JP2002243643A - 摩擦フォトン二次元分布計測方法及び装置 - Google Patents
摩擦フォトン二次元分布計測方法及び装置Info
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- JP2002243643A JP2002243643A JP2001037941A JP2001037941A JP2002243643A JP 2002243643 A JP2002243643 A JP 2002243643A JP 2001037941 A JP2001037941 A JP 2001037941A JP 2001037941 A JP2001037941 A JP 2001037941A JP 2002243643 A JP2002243643 A JP 2002243643A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】観測範囲が可視から近赤外域のフォトンに限ら
れているという従来方法の欠点を克服し、紫外域のフォ
トンが発生する現象や摩擦のようなダイナミックな現象
を含めた一般の発光現象を、長い作動距離と光学顕微鏡
の分解能にて二次元分布計測することを可能とする技術
を提供する 【構成】２つの部材の間に摩擦形成装置によって摩擦接
点を形成し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫外域フ
ォトンの透過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通して前記
摩擦接点からのフォトンを画像形成面に結像させること
により、前記摩擦接点近傍からのフォトンの発光強度の
２次元分布を計測して摩擦面で起こっている現象の発生
箇所を分離する
れているという従来方法の欠点を克服し、紫外域のフォ
トンが発生する現象や摩擦のようなダイナミックな現象
を含めた一般の発光現象を、長い作動距離と光学顕微鏡
の分解能にて二次元分布計測することを可能とする技術
を提供する 【構成】２つの部材の間に摩擦形成装置によって摩擦接
点を形成し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫外域フ
ォトンの透過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通して前記
摩擦接点からのフォトンを画像形成面に結像させること
により、前記摩擦接点近傍からのフォトンの発光強度の
２次元分布を計測して摩擦面で起こっている現象の発生
箇所を分離する
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、物質表
面間の摩擦における発光現象について、放出されるフォ
トンの発生個所を測定するために用いられ、一般に発光
強度の二次元分布計測技術に関するものである。
面間の摩擦における発光現象について、放出されるフォ
トンの発生個所を測定するために用いられ、一般に発光
強度の二次元分布計測技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光を光学顕微鏡の分解能で二次
元分布計測する方法としては、顕微鏡とマルチチャンネ
ルプレートとＣＣＤカメラを使用した計測装置が開発さ
れている。これら従来の装置は発熱の観測や蛍光の観測
に重点が置かれ、可視から近赤外域に属するフォトンの
測定性能のみを有する光学顕微鏡および画像取得装置が
用いられてきた。
元分布計測する方法としては、顕微鏡とマルチチャンネ
ルプレートとＣＣＤカメラを使用した計測装置が開発さ
れている。これら従来の装置は発熱の観測や蛍光の観測
に重点が置かれ、可視から近赤外域に属するフォトンの
測定性能のみを有する光学顕微鏡および画像取得装置が
用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
計測装置では、紫外フォトンに対する透過性能や検出感
度が十分でないため原子・分子内で高励起状態にある電
子が脱励起する過程で発生する紫外域フォトンを主に発
する現象、たとえば、大気中で生じる放電現象の観測が
不可能であるという欠点があった。
計測装置では、紫外フォトンに対する透過性能や検出感
度が十分でないため原子・分子内で高励起状態にある電
子が脱励起する過程で発生する紫外域フォトンを主に発
する現象、たとえば、大気中で生じる放電現象の観測が
不可能であるという欠点があった。
【０００４】また上記のようなダイナミックな現象を測
定対象にするに当ってはある程度遠隔から観測する必要
があるが、従来の二次元分布測定技術においては光学顕
微鏡の対物レンズと測定対象物との距離すなわち、作動
距離が小さく不十分であったので、このような現象の測
定に対応することが困難であった。
定対象にするに当ってはある程度遠隔から観測する必要
があるが、従来の二次元分布測定技術においては光学顕
微鏡の対物レンズと測定対象物との距離すなわち、作動
距離が小さく不十分であったので、このような現象の測
定に対応することが困難であった。
【０００５】この発明は、観測範囲が可視から近赤外域
のフォトンに限られているという従来方法の欠点を克服
