2021 Fiscal Year Research-status Report
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21K03836
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
松岡 広成 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (10314569)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 功 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (70845164)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 表面力 / 溶媒和 / 吸着分子 / 液体中 / 超高精度計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、様々な機械で超精密作動性が要求されている。また、小型化も加速しており、微小機械要素の加工技術及び超精密作動性の向上が重要性を増している。小型化に伴いスケール効果が生じるため、凝着力などの表面間力の影響が慣性力や重力などの体積力に比べて顕著となる。その結果、表面間力が超精密動作性能を左右することになり、表面間力の発生メカニズムと基本特性の解明が課題となっている。
こうした状況の下、本研究の目的は、液体中での表面間力を対象として、液体の固体表面への溶媒和および吸着分子の影響を明らかにすることである。より具体的には、
(A) 超高精度表面間力測定装置を用いて液体中での球・平面間の表面間力を2面間距離の関数として測定し、これを真空中・空気中での測定結果と比較することによって、種々の材料の組み合わせでの液体の溶媒和および吸着分子の影響を明らかにすること
(B) 上記の測定装置を用いた場合の表面間力計測シミュレーションを行い、液中表面間力の特性抽出・成分抽出をより高精度に行う手法を開発すること である。
今年度に実施した研究の成果について、まず、(A)の目的を達成するため、既存の超高精度表面力測定装置を改良し、真空および空気中のみならず液体中でも表面力を測定できるようにした。これを用いて水中での表面力計測実験を行い、押し上げ過程において２面の接触が空気中よりも緩やかに進行すること、および引き離し時の凝着力が大きくなることを観測した。今後より詳細な実験を行う必要があるが、これは水のスクイズ力および固体表面近傍での溶媒和力と粘度上昇に起因するものであると考えられる。上記目的(B)については、表面力測定装置をモデル化し、そのシミュレーションに着手した。表面接触をJKRの弾性接触と仮定し、シミュレーションソフトの開発を行った。
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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
本年度は、まずは既存の実験装置を改良し、真空および空気中のみならず液体中での超高精度表面力計測を可能とした。また、改良した装置で十分に精度良く計測できることを確認した。さらに、水中での表面力測定を行い、実験手法を習得すると共に、その基礎的なデータの取得に成功した。一時、実験装置が故障するアクシデントに見舞われたが、比較的短時間で修理・復帰できたため、本研究全体としての進捗にはさほど影響がなかった。
また、表面力測定装置をモデル化してシミュレーションソフトの開発に着手した。現段階ではまだ液中には対応していないが、真空中・空気中での計測実験をシミュレートできる目途がついた。
上記の内容は、当初の研究計画にほぼ合致しているため、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まず、改良した実験装置を用いて水中での実験データを種々の実験条件下（押し上げ速度，引き離し速度，待機時間，温度等）で取得し、それらの詳細な解析を行う。その後、固体および液体の種類を変えて表面力測定実験を行う（平面はBK7，シリコン，雲母，金等、球はBK7，SUJ2等、液体は水，シリコン油，鉱油，エステル類等を考えている）。
シミュレーションについては、まずは真空中・空気中でのシミュレーション手法をしっかりと確立する。その上で、液中におけるシミュレーションに着手する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響で、成果発表の予定であった会議がオンラインとなったこともあり、旅費が不要となったため少額が残った。
今後の使用計画としては、実験が軌道に乗ってきているので実験部品・消耗品をより多く使用するうえ、成果発表の機会も増加すると予想されるため、特に問題なく使用が見込まれる。
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Research Products
(5 results)
