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Aug 28, 2023

凹凸のある表面によるガラス上の弾性材料の摩擦制御

Rapporti scientifici Volume 12,

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15423 (2022) この記事を引用

2434 アクセス

11 オルトメトリック

メトリクスの詳細

さまざまなテクスチャード加工されたガラス表面上で滑るエラストマーおよびポリアセタールの筆記チップの摩擦挙動を調査するために、サブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャーのピッチサイズと高さが摩擦に及ぼす影響を往復摩擦試験によって調べました。 各ペン先の摩擦係数は、テクスチャーのピッチと高さを変えることによって体系的に変えることができます。 これらの摩擦の変化は、筆記先の凹凸形状と接触部分との関係に基づくものであり、接着摩擦、研磨摩擦、変形摩擦に影響を与える。 ペン先の接触面積よりも小さいピッチの表面テクスチャーを導入することで、摩擦係数を効果的に低減できます。 より高い高さの表面組織を導入することにより、変形摩擦によりエラストマーの摩擦係数を増加させることができます。 これらの挙動は、テクスチャガラス表面のピッチや高さなどのパラメータを変更することで摩擦を制御できる可能性を示しています。

テクスチャード加工された表面を使用してトライボロジー特性を制御することは、滑り表面の状態を改善するためにさまざまな分野で魅力的です1、2、3、4。 たとえば、自動車の分野では、摩擦を制御しエネルギー効率を向上させるためにテクスチャード加工された表面が導入されており、これにより CO2 排出量が削減されます 5,6。 工作機械のガイドウェイ、ジャーナルベアリング、その他のコンポーネントの表面にテクスチャを導入することによって、工作機械のトライボロジー特性を改善することも研究されています7、8、9。

多くの研究が、潤滑条件と非潤滑条件の両方でのトライボロジー特性に対するテクスチャー表面の影響を調べています10、11、12、13、14。 潤滑条件下では、テクスチャード加工された表面は一般に流体力学的潤滑を強化します15、16。 対照的に、無潤滑条件下では、テクスチャーのある表面は見かけ上の接触領域に寄与し、対向面の凹凸レベルでの接着摩擦と摩耗摩擦にも大きく影響します17、18、19、20。 さらに、凹凸のある表面による弾性材料の変形摩擦も摩擦挙動に影響を与える可能性があります 21、22、23、24。 テクスチャード加工された硬い表面の凹凸構造に沿って移動する弾性材料の弾性変形と移動により、弾性材料の疲労摩耗が発生する可能性があります25。

近年、紙の使用量削減や業務効率の向上の観点から、タブレット型コンピュータによる手書き入力が普及してきている26。 手書き入力では、書き心地に影響を与えるペン先の摩擦動作が重要です27。 通常、ユーザーは、滑りやすい平らなガラスの表面にペンを使って書くことに慣れていません。 ユーザーエクスペリエンスを向上させる一般的な方法としては、弾性率の調整やペン先の材質の変更などにより摩擦を高めたり、タブレット端末に凹凸のあるフィルムシートを貼り付けたりすることが挙げられます。 タブレットPCのガラス表面に直接テクスチャーを導入することは、傷つきにくさや透明性、ガラスの質感を保つことができるなどのメリットがあり、注目を集めています。 しかし、ガラスにテクスチャを導入することで手書き入力のエクスペリエンスを向上させることを目的とした研究はわずかしかありません。 以前の研究で、我々は2種類の表面粗さ（サブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャーとナノメートルサイズの微細な粗さ）を使用して摩擦特性を制御できる可能性について報告しました28。 それぞれの粗さは接着摩擦、摩耗摩擦、変形摩擦に影響を与えるため、ペン先とガラスの凹凸面との間の摩擦係数を制御できることが分かりました。 しかし、より大きなサイズの凸面と凹面のピッチと高さが摩擦挙動に与える影響についての議論は不足していました。

本研究では、市販の2種類のペン先の粗さの条件を詳細に変えて、テクスチャガラス上での摩擦挙動を測定しました。 摩擦挙動は、2 種類の粗さを持つテクスチャー加工されたガラス表面に関する往復摩擦試験によって観察されました。1 番目の種類はナノメートル サイズの凹凸によるものです。 この種の粗さは、接着剤と研磨の摩擦に影響を与える可能性があります。 もう 1 つは、サブミリメートルからミリメートルサイズのピッチの表面テクスチャによるもので、変形に影響を与える可能性があります。 特にサブミリからミリサイズのテクスチャのピッチサイズと高さに重点を置きました。 サブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャーと摩擦の変化との関係に基づいて、接着摩擦、摩耗摩擦、および変形摩擦に基づく摩擦メカニズムを解析しました。