し、紫外域のフォトンが発生する現象や摩擦のようなダ
イナミックな現象を含めた一般の発光現象を、長い作動
距離と光学顕微鏡の分解能にて二次元分布計測すること
を可能とする技術を提供することを目的とするものであ
る。
のフォトンに限られているという従来方法の欠点を克服
し、紫外域のフォトンが発生する現象や摩擦のようなダ
イナミックな現象を含めた一般の発光現象を、長い作動
距離と光学顕微鏡の分解能にて二次元分布計測すること
を可能とする技術を提供することを目的とするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の摩擦フォトン二次元分布計測方法は、２
つの部材の間に摩擦形成装置によって摩擦接点を形成
し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫外域フォトの透
過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通して前記摩擦接点か
らのフォトンを画像形成面に結像させることにより、前
記摩擦接点近傍からのフォトンの発光強度の２次元分布
を計測して摩擦面で起こっている現象の発生箇所を分離
することを特徴としている。
め、この発明の摩擦フォトン二次元分布計測方法は、２
つの部材の間に摩擦形成装置によって摩擦接点を形成
し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫外域フォトの透
過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通して前記摩擦接点か
らのフォトンを画像形成面に結像させることにより、前
記摩擦接点近傍からのフォトンの発光強度の２次元分布
を計測して摩擦面で起こっている現象の発生箇所を分離
することを特徴としている。
【０００７】またこの発明の摩擦フォトン二次元分布計
測装置は、２つの摩擦部材の間に摩擦形成装置によって
形成した摩擦接点近傍に向かって配置された紫外域フォ
トンの透過特性をもつ対物レンズと、前記対物レンズを
取り付けていて紫外域フォトンの透過特性を有する鏡筒
と、前記被検体の摩擦接点近傍と対物レンズの位置を調
節する位置調整装置と、前記対物レンズから画像取得装
置に達するフォトンの経路中に挿入されたマイクロチャ
ンネルプレートと、前記フォトンの経路中に挿入された
切り換え可能な光学フィルターと、前記フォトンの経路
中に配置されたフォトンに対して検出感度をもつ前記画
像取得装置と、及び前記画像取得装置の動作を制御する
制御装置とを備えることを特徴としている。
測装置は、２つの摩擦部材の間に摩擦形成装置によって
形成した摩擦接点近傍に向かって配置された紫外域フォ
トンの透過特性をもつ対物レンズと、前記対物レンズを
取り付けていて紫外域フォトンの透過特性を有する鏡筒
と、前記被検体の摩擦接点近傍と対物レンズの位置を調
節する位置調整装置と、前記対物レンズから画像取得装
置に達するフォトンの経路中に挿入されたマイクロチャ
ンネルプレートと、前記フォトンの経路中に挿入された
切り換え可能な光学フィルターと、前記フォトンの経路
中に配置されたフォトンに対して検出感度をもつ前記画
像取得装置と、及び前記画像取得装置の動作を制御する
制御装置とを備えることを特徴としている。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面
について説明する。本発明者は、光学顕微鏡と画像取得
装置に関して、一般の光学顕微鏡部品からレーザー関連
の光学機器部品にわたって鋭意調査・研究を重ねた結
果、長作動距離で紫外域フォトンに対して高い透過特性
をもつ対物レンズを組み込んだ顕微鏡と、同フォトンを
計測できる高感度ＣＣＤカメラ等の画像取得装置を組み
合わせることで、たとえば、摩擦面で起きている大気放
電からの紫外域フォトンの二次元分布計測が可能である
ことを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至っ
た。
について説明する。本発明者は、光学顕微鏡と画像取得
装置に関して、一般の光学顕微鏡部品からレーザー関連
の光学機器部品にわたって鋭意調査・研究を重ねた結
果、長作動距離で紫外域フォトンに対して高い透過特性
をもつ対物レンズを組み込んだ顕微鏡と、同フォトンを
計測できる高感度ＣＣＤカメラ等の画像取得装置を組み
合わせることで、たとえば、摩擦面で起きている大気放
電からの紫外域フォトンの二次元分布計測が可能である
ことを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至っ
た。
【０００９】まずこの発明の二次元分布計測装置につい
て説明する。図１において、１はこの発明の摩擦フォト
ン二次元分布計測装置である。摩擦フォトン二次元分布
計測装置１は、大別して、対物レンズ３、鏡筒４、画像
取得装置５から成る計測装置２と摩擦による大気放電現
象を生成する摩擦形成装置６から成る。
て説明する。図１において、１はこの発明の摩擦フォト
ン二次元分布計測装置である。摩擦フォトン二次元分布
計測装置１は、大別して、対物レンズ３、鏡筒４、画像
