応 (a)ダイヤモンドの シャンクへの接合 キーワード：インデンテーション，超音波振動，単結晶ダイヤモンド圧子，マイクロアレイ金型，超精密成形 近年，様々な領域で超精密・微細テキスチャリングの需要が増大している1),2)．その例を以下に示す． (a) 光学系レンズの成形型 回折レンズ，赤外レンズ等の車載センサ，内視カメラ，マイクロカプセル等の医療デバイス等において，素子の形状のテキスチャリング化，ガラス化，マイクロ化，高精度化が求められ，量産成形のため「テキスチャリング成形型の超精密微細加工」が不可欠である． (b) 歯科用Tiインプラント 生体細胞と適合性が優れるチタン（Ti）は既に人工骨にも用いられ，最近の研究では歯科Tiインプラント表面に10µm幅程度の微細溝を設けると生体融合性が高まるとの報告がある．Tiは難削材であり微細加工が困難である． (c) 表示デバイス用反射防止機能表面 スマートフォン，液晶パネルや車載表示パネルに，光の波長レベルの段差の微細なパターンを創成することにより，表示パネルの反射光を防止する効果が付加できる． 図1 レーザ光による単結晶ダイヤモンド製圧子の マイクロ加工と超音波援用インデンテーション 図2 超音波援用インデンテーションの効果 単結晶 ダイヤ モンド 超硬合金製シャンク 通通常常のの押押込込みみ加加工工 力 超超音音波波援援用用加加工工 0 変位 累積永久変形 単結晶ダレーザ イヤモンド製圧子 (b)微細圧(c) 超音波援用子の創成 プレス加工 通常の押込み加工における弾性回復量 超音波援用インデンテーションにおける弾性回復量 中部大学 工学部 機械工学科 （2018年度 一般研究開発助成 AF-2018032-B3） 荷重 W 超音波振動子 − 161 −教授 鈴木 浩文 その他，撥水性の向上，光の吸収率の向上，汚れの付着の防止機能などが有るが割愛する．このように様々なテキスチャリングの付加の効果があるが，多くは量産成形するため，高精度・高能率のテキスチャリングがキー技術となっている． 従来は「切削加工」などの機械的除去加工で実施されるが，効率が悪い，量産性が劣るなど実用化に大きな問題が有る2),3),4)．一方，本提案の「超音波振動援用ナノインデンテーションによる微細形状の高精度テキスチャリング」では，図1に示すようにレーザファブリケーションプロセス5),6)で単結晶ダイヤモンド製圧子を創成し，超音波振動を援用しながらインデンテーション（圧入）を行うため，図2に示すように小さな押込み荷重で金属やアモルファス材料の微細形状の高精度・高能率転写加工が可能であることが予備実験の結果から明らかとなっている．単純な圧子による押込み加工では微細形状の高精度高能率加工が困難であるが，それに反して，(1) なぜ超音波を付加することにより高硬度材料においても低圧力で材料の塑性流動が生じるのか，(2) 高精度・高能率転写加工ができるのかを，塑性流動解析，実験的検証により，明らかにすることを本研究の目的として実験を実施した． ２．実験装置および方法 2・1 超音波振動援用ナノインデンテーション装置 開発した超音波振動援用ナノインデンテーション装置を図3に示す．ランジュバン型の圧電素子を用いて超音波振動を創成する．縦方向の超音波振動の振幅はホーンにより増大し，先端のダイヤモンド圧子に伝達する構造となっている. 超音波振動システムを開発するにあたり，図3(b)に示すようにANSYSを用いて超音波振動解析を行い，システムと最適な 振動ホーンの形状を設計した7),8),9)．３軸制御NC駆動装置（芝浦機械㈱製UVM350B）に圧電素子型の超音波振動装置を取付け，単結晶ダイヤモンド圧子はコレットチャックを介して超音波装置に取付けた．また，プレス力測定のため，金型・ワークジグを動力計（キスラー製）に取り付け，押し付け荷重，圧子の位置を制御するシステムを構築した．超音波振動装置の振動数は39kHz，振幅は2～6.2μmとなるようにした．駆動テーブルはX,Y,Z軸同時制御で，位置決め精度は10nmである． １．研究の目的と背景 単結晶ダイヤモンド製圧子を用いた超音波援用マイクロ プレス加工によるマイクロレンズアレイ金型の超精密成形
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