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2011 年度 実績報告書

超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素膜の合成・評価及びその生成機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 10J08238
研究機関東京工業大学

研究代表者

高島 舞  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC1)

キーワード薄膜 / ダイヤモンド状炭素膜 / 化学気相成長 / 耐摩耗性 / トライボロジー / 耐腐食性 / プラズマ分光 / 膜欠陥
研究概要

平成23年度は,超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素(DLC)膜実現の一手法として,突起端部に対する相手材の接触の影響を緩和するために,端部に曲率を有するセグメント構造DLC(SR-DLC)膜の生成方法を検討した.また摺動の際に相手材と十分な接触面積が得られるように各セグメントの高さ・形状が均一になるような生成方法を提案した.従来はメッシュ形状のマスク(電極)を用いることによって,端部に曲率を有するS-DLC膜を生成できる.しかし,金属ワイヤーのメッシュ形状のマスクを用いると均一なセグメント形状が得られない.そこで本研究では金属ワイヤーのメッシュ形状のマスクの代わりとして,フォトリソグラフィプロセスを用いて,DLC成膜後に取り除き可能なメッシュ形状の犠牲層(金属層でこの部分が電極となる)を利用することを提案した.なお,この方法の利点として,犠牲層・DLC膜の厚みによって突起端部の曲率を変化させることが可能であることが挙げられる.また,今後,曲率を制御できることが期待される.なおこの提案に関して特許を出願した.一方,超耐摩耗性の実現には膜中の欠陥を低減させる必要があり,産業界でも膜のバルク欠陥の検出に対する要望も増えてきている.欠陥の検出には臨界不動態化電流密度法など様々な方法があり,ピンホール,クラック,剥離などの欠陥の種類に応じてそれぞれに合った検出・評価方法がある.しかし,それらの欠陥を一度に,さらに膜を傷付けずに検出する方法は考案されていない.さらに,膜表面からでは観察できない膜内部の欠陥について,製造現場で利用できる光学顕微鏡ベースの簡便な検出方法は考案されていない.本研究では膜の表面及び内部欠陥を分離検出できる新たなDLC膜の欠陥検出法を提案し,検出装置を開発した.膜に連続可視光を照射し,受光波長を変化させながらピンホールや剥離傷などの欠陥で散乱・反射された光を蛍光顕微鏡を用いて暗視野観察・分析する手法を開発した.従来の方法では,膜内部の欠陥を分離検出できないのに対し,本方法では膜の吸収係数が短波長側で大きいことを利用することで,膜内部の欠陥からの散乱光が長波長側で大きく,短波長側で小さいことを利用して,内部の欠陥を表面の欠陥と分離して検出できる特徴を有する.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

昨年度は2件の特許発明,3件の学術誌論文掲載,国際・国内会議の発表も多数あることから研究成果公開の観点からも順調に推移しているように見えるが,後半半年間はアメリカのミネソタ大学に留学していたため,この期間中は研究が進まなかったことは事実であるから.

今後の研究の推進方策

本年度は最終年度ということもあり,プラズマ分光・診断を通してダイヤモンド状炭素膜の生成過程を解明することでプラズマと膜特性(特に機械的特性)とを結びつけ,炭素骨格構造の組織制御を行うことにより耐摩耗性を格段に向上させたダイヤモンド状炭素膜の作製を目指す.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Tensile strength of DLC films evaluated by a nanomaterials testing system2012

    • 著者名/発表者名
      Toru Kuzumaki, Yuuki Obara, Yoshiyuki Ishiyama, Ryota Sato, Mai Takashima, Naoto Ohtake
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 25(掲載確定) ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Textured DLC Films Using Three-Dimensional Masking System2011

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Kei KANZAWA, Shin MATSUO, Makoto MATSUO, Yoshinao IWAMOTO, Naoto OHTAKE
    • 雑誌名

      Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering

      巻: 5 ページ: 891-897

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of Interlayer on Wear and Corrosion Resistance of DLC Film2011

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Naoto OHTAKE
    • 雑誌名

      Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering

      巻: 5 ページ: 938-944

    • 査読あり
  • [学会発表] 複雑形状へのテクスチャーDLC膜の作成2012

    • 著者名/発表者名
      高島舞, 神沢圭, 松尾真, 松尾誠, 岩本喜直, 大竹尚登
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(新宿区/東京)
    • 年月日
      2012-03-17
  • [学会発表] セグメント構造ダイヤモンド状炭素膜を摩擦駆動面に用いた弾性表面波リニアモータ-第8報SR-DLC膜の摩擦特性-2012