取得装置５から成る計測装置２と摩擦による大気放電現
象を生成する摩擦形成装置６から成る。
【００１０】対物レンズ３の性能として、紫外域フォト
ンの高い透過特性と長い作動距離をもつことが挙げられ
るが、この問題に対し、長い作動距離であるレーザー加
工用の集光光学系を基に、すべてのレンズを紫外域フォ
トンの高透過特性材料で製作したものを対物レンズとし
て適用することで、紫外から近赤外域のフォトンを計測
することが実現する。
ンの高い透過特性と長い作動距離をもつことが挙げられ
るが、この問題に対し、長い作動距離であるレーザー加
工用の集光光学系を基に、すべてのレンズを紫外域フォ
トンの高透過特性材料で製作したものを対物レンズとし
て適用することで、紫外から近赤外域のフォトンを計測
することが実現する。
【００１１】鏡筒４の性能として、紫外域フォトンの高
い透過特性が挙げられるが、これも光学系に紫外域フォ
トンの高透過特性材料で製作されたレンズを用いること
で実現する。また、ある波長帯、たとえば、放電による
紫外域フォトンや、摩擦熱による可視から近赤外域のフ
ォトンに限定した二次元分布を測定するために、鏡筒の
中間に光学フィルター７を挿入できる設計とする。光学
フィルター７としてはいくつかの透過波長帯を持ちそれ
を切り換え選択して使用する構造とする。鏡筒４の先端
には対物レンズ３が取り付けられており、鏡筒４は対物
レンズ３が後述する平板ディスク８と接触子１２との接
点１３の近傍に平板ディスク８の表面１０の側から対物
レンズ３が対向するように配置されている。鏡筒４には
レボルバー１４が設けられていて、複数の対物レンズが
装着されているときに、すばやくそれらを交換すること
ができる。
い透過特性が挙げられるが、これも光学系に紫外域フォ
トンの高透過特性材料で製作されたレンズを用いること
で実現する。また、ある波長帯、たとえば、放電による
紫外域フォトンや、摩擦熱による可視から近赤外域のフ
ォトンに限定した二次元分布を測定するために、鏡筒の
中間に光学フィルター７を挿入できる設計とする。光学
フィルター７としてはいくつかの透過波長帯を持ちそれ
を切り換え選択して使用する構造とする。鏡筒４の先端
には対物レンズ３が取り付けられており、鏡筒４は対物
レンズ３が後述する平板ディスク８と接触子１２との接
点１３の近傍に平板ディスク８の表面１０の側から対物
レンズ３が対向するように配置されている。鏡筒４には
レボルバー１４が設けられていて、複数の対物レンズが
装着されているときに、すばやくそれらを交換すること
ができる。
【００１２】画像取得装置５として、紫外から近赤外域
フォトンに対して高い検出感度を有するマイクロチャン
ネルプレート検出器を内蔵したＣＣＤカメラを適用する
ことにより、摩擦フォトンのような微弱発光を計測する
ことが実現する。
フォトンに対して高い検出感度を有するマイクロチャン
ネルプレート検出器を内蔵したＣＣＤカメラを適用する
ことにより、摩擦フォトンのような微弱発光を計測する
ことが実現する。
【００１３】また画像取得装置５としては一次元のフォ
トダイオードアレイを使用することもできる。画像取得
装置５には単数若しくは複数のマイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）９を組み込んで光感度増幅機能を持た
せ、また画像取得装置５がＣＣＤカメラである場合はＣ
ＣＤ冷却機能を持たせ低ノズル化を図ることができる。
トダイオードアレイを使用することもできる。画像取得
装置５には単数若しくは複数のマイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）９を組み込んで光感度増幅機能を持た
せ、また画像取得装置５がＣＣＤカメラである場合はＣ
ＣＤ冷却機能を持たせ低ノズル化を図ることができる。
【００１４】位置調節微動ステージ３３および同３４に
より、観察する場所を調整することができる。位置調節
微動ステージ３５により、作動距離Ｌを調整して画像の
ピントを合わせることができる。計測装置２は、支柱３
６により支えられている。
より、観察する場所を調整することができる。位置調節
微動ステージ３５により、作動距離Ｌを調整して画像の
ピントを合わせることができる。計測装置２は、支柱３
６により支えられている。
【００１５】画像取得装置５は画像取得装置コントロー
ラ１５と画像取得装置制御コンピュータ１６とを含む制
御装置１７によって制御される。
ラ１５と画像取得装置制御コンピュータ１６とを含む制
御装置１７によって制御される。
【００１６】摩擦による大気放電現象を生成する摩擦形
成装置６は、回転する平板ディスク８の裏面１１にピン
状の接触子１２を押し付けて接点１３を形成する構造と
なっており、押し付けの負荷および摩擦速度を変化させ
ることが出来る。平板ディスク８はディスク抑え１８に
よって回転軸２１に取り付けられ、回転軸２１はモータ
２２によって回転され、回転軸２１はベアリング２３で
軸支されてフレーム２４に回転可能に支持されている。
平板ディスク８の回転ムラはディスク回転ムラ修正ねじ
３１によって修正する。フレーム２４の支柱２５にはア
ーム２６がてこ軸受２７により軸支されており、アーム
２６の一端に接触子１２が取り付けられており、接触子
