ジルコニアセラミックスの３次元自由形状創成を目的とした加工技術に関する研究

平成27年度には主にジルコニアセラミックスのレーザ援用加工法に関する研究を遂行した．平成26年度までの成果ではレーザを援用した場合でも切削力が100 N程度と比較的高い値となっておりさらなる切削力の減少が必要と思われた．そのため平成27年度はダイヤモンド電着砥石を用いたレーザ援用加工を実施した．ダイヤモンド電着砥石を用いることにより超硬工具を用いた切削加工を実施する場合よりも切削力を抑制することができ，高効率な加工が可能となると考え本研究を実施した．まずは加工条件の最適化を行うためのシステムを開発した．最適化の手順を以下に示す．①FEMを用いて加工部の温度分布を推測．②加工部の温度が最適となるようレーザ照射条件(出力，スポット径，工具・スポット間距離)を最適化．最適化を実施する際は加工部の温度分布が以下の3条件を満足するようにした．(a) 加工部の平均温度が加工に適した温度である．(b) 加工部の温度が一様に分布している．(c) レーザ照射時に材料中に生じる熱応力がジルコニアセラミックスの破壊強度以下である．(c)について最適化する際に，ジルコニアセラミックスの破壊強度は温度依存性を有することを考慮した．またダイヤモンド電着砥石を用いたレーザ援用研削加工実験を実施した．その結果研削力に関して，120 Wの出力のレーザを用いた場合に研削力が非援用時の1/2以下になることが示された．本プロセスは高温環境における破壊靭性値の低下を利用して被削性を向上させるが，実験の結果表面粗さはレーザ援用の影響を受けないことが判明した．しかし電子顕微鏡を用いた詳細観察から，レーザ援用加工時の材料表面にマイクロクラックが存在することが確認された．これはレーザにより温度が上昇し破壊靭性値が低下したためであると考えられる．工具損傷に関して，レーザを援用することによりダイヤモンド砥粒間の隙間への目詰まりが抑制されることが示された．

平成27年度には主にジルコニアセラミックスのレーザ援用加工法に関する研究を遂行した．平成26年度までの成果ではレーザを援用した場合でも切削力が100 N程度と比較的高い値となっておりさらなる切削力の減少が必要と思われた．そのため平成27年度はダイヤモンド電着砥石を用いたレーザ援用加工を実施した．ダイヤモンド電着砥石を用いることにより超硬工具を用いた切削加工を実施する場合よりも切削力を抑制することができ，高効率な加工が可能となると考え本研究を実施した．まずは加工条件の最適化を行うためのシステムを開発した．最適化の手順を以下に示す．①FEMを用いて加工部の温度分布を推測．②加工部の温度が最適となるようレーザ照射条件(出力，スポット径，工具・スポット間距離)を最適化．最適化を実施する際は加工部の温度分布が以下の3条件を満足するようにした．(a) 加工部の平均温度が加工に適した温度である．(b) 加工部の温度が一様に分布している．(c) レーザ照射時に材料中に生じる熱応力がジルコニアセラミックスの破壊強度以下である．(c)について最適化する際に，ジルコニアセラミックスの破壊強度は温度依存性を有することを考慮した．またダイヤモンド電着砥石を用いたレーザ援用研削加工実験を実施した．その結果研削力に関して，120 Wの出力のレーザを用いた場合に研削力が非援用時の1/2以下になることが示された．本プロセスは高温環境における破壊靭性値の低下を利用して被削性を向上させるが，実験の結果表面粗さはレーザ援用の影響を受けないことが判明した．しかし電子顕微鏡を用いた詳細観察から，レーザ援用加工時の材料表面にマイクロクラックが存在することが確認された．これはレーザにより温度が上昇し破壊靭性値が低下したためであると考えられる．工具損傷に関して，レーザを援用することによりダイヤモンド砥粒間の隙間への目詰まりが抑制されることが示された．