加工と電極は徐々に工作物に向かって降下する。加工中の Z適用分野で棲み分けがなされている。

軸の移動は一定速度ではなく、次に説明するサーボ送

きょうあいり制御によって行われる。
（4）放電加工機の種類
放電加工機は、形彫放電加工機とワイヤ放電加工機の２種類に大別される。他に形彫放電加工機から派生
した穴あけ加工専用の細穴放電加工機があるが、本調査では対象から除外し、例外として高付加価値な部品加工用の特殊な細穴放電加工機を 7 章で解説する。
（5）放電加工の用途

図 2.5

放電加工は、難削材や微細・狭隘形状の加工を中心に利用されているが、用途分野を大別すると以下の通

表 2.1

りである。
1）金型部品プ レス型、プラスチック成形型、鍛造型、ダイカスト型、他

2）難削材部品

航 空・宇宙機器、発電タービン、チタン材部品、PCD 工具、他

3）一般部品試 作部品、小ロット部品、微細・電極材種
銅

形彫放電加工機の構成 2.6）

形彫放電加工用の主な電極材料 2.2）
適用
精度、面粗さ重視

備考
無酸素銅、タフピッチ銅、テルル銅（快削）

グラファイト（汎用） 加工速度重視

黒鉛（粒径≧ 5 µm）とタールを原料に成形 ･ 焼成

グラファイト（微粒） 微細、狭隘形状

黒鉛（粒径 数 µm）とタールを原料に成形 ･ 焼成

銅タングステン

炭化タングステン粒に銅紛を混ぜて焼結

超硬合金、精密小物

精密部品、医療機器、他
歴史的には当初、米国では航空宇宙向けのニッケル（2）サーボ送り制御

基合金やチタン合金などの難削材部品の加工に使わ放電加工を安定かつ効率的に進めるには、電極のれ、欧州や日本では工具鋼などの金型部品の加工で使送り速度を一定にするのではなく、放電の頻度が最適

われた。また、専用治工具の製作や工具の手配に時間になるように速度を変えるサーボ送り制御が用いられを要する切削に比べ、生産準備が簡易であるため、切る。その仕組みを以下に述べるが、平均電圧が一定に削の対象となる部品でも、試作や小ロットの量産ではなるように電極送りを制御することから、通称、電圧放電加工が選ばれることが少なくない。尚、正確な統

サーボとも呼ばれる。図 2.6 の（b）が最適な頻度で放計値はないが、日本における放電加工の用途では、金電している場合とすると、（a）は電極送り速度が加工

型が 7、8 割を占めると推測する。本調査では、放電の進行より遅く、極間の間隙が開いている状態である。

加工の用途については金型を中心に行った。

そのため、極間の絶縁耐力が大きくなり、放電が発生し難くなる。結果、放電遅れ時間が長い波形が多く出

2.2 形彫放電加工機の概要（1）形彫放電加工機の構成

6

現し、平均加工電圧が（b）より高くなる。ここで、送り速度を上げて電極を工作物に近づければ、放電の頻度が高くなり平均加工電圧が下がって（b）の最適な状態に復帰する。また（c）は電極送り速度が加工の進行

形彫放電加工機の構成を図 2.5 に示す。形彫放電加より速く、極間の間隙が詰まっており、開放電圧を印工は、切削加工などで予め準備しておいた電極を用い、加すると直ぐに放電するため、短絡アークが発生し易工作物に電極の形状を転写する加工方法である。加工い状態である。遅れ時間の短い波形が多くなり、平均

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

加工電圧が（b）より下がるので、電極送り速度を遅くしらつきが生じるなどのデメリットもある。近年は、段て極間の間隙を広げるようにすると、放電の頻度が低取り作業の標準化や加工の再現性を重視し、加工槽内

くなり平均加工電圧が上がって（b）の状態に復帰する。

全体を循環する加工液の大きな流れをつくる槽内加工
液循環機能を利用する場合が多くなっている。

噴射ノズル
電極

電極

電極

工作物

工作物

工作物

噴射

噴出

図 2.7

吸引

加工液処理方法 2.2）

②ジャンプ動作
ジャンプ動作を図 2.8 で説明する。左は通常の加工中の状態であるが、任意の時間間隔で電極を強制的に
図 2.6

サーボ送り制御の仕組み 2.7）

ジャンプアップさせ、直ぐに電極を元の位置にジャン
プダウンさせる。この動作によるポンピング作用で、

以上の通り、放電の頻度を最適に制御することは、極間に滞留するスラッジを工作物の外へ強制的に排出

平均加工電圧を基準電圧となるように電極送りを制御することができる。ジャンプ動作の移動距離や周期は、することに置き換えられる。このサーボ送り制御は、作業者が最適な値に調整することが可能だが、近年は、ワイヤ放電加工機も含めた放電加工の速度制御の基本

加工の安定度合いを自動判別し、ジャンプ動作を最適的な方式となっている。

制御する機能も一般化している。

また、サーボ送り制御では、平均加工電圧を ms 単位

近年の切削加工は、高速ミーリング技術により、硬度の短いサンプリングタイムで検出し、逐次、送り速度のの高い材料への適用が拡大し、難削材における放電加加減速を指令する。時に短絡現象が続く場合には、電極工の優位性が低下している。そのため、放電加工が優送りを後退させる場合もあり、電極を昇降する Z 軸の駆

位なもうひとつの領域である狭隘形状で、切削との差別動は絶えず微小な加減速や後退を繰り返すことになる。

化拡大が重要な課題となっている。一方、狭隘形状の加工では加工液の供給が難しいため、ジャンプ動作の（3）加工液処理とジャンプ動作

改良は、近年の主要な開発テーマのひとつに数えられる。

放電加工の最中は、工作物から溶融除去された金属
粉や油加工液から分離したカーボンなどのスラッジ

ジャンプ アップ（加工屑）が絶えず極間に生成される。スラッジは通加工が深くまで進行すると、極間に滞留し易くなる。
スラッジが滞留すると、スラッジを介して放電が集中

加工屑
排出

加工液
流入

常、加工液の流れとともに極間から洗い流されるが、ジャンプ ダウン

電極
電極

電極

し、短絡アークが発生する危険が高まる。従って、安定な加工を図るには、スラッジを積極的に排除する手段が必要である。以下に代表的な手段である加工液処

加工屑

図 2.8

ジャンプ動作 2.2）

理とジャンプ動作について述べる。
①加工液処理加工液処理とは、図 2.7 に示した事例の様に、電極周囲に加工液の速い流れをつくり、スラッジの排出を

2.3 ワイヤ放電加工機の概要（1）ワイヤ放電加工機の構成促進する方法である。熟練作業者の方案により、加工

ワイヤ放電加工機の構成を図 2.9 に示す。ワイヤ放時間が大幅に短縮されるメリットがある一方、加工箇

電加工は、工作物とワイヤ電極（以下「ワイヤ」）の間所で処理の効果に差が生じ、面粗さや電極消耗量にばに放電を発生させ、数値制御で XY テーブルを駆動し放電加工機技術の系統化調査

7□放電加工の加工液
形彫放電加工機で用いる加工液は、当初は灯油等が使われたが、現在は低粘度な鉱油系放電加工液や臭気の少ない合成系放電加工液が使われる。何れも消防法で定める危険物第４類第３石油類（引火点 70℃以上）に該当する。安全性の点ではワイヤ放電加工機で使われる水が望ましいが、加工液に油を用い電極を陽極にすると、油中のカーボンが電極の表面に付着し被膜を作り、電極の消耗を防ぐ効果がある。また、付着するカーボン量は電流波形のパルス幅が長いと増加する。これらの現象は、古くから経験的に知られていたが、現象を解明する一連の研究が 1990 年代になされている *1, *2, *3。
ワイヤ放電加工機では、加工中は常に新しい電極が送り出されるため、電極の消耗を防ぐために油を使う必要がない。また、水は取り扱いが安全で、油を使う場合より荒加工速度が数倍速くなるため、ワイヤ
放電加工機の加工液には一般的に水が使われている。水が油より速度が速くなる理由は解明されていないが、近年の研究では加工液の冷却性の違いなどが推定要因とされている *4。経験的にも、水は油より大きなエネルギーを投入しても、ワイヤが断線し難いので、冷却性の違いとする説に頷ける点がある。
尚、精密加工用のワイヤ放電加工機では、工作物の腐食防止や微細形状の加工に適した狭い放電間隙とする目的で、油の加工液を使う機種も存在する。
参考・引用文献*1*2

 , 国枝 , 他：放電加工におけるカーボン付着
夏が電極消耗に及ぼす影響 , 電気加工学会全国大会講演論文集 , pp.9-12,（1993）夏 , 国枝 , 他：放電加工における陽極と陰極の除去量の相違に関する研究 , 電気加工学会誌 ,28（59）, pp.31-40,（1994）てワイヤと工作物を相対移動させ、溝を形成しながら加工を進め、二次元形状の貫通穴を加工する方法である。ワイヤは各種の市販品（表 2.2）が用いられるが、一般にはφ0.2 mm またはφ0.25 mm の黄銅線が使われる。
ワイヤは、供給スプールから常に新品が送り出さ*3*4

 , 国枝 , 他：放電加工におけるパルス単位の夏
電極消耗量の変化に関する研究 , 電気加工学
会誌 , 29（62）,（1995）, pp.18-26
北村 , 國枝 , 他：水と油加工液を用いた放電加
工間隙の観察 , 精密工学会秋季大会（2014）,
pp.231-232

表 2.2
電極材種

ワイヤ放電加工用の主なワイヤ電極材料 2.2）
線径
φ 0.10 ～Φ 0.30

一般用途で標準的なワイヤ電極線

黄銅被覆鉄線

φ 0.03 ～Φ 0.07

タングステンの代替となるコストを抑えた細線
ワイヤ

タングステン線

φ 0.02 ～Φ 0.05

微細加工用の細線ワイヤ、高強度だが高価

特殊複合材料線

φ 0.20 ～Φ 0.35

面粗さ向上、高速加工などを目的とする特殊
ワイヤ電極

れ、
加工に使われた後は回収されてリサイクルに回る。
従って、見かけ上は電極消耗が殆どないことが、形彫

適用

黄銅線

（2）ワイヤ放電加工の加工性能指標

放電加工と大きく異なる点である。また、ワイヤには、

ワイヤ放電加工で重視される加工性能は、加工速度、張力制御ローラと回収ローラの間で一定に制御された加工精度、面粗さである。加工精度と面粗さは、（3）張力を与え、放電の反力によるワイヤの振動や撓みを項で説明するセカンドカット法を行い、加工回数を重抑え、加工精度の劣化を防いでいる。

ねるほど向上する。現在の技術では、諸条件が揃えば、ワイヤ放電加工に用いる加工液は脱イオン水か油で加工精度数 μm 以下、面粗さ Rz 1 μm 以下が、実用あるが、電極消耗が多い反面、加工速度が速い水を用的に可能である。加工速度については、荒加工の場合いるのが主流となっている。加工液が水の場合、加工は次に述べる面積加工速度が代表的な指標である。ま

液タンクにはスラッジをろ過するフィルタの他に、脱た、仕上げを含んだ加工速度の比較では、面対加工速イオン化を行うイオン交換樹脂を備えている。

度と呼ばれる指標が使われる。
1）面積加工速度
図 2.10 に 示 す F は 単 位 時 間 当 た り の 線 加 工 速
度 を 表 し、 板 厚 t を 乗 じ た F × t が 面 積 加 工 速 度[mm2/min] である。各社が荒加工の速度を競っていた 2000 年頃までは、機械の性能を示す代表的な指標となっていた。しかし、加工品質と二律背反の関係があり、高速化のために放電エネルギーが増大すると、

図 2.9

8

ワイヤ放電加工機の構成

国立科学博物館技術の系統化調査報告

2.2）

Vol.32 2023. March

荒加工の面粗さや加工精度が悪化し、仕上加工を行う

場合には、仕上代が増えて、総加工時間の短縮に繋が一般に、板厚が 100 mm を超える工作物を加工すらない場合も生じるようになった。最大市場の金型加る場合はφ 0.25 mm 以上のワイヤが必要で、板厚が工のユーザから、荒加工の高速化に支持が得られ難く

100 mm 以下であれば、φ 0.2 mm のワイヤが良く使なり、高速化は徐々に終息に向かうことになった。

われる。φ 0.2 mm 未満のワイヤが必要とされるのは、インコーナに小さな R 寸法が求められる場合である。例えば、φ 0.2 mm ワイヤによる最小 R 寸法はR0.13 ～ R0.15 mm 程度で、φ 0.05 mm ワイヤの場合
は R0.03 ～ R0.05 mm 程度が可能となる。

図 2.10

面積加工速度 2.2）

2）面対加工速度（3）セカンドカット法（仕上加工）
ワイヤ放電加工で面粗さや加工精度を向上させる方法としてセカンドカット法がある。セカンドカット法

面対加工速度は、所望する面粗さを得るための加とは、仕上代を残して荒加工（ファーストカット）を

工時間の見積もりに使われる。例えば荒加工と仕上行い、その後、加工エネルギーの小さな仕上加工条件

加工を 3 回行い、面粗さ Rz 3 μm を得るとする。加に切り換えて、残った仕上代を除去する加工である。

工周長 25 mm、総加工時間 20 分であれば、面粗さ

複数回の仕上加工を行う場合は、段階的に加工エネル

Rz 3 μm の 面 対 加 工 速 度 は、25 ÷ 20=1.25 mm/min

ギーと除去量を小さくして、面粗さと加工精度を向上と計算される。加工周長を目的の面粗さを得るためのさせる。仕上加工の回数は、必要とする面粗さと加工

面対加工速度で割れば、総加工時間が見積もれる。高精度によって選択する。図 2.12 に加工回数に対する精度かつ良好な面粗さを求める金型加工のユーザに対面粗さと加工精度の目安を示す。

応し、荒加工の速度向上に代わり、面対加工速度の向上に開発目標が変わっていった。
3）板厚と加工速度
図 2.11 は、荒加工における板厚と最大加工速度の関係を表すデータ（目安）をワイヤの太さや材質毎にプロットしたものである。最大加工速度はワイヤが太いほど速いことが分かるが、これは電極が太いほど大きなエネルギーを投入できることと、加工溝が太くなるため加工液によるスラッジの排出効率が上がるためである。また、細いワイヤの場合、板厚の大きな領域

図 2.12

加工回数と面粗さ・加工精度 2.2）にデータが存在しない。これは、加工溝が細くなり、スラッジの排出効率が低下するため、加工の不安定やワイヤの断線が生じ、一定の板厚で加工の限界となることを示している。

図 2.11

板厚と最大加工速度 2.2）

放電加工機技術の系統化調査

9□放電加工機の本体構造
放電加工機の機械本体構造には各種方式がある。ワイヤ放電加工機の例を図に示すが、基本的な構造は
形彫放電加工機も同じである。XY軸クロステーブル方式は、比較的小型の機械に多く、テーブルサイズ
が大きくなり搭載する工作物や加工槽の重量が増すと、XY軸分離駆動方式や、XY軸コラム駆動方式が選択される。また、以下の３つの方式の他に門型と呼ばれる構造も大型機や高精度機で採用される。

XY軸クロステーブル型

XY軸分離駆動型

参考・引用文献

2.5） 國枝正典：放電加工の基礎と将来展望 , 精密工

2.1） 齋藤長男 , 毛利尚武 , 高鷲民生 , 古谷政典：放電加工技術 , 日刊工業出版新聞社 , p.15,（1997）
2.3） 表面写真は三菱電機提供、断面図は著者作成
2.4） 北 村明生、国枝正典：透明体電極を用いた放電加工極間現象の直接観察 , 精密工学会誌 , 81（11）, pp.983-986,（2015）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

学会誌 , 71（1）, p.58,（2005）
2.6） 國 枝正典：放電加工における液中放電現象、電気学会誌、131（2）, p.89,（2011）を参考に著者作成

2.2） 著者作成

10

XY軸コラム駆動型

Vol.32 2023. March

2.7） 國枝正典：放電加工の基礎と将来展望 , 精密工学会誌 , 71（1）, p.60,（2005）を参考に著者作成

3 誕生から基盤技術の確立まで
3.1 放電加工の発明と黎明期の研究

法は「放電加工法」と命名された。50 年代に入ると、研究の裾野が広がり、東北大、千葉大、新潟大、大阪
府立大、同志社大、防衛大、名古屋工試、鉄道研、豊放電現象による金属の浸食作用については、18 世

田理研、日本放電加工研究所、三菱電機研究所、安川紀から研究が行われていた。これを金属の加工に応用

電機研究所など、多くの大学、研究機関、企業が研究する研究は、米国やソビエト連邦（以下「ソ連」）で始に取り組むようになった。やがて、研究を盛んにするめられたが、現在の放電加工に繋がる原理は、1943

ための相互連携の場として任意団体「電気加工研究会」

年にソ連の物理学者であったラザレンコ夫妻（Borisが 1955 年に設立され、2 年後には、関西を拠点に放& Natalya Lazarenko）（図 3.1）が発明したとするのが電加工と超音波加工を主題とする「電子加工懇話会」

定説となっているが設立された 3.3）。海外の論文から情報を取り入れつつ、。

3.1）3.2）

彼らは、1930 年代から電気接点の摩耗を防止する「加工メカニズム」「電源回路」
「電極」
「加工液」
「加

研究に取り組んでいたが、電気接点が放電によって浸工条件」などの幅広いテーマで、日本独自の基礎研究食される現象を金属の除去加工に応用する着想を得が進められた。後に、両研究会が母体となり、電気加た。1943 年にそれを論文で提唱するとともに、特許工学会が設立されたのは 1967 年のことであった 3.4）。

を出願した。その後、放電加工の研究は、ソ連の影響下にあった東欧諸国や英国、スイス、ドイツなどの西欧諸国にも広がった。

図 3.2

図 3.1

Boris & Natalya Lazarenko 3.2）

鳳研究室 日本初期の放電加工機 3.1）

3.2 放電加工機メーカの誕生
1954 年、放電加工に関する日本初の学術書「放電日本も世界の中で、早くから研究を始めた国のひと

加工（コロナ社刊）」が、鳳誠三郎と倉藤尚雄の共著つであった。ラザレンコ夫妻の放電加工の研究に関すで発行された。その著書では、黎明期の国産メーカ

る情報は、1947 年にニュース映画や文献として、東として㈱日本放電加工研究所（後のジャパックス㈱）、大で電気工学を専門とする鳳誠三郎教授に伝わった。

小池酸素工業㈱、旭ポンプ発動機製作所、㈲大澤製作

鳳教授は以前から、電弧放電による電極消耗を研究し所の 4 社の製品が紹介されている。

ていたが、水や油の液中では電極が著しく消耗するこ

日本放電加工研究所は、老舗工作機械メーカ池貝とを熟知していたので、その原理を応用した加工方法

鉄工所の関連会社として 1953 年に設立され、翌 1954

であることを直ぐに理解した。鳳教授は 1948 年から年、国産初の実用放電加工機「Japaxtron D3」（図 3.3）

研究に着手し、翌年には加工実証が行える実験設備を完成し、東京工業大学に納入した 3.6）。日本放電の（図 3.2）も整えて本格的な研究に取り組んだ。日本に創業者である井上潔氏は、三菱重工で放電加工を研究

おける研究の先駆者となった鳳教授により、この加工していたが、当時、池貝鉄工所の社長をしていた政財
放電加工機技術の系統化調査

11

界の重鎮、岡崎嘉平太氏と意気投合し、会社設立の運

日本放電などの参入後、1958 年に三菱造船㈱ *1 と三びとなった 3.5）。その後、社名をジャパックスに変え、菱電機㈱が協業して放電加工機「DM-101」（図 3.5）

技術指向の強い経営を特徴として、1980 年頃まで国内の生産を開始した。三菱造船（広島）が機械系、三菱

トップメーカの座にあった。しかしその後、２度にわ電機が電気系の生産を分担する体制とし、三菱電機内

たる石油ショックを境に経営不振に陥り、新日本製鐵

では、中央研究所（兵庫）が開発、無線機製作所（兵庫）のテコ入れなどもあったが、最終的には 1991 年にソが製造を担当した。後に協業を解消し、事業を三菱電

ディックの資本参加を受けて傘下に入った。ジャパッ機に集約する方針が決まり、1964 年に三菱電機名古クスのスピンアウト企業であったソディックに吸収さ屋製作所に新たな拠点を構えて生産を開始した 3.8）。

れたことは当時、大きな関心を集める出来事であった。

図 3.5

三菱造船・三菱電機

DM-101 3.9）

続いて、1962 年に西部電機工業（現 西部電機㈱）が
図 3.3

日本放電加工研究所

Japaxtron D3 3.6）

放電加工機を開発し、同年 10 月の国際工作機械見本市に「E-304 型」（図 3.6）と卓上型の放電加工機を出品し

小池酸素工業は同じ頃、放電切断機「Sparkle」（図た。この開発は安川電機製作所（現 ㈱安川電機）の協。その後、10 年以上に渡り放電加力を得て進められたが 3.11）、安川電機は 1953 年頃から工機の事業を続けていたが、放電加工が貫通穴加工か放電加工の研究を始めており、加工電源や油圧サーボ

ら底付き穴の加工へ適用分野を拡げようとしていた時などの技術開発を行っていた 3.3）3.12）。
西部電機はその後、期になると、
その名が途絶えてしまった。他の２社は、放電加工機の有力メーカとして現在に至っている。

3.4）を発売した

3.3）

非常に短命な事業で終わっている。

図 3.6

西部電機工業E-304 3.10）

1962 年の見本市では、日立造船㈱も重量の大きな電極に適用できる油圧サーボ機構を取り入れた試作機
図 3.4

*1

小池酸素工業 Sparkle

3.7）

三 菱重工は、第二次世界大戦後の財閥解体で、三菱造船、新三菱重工、三菱日本重工の 3 社に分社化され、1964 年に再び統合された。

12「ハイドレックス」を展示したが 3.13）、その後、事業と国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchしては軌道に乗らずに終わったようである。

場を分け合う形になっている。但し、これはミドルか

1975 年、その後の有力メーカとなる 2 社の参入がらハイエンドの放電加工機の市場であり、近年、台湾あった。富士通ファナック㈱（現 ファナック㈱）はや中国にはローエンド機のメーカが多数存在し、確た

7 月 NC ワイヤ放電加工機「TAPECUT MODEL A」（図る統計がないために実態がつかみ難いが、生産台数と3.7）など 3 機種の販売を開始した。低価格を特徴とす

しては日欧のメーカに近い台数を生産している可能性る機種戦略で、市場シェアの確保を目指した

がある。

。

3.14）

3.3 形彫放電加工機の基盤技術
1954 年、日本で最初の放電加工機が誕生した後、ワイヤ放電加工機が登場するまでに約 20 年を要した。
この間、放電加工機は形彫放電加工機を中心に開発が進んだが、広く普及する機械となるまでには、先人達の長い年月の創意工夫や努力の積み重ねがあった。ここでは、形彫放電加工機が普及するために必要とされ
図 3.7

ファナック TAPECUT MODEL A 3.15）㈱牧野フライス製作所はスイスのアジエ社と 1975

た基盤技術の中で、加工電源、揺動加工、数値制御装置を中心に、技術開発の経緯と代表的な製品事例を調査したので、以下に述べる。

年に技術提携を結び、1976 年にはアジエ社のワイヤ放電加工機「DEM-15」（図 3.8）の国産化を開始した。

3.3.1

加工電源の開発

また同年、㈱ソディックと提携し、ソディックの NC

図 3.9 は、放電加工を発明したラザレンコが使用し電源装置を組み込んだ形彫放電加工機の製造販売を開た RC 回路で、ラザレンコ回路とも呼ばれている。RC始した。その後、2 社との提携を解消し、1980 年から回路の動作を簡単に説明すると、先ずコンデンサに充自社技術で放電加工機を生産する方針とし、放電加工電が行われ、極間の電圧が上がり、ある電圧で極間機事業に本腰を入れるようになったの絶縁破壊が発生し放電が始まる。続いて、コンデン

。

3.16）

サに蓄えられていた電荷がパルス電流として放出される。コンデンサの電荷が無くなると放電が終わり、直ぐにまたコンデンサへの充電が始まる。その後、充放電が繰り返し行われることで安定な加工が行える 3.18）。

図 3.8

牧野フライス製作所

DEM-15 3.17）

1970 年代以降、他にも多くの企業が放電加工機事業に参入し、撤退した歴史がある。世界的にも同様な傾向があり、東欧、米国、英国、ドイツ、フランスなどに存在したメーカは殆どが市場から消え、現在はスイスの GF Machining Solutions 社（旧アジエ社と旧
シャルミー社統合）、スペインの ONA 社、ドイツのEXERON 社、及び日本の 5 社、西部電機、ソディック、
ファナック、牧野フライス製作所、三菱電機が世界市

図 3.9

RC 回路と電圧 ･ 電流波形 3.18）

放電加工機技術の系統化調査

13

（1）RC 回路改良型電源ある（図 3.9 のアーク放電）。高周波重畳の効果は、電RC 回路は、簡単な回路構成で高い周波数のパルス

流値を零とするタイミングを発生させることで、アー電流を容易に作り出せることが利点であるが、加工のク放電を断ち切ることが可能となる。その結果、放電

安定化、加工速度の向上、電極消耗の改善などに多くの同一箇所への集中を防ぎ、加工領域全体に放電を分の課題があった。例えば、RC 回路で加工速度向上の散させ、安定した間歇放電状態を維持し易くできる 3.21）。

ため放電の数をさらに増やすことを検討すると、充電
抵抗（R）を小さくして充電時間を短縮し、放電が発生するタイミングを早くすることで、放電の数が増えると言う理屈になる。しかし、あまり R を小さくすると安定的に繰り返して放電が発生しないと言う問題があり、R を小さくすることには限界があるので 3.19）、

RC 回路のままでは性能改善の余地が少なかった。
そこで、RC 回路に様々な改良を加えた回路が開発されたが、その代表的なものが RLC 回路（図 3.10）で、多くの製品に採用された。

図 3.11

高周波重畳回路 3.21）

高周波重畳回路の製品事例として、1958 年に三菱
造船と三菱電機が協業で生産した放電加工機に搭載された DE24HB 形電源を解説する。図 3.12 に電源回
路のブロック線図、図 3.13 に電源本体の外観を示す。

DE24HB 形電源は高周波重畳回路の効果で、放電点が分散し易く、放電の繰り返し数を増やしてもパルス放電を安定に継続させることができ、貫通穴の加工で優れた性能を発揮した。適用分野は、プレス抜き型、
図 3.10

RLC 回路 3.20）

RLC 回路は、RC 回路にインダクタンス（L）を加えることにより、LC 共振を利用して放電回数を増す

アルミ押出型、粉末成形型など工具鋼の金型部品などの貫通加工が中心で、難削材である超硬合金の加工にも適用された 3.22）。また、貫通穴加工の他に工作物の一部を研削する用途にも使われた。

効果や、加工の安定性を増す効果があった。しかし、

RLC 回路も含めた RC 回路の最大の問題は、連続アー
クと言う不安定状態が発生し易いことであった。連続アークとは、図 3.9 に示す絶縁回復を経ないアーク放電が連続して発生する現象を言う。この現象が発生すると、同一箇所で放電電流が集中して流れる状態に遷移する。その状態になると、極間に大きなアーク柱が形成され、過大な熱量の集中により、工作物の表面に大きな窪みを作り、工作物を不良品とする最悪の事態

図 3.12

DE24HB 形電源回路 3.22）

図 3.13

DE24HB 電源本体 3.23）となる。
加工速度を上げるため、放電の繰り返し数を増やす、
或いは、
放電パルス電流を大きくすることは、連続アークを誘発し、加工不良の危険を大きくする。加工速度を向上させるには、連続アークを防止する手段を講じることが重要であった。この問題に対応するために開発された回路が高周波重畳回路である。
図 3.11 に高周波重畳回路の効果を検証した実験回路を示す。この回路は、パルス放電が、同じ箇所で連続して放電電流が流れる連続アークの発生を防止することが目的である。コンデンサ放電の消弧が不完全であると、絶縁回復せずにアーク放電に移行することが14

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. MarchDE24HB 形電源は、周波数の高い発振で、放電のラッジ（加工屑）を介在する二次放電などにより、中繰り返し数を多くできる RC 回路の特徴に加え、放電

膨らみと言う現象が起こり、穴の板厚中央付近の寸法の分散による加工の安定化や速度向上を実現した。主が大きくなる問題はあるが、貫通加工を再度行うか、に貫通穴加工の用途で、放電加工機の普及推進の原動

スラッジを効率的に排出する処置を講ずるなど、精度力となった。しかし、電極消耗に関しては従来の RC

改善の手段がいくつかある。また、2 次元形状の貫通回路と大差はなく、例えば一般的な加工の組み合わせ

穴は、板厚中央部の精度に対する要求が高くないため、である工具鋼の工作物を、銅または黄銅の電極で加工問題となることが少なかった。一方、3 次元形状の底した場合、当時のカタログ（表 3.1）に記載されている付き穴加工の場合は、電極端部が消耗した形状が工作

電極消耗率は、銅の場合が 15％以上、黄銅は 30％以物に転写されると、寸法誤差の許容範囲を超える場合上であった。現在の視点で見るとかなり消耗が多かっが多い。また、貫通穴は小径穴やスリット形状などアたことが分かる。

スペクト比（深さ／幅）が高い形状の用途が多く、底表 3.1

DE-24HB 電極消耗率 3.24）

付き穴は成型金型のキャビティ面（製品成型面）など、幅に対して深さが浅いアスペクト比が小さい形状の用途が多い。代表的な従来工法である切削加工は、アスペクト比が小さい形状の加工は得意であるが、アスペクト比が高くなるに従い加工が困難になる。放電加工
は、切削加工が不得意な難削材の高アスペクト比の加工、即ち貫通穴加工では普及し易かったが、低アスペ
クト比の底付き穴の加工では、電極消耗による寸法誤差が大きいことが普及の阻害要因となっていた。
（2）半導体電源
1）サイリスタ電源
1960 年代、当時の研究者や開発者は、基礎実験の結果から、ピーク電流に対しパルス幅が短い電流は、

ここで、電極消耗の影響について、簡単に説明する。

加工速度は速いが電極の消耗が多く、ピーク電流に対

図 3.14 の左側は放電加工前の電極を示し、右側は加しパルス幅が長い電流波形は、電極の消耗を少なくで工が暫く進んだ後の電極の形状を示す。図は誇張してきることを知っていた。しかし、コンデンサの蓄電エ

描画しているが、電極の消耗は電極の底面、特に外周

ネルギーを使う RC 回路では、パルス幅を思い通りに端部で多くなる。これは電極が下方に移動して加工が長くすることが原理的にできなかった。また改善され進む仕組みのため、主に電極底面と工作物の間で放電たとはいえ、放電が連続アークに移行する危険が解消が行われるが、特に電極端部（角部）は、工作物の側された訳では無く、放電を分散させる新たな技術とし面にも近いので、底面と側面の両方向に放電するため、て、休止時間を自在に調整可能な回路の実現が熱望さ

放電の頻度が高くなる。その結果、他の部位と比べてれていた。これを実現したのは、目覚ましい進歩を遂

電極端部の消耗が多くなってしまう。

げていた半導体の技術であった。
1960 年代の前半、性能や信頼性に若千の不安を残していたものの、数 10 A の電流をスィッチングできる半導体素子が登場した。これは、電源の開発にとって、まさに画期的なことであった。三菱電機は、1964
年に放電加工機事業を単独事業に切り換え、名古屋製作所に新たな拠点を構えたが、同時期にスイッチ
ング素子に自社製のサイリスタを採用した半導体電図 3.14電極消耗 3.25）

二次元形状の貫通穴を加工する場合、前述の電極端

源 DE150S 形を開発し、同年に完成した放電加工機

DM201 型に搭載し販売を開始した。DE-150S の電源回路を図 3.15 に、本体外観を図 3.16 に示す。

部の消耗が寸法精度に与える影響は少ない。但し、ス
放電加工機技術の系統化調査

15

が点弧すると C l-L l-Dl-SCR l の共振回路で C l の充電
電圧が逆転し、ダイオード D l が共振電流を阻止する
ので、C l は逆方向に充電された状態に保たれる。次にその状態で SCR2 を点弧すると Cl にたくわえられた 逆 方 向 電 圧 が SCRl に 加 わ る た め、SCR l に 流 れていた負荷電流は阻止されターンオフする。SCR l 、

SCR 2 を交互に任意の時間で点弧することにより、断続した電流を目的に応じて制御できる 3.22）。
図 3.15DE-150S 形電源回路 3.22）

図 3.17

図 3.16

サイリスタチョッパ回路 3.22）

DE-150S 形電源本体 3.23）

DE150S 形電源は、チョッパ回路によって放電電流
波形のパルス幅を制御可能とし、当時の技術者の念願だった電極低消耗化を実現した。当時のカタログには
電極消耗率１％以下と記されており、従来の電源から大幅に改善されている。底付き穴の加工は倣いフライスが常識であったことを覆す転機となった。

16

図 3.18

サイリスタの特性 3.22）

このように、半導体スイッチング素子を採用することで、放電パルス電流のピーク値やパルス幅、及び休サイリスタパルス電源の DE150S 形電源は、補助サ

止時間を自由に制御する道が拓かれた。その効果は、イリスタ（SCR）による強制転流形 DC チョッパ回路

適切な休止時間により放電の集中を防いで効率的で安（図 3.17）で、SCR をスィッチング素子として用いて、定な加工を可能にしたことと、電流波形のパルス幅を直流電源からの電流を断続させる回路である。サイ

長くすることで電極消耗を大幅に改善し、電極消耗率

リスタのスィッチング特性を図 3.18 に示す。その逆

１％以下を実現したことである。特に電極消耗率の改方向特性は普通の整流素子と同様だが、順方向特性に

善は、従来は貫通穴を中心に適用されていたものを、は大きな特徴があり、ブレークオーバ電圧以上の電底付き穴にも適用を拡大し、放電加工機の普及を加速

圧が印加されるか、点弧ゲート電流を流さない限りする大きな転機をもたらした技術であった。

導通（ターンオン）状態にならない。一方、一度導通

しかし、サイリスタはターンオフ時間が必要である

した SCR は順電流を保持電流と呼ばれる電流値以下など、スィッチング速度を上げることには限界があっにするか、ターンオフ時間と呼ばれる時間以上逆電圧た。スィッチング速度の向上は、荒加工の高速化に必を加えなければ、阻止状態（ターンオフ）に戻らない。

要であったが、仕上加工に於いては、より必要性が高

図 3.17 の SCR 1 を流れる直流電流を遮断させるためかった。仕上加工は面粗さの改善を目的とするので、に、SCR2 によるターンオフ回路が設けられている。

電流波形のピーク値を小さくして加工するが、加工効

図 3.17 のターンオフ動作を説明すると、SCR 2 を点率の低下を補うために、放電の繰り返し数をできるだ

弧し、コンデンサ C1 に Rl を通じて図に示す極性に充け増やす必要がある。その点で、サイリスタのスイッ

電する。その電圧が電源電圧に等しくなると SCR 2 にチング速度はまだ不十分で、その後のトランジスタ電は電流は流れなくなり、ターンオフする。次に SCR l源の開発に繋がって行く。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

2）トランジスタ電源

た高電流（約 10 A）なトランジスタを搭載したユニッ

前述の通り、荒加工の高速化、仕上加工の効率化

トと低電流（3 A 以下）だが周波数特性の高いトランのために、高速スイッチングが必要で、その目標はジスタを搭載したユニットで構成されていた。こうし

数 μs のパルス幅を作り出せるトランジスタであった。

て、トランジスタの採用で、パルス幅が数 μs の仕上

当時はまだ、パワートランジスタの用途がそれほど多加工の領域から、数 100 μs の荒加工の領域までをカ

くない中、放電加工機に確たるニーズがあったことは、バーする電源が実現した。サイリスタ電源に比べると、半導体メーカの開発を後押しする一助にもなったと伝仕上加工の加工効率が一段と向上し、底付き穴加工へえ聞いた。

の普及が加速した 3.22）。

1967 年、三菱電機は我が国で初となるトランジス

以上、三菱電機に於ける電源の主要な技術開発の経タを採用した DE90T 形電源を開発した。DE90T は、緯を述べたが、3 種類の電源方式には、それぞれ長所

スイッッチング素子をサイリスタからトランジスタに短所があった。表 3.2 は 1967 年発行の三菱電機カタ置き換えた電源で、図 3.19 がその回路構成、図 3.20

ログの抜粋で、これまで説明した代表的な電源を含めが DE90T 形電源本体である。電源回路は、発振器、た各種電源の仕様と加工性能の一覧である。ユーザの増幅器、トランジスタユニットで構成され、発振器が利用目的に合わせて、最適な回路方式やパワー容量の加工条件に適したパルス幅、体止時間をもつ方形波パ

電源を選択し、放電加工機本体と組み合わせることがルスを発生し、これを増幅器がトランジスタのベー可能であった。即ち、高周波重畳電源は、電極消耗をス電流に必要な電流値まで増幅し、トランジスタを許容し、加工速度を重視する貫通穴加工を中心に、サON/OFF 制御して、放電加工に必要なパルス電流を

イリスタ電源は、荒加工の低消耗化と加工速度を重視

供給する構成である。尚、当時は高電流と高周波数特する貫通穴や底付き穴加工に、さらにトランジスタ電性を両立するパワートランジスタが無かったため、ト源は仕上加工による良好な加工精度や面粗さを重視す

ランジスタユニットは２ユニット切り換え方式になっる底付き穴加工に用いられた。

ており、戦車の砲台制御を電動化するために開発され

図 3.19DE-90T 形電源構成 3.22）

図 3.20

表 3.2

各種電源の主な仕様と加工性能 3.23）

DE-90T 形電源本体 3.23）※ 電極の極性をマイナスとした場合

放電加工機技術の系統化調査

173.3.2

1960 年代の形彫放電加工機（2）三菱電機 ダイアックス放電加工機 DM-250

形彫放電加工機を普及させるための基盤技術とし

図 3.22 は、三菱電機が 1967 年に発売した DM-250-て、加工電源の技術開発を中心に解説してきた。課題

DE-90T 形放電加工機である。機械本体は DM250 のであった加工の安定性、電極の低消耗化などが大幅に他に、サイズの大きな DM300、DM500 を加え、DM改善し、1960 年代後半から、ようやく放電加工機がシリーズとしていた。主な特徴は、Z 軸の駆動方式に本格的に普及し始めた。当時、家電、自動車産業など

油圧サーボを採用し、取付可能な電極重量を 50 kg には欧米へのキャッチアップを目指して投資拡大を進め増大した点である。これは当時、鍛造金型などの底付ており、金型産業の設備投資も積極的に行われていた。

き穴への適用が進み、大形電極を必要とするニーズにそうした中、フライス盤にない優れた特長を持つ放電

対応するためであった。

加工機への期待が高まっていた。当時は、ジャパック

また、電源は高周波重畳、サイリスタ、トランジス

スと三菱電機が放電加工機メーカの 2 強といわれていタ回路の 3 方式に、電源容量のバリエーションを組みた時代であり、以下に、両社の 1960 年代における代合わせ、計 10 機種程の電源から選択可能としていた。

表的な製品を解説する。

この機械本体 DM250 と電源 DE90T の組み合わせは、
当時、売れ筋の製品となっていた。

（1）ジャパックス D100M 放電型彫盤
ジャパックスが 1960 年代の後半に販売していた代表的な形彫放電加工機 D100M ＋ ISC5B 電源の外観を図
3.21 に、主な仕様を表 3.3 に示す。1954 年に販売した

D3 型の流れを汲む機種で、D3 からの累積販売台数は業界で最も実績のある機種であった。主な特徴は、Z 軸の駆動方式に、サーボモーターとサーボソレノイドを併用した制御性の高い電極送り機構である。電源ユニット
は貫通穴加工用の ISC 電源シリーズ、底付き穴加工用の GX 電源シリーズを揃えたが、1969 年にはトランジ
スタ電源である QC 電源シリーズも追加された

図 3.21
表 3.3。

図 3.22

三菱電機 DM-250-DE-90T 3.28）

表 3.4

機械本体の仕様（DM-250）3.23）3.26）3.27）

JAPAX D100 3.26）

JAPAX D100 の仕様 3.27）

3.3.3

数値制御装置の開発（1）数値制御（Numerical Control）装置の誕生
数値制御（NC）が誕生する以前は、放電加工機を始めとする工作機械は、作業者が手作業で刃物や工作物を動かして部品を加工していた。これを、数値情報に基づいて自動で動かす仕組みとしたのが数値制御である。数値制御の発明者と言われるジョン T. パーソン

