柿沼　康弘 （カキヌマ　ヤスヒロ）

Kakinuma, Yasuhiro

写真a

所属（所属キャンパス）

理工学部 システムデザイン工学科 （矢上）

職名

教授

HP

外部リンク
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経歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2004年04月
    -
    2005年03月

    21世紀COEプログラム 「知能化から生命化へのシステムデザイン」RA

  • 2005年04月
    -
    2008年03月

    慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科　助手（有期）

  • 2008年04月
    -
    2010年03月

    慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科　専任講師

  • 2010年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科　准教授

  • 2012年09月
    -
    2013年08月

    ライプニッツ大学ハノーファー，工作機械研究所，客員教授

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2002年03月

    慶應義塾大学, 理工学部, システムデザイン工学科

    大学, 卒業

  • 2004年03月

    慶應義塾大学, 理工学研究科, 総合デザイン工学専攻

    大学院, 修了, 修士

  • 2006年03月

    慶應義塾大学, 理工学研究科, 総合デザイン工学専攻

    大学院, 修了, 博士

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学位 【 表示 ／ 非表示 】

  • 博士（工学）, 慶應義塾大学, 課程, 2006年03月

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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 加工学、生産工学 （Production Engineering/Processing Studies）

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 設計工学 （設計工学・機械機能要素・トライポロジー）

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 機械要素、トライボロジー （設計工学・機械機能要素・トライポロジー）

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研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

  • マイクロ・ナノ加工

  • 機械要素

  • 機能性流体・エラストマ

  • 知能化工作機械

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研究テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

  • 状態融合外乱オブザーバを応用した軸統合型広帯域加工力推定による革新的プロセス監視, 

    2015年04月
    -
    継続中

  • マルチタレット型複合加工機による複雑形状の簡易・確実・高精度な知的加工システムの研究開発, 

    2014年10月
    -
    継続中

  • 電気粘着効果を発現する機能性表面の開発と極限環境保持機構への応用, 

    2012年
    -
    2015年

  • 周波数帯分離型位置-力ハイブリッド制御による能動安定化切削加工法の開発, 

    2012年
    -
    2014年

  • 拡張ナノ空間プロセシングよる高度光利用の創出, 

    2011年
    -
    2013年

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

  • Digital Twin in Process Planning of the Additive and Subtractive Process Chain for Laser Metal Deposition and Micro Milling of Stainless Steel

    Denkena B., Wichmann M., Malek T., Nguyen H.N., Kato M., Isshiki K., Koike R., Kakinuma Y.

    Journal of Manufacturing Science and Engineering 146 （ 7 ）  2024年07月

    ISSN  10871357

    　概要を見る

    Additive and subtractive (Add/Sub) manufacturing processes are increasingly being combined to produce complex parts with unique geometries and properties. However, the design of such combined processes is often challenging as it requires a deep understanding of the interaction between the different processes. On the other hand, digital twin (DT) technology has become a powerful tool in recent years for optimizing manufacturing processes. This article explores the use of the digital twin technology for a holistic process planning of combined additive and subtractive processes. The article describes the integration of laser metal deposition (LMD) and micro-milling prediction models of resulting geometry (width and height), hardness, and surface roughness into the digital twin. This is then used for combined process planning to achieve different target values regarding resulting geometry and surface roughness. For the planning of this combined process chain, further criteria such as tool life, energy, and process time are considered in the optimization, showing the potential for sustainable and efficient production. Sensorless cutting force estimation is also used to detect small cutting forces, with the potential to use this as a soft sensor for roughness estimation. The measured width, height, and roughness as a result of the process parameters suggested by the optimization algorithms showed a mean absolute percentage error (MAPE) of 4, 17, and 16%, respectively.

  • Task Planning Optimization in Assisting Multiple NC Machine Tools Using AMR

    Kusashio K., Yakoh T., Kakinuma Y.

    Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Technology 2024年

    ISSN  26410184

    　概要を見る

    Although advanced manufacturing strategies such as Industry 4.0 are becoming popular, many small and medium-sized enterprises (SMEs) are still facing challenges in factory automation. One of the reasons is that factory automation may require significant system updates. A retrofittable system that handle versatile tasks is needed to facilitate easier integration in the manufacturing industry. This paper proposes a system that can assist multiple numerical control (NC) machine tools using an autonomous mobile robots (AMR). The tasks integrated are chip removal inside the NC machine tool's chuck, vibration analysis while the NC machine tool is processing and charging AMR. AMR has to perform these tasks within the production line's strict time constraints and AMR's battery constraint. The proposed system produced a feasible schedule of the tasks. Numerical simulation evaluated the feasibility of the produced schedule. The produced schedule was verified by performing in the real world.

  • Experimental analysis of chemical removal effect in RISA grinding of optical glass

    Shimodo K., Takamaru H., Chiba Y., Kato H., Nagano M., Fukuta M., Tanaka K., Watanabe K., Hamazono K., Kakinuma Y.

