2019 Fiscal Year Research-status Report
CNT複合シートの超音波振動を利用した滑雪性能革新および滑雪メカニズムの解明
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18K03905
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| Research Institution | Nagano National College of Technology |
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Principal Investigator |
柳澤 憲史 長野工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (90585580)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 滑雪性 / 滑水性 / 振動 / シリコーン / カーボンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加振による滑雪性メカニズムを明らかにするために，本研究では，振動させたシリコーンシートと氷球間に働く摩擦力測定を行った．固体表面上の水滴を滑り落とす機能を滑水性と呼び，本研究室で開発しているシリコーンシートは高い滑水性を有している．固体表面上の雪を完全に滑り落とす機能を滑雪性と呼び，滑水性シリコーンシートを用いて，加振が滑雪性にあたえる影響を詳細に検討することを目標としている．これまでに，加振したシリコーンシート上の雪粒をせん断させた際，雪粒との界面ではどのような潤滑状態が支配的であるか確認するため，振幅を増加させたときのシリコーンシートと氷球間の摩擦力測定を行ってきている．今年度は，氷球の転がり等によって生じる摩擦力の不規則な増減の解決と，界面の観察を行った．
今年度，本研究により得られた成果は以下のとおりである．
①氷試験片を球形から3つの球面が水平にかつ三角形に配置されるような形状に変更したことで，氷球の転がり等によって生じる摩擦力の不規則な増減をなくすことができた．②この氷試験片で摩擦力測定を行った結果，昨年同様に，加振によりシートと氷球間の摩擦力が減少することが分かった．③界面の観察が顕微鏡モード付のカメラにより可能となり，氷試験片とシートの界面には水の発生が見られないことがわかった．④加振によるシートと氷球間の摩擦力の減少は，固体潤滑あるいは境界潤滑であることが示唆される結果を得た．
今後，加振による滑雪性向上メカニズムが明らかになることで，着雪防止技術の飛躍的な発展が可能となることから，その社会的意義は大きい．
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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
計画では，2019年7月までに，振動の振幅，周波数を変化させ，シート上の雪粒のせん断挙動を撮影し，測定された雪粒の摩擦力と比較検証するとしていた．雪粒が微小であることから，シート上の雪粒の摩擦力を測定することは困難であった．本研究では雪粒の替わりに氷球を使用することで，シートと氷球間の接触面積を予測でき，かつ振動したシートとの摩擦力を測定することに成功している．さらに2020年3月までに雪粒-シート界面の変化が滑雪性に及ぼす影響調査を行うとしていた．計画では有限要素法で雪粒とシート界面の水の状態を解析するとしていたが，昨年の報告にもあるように実験を氷球により行うことで実際に顕微鏡モード付カメラにより界面の観察を行うことが可能となった．これにより，水の発生が無いことを確認することができたこと．また氷球を3つの球面が水平にかつ三角形に配置されるような形状に変更したため，おおまかに真実接触面積の測定も可能となった．今後より詳細な界面状況の観察を行うことで滑雪メカニズムの解明が可能となる．その結果，新たな応用研究創出にもつながるため，本研究の重要性は高いと考えられる．
以上のことから，本研究はおおむね順調に進展しているということが言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，振動させたシリコーンシートと氷球間の摩擦力を測定することにより，滑雪性の向上に関する考察を行った．今年度，加振によりシートと氷球間の摩擦力は減少することが確認でき，界面の観察ができたことにより水の発生が見られないことを確認できた．しかし，振動中の界面の接触面積の測定までは至っておらず，今後研究室の立ち入りが解除され次第研究を再開する予定である．
今後は界面の立体的イメージ化に挑戦する．顕微鏡モード付カメラを複数用意することで，氷球とシート界面の様子を三次元的にイメージ化させる．この観察システムを2021年7月までに構築し，氷球のせん断時のせん断力と界面の状態を比較し，滑雪メカニズムの解明に挑む．
その後は，シートと氷球界面の接触面積を計算により求め，振動の振幅，周波数と摩擦力の関係を定量的に評価することで，滑雪メカニズムや振動による滑雪性向上への影響を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
当初計画では出席予定であったLexigtonで開催されたCarbon2019の出席を取りやめたため，次年度使用額が生じた．この理由としては，研究成果の性質がこのCarbon2019の開催趣旨と合わなかったためであり，代わりにInternational Tribology Congress2019にて発表を行った．この旅費の差額が次年度使用額となる．
使用計画としてさらに活発な成果発表を行う．しかしながらCOVID-19感染拡大防止のために各種会議が中止あるいはリモート開催となるなかで当該予算の使用計画も見通せない状況である．代替案として，次年度購入予定の高速度カメラをさらに1台追加して購入することで三方向からの観察が可能となる実験装置の開発に取り組む予定である．
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Research Products
(4 results)
