真実接触面の直接観察による摩擦・磨耗機構の解明および潤滑剤・接着剤の提案

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06065
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐藤 隆昭 東京大学, 生産技術研究所, 協力研究員 (80624840)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ナノトライボロジー / その場観察 / 透過型電子顕微鏡 / 真実接触面

研究成果の概要

2つの面を接触させると、その接触面の全てが接触しているわけではなく、実際に接触している小さな接触点が無数にある。これを真実接触面と呼ぶ。典型的な摩擦の研究では、擦る物質を変えたり、潤滑油を変えたり、温度や真空度を変えるなどした際の摩擦力の変化を計測することで、真実接触面の機械特性を間接的に考察する。しかし本研究では、独自に開発したマイクロマシンを透過型電子顕微鏡の中で動かすことで、単一の真実接触面を直接観察し、同時にに摩擦力と垂直抗力を計測できる実験系を構築した。構築した実験系を用いて、Agやシリコンなどの摺動時の単突起の真実接触面や摩耗量をナノスケールで計測した。

自由記述の分野

トライボロジー

研究成果の学術的意義や社会的意義

2つの面を接触させて水平方向に動かすと、駆動と逆向きに抵抗力が発生する。これが摩擦である。摩擦は幅広いスケールで現れる。小さなスケールではマイクロマシンや分子モーターの駆動部分、大きなスケールではプレート間に働いて地殻変動や地震の原因になる。新たに開発した計測手法は、真実接触面を原子レベルで観察し、摩擦力と垂直抗力の計測が可能であり、従来のマクロスケールの摩擦研究と比較が可能になった。構築した実験系で金属の摩擦を原子レベルで観察し、予想とどう異なるかを説明した。このミクロとマクロとの比較は、最先端の工業で用いる微小な機械の性能向上だけでなく、身の回りの現象の理解に向けた知見の獲得に貢献する