ナノグラム摩耗量の動的測定

动态测量纳克磨损量

• 批准号: 05805015
• 负责人: 大前 伸夫
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05805015/
• 关键词: トライボロジー; ナノグラム摩耗量; QCM; ニアゼロ摩耗; マイクロマシン

本研究は膜厚モニターとして使用されている水晶振動子(QCM;Quartz Crystal Microbalance)の共振周波数変化を測定することによって極微小量の重量変化をオンラインで算出し、ナノグラムオーダの摩耗量を検出するトライボロジー技術を開発しようとするものである。QCMとしては光学研磨を施したATカット水晶板を用い、この基板上にスパッタコーティングによって金及びニッケル薄膜を作製した。水晶振動子と相対すべり運動を行わせる相手材は電解研磨によって作製したニッケル及びタングステンのマイクロポイントティップとし、水平及び垂直方向の駆動はピエゾ素子を用いて行った。また、垂直力及び水平力の検出はティップに取り付けた金薄板の変位を静電容量型非接触変位計を用いて行った。なお、測定ふん囲気はターボ分子ポンプによって10^<-6>torr以上の真空に排気した後、ソープションポンプによる排気で得られる10^<-3>torrとした。金薄膜とニッケルティップの組合わせで、垂直荷重5μN,すべり速度50μms^<-1>,すべり距離90μmの条件で実験を行った結果、累積の摩耗量として8ngが算出され、本測定法がナノグラム摩耗量を検出できる超高感度測定であることが実証された。また、同一の組合わせで垂直荷重のみを約10倍の5.4μNに増加させて実験を行った結果、40ngの摩耗量を検出したことから、垂直荷重の影響も著しいことが判った。PFPE系潤滑剤をスピンコートした試料では、水晶振動子の周波数変化が0.1Hz以下の場合が多く、この場合はサブナノグラムの摩耗量以下であることが明白となった。磁気記憶やマイクロメカニクスにおいて目標とされているニアゼロ摩耗、すなわち設定されたすべり回数以下では全く摩耗しない、というトライボロジー設計を現実のものとするためには本研究のような測定法は極めて有効であるものと評価される。また本測定法は大気中で作動できることから、さらに広い応用が確実である。

In this study, the <s:1> film thickness is モニタ と と て て て using されて る る crystal vibrators (QCM). Quartz Crystal Microbalance) の resonance frequency count - determination of を す る こ と に よ っ て tiny amount の weight - the を オ ン ラ イ ン で calculate し, ナ ノ グ ラ ム オ ー ダ の friction consumption を 検 out す る ト ラ イ ボ ロ ジ ー technology を open 発 し よ う と す る も の で あ る. The QCM design と し て は optical grinding を shi し た AT カ ッ ト crystal plate を い, こ の substrate に ス パ ッ タ コ ー テ ィ ン グ に よ っ て gold and び ニ ッ ケ ル し the film を cropping た. Crystal oscillator と phase す seaborne べ り line movement を わ せ る hand material は electrolytic grinding に よ っ て cropping し た ニ ッ ケ ル and び タ ン グ ス テ ン の マ イ ク ロ ポ イ ン ト テ ィ ッ プ と し, horizontal and vertical direction び の 駆 dynamic は ピ エ ゾ element child を with い て line っ た. ま た, vertical force and horizontal forces び の 検 out は テ ィ ッ プ に take り pay け た gold plate の - a を type contactless electrostatic capacity - potentiometer を with い て line っ た. な お, determining ふ ん 囲 気 は タ ー ボ molecular ポ ン プ に よ っ て 10 ^ 6 < - > torr の vacuum に row above 気 し た, ソ ー プ シ ョ ン ポ ン プ に よ る row 気 で have ら れ る 10 ^ < - > 3 torr と し た. Gold film と ニ ッ ケ ル テ ィ ッ プ の combination わ せ で, vertical load 5 mu N, す べ り speed 50 mu ms ^ < 1 >, す べ り distance of 90 microns で の conditions be 験 を line っ た results, accumulated の mo consumption と し て 8 ng が calculate さ れ, this assay が ナ ノ グ ラ ム friction consumption を 検 out で き る ultrahigh sensitivity measurement で あ る こ と が card be さ れ た. ま た, same の combination わ せ で vertical load の み を の 5.4 u N に raised about 10 times add さ せ て be 験 を line っ た results, 40 ng の consumption を 検 out し た こ と か ら, vertical load の influence も し い こ と が convicted っ た. Department of PFPE lubrication tonic を ス ピ ン コ ー ト し た sample で は, crystal oscillator の cycle number variations change が 0.1 Hz の occasions が く, こ の occasions は サ ブ ナ ノ グ ラ ム の the consumption of the following で あ る こ と が understand と な っ た. Magnetic memory 気 や マ イ ク ロ メ カ ニ ク ス に お い て target と さ れ て い る ニ ア ゼ ロ consumption, す な わ ち set さ れ た す べ り back for the following で は く all the consumption し な い, と い う ト ラ イ ボ ロ ジ ー design を now be の も の と す る た め に は this study の よ う な measurement は extremely め て have sharper で あ る も の と review 価 さ れ る. In great mensuration は ま た 気 で actuation で き る こ と か ら, さ ら に hiroo い 応 use が do be で あ る.

项目成果

大前伸夫: "メゾトライボロジカルアプローチ" 機械の研究. Vol.46. 147-149 (1994)

Nobuo Ohmae：“摩擦学方法”机械研究第 46 卷（1994 年）。

大前伸夫: "マイクロ概念の捉え方" 日本機械学会誌. Vol.97(掲載予定). (1994)

Nobuo Ohmae：“如何理解微观概念”日本机械工程师学会杂志第 97 卷（待出版）。

大前伸夫: "トライボロジー現象のマイクロスコピック解析" 精密工学会誌. Vol.59. 22-25 (1993)

Nobuo Ohmae：“摩擦学现象的微观分析”，日本精密工程学会杂志，第 59 卷（1993 年）。

大前伸夫: "マイクロマシンのトライボロジー" 機械の研究. Vol.46. 104-107 (1994)

Nobuo Ohmae：“微型机械摩擦学”机器研究第 46 卷（1994 年）。

N.Ohmae: "Surface Diagnostics in Tribology" World Scientific(Singapore), 342(28) (1993)

N.Ohmae：“摩擦学中的表面诊断”World Scientific（新加坡），342(28) (1993)