| 研究課題/領域番号 |
18K03833
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| 研究機関 | 筑波技術大学 |
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研究代表者 |
明松 圭昭 筑波技術大学, 産業技術学部, 准教授 (20396766)
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| 研究分担者 |
後藤 啓光 筑波技術大学, 産業技術学部, 准教授 (90389718)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 複合材料・物性 |
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| 研究実績の概要 |
CFRPは現在，最も注目されている材料の一つである。高強度，高剛性，耐食性に優れる，など，従来の材料にはない優れた特性を有するため，様々な分野で適用が進んでいる。成型後，熱硬化性CFRPの加工は機械加工されることが多いが，深穴微細加工は困難である。そこで注目されているのが高エネルギ加工技術である。中でもCFRPが低導電性の材料（導体である炭素繊維および不導体である樹脂から構成）である特性を利用した放電加工技術の適応がはかられている。しかしCFRPは導体および不導体の積層で構成されるコンデンサ特性を有する高抵抗材でもあるため，安定した放電加工が困難で，加工時に熱影響が出やすく加工後，強度低下等の問題が発生することがある。 これらの問題を解決するためには安定した加工が行えるように極間の電気抵抗を常に低く保ち，さらに加工部以外での熱の発生を抑える必要がある。そこで加工前のCFRP材表面に導電導入材を付着させ放電加工することで，加工表面に電気抵抗の低い導電性被膜を形成しながら加工する「補助電極法」の可能性を調査している。本手法は，加工開始時には導電導入材が極間の電気抵抗を低くする役割をし，加工が進行した際には導電性被膜（母材と導電導入材により形成される）を形成することで極間の電気抵抗を低く保つことが可能な手法である。ただし，導電性被膜を形成し続けるためには放電パルスを制御する必要がある。「放電パルス制御」を行うことで，市販の放電加工機では困難な導電性被膜を形成しながら加工部以外での発熱を抑えた熱影響の少ない放電加工が可能になると考えている。2018年には絶縁体加工面に導電性被膜を形成しながら放電加工を行うことが可能な，市販の放電加工機では設定できないパラメーターを独自開発した放電回路の製作を行った。
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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
本研究では，加工前のCFRP材表面に電気抵抗の低い導電性被膜を形成することで，熱影響の少ない安定した放電加工およびその評価技術の確立を目指している。本研究の最終目的は，「補助電極法」および「放電パルス制御」を用いた放電加工により熱硬化性炭素繊維強化プラスティック（CFRP）材に高アスペクト比の深穴微細加工を行うことである。大きな課題としてCFRPに導電導入材を付着し，導電性を維持しながら放電加工する技術「補助電極法」およびCFRP材表面に形成された導電性被膜に放電することで発熱を抑制し熱影響の少ない安定した放電加工を行う「放電パルス制御」をそれぞれ完成させることが必要である。そのために，2018年には熱入力の制御可能な放電パルス制御回路を作製した。この回路により市販の放電加工機では制御できない加工条件（放電電圧，電流，持続時間，雰囲気等）を制御し導電性被膜を形成できると考えている。「放電パルス制御」を用いた放電加工の確立まであと少しのところである。電極材には銅を想定しているが，加工の安定がはかれない場合は，その他材料（亜鉛，タングステン等）でも検討する予定である。導電性被膜に放電することで発熱を抑制した放電加工が可能になれば，母材（CFRP）への熱損傷が少なくなり，微細放電加工が可能になると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
熱硬化性CFRPは成型後に加工性が悪くなるため汎用材とはいい難い。そこで導電性を維持しながら放電加工する技術（「補助電極法」）および市販の放電加工機では設定できないパラメーターを独自開発した放電回路を用い制御加工する技術（「放電パルス制御」）を用いれば，困難だった熱影響の少ない微細加工の可能性を探っている。2018年には加工部に生じる熱影響を抑えるために熱入力の制御可能な放電パルス制御回路を作製した。今後は，CFRP材表面に電気抵抗の低い導電性被膜を形成したまま加工を続けることができる導電導入材料および付着方法を検討する。また安定した放電加工を行うために付着させる導電導入材の選定および付着方法の検討を行う。具体的には銅，亜鉛およびタングステン等の導電性材料をCFRP材表面に物理または化学的に付着させる予定である。電極材には銅を想定しているが，付着材によっては加工の安定がはかれないことが想定される。その場合は，その他材料（亜鉛，タングステン等）でも検討する予定である。本研究では，加工前のCFRP材表面に電気抵抗の低い導電性被膜を形成することで，熱影響の少ない安定した放電加工およびその評価技術の確立を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
加工部に生じる熱影響を抑えるために熱入力の制御可能な放電パルス制御回路を作製した。制御回路は製作できたが，CFRP材表面に電気抵抗の低い導電性被膜を形成したまま加工を続けることができる導電導入材料および付着方法および安定した放電加工を行うために付着させる導電導入材の選定および付着方法の検討が行えていない。
そのため当初，2018年度計画では，得られた知見の一部を学会で発表する予定であったが，残念ながら間に合わなかった。そのため，計上していた旅費が執行できなかった。
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