| 研究課題/領域番号 |
26420067
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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, その他部局等, 准教授 (40332100)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | レーザ加工 / 脆性材料 / 応力拡大係数 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，t0.7mm厚のソーダライムガラス側面に対し，CO2レーザを走査させて，水平き裂を誘導する実験を行った．レーザ出力30W，フラットトップ型のプロファイルで走査速度10mm/s～200mm/sで実験を行い，その際の加工深さについてまとめた．10mm/s～80mm/sの間では，照射部分に溶融が激しく，分断面にも損傷があったが，速度を上昇させることで，加工面への損傷は改善され，最適な加工条件があることが明らかになった．
次に，上記の加工条件でFEM解析を熱応力について計算し，その結果を用いて応力拡大係数KIを求め，加工深さを推定した．特に，き裂の先端位置が不明のため，き裂先端位置毎にKIを算出し，その先端が熱源中心よりもわずかに先端にあるということが明らかになった．また，加工深さ毎のKIも算出し，KI＞Kcとなる加工深さを推定したところ，ヤング率の温度依存性を考慮することで，上記の実験結果と比較的一致する結果を得た．このことから，本現象のメカニズムについて検証を行った．また，それらの結果は以下にまとめた．
1)森田英俊，レーザ誘起熱応力を利用した脆性材料の非接触除去加工技術の可能性，レーザ加工学会誌，vol.22-1，p30-36(2015)．
2)岩永駿介，森田英俊，CO2レーザによる熱応力を利用したガラスの水平き裂誘導(応力拡大係数によるき裂先端位置及び深さの推定)，第46回日本機械学会九州支部九州学生会卒業研究発表講演会(2015)．
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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
当初の計画通り，加工深さと速度の関係を明らかにする実験を行い，またFEM解析により応力拡大係数を算出することで，加工深さを推定できる指針を得た．また，き裂先端位置が推定できたため，メカニズム解明に大きく前進した．
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| 今後の研究の推進方策 |
解析上のき裂先端位置は明らかになったが，実験により証明する必要がある．光干渉法，シュレーリン法を用いてき裂の観察実験を行い，解析結果を実験により証明する．そのための実験装置の製作を行う．また，加工始端部の切り残し問題について検証を始めるため，始端部についての実験を重点的に行う．また，始端部におけるKIの算出も行い，適切な初期き裂長さの検討や，初期き裂導入以外の方法についても理論的に検証を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
1万円程度と少額であったため，次年度の予算と合わせて必要な物品を購入することが，より効率的な予算の利用にあたると考えたため．また，1万円程度では，CO2レーザ用光学部品は比較的高価なため，購入できなかった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
CO2レーザ用の光学部品（ミラー，ビームベンダ）を，次年度予算と合算して購入する予定である．
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