研究室情報 - 大同大学宮本研究室

研究室情報　Laboratory information

研究室名・研究場所

【研究室名】
大同大学工学部機械工学科　宮本研究室
【研究場所】
A1209（教員居室）、A1212（学生居室ー他研究室と共有）、A1213（実験室ー他研究室と共有）、D0119（実験室ー他研究室と共有）

本研究室所有設備

　

　　【大気圧プラズマ処理装置（独自設計）】
　　大気圧中で様々なプラズマ処理ができます。
　　現在、窒化処理、コーティング、プラズマ滅菌に使用しています。
　　高温ヒーターを設置してあるので、同時に700℃まで加熱することができます。

　　【複合真空プラズマ処理装置（独自設計）】
　　直流、高周波、電子ビーム励起プラズマを用いて真空中で様々なプラズマ処理が
　　できます。現在、窒化処理、コーティングなどに使用しています。上記の装置と同様
　　にヒーターを設置してあるので700℃程度まで加熱することができます。真空引きは
　　ロータリーポンプとターボ分子ポンプにより行っています。ゲートバルブにより圧力
　　の調整が可能です。

　　【電子ビーム励起プラズマ処理装置（独自設計）】
　　電子ビームを用いてプラズマを発生させ、様々な処理を行う装置です。
　　通常のプラズマ装置より解離度が高く、プラズマ密度の高いプラズマが生成できます。

　　【超高真空成膜装置（元アルバックテクノ、宮本研改）】
　　RFマグネトロンスパッタリングを用いて成膜を行う装置です。
　　高周波などを用いてターゲットのスパッタリングを行い、被処理物に薄膜を成膜する
　　ことができます。

　
　【直流プラズマ装置（独自設計）】
　　直流プラズマを用いて真空中でプラズマ処理ができます。
　　赤外線導入加熱装置（サーモ理工製）を備えており、
　　非接触で1000℃前後に高速昇温することが可能です。
　　現在、プラズマ表面改質、スパッタリングなどに使用しています。
　　小型のチャンバーなので、被処理物は比較的小型なものになります。

　　【液中プラズマ処理装置（電源：栗田製作所）】
　　液体の中にプラズマを発生させる装置です。
　　表面修飾、ナノ粒子の生成、滅菌など様々な用途に用いることができます。

　　【過熱水蒸気発生装置（フィルテック）】
　　過熱水蒸気（熱放射性H2Oガス）を発生させる装置です。
　　600~700℃程度までの過熱水蒸気を発生させることができます。
　　加熱、炭化、洗浄、殺菌などの用途に用いることができます。表面の改質をしています。

　　【摩擦摩耗試験機】
　　摩擦摩耗試験を行うことにより摩擦係数、摩耗量を計ることができます。
　　治具を変えることにより、ボールオンディスク、ピンオンディスクなど様々な方法で
　　試験することができます。

　　【デジタルマイクロスコープ
　(Hirox RH-2000)】
　　使用しているレンズは140～1400倍で観察することができます。
　　観察した物体の長さや面積、角度など様々な計測ができます。
　　3D観察や表面粗さの測定も可能です。

　　【マイクロビッカース硬さ試験機(Mitutoyo HM-102等)】
　　試験片等の硬さを計ることができます。試験力は0.01kgf～1kgfまで変更できます。
　　硬さ試験機は2台あり，もう1台はモニタで、圧痕を確認できるタイプです。

　　【自動接触角計(エキシマ SImage AUTO 100)】
　　試料表面に液体を滴下し、接触角を測定することで試料表面評価を定量的に行うことが
　　できます。
　　分子レベルの清浄度評価やぬれ性、均一性を定量的に評価します。
　　測定は自動測定、手動測定が可能です。

　　【電気化学計測装置(北斗電工（現明電北斗）)】
　　種々の電気化学測定が可能。
　　現在、主に金属の耐食性評価に使用しています。

　　【分光光度計（オーシャンオプティクス）】
　　電磁波スペクトルを測定することができます。
　　本研究室で所有している機器は200nm～850nmまで測定可能です。
　　本研究室では真空および大気圧中で発生させたプラズマの分析に用いています。

　　【精密切断機(マルトー MC-122)】
　　研究試料作りの基本となる切断を、簡単・便利に実行できます。
　　金属材料用にモーターをパワーアップしたモデルです。

　　【研磨機(メイワフォーシス SBT900)】
　　試料の手研磨に用いています。0～1725rpmまで無段階調節可能で、粗研磨から鏡面研磨
　　まで対応できます。ワックスを使い研磨治具と固定することにより、さらに精密な研磨も
　　可能です。

　

　【熱間樹脂埋め機(リファインテック MPB-321)】
　　試料の断面観察用に熱間の埋込プレスを使用しています。
　　樹脂はベークライトやアクリル等を使用しています。

