フェムト秒レーザ支援微細表面構造制御DLC膜のナノスケール低摩擦発現に関する研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560115
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 本田 知己 福井大学, 工学部, 助教授 (80251982)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安丸 尚樹 福井工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90158006)
• Keywords: ナノトライボロジー / 窒化物系セラミックス膜 / フェムト秒レーザ / ナノテキスチャリング / 低摩擦 / 原子力間顕微鏡 / 凝着力 / 接触角

Research Abstract

ナノ・マイクロトライボロジーの分野において,「耐摩耗性と摩擦力の極小化」の両特性を併せ持つ機能性表面の創成とそのメカニズムの解明が求められている.本研究では,フェムト秒レーザを用いることで,超微細加工が困難なDLC膜や窒化物系セラミックス膜の表面にナノスケールで制御された規則的なテキスチャリングを施すとともに,試験条件や試験雰囲気の最適化を図ることで無潤滑条件下での摩擦係数0.02以下の低摩擦を発現させることを目的としている.
平成16年度:低摩擦発現のための荷重、速度、雰囲気条件の特定と発現機構の解明
(1)各種雰囲気中でのナノ摩擦試験(本田)
曲率半径の異なる数種類の探針を用いて摩擦力と凝着力の荷重依存性・速度依存性を調べ,表面分析の結果と併せて低摩擦発現のためのナノテキスチャリング形状と試験条件からその発現機構について検討した.
・平面度が高くうねりが小さい平面にナノテキスチャリングを施すことで、摩擦を低下させることができた。
・各種雰囲気中での水平力に及ぼす探針曲率半径の影響を調べた結果,ガラス球の曲率半径以上に,ガラス球の先端微小凹凸の影響を強く受け、真空及び窒素ガス雰囲気中ではガラス球の曲率半径の影響を受けないことが分かった。
・微細表面構造の形と水平力との関係について調べた結果,先鋭な従来の探針では,凹凸形状のフィッテイング曲線の傾きと水平力に良い相関が見られることがわかった.
(2)フェムト秒レーザによる窒化物系セラミックス膜のナノテキメチャリング
・できるだけマクロパーティクルが少なく,平滑かつ高靭性の窒化物系セラミックス膜を成膜するための条件を確立し,その成膜条件を制御して機械的特性の異なる数種類の皮膜を製作した.
・DLC膜に対して行ったフェムト秒レーザによる表面処理を窒化物系セラミックス膜や単結晶Siについても同様に行い,応用範囲の可能性を検証した.