    • 著者名/発表者名
      石川雄也, 中村満, 高崎正也, 高島舞, 大竹尚登, 水野毅
    • 学会等名
      2012年度精密工学会春季大会学術講演会
    • 発表場所
      首都大学東京(八王子/東京)
    • 年月日
      2012-03-14
  • [学会発表] Synthesis of Thiol Attached Silica Nanoparticles2012

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Pingyan LEI, Naoto OHTAKE, Steven L.GIRSHICK
    • 学会等名
      The Twelfth International Symposium on Biomimethic Materials Processing (BMMP-12)
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市/愛知)
    • 年月日
      2012-01-26
  • [学会発表] ナノ材料試験システムによるDLC薄膜の引張強度評価2011

    • 著者名/発表者名
      石山義行, 小原佑記, 佐藤亮太, 葛巻徹, 高島舞, 大竹尚登
    • 学会等名
      第25回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(つくば市/茨城)
    • 年月日
      2011-12-08
  • [学会発表] Characteristics and Optical Emission Spectroscopy Analysis of DLC Films2011

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Naoto OHTAKE
    • 学会等名
      15th International Conference on Thin Films 2011 (ICTF-15)
    • 発表場所
      Kyoto TERRSA(京都市/京都)
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] セグメント構造ダイヤモンド状炭素膜を摩擦駆動面に用いた弾性表面波リニアモータ-第7報犠牲層を用いたS-DLC膜の生成方法-2011

    • 著者名/発表者名
      石川雄也, 中村満, 高崎正也, 高島舞, 大竹尚登, 水野毅
    • 学会等名
      2011年度精密工学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢市/石川)
    • 年月日
      2011-09-22
  • [学会発表] Fabrication of textured DLC films using three-dimensional masking system2011

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Kei KANZAWA, Shin MATSUO, Makoto MATSUO, Yoshinao IWAMOTO, Naoto OHTAKE
    • 学会等名
      JSME/ASME 2011 International Conference on Materials and Processing (ICM&P2011)
    • 発表場所
      Oregon State University (Corvallis/Oregon/Unitedstates)
    • 年月日
      2011-06-16
  • [学会発表] Influence of interlayer on wear and corrosion resistance of DLC film2011

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Naoto OHTAKE
    • 学会等名
      JSME/ASME 2011 International Conference on Materials and Processing (ICM&P2011)
    • 発表場所
      Oregon State University (Corvallis/Oregon/Unitedstates)
    • 年月日
      2011-06-15
  • [学会発表] Optical emission spectroscopy analysis and mechanical characteristics of DLC films2011

    • 著者名/発表者名
      Mai TAKASHIMA, Naoto OHTAKE
    • 学会等名
      International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
    • 発表場所
      くにびきメッセ(松江市/島根)
    • 年月日
      2011-05-17
  • [学会発表] Tensile strength of DLC films evaluated by nano-materials testing system2011

    • 著者名/発表者名
      Toru Kuzumaki, Yuuki Obara, Yoshiyuki Ishiyama, Ryouta Sato, Mai Takashima, Naoto Ohtake
    • 学会等名
      International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
    • 発表場所
      くにびきメッセ(松江市/島根)
    • 年月日
      2011-05-17
  • [学会発表] Metal/carbon nanocomposite coatings : metal reactivity effect on the microstructure and the physical properties2011

    • 著者名/発表者名
      A.A.El Mel, E.Grigore, E.Gautron, B.Angleraud, A.Granier, P.Y.Tessier, V.Bursikova, P.Vasina, P.Soucek, N.Ohtake, M.Takashima
    • 学会等名
      E-MRS (European Materials Research Society) 2011 Spring Meeting, IUMRS ICAM 2011 & E-MRS/MRS Bilateral conference on Energy
    • 発表場所
      congress center (Nice/France)
    • 年月日
      2011-05-12
  • [産業財産権] 膜材料の欠陥の光学的観察方法及び装置2011

    • 発明者名
      大竹尚登, 櫻田悠一, 高島舞, 松尾誠, 岩本喜直
    • 権利者名
      大竹尚登, 櫻田悠一, 高島舞, 松尾誠, 岩本喜直
    • 産業財産権番号
      特願2011-263944
    • 出願年月日
      2011-12-01
  • [産業財産権] 摩擦接触面へのセグメント構造の無機質膜形成方法2011

    • 発明者名
      高崎正也, 石川雄也, 大竹尚登, 高島舞
    • 権利者名
      高崎正也, 石川雄也, 大竹尚登, 高島舞
    • 産業財産権番号
      特願2011-192027
    • 出願年月日
      2011-09-02

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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