(57)【要約】【課題】  トライボマイクロプラズマ反応を加速的にシミュレーション発生させるとともに、その反応生成物を捕集し、かつ分析に供するための反応加速シミュレーション試験方法及び装置を提供する。【解決手段】  真空槽及び同真空槽に連結した反応生成物捕集装置を備え、さらに平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、このプラズマによる化学反応を発生させる装置、トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、この電子による化学反応を発生させる装置、トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、このフォトンによる化学反応を発生させる装置、摩擦発熱をシミュレーション発生させ、この発熱による化学反応を発生させる装置をそれぞれ交換可能に備えていることを特徴とするトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、さらにこのプラズマによる化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
【請求項２】
摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、さらにこの電子による化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
【請求項３】
摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、さらにこのフォトンによる化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
【請求項４】
摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、摩擦発熱をシミュレーション発生させ、さらにこの発熱による化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
【請求項５】
真空槽及び同真空槽に連結した反応生成物捕集装置を備え、さらに平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、このプラズマによる化学反応を発生させる装置、トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、この電子による化学反応を発生させる装置、トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、このフォトンによる化学反応を発生させる装置、摩擦発熱をシミュレーション発生させ、この発熱による化学反応を発生させる装置をそれぞれ交換可能に備えていることを特徴とするトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【請求項６】
ターボ分子ポンプ及び又はロータリーポンプ真空排気装置、バルブ、真空計、圧力調整装置、覗き窓、電圧計、電流計、のいずれか１以上を備えていることを特徴とする請求項５に記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【請求項７】
反応生成物捕集装置に、該反応生成物捕集装置を外部に開放できるキャップを備えていることを特徴とする請求項５又は６記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【請求項８】
平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、このプラズマによる化学反応を発生させる装置は、プラズマ発生システムを備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【請求項９】
トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、この電子による化学反応を発生させる装置は、電子照射システムを備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【請求項１０】
トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、このフォトンによる化学反応を発生させる装置は、プラズマフォトン発生システムを備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【請求項１１】
摩擦発熱をシミュレーション発生させ、さらにこの発熱による化学反応を発生させる装置は、加熱システムを備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短期にトライボマクロプラズマ反応機構の究明を行うことができ、かつトライボマイクロプラズマに対して分解しにくい潤滑剤の開発等を行うことができるトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、潤滑油の分解劣化機構は摩擦熱で説明されてきたが、必ずしも説明しきれず、潤滑油開発のネックとなってきていた。最近、ハードディスクのヘッドと磁気ディスクの摺動接触をシミュレーションした試験において、接触部の隙間に高エネルギーのマイクロプラズマが発生することが見出された。
プラズマ中では分子は電子と正イオンに分離し、ラジカルが発生し、紫外光のフォトンが放出されており、プラズマで潤滑油が分解劣化することは明らかである。このような、潤滑油の分解劣化による粘性の高い生成物は、さらにヘッドとディスクの寿命の低下を招くという問題がある。
【０００３】
ところが、この摩擦プラズマの大きさは数百マイクロメートルと微小であるため、この反応による分解劣化を短期に評価するためには、このプラズマ反応シミュレーション試験装置が必要である。しかし、現状ではそのような反応試験装置は存在しない。
従来、潤滑油の分解劣化は触媒反応や酸化反応を中心として温度によるものとされ、耐酸化性、耐熱性の観点から潤滑油が開発されてきた（非特許文献１、２参照）。しかし、従来技術の温度の観点からの超寿命潤滑油の開発には限界があることは当然であった。
【非特許文献１】L. Grifth et al, SAE Trans. 52(1944)137.