この研究で使用したペン先のサンプルは、エラストマーチップ（ACK-20004、ペン先、ワコム株式会社）とポリアセタールチップ（ACK-20001、ペン先、ワコム株式会社）でした（補足図） .S1)。 エラストマーチップは熱可塑性ポリエステルエラストマーからなり、スリットが入った構造となっています。 エラストマー筆記具試験片の先端の表面粗さ（Ｓａ）および曲率半径はそれぞれ約１０．５μｍおよび６８７μｍであり、ポリアセタールチップの表面粗さ（Ｓａ）および曲率半径はそれぞれ約０．７μｍおよび６６５μｍであった。

テクスチャ付きガラス表面の処理は、マイクロスラリージェット処理によって実現されました（補足図S2）29、30、31。 寸法が７０ｍｍ（長さ）×７０ｍｍ（幅）×０．５５ｍｍ（厚さ）の平板ガラス板（平板ガラス板；Ｔ２Ｘ－１、日本電気硝子株式会社、日本）を使用した。 ３重量％のアルミナ粒子（ＷＡ＃８０００、平均直径＝１．２μｍ）を含む純水からなるスラリーを調製した。 ０．２３ＭＰａの圧縮空気を用いて、幅１ｍｍの正方形の噴射ノズルを通してスラリーをガラス表面に垂直に噴霧した。 射出ノズルは、数値制御システムを使用して加工表面と平行に移動できます。 ノズルの速度とピッチを調整することで、テクスチャーのある表面を作成しました。 摩擦試験には未加工のガラス板（平板ガラス板）も使用した。

ガラス表面は、三次元光学表面プロファイラー (NewView 7300、Zygo Co.、米国) を使用して分析されました。 凸面と凹面の両方を示すテクスチャガラス表面の幾何学的パラメータは、3D鳥瞰図とラインプロファイルから定義されました（補足図S3）。 なお、図には凹部のピッチと凸部と凹部の高さも併せて示している。 凸部の75μm×55μmの領域全体の表面粗さ（Sa）を測定しました（補足図S3）。 微小領域での Sa 測定値は測定点によって異なります。 したがって、任意の 10 点の測定結果の平均を計算しました。

摩擦は往復運動試験を行うことによって測定されました（補足図S4）。 試験中、ペン先は配向角60°に固定され、0.98Nと1.96Nの荷重でガラス板に押し付けられました。ストローク50mm、速度5mm/sの往復運動を加えました。室温 (約 25 °C) で 100 サイクル。 摩擦係数はロードセルで測定した摩擦力から算出した。 筆記先は各試験後に交換した。 試験前に表面状態を安定させるため、ガラス筆記体を超純水で 3 回、エチルアルコールで 1 回超音波洗浄し、5 日間放置しました。

スライド運動中の筆記先端とガラス表面の間の接触領域が観察されました（補足図S5）。 観察時は、筆記先を配向角60°に固定し、1.96Nの荷重でガラス板に押し付けました。筆記先とガラス面との接触部をガラスの裏側から観察しました。レーザー顕微鏡（LEXT OLS5000-SAT、オリンパス株式会社、日本）。 Xステージマイクロメータをステッピングモータで動作させ、ストローク12mm、速度1mm/sで左右方向に往復運動を起こさせた。 X ステージ上のガラス標本は、固定された筆記チップに対して移動されました。 装置の振動による観察への影響を軽減するため、往復運動試験よりも遅い速度1mm/sで試験を実施しました。

表１に筆記面試験片として用いたガラス面の表面パラメータを示す。 図1に板ガラスと各ピッチ（高さ21.6～23nm）の観察画像例を示します。 凹凸のあるガラス表面には、連続的かつ均一な凹凸形状が形成されていることがわかります。 さらに、処理されたガラスはすべて透明のままでした 32。 いずれのピッチにおいても、凹凸間の高さが高くなるほど、各点でのアルミナ粒子の衝突率が増加するため、Ｓａは増加する傾向にある。 これらの Sa と高さの増加は、マイクロ スラリー ジェット処理の噴射ノズルの供給速度に基づいていました。 つまり、送り速度が遅いほどサは粗くなり、凹凸の高さは大きくなります。