18

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchズ（John T. Parsons）は、自社で数値制御の開発に取作機械の約８％が NC 工作機械となっていた。当時、り組んでいたが、1949 年マサチューセッツ工科大学

NC 付きの工作機械は非常に高価で、NC に必要なプ（MIT）のサーボ機構研究所と共同研究を始めた。そログラム作成装置も同様に高価であった。従って、の後、1952 年に MIT が世界初の NC 工作機械である

NC 工作機械の導入は、十分に大きな投資メリットがNC フライス盤を開発し、これを一般公開した。

ある場合か、或いは、将来の先行投資として判断されこの情報は直ぐに日本に伝わり、東京大学生産技る場合などに限定される状況が暫く続いた。

術研究所や東京工業大学が NC 工作機械の研究に着こうした状況に於いても、作業者が機械に付きっき

手し、1957 年に東京工業大学が NC 旋盤を公開した。

りで加工を行う旋盤やフライス盤では、NC を導入す

また翌 1958 年、㈱牧野フライス製作所は富士通㈱がることによる省人化のメリットが大きかった。しかし、開発した NC 装置を搭載した日本初の NC フライス盤

形彫放電加工機の場合は、メリットを見い出し難く、（図 3.23）を開発し、同年、大坂国際工作機械見本市

NC 装置の普及が遅れていた。

に出展した。NC 工作機械は 1950 年代に誕生した

さて、1960 年代後半に半導体電源が誕生し、電極が、一般に普及するまでには、装置価格の低減、機能消耗が大幅に改善したことで、3 次元形状の底付き穴

開発、周辺技術の向上など多くの課題があった。日加工への普及が進み始めた。この情勢を捉え、三菱電本の工作機械の生産における NC 化率は 1970 年が約

機は 1972 年に放電加工機用の数値制御装置であるデ

8％、1975 年は約 17% で、
1980 年に約 50％に達した

ジタル制御装置「DAC-10」（図 3.24）、「DAC-20」を

3.29）

。

3.31）

これから分かるように、NC 工作機械の普及は 1970

発売した。

年代に本格化し、1970 年代後半に加速した。日本は1982 年から 2008 年までの 27 年間、世界最大の工作機械生産国の地位を維持した 3.32）。その原動力のひと
つは、電子機器や半導体の進歩を支えにした NC 装置の高い技術力であったと言える。

図 3.24
図 3.23

日本最初の NC フライス盤 3.30）（2）NC 放電加工機の開発

デジタル制御装置 DAC-10（左端）3.33）

DAC は紙テープに 8 ビット EIA コードで穿孔されたデータを、テープリーダで読み取り、XYZ 軸の軸移動を自動で行う装置であった。DAC シリーズには、

形彫放電加工機は当初から、放電状態を観察して当時の初期型 NC 装置の主流であったハードワイヤー

電極（Z 軸）の昇降を自動制御する機能を持っており、ド方式が採用された。これは、動作論理にリレー、ト

所望する加工深さを設定すれば、例えば数 10 分からランジスタなどを用いて論理回路を組む方式である。

数時間の間、作業者が機械を離れていても無人で加工

尚、この時代、ミニコンとコアメモリを用い、動作論を行えた。また、加工前の段取りで行う、電極と工作理をプログラムで組むミニコン NC も存在したが、非物の位置決めや、加工箇所の移動などの作業は、テー常に高価であったため、一部の特殊用途に使われる位

ブルまたは加工ヘッドを駆動する X 軸、Y 軸を手動置づけであった。

で操作していた。但し、こうした作業は、あまり頻繁

DAC の目的は、①加工開始位置を順番に移動し、には必要とならないことから、放電加工機は自動化が自動で多数個を加工、②単純形状の電極を組み合わせ

進んだ工作機械であると、当時は見做されていた。

た異形状の加工、③加工中に加工条件を自動で切り換

前述の通り、1970 年には、日本で生産された工え、③荒加工終了後、電極の中心を数十から数百 μm
放電加工機技術の系統化調査

19

程度、X ＋、X －、Y ＋、Y －の各方向へ順番に移動し、て放電させることはできるが、側面方向に電極を近づ

加工面を放電で仕上げる「寄せ加工」などの実現であっ

けて放電させることができない。従って、一定の仕上

た

。しかし、
1970 年代前半に実現できたこれらメリッ代を確保するためには、右図に示す様に、仕上加工でトだけでは装置価格を十分に賄えず、販売は軌道に乗は荒加工用電極よりも寸法を大きくした電極を用いてらずに終わってしまった。

加工する必要がある。しかし、この加工方法には、以3.33）

一方で、技術者たちは工作機械の NC 化は既定路線下の問題がある。

であると確信し、放電加工機の NC 化による付加価値の創出に向けた開発が続けられた。そうした中、3 次元①電極端部の消耗

形状の底付き穴加工への適用拡大と NC 化への流れを

図 3.26 の（a）は仕上加工の途中状態を示すが、仕作った技術として、次に説明する揺動加工が誕生した。

上代の大半が電極端部で発生する放電で加工される。
従って、電極端部に消耗が集中し、底面コーナ部の加（3）揺動加工機能の開発

工精度が悪くなる。

1970 年代に至るまで、放電加工機は貫通穴の加工を中心に使われていた。一方、底付き穴に関しては、②側面の中膨らみ

電極消耗の改善が課題となり、期待通りには普及が進（b）に示すのは、加工形状の深さの中央付近の寸法まなかった。その後、トランジスタ電源が登場し、電が大きくなる中膨らみと言われる問題である。これ

極消耗率を１% 以下とする大幅な改善が見られたが、は、加工に伴い生成された金属粉やカーボン粒などの加工精度や面粗さを修正する仕上加工の工程で、またスラッジ（加工屑）の影響によるもので、放電がスラッ

新たな課題が持ち上がった。

ジを介して遠くまで到達する二次放電が発生し、放電

図 3.25 は、従来の荒加工と仕上加工の方法を模式

間隙が拡がることが原因である。

的に示す。左図は荒加工が終了した時点の電極と加工
形状の状態である。電極は Z 軸の駆動により、2 章で③底面のうねり及びアーク痕

説明したジャンプ動作を伴いながら、工作物に向かっ（c）に示すのは、加工形状の底面部のうねりの問題て下降して加工が進む。荒加工では速度を重視した加で、これもスラッジの滞留による二次放電の影響であ工条件を用いるのが通常で、面粗さや加工精度が悪くる。底面部はスラッジが不均一に分布し易く、スラッなる。これらを改善するには、電気エネルギーを荒加ジが密な箇所があると二次放電が集中し、大きな凹み

工時より小さくした加工条件を設定し、仕上加工を行が生じてしまう 3.34）。

う必要がある。しかし、Z 軸のみ駆動する加工方法で、これらの問題は、Z 軸のみ駆動する加工方法では解荒加工と同じ電極を使う場合、底面部に電極を近づけ決できず、揺動加工を適用することで改善される。揺動加工とは、電極を工作物に対し Z 軸方向だけでなく、

XY軸方向にも移動させる加工方法である（図 3.27）。

図 3.25

従来の荒加工と仕上加工方法 3.35）

図 3.2620

仕上加工における問題 3.34）

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Vol.32 2023. March

図 3.27

揺動加工法 3.36）

このアイデアは 1960 年頃に見いだされていたが、環運動のパターンを設定できる。図 3.30 は、電極が実現する手段が難しく、暫くは、製品として市場に原点から□形の経路を移動し、再び原点に戻る循環動

登場することがなかった。しかし、1970 年代後半に、作パターンであるが、他に○形、X 形、＋形などの動

欧州の企業が先行して揺動加工を実現した製品を発売

作パターンが設定できる。

し、日本のメーカも急いでこれに追従する形となった。
1976 年、ソディックはジャパックスから分離して創業したが、同年に図 3.28 に示す日本初の揺動加工装置「SIX-LORAN」を発売した。これは、ソディッ
クがジャパックスの子会社「MEP」であった時代か
ら開発を手がけていたものである。図 3.28 の（a）はドライブボックスで、（b）の制御ボックスに設定された
揺動加工の運動パターンに従い、（c）の本体を駆動す

図 3.30

運動パターンのプログラム例 3.37）る仕組みである。

Z 軸サーボ駆動との連動方式については、XY軸の動作パターンと連動させる A モードと連動させない

B モードがある。多くの場合で推奨されるのは B モー
ドで、これは XY軸の運動中、一時的に Z 軸サーボを停止し、所定の運動パターンが１周して側面が全て仕上がってから、Z 軸のロックを解除し、再び Z 軸サー
ボによる底面部の加工を開始する方式で、側面を確実に仕上げることができる 3.37）。
図 3.28

SIX-LORAN 外観 3.37）

以上に説明した揺動加工には、以下の効果があり、底付き穴加工への適用拡大で障害となった様々な課題が大幅に改善された。形彫放電加工機の適用拡大に於いて、揺動加工は極めて重要な役割を担う技術となった。
①加工形状精度の改善
電極の側面方向での加工を活用し、電極端部での消耗の集中を抑え、電極全体に均一に消耗を分散させる
ため、電極形状の転写精度が向上する。また、電極と工作物の隙間が拡がるため、スラッジの排出効率が上
がり、スラッジに起因する精度悪化も防止できる。

図 3.29本体の内部構造 3.37）②仕上加工速度の増大
電極端部に放電が集中せず、電極の広い面積に放電を

図 3.29 は本体の内部構造であるが、パルスモータ

分散させ、安定な加工状態が得られるので、放電の繰りで駆動する X 軸と Y 軸を持つクロステーブ構造と返し数を増して、仕上加工の速度を速くすることができる。

なっている。この本体を主軸の加工ヘッドに取り付け

また、従来のように放電エネルギーの小さな仕上加ると、工作物に対し、電極を XY軸方向に相対移動さ

工用の条件のみで加工するのではなく、揺動運動距離せることが可能となる。以上は B 形と呼ばれるシスと加工条件を多段階に切り換えて、効率的な仕上加工

テムで、同じ制御ボックスを用い、機械本体の加工テーが可能になった。

ブルを XY軸のパルスモータで駆動する C 形システム
を選択することもできた。操作方法としては、運動パ③電極製作工数削減

ターンは、制御ボックスのプログラムボード（図 3.30）

電極消耗の均一化により、荒加工用電極を仕上加工で設定する方式である。運動方向の指示ピンをボードにも利用が可能となり、電極使用本数が減り、電極製

上の希望する選択肢の穴に挿入することで、様々な循作の工数を削減できる。
放電加工機技術の系統化調査

21

④後工程の工数低減

売した「GPC シリーズ」が、ソディック社の量産対スラッジ排出の効率化により、加工面がより均一に仕上がるので、後工程で磨きを行う場合には、その工数が低減できる。

応の NC 放電加工機となった。
1979 年、三菱電機は揺動加工機能と機械本体の NC制御を同時に行うマイコン NC 装置を搭載した放電

3.37）

加工機を発売した。揺動加工機能は、主軸駆動形と（4）CNC 放電加工機の開発

テーブル駆動形 NC 放電加工機の２機種があり、主軸（2）項で解説した初期型の NC 装置であるハード

駆動形の場合は、SIX-ROLAN と同様、加工ヘッドに

ワイヤード NC は、動作論理がハードウェアの論理

XY 軸クロステーブルで構成された主軸揺動装置（図回路で組まれているのに対し、ソフトウェアによっ3.32）を取り付け、NC 制御で電極側を揺動運動させるて 論 理 を 組 む 方 式 が CNC（Computerized Numeric方式である。一方のテーブル駆動形は、加工テーブル

Controller）である。1970 年代に入り、LSI（ 大規模集の XY 軸駆動機構に揺動運動を行わせる方式である。

積回路）技術の進歩により、個人所有のコンピュータを実現するキーデバイスとなったマイクロプロセッサが登場した。併せて、ROM、RAM などのメモリデバイスも急速に発達し、従来は高価なミニコンとコ
アメモリを使った CNC 装置が、マイクロプロセッサ（以下「マイコン」）とメモリデバイスでも実現できるようになった。
こうした技術的な背景で、NC 装置の主流はハードワイヤード NC からマイコン内蔵の CNC に変わって行き、高機能が求められる用途でミニコン内蔵の

図 3.32主軸揺動装置 YD100N3.39）

CNC が使われた。1970 年代は NC と CNC を区別して呼んでいたが、1980 年代には CNC が NC の主流を占めるようになり、やがて NC 装置と言う呼び方で統一されるようになった。本報告書でも、これ以降、表記は NC 装置で統一する。
1976 年、ソディックは日本初の放電加工機用のマ
イコン NC 装置を完成した。当時、ソディックと牧野フライス製作所は、放電加工機を協業事業としていた。図 3.31 は、両社の協業により完成した日本初のマイコン NC 装置搭載の放電加工機で、機械本体「MD5B」は牧野スライス製作所が、電源と NC 装置

図 3.33

揺動 NC 放電加工システム構成 3.34）の「PEM8002」はソディックが製造した製品である。
その後、「PEM8004」の開発などを経て、1977 年に発図 3.33 は、テーブル駆動形の揺動 NC 放電加工機「YD200N」のシステム構成を示す。NC 制御部は、マイコンで構成するコンピュータ部、バネルコントロー
ラ部、軸制御部から成っている。キーボードから入力されたプログラムは一旦、メモリに記憶し、運転を開始後、順次プログラムを読み出しながら実行する。
コンピュータ部には、8 ビットマイクロプロセッサ

M5L8085 AS を採用し、PROM 16K バィト、RAM 2K
バィト、I/O を 12 ポー卜、割込み 12 レベルで構成されている。バネルコントローラ部は、操作パネル上のキーボードや表示関係の制御を行っている。軸制御部
は、コンピュータ部の I/O から出力された速度制御や
図 3.3122

MD5B+PEM8002

国立科学博物館技術の系統化調査報告

3.38）

Vol.32 2023. March

位置制御に必要なデータをいったん記憶するラッチ群

と補間パルス列を時分割で作り出す BRM（バイナリa. バ ックラッシュ補正：軸の送りが反転する際、軸レートマルチプライヤ）などからなる XYZ軸インターの駆動系にある機械的な遊び、或いは摩擦、弾性

フェース、BRM 出力と光学式位置検出器からのフィー変形などが原因で、一定量の移動指令値を越える

ドバック量を比較し、その差分を D/A 変換する XYZまで軸移動が追従しない場合がある。軸が反転す

軸コントローラ、及びアンプから構成される

る際に、その一定量を加えて移動指令値を出力し、

。

3.24）

三菱電機は 1960 年から NC 装置単体の販売事業を反転移動が直ぐに応答するように補正する機能。

行っていたが、1974 年にはマシニングセンタ向けのb. ピ ッチエラー補正：ボールねじは個々に製造起因

高機能ミニコン NC 装置を完成していた。1970 年代の寸法誤差を持っているため、NC の位置決め指後半はまだ、マイコン NC 装置が発展途上の段階で、令に対して実際のテーブル位置との間に誤差が生

高機能、自動化の様々な技術はミニコン NC 装置をプじる。この誤差を予めレーザ測長などで求めて補ラットフォームとした蓄積が大きかった。三菱電機は正データとして登録し、実稼働で誤差がゼロとな

1979 年、旗艦機種となる高機能ミニコン NC 装置をるように位置決め指令値を補正する機能。

搭載した放電加工機￥「DK250NC ＋ YD500N」（図c. 電極位置自動補正：電極自動交換を利用する際、

3.34）を発売した。本機は揺動加工の他に電極自動交電極のホルダへの取付誤差やホルダを固定する自換装置、主軸割出回転装置（C 軸）などの新機能に対動チャック装置のセンタずれなどが原因で、加工

応し、加工精度向上への対応も強化された製品で、主ヘッドの基準位置に対する個々の電極の位置にはな特徴は以下の通りであった。

誤差が生じる。事前に機上測定で電極個々に誤差を求めデータ登録し、電極を交換する毎に位置ずれを自動補正する機能 3.34）。
以上で述べた通り、NC 装置は放電加工の自動化のみならず、加工性能の向上、適用範囲の拡大を実現する重要な基盤技術となった。尚、半導体やソフトウェ
ア技術の進歩により、ミニコン NC 装置は 1980 年代に姿を消し、マイコン NC 装置に引き継がれていった。
3.3.4

Z 軸駆動制御機構

これまで、加工の安定化、加工速度の向上、電極消図 3.34

高機能 NC 放電加工 DK280NC+YD 500N

3.39）

耗の改善などの加工性能向上を目指した電源開発の経緯を解説した。しかし、加工性能の向上には、電極の①加工工程の自動化

昇降を行う Z 軸駆動制御技術も重要な役割を担って電極の自動交換、自動位置決め（電極、工作物等のおり、その開発の歴史について調査した内容を述べる。

機上座標測定）等の機能を備え、複数の電極を用いる

2 章で述べた通り、電極の自動送り、即ち Z 軸の駆加工の自動化を実現した。
また、
電極自動交換のメリッ動制御は平均電圧サーボ制御によって ms 単位の短時

トは他に、製作し易い単純形状の電極を複数組み合わ間の間に加減速が頻繁に行われ、時には瞬時に電極をせ、電極製作が難しい複数形状の加工を可能とした。

後退させて、加工の安定を維持する仕組みとなっている。電極と工作物の間隙は、数十 μm 以下の微小な適②多様な加工への対応

正値に保たれる必要があり、Z 軸は速い応答と適切な主軸の加工ヘッドに Z 軸と平行な軸で回転する C

感度を持った制御機構であることが求められる。また、軸を取り付けて、C 軸の回転と Z 軸の昇降を同期させ、電極が下降する平均速度は遅いが、微小な昇降動作を

ネジ切り加工を可能とした。また、丸棒などの単純電伴って下降するため、主軸のリニアガイド部分の構造

極をプログラムされた軌跡上を移動させて、複雑な形

は、スティックスリップなどを防止できる構造としな状の輪郭加工や溝加工を可能とした。

ければならない。
1950 年代には、平均電圧サーボ制御による電極の③各種補正機能による高精度化
ソフトウェア技術を利用した高精度化技術を搭載した。

自動送りを実現する手段として、電気モータによるサーボの他に、ボイスコイルの原理を応用した電磁サーボ方式も考案された。電磁サーボ方式の概略を以
放電加工機技術の系統化調査

23

下に説明する。図 3.35 は三菱電機が間隔調整器と名1950 年代の電極自動送り制御は、電気モータによ付けた装置の外観写真で、図 3.36 がその構造図、図 3.37

るサーボ機構が主流であった。但し、当時の電気モーが制御回路図である。図 3.37 に於いて、極間が開放

タは出力効率が低いため、工作機械で利用する際は、されているときは i 1 がコイルに流れ、電極に下向き減速機を使ってトルクを上げる必要があり、速い応答に力がかかるようになっている。放電電流の I は分流や高い位置精度の制御が難しかった。

して i 2 となるが、i 1 と i 2 の和がコイルに流れること

その後、1960 年代に入ると、電気 - 油圧サーボ弁がになり、i 2 が大きくなると電極に上向きの力が加わる

実用化され、油圧サーボを放電加工機の Z 軸制御に仕組みとなっている。この方式は、速い応答で極利用できるようになった。海外メーカでは 1960 年代

間の間隔を自動制御することが可能だが、懸垂できる

初頭に Eleroda 社（スイス）、Elox 社（米）などが、油電極の重量に制限があるため、広く普及することはな

圧サーボを採用した製品を完成し、日本では少しかった。

遅れて 1962 年から 1963 年頃に、西部電機「Yaspark

3.40）

E-304」、日立造船「Hydrex SB-570」、三菱造船＋三
菱電機「DM-200 形」などの油圧サーボ方式を採用した製品が登場した 3.41）。
油圧サーボ方式を採用した Z 軸制御機構の例として、三菱電機「DM-250 形」のヘッド構造を解説する。図 3.38 で、固定側となるボールブッシュ（リニア軸受）は、ピストンロッド㊽の昇降をガイドする構
図 3.35間隔調節器 3.40）

図 3.36

構造図 3.40）

造となっており、ピストンロッドの下端には絶縁板を介して電極取り付け部が固定されている。図の内径
φ 100 mm の内筒部は上下の油圧シリンダー室に区分けされており、それぞれに接続するインレットへの油圧を加減圧することでピストンロッドが昇降可能となっている。また、ピストンロッドが回転自在とならないように、ピストンロッドと締結された板㊼は、固定軸㊾に回転が拘束されるが、昇降は自在の構造となっている 3.42）。
図 3.39 は、電気 - 油圧サーボ弁の構造図である。
スプールは可動コイルに加わる電磁力により駆動さ

図 3.37制御回路図 3.40）

図 3.3824

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

れ、制御オリフィスを先端に有する制御棒の変位に比DM250 形のヘッド構造 3.42）

例した位置で平衡となる。
可動コイルに流れる電流は、

3.4.1

極間の平均加工電圧と基準電圧の差分に比例した制御（1）海外のワイヤ放電加工機開発

電流が流れる仕組みとなっている。

ワイヤ放電加工機の誕生

世界で最初のワイヤ放電加工機は、1957 年にソ連の ENIMUS 研究所で開発されたワイヤ放電加工機「A207 形」である。当時はまだ NC 装置の実用化が進んでおらず、A207 形は、光学鏡で 10 から 50 倍に図面を拡大し、その拡大図面を光学的に追従する自動倣い方式によって XY軸テーブルを移動して加工する仕組みであった。
その後、自動化をさらに進めた「A207-23

M 形」が開発され 3.43）、1968 年の学会誌「繊維工学」
図 3.39電気 - 油圧サーボ弁の構造 3.42）

で、同機が詳しく紹介されている。機械の外観写真を
図 3.41、ワイヤ電極の走行・支持方法を図 3.42 に示す。

DM-250 のヘッド構造の場合、軸の直進運動精度を

当時、ナイロン、ポリエステルなどの化学繊維の製支配する主な要因は、ピストンロッドの加工精度であ造が国内で盛んな時代であり、紡糸用ノズルの微細る。丸棒は旋盤や円筒研削盤で加工するが、ロッドがな異形穴の加工を目的に販売が企画されたと推定さ長尺になるとロッドの中央が撓んで高精度な加工が難れる。紡糸用ノズル穴の模擬形状を図 3.43 に示すが、

しくなる。
一方、
平面研削で加工できるガイド面を持っスリット幅が 0.05 mm 前後の微細な形状の加工が求た矩形断面のヘッド構造であれば、長尺のガイド面でめられる。機械の概略仕様は以下の通りである 3.44）。

も比較的容易に高精度に加工できる。それを取り入れ• テーブル移動量：X100 × Y200 mm

たのが、DM-500 形の主軸ヘッド構造である。

• ワイヤ電極：φ 0.02 ～φ 0.1 mm

これまで説明した事例の通り、当時は工作機械の送（タングステン、モリブデン、銅）り案内（リニアガイド）は各社が独自に設計し、内製• 加工電源：コンデンサ充放電回路するのが通常であった。1980 年代以降は、リニアガ• 最大加工速度：20 mm2/min

イドは購入品を利用することが一般化し、また、駆動•テ ーブル駆動方式：投影機のスクリーンに部品の制御に電動モータを利用する時代に変わって行った。

拡大図を貼り付け、図形の線に沿って光点を移動する倣い方式。または、
テンプレートを用いて行う。
このソ連製のワイヤ放電加工機は、経済性や加工精度に難があり販売は成功しなかったと伝わっている 3.2）。

図 3.40DM-500 形主軸ヘッド構造 3.42）

3.4 ワイヤ放電加工機の基盤技術
図 3.41ワイヤ電極を用いた放電加工機はワイヤカット放電

A207-23 M形 3.44）

加工機と当初呼ばれていたが、概ね 2000 年以降はワ
イヤ放電加工機（Wire EDM）と呼ばれるようになった。ここでは、ワイヤ放電加工機の普及に必要であった基盤技術の中で、NC 装置、自動プログラム作成装置、テーパ加工装置を中心に技術開発の事例や背景などを調査した内容を述べる。

図 3.42ワイヤ支持方法 3.45）

図 3.43 ノズル穴形状 3.46）

放電加工機技術の系統化調査

25

その後、1965 年にソ連に於いて NC 装置を搭載した世界初のワイヤ放電加工機が開発され、続いてスイスのアジエ社（現 GF Machining Solutions 社）が 1969
年に NC ワイヤ放電加工機「DEM-15」を完成し、パリで開催された展示会に出展した 3.2）。
（2）国内のワイヤ放電加工機開発
国産初のワイヤ放電加工機は、1972 年に三菱電機が発売したワイヤ放電加工機「DWC50S-LT1 形」で

図 3.46

西部電機 EW-20形 3.48）ある（図 3.44, 図 3.45）。当時、比較的安価なテーブル
軸送り手段として、米国で開発されたライントレーサ
装置（光学式図面倣い装置）を搭載し、ワイヤ放電加工機の早期実現を待ち望んでいたユーザに向けて開発された機械である。
図面の描画線を光学方式で自動的に倣い、図面の倍率分を縮小して XY軸を軸送りし、ワイヤ電極と工作物を相対移動させて、放電加工する仕組みである。しかし、アナログ制御では加工精度に限界があり、デジタル制

図 3.47

御の NC 装置の必要性が認識される結果となった。

EW-20 形システム構成 3.48）

その後の 1974 年、大坂で開催された第七回日本国
際工作機械見本市に於いて、西部電機はマイコン NCの「EW-30 形」、三菱電機はミニコン NC の「DWC50M-H」（図 3.48）、ジャパックスはミニコン NC の「L250A」（図 3.49）をそれぞれ展示した。当時の放電加工機メーカ主要 3 社から NC ワイヤ放電加工機が出揃い、この年が本格的な普及に向けたスタートの年となった。
図 3.44三菱電機 DWC50S-LT1形 3.47）

図 3.48
図 3.45DWC50S の構成

三菱電機 DWC-50M-H 3.49）

3.47）

国産初の NC ワイヤ放電加工機は、同じく 1972 年に
西部電機工業（現西部電機）が開発した「EW-20 形」（図3.46）である。NC 装置は、
この当時の主流であったハードワイヤード NC ではなく、次世代のミニコン NC 装置が採用された。図 3.47 にシステム構成を示すが、図面寸法に基づき自動プログラミング装置で作成した

ISO または EIA コードの 8 ビットデータを打ち込んだ
紙テープを読み取りながら加工を行う仕組みであった。

26

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図 3.49ジャパックス

L250+JAPT 3.50）

ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極の相対移動など通ラム作成装置にも兼用する方式は、設備投資コストを常の NC 機能に加えて、①加工速度の平均電圧サーボ削減する方法として有効であった。ここで、具体的な制御、②短絡回避退行制御、③電気条件の設定機能な事例として三菱電機が 1975 年に発売した「DWC-75 形」

ど高度な制御が必要であるため、演算能力が低いハーの自動プログラム作成装置「MEDI-APT」を解説する。

ドワイヤード NC ではなく、演算処理能力が高いミニ
コンやマイコン内蔵の NC 装置が必要であった。一（1）「MEDI-APT」ハードウェア構成

方、これらの CNC と言われた NC 装置は、非常に高図 3.50 は DWC75 CNC-2 全体の外観で、左から順価であったため、例えば 1 台の NC 装置で 10 台の機に、加工電源、機械本体、制御装置、自動プログラ

械をタイムシェアリングで運転制御する群管理を開発

ム作成装置の端末（システムタイプライタ）が並んでし、少しでも NC 装置のコスト割合を小さくする試みいる。図 3.51 は CNC-2 のシステム構成図で、制御装があった。
群管理は殆ど実績無く終わってしまったが、置の中にミニコン（MELCOM70/MODEL20）と MCU

NC 装置の利用で最も効果的であったのは、自動プロ（Machine Control Unit）を納めている。通常の NC 機

グラム作成装置の制御を NC 装置に取り込んだことで能である機械制御は、ミニコンが MCU を介して行ある。前述の見本市で展示された各社の NC ワイヤ放い、自動プログラム作成装置「MEDI-APT」の制御は、

電加工機は全て、機械本体と自動プログラム作成装置

ミニコンがシステムタイプライタと別途設置の XY プ

を 1 台の NC 装置で制御する構成で展示された。次項

ロッタを直接制御する仕組みとなっている。尚、ミニで自動プログラム作成装置について解説する。

コンの付かない 2 台目の DWC75 を追加し、1 台目のミニコンで 2 台の機械制御を行うことも可能である。

3.4.2

自動プログラム作成装置

また、DNC 仕様を選択可能で、1 台のミニコン NC

1974 年の工作機械見本市では、工作機械メーカ各社

で最大 10 台の機械と自動プログラム作成を、それぞは NC の普及が進むと見込んで、NC 工作機械の展示

れ独立して、他に干渉されずに制御が可能である 3.53）。

に力を入れた。しかし、この当時、NC 工作機械を運転するために必要な NC プログラムの作成装置が高価であることが課題となっており、例えば日立精機と池貝鉄工は、米国 GE 社の電算機システムを電通のタイ
ムシェアリングサービス（マークⅡ）を介してプログラ
ムを作成する方式を開発し、プログラム作成のコスト削減を謳っていた 3.51）。こうした工夫があっても、中小企業が投資するには敷居の高い製品となっていた。
こうした状況のなか、ワイヤ放電加工用の NC プロ

図 3.51

CNC-2 システム構成 3.53）

グラムは、2 次元の輪郭形状の軌跡移動が主体であり、計算機の演算処理への負荷がそれほど高くなく、自動（2）「MEDI-APT」ソフトウェア構成

プログラム作成機能の NC 装置への取り込みが比較的

ソフトウェア構成を簡単に解説する。ミニコンの制容易に実現できた。放電加工機の市場は金型が中心で、御プログラムの構成は図 3.52 に示す通り、大きく分その金型産業は従業員が数名から数十名の中小企業がけて機械制御の３つのプログラムと自動プログラムの殆どを占めており、NC 装置の演算機能を自動プログ

計４つのプログラムで構成されている。
①
「READ プログラム」は、MCU に付属する紙テー
プリーダから、加工指令データを１ブロック単位で読み取って、入力テーブルを作成する。
②
「MAIN プログラム」は、入力テーブルのデータから移動補間の前処理を行って出力テーブルを作成する。また、機械系から伝達される操作信号、入力信号による割り込み操作を行う。
③
「MOTION プログラム」は、出力テーブルに基づいて補間演算を実行し、位置指令やその他の動図 3.50三菱電機 DWC75 CNC-2

3.52）

作指令を出力する。
放電加工機技術の系統化調査

27

④「MEDI-APT」は、NC プログラム作成に関わるれるので、図に示すいくつかの制御コードを入力する。
図に複数の制御コマンドとその処理内容を記載してい入出力と演算を行う。
これらの４つのプログラムは、割込レベルで決めらるが、NC プログラム作成の主要な作業は、図形定義

れた優先順位に基づいて、制御単位時間内をタイムとワイヤ電極の経路定義である。制御コマンド毎の入シェアリングして動作する。

出力が完了すると、再び $ マークが印字され、制御コ
マンド待ちとなる 3.53）。

NC プログラムの作成手順として、製品図面（図3.54）を基に、図形定義（図 3.55）とワイヤ電極の経路
定義（図 3.56）の事例を示す。図形定義は、加工する
図面形状を点、直線、円の要素に分解し、それら全ての図形要素を（順番は問わず）定義する作業である。
実際に図形定義コマンドを入力すると、行番号、例えば 001 が表示され、入力待ちとなる。図形要素は、点は７種、直線は 7 種、円は８種類の決められたパターンから選択して入力を行う。点は Pi、直線は Li、円は Ci のシンボルを使い、i はオペレータが任意に決
図 3.52

制御プログラムの構成

3.53）

める整数である。
現場で簡単に NC プログラムを作成できることが開（3）「MEDI-APT」の機能発の目標であったので、MEDI-APT は対話形式のプ

前述の通り、自動プログラム作成装置は、NC 装置

ログラミングを基本とした。例えば、誤った入力をす内のミニコンとシステムタイプライタ、及び XY プ

ると、即座にエラーメッセージが印字され、ミスの内ロッタから成る。システムタイプライタには他に紙容を示し、修正入力が求められる。また、エラーメッ

テープリーダパンチャが付属し、NC プログラムの作

セージだけでなく、様々なリクエストメッセージによ成に必要なデータを紙テープから入力できる。またプ

り、操作を易しくする工夫がされている。

ログラミングが完了し、NC 装置に読み込ませるため

図の事例では行番号 001 以降は、オペレータがキーの NC データを紙テープに出力することができる。

ボード入力した直線の定義である。この際、直線定義

プログラム作成の入出力処理のフローチャートを図で参照した点 P10 が不確定なため、リクエストメッ

3.53 に示す。プログラミングの手順を簡単に紹介する

セージとして “P010 ＝” が印字され、P10 の定義を求と、先ずはタイプライタの「Attension Key」を押して、めてくる。必要な定義を入力し終わり、エラーがなけ

ミニコンに接続し起動をかける。次に入力モードの指れば、行番号が進んで 002 が印字され、次の図形定義

定となり、IN1 を指定すると KEYBOARD からの入の入力に移行する。他にも図形定義を確定させるため、力、IN2 を指定すると紙テープからの入力となる。こ例えば交点が 2 つ存在する場合にどちらを選択するか

こでは IN1 を指定した場合で説明すると、$ マークがを問うリクエストメッセージなどがあり、初心者でもタイプライタに印字され、制御コマンド入力を求めら

簡単にミスのないプログラム作成ができるシステムになっている。
次に、経路定義とは、図形定義で定めた図形要素を辿る経路の順番を指定することである。例えば直線か
ら円弧に進む場合、2 つある交点のうち左右、または上下の何れの交点から侵入するかの指定や、円弧の進行方向が時計回り（CW）か 反時計回り（CC）かを指定する必要がある。しかし、これらは前述のリクエスト
メッセージに答える形で簡単に定義ができる 3.53）。

MEDI-APT は他に、歯車諸元を入力するだけでインボリュート歯車のプログラムを作成する機能や加工
周長、面積、重心の計算など、様々な機能を備えてい
図 3.5328

入出力処理フローチャート

国立科学博物館技術の系統化調査報告

3.53）

Vol.32 2023. March

た 3.52）。

図 3.54

製品図面 3.53）

図 3.55

図形定義 3.53）

図 3.56

経路定義 3.53）

自動プログラム作成装置はその後、CPU の演算処

ワイヤ放電加工機は、加工軌跡をプログラムすれば、

理速度向上、メモリや外部記憶媒体の高速化と大容量どんな複雑形状も簡単に高精度に加工できるメリット

化、データ通信技術などの進歩により、格段に性能がが市場に歓迎された。当初は貫通穴に形彫放電加工向上するのと同時に装置価格が急速に低下して行った機が使われていたが、加工形状に合わせた電極を製作（プログラミング装置が誕生した当時と比べると、装する必要が無いワイヤ放電加工機は、一気にその座を置価格は 10 分の１程度に低下）。また、表示器とし奪っていった。この新しい加工法であるワイヤ放電加て CRT が一般的になった 80 年代から、現在も行われ工機に対し、市場からいろいろな期待が寄せられたが、ている図形定義や経路定義を画面上に表示しながら操抜きダイの逃がし（図 3.57, 図 3.58）や各種金型の抜き作を行う方式に変わった。また、CAD で作成された勾配などのテーパ加工の実現を望む声が大きかった。

3 次元 CAD データからワイヤ放電加工の対象となる

プレス抜き型は、パンチとダイの勘合でシート材を

図形データを抜き出し、NC データを作成することも剪断して部品やスクラップとなる部分を打ち抜く金型可能となり、統合的な CAM システムにワイヤ放電加である。スクラップはダイの下方へ通過して回収され工用 NC データ作成機能をアドオンする商品も現れてるが、仮にスクラップが何枚もダイに滞留する “カスいる。自動プログラミング装置は、一種の情報端末と詰まり” と言われる状態になると、金型が破損する危して発展してきたが、その本来の機能の開発は 80 年険がある。カス詰まりを防止するため、抜きダイには代でほぼ完了したと言える。放電加工機に関連する情

逃がしを設けるのが通常であるが、図 3.58 の様に逃報システムの開発はその後、工程設計、自動運転スケ

がしをテーパに加工できるようになったのは、ワイヤ

ジューリング、遠隔稼働監視システムなどの開発に軸

放電加工機が誕生した後のことである。それ以前は、足が移り現在に至っている。

図 3.57 の段差逃がしとするのが通常で、切り刃を長くして金型の強度を上げると、逆にカス詰まりの危険

3.4.3

テーパ加工装置が増してしまう二律背反の状況があった。逃がしに

ワイヤ放電加工機が誕生した当初、加工速度は 5 ～テーパ加工を適用することで、金型の強度低下が殆ど、加工効率が良くないため無い構造でカス詰まりを防止する理想的な逃がしが実

普及が足踏みをしていた。それが概ね 20 mm /min を現できた。また加工工程が簡略化されることで金型製超えた頃から、金型を中心に普及が進み始めた。

作の効率化にも貢献した。

7 mm /min 程度と遅く
2

3.54）

2

放電加工機技術の系統化調査

29

図 3.57

抜きダイの逃し（段差）3.55）

図 3.58抜きダイの逃し（テーパ）3.55）

このテーパ加工を実現するためのテーパ加工装置
は、1975 年にワイヤ放電加工機に参入した富士通ファナック（現ファナック）が 1976 年に初めて製品化し、

図 3.59

テーパ加工装置の外観 3.59）（正寸法となる位置）

Y ：加工速度指定の基準位置、ドライラン描画機能における基準位置1977 年にはジャパックスと三菱電機、1978 年は西部

I ：上部ワイヤガイドのテーブル面からの距離

電機工業（現西部電機）と続いた

J ：下部ワイヤガイドのテーブル面からの距離。

3.73）3.56）3.57）3.58）

ここで、具体的な事例として三菱電機が開発した
テーパ加工装置を解説する。図 3.59 にテーパ加工装

傾斜角度を精度良く加工するためには、I、J の値

置の外観を、図 3.60 にテーパ加工装置の構成を示す。

を正確に求める必要がある。一方、ワイヤガイドは保従来の 2 次元形状の加工は、加工テーブルを駆動する

守やワイヤ電極径の変更の際に着脱するので、その度

X 軸、Y 軸のみを駆動する。テーパ加工は、上部ワに若干の位置ずれが発生する。よって、着脱の度に I、

イヤガイドが下部ワイヤガイドに対して、相対移動を

J の値を再測定する必要があり、詳細は割愛するが、行ってワイヤ電極を傾斜させて実現される。
そのため、専用治具を使った測定ルーチンを実行して値を正確に

上部ワイヤガイドは、U 軸、V 軸のクロステーブルに求めることができる。

取り付けられ、下部ワイヤガイドに対して相対移動がまた、加工に際して重要な点は、図 3.61 の X（テー可能な構造としている。制御装置はワイヤ電極が加工

ブル面からの距離）の設定により、テーパ回転の中心

進行方向に対し、常に法線方向に指定の角度に傾斜す

位置、即ちプログラム形状が正寸法となる位置を指定

るよう 4 軸同時制御を行う。この 4 軸同時制御は、工することである。図 3.61 ではテーブル面の上方に設作物の板厚方向の所定の高さで、加工形状が所定の寸定されているが、例えば X ＝０とすれば工作物の最法となるように、下部ワイヤガイドと上部ワイヤガイ

下面（テーブル面）で正寸法となる加工が可能で、適ドの位置座標を高速に座標変換する高度なソフトウェ

宜、必要に応じて設定できる 3.60）。

ア制御で行われる。テーパ加工装置の開発の中で、このソフトウェアの開発が重要な役割を担った。

30

3.4.4

ワイヤガイド次に、ワイヤ電極を精度良く指定角度に傾斜させ、ワイヤ放電加工機では、工作物を挟んで、上部ワイ

傾斜面の所定の高さで加工形状寸法を高精度に加工す

ヤガイドと下部ワイヤガイドがワイヤ電線を支持する

るには、図 3.61 に示す以下の５つの諸元を、予め NC構造となっている。テーパ加工に対応していなかった装置に入力設定する必要がある。

初期の機械は、ワイヤ電極を工作物に対し垂直に張っ

θ：指定テーパ角度（度、分、秒）て加工することのみ求められ、それに適したワイヤガ

X ：テ ー バ 回 転 中 心 位 置 の テ ー ブ ル 面 か ら の 距 離イド機構が搭載された。代表的なワイヤガイド方式に

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図 3.60

テーパ加工装置の構成 3.60）

図 3.61

テーパ加工に必要な入力諸元 3.60）

は、V 溝を有する通称 V ガイド方式やクロスピン方必要となった。そうした要求に応えるワイヤガイド方式などがあった。図 3.62 は、
クロスピン方式の事例で、

式には、従来の V ガイドに平ガイドを設けてワイヤ電1972 年発売の三菱電機製 DWC50S-LT1 に搭載された

極を V ガイドの方向に押し付ける通称 V−平ガイド方ワイヤガイドである。セラミック製のクロスピンはワ式や丸穴にワイヤ電線を通すダイスガイド方式などがイヤ電極の位置を拘束し、前後、左右に位置がずれな誕生した。図 3.63 は V−平ガイド方式ワイヤガイド、いようにするためのガイドである。給電ピンは、加工

