Rapid Generation and Sliding Characteristics of Aligned Microtextures by Phase-Controlled Ultrasonic Cutting
| Project/Area Number |
21H01225
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
磯部 浩已 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (60272861)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 大輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80576504)
櫻田 陽 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90442681)
原 圭祐 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (30515812)
田浦 裕生 近畿大学, 理工学部, 准教授 (20334691)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
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| Keywords | 超音波加工 / マイクロテクスチャ / トライボロジー / 切削加工 / 光弾性法 / テクスチャリング / バイオミメティクス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は，機械加工で生産される高精度で複雑な部品の表面に，高い機能性を有するマイクロテクスチャを，超音波切削加工によって整列配置して創成する技術の開発である．切削工具の振動状態を超音波周波数に比して充分に高速，かつ被削材送り運動に対して高精度に同期させることで，ピッチ数十μm，深さ数μmの整列配置されたマイクロテクスチャを工作機械で創成することで，生産性を落とすことなく機能性表面を創成できる特長がある．さらに，特徴的なテクスチャの摺動特性改善効果の発現メカニズムを理論的・実験的に明らかにし，テクスチャ構造・配列の設計指針を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
摺動面のトライボロジー特性改善の手法として表面テクスチャリングが知られている．本研究の目的は，機械加工で生産される高精度で複雑な部品の表面に，高い機能性を有するマイクロテクスチャを，超音波切削加工によって整列配置して創成する技術の開発である．
切削工具の振動状態を超音波周波数に比して充分に高速，かつ被削材送り運動に対して高精度に同期させることで，ピッチ数～数十μm，深さ数μmの整列配置されたマイクロテクスチャを工作機械で創成するシステムを構築した．切削による成形仕上げ加工と同時にテクスチャリングできるので，生産性を落とすことなく機能性表面を創成できる点が大きな特長である．
本年度は，汎用旋盤の主軸の回転に超音波振動を同期させることで，テクスチャを整列させるシステムを構築し，その摺動特性について検証した．一般に，旋盤の主軸の回転数は，主軸モータのサーボが介入することで，一定ではない．そのため，工具の超音波振動周波数が一定であったとしても，テクスチャの空間的な間隔（いわゆるピッチ）は，変動する．そこで，主軸の位置を検出しつつ，その検出信号に同期して超音波振動を同期させることで，主軸回転数の変動がテクスチャのピッチに影響を与えないシステムを構築した．さらに，このシステムを用いて，１周前のテクスチャの位置に対して，次のテクスチャの位置を任意に制御できるシステムを構築した．この結果，テクスチャを整列することが可能となった．隣りあうテクスチャを並べれば一直線に整列し，交互に並べれば千鳥模様のテクスチャ配列が得られる． 一直線に整列した場合には，摩擦係数は増加してた．これは，油膜を除去して実接触面積を増やす効果だと考えられる．一方，千鳥模様とすることで，摩擦係数は減少した．これは，千鳥模様の凹部に油剤が溜まり，実接触面積を減らしたと考えられる．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
