研究開発された技術紹介

Si、SiC等の半導体、CFRPやセラミックスなどの新素材への微細加工等に超音波スピンドルによる振動切削加工が有効である。しかし、現状の製品は電線駆動の為に汎用性がなく、加工精度と耐久性の向上の為に軸受けの改良が必要であることが課題である。本事業では、無線駆動および空気軸受型の超音波スピンドルを開発する。成果物として工作機械への搭載を可能とし高速回転、耐久性を担保する超音波スピンドルを提供する。

・超音波スピンドルの無線駆動化
-赤外線通信とリチウムイオン電池によるケーブルレス化を実現
-小型化によりマシニングセンタへの自動交換に対応
・空気軸受け技術
-高速回転を実現し、摩耗を抑制
-ジャイロ効果を考慮した制御システムを導入し、精度向上を実現
・省エネルギー発振回路
リン酸鉄リチウム電池を使用し、連続稼働時間を22時間確保

・超音波スピンドルの無線駆動化
-電池駆動で長時間連続動作が可能な省エネルギー発振回路を実現
-マシニングセンタでの自動交換可能な超音波ユニット主軸を実現
-マシニングセンタ実機に装着し、超音波振動切削加工を実現
・超音波スピンドルの空気軸受け化
-アキシャル荷重44.1N、ラジアル荷重73.5Nの15万回転仕様の空気軸受け実機図面を完成
-ジャイロ効果の補償を検討し、15万回転時のジャイロ効果の補償効果を確認

超音波スピンドルの基本構成に関しては特許申請済み。
半導体装置製造産業界のニーズを把握し、新たな開発テーマを設定を行い、知的財産権を遅滞なく確実に取得する事により独自技術の優位性を維持していく。オープン&クローズド戦略によりクローズ化する工程を確定し、オープン化できる工程はOEM化等を進め、安価な量産化体制を築く。
一方、他社特許の出願状況を注視し、他社の開発動向を把握して必要なものについては異議申し立てを行う。
本事業で開発する空気軸受けは超音波スピンドル以外の回転工具主軸への波及が見込まれ、他社への本技術のライセンス契約も目論む。

本技術は、半導体製造装置や光学機器、医療機器の高精度加工において広く利用されることが期待される。特に、硬脆性の難削材料の高精度な微細加工や深溝加工に適しており、加工速度と精度の向上が求められる現場で有効である。また、汎用性の高い工具自動交換機能に対応しているため、幅広い加工分野での利用が可能である。

本開発製品(超音波スピンドル)は、シリコンやセラミックス等の硬脆性材料の微細溝加工や面取り等を高精度で加工できる装置である。事業終了後、販売価格65万円を予定している。既存の超音波スピンドルは、これまでに工作機械メーカー数社に納入してきている。

開発された超音波スピンドルは、ケーブルレス化と空気軸受けの導入により、高速回転と長寿命を実現している。また、汎用性が高く、自動工具交換機能を備えた工作機械に対応可能である。これにより、半導体や医療機器の高精度加工において、加工効率と精度を大幅に向上させることができる。

主要メーカーでのシェア、認知度を高めていき、3年目以降に順次販売数量の見込める工作機械メーカー順に展開していくことで、販売効率を高める。
令和6年: サンプルの出荷・評価、追加研究
令和7年: 設備投資、製品等の生産、製品等の販売
令和8年: 設備投資、製品等の生産、製品等の販売、出願公開、特許権設定
令和9年: 製品等の生産、製品等の販売、出願公開、特許権設定
令和10年: 製品等の生産、製品等の販売、出願公開、特許権設定、他社へのライセンス付与

加工の外乱をどうのように抑えるか、空気圧の精密制御が課題となる。