図 3.64 はダイスガイド方式ワイヤガイドの事例を示す。

電源からワイヤ電線への給電を行うことが目的の部品であるが、取付位置を偏心させることで、ワイヤ電線
をクロスピンに押し付ける役割も担っている。簡易な構造であることが長所であるが、給電ピンによる押しつけ力を超える力が加わると、ガイドピンがワイヤ電線を拘束できなくなる問題がある。これは、V ガイド
方式でも同様であるが、ワイヤ電線を垂直に張って加図 3.63V- 平ガイド方式 3.62）

図 3.64

ダイスガイド方式 3.63）

工するだけであった初期の機械では、この問題は大きな課題とはならなかった。

ここで、ダイヤモンド製のダイスガイドについて簡
図 3.62

クロスピン方式ワイヤガイド 3.60）

単に解説する。ダイスガイド方式は、丸穴にワイヤを通してガイドする方式であり、ワイヤ電極の外径に対そして 1970 年代半ばにテーパ加工装置が誕生する

し、ダイス内径は例えば、5 μm から 10 μm 程度大きと、ワイヤ電極を傾斜して張架する必要が生じ、ワイ

く造り、ワイヤの挿通作業が容易になるよう僅かなク

ヤ電線を全方向で堅固に拘束する新しいガイド方式がリアランスを持たせている。そのクリアランス分の遊放電加工機技術の系統化調査

31

びはあるが、丸穴の範囲内でワイヤ電極を堅固に拘束よる機械化、省人化のメリットが大きく、ワイヤ放電できるので、テーパ加工中のワイヤ電極の位置ずれを加工の普及が早くから進んだ分野であった。

最小限に抑えられる方式である。

しかし、金型分野全般に広く普及を図るには、さワイヤガイドの材質については、前述のクロスピン

ら な る 速 度 向 上 が 必 要 で、 当 時 を 知 る 関 係 者 の 話方式ワイヤガイドの場合、当初はセラミックが使われでは、導入に前向きな潜在顧客の声などを参考に、たが、後に耐摩耗性が高いサファイアも使われた。ま20 mm2/min 以上の加工速度が最低条件として認識さた、V ガイドも同様にサファイアが良く用いられた。

れていたようである。

しかし、加工時間の累積により、サファイア製のワイ

さて、ワイヤ放電加工機の初期の加工電源は、RC

ヤガイドでもワイヤ電極と接触する部分に顕著な摩耗回路を基本回路とする電源が主流であった。ワイヤ放が見られたことから、より耐摩耗性の高いダイヤモン

電加工は、形彫放電加工と異なり、加工中は常に新し

ドが理想的な材質と考えられた 。

い電極を送り出すため、電極の消耗が無いものと見做*1

このような理由でダイヤモンドを用いたダイスガイせる。従って、電極消耗より、加工速度の向上を優先

ドの実現が目標となり、設計者が目を付けたのは、電できるが、その実現には電流波形をできるだけ高ピー線の線引きに使われる線引きダイスであった。幸い当クかつ短パルス幅とする必要があることが、数々の研時、既にダイヤモンド製の線引きダイスが実現してい究や実験の結果から分かっていた。しかしながら、当たので、これを応用してワイヤ放電加工機用のワイヤ時の回路素子、回路設計技術、コストなどを総合する

ガイドを造ることが発案された。ダイヤモンド製ダと、RC 回路が最適な回路方式として選ばれていた。

イスは、素材に天然ダイヤモンドを用い、レーザ穴開け、超音波加工、ワイヤーラッピングなどの特殊な工程を経て造られる。ダイスメーカとの共同開発で、ワ
イヤガイドとして最適な形状を求めつつ、製造技術から見た造り易さも取り入れて試行錯誤を繰り返し、ダイヤモンドダイスガイドが完成した。図 3.65 は、三菱電機が初めてダイヤモンドダイスガイドを採用した

DWC-75 形のワイヤガイド構造で、これがワイヤガイドの基本構造としてその後の設計に継承された。
3.4.5

加工速度の高速化

ワイヤ放電加工機が誕生してから、市場への普及が進んだ 1980 年頃に至るまで、加工速度の向上で
行 わ れ た 技 術 開 発 に つ い て 解 説 す る。 尚、 こ れ から述べる最大加工速度は、2 章で説明した面積速度［mm2/min］を指標とし、工作物は板厚の変化がない

図 3.65DWC75 形のワイヤガイド構造 3.64）

平板を前提とする。板厚変化がある工作物に関する説
明は、5 章で詳しく述べる。

図 3.66 は、70 年代半ばの加工電源に用いられた回路の代表的な事例で、トランジスタ制御回路を介し（1）トランジスタ充電制御 RC 回路電源て RC 回路のコンデンサに充電を行う仕組みとなってワイヤ放電加工機が誕生したばかりの頃は、最大加いる。この回路の特徴は、トランジスタ制御で充電

工速度が 5 ～ 7 mm2/min 程度であった 3.54）。ワイヤ放を止めて適切な休止時間を確保できるので、放電の電加工機の導入先は、加工速度が遅いことを差し引い集中を防いで、比較的大きなエネルギーの電流波形ても、他に十分な導入メリットがある用途分野に限らを用いても安定に加工ができるようになったことでれていた。具体的な例では、数 mm 幅の狭隘なスリッある。この回路方式の電源により、最大加工速度がト形状の加工が必要なアルミ押出型の加工は、導入に約 20 mm2/min に達するようになった。

*1 サファイアの摩耗について、著者は専門的な知見を持たないが、恐らく工作物由来の成分による化学的作用や物理的作用が摩耗の原因と考えられる。

32

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchシング効果で十分に賄えるようになり、またワイヤガ
イド部周辺の簡素化が望まれたことから、やがてワイ
ヤ放電加工機に超音波を利用する技術は途絶えることになった。
（3）黄銅ワイヤの開発
図 3.66充電制御式 RC 回路

3.65）

ワイヤ電極の材質は当初、タングステンなどが用いられたが、欧州メーカが安価な硬銅ワイヤを使い始め、

図 3.67 は、上記の回路を改良し、直流電源の電圧

日本のメーカも直ぐに追従した。その後、暫く硬銅ワを高圧化するとともに電流制限抵抗を小さくして充電

イヤが標準的に使われたが、1970 年代後半から、コ

時間の短縮を図っている。また、コンデンサの両端電ストが安く、機械にセットする際の作業性が良い黄銅

圧をモニタリングし、所定の開放電圧に達した時点でワイヤに切り替わっていった 3.68）。この当時の黄銅ワ

充電を止める制御を加えた。この回路方式により、コイヤは熱処理で延性を上げた軟質のワイヤで、加工速ンデンサに溜まる電荷が一定となり、放電電流のピー

度向上の効果が目的ではなかった。しかし、1980 年

ク値を揃え、エネルギーが平準化された効率的な連頃から、焼鈍温度を調整し引っ張り強さを従来の 2 倍

続放電が可能になった。この回路方式は、三菱電機が程度（950 MPa 前後）まで上げた硬質ワイヤが放電加

1976 年に発売したワイヤ放電加工機「DWC100」に工用に開発された。引っ張り強さが大幅に向上したこ搭載された「EP-10HA」電源に採用された。最大加工とで、ワイヤが断線する破断張力に至るまでの余裕が

速度 30 mm2/min を達成し、プレス金型への普及を後生じ、放電エネルギーを大きくしても電極消耗量の許押しする原動力となった。

容値が増したことから、加工速度の向上に繋がった。
また、破断張力の余裕を確保できる範囲で、加工中にワイヤ電極に定常的に加える張力の引き上げも可能となった。張力を上げることで、ワイヤ電極が加工中に振動する振幅を減少し加工溝幅を狭くできる。加工速度に貢献しない進行横方向の加工体積が減少するので、加工速度の向上に繋がる。こうした放電加工機用の黄銅ワイヤ電極の開発は、電線メーカの中では、沖図 3.67高速充電制御式 RC 回路

3.65）

電線工業が早くから積極的に取り組み、性能や品質の良い電極線を供給するようになった。ワイヤ放電加工

ここまでは電源の改良開発による加工速度の向上を機の輸出は 1970 年代から始まったが、米国やアジア述べてきたが、電源以外で高速化に貢献した要素技術

諸国では、性能、品質の良い黄銅ワイヤの供給元がなについて、1970 年代から 1980 年代初頭までに開発さく、機械本体と並行して日本製の黄銅ワイヤも海外市

れた主な事例を解説する。

場で販売規模を拡大していった。また、ワイヤ電極は加工性能に大いに影響するため、放電加工機を販売拡（2）超音波加振装置

大する上でも、品質の高い日本の電線メーカとの協力

1976 年にジャパックスは、ワイヤガイド部に取り関係が有効であった。

付けて超音波でワイヤ電極を加振する「クリアカット」装置を発売した 3.66）。超音波援用放電加工は、近（4）加工液高圧供給

年も学会で研究論文がいくつか報告されおり、放電間

図 3.65 は三菱電機が 1977 年に発売した「DWC75 形」

隙の拡大、放電繰り返し数の増大などにより加工速度のワイヤガイド構造である。このワイヤガイド構造は、を向上する効果がある。ジャパックスは当時、加工作物に対し加工液ノズルを 5 mm から 10 mm 程度

工速度が従来比 2 倍と新聞発表し、アドバルーンをや離して配置し、ワイヤ電極と工作物の極間への加工液

や高く上げていた印象はあるが、それでも実用的速の供給は、上部ノズルからはほぼ重力による水流と度で 40 mm /min 以上と推測され、業界最高の速度をし、下部ノズルからの水流は工作物下面に届く程度に誇っていた。しかしながら、超音波による加振の効果

水圧を調節して加工していた。1980 年、三菱電機はは、例えば後述の加工液高圧供給による極間のフラッ「DWC-N シリーズ」の加工速度高速化オプションと

3.67）

2

放電加工機技術の系統化調査

33

して「新 SU 装置」を発売した。高速化の主な要素技

機は、NC 装置や加工電源の開発による性能向上で製術は、前述の高速充電制御式 RC 回路と加工液高圧供品力が勝るようになり、海外先行メーカには脅威の存給であった。図 3.68 は新 SU 装置の上下加工液ノズ

在であったと考える。そのため、欧州メーカから何度ルと工作物の標準配置を示す。従来と大きく異なる点

か、特許係争が仕掛けられ、日本のメーカ各社が苦し

は、工作物に近接して上下部ノズルの位置を配置するめられる局面があった。しかし、係争となった事案は、ようにしたことである。ノズルと工作物の隙間は、ノ

日本メーカが意図的に技術を模倣したと言うより、何ズルが工作物に対して水平移動しても干渉などの心配れのメーカも辿りつく必然性の高い技術の先願に苦しがない最小限の隙間として約 0.1 mm を設定した。こめられた格好であり、日本メーカも知財の蓄積を徐々れは、ノズルから噴出した加工液が隙間から漏れるのに築いて事態は終息に向かっていった。

をできるだけ抑え、
加工溝の入り口付近の静圧を高め、学会誌や新聞記事で確認できるデータから、1981

溝の奥深くまで水勢が届いて、極間のスラッジ排出の年の日本の放電加工機の総生産額は 446 億円で、世界効率を高めることが目的であった。加工液ノズル内のの生産額推計 900 億円の約 50％のシェアに達し 3.71）、液圧は 0.5 ～ 0.6 kgf/cm2 程度であったが、スラッジ

3 年後の 1984 年には、日本の総生産額は 796 億円（5,600

排出を効率化することで、加工速度を大幅に向上する台）で世界シェア 55％となった 3.72）。国内だけでなくことが可能となり、最大加工速度は約 60 mm2/min に輸出の高い伸びも加わり、1980 年代に入り、日本の達した。尚、加工速度の開発競争はその後も続くこと

放電加工機メーカは大いなる飛躍の時代を迎えることになるが、加工液高圧供給は最大加工速度を得るためになった。

には必須の条件となった。
参考・引用文献
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by the dual influence of "Market Pull" and "Science Push” , Procedia CIRP 6, pp.5-12,（2013）3.3） 倉 藤尚雄：日本に於ける放電加工 , 精密機械 ,24（276）, pp.98-101,（1958）
3.4） 木 下夏夫：電気加工学会小史事務局の窓から ,電気加工学会誌 , 23（46）, pp.97-106,（1990）
3.5） 古川利彦 : 放電加工にかけた夢 , 日刊工業新聞
社 , p.8,（2005）
3.6） 日 本工業大学 , 工業技術博物館収蔵 展示品ガ
イド , p.42,（2015）,
3.7） マシナリ , 小峰工業出版所 , p.1623,（1959.10）
3.8） 後藤昭弘：齋藤長男先生インタビュー , 電気加図 3.68

加工液高圧供給ワイヤガイド構造 3.69）3.9） 三 菱 造 船・ 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ L-30535-A,

日本のメーカは、1950 年代に形彫放電加工機、続（1958.12）

いて 1970 年代にワイヤ放電加工機を発売し、70 年代

3.10） 西部電機提供

後半からは世界市場における存在感を急速に上げて

3.11） 日刊工業新聞 , 1962/10/7（4）いった。当初は、欧州のアジエ社、シャルミー社、米

3.12） 近藤晴男：放電加工における油圧制御 , 精密機

国のエロックス社等が世界の代表的メーカであった械 , 29（345）, pp.756-759,（1963）

が、日本メーカの製品は、国内のメカトロニクス技術

3.13） 日刊工業新聞 , 1962/10/5（2）の発展と急成長した金型産業の需要増に支えられ、性3.14） 日 経 産 業 新 聞 ,「 他 社 の 半 値 以 下 で 販 売 」,

能、品質面で欧米の製品にキャッチアップし、価格では優位に立つ状況となった

34

工学会誌 , 49（121）, pp.106-116,（2015）。特にワイヤ放電加工

3.70）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

1975/7/15（5）3.15） FANUC 提供

3.16） 日 経産業新聞 ,「独自開発機種、近く販売」,
1980/3/7（6）3.17） 牧野フライス製作所提供
3.18） 今井祥人ほか：使いこなす放電加工 , 技術評論
社 , p.25,（2010）を参考に著者作成
3.19） 元 木幹雄：放電加工回路 , 精密機械 , 29（10）,pp.726-731,（1963）3.20） 中 島宣洋：わかる放電加工の実際 , オーム社 ,p.26,（2019）, 図 5.1 を参考に著者作成
3.21） 斉藤長男：放電加工の研究 - 放電の分散および集中について -, 精密機械 , 26（301）, pp.107-115,（1960）
3.22） 吉田太郎 , 久慈陽一 , 大矢広太郎：ダイアック
ス放電加工機の電源シリーズ , 三菱電機技報 ,41（10）, pp.1238-1244,（1967）3.23） 三 菱電機 , カタログ 三菱ダイアックス放電加工機 C-20437-B,（1968）3.24） 三 菱電機 ･ 三菱造船 , カタログ 三菱ダイアックス DM-101 形 L-305-35-C ,（1960）3.25） 中 島宣洋：わかる放電加工の実際 , オーム社 ,p.42,（2019）, 図 6.4 を参考に著者作成
3.26） ジ ャパックス , カタログ JAPAX D100M,（1969.07）
3.27） ジ ャパックス , カタログ JAPAX D100M,（1968.10）3.28） 三 菱電機名古屋製作所 , 新たな飛躍のために写真で綴る 60 年史 , p.84,（1985）

3.39） 三 菱電機 , カタログ ダイアックス放電加工機
N シリーズ W-C6773-A,（1980.10）3.40） 斎藤長男 , 岩村武志 : 放電加工の研究 , 三菱電機 , 31（5）, pp.38-47,（1957）
3.41） 近藤晴男：放電加工における油圧制御 , 精密機
械 , 29（345）, pp.756-759,（1963）3.42） 杉江法雄 , 青島富士雄 , 坂嘉朗：ダイアックス
放電加工機の機械構造 , 三菱電機技報 , 41（10）,pp.1231-1236,（1967）3.43） 井上潔：ワイヤカット放電加工 , 未踏加工技術協会 , pp.3-5,（1979）3.44） 日 綿実業㈱：化合繊用異形断面ノズル加工用
ソ連製放電加工機 , 第１図 , 繊維工学 , 21（5）,p.343,（1968）3.45） 同上 , 第 4 図
3.46） 同上 , 第 10 図を参考に著者作成
3.47） 三 菱電機 , ダイアックス・ニュース No.13 ,（1974）
3.48） 渡大作 , 松尾義侃 , 尾仲武基：ワイヤ放電加工
機 , 電気加工学会 , 7（14）, pp.67-78,（1974）
3.49） 三 菱電機, ダイアックス・ニュース No.16,（1975.01）
3.50） ソディック提供
3.51） 日 刊工業新聞 ,「NC のソフト有償化に明暗」,
1974/12/2（10）3.52） 三 菱電機 , カタログ ワイヤカット放電加工機
W-C6053-F,（1978）3.29） 精密工学会 , NC 工作機械 - Precipedia, http://3.53） 小林和彦 , 大丸隆正 , 加藤善久 , 丸山寿一 , 大

precipedia.jspe.or.jp/wiki/index.php?title=NC

島道隆：対話形自動プログラム付ワイヤカット%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E6%A9%9F%E6

放電加工機 , 三菱電機技報 , 51（7）, pp.469-474,%A2%B0,（2022/12/6 閲覧）（1977）

3.30） 日本の技術 100 年（7）, 筑摩書房 , p.147,（1989）, 図 12-4 / 牧野フライス製作所から許諾
3.31） 日本工作機械輸入協会 , 日本の工作機械輸入の歴史 , p.53,（2019）3.54） 志田伸一：金型分野に見る放電加工機の進歩・変遷と今後の課題 , 型技術 , 6（13）, 日刊工業新
聞社 , p.25,（1991）
3.55） MiSUMi 技術情報 , 抜き型のダイの逃しはな

3.32） 松野健一：日本の工作機械産業発展史 , 日本音

ぜ必要か（プレス加工と金型の Q ＆ A Q10）,

響学会誌 , 74（8）, pp.469-474 ,（2018）https://jp.misumi-ec.com/tech-info/catego-

3.33） 三 菱電機 , カタログ デジタル制御装置 DAC-

ries/press_mold_design/pr06/c0303.html,

10･20 L-33257,（1972）3.34） 高橋義博 , 伊東哲朗 , 大泉敏郎 , 中山建夫：揺（2022/12/5 閲覧）3.56） 日経産業新聞 , 1977/6/6（4）動運動をもつ NC 放電加工機 , 三菱電機技報 ,3.57） 日経産業新聞 , 1977/11/10（4）  

55（2）, pp.107-111,（1981）

3.58） 日経産業新聞 , 1978/10/28（6）3.35） 葉 石雄一郎 , 真鍋明 : 機械加工現場診断シリーズ

3.59） 三 菱電機 , カタログ 三菱ワイヤカット放電加

５ 形彫放電加工 , 日刊工業新聞社 , p.27,（1997）

工機用テーパカット装置 W-L6054-A,（1978）

3.36） 同上 , p.30
3.37） ソディック , 放電加工機を 3 軸 NC 制御に導く ,p.4, 5, 7,（1977）
3.38） ソディック提供3.60） 小林和彦 , 高鷲民生 , 大島道隆 , 田中豊 , 弥冨
剛：ワイヤカット放電加工機における計算機
制 御 技 術 , 三 菱 電 機 技 報 , 52（9）, pp.665-667,（1978）
放電加工機技術の系統化調査

35

3.69） 三 菱電機 , N シリーズ取扱説明書 , 9 章 新 SU

3.61） 著者撮影  3.62） 特開昭 62-181833, 第 4 図
3.63） 特開昭 61-219528, 第 1 図3.70） 齋藤長男：放電加工は金型づくりの進展にどの

3.64） 三菱電機 , N シリーズ取扱説明書 , 3 章 図 10, p.9

ような影響を与えているか , 型技術 , 6（13）, 日3.65） 三菱電機資料を参考に著者作成

刊工業新聞社 , pp.18-23,（1991）

3.66） 日経産業新聞 , 1976/12/14（6）3.67） 小川仁 , 板東和宏 , 常本佳生 : 放電加工における加工液超音波振動援用の効果（第 1 報）, 電気加工学会誌 , 41（98）, pp.163-168,（2007）3.68） 市川満男：日本製ワイヤカットに対応するオベ
ロン電極線の加工事例 , 金属プレス , pp.24-28,（1995）

36

ガイド構造図 , p.116

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

3.71） 向 山芳世：展望 放電加工の進展 , 電気加工学
会誌 , 17（33）, pp.1-17,（1983）
3.72） 日 経産業新聞 ,「放電加工機一動かぬ日本勢優位」, 1985/7/19（8）3.73） 日経産業新聞 , 1976/06/24（4）4 金型と歩んだ放電加工機
4.1 金型の概要

加工し、自動車、家電、雑貨など
様々な部品の製造に使われる。

• プラスチック型

射 出成型、圧縮成形、真空成型などの型に分類される。プラスチック

金型とは、金属、プラスチック、ガラス、ゴムなどの素材から、様々な部品を大量かつ短期間で製造する主と材料を成形し、自動車、家電、雑貨

して金属製の工具である。また、金型を用いて部品を製など様々な部品の製造に使われる。

造する方法は、素材を金型に入れて応力を加えて塑性

• 鍛造型

熱間鍛造、冷間鍛造などの型に分領域で切断、成型する方法、または熱を加えて液相化類される。鉄材や非鉄金属材を叩した素材を金型に充填し、転写成型する方法などがある。

いて成形加工し、主に自動車のパ

金型は、部品を成形する際の応力や高温に耐えて、ワートレイン部品、建設機械部品

数千から数百万単位の大量生産に必要な寿命が求められる。
従って、金型の材料には、一般の鉄鋼よりも強度、の製造に使われる。
• 押出 ･ 引抜型

硬度、靱性などに優れた特殊鋼（工具鋼）、または超硬合金（炭化タングステン焼結材）などが用いられる。

 アルミ合金などの押出成形や引抜成形用の金型で、ダイスとも呼ばれる。

• 鋳造型

金型を使う鋳造は、重力鋳造、低また、成形する部品の高精度化、高品質化、高意匠化

圧鋳造、ダイカストなどに分類さへの対応、或いは、金型内に組立て工程の一部を取りれる。主にアルミ合金が用いら込むなどの工程集約も進んでおり、現在も金型の高精

れ、自動車部品、各種工業用部品

度化、複雑化、微細化などが進化し続けている。

の製造に使われる。尚、鉄材の鋳金型産業は、機械工業を支える裾野産業として重要な役割を担っている。自動車、家電、電子機器などの造には砂型が使われる。
• ガラス型

押型と吹型がある。ガラスを成形量産型製造業に於いて、金型は部品の品質、価格、納して、飲料や化粧品ボトル、食器期を向上する役割に留まらず、部品の付加価値の向上、などを製造するために使われる。

例えば CFRP、バイオプラスチックなどの新素材適用、• ゴム型

合成ゴムや天然ゴムを成形し、工金属と樹脂の部品一体化、塗装レスや意匠性向上など

業用部品、タイヤやガスケットなを実現する役割も担っている。

どの自動車部品、靴底などの製造

放電加工機の最大市場である金型産業は、高度経済に使われる。

成長期に急速に発展した家電や自動車産業の旺盛な需要に支えられ、飛躍的な成長を遂げ、一時期は世界の4.1.2

金型の種類別規模

金型生産の３分の１を日本が占めるとまで言われた。

図 4.1 は、経済産業省機械統計（生産動態統計調査）

日本の放電加工機産業は、世界的な規模と技術を誇のデータに基づき、2019 年（暦年）の金型種類別の生る我が国の金型産業から大きな恩恵を受けて、世界産金額を示したグラフである。プレス型とプラスチッ

トップの位置に立つことができたと言っても過言では

ク型の規模が大きく、両者で全体の約 73% を占める。

ない。また、日本の放電加工機メーカの技術者たちは、種類別の規模は過去 10 年で同様の傾向であるが、近主たるユーザである中小企業の現場に足繁く出向き、

年は鍛造型、ダイカスト型の比率が伸びている。鍛造

直接ニーズを聞き取り、迅速に製品へ反映する活動に

型の伸びは、材料を削って部品を造る方法から材料熱心であったことも、欧米メーカとの差別化に繋がっ

100% を部品の形に金型で成形するネットシェイプ化

たと著者は考える。

が自動車部品などで進んでいるためと考える。また、ダイカスト型の伸びは自動車軽量化に伴うアルミ部品

4.1.1

金型の種類と用途代表的な金型の種類と用途について、以下に概要を説明するの動向を反映し、今後も変化し続けるであろう。
放電加工が適用される金型は、ガラス型や鋳造型で

。

4.1）

• プレス型の拡大などが背景にある。金型産業は、量産型製造業

 抜き、曲げ、絞り、圧縮などの型は少ないが、ほぼ全ての金型が対象となる。形彫放電に分類される。鋼板や非鉄金属を加工機は主にプラスチック型や鍛造型への適用が多放電加工機技術の系統化調査

37

く、プラスチック型に於いては、狭隘な形状の加工やる工作機械、鍛圧機械、歯車、ネジ、軸受などの裾野

コネクタなどの小物精密金型の加工が多い。また、鍛造産業で、金型もそれら指定業種のひとつに選ばれた。

金型では、金型材料の硬度が高い冷間鍛造型などへの機振法は当初５年間の時限立法であったが、二度の更適用が多い。一方のワイヤ放電加工機は、プレス抜き型

新で 1971 年まで継続し、合理化投資への低利貸付けの刃となるダイやパンチの加工、または押出成形や引抜などが実施された。また同じ頃、金型製造業者の全国

成形用のダイスなど、
主に貫通穴の加工で使われている。

組織である日本金型工業会が 1957 年に設立され、以後、国に対する金型産業界の窓口となっている 4.3）4.4）。
図 4.2 は旧通産省の統計データで確認できる 1962
年（昭和 37 年）以降の工業統計調査品目編に基づき作成した金型の生産金額の推移を示す。金型の生産規模
は機振法が制定された後の高度経済成長時代に上昇を始め、1970 年代から 1980 年代にかけて自動車や家電産業の急速な成長を背景に、規模の拡大が続いた。放電加工機は同じ頃、基盤となる技術を確立し、需要先

図 4.1

4.1.3

金型種類別生産金額の増勢も重なり、金型加工に不可欠な工作機械として2019 年 4.2）

発展を遂げることができた。

金型産業の成長過程

金型を用いて物を製造する工業は、日本は世界に遅れて発達した。しかし、19 世紀末頃からプレス、ガラス、ゴム、セルロイドなど金型を使う成型工業が次第に発展し、金型製作業者が現れ始めた。第二次世界

金型作りに機械化をもたらし、高精度、高品質、高大戦前の 1930 年頃には鍛造、ダイカスト鋳造などに付加価値な金型作りに貢献した工作機械の代表は、マも金型の利用が拡がった。一方、同じ頃、自動車の国

シニングセンタ、各種研削盤、放電加工機などである。

産化を推進するにあたり、金型を始めとする部品供給

日本のこれら工作機械メーカは、国内に豊富で優秀なの裾野産業が未発達であることがボトルネックと認識

金型市場が存在した恩恵を受け、世界のトップレベルされ始め、この状況は戦後復興期にまで持ち越されるに立つことができたと言える。特に放電加工機は、そことになった。

の用途の大半が金型であり、金型産業の発展から受け1956 年、機械工業の合理化を促進し、その振興をた恩恵は特に大きなものがあった。また、放電加工機図ることを目的とした機械工業振興臨時措置法（機振の発展は、金型作りを大きく変え、金型産業の発展に法）が制定された。対象となったのは機械工業を支え貢献したと言える。

図 4.2

38

4.2 放電加工機の金型製作への適用

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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金型の生産金額推移 4.5）

4.2.1

放電加工機適用前の金型製作

日本の金型産業の成長推移を図 4.2 に示したが、放電加工機が誕生した時期は、ちょうど金型産業の成長が始動した時期と重なる。機振法が制定された 1950
年代の金型は、金型加工の過半は手作業で行われ、機械化された工程は時間比率で２割程度であったとされる。その後、放電加工機を含めた機械化が進展し、1980 年頃には機械化の時間比率が 7 割程に上昇した。ここでは、金型製作で最も重要な型彫り加工につ

4.3）

いて、放電加工機の適用前の状況を説明する。
（1）異形貫通穴の型彫り加工
異形状の貫通穴の加工は、単純な丸穴や角穴と比べ、

図 4.5

コンターマシンの構造 4.6）

工程が複雑でかつ工数が多くなる。図 4.3 は、手作業

この機械は、（G）ドライブプーリと（H）アイドルを主体とする加工方法の事例である。最初にケガキ線

プーリの外周にループ状の鋸刃を張架し、プーリの回で加工する異形穴の輪郭を描き、ケガキ線に内接し連転で鋸刃を走行させ、金属の溝切り加工ができる。こ続する丸穴をあける。始めはドリルで一つとびに穴をの機械で工作物の外側から溝切りをするのは容易だ

あけ、たがね（図 4.4）を用いて穴と穴を連結するようが、図 4.3 の様な穴形状を切り抜く場合は、先に鋸刃に穴をあけ、最後に中子を切り落とす。その後、平たを通すための穴をドリルなどであけて、鋸刃を一旦切がねによる手加工かスロッタなどの機械加工で、凹凸断して穴へ通し、再び鋸刃を繋ぎ直して加工を始める。

のある箇所を平坦化し、やすりで手仕上げを行う

鋸刃の接合は、機械に備えられている（M）バット溶

。

4.6）

尚、金型材料は熱処理前の硬度が低い生材の状態と接機で行う。

して、これら加工工程の大半を終わらせ、その後、熱コンターマシンは、従来の熟練を要する手加工を、処理を行って硬度を上げ、最終工程のやすり仕上げや短時間で能率的な機械加工に置き換えることができ磨き作業を行うのが通常であった。手加工や当時の機た。また、直線だけでは無く、曲線の加工にも対応で

械加工では、硬度が高い材料を加工するのが困難できる。鋸刃の形状を図 4.6 に示すが、直線刃と外側にあったので、このような手順となっていた。従って、傾斜する刃が交互に並んでおり、鋸刃本体の厚みより硬度を上げた後の工程を如何に少なくするかがノウハ

少し広い溝が加工される。この広い溝幅と鋸刃の遊び

ウとなっていた。

を利用して、鋸刃の進行方向をわずかに傾けて切り進
めば曲線の加工ができる（図 4.7）。鋸刃の幅を小さくすれば、最小半径も小さくなるが、一方で、鋸刃の剛性が下がり、切削速度は遅くなる。表 4.1 に鋸刃の幅と加工可能な最小半径の目安を示す 4.6）。

図 4.3

図 4.4

ドリルによる型彫り 4.6）

図 4.6

鋸刃の形状 4.6）

図 4.7曲線の切断 4.7）

丸センタとたがね 4.6）

次に当時として、最も機械化が進んだ異形貫通穴の加工方法の一例を説明する。図 4.5 は、コンターマシ
ン（立て型帯鋸盤）と呼ばれる金属加工機である。アメリカなどで先行して開発されていたが、日本でも戦後から輸入されるようになった。

放電加工機技術の系統化調査39

表 4.1

加工する機械である。倣いはフィーラ（模写棒、触針）

鋸刃の幅と最小半径の目安 4.8）

鋸刃の幅

最小半径の目安

をモデルの表面に常に接触させながら移動することで行う。このフィーラの倣い動作に連動してカッタが動

1/ ”
8

3 mm

1/8”

3 mm

1/ ”
4

6 mm

5/8”

16 mm

1/
2”

13 mm

2 1/2”

64 mm

いて加工が行われる。フィーラとカッタの動きを連動させる方式には、手動式、油圧式、電気式があるが、最も一般的な油圧式を採用した倣いフライス盤を図
4.9 に示す。機械の右手にあるフィーラヘッドにフィー（2）異形底付き穴の型彫り加工

ラを取り付け、図 4.10 に示した様にその下のテーブ

異形状の底付き穴の加工は、貫通穴と比べるとさらルに固定したモデルを倣う。また右手のカッタヘッドに工程が複雑で工数が多くなる。図 4.8 は、手作業をにカッタを取り付け、倣い動作に連動してカッタを動主体とする加工方法の事例である。最初にケガキ線でかすことで、工作物にモデルと同じ形状を加工できる。

加工する異形穴の輪郭を描き、ケガキ線の内側全体に倣いに必要な技能やノウハウの一部を以下に述べる。

無数の穴をドリルであけて行く。底面の深さが異なる①倣 いには、垂直倣い、水平倣い（輪郭倣い）、三場合は、加工する箇所毎に加工する深さを決めて作業

次元倣いがあり、モデルの形状によって適宜組みを行う。穴あけが終わった後、残った部分をたがねで合わせる。

除去し、断面ゲージを用いて寸法を見ながら、たがね、②倣い方向には形状の特徴によって適、不適が生じる。最適な倣い方向を事前に検討し、図 4.11 のやすりで仕上げて行く。
以上が手作業主体の型彫り加工の事例であるが、フライス盤の設備があれば、側面加工が可能な工具など様に倣い方向を作業途中で切換えることも必要となる。

種々の工具を使って、ドリルより効率の良い加工がで③つづら折りの軌跡で倣う場合の軌跡間隔をピックきる。しかしながら、フライス盤などの機械加工に於いフィードと言う。モデル形状をできるだけ忠実にても、ケガキ線を越えないこと、深さを正確に加工す

複写して加工するためには、形状の複雑度合いやることが必要で、カッタの逃げによるセンターずれ、カッ

傾斜面の角度などを勘案し、ピックフィードの最タの摩耗による加工寸法不足などに配慮し、断面ゲー

適値を検討し、調整する必要がある。

ジを用いて慎重に寸法を仕上げる技能が求められた

。

4.6）

他にも、カッタやフィーラ形状の選択、倣い方向を荒取りと仕上彫りで変更するなどのノウハウがあった。以上の通り、倣いフライス盤は、技能やノウハウを必要とはしたが、金型加工の機械化を大きく進める
役割を担った 4.6）。

図 4.8

ドリルによる底付き穴加工 4.6）

次に当時の最も機械化が進んだ異形底付き穴の加工

図 4.9

倣いフライス盤 4.6）

方法の一例を説明する。一般のフライス盤は、1800
年代から欧米で発展し、日本でも戦前から使用されてならいたが、これに倣い機能を付加したものが倣いフライス盤または倣い型彫り盤と呼ばれる工作機械である。
倣いフライス盤は、ゲージ板や木型、石膏型などのモデルを倣って、モデルと同じ形状に金属をフライス

40

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図 4.10

倣い方 4.6）

形状の加工を得意とする点である。コンターマシンの鋸刃や倣いフライスのカッタやフィーラは、数 mm
以下の小さな曲率を含む形状や幅寸法が数 mm 以下
で深さがその 10 倍以上の形状は加工が難しい領域となる。放電加工の場合は、例えば 0.1 mm 以下の曲率を含む形状や、1 mm 以下の幅で数 10 mm 以上の深さを持つ狭隘な形状も加工が可能である 4.9）。
（1）プレス型
プレス型は、機械部品、モータコア、接点端子など広範な金属部品の大量生産に用いられる。生産数量が100 万個以上となる場合も多く、耐摩耗性や硬度に優れた工具鋼が金型の材料として使われる。また、特に長寿命が必要な精密金型では、硬度が極めて高い炭化
図 4.114.2.2

倣い方向と適否 4.6）

放電加工機適用後の金型製作

タングステン粉末を焼結した超硬合金が使われる。
現在、プレス型の貫通穴はワイヤ放電加工機で加工するのが一般的である。しかし、放電加工が誕生する

前項ではコンターマシンや倣いフライス盤などが、前は、4.2.1 項で説明した加工方法で一次加工し、焼金型加工の機械化、自動化を大きく前進させたことをき入れで硬度を上げた後、やすりや砥石で仕上げてい説明した。放電加工機は、普及が先行していたこれらた。放電加工の適用は当初、形彫放電加工機が従来の工作機械に対し、どの様な利点があったのかを簡単工法に代わってプレス型の加工に適用された。図 4.12に説明した後、その利点を活かした金型への適用事例に形彫放電加工によるギアのプレス抜き型の加工事例を解説する。

を示す。その加工工程は以下の通りである。

放電加工機の最も大きな特徴は、導電性があれば、①一次電極を研削加工などで製作

材料の硬度や靱性に関わらず加工が可能なことであ②一次電極を用いて放電加工により二次電極を製作る。機械加工は、工具を工作物に接触させ、機械的な③一次電極を用いてダイを放電加工

力を加えて工作物を除去するので、材料の硬度、靱性④二次電池を用いてパンチを放電加工などが加工の難易度（被削性）に大きく影響する。鉄系の材料を例にとれば、添加成分や熱処理によって、同じ鉄系材料でも硬度や靱性が大きく異なる。例えば、純鉄のビッカース硬度は 110 HV 程度であるが、金型に使う高速度工具鋼や合金工具鋼などは焼き入れにより 700 HV を越える硬度となる。同じ鉄系材料でも硬度により被削性が大いに変わるが、焼き入れした合金
工具鋼に至っては、当時の切削技術では加工ができな
い範疇となっていた。一方、放電加工の原理は、放電により金属を局部的に溶融除去する方法であり、加工の難易度は材料の融点や熱伝導率が影響する。鉄系材
料であれば、添加成分や熱処理による硬度の違いは、加工の難易度への影響が小さく、加工速度の差は目安

図 4.12

形彫放電加工によるプレス抜き型加工 4.10）

として数 10％以内である。加工性を悪くする要因は、

その後、ワイヤ放電加工機が誕生すると、加工時間

炭化物の偏析や鋳鉄に見られる空隙など、導電性の不短縮、精度向上、工程簡易化など多くのメリットによ

均一さなどが主であり、高価で品質が高い金型用の工り、貫通穴の加工は一気にワイヤ放電加工に置き換具鋼の方が、一般的な鉄系材料より安定した速い加工

わっていった。

が可能である。
放電加工機の二つ目の特徴は、微細、複雑、狭隘な

ワイヤ放電加工が適用される代表的なプレス抜き型にはモータコア打抜き金型がある。図 4.13 はモータ
放電加工機技術の系統化調査

41

コア順送積層金型と呼ばれる金型で、図 4.14 はそのプレス抜き型のもうひとつの代表的な例として半導金型で打抜かれた板を積層したモータコアである。金

体用のリードフレーム金型を解説する。リードフレー

型には複数の打抜き工程のステーションが並んでおムの製造は、その生産数量により、エッチングかプレり、部品材料のシート材がステーションを順番にス

ス加工の選択となる。生産量が多いプレスの場合、金テップ移動し、全ての打抜き工程が完了した後、打抜型に長寿命が求められるので、打抜き刃となるパンチ

かれた板の積層とカシメも金型内で行われる。

とダイには超硬合金が使われ、1980 年代まではプロ
ファイル研削盤による加工が主流であった。プロファ
イル研削は、加工図面を 50 倍から 100 倍程に拡大したチャートを作業者が目視で倣いながら、工作物の輪郭形状を加工する方法である。図 4.16 に示す通り、
回転するダイヤモンド砥粒の砥石車を用いて加工するが、狭隘な閉じた輪郭形状を加工する場合は、図の様に、金型部品を分割して加工する必要がある 4.13）。

図 4.13 モータコア順送積層金型 4.11）（黒田精工株式会社提供）

図 4.16

プロファイル研削による加工方法 4.12）

日本の半導体産業は 1980 年代から 1990 年代にかけて隆盛を誇ったが、同時期は半導体の集積度が上がり、パッケージの多ピン化とリード形状の微細化が進んでいた。プロファイル研削によるリード形状の加工は、微細化によって加工難易度が上がり、金型分割による

