| 研究課題/領域番号 |
25249011
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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 |
福田 めぐみ 日本工業大学, 工学部, 准教授 (00589765)
三宅 晃司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 研究グループ長 (30302392)
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| 研究期間 (年度) |
2013-10-21 – 2018-03-31
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| キーワード | ナノ溝 / マイクロ溝 / AFM / 等高線型ナノストライプ / 油溜り効果 |
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| 研究実績の概要 |
ナノストライプ構造の潤滑特性を明らかにするために、平面に対してナノストライプを摩擦させるプレートオンディスク摺動試験、ナノストライプに対して球面を接触させて摩擦を行うボールオンプレート摺動試験を行った。プレートオンディスク摺動試験においては、広い接触面積が得られること、比較的高い摺動速度が得られることから、ナノ溝に加えてマクロ溝の潤滑効果について検討した。その際、直線状のパターンだけでは無く、ヘリングボーン形状を含めた複数のパターンを作製し、速度と摩擦係数の関係について調べた。マイクロ溝とナノ溝を組み合わせたパターンの摺動特性を明らかにすることにより、ナノストライプ構造を利用した潤滑技術の適用範囲が広がることが期待される。ボールオンプレート摺動試験については、走査型プローブ顕微鏡及び超低速摺動試験装置による摺動試験を行った。前者の試験においては、ナノ溝の深さが異なる試験片を用意し、それぞれの表面における摩擦力を比較することで、ナノ溝が潤滑特性に及ぼす効果を検証した。後者の試験においては、ウェットブラスにより作製した不規則な凹凸面に多層膜を積層させて研磨することにより、等高線型ナノストライプ構造を得ることに成功し、その摩擦特性を明らかにした。
さらに上述の試験装置に加えて、円筒面の頂点が直交するように接触するクロスシリンダー型の摩擦試験機の試作も行った。Siウェハ上にナノストライプ構造を作製するとき、薄膜Siウェハを用いて、作製後に基板を弾性変形で湾曲させる。曲げられた基板の曲率半径をボールなどと比較して大きくし、対向面には小さな表面粗さの基板を用いることで、これまでより広い面積を接触させた状態で摩擦試験を行うことが可能になった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ナノストライプ構造を有する基板の摩擦特性の検討においては、当初の計画通り概ね研究が進んでいる。プレートオンディスク摺動試験においては、低速度域ではナノ溝の面積率が高いほど摩擦係数が低くなる傾向を確認し、高速度域ではマイクロ溝の形状や方向が摩擦係数に対して支配的であることを明らかにした。前者は油溜り効果、後者は動圧発生効果によるものであり、予想通りの結果を得ることが出来た。走査型プローブ顕微鏡を用いた実験では、ナノパターンとマイクロパターンを有する基板上で摩擦力分布の測定を行い、摩擦力がマイクロパターンの傾斜を乗り越える力の影響を受けつつ、50nm程度の深さのナノ溝の上では摩擦力が低下することを示した。正確な摩擦力分布を測定できたことで、今後より精緻な検討が可能になると見込まれる。
計画以上に進展している実験としては、等高線型ナノストライプ構造の作製と摩擦試験、薄膜ウェハに対してフォトリソグラフィーを行うことによる広範囲な点接触の実現が上げられる。特に後者のクロスシリンダー型の摩擦試験を実現したことで、従来のパターニングの実験では実現が困難であったパターン面を組み合わせた時の摩擦特性を調査できるようになったことが、計画を超える成果につながるものと期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
ナノ溝の形状の違いによる摩擦特性への影響や、ナノマイクロパターンによる動圧発生と摩擦低減効果に関する検討を続ける。それに加えて、等高線型ナノストライプ構造の潤滑特性、マイクロナノパターン面同士を接触させたときの摩擦潤滑特性の検討を進めていく。さらに、貧潤滑条件での摩擦特性に対して固体潤滑の効果を調べるため、無潤滑条件下でのナノストライプ構造の摩擦特性を明らかにする。これら3つの研究内容は、当初の計画には含まれていなかったが、ナノストライプパターニングの発展した形態であり、薄膜流体潤滑の特性を明らかにし、さらに実用面への展開を図るために重要な研究課題である。
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