| 研究課題/領域番号 |
26420058
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
神崎 昌郎 東海大学, 工学部, 教授 (20366024)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 切削加工 / コーテッド工具 / 薄膜 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，Ti合金等の難削材切削加工の高効率化（高速化・ドライ化）を実現するコーテッド工具の開発を目的とする．具体的には，TiB2系膜の硬度，密着性および高温潤滑性能（ガラス質固体B2O3の生成溶融）を高めるためにBを過剰に添加し，500℃以下での潤滑性向上を目的としてMoS2を複合化したコーティング材（TiB2+α‐MoS2複合膜）を開発する．コーティング材の耐熱性，硬度の維持を目的として，潤滑性発現に必要なMoS2添加量を10%以下にするとともに，切削温度の上昇を抑えBの脱離を防止するために切削油を供給する．コーティング材との親和性が高い切削油を開発することにより，供給量を微小量（100ml/h程度）に抑え環境負荷の低減も目指す．
本年度は，切削加工時に温度が上昇することを想定し，TiB2+α‐MoS2複合膜の摩擦係数の温度依存性を中心に評価した．その結果，室温無潤滑下で0.1程度であったTiB2+α‐MoS2複合膜の摩擦係数は，摩擦開始時の温度を200℃にすることにより0.01程度まで低下した．また，摩擦試験時の温度を室温から200℃の範囲で連続的に変化させ場合でも，温度上昇に伴い摩擦係数が低下する（温度変化に対応して摩擦係数が変動する）現象が確認された．これまで研究してきたTiN‐MoS2複合膜においては，温度上昇とともに摩擦係数は若干上昇したことから，TiB2+α‐MoS2複合膜の摩擦係数が200℃で低下したのは，上述のように，摩擦面においてガラス質固体B2O3の生成溶融したためと考えられる．
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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
「研究実績の概要」で述べたように，本年度はTiB2+α‐MoS2複合膜の摩擦係数が，200℃において0.01まで低下することを見出したのが大きな研究成果である．この低摩擦係数は，無潤滑下での値としては特筆すべきものである．ただ，この超低摩擦状態がどの程度の温度まで維持されるのかは，装置上の問題で明らかにできていない．また，TiB2+α‐MoS2複合膜を200℃で加熱することにより，Bの酸化が進むことがXPS分析により確認されており，Bの酸化（B2O3の生成）が低摩擦を生みだす要因と考えられるが，摩擦面においてガラス質固体B2O3の生成溶融したことを示す直接的な証拠（SEM像，TEM像）は得られていない．現時点では，TiB2+α‐MoS2複合膜の硬度は10GPa程度と十分な硬度を有していないが，切削工具用コーティング材としてのTiB2+α‐MoS2複合膜の高性能化は順調に進んだと考えている．
昨年度，TiB2+α膜をコーティングした工具を用いてTi合金を切削することにより，切り屑排出性を含む切削性能が向上することを確認した．本年度は上記のTiB2+α‐MoS2複合膜の高性能化に注力したため，TiB2+α‐MoS2複合膜をコーティングした工具を用いての切削実験まで行うことができなかった．この点に関しては，平成27年度の研究進捗が十分ではなかったと考えている．
ただし，本研究においては超微小量潤滑下での難削材の切削加工実現を目指しており，その基本的データとなる潤滑油の噴霧状況の観察を実施し，噴霧状況を把握把握することができたのは本年度の研究成果の一つである．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度の成果を踏まえ，来年度はTiB2+α‐MoS2複合膜の切削工具への応用を念頭に置き，その低摩擦状態がどの程度の高温まで維持されるのかを明らかにしていく．さらに，耐久性を向上させるために，TiB2+α‐MoS2複合膜の形成時にTiのゲッタリング作用を利用して低酸素分圧状態を作り出し，MoS2の酸化を防ぎ，低MoS2含有量での低摩擦化の実現を図る．これにより，硬度および耐熱性が向上すると考えている．また，成膜時の基板にバイアス電圧を印加することにより，MoS2の層状結晶を発達させ，低MoS2含有量でのTiB2+α‐MoS2複合膜の低摩擦化および硬度および耐熱性が向上を図っていく予定である．
低摩擦かつ高硬度・高耐熱性のTiB2+α‐MoS2複合膜を創成した後，実際のスローアウェイチップにコーティングを行い，Ti合金切削時の切削抵抗の測定等を通して，切削性能改善の効果を明らかにしていく．その結果を成膜プロセスにフィードバックし，B添加量やMoS2含有量の最適化よりコーテッド工具の高性能化を目指す．
また，TiB2+α‐MoS2複合膜の低摩擦状態が維持される温度範囲内で切削加工が行えるように，微小量の切削油を霧状に供給する．効果的に切削油を噴霧するために，引き続き高速度カメラ等を用いて噴霧状態の観察を行い，TiB2+α‐MoS2複合膜コーテッド工具との併用により，低環境負荷での難削材の高効率加工の実現を目指していく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は加工実験に使用する工具，被削材，そして成膜実験に使用するスパッタターゲットの購入に当該助成金を使用させて頂きました．
おおむね予定通りの購入であり，次年度使用額が生じましたが，問題となる額ではないと考えております．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度も引き続き，加工実験に使用する工具，被削材，そして成膜実験に使用するスパッタターゲットの購入に当該助成金を使用させて頂く予定でおります．
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