(57)【要約】【課題】メタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価を短時間で行うことが可能な加速劣化試験方法、これに用いて好適な４点曲げ疲労試験治具、これを用いた疲労試験装置を提供する。【解決手段】４点曲げ疲労試験治具１は、一対の下側内ピン２０１及び上側内ピン２０２を備える内ピン保持部２と、上側内ピン２０２の上端部と当接した状態で、内ピン保持部２を固定可能な移動ユニット３と、一対の下側外ピン４０１及び上側外ピン４０２を備える固定ユニット４とを有している。移動ユニット３は、固定ユニット４に対して上下方向に移動可能である。板状の試験片５に対する熱サイクル試験時の温度変化に起因する熱残留応力と同等の応力を、４点曲げ疲労試験治具１を用いて外部からの機械的な応力負荷によって試験片５に対して負荷し、熱サイクル試験による試験片５の寿命を、４点曲げ疲労試験による試験片５の寿命から推測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の試験片の下側に配置される一対の下側内ピンおよび上記試験片の上側に配置される一対の上側内ピンを備え、上記一対の下側内ピンおよび上記一対の上側内ピンを、それぞれ上下位置を揃えた状態で保持可能に構成されるとともに、上記一対の下側内ピンおよび上記一対の上側内ピンの間に上記試験片が挟まれた際に、上記試験片の長手方向の両端部を水平方向に突出可能な大きさに構成されている内ピン保持部と、
上記内ピン保持部における上記一対の上側内ピンの上端部と当接した状態で、上記内ピン保持部を固定可能に構成されている移動ユニットと、
上記移動ユニットの外側に配置されており、上記内ピン保持部から水平方向に突出される上記試験片の両端部の下側に配置される一対の下側外ピンおよび上記試験片の両端部の上側に配置される一対の上側外ピンを備え、上記一対の下側外ピンおよび上記一対の上側外ピンを、それぞれ上下位置を揃えた状態で保持可能に構成されている固定ユニットと、を有しており、
上記移動ユニットが、上記固定ユニットに対して上下方向に移動可能に構成されている、４点曲げ疲労試験治具。
【請求項２】
上記内ピン保持部は、一方の上記下側内ピンおよび一方の上記上側内ピンを収容する第１内ピン収容部と、他方の上記下側内ピンおよび他方の上記上側内ピンを収容する第２内ピン収容部とを有している、請求項１に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項３】
上記内ピン保持部は、一方の上記下側内ピンおよび一方の上記上側内ピンと他方の上記下側内ピンおよび他方の上記上側内ピンとの間に配置された中央隔壁部と、一方の上記下側内ピンおよび一方の上記上側内ピンの外側に配置された第１側壁部と、他方の上記下側内ピンおよび他方の上記上側内ピンの外側に配置された第２側壁部とを有しており、
上記中央隔壁部と上記第１側壁部との間が上記第１内ピン収容部とされており、
上記中央隔壁部と上記第２側壁部との間が上記第２内ピン収容部とされている、請求項２に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項４】
上記内ピン保持部は、上記一対の下側内ピンの水平方向への位置ずれを規制する下側バネ部材と、上記一対の上側内ピンの水平方向への位置ずれを規制する上側バネ部材とを有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項５】
上記固定ユニットは、一方の上記下側外ピンおよび上記上側外ピンを保持する第１外ピン保持部と、他方の上記下側外ピンおよび上記上側外ピンを保持する第２外ピン保持部とを有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項６】
上記第１外ピン保持部と上記第２外ピン保持部との間に、上記内ピン保持部が固定された上記移動ユニットが配置され、
上記内ピン保持部の側面の一部が、上記第１外ピン保持部および上記第２外ピン保持部に摺接するように構成されている、請求項５に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項７】
上記第１外ピン保持部および上記第２外ピン保持部は、それぞれ、一方の上記上側外ピンおよび他方の上記上側外ピンの上端部を上方に突出させた状態で保持する第１支柱部および第２支柱部と、各上記支柱部に設けられ、各上記上側外ピンの上端部を押さえつける押さえ部とを有している、請求項５または６に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項８】
上記一対の下側内ピン、上記一対の上側内ピン、上記一対の下側外ピン、および、上記一対の上側外ピンにおける各ピン径が、同径とされている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項９】
上記試験片は、セラミックス層と上記セラミックス層に接合された金属層とを有している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の４点曲げ疲労試験治具。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の４点曲げ疲労試験治具を有する、疲労試験装置。
【請求項１１】
セラミックス層と上記セラミックス層に接合された金属層とを有する板状の試験片に対して低温および高温を一定時間ごとに繰り返す熱サイクルを負荷する熱サイクル試験時の温度変化に起因する熱残留応力と同等の応力を、４点曲げ疲労試験治具を用いて外部からの機械的な応力負荷によって上記試験片に対して負荷し、
上記熱サイクル試験による上記試験片の寿命を４点曲げ疲労試験による上記試験片の寿命から推測する、加速劣化試験方法。
【請求項１２】
上記熱サイクル試験で上記セラミックス層に生じる最低保持温度Ｔｍｉｎにおける熱残留応力σｍａｘと最高保持温度Ｔｍａｘにおける熱残留応力σｍｉｎとを、シミュレーションにより求め、
所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで上記試験片を４点曲げした際における曲げ荷重と曲げ応力との関係を、シミュレーションにより求め、
上記曲げ荷重と曲げ応力との関係から、上記熱残留応力σｍａｘと等しい最大曲げ応力σｍａｘ，ｅｑを発生させる曲げ荷重Ｐを求め、
上記試験片に対して外部から機械的に動的または静的な応力を負荷可能な上記４点曲げ疲労試験治具が取り付けられた疲労試験装置を用い、上記所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、上記試験片に対して上記曲げ荷重Ｐを負荷して上記試験片を破断させ、
上記破断結果に基づいて、上記熱サイクル試験における上記金属層の剥離に要する寿命を推測する、請求項１１に記載の加速劣化試験方法。
【請求項１３】