    Procedia CIRP 123   304 - 309 2024年

    ISSN  22128271

    　概要を見る

    In the large-aperture lens manufacturing, not only high surface quality but also high productivity is required. From this perspective, Reaction-Induced-Slurry-Assisted grinding (RISA grinding), in which cerium oxide slurry is supplied instead of using general grinding fluid, has been developed to achieve high surface quality at high removal rate. However, the surface profile error becomes large due to chemical removal effect of the cerium oxide slurry. Therefore, the purpose of this study is to experimentally investigate the influence of the chemical removal effect on the surface profile error using AE signals and servo current signals in RISA grinding. First, relation between dwell time and removal depth is analyzed by conducting a basic grinding test without the workpiece rotation. The result shows that the actual removal depth increases with increase of dwell time despite applying the constant depth of cut. Then, zero-cut RISA grinding test is conducted. It is found that the removal process proceeds even though zero-cut grinding, and its removal rate varies according to the wheel feed rate. Furthermore, the amount of cerium oxide abrasives adhered to the grinding wheel can be estimated from the AE signals and servo current signals.

  • Machine Learning-Based Shape Error Estimation Using the Servomotor Current Generated During Micro-Milling of a Micro-Lens Mold

    Mizuhara K., Nakamichi D., Yanagihara W., Kakinuma Y.

    International Journal of Automation Technology 17 （ 2 ） 92 - 102 2023年03月

    ISSN  18817629

    　概要を見る

    The demand for the mass production of micro-lens arrays (MLAs) is increasing. An MLA is fabricated through an injection molding process, and its mold is manufactured by a five-axis high-precision machine tool using a small diameter endmill. A visual exam-ination is not available to judge the quality of the mold while machining. Therefore, an effective process monitoring technology must be developed. A promising approach is to apply a servomotor current to in-process monitoring because as long as the servomotor works well, no external sensors, capital investment, or maintenance processes are required. From this per-spective, a machine learning-based shape error estimation method using only the servomotor current is proposed. To explore the relationship between the motor current generated during micro-milling and the shape error of the mold, the servomotor current in X-, Y-, and Z-axes was recorded, and the corresponding shape error of the MLA mold was measured after ma-chining. Input data were prepared by converting time-domain servomotor current data to frequency-domain data using short-time Fourier transform and reduc-ing the dimensions of the data via principal compo-nent analysis. In terms of a meaningful label for the output data, the average shape error in the machined area corresponding to each window was provided. The input/output relationships were used to train five dif-ferent machine learning models, and the accuracy of shape error estimation using each model was evalu-ated. In addition, the estimation accuracies using the X-, Y-, and Z-axes were compared to find the axis that senses the shape error with the highest accuracy. The results show that the non-linear method using the X-axis servomotor current information closest to the machining point achieved the highest shape error estimation accuracy.

  • Model-based analysis of temperature-dependent dynamics in CFRP spindle unit

    Kato M., Kakinuma Y.

    CIRP Annals 72 （ 1 ） 337 - 340 2023年01月

    ISSN  00078506

    　概要を見る

    The application of CFRP to machine tool structures can potentially improve their dynamic characteristics and energy efficiency owing to its highly specific material properties. The different thermal characteristics of CFRP and steel in spindle units likely induce unique thermal deformation, which affects the bearing dynamics. This research proposes a modeling method of CFRP spindle unit dynamics via generalized multipoint receptance coupling with contact characteristics at the spindle-holder interface. The temperature-dependent mechanical properties are analyzed by parameter identification from the model. The translational stiffness and damping of bearings in the CFRP spindle increase with temperature increase at high rotational speed.

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

  • Sensor-less chatter vibration monitoring by mechanical power factor

    T. Hirano, Y. Yamada, Y. Kakinuma

    The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, 

    2015年10月
    , 

    口頭発表（一般）

  • Sensorless cutting force estimation in large scale ball-screw-driven machine tool

    Y. Yamada, Y. Kakinuma, T. Ito, J. Fujita , A. Tada, M. Sagara

    ISAAT2015, 

    2015年10月
    , 

    口頭発表（一般）

  • Identification of stable spindle rotation in milling with disturbance observer

    R. Koike, Y. Kakinuma, T. Aoyama, K. Ohnishi

    38th International MATADOR Conference, 

    2015年03月
    , 

    口頭発表（一般）

  • Helical milling of carbon fiber reinforced plastics using ultrasonic vibration and liquid nitrogen

    柿沼 康弘

    New production technologies in aerospace industry - 5th machining innovations conference (MIC 2014), Procedia CIRP, 

    2014年11月
    , 

    口頭発表（一般）

  • Tool collision detection in high-speed feeding based on disturbance observer

    柿沼 康弘

    Procedia CIRP, 

    2014年06月
    , 

    口頭発表（一般）

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

  • 化学反応誘起スラリー援用研削におけるCeO2粒子付着の安定化と形状制御

    2023年04月
    -
    2026年03月

    柿沼 康弘, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

  • 光学材料の超精密研削におけるクラック抑制サーボ制御手法の開発

    2018年04月
    -
    2021年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 柿沼　康弘, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

