表面張力を利用した3次元マイクロ構造物の力学特性に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750057
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐々木 克彦 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90215715)
• Keywords: マイクロマシン / 表面張力 / Pb / Sn合金 / 力学特性 / 3次元構造物 / 有限要素解析

Research Abstract

本研究では溶融金属が凝固する過程の表面張力変化を考慮して、三次元マイクロ構造物の適正な力学的評価と最適構造設計のための手法について検討した。まず、三次元マイクロ構造物構築に用いられるPb/Sn合金の溶融状態から凝固する過程における表面張力、凝縮率、線膨張係数について検討し、Pb/Sn合金の力学特性に関する実験を行った。さらに、この結果を用いた計算機による三次元モデル実験より、表面張力の変化によって三次元マイクロ構造物が組立つメカニズムを解明した。そして、望みの三次元マイクロ構造物形状を得るのに最適な合金の量などの条件設定法いついて検討した。これにより得られた成果を以下に示す。
1)Pb/Sn合金の引張り・圧縮特性などの基本的な力学特性を把握した。Pb/Sn合金の力学特性には大きな温度依存性、ひずみ速度依存性があり、これは、従来のマクロ構造物よりもマイクロ構造物に大きく作用することを示唆できた。このことから、合金の力学特性をマイクロメカニクス的見地から把握する必要性を指摘できた。
2)Pb/Sn溶融金属の表面張力や合金の力学的特性などの基礎データを定量化し、三次元有限要素解析コードに組み込み、三次元マイクロ構造物の計算機モデル実験を行った。これにより、三次元マイクロ構造物が組立つメカニズムを解析的に解明し、実際のマイクロ構造物を想定した構築シミュレーションがある程度可能であることを示した。そして、さらに具体的な構造物へ適用するためには、合金の表面張力の変化や、凝縮率、線膨張係数の温度依存性などのより詳細なデータ集積が必要であることを指摘できた。

Research Products

• [Publications] 佐々木克彦: "繰返し塑性と単軸ラチェット変形の粘性効果(クリープ試験と転位密度構成モデルによる検討)"日本機械学会論文集(A). 65巻632号. 747-755 (1999)
• [Publications] 大口健一: "60Sn-80Pbはんだ材の雰囲気依存性とクリープ変形の記述"日本機械学会論文集(A). 65巻636号. 1795-1801 (1999)
• [Publications] K.Sasaki: "Correlation between Uniaxial Ratchetting and Viscous Deformation - Observation using Dislocation Based Constitutive Model -"Proceedings of Asia Pacific Conference for Fracture and Strengh '99. 1. 8-1-8-6 (1999)
• [Publications] K.Ohguchi: "Fatigue Life and Its Estimation for Pb/Sn Solder Alloy"Proceedings of Asia Pacific Conference for Fracture and Strength '99. 1. PKOl-1-PKOl-6 (1999)