上記所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、上記試験片に対して、上記曲げ荷重Ｐを上下両方向から所定の周波数で繰り返し負荷して上記試験片を破断させ、
上記試験片の破断に要する時間または上記試験片が破断に至る繰り返し回数から、上記熱サイクル試験における上記金属層の剥離に至る時間または温度サイクル数を推測する、請求項１２に記載の加速劣化試験方法。
【請求項１４】
上記試験温度Ｔｔｅｓｔは、上記最低保持温度Ｔｍｉｎ超、上記最高保持温度Ｔｍａｘ以下の範囲内のいずれかの温度である、請求項１２または１３に記載の加速劣化試験方法。
【請求項１５】
上記試験温度Ｔｔｅｓｔは、上記最高保持温度Ｔｍａｘである、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の加速劣化試験方法。
【請求項１６】
上記試験温度Ｔｔｅｓｔは、上記最低保持温度Ｔｍｉｎ以下、または、上記最高保持温度Ｔｍａｘより大きい、請求項１２または１３に記載の加速劣化試験方法。
【請求項１７】
上記所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、上記試験片に対して、上記曲げ荷重Ｐを静的に負荷して上記試験片を破断させ、上記試験片の破断に要する時間から、上記熱サイクル試験における上記金属層の剥離に至る時間を推測する、請求項１２に記載の加速劣化試験方法。
【請求項１８】
上記４点曲げ疲労試験治具として、請求項１〜８のいずれか１項に記載の４点曲げ疲労試験治具を用いる、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の加速劣化試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４点曲げ疲労試験治具および疲労試験装置ならびに加速劣化試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックス基板に金属層が接合されたメタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価試験法としては、ＪＩＳ  Ｒ  １６９２  「ファインセラミックス基板の熱疲労試験方法」に記載されるような、セラミックス層とセラミックス層に接合された金属層とを有する板状の試験片に対して、低温および高温を一定時間ごとに繰り返す熱サイクル試験が一般的に行われている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】AkihisaFukumoto, David Berry, Khai D.T.Ngo, Guo-Quan Lu,「Effectsof Extreme Temperature Swings(-55℃ to 250℃) on Silicon Nitride Active Metal Brazing Substrates」,IEEE TRANSACTIONS ON DEVICE AND MATERIALS RELIABILITY,2014年6月，第14巻，第2号，p.751-756
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、低温槽と高温槽とを有する熱サイクル試験機を用い、板状の試験片の入った籠を低温槽において−４０℃で約１８分間保持し、その後、試験片の入った籠を高温槽へと移動させ、高温槽において２５０℃で約１８分間保持する。この後、低温槽に再び籠を戻し、上記工程を何度も繰り返すといった熱サイクル試験を行うとする。この場合、１０００サイクルの熱サイクル試験をするのに約１か月、３０００サイクルの熱サイクル試験をするのに約３か月を要する。そのため、メタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価には時間がかかる。
【０００５】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、メタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価を短時間で行うことが可能な加速劣化試験方法、当該方法に用いて好適な４点曲げ疲労試験治具、また、これを用いた疲労試験装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、板状の試験片の下側に配置される一対の下側内ピンおよび上記試験片の上側に配置される一対の上側内ピンを備え、上記一対の下側内ピンおよび上記一対の上側内ピンを、それぞれ上下位置を揃えた状態で保持可能に構成されるとともに、上記一対の下側内ピンおよび上記一対の上側内ピンの間に上記試験片が挟まれた際に、上記試験片の長手方向の両端部を水平方向に突出可能な大きさに構成されている内ピン保持部と、
上記内ピン保持部における上記一対の上側内ピンの上端部と当接した状態で、上記内ピン保持部を固定可能に構成されている移動ユニットと、
上記移動ユニットの外側に配置されており、上記内ピン保持部から水平方向に突出される上記試験片の両端部の下側に配置される一対の下側外ピンおよび上記試験片の両端部の上側に配置される一対の上側外ピンを備え、上記一対の下側外ピンおよび上記一対の上側外ピンを、それぞれ上下位置を揃えた状態で保持可能に構成されている固定ユニットと、を有しており、
上記移動ユニットが、上記固定ユニットに対して上下方向に移動可能に構成されている、４点曲げ疲労試験治具にある。
【０００７】
本発明の他の態様は、上記４点曲げ疲労試験治具を有する、疲労試験装置にある。
【０００８】
本発明のさらに他の態様は、セラミックス層と上記セラミックス層に接合された金属層とを有する板状の試験片に対して低温および高温を一定時間ごとに繰り返す熱サイクルを負荷する熱サイクル試験時の温度変化に起因する熱残留応力と同等の応力を、４点曲げ疲労試験治具を用いて外部からの機械的な応力負荷によって上記試験片に対して負荷し、
上記熱サイクル試験による上記試験片の寿命を４点曲げ疲労試験による上記試験片の寿命から推測する、加速劣化試験方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
メタライズ放熱基板の熱サイクルによる破損は、セラミックス層からの金属層の剥離が主な原因である。この剥離のメカニズムは、セラミックスと金属との熱膨張係数の相違に起因する熱残留応力が金属層の角部直下のセラミックス内にき裂を生成させ、このき裂が熱残留応力によって徐々に成長するというものであると考えられる。
【００１０】
上記加速劣化試験方法は、上記構成を有している。そのため、上記加速劣化試験方法によれば、熱サイクル試験時のき裂の発生および成長を、４点曲げ疲労試験にて比較的短時間で模擬することができる。そのため、上記加速劣化試験方法によれば、従来に比べ、メタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価を短時間で行うことが可能になる。
