MEMSを応用した理想ナノすきまにおける境界/流体潤滑場での原理的摩擦特性の解明

研究目的であった「境界潤滑状態における添加剤吸着層の純せん断特性の解明」、すなわち、しゅう動する二面が接触するような摩擦状況において、摩擦を低減するために添加された潤滑油添加剤が表面上に形成する吸着層が直接的に摩擦された場合、どのような特性を有するのかを、ポリマー系添加剤を用いて解明した。用いられた手法は、半導体製造技術として広く用いられるMEMS創成技術で作製された厚さ5 umかつ表面の粗さがナノオーダーで平滑な試験片を用いて、しゅう動する二面を静電気力によって密着させて摩擦をするという手法であった。それと同時に油膜の静電容量を測定することで、二面間に存在する油の厚さを測定した。その結果、ポリマー系添加剤を添加した油は、何も添加していない基油と比べて油膜厚さが10から20 nmほど厚い状態を維持することが示された。また、いずれのポリマー系添加剤を加えた場合も、小さい摩擦係数を示し、添加剤吸着層のすべりが摩擦を低減することが示された。さらに、特徴的な性質として、ポリマー分子一つ一つを構成する原子の数の多さを表す分子量が大きいポリマー系添加剤を加えた場合、摩擦前の油膜厚さは最も大きかったものの、摩擦後の油膜厚さが摩擦前に比べて小さくなることが示された。分子量の大きいポリマー系添加剤添加油の摩擦後の油膜厚さの値は、これよりも分子量の小さいポリマー系添加剤添加油の油膜厚さと同程度になっていた。このことから分子量の大きいポリマー系添加剤は摩擦でははぎとられることがないくらい強く表面に吸着している層と、その層の上から、弱い吸着力でなんとか吸着している層の二種類の層で全体が構成されており、その弱い吸着力で吸着している層が摩擦によってはぎとられたものと考えられた。この結果は、実際の環境で使用するポリマー系添加剤の分子量を設定するうえで有意義な知見を与える結果であるといえる。

研究目的であった「境界潤滑状態における添加剤吸着層の純せん断特性の解明」、すなわち、しゅう動する二面が接触するような摩擦状況において、摩擦を低減するために添加された潤滑油添加剤が表面上に形成する吸着層が直接的に摩擦された場合、どのような特性を有するのかを、ポリマー系添加剤を用いて解明した。用いられた手法は、半導体製造技術として広く用いられるMEMS創成技術で作製された厚さ5 umかつ表面の粗さがナノオーダーで平滑な試験片を用いて、しゅう動する二面を静電気力によって密着させて摩擦をするという手法であった。それと同時に油膜の静電容量を測定することで、二面間に存在する油の厚さを測定した。その結果、ポリマー系添加剤を添加した油は、何も添加していない基油と比べて油膜厚さが10から20 nmほど厚い状態を維持することが示された。また、いずれのポリマー系添加剤を加えた場合も、小さい摩擦係数を示し、添加剤吸着層のすべりが摩擦を低減することが示された。さらに、特徴的な性質として、ポリマー分子一つ一つを構成する原子の数の多さを表す分子量が大きいポリマー系添加剤を加えた場合、摩擦前の油膜厚さは最も大きかったものの、摩擦後の油膜厚さが摩擦前に比べて小さくなることが示された。分子量の大きいポリマー系添加剤添加油の摩擦後の油膜厚さの値は、これよりも分子量の小さいポリマー系添加剤添加油の油膜厚さと同程度になっていた。このことから分子量の大きいポリマー系添加剤は摩擦でははぎとられることがないくらい強く表面に吸着している層と、その層の上から、弱い吸着力でなんとか吸着している層の二種類の層で全体が構成されており、その弱い吸着力で吸着している層が摩擦によってはぎとられたものと考えられた。この結果は、実際の環境で使用するポリマー系添加剤の分子量を設定するうえで有意義な知見を与える結果であるといえる。