筆記面試験片としたガラス面の画像（板ガラス、ピッチ500μm、750μm、1000μm）。

図2に往復摩擦試験の実験結果を示します。 2 種類のチップとさまざまな表面の摩擦測定が 2 ～ 3 回行われ、5 回目 (図 2a および c) と 95 回目 (図 2b および d) サイクル後の平均摩擦係数が記録されました 28。 エラストマーチップの場合、すべてのサンプルで往復サイクルの数に応じて摩擦が増加しました (図 2a および b)。 これらの結果はエラストマーの損傷を示しています。 ガラス表面に転写されたエラストマーが存在すると、往復サイクルの回数に応じて摩擦が増加する可能性があります33、34、35。 ポリアセタールチップの場合、摩擦は往復サイクル数に応じてわずかに減少する傾向がありました (図 2c および d)。 同じ傾向がすべてのガラス表面で見られました。 したがって、ガラス表面上の転写されたポリアセタール層の形成は、摩擦係数の低下に寄与すると考えられる36、37、38、39。 さらに、ガラス表面の表面特性と凹凸レベルでの実際の接触は、ペン先とガラス表面の摩擦挙動にとって重要です。 ガラス表面のナノメートルサイズの凹凸は摩擦に影響を与え、エラストマーとポリアセタールの異なる摩擦挙動につながります。 さらに、各ペン先の表面粗さはガラス表面のナノメートルサイズの凹凸よりもはるかに高かったため、ナノメートルサイズの凹凸の寸法は摩擦にほとんど影響を与えませんでした28。 ピッチ間の摩擦挙動の違いは、図 2 で明らかです。エラストマー (図 2a および b) では、エラストマーの高い接着力により、平坦なガラス表面の摩擦係数が最も高くなりました 40,41。 平らなガラス表面に表面テクスチャを導入すると、エラストマーとガラス表面の間の接触面積が減少するため、すべてのテクスチャ表面の摩擦係数が減少します。 すなわち、ナノメートルサイズの凹凸やサブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャーによる接触面積の減少により、粘着摩擦量が減少したと考えられる28,42。 ７５０μｍピッチの摩擦係数は、凹凸形状の高さが増加するにつれて劇的に減少した。 １０００μｍピッチの摩擦係数の低下は、３つのピッチの中で最も遅かった。 ５００μｍピッチの摩擦係数は中間の挙動を示した。 これらの結果は、エラストマーチップの接触領域の直径（約 850 μm）とガラス表面との関係に基づいて解釈できます28。 750 μm のピッチは接触領域の直径 (850 μm) よりも小さく、それに近いため、エラストマーとガラス表面の間の見かけの接触領域を減らすのに重要な役割を果たしている可能性があります。 対照的に、1000μmピッチの場合、ピッチサイズが接触領域の直径よりも大きいため、エラストマーはテクスチャの凹部に容易に到達できます。 したがって、見かけの接触面積の減少は無視できる程度です。 500μmピッチの場合、750μmピッチに比べて見かけの接触面積の影響は小さいものの、凹凸の高さ（〜20nm程度）が高くなるにつれて同等の摩擦係数が得られます。 凹凸の高さが２０ｎｍ以上であると、摩擦係数が高くなる傾向にある。 このように高所での摩擦係数の増加は、エラストマーが凹部に入り込む際の弾性変形による変形摩擦によるものと考えられる42、43、44、45。 500μmピッチと750μmピッチの高さ20nm付近の摩擦係数のバランスは変形摩擦の程度に依存すると考えられ、750μmピッチの凹部にエラストマーが入り込みやすいと考えられる。 1000μmピッチでは他のピッチに比べて凹部にエラストマーが入り込みやすいため、摩擦係数の低下が緩やかでした。 ポリアセタールの場合（図2cおよびd）、ポリアセタールの接着摩擦が低いため、板ガラスの摩擦係数はガラス表面の中で最も低くなりました。 ナノメートルサイズの凹凸が表面に摩耗摩擦を引き起こすため、テクスチャード加工されたガラス表面の摩擦係数は、平らなガラスの摩擦係数と比較して増加しました46、47、48。 どのピッチでも高さが大きくなるほど摩擦係数は低くなる傾向があります。 ピッチ間の摩擦挙動に大きな違いはありませんでした。 以前の研究では、ポリアセタールチップとガラス表面の接触領域の直径は約 180 μm であることが判明しました 28。 したがって、すべてのピッチサイズが接触面積よりも大きいため、ポリアセタールチップはテクスチャの凹部に到達することができました。 ただし、ピッチサイズが大きい（１０００μｍ）と、ポリアセタールチップが凹部に入り込みやすくなる。 したがって、1000μmピッチの摩擦係数は他のピッチに比べて若干高くなった。 凹凸の高さが大きくなると、摺動時にポリアセタールチップが全ピッチの凹部の底に到達しなくなることが考えられる。 その結果、ポリアセタールとガラス表面との間の接触面積が減少し、これがテクスチャード加工されたガラス表面の摩擦係数の低下に寄与する。

エラストマーチップとポリアセタールチップのガラス表面の凹凸高さと摩擦係数の関係。 (a) 5 サイクル後のエラストマー。 (b) 95 サイクル後のエラストマー。 (c) 5 サイクル後のポリアセタール、(d) 95 サイクル後のポリアセタール。

