JPS63105982A - 硬脆材料の超精密加工法 - Google Patents
硬脆材料の超精密加工法Info
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- JPS63105982A JPS63105982A JP25025786A JP25025786A JPS63105982A JP S63105982 A JPS63105982 A JP S63105982A JP 25025786 A JP25025786 A JP 25025786A JP 25025786 A JP25025786 A JP 25025786A JP S63105982 A JPS63105982 A JP S63105982A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）発明の目的
［産業上の利用分野］
この発明は珪素化合物を含む硬脆材料の表面仕上げ粗さ
を、その結晶粒子の大きさより小さくし得る、超精密加
工法に関するものである。
を、その結晶粒子の大きさより小さくし得る、超精密加
工法に関するものである。
［従来の技術１
最近、さまざまな橢能材料として無機結晶材やセラミッ
クス材料が多く利用される。これらのうち、炭化珪素、
窒化珪素、若しくはこれらの混合物を主成分とするもの
は、ダイアモンドに近い硬度を有し極めて硬くて摩耗し
にくく、かつ耐蝕性を備え、耐熱構造材料として優れた
特性を有することが知られている。しかし、硬くて脆い
ため、加工が難しいという問題がある。
クス材料が多く利用される。これらのうち、炭化珪素、
窒化珪素、若しくはこれらの混合物を主成分とするもの
は、ダイアモンドに近い硬度を有し極めて硬くて摩耗し
にくく、かつ耐蝕性を備え、耐熱構造材料として優れた
特性を有することが知られている。しかし、硬くて脆い
ため、加工が難しいという問題がある。
構造材料一般に対する従来の加工法としてはダイアモン
ド砥石等による研削・研磨加工法とダイアモンド刃等に
よる切削加工法が公知である。
ド砥石等による研削・研磨加工法とダイアモンド刃等に
よる切削加工法が公知である。
［発明が解決しようとする問題点］
切削加工法は、高効率でありかつ形状のｖＪ度を出すの
に有利な加工法であるが、前記硬脆材料に切削加工を行
うと、加工は結晶を破壊しながら進行するため、その加
工表面粗さは一般に単結晶粒子の大きさより粗くなり、
単結晶粒子より小さくすることは出来ない。
に有利な加工法であるが、前記硬脆材料に切削加工を行
うと、加工は結晶を破壊しながら進行するため、その加
工表面粗さは一般に単結晶粒子の大きさより粗くなり、
単結晶粒子より小さくすることは出来ない。
一方、研削・研磨加工法は、表面加工粘度を出すのに有
利な加工法であるが゛うねり″がないようにするのが難
しく形状精度が出しにくい上に、前記硬脆材料に研削・
研磨加工を行うと、摩耗しにくい特性の故に加工には非
常に時間がかかり、効率が低くかつ加工費が非常に高い
。
利な加工法であるが゛うねり″がないようにするのが難
しく形状精度が出しにくい上に、前記硬脆材料に研削・
研磨加工を行うと、摩耗しにくい特性の故に加工には非
常に時間がかかり、効率が低くかつ加工費が非常に高い
。
また、硬脆材料に対する効率の高い加工方法として、最
近、水酸化カリウム水溶液等の加工液に浸したセラミッ
クスに、アルゴンイオンレーザやＹＡＧレーザを照射し
、局所的に高熱とし、かつ加工液のエツチング作用を促
進して、孔あけ・切断等の加工を行う、レーザケミカル
エツチング法の研究が盛んになっているが、この方法で
は前記表面の仕上げ加工は不可能である。
近、水酸化カリウム水溶液等の加工液に浸したセラミッ
クスに、アルゴンイオンレーザやＹＡＧレーザを照射し
、局所的に高熱とし、かつ加工液のエツチング作用を促
進して、孔あけ・切断等の加工を行う、レーザケミカル
エツチング法の研究が盛んになっているが、この方法で
は前記表面の仕上げ加工は不可能である。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、珪素化合物を合む硬脆材料の精密加工において、形
