Development of water driven ultra-precision machining system and diamond turning in temperature controlled water environment

• Project/Area Number: 21560131
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Production engineering/Processing studies
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: NAKAO Yohichi 神奈川大学, 工学部, 教授 (00260993)
• Project Period (FY): 2009 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2012: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2011: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2010: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2009: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 超精密工作機械 / ウォータドライブスピンドル / ダイヤモンド切削 / 水静圧軸受 / マイクロファクトリ / 水圧駆動システム / ウォータドライブステージ / 加工環境制御 / スピンドル / ステージ / 水温制御 / フォータドライブスピンドル / フォータドライブステージ

Research Abstract

The water driven stage was developed. Then the water driven ultra-precision machine tool system composed of the water driven stage and the water driven spindle was fabricated. A speed control system of the water driven stage was designed in order to regulate the feed of the table during diamond turning process of the developed machine tool system. The experimental and simulation studies verified that the controller effectively regulates the feed even external loads acting on the table of the stage. All the developed machine tool system was then set in water bath achieving better thermal stability of the machining environment. Finally, diamond-turning tests were carried out using developed system.

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of dynamic characteristics of water driven stage (2012)
  • Author(s): Y. Nakao, T. Sano, S. Harada and K. Suzuki
  • Journal Title: Proceedings of 12th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology Volume: Vol. 1 Pages: 384-387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Spindle with Water Hydrostatic Bearings for Ultra Precision Machine Tools (2012)
  • Author(s): Y. Nakao
  • Journal Title: Proceedings of the International Conference of Manufacturing Technology Engineers 2012 Volume: Vol. 1 Pages: 33-36
• [Journal Article] Design of Short-Pipe Restrictor of Hydrostatic Thrust Bearings (2012)
  • Author(s): Y. Nakao
  • Journal Title: Proc. of ASME 2012 International Mechanical Congress and Exposition Volume: Vol. 1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and modeling of water driven stage (2011)
  • Author(s): Y. Nakao, T. Sano, M. Nagashima and K. Suzuki
  • Journal Title: Proc. of ASME 2011 International Mechanical Congress and Exposition Volume: CD-ROM
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Speed Control System of Water Driven Stage (2011)
  • Author(s): T. Sano, M. Nagashima, Y. Nakao and K. Suzuki
  • Journal Title: Proceedings of the 8th JFPS International Symposium on Fluid Power Volume: CDROM
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Model Verification and Design of Speed Control System of Water Driven Stage (2011)
  • Author(s): Y. Nakao, T. Sano, M. Nagashima and K. Suzuki
  • Journal Title: Proc. of ASME 2011 International Design Engineering Technical Conferences Volume: CD-ROM
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 小型流体駆動スピンドルの回転速度制御用ロータリ形流量制御弁 (2011)
  • Author(s): 中尾,新宮,大林
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(C編) Volume: Vol. 77, No.774 Pages: 514-526
  • NAID: 130000873760
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Driving Performance of Water Driven Stage (2011)
  • Author(s): T.Sano, M.Nagashima, Y.Nakao, K.Suzuki
  • Journal Title: Proc.of The 4th International Conference on Manufacturing Machine Design and Tribology Pages: 185-186
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of feedback control system for water driven stage (2011)
  • Author(s): Y.Nakao, M.Nagashima, T.Sano, K.Suzuki
  • Journal Title: Proc.of 11th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology Volume: 1 Pages: 335-338
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Model Verification and Design of Speed Control System of Water Driven Stage (2011)
  • Author(s): Y.Nakao, T.Sano, M.Nagashima, K.Suzuki
  • Journal Title: Proc.of ASME 2011 International Design Engineering Technical Conferences Volume: (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and modeling of water driven stage (2011)
  • Author(s): Y.Nakao, T.Sano, M.Nagashima, K.Suzuki
  • Journal Title: Proc.of ASME 2011 International Mechanical Congress and Exposition Volume: (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Speed Control System of Water Driven Stage (2011)