凹凸の高さが大きい場合のエラストマーの変形摩擦の影響を調べるため、750μmピッチでの往復運動試験における印加荷重を1.96Nから0.98Nに変更しました。印加荷重が小さいほど低減効果が期待できます。エラストマーの凹部への変形量。 図 3a は、750 μm ピッチで 1.96 N および 0.98 N の荷重を加えたときの実験結果 (95 サイクルの摩擦係数) を示しています。 1.96 N と 0.98 N での摩擦挙動は高さ約 22 nm までは同様でしたが、高さ 35 nm 付近で違いが観察されました。 負荷荷重が０．９８Ｎの場合は、変形摩擦が低減され、凹凸部の高さが高くなっても摩擦係数は上昇しなかった。 したがって、凸部と凹部の高さが増加すると、凹部に筆記先が進入することによる変形摩擦が増加すると考えられます（図3b）。 摩擦挙動は、摩擦測定結果と、ガラス表面と筆記先との接触による幾何学的要因から決定されました。 これらの挙動を理解するには、ガラス表面と筆記先の間の接触メカニズムに基づいて摩擦を解釈する必要があります。 実際の接触面積に基づいた基礎的な接触力学理論は詳細に展開されている49,50,51,52,53が、粗さの値が大きく異なる2種類の粗面を含むガラスと、粗面を有する筆記具との接触状態は、この研究ではそれを考慮する必要があります。 そこで、今後は接触力学により現象のメカニズムを科学的に解明する予定です。

1.96Nと0.98Nの荷重下での750μmピッチでの摩擦挙動の違い。 (a)1.96Nと0.98Nの荷重下でのエラストマーの摩擦係数とガラス表面の凹凸高さとの関係。 (b) 1.96 Nと0.98 Nの荷重時の変形量の違いの画像。

摩擦係数の変化とサブミリメートルからミリメートルサイズの組織との関係を調べるためには、滑り運動中の接触領域の挙動を観察することが重要です。 しかし、凹凸の高さは非常に低い（～50nm）ため、接触部分の微細な変化を観察することは困難です。 したがって、滑り運動中の観察は、高さ（〜1463 nm）と500 μm間隔の縞模様を備えたサンプルを使用して行われました。 ガラス表面は、固定された筆記チップに対してストライプパターンに垂直な方向に移動されました（図4a）。 図4b、cおよび5a、bおよび補足ビデオ1〜2は、エラストマーとポリアセタールのストライプテクスチャ表面（図4b、5a）と平らなガラス表面（図4c、5b）の観察結果を示しています。 観察のビデオ記録から、エラストマーの場合は 0.25 秒ごと (図 4b および c: (A) ～ (F))、ポリアセタールの場合は 0.10 秒ごとに画像が抽出されました (図 5a および b: (A) ～( J))。 エラストマーの凹凸面（図4b）では、接触部の形状変化が非常に小さく、接触部の規則的な変化（接触部における接触部と非接触部の変動）が確認できました。 。 ゆらぎは接触部分が小さくなったり、大きくなったり、現れたり消えたりする変化（オレンジ色の矢印部分）であり、0.5秒周期で観察できます（図4b）。 さらに、その変動はエラストマーチップのスライド方向に逆らって動いているように見えます。 0.5秒とは、1mm/sの速度（ペン先の滑り速度）で0.5mm移動する周期に相当します。 したがって、これらの変動は、ガラス表面の凹部上のエラストマーの非接触部分を示している可能性があります。 これらの変動はビデオではっきりと見ることができます。 対照的に、エラストマーの平らなガラス表面（図 4c）では、接触部分の規則的な変化は観察されませんでした。 接触部の形状が徐々に変化し、左側への移動が確認された。 これはエラストマーの密着性が高いためと考えられます（赤点線からのずれが確認できます）。 図6にエラストマーチップと凹凸との接触部分のイメージを示します。 筆記先が凸部に接触すると、筆記先の凸部の斜面付近に圧縮応力が発生する。 筆記先が凸部から離れると、発生した圧縮応力が解放され、観察画像では非接触部分が強調されます。 今回の研究では、圧縮応力が解放された領域に隣接する非接触部分のみが明確に観察されましたが、凹部は筆記先と接触していないと考えられます。 ポリアセタールの場合、平らなガラス表面と比較して、テクスチャ表面では0.50秒周期の変動が明確に観察できました（図5aおよびb）。 テクスチャ表面では、接触部分の形状が 0.50 秒後の形状に対応していることがはっきりと観察できます。 ポリアセタールはエラストマーに比べて硬い材質であるため、振動の変動を吸収しにくく、耐久性がありません。 したがって、圧縮応力の解放の観察が容易になります。 エラストマーの格子状パターン（ピッチ：500μm、高さ：560nm（図7a））の観察結果を図7bと補足ビデオ3に示します。図7cはエラストマー先端部と凸部との接触状態を示しています。接触部分の数箇所で同様の 0.50 s 周期の変動が観測されたが、この変動部分は凸部に相当する（図 7c）、変動は主に青点線の範囲内で観測されたこれは、図 7c の凸部（図 7b のオレンジ色の矢印の部分）と一致しているため、エラストマーチップの非接触部分は凸部を通過した後に存在すると考えられます。現象を強調するために高さを高めたテクスチャ表面での実験を行っていますが、凹凸形状の高さが低い場合でも、凸部付近で同様の挙動が発生すると考えられます。

