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設計技術シリーズ

超音波振動加工技術
~装置設計の基礎から応用~

著者: 磯部 浩已氏(長岡技術科学大学)
原 圭祐氏(一関工業高等専門学校)
価格: 3,200円(本体)+税
判型: A5
ページ数: 178 ページ
ISBN: 978-4-904774-58-8
発売日: 2017/7/28

【著者紹介】

磯部 浩已 (いそべ ひろみ) (工学博士)
1995年 長岡技術科学大学大学院 工学研究科 修士課程 創造設計工学専攻修了
同年 長岡技術科学大学 助手
2002年 長岡技術科学大学 工学研究科 情報・制御工学専攻 工学博士
2006年 長野工業高等専門学校 准教授
2008年 長岡技術科学大学 准教授
精密微動,移動機構や超音波振動を利用した加工技術の研究開発に従事
原 圭祐 (はら けいすけ) 博士 (工学)
2004年 長岡技術科学大学大学院 工学研究科 修士課程 創造設計工学専攻修了
2007年 長岡技術科学大学大学院 工学研究科 博士課程 情報・制御工学専攻 修了
2008年 一関工業高等専門学校 助教
2015年 同 准教授
超音波振動を利用した加工技術・デバイス・利用技術の研究開発に従事

【目次】

はしがき

1.超音波振動加工概要

  1. 1.1 超音波振動の機械的除去加工への応用
  2. 1.2 機械加工への応用
    1. 1.2.1 切削・切断加工への応用例
    2. 1.2.2 研削加工への応用例
  3. 1.3 加工装置の開発事例

2.超音波振動の原理と装置設計

  1. 2.1 超音波振動とは
  2. 2.2 超音波切削加工の原理
  3. 2.3 超音波振動装置設計の基本原理
  4. 2.4 超音波振動の励振方法
  5. 2.5 CAEによる振動状態の解析
  6. 2.6 超音波振動モードが加工に及ぼす影響
  7. 2.7 超音波振動状態の測定方法
  8. 2.8 振動切削装置の設計事例
  9. 2.9 まとめ

3.非回転工具による除去加工

  1. 3.1 旋削加工のための装置
  2. 3.2 振動切削論と超臨界切削速度超音波切削に関する研究
  3. 3.3 超音波旋削加工の研究事例
    1. 3.3.1 高速超音波旋削の事例・背分力方向振動切削の場合
    2. 3.3.2 高速超音波旋削の事例・主分力方向振動切削の場合
  4. 3.4 超音波切削による規則テクスチャ生成
  5. 3.5 超音波異形シェーパー加工

4.回転工具による機械的除去加工

  1. 4.1 超音波スピンドルの構成および特性
    1. 4.1.1 装置構成
    2. 4.1.2 静圧空気案内を用いた超音波スピンドル
    3. 4.1.3 工具の取り付け方法
    4. 4.1.4 励振方法および振動特性
  2. 4.2 小径ドリル加工への応用
    1. 4.2.1 小径加工に対する要求と問題
    2. 4.2.2 ドリル加工における超音波振動の効果と加工事例
  3. 4.3 超音波振動加工における工具振動モード
    1. 4.3.1 振動モードの考え方
    2. 4.3.2 振動状態の測定方法
    3. 4.3.3 振動状態の測定結果
    4. 4.3.4 工具振動が加工に与える影響
  4. 4.4 金型の形彫り研削加工への応用
    1. 4.4.1 金型加工技術への要求
    2. 4.4.2 超音波加工の原理および加工装置
    3. 4.4.3 加工実験
  5. 4.5 まとめ

5.研削液への超音波振動エネルギ重畳

  1. 5.1 研削加工
  2. 5.2 期待できる効果と原理
  3. 5.3 加工実験
    1. 5.3.1 エフェクタと加工点間の距離の影響
    2. 5.3.2 目づまり抑制効果
    3. 5.3.3 研削熱低減効果
  4. 5.4 まとめ