図 4.14 モータコア部品 4.11）（黒田精工株式会社提供）

加工点数と作業工数の増大が課題となっていた。1980
年代初頭は、放電加工の精度、面粗さ、加工変質層な図 4.15 にプレス抜き型の概略構造を示す。製品形

どがプロファイル研削に劣っていが、1990 年代にそ状や位置決め穴を打抜く刃となるダイとパンチ、固定

れら加工品質が目覚ましく改善すると、金型部品を分型のダイプレート、可動型のパンチプレート、
ストリッ

割せず、簡単に高精度な加工を実現できるワイヤ放電

パプレートなど、ワイヤ放電加工はその全てを加工対加工への置き換えが急速に進んだ。図 4.17 は微細な象としており、モータコア打抜き金型の製造に於いてリードフレーム形状を三菱電機がテスト加工した事例

中心的な役割を持つ工作機械となっている。尚、モーで、スリットの最も狭い幅が 42 μm となっている。

タコア打抜き金型についての詳しい情報は「モータコ
ア打抜き金型の系統化調査」（第 11 集 , 2018）を参照
願いたい。

図 4.17

リード形状（ダイ）の加工事例 4.14）

微細形状が多数配置された順送プレス金型で、実際にプレス加工された QFP（Quad Flat Package）と呼ばれる高集積パッケージ用リードフレームの製品例を
図 4.1542

プレス抜き型の概略構造

国立科学博物館技術の系統化調査報告

4.12）

Vol.32 2023. March

図 4.18 に示す。

住宅用アルミサッシの押出型を例に挙げると、ベアリング巾は 1 mm から 2 mm 程度、ベアリング長さは
巾の 1.5 倍から 3 倍程度であり、ベアリング部は非常に狭隘な形状である。放電加工機が適用される以前は、
ベアリングや裏逃げの加工に機械加工を適用するのが難しく、手作業の割合が高い工程となっていた。放電加工機が登場すると、狭隘形状の加工に有利であることが直ぐに知られ、押出型は早くから放電加工が導入された代表的な事例となった。図 4.21、4.22 は、形彫放電加工によるベアリング部と裏逃げ部の加工事
図 4.18

プレス加工によるリードフレーム 4.15）（新光電気工業株式会社提供）

例を示す。アルミサッシは 1950 年代に国産化が始まり、1960 年代の半ばには住宅用の窓枠の殆どがアルミサッシに置き変わって行った 4.18）。生産量が飛躍的

リードフレーム金型の高集積化とワイヤ放電加工機の微細精密技術向上は、極めてタイムリーに車の両輪に拡大していたこの時期、生産技術の要となる押出型の製作に放電加工機が大きく貢献した。

として相互に発展を遂げたことは歴史的に重要な出来事であったと考える。
（2）アルミ押出型
アルミ押出型（またはダイス）は、アルミサッシやアルミ型材などを製造するアルミ押出成形法に用いられる金型である。アルミ押出成形法とは図 4.19 に示
す様に、材料となるアルミ合金のビレットを加熱し、次にステムで加圧しながらダイスに開いた貫通穴を通過させて製品を成形する方法である 4.16）。ダイスの貫図 4.21

押出型ベアリング部加工事例 4.19）

通穴はベアリング（図 4.20）と呼ばれ、製品の断面形状となっている。材料は図 4.20 の上方からベアリン
グを通過して下方に押し出されるが、ベアリングの出口側は裏逃げと呼ばれる部分でテーパのある開口形状となっている 4.17）。

図 4.22

押出型裏逃げ部加工事例 4.19）

また、1970 年代にワイヤ放電加工が誕生すると、
図 4.19

アルミ押出し成形法 4.16）

貫通穴では形彫放電加工より効率的で高精度な加工ができることから、1980 年頃にはベアリングの加工はワイヤ放電加工に置き換わり、底付き穴と見做せる裏逃げは形彫放電加工とする分担が定着し現在に至っている。
近年、断熱性の高い樹脂サッシも増えているが、その樹脂押出成形型の加工にも放電加工機が適用されている。特にベアリングは、アルミより長く、テーパ形

図 4.20

アルミ押出型（ダイス）構造

4.17）状が必要であるため、ワイヤ放電加工機に適している。
放電加工機技術の系統化調査

43

（3）プラスチック型

されていた。日本では、1980 年代半ばから理化学研

プラスチック型（以下「プラ型」）は、底付き形状の究所等で金型部品に適用する研究が始まったが、工具加工を必要とする代表的な金型である。形彫放電加工

寿命が短いなどの理由で、直ぐには普及しなかった。

機は当初、電極消耗率が 1% を超えるため、要求加工

その後、超硬合金に耐摩耗コーティングを施したもの

精度を満足できない場合が多く、底付き穴への適用がや CBN（Cubic Boron Nitride ／立方晶窒化ホウ素）な

進まない状況にあった。1960 年代の後半、サイリス

どの耐摩耗性に優れた工具が入手し易くなり 1990 年

タやトランジスタなどを採用した電極消耗が少ない加代後半から本格的な普及が始まった 4.22） 4.23）。高速ミー

工電源が開発され、漸く底付き穴への適用が広がり

リングは、深いキャビティ形状（凹み形状）に於いて、始めた。図 4.23 はプラ型の概略構造であるが、製品

小コーナ R や側壁の加工に制約があるものの、適用の外観面を成形する雌型（キャビティ）を始め、プラ

可能な領域が広く、2000 年代には金型加工分野で“切型の主要な部位は形彫放電加工が利用されるようにな

削直彫り”と言う言葉とともに、放電加工から切削加り、金型加工のマザーマシンと呼ばれる時代があった。

工への置き換えが進んだ。
ライバル技術により、放電加工の適用領域が侵食されたが、現在は、概ね以下の通り切削加工との棲み分
けがなされている。
① 加工形状や切削工具のアスペクト比 アスペクト比とは、加工形状の穴深さと穴径の比率であるが、指標として良く用いられるのは、切削工具の突き出し長さ（L）と直径（D）の比率 L/D で

図 4.23プラ型の概略構造 4.20）ある。L/D が大きいと、切削抵抗による工具の撓みが大きくなり、精度不良や工具の振動などが発生し、

図 4.24 は 1970 年代初頭におけるプラ型の加工事例

最悪の場合は工具折損となる恐れもある。要約すれで、様々な部品の金型に形彫放電加工が適用されるよば、細い径の工具を用いて深い形状の加工は困難とうになった。

言うことである。放電加工でも、アスペクト比が大きくなると加工が難しくなるが、非接触加工で加工外力が殆どないため、加工可能な形状のアスペクト比の限界は、切削加工と比べ数倍から 10 倍以上となる。（切削加工の限界アスペクト比は、次項の被削性によっても変化する）②工作物材料の被削性
 硬度や靭性が高く被削性が悪くなるほど、放電加工の優位性が高まる。また、切削加工の場合は適用できるアスペクト比の限界が低下する。

図 4.24プラ型の加工事例（1970 年代初頭）4.21）

ちらを選択すべきかの判断基準となる。しかし、このその後も、電極消耗の改善、面粗さの向上などが進閾値は実践的に求められており、公に明示されるデー

み、プラ型での適用が順調に拡大し、1990 年代にはタは見当たらない。材料硬度が HRC50 の場合、目安

プラ型の加工工程の中で、放電加工が大きな割合を占として L/D=10 が切削加工と放電加工の領域を分ける

めるようになった。

閾値であると記しておく。

しかしその後、放電加工の適用領域を侵食すること

ここで、近年のプラ型への放電加工の適用事例を解になったのが、切削加工で発展した高速ミーリング技説する。図 4.25 は膝の人工関節置換術に用いられる術であった。高速ミーリングとは、マシニングセンタ

人工膝関節である。図の脛骨ベースプレートはチタンの主軸を数万から 10 万 min （rpm）で回転し、切込合金製の部品であるが、それを埋め込む前に、位置みを浅くして高送りで加工する方法である。工具への合わせなどの調整用に樹脂製のダミー部品が用いら負担を抑えて、加工速度と精度を大幅に上げることがれる 4.24）。図 4.26 に樹脂ダミー部品、成型に用いる金可能で、アルミ合金の加工では比較的早くから実用化

型、及び放電加工用の電極を示す。この金型の加工形-144

アスペクト比と被削性は、切削加工と放電加工のど

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

状は、深さ 33 mm で、底面の隅 R が 1 mm（工具径
φ 2 mm）で、切削加工が困難な L/D であるため、放電加工が選択される。また、側壁のテーパ面（傾斜面）
を小径工具で加工すると、工具の撓みによる精度不良
や振動などの問題が発生する点も放電加工が優位となる要因である。
図 4.28リブ形状の電極と加工サンプル 4.25）（4）鍛造型
鍛造には材料を高温に熱して成形する熱間鍛造と常温で成形する冷間鍛造などがある。鍛造で造られる代表的なものは、自動車の動力伝達機構の各種部品である。熱間鍛造は、材料の変形抵抗を小さくして成形す
図 4.25

るため、大型で複雑な形状の成形が容易であるが、欠人工膝関節造 4.25）

点は精度や表面性状があまり良くないことである。冷間鍛造は変形抵抗が大きくなるため、大型部品には向かないが、精度や表面性状が良いことが特長である。
近年、金属加工の分野にネットシェイプと言う考え方が導入され、素材を削って切りくずを出す加工から、材料歩留まり 100％で部品を加工する方法への転換が指向されている。代表的な実現手段としては冷間閉塞
鍛造や板鍛造があり、機械加工に近い品質と精度で、

図 4.26人工膝関節の金型、電極、樹脂部品 4.25）

機械加工より大幅に生産性の高い部品製造が可能になっている。その鍵となるのは高耐久な金型であり、上記の事例は、放電加工が適用される代表的な事例

耐磨性の高い工具鋼や超硬合金が型材に使われる。工であるが、プラ型では他に、狭隘な形状であるゲート

具鋼は概ね高速ミーリングによる加工が主流だが、超やリブと呼ばれる部位も放電加工の適用領域になって硬合金の加工は形彫放電加工が適用され、材料別に棲いる。ゲートは溶かした樹脂を金型内へ流し込むためみ分けがなされている。

の導入路で、ストレートまたはテーパの小径穴となって

図 4.29、図 4.30 は、冷間鍛造型をモチーフとしたいる。また、リブとは製品外観面の裏側に配置される

サンプル加工事例で、何れも工作物は超硬合金、電極

障子の桟の様な薄板形状の部位で、製品の強度を上げは銅タングステンである。

るために配置される。図 4.27 は自動車のエアコン制御のパネルを裏側から見た写真で、多数のリブを配置することで、部品の重量比強度を上げている。
図 4.28 はリブ形状のサンプル加工事例である。近年は部品の軽量化のためリブの薄板化が進んでいるが、そのニーズを実現する加工方法として、放電加工が軽量化に貢献している。

図 4.27

カーエアコン制御パネル裏面

図 4.29スパイラルベベルギア鍛造型 4.26）（株式会社アタイス提供）

図 4.304.26）

ヘリカルギア鍛造型 4.26）（株式会社アタイス提供）

放電加工機技術の系統化調査

45

ない形彫放電加工機を指している。また、1983 年以

4.3 放電加工機の産業規模の推移

前の集計は、非 NC 形彫と数値制御放電加工機の 2 分
類で集計されており、NC 形彫放電加工機とワイヤ放放電加工の金型産業への貢献について述べてきた

電加工機の内訳は不明である。尚、公的な統計ではなが、ここでは放電加工機の産業規模の推移について解いが、1978 年以前のデータを含むワイヤ放電加工機説する。最初に、参考とした公的な統計は以下の通りの生産台数を三菱電機が独自に集計したグラフがあるである。

ので、参考までに図 4.32 に示す。機械統計年報で分- 経済産業省

生産動態統計機械統計年報各種工業製品の生産、販売、在庫に関し、それぞれ台数、重量、金額が集計されている。放電加工機の統かるワイヤ放電加工機単独の最も古い生産台数のデー
タは 1984 年（昭和 59 年）の 3,481 台であるが、図 4.32のデータと、ほぼ一致している。

計は 1979 年まで遡ることができるが、1978 年以前は、

図 4.32 から分かる重要な点は、1975 年（昭和 50 年）「放電、電解及び超音波加工機」に含まれて集計されから 1985 年（昭和 60 年）の 10 年間で、ワイヤ放電加ており、放電加工機単独の内訳が不明である。

工機の生産台数が約 10 倍となる急成長を遂げたこと-（一社）日本工作機械工業会

である。主要な販売先である金型産業の出荷額は図

受注統計

工作機械の種類別に受注金額が内需、外需に分けて4.2 に示したように 1975 年の 2,721 億円から 1985 年の集計されている。放電加工機の統計は 1987 年まで遡13,067 億円に約 5 倍の伸びを示した時期である。販売ることができる。尚、受注金額には部品、工事の受注先の市場が高成長の途上であったことに加え、加工速金額も含まれる。

度や精度が急速に向上したことで、ワイヤ放電加工機

日工会統計の内外需受注金額と経産省統計の生産金の普及がさらに加速したと言える。

額を比べると、増減傾向がほぼ一致し、概ね全期間で次に図 4.31 を見ると、放電加工機全体の生産台数

日工会統計値が経産省統計値を上回っている。日工会

は 1990 年頃にピークを迎え、また、図 4.2 に示した

統計値が部品、工事金額を含む点を考慮すると、両者金型の生産額もほぼ同じ頃の 1991 年がピークとなっの整合性は高いと確認した。本報告では、集計期間がている。

長い経産省の機械統計年報を参照しながら解説する。

その後、放電加工機、金型ともに国内の生産規模が減少する傾向が見られるが、それは 1985 年のプラザ

4.3.1

放電加工機の国内生産規模推移

図 4.31 は機械統計年報に基づき、放電加工機の国

即ち日本の製造業全体が低コストを求め、海外に生産

内生産台数の推移を表したグラフである。凡例の中拠点をシフトし、海外からの部材調達を拡大する流れ

で、非 NC 形彫とあるのは、NC 装置が搭載されていが始まった。放電加工機メーカも同様に 1990 年頃か

図 4.3146

合意を起点とする円高の進行が深くかかわっている。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

放電加工機の国内生産台数の推移 4.27）

Vol.32 2023. March図 4.32
表 4.2

ワイヤ放電加工機の成長過程 4.28）

放電加工機メーカ各社の海外製造拠点と操業時期

ソディック
牧野フライス製作所
2007 年 中国（崑山）工場
1990 年 タイ工場
1995 年 中国（蘇州）工場 2010 年 シンガポール工場
2007 年 中国（厦門）工場

三菱電機
1998 年 中国（大連）工場

ら海外に製造拠点が設立されるようになり（表 4.2）、

参考・引用文献

徐々に海外生産比率が上昇していった。現在、海外生

4.1） 金 型工業会 , 金型の種類 , https://www.jdmia.

産の比率が高いメーカは、ソディック、牧野フライス

or.jp/mold/ ,（2022/12/6 閲覧）製作所、国内外で同程度の比率となっているのが三菱

4.2） 経産省生産動態統計調査データに基づき著者作成

電機、国内生産を中心とするメーカは、ファナックと4.3） 田口直樹 : 産業技術競争力と金型産業 , ミネル

西部電機である。主要な海外の生産拠点は表 4.2 の通りで、概ね日本メーカ全体の海外生産比率は 50％を超えているものと推定する。

ヴァ書房 , pp.131-142,（2011）4.4） 馬場敏幸：金型産業の技術形成と発展の諸様相 ,日本評論社 , pp.21-27,（2016）4.5） 経産省工業統計調査 品目編データに基づき著

4.3.2

放電加工機の世界規模と日本メーカの現状

者作成

現在、世界規模で放電加工機の生産や販売を集計す

4.6） 高 木六弥 :「金型工作法」増補改訂 2 版 , 日刊工る統計がない状況である。著者の個人的な推計で、あ業新聞社, pp.51-60, pp.106-134, pp.142-149,（1969）

くまでも目安であるが、世界の放電加工機の生産規模

4.7） 高 木六弥 :「金型工作法」増補改訂 2 版 , 日刊工を以下に記す 。
国内メーカの国内生産分はほぼ半減し業新聞社 , p.148（1969）,図 6.26 を参考に著者作成たが、その分は海外拠点で賄われており、現在も、世

4.8） 高 木六弥 :「金型工作法」増補改訂 2 版 , 日刊工*1

界における国内メーカのシェアは高い位置を維持していると考える。
• 国内メーカの国内生産台数
約 3,000 台• 国内メーカの海外生産台数
約 3,500 ～ 4,000 台• 欧州、台湾等メーカの生産台数
約 2,500 ～ 3,500 台*1業新聞社 , p.148（1969）,表 6.10 を参考に著者作成
4.9） 前川亘：放電加工のメリットを活かすかんどこ
ろ , マシナリーオートメーション ,Vol.36（3）, マ
シナリ出版 , pp.52-55,（1973）
4.10） 三 菱電機 , カタログ ダイアックス放電加工機
C-20437-C, p.1,（1970）
4.11） 黒田精工 , カタログ FASTEC® System CAT.
KD191-19.12, 表紙

簡易な細穴放電加工機などのローエンド機は除く
放電加工機技術の系統化調査

47

4.21） 三菱電機 , カタログ 放電加工機 C-20437-E, p.2,

4.12） 著者作成4.13） 市 川良郎：IC リードフレーム用金型設計 ･ 製
造の効率化 , 型技術 2（13）, 日刊工業新聞社 ,4.14） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ PA シ リ ー ズ K-174-6-（1997）
4.23） 松岡甫篁、安斎正博：高速ミーリングの基礎とC0009-F, p.3,（2008）  
4.15） 新 光電気工業 , 2020 年度（ 2021 年 3 月期）第３四半期決算概要について , p.4,（2021）
4.16） 日 本塑性加工学会 , 押出し加工 , 図 3.1, コロナ社 ,

実践 , 日刊工業新聞 , pp.1-12,（2006）
4.24） 週刊ダイヤモンド , 2018/11/3, pp.74-75
4.25） 牧野フライス製作所提供
4.26） 三 菱電機 , サンプル展示銘板 / 株式会社アタイス

p.81,（1992）
4.17） 軽
 金属協会 , 新版アルミニウム技術便覧 , カロス
出版 , p.564,（1996）, 図 6.7.9 を参考に著者作成
4.18） 高辻則夫：押出し加工 50 年の足跡 , 塑性と加工 ,52（600）, pp.78-82,（2011）4.19） 三 菱電機 , カタログ 加工応用編 W-C6050-B,

から許諾
4.27） 経済産業省 生産動態統計 機械統計年報に基づ
き著者作成
4.28） 齋藤長男 , 毛利尚武 , 高鷲民生 , 古谷政典：放電 加 工 技 術 , 図 4.1, 日 刊 工 業 新 聞 社 , p.114,（1997）

p.4,（1979）  
4.20） 森重功一：最新金型の基本と仕組み , 秀和シス
テム , p.37,（2007）を参考に著者作成  

国立科学博物館技術の系統化調査報告4.22） 中川威雄：金型加工用高速ミーリング , 生産研
究 東京大学生産技術研究所報 , 49（9）, pp.8-12,

pp.30-35,（1987）

48（1972）

Vol.32 2023. March5 ワイヤ放電加工機発展の系統化調査
1980 年以降は、生産性や品質などの基本性能の向上

G10F が完成した。DWC-F シリーズ（図 5.1）に搭載し、に加え、自動化、用途拡大など様々な課題に対応する

最大加工速度が従来比約 2 倍の 110 mm2/min となっ開発が行われた。本章では、概ね 1980 年から 2015 年たニュースが業界に轟くことになった。日本のワイヤ頃までに開発された技術の中で、ワイヤ放電加工機の放電加工機が世界市場で揺るぎない地位を築く礎と発展に貢献した技術について調査した結果を述べる。

なったマイルストーン技術であった。

G10F 電源の回路（図 5.2）は左側のサブ電源回路と右側のメイン電源回路で構成される。最初にサブ電源

5.1 生産性向上の技術

が開放電圧を極間に印加し、放電の発生を極間の電圧降下で検知すると、瞬時にメイン電源を駆動して高電3 章 で は、 ワ イ ヤ 放 電 加 工 機 の 最 大 加 工 速 度 が流波形を供給する仕組みである。当初の MOSFET は60 mm /min に達するまでの過程を解説したが、1980

２SK512 で、１個あたり数 10 A の電流を流すことが年以降も引き続き加工速度の追求が生産性向上の中心

できた。これを多数個並列接続し数 μs のパルス幅で課題であった。

500 A を超える尖頭値の高い電流波形を実現した 5.2）。

2

5.1.1

MOSFET 電源

ワ イヤ 放 電 加 工 では電 極 消 耗を抑 制 する必 要 があまりな い た め、消 耗は 多いが 速 度 が 速 い 短 パ ルスで高ピークな電流波形を可能とする電源が開発の方向性となった。簡単な構成で短パルス高ピーク波形が得られる RC 回路の時代が暫く続いたが、次世代の電源として誕生したのが、パワー MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）

図 5.2

MOSFET 電源の回路構成 5.3）

図 5.3

MOSFET 電源の電流波形 5.3）を採用した新型トランジスタ電源であった。
パワー MOSFET は 1970 年代半ば頃から入手可能となったスイッチング素子で、高速スィッチングや低オン抵抗に優れ、電力スイッチング用途で従来のバイ
ポーラトランジスタに置き換わるものと期待された。
また、パラレル接続で大電流を流せ、低電圧な電圧駆動が可能といった特徴があり、短パルス高ピークな電流波形とする電源開発には理想的なスイッチング素子であった。しかし、性能に反し品質に懸念があり、三菱電機の開発者は当時、パワー MOSFET に注目し

MOSFET 電源の電流波形を図 5.3 に示す。電流ピー

つつも採用を躊躇していた。実装評価に長い期間をク値（Ip）は、以下の近似式で表され、Δt によりピー

費やし、漸く 1982 年に新型トランジスタパルス電源

ク電流を線形制御できる。
Ip =

V
× Δt
L

V：電源電圧L：インダクタンス

即ち、ドライバ回路が出力する駆動パルスの幅をt 1、t 2、t 3 と変えると、多段階にピーク電流値を設定できる。また、ドライバ回路のデジタル化は多様な制御を開発する道を拓いた。例えば、加工状態量から加工の不安定を判定し、電流ピーク値を下げる、或いは休止時間を延ばすなど、加工を安定化させる制御が可
図 5.1

三菱電機 DWC110F-CNC2

5.1）

能となった。また、電流波形の再現性が高く、ドライ
放電加工機技術の系統化調査

49

バ回路の駆動パルスの履歴を記録できるので、単位時高速化の主な要素技術である（1）加工電源、（2）加間当たりの積算電流値、即ち放電の総エネルギーを算工制御、（3）ワイヤ電極、（4）加工液高圧供給につい出できるようになった。これを応用し、加工中の工作て開発史の一端を説明する。

物の板厚を平均加工速度と積算電流値から演算し、求められた板厚に適した加工条件に自動で切り換えることも可能となった。

（1）加工電源
高速化のために電流波形を短パルス高ピークとする要素技術には以下があった。

5.1.2

高速化の開発史①電圧源の昇圧：電流ピーク値を上げるには電圧源

ワイヤ放電加工機が誕生してから 2004 年までの最の昇圧が有効な手段である。但し、スイッチング

大加工速度の推移を図 5.4 に示した。また、グラフ

素子の耐圧やノイズの問題により、限界があった。

の各プロットに対応するデータを表 5.1 にまとめた。

②低インダクタンス化：電源から電極や工作物への1982 年に 110 mm /min が達成された後も、各社は高給電経路のインダクタンス（L）は、電源回路の L

速化の競争に鎬を削り、2002 年には 500 mm /min により大きいのが通常である。給電ケーブル、機械到達した。

構造体など給電経路にある全てのものが L を低

2

2

表 5.1

減する対象となる。特に重要であるのは給電ケー

最大加工速度の推移

ブルで、低インダクタンスのケーブルを選び長さを短くする設計が求められた。また、構造体の Lを低減するため、離れた給電経路の間を補助給電ケーブルで短絡する手法なども有効であった。
③M
 OSFET 並列個数：MOSFET の並列個数を増すほど電流ピーク値が上がる。一方、コストも上昇するため、標準仕様の機械と分けて高速加工
専用機、または高速加工オプションの形で並列個数を増やした電源を搭載した機械が開発された。

[ 参考文献 ]*1	志田：金型分野に見る放電加工機の進歩・変遷と今後の課題 , 型技術 , 日刊工業
新聞 , p.25,（1991）*2 日経産業新聞 , 1976/12/14（6）と *3 を参考に著者推定*3 日経産業新聞 , 1978/01/06（5）*4 日経産業新聞 , 1980/10/20（8）*5 日経産業新聞 , 1982/10/14（8）*6 日経産業新聞 , 1983/12/21（8）*7 日経産業新聞 , 1984/04/10（8）*8 牧野フライス製作所 カタログ H136-8610*9 日経産業新聞 , 1989/11/28（13）*10 日経産業新聞 , 2002/10/25（10）*11 日経産業新聞 , 2004/09/14（12）

図 5.4

50

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March（2）加工制御
高速化はワイヤ断線のリスクを高めるが、断線を回避する制御の開発により、高速化の余地が増す。加工
中の状態量からワイヤ断線の予兆を捉えるには、開放電圧が立ち上がった後に放電が発生するまでの時間、最大加工速度の推移

或いは放電発生中の放電電圧などが有効な指標である。

の高速化は平板を前提とした開発が進められた。一方、断線の予兆を捉えると加工を安定化させる抑制的な制1980 年代末頃から用途拡大に向けて汎用的な加工形御を行い、加工が安定と判定すれば、促進的な制御を態に焦点をあてた加工速度の高速化が新たな生産性向行うことで平均加工速度を上げることが可能であった。

上の課題となった。

（3）ワイヤ電極（1）汎用的な加工形態での課題

1982 年に記録された 110 mm /min は、最も一般的

汎用的な加工形態の例を図 5.5 に示す。ワイヤ放電

なφ 0.2 mm 黄銅ワイヤを使用し達成されたが、その加工の用途が拡大するとともに工作物の形状もプレス

後は線径が太い黄銅線の利用で最大速度が塗り替えら抜き型に多い単純な平板だけではなく、板厚変化や中れた。さらに後年は、高速加工用に開発された特殊な

空部分を含んだ多様な形状の工作物が加工対象としてワイヤ（以下「高速ワイヤ」）が利用された。高速ワイ

増えてきた。はじめに、汎用的な加工形態における課

ヤは始め欧州で開発され、芯線が銅または黄銅で表面

題を以下に述べる。

を亜鉛で被覆したものが 1980 年頃から日本へ輸入さ

１）加工液供給2

れるようになった。亜鉛は放電を誘発する特性が

5.4）①気中放電によるワイヤ電極の断線あり加工速度を上昇させるが、強度が低いため芯線に

 放電加工は加工液中で行われるので通常は電極や高強度な材料が使われた。1990 年頃からは、日本の工作物は加工液で冷却される。しかし、図 5.5 の段

電線メーカ各社が独自に開発した放電特性、熱伝導率、差形状の場合、加工液ノズルから供給される水流が高温強度に優れた高速ワイヤを販売するようになっ

工作物の角部に遮られて乱れるため、放電が発生した 5.5）。これら高速ワイヤの利用で、黄銅ワイヤに比ている箇所への加工液の供給が悪くなる。また中空

べさらに加工速度を上げることが可能になった。高速形状の場合はノズルから加工液を直接供給できない化の開発史の後半は、高速ワイヤの寄与するところが箇所がある。加工液の供給が悪くなると、気中放電

大きかったと言える。

と言われる大気中での放電が発生し、ワイヤ電極の局所的な高温化と材料強度の低下で、ワイヤ電極の（4）加工液高圧供給

不意の断線が発生する。対応する技術がない時代は、

加 工 速 度 を 上 げるにはスラッジの排出効 率 を 上

作業者は断線を回避するため、放電エネルギーを下げ る こ と が 重 要 で、1980 年 以 前 か ら 加 工 液 の 高 圧

げた条件設定で加工速度を落として加工せざるを得

供給が開発されてきたことを 3 章で説明した。1980なかった。

年 以 降 も 高 圧 化が進み、最終的にはシャッ ト 圧 が2MPa）を超えるポンプも採用された。
20 kgf/cm（200以上、ワイヤ放電加工機の高速化について要素技術の開発の歴史を説明した。加工電源の開発、ワイヤ電極の大径化や材料開発などで高速化が進展したが、一方で高エネルギーによる面粗さや精度の悪化、ワイヤ
電極のコストアップなどのデメリットが増した。大物

図 5.5

汎用的な加工形態 5.6）

部品や難削材部品の加工で高速加工のニーズは存在す
るが、多くの一般ユーザではメリットが薄くなり、高速化の開発競争は幕を閉じた。しかし、切削加工が高図 5.6ノズル離れの加工状態 5.3）

速ミーリングの開発で再興した様に、ブレークスルー②ノズル離れによるスラッジ排出効率低下技術の誕生が期待される。

 図 5.6 は上部ノズルが工作物から離れた状態で加工する様子を表した。工作物に近接する下部ノズル

5.1.3

浸漬加工槽と板厚差条件自動制御

からは、板厚中央付近まで加工液が届いているが、ワイヤ放電加工機は二次元形状の貫通穴の加工で、工作物から離れている上部ノズルからは、圧力をか他の工作機械に優る生産性や精度を実現しプレス抜き

けて加工液を供給できないため、加工溝のスラッジ型を中心に普及した。プレス抜き型の加工対象はダイを排出する効率が低下する。スラッジの排出が不十とパンチ、及びプレート類であるが、何れも板厚が一分であると、短絡や放電集中などの不安定で効率が定の平板が多い。こうした背景で、ワイヤ放電加工機

悪い放電の頻度が高くなり、加工速度の低下やワイ
放電加工機技術の系統化調査

51

ヤ断線の危険性が増すことになる。この場合も加工るだけの吹掛け加工に対し、浸漬加工は工作物を加工の安定化のため、加工速度を下げざるを得なかった。

液に浸漬して加工する方法で、段差形状や中空形状の加工でも気中放電の発生がないため、吹掛け加工より

２）工作物の板厚変化
ワイヤ電極が断線しない上限のエネルギーをここで大きなエネルギーを投入して加工速度を上げることがは断線限界エネルギーと呼ぶことにする。断線限界エ可能となった。以下、浸漬加工槽を採用した初期の製

ネルギーは例えば前述の加工液の供給効率によって変品（浸漬加工機）の一覧を表 5.2 に、製品例としてファわるが、板厚が異なる場合は電流密度が変わり、断線

ナック「CUT-WW2」の外観を図 5.7 に示す。

限界エネルギーも変わる。従って、板厚変化がある工

浸漬加工槽を採用した当初、今まで未経験であった

作物を加工する場合、板厚毎に最適な加工条件に変更

加工槽内の金属腐食、加工槽シール構造の保守などのできれば加工効率が最大となる。しかし、板厚が変化問題が発生した。特に金属腐食の問題が大きく、後述する箇所を正確かつ瞬時に捉えて条件を変更することする無電解電源の開発が急がれることになった。

は、作業者は勿論、NC プログラムによる変更も事実上不可能である。こうした状況に於いては、断線限界（3）板厚差条件自動制御

エネルギーが最も低い板厚に合わせて加工条件を設定

汎用的な加工形態の課題に対し、業界が次に取り組

し工作物全体を加工することになり、生産性向上の足んだのは、板厚変化のある工作物の生産性向上であっ枷となっていた

た。各社で技術の詳細は異なると推定するが、基本的。

5.7）5.8）な仕組みとしては、加工中の板厚を検出し、その板厚（2）浸漬加工槽の普及に応じた加工条件に変更する適応制御である。これに以上の課題に対応すべく最初に適用された解決策は該当する技術は 1994 年に三菱電機が開発した「PM浸漬加工槽の採用であった。浸漬加工槽自体は既に実制御」、1998 年のソディック「Thinking Circuit」5.10）

績 のある技術であったが、ここに紹介するのは汎用などである。以下、例として三菱電機の PM 制御にのワイヤ放電加工機に浸漬加工槽を採用した製品であついて概要を述べる。

る。それまで標準であった加工液をノズルから噴出す□ PM 制御*1

表 5.2

PM 制御は工作物の板厚や加工状況の変化に対し初期の浸漬加工機て、最適な加工エネルギーを自動設定する業界初の適応制御機能で、1994 年に発売した CX シリーズから搭載を始めた。
１）PM 制御の原理

PM 制御は、図 5.8 に示すように、加工状態モニタ
及び板厚モニタの二つのセンシングと加工エネルギーを制御するパワーモニタで構成されている 5.11）。
①加工状態モニタ：単一の放電パルス毎に加工状態の良否を判定し、統計的に加工状態の安定度を判別し、短絡や放電集中などの異常放電状態を検知する。
②板厚モニタ：単位時間当たりの加工エネルギー、
工作物の加工量をリアルタイムで観測し、工作物の板厚変化を自動検出する。
③パワーモニタ：ワイヤ電極や工作物種類などの入力データと上記加工状態モニタ、及び板厚モニタの検出結果を統合して、加工状態の変化を瞬時に判定し、状態に応じた最適な加工エネルギーを投
図 5.7

*1

ファナック CUT-WW2

5.9）

入するように加工条件を制御する。

加工液に油を使う形彫放電加工機は、消防法の規定で浸漬加工槽が必須である。また、水を使う高精度型ワイヤ
放電加工機で工作物の温度安定のため浸漬加工槽を採用する事例は 1980 年前後からあった。

52

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

３）PM 制御の効果
図 5.10 は段差形状の工作物を加工した場合の加工時間を PM 制御の ON/OFF、及び浸漬加工と吹掛け加工を組み合わせた４つのパターンで加工時間を比較したものである。PM 制御が OFF の場合でも、浸漬加工は吹掛け加工より大きなエネルギーを投入できるので、加工時間が短くなる。さらに PM 制御を ON にすると、浸漬、吹掛け加工共に加工時間が短縮される。

図 5.8

PM 制御の仕組み 5.11）

図 5.10

図 5.9

加工状態とワイヤ断線限界エネルギー

5.11）２）PM 制御の特長

段差形状の加工事例 5.11）

5.2 精密金型対応技術
5.2.1

超仕上電源

ワイヤ放電加工では、仕上加工の回数を重ねると加①加工エネルギーの最適制御

工形状の精度や面粗さが段階的に向上する。しかし、

 図 5.9 に加工状態と断線限界エネルギーの関係を実現可能な最良面粗さは、主に加工電源の性能に依存示す。段差形状の工作物や工作物の端面から加工すして限界がある。精密で複雑な形状の金型加工は従来、る場合、加工液の供給効率が悪化し、断線限界エ

研削加工で仕上げられていたが、それをワイヤ放電加

ネルギーが低下する。PM 制御は、加工中の短絡や工に置き換えるための課題の一つが面粗さの向上で放電集中などの異常放電を検知して断線限界エネルあった。本報告書では Rz 1 μm*1 以下の面粗さが得らギーの低下を判定し、それに応じて加工エネルギー

れる仕上加工用の電源を、便宜上、超仕上電源と呼ぶ。

を抑制してワイヤ断線を防止する。一方、良好な加工状態に転じて断線限界エネルギーが高いと判定す（1）超仕上電源の開発

ると、積極的に加工エネルギーを増大させる制御を

1980 年頃に実用化されていた一般的な仕上加工用行う。常に加工状態に応じた最適な加工エネルギー

直流電源は、図 5.11 に示す R-C（-L）等価回路が代表が投入されるので、ワイヤ断線の防止と効率の高い的なものであった。しかし、この回路方式では、最良加工が可能となった。

面粗さを Rz 数 μm 程度とするのが限界であった。

②板厚検出による加工条件の自動設定

面粗さは電荷量と相関があるので、面粗さを向上す 工作物の板厚によって断線限界エネルギーが異なるためには、低ピークで短パルスの電流波形を供給でるので、PM 制御は板厚モニタによって工作物の板

きる電源の開発とワイヤ電極と工作物の間の浮遊容量

厚を自動検出し、板厚に応じて最適な加工エネルの低減が課題となった。

ギーになるように加工条件を制御する。
これにより、

電荷量を小さくするには、電源の開放電圧を下げる

各板厚に応じた効率の高い加工が自動的に行われ、方法があるが、電圧が低すぎると放電が励起されなく

総加工時間の短縮が可能になった。

なるため限界がある。一方、電圧波形のパルス幅を短*1

Rz（十点平均粗さ）は、JIS B 0601：2001 の規格であるが、本報告書では JIS B0601：1994 の Ry（最大高さ）、
またはそれ以前の規格の Rmax を同等と見做し、表記を Rz に統一する。
放電加工機技術の系統化調査

53

くすることは、図 5.11 の回路方式に於いて、目的に給する時間 T 1 と供給を停止する休止時間に相当する

叶う高速なスィッチング素子が 1980 年頃には入手でT 2 を設けた。この回路は、定常アーク放電の抑制、きなかった。そのため、多くのメーカは LC 発振よる

静電引力の低減などにより、加工の安定、面粗さ向上、

交流高周波電源を開発して面粗さの向上を図った

ワイヤの撓み低減による精度向上を実現した。

。

5.12）

また、浮遊容量の低減は、工作物単体、または工作物を含む周辺構造体をセラミックス等で機械本体と絶縁し、仕上加工電源専用の給電ケーブルを接続する手段が取られた。

図 5.12
図 5.11

直流 R-C（-L）等価回路

電源ブロック図と電圧波形 5.17）

5.12）２）三菱電機「Digital-FS 電源」（２）超仕上電源の製品化

2000 年前後から高速スイッチング素子を応用した

仕上加工用の交流高周波電源は 1979 年に三菱電機

デジタル回路による制御性の高い短パルスを発生するが発売した「DWC-90P」 に搭載の「ファインカット

電源が開発されるようになった。三菱電機が 2008 年装置」であったが、面粗さ Rz 1 μm 以下には到達しに開発した「Digital-FS 電源」はその一例である。図 5.13

なかった

は機械本体と Digital-FS 電源の構成、図 5.14 は電源。Rz 1 μm 以下を達成した初の超仕上電

5.13）

源は、ソディックが 1984 年に開発した仕上加工用回路「PIKA- Ⅱ」（油加工用）であった

回路と電圧 ･ 電流波形を示す。

。続いて、三5.10）

菱電機が 1985 年に水加工用の「FS 電源」を開発 5.14）、
牧野フライス製作所は「クリスタル電源」を開発し1986 年に発売した EC-3141 に搭載 5.15）した。Rz 1 μm以下の面粗さの実現は、後工程の磨き作業を削減、或いは不要とし、それまで超精密金型の仕上加工の中心であった研削加工からワイヤ放電加工への置き換えが進む契機となった。しかし、交流高周波電源は、機械側とのマッチングを取るための調整が必要で、また、電源から工作物に至る給電経路の全ての部材が持つ浮遊インダクタンス（L）や浮遊容量（C）が回路に含まれるため、給電経路全体の調整に難しさがあった。交流

図 5.13

Digital-FS 電源の構成 5.18）

図 5.14電源回路と電圧電流波形 5.18）高周波電源をベースとした開発が暫く続いたが、1990
年代の後半に高速スイッチング素子を応用した超仕上電源の開発が始まり 5.16）現在の超仕上電源の基本方式となっている。超仕上電源の開発史の中から、製品の事例を次にいくつか紹介する。
１）三菱電機「FS4 電源」
三菱電機は 2002 年に交流高周波方式の後期の製品となる「FS4 電源」を開発した。図 5.12 は FS4 電源

54のブロック図と極間の電圧波形を示す。
従来の電源は、この回路の動作は、先ずはパルス制御回路からイン連続する交流波形（13.56 Mz）を極間に供給していたダクタンス素子に蓄積するエネルギーをコントロー

が、スイッチング回路を設けることで、交流波形を供ルするための時間 τ1 のパルス信号を出力する。信号

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March表 5.3超仕上電源開発の歴史を受けスイッチング素子がオンし、インダクタンス L

特に重要であった点は、パンチの加工で必要となる概に電流 I が流れ、エネルギー E ＝ 1/2・LI が蓄えらね 50 mm 以上の高板厚への適用が可能になったことれる。次に、パルス信号をオフとして、インダクタンと考える。それが達成された現在、プレス抜き型では

