2019 Fiscal Year Research-status Report
極間雰囲気が微小径深穴加工用電極工具の成形精度へおよぼす影響の解明
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19K04122
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
平尾 篤利 新潟大学, 人文社会科学系, 准教授 (70455111)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 放電加工 / 軸成形 / 微細加工 / 深穴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度，微小径軸の成形精度向上を確立するため，微細化限界の要因に関して調査した。ここでは，次の3つについて調査した。
(1)放電エネルギに関する影響：ここでは，放電エネルギが放電痕直径へおよぼす影響を調査した。また，その際の放電極間距離を計測した．コンデンサ容量と放電痕直径の関係は，コンデンサ容量に大きく依存していることが分かった。また，電源電圧，コンデンサ容量を小さくすると，極間距離も小さくなる。このように放電エネルギを小さくするは，微細化限界の要因の1つであることが分かる。
(2)軸材料の粒径に関する影響：電源電圧40V，コンデンサ容量を浮遊容量とし，仕上げ加工条件で微小径軸を成形した。本条件を用いることで，軸先端直径で約5μm以下の軸を得ることができた。軸表面を観察した結果，タングステンとみられる粒子の露出が観察できた。本実験で用いた軸材料の粒子が露出しているものと予想される。このため，軸材料の粒径が微細化限界へ大きく影響するものと考えられる。
(3)軸の共振に関する影響：本手法を用いた軸成形は，軸を回転させるため必ず共振現象が発生する。そのため通常，この共振状態を外した回転数を用いる必要がある。しかし，微小径軸の成形によって，軸は徐々に細くなっていくため，必ずどこかで回転数と固有振動数が一致してしまう。すなわち，放電加工を用いた本手法は，軸の直径と長さに注意する必要があることが分かる。軸先端部に未加工部が残った状態で回転させた場合において，軸の共振現象が観察された。例えば，軸直径をd=80μm，軸長さl=10mmとし，軸先端に残った軸直径をd0=500μm，l0=1mmとしたところ，回転数3000rpm近傍で横振動が増大して加工の継続は難しくなり，軸は根元で折損する恐れがあることが分かった。
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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
2019年度は，微小径軸の成形精度向上の確立である。このため，放電加工法を用いた微細化限界の要因について調査した。その結果，放電エネルギ，軸材料の粒径，軸の共振に関して一定の結果を得ることができた。一方で，軸直径をサブミクロンまで追求するためには，他の要因についても深く考察する必要がある。現在，粒径が小さい軸材料を用いた微細化限界の追求を検討している。
また，本手法によって成形した軸を工具電極として用いた，微小径の深穴加工を試みている。微小径の深穴放電加工における問題点として，穴深さが深くなるにつれ，加工屑の排出が困難となり加工が進まなくなることである。例えば，L/Dが2程度であれば，加工屑は穴上面から出ていくことができる。しかし，L/Dが３を超えたあたりで加工屑の排出が滞ってしまう。そこで，軸先端部のみを太く，L/D２とした電極を用い，深穴加工を実施している。さらに，加工屑の排出効率を向上させるために，電極形状に特徴を持たせた試みを行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は，極間の各雰囲気が軸成形におよぼす影響の解明である。しかし，放電加工は，一発の放電によって材料が除去されるメカニズムさえも解明されていない。そこで，一発の放電現象をハイスピードマイクロスコープによって詳細に観察し，一発の放電現象における材料除去メカニズムの解明を試みる。そのため，一発の放電によって母材が飛散する様子を観察できる光学系を構築する。光源に波長532nmのグリーンレーザを背光として用いる。また，この波長のみを通過させるバンドパスフィルタを介すことで，材料の飛散の様子が観察可能となる。鉄，銅，亜鉛，ニッケル，チタン，タングステンを相手材として用いることで，異なる材料が材料除去におよぼす影響（加工屑の飛散する様子）を検討する。例えば，放電痕直径と熱加工のしやすさの関係(λθ)，(λθ2)について考察する。（λ：熱伝導率，θ：融点）熱加工のしやすさの値が近い材料を比較(観察)することで，加工屑の飛散の様子の違いが何に起因しているのかを（融点，溶融金属の粘性，など）調査する。また，放電波形を記録し，ハイスピードマイクロスコープと同期させることで放電波形と材料除去の飛散タイミングとの関係性を詳細に調査する。
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| Causes of Carryover |
【理由】本年度の「走査放電加工法を用いた微小径の軸成形」の研究は，装置を構築する必要があった。しかし，大部分を自作することで使用額を減少させることができた。また，3月に予定されていた学会や研究打ち合わせが，コロナウィルスの影響によって中止となったため，ジエンド使用額が生じた。
【使用計画】本年度，一発の放電加工を観察できる光学系を構築する。そのために，放電加工用電源および任意の波形形状を生成できる波形ジェネレータの購入を予定している。コロナウェルスが終息すれば，研究打ち合わせなどの旅費が必要となる。
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