レーザ誘起熱応力による水平き裂誘導を利用した新しいスライス加工技術の開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05159
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26050:材料加工および組織制御関連
• 研究機関: 佐世保工業高等専門学校
• 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, 教授 (40332100)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: レーザ加工 / 熱応力 / き裂誘導 / 水平き裂

研究成果の概要

レーザ誘起熱応力を利用して水平き裂を誘導し，脆性材料をスライス加工できる可能性について，加工実験と応力拡大係数解析から検証を行った．その結果，次のことが明らかになった．(1)矩形熱源を用いることで，ガラス表面に破壊痕がなくガラス内部のみに水平き裂が誘導される現象を確認した．(2)矩形熱源による端面加工実験では，カールしたガラス片をともなって長く安定した加工が成立したが，加工深さが安定せず溝加工モデルと等価なモデルではない．(3)矩形熱源による溝加工において，水平き裂が発生した深さにおいてき裂開口領域を求めたところ，これまでの開口部と同様の特徴を示すことが明らかとなった．

自由記述の分野

レーザ加工

研究成果の学術的意義や社会的意義

レーザ誘起熱応力を利用することで，水平き裂を誘導することに成功した．これまでガラス表面に対して切断（割断）するための鉛直き裂を誘導する技術はあったが，水平き裂を誘導できることを示した．また，破壊力学や熱力学の知見を利用して加工成立の条件を明らかにしたことで，これらの学術に対する発展に貢献した．特に，これらの知見を利用してスライス加工に適した加工面を得るためにフラットトッププロファイルで矩形熱源形状を用いることを予見できた．