2019 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッドポリマー軸受の摩擦化学反応による自己修復発現メカニズムの解明
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19K04150
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
古池 仁暢 宮崎大学, 工学部, 助教 (40603329)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 樹脂軸受 / 転がり疲労 / 長寿命化 / ＰＥＥＫ構造・物性 / 自己潤滑膜 / 摩擦化学 / 高機能樹脂 / 機械要素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高機能プラスチックであるポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、絶縁性かつ非磁性であり優れた耐食性をもつ。生体親和性や良好な摩擦摩耗特性を有しているので、医療バイオ機器や自然エネルギー生産設備などの特殊環境における機械要素材料への適用が大きく期待されている。しかしプラスチックは強度面で金属に劣る為、高分子の特徴をいかした自己修復技術の可能性に着目した。本研究の目的は、摩擦化学反応を利用した自己潤滑膜再生挙動を明らかにして損傷修復機構を確立することである。
本年度は、ＰＥＥＫ系材料を主体とするラジアル型の軸受を模擬した試験体に人工的予傷を導入した。予傷はアルミナ製ベアリングボールとの接触部であるＰＥＥＫ軌道輪の表面にボールの移動方向に対し直角方向に線状の傷を入れた。ボールはＰＥＥＫ試験体１回転につき１回予傷上を通過する。これを用いて摩擦・転動疲労試験をおこない損傷の経過観察を実施した。その結果、総回転数の増加にともなって予傷から表面き裂が誘発され試験体内部へ向かって進展した。さらに内部せん断応力の影響等により、試験体内部でき裂の枝分かれが起こり、分岐疲労き裂が生じた。分岐疲労き裂はボールの移動方向に沿って試験体内部を進展し、他の半円状き裂と結合した結果、馬蹄状はく離発生に至った。
さらにアルミナ製ベアリングボールおよびフッ素樹脂複合材から作製されたピン等を用い一定の条件でＰＥＥＫ試験体の摩擦試験を行い、自己潤滑膜の生成状況を調べた。その結果、試験開始後の総回転数が数万回までの期間に少量の膜が生成することを見出し、ＰＥＥＫ試験体の予傷部の表面層において５０％程度の割れが閉じたことが確認された。この理由として摩擦熱を伴う接触応力下での膜生成や試験体表面の変化によるものと推測した。今後、試験体表面の詳細や発現条件等を明らかにする。アウトプットとして学会で発表を行い，論文を出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね順調に進展した理由として、ラジアル試験装置を導入により実験を効率的に進める環境を構築することができたこと、並行して試験片の損傷および修復状態の観察と自己潤滑膜の分析を行えたことが挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
予傷材を導入したＰＥＥＫ試験体や軌道面設計を変更したＰＥＥＫ試験体を用いて類似の試験や分析を行い、試験体表面の詳細や発現条件等を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
試験機の購入時に不足額を補う必要があり、前倒し使用申請を行った。しかし，前倒し申請額が当初の不足額合計を少し上回ったため残額が生じた。残額は次年度の実験費として使用する予定である。
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