バクテリアを利用した金属の微細加工技術に関する研究

まず,バイオマシニングにおける加工メカニズムを明らかにするために,銅と鉄を加工した場合の加工速度の変化やその際のpHおよびバクテリア数の変化を捉え,検討を行った.その結果次の結論を得た.1.バイオマシニングにおける材料溶出は主に間接溶出機構によるものである.2.鉄の加工においては加工の進行ととも,培養液中のFeイオンが増加するために加工能率が高まる.また,これまで培養液の温度によって加工速度が変化することを明らかにしており,その現象を利用した加工位置制御の可能性について考察した.すなわち,工作物表面に白色光,レーザ光を照射し,工作物表面の温度上昇を利用した加工の高精度化について検討した.その結果次の結論を得た.3.白色光,レーザ光を照射しても工作物内の熱伝導および培養液への放熱によって大きな温度差を生じさせることは困難であるため,本手法による加工位置制御は難しい.4.小出力のYAG第2高調波レーザをバクテリアに対し照射したところ,バクテリアの活動が停止する現象が確認された.さらに,培養液の流れが加工特性に及ぼす影響を明らかにするために,培養液の振盪,攪拌,および噴射の実験を行った.そして以下のような所見を得た.5.培養液振盪実験においては振盪回数,培養液攪拌実験においては攪拌翼の回転数が大きいほど,すなわち,培養液の流速が大きいほど加工速度が大きくなる.これは,単位時間あたりの加工表面に作用するバクテリア数が増加するためと考えられる.6.流速を極端に大きくすると,かえって加工速度は低下する.これは,バクテリアの工作物溶出の関与にある程度の時間が必要であることを示唆している.7.工作物表面に垂直に培養液を噴射することで加工能率は飛躍的に向上する.

まず,バイオマシニングにおける加工メカニズムを明らかにするために,銅と鉄を加工した場合の加工速度の変化やその際のpHおよびバクテリア数の変化を捉え,検討を行った.その結果次の結論を得た.1.バイオマシニングにおける材料溶出は主に間接溶出機構によるものである.2.鉄の加工においては加工の進行ととも,培養液中のFeイオンが増加するために加工能率が高まる.また,これまで培養液の温度によって加工速度が変化することを明らかにしており,その現象を利用した加工位置制御の可能性について考察した.すなわち,工作物表面に白色光,レーザ光を照射し,工作物表面の温度上昇を利用した加工の高精度化について検討した.その結果次の結論を得た.3.白色光,レーザ光を照射しても工作物内の熱伝導および培養液への放熱によって大きな温度差を生じさせることは困難であるため,本手法による加工位置制御は難しい.4.小出力のYAG第2高調波レーザをバクテリアに対し照射したところ,バクテリアの活動が停止する現象が確認された.さらに,培養液の流れが加工特性に及ぼす影響を明らかにするために,培養液の振盪,攪拌,および噴射の実験を行った.そして以下のような所見を得た.5.培養液振盪実験においては振盪回数,培養液攪拌実験においては攪拌翼の回転数が大きいほど,すなわち,培養液の流速が大きいほど加工速度が大きくなる.これは,単位時間あたりの加工表面に作用するバクテリア数が増加するためと考えられる.6.流速を極端に大きくすると,かえって加工速度は低下する.これは,バクテリアの工作物溶出の関与にある程度の時間が必要であることを示唆している.7.工作物表面に垂直に培養液を噴射することで加工能率は飛躍的に向上する.