2

ス L への充電が停止するが、スイッチング素子がオ

ワイヤ放電加工機の位置付けは揺るぎないものになっフされると電流が瞬時に遮断されることにより、今たと言える。最後に、超仕上電源の開発の足跡を表 5.3まで印加した方向と逆方向に逆誘導起電力（開閉サーに示した。超仕上加工に関する業界共通のベンチマー

ジ）が発生し、インダクタンス素子に蓄えられたエネ

クが無いので、面粗さについては各社それぞれの規定

ルギー E が一気に放出され、印加パルス幅 τ1 より短でカタログに表記した数値を拾った。加工回数、加工

く、
印加電圧よりも高い電圧のサージ電圧 V が現れる。

時間、加工精度、ワイヤ電極材種などの情報を網羅す

尚、詳細については参考文献

る調査が困難なため、総合的な性能を測る情報に欠けを参照願う。

5.18）

以上、超仕上電源の開発史の一端を述べたが、加工ている点に留意願いたい。

面粗さを Rz 1 μm 以下とするメリットは、プレス抜き型を例にすると、後工程の磨きを削減、或いは不要

5.2.2 工作物の腐食防止技術とするので、磨きが難しい微細で複雑な形状になる

ワイヤ放電加工機は、速い加工速度を得るため加工

程そのメリットは大きい。開発史を辿ると、1980 年

液に水を選び、電源の極性は工作物側を陽極、電極側

代に面粗さ Rz 1 μm 以下を達成した後、面粗さのさは陰極とする方式で発展した。しかし、この方式は工らなる向上、適用可能な板厚の増大、加工の安定性

作物側に陽極酸化を起こし、鋼材では錆が発生し、超向上 などの加工性能の向上に加え、絶縁手段の改良、硬合金では焼結材に含まれるコバルトが電解腐食によ

軸移動量内の適用領域制限解消など作業性の向上に関り溶出する問題が起こる。加工後に不良部分を除去るものなど、多くの課題が解決されてきた。その中でする後処理が必要となるが、特に脆性材料である超硬*1*1不安定な加工により加工面に筋と言われる凹凸が発生し、磨きで修復できないことが大きな問題となる。超仕上加工
中は、ワイヤ張力の変動などの外乱が不安定をもたらす。
放電加工機技術の系統化調査

55

合金では、破壊の起点となる腐食痕が残ると致命的で（2）無電解電源ある。1980 年代に入り、ワイヤ放電加工機を精密金型

ワイヤ放電加工機が誕生して今日に至るまで加工液に普及させる局面で、陽極酸化の防止が重要な課題とは水が標準的に使われてきた。しかし、鋼材を加工すなった。その解決手段としては、油加工液を採用するか、る際に錆が発生する問題があり、古くから加工液に添若しくは無電解電源を開発する二つの選択があった。

加する様々な防錆剤が販売されてきた。初期の防錆剤には効果が高いものもあったが、粘性が高くスラッジ（1）油加工液仕様機を含んだベタ付く汚れが機械に付着し、清掃が大変で、油加工液を用いた場合、荒加工の速度は水加工液の自動結線が失敗する原因にもなるため敬遠された。そ場合の半分にも達しない。そのため、ワイヤ放電加工の後は、機械が汚れにくい成分となった反面、防錆効

機は、誕生から現在に至るまで水加工液仕様機が主果が抑制された製品が一般的になった。

流である。しかし、超硬合金は長寿命が求められる精超硬合金の電解腐食に対しては当初、加工液の比抵

密金型に用いられる高価な材料であるため、生産性よ抗を上げて電気化学反応を抑制することや電解腐食がりも加工品質が優先されるのが通常である。こうし及ぶ加工変質層を交流高周波電源による仕上加工で除た需要に対応する形で、1981 年にソディックは業界去する方法などが取られてきた。しかし、イオン交換で初めてとなる油加工液を使用するワイヤ放電加工機

樹脂のランニングコストが上昇する問題や荒加工に於「330W」を発売した（図 5.15）。この機械は、水と油いて広範に電解腐食が発生した場合は、仕上加工で除の加工液タンクを備え、適宜、加工液の切り換えがで去しきれない問題があった。

きる仕様となっている。基本的な使い方として、荒加1992 年に三菱電機は、加工電源の電圧が原因とな

工は加工速度を優先して水を用い、その後、油に切りる陽極酸化を解消する無電解電源「AE 電源」をオプ換えて仕上加工を行うことが想定された。

ション装置として発売した 5.14）。従来の加工電源は工恐らく、水と油の分離に難しさがあったと考えられ作物側が常に陽極となり、平均電圧は通常 40 V からるが、水と油の切り換え仕様は「330W」が最後となり、50 V 程度となる。これに対する無電解電源の回路を

1984 年に発売された「AP-150」以降、油加工液仕様

図 5.16 に、電圧及び電流波形を図 5.17 に示す。無電機は油加工液専用機となった。ソディックは、油加工

解電源は、開放電圧を従来電源と同様にプラスの電圧液仕様機で業界の先駆けとなったが、三菱電機をはじを印加するが、休止時間にはマイナスの電圧を印加し、めとする他メーカは、水加工液による生産性の高さを極間の平均電圧が 0 V になるように休止時間を制御確保しながら、電気腐食を防止する技術の開発に注力する。図 5.18 は、AE 電源の効果を示すもので、超硬することになった。

合金を従来電源と AE 電源で加工し、加工溝周辺の工
作物表面を観察した結果である。右側の従来電源で加工した面には腐食痕が多数確認できるが、左側の AE
電源で加工した面には腐食痕が見られない 5.20）5.21）。

56

図 5.15

ソディク「330W」5.19）

図 5.16

無電解電源の回路 5.3）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図 5.17

無電解電源の電圧 ･ 電流波形 5.3）

図 5.18

無電解電源の効果 5.22）（3）防食技術の開発
三菱電機は 1998 年に超高精度ワイヤ放電加工機「PX05」を発売し、半導体パッケージの高集積化に向けて設備投資が盛んであった半導体リードフレーム業

図 5.19

精密加工向け高精度ワイヤ放電加工機は、以下の経過を辿り、主要メーカ各社は水と油加工液仕様機の両方を品揃えするようになっている。
1992年 ソ ディック 無電解電源 BS 回路（荒加工用）

界への販売に注力した。半導体リードフレーム用プレ
ス型は、精密で高耐久が求められるため、重要金型部

発売
1993年 牧
 野スライス製作所 油加工液仕様機「UPH-1」品に用いられる超硬合金の加工では、腐食痕が残らない徹底した品質が要求された。

電気防食法（犠牲電極）5.23）

発売
1998年 ソ ディック 無電解電源 BS4（荒・仕上加工用）
回路発売

AE 電源は、腐食の主原因である加工電源が作用す
る陽極酸化の問題を解消した。しかし、長時間の水中2013年 西
 部電機 油加工液仕様機「M25LP」発売

浸漬で緩やかに進行する工作物の腐食が問題として残2013年 三 菱電機 油加工液仕様機「MX600」発売された。これは、金属が水中に浸漬されることで、自然電極電位（腐食電位）、溶存酸素、異種金属接触な著者の認識では、電極径がφ 0.05 mm 以下の極細

どの要因で起こる腐食である。PX05 では、こうした線ワイヤ電極を用いる微細形状の加工は、油加工液に腐食に対応する技術として、犠牲陽極を用いた電気防優位性があると考える。油は誘電率が水より小さく、食法（図 5.19）や加工液の溶存酸素を減らす水質調整

極間のキャパシタンスも小さいので、低ピーク短パル

システムなどの防食技術を開発し、腐食の抑制を強スで狭ギャップの放電が可能で、微細形状を効率的に化した。これらの開発は、油加工液の採用が多い超硬仕上げることができる。その他の用途では、水加工液を加工する用途でも、水加工液の採用が広がる契機との速度や安全性がメリットになる場合も多いと考えるなった。

が、例えば加工時間が 2 日以上にも及ぶ長時間の場合

一方、油加工液仕様機を中心に据えてきたソディッ

は、油加工液が安心であると考える。

クは、加工速度が遅いという油加工液の欠点の改善に注力し、1998 年に仕上加工時間を大幅に向上する電5.2.3

適応制御による高精度化

源回路「高速エコカット O」を製品化した。この回路（1）コーナ制御の詳細は開示されていないが、誘電率が高い油が介在

１）コーナ制御が必要となる背景

する極間の低キャパシタンスを活用し、低ピーク電流、

ワイヤ放電加工機が微細、狭隘形状で他の機械加工

高周波の仕上回路として、より少ない仕上回数と速いに対し優位性があることは既に述べたが、その代表的

仕上速度を実現したものと推察される。Rz 1 μm 以下な適用領域はコーナ部の加工である。特に電機・電子の面粗さまで仕上げる場合では、総加工時間が水加工

部品向け精密金型では、コーナ形状の高精度化、R 寸液と同等になると説明されている。

法の微小化の要求が高く、これらに応えるための適応

今まで述べた通り、超硬合金の加工では油加工液を制御として開発されたのがコーナ制御である。

採用するか水加工液を採用するか二つの選択肢があ①荒加工でのコーナ形状誤差の要因

る。どちらが適しているかは、加工の内容や優先する 精密金型に求められる加工精度や面粗さの実現に指標により変わるため、ユーザの選択に委ねられる部

は仕上加工が必須であるが、その前段階の荒加工に分が大きくなっている。現在、超硬加工を対象とする

於いては、以下に述べる荒加工特有のコーナ精度
放電加工機技術の系統化調査

57

劣化がある。図 5.20 は荒加工におけるコーナ形状

加工中の極間平均電圧が一定となるようにワイヤ電の精度不良（コーナだれ）を模式的に示したもので、極をサーボ送り制御（以下「平均電圧一定制御」）す

工作物内側の角部（インコーナ）は加工取り残し（アるのが一般的である。平均電圧一定制御は、加工間

ンダーカット）、工作物外側角部（アウトコーナ）は隙を一定に保つことであり、形状精度を確保できる取り過ぎ（オーバカット）となる。このコーナだれものと考えられる。しかしながら、平均電圧一定制

現象は、放電反力、加工液圧力によってワイヤ電極

御により仕上加工を行っても、コーナ部など除去量

が加工進行方向と逆方向に撓み、ワイヤガイドの位が局所的に変化する加工では、数 μm 程度の誤差が置よりワイヤ電極が遅れて移動するために発生する。

生じる場合が多い。加工エネルギーが小さな仕上加 ワイヤの撓みの主原因である放電反力によるワイ

工に於いては、ワイヤに作用する加工反力は小さい

ヤ撓み量は、静撓み量を計算することにより推定ため、形状誤差の要因はワイヤの撓み以外の要因がが可能である。ここで、ワイヤ張力を T、単位長さ考えられる。

あたりの放電反力を q 、ガイドと工作物間距離を ℓ、

 図 5.22 は、除去量（仕上代）が途中で増加する場

工作物板厚を h とすると、図 5.21 の O 点における合と減少する場合で仕上加工の速度の変化を示す。

撓みは以下に求められる。

除去量が多い箇所は加工速度が遅く、少ない箇所で

 A-B 間の静撓み量 δ 1 は A 点における力の釣合から、は加工速度が速くなる傾向は、平均電圧一定制御に（1）期待される通りである。しかし、図 5.23 に加工前の段差と加工後の段差の関係を示すが、例えば加工 OA 部の静撓み量 δ2 は O-A 部に作用する力の O

前に（加工進行方向に）-5 μm であった段差は、仕点に関するモーメントの釣合により、上加工を行った後に +2 μm の段差に逆転する現象（2）が起きている。これは、仕上加工により形状修正を行う上で、平均電圧一定制御が必ずしも十分ではな

 よって、（1）、（2）式より、O 点における静撓み

いことを示している。

量 δ は次の式となる。

この問題の原因については図 5.24 に示す積分的作
用による側面間隙形成モデルを用いて検討がなされた。仕上加工に於いては図の除去量（L）が大きくなる

 以上の通り、コーナ部の荒加工では、ガイドに対ほど、電極放電領域での積分的作用が増大し、電極側するワイヤ電極の移動遅れによる形状誤差が生じ、面間隙（δ s）が拡大され、逆に除去量が小さい場合はワイヤ電極の撓みにより板厚中央部はさらに形状誤δ s が小さくなることが確認された。これは、加工歪差が大きくなる。こうした問題の改善のため、荒加がある箇所やコーナ部で除去量が変化する場合、平均工用のコーナ制御が必要であった

電圧一定制御による仕上加工後に数 μm 程度の形状誤

。

5.24）

②仕上加工でのコーナ形状誤差の要因
 仕上加工におけるコーナ形状誤差は、荒加工とは一方、コーナ部の除去量（仕上代）については、以異なる要因で生じる。ワイヤ放電加工に於いては、下の幾何学的な解析の結果を述べる。図 5.25 はイン

図 5.2058

差が残ることを示唆するものであった。

ガイド軌跡と加工溝 5.24）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図 5.21

Vol.32 2023. March イヤ電極ワ
静撓みモデル 5.24）

図 5.22

仕上加工速度の変化 5.25）

コーナ R を仕上げる場合の解析モデルで、直線部のんでいた。具体的には、NC プログラムに以下の変除去量を 40 μm に設定し、除去量の変化を計算した

更、修正を加えることが代表的なノウハウであった。

結果を図 5.26 に示す。

• ドゥエルの設定

除去量はコーナ入口約 80 μm 手前より増加し始め、

荒 加工中にプログラムの進行を設定した時間でコーナ部では直線部の 1. 8 倍の除去量となる。コーナ

停止させるドゥエルをかけて加工送りを停止さ

終了後 65 μm 手前より除去量は減少を始め、最終的せる。その間に放電が継続し、ワイヤの撓みがに直線部の除去量 40 μm に復帰する。コーナ部の除徐々に真直に戻り誤差が減少する。

去量がこの様に大きく変化するのに対し、平均電圧一• 加工軌跡の補正

定制御による仕上加工は除去量に対応した形状の修正

荒 加工に於いて、プログラム軌跡に対しワイヤ能力が十分ではない。コーナの加工精度向上には、非電極の移動軌跡にずれが生じる（図 5.20）。ず

線形な速度制御、速度制御ゲインの変更、加工電流のれ量はある程度再現性があるので、予想ずれ量制御などを加える必要があると引用論文は結論付けてを補正するように加工軌跡を変更する。

いる。以上の通り、コーナ部を線形的な制御で仕5.25）• 加工速度指令値の変更

上加工を行っても寸法誤差の修復には限界があるた

仕 上加工に於いて、インコーナ R の加工速度をめ、各社とも独自の適応制御を開発し、その成果を市直線部より下げて加工する。加工速度がサーボ場で競うことになった。

送り制御ではなく、固定送りとした場合に有効。

２）コーナ形状精度向上の技術史

 以上の加工ノウハウは、何れもプログラムの修正①加工ノウハウによる対応の時代が煩雑で、事前に個々の最適な調整量を把握するこ 切削加工では困難な微小なインコーナ R の加工とが難しかった。しかしながら当時の現場には、ノはワイヤ放電加工が得意とする領域であり、その優ウハウを駆使して少しでも良いものを作ろうとする位性を拡大すべく加工精度が追求されてきた。しか意欲に溢れた作業者が少なからず居て、発展途上でし、普及期から 1980 年代頃までは、コーナ形状のあった放電加工機の性能を最大限に引き出そうとす

加工に対応する適応制御は研究段階で、当時は作業る取り組みが盛んであった。

者がノウハウを駆使してコーナ精度の改善に取り組

図 5.23

図 5.25

仕上加工後の段差形状 5.25）

円弧インコーナ仕上加工のモデル 5.25）

図 5.24

図 5.26

積分的作用による側面間隙形成モデル 5.25）

円弧インコーナ仕上加工における除去量変化 5.25）

放電加工機技術の系統化調査

59

②コーナ適応制御の開発

誤差が大きくなっている。これに対し、CM-R 機能

 1990 年代後半頃に、漸く各社がコーナ加工用のは板厚中央部の形状誤差を小さくする効果がある。

適応制御を完成し機械に搭載するようになった。精C M-S 機能は、（1）1）②で一部引用した論文の研究

緻な制御により、ノウハウでは達し得ない高精度が成果を反映して新たに開発したアルゴリズムを採用実現できる様になった。実際のところ、1990 年以した仕上加工用のコーナ制御である。論文による前に、既に有効な制御方法についての研究がいくつと、平均加工電圧を一定化する線形的なサーボ送り

か為されており、また当時の NC 装置やソフトウェ

制御では形状誤差の修正ができず、非線形な速度制

アの技術を以てすれば、もう少し早い段階で適応制

御、速度制御ゲインの変更、加工電流の制御などを御の普及が可能であったのではないかと考える。恐加える必要性を論じているが、CM-S はそれを反映

らくは、先発企業であったジャパックスの先行特許

した非線形なアルゴリズムを取り入れて開発されたに抵触するリスクを避けるため、メーカ各社は製品制御である。図 5.28 は CM-S の効果を示したもので、化を控えていたものと考えられる。ジャパックス創

中央の図はアウトコーナ R でのオーバカット（加工業者の井上潔は、膨大な特許件数を出願 したことで取り過ぎ）の改善を示し、右の図はインコーナ R で有名で、コーナ形状に関る制御に関し、考えられるのアンダーカット（加工取り残し）の改善を示してあらゆるパラメータを対象とした数多くの特許を出いる。制御がない場合と比べ、コーナ形状誤差の大願し、頑強な特許網を構築していた。この点に於い

幅な改善を実現した。

*1て、ジャパックスは先発メーカとしてのアドバンテー
ジを強固に構築していた。やがて、ジャパックスの特許の存続期間も終わり、各社が独自に開発した適応制御が製品化されるようになった。各社とも適応制御の詳細を詳らかにしていないが、ここでは三菱電機が開発した技術を可能な範囲で解説する。
□ CM 機能1996 年、荒加工用のコーナ制御「CM 機能（Corner

図 5.27

CM 機能と CM-R 機能の比較 5.27）

Master）」が開発され、ワイヤ放電加工機 FX シリーズに搭載された。CM 機能は、加工内容に応じて加工軌跡を自動的に修正する機能で、荒加工だけで加工したパンチとダイを 20 μm のクリアランスで勘合可能な加工精度を実現した 5.26）。（コーナ部の形
状寸法誤差が約 10 μm 以下）

図 5.28□ CM-R、CM-S 機能
2000 年、荒加工用の「CM 機能」を改良した「CM-R

60

CM-S 機能 5.27）（2）板厚差仕上制御機能」が開発され、ワイヤ放電加工機 FA シリーズ

プラ型の部品などに多い板厚差がある工作物を加工に搭載された。また新たに、仕上加工用のコーナ制

する場合、板厚が変わる箇所に加工面の段差（筋）が御として開発された「CM-S 機能」も同時に搭載さ生じ易い。ワイヤ放電加工の仕上面は、技術の進歩にれた。従来の CM 機能が軌跡を制御する方式であっより面が細かくなり、後工程の磨き作業が軽減されてたのに対し、CM-R は加工エネルギー制御を追加すきた。しかし、平坦な面は磨きで仕上がるが、段差をる改良が為された。エネルギー制御は、コーナ部に磨きで修正するのは困難なため *2、段差の発生はユーザ

加工が進んだ時点で、ワイヤ電極の撓みを低減するが抱える大きな不満となっていた。

ことを目的とするものである。図 5.27 の左図は、従この問題を解決するための技術は、2000 年を過ぎ来の CM 機能を示し、ワイヤガイドに近い工作物のたころから各社独自の方法が開発された。2001 年に

上下面はプログラム軌跡に近い形状に修正されてい三菱電機が開発した「SL 制御」（FA-P シリーズに搭るが、板厚中央部はワイヤ電極の撓みにより、形状載）、2005 年牧野フライス製作所の「TG コントロー*1

特許検索システムで「井上潔 ジャパックス」で検索して確認可能*2

磨きは定圧研磨であり、定量研削の様に形状を修正する能力は乏しい。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

ル」、2009 年ファナックの「AI パルス制御２」など

高精度または精密ワイヤ放電加工機と銘打たれた製品が目的を同じとする技術である。以下に問題の背景とが造られるようになった。これら高精度ワイヤ放電加工

三菱電機が開発した「SL 制御」の概要を説明する。

機（以下「高精度機」）の技術と製品の変遷を解説する。

2 章で説明した仕上加工を行うことで加工精度と面粗さが向上するが、仕上加工では加工進行方向に対し（1）高精度機の誕生てワイヤ電極の側面側と工作物との間で放電が発生す

高精度の定義は必ずしも明確ではなく、また時代とる。ワイヤ電極は電圧印加による電磁吸引力と加工液ともに変わって来たことを先に述べておく。高精度機の蒸気圧等による放電反発力を受けるため、これらのと認められる初めての製品は、著者の調査では、ジャバランスで、ワイヤの側面方向の撓み形状が決まる。

パックスが 1976 年に発売した精密小型ワイヤ放電加仕上加工代や加工進行方向への速度が大きいと、単工機「L200」と考える。新聞記事では精度 5 μm 以下

位時間あたりの加工体積が多くなるので放電の発生頻と謳われており、これが当時の高精度機の指標であっ度が増して、放電反力が大きくなる。するとワイヤをたと言える。記事では精密測定器をベースとした機械工作物から遠ざける方向の力が強くなり、加工面の板と説明されているが、他に情報が無く、詳細な解説が厚中央部が膨らむ（凸となる）形状となる。逆に加工できないのが残念である。

量が少ないと中央部が凹む。従って、加工面の板厚方続いて登場した高精度機は、三菱電機が 1979 年に向の真直性を高めるには、加工代と加工速度を適切に発売した「DWC-90P」（図 5.30）で、プレス金型など組合せることが必要だが、加工代は加工途中で変更しの市場から要求された加工精度 3 ～ 5 μm を実現するないので、加工速度を適切に制御することがこの問題機種として開発された。

の解決となる。既に説明した平均電圧一定制御は、放DWC-90P の主な高精度化技術を以下に解説する。加電の発生頻度を一定とし、単位時間当たりの加工体積

工テーブルの送り制御は、セミクローズドループ方式

も一定となるが、板厚が異なる場合は、同じ加工体（図 5.31）で、テーブル送り制御の最小駆動単位は 1 μm

積で同じ真直性が得られことにはならない。そのためである。ピッチエラー補正は 3.3.3（4）で説明した NC

SL 制御は、状態量から推論される板厚と与えられた装置のデータ処理による高精度化技術で、例えば図 5.32

仕上代から最適な加工速度を設定して高い真直性を得の事例では、ボールねじ本来の送り誤差は 10 μm 程度ている。図 5.29 は、板厚の異なる工作物を加工しであるが、補正により誤差を 2 μm 以下に抑えている。

た際に生じる段差を従来制御と SL 制御で比べたもの

また、精度不良の大きな原因となる機械構造体の熱変5.28）である。プラ型は、金型の部品を組み合わせ部分に隙形に対し、発熱源となる部位に通風冷却や熱絶縁を行間があると、溶けた樹脂が流れ込んでバリと言われる

い、機械構造体への熱影響が極力小さくなるようにし不良が発生する。SL 制御を始め各社が開発した同様ている。その一例が図 5.33 に示す加工テーブル駆動用の技術は、プラ型への普及で障害となる問題を大幅にDC モータの熱絶縁で、高速送りを長時間続けることに改善した点で、ワイヤ放電加工機の適用範囲を拡大さ

よる DC モータの発熱が機械本体、ボールねじに伝わせた重要な技術のひとつに数えられる。

ることを抑制している。また、この当時はワイヤ放電加工機で例のなかった浸漬加工槽を設け、工作物を加工液に浸して温度の一定化を図っている 5.13）。

図 5.295.2.4

SL 制御による段差誤差の改善 5.29）

高精度ワイヤ放電加工機

ワイヤ放電加工機が誕生し急速に普及が進んだ 1970
年代の後半、加工精度の高い高級機を求める声が高まった。これを受けて、一般向けと製品系列を分けて、

図 5.30三菱電機 DWC-90P 5.30）

放電加工機技術の系統化調査

61

り、その点でも加工精度 3 μm 以下は業界共有の目標であった。こうした背景の中、1986 年に牧野フライ
ス製作所が発売した「EC-3141」、1987 年の三菱電機「DWC-110PH」、1988 年のソディック「AP330」など
が、この時代を代表する高精度機であった。一例として三菱電機の DWC-110PH（図 5.34）を解説する。
図 5.31

セミクローズループ制御 5.31）

図 5.32 ピッチエラー補正 5.31）
X 軸送りを Y 軸の位置を手前、中央、奥で実施
図 5.34DWC-110PH 5.32）

従来の機種は、減速機を介してモータとボールねじを結合していたが、この機種は減速機を排して、モータとボールねじを同軸に直結する方式を採用した。また、ボールねじ外径を標準品より大径化し、ねじり剛性の増大を図った。何れも軸送りの位置決め精度向上を目的とするが、軸送りの反転時に発生する誤差であるバックラッシュとロストモーションを大きく改善
し、重要な課題であった真円度を向上した。また、当時は 12,500 PPR の高分解能ロータリエンコーダが利用可能となり、これを 4 逓倍し、リード 5 mm のボールねじを用いて最小指令単位 0.1 μm の位置決め制御
図 5.33

モータ熱絶縁 5.31）を実現した。機械構造体の熱変形への対策としては、
大形コンピュータを用いた有限要素法（NASTRAN）（2）1980 年代の高精度機

62による熱解析シミュレーション（図 5.35）を取り入れ、

1980 年代はワイヤ放電加工機の普及によりユーザ

実機での検証と照合しながら構造の最適化を図った。

の裾野が広がり、高精度を指向するユーザでは、恒温

また。損失熱が発生する給電フィーダの熱影響を受室内での機械稼働、加工条件ノウハウ蓄積など、様々

ける下部アーム（図 5.36）に低熱ひずみ鋳物材を用い、な取り組みにより高精度化が進んだ。また熱処理も含

アーム内は加工液で冷却するなど、熱変形を徹底してめた金型材料の品質が向上し材料起因の歪も改善され抑える仕組みとなっている。またインバータ制御を取た。一般向け機種でも加工精度 5 μm を実現できる状

り入れた加工液温度制御装置は、加工液温度を± 0.5℃

況となり、高精度機の指標は加工精度 3 μm 以下と一以内に制御し、構造体の温度制御の精度向上を支える

段アップした。また当時、海外メーカの代表格であっ技術となった。

たアジエ社は、高精度機としての実力もブランド力もこの当時に各社が開発した高精度機は、時計などの高い製品を誇り、高精度加工の分野で高いシェアを

精密機器や半導体リードフレームなどの高精度加工分持っていた。日本メーカの製品は、加工速度や NC 技

野に於いて、アジエ社の製品ユーザから実力を認めら術で競争力を上げていたが、残る課題が高精度化であれた時期であったと考える。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchる最小駆動単位 0.05 μm は業界初であった。その後、リニアモータに変更した後継機「EXC100L」を 2002
年に発売し現在に至っている。

図 5.35

構造熱解析シミュレーション 5.33）

図 5.36

図 5.37

ソディック EXC100 5.34）

図 5.38

セラミックス部材 5.34）

下部アーム構造 5.33）（3）1990 年代の高精度機
1990 年代の日本の製造業は、多機能で品質の良い「軽薄短小」な製品をつくる技術で世界をリードし、精密機器、ポータブル AV、デジタルカメラなどの製品が世界市場を席巻していた。それら製品の部品製造を支える金型分野では、ダウンサイジングに対応した生産技術の開発や設備導入が盛んで、ワイヤ放電加工機に於いては、微細精密な金型加工に対応する高精度機の開発が強く望まれた。こうした背景の中、1993
年に発売されたソディックの「EXC100」と牧野フライス製作所の「UPH-1」、三菱電機では 1996 年に発売された「90PA」、1997 年の「PX05」などが、この時代を代表する微細精密加工用の高精度機であった。
１）ソディック「EXC100」

EXC100（図 5.37）は、紡糸ノズル、半導体リードフ

図 5.39静圧空気軸受 5.35）

レームなどの微細精密金型に特化した油加工液の高精度機として 1993 年に開発され、小物加工に絞り込ん

２）牧野フライス製作所「UPH-1」

だ仕様（XY軸移動量 100 mm × 120 mm、工作物質量「UPH-1」（図 5.40）も半導体リードフレーム金型を10 kg、ワイヤ電極径φ 0.03 mm ～ 0.1 mm）となって始めとする微細精密加工専用の油加工液の高精度機といた。最大の特長は主要構造体にセラミック（図 5.38）

して開発され、XY軸移動量 120 mm × 200 mm、工を採用し、周囲の温度変化による機械の熱変形を最小

作物質量 5 kg、ワイヤ電極径φ 0.03 mm ～ 0.1 mm と限に抑えたことである。
また位置決め精度向上のため、小物加工に絞った仕様であった。最大の特長は、ワイ

XY軸の案内に静圧空気軸受（図 5.39）を採用し、浸漬

ヤ電極を水平方向に走行して加工する構成とし、加工加工槽で一般的な加工槽を貫通する下部アーム方式で後に切り離されるコア（スクラップ）をそのまま加工はなく、加工槽非貫通の懸垂アーム方式の加工ヘッド部に保持することが可能である。また、V 形割りガイ構造とするなど、徹底した摺動抵抗の削減を図り、高ドを採用し、ワイヤ電極をエアーで搬送する方式で水い真円度を実現した。また、フルクローズド制御によ

平方向の自動結線を実現し、φ 0.03 mm ワイヤ電極
放電加工機技術の系統化調査

63

をφ 0.1 mm 程の小径の加工開始穴に挿入することも継は 2002 年の「PA シリーズ」を経て 2014 年に「MP可能とした。2006 年に本機と姉妹機「UPH-2」のシリーズ」が発売された。また、2013 年には油加工

機械サイズを統合した後継機「UPN-01」が発売され、液を採用した高精度機「MX シリーズ」が発売され、現在に至っている

現在に至っている。

5.37）

。

5.38）

図 5.42
図 5.40三菱電機 PX05 5.3）

牧野フライス製作所 UPH-1 5.36）

図 5.43

機械構造体水冷システム 5.39）

以上、1990 年代は国内における微細精密加工分野の高度な要求と旺盛な設備需要に対応した高精度機の図 5.41

UPH-1 の構造 5.37）

開発が盛んで、その蓄積により海外の高精度機ブランドであったアジエ社に対し、漸く互角以上の評価が国内で得られるようになった。また、世界的にも日本の

３）三菱電機「PX05」
三 菱 電 機 の「PX05」（ 図 5.42）も 微 細 精 密 金 型 向けの高精度機として 1997 年に開発されたが、水加高精度機が認知され、欧州などにある高精度加工ユー
ザの集積地にも販売が行われるようになった。

工液を用いた速度の速い微細精密加工を実現すると と も に、 高 度 な防食技術を備えて超硬合金 の 各

64（4）2000 年以降の高精度機

種金型への適用を図った機械である。XY軸移動量

2000 年以降は、新しい傾向として大形工作物に対応

220 mm × 150 mm、工作物質量 100 kg、ワイヤ電極する高精度機が開発されるようになった。代表的な適径φ 0.03 mm ～ 0.25 mm と、前述の２機種より適用

用分野はプレス型のダイプレートやパンチプレートであ領域が広い仕様となっている。機械の熱変位対策としる。これらプレートには基準穴やポケット穴などが多数ては、断熱材を貼ったフルキャビンカバーと機械構造配置されており、それら穴間の寸法精度（ピッチ精度）

体の加工液循環温度制御により、機械の温度一定化がは、金型全体の精度を決める生命線となる。従来はこ図られた。人為的に 16 時間で周囲温度を± 3℃変化

れらを熟練者が治具研削盤で寸法を確認しながら加工させた場合、機械の温度を± 0.5℃以内とすることをしていたが、熟練者が不要で高精度加工を自動化でき可能とした。また、総合的な精度検証として、所るワイヤ放電加工への置き換えが徐々に進んでいた。近定のテスト加工を行い、± 2 μm 以内の加工精度を確

年、モータコアやコネクタ端子の薄板化などに対応して認して出荷する加工精度保証を業界で始めて実現した

プレス型の高精度化が進み、また、金型組立における手機械であった作業の寸法調整を排除するニーズが高まり、大形プレー

5.40）。その後、水加工液の高精度機の後

5.41）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchトのピッチ精度向上が増々求められるようになった。
こうした需要に応える機種として開発された高精度
機は、2002 年に三菱電機が 発 売した「PA20」（XY軸
移 動 量：500 mm × 350 mm）、2004 年 の 牧 野 フライであった。この課題に対応する主な要素技術について、三菱電機の「MP4800」を例として、以下に解説する 5.43）。
a . 軸送り精度向上ス製作所「W53FB」（同 550 mm × 370 mm）と西部電

工作機械の最も基本的な精度は真直度、即ち直線機「MM500S（図 5.44）」（同 500 mm × 350 mm）、2005

であるべき部分の幾何学的直線からの狂いの大き

年のソディック「AP500L」（同 500 mm × 400 mm）、さである。特に大型工作機械では重要な精度指標

2008 年 の 西 部 電 機「SuperMM500S」（ 同 500 mm ×であり、ウェービングの少ない高精度なリニアガ

350 mm）と続いた。その後、さらに移動量の大きな高精イドの採用は勿論、ガイド取付基準面の真直度を度機として、2009 年の西部電機「MM750S」（同 750 mm

如何に誤差ゼロに近づけて加工できるかが高精度

× 500 mm）、2012 年 の ソ デ ィ ッ ク「AP650L」（同

化の鍵となる。大型高精度機の製造に対応して、

650 mm × 420 mm）、2014 年の三菱電機「MP4800（図メートルあたりサブミクロンの真直度を実現する

5.45）」（同 800 mm × 600 mm）などが開発された。

ため、超精密門型研削盤の導入、温度許容差の厳しい恒温室の設置などに投資が必要であった。
b . 熱変位対策
構造体の加工液循環温度制御を始めとする様々な熱変位抑制の技術が盛り込まれた。しかし、大型機であるが故に、僅かな温度変化による熱変位が無視できない誤差となる。稼働中の温度を常にモニターし、温度変化による構造体の変位を演算し、制御座標値を補正する「熱変位補正機能」
が盛りまれた。
c . シャフトリニアモータ
一般的な平板構造のリニアモータと異なる特殊設

図 5.44

西部電機 MM500S 5.42）

計のシャフトリニアモータ（図 5.46）が採用された。全磁束を効率的に推力に変換し、発熱が少な
く機械温度制御の負荷が小さいため、高精度化に適したリニアモータとして搭載された。

図 5.46
図 5.45三菱電機 MP4800 5.43）

シャフトリニアモータ 5.43）

以上で紹介した中大型の高精度機は、各社が指定すこれらの機械は、1990 年代に開発された小型高精る条件下でピッチ精度± 2 μm 以下を実現すると謳わ

度機で実現した加工精度を、より大きな軸移動量の加れた。但し、数 100 mm を超える寸法のピッチ精度は、工で実現することを目標に開発された。より大きな軸機械精度だけではなく、周囲環境温度、材料熱処理（残移動量で目標精度を実現することが、技術力の指標の留オーステナイト量）、測定器の精度など顧客側の技ひとつになった。具体的な加工精度の目標値は各社で術や設備に委ねる部分が多くなる。例えば、高精度な差異があったが、業界を通じて概ね寸法誤差± 2 μm

画像測定システムで数 100 mm を超える寸法を測定す

以下を、数百 mm を越える軸移動量で実現することる場合、仕様上の測定誤差は 1 μm 以上となるので、放電加工機技術の系統化調査65測定器も精度管理上の誤差要因のひとつになる *1。

②ウォータジェット方式

日本における超高精度金型の加工現場では、特定の 直径 0.5 mm ～ 2 mm 程のジェット水流を噴出し、計測システムを言わば原器として定め、これに準拠しその中にワイヤを誘導して搬送する方式である（図て加工精度の管理が行われるのが実態である。近年の5.53）。ワイヤには水流との摩擦で、水流方向に引っ高精度機は、高精度な測定器に匹敵する程の精度を実張り力が生じるので、その力をワイヤの搬送に利用現していると言える。

する。この方式は、ワイヤの剛性が低いほど搬送が容易で、剛性が高い大径ワイヤになるほど搬送が難5.3 自動化、省力化技術
5.3.1

ワイヤ自動結線装置

しくなる。
③エアジェット方式
 エアジェットから得られる搬送力は小さいので、ワイヤの搬送に用いられる場合は概ねφ 0.05 mm 以

ワイヤ自動結線装置とは以下の機能を持つ装置である。

下の細線に限定される。但し、エアジェットによりワイヤに微振動が発生し、摺動抵抗を小さくする効ⅰ）複 数の加工箇所を連続して自動加工するため、果があるので、一般に良く使われるφ 0.2 mm 以上

NC プログラムの指令によりワイヤ電極（以下のワイヤの搬送で補助的に用いられる場合がある。

「ワイヤ」）の結線と切断を行う機能。
ⅱ）加工中に発生するワイヤの不意の断線を自動的に修復し加工を再開する機能。

２）ワイヤガイド方式①分割ガイド方式
 図 5.47 に示したワイヤガイドは固定側と可動側

ワイヤ放電加工機が誕生した当時から、これらの機にする方式で、通常はワイヤガイドを閉じてワイヤ

能を望む声が聞かれたが、φ 0.2 mm 程の細いワイヤ

を狭い隙間で拘束する。結線動作中は、ワイヤガイを隙間の狭いワイヤガイドや屈曲した 1,000 mm 程のドを開いて、ワイヤの挿通を容易に行えるようにす

長い経路に自動的に挿通することは非常に難易度の高る。結線の成功率が高いことが特長であるが、ワイ

い技術であった。当時の技術者が最初に考えたアイデ

ヤガイドの可動部に動作不良があると、ワイヤの拘アのひとつは、エアを使って糸を自動挿通する繊維機

束精度に問題が生じる。

械技術の応用であったが、剛性や重量が大きく異なる②固定ガイド方式

電線が対象では、十分な搬送力が得られなかった。既 図 5.48 に示す丸穴のダイヤモンドダイスガイド

存技術の応用ではなく新しい技術が必要となり、暫らなどの固定ガイドを利用する方式である。ワイヤをく開発に時間が費やされ、漸く 1980 年頃からワイヤ

確実に拘束するため加工精度の不安はないが、結線

自動結線装置が各社から発売されるようになった。

の成功率が低下するため、ワイヤの送り込み速度を速くし難い。ワイヤの先端をガイドの狭隘部へ円滑（1）ワイヤ自動結線装置の基本技術
ワイヤ自動結線装置の基本となる要素技術についてに誘導できるよう、案内形状、案内面の耐食性、部品継ぎ目の平滑化などに工夫が凝らされた。

以下に述べる。
１）ワイヤ搬送方式①パイプガイド方式（ローラ搬送方式）
 ローラなどの送り出し機構により、ワイヤをワイ
ヤ走行経路へ送り出す方式である（図 5.50）。上部
ガイドから下部ガイドまでの間が、開放空間となる場合が多いので、結線動作中は昇降式のパイプガイ
ドを降ろしてワイヤをパイプ内に拘束して送り出す
方法が一般的である。この方式は、送り出し機構からの推進力をワイヤの先端に伝える必要があるた
め、ワイヤの剛性が高いほど挿通が容易で、剛性が低い小径ワイヤになるほど挿通が難しくなる。
*1

分割ガイドの図 5.48
事例 5.44）		

固定ガイドの事例 5.45）

高精度画像測定システムの最大許容 X 軸 /Y 軸単一方向長さ測定精度（EUX , MPE EUY , MPE）の事例：
1.2 + 4L/1000 μｍ Ｌは測定長さ（mm）

66

図 5.47

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

１）三菱電機 「SK 装置」

３）再トライ機能
ワイヤ自動結線動作が失敗し、ワイヤが所定の経路

三菱電機が 1981 年に発売したワイヤ自動結線装置から外れてしまった場合、或いはワイヤの先端に折れ「SK 装置」の外観を図 5.49 に、全体構成を図 5.50 に曲がりが生じて、先に進まなくなった状態などの異常示す。ワイヤガイドは、上下ともに固定ガイドのダイを検出し、それを修復し結線動作をやり直す機能を再ヤモンドダイスガイドである。特徴は、先端にダイヤ

