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卒業研究でRFスパッタ装置を使っている者です。

実験のときは最初にマッチングを取り、反射波をゼロにしてからスパッタをしていますが、スパッタ中に急に反射波が出て来てしまいます。あまりに大きな反射波が急に出てくるので、プラズマが消えてしまいます。マッチングはその都度取れますが、実験を再開してしばらくするとまた急に反射波が出て来てプラズマが消えてしまいます。

ターゲットなど、何かがショートしているのかと思いテスターで調べてもショートしている箇所など見つかりません。真空度や温度も正常でした。

急に大きなリフレイションが出て来てしまう理由が全く分かりません。
原因や思い当たることがある方、教えていただけませんでしょうか?

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A 回答 (4件)

再度tanceです。



ビリビリ音がして反射が増えるということは、どこかでアーク放電しているのではないでしょうか。他の方のおっしゃるようにパッシェンの法則に従ってチェックしてみたら何か解るかもしれません。アーク放電なら目視も可能だし、放電痕もあるかもしれません。

なお、反射が非常に多い状態でも、投入電力は依然として存在します。電力はRF源の装置から出て行って、チェンバのマッチング回路で負荷とマッチングせずに反射します。出て行ったパワーがチェンバ内部に入らずに戻ることになります。チェンバ内に入らないので当然プラズマはできません。(放電が消えている状態)

では、戻って来た電力はどうなっちゃうのでしょうか。それはジェネレータ内部に戻って来てそこでエネルギーを放出します。ジェネレータとしては非常にきつい状態です。これで壊れる装置も多いです。

オートチューナではないということですから、アークなどがあっても、それが消えれば元のマッチング状態に戻るはずです。それが戻らないのであれば、やはりチェンバ内の異常放電が連続しているのでしょう。

そうだとすると、ケーブルの長さを変えたりしても意味がありません。異常の元になる現象を無くすしかないでしょう。真空度にもよりますが、構造上、部分的に真空度にムラがあることもあり得ます。ベーキングが不十分だったりすると、特定の部分でアークが飛ぶことは十分あり得ます。地道に探すしかないのではないでしょうか。
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>ターゲットなど、何かがショートしているのかと思い



RFでショートするようなものはテスターでは測れません。
テスターで計測できるのはDC的にショートするものだけです。

反射波が出る時に、どのような物理現象が起きているのかよく観察してください。
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突然反射が増えて、そのせいで放電が止まるのでしょうか。

その逆で放電が止まったために反射が増えることも考えられます。

また、もし自動チューナ付きのマッチングシステムだと、チューニング可能域を超えると途端に反射が増えることになります。

チェンバ内の異常放電(アークなど)がきっかけになることがあります。非導電膜をつけるときは炉内で電荷が溜まっていくところがないか注意が必要です。

周波数が解りませんが、波長の数分の一くらいの単位でケーブル長を増減すると防げることがあります。

この回答への補足

回答ありがとうございます。
反射が発生しても投入電力のメーターはゼロにはならないので、おそらく反射が増えて放電が止まったのだと思います。
私が使っている装置は、自動チューナー付きの物では無いです。また、チャンバー内の異常放電ですが、スパッタしているのは非導電膜ではありません。

気がついたのですが、どうやら装置に少し衝撃を与えたり投入電力を大きくすると、わずかにビリビリという音がして反射が出るようです。
解決策などがありましたら、教えていただけませんでしょうか?

補足日時:2014/08/20 14:14
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パッシェンの法則で描かれる曲線の境界付近で使ってたりしませんか?

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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
パッシェンの法則で計算して見ましたが、曲線の境界付近にはなりませんでした。

お礼日時:2014/08/20 13:36

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QRF(高周波)電源の原理

発振周波数13.56MHzの自励発振方式の高周波電源を用いてプラズマを発生させ、プラズマ重合というものにより薄膜を形成する実験を行っているのですが、自励発振方式、進行波、反射波、マッチングBOXなどわからないものが盛りだくさんです。高周波電源、RF電源で検索にかけてもヒットするものはなく、図書館でもキーワード「高周波電源」では本が出てこないです。高周波電源の原理に関する文献などありましたら紹介してください。よろしくお願いします。
(装置のマニュアルにも原理はありませんでした)

