| 研究課題/領域番号 |
25340077
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| 研究機関 | 大分工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
軽部 周 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70370054)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 環境負荷低減 / ドライ加工 / 歯車 / 高硬度鋼加工 / 工作機械 / 振動切削 / 衝突 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の主たる目的は，(1) 高周波焼入れ処理後の材料に対しドライホブ加工を行うという，従来とは逆のアプローチによる新しい歯車加工方法の提案および加工メカニズムの解明，(2) 工具寿命の延長を目的とした超音波ドライホブ加工装置の製作・実験および効果の検討，の二点である．これにより，環境への配慮と経済性を両立させた歯車の加工システムの構築を目指している．
本年度に実施した主な成果は，(1)「実験・モデルによる加工メカニズム解明」に係る研究，(2)「超音波ドライホブ加工の開発と工具寿命の評価」に係る研究の二点である．以下，詳細を示す．
(1)「実験・モデルによる加工メカニズムの解明」について切削力モデルを新規に提案した．本モデルにより，前年度の実験で明かとなっている工作物硬度とホブ切削力の間の非線形関係を説明することができた．本成果により，本研究の目的である高周波焼入れ処理後の高硬度材に対するドライホブ加工の切削力が通常のホブ加工に用いる低高度材の場合の約1.2倍程度に収まることを理論的に示すことができた．本成果により，国内発表２件，海外発表１件を実施することができた．
(2) 「超音波ドライホブ加工の開発と工具寿命の評価」について，超音波ドライホブ加工装置を新規に設計・開発した．本装置は，ドライホブ加工を行う工作機械である「ホブ盤」の工具部分を軸方向に微小振動させながら加工を行うものであり，切削時に発生する加工温度を大幅に低減することのできる，実用性・新規性の非常に高い装置である．最初に超音波域である20kHzの振動装置を開発し，その後，1kHz以下の振動条件でも効果が得られることを示した．本成果は特許申請を行い，更に国内発表２件を行った．内１件は日本機械学会から推薦論文に採択され，内１件は（公財）工作機械技術振興財団より工作機械技術振興賞（奨励賞）受賞候補に選定された．
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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
【本研究の目的】(1)高周波焼入れ処理後の材料に対しドライホブ加工を行うという新しい歯車加工方法の提案および最適加工硬度の決定を行うこと．(2)ドライホブ加工のモデルを構築し，加工メカニズムについて検討すること．(3)加工した歯車の精度測定および振動性能試験を行い，ドライホブ加工の有用性について検討すること．(4)工具寿命の延長を目的とした超音波ドライホブ加工装置の試作を行うこと．
【現在までの達成度】(1)(2)(4)の研究目的について，ほぼ達成している.特に(4)については研究予定よりも１年早く達成することができ，ドライ加工で問題となる熱発生の問題解消に大きく寄与できると思われる成果を得た．この成果により，日本機械学会の推薦論文通知および（公財）工作機械技術振興財団の工作機械技術振興賞（奨励賞）受賞候補通知を頂くことができ，特許申請も行うことができた．以上から，研究目的であるドライ加工による高品質歯車の大量生産に向け，大きく前進したものと考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)研究の目的（3）で挙げている「加工した歯車の精度測定および振動性能試験を行い，ドライホブ加工の有用性について検討すること」について更に研究を進める．ドライ加工による歯車から発生する音の計測・解析は予想よりも困難であったため，これに対応した計測・解析機器の導入を検討する．
(2)今年度達成した超音波ドライホブ加工装置について，装置の改良を行う．特に装置の安定性向上と，最適加工条件の選定についての研究が急務である．そのために，今回開発した工具の振動原理および振動機構について更に詳細な研究を行い，本手法を実用的な加工法として確立していく．また，今年度の研究結果より超音波振動でなくとも効果が得られることが明らかとなったため，平成27年度に購入予定であった超音波発信器は購入せず，代わりに(1)で挙げた音響測定・解析用機器の購入を検討する．
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