Ultrashort pulse laser / diamond processing capability enhancement and process link optimization on sapphire capillary

蓝宝石毛细管超短脉冲激光/金刚石加工能力增强及工艺环节优化

• 批准号: 21H01231
• 负责人: 片平 和俊
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01231/
• 关键词: 多結晶ダイヤモンド; サファイア; 超短パルスレーザ; 微細加工; 表面改質; 微細工具; フェムト秒レーザ; 高品位加工; 先進ダイヤモンド工具; 超精密研削; 微細ダイヤモンド工具; 単結晶サファイア; 大気圧プラズマ; ミーリング加工

超短パルス（フェムト秒）レーザ，ナノ多結晶ダイヤモンド（NPD），微細多結晶ダイヤモンド（PCD）工具等，それぞれの加工性能を強化/最大化させるとともに，それらのプロセスリンクを至適化することで，高精度長尺サファイア毛細管等の高付加価値微細キーパーツ創製を実現することを目的としている．本年度は，工具表面の研磨の有無によりダイヤモンド砥粒の突き出し高さが異なる2種類のPCD工具（PCD工具およびPolished PCD工具）を用い，両者によるサファイアの加工特性の差異を検証した．さらに，2種類の工具のうち，サファイア加工に適する一方を見極めたうえで，切込み量および送り速度を変えた際の加工特性を評価した．その結果，PCD工具を用いて加工した表面の算術平均粗さは13.9 nmSaであり，延性モードによる高品位加工が達成できることを確認した．一方，Polished PCD工具を用いた場合は，脆性破壊による加工が主体的となり，加工後表面の算術平均粗さは242.4 nmSaであった．すなわち，サファイアに対して微細溝加工を行うには，PCD工具表面を研磨せず砥粒の突き出しを確保することで，いわゆる“研削効果”を積極的に発現させることが有効である．また，PCD工具を用いて，切込み量0.2 μm，送り速度2 mm/minで加工した結果，算術平均粗さ3.2 nmRa という高品位加工面が得られた．送り速度を上げていくと，10 mm/minより材料除去機構が延性モードから脆性モードに遷移し，加工面の損傷も顕著となった．さらに，飽和水蒸気を用いたマイクロドロップピーニングによる工具リコンディショニングについて提案した．同手法を用いることにより，工具表面の付着物は確実に除去された．また，同処理を施す前に比べ処理した後の方が高品位な加工面が得られ，付着物を除去する有効性を確認し得た．

Ultrashort パ ル ス (フ ェ ム ト seconds) レ ー ザ, ナ ノ more crystalline ダ イ ヤ モ ン ド (NPD), micro crystal more ダ イ ヤ モ ン ド (PCD) tools, such as そ れ ぞ れ の processability を reinforcement/maximize さ せ る と と も に, そ れ ら の プ ロ セ ス リ ン ク を to optimization す る こ と で, High precision ruler サ フ ァ イ ア capillary の high pay plus 価 numerical micro キ ー パ ー ツ created を be presently す る こ と を purpose と し て い る. This year は の lapping tool surface の presence of に よ り ダ イ ヤ モ ン ド strop grain の き out し high さ が different な る 2 kinds の PCD tools (PCD tools お よ び Polished PCD tools) を い, who struck に よ る サ フ ァ イ ア の processing features の differences を 検 card し た. さ ら に, 2 species の tool の う ち, サ フ ァ イ ア processing に optimum す る side を see very め た う え で, cut 込 み quantity お よ び を り feeding speed variations え た interstate の processing features を review 価 し た. を そ の as a result, the PCD tools with い て processing し た の arithmetic average surface coarse さ は 13.9 nmSa で あ り, ductility モ ー ド に よ る high-grade processing が reached で き る こ と を confirm し た. On one side, the Polished PCD tool を is used in the <s:1> た situation であった to brittle break 壊による to process the とな of the が body, and the <s:1> arithmetic mean rough of the surface after processing さ さ 242.4 nmSaであった. す な わ ち, サ フ ァ イ ア に し seaborne て groove machining line を う に は, PCD tool surface grinding を せ ず strop grain の tu き out し を ensure す る こ と で, い わ ゆ る "r cut sharper" を positive に 発 now さ せ る こ と が have sharper で あ る. を use い ま た, PCD tools て, cut 込 み quantity 0.2 mu m, 2 mm/min で り feeding speed processing し た as a result, the arithmetic average coarse さ 3.2 nmRa と い う high-grade process surface が ら れ た. を り feeding speed on げ て い く と, 10 mm/min よ り material remove institutional が ductility モ ー ド か ら brittleness モ ー ド に migration し, processing surface の damage も 顕 the と な っ た. さ ら に, saturated steam 気 を with い た マ イ ク ロ ド ロ ッ プ ピ ー ニ ン グ に よ る tool リ コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ に つ い て proposal し た. In the same way, を use the を る とによ とによ とによ を, and the <s:1> adhering object on the surface of the tool is に and indeed に removed された. Before ま た, with 処 を す shi に than べ 処 Richard し た が の party after the high grade な process surface が ら れ, pay the content を remove す る have sharper sex を confirm し た.

项目成果

Experimental investigation on micro-grooving characteristics of sapphire using polycrystalline diamond radial end mill

聚晶金刚石径向立铣刀对蓝宝石微细开槽特性的实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Kumi TAKISHIMA;Kazutoshi KATAHIRA;Shinya MORITA
• 通讯作者: Shinya MORITA

フェムト秒パルスレーザによるダイヤモンド工具成形

使用飞秒脉冲激光成形金刚石工具

• 发表时间: 2021
• 期刊: 電気加工学会誌
• 作者: Kono Daisuke;Jorobata Yuki;Isobe Hiromi;片平和俊，小河誉典，青山英樹，山崎和雄
• 通讯作者: 片平和俊，小河誉典，青山英樹，山崎和雄

Diamond tool micro-milling of hard and brittle materials

硬脆材料金刚石刀具微铣削

• 发表时间: 2021
• 作者: 徐弘;伊藤佑介;服部隼也;長藤圭介;杉田直彦;Kazutoshi Katahira
• 通讯作者: Kazutoshi Katahira

PCDラジアスエンドミルによる単結晶サファイアの微細溝加工特性に関する研究

PCD圆角立铣刀加工单晶蓝宝石微槽特性研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 孫慧傑;応振智;伊藤佑介;魏超然;徐弘;高橋秀史;杉田直彦;瀧島玖実，片平和俊，森田晋也
• 通讯作者: 瀧島玖実，片平和俊，森田晋也

Experimental investigation for optimizing the fabrication of a sapphire capillary using femtosecond laser machining and diamond tool micromilling

• DOI: 10.1016/j.cirp.2020.04.087
• 发表时间: 2020-01-01
• 期刊: CIRP ANNALS-MANUFACTURING TECHNOLOGY
• 影响因子: 4.1
• 作者: Katahira, Kazutoshi;Ogawa, Yoshinori;Yamazaki, Kazuo
• 通讯作者: Yamazaki, Kazuo