Aベストアンサー

No.2のymmasayanです。

「自励発振」という言葉と「高周波電源の原理」という言葉に惑わされて
的外れの回答をしてしまったようです。

発振方式には自励式と水晶式、PLL式などがあり、一方電源としては自励式と他励式が
あります。
同じ自励式という言葉でも意味がぜんぜん違います。発振周波数13.56MHzということは
水晶発振による自励式電源ですね。
ここでいう自励式電源とは発振回路を内蔵している電源のことです。
他励式というのは他の装置(発振回路)から信号をもらって増幅器だけを持つものを
いいます。

>高周波電源、RF電源で検索にかけてもヒットするものはなく

Googleで「高周波電源」で約1300件、「高周波電源 マッチング」で
約120件ヒットします。1例を参考URLに記載します。

「進行波、反射波、マッチング」は無線機とケーブルとアンテナに関するものが
詳しいと思います。又No.2の参考URLで紹介した書籍にも第1章に載っています。

少し難しいですが下記URL
http://www.mogami-wire.co.jp/paper/tline/tline-01.html
の 5. 定在波 6. リターンロスと反射損失
のところにも「進行波、反射波、マッチング」の話が載っています。

参考URL:http://www.thp.co.jp/rf_pro/matching.htm

No.2のymmasayanです。

「自励発振」という言葉と「高周波電源の原理」という言葉に惑わされて
的外れの回答をしてしまったようです。

発振方式には自励式と水晶式、PLL式などがあり、一方電源としては自励式と他励式が
あります。
同じ自励式という言葉でも意味がぜんぜん違います。発振周波数13.56MHzということは
水晶発振による自励式電源ですね。
ここでいう自励式電源とは発振回路を内蔵している電源のことです。
他励式というのは他の装置(発振回路)から信号をもらって増幅器だけを持つも...続きを読む

Qスパッタリングの成膜条件

マグネトロンスパッタリング装置で鉄(Fe)を飛ばそうとしています。
鉄は磁性を示すので放電が起こるかどうか心配していましたが、うまく起ってくれません。
Ar流量、放電パワーはどのくらいが必要なのでしょうか。

どなたかマグネトロンスパッタリングに長けた方、教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

ターゲット厚を下げても磁場が出ていないので、放電が立たないと思われます。
通常、シャッターやシールド類は非磁性のSUSで出来ていますので、装置改造などで、極端に極間距離を変えてない場合は放電電圧がちょっと変わるぐらいで、特に問題は起こしません。

磁性体ターゲットのスパッタで万全を期すには・・・
1)カソードの磁石をSm-Coか、Nd-Fe-Bに変える(現状はフェライトが入っています)。
2)バッキングプレートにヨークを備えたものを用いる(同心円状に軟磁性鉄コア)・・・手間がかかる
3)ターゲット製造時に冷間圧延で歪みを入れ、透磁率を下げる(目標20以下)。
→ 裏技として、ターゲット表面に斜めにスリットを入れ、見かけ上の透磁率を下げる。

1)、2)は結構、費用と手間が掛かるので、ちょっとスパッタする程度なら、3)+ターゲット厚さを薄くが現実的。

ターゲットの厚さを薄くするだけでは、鉄ではあっという間にエロージョン部に鋭い穴が開きます。
これはターゲットの厚みのためだけではなく、一旦エロージョンが生じるとターゲット=鉄のコアの一部が欠けることになり、磁場が集中するためです。
ちなみに1)+2)で純鉄ターゲットをスパッタした場合は、5mmのターゲットに半日で穴が開きました(切り目を入れたように鋭いエロージョンが発生)。
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ところで、UBMを使用とのことですが、この状態ではUBMの効果は全く発揮されません(単に装置がたまたまUBMということであれば問題ありませんが)
スパッタはDCですか、RFですか?(おそらくDCだと思いますが)

ターゲット厚を下げても磁場が出ていないので、放電が立たないと思われます。
通常、シャッターやシールド類は非磁性のSUSで出来ていますので、装置改造などで、極端に極間距離を変えてない場合は放電電圧がちょっと変わるぐらいで、特に問題は起こしません。

磁性体ターゲットのスパッタで万全を期すには・・・
1)カソードの磁石をSm-Coか、Nd-Fe-Bに変える(現状はフェライトが入っています)。
2)バッキングプレートにヨークを備えたものを用いる(同心円状に軟磁性鉄コア)・・・手間がかかる
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Qバラトロン真空計

バラトロン真空計ってどういったものなのか教えてください。ネットで調べてあまりよ理解できませんでした…。よろしくお願いします。

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ダイヤ不ラム真空計の商品名ですね
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Q剥がれにくい金薄膜を作成する方法

絶縁体の上に導電性の金属膜のパターンを型紙などを用いて作成しようとしています.

