Takeshi Sawai

C2801黄銅のマイクロドリルによる微細穴あけ加工を2種類の切削油剤を用いて行い、その切削挙動について検討を行った。その結果、半固形切削油剤を用いると不水溶性切削油剤に比べおよそ2倍のドリル寿命となる。さらに、半固形切削油剤の切削挙動について明らかにした。

マイクロドリルとビスマス黄銅、有鉛黄銅および無鉛黄銅を用いて微細穴あけ加工を行い、ドリル回転数および送り量を変化させ、その切削挙動について検討を行った。 その結果、有鉛黄銅とビスマス黄銅では、切りくずの形状が異なるため、ドリル寿命が変わる。浅穴加工の切りくずは深穴加工に比べて、長ピッチ形の切りくずが多く排出される。切りくずは長ピッチ形で排出され、ドリル溝および穴壁面の拘束を受けて変形する。切りくずは、有鉛黄銅では折り畳まれ、ビスマス黄銅では分断される。この違いが、ドリル寿命に関係しているものと考えられるということが明らかとなった。

被削材にSUS304Lステンレス鋼を用いて、直径0.3mmの超硬マイクロドリルによる微細穴加工を行い、ドリル寿命のばらつきについて検討した。その結果、慣用加工よりステップフィード加工の方がドリル寿命が長くなる。ステップフィード加工において、加工穴数が400穴未満では、切りくずがドリルに絡みつき切りくずの排出を阻害するため、これがドリル寿命のばらつきの原因の一つであることを明らかにした。

難削材の1つである純銅を用いて直径0.3mmの超硬マイクロドリルによる微細穴加工を行い、切れ刃形状と送り量の幾何学的関係、切れ刃摩耗、切りくず形状、バリ形状および切削挙動を明らかにした。その結果、ドリル寿命は回転速度が遅くなるに伴い長くなる。送り量5μm/revではドリルに突発的な負荷がかかり、送り量3μm/revよりドリル寿命は短い。送り量3μmでは、2番取り深さに切りくずが入り込むため突発的な折損が発生し、安定したドリル寿命が得られない。送り量5μmでは、ドリル折損となるドリル摩耗の限界値が存在し、回転速度4,000rpmでは摩耗面積比約40%、回転速度6,000rpmでは約25%であった。さらに、送り量5μm/revでは、根元の厚いばりが生成し、ばりの影響によるスラスト上昇が出口付近で発生することを明らかにした。

SUS304ステンレス鋼およびSUS304Lステンレス鋼を被削材として、直径0.3mmの超硬マイクロドリルによる微細穴加工を行い、その切削挙動について検討した。その結果、SUS304LはSUS304に比べ、切削抵抗が低いにも係わらず、ドリル寿命が短くなる。この原因はドリルへの切りくずの巻き付きによるものであることを明らかにした。

被切断材として電気スズめっき鋼板を用いた、スリッターの回転刃(SDK11種高周波焼入れ)の寿命向上を目的として、かみこみ角、刃先逃げ角、クリアランスなどの設定条件の検討を行った。その結果、かみこみ角は4度、刃先逃げ角は1°30′、クリアランスは板厚の10%が最適であることを明らかにした。

増減送り加工において、ドリル切れ刃の軌跡と対応した切りくずを排出するため、増減送り加工機構を最も忠実に再現できるポリカーボネート用いた増減送り加工を行った。その結果、その切りくずの形状および破断の状態を観察し、この加工法の有用性を確認した。

被削材として純銅を用いて、直径0.3mm超硬マイクロドリルを用いて穴あけを行い、マイクロドリル加工の切削挙動について検討した。その結果、本実験の範囲内では、回転速度、送り速度が遅くなるに伴い、ドリル寿命が長くなるなることを明らかにした。

SUS304ステンレス鋼を被削材として、直径0.3mmの超硬マイクロドリルによる微細穴加工を行い、その切削挙動について検討した。その結果、切れ刃の摩耗により外周部とチゼルエッジ部との切削状態が異なる。加工硬化層を超える送り量の設定は困難である。回転速度を高くし、送り速度を早くすることで良好な切削が行えることを明らかにした。

