2013 Fiscal Year Annual Research Report
摩擦・摩耗低減剤としてＲＢセラミックス粒子を活用した先進トライボマテリアルの開発
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24360058
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
堀切川 一男 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60173605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 健 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50332515)
柴田 圭 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60612398)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | RBセラミックス / 複合材料 / 摩擦 / 摩耗 / 粒子 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，RBセラミックス(RBC)粒子を樹脂材料および金属材料に配合することにより，新しい複合材料を開発し，トライボマテリアルとして応用することである．平成25年度における研究で得られた成果は以下の通りである．
１）前年度において水中で優れた摩擦摩耗特性を示したPEEK/RBC複合材料（RBC粒子の平均粒径：3μm，充填率：40mass%）の低摩擦発現メカニズムを，ストライベック線図による潤滑状態の推定及び混合潤滑モデルを用いた数値解析により明らかにした．ストライベック線図により，PEEK樹脂に比べPEEK/RBC複合材料は，より小さな軸受特性数において境界潤滑から混合潤滑に遷移することが分かった．混合潤滑モデルによる数値計算により，摩擦係数の境界摩擦成分と流体摩擦成分を計算したところ，表面に存在するRBC粒子からなる微小突起により，水による流体動圧効果が発現し，その結果，混合潤滑状態となることが分かった.
２）摩耗粉の粒度分布測定の結果，PEEK樹脂に比べPEEK/RBC複合材料では，大規模な摩耗粉の発生頻度が少ないことが分かった．これは，摩擦面に露出したRBC粒子が荷重の大部分を支持し，母材であるPEEK樹脂の塑性流動が粒子間のみで生じるためと考えられる．また，１）におけるRBC粒子による流体動圧効果の発現により，摩擦係数が低下することも耐摩耗性の向上に寄与したと考えられる．
３）鉄道集電用パンタグラフすり板への応用を目指した，Cu/C/RBC複合材料を作製し，その基本的な機械的性質・電気的特性を明らかにした．パンタグラフすり板として利用可能な機械的性質，電気的特性を示すための各材料の配合条件を明らかにした．
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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
本研究の目的は，RBセラミックス(RBC)粒子を樹脂材料および金属材料に配合することにより，新しい複合材料を開発し，トライボマテリアルとして応用することである．PEEK樹脂にRBC粒子を充填した複合材料については，水中において極めて優れた摩擦摩耗特性を示すことが明らかにされ，水中でのすべり軸受材料としての実用可能性が示されている．また，金属材料とRBC粒子の複合材料として，Cu/C/RBC複合材料が開発されており，次年度での通電環境における摩擦試験により耐摩耗性評価を行うことで，鉄道集電用パンタグラフすり板としての実用可能性を検討する予定である．以上のことより，本研究は当初の目的に対して，順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度では，パンタグラフすり板として利用可能な機械的性質，電気的特性を示す配合条件で作製されたCu/C/RBC複合材料について，架線材料との摩擦試験を通電条件で行い，摩擦摩耗特性を明らかにする．さらに，実車搭載条件相当の実験条件での耐摩耗性評価，離線率評価を行い，同複合材料の鉄道集電用パンタグラフすり板としての実用可能性を明らかにする．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため，当初の見込額と執行額が異なった．
研究計画に変更はなく，前年度の研究費も含め，当初予定通りの計画を進めていいく予定である．
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