(a) 間隔 500 μm、筆記チップの高さとスライド方向 1463 nm のストライプ パターン。 (b)、(c) 滑り運動中のエラストマーとガラス表面の接触領域の観察 ((b) 0.5 mm 間隔、1463 nm の縞模様、(c) 平らなガラス) とエラストマーの関係の図そしてそれぞれのガラス面。

摺動時のポリアセタールとガラス表面の接触領域の観察（(a) 0.5 mm間隔、1463 nmの縞模様、(b) 平板ガラス）とポリアセタールと各ガラス表面の関係を示したもの。

エラストマー凸部付近の圧縮応力解放後の非接触部分を強調した図。

(a) 間隔 500 μm、ペン先の高さとスライド方向 560 nm の格子状パターン。 (b) 摺動時のエラストマーと格子状パターンガラス面との接触面積の観察（ピッチ：500μm、高さ：560nm）。 (c) エラストマーを格子状パターンガラス面(ピッチ500μm、高さ560nm)に押し付ける前後の接触部の観察。 格子状のパターンは、エラストマーをガラス表面に押し付ける前に観察できます。

ガラス表面に 2 種類の表面粗さを生じさせると、摩擦特性に興味深い効果が生じます。 特に、本研究は、各粗さの役割を理解した上で、サブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャのサイズを制御することにより、摩擦係数を変更できることを示した。 この研究で実証されたフィクション特性の制御は、ペン入力デバイスのユーザー エクスペリエンスの向上とは別に、さまざまな分野で新たな道を開く可能性があります。

往復摩擦試験により、テクスチャード加工されたガラス表面上の弾性材料の摩擦挙動を調査しました。 これらのテストは、2 種類の筆記用チップ (エラストマーとポリアセタール) と、マイクロ スラリー ジェット技術によって調製されたテクスチャード加工されたガラス表面を使用して実施されました。 テクスチャード加工されたガラス表面には、サブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャーとナノメートルスケールの微細な粗さがあり、その結果、接着剤、研磨剤、および変形摩擦によって生じる摩擦挙動の違いが生じます。 本研究では、摩擦特性に影響を与えるサブミリメートルからミリメートルサイズのテクスチャの高さとピッチサイズに特に焦点を当てました。 サブミリメートルからミリメートルサイズの凹凸面の高さとピッチサイズが摩擦挙動に及ぼす影響の違いを観察しました。 重要な結論は次のとおりです。

エラストマーの場合、ペン先の見かけの接触面積と摩擦係数低減のための凹凸面の関係：ピッチ寸法が接触部の直径よりも小さい場合、摩擦係数は接触部の直径に比べて小さくなる傾向にあります。凹凸の高さまで。 それよりもピッチサイズが大きいと摩擦係数の低減が小さくなり、摩擦係数を低減するにはより大きな凹凸の高さが必要となる。

凹凸の高さが大きくなる（ピッチ：750μm、高さ：35nm）と摩擦係数が増加するのは、凹部に筆記先が入り込むことによる変形摩擦によるものである。

ポリアセタールの場合、ペン先と凹凸面との接触面積が全ピッチに比べて小さいため、ピッチサイズの寄与が小さい。 ピッチ サイズが接触面積 (1000 μm) よりもはるかに大きい場合、筆記チップはナノメートル サイズの凹凸での摩耗摩擦の影響を受けやすくなり、他のピッチ (500 μm および 750 μm) よりも高い摩擦係数を持ちます。

