透明材料の破壊過程の学理解明とそのためのオプティカルアナリシスベースの構築

• Project/Area Number: 18H03749
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 森田 昇 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30239660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松坂 壮太 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30334171) ; 比田井 洋史 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313334) ; 岸 哲生 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90453828)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥44,720,000 (Direct Cost: ¥34,400,000、Indirect Cost: ¥10,320,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2018: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000)
• Keywords: 透明材料 / ガラス / 割断 / 光弾性 / 特殊加工 / 亀裂進展

Outline of Annual Research Achievements

本年は主に解明段階として以下の項目を実施した．
[1]オプティカルアナリシスベース内での加工：昨年に引き続きガラスの割断をオプティカルアナリシスベース内で行い，各種データを取得した．本年度は雰囲気を変え，その影響について評価した．雰囲気の種類によって，挙動が異なることを確認した．
[2]加工プロセス中の内部応力推定：光弾性によって得られる画像には，位相差情報も取得しているため，これを利用し応力推定を試みた．本年は，数値解析により，単純な系で計算された応力分布とこれにより得られる光弾性像を用いて，深層学習により光弾性像から3次元内部応力状態を推定できるプログラムを制作した．実際に実験で応力を付与したガラスに対して様々な方向から光弾性像を取得し，深層学習をもちいて，実際に内部応力推定を試みた．
[3]ガラス中クラックの学理解明：昨年に引き続き，実験，解析の両面からガラス中のクラックの発生および進展の学理を解明に取り組んでいる．特に，SEM内のスクライブにおいて，ホイールによる塑性変形，その後，アニールすることでの回復量の測定を行い，形状や圧力によって，どの程度塑性変形しているか解明を試みた．
[4]ガラス以外の透明材料として，主にサファイアについて，特に結晶方位との関係について，着目し，実験を行った．結晶方位の違いによりどのように亀裂進展するか観察，破断面の表面性状について評価した．さらに，数値解析についても，結晶方位を反映した解析のコーディングに取り組み，単純な系であれば，異方性材料に関しても応力分布を解析できることを確認した．

