我々は将来のナノマシニングへの応用を狙い、FIB-CVD法を用いて形成したDLC構造体に関する研究を行っている。DLCの機械的特性を評価した結果、ヤング率が120～140GPa,ビッカース硬さが1100～1300HVであることが判った。また、熱処理を行なうことにより673Kより高い温度領域で両特性の低下が確認された。その原因を高分解能透過型電子顕微鏡を用いて検討した。

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マイクロオーダーの金型への応用を目的として、FIB-CVD法による局所コーティング技術について研究した。Si及び金型部材に多く用いられるNi, WC上に膜厚の異なるDLC膜を作製し、ナノスクラッチテスターを用いて剥離性評価を行った。これより、基材の種類及び膜厚の違いにより剥離形状、剥離荷重に違いが生じた。本発表では、それらの違いを明確にし、その原因についてもあわせて報告する。

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ダイヤモンド状炭素(Diamond-Like Carbon: DLC)膜は,耐摩耗性,低摩擦係数,ガスバリア性,高絶縁性,等様々な優れた性質を有す.生産性を考えるうえでDLC膜合成の高速化は重要である.本研究では基板周辺に磁場を援用し高密度なプラズマを発生させるマグネトロンCVD法によりDLC膜を高速かつ選択的に合成することを目的とする.さらに高電圧ナノパルスを発生させるSIサイリスタ素子を用いたパルス電源を使用した.結果磁場を援用することにより援用しない場合に比較して最大約50倍の合成レートが得られた.

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大気圧下でのDLC膜合成は,成膜のインプロセス化やワークのサイズレス化を実現する観点から重要である.本研究は,小型で高出力の得られるSIサイリスタ素子を用いたパルス電源のナノパルスを利用したCVD法により,大気圧下でのDLC膜の合成を目的としたものである.今回,キャリアガスに着目し,既報のガス流量に対し,30%の流量で大気圧雰囲気下でのDLCの成膜を確認した.また,キャリアガス種に関しても従来のヘリウムガスに加え,窒素ガスでの成膜を試みた結果を報告する.

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物理気相成長法の中でも高速合成に適している真空アーク蒸着法による高密度a-C膜の高速合成について検討した.グラファイトの蒸発·励起に影響を与える放電時の電流·電圧の制御と,電極への再付着に影響を与える電極の形状および配置の最適化した結果,高密度を実現するため必要なドロップレットの含有率低減とsp₃結合比増加を実現した.得られた膜は0.01～0.1 nmRaであり,sp₃結合比約80%であった.

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SOGの電子ビーム露光による内部結合状態の変化は、FT-IRおよびXPSを用いた解析により焼成が進むのと同じであるとされてきた。しかし今回、Thermal Desorption Spectroscopyを用いたより詳細な調査により、露光により切断される結合部位と焼成により切断される結合部位には違いがあることが明らかとなったので報告する。

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真空蒸着やスパッタリングによる薄膜作製時に、蒸着粒子の基板への入射方向を基板の法線方向から傾けると、入射方向へ傾斜したコラム状構造を有する薄膜が成長することが知られている。本研究ではこの現象を利用し、スパッタリング中に基板の傾斜角度を変化させることによって、厚さ方向に特異な構造(ジグザグやらせんなど)を持つ金属薄膜を作製できることを示すとともに、成長条件と薄膜構造の関係を検討した。

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TFTや太陽電池などのデバイスにpoly-Siを用いる試みがなされている。そこで、我々はガラス基板上に粒径が小さく、密度が疎な微結晶を配置し、これを結晶核とする大粒径多結晶Si薄膜の作製方法を検討している。本報告ではガラス基板上の結晶核として、a-Geの固相結晶化により自己組織的に形成されるGe微結晶に着目し、その粒径と密度を減圧中での酸素エッチングによって制御した結果について示す。

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Ge微結晶を核としたSi薄膜成長について述べる。まず、SiO₂表面上のa-Ge薄膜の熱処理による自己組織化によりGe微結晶を作製した後、その粒径と密度を減圧酸素雰囲気中における酸素エッチングによって制御した。種々の密度と大きさのGe微結晶核付SiO₂基板を用いて、CVD法あるいはMBE法によりSi薄膜を成長させた。本研究では、Ge微結晶核の有無によってSi薄膜成長がどのように影響されるかを調べた。

