2019 Fiscal Year Research-status Report
水和構造と表面微細構造の制御によるハイドロゲルの低摩擦・低摩耗化
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18K03911
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
鎗光 清道 首都大学東京, システムデザイン研究科, 助教 (90723205)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ハイドロゲル / 表面微細構造 / 摩擦 / 人工軟骨 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度の研究においては，PVA凍結解凍ゲルおよびキャストドライゲルの構造を単一層内で複合化させたコンポジット型ハイブリッドゲルを対象に，摩擦特性の摩擦速度，荷重依存性を前年度よりもより詳細に検討した．その結果，コンポジット型ハイブリッドゲルの摩擦特性は摩擦速度，荷重への依存性が極めて小さいうえに，水潤滑下でも極めて低い摩擦係数を示した．この特性は，摩擦速度や荷重が著しく変動する関節摩擦面に適用する人工軟骨材料として，コンポジット型ハイブリッドゲルが有用な材料である可能性を示すものであると考えられる．
また，コンポジット型ハイブリッドゲルの作製条件（主に温湿度）が摩擦特性に及ぼす影響を検討したところ，特に高温乾燥処理時間が表面水和層形成に影響がみられ，摩擦挙動が顕著に変化した．コンポジット型ハイブリッドゲルの低摩擦・低摩耗化における高温乾燥処理条件の最適化が今後の課題として挙げられる．
PVAキャストドライゲルおよびコンポジット型ハイブリッドゲルの表面に微小な凹凸を付与したところ，摩擦係数が顕著に変動し，凹凸を付与しないものと比較して摩擦係数が最大で半減する結果が得られた．表面微細構造の付与により摩擦特性が制御可能である可能性が示された．2019年度の検討では凸型の微細構造を付与する検討のみにとどまっているが，凹型の微細構造の検討および，潤滑剤との併用によるさらなる低摩擦化の可能性もがんがえられるため，次年度の研究ではその点をさらに明らかにし，表面微細構造の付与によるPVAハイドロゲルの摩擦・摩耗の低減策の策定を目指す．
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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
予定していた低摩擦・低摩耗表面水和構造および表面微細構造の検討には着手し，結果も得られており．順調に進展している．しかし，特に高温乾燥処理条件の影響については，より詳細に検討した方がいいと判断されたため，次年度以降も引き続き検討を進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は2019年度に引き続き表面水和構造の最適化および表面微細構造付与によるPVAハイドロゲルの低摩擦・低摩耗化を目指す．表面水和構造の検討については，特に影響が顕著な高温乾燥処理条件の最適化を進める．表面微細構造付与については，2019年度は凸型構造の付与しか検討をしていないが，2020年度は凹型構造を付与し，潤滑剤併用による効果（凹凸への潤滑剤トラップ効果）に着目し，顕微鏡設置型摩擦面その場分析試験機を用いて，評価を行う．また，表面微細構造付与ハイドロゲルの長期摩擦試験を行い，その構造の長期耐久性の評価も行う．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じたのは，主には学会参加に伴う参加費支払いが想定よりも安価で済んだためであり，この差額については次年度の物品購入（主に消耗品）に充てる予定である．
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