状精度と仕上げ面の粗さの精度とが共に優れ、仕上げ面
の粗さを単結晶粒子の大きさより遥かに小さくすること
が可能であり、かつ、加工時間を大幅に短縮し得る高粘
度、高効率の超精密加工法を提供することを目的として
いる。
て、珪素化合物を合む硬脆材料の精密加工において、形
状精度と仕上げ面の粗さの精度とが共に優れ、仕上げ面
の粗さを単結晶粒子の大きさより遥かに小さくすること
が可能であり、かつ、加工時間を大幅に短縮し得る高粘
度、高効率の超精密加工法を提供することを目的として
いる。
（ロ）発明の構成
［問題を解決するための手段］
この目的に対応して、この発明の硬脆材料の超精密加工
法は、珪素を含む硬脆材料からなる被加工物の被加工面
をアモルファス化するアモルファス化工程と、前記アモ
ルファス化された被加工面に水系電解液の存在下で短波
長レーザを照射することにより前記被加工面の表層部に
酸化珪木の水和化物を含む軟質層を生成する軟質層生成
工程と、及び前記軟質層を除去する軟質層除去工程と、
を含むことを特徴とする特徴としている。
法は、珪素を含む硬脆材料からなる被加工物の被加工面
をアモルファス化するアモルファス化工程と、前記アモ
ルファス化された被加工面に水系電解液の存在下で短波
長レーザを照射することにより前記被加工面の表層部に
酸化珪木の水和化物を含む軟質層を生成する軟質層生成
工程と、及び前記軟質層を除去する軟質層除去工程と、
を含むことを特徴とする特徴としている。
以下、この発明の詳細を一実旅例を示す図面について説
明する。
明する。
この発明の硬脆材料の超精密加工法を模式的に示す第１
図において、１は被加工物である。被加工物１は窒化珪
素５１３Ｎ４を主成分とする硬脆材料からなり、前工程
より移送されて来たものであり、方向２に移送されつつ
被加工面である上面に超精密加工法による表面仕上げ加
工を施される。
図において、１は被加工物である。被加工物１は窒化珪
素５１３Ｎ４を主成分とする硬脆材料からなり、前工程
より移送されて来たものであり、方向２に移送されつつ
被加工面である上面に超精密加工法による表面仕上げ加
工を施される。
加工直前の未加工Ｊｆｆｉ１ａは粗い結晶粒子による粗
い表面をなしており、まず水系電解液３を供給される。
い表面をなしており、まず水系電解液３を供給される。
水系電解液３としては、水を水素イオンＨ＋と水酸イオ
ンＯＨ−とに電離し易くして酸化珪素の水和化反応を促
進し得るもの、例えば水酸化カルシウム水溶液を用いる
。供給の仕方としては、例えば水系電解液３を含浸した
多孔質の弾性体を備えた水系電解液供給器４に接触させ
てこれを塗布する。水系電解液供給器４には電極が取付
けられて通電され、水系゛市解液３中の水のＨ＋。
ンＯＨ−とに電離し易くして酸化珪素の水和化反応を促
進し得るもの、例えば水酸化カルシウム水溶液を用いる
。供給の仕方としては、例えば水系電解液３を含浸した
多孔質の弾性体を備えた水系電解液供給器４に接触させ
てこれを塗布する。水系電解液供給器４には電極が取付
けられて通電され、水系゛市解液３中の水のＨ＋。
ＯＨ−への電離が促進されている。
次に、ダイアモンド砥石５によるアモルファス化工程を
受ける。すなわち、極端な突出部１３が機械的に削り去
られ表面高さがならされると共に、その表面はダイアモ
ンド砥石５の粗さに従った粗さの微結晶の集合体化し、
すなわちアモルファス化し、アモルファス化ｆｆ１１ｂ
となる。
受ける。すなわち、極端な突出部１３が機械的に削り去
られ表面高さがならされると共に、その表面はダイアモ
ンド砥石５の粗さに従った粗さの微結晶の集合体化し、
すなわちアモルファス化し、アモルファス化ｆｆ１１ｂ
となる。
水系電解液３を塗布された状態でアモルファス化された
アモルファス化ｆｆ１１ｂは、次にレーザ照）１装置１
０による軟質層生成工程を受ける。すなわちレーザ発振
器６から発せられた短波長レーザ９は、凹レンズ７で拡
げられ、反射鏡８で反射されてアモルファス化Ｆａｌｂ
に照射される。すると照射面では Ｓ １ ３ Ｎ ４ ＋ （６＋ ｎ ） ト１２
０→３Ｓｉ ０２−ｎＨ２０＋４ＮＨ３ で示される反応が促進され、表層部の窒化珪素が酸化珪
素の水和化物に変化して軟質化し、アモルファス化層１
