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2011 年度 実施状況報告書

シリコン系酸化物潤滑剤コーティング

研究課題

研究課題/領域番号 23560176
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

土佐 正弘  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (20343832)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワードトライボロジー / 固体潤滑 / スパッタコーティング / 真空 / 表面分析 / シリコン系酸化物
研究概要

シリコン系酸化物(SiOx)コーティング膜の化学量論比xが摩擦係数に及ぼす影響を検討し、低摩擦潤滑性を発現できる化学量論比について基礎的検討を行った。まず、スパッタ蒸着法を活用してSUS304およびSUS440Cの各ステンレス鋼基板表面に珪素系酸化物をコーティングするために、プラズマスパッタリングに用いるアルゴンガス雰囲気の酸素分圧を0から100%まで5%刻みでガス流量を微調整することができる高周波マグネトロンスパッタコーティングシステムを設計・試作するとともに、このシステムを活用することで化学量論比が異なるシリコン系酸化物コーティング膜が均一・一様に作成できることを確認した。作製したコーティング膜のトライボロジー特性は、大気中、ならびに、高真空中で,摺動式摩擦試験器により摩擦係数を測定することで総合的に評価し、特に、大気雰囲気中での摩擦測定では印可荷重とすべり回数をパラメーターとして変動測定することにより詳細な摩擦特性を把握し、最も低摩擦が期待される最適化学量論比、および、結晶配向性について、電子プローブマイクロアナライザやオージェ電子分光分分析器、X線回折装置等を用いて検討した。さらに、マイクロビッカース硬度計を用いてプローブ印可荷重を変動させることにより膜最表面層から膜基板界面までの深さ方向において微小箇所の機械強度、および、その変動を計測するとともに、膜の密着性についても検討した。その結果、シリコン系酸化物潤滑剤コーティング膜の化学量論比が摩擦係数に及ぼすスパッタ全圧や酸素分圧等いくつかの重要な基本的知見を得ることができた。

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

スパッタコーティングの主要パラメータの酸素分圧を0から100%まで5%刻みでガス流量を微調整することができる高周波マグネトロンスパッタシステムを設計・試作するとともに、このシステムを用いることで化学量論比が異なるシリコン系酸化物コーティング膜が均一・一様に作成できる装置性能を確認するとともに、大気中ならびに高真空中トライボロジー特性、低摩擦が期待される最適化学量論比、および、結晶配向性についてそれぞれ検討し、さらに、膜最表面層から膜基板界面までの深さ方向において微小箇所の機械強度や膜の密着性についても評価し、その結果、シリコン系酸化物コーティング膜の化学量論比が摩擦係数に及ぼすスパッタ全圧や酸素分圧等いくつかの重要な基本的知見を得ることができ、順調にスタートを切ることができた。

今後の研究の推進方策

宇宙軌道上で曝露することで見いだされた固体潤滑剤被膜の物性と性能についてその詳細を明らかにするとともに、その知見を元にシリコン系酸化物をベースとする長期信頼性に優れた高性能軌道真空環境用固体潤滑剤コーティングの開発をめざすべく、酸化シリコンコーテイング膜断面のマクロ構造や結晶構造ならびに結晶配向性について分析しマクロ・ナノ構造及び膜の化学量論比が摩擦係数に及ぼすメカニズムについて明らかにするとともに、さらに、中長期的なメンテナンス簡便化をはかるべく、コーティング膜自体の剥離や下地基板材料との密着性の劣化が予想されるために自己修復的な機能の付与をめざし、表面偏析現象を酸化シリコン潤滑コーティング膜に応用することをこころみ、メンテナンスが容易な新規高性能シリコン系潤滑コーティング膜を開発し、そのトライボロジー性能と自己修復性を明らかにする。

次年度の研究費の使用計画

ピンオンディスク式摩耗試験器を用いて長時間にわたる摩擦試験により酸化シリコン(SiOx)コーティング膜の真空中での耐摩耗性ならびに信頼性を分析し、トライボロジー性能の総合評価を行い、膜の化学量論比xがトライボロジー特性に及ぼすメカニズムについて明らかにする。さらに、自己修復的な機能が期待できる表面偏析現象をSiOxコーティング膜に応用することをこころみる。この計画を推し進すすめるためには、高品位のシリコンターゲット材料、コーティングシステムの真空機器用消耗品費や真空機器としてのメンテナンス費である交換用機器部品、ならびに、トライボロジーや機械特性評価用の消耗品である計測ピン・プローブ類、さらにデータ解析用のPC用品等があげられる。また、研究成果を発表するための学会参加費や旅費・宿泊費や論文投稿料も計上される。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2011

