| 研究課題/領域番号 |
22K14208
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 秋田工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
櫻田 陽 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90442681)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 積層型圧電素子 / 精密位置決め装置 / 超音波援用加工 / 平面減衰機構 / 熱揺らぎ / 機能性テクスチャ / 超音波 / 分数階微分 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，バイオミメティクス（自然からの学び）工学から興る，機能性テクスチャを創成することによる機能性の向上に関する取組みが進められている．これらを実現する加工方法の一つとして，超音波援用加工が考えられており，実現するためには，高速と高精度の両立が必須である．応用技術の一つとして，振動方向に対しせん断に作用する薄い平面減衰機構およびその減衰機構の特性を分数階微積分という新たな数学の手法を導入した新しい制御法を適用することで，機能性テクスチャを創成することを検討している．本手法は，将来的に機能性テクスチャ創成の多くの形状に適用可能であるため，社会的・経済的効果は非常に大きい．
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| 研究実績の概要 |
近年，バイオミメティクス（自然からの学び）工学から興る，機能性テクスチャを創成することによる機能性の向上に関する取組みが進められている．これらを実現する加工方法の一つとして，超音波援用加工が考えられており，実現するためには，高速と高精度の両立が必須である．
機能性テクスチャを創成する素材など，従来の工作機械では難しい微細加工を実現する超音波援用加工の刃先制御の検討を進めている．研究を適用する超音波援用加工では，20kHz以上の速度で高精度に刃物を位置決めし精密な加工面を生成する必要がある．しかし，現状の加工機では高速および高精度を両立することが，難しい場合がある．そのため，研究を進めている振動方向に対しせん断に作用する薄い平面減衰機構およびその減衰機構の特性を分数階微積分（以下FC：Fractional Culculus）という新たな数学の手法を導入した新しい制御法を適用し，加工のタクトタイムの短縮化を目指した．
本研究進捗に伴い，超音波振動源の熱揺らぎから超音波振動のバイトの加工振幅量が変化すること確認し，その対策として，加工振幅量が変化することを抑制する駆動アンプを開発し，現在も秋田県内企業と協業して新たな機能を盛り込むため開発を進めている．
現状として，平面減衰機構と超音波振動源へのFC制御技術の効果は限定的であるものの，副次的に開発を進めた加工振幅量が変化することを抑制する駆動アンプが予想以上に効果が高いことが分かってきている．今後も新たな制御技術の応用展開として超音波援用加工を進めていく予定である．
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