超音波振動を応用した微小摩擦の理解および精密リアルタイム摩擦制御に関する研究

利用超声波振动理解微小摩擦和精确实时摩擦控制的研究

• 批准号: 22K03865
• 负责人: 神 雅彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nippon Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03865/
• 关键词: 超音波振動; 摩擦; 切削; 研磨; 搬送

超精密加工および微小部品搬送に関する分野において，それぞれ，微細な切りくずによる加工面損傷，および部品同士や搬送機への付着が問題となっている．本研究では，その課題解決のために，要因となっている微小摩擦現象を正確に測定し，その摩擦を防止したり制御したりする手法を提案する．摩擦の測定および防止や制御の手法として，切削面や搬送界面に超音波振動を導入する．摩擦の測定においては，超音波振動を利用して微小摩擦特有の液架橋力などの各種微小力を同定する．摩擦の制御に関しては，超音波振動により，摩擦を精密にリアルタイムに制御する技術を開発する．研究初年度の実績として，実験装置の構築に関しては，摺動面には直径80mmのものを設計，製作した．超音波振動数は20kHzとし，振幅は0.05～0.2μmの範囲とした．微小な試験片には，最大のもので重量1.4g（1.0×0.5×0.5mm），最小のもので重量0.022g（0.25×0.125×0.125mm）のセラミックコンデンサーのチップを使用した．研究成果に関しては，はじめに，通常の条件において，実験した最大の試験片では最大静止摩擦係数が0.41であったものが，最小の試験片では，それが0.96に上昇することを確認した．つぎに，摩擦面に超音波振動を導入することで，試験片の大きさに係わらず，摩擦係数が0.1以下に低減することを明らかにした．当年度の研究により，第一に，微小試験片においては，重力以外の付着力が摩擦係数に大きく影響していることを同定することができた．第二に，摺動面に振幅50nm程度の微小な超音波振動を導入することで，付着力の影響をキャンセルすることができ，物体の大きさにかかわらず一定の摩擦係数とすることが可能となることがわかった．すなわち，超音波振動の振幅を調整することで，摩擦係数をリアルタイムにコントロールすることができる可能性を明らかにすることができた．

在超精确加工和微型交通的领域中，由于芯片精细和对零件和输送机的粘附而对加工表面的损害分别成为问题。在这项研究中，我们提出了一种准确测量原因的微观摩擦现象的方法，并防止或控制摩擦以解决此问题。超声振动被引入切割表面和输送界面，作为测量，防止和控制摩擦的方法。在测量摩擦时，超声振动用于识别各种微型晶状体，例如液体交联力。关于摩擦控制，我们将开发一项技术，该技术可以通过超声振动精确地实时控制摩擦。由于研究的第一年，关于实验设备的构建，我们设计和制造了直径为80毫米的滑动表面。超声波频率为20kHz，幅度在0.05至0.2μm的范围内。对于小样品，最大样本重1.4克（1.0 x 0.5 x 0.5 mm），使用重量为0.022g（0.25 x 0.125 x 0.125 mm）的陶瓷尖端。关于研究结果，我们首先确认，在正常条件下，最大标本实验标本的最大静态摩擦系数为0.41，但对于最小的标本，它上升到0.96。接下来，揭示了通过将超声波振动引入摩擦表面，无论样本的尺寸如何，摩擦系数都会降低至0.1以下。首先，今年的研究已经能够确定重力以外的其他粘附力对微测试样中的摩擦系数具有显着影响。其次，发现通过在滑动表面引入约50 nm的小超声振动，可以取消粘附的效果，并且无论物体的大小如何，都可以使摩擦系数保持恒定。换句话说，通过调整超声振动的幅度，可以阐明可以实时控制摩擦系数的可能性。