１２は平板ディスク８に裏面１１から接触して接点１３
を形成する。アーム２６の他端には負荷おもり２８が懸
吊されている。
成装置６は、回転する平板ディスク８の裏面１１にピン
状の接触子１２を押し付けて接点１３を形成する構造と
なっており、押し付けの負荷および摩擦速度を変化させ
ることが出来る。平板ディスク８はディスク抑え１８に
よって回転軸２１に取り付けられ、回転軸２１はモータ
２２によって回転され、回転軸２１はベアリング２３で
軸支されてフレーム２４に回転可能に支持されている。
平板ディスク８の回転ムラはディスク回転ムラ修正ねじ
３１によって修正する。フレーム２４の支柱２５にはア
ーム２６がてこ軸受２７により軸支されており、アーム
２６の一端に接触子１２が取り付けられており、接触子
１２は平板ディスク８に裏面１１から接触して接点１３
を形成する。アーム２６の他端には負荷おもり２８が懸
吊されている。
【００１７】次にこの発明の摩擦フォトン二次元分布計
測方法は以上のように構成された二次元分布計測装置１
を使用して、次のようになされる。即ち、回転軸２１に
平板ディスク８をディスク抑え１８によって取り付け、
モータ２２を駆動して回転させる。この状態で負荷おも
り２８を使用して接触圧力を調整した接触子１２を平板
ディスク８に裏面１１から接触させ、接点１３において
摩擦を形成する。接点１３及びその近傍からは摩擦発光
が生成する。この摩擦発光には可視から近赤外域及び紫
外域のフォトンが含まれている。
測方法は以上のように構成された二次元分布計測装置１
を使用して、次のようになされる。即ち、回転軸２１に
平板ディスク８をディスク抑え１８によって取り付け、
モータ２２を駆動して回転させる。この状態で負荷おも
り２８を使用して接触圧力を調整した接触子１２を平板
ディスク８に裏面１１から接触させ、接点１３において
摩擦を形成する。接点１３及びその近傍からは摩擦発光
が生成する。この摩擦発光には可視から近赤外域及び紫
外域のフォトンが含まれている。
【００１８】接点１３の近傍に作動距離を位置調節微動
ステージ３５によって調節した対物レンズ３が平板ディ
スク８の表面１０の側から接近して位置していて、これ
らの摩擦発光は対物レンズ３で集光されて鏡筒４に入
り、光学フィルター７の切り換えによって弁別され、画
像取得装置５に入る。
ステージ３５によって調節した対物レンズ３が平板ディ
スク８の表面１０の側から接近して位置していて、これ
らの摩擦発光は対物レンズ３で集光されて鏡筒４に入
り、光学フィルター７の切り換えによって弁別され、画
像取得装置５に入る。
【００１９】画像取得装置５では光学フィルター７を通
過した摩擦発光がマルチチャンネルプレート９で光感度
増幅された像面に結像して電気的信号に変換される。こ
の像を画像取得装置制御コンピュータ１６で処理して摩
擦フォトン等の摩擦発光の二次元分布を計測する。
過した摩擦発光がマルチチャンネルプレート９で光感度
増幅された像面に結像して電気的信号に変換される。こ
の像を画像取得装置制御コンピュータ１６で処理して摩
擦フォトン等の摩擦発光の二次元分布を計測する。
【００２０】（実験例１）図２にフォトンの二次元分布
計測装置と摩擦発光を生成する装置を組み合わせて、摩
擦面上で発生している放電発光の発生個所を測定する実
験をした。
計測装置と摩擦発光を生成する装置を組み合わせて、摩
擦面上で発生している放電発光の発生個所を測定する実
験をした。
【００２１】使用した対物レンズは２０倍の倍率をも
ち、作動距離は１５ｍｍである。平板ディスクの横方向
から接点を観察する。鏡筒に挿入できる光学フィルター
としては、透過波長帯３００から４２０ｎｍのもの（以
下、ＵＶフィルター）と透過波長帯４４０ｎｍ以上のも
の（以下、ＵＶカットフィルター）およびフィルターな
しの３種類を用意した。
ち、作動距離は１５ｍｍである。平板ディスクの横方向
から接点を観察する。鏡筒に挿入できる光学フィルター
としては、透過波長帯３００から４２０ｎｍのもの（以
下、ＵＶフィルター）と透過波長帯４４０ｎｍ以上のも
の（以下、ＵＶカットフィルター）およびフィルターな
しの３種類を用意した。
【００２２】ＣＣＤカメラとして、波長２８０から８５
０ｎｍの有効感度をもつマイクロチャンネルプレート内
蔵の高感度ＣＣＤカメラを使用した。ＣＣＤの画素の大
きさは２４μｍ、画素間の間隔は１ｎｍ、画素数は縦横
に５１２×５１２個ある正方形のものである。本実施例
では、マイクロチャンネルプレートによる光感度増幅機
能と、低ノイズ化のためのＣＣＤ冷却機能を使用した。
測定の露光時間は６秒とした。
０ｎｍの有効感度をもつマイクロチャンネルプレート内
蔵の高感度ＣＣＤカメラを使用した。ＣＣＤの画素の大
きさは２４μｍ、画素間の間隔は１ｎｍ、画素数は縦横
に５１２×５１２個ある正方形のものである。本実施例
では、マイクロチャンネルプレートによる光感度増幅機
能と、低ノイズ化のためのＣＣＤ冷却機能を使用した。
測定の露光時間は６秒とした。
【００２３】本実施例では対物レンズの倍率と、ＣＣＤ
カメラの画素の大きさ、すなわち、２４＋１μｍより取
得する画像の解像度は１．２５μｍである。ディスクと
しては、紫外域フォトンの高い透過特性をもつアルミナ
単結晶、すなわち、サファイヤを使用した。ピンとして
