Establishment of a practical fixed abrasive polishing technique for ultra-smooth machining of hard and brittle substrate material

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K03886
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: 山口 智実 関西大学, システム理工学部, 教授 (10268310)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古城 直道 関西大学, システム理工学部, 教授 (80511716)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，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：本年度は，SSDの発生とガラス内部に発生する応力には関連があると考え，昨年度に引き続き，有限要素法を用いた3次元応力解析を行なった．その結果，解析上で光学ガラス内部に発生する応力分布は光学ガラスのヤング率とポアソン比によって変化することが判明した．またこの2つの物性値を用いて，解析上で光学ガラス内部に発生する応力分布を推測することを可能とした．しかし実際に発生するSSDを予測するには至らなかった．
(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，砥石の目直し時における砥粒軌跡の中でも，特にドレッサ砥粒の干渉開始角度θ(砥石に対してドレッサの砥粒が切り込む角度)に注目した．まず，θ=22°で目直しを行い，その後繰り返し超仕上げ加工を行なう事により，過去に行なわれたθ=5°，39°目直しとの比較を行なった．結果として，θ=5°，θ=39°目直し後の砥石は，それぞれ超仕上げ3回目，6回目でSi表面粗さが悪化し，目直し間寿命を迎えたが，θ=22°目直し後の砥石は超仕上げ11回目でも良好なSi仕上げ面が得られた．この差の原因を調査した結果，目直し後の砥石作業面中の硫酸バリウム(BaSO4)の割合の減少率の差が関係していることが明らかになった．すなわち，減少率が小さいほど目直し間寿命は長くなることがわかった．
(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，昨年度に引き続き，使用している超仕上げ盤の加工圧力を加工中に変化させる制御機能を付加するため，圧力付与機構の改良を行った．