(57)【要約】【課題】  停止を伴う往復しゅう動特性、低速での回転しゅう動特性に優れる周期構造を有する低摩擦しゅう動面構造。【解決手段】  しゅう動面１０ａは、格子状などの鏡面部分１１ａと、鏡面部分１１ａで区切られた離散的な複数の領域１２ａのそれぞれに形成した周期構造１３ａで構成される。グレーティング状凹凸の周期構造１３ａは、しゅう動面１０ａのしゅう動方向Ｘと平行または直交方向に揃えて形成される。隣接する周期構造１３ａが鏡面部分１１ａで区画され、周期構造１３ａの凹部１５の両端開口が鏡面部分１１ａで堰き止められることから、周期構造１３ａの油膜保持能力が安定し、増大することで、往復しゅう動特性のみならず回転しゅう動特性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体材料表面を成す鏡面部分の離散的な複数の領域にグレーティング状の周期構造を形成したことを特徴とする低摩擦しゅう動面。
【請求項２】
前記複数の領域のそれぞれが略同一形状、略同一面積で、当該領域全面に周期構造を形成したことを特徴とする請求項１に記載の低摩擦しゅう動面。
【請求項３】
前記周期構造をしゅう動方向と略平行な方向に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の低摩擦しゅう動面。
【請求項４】
前記周期構造のグレーティング状凹凸の振幅と、グレーティング状凹凸の凹部の前記鏡面部分からの深さを略同一とし、かつ、グレーティング状凹凸の最大凸部の高さが前記鏡面部分と面一な高さ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低摩擦しゅう動面。
【請求項５】
前記周期構造のグレーティング状凹凸の振幅が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低摩擦しゅう動面。
【請求項６】
前記周期構造のグレーティング状凹凸の周期ピッチが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の低摩擦しゅう動面。
【請求項７】
固体材料表面を成す鏡面部分の離散的な複数の領域にグレーティング状の周期構造を形成する方法で、
前記固体材料表面に加工閾値近傍のフルエンスで直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバーラップさせながら走査して自己組織的に周期構造を形成すると共に、レーザ照射を間欠的に行うようにして前記離散的な複数の領域のみに方向の揃った周期構造を形成することを特徴とする低摩擦しゅう動面形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体材料表面にレーザー照射で微細な凹凸を周期的に形成して成る低摩擦しゅう動面とその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模での温暖化、環境破壊が大きな問題となっている。なかでも自動車や産業機器におけるしゅう動部の摩擦損失を低減することが重要な課題になっている。そこで、しゅう動部品の表面に溝やディンプルなどの微細な凹凸を形成することで摩擦力の低減や耐焼き付き性の向上を図る研究が行われている。一方、加工閾値近傍のフルエンスで直線偏光のフェムト秒レーザでしゅう動部品表面を走査すると、サブミクロンの周期ピッチと振幅（高低差）を持つグレーティング状の周期構造を自己組織的に形成することができる（例えば、非特許文献１参照）。この加工法を用いると難加工材に対しても容易に微細な周期構造を形成できる上、偏光方向を変化させるだけで周期構造の方向を任意に設定できる。連続回転するしゅう動面に放射状やスパイラル状の周期構造を形成することで、摩擦係数を大きく低減できる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