トライ機能と呼ぶ。異常を検出すると、動作を中断し、モンドダイスガイドが取付けられたパイプガイド方式

ワイヤを巻き戻して結線動作をやり直す方法や、ワイである。通常時はクランプ機構がパイプガイドを固定

ヤの先端から一定の長さを切断除去し、折れ曲がりがしているが、結線動作中は、クランプを開放しスライない状態としてから新たに結線動作を行う方法がある。

ダーの移動でパイプガイドが降下し、下部ワイヤガイ

４）自動断線復帰機能

ドの直ぐ近くまで上部ワイヤガイドが接近する。また、加工の途中でワイヤが不意に断線した場合、自動的

スタート穴径が小さく、パイプガイドが通過できないにワイヤを結線し加工を再開する機能が自動断線復帰

場合は、図 5.50 の下限検出リミットスイッチで、パイ機能である。基本動作は、加工中に断線が起こると、プガイドの降下位置を工作物の上面に設定し、スター加工を開始した位置に戻ってワイヤを結線し、加工済み

ト穴を案内経路に利用し、ワイヤを送り出して結線すの経路を辿り断線点に達する直前に電源を入れて加工る。使用可能ワイヤ電極はφ 0.2 mm からφ 0.3 mmを再開する。
ワイヤ自動結線装置に不可欠な機能であり、黄銅ワイヤ、結線の所要時間は約 2 分を要していた 5.53）。

各社とも発売当初の装置からこの機能を搭載していた。
（2）初期のワイヤ自動結線装置
ワ イ ヤ 自 動 結線装置が各社から販売され 始 め た1980 年頃は、ワイヤ放電加工機の先行メーカであったジャパックス、三菱電機、西部電機に加え、ファナック、牧野フライス製作所、ソディックなどが参入していた。日本初のワイヤ自動結線装置はファナック
がドイツのシーメンス社から技術導入して完成させたものであった。その当時、世界的にシーメンス以外には実用化の例が無かったと伝わっている 5.46）。その後、各社が次々と装置を完成し、1980 年代半ばまでに主要メーカの自動結線装置が出揃った形となった。主要メーカの初期のワイヤ自動結線装置の名称や発売時期などを表 5.4 に簡単にまとめた。
表 5.4

初期のワイヤ自動結線装置

図 5.49SK 装置外観図 5.52）

図 5.50SK 装置構成図 5.52）

5.47）
5.48）
5.49）
5.50）
5.51）

各社の自動結線装置は、ガイド方式やワイヤ搬送方式などが様々で、独自性に溢れた設計が為されていたが、ここでは 1980 年代に開発された装置の事例をいくつか紹介する。

放電加工機技術の系統化調査

67

２）牧
 野フライス製作所 ECシリーズ搭載自動結線装置

また、ジェット水流を下部の固定ガイドに噴射する

牧野フライス製作所は 1983 年にウォータジェット方と反射波やノズル内に充満する水で、ジェット水流が式のワイヤ自動結線装置を開発した。主要部構成を図乱れる問題があったが、下部ノズルを特殊構造とし、5.51、ワイヤ電極走行経路を図 5.52 に示す。ワイヤガイ

ジェット水流を吸引回収する仕組み（図 5.54）を開発

ドは、上下部ともに分割ガイド方式で、固定側の V 溝

して問題を解決した。一方で、ワイヤ送りの高速化がガイドと可動側のフラットガイドで構成される。

難しい方式のため、その後、結線時間を短縮するため

ワイヤ電極の搬送はウォータジェット方式で、ノズルの改良開発に歳月を費やした。

から噴出するジェット水流がワイヤ電極を内包し、上部ワイヤガイドから下部ワイヤガイドまで搬送する。
ジェット水流と分割ガイドの採用により高速な結線動作が特長で、結線の所要時間は約 1 分であった。使用可能ワイヤ電極はφ 0.10 mm からφ 0.30 mm の黄銅ワイ
ヤである。

①ダイス
②ノズル
③案内穴

図 5.53AF 装置 5.55）④センサ⑤センサエアブロー⑥位置補正ローラ⑦カッタ

図 5.51

主要部構成図 5.54）

図 5.54上下ワイヤガイド機構 5.56）（3）ワイヤ自動結線装置の技術開発の系統化調査
1980 年代の自動結線装置はまだ完成度が低く、信頼性や機能を向上する開発が 2010 年頃まで続いた。
ワイヤ自動結線装置の発展に重要であったと考える技術について次に述べる。
１）結線成功率の向上
図 5.52３）三菱電機

ワイヤ電極走行経路 5.54）

率が 100% であることだが、その理想にはなかなか到達できない現実があった。適切な例えではないかも知

AF 装置

三菱電機は 1988 年にウォータジェット方式と固定れないが、コピー機の紙詰まりが皆無にならないこと

ガイド方式を採用した自動結線装置 AF 装置（図 5.53）に似ている。成功率に影響する要因は装置そのもののを開発した。ウォータジェット方式は、水流が通過で問題もあるが、例えばスラッジの堆積や品質の悪いワ

きる様に分割ガイドとするのが一般的であったが、加イヤの使用が、動作不良の原因となる場合も少なくな工精度を重視するため穴径がワイヤ径 +10 μm 以下のい。成功率向上のために、装置の信頼性向上、外乱に固定ガイドを採用した。クリアランスの狭いガイドに対する尤度の確保、或いは失敗の予兆検出による回避

ワイヤを通すため、ワイヤにバリが出ない切断方法と動作などの技術が開発されてきた。

して張力を加えた電気溶断方式を採用した。

68

ワイヤ自動結線装置で最も重要なことは結線の成功

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

各社の個々の製品について信頼性向上の詳細を知

る術は無いが、成功率の向上に寄与した共通の要素
技術は、ワイヤ電極の熱処理（アニール処理）による真直度の矯正であったと著者は考える。この技術を最も早く取り入れたのは 1983 年に西部電機が開発した AWF-1 であった。その後、多くのメーカがこの技術を取り入れて結線率を向上する効果があったと考える。各社の装置は現在、限りなく 100% に近い成功率を実現している。
２）断線点挿入機能

図 5.56

自動断線復帰機能について既に述べたが、大形の形状を加工する場合、断線から復帰までに長い時間を要

プリント基板抜き型 5.59）

４）細線ワイヤへの適用し、また加工済みの溝が歪んで狭くなり、ワイヤが通放電加工機の業界では線径φ 0.1 mm 未満のワイヤ

過できない問題がある。それらを解決するために自を極細線、または細線ワイヤと呼んでいる。半導体リー動断線復帰機能に追加開発されたのが断線点挿入（供ドフレーム、時計部品などの微細精密加工の分野では、

給）機能で、ワイヤを断線した箇所で結線することを

線径φ 0.03 mm、φ 0.05 mm などの細線ワイヤが使可能とした技術である（図 5.55）。1988 年に西部電機、われる。これら髪の毛より細いワイヤの自動結線は、

1990 年に三菱電機が関連する特許を出願して一般的なφ 0.2 mm ワイヤの結線より難易度が高く、いるが、実用化では西部電機が 1992 年以前に開発し実用化されたのは 1990 年を過ぎた頃で、5.2.4 章で解た AWF-2B が先駆けとなった。

説した微細精密加工用高精度機の一環として開発され5.56） 5.57）

た。主なところでは、φ 0.05 mm ワイヤの自動結線
は 1993 年のソディク EXC100、φ 0.03 mm ワイヤの自動結線は 1993 年の牧野フライス UPH-1、1997 年の三菱電機 PX05 で実用化が始まった。
（4）ワイヤ自動結線装置の各社製品開発の歴史
ワイヤ自動結線装置に関る様々な技術はおよそ 30 年以上の長期に渡り開発が継続された。各社ともその時々の開発成果を反映した数多くの装置を世に送り出した
図 5.55

断線点供給（西部電機）5.58）

３）結線時間短縮 -10 秒結線 -が、その中から各社の代表的な装置を表 5.5 にまとめた。
5.3.2

自動中子処理装置

結線の時間短縮は、結線の成功率と二律背反となる

ワイヤ放電加工機の自動化は、ワイヤ自動結線装置ため、1980 年代は積極的に時間短縮に向かう動きはで大きく前進したが、もうひとつの課題は荒加工の終見られなかった。当時、業界の平均的な結線時間はわりに切り落とされる中子（コア、スクラップとも）

90 秒程度で、段取り作業で手待ち時間が長くなるなの処理である。例えば高精度な金型を加工するには、

ど、顧客の不満となっていた。1990 年頃、結線時間

仕上加工が必要になるが、荒加工から仕上加工まで一短縮の要求がひと際高まったのが、図 5.56 に示すプ

貫した自動化を実現するには中子の処理も自動化する

リント基板抜き型の分野であった。1 箇所の加工が数必要がある。この場合、対応方法は二つあり、一つは分で完了するような小形状の加工が、１つの工作物に小寸法の加工形状に適用される自動拡大加工と呼ばれ数 10 から数 100 箇所以上あるため、稼働時間に占める方法（図 5.57）である。これは、ワイヤ電極を徐々る結線時間の割合が無視できない状況であった。こうに拡大する軌跡で移動させ、スクラップを残さず、全したニーズに対応し、西部電機は 1995 年に開発したて放電加工でスラッジにする方法である。例えば、セ自動結線装置 AWF-3 で、結線時間 10 秒を達成した。

ラミック電子部品成形型などの小寸法形状を数多く加技術史に足跡を刻むとともに、「10 秒結線」が競合他

工する金型で実用化されている。しかし、一般には自社の目標となった。現在は各社とも同等の結線時間に動拡大加工が適用できる対象が少ないため、中子を自達している。

動的に処理する自動中子処理装置が必要となる。
放電加工機技術の系統化調査

69表 5.5ワイヤ自動結線装置の各社開発史

図 5.5770

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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自動拡大加工 5.55）

図 5.58 は、三菱電機が「ASR」（Auto Scrap Remover）の名称で 1988 年に発売した自動スクラップ処理装置である 5.60）。この装置は、ロボットハンドに装着した電磁石で中子を吸着し、回収箱まで搬送する動作を自動化したものである（図 5.59）。尚、荒加工が終わって切り離された中子は、ロボットに吸着されるまでに落下しないよう、下部ガイドの保持機構で支えら

図 5.60

ソディック中子処理装置 5.62）れる仕組みである。
以下、同時期に発売された各社の装置事例を紹介す牧野フライス製作所は、「自動コア抜き装置」の名る。図 5.60 は、
ソディックが「Aシリーズ」のオプショ称で、1989 年の型技術者会議で自動中子処理装置をンとして発売した中子処理装置の動作説明図である。

発表している 5.63）。図 5.61 に示す構成の通り、磁石

荒加工を進め、中子が切り落ちる手前に達した時点で、で中子を吸着する方式を採用している。暫らく後の下受け板が上昇する。その後、中子が切り落ちるまで

2007 年、牧野フライス製作所はワイヤ電極を水平方加工を進め、下受け板が中子を保持する。次にワイヤ向に走行させるユニークな設計のワイヤ放電加工機

ガイドの位置を移動し、中子が下受け板から落下する「UPN-01」
を発売し話題になった。その話題の一つは、ように移動する。

図 5.62 の自動中子処理装置で、工作物を立てて加工

中子は、ベルトコンベアに運ばれ、回収箱に収容さするため、切り離した中子が加工された穴の中に保持れる仕組みである。また、中子の有無を確認用ピンでされ、横方向から加工液をジェット噴射して、中子を検出し、中子と機械の干渉トラブルを防止する安全策

処理する方式であった。

が取られている。

図 5.61
図 5.58

自動コア抜き装置 5.63）

自動スクラップ処理装置 5.61）

図 5.62

自動コア抜き装置（機械本体 UPN-01）5.64）

さらに時代が進んだ 2011 年、西部電機から中子処
図 5.59

中子処理動作 5.61）

理に関する新技術である「コアステッチ」が発表された。これは、加工電源から供給する電流波形を、加工中にワイヤ電極材の黄銅が工作物に溶着し易い波形に放電加工機技術の系統化調査

71変更し、加工を進めながら加工溝を黄銅の溶着で埋めき抜けない状況が発生する。現状はユーザによるて、中子が落下しないように保持する技術である。電適用可否判断が必要。

極材の溶着は古くから知られていた現象で、電流ピー• 工作物の上面に段差がある場合、磁石吸着方式でク値に対しパルス幅が長い波形で、かつ放電間隙が狭は、中子を吸着できる距離に近づけない。また、い加工で発生し易い。加工溝が溶着で埋まると、加工溶着方式では加工ヘッドが工作物から離れるため

後に中子が取り出せないトラブルとなるため、むしろワイヤ電極の振幅が大きくなり放電間隙が広がり

溶着を回避する対策が取られてきた歴史がある。コア

溶着が生じない場合がある。

ステッチは溶着を活用する逆転の発想で、図 5.63（左）自動中子処理装置は、現状では世の中に大きく貢献に示す様に、加工後に軽いハンマリングで中子が落下しておらず、発展途上の技術と言える。また、残されする程度に最小限の箇所を溶着させる方法である。また課題は、何れも解決の道筋を見出すのが難しい。した、
図 5.64 はコアキャッチと呼ばれる装置で、上部ヘッかしながら、ワイヤ放電加工機の完全な自動化のため

ドに設けられたピンが中子を突き落とし、中子を下部に避けて通れない課題である。生産技術の泥臭い課題

ヘッドに設けられた箱に回収する仕組みである。

を解決するモチベーションが高い日本であれば、何れは道が拓かれるであろうと期待する。
参考・引用文献
5.1） 三 菱電機, カタログ Fシリーズ W-C7146-A,（1982）
5.2） 当時の設計者へ取材
5.3） 三菱電機提供
5.4） 市川満男：日本製ワイヤカットに対応するオベロン



図 5.63

溶着による中子の固定（左）溶着部の観察（右）5.65）

電極線の加工事例 , 金属プレス, pp.24-28,（1995）
5.5） 青 山正義：放電加工電極線の技術動向と開発 .
電気加工学会誌，35（79）, pp.46-51,（2001）
5.6） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ FA シ リ ー ズ W-K02-0C5194-E,（2001）
5.7） 佐藤清侍 , 佐藤達志 , 山田久 , 真柄卓司 , 今井祥
人：ワイヤ放電加工におけるワイヤ断線防止制
御 , 電気加工学会全国大会講演論文集 , pp.4546,（1997）
5.8） 佐藤清侍 , 佐藤達志 , 山田久 , 真柄卓司 , 今井他
ワイヤ放電加工におけるワイヤ断線防止制御 ,

図 5.64

コアキャッチ（中子回収装置）5.65）

ここまで、自動中子処理装置の開発経緯を述べてき

5.9） フ ァ ナ ッ ク , カ タ ロ グ CUT-W series CE-09,（1991）た。しかし、これが広く普及しているかと言えば、残5.10） 原 田武則：ソディックにおける放電加工の技

念ながら、現状はそうではない。端的に言えば、現在

術 開 発 , 電 気 加 工 学 会 誌 , 51（126）, pp.43-47,の技術では制約事項が多いことが普及を阻害している。制約事項の主なものを以下に述べる。

（2017）,
5.11） 毛呂俊夫 , 田中誠 , 佐藤清侍 , 木村宗雅 , 竹内

①材料要因

浩志：最近の汎用ワイヤ放電加工機 , 三菱電機

• 磁石で吸着する方式は、吸着しない材料や、吸着

技報 , 71（4）, pp.377-382,（1997）

力が弱い材料に適用できない。

5.12） 真柄卓司 , 弥冨剛 , 小林和彦：ワイヤ放電加工②形状要因

における高精度仕上の研究 , 電気加工学会誌 ,• 回収できる中子の寸法や重量に制限があり、大き24（48）, pp.45-64,（1991）

な中子には適用できない。

72

電気加工学会 , 48（118）,  pp.108-117,（2014）5.13） 倉橋安則 , 山内基夫：高精度ワイヤカット放電• 長尺形状、或いは外形中心と重心が乖離する形状

加工機 DWC90P 形 , 三菱電機技報 , 56（2）, pp.

では、切り離された際に中子が傾斜して穴から引

175-180,（1982）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

5.14） 佐 藤清侍 , 湯澤隆：三菱電機の放電加工技術 ,
電気加工学会誌 , 51（126）, pp.49-52,（2017）5.15） 牧野フライス製作所 , カタログ EC-3141 H-141
872
5.16） 特開平 07-227718, ワイヤ放電加工用電源回路及び電源用回路装置
5.17） 酒井洋三 , 後藤昭弘 , 他：ワイヤ放電加工にお5.33） 倉橋安則 , 荒槇淳 , 新開勝、大丸隆正、中山建
夫：ワイヤ放電加工機の最新技術 , 三菱電機技報 , 61（6）, pp.430-435,（1987）
5.34） ソディック , カタログ EXC.J95.01
5.35） ソディック , カタログ WAP/EXC.J99.09
5.36） 牧野フライス製作所 , W-EDM の変遷
5.37） 牧野フライス製作所 , カタログ H202 9501

ける交流高周波電源を用いた形状加工精度の向5.38） 高 瀬義之：
「超精密ワイヤ放電加工機 UPN-01

上 , 2011 年精密工学会春季大会学術講演会公演の開発」にまつわる話 , 精密工学会誌 , 76（6）,

論文集 , p. 27-28,（2011）

pp.619-620 ,（2010）5.18） 特開 2006-321007, 放電加工機用電源装置及びワ
イヤ放電加工装置
5.19） ソ デ ィ ッ ク , ソ デ ィ ッ ク の 歴 史 https://www.sodick.co.jp/st/history/01/age03.html,（2022/12/5 閲覧 引用）5.20） 真柄卓司 , 山田久 , 佐藤清侍 , 弥冨剛 , 小林和
彦：非電解ワイヤ放電加工による加工面の高品
質化 , 電気加工技術 , 16（53）, pp.1-7,（1992）
5.21） 山田久 , 真柄卓司 , 佐藤清侍 , 弥冨剛 , 伊藤影
康：無電解電源 AE 搭載ワイヤ放電加工機 , 三5.39） 三菱電機 , カタログ W-K02-2-C6093-B_0303
5.40） 真柄卓司 , 大場信昭 , 佐藤 清侍 , 岩田明彦：半導体向け超精密ワイヤ放電加工機“PX05”, 三
菱電機技報 , 75（7）, pp.453-456,（2001）
5.41） 富本直一 , 新開勝 , 毛呂俊夫：放電加工機の最新技術動向と将来への課題 , 三菱電機技報 , 75（7）, p.7,（2001）
5.42） 西部電機 , カタログ 4118-3（06.10.OB）
5.43） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ MP シ リ ー ズ K-K02-5C0148-C,（2016）

菱電機技報 , 67（2）, pp.183-186,（1993）5.44） 特開平 06-055357

5.22） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ SX シ リ ー ズ L（ 名 ）5.45） 特開平 03-136724

74113097-A,（1994）5.23） 三菱電機 , 最新腐食防止技術と超硬加工品質の向上 ,（2011）5.24） 真柄卓司 , 弥冨剛 , 山田久 , 小林和彦：ワイヤ

5.46） 日経産業新聞 , 1979/1/29（1）5.47） ファナック , カタログ TC-07,（1979）
5.48） 日経産業新聞 , 1980/10/14（8）5.49） 西部電機社史

放電加工における形状精度に関する研究 （第5.50） 栗原治弥：牧野フライス製作所 EDM 開発の歴１ 報 ）, 電 気 加 工 学 会 誌 ,   25（49）, pp. 23-32,

史 , 電気加工学会誌 , 51（126）, pp.37-42,（2017）（1991）

5.51） ソディック提供資料5.25） 真柄卓司 , 弥冨剛 , 山田久 , 小林和彦：ワイヤ

5.52） 三菱電機 , H1 シリーズ取扱説明書 BRN-49491

放電加工における形状精度に関する研究 （第 25.53） 山田久 , 大友陽一 , 酒井明弘：高速ワイヤ自動報）, 電気加工学会誌 ,  26（52）, pp. 1-15,（1992）

供給装置 “AT” , 三菱電機技報 , 75（7）, p.36,

5.26） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ FX シ リ ー ズ W-K02-7C2660-B 9706
5.27） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ FA シ リ ー ズ W-K02-0C5194-E 0110

（2001）
5.54） 牧 野 フ ラ イ ス 製 作 所 , カ タ ロ グ EC Series_
H136 8610
5.55） 三菱電機 , カタログ W-C7509-E 名 -8909

5.28） 佐 藤達志 ,：ワイヤ放電加工における高精度化5.56） 特開平 04-141322と 自 動 化 , 精 密 工 学 会 誌 , 71（5）, pp.549-552,

5.57） 特開平 02-145215（2005）

5.58） 西 部電機 , カタログ EW シリーズ No.40004-2

5.29） 三 菱 電 機 , カ タ ロ グ FA-P シ リ ー ズ L（ 名 ）13010-D（0209）MEE
5.30） 三菱電機 , カタログ W-C6643-A,（1980）
5.31） 倉橋安則 , 山内基夫：高精度ワイヤカット放電
加工機 DWC90P 形 , 三菱電機技報 , 56（2）, pp.
175-180,（1982）
5.32） 三菱電機 , カタログ W-C7509-E,（1989）（92.10.5G）
5.59） 三菱電機 , カタログ H Series W-C7801-A NA8810
5.60） 三 菱電機 , カタログ 110PH L（名）74113049-B（8810）
5.61） 三菱電機 , カタログ W-C7569-I 名 -9111
5.62） ソディック , カタログ A series
放電加工機技術の系統化調査73

5.63） 天利英明：ワイヤ放電加工機の自動化とその応用 , 型技術 4（7）, pp.112-113,（1989）
5.64） 牧 野フライス製作所 , カタログ UPN-01 H262
0711/3（SJ-M）

74

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

5.65） 西 部 電 機 , カ タ ロ グ MB シ リ ー ズ 4133-O,（2017）

6 形彫放電加工機発展の系統化調査
本章では、概ね 1980 年から 2015 年頃までに開発さ電源により電極消耗率が 1% 以下に改善した。ここでれた技術の中で、形彫放電加工機の発展に貢献した技は、電極消耗率をさらに 0.1% 以下としたマイルストー

術について調査した結果を述べる。

ン技術について述べる。

6.1 生産性向上（1）超低消耗電源の研究開発
1960 年代に行われたデ・ブリュイン（H. E. De Bruyn）の研究は、電流波形の立ち上がりに傾斜（スロープ）

形彫放電加工機の生産性は、荒加工の速度を指標とを持たせることで電極消耗率を 0.1% 以下にできるこする時代もあったが、現在は貫通穴加工の一部例外をとを示したが 6.1）、工業的に実用化する手段が開発さ除き、荒加工の速度を競う状況にはない。半導体電源

れていなかった。三菱電機は 1975 年に「電流波形制が実用化した当時、電源容量を上げ大電流パルスを供

御（特殊電流波形）による加工特性」と題する論文を給する電源が開発され、現在の視点から見ても十分に

電気加工学会に発表した。この論文では、トランジス

速い荒加工速度を達成していた。その後、形彫放電加タ回路による電流波形の制御方法の開発と、それを応工機の生産性は、目標の加工品質を得るまでの荒加工用して電流波形を三角波や台形波に制御し、それらのと仕上加工を含めた総加工時間が指標となり開発が進加工特性に関する研究結果を報告した。

められるようになった。
また、放電加工機への市場ニー

図 6.1 は、この研究に用いられた実験用の回路で、ズは、加工の難易度や品質への要求が年々高度化してプログラムボードのインサートピンでトランジスタのおり、メーカ各社は次々と新しい目標に向けて生産性

ON または OFF を設定し、任意の波形形状をつくる向上の開発を続けている。

ことが可能である。図 6.2 は三角波、図 6.3 は台形波に制御された電流波形の観察結果である。実験から得

6.1.1

超低消耗電源られた結論で、重要な点は以下の通りであった。

形彫放電加工機の生産性は、目標の加工品質を得る①電流波形の立ち上がりのスロープを緩やかにする

ための総加工時間が指標であると説明したが、総加工

ほど、電極消耗率が急激に小さくなる。三角波の時間の短縮には電極消耗が鍵となることを以下に述べ場合、方形波の 1/10 以下になる。（銅電極で鋼る。荒加工に於いて、パルス電流値を大きくして速度を加工した場合）を上げると、電極の消耗が増えて加工精度や面粗さが②加工速度は、立ち上がりのスロープを穏やかにし悪くなる。パルス電流値が小さく加工除去量も少ないても大きな変化がない。三角波の場合、実験の範

仕上加工の負担が増える形となり、却って総加工時間

囲では、方形波より最大で約 20% の低下に留まっが長くなってしまう。従って、荒加工の速度は、仕上た。（同上）

加工の負担が大きくならない様に制約を受ける。
電極の消耗についてもう少し説明すると、加工に使用される電極表面は場所によって放電を受ける累積時間が異なり、また角部は平坦部に比べて放電の頻度が高くなる。電極の消耗量は局所的に不均一となり、工作物に加工される形状にも局所的な形状誤差が生じる。誤差の不均一が大きいほど、これを修復するために仕上加工の時間が長くなってしまう。荒加工の電極
消耗率（または電極消耗比）を改善することができれば、仕上加工の負担を減らし、総加工時間の短縮につながる。電極消耗の改善は、こうした図式で生産性向上に直結する。
3 章で述べた通り、RC 回路の電源では電極消耗率
が 10% を超えていたが、その後に開発された半導体

電流増分値⊿ I ： 4 or 10A
点弧時間間隔⊿ t ： 1µs 以上
トランジスタ個数 n ： 10 個

図 6.1

電流波形制御回路 6.2）
放電加工機技術の系統化調査75

図 6.4 には、前述のスロープコントロールとイグニッションパルスのふたつの回路の動作が示されているが、先にイグニッションパルスを説明する。図の左側の電圧波形は、開放電圧が印加されてから、適切な経過時間の範囲で放電が発生した場合の波形を示し、
図 6.2

三角波の電流波形 6.2）

図の右側の電圧波形は、基準とする経過時間を超えても放電が発生しなかった場合を示す。経過時間の長さ
は、電極と工作物の極間距離と相関があり、極間が広いため放電が発生し難い状態と判定し、高電圧のイグ
ニッションパルスを出力して放電を誘起している。この回路は、有効な放電パルスの数を増して加工効率が低下しないように動作する。電流波形は、放電が発生

図 6.3

台形波の電流波形 6.2）

したタイミングに依らず、前述のスロープコントロー
ルが働き、電極消耗が少ない放電となる。図 6.5 は電以上のことから電流波形の立ち上がりを緩やかなス

流波形のスロープ勾配と加工特性の関係を示すが、電ロープにすることで、加工効率の低下を一定範囲に留極消耗率はスロープの勾配が緩やかになるに従い改善

めつつ、電極消耗を大幅に改善できることが見出されするが、加工速度は勾配が一定の値を超えた辺りからた。この結果は、形彫放電加工の加工精度向上と総加

目立って低下する。電極消耗と加工速度がうまくバラ

工時間の短縮に大きく貢献する技術へと繋がった。

ンスする最適な勾配を求めることが重要であるが、加工内容や Ip などの条件によって変わるため、加工条（2）超低消耗電源の製品化件のデータベース作りも膨大な実験量を必要とする開前述の論文が発表された当時は、波形制御をデジタ

発作業であった。

ル制御で行うことが目新しい時代であり、論文が示し

SC 回路に関る特許は 5 件を登録し、その中の１件た回路技術は新規性や独自性に富んでいた。しかし、である特許第 1120049 号は、1990 年度全国発明表彰、

この技術が製品に反映されるまでには、長い年月を要

発明賞を受賞した。これら特許は米国、ドイツ、スイス、することになった。当時の関係者の話では、製品化にイタリアでも登録となったが 6.3）、欧米メーカの先行

時間がかかった最大の理由はコストであり、インダク特許に苦しめられてきた時代から、漸く日本のメーカ

タンスを使って電流の立ち上がりをスロープにする安が世界的に開発の先頭に立つ時代に変わったのがこの価な方式の代替回路が暫く採用されていた。

頃であった。

しかし、他メーカもスロープ方式を採用した回路を開発する状況となり、差別化を強化するため、デジタ

Z 軸駆動機構 - ジャンプ動作の高速化 -ル制御によるスロープコントロール方式回路「SC 回形彫放電加工を安定して行うには、加工状態に応じ路」を完成し、1986 年に発売した形彫放電加工機「Kて電極を高応答で昇降させて電極と工作物の間隙を最シリーズ」に搭載した。図 6.4 は「SC 回路」の電圧適化するサーボ制御が重要である。また、２章で述べと電流波形を示し、図 6.5 は電流波形と加工特性（加た通り、電極と工作物の極間に溜まるスラッジを排出

工速度、電極消耗率、面粗さ）の関係を示す。

するため、Z 軸を一定周期で昇降させるジャンプ動作

図 6.4 「SC 回路」の電圧・電流波形 6.3）

76

6.1.2

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図 6.5

電流波形と加工特性 6.3）

も高速な軸送りを必要とする。

また、この時代は、工作機械の軸送り案内が伝統的3 章で述べた通り、初期の形彫放電加工機の Z 軸駆

な滑り案内（V- 平案内、他）から、NC 装置の制御に動機構は電気モータとギアの減速機で構成する方式が適している転がり案内へ転換する時期であった。転が主流であった。1960 年代に入り、電気 - 油圧サーボ弁

り案内はこの当時、3 章で紹介した事例の様に各社がが利用可能となり、従来方式より応答性や位置決め精内製していたが、THK 社がパッケージ方式のリニア

度が高い油圧サーボの採用が進み、1980 年頃までは、

ガイドウェイの販売事業を始めた頃であった。M シ

油圧サーボが Z 軸駆動機構の主流となっていた。

リーズでは、駆動機構の刷新を目指し、まだ業界で（1）ダイレクトドライブモータ方式サーボド）をいち早く採用した。但し、初期の LM ガイドには実績の少ないリニアガイドウェイ（製品名 LM ガイ
1980 年代に入ると、NC 装置の普及、モータや位置は剛性不足や油切れなどの課題があり、採用までには検出器の性能向上などが進み、電動モータで構成する

THK 社と連携した評価、改善に多くの時間を費やす

軸送り駆動機構が、油圧サーボを上回る性能を発揮で必要があった。この苦労は両社にメリットがあったときるようになった。各社ともモータサーボへ転換する

思うが、三菱電機に於いては、DDM 方式と併せ、現流れとなったが、その一例を次に述べる。

在まで続くモータ送り駆動機構の基礎を固めることが三菱電機は 1981 年に、ダイレクトドライブモータ

できた。

（DDM）方式の駆動機構を XYZ軸に搭載した形彫放電加工機「M シリーズ」（図 6.6）を発売した。図 6.7（2）リニアモータサーボの開発

は駆動機構の構成で、高トルク・低回転型の DC サー

形彫放電加工機の加工性能の向上には、高精度、高ボモータを採用し、減速機を排し、カップリングを介応答な軸送り駆動機構が重要である。現在も主流としてモータ軸をボールねじに直結することで、歯車列なっているモータとボールねじによる送り駆動機構にのバックラッシュによる位置決め精度の悪化やサーボ

対し、ソディックはリニアモータを採用した高速で高系の不安定を防ぐ駆動機構となっている。

応答な軸送り駆動機構を開発し、1998 年に Z 軸にリ
ニアモータを採用した「AM35L（図 6.8）」、1999 年には XYZ軸にリニアモータを採用した「AQ35L」を発
売した。

図 6.6

三菱電機

M シリーズ（M35C6）6.4）

図 6.8

ソディック「AM35L」6.6）①リニアモータ駆動機構の概要
 図 6.9 は AQ35L の Z 軸ヘッドの駆動機構の外観
写真、図 6.10 は構造図である。推力を発生する磁石と電機子コイルは対になり、スライダー両側に取り付けられている。スライダー本体には軽量で高剛性なセラミックを採用し、推力が小さいリニアモータに対応して自重を抑えている。垂直軸にリニアモータを使う場合に問題となる重力落下防止と重力
図 6.7

DDM 方式駆動機構

6.5）

加速度を超える高応答を確保する方式として、エア放電加工機技術の系統化調査

77

シリンダを利用する方式を採用している。また、電 図 6.12 は実験に用いた電極形状と加工条件であ機子コイルの発熱に対しては、冷却液を循環して温る。従来サーボでは、加工が深くなるに従い速度が度上昇を抑えている

遅くなっており、通常であれば加工条件やジャンプ

。

6.7）

 位置ループフィードバックには分解能 0.1 μm のリ動作を調整して速度低下を抑える必要がある。しかニアスケールを用い、軸送りの最大速度 36 m/min、し、リアモータサーボの場合は、そうした調整を必

最大加速度 1.2 G を実現した。当時の DC サーボ

要とせずに一定の加工速度が維持されている。尚、

モータとボールねじの駆動機構と比べて、軸送り速加工深さ 20 mm 付近までは、加工時間の差は小さ

6.8）度、加速度が飛躍的に向上し、特に Z 軸サーボの高いが、40 mm 程の深さでは加工時間に 2 倍近い開応答化は加工の安定化や速度向上に直結する効果がきが生じている。

あった。

図 6.11
図 6.9

加工時間と到達加工深さ 6.8）

リニアモータ外観 6.7）

図 6.12電極形状と加工条件 6.8）

（3）リニアモータサーボのインパクト
ソディックがリニアモータ搭載の形彫放電加工機を発売したことは、いろいろな面で市場に大きなインパ
図 6.10リニアモータ構造図 6.7）

リニアモータの言葉が持つ先進的な響きがユーザに訴②リニアモータサーボの効果

求し、販売に追い風となる効果も大きかった。リニア

 リニアモータサーボの高応答性により、加工中にモータは、工作機械全体では小物精密加工機などごく短絡状態に陥った場合、瞬時に放電間隙を広げて短限られた機械での採用に留まっており、販売機種のほ絡を回避し、加工が安定化すると考えられる。リニ

ぼ全てに搭載するのは異例である。リニアモータを内

アモータサーボと従来サーボを比較するベンチマー

製してコストを抑え、これをコア技術に据えると同時

ク加工の評価結果の事例では、同一加工で加工時間にブランド構築のシンボルとする戦略が窺える。

が約 40% 短縮されることが報告されている 6.8）。

78

クトを与えた。今まで述べた技術的な優位性の他に、また業界の潮流として述べておきたいことは、4 章

 また、リニアモータの大きな特長である高速性は、で述べた通り、1990 年代は切削加工の新技術である

ジャンプ動作で大きな効果を発揮する。例として、

高速ミーリングが金型の加工に急速に普及したことでリブ形状の加工で、従来サーボとリニアサーボを比ある。形彫放電加工機の適用分野が切削加工に侵食さ較した結果を紹介する。図 6.11 は、ジャンプ動作

れる局面に立ち、得意とする難削材や狭隘、微細形状の速度（Z 軸送り速度）を、リニアモータサーボでの加工分野では、優位性をさらに強固とする開発が必30 m/min とした場合と、従来サーボで 1.3 m/min

要となっていた。こうした背景の中で、リニアモータとした場合で、加工時間と到達加工深さを比較したの登場は、放電加工機メーカ各社が Z 軸駆動機構の結果である。

高速化に一斉に取り組む起爆剤となった。

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（4）リニアモータ採用の各社取り組み
ソディック社のリニアモータ採用が起点となり、放熱による熱変位を抑制する機械構造体の液循環温度制
御などの対策も必要となった 6.12） 6.13）。

電加工機メーカ各社の Z 軸駆動の高速化の取り組みが加速した。次に説明する通り、
牧野フライス製作所、
三菱電機でもリニアモータ採用の試みがあった。
１）牧野フライス製作所 「リブヘッド」
牧野フライス製作所は 1998 年、リニアモータで駆動するリブ加工専用の加工ヘッド「リブヘッド（図6.13）」を大型機用に開発した。これは、自動車のフ
ロントグリルやバンパーなどの大形金型に数多くある
リブを高速加工したいとのユーザの要望に応えたものであった。
「リブヘッド」は、Z 軸と並行に駆動する W 軸で、
リニアモータ駆動により最大速度 40 m/min の高速

図 6.14三菱電機 MA2000 6.11）

図 6.15MA2000 の構造 6.11）

ジャンプが可能である 6.9）。
「リブヘッド」は通常、Z軸駆動機構内に収納されているが、リブ加工の際は、電極を取り付けて加工できる位置に降下させる。大形の電極を用いる加工は、推力が大きいボールねじ駆動の Z 軸で行い、リブ加工は、推力は小さいが、高速なリニアモータ駆動の W 軸で行うことで、最適な駆動方式が選択できる。

以上で述べた通り、ソディック以外のメーカでも、
リニアモータを採用する動きがあった。しかしその後、他メーカはリニアモータ搭載の後継機開発には向かわず、ボールねじ駆動方式による高速化の方向へ向かった。リニアモータ駆動方式は、高速性やボールねじの図 6.13２）三菱電機

牧野フライス製作所「リブヘッド」6.10）

MA2000

経年摩耗が無いことなどがメリットであるが、推力が小さいことがデメリットになる。また、リニアモータ駆動は熱対策などで全体にコスト高になるが、ソ三菱電機は 2001 年に、半導体、電子機器、コネク

ディックの場合はリニアモータを内製し搭載機種の規タなどの精密プラスチック型の高度な要求に対応する模を確保してコスト削減を図ったと言える。一方、他

MA2000 を発売した。業界で初めて加工精度± 2 μmのメーカは、重量のある電極を用いる用途分野の取りの保証 を打ち出した超高精度機で、XYZ軸にリニア

込みが、ボールねじ駆動方式を選択した理由のひとつ

モータを搭載し、Z 軸スライダー構造体は軽量で高剛と考える。両方式とも長所・短所があり、何れを選択性な CFRP を採用することで、Z 軸の最大加速度４G、するかは、製品全体の特徴を決める製品企画の違いで最大速度 60 m/min を実現した。
高応答な Z 軸送りサー分かれたと考える。

*1

ボは、微小電流パルスによる放電間隙の狭い加工で、ソディックのリニアモータ駆動方式は、最大 36 m/min

従来を超える加工形状の微細化や精度向上を実現したのジャンプ速度が、長年に渡り優位性を維持したが、が、一方で、リニアモータの激しい加減速による振動

一方のボールねじ駆動方式で行われた高速化の開発経を抑制する機械構造体の高剛性化、リニアモータの発緯について次項で述べる。

*1

所定のベンチマーク形状で保証
放電加工機技術の系統化調査

79

（5）ボールねじ駆動方式の高速化などの機種に搭載されるようになった 6.16）6.18）。これは、ボールねじ駆動方式における高速化について、三菱電機と牧野フライス製作所の開発事例を以下に説明する。
１）三菱電機の開発事例

マシニングセンタで開発された技術であるが、放電加工機への適用は初めての事例であった。
以上で述べた通り、ボールねじ駆動方式でもジャン

ボールねじ駆動方式によるジャンプ速度の高速化

プ動作の高速化が進み、リニアモータ駆動方式との速は、1994 年に最大速度を 3 m/min に増大し、その後度差が縮小していった。リブなどの狭隘形状の加工でも段階的に速度を上げ、2015 年に最大速度 25 m/min、は、ジャンプ速度が加工効率を左右する大きな要因で加速度 1.6 G に達した。
ここに至るまでに必要であっあるが、その他にも、電源、サーボ、適応制御などジャた要素技術は、ボールねじのハイリード化（5 mm からンプ動作に関る技術を総合的に高度化することでボー

10 mm）、サーボ制御の改良開発、Z 軸駆動機構の空ルねじ駆動方式による加工でも、リニアモータ方式と冷化などである。特にサーボ制御は、高速ジャンプ動

遜色ない加工ができるようになっていった。ここまで

作の加減速で生じる振動を抑制し精度の高い位置制御

述べてきた様に、何れの駆動方式でも高速化が進んだを実現するスムージング処理の開発に力が注がれた。

が、ジャンプ速度の高速化による振動、発熱などの影

また、リブやゲート加工など対向面積が小さい加工と響も大きくなり、現在に於いては速度向上はそろそろ

6.14）

は別に、推力が大きいボールねじ駆動方式の好対照とな

限界に近付いてきたと思われる。

る大きな対向面積（目安 2,500 mm 以上）の加工に対応
2

し、ジャンプ速度の高速化制御が開発された。大きな面

6.1.3

積の加工では、狭い隙間で対向する面を高速で引き離（1）従来の課題

ファジィ制御す際に、スクイーズ効果によって加工液から大きな反力

放電加工の自動化は、電極や工作物の自動交換などを受け、電極、工作物、機械構造体などが変形、位置の自動化機器に加え、加工中の加工条件の自動制御がずれを起こす問題がある。これを解決するサーボ制御と重要である。そのため、工条件の適応制御の研究はしてスムージング処理を組み込んだ「SS ジャンプ」が1980 年以前から行なわれ、極間電圧や有効放電率（有開発され流体反力を抑制することが可能になった

