摩擦力中大小（高真空领域内）检测方案

Tribovac2000 速 報 高真空領域拍汁石摩擦力D測定* 笠原 章*1.金 龍成*2·土佐正弘*1.吉原 一紡* (受理2000年5月8日，揭載決定2000年9月2日) Measurement of Friction Force in a High Vacuum Akira KASAHARA*1， Young-Sung KIM*2，Msahiro TOSA*1 and Kazuhiro YOSHIHARA*1 *1(National Research Institute for Metals， Sengen 1-2-1， Tukuba-shi， 305-0047，Japan) *(Sung Kyun Kwan University， Chunchun-dong 300， Jangan-gu， Suwon， Kyunggi-do， 440-746，Korea)(Received May 8， 2000， Accepted September 2， 2000) Vacuum friction measurement system was developed in order to evaluate the sliding friction coefficient by changingload from 1.5 Nto 0.98 mN， and changing pressure from 1×10 Pa to 1×10-8 Pa. The measurement was carried outon typical vacuum materials such as type 304 austenitic stainless steel which had been surface treated by chemical polish-ing， mechanical polishing， or electrochemical bufing. The measurement at the condition of the load less than 1 mNshows that surface adosrbate on the steels affects the friction force. However， the measurement at the condition of thepressure less 10-5 Pa shows that surface adosrbate does not affect the friction. The friction behavior in a vacuum seemsto be affected by the vacuum environment. 1. 体 我，超清清净真空空境境創製寸石七目的研究行飞八石.目的D達成成，大老<分飞静的t構造材料D研究七動的構造材料D研究七分G石力，前者，現在在飞構造材料D表面处理法中表面被覆法K関寸石研究主主L飞行，主大，最真空環境玄惡化世飞主5試料D搬送送関L飞，摺動部極力少众一卜儿単位D搬送办可能極高真空搬送二二沙卜装置?開発L大.之石真空環境D高度化拾飞，打寸办t摺動部材加心D，力又放出，発塵，摩擦·摩耗·潤滑上D卜彳口沙一一関寸石改善善改良办必要飞 ( *平平11年11月11日第40回真空K関寸石連合講演会飞講演 ) ( *金属材料技術研究所(305-0047<夕市千现1-2-1) ) ( *2成均館大学(440-746京畿道水原市長安安泉川洞300，大民国) ) 石七考之乌大办，後者飞石動的構造材料関寸石研究玄七人上行飞飞办大七加6，今回，真空中汇石卜彳水口沙一一関寸石基礎的研究始出大.現在，真空中飞摩擦抵抗力玄測定飞老石市販装置办七办6，摩擦測定装置七L飞基本的，八少V一八型摩擦測定装置玄参考汇2台D真空用摩擦測定装置玄試作L，真空容器中之構成L作動世石二七試不石七共，一般的真空機器汇多用之飞石真空構造材料飞石304不于V不鋼試料七飞大気中D測定七D相違七，今後D研究D指針玄得石大D基礎的測定左行门.今回，試作L大装置D概要上大気中七真空中拾石摩擦抵抗力D測定汇上飞得九大測定結果2、報告寸石. 2.