| 研究課題/領域番号 |
15K05766
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| 研究機関 | 高知工科大学 |
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研究代表者 |
竹内 彰敏 高知工科大学, システム工学群, 教授 (30206940)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 撥水・親水面 / 気泡 / すべり出し過程 / 超音波探傷 / 渦流探傷 / 潤滑状態 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，閉じ込め油膜や，撥油性すべり面での気泡の捕集と接触面外への排出による，すべり出し過程での油膜破断の回避効果について，超音法と渦流探傷法を併用した潤滑状態のその場観測を基に明らかにすることを目的としている．本年度は先ず，①表面粗さによる気泡保持効果の増大が，低速すべり過程での気泡挙動に及ぼす影響の補足を行った．次に，②微小なディンプル底面を撥水性とした試験片の製作と，気泡保持の向上の可能性を確認した．最後に，③超音波と渦流探傷法を併用した潤滑診断法の基礎を確立した．それら概要を以下に示す．
①移動側を撥水粗さ面，固定側を親水粗さ面とした場合には，気泡は移動側撥水粗さ面に付着して移動する．逆の組み合わせとした場合には，固定側の撥水面に固着する傾向にあるものの，わずかに滑りが生じる．この傾向は，２面が静止している状態からの滑り出し過程であっても同じであった．
②微細サンドブラスト（マイクロブラスト）加工を用いれば，使用砥粒の径等の選択により，凹部底面での粗さ，したがって撥水性の調整が可能となる．φ100μmの凹みを，ピッチ200μmで格子状に配置し，その深さを0.5, 1, 5μmとした試験片を作成し，超音波造影剤として使用されるレボビストにより，それら凹部への微小気泡の優先保持を確認した．
③渦流探触子の励起コイルの周波数を80Hzと低周波にすることで，5mm厚さの鋼板であっても，相手面との間の膜厚の測定が可能であることを明らかにした．一方，超音波法では，気泡や油膜部から反射する超音波の干渉と，気泡面積割合の２つの影響を考慮した簡便な理論式を導出した．そして，渦流探傷法で計測される膜厚と，同位置で観測される反射エコー高さを基に，気泡の含有（面積）割合を推定する方法の基礎を確立した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請時の計画に示した，①効率的に気泡を撥水部に保持するためのテクスチャ（粗さや微小ディンプル，静的接触角）， ②超音波法と渦流探傷法の複合型潤滑診断技術，については，「研究実績の概要」に示したように，おおむね達成できた．
ただし，①については，粗さの大きさやディンプル形状と配置等の詳細な検討，鋼製油潤滑面でのそれらの影響について，最終年度に実施しなければならないが，油潤滑中での気泡の挙動もまた表面エネルギに依存するため，これまでの水潤滑での結果を基に，それら挙動が容易に類推できることを，壁面への気泡の付着仕事と気泡にかかるせん断仕事との関係を基に確認している．
また，②については，超音波と渦流の併用による潤滑診断（膜厚や気泡面積割合）を実現するための，超音波・渦流複合センサの製作と，それによる評価を，最終年度に実施しなければならないが，スクイーズ軸受（２面の近寄り）での超音波・渦流膜厚測定（両探触子を近距離に設置）や，平行摺動面での膜厚や油膜破断の影響を確認する予備実験は，平成29年度初めに実施済みである．
以上示したように，「研究実績の概要」の内容を含め，本年度までに，閉じ込め油膜や，撥水面の効果的な配置がすべり出し過程での油膜破断抑制に及ぼす影響，粗さや微小ディンプル等のテクスチャの付与効果，超音波と渦流の併用による潤滑診断についての，基礎的事項の把握はほぼ終了した．
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| 今後の研究の推進方策 |
「現在までの進捗状況」でも述べたように，すべり出し過程での油膜破断抑制に及ぼす，閉じ込め油膜や，撥水・親水領域の効果的な配置，気泡挙動を含む潤滑状態の評価技術に関する，基礎的事項の把握はほぼ終了している．今後は，ガラス（透光性材料）でのディンプルを含む撥水テクスチャの影響と，それら基礎的検討結果を基にした，鋼製軸受面での滑り出し過程の気泡挙動を明らかにする必要がある．
(１) 渦流探傷プローブのコイル芯に超音波素子を挿入した，超音波・渦流複合センサを製作する（その基礎は前述のように検討済み）．当初は，傾斜渦電流センサの利用を考えていたが，軸受への設置寸法の制限から使用が難しくなった．そこで，垂直タイプの汎用プローブを用い，磁気シールドを設置して，磁束の浸透深さを増すようにした．これにより，傾斜渦電流センサと同程度の特性が得られ，サイズの小型化と構造の簡略化が可能となっている．
(２) 撥油性DLC膜を部分的に親油化した，撥油・親油テクスチャリング表面を作成し，撥水・親水面で観測した気泡挙動の基礎的事項の確認が必要である．これに関しては，最終年度での実施を前提としていたが，新たに，ディンプル効果の確認をこれに加える．前記テクスチャリングを施した鏡面の鋼製平行摺動面に対し，超音波法により気泡の保持や移動を確認することで，キャビティーの発生・成長の抑制にとって効果的なテクスチャリング表面の条件を明らかにする．
(３)これまでの２年間の結果を踏まえ，潤滑剤を油とした場合の，閉じ込め油膜と撥油・親油テクスチャリングによる滑り出し時の潤滑状態の改善効果を定量的に評価する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
①超音波・渦流複合センサについては，小型化のために，当初予定していた傾斜渦電流センサに変えて，汎用プローブを使用する必要が生じた．本年度，磁気シールドにより，汎用プローブの安定化と磁束の浸透深さの増加が実現できることが分かったが，より小型のプローブの開発には，超音波探触子との整合性もあるため，更なる検討が必要になる．例えば複合センサでは，超音波の照射領域を，渦流探触子の磁束分布範囲（その範囲の平均的な膜厚を測定）に近づける必要がある．
②鋼製軸受での撥油・親油テクスチャリングのためには，フッ素を含有した撥油性DLC膜に，アルゴンと酸素のプラズマ処理を行い部分的に親油化する必要がある．また，ディンプルとの組み合わせも重要であり，ディンプル底部の撥油処理法が鍵となる．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度使用額については，①超音波・渦流複合センサの開発・製作費，②撥油DLCコーティング鋼製円板や撥油・親油テクスチャリング試験片作製用のマスク，マイクロブラスト加工によるディンプル試験片の製作等の費用，に充てる．
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