2017 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ・ナノスケール繰り返し往復すべりの摩擦・磨耗特性
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16K06057
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
遠藤 正浩 福岡大学, 工学部, 教授 (30168835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳瀬 圭児 福岡大学, 工学部, 教授 (20580187)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 繰り返し往復すべり / 摩擦 / 摩耗 / 試験方法 / 試験装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的：［マイクロ・ナノスケール」のすべり量で「平方ミリスケール」の接触面が往復で繰り返しすべる現象の理解は、実際の多くの摩擦、摩耗、フレッティング、せん断型疲労き裂に関連する多くの損傷問題を解決するために重要で工学的な観点から研究の意義が高い。しかし有効な実験方法がなく実現できていなかった。そこで、実験方法の開発とそれを用いてマイクロ・ナノスケールの往復繰り返しすべりによる摩擦摩耗の現象を解明することを目的としている。
具体的内容（成果）：相対すベリ量が1/100 mm以上のマイクロスケールの研究方法は昨年度におおむね確立されていたので、これを使って、SCM435（Cr-Mo鋼）とSUJ2（軸受鋼）について、ドライ環境で実験を行った。得られた成果は海外雑誌に論文が2編掲載された。また国際会議で2回、国内会議で1回口頭発表を行った。
ナノスケールの実験に柔軟に対応できるように、もう一度最初から制御と測定のシステムを見直し、従来よりはるかに高精度に実験データを獲得できるようにした。具体的には、実験の制御と測定はLabVIEWを基本に統一的に再構成して一元化し、高精度で大容量のデータ取得の装置を新しく購入しでシステムに組み込んだ。
また、相対すベリ量が1/1000 mm以下のナノスケールの実験を行うための荷重負荷装置を、有限要素法による応力解析にもとづいて設計・開発した。なお、幅広い試験条件に対して将来装置の構成を変更できるように汎用タイプの装置の開発を目指し、試行錯誤の末にようやく装置を完成させた。
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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
相対すベリ量が1/1000 mm以下のナノスケールの実験を行うための荷重負荷装置を設計・開発して完成させるために想定以上の時間を要した。主な理由は、幅広い試験条件に対して将来装置の構成を変更できるように、汎用タイプの装置の開発を目指したことで、設計が複雑になったからである。しかし、そのために費やした時間は、最終年度の研究で回収できると期待している。
また、相対すベリ量が1/100 mm以上のマイクロスケールの研究に対する実験方法はすでに完成していたが、ナノスケールの実験に柔軟に対応できるように、もう一度最初から制御と測定のシステムを見直し、従来よりはるかに高精度に実験データを獲得できるようにしたために多くの時間を要したことも予定から遅れた理由である。
最後に残された問題は、ナノスケールの相対すべりを精度良く測定する技術の獲得である。しかし、現在は外乱ノイズ（周囲の振動や電気ノイズ）を除いた純粋な1/1000 mm以下の相対すべり量を測定する技術の開発に難航している。
相対すベリ量が1/100 mm以上のマイクロスケールの研究については順調に実験が進んで、2017年度は、国内発表1回、国際学会発表2回、海外雑誌の論文掲載2回を達成することができたので、おおむね順調に研究は進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
［マイクロ・ナノスケール」のすべり量で「平方ミリスケール」の接触面が往復で繰り返しすべる現象を解明する研究は未知の研究領域であるが、2年の研究で実験方法の大筋は完成した。残された問題は、ナノスケールの相対すべりを精度良く測定する技術だけである。1/100 mm以上の相対すベリ量のマイクロスケールではレーザー変位計で十分に測定できたが、ナノスケールで実験を行うには数ナノの解像度で相対すべり量を測定する必要がある。この場合は原理的にレーザー変位計は使えない。さらにはこの領域の変位測定は周囲の外乱（振動、電気ノイズ）が致命的に悪影響を及ぼす。従って変位は常に相対量を測定し、振動や電気ノイズなどの外乱に対してに対して堅牢でなければならない。そこで、より解像度が高い電気容量式の変位計にちくもくし、その可能性を探る。
なお、上述の方法でうまくいかない場合の対策として、ひずみゲージを摩擦面間に橋渡しをするように貼り付ける単純な方法も考えている。荷重を負荷しながら接触面状のレプリカを採取してひずみ測定値を対応させておき、その後レプリカに写された相対変位量を高解像度の顕微鏡で測定してキャリブレーションすることで成功すると考えている。
なおスケールの繰り返し往復すべりの研究は革新的であるので、成果が出た場合は著名な国際ジャーナルに複数編投稿する計画である。
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