JP6659926B2 - 表面近傍ミクロ構造を使用した弾性部材の摩擦特性の制御 - Google Patents
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Description
Wは付着の仕事であり(J/m2)、
W0は対照の付着性であり(J/m2)、
wは小繊維間の間隔であり(m)、
tは薄膜の厚さであり(m)、
hは小繊維高さであり(m)、
αは小繊維パターンに応じた無次元定数であり、正方形パターンの小繊維配置に対して約7.3 10−4である。
Wは付着の仕事であり(J/m2)、
σcは実験的に確立された固有キャビテーション応力であり(N/m2)、
Aは各小繊維の断面積であり(m2)、
Eは材料/エラストマーのヤング率であり(N/m2)、
wは小繊維間の間隔であり(m)、
hは各小繊維の高さである(m)。
wは小繊維間の間隔であり(m)、
W0は対照の構造化されていない面間の付着性であり(J/m2)、
Eは材料のヤング率であり(N/m2)、
tは薄膜の厚さであり(m)、
hは小繊維高さである(m)。
角張った小繊維/薄膜接合部を有するそのような薄膜終端型小繊維構造に関して、そのような構造に加えて顕著に大きい静摩擦をさらに示すことが分かった。
Sは隆起の間隔周期(隆起の中心線間の距離)であり(m)、
Gはエラストマーの剪断弾性係数であり(N/m2)、
hは終端薄膜の厚さであり(m)、
Dはメートルで表した隆起高さである(m)。
τは接触領域の平均摩擦応力であり(N/m2)、
E*は材料の弾性の平面歪みヤング率であり(N/m2)、
Sは隆起の間隔周期であり(m)、
hは薄膜の厚さであり(m)、
Dは隆起高さであり(m)、
cは隆起幅である(m)。
Claims (28)
- 異方性の表面近傍構造物を有する弾性部材であって、
エラストマー材料で構成された単体を含み、前記単体は、
下面および上面を有する支持層と、
前記支持層の上面から延びる複数の隆起部材であって、前記複数の隆起部材はそれぞれ前記上面に沿って伸長しかつ先端部で終端する複数の隆起部材と、
前記複数の隆起部材の先端部に接合された接触薄膜層と
を備える、弾性部材。 - 請求項1に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材のうち隣接する隆起部材は、間にある谷部によって分離されている、弾性部材。 - 請求項2に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材のうち隣接する隆起部材間に画定された前記谷部はそれぞれ、共通する長方形の断面を有している、弾性部材。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材は、平行に離間した関係で延びている、弾性部材。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材はそれぞれ、その全長に沿って一定である幅を有している、弾性部材。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材は、共通の幅を有している、弾性部材。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材は、共通する長方形の断面を有している、弾性部材。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記弾性部材はエラストマー材料で構成され、前記エラストマー材料の平坦なサンプルは滑り摩擦特性を示し、前記弾性部材は前記平坦なサンプルの滑り摩擦特性よりも1.1〜4.0倍だけ大きくなる滑り摩擦特性を示す表面近傍構造物を有している、弾性部材。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記弾性部材はエラストマー材料で構成され、前記エラストマー材料の平坦なサンプルは滑り摩擦特性を示し、前記弾性部材は前記平坦なサンプルの滑り摩擦特性の0.99〜0.2倍だけ小さくなる滑り摩擦特性を示す表面近傍構造物を有している、弾性部材。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記弾性部材は、前記接触薄膜層との接触面の滑り接触時において負荷状態の下で接触領域の前縁に隣接する前記接触薄膜層のゆがみを引き起こすように組み合わせて選択される材料特性、隆起幅、隆起間隔、隆起高さ、および接触薄膜厚さを有するように構成されている、弾性部材。 - 異方性の表面近傍構造物を有する弾性部材であって、
下面および上面を有し、前記下面と前記上面との間の厚さを画定する支持層と、
前記支持層の上面から延びる複数の隆起部材であって、前記複数の隆起部材はそれぞれ前記上面に沿って伸長しかつ2μm〜1000μmの幅を有し、前記複数の隆起部材はそれぞれ前記幅の2〜7倍の距離だけ延びかつ先端部で終端し、前記複数の隆起部材のうち隣接する隆起部材は前記幅の2〜15倍の間隔で分離されている複数の隆起部材と、
前記複数の隆起部材の先端部に接合され、前記隆起部材の幅の0.25〜5倍の厚さを有する接触薄膜層と
