2020 Fiscal Year Research-status Report
Electric Field Effects on the Tribological Properties of Lubricants
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20K04247
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
呂 仁国 関西大学, システム理工学部, 准教授 (90758210)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トライボロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、急増する電気自動車分野をバックグラウンドとし、電場における潤滑油のトライボロジー特性の解明を目的とした。2020年度には、表面電位による金属表面の反応性評価および、潤滑油のトライボロジー特性に及ぼす電場の影響を調べることを計画した。
本研究では、構築したディスクオンリング式電場印加摩擦試験システムを用い、印加電流の向きや電流の大きさなどが摩擦係数と摩耗に及ぼす影響を調べた。通電なしの場合と比べ、摺動面の静止側（試験機のディスク）を正極に、摺動側（試験機のリング）を負極に繋いて通電することで摩擦係数の上昇が確認された。SEMやXPS等の表面分析により、摺動側（リング）が負極に繋がると潤滑油はリング表面への吸着が著しく減少することが見られた。本実験方法では、リングの回転による摺動面への潤滑油を提供するため、リング表面への潤滑油の吸着が減少することで摺動面に流入する潤滑油が減り、摩擦係数が上昇したと考えられる。一方、摩擦係数の上昇率は電流の大きさで指数関数的に増加したことが分かった。逆向きに通電する(摺動面の静止側を負極、摺動側を正極)と摩擦係数はあまり変わらなかった。また、摩耗量は電流の向きによらず増える傾向が見られた。さらに、上記の摩擦係数と摩耗に及ぼす印加電流の向きや電流の大きさの影響は、潤滑油の極性の有無や添加剤の有無などにあまり依存しないことが分かった。
本研究では、表面電位計を取り込んだ摩擦試験機を用い、摺動面の表面電位変化速度を測定し、摺動面の表面活性を定量で評価した。通電なしの場合と比べ、摺動面の正極側の表面活性が高くなり、負極側の表面活性が低くなった。金属表面活性が下がると表面への潤滑油の吸着が減ると考えられるので、前述の表面分析結果と一致した。従って、電場が潤滑油のトライボロジー特性に及ぼす影響は原理的に摺動面の表面活性を変化させたと考えられる。
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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
前述のとおり本研究では、2020年度に表面電位による金属表面の反応性評価および、潤滑油のトライボロジー特性に及ぼす電場の影響を調べることを計画した。
計画通り本研究では、構築したディスクオンリング式電場印加摩擦試験システムを用い、印加電流の向きや電流の大きさなどが摩擦係数と摩耗に及ぼす影響を調べた。通電なしの場合と比べ、摺動面の静止側（試験機のディスク）を正極に、摺動側（試験機のリング）を負極に繋いて通電することで摩擦係数の上昇が確認された。SEMやXPS等の表面分析により、摺動側（リング）が負極に繋がると潤滑油はリング表面への吸着が著しく減少することが見られた。本実験方法では、リングの回転による摺動面への潤滑油を提供するため、リング表面への潤滑油の吸着が減少することで摺動面に流入する潤滑油が減り、摩擦係数が上昇したと考えられる。一方、摩擦係数の上昇率は電流の大きさで指数関数的に増加したことが分かった。逆向きに通電する(摺動面の静止側を負極、摺動側を正極)と摩擦係数はあまり変わらなかった。また、摩耗量は電流の向きによらず増える傾向が見られた。さらに、上記の摩擦係数と摩耗に及ぼす印加電流の向きや電流の大きさの影響は、潤滑油の極性の有無や添加剤の有無などにあまり依存しないことが分かった。
また、表面電位計を取り込んだ摩擦試験機を用い、摺動面の表面電位変化速度を測定し、摺動面の表面活性を定量で評価した。通電なしの場合と比べ、摺動面の正極側の表面活性が高くなり、負極側の表面活性が低くなった。金属表面活性が下がると表面への潤滑油の吸着が減ると考えられるので、前述の表面分析結果と一致した。従って、電場が潤滑油のトライボロジー特性に及ぼす影響は原理的に摺動面の表面活性を変化させたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的を達成するために、2021年度に電場での潤滑油分子挙動の観察を計画している。具体的に、①電場印加のもとでの潤滑油の流動性の観察：潤滑油にトレーサー微粒子を添加し、電場印加の場合はトレーサー微粒子の動きから、速度・分布と印加電場の関係を解明する。②せん断場における分子配向に対する電場印加の影響の解明：本研究では、電場印加されたボールオンディスク小型摩擦試験機を顕微FT-IR装置に取り込んで、その場観察システムを構築し、電場における分子配向と摩擦特性の関係を検討する。
なお、電圧印加回路を取り入れた潤滑油分解観察システムを構築し、電場での潤滑油の分解挙動を調べることも計画している。具体的に、真空中に設置する摩擦試験機に質量分析計を取り込み、摩擦面での反応により発生する気体について、質量分析計で成分ごとの圧力変化をモニターする。次に、摩擦試験機に電圧印加回路を取り組むことによって、電場での潤滑油の分解メカニズムの解明、気体生成物特に水素発生の定量化への評価を実施する。
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Research Products
(2 results)
