セラミックス系材料のトライボロジ特性解明のための高速サーモマイクロスコープの開発

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本研究では,すべり接触状態における接触面での摩擦・摩耗状態をリアルタイムで可視化計測できる赤外線計測システムの試作を行った.さらに,熱弾性効果に基づく応力測定原理による接触応力測定法の開発を行った.本研究で得られた研究成果を以下にまとめる.(1)被測定物を高純度アルミナ(サファイア)等の赤外線透過材料にすべり接触させた時,接触面の温度分布を赤外線CCDサーモグラフィを用いて赤外線透過材料越しにリアルタイム可視化計測できる測定システムを試作した.(2)金属材料,プラスチックおよびセラミックスのすべり接触時の接触面の温度分布計測を行い,接触圧力およびすべり速度と温度分布の関係を調べた.(3)軸受鋼および窒化珪素セラミックスを赤外線透明サファイアにすべり接触させた場合の,動的摩耗状態の温度分布をリアルタイムに計測した.さらに,摩耗時の接触面における発熱および熱拡散挙動を調べるため,有限要素法による数値解析を行った.(4)赤外線透過材料と接触する物体の接触面の応力分布計測に関する検討を行った.球面の接触面を有する赤外線透明フッ化バリウムとプラスチック平板の接触応力分布を計測した.計測された接触応力分布はヘルツの理論に一致しており,熱弾性応力測定が赤外線透明材料越しの接触応力測定にも適用できることが明らかとなった.本研究成果より,試作した試験システムにより,摩擦・摩耗状態における接触面の温度分布のリアルタイム可視化計測および熱弾性赤外線計測による接触応力評価が可能なことが実証され,本計測手法を発展させる上での重要な知見が得られた.