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よろしくお願いします.

Aベストアンサー

20年ぐらい前、高周波用のICパッケージの開発を担当、ご質問のような仕事も、その範疇でした(金配線そのものは。自分が担当したわけではありませんが)。
型紙? メタルマスクのことでしょうか。どの程度の線をお書きになりたいのかわかりませんが、メタルマスク+蒸着で描けるのはたしかL/Sが数十ミクロンだたと記憶していますが。型紙?不思議な言葉ですね。
さてガラスに金を成膜とのことですが、まずスパッタとのこと。通常金は真空蒸着もしくはメッキで成膜します。また金とガラスというか、酸化物は接着力に欠けるため、チタンとかニッケルなどを被覆した上に金を被覆します。それでも金と下地膜との接着強度が不足するため、熱処理して接合強度を稼ぐことが通例(メッキの場合ですが)ですね。ただスパッタなら真空蒸着とことなり、基板との接合強度を稼ぐことも出来なくわないとおもいます。どうしても直接被覆したいとおっしゃるならば、ANo.2さんのおっしゃるように、スパッタ条件を選べばそれなりの接着強度が得られるかも知れませんね。接着強度をかせぐには、ガラス基板の表面がある程度粗であることが良いようですが。
ただ、スパッタで成膜した膜には通常、大きな残留応力が入っているため、厚く積むと、膜がぱらぱら剥離しますのであまり厚く積めません(1ミクロン程度)。電気を通すという点では?ですね。
なおガラス(ガラスとは熱膨張が大きすぎるという印象で、決して小さすぎることはないはずですが)以外の基板ということですが、通常はアルミナ(電子部品の場合の熱膨張のスタンダードですね)、シリコンに熱膨張をあわせたいなら窒化アルミ、熱膨張が小さいほうが良いという場合は石英をつかいますね。通常はなにも考えなければアルミナ基板が一般にもちいられます。
用途がわからないため、あまり具体的なご回答が出来ませんが、ガラス基板上に金で配線するなら、うまい下地コーティングをさがし(多分ニッケルとかチタンのはず 複層つんだはずですね)、金を真空蒸着(抵抗過熱の安物真空蒸着装置で良い)すればよいはずです。

20年ぐらい前、高周波用のICパッケージの開発を担当、ご質問のような仕事も、その範疇でした(金配線そのものは。自分が担当したわけではありませんが)。
型紙? メタルマスクのことでしょうか。どの程度の線をお書きになりたいのかわかりませんが、メタルマスク+蒸着で描けるのはたしかL/Sが数十ミクロンだたと記憶していますが。型紙?不思議な言葉ですね。
さてガラスに金を成膜とのことですが、まずスパッタとのこと。通常金は真空蒸着もしくはメッキで成膜します。また金とガラスというか、酸化物は接...続きを読む

QX線回折(XRD)分析の半値幅について

現在粉末用のXRD装置を使用しているのですが、半値幅に含まれる情報に関して教えてください!
参考書などを呼んでいると、結晶性のピークに着目した場合、ピークの半値幅が大きくなるほど結晶子サイズは小さいことを意味すると書いてあり、これはなんとなくわかりました。
しかし、非結晶性のものを測定すると一般的にはブロードピークとなるものが多いかと思うのですが、相互関係がわかりません・・・。非結晶性のものは結晶子サイズが小さいということではないですよね?

段々結晶子サイズが小さくなっていった時に、少しづつピークはブロードに近づくとは思うのですが、
・結晶子サイズが小さくなっている
というのと、
・非結晶性のものである
というものの区別はどうやって判断したらよいのですか?ある程度は半値幅を超えたら非結晶性のものとかいう基準があるのでしょうか?

