石英ガラスを型材とする紫外線レーザによるガラスの微細ホットエンボス加工の研究

以石英玻璃为模具材料的紫外激光玻璃精细热压花研究

• 批准号: 15686006
• 负责人: 割澤 伸一
• 金额: $ 17.14万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15686006/
• 关键词: 紫外線レーザ; 石英ガラス; エンボス加工; マイクロ加工; レーザ加工; 加工モデル; ガラス型; 局所加熱; 熱伝播モデル; シミュレーション; 吸収剤

本研究は,型材料に石英ガラスを用い、成形材料を石英よりも低軟化点・低融点のガラスを対象とした微細ホットエンボス加工技術の開発を目的とする.線膨張係数の小さい石英ガラスを型材料に用いて熱膨張による誤差を低減し、レーザを利用して型を透過して直接成形材料の加熱を可能とする.まず,ガラスの微細転写特性を調べるために,FIBを用いてGCに深さ200nmの溝形状を製作し,低融点ガラスの微細転写実験を行った.その結果,プレス温度として,ガラスの屈伏点よりもやや高い温度を採用すれば割れや融着の問題なく転写可能であることがわかった.なお,プレス圧力としては3MPa程度,プレス時間は30秒程度において,最も良好な転写結果が得られることがわかった.次に,FIBを用いて石英ガラスに深さ300nmの溝形状を製作し,全体加熱による低融点ガラスの微細転写実験を行った.その結果,プレス温度を高く設定しすぎた場合にはガラスの融着が,プレス圧力を高くしすぎた場合にはガラスの割れがGC型の場合よりも起こりやすいことがわかった.しかしながら,プレス温度を屈伏点よりもやや高く,プレス圧力を2.8MPa程度に設定すれば割れや融着の問題なく転写可能であることが示された.最後に,UVレーザ(波長355nm)による局所加熱による微細転写加工を行った.レーザの焦点を転写面から数mm程度ずらし,さらに,発振エネルギを15μJ程度に下げた場合に限り,ガラス面に転写が可能であることが示された.これにより,当初提案した加工方法が可能であることを実証できた.しかし,精度の良い溝形状は加工できなかった.これは,レーザのエネルギ密度分布が原因であることが推察された.今後,レーザ波長やエネルギ分布,型への吸収材の塗布などでこの問題の解決を図る.

は, this study type material に quartz ガ ラ ス を を い, forming materials quartz よ り も low softening point, low melting point の ガ ラ ス を like と seaborne し た imperceptible ホ ッ ト エ ン ボ ス processing technology の open 発 を purpose と す る. Small line expansion coefficient の さ い quartz ガ ラ ス を に type material with い て thermal expansion に よ る を low error reduction, し レ ー ザ を using し て type を through し て の heating を may direct forming material と す る. ま ず, ガ ラ ス の micro planning write features を adjustable べ る た め に, FIB を with い て GC に deep さ 200 nm の groove shape を し, low melting point ガ ラ ス の Line fine planning write be 験 を っ た. そ の results, プ レ ス temperature と し て, ガ ラ ス の flexor v point よ り も や を や い high temperature using す れ ば cut れ や melts the の problem な く planning may write で あ る こ と が わ か っ た. な お, プ レ ス pressure と し て は 3 mpa degree, プ レ ス は 30 seconds degree に お い て, most good も な planning write results ら が れ る Youdaoplaceholder0 とがわ った. に, FIB を with い て quartz ガ ラ ス に deep さ 300 nm の groove shape を し, all the heating に よ る low melting point ガ ラ ス の micro planning write be 験 を line っ た. そ の results, プ レ ス set high temperature を く し す ぎ た occasions に は ガ ラ ス の melting が, プ レ ス pressure high を く し す ぎ た occasions に は ガ ラ ス の cut れ が GC type の occasions よ り も Up こ り や す い こ と が わ か っ た. し か し な が ら, プ レ ス よ を bend v point り も や や high く プ レ ス pressure 2.8 MPa degree に を set す れ ば cut れ や melts the の problem な く planning may write で あ る こ と が shown さ れ た. に finally, UV レ ー ザ (355 nm) wavelength に よ る bureau heating に よ る planning write machining line を っ た. レ ー ザ の focus を planning write surface か ら several mm degree ず ら し, さ ら に, vibration 発 エ ネ ル ギ 15 mu J degree に を げ に limit り た situations, ガ ラ ス surface に planning may write が で あ る こ と が shown さ れ た. こ れ に よ り, original proposal し た Processing method may が で あ る こ と を card be で き た. し か し, good accuracy の い groove shape は processing で き な か っ た. こ れ は, レ ー ザ の エ ネ ル ギ density distribution が reason で あ る こ と が push examine さ れ た. In the future, レ ー ザ wavelength や エ ネ ル ギ distribution, type へ の の 収 absorption material coated な ど で こ の の solve を 図 る.

项目成果

Study on Non-Crack Laser Machining of Glass by using Absorbent Powder

吸收粉激光无裂纹加工玻璃的研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of The Twentieth Annual Meeting ASPE (CD-ROM)
• 作者: Ippei Kono;Akira Nakanishi;Shin'ichi Warisawa;Mamoru Mitsuishi
• 通讯作者: Mamoru Mitsuishi