| 研究課題/領域番号 |
19K14876
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
劉 暁旭 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30837662)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | CVDダイヤモンド・コーティング切削工具 / フェムト秒レーザ / 刃先成形 / 表面改質 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は超短パルスレーザによりCVDダイヤモンド・コーティング工具の形状創製とより耐摩耗性，切削性能を向上させる表面改質を同時に単一の工程で実現できる新しい加工プロセスの開発すること．第一年度は従来のナノ秒レーザによるPLG加工との比較を行った，フェムト秒レーザを用いたPLG加工が実現できることが確認された.さらに，フェムト秒レーザによるCVDダイヤモンドの結晶性向上という表面改質効果の解明を行いました.それを踏まえて，今年度は研究室新規導入したレーザパラメーターを揃えることができるフェムト秒レーザ加工機を用いて，CVDダイヤモンド工具のPLG加工における紫外フェムト秒レーザ加工条件についての調査を行った.結果としてアブレーションしきい値による固定されたレーザフルエンスの条件下では，中間程度のパルスオーバーラップ率は表面平滑性の実現により有益である.このパルス条件下で，パルスエネルギーがさらなる比較的に高くなり，加工面の粗さの観点から刃先の成形性は最も良い条件と考えられた.さらに，工具の刃先形成と表面構造変化の二つ評価軸から，波長紫外のフェムト秒レーザとナノ秒レーザのPLGで施されたCVDダイヤモンド工具の比較を行い，フェムト秒レーザPLG加工後に表面は滑らかになり，ナノ秒レーザによる加工面内の縦筋が大幅に減少し，赤外フェムト秒レーザの加工面に再付着したデブリはほとんどなくなったことが分かった．一方で，ラマン分光による加工面構造変化の結果から，紫外フェムト秒レーザPLGされた表面のダイヤモンドピーク強度の顕著な増加が観測され，結晶性向上となったことが示唆された．以上により，紫外フェムト秒レーザPLG加工で行ったCVDD工具刃先は従来のPLGよりよい刃先成形性を達成できる上に加えてダイヤモンドの結晶性向上という表面改質効果を同時に付与できることを確認した．
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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
昨年度の結果としてナノ秒レーザによる加工面にはよく縦筋が目立つだけでなく，ラマン分光の結果からグラファイト化の変質層が著しい.赤外フェムト秒レーザを用いた結果としては変質を抑えることができるが，多くのデブリは加工面が荒くなってしまうことが分かった.フェムト秒レーザによりCVDダイヤモンド工具の高機能性刃先を創製するため，今年度はレーザパラメーターを揃えるフェムト秒レーザ加工機を用いて，紫外フェムト秒レーザによるPLG加工の加工条件の調査を行った．結果として，刃先エージの曲率半径，真直度や加工面粗さの観点から紫外フェムト秒レーザによるCVDD工具のPLG加工では従来の以上のPLGよりよい刃先成形性を達成できる．さらに，ラマン分光により紫外フェムト秒レーザPLGの加工面ではダイヤモンドの結晶性向上という表面改質効果を同時に付与できることを確認した．それにより，超短パルスレーザによりCVDダイヤモンド・コーティング工具の形状創製と表面改質を同時に単一の工程で実現できることが期待される．それに関する内容では，今年度11月のICPE（精密加工の国際会議）で口頭発表を行い，海外の研究者のご意見を参考した上で試験を追加し，年末までにInternational Journal of Automation Technologyに投稿し，現在もアクセプトされた．
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| 今後の研究の推進方策 |
今回紫外レーザ吸収率の増加により，PLG加工の加工面ではより小さな加工角が実現できたが，装置の都合上で縦方向の除去量がまだ足りなく，結局はすくい面逃げ面両面とも加工する際には刃先残留とダレが生じてしまう.それが現時点フェムト秒レーザ装着しているレンズによりレリー長が短くであるため，今後の方針としては現在の対物レンズの代わりに単レンズを使用することで，より縦方向広範囲でPLG加工できるように加工を目指す．また，紫外フェムト秒レーザPLGした加工面に対して，硬さ試験やラマン分光分析を行って膜内部の結晶性変化や応力分布などを測定するとともに，逆解析と組み合わせることで，切削加工において引張が強く作用する領域に圧縮応力を付与すると，刃先先端付近に結晶性高く比較的強いレーザ光を照査させてアブレーション加工により鋭利な刃先を創製することなど，被膜全体を同一条件で加工するのではなく，工具刃先の各部分に異なる効果を持つフェムトレーザを照射させて機能性付与を実現することを目指す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの関係で参加する予定の国際会議が中止となったり、オンライン化になったりしまして、旅費などは使用してないため、次年度使用額が生じました。
また、本研究で開発中の高機能性CVDD工具は超精密加工を利用する予定である。しかし、2020年度研究室の超精密加工加工機は取り込みとなっているため、切削関連の消耗品備品は来年度購入することなります。
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