図１０は、周期構造作成装置の模式図である。レーザ発生装置３１からフェムト秒レーザ１をＸ−Ｙ−θステージ３５上の固体材料２の鏡面研磨された表面に照射する。レーザエネルギーは、1/2波長板３２と偏光ビームスプリッタ３３を用いて調整可能であり、レンズ３４で集光されて固体材料２の表面に照射される。
【０００４】
図１１は、周期構造形成メカニズムの概略斜視図である。同図において、１ショット１パルスのパルスレーザを固体材料２の表面に照射すると、入射光のｐ偏光成分と、表面散乱光のｐ偏光成分との干渉が起こり定在波が生じる。入射光のフルエンスがレーザの閾値近傍の場合、入射光のｐ偏光成分と表面に沿った散乱光のｐ偏光成分の干渉部分がアブレーションされる。一旦アブレーションが始まり表面粗さが増加すると、次の１ショットのレーザ照射時には表面散乱光の強度が増加し、さらにアブレーションが進むと共に、１波長λ離れた位置でも干渉が起こる。入射光が直線偏光の場合、レーザ照射を繰り返すと、それによって入射光の波長λとほぼ同じ間隔で干渉が生じることにより、周期構造が自己組織的に作成される。この周期構造の凹凸は、レーザ照射の繰り返しによって波長オーダーまで成長するが、それ以上パルスレーザを照射すると、凹凸が不明瞭になる。したがって、同位置に照射されるショット数を制御し、パルスレーザをオーバーラップさせながら走査させることで、周期構造を固体材料２の表面に広範囲に拡張することができる。
【０００５】
このように形成された周期構造は、サブミクロンオーダの周期ピッチと凹凸高低差の振幅を持ち、しゅう動部の摩擦損失の低減に大きく寄与する。例えば、偏光角により周期方向を制御した周期構造を、超硬合金の静止試験片に設け、リングオンディスク試験で摩擦係数の変化を調べた結果、周期構造の形成によって摩擦係数が低減することや、周期方向の制御により、流体潤滑領域や負荷能力・摩擦係数などのトライボロジー特性を、用途に応じて調整できる（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】沢田博司，川原公介,二宮孝文,黒澤宏,横谷篤至：フェムト秒レーザによる微細周期構造の形成，精密工学科会誌,69,4,(2003)554.
【非特許文献２】沢田博司，川原公介,二宮孝文,森淳暢，黒澤宏：フェムト秒レーザによる微細周期構造のしゅう動特性に及ぼす影響，精密工学科会誌，70,1(2004)133.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しゅう動部品表面に形成した周期構造は、しゅう動部品表面を低摩擦しゅう動面にして自動車や産業機器のしゅう動部の摩擦損失を低減させる優れた効果を有する。しかし、このような効果は、定方向に連続回転する回転体のような連続しゅう動面において発揮できるが、定方向にしゅう動し、一旦停止してから逆方向にしゅう動する動作を繰り返す往復しゅう動面においては、上記効果を発揮させることが難しい。すなわち、しゅう動面の全面にしゅう動方向を横切るように凹凸の周期構造を形成している場合、凹凸の凸部に正対する部分では、しゅう動する２面間の隙間が小さくなり、いわゆるくさび効果による負荷能力が生じ、油膜が形成されるために、しゅう動面の摩擦損失を低減できる。しかし、しゅう動面が往復しゅう動面の場合、凹凸の凹部が両端開口の溝構造であることから、しゅう動が一旦停止したときに凹部の開口端から油膜が流出するといった側方漏れが発生し、周期構造上での油膜保持能力が低減して油膜が減少し、再起動時のしゅう動部の摩擦損失を増大させる。このことは、次の具体的な往復しゅう動試験から明白である。
【０００７】
図１２（Ａ）は、周期構造を形成しない鏡面のみの静止側試験片３ａを示す。図１３（Ａ）は全面パターンで周期構造４を形成した静止側試験片３ｂを示す。各静止側試験片３ａ、３ｂにはφ20ｍｍ（しゅう動方向は２面幅18ｍｍに面取り）の超硬合金を用い、周期構造形成前の表面はRa0.05μｍ以下とした。図示しない駆動側試験片には50ｍｍ×30ｍｍの超硬合金を用い、しゅう動面粗さはRa0.05μｍ以下とした。しゅう動試験時の荷重は30Nとし、しゅう動面に75ｍｇのタービンオイル（VG32）を供給し、しゅう動長10ｍｍ、しゅう動速度1ｍｍ/s、しゅう動端停留時間1sで摩擦係数が定常な状態になるまでなじみ運転し、24時間停止後、上記条件で再起動させた際の摩擦係数の変化を調べた。
