16． 加工学・加工機器
16.1 概論
16.2 切削加工
16.3 研削・研磨加工
16.4 電気・化学加工
16.5 エネルギービーム加工
16.6 工作機械
16.7 工具および工作機器
16.8 加工計測
16.1 概論
日本工作機械工業会によると2020年の日本工作機械メーカーの受注総額は9018億と，2019年の1兆2299億円に対し，26.7％減となり，10年ぶりの1兆円割れの市場の収縮に苦しんだ．当初は米中貿易摩擦で滞っていた設備投資が回復すると見込まれていたが，新型コロナウィルスの感染拡大により，世界的な設備投資の抑制がみられた年であった．2021年は，複数企業が需要回復を見込んでいるが，引き続き慎重な意思決定が予想され，動きが緩やかであると考えられる．業界別でみれば，5G（第5世代移動通信システム）関連向けの半導体業界の製造は活発である一方で，航空機産業の部品需要は大幅に落ち込んでいる．自動車産業は回復基調にあるが，自動車自体が多くの半導体を必要とし，部品調達に問題を抱えている．総理大臣の所信表明演説で2050年までに日本が脱炭素社会を実現することが宣言され，洋上風力発電のように広大な部品サプライチェーンを持つ産業の育成や，電気自動車への転換など，今後ものづくり産業に大きな変化が起こることが確実である．
コロナ感染症の対策のために，様々な分野でデジタルトランスフォーメーション（DX）の流れを積極的に取り込むという方向性を強くしている．他の産業分野と同様ものづくり産業界のデジタルツインに対する期待も大きい．具体的な応用としては，設備機器の最適設計，製造，メンテナンス，切削加工・AM（Additive Manufacturing）などのプロセス分析・工程設計・加工条件最適化，スマートファクトリーの生産システムなどを中心に研究開発と実用化が進んでおり，成果物である加工機も市場に登場している．同時に，AI（Artificial Intelligence）の応用も活発化しており，様々な製造データを学習することが行われている．これらは物理をベースとしたモデルや熟練者の経験や判断とどのように組みあわて使用していくかが今後のテーマとなるであろう．
〔松原 厚 京都大学〕
16.2 切削加工
本節では2020年に国内外の主な学術誌に掲載された切削加工に関する論文について述べる．対象とした学術誌は10誌で，この中で切削加工に関する論文は176編であった．掲載論文数の内訳は表16-2-1に示すとおりであり，本会論文集に7編，英文のJ. Adv. Mech. Des. Sys. and Manuf.に12編，精密工学会誌に10編，砥粒加工学会誌に3編，Prec. Eng.に33編，Int. J. Mach. Tools and Manuf.に11編，Wearに19編，J. Mater. Process. Technol.に41編， J. Manuf. Sci. Eng.に17編，CIRP Annalsに23編である．また，これらの論文の中で英語で執筆された158編の論文において，筆頭著者の所属機関を国別にまとめると，全24ヵ国の中で上位5ヵ国は中国（50編），日本（24編），米国（15編），カナダ（11編），インド（8編）であり，中国の研究機関に係る論文数が突出しているほか，インドの論文数が伸びていることが確認された．
図16-2-1に上記の全対象論文（176編）において取り扱われていた加工法の割合を示す．概ねフライスが4割，旋削が2割5分，ドリルが1割程度である．また，加工現象を単純モデル化するための2次元切削が1割程度であり，その他としてターンミリング，ギア切削，溝加工，ブローチ加工などの加工法をまとめて2割程度であった．
上記176編の論文のキーワード欄に着目し，2020年の掲載論文の概況について述べる．
「vibration」をキーワードとして挙げた論文は25編あった．そのうち，「ultrasonic」などのキーワードが付いた，振動を積極活用した加工法に関する論文が15編であった．これらの論文では，チタン合金，CFRP，Inconelなどの難削材に対する適用（1）-（5），脆性材の延性モード切削などの論文（6）-（8）が見られた．そのほか，「chatter」のキーワードが付いた論文が16編あった．びびり解析（9），びびり抑制・切削安定性の向上（10）-（14）など，様々な制振に関する取り組みがなされている．
「laser」をキーワードとした論文は4編あり，レーザ光を切削加工点近傍に照射することで，脆性材や硬質材を軟化させて切削性改善を目指した研究（15）-（17）が見られた．さらには，レーザ光と超音波振動を複合して加工する研究例も見られた（18）．
「micro」がキーワードについた論文は26編あった．このうち微細切削に関係するものが16編，微細ストラクチャ関連の論文が7編であった．微細ストラクチャは，光学面仕上げ（18），表面完全性に関係したものと（19）（20），振動切削，ファストサーボなどの技術を用い積極的に表面へ微細テクスチャを設け，摩擦の減少などに活用する研究（21）（22）が見られた．なお，これらのキーワードが付いた論文以外にも微細テクスチャに関する研究（23）（24）が見られ，トライボロジー特性改善に切削を用いる研究例が多いことが伺える．
その他にも，高効率加工に関する研究（25）-（27），環境負荷軽減と効率的切削油剤供給を目的とした微少量油潤滑（minimum quantity lubrication，MQL）に関する研究（28）（29），ドライ切削（30）（31）などが報告されている．
表16-2-1 学術誌名と切削加工に関する掲載論文数（2020年）
| 学術誌名 | 論文数 |
| 日本機械学会論文集 | 7 |
| Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing | 12 |
| 精密工学会誌 | 10 |
| 砥粒加工学会誌 | 3 |
| Precision Engineering | 33 |
| International Journal of Machine tools and Manufacture | 11 |
| Wear | 19 |
| Journal of Materials Processing Technology | 41 |
| Journal of Manufacturing Science and Engineering | 17 |
| CIRP Annals | 23 |
| 合計 | 176 |
図16-2-1 調査対象とした論文の加工形態割合
〔原 圭祐 一関工業高等専門学校〕
参考文献
（1）Marco Sorgato, Filippo Zanini, Rachele Bertolini, Andrea Ghiotti, Stefania Bruschi, Improvement of micro-hole precision by ultrasound-assisted drilling of laser powder bed fused Ti6Al4V titanium alloy, Precision Engineering Vol.66 （2020） pp.31-41, Doi: 10.1016/j.precisioneng.2020.06.014.
