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

• 研究課題/領域番号: 18H03749
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 森田 昇 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30239660)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2022年度)
• 配分額: 44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円); 2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2019年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2018年度: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円)
• キーワード: 透明材料 / ガラス / 割断 / 光弾性 / 特殊加工 / 亀裂進展

研究実績の概要

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．

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Morphology of Cleaved Surface and Observation of <i><b>In Situ</b></i> Crack Propagation During Cleaving (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwatsuki Soshi、Hidai Hirofumi、Matsusaka Souta、Chiba Akira、Morita Noboru
  • 雑誌名: International Journal of Automation Technology 巻: 15 号: 4 ページ: 483-491
  • DOI: 10.20965/ijat.2021.p0483
  • NAID: 130008062466
  • ISSN: 1881-7629, 1883-8022
  • 年月日: 2021-07-05
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ホイール割断における荷重負荷時の亀裂形成に関する研究（円形亀裂/起点クラックの形成メカニズム） (2021)
  • 著者名/発表者名: IMAI Kentaro、ASARI Tomoki、MATSUMOTO Yuichiro、MATSUSAKA Souta、HIDAI Hirofumi、CHIBA Akira、MORITA Noboru
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 87 号: 902 ページ: 21-00190-21-00190
  • DOI: 10.1299/transjsme.21-00190
  • NAID: 130008108011
  • ISSN: 2187-9761
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Examination of internal stress by photoelasticity in laser cleaving of glass (2020)
  • 著者名/発表者名: Soshi Iwatsuki, Hirofumi Hidai, Akira Chiba, Souta Matsusaka, Noboru Morita
  • 雑誌名: Precision Engineering 巻: 64 ページ: 122-128
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2020.03.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic observation of crack generation during wheel scribing from lateral and back sides using a high-speed camera (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai Kentaro、Saito Masahiro、Matsusaka Souta、Matsumoto Yuichiro、Hidai Hirofumi、Chiba Akira、Morita Noboru
  • 雑誌名: Precision Engineering 巻: 60 ページ: 421-427
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2019.06.013
  • 査読あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本機械学会2021年度年次大会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 朝緑紗希，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2021年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 小川佑太，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2021年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] SEM内スクライブ装置の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小川佑太，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 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
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 2020年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] レーザ割断面に生じる段差の発生メカニズムの解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩月綜志，比田井洋史，松坂壮太，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2020年度精密工学会春季大会
• [学会発表] SEM内スクライブ装置の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小川佑太，松坂壮太，比田井洋史，松本祐一郎，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2020年砥粒加工学会卒業研究発表会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 2020年砥粒加工学会卒業研究発表会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 朝緑紗希，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2020年度精密工学会卒業研究発表会
• [学会発表] Investigation of moving metal particles in a glass laser irradiated - The influence of moving velocity on the characteristics of the trajectory (2019)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Imai, Masahiro Saito, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • 学会等名: 2019 International Conference on Smart Science (ICSS 2019)
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 染野凌汰，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 浅利朋生，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 岩月綜志，比田井洋史，松坂壮太，千葉 明，森田 昇
  • 学会等名: 2019年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本表面真空学会 2019年度関東支部講演大会
• [学会発表] A study of fracture surface generation in wheel cleaving (2019)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Imai, Masahiro Saito, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • 学会等名: 2019 International Conference on Smart Science (ICSS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部第22期総会・講演会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 齊藤雅裕，松本祐一郎，松坂壮太，比田井洋史，千葉明，森田昇
  • 学会等名: 2019年度精密工学会春季大会学術講演論文集
• [学会発表] A Study of Generation Mechanism of Fracture Surface in the Wheel Cleaving (2018)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Imai, Masahiro Saito, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • 学会等名: ICPE 2018 (17th International Conference on Precision Engineering)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of wheel scribing behavior using Scanning Electron Microscope (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Saito, Kentaro Imai, Yuichiro Matsumoto, Souta Matsusaka, Hirofumi Hidai, Akira Chiba and Noboru Morita,
  • 学会等名: ICPE 2018 (17th International Conference on Precision Engineering)
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 2018年度精密工学会秋季大会学術講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 2018年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第18回国際工作機械技術者会議論文集