【００１１】
上記４点曲げ疲労試験治具は、上記構成を有している。そのため、上記４点曲げ疲労試験治具では、内ピン保持部が固定された移動ユニットを固定ユニットに対して下方向に移動させた場合には、一対の上側内ピンが４点曲げ荷重を負荷する負荷ローラー（ローディングローラー）となり、一対の下側外ピンが４点曲げの支持ローラー（サポートローラー）となる。一方、内ピン保持部が固定された移動ユニットを固定ユニットに対して上方向に移動させた場合には、一対の下側内ピンが４点曲げ荷重を負荷する負荷ローラー（ローディングローラー）となり、一対の上側外ピンが４点曲げの支持ローラー（サポートローラー）となる。そのため、上記４点曲げ疲労試験治具によれば、板状の試験片に対して、外部から機械的に動的または静的な応力を負荷することができる。つまり、上記４点曲げ疲労試験治具によれば、両振りによる４点曲げ繰り返し疲労試験、静的荷重による４点曲げ静疲労試験を行うことが可能になる。また、上記４点曲げ疲労試験治具によれば、負荷する応力の大きさを比較的自由に調整することができる。さらに、上記４点曲げ疲労試験治具によれば、繰り返し疲労試験時には、その周波数を比較的自由に設定することができ、熱サイクル試験にかかる時間に比べて短時間で試験をすることができる。そのため、上記４点曲げ疲労試験治具は、セラミックス層とセラミックス層に接合された金属層とを有する板状の試験片を用いて４点曲げ疲労試験を行う上記加速劣化試験方法に好適に用いることができる。
【００１２】
上記疲労試験装置は、上記４点曲げ疲労試験治具を備えているので、上記加速劣化試験方法に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具の正面図（一部省略含む）である。
【図２】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における内ピン保持部の正面図である。
【図３】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における内ピン保持部の左側面図（右側面図）である。
【図４】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における内ピン保持部の平面図である。
【図５】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における内ピン保持部のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における移動ユニットのＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における移動ユニットの左側面図（右側面図）である。
【図８】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における固定ユニットの正面図である。
【図９】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における固定ユニットの左側面図（右側面図）である。
【図１０】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具における固定ユニットのＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具に用いられる板状の試験片の説明図であり、（ａ）は、試験片の平面図（底面図）、（ｂ）は、試験片のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】実施形態１の４点曲げ疲労試験治具を有する実施形態２の疲労試験装置を模式的に示した説明図である。
【図１３】実施形態３の加速劣化試験方法の説明図である。
【図１４】実施形態３の加速劣化試験方法の他の説明図である。
【図１５】実験例１による、熱サイクル試験においてＣｕ層が剥離に至るまでの時間と、動的疲労試験において試験片が破断に至るまでの時間との関係を示したグラフである。
【図１６】実験例１による、熱サイクル試験においてＣｕ層が剥離に至るまでの熱サイクル数と、動的疲労試験において試験片が破断に至るまでの繰り返しサイクル数との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
実施形態１の４点曲げ疲労試験治具について、図１〜図１１を用いて説明する。図１〜図１１に例示されるように、本実施形態の４点曲げ疲労試験治具１は、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２を備える内ピン保持部２と、移動ユニット３と、一対の下側外ピン４０１および一対の上側外ピン４０２を備える固定ユニット４と、を有している。なお、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２、一対の下側外ピン４０１および一対の上側外ピン４０２は、後述するように、板状の試験片５の保持または負荷に用いられるものである。以下、これを詳説する。なお、図１では、後述する移動ユニット３の前枠部３１が省略されている。また、以下では、図１に示される４点曲げ疲労試験治具１において、正面を前側、裏面を後ろ側、４点曲げ疲労試験治具を正面から見た右側を右方向、左側を左方向、４点曲げ疲労試験治具の上方を上側、下方を下側として説明する。
【００１５】
内ピン保持部２は、図２〜図５に例示されるように、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２を備えている。一対の下側内ピン２０１は、板状の試験片５の下側に配置される。一対の上側内ピン２０２は、板状の試験片５の上側に配置される。本実施形態では、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２における各ピン径は、同径とされている。
【００１６】
なお、図１〜図１０において、４点曲げ疲労試験治具１における試験片５は、４点曲げ疲労試験治具１の各構成を説明するために描かれたものである。本実施形態では、図１１に例示されるように、試験片５は、セラミックス層５０と、セラミックス層５０に接合された金属層５１と、を有している。この場合には、熱サイクル試験に適用される試験片５について４点曲げ疲労試験を実施することができる。
【００１７】
試験片５は、具体的には、板状体より構成されるセラミックス層５０の一方面および他方面に、それぞれ２個ずつ合計４個の金属層５１が接合されている。セラミックス層５０の一方面および他方面にそれぞれ接合された２個の金属層５１は、セラミックス層５０の長手方向に互いに離間した状態で配置されている。この種の試験片５の詳細については、ＪＩＳ  Ｒ  １６９２  「ファインセラミックス基板の熱疲労試験方法」に規定されている。本実施形態では、試験片５の大きさは、例えば、セラミックス層５０が、長辺４０ｍｍ×短辺１０ｍｍ×厚み０．３２ｍｍで、各金属層５１が、長辺１７ｍｍ×短辺７ｍｍ×厚み０．３ｍｍとすることができる。
