ものづくり
中小・大手メーカーとのマイクロテクスチュア技術教育

project

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PROJECT MEMBER〈代表者〉 デザイン工学部〈構成員〉 工学部

デザイン工学科

機械機能工学科

教授：相澤 龍彦
教授：小野 直樹

マイクロテクスチュア技術は、これまでの平滑な表2 0 15 年 度 活 動 の 成 果

面、研磨した表面界面などに代わって、用途に応じて多様なマイクロパターンを製品・金型・工具などの表面界面に施し、製品・金型・工具の表面力学特性・摩耗摩擦特性・耐エロージョン特性・耐腐食性などを大教育

マイクロテクスチュア研究会への学生参加
4 年生の総合プロジェクトでの活動を具幅に向上させる。本プロジェクトでは、多数の開発型体的に説明するため、代表的な教育例を報中小企業から大企業（コカ・コーラ社、サンスター社、告する。研究会では、総合プロジェクトのテーマの１つNTT社など）までを終結したマイクロテクスチュア研

である、マイクロテクスチュアによるステンレス鋼の摩擦究会の活動に、4 年生・修士学生などを参加させ、積摩耗低減に関して、極小パルスレーザーによる創成、摩極的に企業との共同研究を進める。各学生が、総合プ擦実験データ解析、摩耗評価、マイクロテクスチュア形ロジェクト（デザイン工学部における卒業研究）・修士

状パラメータの影響などについて、4－5回にわけて学生研究に関連するテーマに関与して、開発研究を進めが達成内容を報告した。企業からの種々の質問を受けなる。その成果を、MF2015（2015年7月）および諏訪がら、それぞれのサブテーマの問題点を明らかにしてきメッセ（2015年10月）のイべントで公表し、研究技術た。最終的には、2016年1月開催のマイクロテクスチュ要素の社会展開力・社会へのインパクトを、参加学生

ア研究会で30 分の発表＋20 分の質疑応答を行い、開発全員が理解・体験する。の達成度を検討した。基礎的なデータの重要性もさることながら、マイクロテクスチュアの密度による摩擦摩耗低減挙動の差異が定量化され、今後のレーザーマイクロテクスチュアリングの展開に役立つという評価をいただいた。このテーマを共同で進めてきた中小企業のCEOからは、使用した評価装置がボール・オン・ディスクのみであっても、詳細なトライボロジー評価を通じて、摩耗摩擦に与えるマイクロテクスチュア効果の重要性が定量的に理解できたことに大きな賛同が得られた。一方、担当の学生からも、これまでステンレス鋼と聞けば、まったく同じトライボロジー特性を示すものと思っていたが、オーステナイト系・フィライト系・マルテンサイト系では65 中間成果報告書（2013 - 2015）

それぞれ全く挙動が異なり、それぞれに適したマイクロテクスチュアを施すことの重要性を認識できたというコメントを得ており、本研究会活動は成功裏に進めた。
MF2015におけるポスター展示・発表

研究

TecDia社（港区）との共同研究
TecDia社は、ダイヤモンド加工 技 術をベースに、接合・接着用のノズルを多種設計・生産・販売をしている開発型中小企業である。芝浦

ビッグサイトで開催されたMF2015では、プレス・金工業大学との共同研究では、ノズル材料の１つであるス型など素形材に関連する中小企業・大企業とともに他テンレス鋼財への低温プラズマ窒化によるマクロテクス大学からの展示があり、互いに競う形で成果公表となっチュア形成に関する開発を進めてきた。特にマイクロラた。写真１にポスター展示の様子を示す。担当する学生

イン状のマイクロテクスチュアの形成を、マスクレスパが、展示発表時間を担当別に割りふり、常に二人体制でターン技術と芝浦工大が有する低温プラズマ窒化技術

ポスター発表を行った。展示に参加した企業からは、研により、2次元マイクロパターンの3次元転換が可能か究内容の方向性がよく理解できたという意見と、研究目を、実験的に実証した。非パターン形成部に、選択的に標と研究結果との対応で不明な点・説明しきれていな窒素原子が侵入・拡散・固溶化することで、窒化されない点が見受けられたという意見もあった。特に、後者は、いパターン部において、相対的に耐腐食性が低下するこ総合プロジェクトの実質上の開始が 2015年4月であることがわかった。この発見は今後の研究開発の論拠となるとを考えるとやむ負えないことと理解している。

ものである。
マイクロテクスチュア研究会での共同研究
マイクロテクスチュア研究会は、これまで3年間にわたり月一回の定例会として開催してきており、2016年3月の会で第40回を迎える。芝浦工業大学からの研究成果報
告ならびに共同研究提案に加え、参加メンバーからの研究報告・開発テーマの提案、外部講師からの話題提供があり、学会では経験できない実質的な技術論・事業化戦略が議論される。参加している学生も大きな刺激を受けており、就職先というよりもこれからの業種の選択ならび

