| 研究課題/領域番号 |
15K05734
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| 研究機関 | 静岡理工科大学 |
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研究代表者 |
後藤 昭弘 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (00711558)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 放電 / パルス / 表面処理 / 絶縁材料 / 密着強度 / 絶縁材料 / 亜鉛 |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度は、従来不可能だった絶縁材料を付着させることを目指した。絶縁材料をパルス放電により相手材料である部品表面に移動させるための電極の製造技術を開発し、電極材料移動試験を実施した。
パルス放電を利用して、絶縁材料を工作物へ移動させるために、低沸点材料であるZn（亜鉛）をバインダー兼搬送媒体とすることを検討した。工作物上に付着した絶縁材料の中に不純物が残らないようにすることを狙い、低沸点材料であるZnをバインダーとした。絶縁材料とZnとを混合した粉末を圧縮成形し、その後加熱処理して電極とした。電極・工作物間に放電を発生させ、絶縁材料を工作物へ搬送させた。その結果、電極の加熱温度が高い方が、皮膜中の絶縁材料と比べたZnの割合が少ないことがわかった。これは、電極の加熱温度が高くなると、Znの結合強度が高まり、電極が崩れにくくなり、放電の熱が電極のより狭い部分に集中することになりZnを蒸発させやすくなるためであると推測できる。また、放電パルスのエネルギーが大きいほど、Znの割合が少ないこともわかった。以上の結果から、Znを皮膜中になるべく残さず絶縁材料を強固に工作物に付着させるためには、電極中のZnを電極に導電性が良好に得られる範囲でZnの量を減らし、電極を適度に強固に作り、放電の際には、電極の狭い部分に熱が集中するような電気条件を選ぶことが必要であると考えられる。
そこで、少ないZn量で導電性のある強固な電極を製作する方法を検討した。絶縁材料とZn粉末を混合し、気体雰囲気で加熱することで、Zn粉末からウィスカが伸び、それが接触しあうことで電極に導電性が付与されることがわかった。
また、Zn粉末に比べて粒径の大きい絶縁材料を用いることで、少ないZnの割合でも電極に導電性を付与し易いことがわかった。これにより、電極成分である絶縁材料をこれまでよりも強固に付着させることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画した通り、低沸点材料であるZn（亜鉛）をバインダー兼搬送媒体とした電極を製作し、パルス放電により、電極材料を工作物上に付着させることができた。電極の製造方法を数通り検討し、電極の状態と皮膜の状態との関係、放電条件と皮膜の状態との関係について調査することができた。
電極の製造方法として、当初考えていなかった、Znウィスカを用いる方法を考案し、電極への導電性付与への効果を確認した。また、電極粒径の組み合わせにより電極への導電性を付与する方法を考案し、効果を確認した。工作物表面に付着させたい材料である絶縁材料粉末の粒径を、バインダーであるZn粉末の粒径よりも大きくすることで、少ないZn量で良好に導電性を付与できることを示した。さらに、電極の結合強度の評価方法として、電極の電気抵抗を測定する方法を検討し、絶縁材料が主成分の電極においても、電気抵抗で電極の強度を評価できることを示した。
機能性絶縁材料の例として、発光材料を工作物表面に付着させることに成功し、発光試験も実施した。本研究の方法により金属表面に付着させた発光材料が発光することを確認した。これは、当初心配していた、機能性絶縁材料が放電の熱により分解してしまい、機能性の表面を作れないのではないかという懸念を払拭する成果である。
一方で、放電条件の検討については、矩形波電流の放電パルスの評価までしか行うことができなかった。電源装置としては、高いピーク電流と低い矩形電流を組み合わせる回路までできており、28年度に複雑な電流波形の皮膜性状に与える影響を調査する予定である。
したがって、全体としては、おおむね順調に進展している状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は、成膜条件のより広い検討を行う。放電電流の波形を変化させ、最適な処理条件をさらに探索する。また、電極成形条件と電気条件との組み合わせについてもより詳細に検討する。初年度は、油中での処理のみを検討したが、2年目以降は、気中でのパルス放電も検討する。処理条件の違いにより、皮膜に与える影響を調査する。また、実際に機能材料を用いて成膜を行い、各種機能の性能が発揮されることを確認する。
油中の処理と気中の処理との比較：油中で成膜を行うと、油が分解した炭素が皮膜中に入る、あるいは、絶縁物成分が炭化するということがあり得る。これら不純物の侵入の可能性を排するため、気中での成膜技術を並行して検討する。大気中で放電を発生させると材料が酸化する場合があり得るので、Ar（アルゴン）雰囲気での処理も検討する
また、確立した成膜技術を使用して、絶縁性の各種機能材料を工作物に形成する試験を実施する。発光（蛍光）材料等の成膜を行い、成膜した各種機能材料皮膜の性能評価を行う。発光材料の場合には、発光強度、発光スペクトル等の分析、原料との差異の調査等を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
電極構造の検討を当初計画よりも様々な方式を検討した。そのため、電流波形を変えた処理条件の検討に必要な工作物の数量が少なく済んだ。処理条件の検討は、28年度に実施する。
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| 次年度使用額の使用計画 |
電流波形の成膜特性に与える影響を調べる実験に使用する工作物を購入する必要に充てる予定。
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