（2）Hongjin Jung, Takehiro Hayasaka, Eiji Shamoto, Liangji Xu, Suppression of forced vibration due to chip segmentation in ultrasonic elliptical vibration cutting of titanium alloy Ti–6Al–4V, Precision Engineering, Vol.64 （2020） pp.98-107, Doi: 10.1016/j.precisioneng.2020.03.017.
（3）Dongxi Lv, Dong Liu, Gang Chen, Leilei Song, Chun Yan, Xiaofei Wu, Yingdan Zhu, Formation Mechanisms of Exit-Chippings in Rotary Ultrasonic Drilling and Conventional Drilling of Glass BK7, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol.142, No.1 （2020） Doi: 10.1115/1.4045416.
（4）Guang Chen, Yunhe Zou, Xuda Qin, Jian Liu, Qiang Feng, Chengzu Ren, Geometrical texture and surface integrity in helical milling and ultrasonic vibration helical milling of Ti-6Al-4V alloy, Journal of Materials Processing Technology, Vol.278 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116494.
（5）Yanjie Yuan, Dawei Zhang, Xiubing Jing, Kornel F. Ehmann, Freeform surface fabrication on hardened steel by double frequency vibration cutting, Journal of Materials Processing Technology, Vol.275 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116369.
（6）小山内 裕太, 今井 健一郎，延性モード研削加工の除去機構を模した背分力方向振動切削の試み―合成石英ガラスにおける延性モード面増大効果―，精密工学会誌，Vol.86, No.11 （2020） pp. 892-897, Doi: 10.2493/jjspe.86.892.
（7）Jianguo Zhang, Junjie Zhang, Changlin Liu, Xiao Chen, Junfeng Xiao, Jianfeng Xu, Machinability of single crystal calcium fluoride by applying elliptical vibration diamond cutting, Precision Engineering, Vol.66 （2020） pp.306-314, Doi: 10.1016/j.precisioneng.2020.06.008.
（8）Jianjian Wang, Yang Yang, Zhiwei Zhu, Yaoke Wang, Wei-Hsin Liao, Ping Guo, On ductile-regime elliptical vibration cutting of silicon with identifying the lower bound of practicable nominal cutting velocity, Journal of Materials Processing Technology, Vol.283 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116720.
（9）栗田 裕, 大浦 靖典, 田中 昂, 川田 昌宏，薄肉円筒工作物の切削加工時に発生する工作物変形型びびり振動（びびり振動の発生メカニズム），日本機械学会論文集，Vol.86, No.884 （2020） Doi: 10.1299/transjsme.19-00335.
（10）熱田 俊文, 吉村 英徳, 松村 隆，びびり振動抑制のための工具シャンク形状の検討－逆さバイト法によるびびり振動抑制効果－，精密工学会誌，Vol.86, No.6 （2020） pp.468-473, Doi: 10.2493/jjspe.86.468.
（11）Adam K. Kiss, Daniel Bachrathy, Gabor Stepan, Effects of Varying Dynamics of Flexible Workpieces in Milling Operations Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol.142, No.1 （2020） Doi: 10.1115/1.4045418.
（12）Le Cao, Tao Huang, Da-Ming Shi, Xiao-Ming Zhang, Han Ding, Active Chatter Suppression in Low Immersion Intermittent Milling Process, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol.142, No.10 （2020） Doi: 10.1115/1.4047623
（13）Lingfei Kong, Shuai Cao, Jih-Hua Chin, Yue Si, Falin Miao, Yan Li, Vibration suppression of drilling tool system during deep-hole drilling process using independence mode space control, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol.151 （2020） Doi: 10.1016/j.ijmachtools.2020.103525.
（14）Min Wan, Xiao-Yang Liang, Yun Yang, Wei-Hong Zhang, Suppressing vibrations in milling-trimming process of the plate-like workpiece by optimizing the location of vibration absorber, Journal of Materials Processing Technology, Vol.278 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116499.
（15）Taekyum Kim, Kui-Kam Kwon, Chong Nam Chu, Ki Young Song, Experimental investigation on CO2 laser-assisted micro-slot milling characteristics of borosilicate glass, Precision Engineering, Vol.63 （2020） pp.137-147, Doi: 10.1016/j.precisioneng.2020.02.004.
（16）Kazutoshi Katahira, Yoshinori Ogawa, Shinya Morita, Kazuo Yamazaki, Experimental investigation for optimizing the fabrication of a sapphire capillary using femtosecond laser machining and diamond tool micromilling, CIRP Annals, Vol.69, No.1 （2020） pp.229-232, Doi: 10.1016/j.cirp.2020.04.087.
