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境界潤滑の科学-添加剤吸着層の構造・物性に基づく低摩擦現象の本質的理解

研究課題

研究課題/領域番号 23H05448
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
審査区分 大区分C
研究機関京都大学

研究代表者

平山 朋子  京都大学, 工学研究科, 教授 (00340505)

研究分担者 杉山 正明  京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (10253395)
大西 洋  神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
富永 大輝  一般財団法人総合科学研究機構, 中性子科学センター, 副主任研究員 (50513694)
土屋 智由  京都大学, 工学研究科, 教授 (60378792)
日野 正裕  京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (70314292)
張 賀東  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (80345925)
井上 倫太郎  京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (80563840)
研究期間 (年度) 2023-04-12 – 2028-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
204,750千円 (直接経費: 157,500千円、間接経費: 47,250千円)
2025年度: 37,960千円 (直接経費: 29,200千円、間接経費: 8,760千円)
2024年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円)
2023年度: 55,900千円 (直接経費: 43,000千円、間接経費: 12,900千円)
キーワードトライボロジー / 境界潤滑 / 潤滑油 / 添加剤 / 量子ビーム分析
研究開始時の研究の概要

近年、更なる省エネルギー社会の実現に向けて、機械摺動面の摩擦低減に関する要求とトライボロジー分野への期待はいっそうの高まりを見せている。本研究では、潤滑油中に含まれる添加剤の表面吸着に由来する『境界潤滑層』に焦点を当て、その摩擦係数の予測と更なる超低摩擦化に向けた最適設計指針の提示を目指す。最終的に、これまで摩擦試験を行う以外のアプローチが採られてこなかった『境界潤滑現象』に光を当て、科学として体系化することで、『境界潤滑』の新学理の創出を図る。

研究実績の概要

近年、更なる省エネルギー社会の実現に向けて、機械摺動面の摩擦低減に関する要求とトライボロジー分野への期待はいっそうの高まりを見せている。本研究では、潤滑油中に含まれる添加剤の表面吸着に由来する『境界潤滑層』に焦点を当て、その摩擦係数の予測と更なる超低摩擦化に向けた最適設計指針の提示を目指す。最終的に、これまで摩擦試験を行う以外のアプローチが採られてこなかった『境界潤滑現象』に光を当て、科学として体系化することで、『境界潤滑』の新学理の創出を図ることを目的とする。
R5年度は基油中にある添加剤の挙動と形成される境界潤滑層に焦点を当て、その構造および物性の把握に取り組んだ。具体的には、以下の内容に取り組んだ。
①『溶ける』 X線小角散乱法(SAXS)による潤滑油中添加剤分子の構造解析:基油に添加剤分子が『溶ける』現象を境界潤滑層形成の源流と捉え、基油中での添加剤分子の構造と表面における境界潤滑層形成性の関係を調査した。
②『吸着する』 中性子反射率法(NR)および周波数変調式AFMによる境界潤滑層の構造解析:摺動試験機構付きNRを用いてトライボロジー条件下にある境界潤滑層の構造解析を実施し、①と照らし合わせることで、基油中における添加剤の溶解構造と表面での吸着層構造との関連付けを検討した。
③『揺らぐ』 中性子準弾性散乱法(QENS)による境界潤滑層のダイナミクス解析:中性子準弾性散乱法(QENS)を用いて、基油分子および表面吸着分子のダイナミクスを測定した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

R5年度は研究期間1年目であるにもかかわらず、多くの成果を創出することができた。当初の予定以上の進展により、12報の論文掲載と25件の学会発表に至ることができた。また、本チームは異なる分野の専門家で成り立っているが、チームミーティングを複数回行うことにより、活発な分野間交流を行うことができた。

今後の研究の推進方策

R6年度は、R5年度で得られた知見を基にさらに研究を推進する。具体的には、①に関しては、得られたSAXSプロファイルの解析を行い、論文化に繋げる。②に関しては、摺動試験機構付きNRを用いて、さらに複数の添加剤の挙動と効果を調査する。③に関しては、吸着層の相状態等の物理物性に焦点を当て、それらがダイナミクスに及ぼす影響を調査する。
なお、6月に公開セミナー『境界潤滑現象の解明に向けた新たなアプローチ』(オンライン開催)を、また、7月にチームミーティング(京大複合研開催)を予定しており、引き続き活発な研究者間交流に努める。

報告書

(3件)
  • 2023 研究概要(採択時) ( PDF )   審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 3件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 13件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Hefei University of Technology(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Indian Institute Technology, Delhi(インド)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Study of the boundary friction of high-strength steel during the cold rolling2024

    • 著者名/発表者名
      Shimura Masahiro、Yamashita Naoki、Hino Masahiro、Otsuka Takayuki、Hirayama Tomoko
    • 雑誌名

