2014 Fiscal Year Annual Research Report
液体架橋に由来する摩擦力における接触線のピン止め効果
| Project/Area Number |
25820033
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
田中 健太郎 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 准教授 (60359693)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | トライボロジー / 表面・界面物性 / マイクロマシン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
液体架橋が介在する上下二固体面に相対すべり運動がある場合，液体架橋がせん断により変形する，あるいは固液界面にすべりが生ずることによる，気液界面あるいは固液・固気界面面積の変化に起因するすべり抵抗（摩擦）が生じる．
本研究では，精度良く摩擦力を測定しつつ気液，固液・固気界面の変形・移動を画像処理により解析できる実験系を構築し，固体表面粗さがこの液体架橋による摩擦に与える影響を調べた．
その結果，予想の通り，二面の表面粗さが共に大きい（Ra60nm）場合には，共に小さい（Ra3nm）場合よりも摩擦力が大きくなるという結果を得た．表面粗さが大きい場合には固液界面でのすべりが抑制され架橋がせん断される，つまり気液界面させるのに仕事を要するためと解釈できる．一方で粗い面と滑らかな面の組合せの場合には，上下面のどちらが粗いのかによって異なる摩擦力を示すという結果を得た．一方でも滑らかであれば，そこで固液界面すべりができる，つまり摩擦力が大きくならないと予想できる．しかし実験結果は，上面が滑らかな場合は確かに摩擦力が小さくなる一方で，上面が粗い場合は摩擦力は大きくなった．
実験系における上下の違いは，重力の作用方向と，下面で水平駆動を行う事の二点のみである．このことから，静止状態から下面を駆動してすべり運動を開始することによる慣性の影響を考えた．固液界面の移動を解析した結果，初期の固液界面すべりがほぼ全ての場合で，下面との界面で生じることが明らかになった．またこの界面すべりが何かしらの原因によって，別の面との界面に移行する場合（たとえば下面が粗く上面が滑らかな場合に，下面から上面に移行する）には摩擦力が小さくなっていた．
これらの結果から，液体架橋に起因する摩擦力は慣性の影響を受けると考えるに至った．上面を駆動した場合に確かに上面界面ですべりが起きるのかを確認すべく，研究を継続している．
|
