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2020 年度 実績報告書

大気圧プラズマ援用クーラントの機能発現メカニズム解明と高機動システム化

研究課題

研究課題/領域番号 18K04786
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

片平 和俊  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70332252)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードダイヤモンド工具 / 大気圧プラズマ / 微細加工 / フェムト秒レーザ
研究実績の概要

本研究の新しい展開として,レーザプラズマ加速器のキーパーツとなるレーザガイド(サファイア製キャピラリ)を製作するため,二つの要素技術〈フェムト秒レーザによる高能率・迅速プリフォーミング〉,〈微細多結晶ダイヤモンド(PCD)ミーリング加工による高品位・高精度仕上げ〉 によるプロセスチェーン開発を実行した.ここで,PCD/NPD工具による超精密加工に対し,プラズマ援用クーラントの適用を引き続き試みた.とくに,サファイアの超精密ミーリングにおいて,被加工物/工具/チップとプラズマ活性種との化学反応を精緻に制御するとともに,加工面/工具面の詳細な化学分析を通じて,プラズマの機能発現メカニズムを解明することを目的として鋭意実験を進めた.さらに,ダイヤモンド工具のレーザ成形プロセス開発において,将来の先進ダイヤモンド工具の更なるニーズ拡大を見据え,平均出力100Wのフェムト秒レーザへと本プロセスを移行するためのシステム構築を試行した.一方,プラズマ援用技術の応用展開として,大気圧低温プラズマ援用レーザ表面改質処理の実現可能性について探るため,新たに専用装置を製作した.プラズマ発生方式としては,グライディングアーク放電に代わり,誘電体バリア放電方式を採用し,バリア放電中の石英管の内部をレーザ光が通過しターゲットに照射する仕組みとした.レーザヘッドとターゲットの間隔は10㎝であり,その経路にプラズマ発生ノズルを設置する必要があるため,極力コンパクトなノズルの設計・製作を行った.窒素ガスプラズマを用いた基礎実験結果より,チタン合金表面にナノスケールのテクスチャを形成(LIPPS構造)できている.今後は,得られた表面のトライボロジー特性や生体適合性評価を実施する.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Experimental investigation for optimizing the fabrication of a sapphire capillary using femtosecond laser machining and diamond tool micromilling2020

    • 著者名/発表者名
      Katahira Kazutoshi、Ogawa Yoshinori、Morita Shinya、Yamazaki Kazuo
    • 雑誌名

      CIRP Annals

      巻: 69/1 ページ: 229~232

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2020.04.087

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of Biocompatible Titanium Alloy Surfaces Including Calcium and Phosphorus Elements by Laser-Induced Mist Spraying Wet Treatment2020

    • 著者名/発表者名
      Ezura Atsushi、Katahira Kazutoshi、Komotori Jun
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 14/4 ページ: 575~581

    • DOI

      10.20965/ijat.2020.p0575

    • 査読あり
  • [学会発表] Experimental investigation for optimizing the fabrication of a sapphire capillary using femtosecond laser machining and diamond tool micromilling2020

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Katahira, Yoshinori Ogawa, Shinya Morita, Kazuo Yamazaki
    • 学会等名
      CIRP General Assembly
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid surface nitriding of titanium alloy and stainless steel by a nanosecond laser2020

    • 著者名/発表者名
      Kei ZAKO, Kazutoshi KATAHIRA, Atsushi EZURA, Jun KOMOTORI
    • 学会等名
      International Conference on Precision Engineering (ICPE2020)
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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