| 研究課題/領域番号 |
18H03750
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
安藤 泰久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00344169)
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| 研究分担者 |
中野 美紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20415722)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ナノストライプ構造 / カーボン膜 / 多層膜 / 摩擦係数 / 油膜厚さ / 雰囲気 |
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| 研究実績の概要 |
周期的溝構造を有するSi基板上に作製したカーボン膜を大気中あるいは真空中で摩擦を行い、摩擦速度と摩擦係数の関係について検討を行った。真空中、大気中それぞれの環境で、約1Nの荷重を与え、摩擦速度0.01～10 mm/sで摩擦したところ、全ての速度で大気中の方が真空中よりも低い摩擦係数を示した。真空中の摩擦では、摩擦係数の変動が大きい傾向があり、摩擦係数に対する明確な速度の影響は確認出来なかった。それに対して、大気中では、低速で摩擦係数が低下する傾向があり、摩擦速度0.01、0.1 mm/sのときの摩擦係数は約0.1で安定し、10 mm/s のときの摩擦係数の1/2程度になった。次に、溝構造を有するSi基板上にカーボン膜上とCrを順に成膜した試験片を用いて、真空中及び大気中で摩擦特性を検討した。カーボン膜＋Cr膜の試験片は、大気中で溝と直交する方向に摩擦したときに最も低い摩擦係数0.03を示した。真空環境下で溝に平行方向に摩擦したとき、真空中の摩擦としては最も安定した摩擦係数を示し、このときの摩擦係数は0.2以下になった。このことより、溝に対して平行に摩擦する場合は、カーボン膜＋Cr膜が、優れた摩擦特性を有していることを確認出来た。
AgとCrからなる直線状のナノストライプ構造において、酸性リン酸エステル（APE）添加PAO（ポリーα―オレフィン）を用いて、摩擦特性評価を行い、潤滑油膜厚さの変化との関係を調べた。溝に対して平行方向に摩擦したときは、潤滑油量を変えたときに、油膜厚さも摩擦係数も差はほとんど生じず、摩擦係数は0.15～0.18であった。溝に対して著好方向に摩擦したときは、潤滑油量が多いときに油膜厚さが増加し、摩擦係数も低くなった。このことより、直交摺動の方が油膜の形成能力が高いことが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
カーボン膜の固体潤滑効果の検討に関しては、カーボン膜表面にさらにCrを成膜することで、大気中での摩擦係数が低下し、真空中においても溝と平行方向に摩擦したときに、安定した摩擦係数を示すことが明らかになった。実用的には価値のある知見を得られた。しかし、その理由については検討中であり、今後研究を進めていく予定である。
一方、AgとCrからなるナノストライプ構造を用いた油潤滑下の摩擦試験では、潤滑油膜の変化を測定出来るようになったことで、パターンの差による動圧発生の効果、直接接触による摩擦と流体の粘性抵抗による摩擦を切り分けることができるようになり、ナノストライプ構造の潤滑特性を精緻に検討することが可能になった。以上のことから、本研究課題は概ね順調に進捗していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
カーボン膜の摩擦については、Crを組合わせたときに摩擦係数が低下する現象について、検討を進める。CrとAuの組合わせについても対象とする。真空中及び大気中で摩擦係数の変化を調べるとともに、摩擦後の表面をAFM（原子間力顕微鏡）により観察し、移着の様子、移着膜の厚さや分布、また移着した膜と成膜によって形成された膜の差について調べることを予定している。
油潤滑下の摩擦試験については、溝の深さと長さに着目し、荷重、速度を変化させて、摩擦係数と油膜厚さの変化を調べる。また、動圧の発生について、解析ソフトを用いて計算を行い、摩擦実験結果との定性的あるいは定性的な比較を行う。
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