薄膜のナノ・マイクロスケール表面強度評価(MSE)法の確立と表面ナノ加工への展開

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360073
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 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: 福井大学
• 研究代表者: 岩井 善郎 福井大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40115291)
• 研究分担者: 本田 知己 福井大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80251982) ; 宮島 敏郎 福井大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60397239) ; 神田 一隆 福井工業大学, 工学部, 教授 (60091675) ; 阿保 政義 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (40231980) ; 春山 義夫 富山県立大学, 工学部, 教授 (00019225) ; 宇佐美 初彦 名城大学, 理工学部, 教授 (80278324)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: マイクロスラリージェットエロージョン / MSE / 硬質皮膜 / DLC表面モルフォロジー / 表面時系列観察法 / スクリーニング試験法 / 表面強度

研究概要

薄膜の耐摩耗性や膜特性を高信頼性で評価できる評価法は、国内外で学界・産業界から強い要望がある。本研究では、新規な評価法として研究代表者らが提案しているマイクロスラリージェットエロージョン(MSE)法を、MSE試験装置の性能、MSE試験による摩耗率と膜特性との関係および摩耗メカニズムについての考察、さらに表面微細加工への応用の諸課題に関して研究した。TiN、TiAlN、DLC膜および単結晶Siウェハを試験材料とした。その結果、種々の薄膜に対して再現性の高い試験結果が得られた。さらに、摩耗率と膜特性(結晶配向性、硬さとヤング率、DLC膜中の水素含有量など)との関係および脆性破壊あるいは衝撃疲労による損傷メカニズムを明らかにした。数値シミュレーション解析も併せて試行した。さらに、MSE法がSiウェハ表面のナノ・マイクロスケールの微細加工に関して高い可能性を有することを示した。