【非特許文献２】H.C. Mougey, SAE J. 50(1942)417.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の問題点に鑑み、本発明はトライボマイクロプラズマ反応を加速的にシミュレーション発生させるとともに、その反応生成物を捕集し、かつ分析に供するための反応加速シミュレーション試験方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、トライボマイクロプラズマによる潤滑油の劣化反応等の加速試験を行うに当たって、プラズマによる化学反応、電子による化学反応、フォトンによる化学反応、発熱による化学反応を発生させることにより、複数の摩擦による潤滑油の劣化反応等の現象を加速的に再現できるようにし、潤滑油の耐トライボマイクロプラズマ分解劣化特性等を迅速にシミュレートすることができるとの知見を得、本発明を完成させた。
【０００６】
上記知見に基づき、本発明は以下の発明を提供するものである。
１）摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、さらにこのプラズマによる化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
２）摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、さらにこの電子による化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
３）摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、さらにこのフォトンによる化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
４）摩擦により発生するトライボマイクロプラズマをシミュレーション発生させて加速試験を行う方法であって、摩擦発熱をシミュレーション発生させ、さらにこの発熱による化学反応を発生させるとともに、その反応生成物を捕集することにより加速試験を行うことを特徴とするトライボマイクロプラズマ反応加速シミュレーション試験方法。
５）真空槽及び同真空槽に連結した反応生成物捕集装置を備え、さらに平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、このプラズマによる化学反応を発生させる装置、トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、この電子による化学反応を発生させる装置、トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、このフォトンによる化学反応を発生させる装置、摩擦発熱をシミュレーション発生させ、この発熱による化学反応を発生させる装置をそれぞれ交換可能に備えていることを特徴とするトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
６）  ターボ分子ポンプ及び又はロータリーポンプ真空排気装置、バルブ、真空計、圧力調整装置、覗き窓、電圧計、電流計、のいずれか１以上を備えていることを特徴とする上記５に記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
７）反応生成物捕集装置に、該反応生成物捕集装置を外部に開放できるキャップを備えていることを特徴とする上記５又は６記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
８）平行平板間の気体放電でマイクロプラズマをシミュレーション発生させ、このプラズマによる化学反応を発生させる装置は、プラズマ発生システムを備えていることを特徴とする上記５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
９）トライボマイクロプラズマ中で発生する電子をシミュレーション発生させ、この電子による化学反応を発生させる装置は、電子照射システムを備えていることを特徴とする上記５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
１０）トライボマイクロプラズマ中で発生するフォトンをシミュレーション発生させ、このフォトンによる化学反応を発生させる装置は、プラズマフォトン発生システムを備えていることを特徴とする上記５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
１１）摩擦発熱をシミュレーション発生させ、さらにこの発熱による化学反応を発生させる装置は、加熱システムを備えていることを特徴とする上記５〜７のいずれかに記載のトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、従来にないトライボマイクロプラズマ加速反応測定方法及び装置を得ることができ、これを用いて、短期にトライボマクロプラズマ反応機構の究明を行うことができ、それに基づいてトライボマイクロプラズマに対する分解しにくい潤滑剤の開発を迅速に行うことができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の具体例を、図面に基づいて説明する。図１−図４に、本発明のトライボプラズマ反応シミュレーション試験装置の代表的な４種の例を示す。
