放電加工の黒魔術を覗いてみよう

工業機械加工で歓喜の渦に巻き込まれるなんて、そうそうあることではありません。でも、今日がそんな日になるかもしれません。インターネットをよく見ていると、金属部品があまりにも精密に組み合わさり、その境界が消え去るようなGIF画像に出会ったことがあるかもしれません。なんて素晴らしいのでしょう。文字通り、火花が散るほどの喜び。これこそが、電気放電加工（EDM）の神秘的な世界。エンジニアリングのあらゆる分野の中でも、群を抜いて不思議な満足感を得られる分野です。

EDMという言葉を初めて耳にした方もいるかもしれませんが、きっとあなたの生活に何らかの形で影響を与えたことがあるでしょう。インプラント型医療機器の微細で精密な部品？EDMです。高強度ニッケル合金製のジェットエンジン部品？これもEDMです。人間の手で可能な限り密着させた部品や、従来の機械加工技術では対応できない超硬質材料の部品を製造業者が必要としている場合、EDMが最適です。

従来のフライス加工は、材料を機械的に成形する工程を伴います。「ワークピースに機械的な力を加えて、物理的に切削したり材料を除去したりします」と、工作機械メーカーである牧野製作所のEDM製品ラインマネージャー、ブライアン・プルーガー氏は述べています。「一方、EDMでは部品に物理的に触れることなく、稲妻のような衝撃で加工するのです。」

まず第一に、これはまさに金属です。しかし、もっと正確に言うと、無数の小さな火花のことです。放電加工機の「刃」は実際には極細の真鍮線で、その中を電気が流れています。この機械は超硬合金（非常に硬いため、従来のフライス加工技術では他の材料の穴あけに使用されます）などの極めて硬い材料を切断しますが、使用する電気の強度は比較的弱いです。しかし、その電気の強度は非常に高く、真鍮線に沿って毎秒2万回もの火花が飛び散ります。

「まるでレーザー光線のように見えますが、実際に速度を落とすと、その線に沿って火花が散ります」と、放電加工工場Reliable EDMの副社長、スティーブ・ソマー氏は語る。「一つ一つの火花が、まるで小さな爆発のようです。」

ワイヤー自体は実際には材料に触れません。高速で発射される火花によって、切断される金属のごく微細な破片が蒸発します。その大きさはおよそ5ミクロンです（1ミクロンは1メートルの100万分の1です。ちなみに、体内の赤血球は6～8ミクロンです）。これは昇華と呼ばれます。

「ドライアイスと同じようなものです」とプルーガー氏は言う。「固体から気体に直接変化するのです」。これらの極めて小さな、ほとんど存在しないほどの粒子は、放電加工機の上を流れる誘電液に巻き込まれ、洗い流される。「髪を洗うのと似ています。すすいで、またすすいで、また繰り返します」。この誘電液は、機械の過熱を防ぐのにも役立つ。

これらのGIF画像を見ると、2つの金属片が同じ金属片から切り出されたものだと思うかもしれませんが、必ずしもそうではありません。それぞれが別々の板から切り出されているのです。2つの金属片の間の隙間が目に見えないほど小さいのは、製造業者が2つの部品それぞれに複数回の研磨を施すことで、研磨できるからです。（実際、隙間が小さすぎるため、上の雪の結晶が落ちていく際に空気が抜けにくく、非常にゆっくりと動いています。）

「このようにきれいに噛み合う摺動部品は、通常、高精度で仕上げも優れています」とプルーガー氏は言います。「精度の観点から言えば、2つの部品間の隙間は合計でおそらく5ミクロン以下でしょう。」プルーガー氏によると、2ミクロン以下まで下げることも可能とのことです。従来の機械加工では、20ミクロン程度の隙間しか確保できません。

[#動画: https://www.youtube.com/embed/rvUA3PUffLw

しかし、放電加工（EDM）の欠点は、機械加工に比べて加工速度が遅いことです。一般的な方法では、「高速道路をゆったり走るには、クルーズコントロールを時速60マイル（約97km）に設定するだけです」とプルーガー氏は言います。「EDMでは、もう少し交通量が多いです。」材料に接触するのはワイヤーではなく火花なので、機械は常に位置合わせを調整する必要があります。ワイヤーが加工物に当たると、切れてしまう可能性があります。「EDMで行っているのは、加工時の火花ギャップと、電極と加工物の間の非常に狭い距離を安定させることです。」

それでも、その慎重さは、最も硬い素材を驚くべき精度と驚異的なパワーで切断する方法、つまり、いわば武器化された雷をも生み出します。これらの作品を見つめ、これほど魅惑的な喜びを感じられるものは他にないのではないかと絶望するでしょう。

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