2016 Fiscal Year Research-status Report
指のすべり動作における摩擦と操作感の定量的相関の確立
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16K06040
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青木 才子 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30463053)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 指の摩擦 / 分子膜 / パターニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，分子膜のパターニング表面における指のすべり摩擦特性について，指の接触状態のin situ観察と摩擦力の力学的測定の両面から明らかにして，摩擦抵抗により生じる操作感との定量的相関を確立することを目標とする．本研究を，「指のすべり動作における指の接触状態のin situ観察と摩擦特性の評価」，「分子膜のパターニング表面の作製と最適設計指針の検討」，「指の摩擦特性と操作感の定量的相関の確立」に分類し，それぞれ並行して進めていく．
平成28年度は，次年度以降の本格的データ収集に向けた予備実験と位置づけ，指のすべり動作における指の接触状態のin situ観察を目的とする．まず，圧電式3成分力センサと接触面の動画撮影を組み合わせたタッチトライボロジー試験機の試作を検討した．既存の試験機とは異なり，3成分力センサを2枚の平板間の四隅に固定するため，センサの取付け方法や位置などの最適化を行い，試験機の基本構造を考案した．
次に，分子膜のパターニング表面の作製を試み，SAMやPFPEをモデル分子膜として用いて作製方法を探索した．ストライプ状のパターニング表面の作製法として，マスキングテープを用いて湿式法によりパターニング表面を形成する方法，湿式法により分子膜を形成した後反応性イオンエッチングによりパターン表面を形成する方法を着想した．それぞれの方法を適用することにより，特に反応性イオンエッチングを使用する方法ではサブmmスケールの幅や間隔で高精度にパターン表面を作製することに成功した．
さらに，既存の平板型摩擦測定装置を用いて，ストライプ状のパターニング表面における指の摩擦測定を実施した．その結果，パターン表面の分子膜被覆部分の幅や間隔を制御することにより，指の摩擦特性や人間の反応動作に影響を及ぼす可能性があることが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は，次年度以降の本格的データ収集に向けた予備実験と位置づけ，圧電式3成分力センサと接触面の動画撮影を組み合わせたタッチトライボロジー試験機の試作を実施した．試験機は未完成であるが試験機の基本構造は考案済みであり，試作の目処は立っている．また，SAMやPFPEをモデル分子膜としたパターニング表面の作製について，2つの作製方法を確立し，高精度のパターニング表面を作製することに成功した．このパターニング表面を用いて指の摩擦測定を実施した結果，分子膜のパターニングが指の摩擦特性や人間の反応動作に影響を及ぼすことが示唆された．以上から，本研究はおおむね予定どおり進展しているものと思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度では，圧電式3成分力センサと接触面の動画撮影を組み合わせたタッチトライボロジー試験機の試作を検討し，ストライプ状の分子膜パターニング表面の作製方法を考案した．
平成29年度は，分子膜被覆部分の幅や間隔，高さ分布が異なる種々のパターニング表面を作製し，試作した装置により摩擦測定を実施することを目的とする．
まず，(1)指のすべり動作における指の接触状態のin situ観察と摩擦特性の評価では，前年度未完成であった試験機について基本構造の原案に基づき組立を行い，センサの校正等を実施する．試作後，ガラス基板等を用いて予備試験を行い，既存の平板型摩擦測定装置の結果と比較評価を行う．
次に，(2)分子膜のパターニング表面の作製と最適設計指針の検討について，前年度に考案した2つの作製方法（マスキングテープ法および反応性イオンエッチング法）を用いて，分子膜被覆部の幅および間隔が異なるストライプ状のパターニング表面を作製する．摩擦測定の結果を基に，指の摩擦評価に求められる分子膜のパラメータをフィードバックし，分子膜の設計指針について再検討を行う．
さらに，(3)指の摩擦特性と操作感の定量的相関の確立では，被験者の人数を20人程度に増やし，既存の平板型摩擦測定装置を用いて本調査を開始する．その際，初年度に得られた力学データによる操作感の定量的表現方法とデータのばらつきを加味した解析方法が適用可能かどうか再検討する．
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| Causes of Carryover |
平成28年度は，3成分力センサやケーブル類の購入において余剰金が発生したこと，人を対象とした指の摩擦実験について予定していた実験対象者の人数に満たなかったことから，物品費および人件費に未使用見込額が発生した．平成29年度はこの未使用見込額を物品費に計上して，新規のタッチトライボロジー試験の種々の部品に使用予定である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度において，物品費は新規タッチトライボロジー試験機の部品等に使用する他，摩擦試験関連消耗品，分子膜作製用消耗品として使用予定である．また，旅費は，本研究の成果発表として，1回の国内会議での発表による出張費として使用する．謝金・その他では，人を対象とした実験の研究対象者への謝礼金として使用する予定である．
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