[研究報告]

T 法(1)による細穴放電加工のパラメータ設計
和合健**、飯村崇**、黒澤裕也***、触沢晃***

細穴放電加工のパラメータ設計を T 法(1)の放電エネルギー評価で行った。それは、電圧を特性値として T 法(1)による最適電圧波形のパターンマッチングによるパラメータ設計である。その結果、高い相関係数が得られず正確な最適条件が求められなかった。今後の課題は、短時間かつ動特性評価に有利な放電エネルギー評価の基本機能の確立である。
キーワード：細穴放電加工、放電エネルギー、パラメータ設計、T 法(1)Parameter Design of Electrical Discharge Machiningof Minute Hole by T method (1)
WAGO Takeshi, IIMURA Takashi, KUROSAWA Yuya and FURESAWA Akira
Parameter design on electrical discharge machining of minute hole was experimented toestimate for the electrical discharge energy by T method (1). The parameter design wasdetermined combination of the optimum conditions to calculate using pattern matching of
good condition voltage wave on working by T method(1). As a result, it was not possible todetermine the accurate combination of the optimum conditions, because of high correlation
coefficient was not obtained. Next task was establishment of the basic function on electricaldischarge energy evaluation that has advantage for high efficient experiment and dynamic
characteristics evaluation.
key words : electrical discharge machining of minute hole, electrical discharge energy,
parameter design, T method(1)１ 緒言
放電加工の高精度加工法は作業者の固有技術となっており、端的に言えば異常放電を回避するために高純度加工液を維持する掃除技術が最大の固有技術とも言われている。最適な電気条件は、Eパック(製造者推奨値)で示されるが、加工状況に応じたより最適な電気条件を使用者独自で設定できれば高精度化や高能率化が獲得できる。しかし、その設定方法は作業者の勘と経験に頼られている。
先の報告書 1)では、放電加工に T 法(1)を適用した場合のメンバー配置と除去量予測精度の関係を考察した。
ここでは、パラメータ設計により細穴放電加工の最適条件の構築を試みた。特に T 法(1)を使用してエネルギー 2) を入出力関係とした場合に取り組んだ。
２ 実験方法2-1 細穴放電加工の入出力関係
切削加工の場合は、入力したエネルギーが直接的に作用して機械的強さが上位の刃物が下位の加工物を物理的に除去するため、加えたエネルギーが切削抵抗や電動機負荷となり直接的に表れる。
******

基盤的・先導的技術研究開発事業(IMY 連携)
材料技術部
岩手大学工学部

一方、放電加工の場合は、入力したエネルギーにより電極と加工物の間隙で放電現象により双方を溶解するため入力エネルギーが加工物の除去のみに使用されず、あるいは電極消耗の促進のみに働く場合もある。さらに、適正なアーク柱の生成にはその加工状況に応じた適量の入力エネルギーが必要であるため、入力エネルギーの大小だけで議論できない。その結果、ここでの入出力関係は「除去体積∝時間」として良好な細穴放電加工が行われているエネルギー波形のパターンマッチングが唯一の最適条件の判定手段であり、T 法(1)による評価が適する。
2-2 放電エネルギーの測定
放電エネルギーで細穴放電加工を評価する場合の特性値は、極間電圧（以下、電圧という）が予測精度が高いことが分かっている 1)。電圧測定は、微細放電加工時のモニタリングのために既設されていた極間電圧出力端子を使用した。高周波の極間電圧を記録するために 100MS/s の A/D 変換器（NATIONAL INSTRUMENTS、NI USB-5133)を使用し、サンプリング周期は 10ns とした。

