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2019 年度 実施状況報告書

濡れ性勾配のワンパス加工を実現する超音波援用切削法および3次元接触角解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K13666
研究機関東北大学

研究代表者

嶋田 慶太  東北大学, 工学研究科, 助教 (30633383)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード超音波援用切削 / 表面微細構造 / 濡れ性
研究実績の概要

超音波援用正面ミリングにより創製した微細構造について,ミリングによる微細構造と超音波振動によるさらに微細な構造が創成できることを確認した(Shimada et al., Ultrasonic-Assisted Face Milling for Fabricating Hierarchical Microstructures, Int J Autom Technol 14(2) (2020) 238-244.).なおミリングによる微細構造は超音波を援用しない場合にはうまく残存しないことも確認できており,比較的延性のある材料では微細構造の創成には超音波援用が不可欠であることが判明した.
頭頂部に平坦部を有する微細構造の創成においてはある程度平坦部があるほうが接触角が増大することが確認できた.これは平坦な頭頂部で液滴が安定できることにより微細構造への侵入が阻害できることが要因と考えられる(Shimada et al., Micrometer-scaled hierarchical structures fabricated by ultrasonic-assisted cutting, Proc 15th China-Japan Int Conf Ultra-Precision Machining Process 2019).
また表面改質の部分を特に注目し,大気圧プラズマ装置とパウダージェットデポジション法を組み合わせることで表面の汚れを除去して材料付着性の向上を狙った加工では予想通り付着性を向上させることができた.本結果は切削加工の前処理としても用いることができると考えられる.
以上が本年度の実績である.

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

この1年において超音波援用切削による濡れ性の制御に関しては側面ミリングと正面ミリングの切削法を検証することができ,査読付き論文を1報,査読付き国際会議プロシーディングを1件報告しており,またまた大気圧プラズマ照射の基礎的検証としてブラスト加工の一種であるパウダージェットデポジション(PJD)法と組み合わせたプラズマ援用PJD法での成膜実験でも付着性の向上が確認し,国内会議論文集に発表することができた(会議自体は新型コロナウイルスの影響によりキャンセル).プログラムの開発に関しては当初の想定よりも3次元的な解析に発展させる方法の提案に時間を要していたが,現在これまで研究を行ってきた熱力学的接触角解析とほかの解析技術を折衷することで3次元化する方法の見通しが立ったことから次年度には成果をまとめられると考えられる.
以上のことから研究は順調に推移していると考えられる.

今後の研究の推進方策

濡れ性の3次元解析に際しては熱力学的接触角解析をベースとして手法を発展させることを行う.本手法では固液界面を計算領域としてメッシュで切り,気液界面の断面形状は弓形として仮定してしまい,エネルギが最小となる形状を探索するようにしてプログラムを作成する.本手法は既存の形状について検証する手法となるが,材料側の性質を計算的に変化させることで最適形状解析を行うことが目標である.
加工実験では計算結果を検証することに加え,大気圧プラズマによる表面改質と潤滑剤の組み合わせによる濡れ性の変化について検証を行う.

次年度使用額が生じた理由

2件学会参加旅費として使用を検討していたものの,新型コロナウイルスの影響により学会が2件ともにキャンセルとなったため差額が生じてしまった.次年度も旅費の使用は不透明であることから研究に必要な書籍の購入に使用する予定である.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Ultrasonic-Assisted Face Milling for Fabricating Hierarchical Microstructures2020

    • 著者名/発表者名
      Shimada Keita、Chen Ziqi、Mizutani Masayoshi、Kuriyagawa Tsunemoto、Graduate School of Engineering, Tohoku University 6-6-01 Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, Miyagi 980-8579, Japan、Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, Sendai, Japan
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 14 ページ: 238~244

    • DOI

      10.20965/ijat.2020.p0238

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Micrometer-scaled hierarchical structures fabricated by ultrasonic-assisted cutting2019

    • 著者名/発表者名
      Keita Shimada, Ziqi Chen, Masayoshi Mizutani, Tsunemoto Kuriyagawa
    • 学会等名
      The 15th China-Japan International Conference on Ultra-Precision Machining Process
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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