SECTION1
加工現象を観測する
ための計測技術
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レーザ加工のような熱的加工はもとより、切削加工や研削加工などの機械的除去加工、塑性加工および付加製造(Additive Manufacturing)においても、加工領域の温度上昇は加工メカニズムを大きく左右し、最終的には工作物の加工精度、加工面品位および工具寿命など加工性能の良否等になって現れます。したがって、加工領域の温度を正確に測定し、加工状態を監視・制御することは極めて重要なキーテクノロジと言えます。 私の研究では、光ファイバと光電変換素子を組み合わせた種々の赤外線輻射温度計を考案・製作しており、種々の加工温度の計測に適用しています。この温度計には酸化などによって変化する測定対象物の輻射率が測定感度に影響しない光ファイバを用いているため、微小領域(数十μm)の温度が測定可能、かつ応答速度がμs オーダと極めて速いなどの特長を持っており、加工現象の把握や高精度・高品位加工の実現に欠かせない技術となっています。
SECTION2
難削材の高能率切削加工技術
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難削材とは高温強度が高い、熱伝導率が小さい、化学的に活性で工具に凝着しやすいなどの性質によって文字通り“削り難い材料”であり、その最も大きな要因は切削温度の上昇にあります。このような材料に対し、(1) オイルミストを用いた高速エンドミ加工、(2) すくい面と逃げ面に異なった油剤を用いる異種油剤セミドライ旋削加工、(3) 回転工具を用いた駆動型ロータリ旋削加工、(4) 高圧の水溶性切削油を刃先に供給する高圧クーラント切削加工、(5) 耐熱性と潤滑性を兼ね備えたVN/AlCrN-多層コーティング工具の開発などを行っています。 図1は光カプラ型2色温度計によるロータリ旋削加工時の工具温度測定法を示したものです。円筒工作物内部に配置したファイバ-A(工作部とともに回転)によって工具切れ刃から受光した熱輻射線を、非接触光カプラを介してファイバ-B(固定)に伝送して温度を測定するという斬新な方法で、これにより最適な工具回転数を明らかにすることができました。 図2は開発したVN/AlCrN-多層コーティング膜です。VN膜は500℃~700℃の高温(切削点温度領域)において表面に摩擦係数の低いVxO1-x(酸化バナジウム)層が形成され、(Al, Cr)NなどのAl(アルミニウム)を含む膜は、表面に耐熱性の高いAl2O3(酸化アルミニウム)層が形成されるため、潤滑性と耐熱性を兼ね備えたコーティング膜となり、 、難削材の高速・高能率切削加工への適用が期待できます。
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図1 光カプラ型2色温度計によるロータリ工具の温度測定
図2 VN/AlCrN-多層コーティング膜
SECTION3
研削加工の高度化
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研削加工の高度化については、(1) 画像解析による砥石作業面の評価、(2) 研削音による砥石作業面状態のインプロセス識別、(3) 砥石表面にレーザを照射して砥粒や結合剤を除去するレーザコンディショニング、(4) 研削液の膜(クーラントベルト)を砥石表面に形成するフレキシブルブラシクーラントノズルの開発などを行っています。図3は開発した“接触型ブラシノズル”の構造と、それを用いて研削液を供給している状況を示したもので、研削液が砥石表面(全周)へ巻き付きいていることが分かります。このその巻き付き効果によって、研削液流量を0.2 ?/minまで減少させることに成功しました。
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図3 フレキシブルブラシノズルによる研削液の巻き付き
SECTION4
現在の研究テーマ
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現在は、1名の大学院生と4名の卒業研究生とともに、(1)ドラッグフィニッシュバレルによる超硬合金の研磨、(2)硬質工具を用いた難削材のハードターニング、(3)フレキシブルブラシノズルの高機能化、(4)焼結金属の切削機構の解明など、加工の高能率化・高度化に取り組んでいます。 今後も我が国のものづくりを支える精密機械加工技術の向上に向け、学生たちとともに新たな技術の開発を目指します。
ABOUT
ゼミ学生に聞いてみた。
細川先生ってどんな人?
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細川先生は、一見寡黙そうに見えますが、実際に話してみると親しみやすく、何でも聞けるお父さん的な存在です。知識量が非常に豊富で、1つ質問をすると100ぐらいの情報をいただけるので、自然と知見が広がります。 研究にも教育にも熱心で、私たち学生をいつも引っ張ってくれるので、とても頼もしい先生です。