第06回英文輪読06月11日
'齋藤'訳
摩擦、潤滑、摩耗について理解しようとするとき、どのように二つの表面が互いに接触をするかということを第一に理解しなければならない。 ボーデン（1950）は、「二つの固体をくっつけて置くことは、オーストリアの上にスイスを逆さまにしておくようなものである−密接な接触の面積は小さくなるだろう」と指摘した。 ほとんどの摩擦表面に対して、凹凸の傾斜は、スイスとオーストリアの山の傾斜よりも非常に小さい。 非常に滑らかな表面に対する（例えば、ディスクドライブのスライダーディスクインターフェイス）状況は、カンザスをネブラスカの頂上に置くことで起こるような、多くの接触する場所は形状特徴（農家や時折の丘のような）である瓦礫（牛のような）の上で起こりうる程のものである。 スイス−オーストリアとカンザス−ネブラスカとを比較したときの広範囲に渡る形状の違いは、かなりの接触の違いを導く。 とがった先端を組み合わせることを二つの平らな牧場間で牛をすりつぶすことを比較するようなこと。 同様に、二つの固体が触れる際に原子的スケールで起こることを調査するように、多くはナノスケールの表面質感に依存する。 原始的に滑らかなかめ合い表面のために、どの緩い原子や分子も二面の間の周りを瓦礫が転がるように動く。 鋭い突起のために、強い分子の粘着力と高接触圧力は二つの物体が触れる際の原子スケールでの広範囲の塑性変形の結果に起因する。 摩擦作用を理解することは、第一に二接触表面の形状を理解することに依存する。 この章では、表面形状の一般的な考えを含み、それを摩擦表面と主にAFM等の表面形状を測定するための必要不可欠な技術への適用の仕方を含む。
'笹崎'訳
2.1 表面粗さの種類
無数の種類の表面形状が存在する限り、実際には、少数の方法だけが表面形状を説明するために用いられる。
これはそれらの表面(大部分の現実的な表面を幸いにも含む)でうまく機能する。
そこでの形状はそれぞれが異なる長さのスケールで支配する形の混合である。
例えば、図2.1は表面形状の説明であり、大きな長さスケールでは規則的であり、小さな長さスケールではばらつきがある。
規則的構造は研削工程あるいは機械工程に起因していると思われ、表面上に波のようなパターンである明確な’加工筋目’を生じている。
加工筋目に対する直交の線の側面は波形間隔(あるいは波長)と波形高さを示している。
更に拡大すると、規則的な波形構造に重ねるよりも細かい不規則な構造が見えてくる。
更に拡大すると個々の原子の粗さが見えてくる。
より高い倍率で異なる粗さのスケールを明らかにすることは形状測定において普通の出来事であり、一人の有名なトライボロジスト(Archard 1957)は‘突起物中の突起部の突起’としての表面の特徴を説明する。
図2.1における表面の幾何学的な特徴は、多くの種類の表面に共通で、最も小さなスケールから最も大きなスケールまで以下のように分類することができる。
図2.1 (上) 通常の波形表面組織のイラスト。
(下) 細かいスケール粗さのさらに拡大した図。
'佐藤'訳
- 原子スケール粗さ：固体の表面上の原子からの粗さ
- 粗さ：丘（凹凸）と谷によって特徴づけられる短波長面不規則性 これらの表面上の特徴は一般的にランダムな間隔、高さと深さがある。
- うねり：粗さの特徴より生じる非常に大きな間隔と、間隔と振幅の微小な統計変化による表面の不規則性。（すなわち規則的な構造） うねりは熱処理、締め付けによる変形、振動、ゆがんでいるひずみや、また機械加工部品のために、表面を仕上げるのに用いられる研削または研磨プロセスから生じることがある。
- 形状の誤差：一部の製造または後の不正使用の間で生じる欠陥；正確に作られていないか、ダメージを受けた一部から生じている形の著しい逸脱。
'定嶋'訳
2.2 粗さパラメータ
形状測定と原子力顕微鏡検査（AFM）は、表面の地形を測る2つの一般的な方法である。
これらの技術では、鋭い針が柔軟な片持ち梁の先に置かれ、それから低い接触力で表面の上に引かれる。
表面上の針痕跡として、図2.2に図示されるように、その上下運動は表面の形状の1-次元側面を提供するために記録される。
直角方向で小距離によって切り離される繰り返し収集痕跡によって、形状の三次元表示は、描くことができる。
それから、これらの側面痕跡は、表面の粗さを記述するパラメータを決定するために、コンピュータで分析することができる。
2.2.1 Z-高さにおける変化
一つの側面痕跡で、その線についての痕跡の平均二乗偏差が最低限である痕跡を通して線を決定することによって、センターラインまたは平均高さは最初に見つかる。
（この線のために、線より上の領域は線より下の領域と等しい。）
そして、zは平均高さと相対的な形状の高さと定義される。
痕跡の三次元収集のために、同様の方法で定められる水平面は、平均高さまたは表面の平均を測定するのに用いられる。
最初の粗さパラメータ、平均粗さRaは、
で定義される。
平均高さ（平方二乗平均、標準偏差σまたはRqとも呼ばれる）についてのzの平均二乗偏差は、統計学的により意味があるパラメータで、
で定義される。
大部分の表面で、RaとRqは、大きさの点で同様です;
たとえば、正弦波表面
と同様に表面高さのランダムなガウス分布との表面は
である。