は先端が球面加工されたダイヤモンドを用いた。摩擦速
度は２５ｃｍ／ｓ以下、押し付け負荷は１Ｎ以下とし
た。装置は大気中で動作し、測定は暗室の中で行った。
カメラの画素の大きさ、すなわち、２４＋１μｍより取
得する画像の解像度は１．２５μｍである。ディスクと
しては、紫外域フォトンの高い透過特性をもつアルミナ
単結晶、すなわち、サファイヤを使用した。ピンとして
は先端が球面加工されたダイヤモンドを用いた。摩擦速
度は２５ｃｍ／ｓ以下、押し付け負荷は１Ｎ以下とし
た。装置は大気中で動作し、測定は暗室の中で行った。
【００２４】光学フィルターを挿入しない場合、接点お
よびその周辺において発光が観測され、ＵＶフィルタ
ー、又は、ＵＶカットフィルターを挿入することで、そ
れぞれ波長帯ごとの摩擦フォトンの二次元分布計測、す
なわち、放電分布、又は、発熱分布をマイクロメートル
の分解能で測定することに成功した。図２にフォトンの
二次元分布計測装置と摩擦発光を生成する装置を組み合
わせることで、二面間の摩擦境界で発生しているフォト
ンの分布を計測する方法を示す。
よびその周辺において発光が観測され、ＵＶフィルタ
ー、又は、ＵＶカットフィルターを挿入することで、そ
れぞれ波長帯ごとの摩擦フォトンの二次元分布計測、す
なわち、放電分布、又は、発熱分布をマイクロメートル
の分解能で測定することに成功した。図２にフォトンの
二次元分布計測装置と摩擦発光を生成する装置を組み合
わせることで、二面間の摩擦境界で発生しているフォト
ンの分布を計測する方法を示す。
【００２５】本発明では、長い作動距離をもつ対物レン
ズを採用しているため、このような接点の横からの観測
を光学顕微鏡の分解能で測定することが可能になった。
図２で示した実施例においても、２面間の間隙で発生す
る摩擦フォトンの二次元分布計測に成功した。
ズを採用しているため、このような接点の横からの観測
を光学顕微鏡の分解能で測定することが可能になった。
図２で示した実施例においても、２面間の間隙で発生す
る摩擦フォトンの二次元分布計測に成功した。
【００２６】（実験例２） ［はじめに］これまで、摩擦面で起こる潤滑材劣化など
の化学現象(tribochemical reactions)は摩擦熱の作用
であると考えられてきたため、摩擦接点付近で発生する
熱放射の観測を行い、接点の温度が測定されてきた。し
かし一方で固体を破壊、変形、剥離、磨耗させたとき、
すなわち固体物質に機械的エネルギーを付与したときの
紫外線放射や欠陥生成による発光などの現象はtribolum
inescenceと総称され広く知られており、これが化学反
応に寄与している可能性が指摘されているが、複雑な現
象であるが故にtriboluminescenceの物理過程でさえ不
明な点が多い。我々はダイヤモンドで各種セラミックス
表面を大気中でスクラッチした時に発生する光のスペク
トル計測を行い、この紫外線放射の原因は大気放電破壊
による非平衡プラズマからの発光であることを明らかに
した。本研究の目的は、この摩擦面光放射の分光イメー
ジングにより、摩擦面で起こっている発熱現象（可視・
近赤外線）と電気現象（紫外線）の発生箇所を分離する
ことで摩擦の物理現象の解明を狙う。高エネルギー（紫
外線）放射や摩擦電気現象を詳細に調べることで、熱化
学反応では説明されないtribochemical reactionsとの
関連性の解明が期待される。
の化学現象(tribochemical reactions)は摩擦熱の作用
であると考えられてきたため、摩擦接点付近で発生する
熱放射の観測を行い、接点の温度が測定されてきた。し
かし一方で固体を破壊、変形、剥離、磨耗させたとき、
すなわち固体物質に機械的エネルギーを付与したときの
紫外線放射や欠陥生成による発光などの現象はtribolum
inescenceと総称され広く知られており、これが化学反
応に寄与している可能性が指摘されているが、複雑な現
象であるが故にtriboluminescenceの物理過程でさえ不
明な点が多い。我々はダイヤモンドで各種セラミックス
表面を大気中でスクラッチした時に発生する光のスペク
トル計測を行い、この紫外線放射の原因は大気放電破壊
による非平衡プラズマからの発光であることを明らかに
した。本研究の目的は、この摩擦面光放射の分光イメー
ジングにより、摩擦面で起こっている発熱現象（可視・
近赤外線）と電気現象（紫外線）の発生箇所を分離する
ことで摩擦の物理現象の解明を狙う。高エネルギー（紫
外線）放射や摩擦電気現象を詳細に調べることで、熱化
学反応では説明されないtribochemical reactionsとの
関連性の解明が期待される。
【００２７】［実験方法］図３のように、摩擦実験は典
型的なｐｉｎ−ｏｎ−ｄｉｓｋ試験の方法を取った。ｐ
ｉｎにはダイヤモンド（１００）面を曲率半径２００μ
ｍの球面加工したものを用いた。試験材料には紫外線
（３００−４００ｎｍ）を観測することも考慮して、紫
外線透過率が高いＡｌ2Ｏ3単結晶（０００１）面研磨
（サファイヤ）ディスクを用いた。摩擦接面の分光画像
取得のために紫外線から近赤外まで測定可能な光増幅器
内蔵高感度ＣＣＤカメラ＝光学フィルター＝顕微鏡で構
成される測定システムをディスク裏面に設置した。試験
