| 研究課題/領域番号 |
25420059
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 秋田県立大学 |
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研究代表者 |
呉 勇波 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (10302176)
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| 研究分担者 |
藤本 正和 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (00581290)
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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 | 機械工作・生産工学 / 研削 / 超音波 / サファイア / LED |
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| 研究概要 |
スパイラル超音波援用研削法を提案し，実験装置を試作した上，加工特性の体系的調査を通じてサファイアの高能率高品位研削技術の確立を目指している．本目的を達成するため，3ヵ年研究期間内に，(1)真空チャック付き超音波ユニットを設計・製作；(2)スパイラル超音波援用単石ダイヤモンド切削における材料除去機構の解明；(3)研削加工特性（研削抵抗，加工面の粗さと性状，研削熱，砥石の摩耗）の体系的実験調査；について研究を進めることにしている．
1年目のH25年度は，提案加工法妥当性を確認し今後の実用化に道筋を示すために，①真空チャック無しの簡易超音波ユニットを設計・製作・特性評価を行った；②製作超音波ユニット上にサファイア試料を貼り付け，超音波楕円振動させながら単石ダイヤモンドツールによるスクラッチング試験を施し超音波楕円振動援用下の材料除去挙動と延性/脆性の遷移現象について実験的検討を行った；③サファイア試料を超音波楕円振動させながらダイヤモンド砥石による平面研削を行い，試料・砥石間の摩擦および研削抵抗に及ぼす超音波振動の影響を実験的に調べた．
その結果，シート状試料（□10mm×t1mm）を周波数42kHz・振幅～数μmで超音波楕円振動させる超音波ユニットの製作ができ，それを既設の平面研削盤上に設置して実験装置を構築した．この装置では砥石ヘッドに単石ダイヤモンドツールを固定すると超音波援用スクラッチング試験ができる．この装置を用いたスクラッチング試験によって超音波を援用すると臨界切込み深さが約30％大きくなることが明らかになった．次に研削実験によって試料・砥石間の摩擦係数が超音波を付与すると小さくなり，しかも超音波振幅の増大に伴い小さくなることもわかった．最後に超音波を援用すると研削抵抗が30％以上小さくなることが確認できた．これら研究成果は，学術論文4編国内外発表4回で公表している．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度は３ヶ年計画の初年度で，①真空チャックを備えた超音波楕円振動ユニットの設計・製作・動作特性評価，②スパイラル超音波援用単石ダイヤモンド切削における材料除去機構の解析的検討といった２項目について研究を遂行する計画を当初は立てた．
しかしその後，項目①における真空チャックを備えた超音波楕円振動の設計を進めていくうちに，過去の実績と経験を利用するのはこの全く新しい装置の設計に限界があることがわかり，また他の類似実例も見られない状況であったため，その代わりに真空チャック無しの簡易型超音波楕円振動ユニットを設計・製作し，２年目や３年目に実施する計画であった項目の一部（(a）簡易型超音波ユニット上にサファイア試料を貼り付け，超音波楕円振動させながら単石ダイヤモンドツールによるスクラッチング試験を施し超音波楕円振動援用下の材料除去挙動と延性/脆性の遷移現象についての実験的検討；(b)サファイア試料を超音波楕円振動させながらダイヤモンド砥石による平面研削を行い，試料・砥石間の摩擦および研削抵抗に及ぼす超音波振動の影響を実験的に調査）を前倒しで実施した．この状況を踏まえて，初年度実施予定の項目②は次年度以降に回すことにもした．このように，本年度未実施の項目と前倒しで実施した項目について総合的に評価すると，これまでの達成度はやや遅れになっていると考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
３ヶ年研究終了の時点で研究目的が達成されるように，所定の研究内容・項目の全部実施を前提に，各項目と内容の実施順序を適宜に臨機応変で調整しながら研究を進めていく．今後は次の計画と方策で研究を遂行していく考えである．
１）ワーク固定用真空チャックを備えた超音波楕円振動ユニットの設計・製作は継続的に行うが，順調にいかないことを備えて，他のワーク固定方法（快速接着など）も新たに検討しておく．
２）スパイラル超音波援用単石ダイヤモンド切削における材料除去機構について，初年度にSPH法に基づくFEMシミュレーション解析によって検討を行うことにしていたが，ソフトや実験装置の都合で解析的検討よりは実験的検討を先行させた．そこで，次年度は本年度で得られた実験的検討の結果を検証する目的で解析的検討を実施する．
３）研削加工特性の一つとしての研削点温度を測定するためにファイバ形輻射温度測定装置を新規導入・付設することを計画したが，実施項目の順序変更に伴い，温度測定装置の導入は次年度に後回しすることにした．
４）当初は最終年度に実施する加工特性の体系的調査の一部は，初年度で実施したため，次年度以降も適宜に実施していく．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
118万円ほどの次年度使用額が生じた理由は以下の通りである。
１）超音波楕円ユニットの設計に必要な既設圧電解析ソフトウエア（㈱ウェーブリサーチ製PIEZplus）のバージョンアップは、当該メーカが本ソフトウエハの販売を中止したのに伴い実施不能になった．２）上記ソフトウエハのバージョンアップの未実行に伴う真空チャックを備えた超音波楕円振動ユニットの自力設計が完成できないため，真空チャック無しの簡易型超音波ユニットの製作費は当初予定より大分低かった．３）上記２）の理由で真空ポンプユニットの導入は延期し，それに伴う関連付属品が未購入となった．４）実施項目の順序変更により，導入予定の研削点温度測定装置は未導入となった．
真空チャックを備えた超音波楕円振動ユニットの設計・製作を継続させるために，設計から製作まで外注の予定であり，次年度使用額の一部はこの項目の実施に充てる計画である．また研削点温度測定装置（機種変更を含め）の導入も計画している．
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