Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

硬脆材料 / 精密切削加工 / 無欠陥加工 / 高静水圧 / 割れ / 延性モード切削 / 切削力 / 割れ率 / ガラス / 二次元切削 / シリコン

本研究の目的は、形状自由度が高くかつ高能率な微細加工を実現するために高静水圧環境を利用した硬脆材料の無欠陥切削加工方法を検討することである。
そこで本研究では高静水圧環境切削加工実験装置を開発し、その切削加工特性を検討した。本装置は圧力チャンバー、4000気圧を発生する油圧システム、高圧チャンバー内に組み込む切削実験装置、コントローラからなる。精密な切削実験が行えるように高精度な工具ステージを新たに開発し、またそれをコントロールするモータドライブシステムを開発し、サブミクロンオーダーの切込み設定が行える切削実験装置を完成させた。またチャンバー中での切削状態をモニタリングするために4000気圧中で使用できる切削動力計を開発した。これらを装置本体に組み込み高静水圧下で安定して所定の切削実験が行えることを確認した。
この高静水圧環境切削加工実験装置を用い、ソーダガラス、石英ガラス、水晶、シリコンの切削実験を行い、高静水圧下での切削特性を検討した。工具として単結晶ダイヤモンド工具を用い、端面切削実験を行った。切削痕をレーザー顕微鏡で観察することにより、静水圧により延性-脆性遷移挙動が変化し、加工欠陥の発生が抑制されることを確認した。次に、高静水圧下での切削主分力、背分力を測定した。この結果、高静水圧環境下では見掛けの切削力が増大すること、また摩擦角(すくい面摩擦係数)が増大することが判った。

機械加工 / 硬脆材料 / 無欠陥加工 / 高静水圧環境 / シリコンウェファー / ガラス / 水晶 / 超微細加工 / 静水圧 / シリコンウェーハ- / ダイヤモンド工具

本研究は、近年、高機能材料としてその用途が拡大している種々の硬脆材料(シリコン、水晶、セラミックス等)を高能率に無欠陥加工を実現する方法を検討することを目的として、特に加工環境が加工状況に及ぼす影響を検討したものである。本研究は、当初、加工雰囲気の影響を検討したが、幾つかの予備的検討を行っていくうちに、雰囲気の効果より静水圧の効果の方が顕著であることに気が付いた。そこで高静水圧環境内で機械加工を行うための装置を開発し、シリコンウェーファ一、ガラスおよび水晶を被削材として、静水圧による加工欠陥抑制効果を検討した。
本装置は5000気圧の静水圧環境下で、ダイヤモンドピンを工具として一定荷重で押し付けなから引掻加工試験を行うものである。圧力媒体としてケロシンまたはタービン油を用い、試験は4000気圧下で行った。試験片を装置から取り出した後、引掻加工によって生じたスクラッチ割れを顕微鏡で観察し、割れの発生率を測定し、静水圧が割れ発生に及ぼす影響を調べた。また同様な試験を同じ装置を用いゼロ気圧下で行い、それらの結果を比較した。この結果、シリコンウェーファーおよびガラスについては、高静水圧を負荷することにより明らかにスクラッチ割れが減少することが判った。また水晶については、非常に割れの発生が多く定量的に比較は出来なかったが、クラックの形態が異なっており、静水圧により割れの発生状況が変化することが確認された。この様に、本加工法の有効性が確認された。