【０００８】
図１２（Ｂ）に周期構造を形成しない鏡面の試験片３ａにおける再起動後１往復目の摩擦係数の変化を定常状態の値と共に示す。鏡面の試験片３ａでは、定常時はしゅう動時間に関わらず一定の摩擦係数を示し、しゅう動端での１ｓの停留では油膜にほとんど影響を与えていない。しかし、再起動直後の摩擦係数低減の応答が悪く、しゅう動２ｓ後（しゅう動距離２ｍｍ）での摩擦係数は最大摩擦係数の６０％あり、しゅう動８ｓ後（しゅう動距離８ｍｍ）以降は摩擦係数の低下傾向が消失している。摩擦係数が0.01になるまでには１０往復以上必要である。このような鏡面の試験片３ａでは、意図しない試験片のうねりや弾性変形等しか油膜形成に寄与しないため、摩擦係数低減の応答が悪いものと考えられる。
【０００９】
図１３（Ｂ）に全面パターンで周期構造４を形成した試験片３ｂにおける再起動後１往復目の摩擦係数の変化を定常状態の値と共に示す。全面パターンでは定常状態においても鏡面の試験片３ａのように一定の摩擦係数を示すことはなく、駆動が掛かった直後には高い摩擦係数を示し、しゅう動時間の増加と共に摩擦係数が低減する。全面パターンはしゅう動時にはくさび効果により負荷能力が生じ、油膜が形成されるが、周期構造４の凹凸における凹部（溝）が側面に開放されているため、停止時の油膜保持能力が低くなり、１ｓの停留時間を挟むと油膜切れを起こし、１０往復しても高い摩擦係数を示す。このような全面パターンの周期構造４は連続的にしゅう動する回転体では優れた特性を示すが、往復しゅう動では致命的な欠陥となる。しかも、側方漏れを起こすため、しゅう動時の摩擦係数低減の応答も悪い。
【００１０】
本発明の目的とするところは、停止を伴う往復しゅう動特性にも優れるしゅう動面構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するため、固体材料表面を成す鏡面部分の離散的な複数の領域にグレーティング状の周期構造を形成したことを特徴とする。
【００１２】
ここで、固体材料表面は超硬合金などの鏡面で、周期構造が形成される離散的な複数の領域と区別するため鏡面部分と称する。周期構造が形成される離散的な複数の領域のおのおのは鏡面部分で区分けされる。離散的とは、複数の領域のいずれもが鏡面部分を介し互いに離隔し、分散していることを意味する。周期構造が形成される複数の領域のおのおのの形状、面積、周期構造の方向は、しゅう動面の形状、面積、用途に対応させて様々に設定される。複数の領域のいずれの領域も鏡面部分で区分けされているため、領域内に形成した周期構造のグレーティング状凹凸の凹部（溝）の端は鏡面部分との境界部分に位置して、溝端の開口が鏡面部分で堰き止められた状態となり、油膜の側方漏れが抑制され、油膜保持能力が高く維持される。
【００１３】
本発明においては、複数の領域のそれぞれが略同一形状、略同一面積であり、各領域の全面に周期構造を形成することができる。ここで、略同一とは、巨視的にみれば同一であるが、微視的にみると許容範囲内で微小な相違があることを意味する。離散パターンで分散する複数の各領域の形状は矩形や扇形、円形などが選択できる。複数の領域の形状、面積を略同一にすることで、各領域での周期構造の形成が容易になり、しゅう動面全体のしゅう動特性を均一にすることができる。
【００１４】
また、本発明においては、複数の領域に形成される周期構造をしゅう動方向と略平行な方向に揃えることができる。周期構造の方向は、グレーティング状凹凸方向と直交する凸部方向または凹部方向で、この方向がしゅう動方向と平行になるよう周期構造を形成する。このようにすると、周期構造の凹部端からの油膜側方漏れがより確実性よく抑制でき、油膜保持能力に優れたものとなる。
【００１５】