【００１８】
内ピン保持部２は、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２を、それぞれ上下位置を揃えた状態で保持可能に構成されている。本実施形態では、内ピン保持部２は、第１内ピン収容部２１と、第２内ピン収容部２２とを有している。第１内ピン収容部２１には、一方の下側内ピン２０１および一方の上側内ピン２０２が収容される。第２内ピン収容部２２には、他方の下側内ピン２０１および他方の上側内ピン２０２が収容される。この構成によれば、第１内ピン収容部２１、第２内ピン収容部２２に、一方の下側内ピン２０１、他方の下側内ピン２０１を収容し、これら一対の下側内ピン２０１の上に試験片５を載せた後、第１内ピン収容部２１、第２内ピン収容部２２に、一方の上側内ピン２０２、他方の上側内ピン２０２を収容することで、試験片５をセットすることができる。そのため、この構成によれば、一対の下側内ピン２０１と一対の上側内ピン２０２との間に試験片５を挟みやすい４点曲げ疲労試験治具１が得られる。
【００１９】
内ピン保持部２は、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２の間に試験片５が挟まれた際に、試験片５の長手方向の両端部を水平方向に突出可能な大きさに構成されている。つまり、内ピン保持部２における試験片５の長手方向の長さは、試験片５の長手方向の長さよりも小さく形成されている。
【００２０】
なお、内ピン保持部２は、一対の上側内ピン２０２の少なくとも上端部を上方に突出させた状態で保持可能に構成されている。つまり、本実施形態では、一方の上側内ピン２０２における少なくとも上端部は、第１内ピン収容部２１の外に配置されている。同様に、他方の上側内ピン２０２における少なくとも上端部は、第２内ピン収容部２２の外に配置されている。これにより、一対の上側内ピン２０２の上端部を移動ユニット３に当接可能とされている。
【００２１】
本実施形態において、内ピン保持部２は、具体的には、中央隔壁部２４と、第１側壁部２５１と、第２側壁部２５２とを有している。より具体的には、内ピン保持部２の内ピン保持部本体２３上に、中央隔壁部２４と、第１側壁部２５１と、第２側壁部２５２とが立設されている。中央隔壁部２４は、一方の下側内ピン２０１および一方の上側内ピン２０２と他方の下側内ピン２０１および他方の上側内ピン２０２との間に配置されている。なお、治具中心軸（不図示）は、中央隔壁部２４の幅方向中央部を通っている。第１側壁部２５１は、一方の下側内ピン２０１および一方の上側内ピン２０２の外側、つまり、一方の下側内ピン２０１および一方の上側内ピン２０２における中央隔壁部２４側とは反対側に配置されている。第２側壁部２５２は、他方の下側内ピン２０１および他方の上側内ピン２０２の外側、つまり、他方の下側内ピン２０１および他方の上側内ピン２０２における中央隔壁部２４側とは反対側に配置されている。
【００２２】
本実施形態では、中央隔壁部２４と第１側壁部２５１との間の溝部分が、第１内ピン収容部２１とされている。また、中央隔壁部２４と第２側壁部２５２との間の溝部分が、第２内ピン収容部２２とされている。この構成によれば、中央隔壁部２４により、第１内ピン収容部２１と第２内ピン収容部２２とが隔てられるため、各内ピン収容部２１、２２に収容された各内ピン２０１、２０２が隣りの各内ピン収容部２２、２１側へ移動してしまうことがない。また、この構成によれば、各側壁部２５１、２５２により、各内ピン２０１、２０２が各側壁部２５１、２５２の外側へ脱落してしまうことがない。また、この構成によれば、一対の下側内ピン２０１間のピン中心距離と一対の上側内ピン２０２間のピン中心距離とを一定に保ちやすい。なお、本実施形態では、一対の下側内ピン２０１間のピン中心距離、一対の上側内ピン２０２間のピン中心距離は、いずれも、１０ｍｍとすることができる。
【００２３】
なお、中央隔壁部２４、第１側壁部２５１、および、第２側壁部２５２は、試験片５を配置することができるように、いずれも、その途中部位で分断して形成されている。具体的には、中央隔壁部２４、第１側壁部２５１、および、第２側壁部２５２は、いずれも、試験片５を配置することができるように中央部分で分断されている。これにより、この分断された部分に、試験片５を設置することが可能となり、繰り返しの振幅が加えられた場合であっても前後方向に試験片５が位置ずれすることがなく、常に荷重中心に対して対称な状態に試験片５を保持することができる。また、中央隔壁部２４は、各内ピン２０１、２０２のピン軸方向で両外側に突出するように形成されている。具体的には、中央隔壁２４は、前方向に突出する前端突条部２４１と、後ろ方向に突出する後端突条部２４２とを有している。中央隔壁２４の前端突条部２４１および後端突条部２４２は、いずれも、移動ユニット３に設けられた後述の案内溝３６に係合させるための部位である。前端突条部２４１および後端突条部２４２は、いずれも、内ピン保持部本体２３の下端まで延設されている。
【００２４】
本実施形態では、内ピン保持部２は、下側バネ部材２６１と、上側バネ部材２６２とを有している。下側バネ部材２６１は、一対の下側内ピン２０１の水平方向への位置ずれを規制するためのものである。上側バネ部２６２材は、一対の上側内ピン２０２の水平方向への位置ずれを規制するためのものである。この構成によれば、一対の下側内ピン２０１および一対の上側内ピン２０２のそれぞれをピン軸回りに回転可能な状態として回転に伴い中心方向へ僅かに各ピンが移動するのを許容しつつ、一対の下側内ピン２０１間の距離と一対の上側内ピン２０２間の距離とをほぼ一定に保ちやすい４点曲げ疲労試験治具１が得られる。
【００２５】
本実施形態では、具体的には、中央隔壁部２４に一対の切欠き部２４０が設けられ、各切欠き部２４０に下側バネ部材２６１、上側バネ部材２６２がこの順に積層されている。下側バネ部材２６１は、バネの自然長よりも短い状態とされて切欠き部２４０に配置され、バネ弾性力によって一対の下側内ピン２０１を各側壁部２５１、２５２に押し付けている。同様に、上側バネ部材２６２は、バネの自然長よりも短い状態とされて切欠き部２４０に配置され、バネ弾性力によって一対の上側内ピン２０２を各側壁部に押し付けている。
【００２６】
移動ユニット３は、内ピン保持部２における一対の上側内ピン２０２の上端部と当接した状態で、内ピン保持部２を固定可能に構成されている。本実施形態では、移動ユニット３は、具体的には、図６および図７に例示されるように、枠状に形成されており、この移動ユニット３の枠内部３０に、内ピン保持部２が配置される。内ピン保持部２は、枠内部３０の枠内上面３０１に、一対の上側内ピン２０２の上端部を当接させた状態で、移動ユニット３に固定される。
【００２７】
