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本研究の目的は、形状自由度が高くかつ高能率な微細加工を実現するために高静水圧環境を利用した硬脆材料の無欠陥切削加工方法を検討することである。
そこで本研究では高静水圧環境切削加工実験装置を開発し、その切削加工特性を検討した。本装置は圧力チャンバー、4000気圧を発生する油圧システム、高圧チャンバー内に組み込む切削実験装置、コントローラからなる。精密な切削実験が行えるように高精度な工具ステージを新たに開発し、またそれをコントロールするモータドライブシステムを開発し、サブミクロンオーダーの切込み設定が行える切削実験装置を完成させた。またチャンバー中での切削状態をモニタリングするために4000気圧中で使用できる切削動力計を開発した。これらを装置本体に組み込み高静水圧下で安定して所定の切削実験が行えることを確認した。
この高静水圧環境切削加工実験装置を用い、ソーダガラス、石英ガラス、水晶、シリコンの切削実験を行い、高静水圧下での切削特性を検討した。工具として単結晶ダイヤモンド工具を用い、端面切削実験を行った。切削痕をレーザー顕微鏡で観察することにより、静水圧により延性-脆性遷移挙動が変化し、加工欠陥の発生が抑制されることを確認した。次に、高静水圧下での切削主分力、背分力を測定した。この結果、高静水圧環境下では見掛けの切削力が増大すること、また摩擦角(すくい面摩擦係数)が増大することが判った。
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