日本トライボロジー学会、トライボロジー会議 2018 春 東京 開催、学会賞表彰式を実施

 日本トライボロジー学会は5月21日~23日、東京都渋谷区の国立オリンピック記念青少年総合センターで、「トライボロジー会議 2018 春 東京」を開催した。機械要素や潤滑剤、表面処理・コーティングなどの関わる研究199件が、一般セッションとシンポジウムセッションで発表された。研究発表者に実学としてのトライボロジーの応用を考えさせる狙いで、一般セッションを「産業機械」、「輸送機器」といった応用分野を中心に分類した。また、シンポジウムセッションは、「自動車軽量化のためのトライボロジー技術」、「表面テクスチャによるトライボ特性の制御」、「熱効率向上・CO2削減に向けたエンジン(パワートレイン)のトライボロジー」、「摩耗研究会50周年シンポジウム - 摩耗研究会50年の歩みと摩耗研究の変遷」、「トライボケミストリーの最前線」の5テーマで開催された。

 22日には「2017年度日本トライボロジー学会賞」表彰式が行われ、表面改質関連では、以下などが表彰された。

180607トライボロジー会議01: 表彰式のようす180607トライボロジー会議01: 表彰式のようす

・トライボロジーオンライン論文賞「Role of Water and Oxygen Molecules in the Lubricity of Carbon Nitride Coatings under a Nitrogen Atmosphere」山田脩裕氏(日産自動車)、渡 友美氏(島津製作所)、竹野貴法氏(デンソー)、足立幸志氏(東北大学)…窒化炭素(CNx)膜を用いた大気中無潤滑下での超低摩擦発現システムの開発を目的に、窒素ガス環境において低摩擦を発現する時のCNxと水および酸素分子のトライボ化学反応を実験的に解明するとともに、それらが低摩擦発現界面形成に及ぼす役割を明らかにしたもの。湿度と酸素濃度を制御した窒素ガス環境での摩擦試験により、低摩擦発現には一定量の酸素と水分の存在が必要不可欠なことを明らかにした。また、低摩擦発現時の摩耗面のラマン分光分析により、窒素ガス中の酸素はCNx膜表面の炭素の構造変化と平滑化を促し、さらに重水加湿窒素ガス環境下での摩擦試験後の摩耗面の飛行時間型二次イオン質量分析により、窒素ガス中の水分子は摩擦で水素基と水酸基にかい離しCNx膜最表層の炭素原子未結合手を終端することを明示、それらが低摩擦発現に寄与することが分かった。窒素ガス環境で低摩擦発現に及ぼす水と酸素分子の役割を実験的に解明し、CNx膜を用いた大気中無潤滑下での超低摩擦発現システムの可能性を明示したことで、学術的および実用的価値の高い研究として評価された。

180607トライボロジー会議02: 左から渡 友美氏、中村 隆JAST前会長、山田脩裕氏、足立幸志氏180607トライボロジー会議02: 左から渡 友美氏、中村 隆JAST前会長、山田脩裕氏、足立幸志氏

・技術賞「ZrO2の摩擦触媒作用によるDLC膜の摩擦フェイドアウト技術」加藤孝久氏・野坂正隆氏(東京大学)、川口雅弘氏(東京都立産業技術研究センター)…本技術は還元性の水素雰囲気で水素化触媒作用を有するZrO2材と水素含有DLC(ダイヤモンドライクカーボン、a-C:H)膜を摩擦させ、高荷重・高面圧下で摩擦係数が10-4オーダーに至る摩擦フェイドアウト(FFO)現象を安定して得るもの。水素雰囲気(大気圧)で、水素化触媒作用を持つZrO2材で高い水素含有量を示すポリマーライクのDLC膜を摩擦した場合、荷重30.4N(ヘルツ最大応力1.8GPa)で、実験に伴って摩擦係数が減少し10-4オーダーに至る超低摩擦現象を発見した。10-4オーダーの摩擦係数は、摩擦試験機の摩擦力測定系のノイズレベル(1mN)で、ZrO2以外に代表的なファインセラミックス材(Al2O3、SiC、Si3N4)を評価したが、超低摩擦現象は発現しなかった。ZrO2の摩擦触媒作用による高荷重・高面圧下での超低摩擦現象は先行研究例がなく、徐々に摩擦が小さくなることからFFOと命名。高荷重下でFFO現象を容易に発現させる手法として、水素雰囲気に微量なアルコール・水蒸気をppmレベルで添加し、ZrO2の触媒作用などで炭化水素トライボフィルムを形成させた後、アルコール・水蒸気添加量を減少させると、摩擦係数が急激に減少しFFO状態に至ることを見出した。この手法で、高荷重63.7N(2.6GPa)下でFFO現象を約18時間安定して発現させることに成功。FFO現象は不活性な窒素雰囲気やアルゴン雰囲気、乾燥空気中においても発現でき、アルコール蒸気の替わりに炭化水素ガス(特に二重結合を有するエチレン)やCO2ガスを摩擦雰囲気に添加してもFFOを発現できる。FFO技術は固体潤滑分野では到達できなかった高荷重・高面圧下での極限の低摩擦状態を達成できるもので、独創性、新規性、性能の優秀性に優れるなど未知の研究・応用分野を秘めていることから、クリーンな水素エネルギーを利用した再生可能エネルギーシステムなどに波及効果や将来性が期待できるとして高く評価された。

