SiC金型切削とナノ構造形成およびグラフェン成膜による高機能ガラス光学素子成形
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21H01230
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
閻 紀旺 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40323042)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
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| Keywords | ガラス成形 / 金型加工 / 超精密切削 / グラフェン成膜 / 微細構造表面 / 超硬合金 / SiC / レンズアレイ / プレス成形 / 光学レンズ |
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| Outline of Research at the Start |
分割切削法を用いて超硬合金や反応焼結SiC金型の超精密加工を行い，切削面へフェムト秒レーザを照射することによって表面ナノ周期構造を形成させる．さらに金型表面へグラフェン膜をコーティングし，高温ガラスプレス成形に使用する．これにより，ガラス製マイクロレンズアレイなどの微細構造表面の高精度創成を可能にする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ガラス製マイクロレンズアレイや各種の微細構造表面の高精度創成を可能にするため，スローツールサーボ（STS）援用分割切削を用いて超硬合金や反応焼結SiC金型の超精密加工を行い，切削面へフェムト秒レーザを照射することによって表面ナノ周期構造（LIPSS）を形成させ，さらにLIPSS表面へグラフェン膜をコーティングすることによって高精度・長寿命かつ離型性の優れる金型を製作することを研究目的としている．これまでに XZB3軸同時制御の超精密加工機へSTS制御ユニットを搭載させるための加工機改造を行い，STS制御プログラムの開発とツールパスの最適化によって加工機の追従誤差を低減させた．また，超硬合金と反応焼結SiCを基板とするマイクロレンズアレイ金型の切削を行い，基本加工特性を解明し，工具と工作物の間欠接触により刃先の冷却効率を向上させ工具摩耗を抑制する方法を検討してきた．さらに，金型表面へのLIPSS（レーザ誘起ナノ周期構造）形成とグラフェン成膜を行い，その形成メカニズムや成膜特性の究明を行った．令和５年度では，LIPSS形成とグラフェン成膜を行った金型を用いてガラスマイクロレンズアレイの成形を行い，成形機構や界面現象を調べ，最適な成形条件の解明を行った．具体的には，開発した金型を用いてガラスのプレス成形実験を行い，マイクロレンズアレイ形状の転写精度を計測し，粘弾性理論に基づいて有限要素法によりガラスの微視的な流動現象を可視化し，プレス成形メカニズムの解明を試みた．さらに成形過程におけるガラスとグラフェン膜と表面形態変化について観察と分析を行い，ガラス・グラフェン膜・金型基材間の界面現象を調査した．その結果，界面構造の最適化によって，離型力の低減と金型の長寿命化を達成する可能性を見出した．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(8 results)
