2020 Fiscal Year Research-status Report
マイクロスケールにおける凝着力の引き離し速度依存性と粘弾性を考慮した理論の構築
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20K14641
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
石川 功 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (70845164)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面力 / 凝着力 / 引き離し速度 / 粘弾性 / 時間依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度では，実験環境設定および実験を行った。実験装置では表面力測定装置（エリオニクス社製ESF-5000）を用いた。本装置は荷重制御を行うことによって引き離し実験を行うという装置であり，引き離し速度が引き離し中に変化してしまうという問題点があった。そこで，企業の方と連絡をし，本装置にフィードバック制御をかけることで速度制御ができるように実験装置を改良した。また，本実験で必要な部材等を購入し，実験可能な環境にすることができた。球としてPDMS（ポリジメチルシロキサン）とBK7，平板としてシリコン，白金，金，PDMS，PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）を用意し，引き離し実験を実際に行った。
実験は上記の2種類の球と5種類の平板で実験を行った。装置の改良（上記に記載した速度制御）と並行して行ったため，当実験は荷重制御で行った予備実験である。実験結果は，引き離し荷重を増加させる（＝引き離し速度を増加させる）ことにより表面力が大きくなるという結果が得られた。また，その増加傾向は球と平板の組み合わせによって大きく異なった。つまり，表面力は２面間（球ー平面間）の距離のみならず．２面の物性とその引き離し速度によって大きく変化することが分かった。特に，BK7球などの粘弾性をほとんど示さない材料に比べてPDMS球のような粘弾性を大きく示す材料はその影響が大きく，表面力が引き離し速度とともに大きく増加する傾向が見られた。今後は粘弾性モデルを用いて数値解析を行うことにより粘弾性と引き離し速度の関係性やそれらが表面力に与える影響を解析し，定量的に考察する予定である。
表面力はNEMS/MEMSなどの微小機械要素の性能を決定する重要な力であり，微小機械要素の接触や摺動の際に発生する表面力を定量的に精密に把握することは今後期待されるミクロな世界での加工において大変重要であると考える。
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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
コロナ禍の影響により，実験の時間や学会発表などに多少の影響は出たが，当初の予定通り実験を進められている。コロナ禍は今後も続くと予想されるため，予想外の悪影響が生じたとしても実験や考察が遅れないように，早め早めに進めていきたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度に行った実験は引き離し実験を引き離し時の荷重を一定に設定することによって行った荷重制御実験（予備実験）であるため，引き離し速度が実験中に少し変化してしまっていた。そのため，今後は荷重をフィードバック制御することにより，引き離し速度を一定とした引き離し実験を行う予定である。
また，予備実験で判明した，材料の粘弾性の違いによる表面力の引き離し速度依存性についてより詳細に解析するべく，今後は粘弾性モデルを用いた数値解析を行う予定である。目標としては粘弾性と時間項を含んだ凝着理論の構築を目指したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により国内・国際学会や研究会が中止またはオンライン開催に変更されたため，移動の経費が大幅に削減された。
装置のメンテナンスおよび改良（カメラを取り付けることにより引き離し実験中における接触面積などを観測したい）に使用予定である。
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