2014 Fiscal Year Annual Research Report
浸漬型ナノすきま潤滑の理論体系確立のための包括的計測法
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26249013
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
福澤 健二 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60324448)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 伸太郎 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50377826)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | トライボロジー / ナノトライボロジー / マイクロマシン / 境界潤滑 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，精密加工技術の進展から期待される極限的な装置性能達成のための，微小すきまの潤滑技術について，機械要素が潤滑剤に浸った浸漬型の微小すきま潤滑技術の基盤構築をねらいとして，現象解明のための計測法の確立を目的としている．具体的には，すきまを精密に規定した力計測とすきま観測の同時計測のための新規なマイクロ摺動プローブの構築，およびエリプソメトリーの原理に基づいたすきま観測法の確立を試みている．本年度は，水平力計測法の構築と鉛直力計測を用いたすべり長計測法の構築に着手した．また，計画を前倒しして，すきま観測法の構築にも着手した．以下に詳細を述べる．
（１）水平力計測：ｘ方向に変形する板ばね，およびそれを支え，ｙ方向に変形する板バネから成る板バネ形プローブの構築を試みた．いずれもｚ方向には剛とし，すきま変動の抑制と高感度力検出の両立を図った．プローブは，加工精度に優れるドライエッチング法によるマイクロマシン技術を用いて作製し，構造形成に成功した．あわせて，角柱型のプローブの形成にも成功した．当初のねらいであった，等摺動速度の動作が可能であることも確認した．そして，プローブ構造，特にｚ方向の剛性に関する課題が明らかになった．また，微小ガラス球を加熱溶融し平滑な摺動面を形成する方法の基礎検討を行い，原理的に可能であることを確認した．
（２）鉛直力計測：水晶振動子を用いた鉛直力測定によるすべり長計測法の構築に着手した．測定系を構築し，潤滑剤を挟んだプローブ・基板すきまを変動させ，すきま依存性の測定を試みた．プローブは既存の光ファイバプローブを利用したが，より大きな曲率半径が必要であることが判明し，この点を改良することにより原理確認に成功した．
（３）すきま観測法：エリプソメトリーの原理を用いた摺動すきま観測系の構築に着手した．
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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
当初目標としていた，下の（１），（２）について，おおむね，ねらいを達成することができたとともに，当初想定していなかった課題を明らかにすることができた．また，前倒しで（３）の構築に着手した．
（１）水平力計測：当初ねらいとしていた，マイクロマシン技術によるプローブの構造形成，等摺動速度の動作について原理確認に成功した．また，加熱溶融法を用いたガラス摺動面形成についても原理的に形成可能であることを確認した．
（２）鉛直力計測：水晶振動子を用いたすべり長計測系を構築し，当初ねらいとしていた計測が原理的に可能であることを明らかにした．
（３）すきま観測法：前倒しで計測系の構築に着手した．
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| Strategy for Future Research Activity |
測定系を構築しおおむね原理確認を達成することができた．これとともに，当初想定していなかった課題を明らかにすることができたので，これを踏まえて，それぞれの研究項目を以下のように展開する．
（１）水平力計測：前年度までにプローブ構造，特にｚ方向の剛性に関する課題が明らかになったので，これまで検討してきたプローブ構造に加えて，異なる構造のプローブも検討する．また，研究の進展によっては，（２），（３）との統合化の原理確認を優先して，摺動条件はやや制限されるが通常の機械加工によるプローブ構築なども検討対象とする．これにあわせて，プローブ変位検出方法も再検討する．また，原理確認に成功したガラス溶融型摺動面についても，より曲率半径の大きな面へと改良を進め，その後プローブとの組み合わせを図り，摺動プローブを構築する．
（２）鉛直力計測：前年度までに，大きな曲率半径が必要である可能性も見出された．これを検証するとともに，研究を効率的に進めるため，（１）のプローブ構築とすべり長計測法の確立を並行して進める．水晶振動子センサの加工は当該分野に実績のあるメーカに委託し研究の効率化を図る．
（３）すきま観測法：前年度までに観測系の構築に着手した．観測系の改良を進め，すきま観測の原理確認を行う．原理確認を優先し，観測のより容易な曲率半径の大きな摺動プローブを用いる．まず，プローブを摺動させず静的なすきまの計測を試み，その後摺動すきまの観測へと展開する．
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