2017 Fiscal Year Research-status Report
放電除去熱量と残存熱量の拡散に伴う加工現象の解明とその表面機能制御への応用
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17K06086
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
武澤 英樹 工学院大学, 先進工学部, 教授 (40334148)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 放電加工 / 永久磁石 / 内部温度分布 / 熱物性値 / 初期着磁率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
永久磁石の放電加工において，磁石形状と磁気特性（磁気パターン）を同時にあるいは個別に制御する手法を確立するために，磁石内部温度の把握と制御に注力し研究を続けている．本年度は，放電加工中の磁石内部温度を，複数点で同時に温度測定を実施することにより，加工中の加工面温度と内部温度分布の類推を数値解析により進めてきた．放電条件および初期着磁条件を変化させ各種実測データを蓄積することができている．これら実測データを元に，解析ソフトCOMSOL を用いて磁石内部温度の推定を行っているが，１次元問題として取り扱った手計算結果との整合性がとれず，プログラム修正を進めている．
ただしそのなかで，初期着磁率を変化させた磁石に対して同一条件で放電加工を行ったところ，磁石内部温度に変化が生じ，着磁率が小さいほど温度上昇が小さい結果を得た．別途ホットプレートを用いた片面の定常温度上昇による他面の温度変化を調べても，着磁率による変化が観察された．これより，着磁率の違いにより比熱あるいは熱伝導率といった熱的な物性値に変化が生じていることが予測できた．磁石素材は同一であるにもかかわらず着磁率の違いにより熱物性値が異なることは予測できておらず，この先の熱伝導解析においても重要な要素となりえる結果であると考える．
また，初期着磁率の違いにより放電加工時間に差が生じていることも明らかとなった．着磁率が小さいほど加工時間が短い．放電中の放電波形の観察から放電電流およびパルス幅に変化は無いことを確認できているため，放電頻度に違いが出ているのではないかと推察できたが，まだ詳細の観察には至っていない．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の当初の目的であった，加工中の磁石内部温度の複数点同時測定を，各種放電条件ならびに初期着磁率の違う磁石に対して行うことができており，実験データは着実に積み重ねることができている．その中で，初期着磁率が異なる磁石への同一放電条件による加工にて，磁石内部温度変化が異なるという予測していなかったデータが得られた．これまで，磁石内部温度分布が把握できれば，放電条件および加工状態で決まる磁石内部温度を熱伝導解析により予測できれば，その温度分布に従って磁石の温度依存性を考慮することで磁力分布ならびに磁気パターンを予測できるものと考えていた．ところが，温度上昇とともに磁力の変化が発生すれば，熱物性値も変化することが予測でき，磁石内部温度は熱物性値の変化も考慮した熱伝導解析が必要となる．このような新たな解析アルゴリズムを予測することができたことは実績として大きな成果と考える．こられの実験データならびに磁石内部温度予測の考察を以下３件の学会講演会にて発表している．
①日本機械学会年次大会（2017年9月埼玉大学），②7th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN2017 2017年11月 韓国ソウル)，③日本機械学会関東支部第２４期支部総会（2018年3月 電気通信大学）
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| Strategy for Future Research Activity |
初期着磁率が異なれば比熱や熱伝導率といった熱物性値が異なることが予測できたため，別途熱物性値計測を行う予定である．レーザーフラッシュ法を用いた熱物性値測定が精度も良く活用されていることから，外部委託あるいは公設機関である工業試験所などの装置を利用しいくつかの水準サンプルに対して測定を行う．それらの熱物性値と加工中の磁石内部温度の実測データから，放電加工中の磁石内部温度分布の予測を熱伝導解析により行う．現在用いている加工サンプルはφ１０ｍｍ，高さ１０ｍｍの円筒磁石であるため，円筒座標系の２次元モデルでの解析を進める．その後，可能であれば３次元モデルによる解析プログラムへと拡張する．
また，本手法の特長である単発放電過程の溶融部飛散を考慮するアルゴリズムの検討を２０１８年度は進める．そのためには，単発放電過程においてどのタイミングで溶融部が飛散するのかが重要な要素となる．多数の研究者が単発放電過程の予測ならびに一部計測を進めており，それらデータのまとめおよび検討を行った後，実際に単発放電を行い放電痕除去量から飛散タイミングの予測を進めたい．過去には細線電極を用いた平板工作物の単発放電過程の気泡挙動および放電痕除去量を詳細に観察した経験があり（2002-2003 科学研究費補助金 若手研究（Ｂ）14750080）その時の放電回路が制御回路を参考に実験を進める．
また，着磁率の違いによる加工時間の変化に注目して，放電頻度の詳細観察を進める．オシロスコープを用いた放電波形の取得と放電状態の分類を進め，放電頻度や放電状態が初期着磁率で変化しているのか否かを明らかとする．
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| Causes of Carryover |
初期着磁率の異なる磁石への放電加工により，磁石内部温度がことなる結果が得られたのが2018年2月のことであり，熱物性値の測定を外部機関に見積もり依頼したところ５水準各２サンプルで50万円ほどの見積もりを得た．多少高額ということもあり，別途公設機関である工業試験所をいくつか検討し，測定器の利用について問い合わせを進め，山梨県工業技術センターが当初の見積もりよりも安く利用できることがわかった．ただし，３月中に入っていたため，次年度4月以降の利用を考え予算を繰り越し，2018年度に熱物性値測定費用として使用額を残した．
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