  • Author(s): T.Sano, M.Nagashima, Y.Nakao, K.Suzuki
  • Journal Title: Proce.of the 8th JFPS International Symposium on Fluid Power Volume: (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] アクアドライブシステムの超精密工作機械への応用 (2011)
  • Author(s): 中尾陽一
  • Journal Title: 油空圧技術 Volume: 11 Pages: 33-39
• [Journal Article] Design of Short-Pipe Restrictor of Hydrostatic Thrust Bearings (2010)
  • Author(s): Y. Nakao, S. Nakatsugawa, M. Komori and K. Suzuki
  • Journal Title: Proc. of ASME Control of Water-Driven Spindle,Proc. of ASME 2010 International Mechanical Congress and Exposition Volume: CD-ROM
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angular Position-Control of Fluid-Driven Bi-Directional Motor, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers (2010)
  • Author(s): Y. Nakao and M. Ishikawa
  • Journal Title: Part C: Journal of Mechanical Engineering Science Volume: Vol. 224, No.C11 Pages: 2350-2362
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Rotary-Type Flow Control Valve for Control of Water-Driven Spindle (2010)
  • Author(s): Y. Nakao, H. Niimiya and T. Ohbayashi
  • Journal Title: Proc. of ASME 2010 International Mechanical Congress and Exposition Volume: CD-ROM
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modelling and characteristics of fluid-driven bi-directional motor for angular position-control system, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers (2010)
  • Author(s): Y. Nakao and M. Ishikawa
  • Journal Title: Part C: Journal of Mechanical Engineering Science Volume: Vol. 224, No.C4 Pages: 863-876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 回転角制御機能を備えた流体駆動スピンドルの開発と回転角制御 (2010)
  • Author(s): 中尾,浅岡,藤本
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(C編) Volume: Vol.76,No.763 Pages: 749-758
  • NAID: 40019599416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modelling and characteristics of fluid-driven bi-directional motor for angular position-control system (2010)
  • Author(s): Y.Nakao, M.Ishikawa
  • Journal Title: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C : Journal of Mechanical Engineering Science Volume: 224 Pages: 863-876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angular Position-Control of Fluid-Driven Bi-Directional Motor (2010)
  • Author(s): Y.Nakao, M.Ishikawa
  • Journal Title: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C : Journal of Mechanical Engineering Science Volume: 224 Pages: 2350-2362
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 小型流体駆動スピンドルの回転速度制御用ロータリ形流量制御弁 (2010)
  • Author(s): 中尾, 新宮, 大林
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(C編) Volume: 77 Pages: 514-526
  • NAID: 130000873760
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fundamental Consideration on Design of Restrictor for Hydrostatic Bearing (2010)
  • Author(s): Y.Nakao
  • Journal Title: Proceedings of 10th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology Volume: 1 Pages: 380-383
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Rotary-Type Flow Control Valve for Control of Water-Driven Spindle (2010)
  • Author(s): Y.Nakao, H.Niimiya, T.Ohbayashi
  • Journal Title: Proc.of ASME 2010 International Mechanical Congress and Exposition Volume: (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 回転角制御機能を備えた流体駆動スピンドルの開発と回転角制御 (2010)
  • Author(s): 中尾, 浅岡, 藤本
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(C編) 76 Pages: 749-758
  • NAID: 40019599416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angular PositionControl of Fluid-Driven Spindle (2009)
  • Author(s): Y. Nakao and N. Asaoka
  • Journal Title: Proc. of ASME2009 International Mechanical Congress andExposition Volume: CD-ROM
• [Journal Article] Design of water driven stage (2009)
  • Author(s): Y.Nakao, M.Kawakami
  • Journal Title: Proc.of 9^<th> International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology Pages: 200-203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angular Position Control of Fluid-Driven Spindle (2009)
  • Author(s): Yohichi Nakao, Naoya Asaoke
  • Journal Title: Proc.of ASME 2009 International Mechanical Congress and Exposition (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計第三報:ステージのフィードバック速度制御系の性能評価 (2013)
  • Author(s): 佐野,鳥居,鈴木,中尾
  • Organizer: 日本機械学会関東支部19期総会講演会学会発表
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2013-03-15
• [Presentation] ウォータドライブ加工システムによるダイヤモンド切削の試み (2013)
  • Author(s): 原田,鈴木,中尾
  • Organizer: 日本機械学会関東支部19期総会講演会学会発表
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2013-03-15
