超音波キャビテーションを援用した高速流体噴射研磨の加工特性に対するマイクロバブルと流体振動の影響

摘要

高速流体噴射研磨(Fluid Jet Polishing,以下FJPと略す)は光学部品などの最終仕上げに用いられる研磨方法である.砥粒を含hだ研磨液を小径のノズルから高圧で噴射させ，加工面に衝突させることで材料除去を行う.FJPの利点として，加工面積が小さいので複雑な形状をもつ工作物の研磨が可能であること，ナノメートルのオーダの表面仕上げが可能であること，工具の磨耗が無く加工精度が安定していることなどが挙げられる.しかし，FJPには除去率が非常に小さいという欠点があり，硬い材料や粗い表面の加工に用いるのは加工時間が長くなるために，現実的ではない.そこで，除去率向上のための解決策として，筆者らの研究グループは「超音波キャビテーションを用いた高速流体噴射研磨」（以下,超音波FJPと略す）という新しい手法を提案した.本方法は超音波キャビテーションによって均一な大きさで微細な気泡を流体内に発生させることで，加工精度を保ったまま除去率を向上させることができる.しかし，その詳しい除去率向上メカニズムは分かっていない.本研究では,超音波FJPの除去率向上メカニズム解明のために，その主要因として二つの仮説を立てた.一つ目は，研磨液内の微細気泡が加工面近傍で崩壊する時に生じる衝撃波による圧力によって，材料除去が促進されるという仮説である.二つ目は，流体内の振動によって砥粒の運動が変化することによって材料除去が促進されるという仮説である.これらの仮説を実験的に検証した.