| 研究分担者 |
田中 和人 同志社大学, 工学部, 助教授 (50303855)
菅田 淳 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60162913)
植松 美彦 岐阜大学, 工学部, 助教授 (80273580)
谷 周一 三菱電機(株), 先端技術総合研究所, マネージャー(研究職)
番 政広 三菱電機(株), 産業システム研究所, マネージャー(研究職)
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| 配分額 *注記 |
15,200千円 (直接経費: 15,200千円)
2006年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
2005年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2004年度: 8,500千円 (直接経費: 8,500千円)
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| 研究概要 |
従来は機能材料として用いられてきた微小材料が構造材として用いられるようになってきたが,疲労を含む強度特性などのマイクロシステムの設計や信頼性を確保する上での基本的な特性データは皆無である。本研究においては,薄膜をはじめとする微小材料の機械的・疲労特性が評価可能な薄膜機械的特性・疲労特性評価試験システムを開発した。まず,曲げ試験において疲労荷重負荷が可能なように,変動応力負荷用の制御ソフトウェアを開発し,1μm厚の薄膜マイクロエレメントに対して,曲げ疲労試験が1-200Hzの範囲内で実施可能であることを確認した。さらに,SiN薄膜微小エレメントに対して,試験片幅を種々に変化させて引張強度特性および曲げ強度特性について検討した。その結果,引張強度は試験片幅,試験片厚さが小さいほど上昇することを明らかにした。一方,曲げ強度の試験片幅の依存性は引張強度に比べて小さいものの,膜厚の影響がより大きく現れ,引張強度に比べて曲げ強度が大きくなり,強度特性には負荷モードの影響を大きく受けることを明らかにした。さらに弾性係数に及ぼす結晶粒サイズの影響についてFEM解析により検討を加えた。さらに,微小材料として光ファイバを取り上げ,引張強度,疲労強度に及ぼす環境の影響について検討した。この結果,光ファイバは10^<-5>Paオーダの真空中においても水蒸気の影響により引張速度が小さいほど強度が低下し,一定持続荷重および疲労荷重下においても水蒸気分圧が大きいほど強度,寿命が低下し,疲労荷重下でも時間依存型の破壊を生じることを示した。さらに,引張試験結果より時間依存型き裂伝ぱ則を求め,これを元に一定持続荷重や疲労荷重負荷条件下の任意応力波形下の寿命特性を予測する手法を新たに提案し,これを用いて推定した寿命は実験結果とよくあうことを示した。
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