移動ユニット３は、より具体的には、前枠部３１と、後ろ枠部３２と、上枠部３３と、下枠部３４とが繋がって全体として枠状に形成されている。前枠部３１の上下端部は、それぞれ、ボルト等の締結部材３５により上枠部３３、下枠部３４に取り付けられている。後ろ枠部３２の上下端部も、同様に、それぞれ、ボルト等の締結部材３５により上枠部３３、下枠部３４に取り付けられている。前枠部３１および後ろ枠部３２の枠内壁面には、それぞれ、上下方向に沿う案内溝３６が形成されている。前枠部３１の案内溝３６には、上述した内ピン保持部２の前端突条部２４１が係合する。後ろ枠部３２の案内溝３６には、上述した内ピン保持部２の後端突条部２４２が係合する。これにより、移動ユニット３は、内ピン保持部２を上下方向にスライド移動可能に保持することができるようになっている。また、本実施形態では、前枠部３１または後ろ枠部３２を留めている締結部材３５、前枠部３１または後ろ枠部３２を取り外すことにより、内ピン保持部２を枠内部３０から引き出したり、内ピン保持部２を枠内部３０へ戻したりすることが可能とされている。そのため、４点曲げ疲労試験治具１は、試験片５や各下側内ピン２０１、各上側内ピン２０２の取り付け、取り外しがしやすくなっている。
【００２８】
また、移動ユニット３における下枠部３４の中央部には、調節ネジ部材３７が設けられている。調節ネジ部材３７は、内ピン保持部２を下方から支え、枠内部３０に配置された内ピン保持部２の上下方向の位置を調節するためのものである。本実施形態では、調節ネジ部材３７を締め込むことにより、調節ネジ部材３７の先端が内ピン保持部２の下端面を押圧し、上枠部３３の枠内上面３０１に、一対の上側内ピン２０２の上端部を当接させた状態で、内ピン保持部２を移動ユニット３に固定可能とされている。
【００２９】
移動ユニット３における上端部は、実施形態２で後述するように、疲労試験装置６のクロスヘッド部６１に直接または間接に取り付けることが可能とされている。本実施形態では、移動ユニット３における上端部は、クロスヘッド部６１に取り付けられた上側ロッド部材６１１とカップリング部材６１２を介して接続可能に構成されている。移動ユニット３は、具体的には、上枠部３３の上端部に、カップリング部材６１２に接続するためのフランジ状の接続部３３１を有している。
【００３０】
固定ユニット４は、移動ユニット３の外側に配置されている。固定ユニット４は、一対の下側外ピン４０１および一対の上側外ピン４０２を備えている。一対の下側外ピン４０１は、内ピン保持部２から水平方向に突出される試験片５の両端部の下側に配置される。一対の上側外ピン４０２は、内ピン保持部２から水平方向に突出される試験片５の両端部の上側に配置される。本実施形態では、一対の下側外ピン４０１および一対の上側外ピン４０２における各ピン径は、同径とされている。より具体的には、一対の下側内ピン２０１、一対の上側内ピン２０２、一対の下側外ピン４０１、および、一対の上側外ピン４０２における各ピン径は、同径とされている。各ピン径は、例えば、直径５ｍｍとすることができる。
【００３１】
固定ユニット４は、一対の下側外ピン４０１および一対の上側外ピン４０２を、それぞれ上下位置を揃えた状態で保持可能に構成されている。本実施形態では、固定ユニット４は、第１外ピン保持部４１と、第２外ピン保持部４２とを有している。第１外ピン保持部４１は、一方の下側外ピン４０１および一方の上側外ピン４０２を保持している。第２外ピン保持部４２は、他方の下側外ピン４０１および他方の上側外ピン４０２を保持している。この構成によれば、内ピン保持部２が固定された移動ユニット３を外側から挟み込むように第１外ピン保持部４１および第２外ピン保持部４２を配置して、一対の下側外ピン４０１と一対の上側外ピン４０２との間に試験片５を挟みやすい４点曲げ疲労試験治具１が得られる。
【００３２】
本実施形態において、第１外ピン保持部４１および第２外ピン保持部４２は、固定ユニット基部４０上に立設されている。第１外ピン保持部４１は、具体的には、一方の上側外ピン４０２の上端部を上方に突出させた状態で保持する第１支柱部４１０を有している。同様に、第２外ピン保持部４２は、他方の上側外ピン４０２の上端部を上方に突出させた状態で保持する第２支柱部４２０を有している。また、第１支柱部４１０および第２支柱部４２０には、各上側外ピン４０２の上端部を押さえつける押さえ部４３が設けられている。押さえ部４３は、略Ｌ字形状に形成されており、各支柱部４１０、４２０にボルト等の締結部材４３１にて取り付けられている。締結部材４３１が挿通される押さえ部４３の取付穴４３２は、上下方向に長い長穴として形成されている。そのため、本実施形態では、各支柱部４１０、４２０に対して、取り付け高さを微調整して押さえ部４３を取り付け可能とされている。
【００３３】
本実施形態では、第１外ピン保持部４１は、第１支柱部４１０の上端部に、第１外ピン収容部４１１を有している。同様に、第２外ピン保持部４２は、第２支柱部４２０の上端部に、第２外ピン収容部４２２を有している。第１外ピン収容部４１１には、一方の下側外ピン４０１および一方の上側外ピン４０２が収容される。第２外ピン収容部４２２には、他方の下側外ピン４０１および他方の上側外ピン４０２が収容される。この構成によれば、第１外ピン収容部４１１、第２外ピン収容部４２２に、一方の下側外ピン４０１、他方の下側外ピン４０１を収容し、これら一対の下側外ピン４０１の上に試験片５を載せた後、第１外ピン収容部４１１、第２外ピン収容部４２２に、一方の上側外ピン４０２、他方の上側外ピン４０２を収容することで、試験片５をセットすることができる。
【００３４】
本実施形態において、第１外ピン保持部４１、第２外ピン保持部４２は、具体的には、各支柱部４１０、４２０の上端部に、内側壁部４４と外側壁部４５とを有している。そして、第１外ピン保持部４１における内側壁部４４と外側壁部４５と間の溝部分が、第１外ピン収容部４１１とされている。また、第２外ピン保持部４２における内側壁部４４と外側壁部４５と間の溝部分が、第２外ピン収容部４２２とされている。この構成によれば、内側壁部４４と外側壁部４５とにより、各外ピン４０１，４０２が脱落してしまうことがない。また、この構成によれば、一対の下側外ピン４０１間の距離と一対の上側外ピン４０２間の距離とを一定に保ちやすい。なお、本実施形態では、内側壁部４４、外側壁部４５は、試験片５を配置することができるように、いずれも、その途中部位で分断して形成されている。具体的には、内側壁部４４、外側壁部４５は、いずれも、試験片５を配置することができるように中央部分で分断されている。これにより、この分断された部分に、試験片５を設置することが可能となり、繰り返しの振幅が加えられた場合であっても前後方向に試験片５が位置ずれすることがなく、常に荷重中心に対して対称な状態に試験片５を保持することができる。なお、一対の下側外ピン４０１間のピン中心距離、一対の上側外ピン４０２間のピン中心距離は、いずれも、例えば、３０ｍｍとすることができる。
【００３５】