AZ31 マグネシウム合金を被削材として用い、直径0.3mm の超硬マイクロドリルとダイヤモンドコーティングされた超硬マイクロドリルの2 種類のマイクロドリルによる微細穴あけ加工を行い、その切削挙動について検討を行った。その結果、ダイヤモンドコーティングされた超硬マイクロドリルは、磨り減り摩耗、チッピング、切りくず詰まりおよび切りくずの凝着が認められないが、掘り起こし型の切削となるため切削抵抗が大きくなることを明らかにした。

本研究ではAZ31 マグネシウム合金を被削材として用い、直径0.3mm のツイストドリルと半月ドリルの2 種類のマイクロドリルによる微細穴あけ加工を行い、その切削挙動について検討を行った。その結果、半月ドリルはツイストドリルとほぼ同等の性能を有していることが明らかとなった。

AZ31マグネシウム合金を被削材として、直径0.3mmのマイクロドリルによる微細穴あけ加工を行い、その切削挙動について検討した。その結果、切削条件を変更しても切削抵抗に変化がなく、貫通直前に切りくず詰まりが発生すると裏面に比較的大きなばりが発生する、そのばりを基準として寿命を比較した場合、回転数の違いにより寿命が異なることが明らかとなった。

本研究では被削材にチタン材を用い、マイクロドリル加工に及ぼすマイクロセンタードリルによる芯立ての影響について検討を行った。その結果、マイクロセンタードリルで芯立て加工を行わない場合、歩行現象によって比較的大きな加工穴の位置ずれが発生するが、ドリル寿命は比較的長い。芯立て加工を行った場合、加工穴の位置ずれは認められないが、ドリル刃先部が芯立て加工でできた被削材の肩に当たり、切れ刃にチッピングが発生し、これがマイクロドリルの寿命を短くすることが明らかとなった。

HSSにコーティングを施したドリルを用いて，増減送りドリル加工による2017アルミニウム合金の穴加工を行なった。切削性能に最も影響を及ぼすドリル切れ刃の切削温度に着目し，ドリル刃先のすくい面にシース熱電対を埋め込んで，ドリルすくい面の切削温度の測定を試みた。そして，増減送りドリル加工時と慣用加工時のドリルすくい面の切削温度について比較検討し、増減送りドリル加工は，慣用加工に比べて全般的にすくい面温度が低いという結果を得た。

HSSにコーティングを施したドリルによるSiC粒子強化アルミニウム合金の穴加工の可能性を探ることを目的とした。ドリル刃先のすくい面にシース熱電対を埋め込み、ドリルすくい面の切削温度の測定を試みた。その結果、いずれの測温位置、回転数においても増減加工は、慣用加工に比べて全般的にすくい面温度が低いことが明らかとなった。

被削材にチタン合金(Ti-6％Al-4％V)を用いて、深穴加工(L/D=7)に冷風ドリル加工を適用し、その加工特性(工具寿命、切削抵抗、切削温度、バリ形状および加工面粗さ)を調べた。なお、穴加工に際しては、ステップフィード加工を採用し、比較のために湿式加工(外部給油)、そして乾式加工についても行った。その結果、冷風加工の穴あけ寿命個数は湿式加工の場合と同程度となり、切削抵抗、切削温度、バリ形状、加工面粗さの測定結果からも、湿式加工の場合と比べて、大差ないことが確認できた。

チタン合金(Ti-6％Al-4％V)を被削材とし、深穴加工(L/D=7)に冷風ドリル加工を適用し、その加工特性(工具寿命、切削抵抗、切削温度、バリ形状および加工面粗さ)を調べ、湿式加工および乾式加工と比較した。その結果、冷風加工は湿式加工の場合と比べて大差がなく、乾式よりも有効な加工法であることを明らかにした。

マイクロドリルの歩行現象を抑制し、穴あけの位置精度を向上させるため、2種類のセンタドリルを使用し、心立てによる穴の位置精度向上の効果を検討した。その結果、あるセンタドリルで心立てを行い、Nシンニングのマイクロドリルで穴あけを行うと、更に位置精度を向上させることができることが明らかとなった。

被削材にチタンを用い、切れ刃が鋭利な超硬ドリルで微細穴加工を試みた。穴の位置精度を向上させるため、2種類のセンタドリルを使用し、心立てによる位置精度向上の効果を検討した。その結果、一方のセンタドリルでは歩行現象が促進されてしまうが、もう一方のセンタドリルでは歩行現象を抑制でき、更にNシンニングのドリルで穴あけを行うと、位置精度を向上させることができることが明らかとなった。

