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。

这项研究旨在开发一种摩擦学技术，该技术通过测量石英晶体微生物（QCM）的谐振频率变化来计算在线上的极少量变化，该频率变化被用作膜厚度监测器，并在纳米图的顺序上检测到磨损量。作为QCM，使用了一个曲线的石英板，并使用了光学抛光，并通过溅射涂层在此基板上制备金和镍薄膜。相对于晶体谐振器滑动的计数器材料是由镍制成的微点尖端，由电抛光制成，并使用压电元件进行水平和垂直驾驶。此外，通过使用电容类型的非接触式位移仪的薄金板的位移来检测垂直和水平力。通过涡轮分子泵将测得的气氛疏散到10^<-6> Torr或更高的真空度，然后将测得的大气设置为10^<-3> Torr，这是通过用尽肥皂泵获得的。该实验是在垂直载荷的5μn，50μms^<-1>的滑动速度和90μm的滑动速度的情况下进行的，使用金薄膜和镍尖的组合以及8 ng的累积磨损，表明这种测量方法是一种超高的敏感性测量方法，可以检测到可以检测Nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan n nan n n nan nan nan nan amocect a s suber。此外，通过将垂直载荷增加约10倍至5.4μn进行实验，因此检测到40 ng的磨损量，表明垂直载荷的效果也很明显。在用基于PFPE的润滑剂旋转的样品中，晶体振荡器的频率变化通常低于0.1 Hz，在这种情况下，很明显，下图的磨损量在下面。诸如这项研究之类的测量方法被认为在制造针对磁记忆和微力学的摩擦学设计方面非常有效，也就是说，如果没有磨损的磨损，则根本不磨损。此外，由于这种测量方法可以在大气中进行操作，因此肯定会有更广泛的应用。

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)