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大気圧プラズマCVD法により超高速形成したアモルファスSi(a-Si)薄膜を発電層とした太陽電池を作製し、その光電変換特性と発電層形成条件の相関について検討した。a-Si薄膜の成膜速度および電気·光学特性を評価した結果、シランガス濃度に対して最適な投入電力が存在し、最大336nm/sの成膜速度でデバイス品質のa-Siを形成可能であることが分かった。また、成膜条件を最適化することにより、最大8.25%の変換効率を達成した。

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Nowadays, Laser technology is located in the centre of optical engineering and industrial production technology. It is certain that laser processing has caused a revolution in the way of production technology not only thermal process of materials but precise process or ablation process for micro-process. Laser processing technology is still bringing a rapid expansion of new industrial applications. Here, it may be said, we have rushed into the second generation of laser processing. In these circumstances, technical trends of laser processing and leading-edge laser technologies are introduced in detail. And also, the views on the future of this field are described.

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マグネシウム合金板のレーザ曲げ加工において,板の曲げ角度と曲げ方向の制御を目指して加工条件と曲げ特性の関係を検討する.レーザ照射面と反対側を加熱した状態でCO₂レーザの往復照射を行い曲げ加工を試みた.加熱しない場合板の曲がる方向は一定しないが,加熱することによって常にレーザ照射の反対側に曲がることが確認された.板厚方向の温度変化を実験及び解析により求め,曲げ変形メカニズムとの関連について考察した.

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レーザビームを薄板の直線上を移動照射して曲げ加工を行うと,座屈型の変形をする場合がある.本実験では円筒レンズにより線状に成形したビームにより曲げ加工を行った.ビーム寸法,試料形状,走査速度などの実験条件を変えて,その変形特性について検討した.

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レーザフォーミングは温度勾配により生ずる熱応力を用いて材料を成形する加工法であることから,レーザ光照射中の加熱過程及び照射後の冷却過程における試料の温度を把握することは重要である.そこで本研究ではレーザ光の出力とスキャン速度を変化させ,プロセス中の試料温度と変形量を実験的に測定した.また,試料温度の解析を行い,実験結果との比較検討を行った結果についても報告する.

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CO₂レーザを用いてステンレス板材のフォーミング加工を行い,同時にレーザ照射部表面および裏面温度を2組の光ファイバ型2色温度計を用いて測定し,　表裏温度差と変形メカニズムの関係を調べた.実験結果から板厚が小さくなるほど,ビーム径が大きくなるほど表裏温度差は小さくなり,変形メカニズムが温度勾配メカニズム(TGM)からバックリングメカニズム(BM)へと変化することがわかった.

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昨今のナノテク,バイオ,マイクロマシン等の技術の進歩は目覚しく,微細加工技術の発展は必要不可欠である.我々は,エキシマレーザーを用いて,金属,樹脂等の材料に対しての加工特性の調査を行い,様々な条件下においてレーザーを照射し,得られた形状の観察,測定を行った結果に関して報告する.

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一括モールドした銅基板半導体パッケージの個片化を目的としたレーザ切断を取り扱っている.QスイッチSHG:YAGレーザを用いて実験的検討を行ったところ,ピーク出力が10kW程度の条件で良好な切断が可能であった.また,レーザ出力,送り速度を変化させ銅基板側,樹脂封止側からそれぞれ切断を行い,最大切断可能速度を検討するとともに試料表面や端子部の加工条件による影響を観察した結果についても報告する.

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超砥粒軸付き砥石への軸の取り付け穴加工は,焼結後に穴加工することが困難であるため,焼結前に下穴加工を行い,焼結後に仕上げ加工するのが一般的である.しかしながら,この加工法では下穴が焼成収縮の影響を受けるため,品質毎の調整が必要となるなど課題が多い.そこで,本研究では軸付き砥石の生産性向上のため,レーザによる超砥粒砥石への穴加工を提案し,ドリル加工との比較を行ったのでその結果を報告する.

