金型加工用小型マシニングセンタに対する要求特性とそれらの対策事例について報告する。移動体の重心を押す「重心駆動理論」を採用した小型マシニングセンタを例に、小型機械の利点についても述べる。「重心駆動理論」は工作機械の宿敵であった振動を抑制し、加工時間の短縮·真円度の向上·加工面品位の改善·工具寿命の延長など、数々のメリットをもたらした。

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光学機器用レンズ等を短期的に大量生産するには、超精密旋盤と高速工具サーボの併用が有効である。しかし従来までは、工具移動量が極めて小さかったため微細表面形状の作成が主に行われていた。そこで本研究では、デュアルアクチュエータを用いて工具の大変位を実現する設計を考え、その周期的変位と外乱により発生する連成振動の解析を行う。その後、得られた振動パターンから加工シミュレーションとその形状評価を行う。

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近年金型加工や部品加工における高速化·高精度化の要求がますます高まってきている。そこで、機械系の特性を考慮した制御を行うことにより機械振動を抑制し、2自由度制御を行うことにより高い応答を得ることができる高性能なサーボ制御方式を提案した。実機を用いた性能評価の結果、提案した方式により、従来の方式と比較して高い軌跡精度を得ることができることを確認した。

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金型加工において工程設計から加工まで広くサポートするシステムを開発した。本報では特に自動的に工程情報や加工条件を型形状より生成する自動工程設計技術および加工状況を予測することにより送り速度を最適化する最適送り制御技術について述べる。ゴルフアイアン金型の加工結果より、工程設計より加工までのリードタイムを51%短縮できた。

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CAMシステムでは幾何学的干渉のないNCプログラムを生成可能であるが,それが工作機械にとって,滑らかに加工しやすい動作指令である保証はない.特に機構が複雑なPKM形工作機械では,特定のアクチュエータに多大な負荷が加わる恐れがある.そこで本研究では,PKM形工作機械による高速·高精度加工を目指して,生成された工具軌跡を評価するための各アクチュエータの挙動シミュレータを開発し,その有効性を確認した.

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これまでの財産であるBTシャンクも2面拘束形とすることで,その主軸系の性能を向上するとともに,従来形との共用も可能とした主軸を搭載した工作機械も多く市販されるようになってきた.そこで,本研究ではBT形2面拘束主軸系と,従来のBT形主軸系の回転運動を測定し,両者の回転運動特性の比較を行うことにより,2面拘束形主軸系の優位点について明らかにする.

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これまで広く用いられてきたBTシャンクを2面拘束形とすることで,その性能を向上するとともに,従来形との共用も可能とした主軸を搭載した工作機械が多く市販されるようになってきた.そこで,本報告ではBT形2面拘束主軸系と従来のBT形主軸系を対象に,シャンクと主軸との結合部を考慮に入れたFEM解析を行い,高速回転時の曲げ剛性について明らかにする.

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これまで球形の粒子を充てんした場合の構造物の減衰特性に及ぼすいくつかのパラメータの影響について検討してきた.本研究では,実用的な観点から空洞部に砂粒を充てんしたモデル構造物をインパルス加振した場合の減衰特性に及ぼすいくつかのパラメータの影響を検討した.減衰能向上に対する砂粒充てんの有効性を示すとともに,充てん粒子の衝突力特性および摩擦力特性を実験的に検討し,減衰能発生について考察した.

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ボルト締結部が機械構造の振動特性に及ぼす影響について報告例が多い一方で,騒音低減効果についてはあまり論じられていない.そこで本報告では,単純化したボルト締結モデルの締結条件を変化させて騒音特性を測定し,ボルト締結部の騒音抑制メカニズムについて検討する.実験結果より,ボルト締結部における圧力分布,結合面の減衰作用およびボルト座面のすべりなどの騒音抑制メカニズムとその寄与率を明らかにすることができた.

