エバネッセント光を用いた超精密切削加工における工具－工作物接触状態の直接的検出

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23656098
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉岡 勇人 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (90361758)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2013-03-31
• Keywords: 超精密加工 / 接触状態 / エバネッセント光 / 工具 / 工作物

Research Abstract

平成23年度は，提案する検出方法を超高精密加工システムへ組み込む前段階として，主としてエバネッセント光による相対距離検出の原理確認に取り組んだ．具体的には以下の研究を実施した．（１）光学ガラスおよび工具用単結晶ダイヤモンドの屈折率などの光学特性をもとに，全反射面において発現するエバネッセント光の理論式を導出した．これにより原理確認用装置および実際に組み込み用装置において，具体的な装置条件から工具-工作物相対距離とエバネッセント光強度の関係が予測可能となった．（２）導出した理論式に基づき，ダイヤモンド工具を模したガラス製プリズムにおいてレーザ光が全反射する条件を導出し，レンズなど各種光学部品およびレーザ光源を用いて原理確認用光学系を構成し装置を構築した．（３）さらに今年度購入したピエゾ駆動式微小位置決めシステムを構築した原理確認用光学系に組み込み，超精密加工システムにおいて重要となる10マイクロメートル以下の駆動範囲においてナノメートルオーダのプリズム位置決め機構を構築した．（４）ピエゾ駆動位置決めシステムを用いてプリズムを駆動することで，全反射面と金属球との間の相対距離を変化させ，フォトダイオード出力を測定することで関係を評価した．その結果，相対距離が約200ナノメートル以下の範囲において出力の低下が確認でき，提案する原理の妥当性を確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上述のように，交付申請書に記載した研究項目は全て順調に実行し，提案する検出原理によって相対距離に応じて出力が変化することを確認した．したがって，所期の研究目的を実現すべく順調に研究が進展していると判断できる．

Strategy for Future Research Activity

次年度は，すでに原理確認をした検出方法を実際の超精密加工システムへ適用する．構築した原理確認の光学系を現有の超精密工作機械へ組み込むため，レンズ，ミラーなどの光学部品の変更を行い加工環境へ設置可能な小型システムへ改良する．さらに加工環境に含まれるノイズなどの影響を受けにくい検出系へ改良し，加工環境における高SN比の出力計測を実現する．最終的には，想定される様々な材料の工作物，回転速度などの加工条件に対して，その適用範囲を明らかにする．なお，ダイヤモンドを用いた原理確認は次年度に行うこととしたため残金が生じた．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

上述のようにさらなる研究推進を行うため，以下の主要物品の購入を計画している．光学系改良を目的としたレンズなどの各種光学部品，超精密加工用単結晶ダイヤモンド工具，様々な工作物を想定した各種材料部品，グラウンドノイズを排除した測定系とするためのアイソレーションアンプ．