単結晶シリコンの切削加工 www.tool-tool.com

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本例は、単結晶ダイヤモンド工具で単結晶シリコンを切削し、加工表面性状の実態を調べたものである。

Kugler社製の超精密切削盤に単結晶ダイヤモンド丸刃バイトを取付け、単結晶シリコンを切削した。丸刃バイトのノーズ半径は約 20nm、すくい面の結晶面は（110）、逃げ面の結晶面は（100）である。正面切削装置の概念図を図１に示す。主軸に対して約１°傾斜させて単結晶ダ イヤモンドを取付けた。また、水平面に対して１/1000の傾斜率で単結晶シリコンを設置した。正面切削の概念図を図２に示す。バイトは切削速度v （m/s）で移動しながら送り速度f（nm/rev）（一回転ごとの切込み深さ）で切込んでいくため、バイトと単結晶シリコンの干渉状況を切込み深さの変 化とともに観察できる。切削条件を図３に示す。加工は湿式（灯油使用）加工である。

切削加工面の表面粗さと送り速度の関係については、図４に示す。

表面粗さは送り速度と切削速度の増加とともに大きくなる。延性的切削が可能な条件は、送り速度40nm/rev以下、切削速度7.85m/s以下の領域である。延性的加工面はポリシング面と比較して表面的には違いがない。

【図】

図１　正面切削実験装置の概念図

出典：「単結晶シリコンの切削加工に関する研究（第１報、脆性－延性遷移に伴う加工表面の変化）」、｢日本機械学会論文集（C編）　59巻　557号｣、（1993年１月）、呉東権、森田昇、吉田嘉太郎著、日本機械学会発行、284頁、図１　正面切削実験装置の概念図

図２　正面切削の概念図

出典：「単結晶シリコンの切削加工に関する研究（第１報、脆性－延性遷移に伴う加工表面の変化）」、｢日本機械学会論文集（C編）　59巻　557号｣、（1993年１月）、呉東権、森田昇、吉田嘉太郎著、日本機械学会発行、284頁、図２　正面切削の概念図

図３　単結晶シリコンの切削条件

出典：「単結晶シリコンの切削加工に関する研究（第１報、脆性－延性遷移に伴う加工表面の変化）」、｢日本機械学会論文集（C編）　59巻　557号｣、（1993年１月）、呉東権、森田昇、吉田嘉太郎著、日本機械学会発行、284頁、表１　単結晶シリコンの切削条件

図４　表面粗さの送り速度依存性

出典：「単結晶シリコンの切削加工に関する研究（第１報、脆性－延性遷移に伴う加工表面の変化）」、｢日本機械学会論文集（C編）　59巻　557号｣、（1993年１月）、呉東権、森田昇、吉田嘉太郎著、日本機械学会発行、286頁、図６　表面粗さの送り速度依存性

【応用分野】

非金属材料の外形旋削

【出典／参考資料】

「単結晶シリコンの切削加工に関する研究（第１報、脆性－延性遷移に伴う加工表面の変化）」、｢日本機械学会論文集（C編）　59巻　557号｣、（1993年１月）、呉東権、森田昇、吉田嘉太郎著、日本機械学会発行、283頁～288頁

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