高硬度材（サファイア）の延性モード切削におけるダイヤモンド切れ刃の有効部位

高硬度材の1つであるサファイアは、light emitting diode(LED)用基板などに用いられ、機械的特性に優れているが加工が困難であり、能率の高い高品位な加工方法が求められている。研削加工では、粒度の小さい(粒径8μm以下)微粒砥石を用いることで表面粗さは改善されるが、加工能率は低い。粒度の大きい(粒径46～64μm)粗加工用砥石を用いたある特定条件下の加工では、加工面が滑らかな延性モード除去が可能であり、加工品位と能率は改善した。しかし、その加工メカニズムは明らかではない。加工後の粗加工用砥石を観察したところ、摩耗したダイヤモンド砥粒が多く存在していた。これは「目つぶれ」と呼ばれる現象で、一般的には悪い砥粒の状態であると考えられている。しかし、摩耗後も角が鋭利で除去に有効な切れ刃を有している可能性があることが明らかとなった。そこで、多刃の砥石ではなく、摩耗した砥粒を模した単刃のダイヤモンド工具を用いた超精密切削により実験系を簡素化し、延性モード除去に有効な刃先の部位を比較した。実験の結果、未摩耗の砥粒を模した工具だけでなく、摩耗した砥粒を模した工具を用いた場合も、加工痕は滑らかであった。また、切りくずの形状は両者とも流れ型で、延性モード除去の特徴と一致した。そして、摩耗した砥粒を模した工具による加工痕の表面粗さを測定したところ、算術平均粗さ(Ra)5nm未満と非常に滑らかであった。これらの結果より、摩耗した砥粒を模した工具でも、延性モード切削が可能であることが明らかとなった。また、砥粒の先端が摩耗し、目つぶれ状態であっても、砥粒の角が延性モード除去に有効な切れ刃となり得ることを示した。そして、サファイアや加工が困難な他の高硬度材に対して、従来よりも粒径が大きいダイヤモンド工具で高品位な加工を行う手法に寄与し得ることを示した。

高硬度材の1つであるサファイアは、light emitting diode(LED)用基板などに用いられ、機械的特性に優れているが加工が困難であり、能率の高い高品位な加工方法が求められている。研削加工では、粒度の小さい(粒径8μm以下)微粒砥石を用いることで表面粗さは改善されるが、加工能率は低い。粒度の大きい(粒径46～64μm)粗加工用砥石を用いたある特定条件下の加工では、加工面が滑らかな延性モード除去が可能であり、加工品位と能率は改善した。しかし、その加工メカニズムは明らかではない。加工後の粗加工用砥石を観察したところ、摩耗したダイヤモンド砥粒が多く存在していた。これは「目つぶれ」と呼ばれる現象で、一般的には悪い砥粒の状態であると考えられている。しかし、摩耗後も角が鋭利で除去に有効な切れ刃を有している可能性があることが明らかとなった。そこで、多刃の砥石ではなく、摩耗した砥粒を模した単刃のダイヤモンド工具を用いた超精密切削により実験系を簡素化し、延性モード除去に有効な刃先の部位を比較した。実験の結果、未摩耗の砥粒を模した工具だけでなく、摩耗した砥粒を模した工具を用いた場合も、加工痕は滑らかであった。また、切りくずの形状は両者とも流れ型で、延性モード除去の特徴と一致した。そして、摩耗した砥粒を模した工具による加工痕の表面粗さを測定したところ、算術平均粗さ(Ra)5nm未満と非常に滑らかであった。これらの結果より、摩耗した砥粒を模した工具でも、延性モード切削が可能であることが明らかとなった。また、砥粒の先端が摩耗し、目つぶれ状態であっても、砥粒の角が延性モード除去に有効な切れ刃となり得ることを示した。そして、サファイアや加工が困難な他の高硬度材に対して、従来よりも粒径が大きいダイヤモンド工具で高品位な加工を行う手法に寄与し得ることを示した。