走査型電子顕微鏡下における単一砥粒の加工試験・分析の一貫システムの構築

• 研究課題/領域番号: 23K22696
• 補助金の研究課題番号: 22H01425 (2022-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2022-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 土屋 健介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (80345173)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2024年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 顕微鏡 / マニピュレータ / 力センサ / 砥粒加工 / 化学反応

研究開始時の研究の概要

固定砥粒による機械化学研削加工は次世代半導体材料の加工技術として注目されているが、その加工メカニズムに不明点があり実用化に至っていない。そこで、本研究では、多軸の微小力センサを有する多軸のマイクロマニピュレータを用いることで、数μm～サブμmの砥粒一粒に注目して、加工点、荷重、加工速度を自由に設定し、様々な条件の加工試験を可能にする。また、加工試験自体を電子顕微鏡観察下で行うことで、砥粒・加工物・切屑について、加工中の挙動と、形状や成分の分析をその場で観察・分析することができる。これらによって、単一の砥粒による機械化学研削加工を詳細に解明し、各種条件最適化によって加工性能を向上させる。

研究実績の概要

本研究では、機械化学研削加工において砥粒と加工物の界面で何が起きているのか、ということを、電子顕微鏡観察下で単粒加工試験を行うことで実現する。今年度は、前年度に開発したシステムを用いて、各種材料による加工実験を行った。砥粒の材質として、酸化シリコン、酸化セリウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化チタンを選定し、被削材としては、シリコン、炭化ケイ素の基板をテストした。それらの組み合わせによって加工能率の違いや最適な荷重・加工速度を検討した。また、加工点の元素分析を行うことで、加工点での化学反応の有無や切屑生成の状況を把握した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

概ね計画通りに研究開発が進み、想定された研究成果を得ているため。

今後の研究の推進方策

今後は被削材にタングステン、ダイヤモンド等の基板をテストする。また、必要に応じて加工点を加熱して化学反応の促進を図る。