（17）Chao Wei, Wei Guo, Edo Suryo Pratomo, Qian Li, Dong Wang, David Whitehead, Lin Li, High speed, high power density laser-assisted machining of Al-SiC metal matrix composite with significant increase in productivity and surface quality, Journal of Materials Processing Technology, Vol.285 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116784.
（18）Yuchao Bai, Zhuoqi Shi, Yan Jin Lee, Hao Wang, Optical surface generation on additively manufactured AlSiMg0.75 alloys with ultrasonic vibration-assisted machining, Journal of Materials Processing Technology, Vol.280 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.11659.
（19）Saqib Anwar, Naveed Ahmed, Salman Pervaiz, Shafiq Ahmad, Ashfaq Mohammad, Mustafa Saleh, On the turning of electron beam melted gamma-TiAl with coated and uncoated tools: A machinability analysis, Journal of Materials Processing Technology, Vol.282 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.11666.
（20）Patxi Fernandez-Zelaia, Shreyes N. Melkote, Analysis of structure-property gradients in orthogonally machined chips and workpiece subsurface, CIRP Annals, Vol.69, No.1 （2020） pp.89-92, Doi: 10.1016/j.cirp.2020.04.020.
（21）Hayato Yoshioka, Kotaro Kojima, Daisuke Toyota, Micro patterning on curved surface with a fast tool servo system for micro milling process, CIRP Annals, Vol.69, No.1 （2020） pp.325-328, Doi: 10.1016/j.cirp.2020.04.046.
（22）Peng Huang, Xiaoyu Wu, Suet To, LiMin Zhu, Zhiwei Zhu, Deterioration of form accuracy induced by servo dynamics errors and real-time compensation for slow tool servo diamond turning of complex-shaped optics, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol.154 （2020） Doi: 10.1016/j.ijmachtools.2020.103556.
（23）三宅 章仁, 北風 絢子, 櫻井 聖子, 村松 正博, 野口 賢次, 三宮 一彦, 中谷 尊一, 鎌田 陽, 笹原 弘之，低周波振動切削が創成する加工面形状に関する研究，日本機械学会論文集, Vol.86, No.892 （2020） Doi: 10.1299/transjsme.20-00323.
（24）Hang LI, Guosheng SU, Mingdong YI, Peirong ZHANG, Chonghai XU, Influences of linear interpolation method and cutting parameters on machined surface texture in large curvature surface milling, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol.14, No.4 （2020） Doi: 10.1299/jamdsm.2020jamdsm0050.
（25）藤原 順介, 有元 崇晃, 田代 徹也，Ti-6Al-4V合金の高速切削における複合ミストの供給量の影響，日本機械学会論文集，Vol.86, No.883, Doi: 10.1299/transjsme.19-00373.
（26）中居 久明, 飯田 勇気, 澤 武一, 安齋 正博，小径ラジアスエンドミルによる高能率加工に関する研究（第2報） —往復切削におけるピックフィード量が加工特性に及ぼす影響—，精密工学会誌，Vol.86. No.1 （2020） pp.99-105, Doi: 10.2493/jjspe.86.99.
（27）Rebecka Lindvall, Filip Lenrick, Henrik Persson, Rachid M’Saoubi, Jan-Eric Ståhl, Volodymyr Bushlya, Performance and wear mechanisms of PCD and pcBN cutting tools during machining titanium alloy Ti6Al4V, Wear, Vol.454-455 （2020） Doi: 10.1016/j.wear.2020.203329.
（28）Suman Saha, Sankha Deb, Partha Pratim Bandyopadhyay, An analytical approach to assess the variation of lubricant supply to the cutting tool during MQL assisted high speed micromilling, Journal of Materials Processing Technology, Vol.285 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116783.
（29）Rajaguru J, Arunachalam N, A comprehensive investigation on the effect of flood and MQL coolant on the machinability and stress corrosion cracking of super duplex stainless steel, Journal of Materials Processing Technology, Vol.276 （2020） Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116417.
（30）Majid Abdoos, Bipasha Bose, Sushant Rawal, Abul Fazal M. Arif, Stephen C. Veldhuis, The influence of residual stress on the properties and performance of thick TiAlN multilayer coating during dry turning of compacted graphite iron, Wear, Vol.454-455 （2020） Doi: 10.1016/j.wear.2020.203342.
（31）Uttkarsh S. Patel, Sushant K. Rawal, A.F.M. Arif, Stephen C. Veldhuis, Influence of secondary carbides on microstructure, wear mechanism, and tool performance for different cermet grades during high-speed dry finish turning of AISI 304 stainless steel, Wear, Vol.452-453 （2020） Doi: 10.1016/j.wear.2020.203285.
