| Project/Area Number |
24K00774
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Ichinoseki National College of Technology |
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Principal Investigator |
原 圭祐 一関工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30515812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯部 浩已 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (60272861)
川村 拓史 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (80965765)
田口 恭輔 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (10880924)
堤 博貴 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (30300544)
藤原 康宣 一関工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40290689)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2027: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
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| Keywords | 超音波切削 / 超音波ミーリング / 規則テクスチャ加工 / 3次元曲面 / テクスチャ形状制御 / 複合超音波振動 / 超音波スピンドル / 機能性表面 / 自由曲面 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，世界で例がない，任意曲面へ「方向性」を持ったテクスチャ切削加工用スピンドルとテクスチャ加工法を開発・実現する．研究の進め方の概要は以下に列挙する．
1. 工具刃先振動軌跡を自在制御可能な3次元複合振動超音波体と制御システムの開発
2. 1.を実装した空気静圧超音波スピンドルの構築
3. 3次元曲面上への任意断面規則微細テクスチャ創成技術の確立
4. 加工支援システム (接触検出など)の開発
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，研究の基盤構築として，必要機材の調達および複合振動超音波振動体の設計を行った．
本研究で構築を目指す，「複合振動超音波スピンドル」は，以下の3要素技術により実現される．(1)縦振動および曲げ振動を併せ持つ複合振動超音波振動体，(2)高精度回転を支える静圧空気軸受，(3)加工支援を行うAE(Acoustic Emission)センサによる高精度接触検出技術である．
まず，複合振動の特性評価を高精度かつ短時間で実施できるようにするため，レーザドップラ振動計(LDV)を1台新たに導入した．既存のLDVと合わせて2台体制とすることで，超音波振動体の３次元的な振動モードの詳細な解析が可能となった．また，AEセンサによる工具と加工物間の接触検出を実現するため，2チャンネル対応のAE信号アナライザも導入した．これにより，加工初期の接触状態をAEイベントとして高感度に検出することが可能となった．これらの装置は，公的な入札手続きを経て調達した．
次に，複合振動超音波振動体の設計については，有限要素法(FEM)による固有値解析を行い，28kHz付近で縦振動モードと曲げ振動モードが同時に励起される形状を導出した．この構造に縦振動を与えることで，両モードが混在する複合振動が得られると考えられる．今後は，圧電解析を通じて，両モードの独立制御が可能かどうかを検証する予定である．
さらに，静圧軸受の試作も進めた．初期は3Dプリンタによる樹脂一体成形を試みたが，軸受隙間の調整が難しいという課題があった．そこで，3Dプリンタで造形した樹脂製の空気供給管路と，金属製の軸受パーツを組み合わせたハイブリッド構造としたところ，隙間調整の精度が大幅に向上することを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
当初，機材とシミュレーションソフトウェアまでを初年度に導入して，新構造の超音波振動体の設計を行う予定であった．しかし，当該年度のマンパワーが足りず，シミュレーションを回すだけの余裕がなく，やむなく次年度に回すこととなった．シミュレーションソフトウェアのサブスクリプションライセンスの購入も，1年遅れとした．そのため，振動体の設計が遅れており，結果として全体のスケジュールが遅れることとなった．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，今年度に形状があらかた設計できた超音波振動体に対し，縦振動モードと曲げ振動モードを与えられる新構造の超音波振動体を連結し，これを駆動させたときの状態をシミュレーションする．これには，R7年度に導入する，有限要素法シミュレーションソフトを用いて圧電解析を行い検証する．
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