2014 Fiscal Year Annual Research Report
切削力フィードバックによる能動切込制御型マイクロ・ナノ切削加工システムの実証研究
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26289022
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
芦田 極 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 研究グループ長 (10356363)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 昇 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30239660)
小倉 一朗 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (60356714)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 切削加工 / 硬脆材料 / 延性モード切削 / 加工力制御 / 光てこ / ダイヤモンド工具 / 臨界切込み深さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに構築した基礎実験装置を用いて柔軟カンチレバー工具によるＶ溝切削加工を行い、ガラスやシリコンなどの硬脆材料に対する基礎特性を評価した。これまでの実験から、工具と被削材の間をつなぐ機構に存在する弾性要素によって、硬脆材料の切削加工における延性モード切削の臨界切込み深さが大きくなり、脆性破壊を伴わないＶ溝切削が3ミクロン以上の切込み深さで可能である現象を見出している。
今年度は、その現象を合理的に説明するための基礎データを収集することを軸に、柔軟カンチレバー工具特有の変形挙動や加工力の分析方法について検討を行った。カンチレバー形状および剛性の最適化を行うために、平行板ばねと静電容量変位センサを用いたシステムに加え、単一板ばねと光てこを用いたカンチレバーを試作し、切削方向および工具すくい角の変化に伴う切削分力の変化について検討を行った。
また、剛体支持と柔軟カンチレバー工具との切削特性を比較し、工具剛性および装置を構成する要素に潜む弾性的挙動と臨界切込み深さの関係を実験的に調査した。これらの違いを視覚的に検証するために、材料の内部応力を可視化できるカメラを用いて切削加工実験を行った。工具ホルダ、すなわちカンチレバー部分以外の弾性要素も被削材内部に発生する最大切削力を左右する因子であり、機構設計においては弾性成分の配置を総合的に考慮した要素選定が必要であることが明らかになった。
これらの実験結果を踏まえて、加工力と切込み深さを適切に制御するための新たな実験装置の設計を進めており、次年度に適切な要素選定とシステム構築を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
柔軟カンチレバー工具を用いることで、硬脆材料に対して大きな臨界切込み深さで切削が可能となる加工メカニズムの解明を優先して進めた結果、カンチレバー工具を含む装置設計においては、構成要素の剛性を考慮し、適切な設計と要素選定を行う重要性を認識することができた。計画では今年度中に新しい装置の設計及び試作を進める予定となっていたが、最終的な装置仕様が決定に至らず、設計の具体化と試作に着手できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は基礎的な実験データを収集し、柔軟カンチレバー工具を含め、装置を構成する要素に対する要求仕様を把握することができた。ステージなどの基本的な機械要素の選定は固まっており、それに組み合わせる他の要素の選定と設計を速やかに進め、改良型のシェーパ型切削加工システムを構築する。新システムの基礎特性を確認した上で、効率的に実験データを収集し、加工メカニズムの更なる追求と、モデル化、モデルの妥当性を検証するための計算機シミュレーションを行う。
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| Causes of Carryover |
改良型の実験システムを構築する計画であったが、装置の要求仕様を確定するための基礎データ収集に重点を置いた実験を行ったため、改良システムのための機械要素の購入に至らなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度の基礎実験のデータから、装置の要求仕様を固めることができたことを受け、遅れている状況であるが、計画通り改良型システムの構築を進め、その装置を用いた実験を行う。
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| Remarks |
科研費番号が記載された最新版を準備中
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Research Products
(4 results)