16.3 研削・研磨加工
2020年中は，本会論文集，精密工学会誌，砥粒加工学会誌に22編，また，国際誌ASME J. Manuf. Sci. and Eng., Int. J. Mach. Tools and Manuf., CIRP Annalsに25編，計47編の研削・研磨加工に関する研究論文が掲載された．その内訳は，研削加工30編，研磨加工17編である．
研削加工の分野では，研削現象の解明，表面下損傷の評価，ツルーイング・ドレッシング，特殊な研削加工法に関する研究が行われている．研削現象の解明では，研削による表面除去メカニズムに関する内容が目立つ．具体的には，ロータリーインフィード研削（1）やマイクログラインディング（2），超音波援用研削（3）による表面創成，単一砥粒に作用する研削抵抗から見たクリープフィード研削機構（4），Ceramic Matrix Composites（CMCs）の研削除去メカニズムに関する実証試験（5）が行われている．表面損傷の評価では，放電/研削ハイブリッド加工によるRB-SiC表面の表面下損傷の評価（6）が行われている．ツルーイング・ドレッシングの研究では，ドレッシング条件と砥石表面，研削特性の評価（7）が行われている．特殊な研削加工法の研究としては，超音波援用研削による超硬合金の穴あけ加工（8），楕円振動回転工具によるCFRP複合材の加工（9），放電/研削ハイブリッド加工によるγ-TiAl材料の加工（10），超音波援用ホーニング（11），Turn grindingの研削特性と加工精度の検証（12）（13），の研究が進められている．その他に，砥石表面形状測定法（14），熱可塑性樹脂砥石を用いた研削（15），Additive manufactured SiCの研削（16）の研究などが行われている．
研磨加工分野では，固定砥粒・遊離砥粒による研磨方法，磁気や電界などによる援用加工に関する基礎研究などが行われている．研磨方法に関しては，ガラス基板の研磨（17）-（19）やエポキシ樹脂表面の研磨（20）に関する研究，両面研磨加工のシミュレーションに基づく加工条件の最適化（21）に関する研究が行われている．また，援用加工では，電界砥粒制御技術を適用した機械研磨（22），磁気研磨工具による圧縮残留応力付与（23）や内面仕上げ（24），シリコンやアルミナイトライドのプラズマ援用ポリシングに関する研究（25）（26）などが行われている．上記分野の他に，マイクロ研磨（27），流体ジェット研磨（28），非ニュートン流体ベースとした非接触研磨（29）や等方性電気化学エッチングに基づく金属表面の仕上げ法（30）の研究，ニューラルネットワークを用いた知能機械研磨システムの提案（31）などの研究が進められている．
研削・研磨に関する総説として，参考文献（32）（33）が発表されている．特に，（33）では，さまざまな研削・研磨手法についての詳細な解説がなされている．
〔久保田 章亀 熊本大学〕
参考文献
(1) Wentong LU, Libo ZHOU, Jun SHIMIZU, Teppei ONUKI, Hirotaka OJIMA, Takeyuki YAMAMOTO，Material removal mechanism in rotary in-feed grinding – Modeling and analysis -2020 Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing, 14(6), Paper No.20-00339, DOI: 10.1299/jamdsm.2020jamdsm0095.
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(8) 寺町亮則，ターヴァイネンさゆり，閻 紀旺 ，フレキシブルステージを用いた超音波振動援用研削による超硬合金の穴あけ加工，砥粒加工学会誌64巻 6号 320-325.
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(11) 水谷秀行，渡邊友貴，水野義則，浜田晴司 ·，砥石半径方向の超音波振動を援用した小径内面ホーニングに関する研究，砥粒加工学会誌64巻 10号 522-526.
(12) 山﨑 遼，太田 稔，江頭 快，山口桂司 ，Turn Grinding の幾何学的解析と研削実験による加工精度の検証，砥粒加工学会誌64巻 2号 98-104.
(13) 山﨑 遼，太田 稔，江頭 快，山口桂司，Turn grinding の砥石–工作物周速度比が研削抵抗と表面粗さに及ぼす影響，砥粒加工学会誌64巻 4号 201-207.
(14) 内田 元，山田高三，三浦浩一，李 和樹，測定後高さ検出法を用いた砥石表面形状の測定に関する研究，砥粒加工学会誌64巻 3号 140-145.
(15) 鹿野祐樹，奈良健太，津田雄一郎，菜嶋 理，松浦 寛，遠藤春男，斎藤 修，熱可塑性樹脂砥石を用いた脆性材料の研削性能に関する研究 第一報：石英光ファイバの鏡面加工，砥粒加工学会誌64巻 7号 375-379.
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(17) 俵 義浩，畝田道雄 · ，スウェードパッドによるガラス基板の研磨特性の研究－スウェードパッド表面性状が研磨速度とその安定性に与える影響－砥粒加工学会誌64巻 3号 152-157.
(18) 佐藤運海， 瀧本剛史， 馬場隆充，フツリン酸ガラスの表面に及ぼすNaCl 電解水の影響，砥粒加工学会誌64巻 6号 314-319.
(19) 嶽野広明，野老山貴行，村島基之，梅原徳次，千葉翔悟，２種混合砥粒研磨法を用いたガラス基板研磨加工による表面粗さ改善速度の向上，砥粒加工学会誌64巻 8号 428-435.
(20) 井川 貴仁, 永澤 愛美, 瀧野 日出雄, 宇都宮 真，エポキシ樹脂光学面の遊離砥粒研磨における除去レート評価, 日本機械学会論文集, 2020 年 86 巻 892 号 Paper No.20-00208, DOI: 10.1299/transjsme.20-00208.
(21) 吉冨健一郎，宇根篤暢, すきま理論に基づく両面研磨シミュレーション，―圧力分布解析理論と高平坦化条件―，精密工学会誌86巻8号620-625.
(22) 千葉翔悟，久住孝幸，赤上陽一，野老山貴行，村岡幹夫，樹脂パッドと電界砥粒制御技術を適用した先進結晶基板への低ダメージ機械研磨技術，砥粒加工学会誌64巻 1号 32-38.
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(35) 福井拓哉，由井明紀，猪狩龍樹，北嶋孝之，研削盤砥石カバーの衝突安全性に関する研究－Solid to SPH を用いた砥石破壊解析手法の提案－，砥粒加工学会誌64巻 12号 624-629.
