| 研究課題/領域番号 |
13650145
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
鈴木 健司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (50251351)
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| 研究分担者 |
田中 正人 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10011131)
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| キーワード | マイクロマシン / すべり軸受 / 撥水面 / 接触角 / 表面張力 / ラプラス圧力 / 転落角 / SAM(Self Assembled Monolayer) |
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| 研究概要 |
マイクロマシンの可動部では、スケール効果により表面力が体積力に比べて支配的になるため、表面力に起因する摩擦や摩耗の増大が大きな問題となっている。本研究では、マイクロスケールで支配的となる表面張力を利用して潤滑を行う新しい原理のすべり軸受を開発した。この軸受は、可動部の2面に撥水処理を施し、水滴を挟んですべらせる構造になっており、水滴と撥水面との間の反発力により荷重を支え、水滴の転がり摩擦が小さいことを利用して潤滑を行うものである。まず、フッ素系撥水面の表面粗さと、水滴の負荷容量、摩擦力の関係を調べ、表面粗さが大きいほど負荷容量が大きく、摩擦力が小さくなることを確認した。また、摩擦の発生要因を調べた結果、低速域では水滴の変形による動的な表面張力が摩擦の主要因となり、高速域ではこれに水の粘性力が加わり、すべり速度とともに摩擦力が増加することがわかった。摩擦係数は低速域で1/1000以下となり、すべり速度が1.5m/s程度までは軸受として機能することが確認された。
さらに、フォトリソグラフィとエッチングによりシリコン基板の表面に様々な凹凸を付与し、SAM(Self Assembled Monolayer)と呼ばれるナノ撥水膜をコーティングすることにより、任意の微細形状を有する軸受面を創成する技術を開発した、この方法で製作した様々な表面形状について、水滴の摩擦力と転落角を測定した結果、凹型形状に比べて凸型形状の方が摩擦力が小さいこと、凹凸のアスペクト比が大きくなり水滴と撥水面の間に空気が入り込むようになると摩擦力が大幅に減少することなどを見出した。
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