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公開番号2025018861
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023161521
出願日2023-09-25
発明の名称原子間力顕微鏡用プローブ及び鋼材の評価方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人
主分類G01Q 60/38 20100101AFI20250130BHJP(測定;試験)
要約【課題】鋼材が使用される実際の系に近づけた環境で、摩擦力測定や凝着力測定を含む材料表面特性の評価が可能な原子間力顕微鏡用プローブを提供する。
【解決手段】原子間力顕微鏡用プローブ1は、試料と接する部分の曲率半径Rが0.5μm以上であり、表面に厚さが20～100nmの金属の蒸着膜21を有する。原子間力顕微鏡用プローブは、板状のレバー部10と、レバー部10上に設けられた先端部20とを有していてもよい。先端部20の形状は、球状であってもよい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
試料と接する部分の曲率半径が０．５μｍ以上であり、
表面に厚さが２０～１００ｎｍの金属の蒸着膜を有する、原子間力顕微鏡用プローブ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の原子間力顕微鏡用プローブであって、
板状のレバー部と、
前記レバー部上に設けられた先端部とを有する、原子間力顕微鏡用プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の原子間力顕微鏡用プローブであって、
前記先端部の形状が球状である、原子間力顕微鏡用プローブ。
【請求項４】
請求項３に記載の原子間力顕微鏡用プローブであって、
前記先端部の直径が１．０～３０．０μｍである、原子間力顕微鏡用プローブ。
【請求項５】
請求項２に記載の原子間力顕微鏡用プローブであって、
前記先端部の基体の材質がＳｉＯ
２
である、原子間力顕微鏡用プローブ。
【請求項６】
請求項２に記載の原子間力顕微鏡用プローブであって、
前記先端部の試料と接する部分が曲面であり、当該曲面と連続した曲面の幅方向の最大の寸法Ｗが０．５～３０μｍである、原子間力顕微鏡用プローブ。
【請求項７】
請求項２に記載の原子間力顕微鏡用プローブであって、
前記先端部の試料と接する部分が平面であり、当該平面の幅方向の最大の寸法Ｗが０．５～３０μｍである、原子間力顕微鏡用プローブ。
【請求項８】
請求項２～７のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡用プローブを備えた原子間力顕微鏡を用いて、鋼材からなる試料を評価する方法であって、
前記先端部を前記試料に接触させた状態で原子間力顕微鏡用プローブを水平方向に移動させて前記先端部と前記試料の表面との摩擦力を測定すること、及び前記先端部を前記試料に接触させた状態から前記原子間力顕微鏡用プローブを垂直方向に移動させて前記先端部と前記試料の表面との凝着力を測定することの少なくとも一方を行う工程を備える、鋼材の評価方法。
【請求項９】
請求項８に記載の鋼材の評価方法であって、
前記先端部を前記試料に接触させた状態で原子間力顕微鏡用プローブを水平方向に移動させて前記先端部と前記試料の表面との摩擦力を測定すること、及び前記先端部を前記試料に接触させた状態から前記原子間力顕微鏡用プローブを垂直方向に移動させて前記先端部と前記試料の表面との凝着力を測定することの少なくとも一方を行う工程を、大気雰囲気よりも酸素濃度の低い低酸素雰囲気下で行う、鋼材の評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡用プローブ及び鋼材の評価方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料は自動車用部品、鉄道車両用部品、建築部材、パイプ等の工業製品に広く用いられている。特に、機械構造用合金鋼や機械構造用炭素鋼は、その機械的強度の高さのため、歯車やシャフト等、動力伝達システム（機械システム）の部品に代表される摺動部品の材料として使われることが多い。
【０００３】
摺動部品の最大の課題は、部品同士の摩擦や摩耗であり、これらは機械システム全体の不具合や低効率化を引き起こす原因と考えられている。今後、機械システムの小型・軽量化が進むことで摺動部品の環境は一層厳しくなることが予想される。例えば、自動車のエンジン部品であるクランクシャフトに関しては、小型・軽量化とともに、摺動部の耐焼付性の改善が恒久的な課題となっている。これらの課題を解決するため、現行品よりも摺動性に優る鋼材を開発し、機械システムの小型・軽量化に備える必要がある。
【０００４】
摺動部品用鋼材が解決すべき課題の一つに、部品寿命及び信頼性を向上させる観点から、耐焼付性の改善が挙げられる。焼付きは摺動面同士が固着、溶着又は凝着する現象を指し、焼付きが発生すると機械システムの故障に繋がる。鋼材の耐焼付性の向上に関して、鋼材中の析出物や成分を制御して凝着を制御する方法が検討されている。例えば、特開２０１３－２２７６７４号公報には、表面の炭化物及び窒素濃度を制御することで、凝着を抑制して耐焼付性を向上させることが記載されている。
【０００５】
鋼材の機械特性は組織の影響を受けやすいため、摺動性の向上には組織制御が重要である。最適な組織を探索するためには鋼材の表面特性を正確に評価する必要がある。ここで、鋼材の表面特性を評価する方法の一つとして、原子間力顕微鏡がある。
【０００６】
特開平６－３００３１５号公報には、走査プローブ顕微鏡用プローブが開示されている。この走査プローブ顕微鏡用プローブは、先鋭化された金属又は半導体の表面を絶縁物で被覆した探針を持ったカンチレバーからなる。同公報には、カンチレバーの探針のついていない面に厚さ２００ｎｍのＡｕ薄膜を蒸着したことが記載されている。
【０００７】
特開平６－９６７１４号公報には、表面加工装置が開示されている。この表面加工装置は、走査型プローブ顕微鏡において、絶縁性のプローブに電荷を供給するために、プローブを多層構造として表面に導体層を設け、そのプローブ先端と試料表面との間に電圧を印加するための電圧印加手段を構成して、試料表面を加工することを特徴とする。
【０００８】
特開２００６－７１４４８号公報には、近接場顕微鏡用プローブが開示されている。この近接場顕微鏡用プローブは、サンプル表面に発生させたエバネッセント場にプローブを挿入し、プローブ先端でエバネッセント場を散乱させて散乱光を検出する近接場顕微鏡に用いられるものであって、少なくともエバネッセント場の相互作用に起因するプローブの一部又は全部が、互いに癒着することのない曲率半径１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の粒径を持つ金属でコーティングされている。
【０００９】
特開２０２１－２５９９５号公報には、走査プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーが開示されている。このカンチレバーは、断面視において、試料に近づける部位であって金属膜で被覆された頂点部位と、頂点部位と接続され金属膜で被覆された稜線と、稜線と接続された上角部位とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１３－２２７６７４号公報
特開平６－３００３１５号公報
特開平６－９６７１４号公報
特開２００６－７１４４８号公報
特開２０２１－２５９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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