次世代月惑星科学探査のためのマルチワイヤソー研磨法における真空中加工現象の解明

阐明下一代月球和行星科学探索多线锯抛光方法中的真空加工现象

基本信息

批准号：
22K03867
负责人：
古谷克司
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Toyota Technological Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

太陽系，地球および月の起源や進化を解明するためにさまざまな科学探査が行われている．そのためには，月環境で使用可能な岩石加工装置が必須となる．月は火星よりも環境が厳しく，気圧が10^-6～10^-10Pa，最高温度が120℃程度であるため，機械装置には耐熱性や潤滑の問題が常に付きまとう．そこで本研究では，真空中で岩石を研磨し平滑加工する方法を確立することを目的とする．これまでに様々な真空対応岩石加工機を試作した結果，ダイヤモンドソーワイヤと砥石による加工が有力であることが明らかになっている．そこで，試作する装置では，両者の利点を活かす．真空中でソーワイヤを用いて岩石を切断する場合には，ダイヤモンド砥粒をソーワイヤ心線に固定するためのニッケル電着層が岩石表面に付着し，加工速度が低下する．この特性を考察するために，真空中で摩擦試験をした結果を解析した．放電加工によりしゅう動面を平滑化したダイヤモンド工具をニッケル板上でしゅう動させた．その結果，真空中ではニッケルが延性を示し，摩耗粉としてはく離せず，再度しゅう動面上に付着した．不活性気体であるアルゴンが大気圧となるようにした雰囲気中でも摩擦試験をした．アルゴン雰囲気中でのニッケル板の摩耗は大気中に比べて少なく，真空中に近い傾向が見られた．元素分析結果では，大気中での摩擦試験結果では酸素が検出されたが，真空中，アルゴン中ではほとんど検出されなかった．したがって，ニッケルの摩耗は，雰囲気の圧力ではなく雰囲気中の酸素によりニッケルが酸化されることが原因であることが明らかとなった．ロボットのエンドエフェクタとして用いることができるよう，小型，軽量化した装置を試作中である．

人们正在进行各种科学探索，以阐明太阳系、地球和月球的起源和演化。为此，能够在月球环境下使用的岩石加工设备至关重要。月球的环境比火星更加恶劣，大气压力为10^-6至10^-10Pa，最高温度约为120℃，因此机械装置总是存在耐热和润滑问题。因此，本研究的目的是建立一种在真空中抛光和平滑岩石的方法。试制各种真空对应岩石加工机的结果表明，使用金刚石锯线和磨石进行加工是有效的。因此，在原型设备中，我们将利用两者的优点。在真空中使用锯线切割岩石时，将金刚石磨粒固定在锯线芯上的镍电沉积层会粘附在岩石表面，从而减慢加工速度。为了检查这一特性，我们分析了真空中摩擦测试的结果。将其滑动表面通过放电加工平滑的金刚石工具在镍板上滑动。结果，镍在真空中表现出延展性，不能作为磨损颗粒剥落，而是再次粘附在滑动表面上。还在大气压下在含有惰性气体氩气的气氛中进行了摩擦测试。镍板在氩气氛中的磨损小于空气中的磨损，并且观察到与真空中相似的趋势。在元素分析结果中，在空气中的摩擦试验结果中检测到了氧，但在真空或氩气中几乎检测不到氧。因此，很明显，镍的磨损是由大气中的氧气氧化镍造成的，而不是大气压造成的。我们目前正在开发一种体积小、重量轻的原型设备，以便它可以用作机器人的末端执行器。