マイクロ超音波砥粒加工機構の解明と電気粘性流体援用による高能率・高精度化

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350064
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 庄司 克雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80005339)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 厨川 常元 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90170092)
• Keywords: 電気粘性流体 / キャビテーション / 微小径工具 / 電場FEM解析 / 超音波加工 / スラリ / マイクロ加工 / 砥粒

Research Abstract

本研究の目的は,マイクロ超音波加工特有の加工現象と加工メカニズムを解明,解決することによって,これまで困難であった安定的な加工を実現することである.本研究では電気粘性流体(以下ER流体という)を援用することにより加工の安定化と同時に高能率化・高精度化を図り,ガラスやセラミックス等の絶縁性硬脆材料に対しサブミリサイズの微小穴,微細溝,3次元微小構造体を形成するためのER流体援用マイクロ超音波加工システムを試作する.
本年度は,マイクロ工具(直径0.05-0.8mm)先端に砥粒を集中させることにより,加工の安定化と加工能率の改善をはかるマイクロ超音波加工システムを,既設の超音波加工機を改造することにより試作した.この加工機の工作物テーブル,および超音波加工ヘッドの送り軸(現在は定圧加圧機構)をすべてサーボモータ駆動によるボールねじ送り機構とし,3軸送りのサーボモータはパソコンNCによりオープン制御するようにした.加工圧は,既存の圧電型動力計により加工圧をセンシングし,それをパソコンで制御して定圧送りを実現した.
この装置を用いて,工具と工作物界面でのキャビテーションの発生状況と,砥粒の挙動を観察した.工具先端の摩耗状況とキャビテーションの発生状況との関係,スラリの流体特性等と関連して検討した.またER流体を援用したときのキャビテーションにより発生した気泡群の挙動,先端に集中する砥粒との関係についても観察した.その結果,キャビテーションにより,微小径工具先端には砥粒がほとんどなくなっていることが明らかになった.しかしER流体を援用することにより,工具先端に砥粒を集めることができることを確認した.来年度は2軸あるいは3軸制御を行うことにより,溝加工及び3次元加工を行う予定である.また,ER流体援用時の電極配置等について,FEMにより最適化する.

Research Products

• [Publications] 斉藤修, 厨川常元, 庄司克雄: "工具断面形状比に対する加工特性-超音波穴あけ加工"2002年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集. A12 (2002)
• [Publications] 斉藤修, 厨川常元, 庄司克雄: "工具断面形状比の効果について-超音波型彫り加工"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. M75 (2002)
• [Publications] 小林謙介, 厨川常元, 庄司克雄, 末松和宏: "電気粘性流体援用マイクロ超音波加工に関する研究"2003年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. E22 (2003)