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Morphology of Cleaved Surface and Observation of <i><b>In Situ</b></i> Crack Propagation During Cleaving (2021)
  • Author(s): Iwatsuki Soshi、Hidai Hirofumi、Matsusaka Souta、Chiba Akira、Morita Noboru
  • Journal Title: International Journal of Automation Technology Volume: 15 Issue: 4 Pages: 483-491
  • DOI: 10.20965/ijat.2021.p0483
  • NAID: 130008062466
  • ISSN: 1881-7629, 1883-8022
  • Year and Date: 2021-07-05
  • Open Access
• [Journal Article] A study of crack generation at loading/unloading process in wheel cleaving (Circular/half-penny crack generation mechanisms) (2021)
  • Author(s): IMAI Kentaro、ASARI Tomoki、MATSUMOTO Yuichiro、MATSUSAKA Souta、HIDAI Hirofumi、CHIBA Akira、MORITA Noboru
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 87 Issue: 902 Pages: 21-00190-21-00190
  • DOI: 10.1299/transjsme.21-00190
  • NAID: 130008108011
  • ISSN: 2187-9761
  • Open Access
• [Journal Article] Examination of internal stress by photoelasticity in laser cleaving of glass (2020)
  • Author(s): Soshi Iwatsuki, Hirofumi Hidai, Akira Chiba, Souta Matsusaka, Noboru Morita
  • Journal Title: Precision Engineering Volume: 64 Pages: 122-128
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2020.03.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic observation of crack generation during wheel scribing from lateral and back sides using a high-speed camera (2019)
  • Author(s): Imai Kentaro、Saito Masahiro、Matsusaka Souta、Matsumoto Yuichiro、Hidai Hirofumi、Chiba Akira、Morita Noboru
  • Journal Title: Precision Engineering Volume: 60 Pages: 421-427
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2019.06.013
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ホイール割断におけるホイール押し付け時の亀裂形成挙動に関する研究 (2021)
  • Author(s): 今井健太郎，浅利朋生，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 日本機械学会2021年度年次大会講演論文集
• [Presentation] サファイアのホイール割断における亀裂進展挙動に関する研究 (2021)
  • Author(s): 朝緑紗希，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2021年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] SEM 内スクライブ装置によるホイール割断時の工具接触部近傍の詳細観察 (2021)
  • Author(s): 小川佑太，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2021年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] SEM内スクライブ装置の開発 (2021)
  • Author(s): 小川佑太，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 千葉県加工技術研究会第23回大学等委員による研究事例発表会
• [Presentation] 有限要素法を用いたホイール割断におけるガラス内部の応力解析 (2020)
  • Author(s): 今井健太郎，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2020年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] レーザ割断面に生じる段差の発生メカニズムの解明 (2020)
  • Author(s): 岩月綜志，比田井洋史，松坂壮太，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2020年度精密工学会春季大会
• [Presentation] SEM内スクライブ装置の開発 (2020)
  • Author(s): 小川佑太，松坂壮太，比田井洋史，松本祐一郎，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2020年砥粒加工学会卒業研究発表会
• [Presentation] ダイヤモンド圧子を用いたガラススクラッチ試験方法の検討 (2020)
  • Author(s): 大宮裕太，松坂壮太，比田井洋史，松本祐一郎，千葉明，森田昇，小林裕介，稲葉誠二
  • Organizer: 2020年砥粒加工学会卒業研究発表会
• [Presentation] スクライビングホイールの稜角がシリコンの亀裂展挙動に及ぼす影響 (2020)
  • Author(s): 朝緑紗希，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2020年度精密工学会卒業研究発表会
• [Presentation] Investigation of moving metal particles in a glass laser irradiated - The influence of moving velocity on the characteristics of the trajectory (2019)
  • Author(s): Kentaro Imai, Masahiro Saito, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • Organizer: 2019 International Conference on Smart Science (ICSS 2019)
• [Presentation] ガラスのホイール割断において湿度が亀裂進展挙動におよぼす影響 (2019)
  • Author(s): 染野凌汰，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] ガラスへのホイール割断用工具押付による亀裂生成・進展挙動の観察 (2019)
  • Author(s): 浅利朋生，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] ホイール割断における荷重負荷時のガラス内部応力推定 (2019)
  • Author(s): 今井健太郎，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] ガラスのレーザ割断における光弾性法による内部応力の検討 (2019)
  • Author(s): 岩月綜志，比田井洋史，松坂壮太，千葉 明，森田 昇
  • Organizer: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] ガラスのホイール割断において加工雰囲気が亀裂進展挙動に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 染野凌汰，齊藤雅裕，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 日本表面真空学会 2019年度関東支部講演大会
• [Presentation] A study of fracture surface generation in wheel cleaving (2019)
  • Author(s): Kentaro Imai, Masahiro Saito, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • Organizer: 2019 International Conference on Smart Science (ICSS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 薄板ガラスのホイール割断における亀裂形成・進展挙動の観察 (2019)
  • Author(s): 浅利朋生，今井健太郎，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉 明，森田 昇
  • Organizer: 日本機械学会関東支部第22期総会・講演会
• [Presentation] ガラスのホイール割断時に工具接触部近傍に生じる微小欠陥に関する研究 (2019)
  • Author(s): 齊藤雅裕，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2019年度精密工学会春季大会学術講演論文集
• [Presentation] A Study of Generation Mechanism of Fracture Surface in the Wheel Cleaving (2018)
  • Author(s): Kentaro Imai, Masahiro Saito, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • Organizer: ICPE 2018 (17th International Conference on Precision Engineering)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of wheel scribing behavior using Scanning Electron Microscope (2018)
  • Author(s): Masahiro Saito, Kentaro Imai, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • Organizer: ICPE 2018 (17th International Conference on Precision Engineering)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ホイール割断における工具形状が割断面形態に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 今井健太郎，齊藤雅裕，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2018年度精密工学会秋季大会学術講演論文集
• [Presentation] ホイール割断における割断条件が割断面形態に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 今井健太郎，齊藤雅裕，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 2018年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [Presentation] 薄板ガラスのホイール割断における亀裂進展挙動と割断面形成メカニズムに関する研究 (2018)
  • Author(s): 松坂壮太，浅利朋生，染野凌汰，阿隅結夢，今井健太郎，齊藤雅裕，長谷川良平，松本祐一郎，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • Organizer: 第18回国際工作機械技術者会議論文集