6.超音波加工現象の究明

  1. 6.1 超音波加工現象を可視化する必要性
  2. 6.2 光弾性法の原理
  3. 6.3 システム構成
  4. 6.4 二次元切削時の応力分布について
  5. 6.5 応力分布変動からみた超音波切削加工の現象
    1. 6.5.1 振動に同期したストロボ撮影方法
    2. 6.5.2 応力分布の時間的変動
  6. 6.6 まとめ

【参考文献】

  • 金井秀生:超音波スピンドルの開発および高脆性材料の研削加工,2017年度精密工学会春季大会学術講演会,pp.1-2.
  • 笹原弘之,原田圭:超音波振動切削における切削機構に関する研究 (第1報):相対切削速度の変動と切りくず生成過程のシミュレーション解析,精密工学会誌,70 (4),(2004) 578-582
  • 隈部淳一郎:振動切削-基礎と応用-,(1979年),実教出版社
  • 三浦拓也,呉勇波,野村光由,藤井達也:単結晶サファイアのスパイラル超音波援用研削,2016年度精密工学会秋季大会 学術講演会講演論文集,(2016),121-122
  • 例えば,島川正憲:超音波工学-理論と実際-,工業調査会,(1975),145
  • 日本塑性学会編:超音波応用加工,森北出版
  • Hiromi ISOBE and Keisuke Hara: Visualization of Fluctuations in Internal Stress Distribution of Workpiece During Ultrasonic Vibration-assisted Cutting, Precision Engineering, 48, (2017) 331-337
  • 田中康,磯部浩已,久曽神煌:「超音波援用二次元切削における切削現象の解明」,2005年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文,507
  • 隈部淳一郎:精密加工 振動切削-基礎と応用-,実教出版(1979).
  • 日本塑性加工学会編:超音波応用加工,森北出版(2004).
  • Keisuke Hara and Hiromi Isobe:Effect of Cutting Speed on Ultrasonically Added Turning in Soft Magnetic Stainless Steel, Advances in Abrasive Technology XVIII, pp. 390-393 (2016)
  • Keisuke Hara, Ryo Sasaki, Toshihiko Koiwa and Hiromi Isobe:A study of ultrasonically added high speed turning for stainless steel - The effects of ultrasonic oscillating direction and chip breaker shape and material -,Advances in Abrasive Technology XVII, pp.373-376 (2014)
  • 原圭祐,磯部浩已,小岩俊彦,岳義弘:超音波振動援用高速切削に関する研究(第1報),2011年度精密工学会春季大会卒業研究発表講演会,pp.741-742 (2011)
  • 原圭祐,磯部浩已:超音波振動援用高速切削に関する研究(第3報)-ステンレス鋼の主分力方向振動切削-,2013年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集,pp.805-806 (2013)
  • Yuan-Liu Chen, Shu Wang, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao and Bing-Feng Ju : An in-process measurement method for repair of defective microstructures by using a fast tool servo with a force sensor, Precision Engineering, 39 (2015) 134.
  • Zhang R. Steinert P. and Schubert A. : Microstructuring of surfaces by two-stage vibration-assisted turning, Procedia CIRP 14 (2014) 136.
  • 辻和孝,海部隼弥,井原之敏 :ミルターニング加工における加工模様に関する研究,精密工学会学術講演会講演論文集 2016A(0), 693-694, 2016
  • 邱,熊谷,田篠,小澤:超音波振動援用ダイシングソーの開発と電子デバイス部品加工への応用,精密工学会誌,46(6),606-609 (2010) など.
  • 原圭祐,磯部浩已,Mohd Fauzi Ismail:超音波振動を援用した金型の鏡面仕上げ加工 (第3報)-切れ刃トランケーションの加工に及ぼす影響の調査-,精密工学会誌,78(7),pp.641-645,2012.