は大気中（２８．８℃，６７％）で行った。６４０×６
４０μｍ2の画像を取得する。光学フィルターにより、
分光イメージングが可能である。
型的なｐｉｎ−ｏｎ−ｄｉｓｋ試験の方法を取った。ｐ
ｉｎにはダイヤモンド（１００）面を曲率半径２００μ
ｍの球面加工したものを用いた。試験材料には紫外線
（３００−４００ｎｍ）を観測することも考慮して、紫
外線透過率が高いＡｌ2Ｏ3単結晶（０００１）面研磨
（サファイヤ）ディスクを用いた。摩擦接面の分光画像
取得のために紫外線から近赤外まで測定可能な光増幅器
内蔵高感度ＣＣＤカメラ＝光学フィルター＝顕微鏡で構
成される測定システムをディスク裏面に設置した。試験
は大気中（２８．８℃，６７％）で行った。６４０×６
４０μｍ2の画像を取得する。光学フィルターにより、
分光イメージングが可能である。
【００２８】［結果と考察］図４に摩擦面放射（波長３
５０−８５０ｎｍ）２次元強度分布の測定結果を示す。
ｘ軸はディスクのスライド方向を示す。接点において強
い放射（Ａ）が見られる。また接点の周りでも発光（Ａ
´，ＢおよびＢ´）が観測された。分光分布測定から、
接触点の発光（ＡおよびＡ´）は摩擦熱放射、接点周り
の発光（ＢおよびＢ´）は放電プラズマからの発光であ
ることが明らかになった。放電現象に注目し、発光場所
の摩擦速度依存性がないことから、放電はダイヤモンド
とディスクの間隙で起こっている可能性が高い。間隙で
の放電を仮定して、大気の絶縁破壊電解強度３×１０6
Ｖ／ｍとＢおよびＢ´の位置におけるダイヤモンド−サ
ファイヤ間の数μｍの間隙から、摩擦中では両面間の電
位差は少なくとも数十Ｖ存在することが示唆された。図
４はダイヤモンド（１００）面とサファイヤ（０００
１）面の摩擦接触面およびその周辺における光反射（３
５０−８５０ｎｍ）強度分布。座標は画素数（１画素は
１．２５μｍに相当）を表している。横軸はスライド方
向の座標を表し、ダイヤモンドとサファイヤの接触面は
ｘ＝２７２、ｙ＝２５７を中心とした半径１０ｐｉｘｅ
ｌｓの円形である。
５０−８５０ｎｍ）２次元強度分布の測定結果を示す。
ｘ軸はディスクのスライド方向を示す。接点において強
い放射（Ａ）が見られる。また接点の周りでも発光（Ａ
´，ＢおよびＢ´）が観測された。分光分布測定から、
接触点の発光（ＡおよびＡ´）は摩擦熱放射、接点周り
の発光（ＢおよびＢ´）は放電プラズマからの発光であ
ることが明らかになった。放電現象に注目し、発光場所
の摩擦速度依存性がないことから、放電はダイヤモンド
とディスクの間隙で起こっている可能性が高い。間隙で
の放電を仮定して、大気の絶縁破壊電解強度３×１０6
Ｖ／ｍとＢおよびＢ´の位置におけるダイヤモンド−サ
ファイヤ間の数μｍの間隙から、摩擦中では両面間の電
位差は少なくとも数十Ｖ存在することが示唆された。図
４はダイヤモンド（１００）面とサファイヤ（０００
１）面の摩擦接触面およびその周辺における光反射（３
５０−８５０ｎｍ）強度分布。座標は画素数（１画素は
１．２５μｍに相当）を表している。横軸はスライド方
向の座標を表し、ダイヤモンドとサファイヤの接触面は
ｘ＝２７２、ｙ＝２５７を中心とした半径１０ｐｉｘｅ
ｌｓの円形である。
【００２９】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の摩
擦フォトンの二次元分布計測装置およびその方法では、
紫外域のフォトン計測を機能に含め、光学顕微鏡の分解
能で発光の二次元分布を計測できる。紫外域のフォトン
は、原子の高い励起状態からの脱励起で発生し、たとえ
ば、大気放電現象においては発光のほとんどは紫外域で
ある。従って、従来詳細に観測されていなかった、摩擦
による放電発光の発生メカニズムの研究においてその効
果を発揮することが出来る。
擦フォトンの二次元分布計測装置およびその方法では、
紫外域のフォトン計測を機能に含め、光学顕微鏡の分解
能で発光の二次元分布を計測できる。紫外域のフォトン
は、原子の高い励起状態からの脱励起で発生し、たとえ
ば、大気放電現象においては発光のほとんどは紫外域で
ある。従って、従来詳細に観測されていなかった、摩擦
による放電発光の発生メカニズムの研究においてその効
果を発揮することが出来る。
【００３０】たとえば、物質表面間の摩擦接点近傍で起
きている、静電気放電現象からの微弱発光の発生個所を
光学顕微鏡の解像度で測定するためには、紫外域フォト
ンの透過性能を加えてもつ光学顕微鏡と、そのフォトン
に対して高い検出感度をもつ画像取得装置を組み合わせ
る必要がある。
きている、静電気放電現象からの微弱発光の発生個所を
光学顕微鏡の解像度で測定するためには、紫外域フォト
ンの透過性能を加えてもつ光学顕微鏡と、そのフォトン
に対して高い検出感度をもつ画像取得装置を組み合わせ
る必要がある。
【００３１】また、上記ようなダイナミックな現象を測
定対象物にするにあたっては、ある程度遠隔から観測す
る必要があるため、光学顕微鏡の対物レンズと測定対象
物の距離、すなわち、作動距離を従来より大きくとるこ
とが必要である。
定対象物にするにあたっては、ある程度遠隔から観測す
る必要があるため、光学顕微鏡の対物レンズと測定対象
物の距離、すなわち、作動距離を従来より大きくとるこ