(36) Masakazu FUJIMOTO, Susumu OHISHI and Yuka HIRAIZUMI，Wear Behavior of cBN Grain Cutting Edges in Deep Grinding，精密工学会誌86巻1号59-64.
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16.4 電気・化学加工
電気・化学加工として，主に放電加工，電解加工を取り上げ，2020年に国内外の学術誌および学会で発表された内容について紹介する．
放電加工における除去現象はいまだに不明な点が多く，その解明に向けた研究が進められている．例えば，高速度カメラを用いた放電点近傍での除去現象の観察（1）が行われている．また，近年は放電痕の形成過程をマルチフィジックスを用いてシミュレーションする研究（2）（3）が増えており，現象の解明が期待される．放電加工の分野においてもスマートファクトリー化を目指した研究が進んでおり，特にワイヤ放電加工の分野で多い．例えば，加工状態のオンラインモニタリングの研究（4）–（6）や，ワイヤ電極消耗・温度のリアルタイムシミュレーション（7），工作物形状のシミュレーション（8）（9）などの研究がある．一方で，加工反力の小さい放電加工は微細加工に有利であり，ミストジェットを加工液として用いる微細穴加工（10）や，微細軸の効率的加工を目的とした研究（11）などが行われている．また，除去加工である放電加工ではあるが，条件を適切に選択することでコーティングも可能であり，コーティング膜が形成されるメカニズムについて報告されている（12）．さらに，付加製造（AM）により放電加工用電極を製作する研究 （13）-（15）や，放電加工を応用した加工として，内部空間形状の創成（16）が行われている．
電気化学的な加工である電解加工の分野においても，マルチフィジックスを用いたシミュレーションの研究（17）が活発に行われており，工具電極設計支援に活用されている．また基礎的な研究としては，電解液中で発生するキャビテーションについての研究が行われている（18）．電解液に関する研究としては，不働態化被膜を形成しやすい材料に対して，エチレングリコールを用いた電解液の有効性が示されている（19）（20）．また，六価クロムの生成を防止するために，鉄イオンを電解液中に供給する方法が提案されている（21）．電解加工は放電加工と同様に微細加工に有利な加工方法であり，両極性パルスを用いたタングステン微細軸の加工（22）やドリル状工具を用いた微細穴加工が行われている（23）．ノズルから電解液を噴出する電解液ジェット加工においては，複数のノズルによる同時加工（24）や，電解液ジェットを用いた円筒状超硬合金の形状創成加工（25）が行われている．電解加工においては工具電極を走査して形状創成を行うことも可能である．ワイヤ電極を工具として走査するワイヤ電解加工では，比較的に微細な加工を対象とした研究（26）や，航空機部品を対象とした研究（27）が行われている．さらに，パイプ状の工具電極を走査することによる高アスペクト比溝加工（28）も行われている．また，電解加工による表面微細構造の付与として，工作物上のマスクを通して電解加工を行う方法（29）や，マスクを通して電解液ジェット加工を行う方法（30）が提案されている．
その他に，電解放電加工において，印可電圧と電流波形の関係が実験的に調査されている（31）．また，プラズマを援用した新しい電解加工法が提案されている（32）．さらに，電解加工を援用した切削加工の研究（33）（34）が行われている．
〔小谷野 智広 金沢大学〕
参考文献
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16.5 エネルギービーム加工
エネルギービーム加工にはいくつかの種類があるが，真空容器を必要としない利点を持つレーザ加工は他のエネルギービーム加工と比べて圧倒的に広範に研究・利用されていることから，本稿でも特にレーザ加工について述べる．
2020年のレーザ加工についての研究論文は，国際的な論文誌においては例えばInt. J. Mach. Tools and Manuf.に8編，CIRP Annals.に20編，CIRP J. Manuf. Sci.に11編を数えた．これら合計39編のうち19編は金属の付加製造に関するものであり，本分野のトレンドであることが分かる．そのうち13編はSelective laser melting （SLM） に関するものであり，層間の結合強度向上（1）や酸化物の分散による強度向上（2），溶融（3）や欠陥生成（5）メカニズムの検討，スパッタのふるまいの検討（6），高精度化（7）（8），プロセスモニタリング（9）（10）といったプロセスの改善が精力的に行われている．付加製造に次いで多いのはテクスチャリングや表面改質，ピーニングといった表面プロセスに関するもので11編を数えたが，これらの中にも付加製造された母材をターゲットとしてテクスチャリング（11）やピーニング（12）（13）を行ったものが見られ，さらにはSLMを対象とした研究にも表面の微細構造の解析（14）や特定のテクスチャを持った表面を生成する試み（24）が見られることから付加製造物の表面性状への注目が高いことが分かる．
国内の論文誌では本会論文集，精密工学会誌，砥粒加工学会誌に見られた9編のうち6編が金属の付加製造に関するものであるが，そのうちDirected energy deposition （DED）（15）や重力落下式粉末供給手法（16）に関する論文が造形プロセス自体を研究対象としているのとは対照的に，SLMを扱った論文では造形物の特性評価（17）（18）や切削加工との複合化（19）（20）といった応用技術が研究対象となっていることが特徴的であった．