また、本発明においては、周期構造のグレーティング状凹凸の振幅と、グレーティング状凹凸の凹部の鏡面部分からの深さを略同一とし、かつ、グレーティング状凹凸の最大凸部の高さを鏡面部分と面一な高さ以下にする。さらに、本発明においては、周期構造のグレーティング状凹凸の振幅を１μｍ以下にする。また、周期構造のグレーティング状凹凸の周期ピッチを１０μｍ以下にする。
【００１６】
このようなグレーティング状凹凸のいずれかの寸法規制を実施することで、または、全ての寸法規制を実施することで、しゅう動面における周期構造と鏡面部分の協働によるしゅう動性能をより良好で、より安定したものにすることができる。
【００１７】
また、本発明方法は、固体材料表面を成す鏡面部分の離散的な複数の領域にグレーティング状の周期構造を形成する方法で、固体材料表面に加工閾値近傍のフルエンスで直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバーラップさせながら走査して自己組織的に周期構造を形成すると共に、レーザ照射を間欠的に行うようにして離散的な複数の領域のみに方向の揃った周期構造を形成することを特徴とする。
【００１８】
ここでの間欠的なレーザ照射は、例えばレーザ発生装置からのレーザ発振のオン／オフ制御で行う、或いは、レーザ発生装置から発振されるレーザの光路に配置した遮光板による遮光制御で行うことができる。このようにレーザ照射を間欠的に行って離散的な複数の領域のみに周期構造を形成することで、各領域に方向の揃った周期構造の形成が容易になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、しゅう動面に離散的に形成された複数の周期構造のそれぞれが鏡面部分で区分けされているため、各周期構造のグレーティング状凹凸の凹部両端が鏡面部分で堰き止められた形となり、各周期構造における油膜保持能力が増大して、しゅう動後の摩擦係数低下の応答が良くなり、往復しゅう動特性や回転しゅう動特性を一段と向上させることができる。特に、周期構造をしゅう動方向と平行にすることで、しゅう動特性を安定させ、尚一層に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。また、各種の実施の形態におけるしゅう動面のしゅう動試験結果を図５〜図９を参照して説明する。
【００２１】
図１（Ａ）に示す円形のしゅう動面１０ａは、格子状パターンの鏡面部分１１ａと、鏡面部分１１ａで全周が囲まれた離散的な複数の矩形領域１２ａに形成した周期構造１３ａで構成される。１つの矩形領域１２ａは、例えば0.3ｍｍ×1.0ｍｍの長方形で、この領域全面に周期構造１３ａがしゅう動面１０ａのしゅう動方向Ｘと平行な方向で形成される。隣接する周期構造１３ａが例えば0.3ｍｍ幅の鏡面部分１１ａで区画される。鏡面部分１１ａは、縦横格子状に連続した一面である。このような鏡面部分１１ａの幅やパターン、周期構造１３ａの領域サイズや形状は特に限定されるものではない。周期構造１３ａを形成する前のしゅう動面１０ａの全面が平坦な鏡面であり、この鏡面の離散した複数の矩形領域１２ａに加工閾値近傍のフルエンスで直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバーラップさせながら走査して自己組織的に周期構造１３ａを形成する。この周期構造１３ａの形成は、図１０の装置を使って行えばよい。この場合、例えば図１０装置のレーザ発生装置３１からレーザ発振をオン／オフ制御することで、離散的な複数の矩形領域１２ａのみに周期構造１３ａを同じ方向性で形成する。以下、図１のしゅう動面１０ａを、他の実施の形態と区別するために必要に応じて平行間欠のしゅう動面１０ａと称する。
【００２２】
