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本研究ではカーボンナノマテリアル複合材微小工具を試作し、微細・複雑・マイクロ形状鏡面創成加工を試みる。
・カーボンナノチューブを砥粒とする工具
電気泳動法を用いてカーボンナノチューブを金属電極に吸着させ、軸付砥石を作製した。そして、これを回転させながらスライドガラスに押しつけて、除去加工を試みた。その結果、ガラスに対する除去加工は可能であり、最大深さ250nmの加工痕が得られた。しかしながら、その付近にナノチューブの付着が見られ、洗浄後も除去することは困難であった。これは結合材の強度が弱いため、脱落したナノチューブがスクラッチ部に入り込んだためだと考えられる。
・水ガラスボンド・カーボンナノチューブ含有工具
水ガラス中にカーボンナノチューブを添加して機械的に混合し、その後、乾燥・成形して砥石とした。そして、これを台金に貼り付けてカップ型砥石とし、研磨盤に取り付け、シリコンウエハの加工を試みた。加工前後のシリコンウエハの重量を測定したところ、重量変化はほとんどなく、加工は行われていなかった。さらに、興味深いことに、このまま加工を継続してもシリコンウエハ表面に焼けや砥石の破損などは見られなかった。これは砥石中のカーボンナノチューブが潤滑材として作用したため、本工具は非常に硬質であるにもかかわらず、シリコンに対する攻撃性をほとんど示さなかったと考えられる。本砥石は硬質で弾性変形能が小さく、ワークに対する攻撃性が小さいことから、これを微小円筒工具形状に成形し、それを3軸NC制御することにより、直径が1mm以下のマイクロ金型の研磨工具に適応可能であると考えられる。さらに、工具形状を任意の形状に成型することにより、複雑形状への適応も可能であると考えられる。現在、本砥石の所定の工具形状へ成型することを試みるとともに、3軸NC制御の研磨機を作製中である。
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