濡れ性勾配のワンパス加工を実現する超音波援用切削法および3次元接触角解析法の開発
| Project/Area Number |
18K13666
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
嶋田 慶太 東北大学, 工学研究科, 助教 (30633383)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 超音波援用切削 / 表面微細構造 / 濡れ性 / 熱力学的接触角解析 / 微細構造 / 超音波援用加工 / 傾斜構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波援用正面ミリングにより創製した微細構造について，ミリングによる微細構造と超音波振動によるさらに微細な構造が創成できることを確認した（Shimada et al., Ultrasonic-Assisted Face Milling for Fabricating Hierarchical Microstructures, Int J Autom Technol 14(2) (2020) 238-244.）．なおミリングによる微細構造は超音波を援用しない場合にはうまく残存しないことも確認できており，比較的延性のある材料では微細構造の創成には超音波援用が不可欠であることが判明した．
頭頂部に平坦部を有する微細構造の創成においてはある程度平坦部があるほうが接触角が増大することが確認できた．これは平坦な頭頂部で液滴が安定できることにより微細構造への侵入が阻害できることが要因と考えられる（Shimada et al., Micrometer-scaled hierarchical structures fabricated by ultrasonic-assisted cutting, Proc 15th China-Japan Int Conf Ultra-Precision Machining Process 2019）.
また表面改質の部分を特に注目し，大気圧プラズマ装置とパウダージェットデポジション法を組み合わせることで表面の汚れを除去して材料付着性の向上を狙った加工では予想通り付着性を向上させることができた．本結果は切削加工の前処理としても用いることができると考えられる．
以上が本年度の実績である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
この1年において超音波援用切削による濡れ性の制御に関しては側面ミリングと正面ミリングの切削法を検証することができ，査読付き論文を1報，査読付き国際会議プロシーディングを1件報告しており，またまた大気圧プラズマ照射の基礎的検証としてブラスト加工の一種であるパウダージェットデポジション（PJD）法と組み合わせたプラズマ援用PJD法での成膜実験でも付着性の向上が確認し，国内会議論文集に発表することができた（会議自体は新型コロナウイルスの影響によりキャンセル）．プログラムの開発に関しては当初の想定よりも3次元的な解析に発展させる方法の提案に時間を要していたが，現在これまで研究を行ってきた熱力学的接触角解析とほかの解析技術を折衷することで３次元化する方法の見通しが立ったことから次年度には成果をまとめられると考えられる．
以上のことから研究は順調に推移していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
濡れ性の３次元解析に際しては熱力学的接触角解析をベースとして手法を発展させることを行う．本手法では固液界面を計算領域としてメッシュで切り，気液界面の断面形状は弓形として仮定してしまい，エネルギが最小となる形状を探索するようにしてプログラムを作成する．本手法は既存の形状について検証する手法となるが，材料側の性質を計算的に変化させることで最適形状解析を行うことが目標である．
加工実験では計算結果を検証することに加え，大気圧プラズマによる表面改質と潤滑剤の組み合わせによる濡れ性の変化について検証を行う．
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Ultrasonic-Assisted Face Milling for Fabricating Hierarchical Microstructures2020
Author(s)
Shimada Keita、Chen Ziqi、Mizutani Masayoshi、Kuriyagawa Tsunemoto、Graduate School of Engineering, Tohoku University 6-6-01 Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, Miyagi 980-8579, Japan、Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, Sendai, Japan
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Journal Title
Int. J. Automation Technol.
Volume: 14
Issue: 2
Pages: 238-244
DOI
ISSN
1881-7629, 1883-8022
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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