2022 Fiscal Year Research-status Report
磁気研磨法による微細複雑形状部品の表面仕上げ技術の開発
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21K03786
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
鄒 艶華 宇都宮大学, 工学部, 教授 (10516678)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁気研磨法 / 変動磁場 / 微細複雑形状部品 / 表面仕上げ / 高能率加工 / 高精度加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，磁気研磨スラリーが交番磁場中に生じたダイナミックな動きを利用して，微細複雑形状部品の表面仕上げを実現する方法を提案している．また，磁気研磨スラリーはミクロンサイズの磁性粒子を利用するため，微細複雑形状部品の表面にダメージを与えずかつナノレベルに仕上げることができる．本研究で提案している新しい磁気研磨法では，変動磁場中にある磁性粒子の活発な動きを磁性砥粒と連動させ，分散しながら安定的にかつ均一に超精密加工を実現するため，最適な実験条件の選定が重要である．
令和3年度には，まず始めに磁場解析によって最適な磁場配置を解明し，磁性粒子が変動磁場の中に受けた磁力を解析・実測して，磁極形状・寸法の設計，磁気回路の設計を行い，磁気ブラシ形成及び作用条件を検討した．さらに，試作した加工装置を利用し，SUS304ステンレス鋼板を工作物として研磨実験を行い，直流磁場を用いた磁気研磨法に比べて，高品位化が達成されることが証明できた．
令和4年度では，微細複雑形状部品の表面仕上げを実現するため，磁場の選定を再検討し，実用化に向けて6軸ロボットを利用した新しい加工装置を開発した．試験片は自動制御ロボットアーム先端に固定し，ロボットアームに回転機構を取り付けた．自動制御ロボットアームのプログラミングによる加工軌跡，加工圧力（磁気力）を制御しながら高品位高能率加工を実現する加工条件の最適化を図る．まず，工作物をロボットアーム先端に固定し，公転運動半径を100mm、150mm、200mmにそれぞれ設定し，理論解析及び研磨実験でそれぞれで検討を行った．また，磁気研磨スラリーの供給量及び磁極先端の形状・寸法が加工特性に及ぼす影響を検討した．
以上の研究成果をまとめて，英文誌で１篇の論文が公表され，国際会議(ICSIF2023)で論文を発表し，精密工学会学術講演会などで３篇の論文が公表された．
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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
令和４年度にはまず微細複雑形状部品の表面仕上げを実現するため，磁場の選定を再検討し，磁気力を制御しながら良好な表面を創成することを目的とした．微細複雑形状部品の表面仕上げを実現するため，磁場の選定を再検討し，実用化に向けて6軸ロボットを利用した新しい加工装置を開発した．試験片を自動制御ロボットアーム先端に固定し，ロボットアームに回転機構を取り付けた．ロボットアームによりプログラミングで加工軌跡を自由に設定できるようになる．また，加工圧力（磁気力）を制御しながら高品位高能率加工を実現する加工条件の最適化を図る．まず，工作物をロボットアーム先端に固定し，公転運動半径を100mm、150mm、200mmにそれぞれ設定し，理論解析及び研磨実験によるそれぞれに検討を行った．
さらに，磁気研磨スラリーの供給量及び磁極先端の形状・寸法が加工特性に及ぼす影響を検討した．実験の結果，送り運動の公転半径が大きいほど，工作物表面の均一性が良くなることを明らかにした．また，磁気研磨スラリーの供給量が増えるほど磁力が強く、表面粗さRaの値が低減低減できることが分かった．そして磁極先端部形状・寸法が磁場の強さを影響し，加工特性にも影響することを明らかにした．
これらの結果は，英文誌で１篇の論文が公表され，国際会議The 5th International Conference on Surface and Interface Fabrication Technologies (ICSIF2023)に論文を発表し，精密工学会学術講演会に論文が公表された．
以上より，当該研究はおおむね順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度の研究により，6軸ロボットを利用した新しい加工装置を利用し，プログラミングによる加工軌跡，加工圧力（磁気力）を制御しながら高品位高能率加工を実現する加工条件の最適化を目指して研究を展開した．令和5年度以降は，引き続き磁極先端の形状・寸法の最適値を検討する．磁束密度を実測及び磁場解析を行い，最適な磁極の形状・寸法を選定することによる主に磁気力に影響する磁場強度を強める．次に，変動磁場中に形成される磁気ブラシと微細複雑形状部品との間に最適な接触状態で加工を行えるため，ロボットアームによる工作物と磁極間の間隙及び姿勢（角度）を制御することにより，微細複雑形状部品の表面仕上げを実現する．また，微細複雑形状部品の表面仕上げ実験を行い，加工特性に及ぼす影響因子を究明し，加工メカニズムを明らかにする．また，高能率除去と精密仕上げを両立させるために，引き続き実験装置の改良を行い，(1)磁極先端の形状・寸法，(2)磁性砥粒の種類・サイズ，(3)加工間隙及び姿勢制御，(4)工作物及び磁極の回転速度について最適化を図り，加工実験を行い加工量，仕上げ面粗さを評価することによりこれらの実験条件の最適化を検討する．さらに，半導体分野の微細複雑形状部品(例えば溝が施された部品)及び光学レンズの超精密加工を行い，その実現可能性を明らかにする．
最終的に，現在生産現場で高品位高能率加工が強く求められている微細複雑形状部品に対して本加工法を適用し，その有効性を実験的に検証する．そして，研究成果をまとめ論文投稿する．
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| Causes of Carryover |
本年度の研究計画の遂行に当たり，当初計画より2,155円のマイナスとなった．
次年度においては，当初計画どおり研究を遂行する．
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