図１（Ｂ）は、鏡面部分１１ａと周期構造１３ａの部分拡大断面図である。周期構造１３ａは、グレーティング状凹凸を形成する凸部１４と凹部１５を有する。グレーティング状凹凸の平均的な振幅ｈを１μｍを超えない大きさにし、凹部１５の鏡面部分１１ａからの深さｉと振幅ｈがほぼ同じになるようにしてある。また、グレーティング状凹凸の最大の凸部１４の高さを鏡面部分１１ａと面一な高さ以下にして、凸部１４の頂点が鏡面部分１１ａより低い位置にあり、鏡面部分１１ａより上に突出しないようにしてある。さらに、周期構造１３ａのグレーティング状凹凸の周期ピッチｐを１０μｍを超えない大きさにする。このような寸法規制の理由は、後述のしゅう動試験のところで説明する。なお、前述の寸法規制は、図２〜図４の他の実施の形態においても同様に適用される。
【００２３】
図２に示す円形のしゅう動面１０ｂは、格子状パターンの鏡面部分１１ｂと、鏡面部分１１ｂで全周が囲まれた離散的な複数の矩形領域１２ｂに形成した周期構造１３ｂで構成される。１つの矩形領域１２ｂは、0.3ｍｍ×1.0ｍｍの長方形で、この領域全面に周期構造１３ｂがしゅう動面１０ｂのしゅう動方向Ｘと直交する方向で形成される。隣接する周期構造１３ｂが0.3ｍｍ幅の鏡面部分１１ｂで区画される。この図２のしゅう動面１０ｂは、図１のしゅう動面１０ａを９０°回転させたものに相当し、以下、必要に応じて図２のしゅう動面１０ｂを直交間欠のしゅう動面１０ｂと称する。
【００２４】
図３に示す円形のしゅう動面１０ｃは、縞状パターンの鏡面部分１１ｃと、隣接する鏡面部分１１ｃの間に形成された縞状パターンの離散的な複数の領域１２ｃに形成した周期構造１３ｃで構成される。鏡面部分１１ｃの幅は約1ｍｍであり、縞状領域１２ｃの幅は約1ｍｍである。この領域全面に周期構造１３ｃがしゅう動面１０ｃのしゅう動方向Ｘと直交する方向で形成される。以下、必要に応じて図３のしゅう動面１０ｃを直交縞状のしゅう動面１０ｃと称する。
【００２５】
以上の図１〜図３の各実施の形態は、停止を伴う往復しゅう動に適する。図４に示す実施の形態の円形しゅう動面１０ｄは、回転しゅう動に適する。この図４のしゅう動面１０ｄは、円形のリング形状をなし、リング状に離散する複数の領域１２ｄにグレーティング状凹凸の周期構造１３ｄを形成している。領域１２ｄは、0.3ｍｍ×0.4ｍｍの扇形的な矩形領域で、周囲に0.1ｍｍ幅の鏡面部分１１ｄが存在する。このしゅう動面１０ｄのしゅう動方向Ｘ’はしゅう動面１０ｄの中心を中心とする周方向で、このしゅう動方向Ｘ’に各周期構造１３ｄの方向が揃えてある。
【００２６】
次に、図１〜図３の各実施の形態の往復しゅう動試験を順に説明し、最後に図４の実施の形態による回転しゅう動試験を説明する。なお、往復しゅう動試験は図１２と図１３で説明した試験と同様に、加重は30Nとし、しゅう動面に75ｍｇのタービンオイル（VG32）を供給し、しゅう動長10ｍｍ、しゅう動速度1ｍｍ/s、しゅう動端停留時間1sで摩擦係数が定常な状態になるまでなじみ運転し、24時間停止後、上記の条件で再起動させた際の摩擦係数の変化を調べた。
【００２７】
・［平行間欠しゅう動面１０ａの往復しゅう動試験］
図５に、平行間欠パターンで周期構造１３ａを形成したしゅう動面１０ａを有する試験片における再起動後１往復目の摩擦係数の変化を定常状態の値と共に示す。平行間欠パターンでは周期構造１３ａの凹部１５の端が鏡面部分１１ａで堰き止められた形になっているため、全面パターンとは異なり、しゅう動端での停留でも油膜が切れにくい。従って、しゅう動端での1sの停留では油膜にほとんど影響を受けず、定常状態では鏡面の試験片と同様に、しゅう動時間に関わらず一定の摩擦係数を示した。また、しゅう動時には周期構造の凹部１５に沿って流れる潤滑油が鏡面部分１１ａで堰き止められ、凹部１５と鏡面部分１１ａの境界部分で大きな圧力が生じることから、しゅう動方向に平行な周期構造でありながらも負荷能力が生じる。さらも幅方向にサブミクロンの間隔で凸部１４により仕切られているため、側方漏れがほとんど発生せず効率的に負荷能力が生じることから、再起動後の摩擦係数の応答が極めて早く、しゅう動２ｓ後（しゅう動距離２ｍｍ）での摩擦係数は0.02以下まで低減され、しゅう動６ｓ後（しゅう動距離６ｍｍ）での摩擦係数はほぼ定常状態と同じになる。２回目以降のしゅう動始めの摩擦係数は0.01と低くなり、１０回目となると定常状態と変わらない摩擦係数変化を示す。周期構造１３ａの凸部１４は鏡面部分１１ａに対し突出させず、かつ、周期構造１３ａを鏡面部分１１ａで完全に仕切られた区画に形成することで、停止後の再起動時など油膜が極めて薄い場合には、周期構造１３ａを形成した区画全体が油溜まりとして作用し、起動直後から負荷能力を生じる機能を併せ持つことになる。
