| 研究課題/領域番号 |
15K05767
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| 研究機関 | 八戸工業大学 |
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研究代表者 |
武藤 一夫 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90530874)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | アコースティックエミッション / センシング / AEセンサ / カンチレバー / デジタル方式 / 振動・変位・音響 / 高精度・高分解能 / 半導体技術 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の課題は，比較的安価な装置で製造することができ，かつシンプルな構造にすることができるLiNb03(ニオブ酸リチウム)材を用いた 高性能な音響コム(櫛〉型AEセンサの開発を行う.これは，異なる共振周波数（長さにより制御）を有した複数のカンチレバーを製造して，アレイ状に形成することで各共振周波数に応じた変取をデジタル式に検知し，その周波数特性の分解・検出（デジタル化）を可能とする.
平成27年度では，LiNb03材を用いた高性能な音響コムであるカンチレバー部の製作，合わせて検出部について一体化に向けた個々の特性評価を行った.具体的には，900 MHz帯無線通信の2次中間周波数に使用された455 kHzを中心に0.5～2倍程度の周波数にての試作を実施した.LiNb03の弾性定数より設計パラメータを計算して，W×Tを300×200μmとして，カンチレバー一長は600～900μmで設計した.また，作製したカンチレバーの共振周波数特性（変位，Q値）の評価を行い，シミュレーションをしたうえで，デバイスの最適化を図り，高感度計測を実現するために電気的回路設計を行った.これらの結果をもとに，LiNb03材カンチレバーを製作するためのプロセスを確立し，目標とするAEセンサの試作および最適化をして，周波数範囲10 kHz～140 kHz，周波数分解能5 kHzを実現するデジタル検出方式のAEセンサを実現した.
平成28年度では，超音波洗浄機とレーザドプラー振動計測装置を用いて一定の周波数で捩動させた際にAEセンサで検出された電位変化から，共振しているカンチレバーを同定することにより，その応答特性を評価した.そのため，関連するデータ取得方法やそれらの検証のための測定法の考え方やアルゴリズムを適正化した.
今後，開発したセンサをNC旋盤に取り付けて切削加工の加工状態を検知する予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
H27年度中に，LiNb03材を用いた高性能な音響コムであるカンチレバー部の製作，合わせて検出部について一体化に向けた個々の特性評価を行い，目標とするAEセンサの試作および最適化をして，周波数範囲10kHz～140kHz，周波数分解能5kHzを実現するデジタル検出方式のAEセンサを実現してしまった.
H28年度では，超音波洗浄機とレーザドプラー振動計測装置を用いて一定の周波数で捩動させた際にAEセンサで検出された電位変化から，共振しているカンチレバーを同定することにより，その応答特性を評価した.そのため，関連するデータ取得方法やそれらの検証のための測定法の考え方やアルゴリズムを適正化した.
一方，開発したセンサをNC旋盤に取り付けて切削加工の加工状態を検知するシステムを構築し，この切削加工において集めたデータをサーバに収集し，波形解析することにより，工具の寿命の計算やメンテナンス時の計画などに応用できるか否か検討する．これらについては，29年度以降の開発テーマと想定している.
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| 今後の研究の推進方策 |
開発したセンサをNC旋盤に取り付けて切削加工の加工状態を検知するシステムを構築し，この切削加工において集めたデータをサーバに収集し，波形解析することにより，工具の寿命の計算やメンテナンス時の計画などに応用できるか否か検討する．これらについては，29年度以降の開発テーマと想定している.
さらに，本研究の成果の事業化に向けて想定し，平成29年度以降は，H28年度に引き続き切削加工状態等に応用できるカンチレバー部およびLiNb03材素子子部の最適設計と製作プロセスの向上を進めることで，LiNb03を用いた高性能な音響コム（カンチレバー）によるデジタル検出方式AEセンサの実用化を加速する.実用化におけるカンチレバーを同定することにより，その応答特性を評価する.その結果に基づき，実用化のためのカンチレバー部の デザイン設計および回路設計を含めた作製プロセスの最適化を操り返すことで，目標とする周波癌囲10kHzから300kHz,周菠数分解能5kHzを実現 するLiNb03材を用いた高性能な音理コム型デジタル検出方式のAEセンサを実現する.
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成26年度の計画が順調に進んだ.その結果，平成27年度は本開発センサに関心を持った企業が幾つかあり，その適用について検討をすべく，適用 のための調査を行った.そのために新規の旅費などの経費が発生したので，前倒し誚求が必要となった.
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| 次年度使用額の使用計画 |
29年度は，新規で高額な購入品等は発生しないと考えられるので，減額された金額でも，支障なく本研究を継統することができる.仮に新 規の購入品等が発生しても，本学の個人研究費を充当できるので，問題はないと思われる.
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