凸部通過直後の非接触部の存在については、滑り運動中の接触部の観察からヒントを得ることができた。

私たちは、今回の発見により、ペン入力デバイスのユーザー エクスペリエンスを向上させる開発を加速できると期待しています。

現在の研究中に生成および分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Wandersman, E.、Candelier, R.、Debrégeas, G. & Prevost, A. テクスチャによる摩擦力の変調: 指紋効果。 物理学。 レット牧師。 107、164301。https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.164301 (2011)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Li, J.、Xiong, D.、Dai, J.、Huang, Z.、Tyagi, R. ニッケルベース複合材料の摩擦特性に対する表面レーザーテクスチャーの影響。 トリボル。 内部。 43、1193–1199。 https://doi.org/10.1016/j.triboint.2009.12.044 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Yu, C. & Wang, QJ 地形方向に関する摩擦異方性。 科学。 議員 2、988。https://doi.org/10.1038/srep00988 (2012)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Khojasteh, B.、Janko, M. & Visell, Y. 指とテクスチャーのある表面の間の滑り摩擦力学の複雑さ、速度、スケール。 科学。 議員 8、13710。https://doi.org/10.1038/s41598-018-31818-3 (2018)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Holmberg, K. & Erdemir, A. 世界中および内燃機関と電気自動車におけるエネルギー使用と CO2 排出に対するトライボロジーの影響。 トリボル。 内部。 135、389–396。 https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.03.024 (2019)。

記事 Google Scholar

Holmberg, K.、Andersson, P. & Erdemir, A. 乗用車の摩擦による世界のエネルギー消費。 トリボル。 内部。 47、221–234。 https://doi.org/10.1016/j.triboint.2011.11.022 (2012)。

記事 Google Scholar

中野正人ほか鋳鉄の表面にマイクロテクスチャーを施し、潤滑下での摩擦係数を低減します。 トリボル。 レット。 28、131–137。 https://doi.org/10.1007/s11249-007-9257-2 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Wang, L.、Guo, S.、Wei, Y.、Yuan, G.、Geng, H. マイクロテクスチャーを備えたジャーナルベアリングの摩擦ペア表面の潤滑特性の最適化研究。 メッカニカ 54、1135 ～ 1148 年。 https://doi.org/10.1007/s11012-019-01015-1 (2019)。

記事 Google Scholar

Reinert、L. et al. CNT コーティングされたパターン表面による長期にわたる固体潤滑。 科学。 議員 7、42873。https://doi.org/10.1038/srep42873 (2017)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ronen, A.、Etsion, I. & Kligerman, Y. 往復動する自動車部品の摩擦を軽減する表面テクスチャリング。 トリボル。 トランス。 44、359–366。 https://doi.org/10.1080/10402000108982468 (2001)。

記事 CAS Google Scholar

Krupka, I.、Hartl, M.、Zimmerman, M.、Houska, P. & Jang, S. 過渡速度条件下での弾性流体力学的潤滑接触に対する表面テクスチャリングの影響。 トリボル。 内部。 44、1144–1150。 https://doi.org/10.1016/j.triboint.2011.05.005 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

ムーリエ、L.、マズイエ、D.、ニノーブ、F.-P. & Lubrecht、AA 弾性流体力学的領域におけるレーザー表面テクスチャード加工された表面を使用した潤滑メカニズム。 手順研究所メカ。 工学パート J J.Eng. トリボル。 224、697–711。 https://doi.org/10.1243/13506501JET771 (2010)。

記事 Google Scholar

Xu、X.、Li、Y.、Wu、QMJ テクスチャ分類用の完成した局所収縮パターン。 応用ソフトコンピューティング。 97、106830。https://doi.org/10.1016/j.asoc.2020.106830 (2020)。

記事 Google Scholar

Vlădescu, S.-C.、Olver, AV、Pegg, IG & Reddyhoff, T. レーザー表面テクスチャリングによる往復接触における摩擦と摩耗の低減を組み合わせました。 358～359、51～61を着用してください。 https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.03.035 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Etsion, I. 流体潤滑における表面テクスチャリングのモデリング。 摩擦 1、195–209。 https://doi.org/10.1007/s40544-013-0018-y (2013)。

記事 Google Scholar

Peng, Y. et al. 柔らかい微細パターンの基板上のロボットと人間の指の弾性流体摩擦。 ナット。 メーター。 20、1707 ～ 1711 年。 https://doi.org/10.1038/s41563-021-00990-9 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Flegler, F.、Neuhäuser, S. & Groche, P. 乾燥潤滑および潤滑不足下での EN AW-5083 アルミニウムの凝着摩耗および摩擦挙動に対するシートメタルの質感の影響。 トリボル。 内部。 141、105956。https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.105956 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Zou, M.、Cai, L. & Wang, H. コロイダルシリカナノ粒子溶液のスピンコーティングによって生成されたナノテクスチャ表面の接着力と摩擦の研究。 トリボル。 レット。 21、25～30。 https://doi.org/10.1007/s11249-005-9004-5 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Jourani, A.、Dursapt, M.、Hamdi, H.、Rech, J.、Zahouani, H. 表面テクスチャーに対するベルト研削の影響: 接触と摩耗のモデリング。 259、1137–1143を着用してください。 https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.02.113 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

柴田和也、中島裕子、中西裕一 機械的除去プロセスにより作成された耐指紋性ガラス表面。 Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ． 科学。 工学 14、19-00388-19–00388。 https://doi.org/10.1299/jbse.19-00388 (2019)。

