超精密切削工具の微小損耗の解明と制御

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01460103
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 井川 直哉 大阪大学, 工学部, 教授 (60028983)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大森 義市 大阪大学, 工学部, 講師 (80029040) ; 島田 尚一 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029317)
• Keywords: 超精密切削 / ダイヤモンド工具 / 損耗 / 熱化学的損耗 / 熱力学 / 量子化学 / 損耗機構

Research Abstract

超精密切削加工技術の加工精度および信頼性向上のためには、残された最大の問題である、ダイヤモンド切削工具の損耗特性、損耗機構の解明が不可欠である。本研究は、ダイヤモンドが本質的に高温下で損耗し、鉄などの接触物質があるとそれが促進されることから、本質的には熱化学的過程にもとづくと考えられるダイヤモンドの微小損耗機構を明らかにし、あわせてその制御を試みるもので、今年度の研究成果は次のとおりである。
1.各種被削材金属との接触加熱実験を行い、ダイヤモンドの損耗は接触金属が酸化する温度および雰囲気の時に生じること、接触金属表面が酸化物で覆われてしまうとダイヤモンドの損耗は生じなくなることを明らかにした。また、アルミニウムでは金属の炭化により損耗が進む可能性があることを明らかにした。
2.損耗機構の解明のために熱力学および量子化学的な手法にもとづく解析を行い、ダイヤモンドの表面に吸着した酸素原子はダイヤモンド表面を安定化すること、さらに、その外側に金属原子が接近すると、ダイヤモンド表面の炭素原子が不安定になり、吸着酸素と反応して一酸化炭素となって脱離することを明らかにした。
3.損耗を支配する要因は、主として、酸素分圧と温度であることが明らかになり、これらを適当に選ぶことでダイヤモンドの損耗をある程度制御できることが明らかになった。しかし実用的な切削条件下では損耗を大幅に減少させることはかなり困難である。むしろ積極的に損耗を生じさせ、ダイヤモンドの加工法として応用する方が有効であると思われる。

Research Products

• [Publications] 西村 一仁他: "超精密ダイヤモンド工具の信頼性向上(第2報)ーー結晶欠陥と摩耗の相関ーー" 1990年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 537-538 (1990)
• [Publications] 井川 直哉他: "高信頼工具用ダイヤモンド原石の科学的選別法" 1990年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 539-540 (1990)
• [Publications] 井川 直哉他: "熱履歴によるダイヤモンドの強度変化に対する酸素分圧の影響" 精密工学会1990年度関西地方定期学術講演会論文集. 25-26 (1990)