2015 Fiscal Year Annual Research Report
高度機能集積形マザーマシンシステムＡＩＭＳの実現とそれによる工作機械工学の体系化
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24226004
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
新野 秀憲 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40196639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉岡 勇人 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90361758)
澤野 宏 明治大学, 理工学部, 専任講師 (40514295)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 工作機械 / 生産工学 / 生産加工 / 研究開発 / 構造設計 / 精密加工 / 超精密計測 / 機械工作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，広域三次元ナノ形状創成機能とオンマシン複合計測機能を具備した高度機能集積マザーマシンシステムAIMSを実現すると共に，一連の研究開発プロセスを定式化し，新たな学術領域「工作機械工学」を確立することを最終目標としている．そのため，当初研究計画で策定した研究目的とその到達目標に沿って，AIMSの全体構造およびその構造構成要素の実現に関わる様々な研究課題，ならびに工作機械工学の体系化に取り組んだ．その結果，得られた本年度の研究成果を以下に集約する．
まず，「ナノ平面運動制御テーブルシステム（要素研究P1）」および「ハイブリッド駆動機構（要素研究P3）」に関して，難加工材料の加工要求にも対応可能な新たな高剛性軸受を開発した．さらに広域運動範囲において低重心駆動が可能なテーブル構造としてスチールベルト駆動による平面運動テーブルシステムを実現し，その性能評価を行った．次いで，「インテリジェントスピンドルシステム（要素研究P4)」に関して，工作物表面に広範囲の微小パターンを創成可能とする「超磁歪素子の自己検知機能を利用した微小位置決め機構」を提案すると共に，それを主軸系に巧みに組み込むことにより，状態認識機能を具備したインテリジェント・スピンドルシステムを実現した．さらに，「オンマシン複合計測機能（要素研究P6）」に関して，形状創成された表面テクスチャをレーザスペックルパターンを用いて評価可能な構造表面のオンマシン測定システムを開発した．
一方，「工作機械工学の体系化」に関して，引き続き本年度に遂行したAIMSおよびその構成要素，特に重要な構成要素であるナノ平面運動制御テーブルシステムおよびインテリジェントスピンドルシステムの研究開発プロセスを対象に，それらの詳細な分析と定式化を進めた．
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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
研究計画の段階で最終到達目標として設定した（１）広域ナノ形状創成機能およびオンマシン複合計測機能を具備したマザーマシンシステムを実現すること，（２）本研究における一連の研究開発プロセスを分析・定式化し，それらに基づいて新たな学術体系である工作機械工学を確立すること，をそれぞれ念頭に置いて具体的な要素研究の研究開発を遂行した結果，当初設定した要素研究P1～P6，ならびに「工作機械工学の体系化」のいずれについても，「研究発表（平成27年度の研究成果」欄に明記するような特筆すべき研究成果が得られた．すなわち，研究代表者および研究グループが理想とする革新的なマザーマシンの全体像を提示できる段階に至ったと考えられる．
なお，主要な研究開発対象のひとつである「ナノ平面運動制御テーブルシステム（要素研究P1)」を開発する過程で，運動テーブルと周辺ユニット間に運動の干渉が生じることが想定された．そのため，テーブルの位置測定系と運動制御系を構成する一部の周辺機器について設計変更や再配置等を含めた再検討を行った．しかし，それらの作業によって研究計画全体が停滞するような事態は生じていないと判断される．
さらに，個々の要素研究および研究全体の進捗状況を勘案した結果，現時点において研究の進捗が危ぶまれる事態には至っていないことから，当初の研究目的に対する研究の達成度について，区分に示すように「おおむね順調に進展している」旨，自己判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度までに遂行してきたテーブルシステム，スピンドルシステム等のマザーマシンの主要構成要素を対象とした要素研究P1～P6，ならびに「工作機械工学の体系化」に関する研究から構成される研究開発全体は，一部の要素研究で構造体の再設計，周辺装置の再配置等の検討を行った以外には，概ね当初研究計画に基づいて遂行することができている．平成28年度は研究期間の最終年度に当たることもあり，今後の推進方策は，本研究課題のような広範なハードウエア面とソフトウエア面の研究要素から構成される研究課題に見られる拡大する一方の研究の方向性を収束させながら，当初の研究計画に沿って研究遂行を加速することが必要不可欠である．
特に，本研究課題の最終段階において最重要要素研究と考えられる「ハイブリッド加工機能（要素研究P7）」の実現に全力で取り組み，本研究課題の開発対象である高度機能集積形マザーマシンシステムAIMSの機能・構造に適合した高密度エネルギービームを搭載する計画である．最終年度の後半では，炭素繊維強化プラスチックス（CFRP）等の新素材の加工実験を実施し，開発したマザーマシンシステムの性能評価を行う予定である．
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| Remarks |
大学改革による研究所再編に伴い，所属組織が精密工学研究所から未来産業技術研究所に変更されたため，現在，研究室のWebページ（http://www.upm.pi.titech.ac.jp)を書き換えると共に，新に本研究課題の研究成果に関するWebページを作成し，掲載する準備を鋭意進めている．
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Research Products
(5 results)
