圧電材料異種接合材界面端の特異挙動及びその評価

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650076
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 許 金泉 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (10313561)
• 研究分担者: 宮下 幸雄 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (00303181) ; 武藤 睦治 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (00107137)
• キーワード: 圧電異種接合材 / 界面端 / 特異性 / 電気変位 / 接合強度 / 特異応力場 / 軸対称 / 横等方性

研究概要

軸対称圧電材料異種接合材界面端の応力特異性を、横等方性圧電材料の基本方程式に基づき、理論的に解明した。界面端特異応力場および特異電気変位場を具体的に導くとともに、両者の特異性が同一であり、しかも同一の特異場パラメータで、その特異場強さを表せることを明かにした。圧電特性を考慮した場合の特異性は圧電定数にも依存し、圧電特性のない異材界面端特異性とは異なる。さらに、電気変位の特異性は電荷の集中を意味し、特異応力場および特異電気変位場の理論解は圧電異材の強度評価だけでなく、その機能性評価にも理論的な根拠を提供することができる。
電荷の界面端への集中環象を実験的に確認すべく、圧電異種材界面端の特異挙動を実測する手法を開発した。実測結果により、電気変位場の界面端における特異性が確認され、しかも、その分布は有限要素による数値解析結果とよく一致した。これは本手法が電気変位の特異な分布を把握できるだけでなく、特異応力場の実験決定法にもなりうることを示唆している。
電気変位場と応力場が同一の特異性を有するため、応力場または変位場から電気変位場すなわち電荷の分布を把握することもできる。本研究ではレーザ顕微鏡による界面端近傍の変位分布を測定し、その変位分布から応力特異性を求める手法を開発した。実験的に求めた界面端特異性オーダは瑛論解析結果とよく一致した。本方法は変位だけを測定するので、圧電特性の有無に関係なく、界面端特異挙動の実験的測定に適用できる。
このように、理論解析および実験測定両面から、圧電異材界面端特異性を評価することができた。

研究成果

• [文献書誌] 許金泉, 武藤睦治: "圧電材料異種接合体界面端の特異性:第1報"日本機械学会論文集. A60-648. 1583-1589 (2000)
• [文献書誌] 許金泉, 武藤睦治: "圧電材料異種接合体界面端の特異性:第2報"日本機械学会論文集. A60-648. 1590-1596 (2000)
• [文献書誌] J.Q XU, Y.MUTOH: "Singlarity at the Interface Edge of Bonded Transversely Isotropic Piezoelectric Dissimilar Materials"JSME International Journal. 44. 556-566 (2001)
• [文献書誌] ケイ朝至, 武藤睦治, 許金泉: "圧電異材界面端特異性挙動の実験研究"日本機械学会2001年度年次大会論文集. Vol.1. 457-458 (2001)
• [文献書誌] 許金泉, 武藤睦治: "特殊圧電異種材界面端の特異性"日本機械学会材料力学部門講演会論文集. Vol.1. 67-68 (2001)
• [文献書誌] 武藤睦治, 許金泉, 宮下幸雄: "接合材界面端特異挙動の実験測定法"第33回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム論文集. 93-98 (2002)