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

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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．