岩手県工業技術センター研究報告

３ T 法(1)によるパラメータ設計
3-1 T 法(1)の配列
細穴放電加工に影響の大きい有意因子を抽出することを目的に T 法(1)により項目診断を行った。
T 法(1)の項目配置を表１に示す。T 法(1)の単位空間と信号データは直交表 L18 により 18 通りの細穴放電加工を行い、図１に示す電圧波形を得た。
この電圧波形から平均的な除去体積の実験番号 6個を単位空間、それ以外の 12 個を信号データとした。特性値は電圧として項目 1～25 に電圧、項目26～30 に制御因子 A～E を配置し、真値は除去体積 mm2 とした。未知データの項目はあらたに直交
表 L9 による 9 通りの細穴放電加工を行い設定した。ただし、項目診断では未知データは計算には使用されず、未知データは予測真値（mm3）と実測値(mm3)の比較による予測精度の検証で使用されるものである。
3-2 因子と水準単位空間と信号データに用いた直交表 L18 の制御因子と水準を表２に示す。信号因子は加工時間を 30 分の 1 信号とした。誤差因子は設定しなかった。直交表 L18 実験の加工材は SKH51(竹内型材研究所、THF51)を使用した。電極は φ0.1mm の銅パイプ電極、スラッジ除去はパイプ穴からの加工液噴出、振れ抑制案内の高さは加工物表面から50μm とした。未知データに用いた直交表 L9 の制御因子と水準を表３に示す。因子 H は表４のとおり調合して設定し、その他の加工条件は直交表L18 実験と同等である。放電加工機は三菱電機製
EDSCAN8E を用いた。
3-3 T 法(1)による解析
本研究で用いた T 法(1)の解析手順 3)の概要を以下に示す。本解析には(株)オーケン製 T 法 forWindows (T-006a)を利用した。手順 1 は、単位空表１項目
特性値
項目
特性値
123・k項目
特性値
-単位空間
項目1
電圧1y 0E1T 法(1)のデータの配置

因子HIJK水準
2H2200E1951
55

1H1100E855
50

調合した微細放電回路
回転速度 (r/min)
電気条件 (Eパック)
揺動半径 (μm)

3H3400E195260

直交表 L9 の因子 H の調合

表４水準

微細放電回路
M113
M115
ONOFF
OFFOFF
OFFON

M111
OFFOFFON

H1H2H3間と信号データを定義し基準化する。ここで表１の n の行が項目で k の列がメンバーである。手順2 は、単位空間と信号データを使用して信号値に対する比例式の比例定数 β と SN 比 η を項目毎に算出する。以下に例として電圧の項目 1 についての計算方法を式(1)～(7)に示す。ここで、r は有効除数、Ml は基準化した信号データの出力値（真値）、XEl1 は基準化した信号データ、ST1 は全変動、Sβ1は比例項の変動、Se1 は誤差変動、Ve1 は誤差分散である。
(1)r  M 12  M 22    M l2

 f  l
M 1YE11  M 2YE 21    M lYEl1 2  f  1

ST 1  Y

2
E 11S1Y2E 21

Y2El 1r
 f  l  1S e1  S T 1  S  1
Ve1 (2)(3)(4)

S e1l 1(5)M 1YE11  M 2YE 21    M lYEl1r
1 r S  1  V e1 S  1  Ve1 
1  V e1S  1  Ve1 0(6)

1 (7)項目2
電圧2y 0E2・・・・・・・

項目n
電圧n 個目
y 0En・・・・
項目n+5
真値
M111 M113 M115 回転速度 電気条件 除去体積
y 0A
y 0B
y 0C
y 0D
y 0E
M0

信号データ
項目1
項目2
電圧1電圧2y E11y E21y E22y E12y E23y E13

手順 3 は、信号の項目毎のメンバーから算出した
SN 比(db) ηk、と比例定数 βk を利用して未知データ

・・・・
・・・・・・・・・

項目n
電圧n 個目y En1y En2y En3の出力の総合推定値 M̂ i を式(8)により算出する。

・y E2k・・・

・y Enk・・・・
項目n+5真値
M111 M113 M115 回転速度 電気条件 除去体積
yA
yB
yC
yD
yE
M1
yA
yB
yC
yD
yE
M2
yA
yB
yC
yD
yE
M3
yA
yB
yC
yD
yE
・
yA
yB
yC
yD
yE
Mk

