| 研究課題/領域番号 |
25220902
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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 |
後藤 実 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00435455)
月山 陽介 新潟大学, 自然科学系, 助教 (00533639)
野老山 貴行 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20432247)
吉野 雅彦 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40201032)
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, 高度分析開発センター, 研究員 (40463054)
上坂 裕之 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90362318)
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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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| 研究実績の概要 |
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」による超低摩擦発現条件の実証
試作した「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」により市販の水素含有DLCにおいて、乾燥窒素吹付け下で、摩擦力、ナノ構造変化層厚さ及び硬さを同時に計測する手法を提案し、摩擦時その場で評価した。その結果、摩擦の減少とともに、水素含有率が高い軟質なグラファイト層が生成し、それに伴い摩擦が減少することが明らかになった。水素含有DLC膜は元来消衰係数が大きく構造変化層の形成が確認できるか不明であったが、本研究成果により本手法が適応可能であることが明らかになった。その結果、水素含有DLC膜においても超低摩擦発現に構造変化層が重要であることが明らかになった。
２．「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」の試作と実証
「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，CNx膜において窒素雰囲気下での、窒素中摩擦、直後の表面エネルギー測定を、繰り返し行えるようになり、摩擦によるカーボン系硬質膜の表面エネルギーの変化の測定を可能にした。
３．負バイアスを印加した表面波励起マイクロ波プラズマによる水素，窒素及びシリコン含有の異なるカーボン系硬質膜の成膜とそれらのナノ構造変化層と摩擦特性に及ぼす影響
「表面波励起マイクロ波高密度プラズマ」を用いて，原料ガスである，メタン，アルゴン及びTMS(テトラメチルシラン)の流量比により，水素、窒素及びシリコン等の含有率を徐々に変化させたカーボン系硬質膜を成膜した。ベース油中で摩擦試験を行い，ラマン分光分析、X線分光分析による摩擦前後のカーボン系硬質膜の構造の変化を明らかにした。
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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」による、水素含有DLC膜に対しても順調摩擦力とナノ構造変化層の光学特性の同時計測に成功し、超低摩擦メカニズムの定量的な考察を可能にした。また、「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」の試作にも無事成功し、高効率で局所領域の表面エネルギーの評価が可能であることが明らかとなった。
また当初予想していなかったが、本装置により摩耗痕幅のその場計測が可能であることが明らかとなり、本装置により、摩擦と表面エネルギーだけで無く、摩耗もその場分析できることが明らかとなった。
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」により、CNx膜と水素含有DLC膜において、ナノ構造変化層の摩擦時その場評価が行われ、それぞれの膜の超低摩擦の発現メカニズムの差異が明らかになってきた。更に、水素非含有DLC及び水素含有量を変化させたDLCにおいてデータを蓄積することで、超低摩擦発現メカニズムの分類を行い、定量的な超低摩擦メカニズムの完全解明を推進する。また、「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」の試作も終了し、安定したデータの取得が可能となっている。これらの２つの装置の実験結果を総合的に判断することで、掘り起こし項と凝着項の２つの面から低摩擦メカニズムを解明する。
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