2018 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of a practical fixed abrasive polishing technique for ultra-smooth machining of hard and brittle substrate material
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18K03886
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
山口 智実 関西大学, システム理工学部, 教授 (10268310)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古城 直道 関西大学, システム理工学部, 准教授 (80511716)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超仕上げ / メカノケミカル反応 / 固定砥粒研磨 / 複合砥粒砥石 / サファイア / 光学ガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，開発してきたMC／MC複合砥粒砥石および硬質砥粒砥石を用いた超仕上げによる固定砥粒研磨技術の実用的確立を達成するため，以下の3つの課題に対して研究を行ってきた。
(Ⅰ) ガラス・シリコンの超平滑化における表面下損傷の発生と超仕上げ条件との関係の解明：光学ガラスの研削・研磨加工における表面化損傷（SSD）3次元形状の可視化システムの構築を行った．ガラスより軟質なセリア砥石を用いて約0.35μm間隔で超仕上げし，逐次定点観察した各加工面から画像処理ソフトを用いてSSDを抽出し，深さ方向へ重ね合わせて断層補間することでSSDを3次元画像化する．本年度は，光学ガラスSK16を対象として，ビッカース圧痕と粗仕上の2通り方法を用いてSSDを故意に発生させて，その3次元形状の可視化が可能であることを確認した．
(Ⅱ) MC／MC複合砥粒砥石の目直し条件と超仕上げ性能との関係性の解明：本年度は，シリコンの超仕上げにおいて，目直しが砥石表面や超仕上げ性能に与える影響を調査し，また，ベイズ推定を適用することで，加工前の砥石表面状態及び目直しの状態からその後の超仕上げ性能をどの程度判定できるかを検討した．その結果，シリコンを良好な仕上げ面に加工できる加工前の作業面積率の範囲，その作業面積率にするための目直し量と仕上げ量を明らかにし，ベイズ推定を適用することで，砥石表面状態および目直し量から，超仕上げ性能の予想精度向上が可能であることを示した．
(Ⅲ) サファイアに対する多段超仕上げ工程設計システムの構築：本年度は，多段超仕上工程時間のさらなる短縮のため，まず、仕上量推定が困難であった砥石損耗が著しい砥石の砥石損耗要因を明らかにし，多段超仕上げの全工程で仕上量推定が可能になった．そして，仕上量推定方法を用いた新たな多段超仕上げ工程を提案し，工程時間の短縮を実現することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(Ⅰ) ガラス・シリコンの超平滑化における表面下損傷の発生と超仕上げ条件との関係の解明
当初考案していた視覚化システムを実際に構築し，かつ，そのシステムの有効性について確認できたことから，ほぼ予定通りの研究を進めることができた．
(Ⅱ) MC／MC複合砥粒砥石の目直し条件と超仕上げ性能との関係性の解明
予定通り，シリコンを良好な仕上げ面に加工できる目直し条件を特定でき，さらに，ベイズ推定を適用することで，超仕上げ性能の予想精度向上が可能であることを示せたことから，予定以上の進展が得られた．
(Ⅲ) サファイアに対する多段超仕上げ工程設計システムの構築
過去の多段工程において，性能の推定が困難であった砥石に対して，その推定困難な理由を明らかにできたこと，そして，さらに総加工時間の短い多段工程が得られてことから、ほぼ予定通りの研究を進めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
(Ⅰ) ガラス・シリコンの超平滑化における表面下損傷の発生と超仕上げ条件との関係の解明
システム構築においては，画像処理から求めたSSDの3次元形状の高精度化を進める．一方，加工特性においては，過去条件とSSDの発生／分布との関連について明らかにしていく．
(Ⅱ) MC／MC複合砥粒砥石の目直し条件と超仕上げ性能との関係性の解明
シリコンを良好な仕上げ面に加工できる目直し条件を特定できたものの，何故その目直し条件で良好な仕上げ面が得られるのか，その理由については明らかにされていないので，その理由を明らかにすべく，新たな目直し条件を代表するパラメータを見つけ出し，目直し条件と良好な仕上げ面が得られる加工条件との関係について明らかにしていく．
(Ⅲ) サファイアに対する多段超仕上げ工程設計システムの構築
現在のシステムは，各砥石と加工条件を入力すれば、ほぼ実際に近い仕上げ量と加工面粗さを出力することができるが，最適な工程（砥石の種類と順番，各砥石の加工条件）を導き出すことはできない．そこで、最適解を得られるための逆システムを求めていくことを考えていく．
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