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精密加工

高周波パルス電流と超音波振動を援用したプラズマ放電により加工面の機械的特性変化による難削材の快削化と低強度材の改質化加工

山形県

ミクロン精密株式会社

2022年1月28日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 難削材の高精度・高能率加工と機能性インターフェース創成を可能とする高周波パルス電流・超音波振動援用プラズマ放電研削装置の開発
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 医療・健康・介護、航空・宇宙、自動車、半導体、工作機械
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(工程短縮)、低コスト化
キーワード 表面改質、高質化加工、快削化加工、超音波振動援用加工、放電加工
事業化状況 実用化に成功し事業化間近
事業実施年度 平成25年度~平成27年度

プロジェクトの詳細

事業概要

最近、国内製造業においては製品の高機能化傾向が高まり、軽量・高強度、高耐熱性、耐摩耗性を有する素材を用いた部品加工のニーズが年々増加している。そこで、従来切削技術では対応できない難削材において、高周波パルス電流と超音波振動を援用したプラズマ放電により加工面の機械的特性変化による難削材の快削化、さらに低強度材においては、高強度化加工を可能とし、それらのニーズを量産化対応も含めて解決を図る

開発した技術のポイント

難削材の高精度・高能率加工と機能性インターフェース創成を可能とする高周波パルス電流・超音波振動援用プラズマ放電研削装置の開発
(新技術)
高周波パルス電流・超音波振動援用プラズマ放電研削装置を開発する
(新技術の特徴)
軽量・高強度、高耐熱性、耐摩耗性を有する素材を用いた部品加工が可能となる

具体的な成果

・超音波振動やマイクロバブルの放電加工に対する効果を捉え、超硬合金やチタン合金の難削材の研削加工に高能率化、高精度化を可能とする条件を見出し、さらに、加工表面を積極的に改質させ付加価値を高める試みを行った
・量産実用化を目指した装置製作を行った
・ワイヤーボンダー治工具は、主に超硬合金に0.5mm程度の溝加工、穴加工を施した治具であり、短納期で様々なカスタム仕様の多品種製品への対応、加工精度の改善が必要となっていることから、UPD研削による超硬の溝加工の成果は、難削材の加工能率を改善する有効な手段になるといえる
・実験装置による側面研削や正面研削実験、溝加工実験など難削材のUPD研削特性の実験調査を進めた
・鋳鉄基材への放電による表面処理を行い、耐摩耗性、摩擦特性について検討を行った

知財出願や広報活動等の状況

【特許】
特願2015-045957・特許6433344・「高周波振動援用プラズマ放電研削装置及びその方法」
特願2015-060888・特許6246152・「高周波振動援用プラズマ放電研削装置及びその方法」
特願2016-037742・特許6531263・「表面処理装置および表面処理方法」
【文献】
小林敏,立花亨,村越親,小池一徳,厨川常元,水谷正義:機能性インターフェース創成を可能とする超音波振動援用プラズマ放電研削加工システムの開発,砥粒加工学会誌,V62,N2 (2018) 63‐66 小林敏,立花亨,嶋田 慶太,水谷 正義,厨川 常元:機能性インターフェース創成を可能とする超音波振動援用プラズマ放電研削加工システムの開発,超音波TECHNO,V31,N6 (2019) 19‐24

研究開発成果の利用シーン

軽量・高強度、高耐熱性、耐摩耗性を有する素材の部品加工に用いるUPD(超音波振動援用プラズマ放電)研削加工装置、UPDスピンドルユニット

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

事業期間終了時点では、UPD(超音波振動援用プラズマ放電)研削加工装置、UPDスピンドルユニット、さらに付属するプラズマ放電用パルス電源を試作し、各々テスト加工に供し、性能確認を行ったが、専用工具のバリエーションが課題で販売・事業化には至っていない

提携可能な製品・サービス内容

共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

・難削材の快削化加工:加工表面と工具が接触した部分を選択的に軟質化させて低加工圧で研削する高精度・高能率形状加工
・低強度材の改質化加工:高い形状加工を施したのち、加工表面に炭素、または珪素をドープしながら加工表面を硬質化させ、同時に表面微細形状精度を高める低摩擦・耐摩耗表面創成加工

今後の実用化・事業化の見通し

・今後、顧客協力企業を得て、実稼働によるロングランのモニタリングテストを実施し、在来加工装置との性能比較を行う
・今後、自社製研削盤と同様に、自社ブランドとして製作・販売を行う
・自社のテスト加工部門と協同し、従来研削技術では不可能だった難削材への高精度・高能率条件、および低強度材への改質化加工仕様への適応により、当初、市場シェア10%を目標に、将来は、20%を目指し販売拡大を図る
・高周波パルス電流・超音波振動援用プラズマ放電研削装置の使用工具のバリエーションを増やし、適用範囲を拡大すべく超音波発振回路について改良中

実用化・事業化にあたっての課題

・高周波パルス電流・超音波振動援用プラズマ放電研削装置の使用工具のバリエーションを増やすこと

事業化に向けた提携や連携の希望

・本事業での研究共同体メンバー、アドバイザーと今後も連携を保って事業化を進めたい

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 ミクロン精密株式会社 R&Dセンター
事業管理機関 ミクロン精密株式会社 本社工場
研究等実施機関 株式会社カナック
国立大学法人東北大学 大学院工学研究科機械システムデザイン工学専攻知的デザイン学講座ナノ精度加工学
公立大学法人秋田県立大学 システム科学技術学部機械知能システム学科
山形県工業技術センター
アドバイザー 冨士ダイス株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 ミクロン精密株式会社(法人番号:1390001001841)
事業内容 工作機械・医療機器の製造並びに販売
社員数 245 名
生産拠点 本社工場、R&Dセンター、みはらし工場
本社所在地 〒990-2303 山形県山形市蔵王上野578-2
ホームページ http://www.micron-grinder.co.jp/
連絡先窓口 技術部 立花亨、小林敏
メールアドレス toshi@micron-grinder.co.jp
電話番号 023-688-8111