2014 Fiscal Year Research-status Report
単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具によるセラミックスの超精密切削
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25420074
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
鈴木 浩文 中部大学, 工学部, 教授 (20282098)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 単結晶ダイヤモンド / レーザ加工 / セラミック / 超精密切削 / 超硬合金 / 非球面金型 / マイクロフライス工具 / 切りくず |
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| Outline of Annual Research Achievements |
情報電子デバイス，マイクロカプセル等の医療用マイクロデバイスにおいて，素子のガラス化，微小化，微細化，高精度化が強く要求されており，ガラス成形の高温耐熱性のあるセラミックス型の超精密・微細加工が不可欠である．従来のダイヤモンド砥石によるセラミックの超精密研削加工では，工具摩耗等のため加工精度と能率に限界が生じている．そこで，本提案書では，断続切削の「マイクロフライス工具」に着目し，レーザ加工を応用して単結晶ダイヤモンド製のマイクロフライス工具の創成技術を開発し，硬質脆性材料であるセラミックスに対して，微細で構造的な超精密形状の創成を目指し，そのメカニズムを明らかにすることを目的としている．
今年度は以下の研究実績が得られた．
(1)単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具の形状を設計し，CAMデータを作成し，H25年度試作したレーザビーム走査装置を用いて，超硬合金切削用のマイクロ工具を試作した．工具は超硬合金製のシャンク（軸）に銀ロウ付けしてから，シャンクの外周を基準にレーザ加工した．また単結晶ダイヤモンドの結晶方位による硬度，へき開性，耐摩耗性を考慮し，工具形状，方位を決定する方法を構築した．さらに摩耗特性を比較するため，先端がシャープなものとアール加工をしたものを試作した．
(2)単結晶ダイヤモンドの結晶方位，刃先アールなど工具仕様を変化させ，摩耗特性を評価した．試作した単結晶ダイヤモンド工具を超高速空気静圧スピンドルに取り付け，平面形状のセラミックス（超硬合金）を切削加工し，各結晶方位のダイヤモンド工具の摩耗速度を比較評価した．摩耗の評価法：工具をスピンドルに取り付けた直後と，所定の切込回数毎に，カーボン板をダミー材としてプランジカットし，その形状を非接触形状測定装置により計測し，そのデータから摩耗量を計算した．耐摩耗性を考慮し，最適な工具形状や結晶方位を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は以下の研究実績が得られ，本年度の目標を全て達成した．
(1)単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具の形状を設計・CAMデータの作成を行い，H25年度試作したレーザビーム走査装置に組み込んで，想定したマイクロ工具を試作することができた．工具は超硬合金製のシャンク（軸）に銀ロウ付けし切削実験を実施できる工具の試作に成功した．
(2)単結晶ダイヤモンドの結晶方位による硬度，へき開性，耐摩耗性を考慮し，工具形状，方位を決定する方法が構築できた．さらに摩耗特性を比較するための先端形状が異なった工具の試作に成功した．
(3)単結晶ダイヤモンドの結晶方位，刃先アールなど工具仕様を変化させ，摩耗特性を評価することが出来た．工具をスピンドルに取り付けた直後と，所定の切込回数毎に，カーボン板をダミー材としてプランジカットし，その形状を非接触形状測定装置により計測・評価する摩耗評価法が確立できた．
(4)以上の評価法を用いて，耐摩耗性を考慮した最適な工具形状や結晶方位を明らかにできた．
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| Strategy for Future Research Activity |
H25年度は，（１）レーザビーム走査装置の設計・試作，（２）レーザビームによる単結晶ダイヤモンドの加工特性の評価を行った．H26年度は，（３）単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具の試作，（４）単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具の摩耗特性評価を行い，超硬合金が切削できる実用的なマイクロフライス工具の作成技術が確立された．そこで，最終年度のH27年度は（５）単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具による非球面加工性の評価を行い，実用性にまで検討を行う．
最も優れた方位の工具を用いて，非球面形状の超硬合金，SiC金型を超精密切削し，表面粗さ，形状精度，摩耗量の変化を評価する．切削加工実験装置は同時４軸（X,Y,Z,C）超精密加工装置ULG100D(SH3)（位置決め分解能1nm）を用いて非球面切削実験を行う．評価装置としては，ZYGO社製表面粗さ計NewView6200，Panasonic製形状測定器UA3P，
三鷹光器㈱製形状測定器NH3SPを用いて，切削実験を行った工作物の表面粗さ，形状精度，摩耗量の変化を計測評価し，本提案の単結晶ダイヤモンド製マイクロフライス工具の実用性も含めた特性を評価する．
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