高精度航空宇宙用途向けタングステン電極の最適化

ダイシンカーEDM電極への銅タングステン活用

直径0.0010インチ（0.025mm）のタングステンワイヤーとは次元が異なるのが、タングステンをダイシンカー電極に用いるケースです。逆形状を取るダイシンカー電極には、寸法的に頑健でありながら、極めて微細な特徴 — 時には細線レベルの薄さ — も機械加工可能であることが求められます。ダイシンカーEDMプロセスで多様な形状の部品製造が可能なMetal Cuttingに、ある顧客から航空宇宙向けの困難なアプローチが持ち込まれました。高ボリュームと微細形状の両方が要求される案件です。

セラミックをシーリングリングに使う方法を模索

顧客の課題は、ジェットエンジンで使われる従来のハニカムリングに代わる、新型シーリングリングの製造でした。この新しいシーリングリングの高性能は、セラミックをシーリング材として用いることで実現されます。課題は「どう実現するか」 — 具体的には、セラミックを非常に大きな円形リングの形状にどう仕上げるかでした。

セラミックは卓越した耐摩耗性と高温耐性で知られます。しかし、脆く欠けやすいことでも知られています。そのため、顧客の新しいシーリングリングを機能させるには、セラミックを固定し、純セラミックリングだけでは得られない基盤と強度を提供する基板が必要でした。そこでフィン（フィン）を利用するアイデアが浮上しました。ジェットエンジン設計では一般的な特徴ですが、この場合フィンは純粋に接着目的で、フィン間の隙間にセラミックを流し込みます。

銅タングステンで生産課題を解決

もちろん、特定用途向けセラミックのエンジニアリングとフィンへの流し込みは独自の課題でした。しかし我々金属ビジネスの立場からの課題は、フィンを作ること — それもわずか数本ではなく、数千、数万本の同一フィンをセグメント単位で製造し、本用途に必要なさまざまな降順円周にマッチさせることでした。深い溝で隔てられた、わずか数分の1ミリメートルしか離れていない背の高い薄いフィンを、どう機械加工できるでしょうか？

解決策は、EDMダイシンカー電極を使ってフィンを作ることでした。これらの電極は、非常に精密な比率で均等に分布し、完全に均一な銅タングステンを使用して作られます。しかし、通常の生産ではこの新用途が要求する、より高度な粉末均一性と分布、そして電極ブロック全体を貫く均質な密度は必要とされません。さらに、この用途の電極は非常に大型で、それぞれが隣接する電極と完璧にマッチングする必要がありました。

EDMのための正しい基盤を確保する

（ネタバレ注意：飛行機恐怖症や歯医者恐怖症の方は読むのをやめたいかもしれません。）

ジェット機に搭乗し、座席からエンジン内部が真っ直ぐ見えると想像してください。きっとエンジン内部から小さな金属片が飛び出してこないことを願うでしょう！

これがCuWをダイシンカー電極に用いたEDM切断による、セラミックシーリングリング用フィン製造と何の関係があるのでしょう？ ドミノ効果があります。一次EDM電極材料にオーバーサイズの未混合金属塊や未検出ボイドがあれば、結果として得られるフィンパターンに隙間が生じ、セラミックの支持と固定に必要な設計特徴が欠落します。それゆえ、この用途で使用されるCuWの均一性、分布、均質性にこれほど細心の注意が払われる必要があったのです。

これは歯科治療でクラウンを入れるのと少し似ています。クラウンがどれだけ綺麗でも、土台の工程が適切でなければ — クラウンとベースが正しく形作られていなければ、接着剤が不十分であれば、クラウンのシールに隙間があれば — その歯を繰り返し使う能力は損なわれます。同様に、シーリングリングとそれを取り巻くセラミックの完全性は、EDMプロセスが依存する完璧な出発材料によって作られたこの基盤から始まったのです。