速報性のある国内の講演論文について，本会年次大会，精密工学会学術講演会，砥粒加工学会学術講演会を調査したところ81件のレーザ加工に関する講演が見られた．そのうち金属の付加製造に関する講演は29件で全体に占める割合は論文誌より低くなった．以下，表面プロセスに関する講演，除去加工・微細加工に関する講演の順で多いという点は論文誌に掲載された研究論文と傾向は似通っていた．一方，レーザスライシングやレーザフォーミング，これらに分類し難いユニークな研究の占める割合が多く，多様な研究が行われていることが分かる（図16-5-1）．
図16-5-1 2020年のレーザ加工に関する国内外の研究論文および国内学術講演の研究内容構成
付加製造に関する講演29件に着目するとそのうち15件がSLMに関する講演で，論文誌に比べて低い割合であった．広く研究されているSLMやDEDなどとは異なる原理による付加製造法や，SLMに関する研究でも造形物の評価・応用ではなく造形プロセス自体にフォーカスした研究が目立つ点が特徴であった．
Int. J. Mach. Tools and Manuf.にレーザ以外のエネルギービームをも網羅した「ビームによる金属表面研磨」のレビュー論文（21）が発表されており，基礎から将来の展望までを理解するのに役立つ．
〔細野 高史 久留米高専〕
参考文献
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16.6 工作機械
本節では2020年に掲載された工作機械に関する論文について述べる．
工作機械本体に関する研究では，新構造材料としてCFRPを適用した工作機械において熱変位および省エネルギーの観点から性能を評価したもの（1），トポロジー最適化による研削盤の理想構造の設計開発を行った研究（2）が報告された．中でも，多軸工作機械の精度向上には幾何誤差の補正が重要であり，５軸加工機の直動軸の駆動誤差の影響（3）や，オンマシン計測による幾何誤差の同定（4），熱変形による加工誤差の補正（5），対向型スピンドル旋盤の幾何誤差補正（6）が論じられている．また，輪郭誤差低減についても，経路・速度指令生成から多数の研究が見られた（7)-(12）．
さらには，人工知能を用いて機械診断を行うシステム（13）も提案されており，工作機械のIoT・AI活用の進捗がみられる．またロボットによる機械加工については，ミリング加工精度の向上（14）や自由曲面の研磨加工（15）が行われ，今後のロボット加工機の発展が期待される．
工作機械の駆動系や主軸，その要素に関する研究としては，直動ボールガイドの静剛性解析の精度向上に関する研究（16）や，ウェービングの影響について検討したもの（17)(18），サーボモータと送り軸の慣性モーメント比が加工面品位に与える影響を検証した結果（19）が引き続き報じられている．また，ボールねじの効率を消費電力から評価したもの（20）や，予圧劣化の予測モデル（21），摩擦熱による位置決め精度への影響の予測モデルも提案（22）されたほか，リニア駆動ステージの超精密位置決めの高精度化（23）など，送り駆動系の高精度・高効率化が進められている．主軸に関しては，工具回転振れの加工面への影響を低減することを目的に相対振動を励起する加振システムが開発された（24）．さらに，水静圧軸受を有するスピンドルの動特性（25）が報告され，新たな主軸機構の開発研究も進められている． 穴あけ加工では振動回避のためのアクティブ剛性可変機構の開発も行われた（26）．
振動特性の解析，びびり振動に関する研究も数多く報告されており，工具―工作物間の影響を調査したもの（27）や，工具形状の検討（28），サーボ制御パラメータのチューニング手法の提案（29）がある．特にびびり振動の発生しやすい薄肉形状部品加工においては，振動解析手法（30）（31），クランプテーブルの提案（32）が報告され，工作機械・加工分野での解決すべき課題の一つとして取り組まれている．
モデルベースシミュレーション，IoT分野では切削力推定，加工面予測（33）（34）が主流となってきており，外乱オブザーバによる切削力推定（35）が引き続き報告されたのに加え，リアルタイム切削シミュレータ（36）や非線形摩擦特性を考慮したタイムドメインシミュレーション（37），切削力推定機能を備えたFastToolServoの開発（38）も行われた．
新たに注目すべきは，サイバーフィジカル（39），デジタルツイン（40）というキーワードが挙げられる．今後はこれらを利用した，生産システムおよび工作機械の研究開発が進められていくことが予想される．
〔林 晃生 金沢工業大学〕
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16.7 工具および工作機器
2020年に発表された切削加工や研削加工に用いられる工具および加工機器に関連する論文を調査した．調査対象は和文誌から日本機械学会論文集，精密工学会誌，砥粒砥粒加工学会誌，英文誌からJournal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing誌，Precision Engineering誌，ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering誌，International Journal of Machine Tools and Manufacture誌，CIRP annals誌などとし，136件の論文リストを作成した．他節との重複となる研究もあるかと思われるがご容赦いただきたい．
切削工具に関連する論文については，難削材，エンドミル加工，旋削加工，穴あけ，マイクロ・ナノ加工，切削現象の解析及び測定および特殊加工について78件を抽出した．
難削材についてはチタン合金の切削に関する研究が7件（1）-（7）を数えた．そのほかの難削材切削に関する研究では，ベリリウム合金（8），ガリウムヒ素合金（9），オーステナイト系ステンレス（10）（11），純鉄（12）やCFRP（13）と金属の積層品の切削に関する研究が見られた．