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工作機械のベッドやコラム等の鋳物リブ構造物の最適リブ配置設計の研究を行っている.特性値として,静剛性,動剛性,熱変形を用い,少ないFEM解析値をニューラルネットワークで学習して,未知のリブ配置の特性値を推定することにより最適設計を行う.複数のリブを有するベッド·コラムについて,多目的最適問題として最適リブ配置を求めた.リブを均等に配置した場合に比べて1.6～31%特性値が改善された.

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筆者らは,これまでマシニングセンタを対象に,直進運動に伴う6軸方向熱変位測定装置の開発とその測定法について,提案を行ってきた.その結果,送り方向以外の熱変位も大きいことが明らかとなった.ここでは,最近その開発が盛んに行われている複合旋盤を対象に,同様の評価が可能な測定装置を試作し,実機にて熱変位測定を行い,その基本性能を確認するとともに,複合旋盤の基本的な熱変位特性を測定した結果について述べる.

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ボールねじ熱膨張量の推定精度を向上させるため、ボールねじの温度測定点を7点から15点に増やした結果について報告する。

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一般に,熱剛性は熱変位量と代表的な温度の関係を用いて定義されるが,実構造の温度分布は複雑であり,用いた温度により熱剛性が異なってくるため普遍性を欠いていると言える.そこで,多くの場合一意に決まる発熱量を用いたより普遍的な熱剛性評価法を提案する.ここでは,工作機械構造材料の材料物性値が熱特性に及ぼす影響について詳細に検討し,その妥当性について明らかにする.

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前報では,接触熱抵抗のFEMへの組込み法を拡張して異種材料結合部に適用可能な方法とした.そこで本報では,実際の異種材質結合部における接触熱特性を測定し,提案した接触熱抵抗組込み法の妥当性を検証する.実験結果より,接触率とR×λの関係が材質に依存しないことやFEM解析により求めた温度分布と実測値がよく一致することなどを確認し,提案した接触熱抵抗組込み法の妥当性を明らかにする.

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前報までに、環境温度変化の影響を低減する遮蔽方法を提案し、室温影響係数にてその効果の評価を行った。本研究では、室温変動のある工場雰囲気下での工作機械の熱変形を低減させる方法として、工作機械構造モデル表面に断熱材を貼付し、室温を任意パターンで変化させ、熱変位低減の効果を確認した。

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現状の研削加工においては,エマルションタイプやソリュウションタイプの研削加工液を多量に使用している.近年の環境問題に対処するため,環境対応として切削加工で使われ始めた油膜付き水滴加工液をこの研削加工に適用し,その研削特性を調べた.

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冷風研削加工では,冷風の発生に工作機械とほぼ同じサイズで消費エネルギも大きい冷風供給装置が必要であることが問題であった.そこで,本研究ではコンパクトかつ消費エネルギの小さい冷風供給装置を用いて平面研削加工への適用性について検討する.実験の結果,冷風の供給は,乾式研削に比べ目づまりと砥石摩耗を低減し,仕上面粗さと砥石寿命を向上させることが確認できた.したがって,この小形冷風供給装置は平面研削へ適用が可能といえる.

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著者らは,供給したほぼ100%研削液を加工点に供給可能なフレキシブル導液シート法を提案している.本研究では,フレキシブル導液シートによって砥石表面へ研削液が付着し,研削点に到達する研削液巻き付き量に影響を及ぼす諸条件を実験的に検討した.また,高速度カメラを用いて,導液シートが砥石に巻き付く過程や研削液の供給状況を確認した.

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著者らは,供給したほぼ100%研削液を加工点に供給可能なフレキシブル導液シート法を提案している.本研究では,巻き付いた研削液が飛散しやすい任意形状を持つ総形砥石に対してフレキシブル導液シートの適用を試みた.シート形状の検討を行なった結果,あらゆる形状の砥石に容易に適用可能であり,研削液の有効活用率を大幅に向上できることを明らかにした.

