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潤滑メカニズム解明のための潤滑剤の界面分子構造のその場観察・分析法に関する研究

Research Project

Project/Area Number 14J00744
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Design engineering/Machine functional elements/Tribology
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

渡部 誠也  東京理科大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords摩擦界面 / 和周波発生分光 / トライボロジー / 油性剤 / SFG分光分析 / その場観察 / 摩擦
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,昨年度までに開発したSFGその場観察装置を用いて,油性剤やイオン液体の摩擦界面における分子状態について測定を行った.いずれの結果においても,動的状態における界面の分子構造は静的状態における構造とは異なることが明らかとなった.
n-ドデカンにステアリン酸を添加した場合では,無水石英表面に形成したステアリン酸の分子吸着膜がドデカン分子の配列を促し,さらには流れ方向に整流する役割を果たしていることが示された.潤滑油バルク側に配向したn-ドデカン分子が配向することにより,流体抵抗(曽田らの式における流体潤滑油膜のせん断強さ)を下げていると考えられる.一般的な油性剤分子吸着膜の摩擦低減効果は,摺動する2面間の直接接触を防ぐこととされているが,それに加えてこのステアリン酸分子吸着膜の基油流れを作る役割が基油による流体抵抗を減らし,摩擦低減に寄与していると考えられる.本研究により得られた新たな油性剤分子吸着膜に関する知見は,潤滑剤を用いた摩擦の制御において,添加剤の表面吸着・表面反応による境界膜の特性だけではなく,境界膜と基油との相互作用を考慮する必要があることを示唆している.
イオン液体を用いた場合では,摺動中のイミダゾリウム環の傾き角が大きい,つまりイミダゾリウム環が表面に平行に近い配向をしている場合ほど摩擦係数が小さくなるという関係が明らかとなった.
以上から,ステアリン酸の結果からは,これまでに報告例のない、ステアリン酸吸着膜が基油分子の配向を促す挙動が初めて観測された.イオン液体を用いた実験からは,カチオンに含まれるイミダゾリウム環の摺動中における傾き角が摩擦特性と相関があることが示された.このように,本観察手法は,摩擦界面における分子の振る舞いと摩擦特性の関係解明に重要な知見を与えるもので,しゅう動条件に適した添加剤の開発などの潤滑技術の向上に貢献するものと考えられる.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] トライボロジーにおける和周波発生分光分析2017

    • Author(s)
      渡部 誠也,三宅 晃司,佐々木 信也
    • Journal Title

      トライボロジスト

      Volume: 62 Pages: 79-86

    • NAID

      130005331824

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Analysis of the interfacial molecular behavior of a lubrication film of n-dodecane containing stearic acid under lubricating conditions by sum frequency generation spectroscopy2016

    • Author(s)
      S. Watanabe, M. Nakano, K. Miyake, S. Sasaki
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 32 Issue: 51 Pages: 13649-13656

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b03954

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effects of concentration of zinc dialkyldithiophosphate on the tribological properties of tetrahedral amorphous carbon films in presence of organic friction modifiers2016

    • Author(s)
      H. Okubo, S. Watanabe, C. Tadokoro and S. Sasaki
    • Journal Title

      Tribology International

      Volume: 94 Pages: 446-457

    • DOI

      10.1016/j.triboint.2015.10.008

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vibrational Spectroscopic Study on Lubrication and Corrosive Wear Mechanisms of Imidazolium Based Ionic Liquids2015

    • Author(s)
      Seiya Watanabe, Miki Nakano, Koji Miyake, Chiharu Tadokoro and Shinya Sasaki
    • Journal Title

      Ionic Liquids - Current State of the Art

      Volume: 20 Pages: 545-556

    • DOI

      10.5772/59132

    • ISBN
      9789535121220
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of Molecular Orientation Angle of Imidazolium Ring on Frictional Properties of Imidazolium-based Ionic Liquid2014

    • Author(s)
      S. Watanabe, M. Nakano, K. Miyake, R. Tsuboi, S. Sasaki
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 30 Issue: 27 Pages: 8078-8084

    • DOI

      10.1021/la501099d

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectroscopic Study on Lubrication and Tribo-Corrosion Mechanisms of Ionic Liquid2014

    • Author(s)
      渡部 誠也, 中野 美紀, 三宅 晃司, 坪井 涼, 佐々木 信也
    • Journal Title

      Hyomen Kagaku

      Volume: 35 Issue: 8 Pages: 443-448

    • DOI

      10.1380/jsssj.35.443

    • NAID

      130004678727

    • ISSN
      0388-5321, 1881-4743
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Mixing Two Ionic Liquids on Tribological Behavior of Bearing Steel2014

    • Author(s)
      S. Watanabe, T. Koyama, Y. Kondo, K. Miyake, M. Nakano, S. Sasaki, R. Tsuboi
    • Journal Title

      Surfactant in Tribology

      Volume: 4 Pages: 217-238

    • DOI

      10.1201/b17691-13

    • ISBN
      9780429102882
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tribochemical Reactions of Ionic Liquids Under Vacuum Conditions2014

    • Author(s)
      S. Kawada, S. Watanabe, Y. Kondo, R. Tsuboi, S. Sasaki
    • Journal Title

      Tribology Letters

      Volume: 54 Issue: 3 Pages: 309-315

    • DOI

      10.1007/s11249-014-0342-z

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 和周波発生分光を用いた摺動界面におけるステアリン酸分子吸着膜のその場観察2016