【００２８】
また、起動や停止時には、鏡面部分１１ａでしゅう動相手側をしゅう動させることになり、周期構造１３ａと相手側の間には油膜が介在するのみとなるので、周期構造１３ａとしゅう動相手側の摩耗が極力抑制される。周期構造１３ａの凸部１４が鏡面部分１１ａに対し少しでも突出すれば、この突出凸部がしゅう動相手側に当接して油膜保持能力を低下させ、両者間で摩耗が発生し易くなる。また、周期構造１３ａの凹凸に応じてしゅう動時に形成される油膜の厚さが決まる。油膜が厚くなると剛性の低下や、停止時と起動時の油膜厚変動が大きくなり、しゅう動精度の低下をもたらすため、グレーティング状凹凸の平均的な振幅ｈを１μｍを超えない大きさにする。また、側方漏れを極力低減するためには周期ピッチｐが小さい方が望ましく、しゅう動材の意図しないうねりの影響を受けないように、周期ピッチｐを１０μｍを超えない大きさにする。凹部１５の鏡面部分１１ａからの深さｉを振幅ｈの２倍、３倍以上と大きくして、鏡面部分１１ａから深いところに周期構造１３ａを形成すると、保持できる油膜量が増大するが、しゅう動時に周期構造１３ａによる側方漏れ防止効果が低下するため、凹部１５の鏡面部分１１ａからの深さｉが振幅ｈの１〜２倍の範囲となるようにする。
【００２９】
・［直交間欠しゅう動面１０ｂの往復しゅう動試験］
図６に、直交間欠パターンを形成したしゅう動面１０ｂにおける再起動後１往復目の摩擦係数の変化を定常状態の値と共に示す。直交間欠パターンでは、幅方向に0.3ｍｍ毎に鏡面部分１１ｂで仕切られているため、側方漏れが全面パターンと比較すると大きく低減され、再起動後の摩擦係数低減の応答は平行間欠パターンに次いで早く、しゅう動２ｓ後（しゅう動距離２ｍｍ）での摩擦係数は最大摩擦係数の1/3まで低減され、しゅう動端付近では摩擦係数は0.01まで低下した。この場合も、１０回目となると定常状態と変わらない摩擦係数変化を示す。
【００３０】
・［直交縞状しゅう動面１０ｃの往復しゅう動試験］
図７に縞状パターンを形成したしゅう動面１０ｃにおける再起動後１往復目の摩擦係数の変化を定常状態の値と共に示す。縞状パターンでは１ｍｍ毎に残る鏡面部分１１ｃにより側方漏れが低減されるため、しゅう動端での１ｓの停留では油膜切れを起こすことなく、定常状態では鏡面の試験片と同様に、しゅう動時間に関わらず一定の摩擦係数を示した。また、しゅう動時には周期構造１３ｃによる負荷能力も生じるため、再起動後の摩擦係数はしゅう動時間と共に減少し、しゅう動端付近では摩擦係数は0.015まで低下し、１０往復目で摩擦係数は定常状態とほぼ同一になる。縞状パターンの場合は、平行間欠パターンや直交間欠パターンほど摩擦係数低減の応答性は高くないが、簡便に形成できる利点がある。
【００３１】
・［図４しゅう動面１０ｄの回転しゅう動試験］
本発明は往復しゅう動に限らず、回転しゅう動にも有効である。図４のしゅう動面１０ｄの回転しゅう動試験は、鏡面およびグレーティング状の周期構造を離散的に形成した10ｍｍ、外径16ｍｍのリング形状のしゅう動面１０ｄに対してリング・オン・ディスクしゅう動試験で行った。しゅう動面１０ｄにおいては、周期構造１３ｄが0.3ｍｍ×0.4ｍｍの矩形領域で、その周囲に0.1ｍｍの鏡面部分１１ｄが残るように配置している。荷重は10Nで一定とし、純水中でしゅう動速度を1.2m/sから0.15m/sまで１分毎に階段的に減速させた。このときのしゅう動速度の変更パターンを図８に示す。
【００３２】
