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光ファイバープローブを用いた微小すきまおよび境界潤滑におけるトライボロジー計測

  • 工学部/工学研究科
  • マイクロ・ナノ機械理工学専攻

准教授 伊藤 伸太郎[いとう しんたろう]

http://ayame.fukuzawa.nuem.nagoya-u.ac.jp/index.html

  • 工学部/工学研究科
  • マイクロ・ナノ機械理工学専攻

教授 福澤 健二[ふくざわ けんじ]

シーズの概要

微小すきまの摺動あるいは境界潤滑においては、潤滑剤分子が固体表面に拘束される効果が顕在化するため、摩擦特性,粘弾性特性などトライボロジー特性はバルク特性と異なる。このような効果を解明するために、先端を球状に加工した光ファイバープローブを使用し、ファイバを横方向に微小加振して(ファイバーウォブリング)、これに対する先端球の応答から、摺動すきまをnmオーダで精密制御し、かつ高感度にトライボロジー特性を測定する装置を開発した(図1および2)。

この研究の新規性・独創性

ファイバは軸方向の剛性が高いため、すきまの設定調整の精度が高く、また横振動に対する剛性が低いため、感度を高めることができる。変位を高感度に検出する手法として、先端球をレンズとして利用する変位測定法を考案し、すきま制御精度0.1nmオーダで,摩擦力検出限界として 0.01 nNを実現した。

産学連携を目指した応用研究

ナノ厚さ潤滑膜の粘弾性特性、マイクロTAS用微小流路内液体の粘弾性特性計測。

一言アピール

境界潤滑などナノ領域の相対運動を安定に、かつ高精度に実現する技術の開発を目指して、機能性トライボ表面の創成、ナノ厚さ液膜の力学特性の計測(ピコ変位・ナノ力計測)、分子動力学シミュレーションよるナノ厚さ潤滑膜の挙動解析などの研究を進めている。

キーワード

"境界潤滑""ナノ厚さ液体膜""表面計測""マイクロマシン""バイオ計測""プローブ計測"

保有技術

  • ナノトライボロジーのための微小力学現象計測技術
  • ナノ厚さ潤滑膜の分布計測および制御技術
  • MEMS技術を用いた新規なセンシングデバイス設計・作製技術
  • マイクロナノメカトロニクス機器、DNAなどバイオ機器ための分子シミュレーション技術

主な機器

  • クリーンルーム(クラス1万)
  • 走査型プローブ顕微鏡
  • 光学的表面性状分析装置(OSA)
  • 走査型エリプソメータ

主な特許

  • 特願 2005-234322 記録媒体、記録装置及び記録媒体製造方法

主な論文

  • Shear thinning of nanometer-thick liquid lubricant films measured at high shear rates, S. Itoh, K. Ishii, K. Fukuzawa, H. Zhang, Tribology Letters, vol. 53, pp. 555-567 (2014)
  • ファイバーウォブリング法によるナノ閉じ込めされた分子潤滑膜の粘弾性特性の測定,伊藤伸太郎,福澤健二,張 賀東,三矢保永,日本機械学会論文集(C編) Vol. 70,pp.841-848 (2004)
  • Simultaneously Measuring Lateral And Vertical Forces with Accurate Gap Control for Clarifying Lubrication Phenomena at Nanometer Gap,K. Fukuzawa, K. Hayakawa, N. Matsumura, S. Itoh H. Zhang, Tribology Letters, Vol. 37, pp. 497-505 (2010)