    • Author(s)
      渡部 誠也,中野 美紀,三宅 晃司,佐々木 信也
    • Organizer
      トライボロジー会議 2016秋 新潟
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2016-10-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic observation of ionic liquids at friction interface by Sum-frequency generation spectroscopy2016

    • Author(s)
      S. Watanabe, M. Nakano, K. Miyake, S. Kawada, C. Tadokoro, S. Sasaki
    • Organizer
      ASIL7 7th Australian Symposium on Ionic Liquids
    • Place of Presentation
      Newcastle, Australia
    • Year and Date
      2016-05-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamic observation of ionic liquids at friction interface by Sum-frequency generation spectroscopy2016

    • Author(s)
      Seiya Watanabe
    • Organizer
      7th Australian Symposium on Ionic Liquids (ASIL7)
    • Place of Presentation
      ニューカッスル、オーストラリア
    • Year and Date
      2016-05-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 和周波発生分光法による摩擦界面における油性剤由来分子吸着膜のその場観察2015

    • Author(s)
      渡部誠也
    • Organizer
      第35回表面科学学術講演会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場、つくば市
    • Year and Date
      2015-12-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] In-situ Observation on Molecular Behavior of Oiliness Additives at Friction Interface.2015

    • Author(s)
      Seiya Watanabe
    • Organizer
      International Tribology Conference 2015 Tokyo (ITC 2015)
    • Place of Presentation
      東京理科大学、東京
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In-situ Analysis of Friction Interface using Sum Frequency Generation Spectroscopy2015

    • Author(s)
      Seiya Watanabe
    • Organizer
      International Tribology Conference 2015 Tokyo (ITC 2015)
    • Place of Presentation
      東京理科大学、東京
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 和周波発生分光を用いた摺動界面その場観察手法の開発, 口頭発表2015

    • Author(s)
      渡部誠也
    • Organizer
      トライボロジー会議2015 春 姫路
    • Place of Presentation
      姫路商工会議所、姫路市
    • Year and Date
      2015-05-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of water mixed with ionic liquid on corrosive wear2015

    • Author(s)
      Seiya Watanabe
    • Organizer
      20th International Conference on Wear of Materials 2015 (WoM 2015)
    • Place of Presentation
      トロント、カナダ
    • Year and Date
      2015-04-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular behavior of water mixed with ionic liquid at ferrous material surface., poster presentation2014

    • Author(s)
      S. Watanabe, M. Nakano, K. Miyake, R. Tsuboi, S. Sasaki
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
    • Place of Presentation
      Shimane Prefectural Convention Center (Kunibiki Messe), Matsue, Shimane, Japan
    • Year and Date
      2014-11-02 – 2014-11-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Lubricating Mechanism of Halogen-free Ionic Liquids2014

    • Author(s)
      S. Kawada, Y. Ichise, S. Watanabe, C. Tadokoro, S. Sasaki
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
    • Place of Presentation
      Shimane Prefectural Convention Center (Kunibiki Messe), Matsue, Shimane, Japan
    • Year and Date
      2014-11-02 – 2014-11-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between Interfacial structures of imidazolium based ionic liquids and frictional properties2014

    • Author(s)
      S. Watanabe, M. Nakano, K. Miyake, R. Tsuboi, S. Sasaki
    • Organizer
      20th International Symposium on Surfactants in Solution (SIS 2014)
    • Place of Presentation
      Universidade de Coimbra, Rua Larga, Coimbra, Portugal
    • Year and Date
      2014-06-22 – 2014-06-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Tribochemical Decomposition of Halogen-free Ionic Liquids on Nascent Steel Surface2014

    • Author(s)
      S. Kawada, Y. Ichise, Y. Kondo, S. Watanabe, R. Tsuboi, S. Sasaki
    • Organizer
      20th International Symposium on Surfactants in Solution (SIS 2014)
    • Place of Presentation
      Universidade de Coimbra, Rua Larga, Coimbra, Portugal
    • Year and Date
      2014-06-22 – 2014-06-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] イオン液体のSAM膜表面における分子配向と摩擦特性の関係 ―和周波発生分光による界面分子配向解析―2014

    • Author(s)
      渡部 誠也, 中野 美紀, 三宅 晃司, 坪井 涼, 佐々木 信也
    • Organizer
      トライボロジー会議2014 春 東京
    • Place of Presentation
      国立オリンピック記念青少年総合センター, 東京, 日本
    • Year and Date
      2014-05-19 – 2014-05-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 真空中におけるハロゲンフリーイオン液体の潤滑機構2014

    • Author(s)
      川田 将平, 一瀬 友佑, 渡部 誠也, 近藤 ゆりこ, 坪井 涼, 佐々木 信也
    • Organizer
      トライボロジー会議2014 春 東京
    • Place of Presentation
      国立オリンピック記念青少年総合センター, 東京, 日本
    • Year and Date
      2014-05-19 – 2014-05-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トライボフィルムに着目したハロゲンフリーイオン液体の潤滑メカニズム2014

    • Author(s)
      一瀬 友佑, 佐々木 信也, 坪井 涼, 近藤 ゆりこ, 渡部 誠也, 川田 将平,
    • Organizer
      トライボロジー会議2014 春 東京
    • Place of Presentation
      国立オリンピック記念青少年総合センター, 東京, 日本
    • Year and Date
      2014-05-19 – 2014-05-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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