• [Presentation] ウォータドライブ加工システムによるダイヤモンド切削の試み (2013)
  • Author(s): 原田翔
  • Organizer: 日本機械学会関東支部19期総会講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] 水静圧スラスト軸受におけるリセス圧力と軸受剛性の測定 (2013)
  • Author(s): 小森正敬
  • Organizer: 日本機械学会関東支部19期総会講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計 第三報：ステージのフィードバック速度制御系の性能評価 (2013)
  • Author(s): 佐野利晃
  • Organizer: 日本機械学会関東支部19期総会講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] 水静圧軸受の支持剛性を最大にする短管軸受絞りの設計問題 (2012)
  • Author(s): 中尾,小森,牧野,中津川,鈴木
  • Organizer: 日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会学会発表
  • Place of Presentation: 由利本荘
  • Year and Date: 2012-10-27
• [Presentation] ウォータドライブステージの性能評価(第一報水静圧軸受の剛性測定) (2012)
  • Author(s): 原田,鈴木,中尾
  • Organizer: 日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会学会発表
  • Place of Presentation: 由利本荘
  • Year and Date: 2012-10-27
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計(第二報比例弁による速度制御の試み) (2012)
  • Author(s): 佐野,鈴木,中尾
  • Organizer: 日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会学会発表
  • Place of Presentation: 由利本荘
  • Year and Date: 2012-10-27
• [Presentation] ウォータドライブステージに組み込まれた水静圧軸受の剛性測定 (2012)
  • Author(s): 原田,鈴木,中尾
  • Organizer: 日本機械学会2012年度年次大会学会発表
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2012-09-10
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計第一報ウォータドライブステージのモデル化 (2012)
  • Author(s): 佐野,鈴木,中尾
  • Organizer: 日本機械学会2012年度年次大会学会発表
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2012-09-10
• [Presentation] ウォータドライブステージに組み込まれた水静圧軸受の剛性測定 (2012)
  • Author(s): 原田翔
  • Organizer: 日本機械学会2012年度年次大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計 第一報 ウォータドライブステージのモデル化 (2012)
  • Author(s): 佐野利晃
  • Organizer: 日本機械学会2012年度年次大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
• [Presentation] 水静圧スラスト軸受の剛性測定 (2012)
  • Author(s): 小森正敬
  • Organizer: 日本機械学会2012年度年次大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計（第二報 比例弁による速度制御の試み） (2012)
  • Author(s): 佐野利晃
  • Organizer: 日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会
  • Place of Presentation: 秋田県立大学
• [Presentation] ウォータドライブステージの性能評価（第一報 水静圧軸受の剛性測定） (2012)
  • Author(s): 原田翔
  • Organizer: 日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会
  • Place of Presentation: 秋田県立大学
• [Presentation] 水静圧軸受の支持剛性を最大にする短管軸受絞りの設計問題 (2012)
  • Author(s): 中尾陽一
  • Organizer: 日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会
  • Place of Presentation: 秋田県立大学
• [Presentation] 水静圧軸受の最適設計による小型超精密工作機械用テーブルの性能向上に関する研究 (2012)
  • Author(s): 中尾陽一
  • Organizer: 第15回国際工作機械技術者会議
  • Place of Presentation: 東京ビックサイト
• [Presentation] 水静圧回転テーブルの支持剛性の測定 (2012)
  • Author(s): 中津川, 中尾, 鈴木
  • Organizer: 日本機械学会関東支部第18期総会講演会
  • Place of Presentation: 日本大学
• [Presentation] 水静圧軸受の変位の能動制御 (2012)
  • Author(s): 中津川, 中尾, 鈴木
  • Organizer: 日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
  • Place of Presentation: 関西大学
• [Presentation] 水静圧軸受の変位制御 (2011)
  • Author(s): 中津川, 中尾, 鈴木
  • Organizer: 2011年度日本機械学会年次大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Presentation] ダイヤモンド切削用流体駆動スピンドルの回転角制御 (2010)
  • Author(s): 中尾
  • Organizer: 日本機械学会九州支部・第62期総会講演会学会発表
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2010-03-15
• [Presentation] ダイヤモンド切削用流体駆動スピンドルの回転角制御 (2010)
  • Author(s): 中尾, 浅岡
  • Organizer: 日本機械学会九州支部第63期総会・講演会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2010-03-15
• [Presentation] ウォータドライブステージの開発と速度及び駆動力の評価 (2010)
  • Author(s): 長島, 中尾
  • Organizer: 日本機械学会東北支部第45期総会・講演会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-03-12
• [Presentation] 流体駆動スピンドルの回転数制御系の設計 (2010)
  • Author(s): 品村, 中尾
  • Organizer: 日本機械学会東北支部第45期総会・講演会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-03-12
• [Presentation] 水静圧軸受における軸受隙間や軸受絞りの誤差の影響 (2009)
  • Author(s): 長島, 中尾
  • Organizer: 日本機械学会2009年度年次大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] 水静圧スラスト軸受の高剛性化のための軸受絞りの設計
  • Author(s): 牧野尚拓
  • Organizer: 日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] 水静圧スピンドルの設計
  • Author(s): 山田晃平
  • Organizer: 日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] ウォータドライブステージの速度制御系設計
  • Author(s): 鳥居侑祐
  • Organizer: 日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] ウォータドライブ加工システムの開発と性能評価
  • Author(s): 樋口貴郁
  • Organizer: 日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Remarks]
  • URL: http://www.mech.kanagawa-u.ac.jp/lab/nakao_lab/index.html
• [Remarks] 中尾研究室
  • URL: http://www.mech.kanagawa-u.ac.jp/lab/nakao_lab/
• [Remarks] 日本機械学会賞(論文)受賞 受賞論文:「回転角制御機能を備えた流体駆動スピンドルの開発と回転角制御」 日本機械学会論文集(C編),Vol.76,No.763,pp.749-758,(2010-3)