ｂに沿ってほぼ一定の厚みの軟質層１Ｃが表層部に生成
される。
アモルファス化ｆｆ１１ｂは、次にレーザ照）１装置１
０による軟質層生成工程を受ける。すなわちレーザ発振
器６から発せられた短波長レーザ９は、凹レンズ７で拡
げられ、反射鏡８で反射されてアモルファス化Ｆａｌｂ
に照射される。すると照射面では Ｓ １ ３ Ｎ ４ ＋ （６＋ ｎ ） ト１２
０→３Ｓｉ ０２−ｎＨ２０＋４ＮＨ３ で示される反応が促進され、表層部の窒化珪素が酸化珪
素の水和化物に変化して軟質化し、アモルファス化層１
ｂに沿ってほぼ一定の厚みの軟質層１Ｃが表層部に生成
される。
次に、この軟質層１ｃを除去する軟質層除去工程を行う
。すなわちダイアモンド刃１１によって、軟質層１Ｃの
厚み分の深さの切削を行い仕上げ而１ｄとする。この切
削に先立って軟質Ｇ１ｃのＪ２み分の深さの切り込みを
入れると一層効果的である。
。すなわちダイアモンド刃１１によって、軟質層１Ｃの
厚み分の深さの切削を行い仕上げ而１ｄとする。この切
削に先立って軟質Ｇ１ｃのＪ２み分の深さの切り込みを
入れると一層効果的である。
また、この軟質層除去工程の後に、仕上げ面１ｄに不動
態化処理を施すことも有効である。
態化処理を施すことも有効である。
第２図は実際にこの発明の硬脆材料の超精密加工法を実
燕する場合の装置を模式的に示したちのであり、円柱面
に仕上げようとする被加工物１をその＠１２の回りに方
向２ａに回転させる一方、水系電解液供給３４、砥石５
、レーザ照射装置１０、及びダイアモンド刃１１を、被
加工物１の外周面に沿って方向２ａにこの順に配置し、
水系電解液３を供給しつつ、前記アモルファス化工程、
軟質膜生成工程、及び軟質膜除去工程からなる加工サイ
クルを反復して行うようにし、反復により仕上げ面の平
坦化の効果を更に高め（ｑるようにしたものである。
燕する場合の装置を模式的に示したちのであり、円柱面
に仕上げようとする被加工物１をその＠１２の回りに方
向２ａに回転させる一方、水系電解液供給３４、砥石５
、レーザ照射装置１０、及びダイアモンド刃１１を、被
加工物１の外周面に沿って方向２ａにこの順に配置し、
水系電解液３を供給しつつ、前記アモルファス化工程、
軟質膜生成工程、及び軟質膜除去工程からなる加工サイ
クルを反復して行うようにし、反復により仕上げ面の平
坦化の効果を更に高め（ｑるようにしたものである。
この実施例では被加工物１を構成する硬脆材料は窒化珪
素であったが、炭化珪素であってもよい。
素であったが、炭化珪素であってもよい。
この場合レーザ光による光反応として分解反応ＳｉＣ→
３ｉ ＋Ｃが促進され、 電離した水！−１”＋ＯＨ−が電気化学反応Ｓｉ −＊
Ｓｉ Ｏ−ｎ （Ｈ２Ｏ）を促進するものと考えられる
。この場合も酸化珪素の水和化物の軟化層が生成され、
ダイアモンド刃１１により高効率に切削できる。
３ｉ ＋Ｃが促進され、 電離した水！−１”＋ＯＨ−が電気化学反応Ｓｉ −＊
Ｓｉ Ｏ−ｎ （Ｈ２Ｏ）を促進するものと考えられる
。この場合も酸化珪素の水和化物の軟化層が生成され、
ダイアモンド刃１１により高効率に切削できる。
［作用・効果］
このように構成された硬脆材料の超精密加工法によれば
、被加工面は、まずアモルファス化工程により橢械的に
ある厚み分をアモルファス化され、次に軟質層生成工程
によりこの厚み部分が化学変化せられて軟質化され、更
にこの軟’ｆ１ｓ５の厚みの分を効率良く除去される。
、被加工面は、まずアモルファス化工程により橢械的に
ある厚み分をアモルファス化され、次に軟質層生成工程
によりこの厚み部分が化学変化せられて軟質化され、更
にこの軟’ｆ１ｓ５の厚みの分を効率良く除去される。
このとき精々、単結晶粒程度の表面粗さであったアモル
ファス層１ｂは、その表面の凹凸部分が機械的にではな
く、化学反応により軟質化されてから除去されることに
なり、化学反応は単結晶の大きさより更にミクロの分子
レベルにおいて起るものであるから、あとに残る硬質部
分からなる仕上げ面１ｄの粗さは、単結晶粒の大きさよ
り遥かに小さくすることが可能で、従来に比して格段に
緻密となり、第３図に示すように、従来のダイアモンド
焼結工具による切削加工の仕上げ面の粗さが２〜１０μ
