2023 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrashort pulse laser / diamond processing capability enhancement and process link optimization on sapphire capillary
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21H01231
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
片平 和俊 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70332252)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 多結晶ダイヤモンド / レーザ加工 / 研削加工 / サファイア / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超短パルス（フェムト秒）レーザ，ナノ多結晶ダイヤモンド（NPD），微細多結晶ダイヤモンド（PCD）工具等，それぞれの加工性能を強化/最大化させるとともに，それらのプロセスリンクを至適化することで，高精度長尺サファイア毛細管等の高付加価値微細キーパーツ創製を実現することを目的としている．本年度は，PCDボールエンドミルを用いて超硬合金の高品位加工を実施した．同研究を推進する過程において，焼入れ鋼や超硬合金を加工する際には，むしろダイヤモンド砥粒の突出しを研磨により除去した工具の方がより高品位な加工面が得られることを確認した．研磨したPCD工具による超硬合金加工においては，被削材表面の微小域塑性流動を主体とした材料除去モデルが主体的であった．さらに，PCD工具と同形状の単結晶ダイヤモンド工具を用いて実験を行い，加工特性の違いを評価した．金属製細胞培養器開発に資する極小径PCDエンドミルによるCo-Cr 合金の微細溝加工に関する共同研究も継続している．また，市販品最小のPCDスクエアエンドミルを用いて窒化ケイ素の微細溝加工を行った．切込み深さの大きいクリープフィード加工により，窒化ケイ素を高品位/高効率に延性モード加工できることを確認した．一方，フェムト秒レーザ照射と大気圧プラズマ処理をインテグレーションした表面改質システムの開発も行った．同装置を用いてTi-6Al-4Vの表面改質効果を調査した．LP シリーズ（レーザとプラズマの両方を照射したサンプル）は優れた摩擦摩耗特性を示した．その要因として，3つの要因の相乗効果によって引き起こされることが示唆された．レーザ誘起の周期的な表面溝の均質化による平滑性の向上，結晶粒の微細化によって生じる高硬度化，酸窒化物の形成によってサンプルに与えられる高靱性と低摩擦特性であることが明らかとなった．
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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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