階段状光学ガラスマイクロ流体チップの成形過程における深いキャビティと浅い溝の遷移領域で熱ひび割れや破損が発生しやすい問題に対し、微細ひび割れ形成のメカニズムを解明し、ひび割れ抑制法を提案した。D-ZK2Nガラスの高温粘弾性構成関係に基づき、冷却・焼なまし過程の三次元熱-応力連成有限要素モデルを構築した。構造緩和と応力凍結の競合関係を示すデボラ数を導入し、勾配冷却戦略を提案し、プレス成形実験で検証を行った。実験結果から、非均一な熱慣性と体積収縮の不適合が遷移領域の「外圧内引っ張り」型応力集中の主因であることが示された。線形冷却条件下では、この領域の応力が持続的に蓄積され高いひび割れリスクを形成する。勾配冷却を採用すると、遷移領域付近の構造緩和がより十分になり、遷移領域の残留応力が22.4%低減し、成形品にひび割れは見られず、深いキャビティ構造の成形深さは4.522 mmに達した。デボラ数に基づく勾配冷却は、階段状遷移領域の熱ひび割れを効果的に抑制でき、大きな深さ幅比を持つガラスマイクロ流体チップの精密プレス成形に適している。

マイクロ流体チップ;精密プレス;勾配冷却;デボラ数;熱ひび割れ