振動援用切削に関する研究では，低周波振動切削（14）（15），楕円振動切削（16）（17）が見られる中で，低周波位相変調切削（18）に関する研究やロータリー超音波切削（19），超音波ドリルによるガラスの穴あけ（20），超音波及びレーザー援用ドリルによるチタン合金のマイクロ穴あけに関する研究（21）が報告されている．また，延性モード研削加工の除去機構を模した背分力方向振動切削の試み（22）も見られた．
チャタリングに関する研究ではびびり振動抑制のための工具シャンク形状に関する研究（23），チャッタ制振フライス加工用工具形状に関する研究（24），旋削加工用インサートの形状に関する研究（25）（26），アクティブ制振に関する研究（27）（28），ドリルによる穴あけに関する研究（29）及び主軸回転数制御による制振に関する研究（30）等が見られた．
マイクロ・ナノ加工に関する分野では，レーザーを援用したダイヤモンド工具によるマイクロ・ナノ加工（31）（32），ガラス（33）やセレン化亜鉛（34）と言った脆性材料，インコネル718（35）やステンレス合金などのマイクロ・ナノ加工に関する研究（36）が見られた．また，異方性を持つニッケル基単結晶合金の原子スケール加工（37）やV溝加工（38），マイクロパターニング用のファーストツールサーボに関する研究（39）が見られた．
切削現象の解析に関する研究では，チップ変形のその場解析に関する研究（40）（41）や被削材表面の構造特性に関する研究（42）が見られる一方，切削力モデルによる予測に関する研究（43）や固体潤滑液体二酸化炭素援用切削の潤滑性に関する研究（44），マイクロ送り加工における切削油剤の評価方法に関する研究（45）や圧電式動力計の動的補正による高速回転時の切削力測定に関する研究（46），凝着層を考慮した断続切削の切れ刃欠損解析に関する研究（47）も見られた．
切削温度に関する研究は，次元解析による切削温度に関する研究（48）や，すくい面の温度のその場測定（49）が見られた．
エンドミル加工に関する研究では切削条件や高能率加工の研究（50）（51）の他に薄壁形状の加工に関する研究（52），エンドミル工具形状（53），5軸エンドミル加工（54），疑似スペクトルによる安定性に関する研究（55）が見られた．
旋削加工に関しては，自己回転工具（56）やターンミリング（57）-（59）による旋削加工に関する研究が3件見られた他，cBN工具の鋳物旋削時におけるアルミナ層形成に関する研究（60）や表面性状予測に関する研究（61）が見られた．
ドリル及び穴あけ加工に関する研究では，ヘリカル加工に関する研究（62）（63）が2件，ドリルの安定性の不確かさ評価（64），MQLに関する研究（65），CFRP穴あけの熱機械モデル（66），セルフセンタリングドリルなどの研究（67）の他に，サイバーフィジカルモデルによる複合材料の穴あけ（68）やカタログマイニングによる穴あけ条件の解析に関する研究（69）が見られた．
工具の材質に関する研究では，拡散摩耗の予測（70），MTCVDコーティング（71）やPVDコーティング工具の切削性能（72），インサート内に複数のチャネルを設けた新しい工具コンセプト（73）があった．
AIによるホブ診断やスカイビングによる歯車切削に関する研究（74）（75）が2件あった．またフェライトパーライト鋼のブローチ加工における微細形状と摩擦に関する研究（76）も見られた．
積層・切削ハイブリッド3Dプリンティングされた工作物の精度に関する研究（77）（78）が2件見られた．
研削及び研磨加工については，難削材・シリコン等からマイクロ・ナノ加工，解析・知能化に関する研究について36件抽出した．
加工の特性上，難削材の加工に関する研究が多く，工作物の材質としては，ガラス（79），炭化ケイ素（80），ガリウム（81），単結晶サファイア（82），窒化アルミナ（83）及びCFRP（84）と多岐にわたる．
シリコンの研削・研磨に関する研究では，単結晶シリコンの研磨に関する研究（85）-（87）が3件，ポリシングパッドに関する研究（88）（89）が2件，CMPに関する研究（90）も報告されている．
ホーニングに関する研究では，放電加工によるホーニング砥石のドレッシングに関する研究（91），非ニュートン流体の研磨材を切削工具の鋭利なエッジの丸み付けに応用する研究（92），ヘリカルギアのホーニング加工における数学モデルに関する研究（93）が見られた．また，内歯車用ホーニング工具の形状設計に関する研究（94）も報告されている．
マイクロ・ナノ加工分野ではポリシングによるマイクロ形状創成に関する研究（95）が報告されている．
油剤及びクーラントに関する研究では，クーラントと研削工具の相互作用に関する研究（96），新しい超仕上げ用水溶性クーラントに関する研究（97），非ニュートン流体基の非接触ポリシングに関する研究（98）が見られた．
超音波援用研削・研磨加工では，超音波振動援用研削による超硬合金の穴あけ（99），ステンレスの超音波援用ホーニングによる表面性状に関する研究（100）及び楕円振動超音波援用によるCFRPの研削の研削力に関する研究（101）が報告されている．
研削・研磨現象の評価，解析的な研究では，マイクロ研削や磁気を用いたポリシング工具，砥粒や砥石の幾何学や運動学に関する理論的な解析を行った研究（102）-（105）が報告されている．加工の評価，解析では砥石に関するもの（106），樹脂の遊離砥粒研磨に関するもの（107），超砥粒に関する研究（108）も報告されている．新たな手法に関連して，Turn Grindingに関する研究（109）（110）が2件報告されている．
知能化に関する研究として，ニューラルネットワークを用いたAIによる知能研磨（111），砥石表面形状の測定（112）が報告されている．また研削砥石の強化としてCFRPを用いた試み（113）が報告されている．
工作機器に関する研究では新素材とIoT知能化に関する研究が多く見られた．