を備える、弾性部材。 - 請求項11に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材はそれぞれ、5μm〜100μmの幅を有している、弾性部材。 - 請求項11または12に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材はそれぞれ前記上面に沿って均一に離間され、前記複数の隆起部材のうち隣接する隆起部材間の間隔はそれぞれの谷部を画定している、弾性部材。 - 請求項11〜13のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材のうち隣接する隆起部材は、100μm〜130μmの
間隔で分離されている、弾性部材。 - 請求項11〜14のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の隆起部材はそれぞれ、長方形の断面を有している、弾性部材。 - 高められた摩擦特性を提供するための表面近傍構造物を有する弾性部材であって、
下面および上面を有する支持層と、
支持部材の配列であって、前記配列の各支持部材は前記支持層の上面から距離(D)だけ延びかつ断面形状を有する隆起部材からなり、離間された支持部材の配列のうち隣接する支持部材は間隔(S)で分離されている支持部材の配列と、
複数の支持部材の先端部に接合され、厚さを有する薄膜層と
を含み、
前記支持層、前記支持部材の配列、および前記薄膜層は、それぞれの材料特性を有する材料で構成され、
材料、距離、前記断面形状、前記間隔、および前記薄膜層の厚さは、前記弾性部材の負荷状態に応じて、前記支持部材の配列および前記薄膜層の少なくとも1つの折り重なりを生じさせるように組み合わせて選択される、弾性部材。 - 請求項16に記載の弾性部材において、
前記弾性部材はエラストマー材料で構成され、前記エラストマー材料の平坦なサンプルは滑り摩擦特性を示し、前記弾性部材は前記平坦なサンプルの滑り摩擦特性よりも1.1〜4.0倍だけ大きくなる滑り摩擦特性を示す表面近傍構造物を有している、弾性部材。 - 請求項16に記載の弾性部材において、
前記弾性部材はエラストマー材料で構成され、前記エラストマー材料の平坦なサンプルは滑り摩擦特性を示し、前記弾性部材は前記平坦なサンプルの滑り摩擦特性の0.99〜0.2倍だけ小さくなる滑り摩擦特性を示す表面近傍構造物を有している、弾性部材。 - 高められた静摩擦特性を与える表面近傍構造物を有する弾性部材であって、
下面および上面を有し、前記下面と前記上面との間の厚さを画定する支持層と、
配列として配置された複数の小繊維であって、前記複数の小繊維はそれぞれ
前記支持層の上面から延びかつ先端部で終端する複数の小繊維と、
角張った接合部で前記複数の小繊維の先端部に接合された接触薄膜層と
を備える、弾性部材。 - 請求項19に記載の弾性部材において、
前記角張った接合部はそれぞれ半径を有するものとして近似的に表わされるフィレットを画定し、前記半径は2マイクロメートル未満である、弾性部材。 - 請求項19に記載の弾性部材において、
前記複数の小繊維はそれぞれ幅を有し、前記角張った接合部はそれぞれ前記小繊維の幅の50%未満の半径を有するものとして近似的に表わされるフィレットを画定している、弾性部材。 - 請求項19に記載の弾性部材において、
前記複数の小繊維はそれぞれ幅を有し、前記角張った接合部はそれぞれ前記小繊維の幅の20%未満の半径を有するものとして近似的に表わされるフィレットを画定している、弾性部材。 - 請求項19〜22のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記角張った接合部は、前記弾性部材を、前記角張った接合部を含むように一体部材とすることによって形成される、弾性部材。 - 請求項19〜23のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記複数の小繊維はそれぞれ、前記接触薄膜層との接合部に隣接する変化しない一定の断面を有している、弾性部材。 - 請求項19〜24のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記弾性部材はエラストマー材料で構成され、前記エラストマー材料の平坦
なサンプルは滑り摩擦特性を示し、前記弾性部材は前記平坦なサンプルの滑り摩擦特性よりも1.1〜2.5倍だけ大きくなる滑り摩擦特性を示す表面近傍構造物を有している、弾性部材。 - 請求項19〜25のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記弾性部材はエラストマー材料で構成され、前記エラストマー材料の平坦なサンプルは静摩擦特性を示し、前記弾性部材は前記平坦なサンプルの静摩擦特性よりも1.1〜3.0倍だけ大きくなる静摩擦特性を示す表面近傍構造物を有している、弾性部材。 - 請求項19〜26のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記配列は、四角形パターンで配置された小繊維を含む、弾性部材。 - 請求項19〜26のいずれか一項に記載の弾性部材において、
前記配列は、六角形パターンで配置された小繊維を含む、弾性部材。
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