2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on micro-nanometer scale cutting system by using elastic cantilever-type tool holder with force feedback
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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 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 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 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 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 / 柔軟カンチレバー構造 / ダイヤモンド工具 / 臨界切込み深さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般に切削加工では、安定した切込み制御のために高い機構剛性と運動精度が要求される。本研究では、逆に柔軟なカンチレバー工具を用いて加工力をフィードバック制御することで、熱変形や振動による誤差を生じても1μm以下の安定した切込み深さを制御可能な新原理を提案し、その有効性を検証してきた。この新原理は、原子間力顕微鏡（AFM）機構を応用したナノ切削の考え方に基づいており、切れ刃に作用する垂直荷重を一定にフィードバック制御することで、切込み深さを一定に制御することに成功した。
開発したシステムにおいては、AFM機構では加工領域が100μm四方程度、切込み深さは数十nmに制限されるため、実用的ではなかった点を改良し、変位センサ、ピエゾアクチェータ、カンチレバー、ダイヤモンド工具などで構成される工具ホルダを独自に設計し最適化を行うことで、一般的な工作機械機構でもマイクロ切削加工が可能なシステムをを構築した。本システムにより、加工誤差因子に対するロバスト性を高めるだけでなく、斜面や曲面に対しても一定の切込み深さで切削加工を行う、新たな倣い加工手法を実現した。
本切削加工システムを用いて各種材料の加工を行う中で、ガラスなどの硬脆材料の延性モード切削加工について、これまでは100nm程度とされていた切込み深さの限界値に対し、その数倍の1μm以上の切込み深さで実現可能であることを新たに見出した。そのメカニズムを解明するために、傾斜面の切削による切削パラメータと臨界切込み深さの関係を検証し、材料内部に生じる応力場を数値計算および偏光顕微観察し、剛体工具と柔軟カンチレバー工具の比較実験を行った。その結果、機構の運動誤差や振動によって切込み深さが変化した場合でも、柔軟カンチレバー工具ではたわみによって切削加工点における最大応力増加を抑える効果が確認され、クラックの発生が減少することを見出した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(3 results)
