| 研究課題/領域番号 |
15K13852
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| 研究機関 | 有明工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
明石 剛二 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (10202516)
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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 | 切削加工 / 穴加工 / BTA方式工具 / セミドライ / 切削力 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，穴あけ加工時に工具にかかる負荷を低減させることのできる新たな切削機構を実現することを目的としている．本研究を遂行することで工具にかかる負荷を低減させることが可能となり，環境保全対策のためのセミドライ深穴加工の実現化等が期待できる．具体的には，工具負荷を大幅に低減できる切削機構を提案し，試作工具を用いて加工実験を実施し，新たな切削機構が優れた性能を発揮することを明らかにする．さらに，試作工具に新たなアイデアを付加し，多方面での利用を目指した新型工具の開発を行い，幅広い応用分野での実用化への指針を得ることを目指している．
平成28年度は，平成27年度に提案した回転運動方式を用いた新たな切削機構の検討に加え，さらに斬新なアイデアである切削機構として工具中心部の往復運動方式を提案した．設計指針として，工具中心部を回転運動でなく，工具軸方向に運動を与え，打撃を加えることができる役割も付加できるようにした．また，並行して，構築している空気吸引式BTA方式深穴加工法におけるセミドライ加工システムに，前年度に提案している回転運動方式試作工具を用いた加工実験の準備を進め，その性能の検証も開始した．また，負荷を低減させることによって期待できる自走式工具の実現化にはシャンクをなくし，工具先端部のみで工具自身を保持し，推進する必要がある．そこで，自走式工具を実現化するための推進機構の設計を進め，問題点等の抽出・解決のヒントを得る研究も進めている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は，第1段階である新たな切削機構の提案と機構設計，第2段階である新型工具の開発，新型工具の幅広い適用性と実用化への指針を得る最終段階の3段階に分けて研究計画を立案している．
平成28年度は，第2段階として，さらに斬新なアイデアである切削機構として中心部の往復運動方式を提案した．この斬新なアイデアの実現は，申請者らが研究を進めているボトルボーリング加工法で提案している切れ刃を加工中にスイングさせる機構をヒントとして基本設計を行い，工具中心部を回転運動でなく，工具軸方向の運動を与えることのできる機構を提案した．加わえて，削岩機のような打撃を加えることができる役割も付加できるような設計としている．また，並行して，すでに構築している空気吸引式BTA方式深穴加工法におけるセミドライ加工システムに前年度提案した回転運動方式試作工具を用いた加工実験を行い，その性能の検証も開始した．
さらに加工時に発生する工具負荷を極力低減させることが可能な切削機構を実現することで，新たな自由形状の曲がり穴加工法を確立させ，加工時間の短縮・良好な加工面性状を得ることができる革新的な技術開発を目指し．通常の穴加工では工具の保持・推進や回転はシャンクを介して行われるが，そのシャンクは当然剛性が高いために工具先端部を自在に動かすことは不可能である．そのために曲がり穴加工を可能にするためにはシャンクをなくし，工具先端部のみで工具自身を保持し，推進する必要がある．そこで，自走式工具を実現化するための推進機構の設計を進め，問題点等の抽出・解決のヒントを得た．
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は提案した工具の幅広い適用性と実用化への指針を得るために，以下の研究を遂行する．
１）構築したシステムと試作工具を用いて，実際の金型を想定した曲り穴加工実験を行い，実用化の指針を得る（工具寿命の検討を含む）：自走式工具を如何に工具自身で支えて目的とする方向へ進めるかが最難関の課題となるが，前年度の研究成果を活かし，工具への負荷が大幅に低減できる新たな切削機構が実現できれば，これに関する問題も解決でき，実際の金型冷却路に近い穴加工実験を試みる．２）小径化への試み：環境対策とは逆に曲り穴加工では試作工具をできるだけコンパクトにしたい．現在，想定している試作工具径は30mmであるが，さらに小径化を睨み改良設計を試みる３）ロボットへのアタッチメント工具としての検討：新たに提案する切削機構（特に往復運動方式）は，金属加工だけでなく，さらに幅広い対応が可能である．例えば，災害時のコンクリート部材の破砕への応用として，中心部は切れ刃（ビット）の軸方向運動，中間部は切れ刃（ビット）の回転方向運動，外周部は切れ刃の回転方向の運動とし，鉄筋コンクリートに対して中心部でコンクリートを破砕し，中間部でコンクリートに拡大穴をあけ，外周部で鉄筋等の金属部を破断することが可能となり，大震災等の災害時に人命救助の点からも最大限の効果が期待できる新型工具への実証実験を試みる．４）地熱抽出及び宇宙探索への応用：コンパクトで工具負荷の小さい工具で自由形状の穴加工ができるために，地底探査用ロボットなどへの応用も可能であると考えられ，それらに対する設計指針を得る．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
提案している新型工具の幅広い適用性と実用化への指針を得るための最終段階である次年度においての加工実験に向けて，さらに多様な工具の設計を行う必要性がでてくることが予想される．そこで，本年度は可能な限り，現状のシステムを有効に活用し，極力自作等を行い，その結果，購入品を当初予定していた使用額より抑えることができた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度の新型工具の幅広い適用性と実用化への指針を得るために，改良した新型工具の設計・製作のための素材費等に充てる．
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