      Tribology - Materials, Surfaces & Interfaces

      巻: - 号: 1 ページ: 39-52

    • DOI

      10.1177/17515831231216387

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of atmospheric gas on ZDDP tribofilm formation2024

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Naoki、Hirayama Tomoko
    • 雑誌名

      Tribology International

      巻: 193 ページ: 109400-109400

    • DOI

      10.1016/j.triboint.2024.109400

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorption Characteristics and Mechanical Responses of Lubricants Containing Polymer Additives under Fluid Lubrication with a Narrow Gap2024

    • 著者名/発表者名
      Hirayama Tomoko、Yamashita Naoki、Yamamoto Waka、Shirode Kenta、Okada Akira、Hatano Naoya、Tsuchiya Toshiyuki、Yamada Masako
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 40 号: 12 ページ: 6229-6243

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c03725

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高分子添加剤が形成する吸着膜の構造とトライボロジー特性【解説】2024

    • 著者名/発表者名
      平山朋子
    • 雑誌名

      トライボロジスト

      巻: 69 ページ: 181-186

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 境界潤滑層の構造および形成メカニズムの解明に役立つ固液界面分析手法【解説】2024

    • 著者名/発表者名
      平山朋子
    • 雑誌名

      機械の研究

      巻: 76 ページ: 1-6

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations of Organic Friction Modifier Adsorption on Rough Surfaces under Shear2024

    • 著者名/発表者名
      Tang Jiahao、Chong William Woei Fong、Zhang Hedong
    • 雑誌名

      Lubricants

      巻: 12 号: 2 ページ: 30-30

    • DOI

      10.3390/lubricants12020030

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Tribological Studies of Hybrid Composites of Epoxy with Solid (UHMWPE) and Liquid (Squalane) Lubricant Fillers2023

    • 著者名/発表者名
      Sinha Sujeet K.、Hatano Naoya、Hirayama Tomoko
    • 雑誌名

      Tribology Online

      巻: 18 号: 7 ページ: 469-481

    • DOI

      10.2474/trol.18.469

    • ISSN
      1881-218X, 1881-2198
    • 年月日
      2023-11-30
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 量子ドットを活用した冷間圧延時のロールバイト油膜厚さ分布の測定2023

    • 著者名/発表者名
      Shimura Masahiro、Kasai Daisuke、Otsuka Takayuki、Yamashita Naoki、Hirayama Tomoko
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 109 号: 11 ページ: 865-879

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2023-040

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 年月日
      2023-11-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 動的環境を模擬した量子ビームオペランド分析の+<i>α</i> の研究技術2023

    • 著者名/発表者名
      平山 朋子
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 92 号: 6 ページ: 360-364

    • DOI

      10.11470/oubutsu.92.6_360

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2023-06-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Polarity of Polymers on Conformation and Lubricating Film Formation of Adsorbed Films2023

    • 著者名/発表者名
      Song Yuxi、Fukuzawa Kenji、Hirayama Tomoko、Yamashita Naoki、Yamada Norifumi、Itoh Shintaro、Azuma Naoki、Zhang Hedong
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 号: 5 ページ: 1954-1964

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.2c02238

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tribological performance of a surfactant derived from its structure of molecular aggregates in water2023

    • 著者名/発表者名
      Gu Haiyang、Hirayama Tomoko、Yamashita Naoki、Okano Tomoaki、Xu Jimin、Sato Nobuhiro、Yamada Masako
    • 雑誌名

      Tribology International

      巻: 188 ページ: 108881-108881

    • DOI

      10.1016/j.triboint.2023.108881

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Neutron reflectometry under high shear in narrow gap for tribology study2023

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Naoki、Hirayama Tomoko、Hino Masahiro、Yamada Norifumi L.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 18268-18268

    • DOI

      10.1038/s41598-023-45161-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Atomic Force Microscopy in Organic Solvents (Invited)2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      Seminar in Peking University, Beijing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AFM を使用した ZDDP トライボフィルム形成における周辺雰囲気の影響評価2023

    • 著者名/発表者名
      山下直輝、平山朋子
    • 学会等名
      トライボロジー会議2023春東京
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] PMA系高分子添加剤を含む潤滑油の流体潤滑特性(第1報)ーマイクロ流路デバイスを用いた圧力-流量特性評価ー2023

    • 著者名/発表者名
      山本和佳、山下直輝、平山朋子、土屋智由
    • 学会等名
      トライボロジー会議2023春東京
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] PMA系高分子添加剤を含む潤滑油の流体潤滑特性(第2報)ー狭小すきま往復摺動試験機を用いたせん断力特性評価ー2023

    • 著者名/発表者名
      岡田晟良、山下直輝、平山朋子、波多野直也
    • 学会等名
      トライボロジー会議2023春東京
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 蒲順也、平山朋子、山下直輝2023

