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Grant amount：\1300000 （ Direct Cost: \1300000 ）

Constitutive relations of thermosetting resin during curing process were formulated on the basis of experimental results of viscoelastic deformation and volume shrinkage for various temperature conditions. Internal stress of resin models induced by curing process were analyzed using formulated constitutive relations.
1. Material properties of thermosetting resin during curing process
(1) Volume shrinkages were experimentally measured during curing process under various temperature conditions.
(2) High temperature curing resulted in rapid and large shrinkage.
2. Constitutive relations of thermosetting resin during curing process
(1) Creep deformations were experimentally measured during curing processes under various temperature conditions.
(2) Experimental creep deformations were formulated by using non-linear viscoelastic models.
3. Estimation of internal stress of resin models
(1) Large internal stresses were induced by high temperature curing for two-layered composite models of the resin and metal plate.
(2) Viscoelastic analysis gave better results than elastic analysis for the estimation of thermal deformation of the model.
(3) Non-uniform temperature distribution induced large internal stresses for the resin n block of molding cavity comparing uniform temperature conditions.

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Grant amount：\1500000 （ Direct Cost: \1500000 ）

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Grant amount：\2900000 （ Direct Cost: \2900000 ）

Constitutive relations of cyclic loading are experimentally investigated by subjecting thin walled tubular specimens to axial load and torsional load at 77K in liquid nitrogen. The. material of specimen is stainless steel SUS304. The effects of the direction and the temperature of giving prestrain are examined by using stress-strain curves of cyclic loading.
The effects of prestraining direction on cyclic stress-strain curves are as follows.
(1) The prestrain transverse to cyclic loading gives, rise to large plastic hardening at the initial stage of cyclic loading. With increase of cyclic loading, the plastic hardening decreases gradually and approaches to the behavior of cyclic loading without prestrain.
(2) The prestrain of cyclic loading direction produces the plastic hardening similar to accumulated plastic strain of cyclic loading.
The effects of prestraining temperature on cyclic stress-strain curves are as follows.
(1) The prestrain transverse to cyclic loading at 77K gives rise to larger plastic hardening than the prestrain at room temperature. With increase of cyclic loading the effect of prestraining temperature decreases.
(2) The prestrain of cyclic loading direction results in similar plastic hardening at room temperature and 77K.The effects of prestraining temperature is not remarkable.

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Grant amount：\2100000 （ Direct Cost: \2100000 ）

本研究では,大型の風船構造を自動的に構築する手法に関して基礎的な検討を行っている.このような構造の設計にCADシステムを応用する場合,構造を構成する樹脂膜,およびその接合部の強度を正確に把握する必要がある.しかし,これらの部分には複雑な組み合わせ応力が作用するため,実験的なアプローチが容易ではなかった.今年度は,昨年試作した薄膜用2軸引張試験装置を改良し,実験の問題点を改善するのみならず,膜試験片の加熱環境下での2軸引張試験を実施した.この試験装置では,対象となる膜試験片を4つの対向するチャック部に固定し,これらをモーターにより駆動することにより,試験片に2方向の引張負荷をそれぞれ独立に加えることが出来る.また,膜の大変形にも対応できるように,滑り軸受をチャック内に装備し,膜の変形量に関わらず均質な負荷を加えられるようにした.さらに,本実験を高真空曹内で行えるように実験装置をステンレス鋼などで作成し,宇宙環境を模した実験も行えるように変更した.
この試験機を用いて,実際に使用される材料について実験を行った.材料として,宇宙環境でよく使用されるポリイミド材を取り上げ,厚さ20μの膜材に対して2軸伸展試験を100℃で行った.また,このポリイミド膜材をエポキシ樹脂で接着接合した継手試験片に対しても同様な試験を行った.この結果,ポリイミド材料の2軸進展下での強度は20%程度低下すること,その強度クライテリオンは,金属材料などに用いられるミーゼス則やトレスカ則と大きく異なり,単軸強度を楕円を用いて外挿したものになることが分かった.また,接着接合した場合でも,その接着長さが6mm程度あれば,接合部の無い均質な膜材と同等の強度が得られることが分かった.また,以上の強度クライテリオンをもとに,巨大風船構造を構築する場合のCADシステムの構築を開始した.
研究成果については,接着剤硬化に関わる基礎的特性について現在論文を2通投稿中である.さらに,本研究で対象となる微細な接着接合部の強度評価法について詳細な検討を行っており,別途発表の予定である.