計測に関する工作機器の分野において多くの報告があった．NRROの影響に関して加振システムの開発に関する研究（114），工作機械用新構造材料適用（115），無線ホルダによる主軸監視（116），工作機械用温度制御システム開発に関する研究（117），切削加工における遊星運動による摩擦テスト（118），オンマシン計測に関する研究（119）（120）が2件，ボール衝突によるマイクロ切削の動的評価（121）に関する報告もあった．
工具ホルダやチャックに関しては，冷凍ピンチャックよる薄物把持に関する研究（122），工具ホルダ改善によるチャッタ低減（123），工具ホルダ振動測定に基づくチッピングの認識（124），調整可能な把持テーブルによる薄壁形状のチャッタ低減に関する研究（125）等が報告されている．
ロボット応用に関する分野では，切削ロボットの精度向上のためのオフラインシミュレーションに関する研究（126） ，ロボット切削の動的振動抑制（127），ロボットによる磁性流体を用いた非球面研磨に関する研究（128）が報告されている．
特殊な機器を用いた加工では，真空環境での岩石のワイヤソー切断加工に関する研究（129）及びワイヤソーによる岩石切断加工（130），ブローチ工具の設計とシミュレーション（131）やブローチ加工とその工具，工作機械に関する報告（132）があった．
バニシング加工に関して超音波援用回転バニシング加工（133）と超音波援用ボールバニシング加工（134）に関する報告があった．
工作機器その他では，回転マルチプレーンウォータージェットによる多材料剥離に関する研究（135），また研削盤砥石カバーの衝突安全性に関する研究（136）が報告されている．
持続可能な開発目標に呼応する形で，難削材や新素材加工のための工具や加工方法に関する研究が潮流となっており，ICTや医療機器にも関連する微細な加工に関する研究も必要性が見込まれる．自動車の電動化が目前に迫る中で，昨今の研削研磨分野での関心として，歯車の高精度仕上げ加工に関する需要が挙げられる．内燃機関より振動及び騒音の少ないEVでは，今まで気になりにくかった歯車音の低減が重要視されつつあり，また，航続可能距離向上の面からも，より高精度な歯車仕上げ加工が必要となってきていると言える．IoT, AI及び知能化も，ものづくりのキーワードとなって久しいが，よりフレキシブルな加工や工具，また産業用ロボットによる加工の取り組み等，単なる自動化にとどまらない製造分野の変革が目前となりつつある．
〔田中 秀岳 上智大学〕
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16.8 加工計測
ここでは．主に「加工計測」として，機上測定，表面計測，三次元測定，工作機械の運動誤差評価などに関連する計測技術及び手法をレビューする．他節との重複があるかもしれないが，2020年の加工計測に関する論文は本会論文集に2編，精密工学会誌に5編，JAMDSMに2編，Precision Engineeringに25編，CIRP Annals -Manufacturing Technologyに13編を数えた．
2020年度は機上計測への関心の高まりを受け，接触式プローブによる形状測定と誤差補正法（1），プローブ・プリトラベル誤差の加工機上評価と補正（2），V字型部品角度の機上測定（3），機上計測用の接触式小型プローブ（4）などのオンマシン計測が報告された．またインプロセス計測では偏光現象を利用した透明光学部品計測（5）や積層造形中の高さ測定（6）が報告された．
表面計測では，単色干渉計との組み合わせによる原子間力顕微鏡（AFM）のトレーサビリティ（7）やCritical Dimension （CD）-AFMプローブの動特性解析（8）など高精度化に関する取り組みがあった．また表面の異物や微小凹凸の検出では，短時間かつ広範囲検出可能な光学的手法が複数報告され，一例として，液体の蒸発を利用したナノ異物検出（9）や多方向照明による凹凸欠陥検出（10），マルチビーム角度センサを用いた円筒表面形状計測（11）があった．また擦り合せ検査の画像検出化（12）のように目視点検をコンピュータビジョンに置き換える研究も報告されている．
三次元測定では非接触計測法が複数報告され，例として，ライン構造化照明に基づく歯車の三次元測定（13），X線CT（14），マルチテラレーション座標測定システム（15），光コムレーザによる測距計測（16）などがあった．また動的な対象のリアルタイム三次元追跡も報告されている（17）．三次元測定では校正もまた重要な課題であり，X線CT（18）やステレオカメラ（19）の不確かさに関する研究，接触式CMMプローブ形状の校正（20），プロファイルセンサ位置の6自由度校正（21）に関する研究が報告された．機械学習は様々な分野で活用されており，三次元測定への利用も報告されている（22）．
工作機械の運動誤差の計測では高精度測定の多軸化の重要性が増しており，二次元デジタルスケールを用いた運動誤差とクロストークの評価（23），NC工作機械のアクティブ振動抑制による動的特性の評価（24），主軸の工具回転非同期振れによる加工面影響の分析（25），直動ボールガイドシステムの高精度化（26）（27），5軸加工機の準静的剛性の測定（28），ボールバーとR-testを使用した同時三軸制御運動測定（29），ダブルボールバーを使用した産業用ロボットの校正（30）が報告されている．また工作機械自体の運動誤差と工具設置誤差の同時測定（31），旋盤ワークの幾何学的誤差の測定及び解析（32），超精密旋盤に統合された光学式プローブの位置決め手順に関する提案（33）などが報告され，工作機械の運動誤差の測定や評価のみならず，機上計測に関連した工具やワークの運動誤差計測に関する研究の進展が見受けられる．さらに運動誤差測定の新たなセンサや測定法として，6-DOFレーザ干渉ステージ（34）や3点法の改良（35）が報告された．
〔伊東 聡 富山県立大学〕
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