Highly Efficient Surface Smoothing by Clarification of EB Polishing Mechanism with Considering Flow of Material
| Project/Area Number |
21K03807
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
篠永 東吾 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 助教 (60748507)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 康寛 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (40304331)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 大面積電子ビーム / EBポリッシング / 表面平滑化 / 表面粗さ / 熱流体解析 / 溶融金属 / 表面張力 / 微細凹凸形状 / 電磁場解析 / 電子ビーム / 電子集中現象 |
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| Outline of Research at the Start |
射出成型金型や金属製インプラント表面は，表面粗さを1μmRz程度以下にする表面仕上げが必要である．通常，これら金属材料の表面仕上げは手磨きにより行われるが，熟練した技術や長時間を要するため，表面仕上げの高能率化が課題となっている．大面積電子ビームを用いたEBポリッシング法は材料の極表面を瞬時に溶融・蒸発することができ，数μmRzの初期表面粗さを有する金属材料の高能率表面仕上げが可能である．本研究課題では，凸部への電子集中現象，溶融金属の凹部への流動・再凝固層現象を考慮した熱流体解析によりEBポリッシングメカニズムの解明を試みる．また，表面粗さの大きな凹凸形状に対する高能率表面平滑化を試みる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和５年度に計画していたEBポリッシングによる金属の高能率表面平滑化を試みた．チタン合金の表面にボールエンドミルにより切削溝を複数本形成し，切込み深さおよび隣接する切削溝の重ね量により，約10μmRzの表面粗さを有する微細凹凸形状を作成した．次に，試料上方より大面積電子ビーム照射を行った．その結果，電子ビーム1shot照射時の表面形状および再凝固層厚さは，熱流体解析により算出した結果と高精度に一致することが明らかになった．また，適切なエネルギー密度で電子ビームを照射することで，照射回数わずか10shots程度（時間にして数分）で表面粗さを1μmRz程度まで低減することができ，EBポリッシングによって高能率な表面平滑化が可能であることが示された．
また，微細凹凸形状の初期表面粗さが一定の場合，凹凸平均間隔が小さい程，EBポリッシングにより得られる平滑化効果が向上することが実験的に明らかになった．微細凹凸形状の凹凸平均間隔がEBポリッシングに及ぼす効果のメカニズムについて議論するため熱流体解析を行った結果，微細形状凸部での熱拡散のしにくさなどに起因して微細形状の凸部と斜面の温度差に違いが生じることが明らかになった．温度差は表面張力に影響を及ぼし，表面張力は溶融金属の流動に影響を及ぼすため，凹凸平均間隔が小さな表面形状とすることでEBポリッシング効果が向上したと考えられる．
一方で，EBポリッシングによる表面平滑化だけでなく，電子ビーム照射時のエッジ部形状変化メカニズムの解明についても検討した．その結果，電子ビーム照射により直方体形状のエッジ部が丸みを帯びる過程について明らかにすることができた．
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