本実施形態では、第１外ピン保持部４１、第２外ピン保持部４２は、いずれも、下側バネ部材４６１と、上側バネ部材４６２とを有している。各下側バネ部材４６１は、各下側外ピン４０１の水平方向への位置ずれを規制するためのものである。各上側バネ部材４６２は、各上側外ピン４０２の水平方向への位置ずれを規制するためのものである。この構成によれば、一対の下側外ピン４０１および一対の上側外ピン４０２のそれぞれをピン軸回りに回転可能な状態としつつ、一対の下側外ピン４０１間の距離と一対の上側外ピン４０２間の距離とを一定に保ちやすい４点曲げ疲労試験治具１が得られる。
【００３６】
本実施形態では、具体的には、外側壁部４５に一対の切欠き部４５０が設けられ、各切欠き部４５０に下側バネ部材４６１、上側バネ部材４６２がこの順に配置されている。下側バネ部材４６１は、バネの自然長よりも短い状態とされて切欠き部４５０に配置され、バネ弾性力によって下側外ピン４０１を内側壁部４４に押し付けている。同様に、上側バネ部材４６２は、バネの自然長よりも短い状態とされて切欠き部４５０に配置され、バネ弾性力によって上側外ピン４０２を内側壁部４４に押し付けている。このような構成とすることで、下側バネ部材４６１および上側バネ部材４６２の位置が固定される。また、試験片５がたわんだ時に、各ピンがピン軸を中心として回転して外側壁部４５方向に僅かに移動するのを妨げないなどの利点がある。
【００３７】
固定ユニット４における下端部は、実施形態２で後述するように、疲労試験装置６の基底部６２に直接または間接に取り付けることが可能とされている。本実施形態では、固定ユニット４における下端部は、基底部６２に取り付けられた下側ロッド部材６２１のフランジ部材６２２にボルト等の締結部材（不図示）により接続可能に構成されている。
【００３８】
４点曲げ疲労試験治具１において、移動ユニット３は、固定ユニット４に対して上下方向に移動可能に構成されている。この際、本実施形態では、第１外ピン保持部４１と第２外ピン保持部４２との間に、内ピン保持部２が固定された移動ユニット３が配置される。そして、内ピン保持部２の側面の一部が、第１外ピン保持部４１および第２外ピン保持部４２に摺接するように構成されている。より具体的には、内ピン保持部２の側面のうち、第１外ピン保持部４１に対向する部分が第１外ピン保持部４１の側面と摺接し、第２外ピン保持部４２に対向する部分が第２外ピン保持部４２の側面と摺接するように構成されている。なお、本実施形態では、内ピン保持部２は、４つの側面を有するように構成されている。そして、この４つの側面のうち、２つの側面が試験片５の長手方向と直交しており、試験片５の長手方向と直交する一方の側面が、第１外ピン保持部４１の側面と摺接し、試験片５の長手方向と直交する他方の側面が、第２外ピン保持部４２の側面と摺接するように構成されている。上記構成によれば、移動ユニット３を上下方向へ移動させた際でも、移動ユニット３が第１外ピン保持部４１側へずれたり、第２外ピン保持部４２側へずれたりするような位置ずれを抑制しやすい４点曲げ疲労試験治具１が得られる。
【００３９】
４点曲げ疲労試験治具１は、上記構成を有している。そのため、４点曲げ疲労試験治具１では、内ピン保持部２が固定された移動ユニット３を固定ユニット４に対して下方向に移動させた場合には、一対の上側内ピン２０２が４点曲げ荷重を負荷する負荷ローラー（ローディングローラー）となり、一対の下側外ピン４０１が４点曲げの支持ローラー（サポートローラー）となる。一方、移動ユニット３を固定ユニット４に対して上方向に移動させた場合には、一対の下側内ピン２０１が４点曲げ荷重を負荷する負荷ローラー（ローディングローラー）となり、一対の上側外ピン４０２が４点曲げの支持ローラー（サポートローラー）となる。そのため、４点曲げ疲労試験治具１によれば、板状の試験片５に対して、外部から機械的に動的または静的な応力を負荷することができる。つまり、４点曲げ疲労試験治具１によれば、両振りによる４点曲げ繰り返し疲労試験、静的荷重による４点曲げ静疲労試験を行うことが可能になる。また、４点曲げ疲労試験治具１によれば、負荷する応力の大きさを比較的自由に調整することができる。さらに、４点曲げ疲労試験治具１によれば、繰り返し疲労試験時には、その周波数を比較的自由に設定することができ、熱サイクル試験にかかる時間に比べて短時間で試験をすることができる。そのため、４点曲げ疲労試験治具１は、セラミックス層５０とセラミックス層５０に接合された金属層５１とを有する板状の試験片５を用いて４点曲げ疲労試験を行う加速劣化試験方法に好適に用いることができる。
【００４０】
（実施形態２）
実施形態２の疲労試験装置について、図１２を用いて説明する。図１２に例示されるように、本実施形態の疲労試験装置６は、実施形態１の４点曲げ疲労試験治具１を有している。なお、図１２では、４点曲げ疲労試験治具１における移動ユニット３の前枠部３１が省略されている。
【００４１】
本実施形態では、疲労試験装置６は、クロスヘッド部６１と、基底部６２とを有している。クロスヘッド部６１には、上側ロッド部材６１１の上端部が接続されている。上側ロッド部材６１１の下端部には、カップリング部材６１２が設けられている。カップリング部材６１２は、上側ロッド部材６１１と移動ユニット３の上端部とを接続するためのものである。カップリング部材６１２は、移動ユニット３の上端部を固定する前に、移動ユニット３の上端部を前後左右に僅かに動かすことが可能に構成されている。そのため、カップリング部材６１２は、移動ユニット３と固定ユニット４との間で位置の微調整をしつつ、移動ユニット３の上端部と上側ロッド部材６１１とを接続することが可能とされている。
【００４２】
基底部６２には、下側ロッド部材６２１の下端部が接続されている。下側ロッド部材６２１の上端部には、フランジ部材６２２が設けられている。フランジ部材６２２は、固定ユニット４の下端部をボルト等の締結部材（不図示）により接続するためのものである。
【００４３】
疲労試験装置６は、４点曲げ疲労試験治具１に保持された試験片５に対して、動的または静的な応力を負荷可能に構成されている。
【００４４】
本実施形態の疲労試験装置６は、４点曲げ疲労試験治具１を備えているので、固定ユニット４に対して内ピン保持部２が固定された移動ユニット３を上下方向に移動させることで、板状の試験片５に対して両振りまたは片振りで応力振幅を与えることができる。また、疲労試験装置６は、板状の試験片５に対して静的な荷重を負荷することもできる。そのため、疲労試験装置６は、セラミックス層５０とセラミックス層５０に接合された金属層５１とを有する板状の試験片５を用いて４点曲げ疲労試験を行う加速劣化試験方法に好適に用いることができる。
【００４５】
（実施形態３）
実施形態３の加速劣化試験方法について、図１３および図１４を用いて説明する。本実施形態の加速劣化試験方法は、板状の試験片に対して低温および高温を一定時間ごとに繰り返す熱サイクルを負荷する熱サイクル試験時の温度変化に起因する熱残留応力と同等の応力を、４点曲げ疲労試験治具を用いて外部からの機械的な応力負荷によって上記試験片に対して負荷し、熱サイクル試験による上記試験片の寿命を４点曲げ疲労試験による上記試験片の寿命から推測するものである。
