千葉工業大学　プロジェクト研究年報　2015年版

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研究項目： 科研費採択者助成金(最終年度) 研究期間： ２０１４／４／１ ～ ２０１５／３／３１ 研究課題名（和文）： エイエフエムナノ加工による研磨加工素過程のシミュレーション実験に関する研究 研究課題名（英文）： Simulation and experimental study of the polishing-machining elementary step by AFM nano-machining 研究者： 〇松井 伸介 千葉工業大学 MATSUI Shinsuke 工学部 機械サイエンス学科 教授 １．はじめに 研磨技術の高度化は現在、重要な課題となっている．1例を示せば、今後ますます重要となってくるハイブリッドカー、電気自動車等では、より高性能、低コストなパワーデバイスが必要となってくる。これを実現するためにはSiC, GaN、ダイヤモンドなどの非常に硬い材料基板の鏡面･ダメージレス研磨が必要であるといわれている。しかし、まだ、特にダイヤモンド基板のように非常に硬い材料では、比較的高速で大面積な実用的な研磨方法が確立されていない。 しかし研磨技術は、非常に多数の切れ刃が関連する加工技術でまだわかっていないことが多い。そこでまず、ナノ切れ刃である微細砥粒と基板の槢動の素過程を切り出し検討した。最も重要であるこの過程とその他の過程を分離しそれぞれを分析することで、研磨技術全体を理解することを図った。そしてこれによって得られた知識をもとに研磨技術を高度化することが本研究の目的である。 ２．研究の方法 研磨の素過程の検討にAFMシステムを用いることで、加工荷重と切れ刃軌跡を制御した。加工は液中で行い、砥粒をスラリーとして用いる研磨技術と同等の雰囲気である。これによって、雰囲気の化学成分を変化させたり、さらに触針材質を変化させたりして、切れ刃が小さくなると顕著になるといわれている加工における化学的側面の検討もできるようにした。AFMスクラッチ加工は、石英製であるシングルモード光ファイバ端面のコア（直径20μｍ）を含む50µm四方で行った。用いたAFMはカンチレバーの高さ測定を臨界角法で行っており、この測定用の顕微鏡対物レンズを用いて加工位置を同定もすることができる。スクラッチ加工後に端面からの反射光に相当する反射減衰量を測定することにより加工によって発生した加工変質層の評価が行える。また、触針先端をFESEM観察することによって加工による切れ刃の摩耗の評価も可能となる。 ３．研究成果 準備したAFM触針材質は、ダイヤモンド、酸化ケイ素(シリカ)、酸化セリウム、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)である。また、触針の先端曲率は、ダイヤモンド触針で100 nm、他の材質触針では、200 nmである。スクラッチ加工は、数10から数100μＮの荷重をかけ、50μｍ四方をピッチ50 nm、1ライン1秒で行った。 図1に使用したAFMナノスクラッチユ加工ニットを示す。 図1 AFMナノスクラッチ加工ユニット 本装置は、試料を駆動するチューブスキャナーを短く切断し、その上部に光ファイバコードも収納できるコネクタフェルール固定治具を設置している。この固定治具には液だめも付随している。そしてＯリングを介してフェルールを固定することによって液の下部への漏えいを防ぐことを可能とした。図2にスクラッチ加工された光ファイバ端面を示す。コア近傍にスクラッチ加工されていることがわかる。図3は、ダイヤモンド触針を用いた時の加工荷重を加工深 図2 スクラッチ加工された光ファイバ端面 1192015　千葉工業大学附属研究所　プロジェクト研究年報　　　　　　　　　　Project Report of Research Institute of C.I.T 2015　　　　

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