《機械》〈電気加工〉[H24:問4]各種電気加工に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，電気加工に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

a.放電加工は，水や油などの高い絶縁性をもつ加工液中で被加工物と加工電極間にパルス状の$ \ \fbox {　（１）　} \ $を繰り返し発生させることによって加工するのがその原理である。放電加工には大別して二つの方式がある。一つは総型の電極を転写加工する形彫放電加工であり，もう一つはワイヤ電極を走行させながら工作物を糸のこ式に加工するワイヤ放電加工である。

b.ビーム加工には電子ビーム加工，イオンビーム加工などがある。電子ビームの発生源には金属中の自由電子などがあり，金属が高温に加熱されるとこの電子が熱電子として外部に放出され，適当な分布をもつ電界によって一定方向に集中・加速されて指向性に優れたビームになる。飛行する電子の１個当たりのエネルギー$ \ E \ $は，電子の電荷を$ \ e \ $，加速電圧を$ \ V \ $とすると$ \ \fbox {　（２）　} \ $のように表される。このビームが$ \ \fbox {　（３）　} \ $を用いることによって収束や方向転換など空間的に制御されて被加工物に照射され、加熱加工ができる。

c.レーザ加工は使用環境を問わず，非接触で精密かつ高速の加工ができることが特徴である。産業用途によく利用されている加工用レーザは，赤外域の波長をもつ$ \ \mathrm {YAG} \ $レーザ，$ \ \fbox {　（４）　} \ $レーザなどがある。加工材料である金属にレーザービームを照射すると，一部は表面で反射され，残りは内部を透過しながら吸収される結果，光エネルギーが熱エネルギーに変換される。赤外域の光の金属への吸収率は$ \ \fbox {　（５）　} \ $の平方根に反比例し，一般的には温度上昇によって$ \ \fbox {　（５）　} \ $が低下するので吸収率が増加することになり，加熱が加速される。

〔問4の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　光学レンズ　　　　　&（ロ）&　Ｘ線レンズ　　　　　&（ハ）&　導電率 \\[ 5pt ] &（ニ）&　コロナ放電　　　　　&（ホ）&　\mathrm {CO_{2}}　　　　　&（ヘ）&　E=eV^{2} \\[ 5pt ] &（ト）&　電磁レンズ　　　　　&（チ）&　E=e^{2}V　　　　　　&（リ）&　グロー放電 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　誘電率　　　　　&（ル）&　E=eV　　　　　&（ヲ）&　\mathrm {NH_{3}} \\[ 5pt ] &（ワ）&　アーク放電　　　　　&（カ）&　\mathrm {C_{2}H_{2}}　　　　　&（ヨ）&　透磁率 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電気加工の分野は機械科目の中では出題されにくい内容です。電験対策として加工の内容そのものは詳しく勉強する必要はありません。また，本問の内容を見ればわかりますが，電熱や理論の電磁気の分野等を勉強していると解ける問題も多いです。油断はできないですが再出題の可能性は低いので，参考程度に勉強しておくようにして下さい。

1.放電加工
電極と工作物の間にパルス状のアークを発生させることによって加工する方法で，機械加工では加工が難しい固い金属を加工することができ，油や脱イオン水中で非接触で行うため熱による影響も少なくすることができます。

2.ビーム加工
荷電粒子のエネルギーを利用した加工方法で，電子ビーム加工とイオンビーム加工等があります。例として，電子ビーム加工は陰極から熱電子を陰極と陽極間に高電圧をかけることで発生する電界に加速させ，陽極中央にある穴を通過して放出されます。電子ビームは質量が小さいので空気中だとエネルギーを失うため真空にし，電磁レンズを用いて方向転換等の制御が行われます。

3.レーザ加工
レーザ加工は光のエネルギー密度を非常に高くし，そのエネルギーで様々な材料を加工する方法で，精密かつ高速に加工することができる特徴があるので，半導体や自動車，医療等多岐にわたって使用されています。現在使用されているレーザとしては$ \ \mathrm {CO_{2}} \ $レーザ，エキシマレーザ，$ \ \mathrm {YAG} \ $レーザがあります。

【解答】

(1)解答：ワ
題意より解答候補は，（ニ）コロナ放電，（リ）グロー放電，（ワ）アーク放電，になると思います。ワンポイント解説「1.放電加工」の通り，放電加工ではアーク放電を用いて加工することになります。コロナ放電は超高圧送電線の空気の絶縁が保たれなかった場合に起こる現象，グロー放電は低圧の気体内で起こる連続的な放電現象（例えば蛍光灯がわかりやすいと思います。）のことです。

(2)解答：ル
題意より解答候補は，$ \ （ヘ）E=eV^{2} \ $，$ \ （チ）E=e^{2}V \ $，$ \ （ル）E=eV \ $，になると思います。これは理論の電磁気のエネルギーの公式の通り，電子のエネルギーは$ \ E=eV \ $となります。

(3)解答：ト
題意より解答候補は，（イ）光学レンズ，（ロ）Ｘ線レンズ，（ト）電磁レンズ，になると思います。ワンポイント解説「2.ビーム加工」の通り，収束や方向転換などの制御は電磁レンズが行います。電子が曲げられることからも電磁気が関係していることが想像できると良いと思います。

(4)解答：ホ
題意より解答候補は，$ \ （ホ）\mathrm {CO_{2}} \ $，$ \ （ヲ）\mathrm {NH_{3}} \ $，$ \ （カ）\mathrm {C_{2}H_{2}} \ $，になると思います。ワンポイント解説「3.レーザ加工」の通り，レーザ加工で使用されるレーザは$ \ \mathrm {CO_{2}} \ $レーザで，高いエネルギー密度を持つのでレーザとして多くの産業で扱われています。

(5)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）導電率，（ヌ）誘電率，（ヨ）透磁率，になると思います。赤外光の金属への吸収率は導電率の平方根に反比例します。また，後半部分がヒントになっていますが，金属の導電率は温度上昇によって低下します。