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使用済みの水溶性加工液から油剤成分だけを分離し,水分は加工液の希釈剤として再利用する「水溶性加工液代謝システム」の開発を進めている.生物活性炭法を利用すると,加工液のpH調整や精密な温度調整なしに,加工液から90%以上の回収率で水分が回収できる.本代謝システムを加工システムに導入すると,従来の加工法を変更することなく,MQL加工に匹敵する微小油剤消費量の加工システムを実現できる可能性がある.

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水溶性加工液の廃棄処理における環境負荷と処理コストを低減するために,水溶性加工液中の油剤成分のみを分離除去し,体積の大部分を占める水分は工程内で循環利用する「水溶性加工液代謝システム」を考えた.本報告では,生物活性炭処理を大量の使用済み加工液に適用した.その結果,従来の廃棄処理よりも低いコストで油分を除去した水分を分離することができた.また,分離した再生水を希釈剤とした水溶性加工液を作り,その基本性能を実験的に調べた.その結果,再生水を希釈剤とした加工液の性能は,水道水を希釈剤とした加工液と大差ないことがわかった.

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工作機械の稼動時における電力の消費状態を実測することが環境の観点から重要になっている.そこで工作機械の動作ごとの消費電力をクランプ式電力計を用いて測定を行い,消費電力について検討を行った.具体的には数種類の工作機械を対象に電力測定を行い,各々の特性が消費電力に及ぼす影響について調べた.その結果,工作機械によって消費電力の構成要素間の割合が異なり,工作機械の特性との関連性を確認できた.

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現在使用されている多くの工作機械はそれぞれの潤滑箇所において個別の潤滑油を使用している.そのため,異種油の混合による腐敗の促進や誤給油などメンテナンス上の問題等を引き起こしてしまう.この問題を解決するため工作機械関連油剤のすべての性能を有した多機能油の開発を行った.環境問題に対応するため,油の使用量を極限にまで減らしたMQL切削法とオイルエア潤滑に多機能油を適用し,性能試験を行った.

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これまでマシニングセンタを対象として開発してきた環境負荷評価システムを,旋盤や研削盤,ボール盤などの各種工作機械の加工工程の評価が行えるように汎用化し,ソフト化を行った.また工程設計を行う際の評価指標の提案を行い,開発システムの工程設計への応用を試みる.

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現在,切削加工には加工液として切削油や水溶性切削液が用いられている.これらは,鉱油や極圧添加剤,界面活性剤などの有害物質を含む為,作業者の体に悪影響を及ぼす危険性があり,また,加工後の廃液処理も必要となる.そこで本研究では,加工液を水で代替し,この場合に危惧される錆の発生を電気防錆法により抑制する手法をエンドミル加工に適用し,その加工性能を検討している.

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MQL加工は、エンドミル加工などを中心に実用化されてきた。しかし、MQL加工では通常加工よりも冷却性能が若干低いため、切りくずの発生しない転造タップ加工や高い切削性能が要求される切削タップ加工にMQL加工を適用する時には更なるMQL油剤の開発が必要となる。そこで、タップ加工における油剤の作用機構を推定すると共に、各種MQL油剤を用いたMQL加工の加工性能評価結果を報告する。

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切削時に油剤を用いない「ドライ切削」は、潤滑不足により工具刃先温度が上昇するため、工具寿命が著しく低下するという欠点がある.そこで工具温度上昇の一要因である、切削よる新生面の酸化を抑制することで切削中の工具刃先温度を効果的に下げることが期待できる不活性雰囲気における切削について、窒素を用いたエンドミル加工についてその性能や特徴について検討した結果、比較的切削速度が遅い範囲では被削材である構造用鋼が工具に激しく溶着し、チッピングによる工具破損が起こる傾向が見られたが、通常の2倍以上の高速切削においては工具温度が低下し、チッピングも抑制されることを見いだした.