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本研究では、ネオジム磁石に対するレーザ走査加工を行なった。磁石は一般に加工がしづらく、着磁後の形状変更などは、一度消磁しなければならない。また複雑形状の磁石の製造も困難である。レーザによる磁石の3次元形状創成が可能になれば上記の問題が解決されることになる。一方、磁石はキュリー点以上になると磁性を失う。そのため、加工による磁力の低下は避けられない。本報告では、レーザ加工、放電加工によりそれぞれ同形状に加工した磁石の磁束密度の比較結果を報告する。

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溶接構造による新しい高機能機械要素システムの開発を目標に、形状記憶合金(SMA)のレーザ溶接に関する実験的研究を行った。レーザはパルスYAGレーザを使用し、SMAは直線記憶済のものと未記憶のものを使用した。相手材にはSMAのほかに、ばね鋼等の異種金属機能材料も採用し、レーザ照射条件が溶接部の状況ならびにSMAの形状記憶効果に及ぼす影響を調べた。

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プロジェクション溶接とは溶接材に突起を設け加圧し,この部分に大電流を短時間流して行う溶接である.本報告では,アルミニウム合金のピンとマグネシウム合金の板の溶接を行い,溶接部の強度測定と溶接断面の観察を行うことでこれらの溶接性について検討した.

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本研究では,熱影響層の少ないレーザ溶接を用いてアルミニウム合金の溶接を行った.一般的にパルスレーザのみの溶接はクラックやポロシティなどの欠陥が発生しやすい.そのため連続発振のレーザを合成することにより,より高品位な溶接法の開発を行い,単独レーザ溶接のみとの比較により,ハイブリッド溶接の有用性を示した.

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YAGレーザスポット溶接時に発生する音響信号に着目し、この信号とレーザ照射中の溶融部状態との相関について調べ、モニタリングへの可能性について実験を行った結果について発表する。音響信号は高周波数成分と低周波数成分とに分類でき、これらをもとに溶接欠陥発生の有無を予測した。

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炭酸ガスレーザを用いて,鋳鉄へのステンレス鋼の肉盛を行い,レーザ出力,肉盛層数を変化して,肉盛層の硬さや組織を調べた.レーザ出力2400～3200W,肉盛速度400mm/minの時,180～220HV0.1の肉盛層硬さが得られた.肉盛層の組織は,急冷凝固のためにデンドライト2次ア-ム間隔が5μmの微細な組織に変化した.母材表面の肉盛層付近には,熱影響部が生成し,マルテンサイト組織が観察された.

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本研究はCO₂臨界流体の温度を亜臨界温度(20.0)、臨界点温度(31.1)、臨界点温度以上(33.0)として操作したセルの中にターゲットを設置しUVレーザを照射したものである。ターゲットにはAlとNiとSiを使用した。焦点をターゲット表面より0.5mm上に設定した。レーザ照射後にターゲット表面より、ターゲットおよびCO₂よりナノ構造物が走査型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析装置で発見したのでここに報告する。

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水素終端した単結晶シリコンに集光したレーザを走査し,KOHエッチングすることによりパターニングができる.シリコン表面の焦点からの距離と,得られたパターン幅との関係を検討した結果,距離が離れるにつれて幅が小さくなり,従来3μm程度であったものを1.5μm程度まで細くすることができた.この現象はレーザ加熱による酸化でエッチマスクが形成されることを示唆している.

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本研究ではTiNi形状記憶合金のレーザーによるピーニングを試みた。その結果,レーザー照射部のビッカース硬さは約10%程度上昇したが,照射回数が増えると材料表面に溶融が生じた.

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加工閾値近傍のフルエンスを持つフェムト秒レーザにより,ステンレスおよび超硬基板表面に微細周期構造を自己組織的に形成し,ナノスケールの表面周期構造がDLC膜の密着強度に及ぼす影響について調査した.その結果,フェムト秒レーザによる微細周期構造はDLC膜の密着性向上に大きな効果があることがわかった.

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高出力のパルスレーザーによる表面クリーニングは、下地を傷めることなく表面の酸化膜や付着している汚れを効率的に除去する。大気中でのレーザークリーニングは多く行われているが、工業的に使用されるプラントなどでは特性上、液中でのニーズも高い。水中でレーザークリーニングによるステンレス鋼の酸化膜の除去を行い、ナノ秒の時間分解能で現象を観察した。また、大気中と比較した水中での特徴などを検討した。

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高出力パルスレーザーによって、材料を急激に気化、飛散させて加工を行なうアブレーション加工について,イメージングや光音響計測などの手段を駆使して、そのプロセスの解明を試みている。測定にはパルスレーザーを光源とする、高時間分解能イメージングシステムを用いた。試料表面および試料内部で集光した場合の、エネルギーの吸収強度や、応力の発生と伝播について、報告する。

