微細構造アレイは先進的な光学システムの重要な機能担体であり、その大規模生産は主に金型成形に大きく依存しています。一般的な金型は、金型鋼などの加工困難な材料から作られ、その表面微細構造の高効率かつ高精度な加工は技術的な重要課題です。これを解決するために、高周波楕円振動切削（High-frequency Elliptical Vibration Cutting, HEVC）と高速工具サーボ（Fast Tool Servo, FTS）技術を組み合わせる手法を提案し、加工精度と効率の両面向上を図りました。縦曲げ結合振動の伝達行列解析モデルを構築し、高周波楕円振動切削装置の構造設計を preliminarily 完了し、有限要素法シミュレーションと最適化解析を組み合わせて、共振周波数110 kHzの軽量高周波超音波楕円振動装置を開発しました。本装置は曲げ振動方向および縦振動方向にそれぞれ安定した振幅2.5μmおよび1μmを出力可能です。続いて複合加工プラットフォームを構築し、負荷質量が高速工具サーボシステムの出力振幅に与える影響を体系的に分析し、最適作動負荷範囲（≤100 g）を明確化し、開発した振動装置と高速工具サーボシステムの動的カップリングの実現可能性を検証しました。最後にS136金型鋼を対象に微細構造アレイの切削実験を行い、加工した微細構造アレイの形状は均一であり、構造輪郭の深さ誤差および幅誤差はそれぞれ11.62％および3.61％であり、工具摩耗は無視できることを確認しました。本研究は提案した複合加工方案の実現可能性と安定性を検証するとともに、加工困難材料の表面における複雑な微細構造の高効率超精密加工の有効な技術的アプローチを提供します。

超精密加工;金型鋼;微細構造アレイ;超音波楕円振動切削;高速工具サーボ