未知データ
項目1
項目2
電圧1
電圧2
Y E1
Y E2・・・・
・・・

項目n
電圧n
Y En・・・・
項目n+5真値
M111 M113 M115 回転速度 電気条件 除去体積
YA
YB
YC
YD
YE
M

・
y E1k

表２

直交表 L18 の制御因子

因子
A
B
CDE
F

第 17 号（2010）

μSF回路 (M111)
コンデンサ回路 (M113)
電圧LOW設定 (M115)
回転速度 (r/min)
電気条件 (Eパック)
揺動半径 (μm)

表３1ONONON100E85550

水準2OFFOFFOFF200E195155

直交表 L9 の制御因子

3ONON400E195260Mˆ i 

1 y1i1 2 y 2i

3 y 3i   k 

2
3
1   2     ky ki

k(8)ˆ は予測真値(mm3)、ηk は SN 比(db)、βk
ここで、 Miは比例定数、k は項目数、i は未知データ数、ykiは未知データ(V、A、VA)である。手順 4 では、項目の重要度を診断する。2 水準系の直交表を用いてその項目の SN 比を使用した場合、使用しない
場合により総合推定の SN 比を算出しその項目の有意性を判定する。

20151050-5-10-15-20-25-30No.1
No.2
No.3
No.4
No.5
No.6
No.7
No.8
No.9
No.10
No.11
No.12
No.13
No.14
No.15
No.16
No.17
No.18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
時間 (ns)
直交表 L18 の放電加工中の電圧波形回路の H3 だった。H3 の組み合わせは M111（μSF回路）：ON、M113（コンデンサ回路）：OFF、M115（電圧 LOW 設定）：ON であり加工エネルギーを弱く作用させる組み合わせであった。つまり、高効率の細穴放電加工を実現するためには大きな放電パワーと低電極消耗率の両立が必要である。

0.025

除去体積 (mm3)

４ 実験結果及び考察
4-1 項目診断
特性値を電圧として項目診断を行った結果を図２に示す。ここでの項目診断は、1：その項目を使用する、2：その項目を使用しないと設定したので、左上がりでその項目を有意と判定し、その差が利得となり、利得が大きいほどその項目効果が大きいと判定する。その結果、5 種類の全ての制御因子で左上がりとなり有意と判定された。利得の大きい因子の順位は、①回転速度（利得 5.64db）、②M113（利得 5.47db）、③電気条件（利得 5.33db）、④M115（利得 0.18db）、⑤M111（利得 0.08db）となった。
4-2 除去体積による評価除去体積を特性値として因子毎の工程平均（感度β）を算出し図３に示した。その結果、因子内の水準間の差が大きい順位は、①電気条件（水準差 0.0186mm3 ）、②M113（水準差 0.0022mm3 ）、③M111（水準差 0.0020mm3 ）、④M115（水準差0.0013mm3）、⑤回転速度（水準差 0.0007mm3）となった。T 法(1)の項目診断と除去体積による因子毎の工程平均（感度β）を比較したところ、全く異なる結果が算出された。
4-3 T 法(1)の予測精度の検証
直交表 L9 により取得した電圧値を未知データに配置して式(8)により算出した予測真値(mm3)と実測値(mm3)から相関係数を算出し図５に示した。
相関係数は 0.61 となり予測精度は低い結果となった。
4-4 実測した電極消耗率による評価
図４は直交表 L9 での実験結果から加工深さと電極消耗率を同時にプロットした図である。良く観察すると実験番号 3、5、7 で電極消耗率が小さい場合に加工深さが大きくなっており、ここで共通する因子は表５から因子 H：調合した微細放電

0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
1 2

1 2

1 2

1 2 3

M111

M113

M115

回転速度 電気条件 揺動半径

1 2 3

1 2 3

因子

図３

除去体積による因子毎の工程平均（感度β）

2.0

加工深さ (mm)図１

加工深さ(mm)600

電極消耗率(%)

500

1.54001.0300200

0.510000.012

図４34 5 6 7
実験番号 No.

