2016 Fiscal Year Annual Research Report
超高速光弾性応力撮像法によるガラスの機械的割断機構の解明と動的割断理論の構築
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15H03898
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
森田 昇 千葉大学, 大学院工学研究科, 教授 (30239660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
比田井 洋史 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60313334)
松坂 壮太 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30334171)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ガラス / ホイール割断 / 高速偏光計測 / 位相差情報 / 内部応力場 / 割断面品質 / 走査型電子顕微鏡観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ガラス材料のホイール割断加工の際に材料内部に生じる応力が亀裂の生成・進展挙動に及ぼす影響を実験的・理論的に明らかにすることを目的としており，平成28年度は主として以下の4点に関する研究開発を実施した．
(1) ガラス基板側方に設置した偏光高速度カメラを用いて，衝撃力を受けた基板内部での弾性応力波を高い時間分解能で観察することに成功した．また，前年度に引き続き，ガラス基板上方に設置した偏光高速度カメラから得られる位相差情報を用いて，各種ホイールを走査した場合のガラス内部残留応力の変動と割断面品質との関係を明らかにした．また，位相差情報を用いて割断面品質をリアルタイムで推定する場合の，割断面の良否判定基準を明確化した．
(2) 走査型電子顕微鏡内で動作可能な小型割断装置を用いて，ホイールとガラス基板の接触領域近傍を微視的に観察し，スクライブ条件が亀裂生成挙動に及ぼす影響を明確化した．
(3) ガラス基板下方に設置した高速度カメラを用いて，ホイール直下での亀裂形状・進展方向を観察し，スクライブ条件やホイール形状が亀裂生成・進展挙動に及ぼす影響を検討した．
(4) ホイール押込み時のガラス内部応力状態を有限要素法によって数値解析し，ホイールとガラスの接触領域近傍での内部応力場を計算した．また，その結果から推定される内部位相差分布と，実験から得られる位相差分布を比較した結果，ガラス基板の設置（拘束）条件が，内部応力場および位相差分布に大きく影響することを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験面では，ガラス基板上方，下方，側方，前方に設置した（偏光）高速度カメラにより，スクライブ中の亀裂生成・進展挙動や，ガラス内部応力場を高い時間分解能で把握可能となっている．また，SEM内割断装置も順調に稼働しており，ホイールとガラスの接触点近傍を高い空間分解能で観察可能となっている．一方，解析面では，FEMによるスクライブ中の内部応力場の計算結果から推定される位相差分布と実験から得られる位相差分布の完全な一致には至っていないが，差異を生じる原因の特定は進んでおり，今後，解析の妥当性評価に有効であるとの見通しを得ている．以上のことから，本研究課題は概ね順調に進展しているものと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，以下の方針に沿って研究を進める計画である．
(1) 偏光高速度カメラから得られる高い時間分解能を有する位相差情報を用いて，割断面の品質をインプロセスモニタリング可能なシステムを完成させる．
(2) スクライブ条件やホイール形状が亀裂生成・進展に及ぼす影響を詳細に検討するとともに，CAD，FEMを活用して優れた割断面を形成可能な新規ホイール形状を提案する．
(3) FEMによる解析結果の妥当性を検証した上で，スクライブ中のガラス内部応力場を一意に決定し，亀裂生成・進展挙動との関係を明確化する．
(4) 本研究で得られた成果を動的割断理論として総括し，論文・学会発表として公表する．
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Research Products
(4 results)
