2014 Fiscal Year Research-status Report
ピーリング工具の実用化：径10μm以下の微細放電加工用電極の簡便な作製技術の確立
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26420043
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
田邉 里枝 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70432101)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 微細工具電極 / めっき / 被覆 / ピーリング / 瞬時除去 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微細放電加工で必要とされている工具電極はその細さ故に取り扱いが困難である。放電加工は非接触加工法であるため加工物の硬度によらず高精度な加工が可能であり、このメリットを生かして微細加工を実現するためにも、直径100μm以下の工具電極の簡便な作製技術の開発は重要な課題である。
そこで我々は、取り扱いにくい細線ワイヤの外周を、把持しやすい径まで融点の低い別の金属で被覆した同軸円筒状の工具を作製し、加工に用いる際に被覆層の一部を除去（ピール）してワイヤを露出させ、そのワイヤを微細加工電極として用いる工具を開発しており、これをピーリング工具と名付けている。作製したピーリング工具は加工機に取り付け、微細軸成形から加工までの一連の作業を同一機上で実現することを目指している。この利用が確立されれば作業効率の向上と省資源化が達成される。
以前までの研究により、直径100μmのタングステンワイヤへ膜厚100μm以上の亜鉛を電解めっきにより被覆することに成功している。被覆部の一部を、数十A、数百μsの単発放電によって除去し、軸中心部のワイヤを未溶融で露出することに成功した。これを加工に適用し、ワイヤが消耗した際には、加工機から工具を取り外さずに再度被覆部除去を行い、ワイヤを再露出させて加工を継続することができた。
本研究は作製が極めて難しい10μm以下の工具作製を目指している。H26年度は、より細い、直径50μmや30μmのワイヤへのめっきを試み、その精度評価と単発放電による被覆部の除去を行った。工具精度が向上するめっきの添加剤を発見し、偏心量が約2μm、表面粗さも約2μmを達成できた。また、それらのピーリング工具を用いて単発放電による被覆部のみの除去が可能な電気条件を見いだし、微細放電穴あけ加工を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究におけるめっきの重要点は、ワイヤ電極を把持しやすい太さまで均一に被覆すること、 把持に必要な最低限の強度を有すること、金属ワイヤよりも低い融点の金属とすること、除去しやすく、ち密である必要はないことである。これらは従来のめっきの目的から外れており、めっき条件の探索は困難と予想された。また、ピーリング工具を回転させて加工に用いる場合には、工具とワイヤの軸中心のズレがなく、工具表面（めっき面）が滑らかであることが重要である。H26年度の研究計画では、細線ワイヤ（直径50μm）へのめっきを行い、浴濃度や電流密度等のめっき条件や問題点の検討に重点を置くことにしていた。
100μmのワイヤを用いた実験で見いだした最適なめっき条件を参考に、直径50μm以下のタングステンワイヤへのめっきを試みた。通常、めっきでは光沢や平滑を目的として添加剤が用いられる場合が多いため、本研究で用いるめっき浴に合う添加剤の検討も実施した。工具精度は、偏心量（工具とワイヤの軸中心の差）と、めっき面の表面粗さ（Ra）を測定して評価した。
添加剤としてpH緩衝剤や平滑剤を選定してタングステンワイヤへのめっきを試みたところ、いくつかの添加剤で偏心量や表面粗さの改善が見受けられたが、特にデキストリンを添加した場合に大変改善することが分かった。直径30μmや20μmのワイヤへのめっきも試みたが、ワイヤ直径によらず偏心量が約2μm、表面粗さも約2μmが達成できた。単発放電による被覆部除去の試みでは、ワイヤが細いほど熱影響により被覆部のみならずワイヤも溶けてしまう懸念があったが、20μmの場合も被覆部の除去が可能でワイヤが未溶融で露出できた。この工具を用いて微細放電穴あけ加工も実施した。これらの研究成果の一部は2年目に予定していた内容であり、当初の計画以上に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ピーリング工具は、細線ワイヤへめっきによる金属の被覆の後、その被覆部の一部を除去し、加工用電極として用いる構想である。これまでの研究において実施した最小径のワイヤは直径20μmのタングステンワイヤである。これを用いて、めっきによる亜鉛の被覆を行い、3時間のめっきを行い、外径約200μm、偏心量約2μm、表面粗さ約2μmの精度の良いピーリング工具が作製できた。これは、めっき液の添加剤の工具精度に及ぼす影響を調べた結果、デキストリンを用いると、その他の添加剤を用いた場合に比べて2倍以上良くなることが分かり、本研究の目的に合う添加剤が見つけられたことが大きく寄与している。また、単発放電によってワイヤ周囲の亜鉛を除去して軸中心のワイヤを未溶融の状態で露出させ、その工具を用いて炭素鋼の薄板への穴あけ加工を実施している。いずれの行程の作業も直径20μmの場合では成功しているが、最終的には10μm以下のワイヤを用いたピーリング工具を作製し、その実用性を検証したいと考えている。今後はさらにワイヤ径を細くし、現状の工具精度を維持できる程度のめっきが可能かどうかを検討する必要がある。
ワイヤ径が細いほどワイヤは切れやすく、めっきを実施する際の治具へのワイヤの取り付けなど、その取り扱いは難しくなるため、治具の改良が必須である。また、単発放電による被覆部除去の試みでは、ワイヤが細いほど熱影響により被覆部のみならずワイヤも溶けてしまう懸念がある。被覆部のみの除去が可能な放電条件があるかどうか調べ、単発放電による被覆部除去が困難である場合は、放電加工により必要な長さ分の被覆部を除去すること、または、レーザー照射による瞬時除去が可能かどうかの検討、あるいは、被覆部除去と微細加工を同時に実現できる電気条件の探索などをする予定である。
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