Aベストアンサー

半値幅から微結晶サイズを求めるシェラーの式は、固体中にある
微結晶のサイズを求めるための式です。適用できる微結晶サイズは
nmオーダから0.1μmまでの範囲です。この点に注意してください。

さて微結晶サイズが小さくなると半値幅はサイズに反比例して拡がり、
ピークはだんだん鈍くなります。さらに小さくなるとブロードで
ガラス等による散乱パターンに似たものになることも有ります。

ピークの拡がりは、1)結晶が十分な大きさで無いこと、2)結晶に
欠陥があるか、または空間的な規則性が低いか、3)装置による制約
から来ます。
原因3)は基準物質を使い補正計算をしてある程度除去することが
できます。
原因1)の影響を考慮したのがシェラーの式ですが、常に原因2)の寄与
も含まれています。
原因2)は小さくても結晶で有れば散乱強度を決める構造因子は定まります。
ここで構造因子に欠陥や小さくなることで発生した構造の乱れを組込めば
非晶性の広がったハローを再現できるかも知れません。
しかし、非晶性物質では構造の乱れは大きすぎ、結晶学的な構造因子は
もう決められません。
その代わりに、原子の相互配置を確率的に表した動径分布関数が散乱強度
の計算に導入されます。
一つの物質からの散乱強度の計算に、ここまでは構造因子方式、ここからは
動径分布関数方式という使い分けはされていません。

したがって、結晶子サイズが小さくなっているというのと、非結晶性の
ものであるということの明確な境界は無いように見えます。
当然、ある半値幅を超えたら非結晶性のものとかいう基準は有りません。

溶融体を急冷して結晶化させようとした場合、できたモノを欠陥だらけの
極微細結晶からなるとするか、非晶質になったと解釈するかは半値幅だけ
からはできないと思います。

半値幅から微結晶サイズを求めるシェラーの式は、固体中にある
微結晶のサイズを求めるための式です。適用できる微結晶サイズは
nmオーダから0.1μmまでの範囲です。この点に注意してください。

さて微結晶サイズが小さくなると半値幅はサイズに反比例して拡がり、
ピークはだんだん鈍くなります。さらに小さくなるとブロードで
ガラス等による散乱パターンに似たものになることも有ります。

ピークの拡がりは、1)結晶が十分な大きさで無いこと、2)結晶に
欠陥があるか、または空間的な規則性が低...続きを読む

Qインピーダンス不整合により反射が起きるのはなぜですか?

高周波関係の本を読んでいるとインピーダンス不整合により反射が起きるというようなことは大抵書かれているのですが、具体的になぜ反射が起こるのでしょうか?
インピーダンスの違いで現れてくるのは、振幅と位相だけですよね?
これでなぜ反射が起こるのでしょうか?

どこかで光が異種の物質の界面で反射を起こすようなものであると書かれていたのですが、反射というものは異種の物質に対してある角度をもって入射しないと起きないため、少し違うのではないのでしょうか?

どなたか詳細な原理を教えて下さい。

Aベストアンサー

まあ、普通に、回路の微分方程式をたてて、式を追って行けばそうなるんで、なぜ、というのは難しいわけですが。

アナロジーとしての、光の反射はあんまりよくないような気がします。
(ナイーブな意味での)電流は1次元の銅線の中しか通れない(束縛されている)ので、3次元どこでも行ける光とはちょっと違います。

10mくらいある長いスプリングを考えます。さらに、柔らかいスプリングと硬いスプリングをつなぎあわせたものを考えます。で、例えば、柔らかいスプリングの端を前後に振って縦波(別に横波でもいいですけど)を起こしたとすれば、波はスプリングを伝っていきますが、柔らかいスプリングと硬いスプリングの境目で一部は反射して戻ってくるでしょう。

ここで、硬いスプリングといっているのは、つまり、大きな力をかけても、ちょっとしか変位がおきないスプリングのことです。
これは、電気回路の世界でいえば、大きな電圧(電位差)をかけても、電流がちょっとしか流れない(インピーダンスが高い)に相当します。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qマッチングボックス

容量結合型プラズマCVDのマッチングボックスを作る必要があります。
すみませんが、整合器の回路および素子の大きさ等おしえてもらえませんでしょうか。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

回答がつかないようなので、少し書いてみます。
結論を先に書きますが、色々試行錯誤して装置に適した整合回路を見つけるしか方法はありません。
天下り的に与えられるものではないのです。
特に、自作の装置の場合、装置のインピーダンスが不明なことが多く、結果として色々試してみる以外に手が無いのです。
これが回答がつかない最大の理由だと思います。
高価なインピーダンスアナライザでもあれば別ですが。
大学の研究室なら、指導教官や大学院の先輩といった経験者に相談するのが最も近道だと思います。