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近年、フェムト秒レーザーを使用した加工において、単純な加工プロセスでは理解できない、特有の加工現象が報告されている。我々も、ガラスのフェムト秒レーザー加工において新奇な加工痕を認めている。本研究では、レーザー照射部の実空間変化について直接時間分解観察を試みた。そのシステムと観察結果の紹介を行い、加工条件の模索や評価について述べる。このような手法により加工プロセスの解明を目指している。

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レーザ切断における切断溝内のアシストガスの振舞いは極めて重要であるが、直接観察の難しさや計算にし難さからあまりなされていない.従来の加工研究では理想的な切断溝モデルの例はあるが,実際の溝形状を基にし,板厚を変化させて考察した例は少ない.最適条件下における切断溝の実形状を基に,CADとの組合せによる精巧な計算モデルを構築し,切断溝とアシストガスの相互関係を検証した.

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本研究では,YAGレーザ第四高調波を用いてAg-Naイオン交換ガラスの微細加工を行った.まず,種々の条件で作成したイオン交換ガラスに関して,その表面の吸収率変化を調査した.さらに実験的·理論的手法により,未交換ガラスとの比較·検討を行い,イオン交換ガラスのレーザ加工特性を明らかにした.また実際にレーザ微細加工を試み,シャープなエッジを有する三次元形状を作成した.

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透明材料であるガラスをレーザ加工する場合,吸収剤を用いることで表面加工が可能である.しかし,穴あけ加工をする場合,吸収剤が届かないガラス深部の加工は困難である.そこで,酸化セリウムの粉末を紫外線吸収剤として用い,加工途中で穴の底部に吸収剤を追加することで,石英ガラスに200μm×200μmの矩形穴を加工することができたので報告する.

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従来、我々はガラス基板へラミネートした樹脂フィルムへ、レーザーにより加工をし、血液検査用マイクロ流路を作製してきた。その応用として三叉流路を作製して、血球を一列に並べ、観察することに成功した。そこで今回の発表では、ガラス基板上につくられた三叉流路の先に液溜めをつくり、液溜めを上にすることによって、重力により砂時計のように、血球を落下させる三叉流路を作製したので報告する。

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血液検査など微量流体の成分分析を精度良く,素早く行うμ-TAS(Micro Total Analysis System)の作製を目標にしている.ここでは,ラミネートフィルムを多層化してエキシマレーザ加工により流路を作製し,血球のカウントを目的としたマイクロ流体デバイスを作製した.さらに,血液と生理食塩水を用いて送液実験を行ったので報告する.

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本研究では、血液の状態を観察するマイクロ流体デバイスの開発を行っている。熱硬化フィルムをソーダガラスの上にラミネートして、多層化していき、レーザで各層ごとに流路等の要素を加工することで立体マイクロ流路を作製した。ここでは、立体的な蜂の巣構造のマイクロ流路を作製した。その流路に、血液を送液し、穴のアスペクト比と分布密度を変え、赤血球の流れを顕微鏡で観察したので報告する。

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本研究ではYAGレーザ第四高調波を用いて,Si₃N₄のマイクロ三次元加工を行った.まず加工雰囲気を大気中及び流水中として孔あけ加工を行い,加工特性の評価を行った.さらに溝·平面形状を作製し,加工物の表面粗さや壁面の垂直度に対する加工条件の影響を調査した.また,斜面形状等の基本的な三次元加工を行い,深さ方向の制御についても検討し,より複雑かつ微細な三次元形状物の作製を図った.

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ArイオンをSOGに照射し、エッチングにより試料表面に段差構造を形成した。試料表面に形成された段差構造の深さは照射したArイオンの価数に大きく依存した。また、Arイオンの照射量を変えて測定した結果を用いて、Arイオン照射による試料内部の物理化学的変化に関して考察する。

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微小物作製法の1つにレーザCVD法がある.本研究では,光源にアルゴンイオンレーザ,原料ガスとして主にエチレンを使用し,炭素の針状の微小物を作製した.レーザ出力を変えることで太さ,生成速度を制御でき,太さは15μm程度～250μm程度,生成速度は最大で30μm程度であった.さらに原料ガス,レーザ照射条件などによる機械的,電気的性質への影響を明らかにすると共に,応用可能性について検討した.