図１はトライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１であり、真空槽５内にプラズマ発生システム６を設置した例を示す。真空槽５内部には、２枚金属製の平行平板型電極２０が設けられており、図１の下方の電極板２０に試験用潤滑油１９を塗布する。
次いで、真空槽５を、バルブ１０を介してターボ分子ポンプ１１とロータリーポンプ１２で排気したのち、さらに真空計で１３圧力を計測しつつ、ガス（空気、不活性ガス等）１５を可変バルブ１４により所定の圧力まで導入する。
【０００９】
次に、並行平板電極２０間に、真空槽５の外部より直流電源２１より電圧を印加して、平行平板電極間に放電によるプラズマを発生させる。この放電により平板電極２０上面に塗布した潤滑油１９にプラズマ劣化反応を生じさせ、さらに発生したガスを吸着管１６の内部に充填した吸着剤１７に吸着させる。
この場合、外部との気密性を維持するために、吸着管にはキャップ１８をかぶせておく。これらのガス吸着管１６、吸着剤１７、キャップ１８は、本発明の反応生成物捕集装置の具体例を示すものである。
【００１０】
直流電源２１の極性をスイッチ２２にて切り替えることにより、潤滑油の分解劣化が主として電子衝撃によるものか正イオン衝撃によるものかの違いを識別することができる。電子衝撃と正イオン衝撃による違いを識別する必要のない場合には電源は交流でも良い。
符号２５と２６は電圧計と電流計であり、また、図１に示すように、真空槽５の上部に覗き窓を設けることもできる。
吸着管に捕集された分解劣化ガスは、熱脱離−ガククロマトグラフィー−質量分析計（TD-GC-MS）により、分解劣化生成物を同定するとともに、分解劣化生成ガス量を計測することができる。
【００１１】
一方、平板電極上の潤滑油１９に関しては、その重量減少により分解劣化量を計測するとともに、ＦＴ−ＩＲなどの表面分析方により表面に残留した分解劣化生成物を同定することもできる。すなわち、分解劣化ガス補足量が少ない程、また 電極平板上の潤滑油の損失量が少ない程、耐トライボプラズマ分解劣化特性が優れていることになる。
以上によって、トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験を効果的に実施することができる。
【００１２】
図２はトライボ電子反応加速シミュレーション試験装置２であり、真空槽５内に電子照射システム７を設置した例を示す。真空槽５内部構造の一部を除くと、前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造である。
前記金属製の平板電極２０上に試験用潤滑油１９を塗布する。次いで、真空槽５を、バルブを介してターボ分子ポンプとロータリーポンプで排気したのち、さらに真空計で圧力を計測しつつ、ガス（空気、不活性ガス等）を可変バルブにより所定の圧力まで導入する。この構造は前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造なので、符号等の詳細説明は省略する。
【００１３】
試験用潤滑油１９の上部に、電子照射システム７を配置する。電子照射源２７に電子を照射するフィラメントを設け、該フィラメントを加熱する直流電源２８、電流計３０、電圧計２９を真空槽５の外部に配置する。また、前記平板電極２０に結合させて、電源３１、電流計３５、電圧計３４を配置する。
次に、真空槽５の外部に配置した直流電源２８より電圧を印加して、電子照射孔３３を通して、電子３２を平板電極２０上に塗布した潤滑油１９に照射する。これによって劣化反応を生じさせ、さらに発生したガスを反応生成物捕集装置に内蔵した吸着管内部の吸着剤に吸着させる。
この反応生成物捕集装置の構造は、前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造なので、符号等の詳細説明は省略する。これによって、トライボ電子反応加速シミュレーション試験を効果的に実施することができる。
【００１４】
図３はトライボ熱反応加速シミュレーション試験装置３であり、真空槽５内に加熱システム８を設置した例を示す。真空槽５内部構造の一部を除くと、前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造である。
前記金属製の平板２０上に試験用潤滑油１９を塗布する。次いで、真空槽５を、バルブを介してターボ分子ポンプとロータリーポンプで排気したのち、さらに真空計で圧力を計測しつつ、ガス（空気、不活性ガス等）を可変バルブにより所定の圧力まで導入する。この構造は前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造なので、符号等の詳細説明は省略する。
【００１５】