さて、容量結合型というのは、2枚の平行平板の電極間に高周波を印加するという方式ですね(片側はアースかもしれませんが)。
一般論として、マッチングボックスの回路構成は、CとC、CとLなどをマッチングを取りたい対象物に直列及び並列に接続します。
例えば、並列C+直列C、直列C+並列L、並列C+直列Lなどです。
特別な意図でもない限り、マッチングさえ取れれば、どの構成でも差し支えありません。
ところで対象物とは、平行平板で構成された、いわばコンデンサです。
対象物のインピーダンスが分かっていれば、スミスチャートを使って、整合回路を設計することができます。
では、対象物のCはいくつでしょうか、また純粋にC成分だけでなく、LやR成分もありますが、それらはいくつでしょうか。
先ほど書いたように、高価なインピーダンスアナライザでもあれば別ですが、普通はなかなか分かりません。
そこで結局はあれこれ試して回路を決定します。
あれこれ試すためには、可変のCやLが必要です。
必要な可変範囲は、対象物の特性や印加する周波数によって異なるため、一概に言えません。
特に、対象物のC、L、Rは、平行平板の面積や距離、平板までの配線方法等によって変化しますから、対象物の特性は実験装置固有のものと言っても差し支えないです。
従って、ご質問の「素子の大きさ」が何pFとは何μHとかという値を期待されているとしたら、誰も答えられないでしょう。
アドバイスとしては、ワイドレンジで可変できるものを選んでくださいというくらいでしょうか。
出力が分からないのでなんとも言えませんが、もし大出力であれば、真空バリC(バリC=バリコンの意味)を使う必要があるかもしれません。
そうでなければ、安価な空気バリCが使えるかもしれません。
真空バリCでも、数pF~1000pF程度まで可変のものもありますので、こういったものを選んだ方が楽でしょう。
なお、この数pF~1000pFといった可変範囲は、13.56 MHzといったRF帯を想定した値です。
もちろん、実際にマッチングが取れる値が、可変範囲を超える可能性もあるので、固定コンデンサも併用できるように用意しておいた方が良いでしょう(可変範囲にゲタをはかせる)。
必要な耐圧が不明ですが、もし高圧でしたら、固定コンデンサには、耐圧の高い高周波電力用セラミックコンデンサを用意する必要があるでしょう。
Lについては、バリLが市販されていますし、特注で可変範囲を指定して作ってもらうこともできると思います。
もし、お金を節約する必要があるのであれば、コイルは手巻きした方が良いでしょう。
電力によっては、巻くのが大変かもしれませんが。
コイルに接触しながら可動できるような構造の接点を工夫すれば、割合簡単にバリLは自作できると思います。
メーカー製は、この接点が板バネのようになっていて、接触を安定にしているといった工夫があるようですが、自作ではそこまでの工夫は無理かもしれません。
それから、マッチング回路を覆うシールドボックス(電磁シールド)が必要です。
電力を送るケーブルは同軸ケーブルなどを使うためシールドされていますが、マッチング回路はそのままでは剥き出しです。
このため、何かが近づいたりすれば浮遊容量が変化してマッチングが狂いますし、電力が大きい場合はそもそも危ないですし、剥き出しの回路だと高周波が周囲に放出されるため、他の機器に対してノイズ源になります。
少しでも参考になれば。

回答がつかないようなので、少し書いてみます。
結論を先に書きますが、色々試行錯誤して装置に適した整合回路を見つけるしか方法はありません。
天下り的に与えられるものではないのです。
特に、自作の装置の場合、装置のインピーダンスが不明なことが多く、結果として色々試してみる以外に手が無いのです。
これが回答がつかない最大の理由だと思います。
高価なインピーダンスアナライザでもあれば別ですが。
大学の研究室なら、指導教官や大学院の先輩といった経験者に相談するのが最も近道だと思いま...続きを読む

QSEMのstigma調整って何ですか

SEMを使うとき、高倍率でみるときに像が流れていかないようにstigmaを調整すると聞きました。
でも、なぜ像が流れるのか、stigmaを調整するとは具体的に何をしているのかがわかりません。
詳しく図解しているサイトなどあれば教えてください。

Aベストアンサー

非点収差調整 = stigma調整 です。

電子ビームは磁場のレンズで収束させますが、X方向とY方向とで収束に差があることを非点収差と言います。

構造(2.4項、図7、図8を参照)
(pdfファイル)
http://tech-staff.yz.yamagata-u.ac.jp/kyozai/fe-sem/SEM-EDS.pdf

調整方法(ムービーで解説)
http://tech-staff.yz.yamagata-u.ac.jp/kyozai/gakunai/semstepupmovie.htm

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む


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