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レーザービームがナノチューブに与える影響を調査した.単層ナノチューブをレーザーオーブン法で合成し、これを高純度薄膜化した試料にレーザーを照射した.照射試料をSEM及びラマン分光により評価した結果、He雰囲気でグラファイト化した粒子が堆積しナノチューブは分断され短くなった.空気雰囲気では加工点近傍に金属酸化物と考えられる微粒子が付着するものの、照射痕周方向にナノチューブの方向が揃うことがわかった.

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本研究は,CO₂レーザによる材料切断時に排出される飛散物に着目し,それを観察及び分析することで,切断や溶融のメカニズムを解明するための基礎データを得ることを目的としている.前報では,飛散粒子におよぼす加工速度と照射条件の影響を報告した.本報では,さらに飛散粒子に及ぼす雰囲気の影響を調べ,粒子形態と粒子径分布特性との関係ならびに切断品質との関係を検討した.

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大気圧で密度の高いカーボン皮膜形成を目指して、短パルス·短波長のレーザを粉末に照射しアブレーションさせる皮膜形成装置を開発している。粉末は粒径3 μmを使用しアシストガスにより供給した。アシストガスには空気とCO₂を混ぜたものを用いたがCO₂の比率が多くなると膜厚は減少した。成膜したカーボン膜を電子顕微鏡とX線回折分析で分析したので報告する。

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SOGに電子ビームを照射して露光を行い、バッファードフッ酸により現像行ったところ、ドーズにより深さが変化した。SOGは有機レジストのPMMAやZEPと比べ各ドーズに対して深さが制御できることがわかった。

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集束イオンビームを石英に照射し露光を行い、その後現像液で現像を行ったところ、浅いピットが確認された。電子ビームの場合はこのような現象が起こらないので、イオンによる照射効果が石英を現像液に可溶にしたと考えられる。また、ピット形成をする場合には、集束イオンビームを用いた直接加工に比べて加工速度が速いといった特徴がある。

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本研究は,イオンビーム照射と化学エッチングを併用した3次元微細構造形成法について検討している.イオンビーム照射を行った単結晶シリコン(100)をフッ酸でエッチング処理すると,照射部が選択的にエッチングされ凹状の微細構造を形成することができる.本報では,多価重イオンビーム発生装置を用いてイオン照射を行い,微細構造の深さの制御について検討した.その結果,高エネルギ条件でイオン照射を行うことで数百nm単位の凹状の微細構造を形成できることがわかった.さらにイオン照射の加速電圧,価数およびドーズ量により微細構造の深さを制御できることがわかった.

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近年の自動車の中には電磁力を用いた部品が多く用いられるようになってきている。たとえば、駆動力を伝達するためのクラッチに電磁クラッチが用いられつつある。その際、電磁力を効率的に活用するために純鉄が多く用いられ、その切削加工性が重要となりつつある。しかしながら、過去に純鉄に関する被削性の研究例は非常に少なく、その切削特性は不明のままである。そこで、いくつかの条件下において切削実験を行い、純鉄の基本的切削特性の解明を試みた。その結果、切削速度が増すにつれて、工具摩耗は小さくなることが明らかになった。

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本研究では,非晶質金属である金属ガラスに対し2次元切削を行い,その加工メカニズムの解明を行っている.本報では,金属ガラスに対し,各種工具を用いた2次元切削およびMQL法を用いた2次元切削を行い,切りくず生成挙動,切削抵抗,工具摩耗,加工面性状について検討した.これらの結果から,工具材種および加工雰囲気が被削性に及ぼす効果について明らかにするとともに,金属ガラスの切削メカニズムについて検討した.

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前報に引き続き、せん断領域を速度不連続線で近似した2次元切削模型と傾斜切削模型に基づき大きな負のすくい角をもつ工具の切削現象を検討した。すくい面が2面あるいは3面からなる工具の切りくず生成状態を瞬間停止装置を利用して凍結し、デッドメタルの生成·消滅について観察するとともに、上記切削模型のドリル切削への適用を検討した。

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切れ刃に丸みがある場合は,切れ刃が鋭い場合と異なり加工硬化層の生成機構は複雑である.本研究は,二次元切削において,切れ刃に丸みがある場合,加工硬化層の深さを支配する力学的因子を実験的に検討するものである.その結果,加工硬化層の深さの支配因子は切取り厚さと切れ刃の丸み半径との比であることが明らかになった.

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