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Development of high-speed non-contact dry cleaving technology using stealth cracks generated in brittle materials

Research Project

Project/Area Number 17K06103
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Production engineering/Processing studies
Research InstitutionSasebo National College of Technology

Principal Investigator

Morita Hidetoshi  佐世保工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40332100)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsレーザ加工 / 熱応力 / 応力拡大係数 / き裂誘導 / 脆性材料 / ガラス / 熱応力加工 / スクライブ加工 / 破壊力学
Outline of Final Research Achievements

In this study, we verified the conditions for non-contact dry cutting technology of glass using the phenomenon that a vertical crack grows by the tensile stress generated in front of the heat source by the laser. As a result, it was found that when the laser irradiation was scanned at a single point, the area of tensile stress in front of the laser was narrow and there was a compressive stress field in front of it, so that the occurrence rate of warp in the laser scanning direction was high. Therefore, the experiment and analysis was conducted under the condition that two heat sources were arranged in the scanning direction and a wide range of tensile stress field generated behind the front heat source and a narrow high tensile stress field generated in front of the rear heat source were superposed. As a result, the occurrence rate of warp was reduced, and a condition was found that dry cutting of 100 mm/s was possible for a laser output of 30 W.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スマートフォンの普及により,薄板ガラスを高効率で割断する技術が非常に求められている.現在広く用いられているレーザスクライブ加工では,熱源後方を水冷することによって高速割断を可能にしたが,ウォーターマークが残ることや,電子基板と一体化したものの割断に不向きであるなどの問題点がある.
一方,本技術では水冷を用いず,加熱条件を工夫することで現状技術の速度に近い速度で割断できる可能性を示すことができた.また,これまで熱応力を利用した割断技術全般で用いられることが無かった熱源前方の引張応力場を活用できる可能性を示すことができた.

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019 2018

All Presentation (6 results)

  • [Presentation] レーザ誘起熱応力を利用したガラスの高速非接触ドライ割断加工技術の開発2020

    • Author(s)
      橋間文哉,森田 英俊
    • Organizer
      日本機械学会 九州支部 九州学生会第51回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ誘起熱応力によるガラスの鏡面溝加工技術開発 (き裂開口領域の検証)2019

    • Author(s)
      松田 尚太郎,永田 恵二郎,徳岡 真,橋間 文哉,森田 英俊
    • Organizer
      第13回 生産加工・工作機械部門講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ誘起熱応力による高速ドライ割断技術の開発2019

    • Author(s)
      徳岡 真,永田 恵二郎,森田英俊
    • Organizer
      日本機械学会 九州支部 九州学生会第50回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] レーザ誘起熱応力によるガラスの鏡面溝加工技術開発2019

    • Author(s)
      永田 恵二郎,徳岡 真,森田英俊
    • Organizer
      日本機械学会 九州支部 九州学生会第50回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] レーザかんな加工におけるき裂開口領域の検証2018

    • Author(s)
      松田知也,諸岡 優,松山 史憲, 森田 英俊
    • Organizer
      日本機械学会 九州支部 九州学生会第49回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 水平き裂誘導を利用した溝加工技術の開発(応力拡大係数によるき裂開口領域の検証)2018

    • Author(s)
      諸岡 優,松田知也,松山 史憲, 森田 英俊
    • Organizer
      日本機械学会 九州支部 九州学生会第49回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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