記事 Google Scholar

Hu, J.、Song, H.、Sandfeld, S.、Liu, X.、Wei, Y. 凹凸耕起による動摩擦係数のマルチスケール研究。 摩擦 9、822–839。 https://doi.org/10.1007/s40544-020-0438-4 (2021)。

記事 Google Scholar

Mishra, T.、de Rooij, M.、Shisode, M.、Hazrati, J. & Schipper, DJ 楕円形アスペリティの耕耘挙動に対するアスペリティ ジオメトリの影響を研究するための物質点法ベースの耕耘モデル。 トリボル。 内部。 142、106017。https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.106017 (2020)。

記事 Google Scholar

Bhushan, B. & Nosonovsky, M. 付着および 2 体および 3 体変形 (耕起) による摩擦におけるスケール効果の包括的なモデル。 アクタ・メーター。 52、2461–2474。 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.01.038 (2004)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Liu, Z.、Sun, J. & Shen, W. 塑性変形した金属の表面における耕起と摩擦の研究。 トリボル。 内部。 35、511–522。 https://doi.org/10.1016/S0301-679X(02)00046-4 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

ウー、C.ら。 ロール表面摩耗の影響によるスキンパス圧延における表面組織の転写。 ウェア 476、203764。https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203764 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

リュー、B.、ライ、C.、リン、C.-H. & Gong, Y. 中国語学習におけるタイピングと手書きの比較研究: 総合的なレビュー。 内部。 J.Educ. 解像度 106、101740。https://doi.org/10.1016/j.ijer.2021.101740 (2021)。

記事 Google Scholar

ガース、S.ら。 表面への適応: タブレット コンピューターと紙に書いた場合の手書き対策の比較。 ハム。 移動。 科学。 48、62–73。 https://doi.org/10.1016/j.humov.2016.04.006 (2016)。

論文 PubMed Google Scholar

藤田 直人、山口 英、木下 哲、岩尾 正、中西 裕也。テクスチャーのあるガラス表面上を滑る弾性材料の摩擦挙動。 トリボル。 内部。 171、107539。https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.107539 (2022)。

記事 Google Scholar

中西、Y.、中島 Y.、ファン デル ハイデ、E. マスキングとマイクロスラリー ジェット加工プロセスを組み合わせたガラス表面の微細構造化。 正確です。 工学 67、172–177。 https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2020.09.018 (2021)。

記事 Google Scholar

馬場 哲 他歯科用セラミックの表面処理用マイクロスラリージェット。 バイオサーフ。 バイオトリボル。 5、8～12。 https://doi.org/10.1049/bsbt.2018.0028 (2019)。

記事 Google Scholar

ying, L.、Baba, T. & 中西, Y. マイクロスラリー ジェット浸食を使用した CAD/CAM メタケイ酸リチウム ガラス セラミックの破壊のない表面。 J. Mech. 振る舞い。 バイオメッド。 メーター。 80、59–67。 https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2018.01.022 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Roumili, F.、Benbahouche, S.、Sangleboeuf, J.-C. 重力によってサンドブラスト加工されたソーダライムガラスの機械的強度。 摩擦 3、65–71。 https://doi.org/10.1007/s40544-015-0075-5 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Kasem、H. et al. 医療用注射器の摩擦を軽減するためのゴム製プランジャーの表面テクスチャリング。 摩擦 7、351–358。 https://doi.org/10.1007/s40544-018-0227-5 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Gachot, C.、Rosennkranz, A.、Buchheit, R.、Souza, N. & Mücklich, F. 直接レーザー干渉パターニングによって生成されたペンローズにヒントを得た表面による調整された摩擦特性。 応用サーフィン。 科学。 367、174–180。 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.01.169 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Muhr、AH および Roberts、AD ゴムの磨耗と磨耗。 158、213～228を着用してください。 https://doi.org/10.1016/0043-1648(92)90040-F (1992)。

記事 CAS Google Scholar

Samyn, P.、Schoukens, G.、Quintelier, J. & De Baets, P. さまざまなスチールおよびダイヤモンド ライク カーボン コーティングされた表面に対して滑る焼結ポリイミドの摩擦、摩耗、および物質移動。 トリボル。 内部。 39、575–589。 https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.07.029 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Mergler、YJ、Schaake、RP、Huisint Veld、AJ 滑り接触における POM の材料転写。 256、294～301を着用してください。 https://doi.org/10.1016/S0043-1648(03)00410-1 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Pogačnik, A. & Kalin, M. ポリアセタール (POM) およびスチールに対するポリアミド (PA) のなじみ運転および長期摩擦学的挙動に影響を与えるパラメーター。 290～291、140～148を着用してください。 https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.04.017 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