被削材に塑性変形を与えてねじ山を形成する溝なしタップを用いてMMCのタッピングを行い、その加工特性（加工トルク、工具寿命、ねじ山の加工硬化、タップ摩耗など）を検討した。その結果、加工トルク、工具寿命、ねじ山の形成、加工硬化などの加工特性を比較した結果から、TiNタップはHSSタップよりすべての加工性能に優れていることを明らかにした。

チタンを被削材とし、直径0.3mmのHSS材にTiNコーティングを施したドリルを用いて穴あけを行い、マイクロドリル加工の切削挙動について検討した。その結果、本研究で用いたマイクロドリルでは、送り量に比べて切れ刃の丸みが非常に大きく、切れ刃稜で切削するのではなく、逃げ面による被削材表面を掘り起こすような切削機構であることが明らかとなった。

チタンを被削材とし、直径0.3mmのHSSマイクロドリルとHSS材にTiNコーティングを施したマイクロドリルの摩耗挙動について検討した。その結果、コーティングを施すと相対的にコーティング層が大きくなり、切れ刃稜に丸みが増し切れ味が鈍化する。微小送り領域の切削では、コーティング膜の脱落が起こりやすいことを明らかにした。

7075アルミニウム合金の摩擦圧接において、アプセット過程の変形入熱より最適摩擦圧接条件を求め、次に折れ線モデルを導入し、最小変形入熱となる摩擦圧接継手を選定する方法を検討した。その結果、アプセット過程の変形入熱と継手性能に明確な関係が認められ、折れ線モデルを用いた結果、完全継手作製の目安となることを明らかにした。

SUS304ステンレス鋼同種摩擦圧接継手の入熱と引張強さおよび疲労強度の関係を検討した。入熱は、摩擦入熱、変形入熱に分類され、摩擦過程、アプセット過程および全過程のそれぞれの入熱とした。その結果、アプセット過程の変形入熱120J/s以上、アプセット寄りしろが1.0mm以上の場合に、圧接界面近傍の熱影響部で破断し、引張強さの大きい継手が得られた。また、良好な継手では、疲労試験中の加工硬化により、疲労強さはSUS304母材よりも大きくなる。そして、疲労試験から求めた疲労限度で継手性能を判断すると、引張試験同様に、あるアプセット過程の変形入熱およびアプセット寄りしろ以上の場合に良好な継手が作成できることが明らかとなった。

Cu同種継手およびCuと各種金属の異種継手についてアプセット変形入力とアプセット寄りしろを圧接性の評価因子とし、その有用性と摩擦圧接性について検討した。

6061アルミニウム合金同種摩擦圧接継手の入熱と引張強さおよび疲労強度の関係を検討した。入熱は、摩擦入熱、変形入熱に分類し、摩擦過程、アプセット過程および全過程のそれぞれの入熱とした。その結果、あるアプセット過程の変形入熱およびアプセット寄りしろ以上の場合に、熱影響部で破断する引張強さの安定した継手が得られた。そして、疲労限度で継手性能を判断すると、引張強さ同様に、あるアプセット過程の変形入熱およびアプセット寄りしろ以上の場合に良好な継手が作製できることが明らかとなった。

6061アルミニウム合金の同種摩擦圧接を行ない疲労強さを調べ、アプセット過程の単位変形入熱による疲労強さの評価を行なった。その結果、疲労強さより求めた疲労限度で継手性能を判断すると、約100J/s以上のアプセット過程の単位変形入熱で良好な継手を作製できることを明らかにした。

S15CK炭素鋼を用いてブレーキ式摩擦圧接を行い、単位変形入熱とシャルピー衝撃吸収エネルギーの関係について検討した。その結果、シャルピー衝撃吸収エネルギーと変形入熱の関係において、100J/s以上の変形入熱であれば、良好な継手と評価できることを明らかにした。

6061アルミニウム合金摩擦圧接継手の静的強 度(曲げ強さおよびねじり強さ)と入熱の関係を検討し、入熱による静的継手強度の評価の可能性を確かめた。その結果、曲げ強さおよびねじり強さと単位変形入熱の関係において、ほぼ500J/s以上で強度の安定した継手を得ることができることを明らかにした。

