イオン吸着による亀裂進展の制御を利用した硬脆材料の無損傷機械加工に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350075
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 白樫 高洋 東京電機大学, 工学部, 教授 (50016440)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 隆 東京電機大学, 工学部, 教授 (20199855)
• Keywords: 無欠陥機械加工 / 硬脆材料 / 脆性破壊 / 亀裂進展 / 破壊靱性 / 表面エネルギー / 切削油剤 / イオン吸着

Research Abstract

本研究はガラス、セラミックスに代表される硬脆材料をその機能を損なうことなく高能率の機械加工を実現するための基礎研究であり、この損傷の原因となる脆性亀裂の発生進展の抑制・制御方法とその実用化に関するものである。まずガラスを対象に延性モード切削時の力学的状態をFEMシミュレーションにより検討し、硬脆材料でも微細切削厚さで流れ型切りくずが生じる無損傷機械加工が実現しその力学的状況は延性材料のものと同等であることが判明した。ついでガラスの切削時に脆性破壊から延性モード切削に移行する過程を検討するため確率的破壊条件を導入したFEMシミュレーションモデルを構築し、切削厚さの変化により脆性亀裂の発生状況とその推移が変化し損傷状態が異なる様子、損傷の発生しない延性モード切削の実現条件を求めた。さらに昨年までの成果を踏まえて環境が機械加工に及ぼす影響について定量的に検討し、仕上げ面は悪化するものの強度低下は小、逆に仕上げは良好なるものの強度低下が大とする加工油剤があること、この原因は容易に亀裂を生じるか否かであり、亀裂発生の制御因子である表面エネルギーまたは破壊靱性の大小に左右されることが判明した。表面の破壊特性を増大し亀裂進展を制御するため、昨年の結果を踏まえ金属をコーテングしさらに電場を利用することにより金属イオンを強制的に吸着させることで表面の破壊靱性を変化させることが可能なことを見出した(特許申請中)。これらの成果を基にガラス表面に微細加工用のマイクロ、ナノ加工機を試作し、無欠陥機械加工を実行した。

Research Products

• [Publications] SHIRAKASHI, T., HONDA T: "Effect of Cutting Fluids on Glass Machining"Proceedings of 6th ICPMT. 207-212 (2002)
• [Publications] 白樫 高洋, 本田 智哉: "ケモメカニカル効果による硬脆材料の無損傷機械加工の高能率化に関する研究"東京電機大学総合研究所年報. 22. 49-54 (2002)
• [Publications] Takahiro SHIRAKASHI: "FEM Simulation Analysis on Ductile Mode Glass Machining"Proceeding of 6th ESAFORM. 539-542 (2003)