2013 Fiscal Year Annual Research Report
微細表面構造によるダイヤモンド膜の揚力発生機構と制御
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23656113
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
三木 寛之 東北大学, 国際高等研究教育機構, 准教授 (80325943)
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| Keywords | トライボロジー / 機械要素 / ダイヤモンド |
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| Research Abstract |
本研究は研磨ダイヤモンド膜表面の平坦部と微細な凹凸の混在により、優れた滑り特性を示す現象について定量的に評価し、摩擦が非常に小さくなる現象の機構解明を目的としている。本課題では接触と浮上の安定状態の境界領域について研究し、無潤滑摺動要素としての研磨ダイヤモンド膜が低速摺動から高速摺動の全ての領域で安定した揚力を発生するメカニズムの解明を目指している。
平成23年度は研磨ダイヤモンドの流体潤滑遷移（浮上）特性の表面形状依存性評価を目的として、チャンバー内に設置した摩擦試験機を用いて研磨状態の異なるダイヤモンド膜の金属板上での浮上特性について評価した。各試験片の摺動試験には、凹凸のあるダイヤモンド膜と相手材の金属の間で安定した面接触（接触面圧）が維持されるように改良を加えたPin-on-Disk試験法を適用し、接触圧 5kPa以下の場合には摺動速度 1m/sec 以上の相対速度条件で2面間を流れる気体流によって発生する揚力と接触面圧が均衡を取ることによって安定した流体潤滑が発現することが分かった。平成24度-25年度には潤滑状態の遷移を誘起する研磨ダイヤモンドの微細表面形状と発生する揚力、および摺動（相対）速度との相関を定量的に分析した。半鏡面状に研磨することによって得られる不規則微細形状から摩擦低減（揚力発生）効果が大きい表面形状パラメータを抽出し、研磨ダイヤモンド膜浮上のメカニズムを明らかにすることができた。また、計算機の援用によるモデル計算を行い、研磨ダイヤモンドの表面形状依存性を考慮した浮上機構を示すことができた。
以上のことから、研磨ダイヤモンド膜の摺動において低摩擦に遷移するための重要なパラメータならびに浮上モデルを明らかにすることが出来た。
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