8

加工深さと電極消耗率

9

電極消耗率 (%)

電圧 (V)

T 法(1)による細穴放電加工のパラメータ設計

岩手県工業技術センター研究報告第 17 号（2010）

表５0.02

予測真値 (mm3)R=0.61
0.01
0.00
0.00
-0.01

0.01

0.02

0.03

-0.02
実測値 (mm3)

図５

直交表 L9 の組み合わせ

微細放電 回転速度
揺動半径No.
電気条件
ノッチ(r/min)
(μm)
1
H1100
E855
50
2H2200E855
553H3400E855604H2400E1951
505H3100E1951
55
6H1200E1951
607H3200E1952
50
8H1400E1952559H2100E195260

予測真値と実測値の相関係数

距離の推定値 (db)

M111 M113M1154847464544434241403938
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 212345678910111213

電圧:1～251415161718

直交表の列 No.

192021222324252627282930

回転速度
電気条件

図２

項目診断の結果

4-5 総合判定
電圧波形による項目診断、除去体積による因子毎の工程平均（感度β）、加工深さと電極消耗率のプロットの３つの方法を用いて有意因子の判定と最適条件決定を行った。これらの結果を総合的に判定するとφ0.1mm 細穴加工時の最適条件は、電気条件（E パック）の初期設定値 E1951 を使用し、４ － ４ で 示 し た 微 細 放 電 回 路 M111:ON 、M113:OFF、M115:ON の組み合わせでありこれは低電極消耗に働く水準であった。図２の項目診断で は M113 で 有 意 差 が 大 き く 判 定 さ れ て お り
M113 のコンデンサ回路を ON にすると電極消耗が促進される結果を適切に表していた。対して図２では回転速度の有意差は大きく判定されているが、図３から回転速度の効果は小さいことが示され、この結果回転速度の効果は小さく図２の項目診断で間違った判定が為されていると判断した。
T 法(1)の電圧波形のパターンマッチングでは正確な項目診断が行えなかった理由は、相関係数が0.61 と低く算出され高精度での予測が出来ていないためである。高信頼性の項目診断を行うためには放電加工のエネルギー評価での基本機能をしっかり固めることが今後の課題と思われる。
除去体積を評価指標とした因子毎の工程平均（感度β）や電極消耗率等の物理量を直接観察した場合の最適条件決定では、適切に有意因子の判定が行えているが、これらの評価は静特的なものであり単一条件の場合にのみ有効であると考えられる。細穴放電加工における最適条件決定では、実験時間が少なくかつ動特的な評価が必要であり、放電エネルギー評価はこれらの問題解決に役立つと期待される。
５ 結言
細穴放電加工のパラメータ設計を T 法(1)の放電エネルギー評価で行った結果、以下の結論が得られた。
(1) 電圧を特性値として T 法(1)による最適電圧波形のパターンマッチングで項目診断を行った結果、予測真値と実測値の相関係数が 0.61 と低いため、信頼性の高い項目診断が行えなかった。
(2) 除去体積を評価指標とした因子毎の工程平均

T 法(1)による細穴放電加工のパラメータ設計（感度β）や電極消耗率等の物理量を直接観察した方法により得られた最適条件は、大きな放電パワーと低電極消耗率を両立する水準であった。しかし、これらの方法は静特的な評価であり単一条件の場合のみ有効である。
今後の課題は、動特的評価のための放電加工のエネルギー評価での基本機能の確立である。
謝
辞本研究の遂行にあたり、岩手大学工学部金型技術研究センター主催の品質工学ものづくり研究会のメンバーの方々から多大なアドバイスを頂いたことに深謝する。

献文1) 和合健、飯村崇、黒澤裕也：T 法(1)による細穴放電加工の除去量の予測、（地独）岩手県工業センター研究報告書、第 16 号、番号 4 (2009)2) 市川和愛、嘉指伸一、藤士盛嗣、住田典夫：
ON 時と OFF 時のエネルギー評価による旋削加工技術の開発と生産性向上、品質工学、Vol.7、No.4、 p31-40(1999)
3) 田口玄一：目的機能と基本機能(6)－T 法による総 合 予 測 － 、 品 質 工 学 、 Vol.13 、 No.3 、
p5-10(2005)