硬脆材料の延性モード超精密超音波振動切削加工に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05452138
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 森脇 俊道 神戸大学, 工学部, 教授 (00031104)
• 研究分担者: 横山 和宏 新潟大学, 工学部, 助教授 (00018673) ; 社本 英二 神戸大学, 工学部, 助教授 (20216146)
• キーワード: 振動切削加工法 / 切削機構 / 延性モード切削 / 脆性材料 / 工具寿命 / 臨界切込み量 / ダイヤモンド工具

研究概要

振動切削機構を検討するために、まず電子顕微鏡内で基礎的な切削実験を行い、次に実用性を考慮して超音波領域の振動切削実験を行うことにより、主に以下の成果を得た。
(1)電子顕微鏡内での切削実験による振動機構の検討
従来の研究報告においては、振動切削加工の持つ諸効果が実験的に示されているが、その実験結果には矛盾が多く、またそれらの諸効果が得られる原因についてはほとんど明らかにされていない。そこでここでは、電子顕微鏡内部で振動切削加工を行い,その切削過程の直接観察を通じて、最も基本的であると考えられる切りくず厚さの減少効果が工具振動方向によって大きく影響されることを明らかにした。すなわち、この方向が切削方向となす角度がゼロ度以下の場合には切りくず厚さが半分近くまで減少するが、ゼロ以上の場合には通常切削による厚さと大きな違いは見られない。また、その原因は、一旦仕上げた面を再度極小さな切込みで切削し、二重に切りくずを生成するためであることを見いだした。
(2)平面旋削における臨界切取り厚さの検討と仕上げ面、工具摩耗量の評価
現有の超精密切削加工機を用いて、代表的な硬脆材料であるガラスの平面加工を行い、超音波振動切削および通常切削による延性/脆性の臨界となる送り量、切込み量について検討した。その結果、通常切削において数十ナノメートルであった臨界切込み量が、超音波振動を工具に付加することによって約百倍の数ミクロンにまで増加することを見いだした。次に、この結果に基づいて、実際に円板板ガラスの端面旋削を試み、仕上げ面あらさ約20nmRmaxの完全に透明な面を得ることに成功した。また、この際に排出された切りくずが流れ型のものであること、工具逃げ面摩耗幅が数ミクロン程度であることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] Toshimichi Moriwaki: "Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting" Annals of the CIRP. (to by published)Vol.44/1. (1994)
• [文献書誌] Toshimichi Moriwaki: "UltrasonicVibration Cutting Applied to Ultraprecision Machining" -A New Possibility for Ultraprecision Machining of Hard to Machine Materials-8th International Precision Engineering Seminar. (to be published). (1995)
• [文献書誌] Eiji Shamoto: "Study on Elliptical Vibration Cutting" Annals of the CIRP. Vol.43/1. 35-38 (1994)
• [文献書誌] 社本英二: "楕円振動切削加工法(第2報)-超音波領域における楕円振動切削-" 1994年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 3-4 (1994)
• [文献書誌] 社本英二: "楕円振動を応用してマイクロ切削加工法" 日本機械学会第71期通常総会講演会講演論文(IV). 479-481 (1994)
• [文献書誌] Todhimichi Moriwaki: "Ultraprecision Ductile Cutting of Brittle Materials by Applying UltrasonicVibration" Proc.of 7th IPES. 708-718 (1993)
• [文献書誌] Eiji Shamoto: "Fundamental Study on Elliptical Vibration Cutting" Proc.of ASPE 1993 Annual Meeting. 162-165 (1993)
• [文献書誌] 社本英二: "楕円振動切削加工法(第1報)-加工原理と基本的な効果の検討" 1993年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 33-34 (1993)