レーザによる急加熱部近傍で発生する引張応力を利用した脆性材料の新しい除去加工技術

• 研究課題/領域番号: 26420067
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 佐世保工業高等専門学校
• 研究代表者: 森田 英俊 佐世保工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40332100)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: レーザ加工 / 熱応力加工 / 脆性材料 / 応力拡大係数 / 非接触加工 / 除去加工 / 熱応力割断

研究成果の概要

ある条件でガラス表面にレーザを走査させると，溝のような形状のき裂がレーザ誘起熱応力によって誘導され，カールしたガラス片と鏡面の溝が発生する現象がある．本研究の目的は，この現象のメカニズムを解明し，脆性材料の砥石研削に代わる新たな除去加工技術へと応用するための指針を得ることである．特に本研究期間では，レーザ照射領域よりも狭いガラスに対して本現象を適用し，そのき裂の深さと先端の位置関係を，FEM解析から評価した応力拡大係数の分布と比較・検証し，そのメカニズム解明に取り組んだ．また，最低限必要な初期き裂の形状や寸法についても応力拡大係数から予測した．

研究成果

• [雑誌論文] レーザ誘起熱応力を利用した脆性材料の非接触除去加工技術の可能性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森田英俊
  • 雑誌名: レーザ加工学会誌 巻: 22-1
  • 査読あり
• [学会発表] レーザーを利用した脆性材料の除去加工技術開発(線膨張係数の温度依存を考慮) (2017)
  • 著者名/発表者名: 諸岡 優, 松山 史憲, 森田 英俊
  • 学会等名: 日本機械学会 九州学生会 第48回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 琉球大学
• [学会発表] レーザかんな加工の最適初期き裂形状の検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松浦晋也，森田英俊，山口諒真，松山史憲
  • 学会等名: 日本機械学会九州支部第70期総会・講演会
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] Thermoelastic analysis of 3D solid with ellipsoidal cavity under SD induced thermal stress (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Saimoto, Y. Nara, Y. Sonobe, H.Morita
  • 学会等名: 17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: Xi'an China
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] Two-dimensional analysis of glass surface peeling process using CW laser (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Sonobe, Y. Nara, H.Morita, A. Saimoto
  • 学会等名: 17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: Xi'an China
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] In situ observation of peeling process in glass surface by CO2 laser (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nara, K. Araki, A. Saimoto, H.Morita
  • 学会等名: 17th International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: Xi'an China
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] レーザを利用した脆性材料の除去加工技術開発（最適初期き裂形状の検証） (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田享平，松山史憲，森田英俊
  • 学会等名: 日本機械学会九州支部第47回卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 鹿児島工業高等専門学校
  • 年月日: 2016-03-04
• [学会発表] レーザを利用した脆性材料の除去加工技術開発（定常状態におけるき裂先端位置の検証） (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹里光世，松山史憲，森田英俊
  • 学会等名: 日本機械学会九州支部第47回卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 鹿児島工業高等専門学校
  • 年月日: 2016-03-04
• [学会発表] レーザを利用した脆性材料の新しい除去加工技術開発（熱応力による水平亀裂の誘導） (2015)
  • 著者名/発表者名: 家永龍之介，森田英俊，松山史憲，才本 明秀，奈良康永
  • 学会等名: 日本機械学会九州支部，長崎講演会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス 工学部１号館
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] CO2レーザによる熱応力を利用したガラスの水平き裂誘導(応力拡大係数によるき裂先端位置及び深さの推定) (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩永駿介，森田英俊
  • 学会等名: 第46回日本機械学会九州支部九州学生会卒業研究発表講演会(2015)
  • 発表場所: 北九州工業高等専門学校
  • 年月日: 2015-03-03