2023 Fiscal Year Annual Research 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、真空および空気中のみならず水中で表面力を測定した。その結果、水中では2面間のvan der Waals力が空気中よりも弱いため引き込み距離が小さくなり、かつ接触時の変位変化が緩やかになること、ステージ上昇時は2面間の水の影響によりステージ上昇速度が同じでも球の変位速度が異なること、ステージ上昇後の静止時に固体表面への水分子の吸着による溶媒和力によって固体面変位に対する水膜の破断過程の影響が観察されること等が明らかとなった。上記目的(B)については、接触円の変形抵抗を考慮したシミュレーションに関する定式化を行った。
期間全体として、固体表面間力に対する溶媒和及び吸着分子の影響が実験的に明らかになった。
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