セラミックスの水潤滑に関するパンフレット`07（PDF

Tribologically-based
Machine Design
東北大学大学院工学研究科
機械システムデザイン工学専攻
足立研究室
問合せ先
Phone: 022-795-6956
E-mail: [email protected]
http://www.tribo.mech.tohoku.ac.jp/
セラミックスの水潤滑システムの研究開発
－環境にやさしい機械を目指して－
Water
Water Lubrication
Lubrication
セラミックスの水潤滑による低摩擦の発現
‹ Saving energy resources
‹ Environmentally friendly
‹ Virtually unlimited
Annual disposal
car
newspaper
0.03
0.5
Friction coefficient µ
Friction coefficient µ
0.6
0.4
0.3
Pin
摩耗面
0.2
µ< 0.01
平滑面形成
0.1
steel can
tire
PET bottle
0
1
2
3
4
5
The amount of annual disposal x106 t
Mechanical
wear
6
Friction coefficient µ
Intergranular
fracture
Net-like
agglomerate
of wear particles
Film
delamination
Tribochemical
wear
Transition
15
機械的摩耗から化学摩耗への遷移
0.5
10
5
0
0
0
200
400
600
800
1000
0.8
0.6
µ>
0
0.4
0.2
0
0.5
1.0
ηN/pm , x 10-7
1.5
1200
Sliding distance L, m
Tribochemical reaction
Si3N4 + 6H2O → 3SiO2 + 4NH3
SiO2 +2H2O → Si(OH)4
.03
µ<
15 Pa
,M
0.0
0.
3
Sl 2 0
id
in .4
g
ve 0.6
lo
0.
ci
ty 8 1
V,
.0
m
/s
0
M
n
ea
5 c
a
nt
co
Pm
10 ure
s
es
r
tp
表面テクスチャリングにより
耐荷重性が大幅に向上する
1.0000
0.010
Friction coefficient µ
摩耗面の平滑化
Friction coefficient µ
Mean
contact pressure Pm, MPa
1.0
20
5000
水は，従来の潤滑剤（油）と比較し粘度が低いため
耐焼き付き性（耐荷重性）の向上が実用化の鍵を握る.
SiC/SiC
In water
1.0
0
30
25
2000
3000
4000
Sliding distance L, m
技術：耐焼き付き性向上のための表面テクスチャリング
科学：低摩擦発現機構の解明
Transgranular
fracture
0.01
水 は，セラミックスに対し極めて低い摩擦を与え得る潤滑剤である．
aluminum can
0
1000
µ = 0.001
0.02
0
0
・油は環境負荷の大きい
潤滑剤である
・オイルフリーの機械が
強く要求されている
No
Notexture
texture
RSP
Texture 1
CLP
Texture 2
CLRSP
Texture 3
0.008
Rotational speed: 800rpm
Lubricant: Refined water
Supply rate: 60ml/min
Temperature: 14-20℃
Friction coefficient µ
lubricating oil
Ceramics / Ceramics
in Water
0.006
0.004
0.002
LENNING, 1960
Cast Iron/Steel / Oil
0.1000
KANAS, 1984
C/WC/Water
0.0100
BRIX, 1962
PB/Steel/Oil
WANG et al, 2000
SiC/SiC/Water
0.0010
WANG et al, 2000
SiC/Textured SiC/Water
0
なじみ過程における摩耗面の平滑化機構の解明
定常状態における潤滑機構の解明
Doing
低摩擦発現のための設計指針の構築
0
1000
2000
3000
Load W, N
4000
5000
0.0001
10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6
10-5
Duty parameter G (= ηUB / W)
最適表面テクスチャリングの研究開発
Doing
表面テクスチャリング形成法の開発
表面テクスチャリングの設計指針の構築
Tribologically-based Design for Water pump
Conventional
water pump
New
water pump
SiC Ceramics
セラミックス（炭化ケイ素）を
シール材料として導入することにより
排出すべき水そのものを潤滑剤として使
用可能となる．
その結果，従来ポンプの1/5のサイズ
縮小と低騒音化が実現されている.
（荏原製作所）
・水を潤滑材に油潤滑以上の過酷な環境下での低摩擦を実現します．
・次世代の機械は，油ではなく水で潤滑します．
セラミックスの水潤滑で環境にやさしい機械を創成する
10-4