日本トライボロジー学会、機能性コーティングの最適設計技術研究会を開催

 日本トライボロジー学会の会員提案研究会である「機能性コーティングの最適設計技術研究会」(主査:上坂裕之 岐阜大学教授)は7月23日、東京都江東区の東京都立産業技術研究センター本部で第12期 第1回(通算第16回)会合を開催した。協賛は表面技術協会 高機能トライボ表面プロセス部会(代表幹事:上坂裕之氏)。

kat19080301開催のようす

 同研究会は、窒化炭素(CNx)膜、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜等の硬質炭素系被膜および二硫化モリブデン等の固体潤滑被膜を実用化する上で重要となるコーティングの最適設計技術の向上を目指し、幅広い分野の研究者・技術者が集い、トライボロジー会議でのシンポジウムの開催や研究会での話題提供と討論を行っている。

 当日はまず上坂主査が、「本研究会は、前主査の梅原徳次氏(名古屋大学)や加納 眞氏(元日産自動車)などが中心となって、コーティングの機能をより良く発現させるための摩擦のメカニズムの解明などに着目して、スタートした。現在もそうした点にフォーカスして活動していることに変わりはないが、それがコーティング技術自体から少し外れたものでも、その時々の最先端のコーティングに関わるテーマをも併せて、取り上げていきたいと考えている。今回のテーマは“スマートサーフェス”。コーティングは通常、摩擦されるときの荷重や湿度といった環境の影響を受けてパッシブに自分自身が変わっていく材料。これに対して、スマートサーフェスという考え方は、表面の材料そのものが積極的に、ある意図に沿って自分自身を変えて、摩擦摩耗特性を制御していこうというもので、今回は、そうした考え方に基づく研究を2件紹介いただく。コーティング技術そのものではないが、コーティングの研究に生かせる知見が得られるものと思う」と開会挨拶を行った。

kat19080302上坂 氏

 続いて、以下のとおり講演がなされた。

「可変な凹凸構造を活用したトライボロジー機能の拡張」大園拓哉氏(産業技術総合研究所)…ほとんどの材料表面には凹凸があり、その凹凸が材料の手触りや摩擦、付着、濡れ性、光学特性など多くの表面の性質に関与している。本講演では、可変な凹凸のデザインとして、ゴムのようなやわらかい基材を利用したシワを中心に構造可変性を紹介したうえで、トライボロジー機能の拡張可能性に向け、その摩擦特性等への影響についての最近の話題を紹介した。摩擦のオンデマンド制御として、ひずみの印加等で凹凸が制御できるシワの可変性を摩擦の制御に使い、状況に応じて摩擦を変えられる表面を提案した。また、ゴム表面への織布の貼り付けなど材料複合化によって、摩擦の荷重依存性をデザインする方法を提案した。さらに、瞬時に付着力を可変できる新しいグリップ素材への応用が期待できる例として、ガラスビーズを埋め込んだゴムシート表面の引っ張りに伴うシワの凹凸変化による付着制御への活用や、温度によって粘弾性を可逆的に変化させ付着力を可変できる液晶エラストマーによる付着制御への活用などを紹介した。

kat19080303大園 氏

「変形する機能性表面を用いた摩擦の能動的制御-スマートサーフェスへの挑戦」村島基之氏(名古屋大学)…一般的な摩擦材料は通常、使用部位に応じて、摩擦力を下げるなら下げる、上げるなら上げるという、ある特性の性能に特化した機能を有する。しかし生物に学ぶと、同じ材料であっても表面の形状を制御することで様々な特性を発現させている例が多く見られる。本講演では、そういった事例に学んで開発された、表面形状が能動的に変形する新しい機能性表面「スマートサーフェス」を用いた摩擦制御技術に関して紹介した。ダイヤフラム構造変形部を有するシリンダ材料を3Dプリンタにより造形、この変形表面(スマートサーフェス)は固体材料でありながら数百μm以上の大変形および乾燥摩擦中での0.3~0.5の範囲における摩擦係数の能動的制御に成功した。このスマートサーフェスの流体中での能動的摩擦制御の可能性を検討、変形しない従来表面では達成不可能だった能動的摩擦制御による有用性を検討した。変形表面を用いた流体中摩擦の能動的制御性を明らかにするとともに、ストライベック曲線から、その変化メカニズムを考察。特に、平坦表面の摩擦係数と比較して、低減させることも増加させることも可能であるという重要な結果が示された。

kat19080304村島 氏

「塩素含有DLC膜の摩擦摩耗特性に関する研究」徳田祐樹氏
(東京都立産業技術研究センター)…ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜への軽元素や金属元素の添加による表面機能の向上が実現されている。本講演では無潤滑環境におけるDLC膜のさらなる低摩擦化を目指して、PBII&D法により膜中に塩素を添加した塩素含有DLC膜の開発を試みた結果について紹介した。ディスクに塩素含有DLC膜を被覆し、アルミニウム合金A6061や軸受鋼SUJ2、ステンレスSUS304、セラミックス材料SiCおよびAl2O3の5種類のボールを用いた摩擦摩耗試験の結果、塩素含有DLC膜が摩擦相手材の材種に応じて異なる摩擦特性を示すことが分かった。微量な添加量でも大幅な摩擦係数の低下が認められたアルミニウム合金の摩擦面には、トライボ反応によって塩化アルミニウム六水和物が形成。この塩化アルミニウム六水和物がポリアルファオレフィン(PAO)4と同等の高粘度を有するトライボフィルムとして潤滑剤の役割を担うことで、固体接触の防止によって低摩擦化効果が発現する、という塩素含有DLC膜の低摩擦化メカニズムについて考察した。

kat19080305徳田 氏