S15CK炭素鋼摩擦圧接継手のばり形状と継手性能の関係を検討し、アプセットばり面積による継手性能の評価の可能性を確かめた。その結果、アプセットばり面積が増加すると引張強さも増加し、アプセットばり面積2.9 以上で完全継手と評価できることを明らかにした。次に、より簡単に評価可能な方法として、矩形による近似アプセットばり面積を用いると、少しばらつきが認められるが、実測値とほぼ同様の結果を得ることができることを確認した。

イナーシャ式摩擦圧接における、ブレーキ式摩擦圧接のアプセット過程に相当する最終接合過程を調べるために、6061アルミニウム合金のイナーシャ式摩擦圧接を行った。圧接終了前の数通りの最終接合過程を想定し、それらの期間における単位変形入力と継手性能の関係に最も相関が認められる期間を最終接合過程とした。その結果、ある期間で単位変形入力と継手性能に強い相関が認められ、最終接合過程を設定することができた。すなわち、ブレーキ式およびイナーシャ式でも、最終接合過程の単位変形入力で継手性能を評価できることを明らかにした。

6061アルミニウム合金管の同種摩擦圧接継手の入熱と継手性能(引張強さ)の関係および入熱と寄りしろの関係について検討した。入熱は、摩擦入熱および変形入熱に分けられ、それらを合計した全入熱の3つの入熱を、摩擦過程、アプセット過程および全過程で測定した。その結果、アプセット過程の変形入熱がもっとも引張強さと密接な関係があることが判明し、アプセット過程の変形入熱が500J/s以上、アプセット寄りしろは、5mm以上で良好な摩擦圧接継手となることが明らかとなった。

6061アルミニウム合金で同種摩擦圧接を行い、そのときに発生するばり形状と継手性能およびばり形状と入熱の関係を検討した。

1050アルミニウム合金とタフピッチ銅との異種材摩擦圧接継手の作製において、最低限度必要とされる最小限界入熱および最小限界寄りしろを明らかにした。

S15CK炭素鋼を用いて、一方に直径12mmの圧接母材、もう一方をそれぞれ直径が12mm、 16mm、19mmの圧接母材として、種々の圧接条件を用いて異径材の摩擦圧接を行い、折れ線モデルによる限界入熱の選定を模索した。その結果、折れ線モデルを使用すると、限界変形入熱である折曲点の選定が容易であり、いずれの継手の限界変形入熱もほぼ9J/sとなり、小径材の異径継手の限界変形入熱はほぼ同一とみなし得ることを確認した。

イナーシャ式摩擦圧接において、ブレーキ式摩擦圧接のアプセット過程に相当する最終接合過程を調べるために、6061アルミニウム合金のイナーシャ式摩擦圧接を行い、圧接終了時をさかのぼる数通りの最終接合過程を想定し、それらにおける単位変形入熱と継手性能の関係について検討した。その結果、最終接合過程を1.0秒とすると、データはほどよく分布し、圧接継手の評価を行うに最も適していることが明らかとなった。

アプセット圧力とアプセット寄りしろから求められる単位変形入熱(機械的仕事)とアプセット寄りしろに着目し、両者によって5052アルミニウム合金摩擦圧接継手性能の評価を行った。その結果、アプセット過程の単位変形入熱とアプセット寄りしろは、継手性能と関係があることが確かめられた。

タフピッチ銅と1050純アルミニウム、タフピッチ銅とS15CK炭素鋼、およびSUS304ステンレス鋼と6061アルミニウム合金の組合せで異種材摩擦圧接を行い、そのときの入熱を算出した。そして、継手強度と入熱の検討を行った。

イナーシャ式摩擦圧接において、ブレーキ式摩擦圧接のアプセット過程に相当する最終接合過程を調べるために、S15CK炭素鋼のイナーシャ式摩擦圧接を行い、圧接終了時をさかのぼる数通りの最終接合過程を想定し、それ らにおける単位変形入熱と継手性能の関係について検討した。その結果、最終接合過程を0.3秒とすると、データはほどよく分布し、圧接継手の評価を行うに最も適していることが明らかとなった。

ニューラルネットワーク・システムを用いて、摩擦圧接の寄りしろ、熱入力などの圧接挙動をに入力し、継手性能を予測した。また、その結果から逆算して、最適な圧接条件を見出すことができるかどうか検討を行った。その結果、ある一定条件下で最適な摩擦圧接条件を求められることを明らかにした。