成果報告書詳細
管理番号100013368
タイトル平成19年度成果報告書 「高度機械加工システム開発事業(高機能摺動部材と評価技術の開発)」
公開日2009/3/27
報告書年度2007 - 2007
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P05024
部署名機械システム技術開発部
和文要約II.高機能摺動部材と評価技術の開発現在工作機械すべり案内面の位置決め精度を高めるために油潤滑油下において摩擦力変動のより小さい摺動面の開発が求められている。この摩擦力変動を小さくするためには境界潤滑条件における摩擦係数上昇の抑制が必要であり、そのためにはすべり案内面に用いる材料を適切に選定する必要がある。本研究では、面接触・点接触形式の摩擦試験により、境界潤滑領域において摩擦係数変動の小さい摺動材料の検討を行い、1金属-金属の組み合わせより、金属-樹脂系材料の組み合わせの方が低摩擦になりやすいこと及び2Fe-42at%Moなどのモリブデンを含む材料を用いた時、現用の鋳鉄FC300を用いた時より低摩擦・低摩耗になることを明らかにした。また減圧プラズマ溶射法を用いていろいろな結晶構造からなるFe-42at%Mo合金被膜の作製可能であることを明らかにした。「パターニングによる摺動特性発現効果の実証」では、摩擦力の変動を抑えた工作機械案内面の開発を目的として、鋳鉄表面上にパターニングを施し、パターニングが摩擦特性へ与える効果について調べた。パターニングの手法は、シェイパーによる機械加工及び、フォトリソグラフィとサンドブラスト加工の組み合わせによる手法の二種類を用いた。パターンのサイズは数十ミクロン-1mm、深さは6-50ミクロン、形状は溝構造、格子構造、ディンプル構造である。溝状のパターンを施すと、境界潤滑領域では平滑面よりも高い摩擦係数を示し、混合潤滑領域では平滑面より低い摩擦係数を示した。一方、ディンプルパターンを施すと、平滑面よりも低く安定な摩擦係数を示し、混合潤滑領域の拡大が認められた。「パターニング効果の理論的検証」では、案内面に施すパターニングの最適設計を早期に実現し,またパターニングによる潤滑特性変化の現象を理解するために,案内面とスライダの間の流体潤滑計算を行なった.形状,開口部広さ,深さを変えたパターニングのそれぞれについて,荷重,速度,潤滑油粘度を変数にして,摩擦係数,油膜厚さを計算し,パターニング評価を行なった.その結果,摩擦係数変動を抑えるためには溝形状よりもディンプル形状の方が適しており,その深さも10mm前後に最適値があるようである.しかし,摩擦係数変動を抑えると,スライダの浮上量が大きくなり,加工精度に影響を及ぼす可能性がある.今後は,計算精度の向上と,より多くのパターニングで計算を行ない,用途に応じた最適設計を実現できるようにする.「最適な潤滑油分子選定と性能評価技術の研究開発」では、界面選択的な振動分光である和周波分光法を用い、すべり案内面用材料である鉄系材料表面における潤滑剤・添加剤の吸着状態について、溶媒および基板の影響を検討した。和周波分光が摩擦面における分子の吸着構造解析に応用できることが示され、用いる材料に応じて最適な潤滑油及び添加剤分子選定の基盤技術を確立できた。
英文要約2. Development of highly functional lubrication surfaces for machine tools 2.1 Surface coating Recently, machine tools with higher fabrication accuracy are being required by industries such as information appliance and automobile manufacturers. For this purpose, it is necessary to develop sliding guide-ways that, when being lubricated with oil, exhibit lower and more stable friction coefficients. In this study, the friction and wear properties of various kinds of materials were investigated under the boundary lubricating conditions. It was found that the friction coefficients of gray cast iron disk specimens depended on the paired materials much more strongly than the carbon content and heat treatments of the disk specimens. It was also found that Fe-42at% Mo and Mo disk specimens showed lower friction coefficients and wear rates than Fe and cast iron disk specimens. 2.2 Micro-patterning of surfaces The tribological properties of cast iron have been investigated to determine the effect of applying micro-textures on the surfaces. The micro-textured surfaces were prepared by shot blasting combined with photolithography or milling using a shaper. The surface with groove pattern and mesh pattern showed higher friction coefficients than the flat surfaces. The surface with dimple pattern showed lower friction coefficients than the flat surfaces. The results showed that dimple pattern have beneficial effect on lowering friction and the expansion of hydrodynamic lubrication regime by texturing dimple pattern. 2.3 Theoretical prediction of patterning effect The fluid lubrication calculation on slide way was carried out to achieve the best design of Patterning given to the surface of slide way, and to understand the phenomenon of the lubrication characteristic change by Patterning. In the calculation, the shape and the size of Patterning were evaluated by comparing the coefficient of frictions and film thickness when load, speed and lubricating oil viscosity changed. As a result, it was clarified that the dimple shape is more suitable than the ditch shape to suppress the friction coefficient change, and that there were optimal values in the depth of the dimple. 2.4 Surface vibrational spectroscopy, such as sum-frequency spectroscopy, has been used to obtain the vibrational spectra of oleic acid adsorbed at iron-based materials-lubricants interface. The surface structures inferred from the vibrational spectra. The surface structures of adsorbed oleic acid were varied depending on the substrate material and solvent.
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