効に放電したパルスと全パルスの比）などを解析し、

。

6.15）

加工状態の良否判定を定式化し、その判定結果に基づ

２）牧野フライス製作所の開発事例
牧野フライス製作所もボールねじ駆動方式による高いて、加工条件を制御するものが開発されてきた。し速化に取り組んだ。2006 年頃に最大速度が 10 m/min

かしながら、これらの適応制御方法は、連続アーク放に達していたが、2015 年に発表した高速ジャンプ

電を防止することに重点が置かれ、加工の進行を抑制

機能「HS-Rib」で、最大速度 20 m/min に達した。ジャする方向に働く場合が多いため、加工効率の面で熟練

ンプ速度が 5 m/min の場合と比較して、リブ加工で作業者（以下「熟練者」）が行なう加工操作に及ばない

従来比 30％の加工時間短縮が報告されている実態があった。

6.16）

。こ

6.17）

れら高速化の手段は公開されていないが、高速化によ

こうした課題を解決する手段として、1990 年代にるボールねじの発熱に対応する技術では、ねじの軸芯

家電などに利用され始めた制御技術であるファジィに温度調整された加工液を循環させる「Z 軸スタビラ制御を放電加工機に導入開発する流れがあった。三イザ」（図 6.16）が、2006 年頃に EDGE2 や EDAC1

菱電機は 1991 年にファジィ制御を搭載した形彫放電加工機「V シリーズ」を発売、ソディックは 1993 年にニューロ・ファジィ理論搭載の数値制御電源装置「NF」シリーズを発売した。

加工液流路（2）ファジィ制御による適応制御
ファジィ制御は、エキスパートシステムの推論エン
ジンにファジィ推論を用いる制御である。ファジィ推論のベースとなるファジィ集合は、あるデータが集合に属するか否か、すなわち１か０とするクリスプな集合と異なり、０から 1 までの中間状態を許容した集合である（図 6.17）。

図 6.1680

Z 軸スタビライザ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

6.16）

Vol.32 2023. March

②不安定の認識は、前記の不安定回避操作と同じである。
③上記の操作を何度か試みて効果が無ければ、加工条件の最適化操作を暫く行わない。
 このように、熟練者が行なう操作は、対象となる放電加工プロセスの基本的なモデルや種々の成図 6.17

クリスプ集合（左）とファジィ集合（右）6.19）

功例、失敗例に基づく複数の経験則から、制御対
象の状態を定性的に認識し、その認識した状態に応じて操作量を決定していることがわかる 6.20）。
３）ファジィ制御放電加工機の構成
ファジィ制御放電加工機の構成を図 6.19 に示す。
図に示すファジィ制御器は、信号処理部、認識部、操作量決定部および知識ベース部で構成されている。こ図 6.18安定／不安定状態における電極の動き 6.20）（ダイアルゲージの読み）の構成は、熟練者のもつ制御戦略を直接的に表現できるとともに、認識部と操作量決定部とを個々にチューニングすることができるので、制御システムのデバッ集合に属する度合いはメンバシップ関数により 0 から１のグレードで表され、グレードにより分岐する

クがし易くなっている。以下、それぞれの機能について説明する。

「IF…, then…」の言語的表現のファジィルールを記述①信号処理部する。そして、複数のファジィルールを組み合わせ

 熟練者が加工状態の安定・不安定を認識する際にて、複雑な入出力関係を表記するファジィ推論を構築基準とする状態量を求める。具体的には、加工電極する。
「少し」とか「大きく」と言った、数式では扱の位置検出信号から電極の昇降動作の振幅値、トレ

い難いあいまいな定性的表現を用い、従来は熟練者がンド値などの状態量を演算する。

行っていた経験則による非線形で複雑なシステムを制②認識部御することが可能になった。

 知識ベース部に記述された熟練者の持つ知識と信

ここでは、三菱電機が開発した形彫放電加工機 V

号処理部より得られる状態暈から、加工状態の安定・シリーズのファジィ制御の事例について解説する。先不安定を推論する。電極や工作物の材質など加工

ずは、ファジィ制御の手本となる熟練者が加工中に行

内容の変更に対しては、それぞれに対応した最適な

う不安定回避操作と最適化操作について、分析した結

ルールセットを用いて、熟練者と同等な加工状態認果を説明する。

識を可能としている。

１）熟練者の不安定回避操作③操作量決定部①熟練者は放電加工の安定・不安定を、加工中の電 認識部で得られた加工の安定度に従って加工条件

極位置（図 6.18）、加工電流値、加工音などを基を変更する。加工状態が不安定と判定すれば、加工にして、複数の経験則によって判定する。

を抑制するように加工条件を変更する。また、加工状②加工状態が不安定と判定したとき、その不安定度

態が安定に戻れば、不安定になる前の加工条件に戻し、合いより比較的単純な規則で、電極のジャンプ動

安定が続けば加工を促進する加工条件に変更する。

作の設定量や加工パルス条件の休止時間などを変④知識ベース部

更する。

 認識部と操作量決定部で利用される熟練者の経験③上 記不安定の判定および操作内容の決定に於いて、電極や工作物の材質、及びその時点の加工深的な知識に基づいたファジィルールセット、デシ
ジョンテーブルなどを格納している。

さ、加工面積、揺動条件などを考慮に入れる。
２）熟練者の最適化操作①加工の安定状態が長く続くと、加工を促進するよ
うに加工条件の変更を試みる。安定であればさらに変更するが、加工速度の向上が見られない場合は元に戻す。不安定であれば、ひとつ前の加工条件へ戻す。

図 6.19

ファジィ制御放電加工機のブロック図 6.20）

放電加工機技術の系統化調査

81

ファジィ制御の搭載で、熟練作業者が加工不安定とれた電極を用いて形状を転写加工する方法であるた判定した際の不安定回避操作、加工の深さや放電面積

め、電極の移動軌跡は単純で、移動軌跡を演算するの変化を判断して、適宜、最適と考える加工条件に変CAM の必要性が低い。しかし、加工工程については、更する操作と同等の制御が実現できた。その効果の事

加工条件や揺動を段階的に変えながら行う仕上加工、例を次に述べる。

同一の加工プロセスを工作物の別の場所に移動して繰

図 6.20 は、φ 10 mm の丸棒形状の電極を用いて工り返す多数個取り加工、電極の交換など、様々な手順

具鋼を加工した場合の加工時間と到達深さを示しておを NC コード（言語）で指令する必要がある。形彫放り、上にあるほど加工速度が速いことを示す。
ファジィ

電加工機の NC プログラムの特徴は、工具軌跡の数値

制御放電加工機を用いた場合、不安定な加工を回避し、情報よりも加工工程を指令する数値情報の割合が大きかつ加工速度が最大となるように加工条件が変更されい点にある。

ており、熟練作業者と同等の加工速度が得られている。
なお、図中には放電加工中何の操作も行なわず、一定（2）1980 年代の自動プログラミングの加工条件で加工を続けた場合の結果を（1）、（2）でNC 形彫放電加工機が誕生して間もない頃は、NC示した。高速な加工条件（1）では、加工の途中で不安プログラムを紙テープに打ち込んで NC に読み込ませ定となり、加工速度が徐々に低下しており、一方、安るか、NC の操作画面に直接、NC コードを入力して定な加工条件（2）では一定の速度で順調に加工が進む

プログラムを作成する方法が取られていた。囲み欄にが、加工速度が遅いことが分かる

示したごく簡単なプログラムの作成であれば、大きな

。

6.20）

負担にはならないが、複雑な工程の長いプログラムを組むのは入力ミスの恐れもあり現実的ではなかった。
この課題に対して、各社が開発したソフトウェアである “自動プログラミング”を以下に説明するが、実態に即して言えば “プログラム作成支援機能” と言うのが適切かと思う。これら自動プログラミング（以下「自動プロ」）の目的は、NC コードを使わずに簡単にプログラムが組めること、入力ミスを防ぐことが主眼であった。
図 6.20丸棒電極による加工速度比較 6.20）< NC プログラム例 >G90G00Z5.000

6.1.4

自動プログラミング

NC 形彫放電加工機が 1970 年代後半に誕生したことを 3 章で述べた。形彫放電加工機の自動運転に必要な NC プログラムは、他の NC 工作機械と異なる特徴があることから説明する。

絶対座標の Z5.000 へ直線移動

E181F150.0

加工条件設定、移動速度設定

M88M80M84

加工液急速充満入、加工液入、加工入

G90G01Z-4.895

絶対座標の Z-4.895 へ直線移動

G26L9000H200Z-4.895R50

揺動量 0.050 で円揺動

M85M81

加工切、加工液切

G90G00Z5.000M25

接触無視で絶対座標の Z5.000 へ直線移動

M02

プログラム終了

NC のハードウェア面では、16 ビッ1980 年代の前半、（1）形彫放電加工機の NC プログラムの特徴
切削加工は、工具を 3 次元の軌跡で移動させて所が 7、14 セグメントディスプレィから CRT へ切り換

望の形状を加工する方法であり、NC プログラムの大えが進み、さらに CRT の高解像度化により漢字表示

半は工具を移動させる数値情報で占められる。膨大なやグラフィック表示が可能となった。画面上でデータ

工具軌跡の演算が必要になるため、CAM（Computer

を入出力する際の操作性や視認性が格段に向上しこと

Aided Manufacturing）と呼ばれるコンピュータシステ

も自動プロの開発が本格化した背景にある。

ムが早くから開発され NC プログラムの作成に利用さ①三菱電機「FAP（Flexible Automatic Program）」

れてきた。ワイヤ放電加工機の場合は、切削加工に比 三菱電機は 1982 年に対話型入力方式の自動プロ

べると演算量は遙かに少ないが、2 次元輪郭形状の移「SDI」を発表し、その後、スプレッドシート型の動軌跡を求める幾何学的演算に３章で述べた自動プロ

自動プロも並行して開発を進めた。スプレッドシー

グラム作成装置、即ち 2 次元の CAM が必要であった。

ト型の自動プロについて 1986 年に開発した「FAP」

それに対し、形彫放電加工は予め所望形状に加工さ

82

ト CPU が普及し処理能力が向上した。また、表示器

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchを例に説明する。

 NC 内部にはマスターパックと呼ばれる荒加工から

動プロはより簡単に高度なプログラムが作成できる機

仕上加工までの工程パターンが登録されている。加能へと進化した。

工プログラムを作成する際は、加工内容に該当する①ソディク

マスターパック番号、加工深さ、電極の縮小代の３

 ソディックは 1998 年に発売した「AM シリーズ」

つを入力して、展開操作を行うと図 6.21 に示す 4 つから、本格的な GUI を導入した「LN アシスト」（図の工程が４列に表示される。各列には加工条件、揺6.23）を搭載した。特徴のひとつは加工形状選択画

動量、Z 軸加工深さを段階的に変更して加工するた面で、放電加工の様々な加工形状（形態）を類型パ

めのデータが設定される。FAP は他に各種のメニュー

ターン化し、該当するものを選択することで加工形があり、例えば工作物の中心位置を機上で自動計測

状毎に特有の加工ノウハウが、初心者でも簡単に利するプログラムを作成する画面などを備えていた 6.21）。

用可能となっている 6.23）。

図 6.21

LN アシスト

FAP 画面例 6.21）
図 6.23② 牧野フライス製作所「モデルプラン」

LN アシスト画面例 6.23）

 対話型では牧野フライス製作所が 1987 年に開発

②三菱電機「E.S.P.E.R」「E.S.P.E.R Ⅱ」

した「モデルプラン」を例に説明する。図 6.22 は

 三菱電機は 1994 年に 32 ビット CPU 搭載 NC 向け

モデルプランの対話入力画面のひとつで（他に位に自動プロ「E.S.P.E.R」を開発した。加工条件のデー

置、計測、補助画面）、対話入力で電極交換、揺動

タベースと検索機能が強化され、画面上でパラメータ加工などの機能を用いたプログラムが作成できる。

を入力して最適な加工条件を検索できる “加工条件

また、荒加工から仕上加工の工程パターンデータでエキスパート機能” が加わった。また、自動化ニーズあるモデルデータを内蔵しており加工工程プログラの高まりに対応するため、多数個取り加工の自動化にムを組む際の雛形として利用可能である

必要な電極芯ずれ測定、ワーク位置測定などを活用

。

6.22）

したプログラム作成を支援する機能が強化された 6.24）。
 1998 年には 64 ビット CPU 搭載の NC 向けに自動プロ「E.S.P.E.R Ⅱ」を開発した。本格的な GUI を実現し、視覚的に分かり易い画面（図 6.24）でプログラ
ム作成を容易にした 6.25）。

図 6.22

モデルプラン画面例 6.22）（3）1990 年代の自動プログラミング
1990 年代は、32 ビットや 64 ビット CPU を搭載して NC の処理能力がさらに向上し、表示器の高解像度化も一段と進んだ。こうしたハードウェアの進化で実現した GUI（Graphical User Interface）を活用し、自図 6.24

E.S.P.E.R Ⅱ 画面例 6.25）

放電加工機技術の系統化調査

83

図 6.25

加工条件エキスパート画面 6.26）（4）2000 年以降の自動プログラミング

図 6.26

3D チェック画面 6.26）

加工で面粗さを向上することであった。1970 年代末に、

2000 年 以 降 は、よりインテリジェントな 機 能、３RC 回路による低ピーク電流波形を用いて仕上面粗さ

D-CAD データとの連携などの開発が進んだ。また、近年を改善する試みがあったが 6.27）、休止時間の制御がではマウスや液晶タッチパネルを採用し、パソコンやスマホきないため加工が安定せず実用化には至らなかった。

の操作と統一する操作方法を取り入れるようになった。

また、トランジスタのスイッチング回路の場合は、最良で Rz 3～4 μm の仕上面が得られたが、スイッチン- 三菱電機 ESPERADVANCE 三 菱 電 機 が 2008 年 に 開 発 し た の が「ESPERAD-

グ速度の限界で周波数が上がらず加工速度が遅く、コ
スト面から Rz 5 μm 程度が実用上の限界であった 6.28）。

VANCE」である。図 6.25 の加工条件エキスパート画
面は、簡単なパラメータ入力で、高度なノウハウを必

6.2.1

光沢仕上回路要とする加工形状の最適条件を設定し電極の移動軌跡

面粗さを向上する技術として、従来の梨地面とは異も自動で生成するインテリジェントなプログラム作成

なり、光沢のある仕上面で面粗さを向上する技術が開機能である。図 6.26 の 3D チェック画面は、予め読み発された。1980 年にソディクが開発した鏡面仕上回込んだ工作物などの 3 次元 CAD データを用い、加工

路「PIKA-1」や三菱電機の「GM-1」回路は、何れものシミュレーションをグラフィカルに表示し、プログ

Rz 1 μm 以下の面粗さで、かつ光沢のある仕上面を実現

ラムの事前確認を容易にする機能である。

した。図 6.27 は「GM-1」によるサンプル加工事例である。

ここまで述べてきた自動プログラミングは、NC を「PIKA-1」も同様と推測するが、「GM-1」は通常直接操作する機能であり、現在も利用者が多い。しかの仕上加工より放電間隙を広くして揺動加工と組み合し、ネットワーク経由で NC プログラムを機械に供給わせることで、光沢のある Rz 1 μm 以下の面粗さをする方法が徐々に増えており、自動プログラミングを得ることができる 6.28）。光沢面が得られる原理は、本パソコン上で動作させることも可能となっている。ま

報告書では触れないが、粉末混入放電加工 6.29）と同様

た、稼働管理、保守、故障診断などを行うネットワー

であると考えられている。放電加工の加工面は、面がクサービスが実用化されており、今後、自動プログラ

粗く加工変質層が残っているため、時間をかけて手磨

ミングや工程管理などのソフトウェアもひとつの情報きを行うのが一般的だが、「GM-1」による Rz 1 μm

プラットフォームに統合されて行くと予想される。

以下の光沢面は、磨きを不要、或いは大幅に削減することが可能であった。また、手磨きによる形状精度の悪化（形状だれ）が抑えられることも顧客に喜ば

6.2 精密加工技術

84れる点であった。
「GM-1」が適用できる加工面積は、□ 20 mm 程度と大きくはなかったが、小物精密金型

1970 年代は、電極の低消耗化により底付き穴の加を中心に適用が広がった。光沢仕上面の実現は、形彫工精度が向上し、形彫放電加工機の金型加工への適用

放電加工機が精密加工の能力を備えた工作機械であるが進んだが、さらなる適用拡大への課題は、実用的なことを示す事例となった。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図 6.27 「GM-1」サンプル加工事例 6.30）

6.2.2（2）微細仕上回路

微細仕上回路（1）汎用仕上回路

1995 年に発売された Windows95 は LAN やインター

前項で説明した光沢仕上面は、最終段階の仕上加工

ネットの一般利用を広め、パソコンやインターネットに専用回路を用いて得られる。その前段階の梨地面のが爆発的に普及し、その潮流が 1990 年代後半におけ仕上加工は、汎用の仕上回路で行われる。放電加工にる「IT 景気」や「IT バブル」と言われる経済状況を於いて、電極と工作物が対向する面積が大きくなると、創り出した。また、電子機器等ではダウンサイジング

静電容量が増し、電荷が多く蓄えられるため、ピークが急速に進み、部品製造を支える金型業界から微細化

電流の小さい放電ができなくなってしまう。従って、や高精度化の高い要求が放電加工機に向けられた。

専用回路が適用できる面積には限界があり、それを越特に微細化が強く叫ばれた代表的な分野は、狭ピッえる面積では、汎用仕上回路の加工で打ち切りとなり、チ化が進み始めた通信ケーブル用コネクタの金型であっそれが最終の仕上げとなる。

た。尚、ピッチとは端子の間隔を言い、狭ピッチとは概ね 0.4 mm 以下がその範囲に入る。端子周りの形状が微細化することで、コネクタ樹脂部品の金型で、従来には無かった微細形状の加工が要求されるようになった。
前述の光沢仕上回路は、この様な要求に全て応えられる技術ではなかった。形状が微細複雑になると、高い形状転写精度が要求されるため、狭い放電間隙が必要となる。さらに、金型から成形品をスムーズに離型 *1
させることも重要である。表面粗さが Rz 1 μm 以下の場合、面が平滑な鏡面よりも梨地面の方が、樹脂の張仕上面粗さ比較

図 6.28

り付き力が小さいと評 価されている。こうした背景か

加工面積と最良面粗さ 6.31）

ら、狭い放電間隙で細かい梨地面を実現する微細仕上

三菱電機が 1998 年に発売した FP Ⅱ電源は、従来の回路が開発された。また、目標となった指標は、i）

仕上電源より微細短パルスな電流波形と休止時間の最成型後に部品を金型から離型し易くするため、面粗適制御を取り入れた新仕上回路「PS 回路」を搭載した。

さ Rz 1 μm 以下で放電痕の小さい梨地面を得ること、

図 6.28 に加工面積に対する最良面粗さの関係を示すが、ⅱ）部品の角 R の小径化に対応し、金型形状のインPS 回路は加工面積□ 50 mm（2,500 mm ）に於いて最コーナ R を 30 μm 以下とすることであった。

2

良面粗さ Rz 2 μm 強、□ 10 mm で Rz 1 μm 弱が得られ、従来の汎用仕上回路から大幅な改良がなされた
*1

。

6.32）

こうした要求に応えたのが、1997 年にソディックが開発した微細仕上回路「SN Ⅲ」、2001 年に三菱電機が金型で樹脂やゴムを成形した後、成形部品を金型から取り外すことを離型と言い、その取り出し易さの度合いを離型性と言う。
放電加工機技術の系統化調査

85開発した「NP 回路」などであった。例として三菱電に「SVC-PIKA」回路を開発、三菱電機は 2004 年に機の「NP 回路」の概要を説明する。図 6.29 に「PS 回路」「NP2 回路」、牧野フライス製作所は 2006 年に「SPGの回路構成と電圧・電流波形を、図 6.30 に「NP 回路」

回路」を開発した。

の回路構成と電圧・電流波形を示す。
「NP 回路」の開

これら電源回路は、パルス幅を短くすることで面粗さ発目標となった微細な梨地面と狭い放電間隙を実現すを向上し、狭い放電間隙を実現したが、一方で、パルス

るには、ピーク値が低く、パルス幅が短い電流波形が幅が短いために電極消耗が多いと言う問題がある。

必要だが、特にパルス幅は放電痕の大きさと相関が強インコーナ R を微小化するためには、前段階の中仕いため、パルス幅を短くすることに開発の重点が置か

上げで低消耗かつ放電間隙の狭い加工を行い、予めコーれた。
「NP 回路」が「PS 回路」と異なる点は、回路

ナ R を小さくしておく必要がある。三菱電機の例では、内のコンデンサを廃止し、機械構造体や給電ケーブル

中仕上げで用いる従来の方形波形の電源用に、開放電が持つ静電浮遊容量が回路の主たるキャパシタンスと圧を低く設定しても安定に放電間隙の狭い加工が可能ななる点である。これにより、ピーク電流が低く、パル「狭ギャップ回路」を開発してこれに対応した。
最小 R の追求では他に、加工制御、軸送り位置決ス幅が大幅に短い電流パルスを実現した。

め制御、機械熱変位対策など裾野が広い技術の向上が必要である。特に複数の電極を用いて微小な放電間隙で加工を行うため、電極の位置決め精度に高い再現性が求められる。こうした観点でソディックは前述のリ
図 6.29PS 回路と電圧 ･ 電流波形

ニアモータ駆動方式と軽量セラミック製ヘッドの採用
6.33）

で繰り返し位置決め精度の向上を図った。牧野フライ
ス製作所は、前述の「Z 軸スタビライザ」により熱変位を抑えて Z 軸の位置決め精度の安定化を図った。
インコーナ R の微細化は、投資が盛んであった高価格機の販売市場からの要求であり、各社とも開発ス

図 6.30NP 回路と電圧 ･ 電流波形 6.33）

図 6.31 は「NP 回 路 」 の 加 工 事 例 で、 面 粗 さ

Rz（Ry） 0.8 μm、インコーナ R 25 μm の結果を得て、ピードを上げて対応した。2000 年代の半ばには、各社とも市場の要求を上回る 10 μm 以内のインコーナ

R を達成し、カタログで謳う最小コーナ R は 5 μm 前
後に収束していった。
図 6.32 は、インコーナ R 微細化のニーズを牽引し当初の目標を達成した。

たコネクタ型の代表的な部品形状の加工事例である。
く し ば

櫛歯形状のインコーナを R 5 μm に仕上げている。

図 6.31

6.2.3

インコーナ R の微細化

コネクタ型の部品加工事例（コーナ R 5 µm）6.35）

6.2.4

高精度形彫放電加工機

5 章で、ワイヤ放電加工機の高精度機が 1970 年代

2000 年代は、コネクタの微細化がさらに進み、金の半ばに開発されたと述べた。一方の形彫放電加工機

型のインコーナ R は 20 μm 以下が要求されるようには、その誕生が 1950 年代に遡るが、高精度機の需要なった。形状微細化の進展に対応する微細仕上回路とが少なく、シャルミー社（スイス）の高精度汎用形彫放して、ソディックは 2003 年に「SVC 回路」、2004 年

電加工機 *1「D-10」が、その少ない需要を賄っていた。

*186

NP 回路による加工事例 6.34）

図 6.32

NC を搭載した工作機械を NC 工作機械と呼ぶのに対し、NC を搭載しない工作機械は汎用工作機械と呼ばれる。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March高精度機の需要が低調であった背景には、形彫放電②ソディック AP3R（図 6.34）

加工機は油を使うため、消防法による総油量の規制や

 1986 年に発売された超精密プラスチック型、半定期的な立会検査が必要であること、或いは油臭が充導体リードフレーム金型、紡糸ノズルなどに対応す

満し易いなどの問題が、機械を恒温室内で稼働するこる高精度機である。作業テーブルに石定盤を採用との妨げになっていた。また、2 次元形状の寸法測定

し、静電浮遊容量の削減による電流パルスの微小化

は、ブロックゲージ、マイクロメータ、測長顕微鏡なで、仕上面粗さを向上した。軸送り案内には摺動抵

ど精度の高い測定手段が多々あるが、3 次元形状の測抗の小さい特殊クロスローラガイドを採用し、ロス

定は、高精度で実用的な手段が無い状況にあった。結トモーションを削減するなど、位置決め精度を向上

果として、３次元形状の加工精度は、許容誤差を大きした。また、主軸（ Z軸）に旋回および角度割出し機

くして管理せざるを得ないのが実態であった。

構を内蔵した点が大きな特徴で、旋回する電極による輪郭加工、ヘリカルギアの加工やロール刻印加工（1）1980 年代の高精度機など、幅広い用途で高精度加工を実現した 6.37）。

1980 年代に入ると、恒温室内で稼働するワイヤ放電加工機の実績が増え、従来は考えられなかった高精
度な加工が可能であるとの認識が広まった。形彫放電加工機も恒温室に設置し、NC 機能を活用した高精度な加工を求める声が徐々に増えて行った。この状況を受け、1980 年代の半ばに高精度 NC 形彫放電加工機が誕生した。以下、代表的な高精度機を解説するが、高精度化の要素技術はワイヤ放電加工機と共通するものが多いので、各機種の特徴のみ簡潔に述べる。
①三菱電機 M30P（図 6.33）
 1985 年に発売された高精度 NC 形彫放電加工機の先駆けとなった機械である。ダブルアンカー方式の大径ボールねじ採用などの高精度化が図られた
が、主眼は機械本体の熱変位の徹底した抑制であった。温度変化時の構造体熱変位の計測実験と NAS-図6.34 AP3R 6.37）（2）2000 年以降の高精度機

TRAN による解析を組み合わせ、熱変位の影響を1980 年代に誕生した高精度機は、暫らくは幅広い

最小とする構造体の研究開発に約 1 年を費やした。

分野に跨る精密加工の小規模な需要を満たしていた。

また、外気を構造体内部に通風し、構造体の外表面

1990 年を過ぎた頃からは、“軽薄短小” な製品づくりと構造体内部の温度差を最小とし、かつ温度の変化が盛んになり、微細精密加工の需要が増え、また技術率を極力等価とする方式とした。販売台数は多的な要求が高度化して行った。2000 年以降に開発さくなかったが、時計などの精密分野で実績を作った。

れた高精度機は、特に微細精密加工の技術強化に重点6.36）が置かれた。以下、代表的な高精度機を解説する。
①牧野フライス製作所 EDAC1（図 6.35）
 2006 年に発売された小型高精度機で、高い位置決
め精度や繰り返し精度を安定的に達成するため、様々な熱対策が施された。熱源となる加工電源や加工液
冷却装置は機械の背面に配置し、機械本体との間に断熱材を挟んで熱伝導を遮断した。機械構造体の鋳物は全てカバーで覆い、周囲の温度変化の影響を抑制した。Z 軸ボールねじは軸芯に冷却液を通して恒温制御し、Z 軸の熱変位を抑制した。また、ベッドおよび各軸の鋳物をオーバーハングのないキュービック構
造として、極めて高い静的精度を実現した 6.38）。
図 6.33

M30P 6.33）

放電加工機技術の系統化調査

87 機械が大形化することに対応する高精度化として、構造体に門型構造を採用し、またヘッドを小型軽量に設計し、位置決め精度の向上を図った 6.40）。

図 6.35

EDAC1 6.38）②三菱電機 EA8PV ADVANCE（図 6.36）
 2008 年 に 発 売 さ れ た XY軸 移 動 量 300 mm ×

図 6.37

AP3L 6.40）

250 mm の小形高精度機で、指定ベンチマークテスト
で加工精度± 3 μm を保証した。一般的な温度環境で④牧野フライス製作所 EDAF3（図 6.38）

高精度加工を実現するため、機械本体の温度変化をリ

 2010 年に発売された XY軸移動量を拡大（450 mm

アルタイムに測定し構造体の熱変位を演算し、位置決× 350 mm）した高精度械である。当時需要の高まっ

め座標を補正する熱変位補正機能を搭載した。微細ていた半導体封止金型の離型性を向上させるため

仕上回路 NP2 と石定盤採用により面粗さ Rz 0.4 μm「フラワーパタンサーフェス」と言う特殊放電面を（Ra 0.06）を実現し、さらに狭ギャップ回路により最小形成する技術を開発した。封止金型は一般に面粗インコーナ R 5 μm を達成した

さを Rz 5 μm から Rz 10 μm に仕上げ、放電面を。狭ピッチコネクタ

6.39）を中心に微細精密金型分野で販売実績を積んだ。

そのまま成形に用いるが、Rz 値を変えずに、Rsm
値（粗さ曲線要素の平均長さ）を例えば 34 μm から
125 μm にすることを可能とした。その場合、樹脂の張り付き力は約 35% 低下し、成形工程での金型保守作業を軽減した 6.42）。

図 6.36

EA8PV ADVANCE 6.39）③ソディック AP3L（図 6.37）
 リニアモータ搭載の AP シリーズ後継機 AP1L を
2002 年に発売し、最小インコーナ R の微細化等で好評を得た。その後、AP1L と同等の高精度加工を
軸移動量の大きな機械で実現したいとの要望に応えて 2008 年に AP3L を発売した。開発の主眼は、高精度かつ高生産性の実現で、例えば複数の小物精密部品をテーブルに取付け、効率的で高精度な多数個の連続加工を可能とした。

88

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図 6.38

EDAF3 6.41）

6.3 グラファイト電極利用の加工技術
形彫放電加工用の電極材料として、古くから銅や黄銅と並んでグラファイトが使われてきた。しかし、そVol.32 2023. March

の後は銅の利用が主流となり現在に至っている。一方、のが適している。一方、面粗さを細かくすることや加工精

米国は当初からグラファイトが盛んに使われ、欧州も度には限界があるため、それらを許容できる対象として銅からグラファイトへのシフトがかなり進んでいる。

鍛造型を中心にグラファイト電極が使われてきた。図 6.39

電極に銅を使った場合、加工速度は遅いが、面粗さがは、1960 年代に実施された鍛造型の加工事例である。

細かく、電極の消耗を抑えて高精度な加工が可能である。それに対しグラファイトは、加工速度は速いが、

6.3.2

グラファイト電極による高速加工

面粗さが粗く、一般的に電極消耗が多い。米国での放1980 年頃は、グラファイト電極の利用は、鍛造型電加工機の用途は、航空・エネルギー関連の難削材部などに限られ、なかなか適用が広がらない状況であっ品の加工が多いため、加工精度より速度を重視する傾

たが、グラファイト材料、切削加工機、切削工具メー向がある。逆に日本では、加工用途の大半が金型であカなどは、グラファイト電極の適用拡大を予測して、るため、加工精度を重視する傾向が強いと言える。し以下に述べる開発が進められた。

かし、日本に於いてもグラファイト電極の特徴を活かした加工技術の開発が継続して行われており、近年、（1）グラファイト電極の技術開発

新しい適用分野の開拓が進んでいる。また、世界的に①グラファイト材料

は電極材料に占めるグラファイトの割合が高いので、

 放電加工特性や電極の被削性が良いグラファイト

世界市場での販売を見据えるとグラファイト電極を利が各社から商品化された。等方性黒鉛は東洋炭素が用した加工技術の開発は今後も重要な課題である。こ1974 年に製造を開始、また 1980 年前後に各社から

こでは、形彫放電加工機に於いてグラファイト電極を微粒構造の黒鉛が販売されるようになった 6.45）。

利用した加工技術の変遷を解説する。

②グラファイト電極加工機
 牧野フライス製作所は 1984 年にグラファイト電極

6.3.1

グラファイト電極の初期の加工技術

加工用マシニングセンタ SNC86 を開発 6.46）、三菱重

グラファイト電極を用いた放電加工の特性は前述の通工も同様のマシニングセンタ M-G40A を 1980 年代

りだが、グラファイトの物性に於いて放電加工に有利となに発売した。SNC86 は乾式加工用の負圧防塵機能をる点は次の通りである。①耐熱性に優れ 、高い電流によ備え、グラファイト普及の阻害要因であった周辺環境

る高速加工が可能、②熱膨張係数が小さく 、加工中のの汚染を解決。また、スピンドルエアスルーにより加電極の寸法安定性が良い、③比重が銅より小さく 電極

工くずの排出を効率化して加工速度を向上した 6.47）。

*1

*2

*3

を軽量化できる。また、グラファイトは被削性が良く、銅③グラファイト加工用工具と比べて切削加工時間が 1/5 程度に短縮できる 6.43）。こ 1980 年代半ば、栄工舎、日立ツールなどがグラれらの特長により、グラファイトは大形の電極に利用する

ファイト電極加工用のエンドミルを市販した。何れもエアホール付き超硬刃で、切りくずの詰まりを防いで加工の高速化や工具寿命を向上した 6.48）。
 この様にグラファイト関連のメーカ各社の尽力により、材料技術、加工技術が格段に向上し、グラファ
イトが放電加工の電極として性能が良く利用し易い
材料へと進化した。
 ちょうどその頃、1985 年の円高不況が発端となり、金型業界は大幅な納期短縮やコスト削減が課される厳しい状況に陥った。従来の延長線上の改善では対処できないとの危機感から、形彫放電加工に於いてはグラファイト電極の利用で活路を見出そうとの機運が高まり、従来は実績が無かった大形のプラ

図 6.39グラファイト電極による鍛造型加工事例

6.44）

型などへの適用が拡大して行った。こうしたニーズ*1

銅の融点 1,085℃、黒鉛の昇華点は 3,350℃かつ 2,500℃付近までは強度が上がる。

*2

銅の熱膨張係数銅は 16.8×10 /℃、黒鉛の熱膨張率は 4 ～ 6×10 /℃

*3

-6

3

-6

3

銅の比重 8.9 g/cm 、黒鉛のかさ密度 1.8 g/cm 前後
放電加工機技術の系統化調査

89

に対応し、グラファイト電極を活用した形彫放電加

はペーパウェハを積層したもので、加工屑をウェハの工機の高速化の開発がますます盛んになった。

外周部で捕捉し、定期的に逆洗を行って、加工屑をス
ラッジボックスに排出する構成となっている。図 6.41

（2）不燃性加工液形彫放電加工機

は、牧野フライス製作所が開発した SL 装置で、吸引グラファイト電極を活用した高速化の代表的な技術

ユニットが極間から加工液と加工屑を強力に吸引し、が不燃性加工液（水溶性加工液）を使用する形彫放電

マグネットセパレータ方式のチップ自動排出装置が加加工機であった。三菱電機は 1982 年に不燃性加工液

工屑を分離して排出、回収する構成となっている。

放電加工機 M55W など 4 機種を発売、ソディッ

不燃性加工液は、金型加工の合理化の目的や火災のクは 1986 年に不燃性加工液放電加工機 EDMill 6.50）、

心配がない点が評価されて、自動車系の大形金型など

牧野フライス製作所は 1980 年代後半に高速加工用のを中心に導入された実績がある。しかし、大量に加工SL 装置を発売した。不燃性加工液とは加工速度を屑が発生するため、ろ過装置で捕捉されない加工屑が上げるために各社が独自に開発した水溶性加工液で、各所に沈殿するなど、メンテナンスの負担が大きいこ

例えばソディックは水溶性ポリマーの原液 QL-100とが難点であった。また 4 章で解説した高速ミーリンを商品化し、これに水を 50% 配合したものを標準加

グが 1990 年代後半から急速に普及し、複雑、狭隘な工液とした。こうした不燃性加工液を用い、電流容量

形状を除いて、切削加工への置き換えが進み、次第にの大きな電源とカップルすることで、油加工液に比べ不燃性加工液放電加工機は姿を消すことになった。

6.49）

6.51）

て加工除去量が 2 倍から 3 倍、最大で 80 g/min 程度の高速加工を実現した 6.50）。一方、一般的な銅電極に

6.3.3

グラファイト電極による小物精密加工

よる油中の荒加工と比べると、加工除去量が 10 倍以

前述の通り、グラファイト電極を利用した高速加工上となり、大量の加工くず（スラッジ、チップ）が発は、金型加工では下火となった。一方、2000 年以降

生するため、それに見合ったスラッジのろ過装置が必はグラファイト電極の微細・狭隘形状への適用が徐々要となった。図 6.40 は、三菱電機が開発したオートに進んでいった。その起点となったのは、素材メーカ

フィルタ式ろ過システムである。フィルタエレメント

が開発した超微粒グラファイトである。表 6.1 は例として東洋炭素の代表的材種を示す。A、B が既存の材種、C が 2000 年以降に開発された超微粒グラファイ
トで、炭素粒子を数 μm 程度に微粒化し、かつ粒径を均一に揃え、硬さ、電気抵抗率、曲げ強さは何れも従来の材種を上回る。銅の電極は、放電加工で面粗さが良く、電極消耗率が少ない反面、熱変形し易い欠点がある。例えば、厚さ 0.5 mm 程のリブ形状の電極を切削加工すると、切削熱による反りで形状精度が不良となる。また、放電加工に於いても、同様に加工熱によ

図 6.40三菱電機 オートフィルタ 6.52）

る電極の歪が問題となる。グラファイトは小寸法な電極においても熱変形がないため、小物精密加工に適している。一方、既存のグラファイトは、電極消耗や面粗さで銅に劣っているが、超微粒グラファイトはそれらを大きく改善し（電極消耗率１% 以下、仕上面粗さ数 μm）、小物精密加工に適用できる加工性能を実
現した。
表 6.1

図 6.4190

牧野フライス製作所 SL 装置 6.53）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

代表的な放電加工用グラファイト 6.54）

こうした新素材の誕生を受け、形彫放電加工機メー
カ各社は、グラファイト電極を小物精密加工に適用するための開発に力を入れるようになった。

（3）三菱電機「IDPM」
三菱電機は「GF2 制御」を進化させた新たな適応制御である「IDPM」を 2013 年に発売した。圧粉体である
グラファイト電極は、加工中に一部が崩落して異常放電（1）ソディック「SGF 電源」を発生させる問題がある。この異常放電の前駆現象を放ソディックが 2007 年に発売した「SGF 電源」は、

電電圧の変化から判別し、瞬時に放電パルスを遮断す

超微粒グラファイトを用いて電極消耗率 0.1％（荒加る仕組みを開発した（図 6.43）。異常放電を適切に判別し、工時）を達成した回避制御を最小限かつ有効に行うことで、加工速度の。グラファイト電極はパルス幅6.55）を長くすることで消耗し難くなるが、一方でカーボン向上と電極低消耗の両方を実現した 6.58）。

が円柱状の突起に成長し、加工を不安定にする問題がグラファイト電極の適用は当初、大形形状の高速加ある。詳細は開示されていないが、SGF 電源は加工工に向かったが、2000 年を越えた頃から、新しいグラファ状態を観察し高速で放電加工中に波形制御を行い突起

イト材料の開発により小物精密加工への適用が拡大し物の成長を抑えると説明されている。

始めた。今後とも、電極材料の開発は、放電加工の加工特性を向上するための要素技術として重要である。

（2）三菱電機「GF 制御」
三菱電機は 2006 年に「GF 制御（グラファイトファジィ制御）」、翌年に機能更新した「GF2 制御」を発売した。
従来のファジィ制御にグラファイトに適した制御ロジック

6.4 自動化・省力化を追加し、新たに加工状態に応じて放電パルスと休止時

ここでは、電極や工作物を機械に着脱する技術を中間を制御する機能を開発し、加工の安定と電極の低消心に、自動運転を実現するために開発された主要な自耗を実現した動化技術を解説する。

。図 6.42 は GF2 制御による、
幅 0.2 mm6.56）の薄リブ形状の加工事例で、銅では熱変形により加工できない微細形状の電極を、微粒グラファイト材を使（1）汎用治具えば可能であることを示した事例である。尚、電極消初期の形彫放電加工機では、加工ヘッドに設けられ耗率は最良 0.04%（長さ消耗比）で、その後も各社が数た図 6.44 などの電極ホルダを用いて電極の取り付け値を競い合う状況が続いたが、業界全体のマイルスを手作業で行っていた。また、電極を取り付けた後、トーンとしては、2000 年代後半にグラファイト電極

電極の傾きをダイアルゲージなどで測りながら、調整の消耗率が 0.1% 以下に達したと記しておく。

ねじで傾きを修正する作業なども必要であった。荒加
工から仕上加工への移行の際など、電極を交換する場
合は毎回、こうした作業に時間が費やされていた。また、工作物を取り付ける作業は、テーブルに直接、または治具を用いて固定するか、マグネットチャックを用いて、磁力で吸着固定する方法が一般的であった。