試験用潤滑油１９を載せた平板２０の下方に、加熱システム８を配置する。この加熱システム８は、加熱用ヒータ３６、ヒータ３６加熱する直流電源３７、電流計３８、電圧計３９を真空槽５の外部に配置する。
次に、真空槽５の外部に配置した直流電源３７より電圧を印加して、平板２０上に塗布した潤滑油１９を加熱する。これによって潤滑油の劣化反応を生じさせ、さらに発生したガスを反応生成物捕集装置に内蔵した吸着管内部の吸着剤に吸着させる。
この反応生成物捕集装置の構造は、前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造なので、符号等の詳細説明は省略する。これによって、トライボ熱反応加速シミュレーション試験を効果的に実施することができる。
【００１６】
図４はトライボフォトン反応加速シミュレーション試験装置４であり、真空槽５に隣接させてフォトン発生システム９を設置した例を示す。真空槽５内部には、金属製の平板２０を設け、図４に示すように、その下面に試験用潤滑油１９を塗布する。
真空槽５は、バルブを介してターボ分子ポンプとロータリーポンプで排気したのち、さらに真空計で圧力を計測しつつ、ガス（空気、不活性ガス等）を可変バルブにより所定の圧力まで導入する。
この構造は前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造なので、符号等の詳細説明は省略する。
【００１７】
前記真空槽５に隣接させて、フォトン発生システム９を設置する。フォトン発生システム９は、平行に配置した平板状電極板、該電極板に結合させた直流電源４９より電圧を印加して、平板状電極間に放電によるプラズマを発生させ、フォトン４１を放出させる。
このフォトン４１は、ガラス板４２を通過して前記潤滑油を照射する。フォトン４１の照射は潤滑油１９の劣化反応を生じさせ、反応生成物は反応生成物捕集装置に内蔵した吸着管内部の吸着剤に吸着させる。
この反応生成物捕集装置の構造は、前記トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置１と同構造なので、符号等の詳細説明は省略する。これによって、トライボ熱反応加速シミュレーション試験を効果的に実施することができる。
【００１８】
前記電極板に結合させた直流電源４９に、電流計５１、電圧計５０を配置し、これらを真空槽５の外部に配置する。また、フォトン発生システム９は、前記真空槽５とは別の真空槽４０において、バルブ４３を介してターボ分子ポンプ４４とロータリーポンプ４５で排気したのち、さらに真空計で４６圧力を計測しつつ、ガス（空気、不活性ガス等）４７を可変バルブ４８により所定の圧力まで導入する構造を有しており、独立にコントロールできる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によると、摺動面に使用する潤滑油にプラズマ、電子、熱、フォトンを当て、これらの照射による潤滑油の劣化反応加速試験を行うことによって、潤滑油の耐トライボマイクロプラズマ分解劣化特性を迅速に知ることが可能となる。これによって、特に長寿命化を図る多くの摺動機器用潤滑油の特性を容易に知ることができるので、摺動機器潤滑油のトライボ反応加速シミュレーション試験方法及び装置として極めて有用であり、さらにこれによって得られた潤滑油（添加剤）は、他の様々な摺動機器潤滑面の長寿命化にも資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置の概略説明図である。
【図２】トライボ電子反応加速シミュレーション試験装置の概略説明図である。
【図３】トライボ摩擦熱反応加速シミュレーション試験装置の概略説明図である。
【図４】トライボフォトン反応加速シミュレーション試験装置の概略説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１：  トライボプラズマ反応加速シミュレーション試験装置
２：  トライボ電子反応加速シミュレーション試験装置
３：  トライボ熱反応加速シミュレーション試験装置
４：  トライボフォトン反応加速シミュレーション試験装置
５：  真空槽    ６：  プラズマ発生システム    ７：  電子照射システム
８：  加熱システム    ９：  フォトン発生システム
１０、４３：  バルブ    １１、４４：  ターボ分子ポンプ
１２、４５：  ロータリーポンプ    １３、４６：  真空計
１４、４８：  可変バルブ    １５、４７：  ガス（空気等の）
１６：  吸着管    １７：  吸着剤    １８：  キャップ    １９：  潤滑油
２０：  電極板    ２１、２３、２４、２８、３１、３７、４９：  直流電源
２２：  スイッチ    ２５、２９、３４、５０：  電圧計
２６、３０、３５、３８、５１：電流計    ２７：電子照射源
３３：電子透過孔    ３４：電子    ３６：加熱ヒータ
４１：フォトン    ４２：透過ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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