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環境に優しい切削技術として、いわゆるMQL法が注目されているが、実際の油剤の供給方法は霧状の油剤を空気流で切削点に供給するものが大半を占めるのが現状である.ところがこのようなミスト切削は、供給した油剤のうち切削点へ届く割合が極めて低く、多くが飛散して工作機械内部を汚したり、作業者が吸引するなどの問題を引き起こす可能性があるといった問題点がある.そこで、必要最小限の油剤を直接切削点へ供給する新しい手法として、界面活性剤を添加した油剤を泡状にして供給する方法を提案し、切削油剤を泡化し切削点へ供給する方法や、ドライ切削、ミスト切削などとの切削性能の比較を行った結果について報告する.

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極微小量の切削油剤を液体供給する方法によるセミドライ切削加工法に関して検討した。本報では、エンドミルによる鉄鋼材料切削の場合について検討し、切削油剤供給量と工具摩耗、切りくず除去特性、加工精度等などの基本的切削特性とに関して評価した。その結果、検討法によると切削油剤使用量低減の程度は、ほぼMQL加工に匹敵し、さらに工作機械内部をより清浄に保つことができ、工具摩耗などの基本的切削特性は従来の湿式加工とほぼ同等になることがわかった。

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切削液として、水溶性切削液や不水溶性切削液などが用いられているが、そこにゲル状切削油を使用する。ゲル状切削油は、相転移による潜熱を奪う冷却効果で冷却性優れ、工具寿命の増加が期待できる。また、潤滑性や洗浄性にも優れ、さらに構成刃先の発生を防ぎ安定した切削効果が得られる。そこで、ドライ切削、従来の切削油を使用した場合との切削性能の比較を行った結果について報告する。また、ゲルをミスト供給した結果についても報告する。

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This paper presents a brief review of recent developments in ultra-precision cutting (alternatively termed diamond turning) technologies for optoelectronic components. Typical applications of this technology to optical industry are infrared optical lenses, including aspherical lenses and diffractive optical elements (DOE′s), which are fabricated by ductile regime machining of brittle crystalline materials. Some emerging technologies, such as ultra-precision cutting of new compound semiconductor materials, and planarization of LSI substrates are also discussed with showing the latest results from the author′s research group.

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昨今のデジタル時代において,各種精密部品の加工,あるいはその金型加工には極めて高精度な形状が要求されている.その中で,加工機上での計測技術の重要性が高まっている.本研究ではこれまで構築した機上計測システムにおいて,より高精度な測定のためのプローブ改善を行ったので,その報告をする.

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生体試料内部の3次元的構造の解析が進む中,生体内における,筋肉などの軟組織と骨などの硬組織からなる複雑な構造を,同時に,微細かつ高精度に観察可能な手法が求められている.本報では,生体硬組織を含む生体試料の観察が可能な3次元内部構造顕微鏡の開発を目的とし,精密立型加工装置を用いて,単結晶ダイヤモンドバイトによる切削加工を行い,仕上げ面粗さと切削抵抗から骨の切削条件を検討したので報告する.

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曲面光学反射鏡を含む分析装置の開発にあたり、加工精度、組立精度は最終開発製品の機能に大きな影響を与える。実際の加工に生じる曲面形状誤差、組立誤差、アラインメント誤差などの総合が最終評価を定める。従来はカットアンドトライで組立調整後、機能評価を行ってその成否を定めていた。ここでは予め光線追跡法を応用して複雑な光学系に対してどのような加工誤差が容認できるか、また組立精度はどれだけ許容されるかをシミュレートした。その結果、加工·組立精度の要求内容が明らかとなった。本報では開発に際して得られた予測結果を報告する。

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切削加工法によるマイクロレンズアレイ金型の形状精度の向上を目的とし,斜軸切削加工法による加工実験を行い,実験結果(形状精度,表面粗さ)の比較検討を行った.その結果,斜軸切削加工法を用いた場合,斜軸を用いない従来の方法と比較して形状精度向上にに有効であるという結果を得た.しかし,工具の設計値からの曲率半径誤差が加工形状精度に影響し形状誤差が生じた.そこで第2報では,工具の曲率半径誤差から工具経路を補正し加工実験を行ったので報告する.