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件) 産業財産権 (4件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Low-Friction Coatings of Zinc Oxide Synthesized by Optimization of Crystal Preferred Orientation2011

    • 著者名/発表者名
      後藤真宏,笠原章,土佐正弘
    • 雑誌名

      TRIBOLOGY LETTERS

      巻: 43 ページ: 155-162

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Exposure Test on Transmittance of Molecular Contaminant2011

    • 著者名/発表者名
      浦山文隆,小澤清,土佐正弘,木村秀夫,古川睦久
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      巻: 8 ページ: Pc_49-Pc_51

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical near-field induced visible response photoelectrochemical water splitting on nanorod TiO22011

    • 著者名/発表者名
      レ・ハク・ホンテ,馬渡和真,ユゥリ・ピホッシュ,川添忠,八井崇,大津元一,土佐正弘,北森武彦
    • 雑誌名

      APPLIED PHYSICS LETTERS

      巻: 99 ページ: 213105_1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] コンビナトリアルスパッタ成膜装置とZnO膜の摩擦特性制御,後藤真宏,笠原章,土佐正弘2011

    • 著者名/発表者名
      後藤真宏,笠原章,土佐正弘
    • 雑誌名

      JOURNAL OF THE VACUUM SOCIETY OF JAPAN

      巻: 54 ページ: 565-570

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Change in Friction of Coatings by Orbit Exposure2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 雑誌名

      PROCEEDINGS FOR REMT 2011

      巻: CD ROM ページ: 2C1-2C1

  • [雑誌論文] Effect of Exposure Test in Orbit on Vacuum Friction of Solid Lubricative Coatings2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 雑誌名

      ABSTRACTS OF 15TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON THIN FILMS

      巻: CD ROM ページ: O_S10_06-06

  • [雑誌論文] 軌道暴露により生成された酸化珪素膜2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 雑誌名

      第52回真空に関する連合講演会講演予稿集

      巻: 1 ページ: 24-24

  • [雑誌論文] Reduction of friction force by a piezoelectric material coatings2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 雑誌名

      ABSTRACTS of MRS-J 2011

      巻: CD ROM ページ: ABST2-T2

  • [学会発表] Change in Friction of Coatings by Orbit Exposure2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 学会等名
      International Symposium on Renewable Energy and Materials Tailoring
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス
    • 年月日
      2011年9月18日
  • [学会発表] Environmental Effect of Orbit Exposure Test on Vacuum Friction of Lubricative Coatings2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 学会等名
      第21回日本MRS学術シンポジウム
    • 発表場所
      横浜万国橋会議センター
    • 年月日
      2011年12月20日
  • [学会発表] Effect of Exposure Test in Orbit on Vacuum Friction of Solid Lubricative Coatings2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 学会等名
      15th International Conference on Thin Films
    • 発表場所
      京都テルサ
    • 年月日
      2011年11月9日
  • [学会発表] 軌道暴露により生成された酸化珪素膜2011

    • 著者名/発表者名
      土佐正弘,笠原章,後藤真宏
    • 学会等名
      第52回真空に関する連合講演会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      2011年11月17日
  • [産業財産権] 摩擦摩耗測定用試料加熱装置2011

    • 発明者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 権利者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 産業財産権番号
      特許: 2011-223559
    • 出願年月日
      2011年10月11日
  • [産業財産権] 真空超高速シャッター2011

    • 発明者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 権利者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 産業財産権番号
      特許: 2011-258444
    • 出願年月日
      2011年11月28日
  • [産業財産権] スパッタガン2011

    • 発明者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 権利者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 産業財産権番号
      特許: 2011-258456
    • 出願年月日
      2011年11月28日
  • [産業財産権] 低摩擦ZnOコーティング及びその作製方法2011

    • 発明者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 権利者名
      後藤真宏、笠原章、土佐正弘
    • 産業財産権番号
      特許: 4686360
    • 出願年月日
      2011年09月02日
    • 外国

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公開日: 2013-07-10  

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