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Grant amount：\1700000 （ Direct Cost: \1700000 ）

本研究では,パッケージの設計に材料力学的な手法を系統的に用いてパッケージの健全性評価を行った.すなわち,プラスチックパッケージ用樹脂の構成則を定め,内部応力の解析を行い,その結果に基づいて健全性評価を試み,電子デバイスの信頼性向上に寄与することを目的とした.
(1) 熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を対象に硬化温度を変化させて,2重円筒装置によりその粘弾性特性を測定し,その結果を粘弾性モデルを用いて定式化できた.
(2) エポキシ樹脂の硬化時の体積変化ディラトメータを用いて測定し,樹脂の収縮率の時間的変化を定式化できた.
(3) (1)と(2)の結果から得られたエポキシ樹脂の構成式を用いて樹脂が硬化するときのパッケージモデルが高温から室温へ冷却されるときの内部応力を有限要素法によって解析した.
(4) 樹脂モデル内部応力分布は時間とともに変化し,自由表面から冷却されるため,内部になるほど温度が高くなった.
(5) 温度分布に対応する樹脂の構成式を用いて,樹脂モデルの内部応力分布を解析し,時間による内部応力分布の変化が把握できた.
(6) 樹脂モデルの接着界面端部で内部応力が最も大きくなり,その部分の内部応力は冷却とともに大きくなってゆく.
(7) プラスチックパッケージのプラスチックと異種材料接着界面で内部応力が大きくなり,この部分がパッケージの破損場所となることが解明できた.

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機構の微小化に伴う機械要素の単純化を背景とする大変形弾性ヒンジを対偶部に持ち,プラスチックをリンク(節)部に持つパンタグラフ機構(マイクロ接着システム)を提案し,まず,ヒンジの材質として5種類の材料を取り上げ,幾つかの性質を考慮してヒンジとして適していると思われるポリエチレンを採用した.このポリエチレン製の弾性ヒンジについて,モーメントに対する角変位および回転中心移動量に関する実験を行い,大たわみ非線形曲げ理論による解析結果と比較・検討し,解析理論の妥当性を確認した.つぎに,最大作業領域およびアクチュエータの性能等を考慮することによって,リンクと弾性ヒンジが一体形のパンタグラフ機構の設計方法をフローチャートで示している.ついで,設計例として,ハードディスク内の浮動ヘッドスライダとアームとのマイクロ接着のための微小マニピュレータを取り上げ,大変形弾性ヒンジとリンクとを一体化したパンタグラフ機構の設計を行い,実際に小形射出成形機を用いて製作した.さらに,得られた微小マニピュレータの入出力変位関係には線形性のあることが分かり,大変形弾性ヒンジとリンクの一体化微小マニピュレータの設計指針の妥当性を確認した.

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Grant amount：\1600000 （ Direct Cost: \1600000 ）

低温構造物の重要性が高まってきているが,低温構造物の構造材料が実際受けるような繰返し変形の実験は極めて少ない。
本研究では、まず低温繰返し塑性変形の実験を引張、圧縮、ねじりの負荷状態で行い、繰返し塑性変形に及ぼす負荷方向、繰返し数、繰返しひずみ幅、予変形の影響を実験的に系統的に調べた.
実験は液体窒素で冷却した薄肉円筒試験片に引っ張り、圧縮、ねじりの荷重、さらにそれらの組み合わせを加えた複合荷重を加えて行った。試験片に生ずるひずみの測定は新たに開発した液体窒素中でも計測可能な格子法によって行った。
1.負荷方向が変化しない繰り返し負荷では,応力-ひずみ曲線のヒステリシス曲線の最大値は,負荷の繰り返しとともに増加する.その増加量は室温の場合より顕著である.
2.負荷の繰り返し途中で負荷方向を変化させると,負荷方向を変化させない場合に比べて,サイクル数が同じであっても繰り返し応力-ひずみ曲線のヒステリシス曲線の硬化量が異なる.
3.ねじり負荷の繰り返しでは,引張方向へひずみが累積するラッチェト現象が観察された.
4.ねじり方向に繰り返し予変形を与えた後,引張の繰り返し負荷を与えると,繰り返しの応力-ひずみ曲線のヒステリシスループが遷移する.
5.クリープ予変形は塑性変形に塑性ひずみと同じ硬化効果を持っている.
6.繰り返し負荷による硬化過程は累積塑性ひずみをパラメタとして定式化できた.

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Grant amount：\1400000 （ Direct Cost: \1400000 ）

プラスチックパッケージの健全性向上の研究は、これまで素子機能を開発する電子技術者とパッケージ材料を開発する科学技術者の経験の積み重ねで行われてきたが、本研究ではパッケージの設計に材料力学的な手法を系統的に応用し、パッケージの健全性評価の基礎資料を得た。
1.プラスチックパッケージ用樹脂の硬化時での堆積の時間的変化を定式化できた。
2.また、この樹脂の硬化過程の物性変化を粘弾性体の物性変化として、その物性値を定めた。
3.硬化過程の温度を変化させて樹脂の物性値変化への影響を調べた。
4.金属板と樹脂体の積層板、樹脂ブロック、デバイスのパッケージのモデルに対して、硬化過程での内部応力の分布を解析した。
5.積層板の内部応力による変形の解析値は実験値とほぼ一致した。
6.これらの内部応力の解析結果から、公開時の種々の樹脂モデルの内部応力の分布の特徴を明らかにすることができた。
7.硬化時の温度分布の内部応力への影響も把握することができ、プラスチックパッケージの健全性評価の基礎資料が得られた。

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Grant type：Competitive

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