装置概要 試作L大2台D真空用摩擦测定装置，真空容器，摩擦测定系 (Fig.1)， 真空排気系 (Fig. 2) 办G構成之 Ball indenter X axis stepping motor Fig.1Schematic diagram of ultra-high vacuum friction measurement apparatus. Fig. 2 Exhaust system diagram for the measurementof friction force. 石真空容器粥，内径約250 mm， 高約350mm，長約600mm D容器1七内径約250 mm， 高之約350mmD容器2一卜八儿汇上連結L大構成七，将 来，極高真空搬送二二卜装置七D接統玄考慮，一卜八儿中心高位置玄搬送二二以卜装置中心高七同亡上大.寸n容器4内壁面電解研磨处理L304V不鋼製七，容器側面七上部77>沙汇庄力測定用水一卜，力不分析用水一卜，内部觀察用，*艺玄設大.主，容器D~彳丰少少D，上一容器1D外壁汇直接取汉付寸.摩擦測定系D摩擦測定装置(TYPE1)法，容器1D底部77>(UFC306)上構成L，摩擦定定D為D寸八飞D配線類，手動又一沙操作端末玄底部77沙汇集中L，容易容器七切L大気中中D定中他D測定装置七D交換上U調整加出来石上5汇L大.試料料又一沙心，移動速度0.5~5 mm/sec，最大移動距離30 mm，耐荷重19.6ND少，少毛一夕驱動汇上石二軸移動又于-沙七手動上石一軸又于一沙七办沈石超高真空对心D XYZ于-沙七L，外外25.4mmD試料儿夕一一板八汇上飞容易汇固定飞老石上5汇L.八少7-取二付-儿子(交換可能径12.7~1.59mm) D上部印印可荷重用D分銅玄置<大的D皿玄設，分分(0.098~1.47N)D乘世換之上一飞荷重玄变化世石上5汇L大.摩擦力，庄子直上D二枚D板八汇公寸及护一沙 (max 1.96 N) 飞檢出出来石上5汇設計L大.容器D~-少少汇上石公寸不一沙及不又，>少毛一一部D過熱損傷玄防<目的飞七 Table 1Detail of vacuum friction measurment apparatus Item TYPE 1 Friction measurment TYPE 2Friction measurment at low load Chamber Material Type 304 stainless Steel Type 304 stainless steel Size D 250 mm L 600 mm H 350 mm D 250 mm H 350 mm Inside processing Electroltic polishing Electroltic polishing Frirctionmeasurment Measurement method Ball/Plane Ball/Plane Direction of measurement Parallel to Xaxis Right angle to Xaxis Sample movement axis X axis X， Y， Z axis Move method X， Y axis Stepping motor X， Y axis Stepping motor Z axis Manual operation Z axis Manual operation Amount of movement X-30mm， Z-15 mm， Y-10 mm X-30 mm， Z-15 mm， Y-10 mm Indenter size 01/8-1/2 inch steel ball (SUS304) 01/16-1/8 inch steel ball (SUS304) Load range 10 gf-150 gf(98mN-1.47N) 0.1 gf-10 gf (980 uN-98 mN) Friction force detection method Strain gauge max 200 gf (1.96N) Strain gauge max 10 gf (98mN) Bottom flange size UFC306 UFC306 Vacuumsystem Pump 250 L/sec Scroll pump 360 L/sec Rotary pump 550 L/s Tubo molecular pump 350 L/s Tubo molecular pump 60 L/s Tubo molecular pump 100 L/s Ion pump 300 L/s Ion pump 芒汇，熱電対玄取夕付寸毛二夕少玄可能七大.