写真1：MF2015年でのポスター発表風景にエンジニアとしての使命感なども、育成されている。
図１に総合プロジェクト成果で、2016年3月に国際会

諏訪メッセにおけるポスター展示・発表

議で公表することができた成果を示す。素材はステンレ

諏訪メッセは、毎年10月中旬に長野県諏訪市を中心

ス鋼で同一であっても、低温プラズマ窒化で表面処理をとして開催されるものづくり関係の展示では、国内でも行うことで、言わば自然に形成されたマイクロテクスチュ屈指の規模を誇っている。今回は、ほぼ全国の素形材関アが、潤滑油のオイルプールとして機能し、平滑な材料係・加工関係の中小企業・大企業の中に混じって、大学と比較して、摩擦摩耗がきわめて大きく減少することをからの展示セクションの中で、ポスター展示・製品展示などを行った。4年生は全員参加し、各人一泊二日で、必ず複数名が会場で重なるようにスケジュールを組み、できるだけ多くのメッセ参加者にポスター展示を見学・議論いただいた。7月のポスター展示と異なり、多くの質疑応答があり、活発な意見交換と技術情報伝達ができた。

図1：低温プラズマ窒化で自然に形成されたマイクロテクス
チュアによる低摩擦・低摩耗化のグラフ

中間成果報告書（2013 - 2015） 66

見出した。特殊ではあるが、表面処理を施すことで、大規模な機械部品・構造体の表面にマイクロテクスチュア主なトピックスを短時間で効果的に形成できる手法として期待される。

社会貢献

マイクロテクスチュア研究会を通じての社会貢献

低摩擦・低摩耗を実現する
マイクロテクスチュア技術
総合プロジェクト研究を通じて、対象は3種のステン

第１に2015年の9か月の活動を通じて、レス鋼材に限定されているが、マイクロテクスチュアの形同研究会に参加する中小企業数が、毎回10－15 社を上状・アスペクト比・密度などを系統的に変化させ、ボール・まわり、活発な活動をできたことがあげられる。すでにオン・ディスク結果を定量的に解析したデータを、マイク研究会の会場に利用させていただいている大田区産業

ロテクスチュア研究会に参加された開発型中小企業に提振興協会でも、協会関係者も必ず参加する定番の研究示できた。特に極小パルスレーザーによるマイクロストラ会と認識されており、2016年度においても、さらなる研クチュア形成では、図２に示すように、直径が50μｍの微究会メンバーの増強と組織化が展望される。

細なディンプルパターンの規則的な配列で形成できるこ

諏訪メッセを通じての諏訪地区・甲府地区との連携とを明らかにした。

諏訪メッセでは、全国から参加企業があったが、その中で精密加工業・表面処理などを専らにする長野県・山梨県などの開発型中小企業と知己になった。すでに数社とは共同研究を進めることで合意しており、さらにマイクロテクスチュア技術の展開が望まれる。特筆すべきは、総合プロジェクトに参加した4 年生が、諏訪地区の開発

図２：
極小パルスレーザーマイクロテ
クスチュアリングによる形成パターン。

型企業に就職した点であり、人材育成も含めた展開も期待したい。

熱伝達機構を制御する
マイクロテクスチュア形成総合プロジェクトを通じて、大手コーティングメーカーと共同で開発した厚膜DLCコーテッド型材を用いたマイクロテクスチュアリングの金属シート材への転写成形技術を確立した。芝浦工業大学でこれまでに開発してきた高密度プラズマ酸素エッチング装置にて、厚膜DLCコー
写真2：諏訪メッセにおけるポスター展示風景

テッド金型上に形成した、微細なマイクロテクスチュア（3.5×3.5×4.5μm3 のポンチ群）を図3に示す。図3 a）に示した金型形状で、DLC膜上に形成したポンチ数は約2000万本であり、他のプロセスでは製造不可能である。
次に精密CNCプレス装置の金型に図３のマイクロテクスチュア付きDLC型駒を装着し、アルミシート材に図３のマイクロテクスチュアを転写成形する。DLC膜上のマイクロテクスチュアが、凸になった正方形頭部のポンチ群

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a）

a）

b）

b）

図3：高密度プラズマ酸素エッチングでDLCコーテッド金型上

図4：純アルミシート材に転写整形したマイクロテクスチュア例。に形成したマイクロテクスチュア例。

a）マイクロテクスチュアを転写整形したアルミシートの全体a）DLCコーテッド形材の全体形状、b）SEMにより測定した形状、b）SEMにより測定したアルミシート材上のマイクロテク

DLC上のマイクロテクスチュア例。

スチュア例。

であるため、正確にアルミシート材に転写されれば、DLC

なお、アルミシート材上に形成した微細マイクロテクス

ポンチの正方形頭部は、アルミシート材に形成される直チュアの機能に関しては、特異な表面特性に加え、沸騰方体キャビティーの底部になり、DLCポンチ間の隙間（幅伝熱機構を大幅に変革する可能性があることを、小野研1.5μmのクリアランス）は、同アルミ・キャビティーの壁に究室と共同で発見しており、2016年度でデバイス化ととなると考えられる。図４に転写成形したパターンを示す。

もに、新しい伝熱工学として展開していく。

図３、４のそれぞれのｂ図を比較すると、上述の関係になっており、本技術により正確な微細マイクロテクスチュ
アの転写成形が可能であることを実証した。

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