固体表面間の接触に関する微視的観察と接触部の同定

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450064
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 鏡 重次郎 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60005337)
• 研究分担者: 藤本 隆士 弓削商船高等専門学校, 電子機械工学科, 助教授 (30332076) ; 畑沢 鉄三 宇都宮大学, 工学部, 助教授 (30114169) ; 川口 尊久 宇都宮大学, 工学部, 助手 (60234043)
• キーワード: 真実接触面積 / 固体表面 / スパッタ薄膜 / マルチスケール / ヘルツ接触 / AFM

研究概要

本年度は,先ず,昨年度に引き続きスパッタ薄膜を用いて接触部の検出を行なう方法の現出精度をより明確にするために,深さ44nmのV形溝をダイヤモンド圧子で引っかいて付けたガラス平面に滑らかな鋼球を押し付ける実験を行ない,併せてその接触による溝部の変形をFEMによる2次元解析を行なった結果は次の通りである.(1)実験的に求めた結果は,中心からの距離に対する,ヘルツの接触圧力と接触率はよく対応し,また最大接触率は,深さ44nmの溝の場合は約55%であった.(2)FEM解析から得られた接触率は,スパッタ薄膜による実験で検出した接触率とよく一致した.(3)このことから,今回用いているスパッタ薄膜による接触率の検出測定方法は,サブミクロン以下の寸法検出精度をもつことがわかった.
次に,数nmR_aの微小な粗さを鋼球試料表面につけた後にガラス平面に押し付けた場合の接触部をSPMの測定モードであるAFM(Atomic Force Microscope),DFM(Dynamic Force Mode/Microscope), Phase, LM-FFM(Latelal Force Modulation Friction Force Microscope), PFM(Puluse Foce Mode/Adhesion Mode), VE-AFM/VE-DFM(Viscoelastic-AFM/DFM)で測定し,接触部の現出性について検討した結果は次のとおりである.(4)接触部が平面である場合は,7つの各測定モードとも現出可能であることがわかった.(5)現時点で,各測定モードの中で現出性が高いのは,AFM,DFM,LM-FFMである.このことより,薄膜の高さの変化だけではなく,試料と薄膜材の物性の違いからも接触部を測定できることが確かめられた.さらに現在,接触させる試料の材質を変化させて種々実験を繰返して,本測定方法の有効性について検討中である.

研究成果

• [文献書誌] T. Fujimoto, J. Kagami, T. Kawaguchi, T. Hatazawa: "Micro-Displacement Characteristics under Tangential Force"Wear. 241. 136-142 (2000)
• [文献書誌] T. Hatazawa, J. Kagami, T. Kawaguchi: "Friction torque of cylindrical roller thrust bearings in bingham fluid -comparison of the calculated results with experimental ones -"Proceeding of the 25th Leeds-Lyon Symposium on Tribology. 241-249 (2000)
• [文献書誌] 鏡重次郎, 川口尊久, 畑沢鉄三, 藤本隆士: "セラミックス接触面の接線力による微小変位特性-方向性のない粗い面と滑らかな面の接触の場合-"トライボロジスト. 45・8. 636-644 (2000)
• [文献書誌] T. Kawaguchi, J. Kagami, T. Hatazawa: "Use of Sputtered Thin Film for Detecting Contacts between Rough and Smooth Surfaces"Proceeding of the International Tribology Conference in Nagasaki 2000. 257-260 (2001)
• [文献書誌] T. Fujimoto, J. Kagami, T. Kawaguchi, T. Hatazawa: "Micro-Displacement Characteristics under Tangential Force between a Smooth Flat and an An-isotropically Rough Surface of both Similar Ceramics"Proceeding of the International Tribology Conference in Nagasaki 2000. 279-282 (2001)
• [文献書誌] T. Hatazawa, J. Kagami, T. Kawaguchi: "Operating Performance of Needle Roller Thrust Bearings - Friction Torque and Temperature Rise -"Proceeding of the International Tribology Conference in Nagasaki 2000. 1837-1840 (2001)