| 研究課題/領域番号 |
15K05738
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| 研究機関 | 福岡工業大学 |
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研究代表者 |
仙波 卓弥 福岡工業大学, 工学部, 教授 (30154678)
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| 研究分担者 |
天本 祥文 福岡工業大学, 工学部, 助教 (00505670)
藤山 博一 福岡工業大学, 工学部, 教授 (50148912)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ナノマイクロ機械加工 / ナノ多結晶ダイヤモンド / レーザ加工 / 反応性イオンエッチング / 乾式ラッピング / 理想的加工法 |
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| 研究実績の概要 |
平成27年の4月から，レーザ成形したナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)製ノーズRバイトに対して乾式ラッピングと酸素プラズマを用いたドライエッチングを行い，刃先の丸み半径を1 nm以下に成形するための研究を行っている．平成27年度の研究を終了した時点では，乾式ラッピングを行うと刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できるが刃先に生じる欠けを防ぐことができなかった．また，レーザ成形後や乾式ラッピング後のノーズRバイトに対してドライエッチングを行うと，刃先の縁だれが鋭利化されるだけでなく欠けが消滅し，刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できることが明らかになった．平成28年度には，乾式ラッピング時に刃先に欠けが生じる原因を明らかにし欠けを防止するための研究を行った．また，ドライエッチングを行うと刃先が鋭利化される原因を解明するための研究を行った．研究実績の概要は以下のようにまとめられる．
(1) 乾式ラッピング時に生じる欠けを防ぐための研究： ノーズRバイトを乾式ラッピングするために使用した，焼結ダイヤモンド(PCD)製円板に生じる0.3 μm程度の非同期な面振れを除去するため，タービン駆動方式のエアスピンドルを用いてPCD製円板を自転運動させ乾式ラッピングを行った．非同期な面振れについてはこれを完全に防止することができた．PCD製円板の回転に同期して生じる面振れを0.1～2 μmの範囲で変化させて乾式ラッピングを行った結果，欠けを無くするためには面振れを完全に無くする必要があることが明らかになった．
(2) ドライエッチングに生じるメカニズムを解明するための研究： ノーズRバイトのドライエッチング時には，酸素プラズマがすくい面や逃げ面に対して垂直に衝突し，これらの面が元の面に対して平行にドライエッチングされるために刃先の丸みや欠けが消滅し，刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できることが明らかになった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究を開始した平成27の4月の時点で，レーザー成形したNPD製ノーズRバイトのすくい面に対して熱化学反応を利用した乾式ラッピングを行うと，すくい面を5 nm Rz前後の粗さに成形できることが明らかになっていた．乾式ラッピングを行い逃げ面も5 nm Rz前後に成形できれば，すくい面と逃げ面の稜線にあたる刃先の丸み半径を5 nm程度には成形できるのではないかと考え，本研究を開始した．現時点でノーズRの半径が0.4 mmの刃先にサイズが100 nm以上の欠けが発生しているのは事実であるが，刃先の丸み半径は1 nm以下に成形できている．
また，乾式ラッピング後のノーズRバイトに対して酸素プラズマを用いたドライエッチングを30分程度行うと，すくい面や逃げ面が元の面に対して平行にドライエッチングされるために欠けが除去されるだけでなく刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できる．残された研究期間内で乾式ラッピング時に生じる欠けを無くするための研究は継続して実施するが， レーザ成形されたノーズRバイトに対して乾式ラッピングを行い刃先の丸み半径を1 nm以下に成形するといった本研究の目標は達成することができたと考えている．
このように，NPD製ノーズRバイトの刃先の丸み半径を1 nm以下に成形するための研究はほぼ完成することができた．ただし，切削実験を行い切れ刃鋭利化の効果を証明するための切削実験が残されているという意味で進捗状況を”おおむね順調に進捗している”と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年4月に作成した「平成27年度科学研究費助成事業交付申請書」に記載したとおり，本研究では(1)レーザ成形したNPD製ノーズRバイトに対して熱化学反応を利用した乾式ラッピングを行い，刃先の丸み半径を1nm以下に成形するための研究，(2)乾式ラッピング後のノーズRバイトに対して酸素プラズマを用いたドライエッチングを行い，刃先のまり美半径を1 nm以下に成形するための研究，ならびに(3)切削実験を行い刃先を鋭利にしたことの効果を検証するための研究を行うことを計画した．
(1)の乾式ラッピング技術に関しては，刃先に生じる欠けをなくすことができる工具成形技術を開発する必要が残されている．この研究目標を達成するためには，ノーズRバイトを乾式ラッピングするために用いているPCD製円板に生じる面振れを完全に除去する必要がある．従来は，PCD製円板に対して乾式ラッピングを行い作用面を平坦かつ平滑に成形しており，この方法では面振れを完全に除去することは難しいと考えている．平成29年度にはPCD製円板に対してフェムト秒パルスレーザを用いたレーザ加工を行い，PCD製円板に対する超平坦化加工を行う予定である．
(2)のドライエッチング技術に関しては，技術開発に成功したと考えている．
(3)の加工実験に関しては，バリが発生しやすい純アルミニウムとレンズ素材として用いられている樹脂に対して切削加工を行い．理論通りの加工面の粗さが得られることを証明するための研究を平成29年度には実施する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
「平成27年度科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）交付申請書」に記載したとおり，平成28年度には助成金の全額を物品の購入に使用することを計画した．結果として18,202円の次年度繰越金が生じたが，これは無駄な出費を抑え平成29年度に繰越金を含めて助成金を有効に利用するための措置である．
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| 次年度使用額の使用計画 |
「平成27年度科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）交付申請書」に記載したとおり，平成29年度の物品費は平成28年度の物品費に比べ20万円少なくなっている．平成28年度に生じた繰越金は平成29年度の物品費に組込み，物品の購入に使用する．
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