180607トライボロジー会議03: 左から、川口雅弘氏、野坂正隆氏、中村 隆氏、加藤孝久氏180607トライボロジー会議03: 左から、川口雅弘氏、野坂正隆氏、中村 隆氏、加藤孝久氏

・奨励賞「窒化炭素膜を用いた摩擦システムにおける低摩擦発現ナノ界面の自己形成」山田脩裕氏(日産自動車)…大気中室温無潤滑下での半永久的な超低摩擦システム実現の可能性を提案した。窒化炭素(CNx)膜は窒化ケイ素(Si3N4)を相手材に大気中加熱条件下で0.01以下の超低摩擦係数を発現することから、超低摩擦機械システムのための優れた材料として期待されている。超低摩擦発現のためには約5nm厚さの炭素ベースの層が摩擦界面に形成するとともに表面が水素終端されていること(ナノ界面形成)が必要とされている。しかし低摩擦発現ナノ界面形成のためには温度・環境制御が必要で、汎用性の高い大気中室温低摩擦システム実現に向けた大きな制約条件だった。そのため本研究では29~100℃の大気中加熱条件下での CNxと水素含有CNx(CNx:H)膜の摩擦で超低摩擦発現ナノ界面がトライボ化学反応により継続的に自己形成することを発見、そのメカニズムを追求した。まず初めにCNx膜とCN:H膜の組合せでの超低摩擦発現時には、摩擦に伴いCNx膜表層が100nm以上摩耗するものの、その最表面には常に5nm厚さの低摩擦発現ナノ界面が自己形成し続けていることを明らかにしている。こうした継続的ナノ界面自己形成による安定的な超低摩擦発現のための臨界比摩耗量(2×10-8mm3/Nm)の存在を明らかにし、ナノ界面自己形成のために臨界比摩耗量以下の摩耗が引き起こされ続ける必要があることを提案。さらに約100℃の高温下で摩擦を開始した後の自然冷却で、29℃程度の大気環境で0.01以下の超低摩擦係数が得られることを明らかにし大気中室温条件でも低摩擦発現ナノ界面が継続的に自己形成可能なことを明示。CNxとCNx:H膜を用いた摩擦システムで、大気中室温条件で0.01以下の超低摩擦係数を発現可能にするナノ界面が上述の臨界比摩耗量(2×10-8mm3/Nm)以下の状態で継続的に自己形成することを明らかにしたことで、半永久的な寿命を有する超低摩擦機械システムの実現に対し有益な知見となると評価された。

180607トライボロジー会議04: 左から、中村 隆氏、山田脩裕氏180607トライボロジー会議04: 左から、中村 隆氏、山田脩裕氏

・学生奨励賞:「Al-Si合金の超微細切削による表面改質とその摩擦摩耗特性」早川昇吾氏(名城大学)…ピストン等の自動車エンジン部品に適用されるアルミニウム(Al-Si系)鋳造合金の摩擦特性改善を目的に、表面の仕上げ工程である切削加工条件の見直しにより材料表層に存在する硬質Si(シリコン)粒子を選択的に除去する技術を開発、その摩擦摩耗特性改善への寄与を詳細に解析した。アルミニウム鋳造合金は、耐摩耗性や耐熱性、熱膨張係数といった機械的性質改善のために、Si、Cu(銅)、Mn(マンガン)等が添加され、中でもSiは熱膨張係数低減や硬質化に寄与するが母材に対し溶解度が小さく硬質な偏析粒子として存在する。本研究ではアルミニウム鋳造合金表層の偏析Si粒子が刃先形状を含めた切削加工条件の制御によって選択的に除去される現象に着目、鋭利な刃先を用い切削速度を調整することでSi粒子の露出割合の異なる摩擦面を作製。相手材を高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)として摩擦摩耗特性を評価した結果、摩擦係数や摩耗量はSi粒子の除去率の向上に伴い低減することが分かった。さらにSi粒子脱落で生じた凹部が油溜りや摩耗粉捕集部として機能することで、摺動初期の摩擦摩耗低減に寄与している可能性も示唆。切削加工条件の見直しで材料表層の偏析Si粒子が選択的に除去できることを見出し、その摩擦摩耗特性とSi粒子除去量との関係に考察を加えることで、提案加工条件の有意性を明らかにしたもので、得られた成果は汎用性の高い材料と加工手法を研究対象としており、学術面だけでなく産業界でも即効性の高い技術として有用で、また他の金属材料の仕上げ加工方法の選定に関しても重要な指針となる可能性は非常に大きいとして評価された。

180607トライボロジー会議05: 左から、中村 隆氏、早川昇吾氏180607トライボロジー会議05: 左から、中村 隆氏、早川昇吾氏