2015 Fiscal Year Research-status Report
複合振動を用いた新しい超音波加工の原理解明に関する研究
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15K05875
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
三浦 光 日本大学, 理工学部, 教授 (50157434)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
淺見 拓哉 日本大学, 理工学部, 助手 (60706571)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超音波 / 振動 / 砥粒 / 加工 / 縦振動 / ねじり振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波振動による脆性材料の加工法に，超音波加工と呼ばれる超音波振動をする工具ホーンと砥粒を用いた加工法がある。超音波加工は，脆性材料に対して三次元形状の加工を行うことが出来る数少ない加工方法である。従来，超音波加工は，縦振動のみを用いていたため，加工時間の短縮が困難となっていた。この問題に対して，超音波加工に用いる振動を縦振動とねじり振動を組み合わせた複合振動とすることで，加工時間を従来の約2/3に短縮できること，また，加工精度を向上できることが明らかにされている。しかし，複合振動による超音波加工の原理解明はまだ行われておらず，加工に最適な縦振動とねじり振動の割合についても明らかにされていない。本研究は，複合振動を用いた場合の加工原理の解明によって，更なる加工時間の短縮，及び加工精度の向上を目指している。平成27年度の研究実績は以下の通りである。
1. 縦振動とねじり振動の割合を変化させることが可能な超音波振動源の作成を行なった。本研究では，複合振動を振動源に斜めの切込みを用いることで得ている。この斜めの切込みの形状に着目し，切込みの深さを変化させることで縦振動とねじり振動の割合を変化させることが可能と考え，切れ込みの深さを変化させた超音波振動源の作成を行なった。そして，その超音波振動源の振動源の振動特性の測定を行い，切れ込みの深さにより縦振動とねじり振動の割合を変化させることが可能なことを明らかにした。
2. 加工時の加工面における砥粒の動きを観察可能な加工装置の作成を行なった。複合振動による加工時間の短縮，また加工精度の向上は，砥粒の動きが大きく影響していると考えられる。そこで，加工時にハイスピードカメラで砥粒の動きを観察することが可能なプリズムを用いた加工装置の作成を行なった。この装置により，加工時に下部より加工面における砥粒の動きを観察可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の平成27年度の研究計画は，縦振動とねじり振動の割合を変化させることが可能な振動源の作成，及び加工時の加工面における砥粒の動きを観察可能な加工装置の作成を行なうことであった。進捗状況としては，振動源の作成，及び加工装置の作成を共に行うことができ，研究は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終的な目標は，複合振動を用いた場合の加工原理の解明によって，更なる加工時間の短縮，及び加工精度の向上を目指すことである。その目標のために，平成28年度は当初の計画通り以下の検討を行なう。
超音波加工において，加工時間や精度は，加工対象やその形状，遊離砥粒等の種々の条件によって大きく変化する。そこで，縦振動とねじり振動の割合を変化させた複合振動を用いた基礎的な加工特性の検討として，超音波振動源の変位振動振幅，加工の際の圧力，及び遊離砥粒の濃度の変化に対する加工時間，及び加工精度の関係を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
購入物品（３次元加工機･MDX-570）の価格が計画時点の見積もり額より低下していたため，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の使用計画は，超音波加工による加工特性を明らかにするための実験試料として，ガラス等の加工対象の購入を予定している。
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