とが必要である。
【００３２】摩擦フォトンの二次元分布計測において、
平板ディスクとピンの接触面内およびその周辺を観測す
る場合には、紫外域フォトンの高い透過特性をもつ透明
な平板ディスクを用いて、接触と反対面から観測する手
法により、摩擦フォトンの二次元分布計測が実現する。
また、摩擦接触点を横から観測する場合には、平板ディ
スクとしてあらゆる材料を適用することができ、長い作
動距離をもつ本発明の計測装置が測定を実現する。
平板ディスクとピンの接触面内およびその周辺を観測す
る場合には、紫外域フォトンの高い透過特性をもつ透明
な平板ディスクを用いて、接触と反対面から観測する手
法により、摩擦フォトンの二次元分布計測が実現する。
また、摩擦接触点を横から観測する場合には、平板ディ
スクとしてあらゆる材料を適用することができ、長い作
動距離をもつ本発明の計測装置が測定を実現する。
【００３３】
【図１】この発明の摩擦フォトンの二次元分布計測装置
とその方法について、摩擦面内およびその周辺で発生し
ているフォトンの二次元分布計測により、発生個所を測
定する実施例の説明図である。
とその方法について、摩擦面内およびその周辺で発生し
ているフォトンの二次元分布計測により、発生個所を測
定する実施例の説明図である。
【図２】この発明の摩擦フォトンの二次元分布計測装置
とその方法について、摩擦点近傍で発生しているフォト
ンの側面観測により、発生個所を測定する実施例の説明
図である。
とその方法について、摩擦点近傍で発生しているフォト
ンの側面観測により、発生個所を測定する実施例の説明
図である。
【図３】Ｐｉｎ−ｄｉｓｋ摩擦面の発光観測装置の構成
説明図。
説明図。
【図４】ダイヤモンド（１００）面とサファイヤ（００
０１）面の摩擦接触面及びその周辺における光放射の強
度分布を示す図。
０１）面の摩擦接触面及びその周辺における光放射の強
度分布を示す図。
１ 摩擦フォトン二次元分布計測装置 ２ 計測装置 ３ 対物レンズ ４ 鏡筒 ５ 画像取得装置 ６ 摩擦形成装置 ７ 光学フィルター ８ 平板ディスク ９ マルチチャンネルプレート １０ 表面 １１ 裏面 １２ 接触子 １３ 接点 １４ レボルバ １５ 画像取得装置コントローラ １６ 画像取得装置制御コンピュータ １７ 制御装置 １８ ディスク抑え ２１ 回転軸 ２２ モータ ２３ ベアリング ２４ フレーム ２５ 支柱 ２６ アーム ２７ てこ軸受 ２８ 負荷おもり ３１ ディスク回転ムラ修正ねじ ３２ バランスおもり ３３ 位置調節微動ステージ ３４ 位置調節微動ステージ ３５ 位置調節微動ステージ ３６ 支柱
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 崇 埼玉県川口市本町四丁目１番８号 科学技 術振興事業団内 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 CA05 CA07 DA06 EA01 FA02 GA04 GA07 GA08 GB07 GB18 GB19 HA01 JA02 KA01 KA02 KA03 LA02 LA03 MA04 MA12
Claims (9)
- 【請求項１】 ２つの部材の間に摩擦形成装置によって
摩擦接点を形成し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫
外域フォトンの透過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通し
て前記摩擦接点からのフォトンを画像形成面に結像させ
ることにより、前記摩擦接点近傍からのフォトンの発光
強度の２次元分布を計測して摩擦面で起こっている現象
の発生箇所を分離することを特徴とする摩擦フォトン二
次元分布計測方法。 - 【請求項２】 前記摩擦接点はディスクと前記ディスク
の表面に接触しているピンとを相対回転させて前記ディ
スクの表面と前記ピンとの間に形成したものであること
を特徴とする請求項１記載の摩擦フォトン二次元分布計
測方法。 - 【請求項３】 ２つの摩擦部材の間に摩擦形成装置によ
って形成した摩擦接点近傍に向かって配置された紫外域
フォトンの透過特性をもつ対物レンズと、前記対物レン
ズを取り付けていて紫外域フォトンの透過特性を有する
鏡筒と、前記被検体の摩擦接点近傍と対物レンズの位置
を調節する位置調整装置と、前記対物レンズから画像取
得装置に達するフォトンの経路中に挿入されたマイクロ
チャンネルプレートと、前記フォトンの経路中に挿入さ
れた切り換え可能な光学フィルターと、前記フォトンの
経路中に配置されたフォトンに対して検出感度をもつ前
記画像取得装置と、及び前記画像取得装置の動作を制御
する制御装置とを備えることを特徴とする摩擦フォトン
二次元分布計測装置。 - 【請求項４】 前記画像取得装置はＣＣＤカメラである
ことを特徴とする請求項３記載の摩擦フォトン二次元分
布計測装置。 - 【請求項５】 前記ＣＣＤカメラはＣＣＤ冷却機能を備
えていることを特徴とする請求項４記載の摩擦フォトン
二次元分布計測装置。 - 【請求項６】 前記マイクロチャンネルプレートは前記
ＣＣＤカメラに内蔵されていることを特徴とする請求項