【００４６】
加速劣化試験方法では、板状の試験片として、実施形態１で上述した図１１に示されるような、セラミックス層５０とセラミックス層５０に接合された金属層５１とを有する板状の試験片５が用いられる。詳細は、実施形態１で上述した通りである。
【００４７】
本実施形態では、具体的には、熱サイクル試験でセラミックス層に生じる最低保持温度Ｔｍｉｎにおける熱残留応力σｍａｘと最高保持温度Ｔｍａｘにおける熱残留応力σｍｉｎとをシミュレーションにより求め、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで上記試験片を４点曲げした際における曲げ荷重と曲げ応力との関係をシミュレーションにより求め、曲げ荷重と曲げ応力との関係から、熱残留応力σｍａｘと等しい最大曲げ応力σｍａｘ，ｅｑを発生させる曲げ荷重Ｐを求め、試験片に対して外部から機械的に動的な応力を負荷可能な４点曲げ疲労試験治具が取り付けられた疲労試験装置を用い、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、試験片に対して曲げ荷重Ｐを負荷して試験片を破断させ、破断結果に基づいて、熱サイクル試験における金属層の剥離に要する寿命を推測する構成とすることができる。
【００４８】
この構成によれば、熱サイクル試験時のき裂の発生および成長の４点曲げ疲労試験による短時間での模擬を確実なものとすることができる。そのため、この構成によれば、メタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価に要する時間の短縮化に有利な加速劣化試験方法が得られる。以下、上記構成について詳説する。
【００４９】
先ず、上記構成では、熱サイクル試験でセラミックス層に生じる最低保持温度Ｔｍｉｎにおける熱残留応力σｍａｘと最高保持温度Ｔｍａｘにおける熱残留応力σｍｉｎとが、シミュレーションにより求められる。なお、上記試験片の構成では、図１３に示されるように、熱サイクル試験時の最低保持温度Ｔｍｉｎで熱残留応力が最大値σｍａｘをとる。また、熱サイクル試験時の最高保持温度Ｔｍａｘで熱残留応力が最小値σｍｉｎをとる。熱応力のシミュレーションには、ＦＥＭ解析を用いることができる。なお、上記σｍａｘは、通常、図１１のＡで囲んだ金属層５１の角部直下あたりに生じる。また、上記σｍａｘ、上記σｍｉｎを予め求めておくのは、熱サイクル試験時に試験片は繰り返しの応力変動にさらされているので、熱サイクル負荷時と同等の応力範囲で、両振り４点曲げで繰り返し応力を負荷する際に有用なためである。
【００５０】
次いで、上記構成では、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで試験片を４点曲げした際における曲げ荷重と曲げ応力との関係が、シミュレーションにより求められる。ここでのシミュレーションには、ＦＥＭ解析を用いることができる。曲げ荷重と曲げ応力との関係は、例えば、図１４に示されるような線形関係として求めることができる。
【００５１】
次いで、上記構成では、得られた曲げ荷重と曲げ応力との関係から、図１４に示されるように、熱残留応力σｍａｘと等しい最大曲げ応力σｍａｘ，ｅｑを発生させる曲げ荷重Ｐが求められる。
【００５２】
次いで、上記構成では、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、試験片に対して曲げ荷重Ｐを負荷して試験片を破断させる。この際、試験片の破断は、試験片に対して外部から機械的に動的な応力を負荷可能な４点曲げ疲労試験治具が取り付けられた疲労試験装置が用いられる。本実施形態では、４点曲げ疲労試験治具として、実施形態１の４点曲げ疲労試験治具を用いることができる。また、疲労試験装置として、実施形態２の疲労試験装置を用いることができる。なお、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔとするには、例えば、恒温槽等を用いることができる。
【００５３】
次いで、上記構成では、上記破断結果に基づいて、熱サイクル試験における金属層の剥離に要する寿命が推測される。
【００５４】
上記構成では、具体的には、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、試験片に対して、曲げ荷重Ｐを上下両方向から所定の周波数で繰り返し負荷して試験片を破断させ、試験片の破断に要する時間または試験片が破断に至る繰り返し回数から、熱サイクル試験における金属層の剥離に至る時間または温度サイクル数を推測するようにすることができる。
【００５５】
この場合には、セラミックス層に生じたき裂が繰り返し応力支配下で進む場合（試験片に用いたセラミックスのき裂伸展に繰り返し応力の効果がある場合）に、熱サイクル試験で生じる応力変動と同様の応力変動を試験片に与えることができるので、熱サイクル試験によるき裂の発生と成長を、両振り４点曲げ疲労試験によるき裂の発生と成長とで短時間で模擬した加速劣化試験を行うことができる。
【００５６】
また、上記構成において、試験温度Ｔｔｅｓｔは、最低保持温度Ｔｍｉｎ超、最高保持温度Ｔｍａｘ以下の範囲内のいずれかの温度とすることができる。この場合には、試験温度Ｔｔｅｓｔにおける応力と、最大曲げ応力σｍａｘ，ｅｑとの間で繰り返し応力を変動させて上記加速劣化試験を行うことができる。この際、試験温度Ｔｔｅｓｔを最高保持温度Ｔｍａｘとした場合には、上記熱残留応力σｍｉｎと等しい最小曲げ応力σｍｉｎ，ｅｑと、最大曲げ応力σｍａｘ，ｅｑとの間で繰り返し応力を変動させて上記加速劣化試験を行うことができる。そのため、この場合には、熱サイクル試験で生じる応力変動と同等の応力変動を再現した加速劣化試験を行うことが可能となる。
【００５７】
また、試験温度Ｔｔｅｓｔを、最低保持温度Ｔｍｉｎ以下とした場合には、より大きな曲げ応力を試験片に発生させることができるので、より加速された加速試験を実施することが可能となる。また、試験温度Ｔｔｅｓｔを、最高保持温度Ｔｍａｘより大きくした場合には、応力振幅の大きさが支配的な場合に、これによる加速試験を実施することが可能となる。
【００５８】
本実施形態の加速劣化試験方法によれば、熱サイクル試験時のき裂の発生および成長を、両振りの４点曲げ疲労試験にて比較的短時間で模擬することができる。そのため、本実施形態の加速劣化試験方法によれば、従来に比べ、メタライズ放熱基板の熱機械的な信頼性評価を短時間で行うことが可能になる。
【００５９】
（実施形態４）
実施形態４の加速劣化試験方法について説明する。本実施形態の加速劣化試験方法は、板状の試験片に対して外部から機械的に静的な応力を負荷可能な４点曲げ疲労試験治具が取り付けられた疲労試験装置を用い、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、試験片に対して曲げ荷重Ｐを負荷して試験片を破断させる点で、実施形態３の加速劣化試験方法と相違している。
