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エリプソメータ(既存設備)に小型精密潤滑試験機を組み合わせ、潤滑界面の構造変化をダイナミックに捉えることが出来る装置を試作した。油膜厚さ10〜200ミクロンに調整し、直径100mmのローターを高速で回転することにより、潤滑油を高速10^6s^<-1>でせん断する潤滑試験装置をエリプソメータのX-Y-Zステージに設置した。エリプソメータのレーザ光をプリズムで全反射させ、試料油側に染み出た光により固液界面における潤滑油薄膜の構造変化をΔ値により解析した。なお、染み出し深さはプリズムへの入射角に依存し、ここでは50nm〜300nmである。試料液体として液晶(5CB)を用いたところ、せん断によりΔ値が矩形的に低下し、せん断停止により元の値に戻った。この現象は再現性良く観察され、せん断による液晶の分子配向によるものと考えられる。すなわち、本法により固液界面近傍のせん断による構造変化をナノメータスケールでダイナミックに捉えることがで、目的の初期的段階を満足することができた。
そこで、試料油として粘度特性が異なる合成炭化水素油であるポリアルファオレフィンPAOおよびポリブテンPBを用いて同様の実験を行った。液晶の場合と異なり、せん断によりΔ値が急激に上昇し、せん断を続けると徐々に減衰した。さらに、せん断を停止すると、Δ値は一時的に低い値に現象し徐々にせん断前の値に回復した。これもせん断による界面近傍での潤滑油の分子配向構造によるものと考えられる。せん断初期のΔ値の最大変化量ΔMaxをパラメータとして、せん断速度および試料油の粘度との関係を検討した。その結果、ΔMaxはせん断速度に比例して増加した。すなわち、Δ値はせん断による分子配向によるものであることを支持している。また、粘度にも依存してΔMaxが増加した。
本法により、ナノスケールの構造変化を捉えることができ、初期の目的を達成した。今後は、実験結果の解析法の開発、さらに潤滑油に各種添加剤を添加したときの構造変化について明らかにしてゆく予定である。
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