研究成果

• [雑誌論文] (111)面に配向した窒化チタン膜を被覆した工具鋼の性能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石井淳哉、春山義夫、河村新吾、堀川教世、岩井善郎
  • 雑誌名: トライボロジスト 巻: 56-8 ページ: 514-522
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集・セラミックスのトライボロジー,セラミックス硬質薄膜の特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩井善郎, 松原亨
  • 雑誌名: トライボロジスト 巻: 55-8 ページ: 556-562
  • URL: http://repo.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/handle/10098/2879
  • 査読あり
• [雑誌論文] セラミックスのエロージョン (2010)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美初彦
  • 雑誌名: トライボロジスト 巻: 55巻 ページ: 543-548
  • 査読あり
• [雑誌論文] ウェットブラスト加工に関する基礎的研究(単結晶Siウェハの表面加工に及ぼす投射固体粒子径の影響) (2010)
  • 著者名/発表者名: 董博宇、宮島敏郎、岩井善郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(C編) 巻: 76巻 ページ: 422-430
  • 査読あり
• [雑誌論文] ウェットブラスト加工に関する基礎的研究(投射固体粒子径の単結晶Siウェハの加工メカニズムへの影響) (2010)
  • 著者名/発表者名: 董博宇、宮島敏郎、松原亨、岩井善郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(C編) 巻: 76巻 ページ: 741-748
  • URL: http://repo.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/handle/10098/5116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a new type micro slurry-jet erosion(MSE) tester for evaluation of wear properties of hard thin coatings (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwai、T. Matsubara、Y. Hirai、S. Hogmark
  • 雑誌名: Lubrication Science 巻: 21巻 ページ: 213-226
  • URL: http://repo.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/handle/10098/2119
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子間力顕微鏡を用いた摩耗面の時系列観察法とDLC膜のエロージョンへの適用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水野顕, 岩井善郎
  • 雑誌名: トライボロジスト 巻: 54巻 ページ: 273-281
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tribological Performance evalua-tion of(111) preferred oriented TiNduplex coatings
  • 著者名/発表者名: J. Ishii、Y. Haruyama、S. Karamu、N. Horikawa, Y. Iwai
  • 雑誌名: Wear 巻: 267巻 ページ: 2173-2178
  • 査読あり
• [学会発表] (111)面に配向したTiN膜のトライボロジー特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 春山義夫
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越支部第49期総会・講演会(招待)
  • 発表場所: 野々市(金沢工業大学)
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] Particle impact erosion resistance of PVD deposited hard nitride coating-Part I : Discussion of erosion mechanism caused by different particle size- (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwai、T. Miyajima, Boyu Dong、K. Yamamoto
  • 学会等名: International Tribology Conference Hiroshima 2011
  • 発表場所: Hiroshima(Japan)
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] TiN膜のトライボロジー特性に及ぼす被膜の結晶配向の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金澤淳平、春山義夫、河村新吾、石井淳哉、堀川教世、岩井善郎
  • 学会等名: 日本設計工学会平成23年度秋季研究発表講演会
  • 発表場所: 寝屋川(大阪電気通信大学)
  • 年月日: 2011-10-22
• [学会発表] ウェットブラスト加工による低摩擦テクスチャリング表面の創製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 本田知己、平野基輝、新井陽大、宮島敏郎、岩井善郎、不破良雄
  • 学会等名: トライボロジー会議2011春東京
  • 発表場所: 東京(国立オリンピック記念青少年総合センター)
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Wear Simulation of Thin Hard Coatings by Solid Particle Impact Test (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi. Abo、Masahide. Tuji、Yoshiro Iwai
  • 学会等名: Advanced Form on Tribology 2011
  • 発表場所: Luoyang(China)
  • 年月日: 2011-04-16
• [学会発表] ダイヤモンド状炭素膜の加熱による特性変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 橋本賢樹、神田一隆、石神龍哉、安田啓介、岩井善郎
  • 学会等名: 表面技術協会第123回講演大会
  • 発表場所: 東京(関東学院大)
  • 年月日: 2011-03-17
• [学会発表] Evaluation of Surface Properties of DLC Films by a Micro Slurry Jet Erosion(MSE) Test and Nano-scale Observations of Eroded Surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwai、A. Mizuno、T. Miyajima
  • 学会等名: ASIATRIB2010
  • 発表場所: Perth(Australia)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Development of a New Evaluation Technique of Surface Strength of Hard Thin Coatings by a Micro Slurry-jet Erosion(MSE) TEST (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwai
  • 学会等名: Advanced Form on Tribology 2010
  • 発表場所: 盛岡(岩手大)
  • 年月日: 2010-11-07
• [学会発表] Effect of residual stress on erosive wear of ceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: Hatsuhiko USAMI、Keju CHOU
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議2010秋福井
  • 発表場所: 福井(福井大)
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] 離散要素法を用いたマイクロスラリージェットエロージョン法による薄膜の摩耗シミュレーション (2010)
  • 著者名/発表者名: 辻雅秀、阿保政義、格内敏、比嘉昌、岩井善郎
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議2010秋福井
  • 発表場所: 福井(福井大)
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Evaluation of Wear Properties of DLC Films by a Micro Slurry-Jet Erosion(MSE) Test (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiro Iwai、Toshiro Miyajima、Akira Mizuno、Yu Asami、Kenji Yamamoto、Hirotaka Ito、Sture Hogmark
  • 学会等名: Nordtrib 2010(14th Nordic Symposium on Tribology)
  • 発表場所: Lulea(Sweden)
  • 年月日: 2010-06-11
• [学会発表] Evaluation of Wear Properties of DLC Films by a Micro Slurry-Jet Erosion(MSE) Test (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshiro Iwai、Toshiro Miyajima、Akira Mizuno、Yu Asami、Tomomi Honda、Tohru Matsubara、Sture Hogmark
  • 学会等名: 第4回世界トライボロジー会議
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] Micro-Slurry-jet Erosion(MSE) testing of CVD TiC/TiN and TiC coatings (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwai、T. Miyajima、A. Mizuno、T. Honda、T. Itou、S. Hogmark
  • 学会等名: 17th International Conference on WEAR OF MATERIALS
  • 発表場所: LAS VEGAS(USA)
  • 年月日: 2009-04-22
• [備考]
  • URL: http://mech.u-fukui.ac.jp/~trib/