図 6.42

幅 0.2 mm 薄リブ加工事例 6.57）
図 6.44

着脱式電極ホルダ 6.59）（2）電極自動交換装置（ATC）と治具システム
３章で述べた通り、1970 年代後半にマイコンやミニコンを内蔵した NC 装置を搭載した放電加工機が誕生した。NC 装置は軸送りの自動化以外に、様々な機
図 6.43

IDPM の制御概要

6.58）能を実現したが、その中でも電極自動交換装置（以下
放電加工機技術の系統化調査

91

「ATC」）は放電加工機の普及に於いて重要な役割をランプで把持される仕組みであるが、電極ホルダのシャ担うものであった。国産初の ATC の記録は確認でき

ンク外径に対し、圧力開放時のクランプ内径を僅かなかったが、NC 装置の搭載と同時に、ATC も搭載さ

5 μm のクリアランスとしたことが、クランプ精度が高れていたものと考えられる。

い理由である。高精度なクランプを実現する ATC 装

初 期の ATC の 事 例としては、1979 年 発 売の三 菱

置「Robotics」は、1980 年代の代表的な ATC であった。

電機「DK-280」 に搭載された ATC（図 6.45）がある。

DK-280 の発売当初は、国内の治具メーカと提携した（3）治具システムの進化

内製の ATC を搭載したが、電極ホルダを把持するク1988 年、 放 電 加 工 用 治 具 メ ー カ 大 手 の エ ロ ワ 社

ランプ精度に課題を抱えていた。当時、放電加工用治（EROWA AG.）が日本法人を設立し、治具システム

具メーカ大手は海外に数社あり、その一社であるシス「ITS システム」（図 6.47）の販売を開始した。その２

テム 3R 社（現：GF マシニングソリューションズ）が年後に、システム 3R 社が新製品「マクロシステム」（図1978 年に日本法人を設立し、「ミニシステム」と呼ぶ

6.48）を発売した。

治具システムの販売を開始した。この治具システムを活用したシステム 3R 社の ATC 装置「Robomatic」の両製品は何れも以下の特長があり、自動化の進展に重要な役割を果たすことになった。

クランプ精度が非常に高いことが分かり、早々に採用①高精度クランプを決定した。ここで治具システムと呼ぶものは、幅広 繰り返しクランプ精度が数 μm 以内で、高精度ない用途に対応するために体系化された基準を共有する

金型加工への適用を拡大

組合せ治具製品群のことで、図 6.46 に示した ATC 用②高剛性構造の様々な電極ホルダのセットがその一例である。これ

 最大取付重量が数 10 kg に拡大し、大型電極だけ

ら電極ホルダは、加工機のヘッドに設置された油圧クではなく、工作物にも適用を拡大③電極ホルダ搬入経路の精度緩和④許容値が大きい電極ホルダ搬入位置決め精度
 電極ホルダをクランプに着脱する際の搬入位置決め
精度は、旧製品では高い精度が必要とされた。新しい製品群はこれを大幅に緩和し、通常の多関節ロボットの位置決め精度でも着脱が可能になった。
以上の通り、高精度な治具システムが適用範囲を大型電極や工作物に拡大したことに価値があるが、最も有益であったのは、ロボットを利用した自由度の高いシステムを構築できる様になった点であると考える。
以後、これら治具システムを利用した様々な自動交換システムが誕生することになった。

図 6.45

ATC（System 3R 社製）

6.60）

図 6.4692

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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ATC 用治具システム 6.61）

数の工作物を搭載し、一度のパレット交換で多数の工作物を連続して加工することが可能である。放電加工
機と APC の組み合わせは、1980 年代に特定ユーザ向けや展示会でのデモンストレーション用に特殊仕様機の実例があった。一般向けに仕様を標準化してカタロ
グ販売となった製品は、調査の範囲では 1992 年に牧野スライス製作所が発売した PM10（図 6.49）が最初の製品であった。写真の機械本体左側が PM10 で、計10 個のパレットを備え、複数の工作物を順番に自動で加工することができる。この装置は、パレットの形
図 6.47

エロワ ITS

態になっているが、パレットが小型のため、工作物 16.62）個の交換に適用される場合が多いと考えられ、AWCに近いものと言える。

図 6.48システム３R マクロ 6.63）（4）ワーク自動交換装置
放電加工に於いて、ワーク（工作物）の自動交換を行

図 6.49

牧野フライス製作所 EDGE1+PM10 6.64）

うには、オートパレットチェンジャー（以下「APC」）
かオートワークチェンジャー（以下「AWC」）による方（5）自動運転システム法がある。APC は、複数のパレットを用意し、機械

電極や工作物の自動交換が可能となった後、次に目の外でパレットに工作物の取り付けを済ませ、パレッ

標となったのは信頼性と柔軟性を備え稼働率を大幅にトを加工テーブルの上に自動搬送し、順番にパレット向上する完成度の高い自動運転システムであった。図

を交換しながら加工を進める方法である。マシニング

6.50 は三菱電機が 1996 年に開発した ED-CELL シス

センタなどで実績が多い方法で、1 枚のパレットに多テムの構成図で、図 6.51 はシステムの外観写真である。

図 6.50ED-CELL システム構成図 6.65）
放電加工機技術の系統化調査

93ATC の事例として、三菱電機が 2013 年に発売した装置を図 6.52 に示す。
この装置は、日本の狭い現場環境を考慮し、設置面積の最小化を図った設計になっているが、加えてATC と AWC のハイブリットとしてコンパクト化を追求した装置である。図 6.52 の標準仕様は、
電極 84 本、工作物（パレット）12 個であるが、マガジンを追加した図 6.53 の拡張仕様では、電極 150 本、工作物 22 個を搭載できる。
これまで解説してきた自動化の技術や装置は、カタ
図 6.51ED-CELL システム外観 6.66）

ログ販売となったものを対象としたが、カスタム仕様のシステムには様々な事例がある。例えば自走式ロ

ハ ードウェアの 構 成は、形 彫 放 電 加 工 機、ATC、

ボットにより、複数の加工機に対応した自動交換シス

AWC の他に、電極や工作物の治具基準の偏位量（芯テムも実現している。今後は、投資効果をさらに向上

ずれ量）を測定するメジャリングセンター（三次元測定する自動化システムが期待されるが、コスト削減はも機）、電極や工作物を個別認識するための ID タグ、IDとより、ICT を駆使したスマート化など、製造システ

タグを非接触で読み取る ID リーダー、システム全体をム全体の効率化につながる開発が必須である。

制御するセルコントローラ（ED-CELL）で構成される。
このシステムの主な特徴は次の通りである。
電極や工作物の芯ずれ量を機械の外で予め計測し（外段取り）、ED-CELL にデータを格納し、運転時には自動的に芯ずれ量に基づき電極座標を補正し加工する。電極や工作物を機械に取り付けてから芯ずれ量を測定する内段取りを廃止し、アイドル時間を削減し、稼働率を大幅に向上できる。

ID タグと読取装置で、電極や工作物の ID 番号を管理するため、芯ずれ量データとの紐づけができる。また、加工の際に誤った電極や工作物の使用を防止できる。例えば、作業者が電極を ATC にセットする際、ストッカの順番に依らず、空いているストッカにセッ

図 6.52 三菱電機 EDCHAGE SLIM 6.67）

トすれば、システムが電極を正しく認識し、ミスの無い信頼性の高いオペレーションが可能となる。このED-CELL システムは外段取りの自動運転システムの原型となったもので、現在の自動運転システムに必要な主要技術を網羅している。
（6）ATC、AWC ハイブリッド装置

ATC の電極本数は通常 10 本前後のものが多く、最大で 48 本程度が限界である。しかし、コネクタ、自動車用 ECU などの複雑なプラスチック金型の加工では、100 本以上の電極を必要とすることがあり、その場合は機械と別置きの ATC が利用されている。別置
き ATC は前述の海外メーカ製のシェアが高く、国内の放電加工機メーカのシステムにも多く組み込まれている。しかし、海外製品は設置スペースが大きいな
ど、日本のニーズに合わない点もある。国産の別置き

94

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図 6.53EDCHAGE SLIM 拡張仕様 6.67）

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放電加工機技術の系統化調査

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7 特殊な放電加工機

本章では、特殊な用途に対応した放電加工機をいくなり、熱伝導率が非常に小さくなっている。そのため、つか解説する。今まで述べてきたように、放電加工機

放電アーク柱から電極に伝わる熱は、アーク柱近傍のは金型を中心に利用されているが、部品加工の分野で電極部分に集中し温度が早く上昇し、溶融が促進されも様々な用途に適用されている。著者の推定では、日る仕組みとなっている。溶融した電極材料は、加工液本における放電加工機の用途は 7，
8 割が金型であるが、の気化爆発力と電流から生じる電磁力により、被処理

米国では部品加工への適用が金型より多く、特に航空材側に移動する。

宇宙分野、医療機器分野等への適用が目立っている。
今後の放電加工機の用途拡大では、そうした高付加価
値な部品加工に期待がある。本章では、放電加工機の今後の発展への可能性を示す観点で、高付加価値な部品に適用する特殊な放電加工機をいくつか解説する。

7.1 放電表面処理
通常の放電加工は金属の除去を目的とするが、微小

図 7.1

MSCoating の成膜プロセス 7.3）

な放電エネルギーにより電極材料を被処理材の表面に堆積し機能被膜を形成する技術が開発されている。この技術は、豊田工業大学による研究成果 7.1）を基に、三菱
電機が科学技術振興事業団（現独立行政法人・科学技術振興機構）の委託研究として開発したものである 7.2）。
三 菱 電 機 は こ の 技 術 を 放 電 表 面 処 理 EDC（Electric

Discharge Coating）と名付けて 1998 年から販売し、主に Ti 系、Si 系材料の機能被膜の市場開拓に注力した。
その後、2003 年に株式会社 I H I と共同開発契約を結び、Co 系材料の厚膜の被膜形成技術を開発した。
この放電表面処理の新しい技術は MSCoating（Micro

Spark Coating）の商標で、共同で販売することになった。本報告では、ジェットエンジン部品の補修に実用化されている MSCoating を中心に解説する。

図 7.2

MSCoating 成膜の原理 7.4）

（2）ジェットエンジン部品の補修

MSCoating のジェットエンジン部品の補修への適応性は以下の通りである。
①熱影響が少ない 適用対象とされたジェットエンジンの低圧タービ（1）加工原理と被膜の特徴

MSCoating の概要を図 7.1 に示す。被膜材料となる

ン動翼の補修は溶接肉盛りで行うのが主流である。
図 7.3 は溶接肉盛りと MSCoating のサンプルを比電極と被処理材の距離を数 10 μm 程度にサーボ制御

較した写真であるが、MSCoating は入熱が少ない

し、両者の間に放電を毎秒数千～１万回程度発生させため歪がなく、表面の酸化もほとんど見られない。

る。放電のエネルギーで溶けた電極材料は、被処理材の溶けた部分に移行し、凝固して被膜が形成される。
微小な放電の繰り返しを加工液中で行うため熱の蓄積がなく、局部的には材料が溶融する温度になるが、被処理材全体は常温のままで処理が進行する 7.3）。
被膜形成の原理は図 7.2 のように考えられている。

MSCoating の電極は、粉末を原料とする圧粉体で造られており、通常の放電加工で使われる金属電極と異溶接肉盛り
電極：Co 合金

図 7.3

基材：Ni 合金MS Ｃ oating
膜厚：0.8mm

溶接肉盛りと MSCoating の比較 7.5）

放電加工機技術の系統化調査

97

②密着性が高い
 図 7.4 は MSCoating で Ni 基合金の基材に Co 系
材料の被膜を形成し、界面付近を線分析した結果である。溶射やメッキの様に界面がはっきりとした成分境界とならず、電極材料の Co と基材の Ni が10 μm 程度の傾斜層を持つ組織となっており、電極材料が基材に溶け込んでいることが確認できる。
 他にもエンジン部品の補修工法として要求される
高温耐摩耗性、疲労強度などの様々な評価試験で優図 7.5

低圧タービンブレードの施工箇所 7.5）位性が認められ 7.6）、2007 年に FAA（米国連邦航空局）の認証を取得して小型旅客機用の GE 製ジェット エ ン ジ ン「CF34」 に 採 用、2016 年 に は GE 製
「GE90」にも採用された 7.7）  7.8）。

溶接（Welding）

図 7.6

MSCoating

溶接と MSCoating の比較 7.5）

7.2 特殊細穴放電加工機
細穴放電加工機とは、穴の加工に特化した放電加工機で、価格が数百万円程の安価な製品が多い。一般的
図 7.4

界面付近の線分析 7.5）には、ワイヤ放電加工用の加工開始穴や精度要求の低い単純な穴あけ加工に用いられている。本報告書ではMSCoating の施工箇所（図 7.5）は、低圧タービンブ

これら一般の細穴放電加工機は調査対象外としたが、レード（動翼）のインターロック部である。隣り合う

ここでは、高付加価値な加工に対応する特殊な細穴放ブレード同士は固着されておらず、エンジンが回転中

電加工機を解説する。

はインターロック部が擦れ合うため、非常に摩耗し易牧野フライス製作所は 2012 年、発電用ガスタービ
ンやジェットエンジンタービンの穴あけ専用の細穴加い箇所となる。
これまでは、図 7.6 の様に溶接肉盛りで補修されて

工機 EDBV3 を発売、続いて 2018 年にジェットエンジ

いた。溶接肉盛りは余肉を付けて行われ、後工程で余ンタービン専用の細穴放電加工機を発売した（図 7.7）。

肉を落とす工程が必要であるが、MSCoating は施工が必要な領域に厚みを制御して成膜できるため、後工程を省くことができる。
また、溶接による入熱でブレードが熱変形した場合、作業者が手作業で熱歪を修正していたが、歪が出ない MSCoating はこうした作業を不要とした。
ジェットエンジンの製造や補修の新技術は、工法として認証を受けるハードルが高く、また、工法が確立している工程を新技術へ置き換えることに対し慎重である。MSCoating はまだ、実績が多い既定の技術として広まっていないが、技術的な優位性があるので、今後の展開に期待がある。

98

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図 7.7

Vol.32 2023. March

タービン冷却穴用細穴加工機 BX3 7.9）

図 7.8

代表的なタービン翼冷却構造 7.10）

発電用ガスタービンやジェットエンジンタービン
は、高温燃焼ガスのエネルギーを動力や推力に変換す

図 7.9 タービン翼の冷却構造例 7.11）
空気冷却方式（GE 型 -FA 型の例）

電極消耗により電極が短くなるまでの余裕を確保
し、連続運転可能な加工穴数を増大。

る熱機関である。何れも、燃焼温度を上げるとエネル④回転振れ防止フィンガ：電極を回転させながら加ギー変換効率が向上するので、タービンの開発で重要工する際、電極の振れを抑えるフィンガを 5 個搭

な課題が高温燃焼化である。しかし、その実現には同載。加工中の電極の長さに応じて、自動的に保持、時に、前段の高圧タービンの耐熱性や冷却効率の向上

リリースを行う。

が必要であり、耐熱性ではニッケル基合金の採用や、遮熱コーティングの開発などが行われてきた。また、⑤貫通検知機能：穴が貫通後、即座に次の加工に移行。対向壁への不要な加工防止。

冷却に関しては、図 7.8 に示すいくつかの空冷技術が尚、 電 力 用 ガ ス タ ー ビ ン に 関 す る 詳 細 は「 産 業開発され、その中でフィルム冷却が最も効率の良い方

用大型ガスタービンの技術の系統化調査」（第13集式となっている。図 7.9 はフィルム冷却方式のタービ

2009）を参照願いたい。

ン構造で、タービン内部の空気は冷却穴から噴射され、冷却空気層を形成してタービン翼面を保護することができる。この冷却穴は、表面に向けて漏斗状に広がる
異形状な穴となっており、難削材かつ傾斜面があることで、切削では加工が困難なため、放電加工の独壇場となっている。
ジェットエンジンタービンの冷却穴の加工は、欧米のエンジンメーカや協業先で行われているが、ハイテクのイメージに反し、労働集約型の工程も多い。牧野
フライス製作所の BX3 は、こうした生産形態を改革
し、自動化、省人化を推進する仕様となっている。
図 7.10 は、工作物と加工ヘッド周囲の写真である。
機械の主な特長を以下に挙げる 7.9）。
①回転、チルト 2 軸テーブル搭載：あらゆる方向の冷却穴に合わせて、加工物を自動でアライメント
可能。
②水加工液：加工速度を優先して水を採用。同社の調べでは、油加工液より 4 倍速度が速い。（消耗は多い）③電 極長最大 700 mm：一般的な電極長の約 2 倍。

図 7.10

BX3 の工作物と加工ヘッド周囲 7.9）

放電加工機技術の系統化調査

99

の後、エンドユーザでの量産検証を経て、2019 年に7.3 マルチワイヤ放電スライス加工機

マルチワイヤ放電スライス加工機 DS1000（図 7.12）の発売に至った。

マルチワイヤ放電スライス加工機の考案は、ジャ

図 7.13 はマルチワイヤ放電スライス加工機の構成

パックスが 1977 年に出願した特開昭 54-20485 に遡るである。1 本のワイヤ電極は、スプールから供給され（図 7.11）。この特許は、特定のニーズを想定したも４つのローラの外側を旋回した後、巻取り装置で回収のではなく、
技術シーズの権利化であったと思われる。

される。この旋回回数が、放電加工に供されるワイヤ

その後、この特許が製品化に結び付かず、具体的な用電極の並列本数となる。ワイヤ電極は放電加工の特性途が開拓されないままとなっていた。

や低コスト化を考慮した特殊材料のφ 0.1 mm 電線を用いる。加工電源は並列したワイヤ電極の 1 本ずつに、個々に加工パルスを供給するマルチ加工電源方式としている。即ち、並列本数と同じ台数の電源とフィーダ線を備え、個々のワイヤに独立して放電パルスを供給する仕組みとしている。通常の放電加工機と同様に1 台の加工電源から複数の電極に給電した場合、放電現象を複数の電極で同時に発生させることはできない
が、独立した電源を備えることで同時放電を可能とし

図 7.11た。マルチ加工電源方式は、電極本数が増えても加工

マルチワイヤ放電の考案 7.12）

速度が低下しない仕組みであり、この点が過去の考案

2006 年（平成 18 年）、岡山大学と並んで 7.13）、三菱には無かった大きな特徴となっている 7.18）7.19）。

電機は NEDO から超薄型多結晶シリコン太陽電池の研究開発として、多結晶シリコンの放電スライス加工技術の開発を受託した 7.14）。当時は太陽電池の世界シェアで日系企業が約 50% を占めていた時代である。

NEDO の研究では所期の目標を達成したが、多結晶シリコンは比較的柔らかい材料であるため、ダイヤモ
ンド砥粒を用いるワイヤーソーの生産性に敵わず、太陽電池向けに製品化するには至らなかった。そして、次のターゲットとして浮上したのが、次世代パワー半導体の材料として注目され始めた化合物半導体材料の単結晶 SiC（炭化ケイ素）や単結晶 GaN（窒化ガリウ
ム）であった。両者の特性にはやや違いがあるが、何れもパワー半導体に用いた場合、従来のシリコンに比

図 7.12

マルチワイヤ放電スライス加工機

べ「高耐圧」、「低オン抵抗」、「高速」である点が圧倒的に優れている。一方、気相成長または液相成長で結晶を造る際に、欠陥や歪みを抑えて大きな結晶とすることが難しい。また、結晶のスライス加工工程に従来のワイヤーソーを用いた場合、シリコンと比べて高硬度な脆性材料であるため 7.15）、生産性、カーフロス、
砥粒ワイヤのコストなど、加工費を大幅に押し上げる要因が多々ある。現在に於いても結晶成長技術や加工技術の向上によるウエハ製造コストの削減が、化合物
半導体普及の最大の鍵と言われている。
三菱電機は、マルチワイヤ放電スライス加工機が化合物半導体材料に於いて優位性を発揮できると考え研
究開発を続け、2013 年に研究成果を広報した

100

国立科学博物館技術の系統化調査報告

。そ

7.16）

Vol.32 2023. March

図 7.13機械の構成概要 7.18）
DS1000 7.17）

ここで重要な点を述べると、放電加工が可能な材料の電気抵抗率は 1Ω･cm 付近が閾値となるが、SiCや GaN などの化合物半導体材料の電気抵抗率は概ね10 Ω･cm 前後であるため（図 7.14）、例外はあるが殆-2

pp.625-630,（1993）
7.2） 後藤昭弘：放電加工で表面処理 , NIKKEI MECHANICAL no.552, p.106,（2009）7.3） 岡根正裕 , 後藤昭弘 , 寺本浩行 , 中村和司：航空機エンジン部品対応 MSCoating の開発 , 三

どの材料が加工可能である。

菱電機技報 , 82（3）, pp.49-52,（2008）
7.4） 三 菱電機 , ASTEC 先端表面技術展プレゼン資料 ,（2012）
7.5） 三菱電機 , MSCoating カタログ ,（2012）7.6） 落合宏行 , 渡辺光敏 , 荒井幹也 , 吉澤廣喜 , 齋
藤吉之：放電を利用した革新的なコーティング
および肉盛技術 MSCoating の開発 , 石川島播
磨技報 , 45（2）, pp.73-79,（2005）
図 7.14

放電加工の適用領域 7.17）7.7） 日刊工業新聞 , 2008/4/24 朝刊
7.8） ㈱ I H I , プレスリリース ,（2016/4/21）

図 7.15 は、４インチ単結晶 SiC インゴットをスラ

7.9） 堀 内貞則：放電加工による航空機部品の製作 ,イス加工した事例である。ワイヤ電極を 600 μm 間隔

電気加工学会講習会「放電加工の基礎と応用」

で 10 本を並列で加工し、平均板厚が 428 μm のウエ

資料 ,（2020/12/2）

ハ（アズスライス）が得られた。この後、研磨工程な

7.10） 日本ガスタービン学会編 , ガスタービン工学 , 図

どの後工程を経て、デバイス用のウエハ製品が完成す

3.2.6 代表的なタービン翼冷却構造 , p.96,（2017）

る。ウエハ製品の厚みは、デバイスメーカ毎に異な

7.11） 火力原子力発電技術協会編 , 火力原子力発電必るが、将来はこれを薄化することで、部材のコスト削携（第 7 版）, ①空気冷却方式（GE 型 -FA 型の減やデバイスの冷却効率向上が期待できる。放電加工例）, p.391,（H19.3）

は、加工荷重が極めて小さい加工法であるので、脆性

7.12） 特開昭 54-20485

材料である化合物半導体材料を薄く加工しても割れ難

7.13） 岡 山大学 , 平成 18 年度 平成 19 年度成果報告

く、今後さらにウエハを薄化できる余地がある。

書 NEDO 太陽光発電システム未来技術研究開
発 , 次世代超薄型多結晶シリコン太陽電池の研究開発（放電加工スライス）, 06990701-0
7.14） 三菱電機 , 平成 18 年度～平成 21 年度成果報告
書 NEDO 太陽光発電システム未来技術研究開
発 未来型超薄型多結晶シリコン太陽電池の研究開発 , 06990698-0
7.15） 島田昌彦 , 小泉光恵：セラミックスの力学的性
質 , 材料 , 32（355）, pp.451-457,（1983）
7.16） 三菱電機 , ニュースリリース , SiC 用のマルチワイヤ電極径 :ワイヤピッチ :図 7.15

φ 0.1mm
600µm

ワイヤ並列数:
ウエハ平均板厚 :

10 並列
428µm

４インチ単結晶 SiC 加工事例 7.17）

ワイヤ放電スライス技術を開発 ,（2013/2/6）
7.17） 三 菱電機 , カタログ マルチワイヤ放電スライ
ス加工機 DS1000 K-K02-8-CA300-A,（2019）

本報告書を執筆している現在、本機は一部のユーザ

7.18） 糸数篤 , 橋本隆 , 福島和彦 , 湯澤隆 , 佐藤達志：

で稼働が始まった段階であるが、今後、結晶の大径シリコンカーバイドのマルチワイヤ放電加工化、長尺化（厚み増大）への対応と加工性能向上によについて , 精密工学会学術講演会講演論文集 ,り、本格的な普及を目指している。

pp.391-392,（2012）7.19） 糸数篤 , 三宅英孝 , 橋本隆 , 福島一彦 , 湯澤隆：

参考・引用文献

シリコンカーバイドのマルチワイヤ放電加工

7.1） 毛利尚武 , 齋藤長男 , 恒川好樹 , 宮川昭彦：放（第 2 報）, 精密工学会学術講演会講演論文集 ,電加工による表面処理 , 精密工学会誌 , 59（4）,pp.507-508,（2013）
放電加工機技術の系統化調査

101

8 おわりにまとめるであろうと覚悟している。放電加工機の技術は、機工作機械や半導体製造装置など、日本の製造装置産

械、電気、制御（H/W, S/W）、加工技術など広い分野

業は、現在も高い国際競争力を維持している。工作機に跨っており、執筆者のバックグラウンドにより、報械全体では、国別の生産シェアは、日本が 2009 年ま告内容が大きく変わるものと考える。また、今回の調で 20 年以上トップの座にあった。中国の急成長によ

査、執筆の方針は、様々なマイルストーン技術を網羅り、現在はドイツとの２位争いに転じているが、中級的に調査し、緻密に体系化して記録する作業は、私の機以上の製品では、依然、高い競争力を維持している。

力では短期間に成し得ないと判断し、比較的大きなマ

放電加工機に関しては、正確な統計は無いが、本社

イルストーン技術に絞って調査することにした。その

所在国別の売上高で、日本が世界シェアの過半を占め

一方、一般の方が理解いただける様に、個々のマイルているのは間違いないであろう。何故、放電加工機のストーン技術はできるだけ詳しく解説するよう心掛け

国際競争力が高いのか、そして、将来の展望は如何にた。私の力の無さが程良いフィルタとなり、後世に残と言う点で、著者の個人的見解を少し述べたい。

す記録として相応しいものにならないかと、不遜なこ

著者は放電加工機業界に長らく身を置き、その間、とを申し上げて、結びといたします。

他の工作機械メーカと交流する機会にも恵まれた。その経験から認識を深めたのは、一般の工作機械は、工謝辞

具メーカに加工技術を依存する部分が大きいのに対調査、執筆にあたり、多くの方々から資料や情報、し、放電加工機では工具に相当するものが電源や様々専門的知見、歴史に埋もれた情報などをいただいた。

な適応制御であり、放電加工機メーカは加工技術をほ

放電加工の原理に関しては、東京大学の國枝正典教授、

ぼ完全に掌中で開発している点である。これら電源や

東京農工大学の夏恒教授に懇切丁寧なご指導をいただ

制御技術には、デジタルの論理だけではなく、時間とき、感謝いたします。また、工作機械の統計に関しては労力をかけた試行錯誤から得られたノウハウも相当に

日本工作機械工業会から詳細データをいただき、感謝

蓄積されており、こうしたブラックボックス化されたいたします。放電加工機を利用する以下の企業各社かノウハウが、新規参入を容易には許さない強みになっらは、貴重な写真や利用技術に関する知見をいただき、ていると考える。また長年の海外勤務の経験から感じ感謝いたします。

たことであるが、日本の技術者は、現場や顧客へ自ら

株式会社アタイス

出向いて、様々な開発課題を抽出し、解決策を迅速に株式会社岐阜多田精機

製品へ反映する活動に長けており、そうした開発の姿

黒田精工株式会社

勢が放電加工機の技術構築では非常に好ましい形で成新光電気工業株式会社

果を生み出したと考える。今後も、この強みを失わず、

株式会社放電精密加工研究所

世界中の顧客と向き合うことができれば、競争力は維放電加工機の以下のメーカ各社からは、カタログ、持できると考える。

投稿記事などの提供を始め、技術史を確認する議論

一方、放電加工機の業界規模は、国内の工作機械業など、様々な支援をいただき、感謝いたします。

界全体で、台数シェアが 3.8%、金額シェアが 3.3% で西部電機株式会社

あり、ニッチな業界となっている。規模の面では、金株式会社ソディック

型産業向けは横ばいを予想するが、7 章で解説した事

ファナック株式会社

例の様に、新分野への普及については夢を描くことが株式会社牧野フライス製作所

できると考えている。放電加工機に関る若い世代の技

最後に、三菱電機 OB を始めとする以下の個人の術者には、ニッチメジャーを目指し、また、新しい適方々には、歴史に埋もれそうな貴重な情報の提供や用分野に積極的に挑戦して欲しいと考える。

編集校正への支援などをいただき、感謝いたします。
荒槇淳氏、伊東哲朗氏、大泉敏郎氏、辛嶋利春氏、あとがき

佐々木史朗氏、志田伸一氏、新開勝氏、鶴本和夫氏、

本報告書で述べた内容は、放電加工機の業界関係者
から、重要な技術の調査が漏れているとの指摘を受け

102

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

葉石雄一郎氏

放電加工機技術の系統化調査の系統図

放電加工機技術の系統化調査

103

放電加工機技術の系統図

放電加工
学会・業界

1940

1950

1960

'43 放電加工の発明

国際学会:ISEM'60 第1回(Praha) '66 第2回(Brno) 日本初参加'48 東大 研究開始

'67 電気加工学会設立

欧米でメーカ誕生先行

形彫
放電加工機

1970

日本メーカ世界シェア拡大

機械構造'54 日本初の放電加工機

ジャンプ高速化

ボールねじ駆動/DCモータ＋減速機サーボ'62 油圧サーボ駆動

加工電源

電極消耗率

電極消耗率改善数10 %前後RC回路電源1 %以下'58 高周波重畳電源

サイリスタ電源'64

仕上加工、'67 トランジスタ電源

高精度加工

主軸揺動装置微細精密加工最良面粗さ/最小コーナR

適応制御

'76

加工条件適応制御

自動化

MIT NC装置開発

NC装置

'52

'58

日本初NCフライス盤
ハードワイヤードNC, ミニコンNC

マイコンNC'72

ハードワイヤード NC形彫放電

'74

'76

ミニコンNCワイヤ放電

日本初ワイヤ放電加工機

ワイヤ
放電加工機

機械構造

'72
高精度機

加工電源

最大加工速度

最大加工速度向上

仕上面粗さ'76 テーパ'70後半

20 mm2 /min以下
Tr充電RC回路電源

最良面粗さ

Rz 3 µm ～RC回路仕上電源

防食技術
適応制御

自動化

104

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

1980

重要技術指標技術・開発潮流

マイルストーン

1990

2000

2010

'89 第9回（名古屋）2020'16 第18回（東京）'80年代 日本メーカ世界シェア過半 現在に至る
軸芯冷却'81 DCモータ直結サーボ

ACモータ化'06

ボールねじ駆動高速化 25 m/min

ジャンプ制御高度化'15'98 リニアモータ駆動 36 m/min
0.1 %以下
細穴加工へ適用'86 スロープコントロール回路

リアクトル電流制御電源（省エネ）
熱変位補正機能'79 テーブル揺動機能
光沢面 Rz 1 µｍ以下

梨地面 Rz 1 µｍ以下 インコーナR 10 µｍ以下(狭ギャップ仕上げ)'80 光沢仕上回路'97
微細仕上回路'03 高品位微細仕上回路'91 ファジィ制御'79 国産ATC'00年代 3Dデータ利用普及'90年代 GUI 強化'80年代 自動プロ(機上)'96 自動運転システム'92 AWC

'88'10年代 ネットワーク利用本格化'13 国産ATC,AWCハイブリッド装置

治具システム普及
ワイヤ放電

32bit CPU搭載

64bit CPU搭載

マイコンNC形彫放電'87 浸漬加工機

加工装置

熱絶縁構造高精度機
微細精密加工需要'93'96

高精度機開発セラミック構造高精度機

Φ0.03ワイヤ結線高精度機

110 mm2/min'14
800 mm×600 mm 大型高精度機

500 mm2/min'82 MOSFET電源

電源開発, 高速ワイヤ, 加工液高圧供給

Rz 0.5 µm ～1.0 µm

Rz 0.5 µm以下

'84 交流高周波超仕上電源'92 無電解電源
汎用形状（段差,中空）高速化'02
高板厚への適用、真直精度向上、汎用ワイヤ適用'90後半 高速スイッチング超仕上電源'81 油加工液仕様機

油加工液仕様機、水加工液仕様機＋無電解電源を各社ラインナップ化'94 板厚差条件自動制御
コーナ制御

加工精度向上'79 ワイヤ自動結線装置

大形工作物高精度加工需要'96

コーナ制御(仕上加工)'00'01 板厚差仕上制御

信頼性向上、10秒結線、細線ワイヤ適用、断線点挿入、他 開発'88 自動中子処理装置'11 中子溶着固定技術

放電加工機技術の系統化調査

105

106

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

7

6

5

4

3

2

1

番号
工業技術博物館

EDNC64

ボモータ駆動装置を搭載し、その後に主流となる３面加工槽昇降式構造採用の先駆けとなった機械。

神奈川県愛甲郡愛川町中津 4023

当時の新技術であったトランジスタ回路電源、DC サーされるなかで製造時期が SERIES A に最も近い機械。

FANUC TAPECUT-SERIES A であるが、現存が確認

ファナック最初のワイヤ放電加工機は 1975 年製造の（顧客限定公開）

厚木事業所

株式会社牧野フライス製作所（顧客限定公開）

稲葉記念館

させた重畳電圧回路（DP 回路）を搭載。

福岡県直方市上新入 2594 番地
ファナック株式会社した機種。また、高速加工と仕上げ加工の性能を向上

当時の主流であった主軸駆動に油圧サーボ方式を採用と謳われた形彫放電加工機用の電源。

を 1％以下に大幅に改良したことで、「電極無消耗電源」

スィッチング素子にトランジスタを採用し、電極消耗（限定公開）

土居工業株式会社

神奈川県横浜市都筑区仲町台 3-12-1（顧客限定公開）

本社

面倣い方式を採用。機械本体のみ現存。

名古屋市東区矢田南五丁目 1 番 14 号
株式会社ソディック機。普及を図るため高額な NC 装置を用いず、光学図

1972 年に発売された日本初のワイヤ放電加工機の 2 号

続いて開発された小型機の 23 号機（電源は 435 号機）。

に放電加工機 DM-101 を生産開始。当機は DM-101 に三菱造船（現三菱重工）と三菱電機との協業で 1958 年

機の歴史を開いた。

実用形彫放電加工機の国産第１号機。日本の放電加工

選定理由（顧客限定公開）三菱電機㈱ FA コミュニケーションセンター

名古屋市東区矢田南五丁目 1 番 14 号

（顧客限定公開）三菱電機㈱ FA コミュニケーションセンター

埼玉県南埼玉郡宮代町学園台４丁目１（公開）

日本工業大学所在地（企業、団体名／公開状況／住所）

形彫放電加工機㈱牧野フライス製作所

ファナック㈱西部電機㈱（現 ㈱ソディック）

ジャパックス㈱三菱電機㈱

三菱造船㈱＆三菱電機㈱（現 ㈱ソディック）㈱日本放電加工研究所

製造社

山梨県南都留郡忍野村忍草 3580

1980

1976

1974

1974

1973

1963

1954

製作年

SERIES D

FANUC TAPECUT-

ワイヤ放電加工機

E-202H

形彫放電加工機UF105C

形彫放電加工機用電源

DWC-50

ワイヤ放電加工機

DM-50B

形彫放電加工機Japaxtron D3

形彫放電加工機

名称

放電加工機技術 産業技術史資料 所在確認

放電加工機技術の系統化調査

107

14

13

12

11

10

9

8

工業技術博物館

工業技術博物館

AM35L

形彫放電加工機

UPH-1

ワイヤ放電加工機

EWP-300A

ワイヤ放電加工機

DWC-90G

ワイヤ放電加工機

330W

1998

1993

1984

1985

㈱ソディック㈱牧野フライス製作所

西部電機㈱

三菱電機㈱

厚木事業所

加賀事業所

石川県加賀市宮町力 1-1（顧客限定公開）株式会社ソディック

神奈川県愛甲郡愛川町中津 4023

（顧客限定公開）株式会社牧野フライス製作所

遠賀郡水巻町吉田南 3-4-1（限定公開）

株式会社深江工作所

た形彫放電加工機。

世界で初めてリニアサーボモータを駆動装置に搭載し

興協会 H7 年度「中小企業向け自動化機械開発賞」受賞。

ワイヤ自動結線、ワイヤ横走行構造が特徴。㈶ 機械振微細精密加工に特化した高精度機。極細線φ 0.03 mm

参考：電気加工技術 ,Vol10 N028, P31,（1986）のため門型構造を採用した点が特徴。

初期に開発された高精度ワイヤ放電加工機。高精度化

ガイド方式の初期型ワイヤ自動結線装置を搭載。

埼玉県南埼玉郡宮代町学園台４丁目１

業界初の MOSFET 電源を搭載した F シリーズの後継機。業界最高速度（200 mm2/min）を誇った。パイプ

工業技術博物館を備え、目的に応じて加工液の切り換えが可能。

た日本初のワイヤ放電加工機。水と油の加工液タンク

工作物の腐食防止のため、油加工液の使用を可能とし初期型テーパ加工装置を確認できる最も古い機械。

現存かつ公開されているワイヤ放電加工機のなかで、公開されている最も古い機械。

マイコン NC を搭載した形彫放電加工機で、現存かつ（公開）

日本工業大学

埼玉県南埼玉郡宮代町学園台４丁目１（公開）

工業技術博物館

日本工業大学（公開）

日本工業大学

埼玉県南埼玉郡宮代町学園台４丁目１（公開）

日本工業大学

ワイヤ放電加工機㈱ソディックファナック㈱㈱ソディック

埼玉県南埼玉郡宮代町学園台４丁目１

1982

1980

1980

SERIES H

FANUC TAPECUT-

ワイヤ放電加工機

22-NC

形彫放電加工機

「放電加工機技術の系統化調査」
報告書冊子との相違点（正誤表）

ページ

段落

行

第 32 集冊子版
2023 年 3 月

全文 PDF 版
2023 年 8 月
（正）

11

左

下から 6 〜 5

水や油の液中では電弧電極が著しく消耗することに熟知し

水や油の液中では電極が著しく消耗するこ
とを熟知し

11

右

下から 5 〜 3

翌 1954 年 1 月、日本初の市販の放電加工機とされる「Japaxtron D3」（図 3.3）を発売した。

翌 1954 年、国産初の実用放電加工機「Japaxtron D3」（図 3.3）を完成し、東京工業大学に納入した 3.6）。

14

左

14

RL C 回路RLC 回路

16

右

下から 3

放電の繰り返し数をできるだけを増やす必要

放電の繰り返し数をできるだけ増やす必要

22

右図 3.32主軸揺動装置

主軸揺動装置 YD100N3.39）

22

右下から 13 〜 12

23

左

13

24

右

下から 6

ピストンリングと締結された板㊼は1978 年は西部電機工業（現西部電機）
3.58）
と続いた。

3.39）

テーブル駆動形の揺動 NC 放電加工機のテーブル駆動形の揺動 NC 放電加工機「YD200N」の「DK250NC ＋ YD500」「DK250NC ＋ YD500N」
ピストンロッドと締結された板㊼は3.56）3.57）

1978 年は西部電機工業（現西部電機）と続いた 3.73）3.56）3.57）3.58）。

30

左

5

36

右

最下行

39

左

図 4.3

ドリルによる型彫り 4.5)

ドリルによる型彫り 4.6)

39

左

図 4.4

丸センタとたがね 4.5)

丸センタとたがね 4.6)

脚注

高精度画像測定システムの最大許容 X 軸 /高精度画像測定システムの一例：測定精度
Y 軸単一方向長さ測定精度（EUX , MPE（EUX , MPE EUY , MPE）1.2 + 4L/1000 μm。 EUY , MPE）の事例：
1.2 + 4L/1000 μｍ Ｌは測定長さ（mm）
パイプガイド方式であるる。

パイプガイド方式である。

66

以下を追記
3.73）日経産業新聞 , 1976/06/24 (4)

67

右

6〜7

106

所在地

5

土井工業株式会社

土居工業株式会社
厚木事業所（顧客限定公開）

106

所在地

7

厚木事情所
（非公開）

107

選定理由

10

日本発のワイヤ放電加工機

日本初のワイヤ放電加工機

107

製造社

12

西部電機株㈱

西部電機㈱

13

厚木事情所
（非公開）

厚木事業所
（顧客限定公開）107

所在地