　　【クリーンベンチ(三洋電機)】
　　埃や環境微生物を避けながら作業（無菌操作）をすることができます。

　

　【インキュベータ】
　　温度をプラグラムどおりに保つごとができます。現在、培養に使用しています。

その他として・触診式表面粗さ計（Mitutoyo）・往復摺動型摩擦摩耗試験機・バイポーラパルス電源、直流電源、高周波電源　等　各種電源・超音波洗浄機　等　各種試料処理準備機・・・などなどあります。詳しくはお問合せください。

研究内容

以下に主な研究内容を記載します。詳しくは研究業績を参照、またはお問合せください。

大気圧プラズマ窒化処理法の開発: 大気圧中でプラズマを発生させ、表面に窒化層を形成し、金属材料の耐摩耗性、疲労強度、耐食性、耐焼付性などを低コストかつクリーンに向上させます。従来のプラズマ窒化処理法は真空中での処理であり、設備費用が高価、リードタイムが増加する、連続処理が困難、適応できる材質に制限があるなど様々な問題を抱えていました。これらを解決するために大気圧中で窒化処理をする研究を行っています。本研究室では主に誘電体バリア放電という方法を用いて大気圧中でプラズマ窒化をおこなっております。
【成果】
・大気中（空気中）で従来の真空中でのプラズマ窒化と同等の硬さ、深さを備えた窒化層の形成を確認した。
・形成した窒化層は、硬さや耐摩耗性だけでなく、従来の処理法では得られなかった潤滑性を備えていることを明らかとした。
等様々なことが現時点で明らかとなっています。
大気圧プラズマジェットを用いた窒化処理法の開発: 上記の処理法と同様に大気圧中でプラズマを発生させ、プラズマジェットを照射することで、その場で部分的な窒化処理をすることができます。
形成した窒化層は従来の真空中のプラズマ窒化処理法と同等の性質を備えていることを確認しています。　　　　　　　　　　　　
プラズマを用いた切削液の滅菌法の開発およびその潤滑性に関わる研究: 切削液中に存在するバクテリア等の微生物の滅菌法について研究を行っています。ものづくりにおいて切削液の使用は欠かせません。近年の環境問題から切削液の使用が問題化され、切削液を使用しないドライ切削が多く研究されていますが、いまだに実現が困難であり、セミドライ切削や従来と同様に切削液を使用する場合がほとんどです。この切削液は使用とともに劣化します。この劣化の原因の一つに微生物の繁殖による切削液の分解があります。これを解決するためにプラズマを用いる方法を提案しています。またプラズマ処理を行った切削油などの油の潤滑特性に関わる研究を行っております。
【成果】
・プラズマを用いることで、処理時間10秒程度で切削液中のバクテリアを90%以上滅菌できることが明らかとなった。
・劣化した潤滑油にプラズマ処理をすることで潤滑性などが改善することを見出した。
・劣化した潤滑油にプラズマ処理をすることで見た目が新品同様に改善することを見出した。
等様々なことが明らかとなっています。
鋼の高速プラズマ光輝窒化処理法の開発: 窒化処理を行った鋼の表面は、固溶した窒素濃度などに応じて化合物層と呼ばれるもろく粗い層が形成します。この化合物層の形成を制御すると共に、処理時間が短い新しいプラズマ窒化処理法の開発を行っております。
【成果】
・処理時間が1/2程度で従来と同等の深さの窒化層を形成することに成功した。
等様々なことが明らかとなっています。
微小隙間内面へのプラズマ窒化処理法の開発: 従来のプラズマ窒化処理法は、微小な隙間（0.8mm程度以下）内面や複雑な形状への処理は困難です。そこで、微小な隙間や複雑な形状にも処理が出来る新しい方法を研究しています。
【成果】
・エッジ効果の発生がなく、均一な窒化層を形成することに成功した。
・微小な隙間内面への窒化処理に成功した。
等様々なことが明らかとなっています。
大量プラズマ窒化処理法の開発: 生産性の向上を目指して新しいプラズマ窒化処理法の開発を行っています。大量の被処理物の全面を一度に均一に処理できる新しい方法をこれまでに開発しました。; まだまだ記載されていないテーマは多くあります。
・プラズマ窒化処理におけるメカニズムの解明と新しい窒化モデルの提案
・アルミニウム合金における低温窒化処理法の開発
・プラズマ窒化処理鋼の疲労強度に関する研究
・プラズマ処理を用いた鋼の親水性、疎水性に関する研究
・ステンレス鋼の大気圧プラズマ窒化処理法に関する研究
・プラズマ中の粒子シミュレーションに関する研究
・各種分散液体の開発など
様々な成果を挙げております。詳しくはお問合せください。