2014 Fiscal Year Annual Research Report
高速微小振動によるダイヤモンド膜の超低摩擦摺動制御
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25630032
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
三木 寛之 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (80325943)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 超低摩擦遷移 / 研磨ダイヤモンド / 流体潤滑 / 希薄気体潤滑モデル / テクスチャ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、表面に微小な構造（テクスチャ）を持つ平滑な微結晶ダイヤモンド膜を用いて、複雑な機械機構を用いずに、ある振動状態では摩擦係数がほとんど零となるフローティング原理の確立を目的としている。ここでは、表面が平滑な微結晶ダイヤモンド膜と金属の間で発現する摺動速度に依存した境界潤滑→混合潤滑→流体潤滑へと連続的に推移する無潤滑低摩擦現象について、従来の回転や直線の摺動ではなく、微小振動と摺動を組み合わせることによって局所的な速度依存性摺動の評価とメカニズム解明を行った。
平成25年度はボールに微小振動を与えられる摩擦振動試験機を用いて、研磨ダイヤモンドの常温大気雰囲気における振動摩擦係数の定量的評価を行った。ここでは、膜表面の1次元的形状（凸凹）と2次元形状（表面テクスチャ構造）と摩擦係数との関係を評価した。また、光学顕微鏡によるマクロスケール組織観察と原子間力顕微鏡による微細形状のミクロスケール観察により、膜のうねりや凸凹による形状パラメータと摩擦挙動特性について関係性を示した。平成26年度は研磨ダイヤモンドの常温大気雰囲気における加振摺動の速度減衰過程の定量的評価を行い、ダイヤモンドの表面形状が摩擦応力とその減衰過程に及ぼす影響をモデル化した。ここでは、摩擦にかかる応力を速度依存項と速度非依存項に分離し、実験から求めた摩擦係数の過渡現象をこの2つの応力の寄与によるものとして数値解析を試みた。その結果、速度依存項の寄与はダイヤモンド膜表面の表面粗さ（1次元的形状）に影響されることが示された。また、希薄気体潤滑モデルを用いたフローティング現象の解析では、同モデルが２次元構造に拡張可能であることを示した。
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