    • 著者名/発表者名
      物理吸着系摩擦調整剤の摩擦低減メカニズムに関する検討 (第1報:吸着層構造と摩擦特性の関係性)
    • 学会等名
      トライボロジー会議2023春東京
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Friction Coefficient of Adsorbed Additive Layer Models Classified by Phase State2023

    • 著者名/発表者名
      Junya Kaba, Tomoko Hirayama, Naoki Yamashita
    • 学会等名
      Tribochemistry Beppu 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Polymer Additives on Lubricant Flow in Narrow Gaps2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Yamashita, Waka Yamamoto, Akira Okada and Tomoko Hirayama
    • 学会等名
      Tribochemistry Beppu 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adsorption Behavior and Tribological Properties of Sodium 2-Hexyldecanoate on Iron Surface2023

    • 著者名/発表者名
      Haiyang Gu, Tomoko Hirayama, Naoki Yamashita, Nobuhiro Sato, Tomoaki Okano, Jimin Xu
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Tribological Properties of Dibasic Acid Ester Derivatives with Oxyalkylene Groups2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Koide, Naoki Yamashita, Tomoko Hirayama, Yutaro Shimizu, Kazuki Omori, Kazuhiro Oda, Takeshi Yoshimura
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tribological Behaviour of Combination Use of MoDTC, ZDDP and OFM with Chemical Analysis of Tribofilm2023

    • 著者名/発表者名
      Sohei Nambo, Tomoko Hirayama, Masato Adachi, Naoki Yamashita, Naoya Hatano
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Absorption of polyethylene glycol on water-lubricated graphite surface and its frictional modification effect2023

    • 著者名/発表者名
      Jimin Xu, Haiyang Gu, Cheng Zheng, Naoki Yamashita, Tomoko Hirayama
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Ambient Atmosphere on ZDDP Tribofilm Formation Using AFM in Lubricant2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Yamashita, Tomoko Hirayama
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Observation and Structural Analysis of Phase Transition behavior of Lubricants Under High-Pressure Conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Okano, Keiji Asada, Nobuhide Tanino, Naoki Yamashita, Tomoko Hirayama
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トライボロジーの現在と未来-摩擦・潤滑現象の理解を目指して2023

    • 著者名/発表者名
      平山朋子
    • 学会等名
      日本技術士会近畿本部機械システム部会 第98回例会・講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 潤滑グリースの境界・流体潤滑特性に関する基礎研究2023

    • 著者名/発表者名
      平山朋子, 全ハヌル
    • 学会等名
      精密計測加工研究コンソーシアム第4回特別セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutron Scattering for Understanding Tribology (Keynote Talk)2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Hirayama
    • 学会等名
      4th Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ポリマー添加剤による吸着層構造と境界・流体潤滑特性2023

    • 著者名/発表者名
      平山朋子
    • 学会等名
      第22回境界潤滑研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AFM Characterization of Lubricant-TiO2(110) Interfaces2023

    • 著者名/発表者名
      Sakata, A., Moriguchi, S., Onishi, H.
    • 学会等名
      2023年日本真空表面科学学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] AFM Characterization of Ice under Organic Solvents2023

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa, R., Ueda, T., Nakamoto, K., Onishi, H., Minato, T.
    • 学会等名
      2023年日本真空表面科学学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] AFM Characterization of Ice Films Immersed in Organic Solvents2023

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa, R., Ueda, T., Nakamoto, K., Onishi, H., Minato, T.
    • 学会等名
      31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study of Conformations of Polyalkylmethacrylates in Oil and on Iron Oxide Surface2023

    • 著者名/発表者名
      Himanshu Shekhar, Yuma Chikazawa, Xingyu Chen, Hedong Zhang
    • 学会等名
      International Tribology Conference 2023 (ITC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study of Shear-induced Desorption Behavior of TEMPO-based Organic Friction Modifiers2023

    • 著者名/発表者名
      Kimberly Ming-Xia Foo, Xingyu Chen, Juntao Yang, Hedong Zhang
    • 学会等名
      International Tribology Conference 2023 (ITC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PAMAのエステル側鎖が油中存在形態に及ぼす影響の分子動力学解析2023

    • 著者名/発表者名
      近澤祐馬, Shekhar Himanshu, 張賀東, 福澤健二, 伊藤伸太郎, 東直輝
    • 学会等名
      日本機械学会2023年度年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] TEMPO系有機摩擦調整剤の表面吸着膜の構造とせん断強度に関する分子動力学解析2023

    • 著者名/発表者名
      森田渓介, Kimberly Ming-Xia Foo, 陳星宇, 塚本眞幸, 張賀東
    • 学会等名
      日本機械学会2023年度年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 非干渉性準弾性散乱から得られた潤滑油ヘキサデカンのダイナミクス2023

    • 著者名/発表者名
      富永大輝, 平山朋子, 山下直輝
    • 学会等名
      第23回 日本中性子科学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 機械機能要素工学研究室

    • URL

      http://www.elem.me.kyoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2025-06-20  

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