田中 K. & 宮田 哲. 半結晶性ポリマーの摩擦と移動に関する研究。 41、383～398を着用してください。 https://doi.org/10.1016/0043-1648(77)90016-3 (1977)。

記事 CAS Google Scholar

チェルニャック、ユウ。 B. & Leonov、AI エラストマーの接着摩擦理論について。 108、105～138を着用してください。 https://doi.org/10.1016/0043-1648(86)90092-X (1986)。

記事 CAS Google Scholar

Kendall, K. 滑らかな固体間の転がり摩擦と付着。 33、351～358を着用してください。 https://doi.org/10.1016/0043-1648(75)90288-4 (1975)。

記事 Google Scholar

Tiwari, A.、Tolpekina, T.、van Benthem, H.、Gunnewiek、MK & Persson、BNJ ゴムの接着と摩擦: 表面エネルギーと汚染膜の役割。 フロント。 メカ。 工学 6、620233。 https://doi.org/10.3389/fmech.2020.620233 (2021)。

記事 Google Scholar

Mahdi, D.、Riches, A.、Gester, M.、Yeomans, J. & Smith, P. 回転と滑り: 接着と変形摩擦の分離、および総摩擦に対するそれらの相対的な寄与。 トリボル。 内部。 89、128–134。 https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.12.021 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Moore, DF & Geyer, W. エラストマーのヒステリシス理論の概説。 30、1～34を着用してください。 https://doi.org/10.1016/0043-1648(74)90055-6 (1974)。

記事 Google Scholar

Popov, VL、Dimaki, A.、Psakhie, S.、Popov, M. エラストマーとランダムに粗い自己アフィン表面の間の接触力学および摩擦におけるスケールの役割について。 科学。 議員 5、11139。https://doi.org/10.1038/srep11139 (2015)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Goddard, J. & Wilman, H. 金属の摩耗時の摩擦と摩耗の理論。 5、114〜135を着用してください。 https://doi.org/10.1016/0043-1648(62)90235-1 (1962)。

記事 Google Scholar

加藤和也：金属の摩耗． トリボル。 内部。 30、333–338。 https://doi.org/10.1016/S0301-679X(96)00063-1 (1997)。

記事 CAS Google Scholar

Stupkiewicz, S. & Mróz, Z. 溶銑成形における 3 番目のボディの研磨摩擦と摩耗のモデル。 231、124～138を着用してください。 https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00124-6 (1999)。

記事 CAS Google Scholar

Fischer-Cripps、AC ヘルツ接触面。 J. メーター。 科学。 34、129–137。 https://doi.org/10.1023/A:1004490230078 (1999)。

記事 ADS CAS Google Scholar

パーソン、BNJ ゴムの摩擦理論について。 サーフィン。 科学。 401、445–454。 https://doi.org/10.1016/S0039-6028(98)00051-X (1998)。

記事 ADS CAS Google Scholar

パーソン、BNJ ランダムに粗い表面の接触力学。 サーフィン。 科学。 議員61、201–227。 https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2006.04.001 (2006)。

記事 ADS CAS Google Scholar

パーソン、BNJ ゴムの摩擦と接触力学の理論。 Ｊ．Ｃｈｅｍ． 物理学。 115、3840。https://doi.org/10.1063/1.1388626 (2001)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Persson, BNJ & Tosatti, E. 弾性固体の接着に対する表面粗さの影響。 Ｊ．Ｃｈｅｍ． 物理学。 115, 5597。https://doi.org/10.1063/1.1398300 (2001)。

記事 ADS CAS Google Scholar

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この研究は、科学技術振興機構 (JST) のターゲット駆動型研究開発による適応的かつシームレスな技術移転プログラム (A-STEP) [助成金番号 JPMJTM20SK] によって支援されました。

日本電気硝子株式会社 研究開発グループ 〒520-8639 滋賀県大津市青嵐2-7-1

Naoki Fujita, Takumi Kinoshita, Masaru Iwao & Noriaki Masuda

〒860-8555 熊本市中央区黒髪2-39-1 熊本大学大学院自然科学研究科

Naoki Fujita

熊本大学先端科学技術部〒860-8555 熊本市中央区黒髪2-39-1

Yoshitaka Nakanishi

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NF は研究を提案し、実験を設計しました。 TKが実験を行いました。 NF が草稿を書きました。 MI、NM、YN が原稿を修正し、作品を監修しました。

藤田直樹氏への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

藤田直人、木下達也、岩尾正人 他テクスチャード加工された表面によるガラス上の弾性材料の摩擦制御。 Sci Rep 12、15423 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-19338-7

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受信日: 2022 年 7 月 4 日

受理日: 2022 年 8 月 29 日

公開日: 2022 年 9 月 14 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19338-7

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