研究課題/領域番号 |
25249011
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研究機関 | 東京農工大学 |
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 |
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) [辞退]
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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 / 摩擦力分布 / 油膜厚さ / ヘルツ接触 |
研究実績の概要 |
ナノストライプ構造を利用して、表面ナノパターニングによる薄膜流体潤滑技術の高度化を進めることを目的として研究を進めた。 平面とナノパターンを組み合わせた摩擦特性については、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。前者の摩擦試験においては、油膜厚さを測定するために、プレートとディスク間の相対変位を測定するためのセンサを追加し、速度を変化させたときの油膜厚さの変化を測定した。後者の試験においては、産総研所有のラスタースキャン型摩擦試験装置を利用し、パターン形状が摩擦力分布に与える影響について調べた。さらに、プレートオンディスク摺動試験とピエゾアクチュエータを利用したボールオンプレート摺動試験の間をつなぐ試験を行うために、シャフトモータを用いて中高速の摩擦試験が可能な往復動型摩擦試験装置を作製した。 ナノパターン同士を組み合わせた時の摩擦特性については、円筒面上にナノストライプ構造を作製し、円筒面を互いに直交して接触させるようにした。ナノパターン同士の摩擦特性の検討に加え、ナノパターンを設けないマイクロパターン同士の摩擦特性についても検討を行った。その結果、マイクロパターンについては、パターン面の傾斜角度を反映した摩擦力が得られること、傾斜角が小さいと摩耗が抑えられること等が明らかになった。 摩擦力分布の測定によって、ナノ溝が摩擦低減に効果的であることを明らかに、接触面積によるパターンの設計指針を得ることが出来た。さらに、摩擦速度、接触面積の設定範囲を拡大したことで、ナノパターンの潤滑特性の解明を多角的に進める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)
2: おおむね順調に進展している
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、回転中に油膜厚さが測定できるようになり、直線型のマイクロナノパターンを使った摩擦測定で、摩擦速度によって油膜厚さが変化することを確認した。ナノメートルスケールの分解能で油膜厚さを測定できることが確認できたことで、境界潤滑から流体潤滑への遷移を明らかにできるようになり、精緻な測定が可能になった。しかし、ヘリングボーンパターンによる摩擦低減効果、ナノ溝の有無が速度特性や油膜厚さ変化に及ぼす影響については、本年度中には確認出来なかった。摩擦力分布測定の試験においては、パターンサイズと同程度の接触面積で摩擦を行うことで、接触面積によるパターンの設計指針を得ることが出来た点で大きな進展があった。 ナノパターン同士を組み合わせた時の摩擦特性については、マイクロパターンを用いることで傾斜面に作用する力が、摩擦力として働くことを明らかにしたことで、高摩擦については任意の摩擦力制御に繋がる可能性が示された。しかし、面圧が高くなることで摩耗が発生しやすくなることも分かり、実用を考えたときには対策が必要である。 それぞれのテーマで十分な進捗が認められるが、研究が進んだことによって、新たな問題点も明らかになり、全体としては「おおむね順調に進展している」と判断した。
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今後の研究の推進方策 |
高速摩擦条件での試験においては、ヘリングボーンパターンによる摩擦低減効果、ナノ溝の有無が速度特性や油膜厚さ変化に及ぼす影響について、油膜厚さの影響を確認しながら検討を行い、パターン形状、マイクロ溝、ナノ溝それぞれの役割について明らかにする。低速から中速での摩擦特性については、特にナノ溝の深さなど、ナノ溝の断面形状が摩擦力に与える影響を明らかにすることを目標に研究を進める。そのために、AFM、超低速摩擦試験機、ラスタースキャン型摩擦試験機、シャフトモータ駆動往復動摩擦試験機を利用する。また、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。これらの研究を進めることで、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り、表面ナノパターニングによる薄膜流体潤滑技術の高度化を達成する。
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