  • 光共振援用による次世代光学素子の高能率超精密加工への挑戦

    2016年04月
    -
    2018年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 柿沼　康弘, 挑戦的萌芽研究, 補助金,  研究代表者

  • 状態融合外乱オブザーバを応用した軸統合型広帯域加工力推定による革新的プロセス監視

    2015年04月
    -
    継続中

    日本学術振興会, 科学研究費補助金(文部科学省・日本学術振興会）, 補助金,  未設定

  • 新構造材料適用省エネ型工作機機械の研究開発

    2015年04月
    -
    2016年03月

    新エネルギー・産業技術総合開発機構, 戦略的省エネルギー技術革新プログラム（インキュベーション研究開発）, 受託研究,  研究分担者

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Works 【 表示 ／ 非表示 】

  • システムデザイン工学的思考に立脚した次世代先進加工システムを目指して

    柿沼 康弘

    2011年01月
    -
    継続中
    , 

    その他, 単独

  • 真空下での高速基板搬送を目的とした電気粘着保持機構の開発

    柿沼 康弘

    2011年01月
    -
    継続中
    , 

    その他

  • 粘弾性材料の極低温マイクロマシニング

    柿沼 康弘

    2010年10月
    -
    継続中
    , 

    その他, 単独

  • 電気で粘着性が変化する新素材“ERゲル”とその応用デバイス

    柿沼 康弘

    2010年03月
    -
    継続中
    , 

    その他, 単独

  • 工作機械用リニアモータ駆動テーブルの仮想モータ制御

    柿沼 康弘

    2007年07月
    -
    継続中
    , 

    その他, 単独

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知的財産権等 【 表示 ／ 非表示 】

  • 加工力監視システム及びそれを用いた工作機械

    出願日： 2009-122644  2009年05月 

    特許権

  • マイクロ加工方法，及びそのための装置

    出願日： 2008-121709  2008年05月 

    特許権, 共同

  • 電気レオロジーゲル及びそのシート

    出願日：   2004年03月 

    公開日： 2005-255701   

    発行日： 2004-65019 

    特許権

  • 研磨材，研磨工具，研磨装置，研磨材の製造方法，研磨工具製造方法及び研磨方法

    出願日： 2000-108581   

    公開日： 2006-281424   

    特許権

  • テーブル装置及びその制御方法

    出願日： 2005-9472   

    公開日： 2006-195919   

    特許権

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

  • 文科省若手科学者賞

    2014年04月, 文部科学省, 電気粘着エラストマの開発と精密機械の機能化に関する研究

  • 日本学術会議会長賞

    柿沼 康弘, 2012年09月, 日本学術会議, “外乱オブザーバ応用技術の開発”による

    受賞区分： その他

  • 優秀論文表彰

    柿沼 康弘, 2012年05月, マザック財団, “Detection of Chatter Vibration in End Milling applying Disturbance Observer”, CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol. 60, No.1, (2011)109-112”

    受賞区分： 出版社・新聞社・財団等の賞

  • 砥粒加工学会奨励賞

    柿沼 康弘, 2011年09月, 砥粒加工学会, センサレス力制御を応用した低弾性樹脂材の定圧研磨加工

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • Best Paper Award

    柿沼 康弘, 2010年10月, The 14th International Conference on Mechatronics Technology, Hybrid Control for Machine Tool Table applying Sensor-less Cutting Force Monitoring

    受賞区分： 国内外の国際的学術賞

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

  • システムデザイン工学輪講

    2024年度

  • マニュファクチュアリングアナリシス

    2024年度

  • 理工学基礎実験

    2024年度

  • 複合領域の理工学入門

    2024年度

  • システムデザイン工学研修

    2024年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

  • CIRP Research Affiliate, 

    2013年01月
    -
    継続中

  • ICPE2012　Program Committee, 

    2011年04月
    -
    2012年11月

  • 日本機械学会RC249「多軸多機能工作機械の先進化技術に関する研究分科会」, 

    2010年04月
    -
    2012年03月

  • 日本機械学会誌第88期トピックス委員会, 

    2010年04月
    -
    2012年03月

  • 日本機械学会生産加工・工作機械部門, 

    2010年04月
    -
    継続中

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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2013年01月
    -
    継続中

    幹事, CIRP Research Affiliate

  • 2011年04月
    -
    2012年11月

    委員, ICPE2012　Program Committee

  • 2010年04月
    -
    2012年03月

    研究協力委員, 日本機械学会RC249「多軸多機能工作機械の先進化技術に関する研究分科会」

  • 2010年04月
    -
    2012年03月

    委員, 日本機械学会誌第88期トピックス委員会

  • 2010年04月
    -
    継続中

    委員, 日本機械学会生産加工・工作機械部門

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