ｍ程度であったのに比し０．０２μｍ〜０．１３μｍ程
度と、およそ１００分の１の粗さとなり、レーザケミカ
ルエツチング法と比してもこの点で優れている。
ファス層１ｂは、その表面の凹凸部分が機械的にではな
く、化学反応により軟質化されてから除去されることに
なり、化学反応は単結晶の大きさより更にミクロの分子
レベルにおいて起るものであるから、あとに残る硬質部
分からなる仕上げ面１ｄの粗さは、単結晶粒の大きさよ
り遥かに小さくすることが可能で、従来に比して格段に
緻密となり、第３図に示すように、従来のダイアモンド
焼結工具による切削加工の仕上げ面の粗さが２〜１０μ
ｍ程度であったのに比し０．０２μｍ〜０．１３μｍ程
度と、およそ１００分の１の粗さとなり、レーザケミカ
ルエツチング法と比してもこの点で優れている。
また加工効率においても従来のダイアモンド焼結工具に
よる切削加工では、単位工具幅当り１〜６ｍｆｆ１２／
分であったのに対し、０、３〜１ 、２ｒｒｎ２／分と
ほぼ３倍に高まる。
よる切削加工では、単位工具幅当り１〜６ｍｆｆ１２／
分であったのに対し、０、３〜１ 、２ｒｒｎ２／分と
ほぼ３倍に高まる。
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、珪素
化合物を含む硬脆材料の表面の仕上げ加工において形状
精度・面の精度共に加工精度を高め仕上げ面の粗さを結
晶粒子の大きさより遥かに小さくすることが可能で、か
つ加工時間を大幅に短縮し得る高効率の超精密加工法を
得ることができる。
化合物を含む硬脆材料の表面の仕上げ加工において形状
精度・面の精度共に加工精度を高め仕上げ面の粗さを結
晶粒子の大きさより遥かに小さくすることが可能で、か
つ加工時間を大幅に短縮し得る高効率の超精密加工法を
得ることができる。
［実験例］
（１）まず、大気中の水熱気の存在下・下記実験条件で
ダイアモンド（ライダー）で硬脆材料（窒化珪素）の表
面を強く摩擦し、横の条痕を１７だ。
ダイアモンド（ライダー）で硬脆材料（窒化珪素）の表
面を強く摩擦し、横の条痕を１７だ。
（実験条件）
大気湿麿 ５０％ダイアモンドの
先端半径 １００μｍｆ’ｉ！擦の荷重
７５０ｇ庁隙の回数 １０００
回（２）次に、横の条痕の部分の壁の軟かさを見るため
に、ダイアモンドビッカース圧子により１０ｇの荷重で
引掻き、横の条痕に対して垂直に交わる縦の条痕を形成
したところ、横の条痕内の周辺で条痕内の反応生成物が
押し分けられ、この部分が軟かいことを示した。
先端半径 １００μｍｆ’ｉ！擦の荷重
７５０ｇ庁隙の回数 １０００
回（２）次に、横の条痕の部分の壁の軟かさを見るため
に、ダイアモンドビッカース圧子により１０ｇの荷重で
引掻き、横の条痕に対して垂直に交わる縦の条痕を形成
したところ、横の条痕内の周辺で条痕内の反応生成物が
押し分けられ、この部分が軟かいことを示した。
第１図はこの発明の硬脆材料の超精密加工法を示す模式
図、第２図は本発明を円柱面に仕上げようとする被加工
物に適用した場合を示す模式図、及び第３図は珪素化合
物を含む硬脆材料の従来の加工法と本発明とにおける仕
上げ面粗さ・加工効率の比較を示す図である。 １・・・被加工物 １ａ・・・加工前の部分 １ｂ
・・・アモルファス化層 １Ｃ・・・軟質層 １ｄ
・・・仕上げ面 ２・・・方向 ３・・・水系電解
液 ４・・・水系電解液供給器 ５・・・砥石
６・・・レーザ発振器 ７・・・凹レンズ ８・・
・反射鏡 ９・・・短波長レーザ １０・・・レー
ザ照射装置 １１・・・ダイアモンド刃 １２・・
・ＩＩＦ！１１３・・・突出部第２図 １゜
図、第２図は本発明を円柱面に仕上げようとする被加工
物に適用した場合を示す模式図、及び第３図は珪素化合
物を含む硬脆材料の従来の加工法と本発明とにおける仕
上げ面粗さ・加工効率の比較を示す図である。 １・・・被加工物 １ａ・・・加工前の部分 １ｂ
・・・アモルファス化層 １Ｃ・・・軟質層 １ｄ
・・・仕上げ面 ２・・・方向 ３・・・水系電解
液 ４・・・水系電解液供給器 ５・・・砥石
６・・・レーザ発振器 ７・・・凹レンズ ８・・
・反射鏡 ９・・・短波長レーザ １０・・・レー
ザ照射装置 １１・・・ダイアモンド刃 １２・・