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近年の光情報機器の進歩に伴い、非軸対称な非球面形状を持つ金型を超高精度に形成する必要性が増大している。こうした要求に応える為リニア—モーターを採用した5軸超精密加工装置をベースとし、大型圧電アクチュエータによる高速駆動軸を備えた6軸超精密加工機の開発を行っている.本報では装置開発の目標と各部の基礎的な駆動特性等について報告を行う.

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魔鏡は,鏡裏面の模様を投影する青銅鏡として,古くから伝えられてきた.魔鏡面に平行光を当てると,表面に形成された数百ナノオーダーのうねりにより反射角に差が生じてスクリーン上で明暗を生じる.古来,魔鏡は熟練鏡師により,鋳造で裏面模様を形成し,鏡となる面を手の感触を頼りに磨くことで創製されてきた.本報では,NC切削加工や研磨加工などデジタル技術を応用した魔鏡面の創製を試みた.

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三次元表面凹凸測定機の性能評価を行うには校正用標準片の他に,複雑な形状,ランダムな表面性状による性能評価も必要と考えられる.しかし,このような性能評価を行うための普遍的な方法は確立しておらず,標準片も存在しない.一方で測定機のソフトウェアを評価するためのソフトゲージというものが提案されている.本報では,既知のソフトゲージを基に,ランダムな表面性状を持つ標準片の試作について報告する.

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近年,優れた材料特性を持つ硬脆材料を高精度,高能率に加工する技術への要求が高まっている.そこで本研究では,単結晶Si表面に所望の微細形状を機械加工で形成することを目的とし振動切削を行った.また,加工中のAEを検出し周波数解析することで加工形態の判別を行った.その結果,切込み深さ6μmで延性モード加工を実現し,脆性モード加工時に200～300KHzの卓越したスペクトルを観察した.

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光学部品のガラスプレス型材料として用いられているガラス状カーボンに対して,脱イオン水を加工液として工具電極との間に電圧を印加することにより電気化学的に加工することができる.本加工法では極間の加工状態を制御することによりナノメートルオーダーの面粗さを得ることができる.本研究では加工時の発生ガスの分析結果および加工特性について検討した.

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本研究では,微小なポリッシャに超音波振動を付加し,遊離砥粒により研削加工面を仕上げ加工する新しい方法を提案し,卓上型の3軸制御のマイクロ研磨装置を開発した.これまでポリシャに遊離砥粒を掛けながら超音波を付加することにより微小な加工痕が得られることを確認し,これを滞留時間制御することによりマイクロ非球面の形状創成が可能であることが明らかになった.本報では,無電解ニッケル,グラッシーカーボン,超硬,SiCなどの型材に適用し,その研磨特性について検討したので報告する.

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近年,ガラスレンズの製作にはプレス成形が多く用いられている.今後更なる成形タイムの短縮化にむけ,ガラスプレス成形のシミュレーションをおこなう必要がある.しかし、ガラスのプレス成形は、一般的な金属のプレス成形と異なり,粘弾性流体としての挙動を示すために,成形時のガラスの挙動を予測することが難しい.そこで、本研究ではプレス速度,成形温度,保持時間などの各種条件での成形時のガラスの挙動を実験的に解析解析したので報告する.

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近年,高速大容量光通信機器やプロジェクターの照明系光学デバイスなどにおいて,多数のマイクロレンズが凝集されたマイクロレンズアレイが要求されており,より高精度で,より低コストの加工法の開発が要求されている.そこで本研究では,マイクロレンズアレイのセラミックス製の成形型を高精度に研削加工するために,新しくオフセット研削法を提案し,その加工システムを開発した.その結果,0.2umP-V以下の形状精度が得られ,その提案法の有効性が示された.本報では,レジンボンド·ダイヤボンドホイールのツルーイング·ドレッシング法を改善し,その精度の向上を試みたので報告する.