  • 佐藤真彌,佐瀬直樹:小径深穴加工におけるドリル折損メカニズム,東海支部総会講演会講演論文集,2004 (53),139-140,2004-03-01.
  • 南部洋平,落合一裕,江原一樹:ガスタービン用ノズルの微細シンニングドリルの微細深穴加工-微細シンニングドリルと振動付加効果-,精密工学会誌,75(9),pp.1083-1087(2009).
  • O. OHNISHI and H. ONIKURA: Effects of Ultrasonic Vibration on Microdrilling into Inclined Surface,J. Jpn. Soc. Prec. Eng.,69, 9 (2009) 1337.
  • 隈部淳一郎:振動切削-基礎と応用-,実教出版社,(1979).
  • 社本英二,鈴木教和:超音波楕円振動切削による難削材の超精密・マイクロ加工,砥粒加工学会誌 54,11 (2010) 636.
  • 岳義弘,岳将士:超音波研削加工システムの現状,超音波テクノ23,6 (2011) 72.
  • 磯部浩已,原圭祐,岳義弘:超音波振動を援用した金型の形彫り鏡面仕上げ,砥粒加工学会誌53,12(2009)725.
  • 康喜軍他:研削機構に及ぼす切れ刃トランケーションの効果:理論的考察と実験的検証,砥粒加工学会誌,51,5(2007)296.
  • 原圭祐,磯部浩已,Mohd Fauzi Ismail:超音波振動を援用した金型の鏡面仕上げ加工 (第3報)-切れ刃トランケーションの加工に及ぼす影響の調査-,精密工学会誌,78,7 (2012) pp.641-645.
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  • 鈴木清,白石陽一,三代祥二,関根弘光,植松哲太郎,岩井学:キロソニックフローティングノズルによる研削特性,砥粒加工学会学術講演会講演論文集,(2003) 313.
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  • 藤原将之,宍戸善明,鈴木清:メガソニッククーラントを利用した加工,砥粒加工学会講演論文集,(2000) 281.
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  • 鈴木清,植松哲太郎,岩井学:メガソニッククーラント用各種ノズルの開発,ABTEC,(1998) 52.
  • 鈴木清,岩井学:メガソニッククーラント加工法の研究 (第一報),砥粒加工学会会誌,48,2 (2004) 95.
  • 石松純,磯部浩已:研削液に超音波振動エネルギを重畳した研削加工 第1報:Al,SKS材における研削特性向上の実験的検証,砥粒加工学会学術演会 演論文集,(2012) 377.
  • 石松純,磯部浩已:研削液に超音波振動エネルギを重畳した研削加工 第2報:純Tiにおける表面性状の改善と研削熱の抑制効果,砥粒加工学会学術演会 演論文集,(2013) 29.
  • 愛恭輔:研削ワンポイントレッスン,砥粒加工学会誌,52 (11),(2008) 25.
  • 山崎隆夫,土屋和博,佐藤運海:Ti-6%Ai-4V合金の超音波振動切削,軽金属,57,4 (2007) 154.
  • 原圭祐:高品位・高能率加工を目指した超音波高速切削技術,超音波TECHNO,24,6 (2012) 53.
  • 三浦拓也,呉勇波,野村光由,藤井達也:単結晶サファイアのスパイラル超音波援用研削,2016年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集,(2016) 121-122.
  • 梅崎栄作他:フォトメカニクス-工学的手法による応力・ひずみならびに変形の解析-,山海堂.
  • 梅沢栄作:光弾性法による応力分布測定技術の現状と展望,精密工学誌,79,7 (2013) 607.
  • 大沼隼志,大谷幸利:サブミリ秒の時間分解能をもつ動的2次元複屈折計測装置の開発,精密工学会誌,78,12 (2012) 1082.
  • 隈部晃,山本耕之,関谷克彦,北川亮三:光弾性皮膜法によるアルミニウム被削材端面近傍のひずみ挙動解析,日本機械学会論文集 (C編),61,584 (1995)1705.
  • 隈部晃,山本耕之,関谷克彦,北川亮三:光弾性法による有円孔アルミニウム材の切削ひずみ挙動解析,日本機械学会論文集 (C編),61,592 (1995) 4795.
  • 磯部浩已,山口千尋:超音波振動援用切削における被削材内部の応力分布変動の可視化,精密工学会誌,81,5 (2015) 441.
  • Hiromi ISOBE and Keisuke Hara : Visualization of Fluctuations in Internal Stress Distribution of Workpiece During Ultrasonic Vibration-assisted Cutting,Precision Engineering, 48 (2017) 331-337.

【口コミ】

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