離散的に周期構造１３ｄを形成したしゅう動面１０ｄにおいては、図９（Ａ）に示すようにしゅう動速度低下に伴い摩擦係数が減少する流体潤滑領域に特徴的な現象を全領域（1.2m/s〜0.15m/s）で示した。なお、鏡面の試験片を用いた実験では図９（Ｂ）に示すように、速度が低下するに従い摩擦係数が増加していく。また、周期構造を離散的にせず全面に形成した場合には、最も広い範囲で流体潤滑を示した放射状の周期構造でも0.35m/s未満では混合潤滑となったことから（非特許文献２参照）、しゅう動面１０ｄのように離散的に周期構造１３ｄを形成することで、しゅう動特性の向上が可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ）は本発明に係る低摩擦しゅう動面の実施の形態を示す部分拡大図を含む平面図、（Ｂ）はしゅう動面の部分拡大断面図である。
【図２】低摩擦しゅう動面の他の実施の形態を示す部分拡大図を含む平面図である。
【図３】低摩擦しゅう動面の他の実施の形態を示す部分拡大図を含む平面図である。
【図４】低摩擦しゅう動面の他の実施の形態を示す部分拡大図を含む平面図である。
【図５】図１しゅう動面の往復しゅう動試験を説明するための摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図である。
【図６】図２しゅう動面の往復しゅう動試験を説明するための摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図である。
【図７】図３しゅう動面の往復しゅう動試験を説明するための摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図である。
【図８】図４しゅう動面の回転しゅう動試験を説明するための速度変更パターン図である。
【図９】（Ａ）は図４しゅう動面の回転しゅう動試験を説明するための摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図、（Ｂ）は鏡面における摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図である。
【図１０】周期構造作成装置の模式図である。
【図１１】周期構造形成メカニズムの原理を説明するための概略斜視図である。
【図１２】（Ａ）は鏡面のしゅう動面平面図、（Ｂ）はしゅう動面の往復しゅう動試験を説明するための摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図である。
【図１３】（Ａ）は全面が周期構造のしゅう動面平面図、（Ｂ）はしゅう動面の往復しゅう動試験を説明するための摩擦係数／しゅう動時間のグラフ図である。
【符号の説明】
【００３４】
２    固体材料
１０ａ〜１０ｄ    低摩擦しゅう動面
１１ａ〜１１ｄ    鏡面部分
１２ａ〜１２ｄ    離散的な複数の領域
１３ａ〜１３ｄ    周期構造
１４    凸部
１５    凹部
３１    レーザ発生装置
３２    波長板
３３    偏光ビームスプリッタ
３４    レンズ
【図１】
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【図２】
2007069300.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007069300.tif 000006
【図５】
2007069300.tif 000007
【図６】
2007069300.tif 000008
【図７】
2007069300.tif 000009
【図８】
2007069300.tif 000010
【図９】
2007069300.tif 000011
【図１０】
2007069300.tif 000012
【図１１】
2007069300.tif 000013
【図１２】
2007069300.tif 000014
【図１３】
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