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2012 年度 実績報告書

ウォータドライブ超精密加工システムの開発と加工環境制御下における水中超精密加工

研究課題

研究課題/領域番号 21560131
研究機関神奈川大学

研究代表者

中尾 陽一  神奈川大学, 工学部, 教授 (00260993)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード超精密工作機械 / スピンドル / ステージ / 水温制御 / 水圧駆動システム / 水静圧軸受
研究概要

本研究課題は,超精密メゾスケール部品の創成に適した,A3サイズに収まる小型ウォータドライブ加工システムを開発し,これを温度制御された水中加工環境下に設置して,水中超精密加工を実現することを目的に実施したものである.具体的には,ウォータドライブステージを開発し,これをすでに開発されたウォータドライブスピンドルとともに,高精度に温度制御された水を利用して,小型加工システムを駆動・制御した.その上で,加工システム全体を温度制御された水中に設置し,加工精度の更なる向上を目的に実施した.
研究最終年度の研究実績は次の通りである.
1. ウォータドライブステージの速度制御系の評価  過年度までの研究において設計開発されたフィードバック制御系の評価を実験とシミュレーションにより行った.その結果,テーブルに作用する外部負荷がステップ状に変化する場合でも,設計したフィードバック制御系により,テーブルの速度変化は僅かであり,1秒以内に目標速度に落ち着くことを確認した.また,実験結果とシミュレーション結果は良く一致した.このような成果を実際のダイヤモンド切削試験に利用した.
2. ウォータドライブ加工システムによるダイヤモンド切削試験  開発した加工システムを用いて,ダイヤモンド切削試験を行った.まず,大気中に加工システムを設置して加工実験を行い,特に水温に加え,加工各部の温度変化をサーモグラフィとサーミスタ温度計で測定した.その結果,ウォータドライブ加工システムに供給する水温と加工装置の温度には,強い相関が見出され,水温制御により加工装置の熱的安定性が実現できることを明らかにした.次に,加工装置全体を水温制御された水中に設置して,ダイヤモンド加工試験を行い,加工時に発生する切り屑の挙動を可視化し,切り屑の回収方法を検討した.

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (14件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Evaluation of dynamic characteristics of water driven stage2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakao, T. Sano, S. Harada and K. Suzuki
    • 雑誌名

      Proceedings of 12th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology

      巻: Vol. 1 ページ: 384-387

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Spindle with Water Hydrostatic Bearings for Ultra Precision Machine Tools2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakao
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference of Manufacturing Technology Engineers 2012

      巻: Vol. 1 ページ: 33-36

  • [雑誌論文] Design of Short-Pipe Restrictor of Hydrostatic Thrust Bearings2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakao
    • 雑誌名

      Proc. of ASME 2012 International Mechanical Congress and Exposition

      巻: Vol. 1 ページ: -

    • 査読あり
  • [学会発表] ウォータドライブ加工システムによるダイヤモンド切削の試み2013

    • 著者名/発表者名
      原田翔
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部19期総会講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      20130315-20130316
  • [学会発表] 水静圧スラスト軸受におけるリセス圧力と軸受剛性の測定2013

    • 著者名/発表者名
      小森正敬
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部19期総会講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      20130315-20130316
  • [学会発表] ウォータドライブステージの速度制御系設計 第三報:ステージのフィードバック速度制御系の性能評価2013

    • 著者名/発表者名
      佐野利晃
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部19期総会講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      20130315-20130316
  • [学会発表] 水静圧軸受の最適設計による小型超精密工作機械用テーブルの性能向上に関する研究2012

    • 著者名/発表者名
      中尾陽一
    • 学会等名
      第15回国際工作機械技術者会議
    • 発表場所
      東京ビックサイト
    • 年月日
      20121101-20121106
  • [学会発表] ウォータドライブステージの速度制御系設計(第二報 比例弁による速度制御の試み)2012

    • 著者名/発表者名
      佐野利晃
    • 学会等名
      日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会
    • 発表場所
      秋田県立大学
    • 年月日
      20121027-20121028
  • [学会発表] ウォータドライブステージの性能評価(第一報 水静圧軸受の剛性測定)2012

    • 著者名/発表者名
      原田翔
    • 学会等名
      日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会
    • 発表場所
      秋田県立大学
    • 年月日
      20121027-20121028
  • [学会発表] 水静圧軸受の支持剛性を最大にする短管軸受絞りの設計問題2012

    • 著者名/発表者名
      中尾陽一
    • 学会等名
      日本機械学会第9回生産加工・工作機械部門講演会
    • 発表場所
      秋田県立大学
    • 年月日
      20121027-20121028
  • [学会発表] ウォータドライブステージの速度制御系設計 第一報 ウォータドライブステージのモデル化2012

    • 著者名/発表者名
      佐野利晃
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20120910-20120912
  • [学会発表] ウォータドライブステージに組み込まれた水静圧軸受の剛性測定2012

    • 著者名/発表者名
      原田翔
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20120910-20120911
  • [学会発表] 水静圧スラスト軸受の剛性測定2012

    • 著者名/発表者名
      小森正敬
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20120910-20120911
  • [学会発表] 水静圧スラスト軸受の高剛性化のための軸受絞りの設計

    • 著者名/発表者名
      牧野尚拓
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
  • [学会発表] 水静圧スピンドルの設計

    • 著者名/発表者名
      山田晃平
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
  • [学会発表] ウォータドライブステージの速度制御系設計

    • 著者名/発表者名
      鳥居侑祐
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
  • [学会発表] ウォータドライブ加工システムの開発と性能評価

    • 著者名/発表者名
      樋口貴郁
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      首都大学東京
  • [備考] 中尾研究室

    • URL

      http://www.mech.kanagawa-u.ac.jp/lab/nakao_lab/

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公開日: 2014-07-24  

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