| Research Abstract |
実験装置(特に光学系)の設計・製作を行い,ガラスにおいて,レーザの照射形状,出力,移動速度を変えて,連続除去屑ができる加工条件を実験により探索した.また,実験から得られた連続した除去屑が発生する条件を,FEMによる熱弾塑性解析によって可能な限り再現し,この除去屑が材料を溶融させず,連続的に発生するメカニズムの解明に努めた.
まず,レーザ光を集光し,(単軸ロボットを利用した)移動テーブルを設置し,レーザ研削実験装置を製作した.現在所有しているCO_2レーザ(現有設備)の実験装置は,集光がなく平行光のまま利用する装置なので,急激な応力差を生み出し,目的の除去屑を発生させるためには,エネルギー密度が不足している.そこで,レーザ光をレンズで集光し,エネルギー密度を高めた装置に改良を行った.
レーザ光を集光し,加熱点半径,出力,移動速度を変えて実験を行い,連続除去屑のできるガラスの加工条件を探索した結果,エネルギー密度の高さに比例して発生する領域が広がること,安定して発生することが確認された,このことから,本現象が熱衝撃を起因とすることが推測された.
母材側に組織変化や亀裂の発生など深刻なダメージが発生していないかを,顕微鏡等で観察を行った.加熱中心部の円弧状断面部には深刻なダメージは見られずほぼ鏡面であった.ただし,加工条件成立範囲内でも速度が速い領域では,端部に不規則なき裂が生じていた.低速度領域では,微小ではあるが周期的な凹凸が確認されたものの,ほぼレーザ進行方向に対して直線状になっていることが確認された.
この現象をFEMによる解析を行った結果,線膨張係数やヤング率,比熱の温度依存性を考慮して行うことで,溝形状となるための応力分布を示すことができた.今後,さらに詳細に解析を行い,メカニズムの更なる解明に努める.
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