真空空気系汇，不夕口一儿水>7(0.25m’/s)上夕少么配列D夕一分子一7(0.55m/s， 0.06m/s)G汇，彳才水>才(0.35m’/s) D構成七L大.压力D測定，二真空計七又一下型電離真空計D饼用上夕真空庄力D測定玄行之石上汇L大.容器2D底部77沙(UFC306)上構成L大摩擦測定装置(TYPE 2) D低荷重摩擦测定装置丫2体，装置概略(Fig. 1) 七装置言細 (Table 1) i示寸. 3..試料七測定方法 試料二，市市D厚1mm D304又于V不鋼玄10mm角汇切断L大D粒径1/2 pm D了儿、十研磨剂飞機械研磨(MP)Lt試料七，6汇硝酸，墟酸，蒸留水玄1：2：3D割合混合L大工千液飞180s浸清处理L大化学研磨(CP)試料，大民間企業上夕提供L飞小大龙小大304八V不鋼玄電解複合研磨(ECB))Lt3種類D試料用.真空摩擦測定装置(TYPE1)汇上石真空中拍石摩擦測定注，試料表 面吸着飞石力又分子七D平衡玄考之，排気系D最下流排気装置置順次驱動所定D真空力汇到達後， 86.4Ks以上放置亡機械研磨L大直径3.18 mmD304于V又入一儿玄庄子七飞移動速度0.5 mm/sec，移動距離5 mm， 印可荷重0.49N飞同一場所同一方向摩擦測定玄5回公，得导九大測定值D前後1mmD測定值值除<，中央部3 mm 算術平均L大值石D真空汇石摩擦抵抗力七L大.K，同一場所D測定上石試料表面D荒九上石摩擦抵抗力八D影響檢討寸石大的汇未摺動筒所移動L測定行大.主大， TYPE2D低荷重摩擦測定装置汇上石荷重依存性D測定定，移動距離3mm， 印可荷重範囲(0.98~98mN)D荷重汇上飞大気中中測定定行大後，0.98mND印可荷重設定後，所定D排気非気乙，86.4Ks以上放置後測定玄，最大928.8Ks主飞測定位置玄变之飞測定行一.拍，測定時剂，排気才上石振重D影響玄排除寸石大汇，彳才水√才以外D寸八℃D排気水7停止L飞則定L大.L大办飞高真空領域D測定七一汁.印可荷重D变更時，窒 Fig. 3 Surface type and hardness of type 304 stain-less steel after surface treatment. 素力又飞装置内玄置換窒素力不流通下飞所定D分銅交換玄行、，再度，真空排気測定L大.大，試料D表面性状，触針式表面粗之測定器，硬度汇2入八飞印荷荷重196mN， 印荷荷間2 sec飞E力一一硬度測定玄行. 4. 測定結果 Fig. 3K各試料D表面断形状状七力一又硬度之示寸.表面断面形状，試料汇上飞大<異，最大粗卧(Rmax/um)注， ECB(0.03)， MP (0.15)， CP(0.14)飞一.主，面面硬度注，3試料七4Hv=250前後D值飞飞大. Fig. 4K TYPE 1D摩擦测定装置飞測定L大真空狂力D变化汇上石摩擦係数D变化示寸.大気中(105Pa)汇石石3試料D摩擦係数，0.1办60.25D範囲石石水，真空力力D低下汇伴摩擦係数D上昇認認， 10-5Pa 台以上D超高真空領域飞，小寸九D試料斗摩擦察数力0.4以上D高小值示L大.大，摩擦係数力0.4以上仁達寸石主飞D摺重回数， ECB結果Fm 办减少L大七考之石二七办飞老石. 大気中七高真空中D低荷重測定上認b大現象办，人二又力又力上D印荷荷重以外D力D低下汇上石飞D上考之石七，(1)式D荷重W印荷荷重七大七汇誤办， 飞石上考之石. 真空中D摩擦抵抗力D測定，二D吸着種D影響玄排除飞老，上夕材料相互D真D摩擦抵抗力玄明力汇飞老石D七思打石. 6. 七：边 超高真空中汇丫摩擦力測定办可能方，八儿一八型摩擦測定装置参考二台D真空用摩擦摩擦測定装置試作L.大気压中上真空庄中汇飞，表面处理D異众石3種D304于V鋼鋼試料七L飞摩擦測定二众>大洁果，表面处理D違汇上石摩擦抵抗力D相表面汇吸着L汁水分中力分子汇上一大<变化寸石七办明瞭汇測定飞老，吸脱着汇上石庄子七試料表面D状態力摩擦抵抗力水影響L飞石七力办一大.低荷重依存性D測定飞，大気中汇飞二又力又力七考之九石力力認心九大力，今回D印可荷重範囲(1mN以下)K拾小飞，真空中飞之D力加認心寸，印可荷重七摩擦抵抗力姓比例関保汇众石二七办打办 大.真空中分石摩擦抵抗力D測定，摩擦 汇関寸石現象D理解汇大老<貢献飞老石七思打，大，七D七汇上一真空摺動材料D研究汇多《D知見玄与戈飞<石4D七思打扎大. 謝辞 本装置D製作K大，多

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