| 研究課題/領域番号 |
25220902
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
梅原 徳次 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70203586)
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| 研究分担者 |
上坂 裕之 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90362318)
野老山 貴行 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20432247)
月山 陽介 新潟大学, 自然科学系, 助教 (00533639)
後藤 実 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00435455)
川口 雅弘 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部高度分析開発セクター, 研究員 (40463054)
吉野 雅彦 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40201032)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | トライボロジー / カーボン系硬質膜 / 摩擦 / ナノ構造変化層 |
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| 研究概要 |
平成２５年度は，ピンオンディスク型摩擦装置と反射分光分析装置を複合した「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」を試作し、摩擦力とナノ構造変化層の光学特性を同時に計測し、超低摩擦発現の必要条件を検討した。具体的内容を以下に示す．
１．「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」の試作とその場計測の可能性の実証
カーボン系硬質膜が摩擦係数0.01以下の超低摩擦を発現する際は、その構造変化層厚さ, 合成表面あらさの標準偏差の比がある値以上となることが必要である。しかし、これらのパラメータが摩擦に伴いどのように変化するか不明であり、その変化により早期に安定した超低摩擦状態となるか、それとも長期間必要か、またその原因は構造変化なのか表面あらさなのか不明となる。そこで、本研究では、ピンオンディスク型摩擦装置及び反射分光
分析装置を複合した「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」を環境制御チャンバー内に試作し、摩擦初期からのナノ構造変化層の厚さと摩擦力を計測した。
２．超低摩擦発現ナノ構造変化層の誘電関数から硬さの推定（光学特性からの硬さの非接触推定）
本研究で試作する「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」により構造変化層の厚さだけでなく，極表面のナノ構造変化層の誘電関数を求めることが可能である．そこで，本研究では，「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」で摩擦面のナノ構造変化層の誘電関数からsp3/sp2の割合に及ぼすすべり距離の影響を摩擦時その場計測した。種々のモデル試験片で校正をとり、得られた結果が妥当であることを明らかにした。また、更にESRのデータと会わせることで、ダングリングボンド密度のその場計測も可能であることが明らかにされた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初予定していたピンオンディスク型摩擦装置と反射分光分析装置を複合した「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」の試作に成功し、摩擦力とナノ構造変化層の光学特性を同時に計測した結果、他の手法で測定したナノ構造変化層の分析結果と同じ結果が、本装置でもその場観察で得られることが明らかになった。
また、当初予想していなかったが、本装置によりカーボン系硬質膜のダングリングボンド密度も推定可能である事が明らかにされた。これは、当初計画されていなかった内容で有り、当初の計画以上の達成と見なせる。
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| 今後の研究の推進方策 |
「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」の試作に成功し、その有効性が明らかにされた。今後、CNxだけでなく、異なる元素を含むカーボン系硬質膜において実験結果を蓄積することで、広範な機械・物理特性を有するカーボン系硬質膜において安定した超低摩擦を実現するための材料及び摩擦条件が明らかになる。
また、平成26年度より「超低摩擦摩擦面の表面エネルギーのESEM 内その場評価装置」を試作し、試験する事で摩擦に及ぼす表面エネルギーの影響も解明される計画である。こその結果、H25年度に試作した「ナノ構造変化層の評価装置」での結果で矛盾点がある場合、H26年度の試作装置の「表面エネルギーの評価装置」による結果で、超低摩擦発現指針を修正し、完成度を高めることが可能となる。
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