【００６０】
本実施形態では、具体的には、所定の試験温度Ｔｔｅｓｔで、試験片に対して、曲げ荷重Ｐを静的に負荷して試験片を破断させ、試験片の破断に要する時間から、熱サイクル試験における金属層の剥離に至る時間を推測する。
【００６１】
この構成によれば、セラミックス層に生じたき裂が最大応力支配下で進む場合（試験片に用いたセラミックスのき裂伸展に繰り返し応力の効果がない場合、つまり、静疲労の場合）に、熱サイクル試験で生じる最大応力を静的に試験片に負荷することができる。そのため、この場合には、熱サイクル試験によるき裂の発生と成長を、静的な４点曲げ疲労試験によるき裂の発生と成長とで短時間で模擬した加速劣化試験を行うことができる。その他の構成および作用効果は、基本的に、実施形態３と同様である。
【００６２】
＜実験例＞
ＪＩＳ  Ｒ  １６９２  「ファインセラミックス基板の熱疲労試験方法」に準拠して、図１１に示されるような形状を有する試験片を３種類準備した。具体的には、長辺４０ｍｍ×短辺１０ｍｍ×厚み０．３２ｍｍの窒化けい素板Ａの上下面に、２個ずつ合計４個のＣｕ層（厚み３００μｍ）が接合されている試験片（１）を準備した。また、長辺４０ｍｍ×短辺１０ｍｍ×厚み０．３２ｍｍの窒化けい素板Ｂの上下面に、２個ずつ合計４個のＣｕ層（厚み３００μｍ）が接合されている試験片（２）を準備した。また、長辺４０ｍｍ×短辺１０ｍｍ×厚み０．３２ｍｍの窒化アルミニウム板の上下面に、２個ずつ合計４個のＣｕ層（厚み３００μｍ）が接合されている試験片（３）を準備した。
【００６３】
試験片（１）〜試験片（３）を用い、ＪＩＳ  Ｒ  １６９２に準拠して、試験片を−４０℃で１８分間保持した後、２５０℃で１８分間保持するという熱サイクルを繰り返し負荷する熱サイクル試験を行った。そして、各試験片について、熱サイクル試験におけるＣｕ層剥離に至るまでの熱サイクル数および時間を求めた。その結果、試験片（１）においては、１０００回の熱サイクル試験でも、Ｃｕ層の剥離は観察されなかった。つまり、試Ｃｕ層剥離に至るまでの熱サイクル数および時間は、１０００回以上および６００時間以上であった。試験片（２）におけるＣｕ層剥離に至るまでの熱サイクル数および時間は、２０回および１２時間であった。試験片（３）におけるＣｕ層剥離に至るまでの熱サイクル数および時間は、７回および４．２時間であった。
【００６４】
実施形態１の４点曲げ疲労試験治具に従う４点曲げ疲労試験治具、実施形態２の疲労試験装置に従う疲労試験装置を準備した。
【００６５】
−４０℃〜２５０℃の温度範囲での熱サイクル試験で、試験片のセラミックス層に生じる最低保持温度−４０℃における熱残留応力σｍａｘと、最高保持温度２５０℃における熱残留応力σｍｉｎとを、ＦＥＭ解析により求めた。その結果、試験片（１）および試験片（２）におけるσｍａｘは、いずれも４１６ＭＰａ、σｍｉｎは、いずれも９８ＭＰａであった。なお、常温２５℃における熱残留応力も併せて求めたところ、いずれも３９０ＭＰａであった。一方、試験片（３）におけるσｍａｘは、４１３ＭＰａ、σｍｉｎは、９７ＭＰａであった。
【００６６】
最高保持温度２５０℃で、試験片を４点曲げした際における曲げ荷重と曲げ応力との関係を、ＦＥＭ解析により求めた。そして、得られた曲げ荷重と曲げ応力との関係から、熱残留応力σｍａｘと等しい最大曲げ応力σｍａｘ，ｅｑを発生させる曲げ荷重Ｐを求めた。その結果、試験片（１）および試験片（２）では、最高保持温度２５０℃で〜１５Ｎの曲げ荷重を負荷することで、最低保持温度−４０℃での最大主応力を再現できることが確認された。また、試験片（３）では、最高保持温度２５０℃で〜１２Ｎの曲げ荷重を負荷することで、最低保持温度−４０℃での最大主応力を再現できることが確認された。
【００６７】
上記準備した疲労試験装置における４点曲げ疲労試験治具に試験片をセットし、恒温槽内にて最高保持温度２５０℃に保持した。そして、最高保持温度２５０℃で、試験片に対して、上記所定の曲げ荷重を負荷して試験片を破断させた。本実験例では、具体的には、最高保持温度２５０℃で、試験片に対して、上下両方向から上記所定の曲げ荷重（試験片（１）および試験片（２）については、−１５Ｎ〜＋１５Ｎ、試験片（３）については、−１２Ｎ〜＋１２Ｎ）を周波数１Ｈｚ（正弦波）で繰り返し負荷して試験片を破断させた。試験片（１）〜試験片（３）について、それぞれ、試験を２回行った。その結果、試験片（１）の第１回目の試験では、１６１００回でも破断せず、試験を打ち切った。つまり、破断に至るまでのサイクル数および時間は、１６１００回以上および４．５時間以上であった。試験片（１）の第２回目の試験では、破断に至るまでのサイクル数および時間は、１２５６５回および３．５時間であった。試験片（２）の破断に至るまでのサイクル数および時間は、第１回目が３８９回および０．１１時間であり、第２回目が１５８回および０．０４時間であった。試験片（３）の破断に至るまでのサイクル数および時間は、第１回目が６０回および０．０１７時間であり、第２回目が２０８回および０．０５８時間であった。
【００６８】
上記破断結果よれば、動的疲労試験における試験片の破断に至るまでのサイクル数は、試験片におけるＣｕ層剥離に至るまでの熱サイクル数と同じ傾向を示すことが確認された。また、試験片の破断に至るまでの時間は、熱サイクル試験時の試験片におけるＣｕ層剥離に至るまでの時間と同じ傾向を示すことが確認された。この結果から、試験片の破断結果に基づいて、熱サイクル試験における金属層の剥離に要する寿命を短時間で推測できることが確認された。
【００６９】
図１５に、熱サイクル試験においてＣｕ層が剥離に至るまでの時間と、動的疲労試験において試験片が破断に至るまでの時間との関係を示す。図１６に、熱サイクル試験において金属層が剥離に至るまでの熱サイクル数と、動的疲労試験において試験片が破断に至るまでの繰り返しサイクル数との関係を示す。図１５および図１６から分かるように、上記加速劣化試験方法によれば、熱サイクル試験に比べ、試験に要する時間を１／１００以下と大幅に短縮できることが確認された。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態、実験例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  ４点曲げ疲労試験治具
２  内ピン保持部
２０１  下側内ピン
２０２  上側内ピン
３  移動ユニット
４  固定ユニット
４０１  下側外ピン
４０２  上側外ピン
５  試験片
６  疲労試験装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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