일본산업뉴스요약

약한 소재, 정밀가공 기술 개발
게이오대학, 금형 가공용 절삭기술 개발

게이오대학 이공학부 기계공학과의 YAN JIWANG(閻 紀旺) 교수 등은 단결정 실리콘과 같이 약하고 깨지기 쉬운 재료의 정밀절삭 기술을 개발하였다. 형상 오차는 300nm(나노는 10억분의 1)로, 표면 정밀도는 6nm. 사파이어나 세라믹 등의 결정을 깨지 않고 절삭할 수 있다. 고성능 광학소자나 광학소자 성형 등에 사용하는 세라믹 금형(金型) 가공에 제안할 계획이다.

절삭공구의 칼끝을 둥글게 하여, 가공물(Work)의 표면을 누르듯이 절삭한다. 깎아내는 깊이는 수십 나노미터로 제어하고, 박피와 같은 투명한 금속가루를 만들어 낸다. 금속가루가 공구에 달라붙어, 절삭 시 표면에 상처를 내지 않는다.

일반적인 절삭에서는 칼끝으로 가공물에 흠을 내어, 칼을 진행시키는 힘으로 표면을 소성변형(塑性変形, Plastic Deformation)시켜 금속가루를 배출한다. 이 힘 때문에 가공물의 표면에 균열이 생기기 쉽다. 칼끝을 둥글게 만들면 힘이 칼 모양에 따라 퍼지기 때문에, 몇 기가파스칼(기가는 10억)의 힘으로 압력을 가하기 때문에 균열을 방지한다.

다이아몬드 공구를 사용하여, 선반(旋盤)으로 단결정 실리콘의 기판을 일정 간격으로 절삭하여, 규칙적인 간격의 늘어선 오목렌즈를 만들었다. 오목렌즈를 치밀하게 늘어놓아 육각형의 Microlens Array를 작성하였다.

세라믹 등의 고정밀도 가공에는 연삭(硏削) 가공이 사용된다. 치밀한 제어가 필요하지만 절삭으로도 나노 레벨의 가공이 가능하게 되었다. 가공 자유도가 넓어졌다.

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