■専任研究員■片平■和俊■キーワード：フェムト秒レーザ，ナノ多結晶ダイヤモンド工具，サファイア■■１．研究の目的と背景■直径数■■■メートルの巨大な高周波加速器の限界を打用を利用したレーザプラズマ加速が■■■■年に提案された．になり，■■■■年代に入ってから急速に研究が進展した１）．カギとなっている．■とは，数■■角の透明材質基板上に幅・深さ数十～数百■■ち破る新しい粒子加速として，レーザとプラズマの相互作当時は，この提案を実現するような強力なレーザが存在せず，現実的な粒子加速法とは考えられていなかった．しかし，テラワット級の高出力フェムト秒レーザ技術の急速な進展によって実験室規模の強力なレーザが手に入るようレーザプラズマを閉じ込めて粒子加速させる小型の装置も開発されているが，キーパーツとなるレーザガイド（サファイア製キャピラリ）をいかに精度よく加工できるかが上記，サファイア製キャピラリに限らず，同素材の産業ニーズは益々広がっている．例えば，サファイア製のマイクロリアクターが，医療診断向けの小型・高速反応の次世代型デバイスとして期待されている．マイクロリアクターの流路を形成し，化学・生化学のプロセスを集積化したものである．その素材としては，サファイアのように，ほとんどの溶媒・溶質に対して安定という特性が必須となる．これら多岐に渡るニーズに応えるために，サファイアの三次元複雑形状および高品位な表面性状を得るための超精密加工技術の開発が求められている．■は，高剛性かつ微細砥粒（平均粒径■■■■以下）の砥石を通常，サファイアの形状創製には，ダイヤモンド砥石による研削加工が適用される．しかしながら，サブミクロンの形状精度とナノメータレベルの表面粗さを得るために用いる必要があるが，砥石の小径化およびツルーイング精度に限界がある．また，単結晶ダイヤモンドバイトを用いてセラミックス等を旋削加工した報告もあるが，加工対象が非軸対象形状あるいは微細流路のような三次元複雑形状は難しい．くわえて，単結晶ダイヤモンドではへき開性があるため耐欠損性に劣るという問題を避けられない．これらの問題により，現状では，サファイアに対して，溝幅が数百■■，溝底面の平均表面粗さ数ff■以下という微細れていない．■れたナノ多結晶ダイヤモンド（■■ff■■■■■■■■■■■■■■■■■ff■■複雑形状を高精度に効率良く加工する手法は未だ確立さ一方，ここ数年，我が国の素材メーカにて新たに開発さ（ ■■■年度■一般研究開発助成■■■■ ■■■ ■■■■■）■グラファイト（黒鉛）などの非ダイヤモンド炭素に，十数性や硬度の異方性がなく，化学的にも安定であり，単結晶ダイヤモンドを凌駕する硬度や諸特性を有することから，硬脆材料に対する高効率切削工具として期待されている．磨仕上げが困難であること，導電性を有さないために放電加工が適用できないこと，などの問題のために，微細かつ形状自由度の高い工具を効率よく作製することは難しい本研究では，まず，ナノ多結晶ダイヤモンドに対し，フェムト秒レーザを搭載したダイヤモンド工具成形専用装置を駆使することで，同素材の高品位・高効率工具成形技術を確立する．つぎに，単結晶サファイアに対し微細かつ高品位加工を達成するための基本条件を検証するため，多結晶ダイヤモンド（■■■■■■■■■■■■■ff■■■■■■■ff■：以下■■■）工具を用いて，微細溝加工特性を評価した．■■２．フェムト秒レーザによる■■■工具成形■2.1 レーザ加工条件■■■■工具の成形に使用したフェムト秒パルスレーザ加工機の外観を図■に示す．■軸制御フェムト秒パルスレーを高精度に成形するために必要な仕様を有する■軸制御ク■■■■■■）をメインフレームとして用い，本装置に後述置はリニアモータ駆動■■■■■の■軸（最小位置決め分解能0.1 μm）と，■■■の回転軸の■軸から構成されている．■■■■の成形に使用したフェムト秒パルスレーザの仕様を表■に示す．パルス幅が■■■■■■のフェムト秒パルスファイバレーザ（■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■）を使用した．レーザ照射位置は，ガルバノスキャナを用いることで■■■平面内を数■■■■の高速で走査することができる．■■ザ加工機は，ウェハ割断や表面改質，レーザクリーニングの分野などで一般的に使用されるが，マイクロエンドミルフェムト秒パルスレーザ加工機は現状では市販されていない．そこで本研究では，精密形彫放電加工機（ソディッするフェムト秒パルスレーザを搭載することとした．本装− 234 −フェムト秒レーザによるナノ多結晶ダイヤモンド工具成形と■サファイアキャピラリ加工のプロセスチェーン■国立研究開発法人理化学研究所■開拓研究本部大森素形材工学研究室■■■■■■ff■：以下■■■）が脚光を集めている■）．■■■とは，■■■，二千数百℃以上の超々高圧高温を与えることで，ダイヤモンドに直接変換した素材である．■■■は，へき開しかしながら，■■■素材自体が硬すぎるために従来の研と言われてきた．■■
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