構造用セラミックスの起動摩擦に関する研究

• Project/Area Number: 09750172
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 設計工学・機械要素・トライボロジー
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 宇佐美 初彦 名城大学, 理工学部, 講師 (80278324)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 1998: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1997: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: Ceramics(セラミックス) / Sliding friction(すべり摩擦) / Friction coefficient(摩擦係数)

Research Abstract

セラミックス同士およびセラミックスと金属の組み合わせの接触面について、起動摩擦挙動を実験的に評価し下記の結果を得た。
1. 摩擦係数に及ぼす表面あらさの影響
研削仕上および鏡面仕上げした試験片について、起動摩擦を測定した。測定結果に従来より提案されている接触面のモデル化手法を適用したところ、凹凸の大きい面で摩擦抵抗が大きくなるのは主として突起のかみ合いに起因することが確かめられた。また、片方の摩擦面を球形状とすることによって、実験結果の安定性や精度が向上することも確認した。
2. セラミックスと金属の組合せによる起動摩擦の推定
各種構造用セラミックス(窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア)とステンレス合金の組み合わせで起動摩擦を測定した。この結果、セラミックスの材種の差異に対する定常値到達後の摩擦係数(摩擦係数の最大値)の変化は小さいこと、相対変位速度の増加に伴い摩擦係数の最大値は減少することが確認された。
3. 動摩擦と起動摩擦の比較による接触状態の推定
起動摩擦試験で得られた結果と、接触状態に関する既存のモデル化手法を組合せ、動摩擦状態における摩擦係数や真実接触面積の変化を検討した。この結果、動摩擦中にしばし観察される摩擦係数の激しい変動は、主として摩耗や摩耗粉の介在による摩擦面の凹凸の増大に影響されることや、真実接触面積の大きさは接触面に負荷される荷重の大きさが一定と見なされる場合には、ほとんど変化しないものと考えられる。ただし、相手材が金属材料で変位速度が極めて小さい場合には、真実接触面積は突起の塑性変形によって起動摩擦過程で増加する傾向を示す。