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DVD·CDピックアップ系や光通信用デバイスでは,LD素子からのレーザ光をマイクロ軸対称非球面レンズにより集光される.しかし,半導体レーザ光は図1に示すように厳密には楕円形状の分布を有し,従来の軸対称のレンズでは完全には1点に集光しない.そこで本研究では,これらの問題点を解決するために,従来の軸対称形状に非軸対称補正量(AS)を付加した回転非軸対称非球面を高精度に切削加工することについて検討したので報告する.本報では,プラスチックレンズの射出成形を行うことを前提にしており,単結晶ダイヤモンドバイトを用いたフライカットにより,無電解ニッケル型の精密加工の検討を行った.

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導光板や非球面レンズのプラスチック金型は,通常,焼入れステンレス鋼に無電解ニッケルをめっきした型が用いられ,そのめっき面を単結晶ダイヤモンドバイトにより超精密切削されている1).しかし,成形ショット数の増大のためには,焼入れ鋼などの高硬度材を直接加工することが理想的であるが,ボールエンドミル工具では超精密加工は現状では困難で,能率の悪い研削加工2)が主流となっている.そこで本研究では焼入れ鋼に複雑形状の加工を行うために,多結晶焼結cBNマイクロフライス工具を試作し,焼入れ鋼の基本的切削特性を評価し,非球面レンズ金型の加工を行ったので報告する.

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The demand for optics with non-rotationally symmetric (NRS) surfaces has been growing in recent years. This paper examines some of the latest developments in single point diamond turning (SPDT) technology that permit these surfaces to be manufactured in a cost effective way. With some of these techniques it is possible to achieve surfaces with better than 3 nm Ra surface finish and 200 nm form error. Characteristics of each of the five basic system elements are considered: Command Generator, Compensation Filters, Power Electronics/Actuator, Mechanics and Position Sensors.

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ピコメートルオーダの位置決め分解能実現をめざして筆者らが開発した3モード超精密位置決めシステムについて報告する.ここで言う3モードとは,粗動·微動·超微動の3モードをさし,ツイストローラ摩擦駆動機構を長ストロークの粗動位置決め装置とし,これに駆動軸の微動装置と能動型静圧案内面による超微動位置決め装置を組み合わせたものである.最終的には,この位置決めシステムの超精密工作機械への採用をめざしている.

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空気式静圧案内に関する研究には、ランド部のすきまが小さいとき、自成絞りの影響を理論的に究明することが重要である。よりよい案内面の精度向上また剛性を得るために、媒体流体(空気)が強く絞られ、そのために案内面すきまは非常に小さくなっているとき、自成絞り領域を使用することにより、空気流れは、絞り形状や表面粗さの影響を受けやすくなる。本研究は、φ0.4mmのオリフィスを用い、作動範囲が自成絞り領域で、オリフィスの小孔内加工面の粗さに注目し、空気流れの挙動を理論と実験により明らかにした。

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空気静圧案内は,超精密加工機などに用いられている.給気することにより空気静圧案内に微少な振動が発生する事があり問題となる場合がある.本研究の目的は,案内面すきま内に発生する渦とオリフィス絞り穴の形状の関係を数値的並びに実験的に解明し,微小振動を抑制するための絞り穴形状を提案することである.

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本研究が提案する加工法は、部品のエッジ形状を損なうことなく、バリのみを除去できる特長を持つ。廃液処理問題の発生も無く地球環境に易しい加工技術を提供できる。更に自動化が可能であり、人手加工によるバリ残り現象を無くし、均一で高品質なバリ取りが実現できる。本報は各種メディアのバリ除去能力を調べるとともに、加工後の表面粗さについて実験的に検討し、精密エッジ仕上げ加工を達成させるに必要な条件を提示している。

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