Enhancement of Gripping Characteristics for Soft and Slippery Objects Using Double-Scale Protrusions and MPS Simulation
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20K04246
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
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| Research Institution | Meisei University |
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Principal Investigator |
高 三徳 明星大学, 理工学部, 教授 (00337271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中佐 啓治郎 広島国際学院大学, 工学部, 研究員 (80034370)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | ステンレス鋼 / スパッタエッチング / プラズマ窒化 / 軟質シリコーン板 / グリップ試験 / 微細突起モデル / 粒子法シミュレーション / グリップソフト開発 / シリコーンシート / ファイバーシート / 摩擦試験 / グリップ力 / FEM応力解析 / 二段階突起物 / 軟質物体 / 搬送機能 / シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
軟質で滑りやすい物体を確実にグリップ・クランプ・搬送する突起物形状を決めるためのシミュレーション手法を開発する。まず、機械加工により作製したミリメータサイズの突起物の上に、スパッタエッチングによりミクロンサイズの突起物を形成し、この二段階突起物が軟滑物体を確実にグリップできる条件を実験により見出す。つぎに、軟滑物体および表面液体層の変形・グリップ特性を粒子法によりシミュレーションし、グリップ試験の結果と比較する。最後に、任意の形状・変形特性をもつ軟滑物体を、所定の力で確実にグリップするには、どのような形状の突起物をもつ表面を設計すればよいかを選択できるソフトウェアを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)直径20mm、厚さ6mmのSUS420J2ステンレス鋼円板試験片について、放電加工により高さ1mmの平行または格子状の一次突起物を作製し、その表面に、スパッタエッチングにより高さ1μｍ以下の円錐状二次突起物を形成させた．この二段階突起物試料を、表面に水・油を塗布したシリコーン・ポリ塩化ビニルなどの軟質高分子シートに押し付けてグリップ力（摩擦力）を測定した．その結果、この二段階突起物試験片を用いれば、滑りやすい状態でも軟質物体を確実にグリップできることが分かった．
(2)シリコーンオイルを塗布した軟質ファイバーシート（木綿、ポリエステル、マイクロファイバー）に対しても、スパッタエッチングにより微細突起物を形成したSUS420J2およびSUS4316試験片は、＃100研磨溝および粗大溝を持つ試験片よりも大きなグリップ力をもつことが分かった．
(3)二段階突起物による軟質で滑りやすい物体（軟滑物体）のグリップ特性を粒子法ソフトウェア（Particlework）によりシミュレーションする準備段階として、微細突起物の走査電子顕微鏡（SEM）画像から3次元モデルを生成するソフトを開発した．
(4)粒子法ソフトウェアによる軟滑物体および表面液体層の変形・グリップ・流動特性を解析するためのモデルを構築した．これにより初期段階のシミュレーションを行って、モデルの改良点を検討した．
(5)軟質物体の形状と滑りやすい条件に対して最適な二段階突起物を選択するためのソフトウェア（グリップソフト）の構造を決め、粒子法ソフト・画像処理ソフト・FEMソフトとを結びつけるインターフェースを開発した．また、グリップ試験結果のデータベース作成プログラム、グリップ最適条件検索プログラム、結果表示プログラムを作成することを試みた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
粒子法ソフトの使用法習得およびグリップソフトの開発に時間かかったため、とくに上記「研究実績」の項目(4)および(5)についてやや遅れが生じている．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 二段階突起物試料を、表面に水・油を塗布した軟質高分子物体に押し付けてグリップ力（摩擦力）を測定する．また、軟質物体の形状をパイプ状、球状、任意の曲率半径をもつ形状に変化させ、グリップ力を測定する．さらに、微細孔と微細突起物の両方が形成される工業用純チタンおよびチタン合金試験片を用いてグリップ試験を行う．各種のグリップ 試験を多数行うことにより、突起物設計ソフトの開発に必要なデータを多数蓄積する．
(2) CADシステム・FEM応力解析ソフト・粒子法ソフトの組み合わせにより、二段階突起物および油膜・軟滑材のモデルを作成し、二段階突起物で軟滑物体をグリップしたときの軟滑物体の変形およびグリップ力をシミュレーションする．
(3) 実験データとこれらのシミュレーション結果をもとに、任意の形状・任意の変形特性をもつ軟滑物体の損傷を極力避けながら確実にグリップするには、どのような形状の二段階突起物を設計すればよいかを選択できる汎用グリップソフトを完成させる．
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