４記載の摩擦フォトン二次元分布計測装置。 - 【請求項７】 前記光学フィルターは複数の異なる透過
波長帯域の切り換えが可能であることを特徴とする請求
項３記載の摩擦フォトン二次元分布計測装置。 - 【請求項８】 前記摩擦形成装置は、回転可能に支持さ
れているディスクと前記ディスクの一方の面に接触する
接触子との相対回転によって摩擦接点を形成するように
構成されていることを特徴とする請求項３記載の摩擦フ
ォトン二次元分布計測装置。 - 【請求項９】 前記ディスクはフォトン透過性の材料で
構成されており、前記対物レンズは前記ディスクの他の
面の側から前記摩擦接点に向かって配置されていること
を特徴とする請求項３記載の摩擦フォトン二次元分布計
測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037941A JP3525151B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 摩擦フォトン二次元分布計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037941A JP3525151B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 摩擦フォトン二次元分布計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243643A true JP2002243643A (ja) | 2002-08-28 |
| JP3525151B2 JP3525151B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=18901006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001037941A Expired - Lifetime JP3525151B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 摩擦フォトン二次元分布計測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3525151B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008101913A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 潤滑剤劣化測定方法及びそれに用いる劣化測定装置 |
| CN103536277A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-01-29 | 中南民族大学 | 自动化的超弱光成像系统及操作方法 |
| WO2020067306A1 (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | イーグル工業株式会社 | 摺動体の表面評価方法及び摺動体の表面評価装置 |
-
2001
- 2001-02-15 JP JP2001037941A patent/JP3525151B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103536277A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-01-29 | 中南民族大学 | 自动化的超弱光成像系统及操作方法 |
| WO2020067306A1 (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | イーグル工業株式会社 | 摺動体の表面評価方法及び摺動体の表面評価装置 |
| JPWO2020067306A1 (ja) * | 2018-09-28 | 2021-08-30 | イーグル工業株式会社 | 摺動体の表面評価方法及び摺動体の表面評価装置 |
| EP3859312A4 (en) * | 2018-09-28 | 2022-06-08 | Eagle Industry Co., Ltd. | SLIDER SURFACE EVALUATION METHOD AND SLIDER SURFACE EVALUATION APPARATUS |
| US11719640B2 (en) | 2018-09-28 | 2023-08-08 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding body surface evaluation method and sliding body surface evaluation apparatus |
| JP7383358B2 (ja) | 2018-09-28 | 2023-11-20 | イーグル工業株式会社 | 摺動体の表面評価方法及び摺動体の表面評価装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3525151B2 (ja) | 2004-05-10 |
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