| 研究課題/領域番号 |
20K05159
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| 研究機関 | 佐世保工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
森田 英俊 佐世保工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40332100)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 熱応力加工 / き裂誘導 / 脆性材料 / レーザ加工 / ガラス |
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| 研究実績の概要 |
CO2レーザを用いて水平き裂を誘導して鏡面溝加工する実験及び解析を行った．
これまでの先行研究では，円形熱源形状で実験を行っていたが，今年度は，走査領域内における入熱量が一定となるように，矩形熱源による実験を行った．そのため，従来の光学系から変更し，マスクを矩形熱源となるよう実験装置の再構築を行った．マスクを用いた光学系へと変更したため，レーザ発振器の定格出力40Wで出力に対して，ガラス照射部における最大出力は12Wまで低下した．そのため，照射部のレーザ出力12Wで固定し，速度領域10～200mm/sの範囲で実験を行った．なお，レーザプロファイルはフラットトップである．実験の結果，カールしたガラス片を伴う鏡面溝が現れる条件は，20～40mm/sの範囲であった．さらに，16mm/sの際には，表面の破壊痕がなく，水平き裂のみが生成する条件を発見した．この時，水平き裂が発生した深さ位置は，ガラス表面から約320umの位置であった．これまでの実験で発生した深さは20um～120um程度であったため，従来よりも3倍近く深い位置で，水平き裂が発生できることを確認した．この原因は，これまでの加工条件であるレーザ出力30W，走査速度100mm/sと比較して，走査速度がかなり低い条件であったため，水平き裂を誘導するのに十分な引張応力場を発生させる位置が深くなったと考えられる．
次に本加工条件において熱応力解析を行い，応力拡大係数の求めた．そして，先行研究の知見を基に，水平き裂が発生する深さを予測した．ここで，線膨張係数，ヤング率，熱伝導率，比熱は温度依存性を考慮して行った．その結果，実験における加工深さ320um付近において，走査部中心部における応力拡大係数が，破壊靭性値を超える最も浅い位置であることが確認され，解析による加工深さ位置と実験結果が一致することを確認した．
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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
新型コロナウイルスの影響で，6月下旬まで遠隔授業であったため，実験は8月以降に開始したが，当初の目的である水平き裂のみを誘導できる加工条件を，予測よりも早期に発見できたため，その後はほぼ予定通りに進行できた．
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| 今後の研究の推進方策 |
円形熱源と矩形熱源の違いにより，加工形状などの結果に与える影響について詳細に実験と解析を行う．現在のマスクを用いた矩形熱源では，出力が低下しすぎて，加工条件の選択肢が限られることから，マスクを用いず，円形熱源形状の30W付近で発生できる条件を，実験と解析から検証する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
差額は510円と小さく，ほぼ計画通り使用した．
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