2017 Fiscal Year Annual Research Report
Defect-free secondry working of glass and CFRP by on-machine birefringent measurement
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17H03154
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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, 准教授 (60272861)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 圭祐 一関工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30515812)
鈴木 厚行 徳山工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40450142)
田邉 里枝 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (70432101)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光弾性 / 難削材 / 超音波加工 / 偏光撮影 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研削によるガラスの成形加工，熱可塑性CFRPのトリミングやデバリングなどの二次成形加工に対する高能率かつ欠陥（クラック，カケ，剥離など）のない加工技術が要求されている．本研究では，ガラスやCFRPのマトリクス樹脂が，複屈折性を有していることに着目する．第一の目的は，光弾性法の原理に基づいて，偏光を被加工材へ照射した際の透過光もしくは反射光の複屈折情報を高速かつオンマシンで取得し，その情報から応力分布変動や加工状態を追求する技術の開発である．そして，欠陥に直結する応力分布を評価パラメータとして，最適化された工具の設計，最適加工条件の導出および超音波加工技術の適用によって，defect-freeな加工技術を開発し，実用化に結びつけることが最終目的である． 複屈折性を有する物体の内部を透過した偏光は，主応力差に比例して位相差を生じるため，これを光学的手法によって可視化するのが，光弾性法による応力撮影である．主応力方向と主応力差を求めるためには，検光子を回転させた複数の撮影像が必要なため，一般には静的な二次元応力分布の観察に用いられている．本撮影手法においては，半円偏光器に分類される撮影方法であり，偏光方向の異なる複数の検光子が組み込まれた高速偏光カメラで光弾性画像を撮影，演算することで応力分布を得る．今年度では，ガラス加工状態・現象をオンマシンで可視化する手法を構築し，直径3mmの電着砥石での穴あけ加工時の内部応力像を得た．その結果，超音波振動によって，砥粒直下の局所的な応力は増加する一方，工具下方に発生する応力（工具動力計によって測定される押しつけ力に相当）は減少することが確認できた．一方，CFRPの表面に薄くかつ透明な光弾性体を接着し，反射型での応力状態取得を試みたが，有意な位相差を検出できなかった．
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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
本研究において，最も重要かつ独創性があるのが，光弾性による機械加工の状態の応力撮影技術である．平成29年度に装置の構成がほぼ完成し，実際にガラス加工中における内部応力の撮影に成功した．次年度の研究推進に向けて，十分な達成度が得られている．ただし，CFRPの応力測定に関しては，CFRPの板厚さに比較して充分に薄く，かつ光弾性係数の高い素材がなく，有意な位相差変化を検出できなかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，ガラス加工において，回転工具によって得られる被削材内部の三次元応力分布の測定結果について，ヘルツ応力分布との比較による定量化や，加工理論との比較検証を行うとともに，加工特性の改善方法の提案を実施する．一方，CFRPの加工にたいしては，直接的に内部応力を検出することは難しいので，アクリルやポリカーボネート等での加工によって，間接的に評価することを検討する．基本的には，ガラス加工に注力し，研究を進めていくことになる．
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