超精密 謝 辞 加工機 ３．研究成果 (a) 超音波振動装置の概略図 (b) 超音波振動解析 図3 開発した超音波援用インデンテーションシステム ピエゾ デバイス 動力計 図4 開発した超音波援用インデンテーション装置 2・2 単結晶ダイヤモンド製の圧子の試作 単結晶ダイヤモンド製の圧子は図1のレーザファブリケーションシステムにより試作した．レーザ光を走査し自由曲面を創成することができる．使用したレーザはIR YVO4 (λ=1.064 μm)を用いた．試作した２種類の単結晶ダイヤモンド製の圧子のSEM写真を図5に示す．先端が90度の四角錐形状と，曲率半径100μmの円錐形状の圧子を試作した． 単結晶ダイヤモンド製の圧子 (a) 四角錐 (90 度) (b) 円錐 (先端100 μm R) 図5 試作した単結晶ダイヤモンド製の圧子 2・3 実験方法 インデンテーション実験の条件を表１に示す．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．押し込み量は5 - 80 μmとし，インデンテータの動きとインデンテーション時間は超精密機械のNCシステムにより制御した．工作物は，6-4黄銅，無酸素銅，無電解Ni-Pを用いて実験した．インデンテーション荷重はキスラー社の動力計によりインプロセスで計測した．インデンテーション加工はドライでも可能であるが，ダイヤモンド圧子の摩耗と破損を防止するため，白灯油をX 掛けながら潤滑して加工を行った． Z 工具 形状 先端形状 超音波装置 振動数 振幅 工作物 硬度 押込み深さ 送り速度 押し込み時間 クーラント 白灯油 圧子 3・1 超音波援用インデンテーションの基礎的特性の評価 はじめに，超音波援用インデンテーションの基礎的特性を把握するために，無電解Ni-P，無酸素銅，6-4黄銅を材料に対して，インデンテーション荷重，インデンテーション深さを変化させて特性を評価した．３種類の材料に対して，インデンテーション深さが10μm，40μmにおいて，超音波振動の振幅を変化させて時の荷重の変化を図6に示す．硬度の高い材料ほどインデンテーション荷重が大きく，振幅が大きいほど荷重が小さくなっていることがわかる． 先端 (a)押込み深さ, d=10 μm (b)押込み深さ, d=40 μm 表1 実験条件 単結晶ダイヤモンド 四角錐 90 度 ピエゾ素子 39 kHz 0, 2.0 - 6.2 μm 無酸素銅 6-4 銅 HV 100 HV 153 5, 10, 20, 40, 80 μm 100 mm/min 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6 s 図6 超音波振動の振幅に対する荷重の変化 （無電解Ni-P，無酸素銅，6-4黄銅） 円錐 0.1 mm R 無電解Ni-P HV 565 ピエゾ素子 4.8 3.6 2.4 1.2 0.2 µm クーラント ノズル 工作物 単結晶ダイヤモンド製の圧子 先端 ピエゾ素子 ホーン 工具軸 圧子 50 μm 100 μm − 162 −
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