・ＩＩＦ！１１３・・・突出部第２図 １゜
Claims (1)
- 珪素を含む硬脆材料からなる被加工物の被加工面をアモ
ルファス化するアモルファス化工程と、前記アモルファ
ス化された被加工面に水系電解液の存在下で短波長レー
ザを照射することにより前記被加工面の表層部に酸化珪
素の水和化物を含む軟質層を生成する軟質層生成工程と
、及び前記軟質層を除去する軟質層除去工程と、を含む
ことを特徴とする硬脆材料の超精密加工法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25025786A JPS63105982A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 硬脆材料の超精密加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25025786A JPS63105982A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 硬脆材料の超精密加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63105982A true JPS63105982A (ja) | 1988-05-11 |
| JPS642673B2 JPS642673B2 (ja) | 1989-01-18 |
Family
ID=17205191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25025786A Granted JPS63105982A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 硬脆材料の超精密加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63105982A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976347A (en) * | 1996-11-26 | 1999-11-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Micro cutting method and system |
| JP2006255813A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法 |
| KR101012091B1 (ko) | 2008-12-02 | 2011-02-07 | 한국과학기술연구원 | 다이아몬드막으로 코팅된 세라믹 몸체 및 그 제조방법 |
-
1986
- 1986-10-21 JP JP25025786A patent/JPS63105982A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976347A (en) * | 1996-11-26 | 1999-11-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Micro cutting method and system |
| JP2006255813A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法 |
| JP4737710B2 (ja) * | 2005-03-16 | 2011-08-03 | 日産自動車株式会社 | 微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法 |
| KR101012091B1 (ko) | 2008-12-02 | 2011-02-07 | 한국과학기술연구원 | 다이아몬드막으로 코팅된 세라믹 몸체 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS642673B2 (ja) | 1989-01-18 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |