NACHITECHNICALREPORT
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Vol.

Feb/2009■ 寄稿・論文・報文・解説
近未来技術展望「トライボロジーの 常識 を考える」
機能部品事業

Perspectives on Near-future Technologies" Basic Concepts in Tribology "〈キーワード〉トライボロジー・摩擦・摩耗・潤滑・摩擦係数・流体潤滑・境界潤滑

東京大学・香川大学
名誉教授

木村 好次

Yoshitsugu KIMURA
Professor Emeritus The University of Tokyo and Kagawa University近未来技術展望「トライボロジーの 常識 を考える」

要旨

1. はじめにトライボロジーは、摩擦、摩耗、潤滑をとり扱う分野

トライボロジー という言葉が誕生したのは1966年、である。本稿では、摩擦とはどういう現象か、摩耗と東京オリンピックの2年後で、ビートルズが日本にやっは何を指し、それはどういう原因で起こるのか、摩擦・そのてきた年である。それからもう40年が過ぎたが、摩耗を制御、軽減するためにはどのような方法があ間には重厚長大から軽薄短小へと価値観が変化しるのか、基本的な問題に的を絞り、生まれて40年がたり、地球の有限性が認識されてエネルギー・環境過ぎたこの分野における 常識 とは何か、それが問題が最大の関心事になるなど、世の中の 常識時代とともにどう変わったかを考える。

はだいぶ変わったし、昨年来の経済危機でまた変Abstract
Tribology is an engineering field which covers friction, wear and lubrication. This article discusses basic concepts in tribology and how someof them changed in the 40-year history of tribology, by reexamining what friction is, what wear is
and what its mechanism is, and what the means tocontrol them are.

わるのかも知れない。
本稿では、トライボロジーの基本的な問題を中心に、トライボロジーの 常識 とは何かを考えてみることにしたい。その目的は次の二つである。
潤滑ならまだしもトライボロジーといわれると…… 、そう思われる読者があるかも知れないが、その基本とする考え方は、意外に単純なものである。現実のトライボロジーの出発点となっ問題にとり組む前に、それをぜひ知っていたた常識はどんなものなのか、だきたいし、ご存じの読者には再度確認をしていただきたいと思う。これが第一。
そういうトライボロジーの常識には、万古不易のものもあるけれど、この40年間にかなり変わったものがトライボロジー自身の進展によるある。その変化には、ものも無論あるが、社会のニーズによって変わったもトライボロジストは、古い試験機でいつのもあるのだ。
も同じような実験をしているように見えるかも知れなトライボロジーも結構変化しているんだ、と認識
いが、してほしいのが第二の目的である。

1

2. トライボロジー って何？
トライボロジー という語は、 こする ことを意味といいながら、そもそも自動車はタイヤと路面の摩ιβοξ に由来しているという。図するギリシャ語 τρ擦があるからこそ走れるのだし、ブレーキの摩擦があ1）

1がこの言葉を世に出した記念すべき記事 で、 こるから止まれるのだが、ま、世の中を見わたせば、摩の国─すなわちイギリス─で年額5億1,500万擦を小さくしたいというニーズのほうが圧倒的に多い。

それまでポンドを節約しよう と派手な見出しを掲げ、そういう、なければ困るという救いが摩擦にはある

潤滑学 などと呼ばれていた分野の名前をトライボけれど、摩耗になるとこれは全面的に悪者である。

ロジーにしようと呼びかけたのである。

靴底などの例を挙げるまでもなく、摩耗によってものそれは何をする分野なのか。 摩擦、摩耗、潤で、滑 というのが、まずは常識的な答だろう。

それによっての寿命が規定される例はいくらもあり、有用な資源が失われている。それも、摩耗で失われこれらはいずれもネガティブな語感を摩擦と摩耗、た量だけが問題なのではなく、摩耗により機能を喪もつ言葉である。まず摩擦のほうだが、自動車を例あるいは機械・設備がまるご失して廃棄される部品、ピストンとシリンダーの間をはじめ、軸受、歯にとると、と無駄になってしまうのだ。

車など摺動部が山ほどあり、燃料のもっていたエネ

どうも据三つめが潤滑だが、摩擦・摩耗と並べると、ルギーの一部が摩擦によって失われてしまう。エネ

わりが悪い。
というのも、摩擦の制御、摩耗の軽減がトルギーを節減するためには、にっくき摩擦を低減せライボロジーの主要な目的であるのに対し、潤滑というねばならない。のはその目的のためのもっとも一般的な手段なのであって、やや位置づけがちがっているのである。

図1 トライボロジーの誕生1）

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近未来技術展望「トライボロジーの 常識 を考える」

3. 環境とトライボロジー
摩擦・摩耗の制御・低減の他に、トライボロジーの1970年代の石油危機を契機に自動車の燃費に目的としてもう一つ、摩擦面に起因する環境への影それに対応すべくさまざ対する規制がきびしくなり、響の軽減が重要になってきた。目的に関する常識を、まな技術開発がすすんだが、摩擦の低減にはとりわ少々修正する必要がでてきたのだ。

け大きな期待が寄せられた。ある試算によると、1980

摩擦面をとりまく環境を広くとらえるならば、例えば〜2004の24年間における、エンジン油や摩擦面材

ブレーキノイズのような摩擦による騒音と振動、半導料の改良による乗用車用パワートレイン、すなわちエ体製造装置における軸受の発塵、人工関節の摩耗ンジンからタイヤに至る動力機構の効率向上は、燃粉による血栓の発生など、さまざまな問題が浮かび費に換算して16％に上っているという 。全部の車上がる。
しかし現在最大の問題は、摩擦によって無が新技術を搭載しているわけでもないけれど、このよ

駄に失われるエネルギーの地球環境への影響であり、うなトライボロジー技術による二酸化炭素の削減は、その軽減にトライボロジーはすでに大きな貢献をして年間1,000万トンほどと推定されている。

2）

きたのである。

トライボロジー
わが国の、しかも乗用車だけの例だが、その規模がいちばん分かりやすいのは、先ほどもこのはその本来の目的である摩擦の低減によって、ふれた自動車の例だろう。わが国は8,000万台近くように大きな貢献をしてきたのである。もっとも燃費の自動 車を保 有し、年 間 6 , 0 0 0 万 k l のガソリンとに関しては、引き続ききびしさを増した規準が導入され、4,000万klの軽油を燃していて、二酸化炭素の大きトライボロジス一層の努力が求められている状況で、な排出源になっている。

トはなかなか辛い。

18Engine oil
Improvement of fluid film lubrication

16Improvement %12Piston coated with resin

10Engine oil
Low viscosity,New FM

8420

CVT fluid
TiN shim

Solid lubricants overlays
Al MMC bore

Engine oil
Low viscosity,Organic FMAl valve lifter
Cam for roller lifter'80'82

'84

'86

Nitriding piston-ring
Al plane bearing

'88

図23

Fuel-efficient ATF

Engine oil
Low viscosity,FM of Mo chain

14

6High μ AT friction materials
Fuel- efficient ATF

'90

'92

'94

Slip control ATF／
AT friction materials
Plane bearing dispersed with Si3N4
Piston coated with Low μ resin

'96

'98

'00

パワートレインの燃費向上

2）

'02

'04

4. 摩擦はなぜ起こるのか
ところで、かくも大きな貢献をした摩擦の低減だが、そもそも摩擦はなぜ起こるのだろうか。

かいつまんで説明しておくと、
まず凹凸説は、摩擦の原因を表面の凹凸の噛みあいによるとするも筆者が学生だったころ─というのは1960年代のである。それ自身には摩擦のない表面ABCD……のことだが、この分野の成書といえば、ケンブリッジのの上を相手の面の一部Mがすべっていくためには、F.P.Bowden（英 1903〜1968）先生・D.Tabor（ 英この図でいうと重力W二面を押しつけている荷重、1913〜2007）先生の The Friction and Lubrica-に逆らって、坂を登らなければならない。そのためにtion of Solids3）、それに東大の曾田範宗（日 1911〜1995)先生の 摩擦と潤滑

4）ぐらいしかなかった。

必要なポテンシャル・エネルギーの増分が、摩擦の原因だというわけである。

曾田先生の本は、先生の研究成果もふんだんに紹もう一方の凝着説というのはこうだ。二面AとBの介されていたけれど、テキスト風の構成になっていた間にできる真実接触点では、両面の原子間の相互から─それに何より日本語だったから─われわ作用によって二面がくっついてしまい、ある強度をもれはもっぱら後者によってトライボロジーの勉強をした。

そのよつことになる。このへんはまた後で触れるが、その第4章が 乾燥摩擦の機構 であって、 凹うな状態の面をすべらせようとすると、F0かF1かF2か、凸説と凝着説との論争を中心に という副題が付い

ともかくいちばん強度の低い面でせん断が起こり、ていた。その二つの説の説明図を、同書からキャプショその抵抗が摩擦の原因だというのである。

ンもろとも転載しておこう。

凹凸説には、一見して矛盾がある。面が全体として水平であるならば、上り坂と下り坂は全体としてバしたがって、このメカニズランスしているはずである。
ムだけで摩擦による不可逆的なエネルギーの損失を説明することはできないのではないか。そういう批判もあって、曾田先生は 今日の學界として摩擦の主原因としてはだいたい凝着説に傾いているといっそれが常識てよかろう と締めくくっておられるから、であったといっていいだろう。
ではいまの常識は何か。摩擦する物体は多様で例外はいくらでも見つけられるけれど、金属、ポリマーなど、一般的な工業材料の摩擦の原因はおおむね凝着が主体だと考えていいのだと思う。

図3摩擦の凹凸説と凝着説4）

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4近未来技術展望「トライボロジーの 常識 を考える」

5. 摩擦の大きさについてではそのような摩擦の大きさは、いかほどのものだ

次の自己潤滑性材料というのは、黒鉛や四フッろうか。それを表現するのに、摩擦係数を使うことは化エチレン樹脂（PTFE）など、固体潤滑剤の別称常識だろう。摩擦力と荷重、すなわち二面を垂直にである。摩擦係数の低いものとしてはPTFEが有名で、押しつけている力との比である。

どこまギネスブックにも載っていた。一方高いほうは、わが同胞はめったにその完璧主義によるものか、でという規準はないけれど、鉛、金などの軟質金属もこういう雑な絵を書かないが、摩擦係数の概略値は自己潤滑性材料の仲間に入れられることがある。

だいたい図4のような範囲になる。あちこちに引用しそれなりの応
セラミックスはいっときブームになり、てもらったから、一応の常識とお考えいただきたい。

用範囲が固まった。ただし潤滑しないでも相当低摩
その点はそれほどで擦を示すという期待もあったが、もないことが分かったように思われる。

流体潤滑

もっとも広く使われる金属が、実は難物である。と境界潤滑いうのも、金属は表面エネルギーがとても高いという自己潤滑性材料

何かとくっ特徴があり、だから裸の金属面は不安定で、セラミックスついて安定になろうという傾向が大変強い。潤滑金属（無潤滑）剤の効きがいいというのはそのプラスの面だが、相手の摩擦面とくっつきやすいというマイナス面がある。

金属（清浄面）と書いたのは、さきほどの 乾まず金属（無潤滑）
0.0010.01

図450.1110

摩擦係数の概略の範囲

燥摩擦 と同じで、ベンジンとかアセトンなどの溶剤で洗って 空気中できれいにした金属面 という意

まず摩擦係数を0.01以下にしようと思えば流体潤味である。空気中だから表面はだいたい酸化膜で滑、すなわち潤滑油などの粘性を利用した流体潤覆われていて、摩擦係数は0.4〜1.0あたりというの滑膜を二面の間につくって、固体どうしの接触を防が相場である。

ぐ方法によらなければならない。流体潤滑膜の形成

あるいは水素などの還元性
ところが超高真空中、は、荷重が低く、すべりあるいはころがり速度が高い

雰囲気中で酸化膜をはぎとってやると、裸の金属面ほど容易なので、逆に高荷重・低速になると、どうしどうしがくっついてしまい、数十から100以上という摩ても固体どうしが接触してしまう。そのとき接触面に擦係数が測定されることがある。実験室でそのよう油性剤や極圧剤などの、せん断されやすい吸着膜な高摩擦を実現しようとするとホネだが、酸素の存または反応膜を介在させてやると摩擦を下げること在しない宇宙ではこれが問題になるし、また焼付きも、ができ、これが境界潤滑である。境界潤滑には流体最終的には潤滑膜がうまく覆えなくなった金属面間潤滑ほどの効果は期待できないのがふつうで、摩の、高摩擦の問題であるわけだ。摩擦というのは意擦係数は下がっても0.01程度と考えていいだろう。

地の悪い代物である。

6. ゼロ摩擦は存在するか
流体潤滑でなければ0.01以下の摩擦係数にはいる奴もあれば下り坂にいる奴もあることになり、必ならないという常識の話をしたが、固体どうしの摩擦と要な力の総和∑ すなわち摩擦力はゼロになる、係数もゼロになりうるという説がある。

いうのがその説明である。

5）

図5 がそのモデルで、二つの結晶面が接触して気付かれた読者も多いだろうが、結局図5といういるところである。いってみれば図3のF0面の原子モのは、図3の上半に示した凹凸説のモデルを換骨奪デルであって、丸い印で上の面の原子が、下の面の胎したものに他ならず、凹凸説に関する批判は、本原子との相互作用によるそのポテンシャルがカーブ質的にここにも当てはまるはずである。ということはで示してある。

図5のメカニズムにしても、（a）において摩擦がゼロ（ b）だけで有限になりうるという説明にはなっても、の∑ 、すなわち摩擦の原因の説明はできないように思う。
ゼロ摩擦の考え方にはこういう、いまひとつ腑に落ちないところがあるのだが、それに触発されて、流体潤滑によらずともゼロ摩擦に近い超低摩擦を実現したという研究があるから、世の中は面白い。
リヨンのMichel
最初に測定結果を発表したのは、
6）

Martinたちであるらしい 。彼らは10nPaという超高真空中で、清浄な二硫化モリブデンのコーティングが測定限界以下、すなわち0.002以下の摩擦係数を図5 ゼロ摩擦のモデル示すことを見つけた。その面を分析したところ、二硫いま上の図で左端の原子を右へ動かそうとすると、化モリブデンの結晶構造のもっともすべりやすい面その部分ではポテンシャルの上り坂を登らなくてはどうしの摩擦になっていた。ただし二つの表面の結ならないから力が必要になり、左から2番目の原子を晶が同じ方位で接触していたわけではなく、摩擦面動かそうとする場合には、ポテンシャルの下り坂が逆だけずれていて、図に平行な面内で16°あるいは29°そういう原理である。に後押しをしてくれる、5の（a）のような状態が実現されたというわけだ。

5）

図の（b）のように、下の面の原子間の距離 と上

これは清浄な結晶面、超高真空という、デリケートが等しいか、あるいは整数な条件において実現したという話だったけれど、ある倍である場合には、上の面をすべらせようとすると、グリセロールモノオ種のダイヤモンドライクカーボンを、その原子が一斉に坂を上りはじめるから力が必要にレエートという一種のエステルを含む油で潤滑してこれが摩擦の原因になる。ところが図の（a）
よなり、すべらせると、摩擦係数が0.006という低い値になっうに、と の比が無理数、つまり割り切れない比になったという、実用に近い報告 もあって、常識が変わりていると、上の面の原子はポテンシャルの上り坂につつあるようにも思われる。の面の原子間の距離

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7. 一口に摩耗というけれど……
さてこのへんで、摩耗に話を移そう。

えば通常手の打ちようはなく、問題となるのは発生

トライボロジーの目的に、摩擦の制御と摩耗の軽条件であって、減量は単なる結果に過ぎない。

減を並べたが、摩耗のほうにはちょっと説明を付け加えておかなくてはならない。

これに対して摩耗というのは、摩擦によって摩擦面から材料が少しずつ失われる漸進的な現象である。

さまざまな現場
だいたいトライボロジーの用語には、失われながらも摩擦面はその機能をある程度維持用語を持ち込んだものが多いが、摩耗という言葉もしているのが普通で、問題となるのはどれだけ減っというより、いい加減に使われているかなり広義で、たかという量、摩耗量である。

ように思う。たしかに摩擦面に何か損傷が発生すると、ころがり接触において繰最後のころがり疲れは、たいていは摩擦面がむしられる─ つまり減量がり返される接触荷重と摩擦力によって摩擦面にクラッ生じるから、摩耗と呼びたい気持も分からないではそれがすすんではく離を起こす現象で、発クを生じ、トライボロジーの目的に挙げた 摩耗の軽減ない。

フレーキング、ピッチング、スポー
生する機械要素により、というときの摩耗は、そのような意味なのである。しリングなどの呼び名がある。問題となるのは、それによっかし実際に対策を考えようとするならば、用語はもっころがり面としての機能が失われるまて振動を生じ、と厳密に使うべきで、これが常識ではよろしくない。

での寿命である。

どういう部品に発生したか、どこ摩擦面の損傷は、詳しくお話しするといろいろディテールがあるけれど、まで進展したかなどによって見かけも千差万別だが、摩擦面の損傷の呼び方としては、このへんを常識と同じ部位に代表的な損傷3種が発生した珍しい例を、考えていただきたい。

図6に紹介しておこう。何十年か前の、自動車エンジ（ b）が摩ンのバルブリフターであって、（ a）が焼付き、耗、（c）がころがり疲れと呼ぶべき損傷である。
まず焼付きは、潤滑された摩擦面において当初予期した潤滑が何らかの理由で不可能になり、摩擦が急増する突発的な現象であって、スカッフィング、（b）

（a）

図6

スコーリングなどと呼ばれることも多い。起こってしま（c）代表的な摩擦面損傷

8. 摩耗はなぜ起こるのか

7

で、そのように定義した摩耗だが、その話がまた混とだが、そこで見つかった代表的な摩耗粉は、図7の乱している。これには研究者の責任が大きく、どんなようなものであった。(a)と(b)は電子顕微鏡像、(c)摩耗のメカニズムを考え出しても、それを実現するよのみは光学顕微鏡像である。

それを根拠に自説
うな実験はたいてい可能だから、まず(a)では、真ん中の「つ」の字形の摩耗粉にトライを主張する。
しかし、それが常識では困るのだ。

注目してほしい。摩擦面に侵入した砂など、硬い物ボロジーが技術としての意味をもつためには、実際体で削りとられたアブレシブ摩耗の摩耗粉であって、の機械・設備で問題になっているのはどのような摩硬い相手面との摩擦によっても同様な摩耗が起こる。

耗なのか、そこからスタートしなくてはならない。

コーンフレークみたいな粒子が重なっ
つぎの(b)には、機械に使われている潤滑油をとり出して含まれこれが凝着摩耗の摩耗粉である。最後のているが、フェログラフィーという手ている摩耗粉を分析する、(c)は正体のないどろどろしたものだが、摩擦面が潤法が使われるようになったのはもう30年以上前のこ

滑油中の酸などと化学反応してできた生成物が摩擦によってとり去られた、腐食摩耗の生成物である。

は増量するわけで、それでは摩耗粉が発生する説

空気中で酸化した金属がとり去られる摩耗、一名酸という常識的な反論は明にはならないじゃないか、化摩耗もその一種である。

むろんあり、そこでさまざまな説が展開されることになっ凝着摩耗だけ説明をしなかったが、実をいうと潤たのである。

滑された機械の摩擦面において、固体どうしが接触異論があるのは承知でいうと、凝着摩耗の現在する限り必ず発生する一般的な摩耗であって、そのの常識的な解釈は次のようなものである。摩擦の過メカニズムがまた議論のあるところなのだ。

程で図3下半分のような接触点が発生するというの

そもそも凝着摩耗という言葉は、摩擦の凝着説かはいいだろう。そのような接触点は、摩擦面に加わら派生したものであった。ここで、図3の下半分をもうる荷重を受けて、凹凸の凸の部分が変形してできる一度ご覧いただきたい。この凝着部が引き離されるものだから、そこには大きな垂直力と摩擦力が繰り返とき、二面の最初の境界であったF 0ですんなり切れし作用する。それによる局部的な疲労破壊によって、それ以外のF 1とかF 2とかでてくれればいいのだが、図7(b)のような摩耗粉が発生する。

その分だけ下の面は減量を生じることに切れると、このような考え方が常識になると、現実に発生しというのがかつての常識なる。これが凝着摩耗だ、ている摩耗の問題の解決が、少しはスムーズにすすであった。ならば、下の面が減量した分だけ上の面むのではないかと筆者は思う。

（a）

（b）

図7（c）

代表的な摩耗粉

9. 問題を解決する手段についてさて、トライボロジーの課題である摩擦の制御、広どのようにして実現することが義の摩耗の軽減は、できるのだろうか。はじめに もっとも一般的な手段もう少し詳しく書く。
が潤滑だ と書いたが、をとると、旧知のLudema先生の名前になるではないか。
手段が三つしかないということを裏返すと、問題解決の糸口が三つもあるということである。

読者には、長い間ミシガン大学で摩耗の研究をしあるいはトある製品の性能をもっと上げたいとき、ておられたLudema先生という人の、研究業績はとライボロジカルな問題が発生したときに、潤滑剤だけ、もかくその名前を覚えておいてほしいと思う。

材料だけに注目して解決しようとしても、往々設計だけ、これは筆者のオリジナルの中で、いちばん人口ににしてうまくいかないことがある。機械メーカーの人膾炙したもののようなのだが、いろいろ現実の問題にいわせると 潤滑剤を変えるのに投資はいらないのお手伝いをしているうちに、トライボロジカルな問題のかも知れないが、ベストな解は設計変更、新材料を解決する手段は三つしかないことに思い当たった。の採用にあるかもしれないし、あるいは潤滑剤を含め、それは、潤滑剤を変える、摩擦面の設計を変える、材それらの組みあわせに見つかるかも知れないのだ。

料を変える、この三つであって、潤滑剤＝Lubricant、これをぜひ常識と考えてほしい。

かいしゃ

その頭2字ずつ設計＝Design、材料＝Material、
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10. 流体潤滑について
すべり軸受がいい例だが、固体面間のすきまがな圧縮性流体による潤滑、高速において流れが乱だんだん小さくなる部分に、流体が粘性によって引流になった場合の潤滑などがその例だが、極め付きき込まれて圧力を発生するという、動圧流体潤滑のは弾性流体潤滑（EHL）理論だろう。

理論が発表されたのは、1886年のことである。流体ころがり軸受や歯車などの流体潤滑は、
レイノル

力学の大先生Osborne Reynolds（英 1842〜1912）

ズ方程式を直接適用すると、計算される潤滑膜の8）の80ページほどもある論文 1編で、流体潤滑の基厚さが実際とあわないことが指摘されていた。この礎はほぼできあがってしまったのだ。

問題を解決したのは、最近傘寿を迎えられたリーズ
9）

そこがReynolds大先生の面目躍如たるところな大学のDuncan Dowson（英 1928〜）先生ら であっのだが、長ったらしい粘性流体の運動方程式を、せて、固体面の弾性変形と圧力による流体の粘度のん断応力はせん断速度に比例する、流体は非圧縮上昇の双方を理論に組み入れることにより、現実に性である、流れは乱れがない層流である、重力や遠適合する解を導いたのである。さらにその膜の最小心力などは無視する、流体の粘度は一定である、す厚さを、いとも簡単な式で示したところがDowson先

きまはきわめて薄い、という実に有効な仮定をおくこ

生らの真骨頂であって、EHL理論は──というよりとによって、後にレイノルズ方程式と呼ばれるとてもDowson先生らの膜厚の式は、トライボロジーの常識簡単な式にしてしまった。さらに固体面は変形しなになっている。

いと仮定し、表面の粗さを無視することにより、油でここで手前みそを一つ。鋼球とガラス円板との間潤滑したすべり軸受の性能などをこの式から比較にできたグリースの潤滑膜を、光干渉で観察した写的容易に導くことができたのである。流体潤滑の常真を、図9 にお目にかけよう。運動の向きは右から識となった基礎理論は、1世紀以上も昔に確立され左で、弾性変形で平たくなった円形接触部の出口てしまったのであって、計算機が簡単に使える現在のところ、縁に沿って白っぽく見えるのが流体膜のもっ実際問題への適用は朝飯前、もはや研究のテーでは、とも薄い部分で、こういう形に現われるのがEHLのマにもならない。

特徴である。グリースの非ニュートン粘性によるもの

10）

その後の技術の進展とともに、上述の仮定が成りころがり速度わずか毎秒2mmの低速で流体だが、それらのいくつか立たない場合がいろいろ現われ、潤滑効果を観測したというのが売りである。常識をは解決されてきた。せん断応力とせん断速度とが若干拡張したといえるだろうか。

比例しない非ニュートン流体による潤滑、気体のよう

図89

Reynoldsの論文の挿絵の一つ8）図9低速におけるグリースのEHL膜10）11. 流体潤滑の限界
一般に流体潤滑膜は、荷重が低く、すべりあるい具体的にいうと、膜が無限に薄くなると、理論上はころがり速度が高いほど厚くなるという話をした。

どんな大きな荷重でも流体圧力は無限に高くなり、そのしたがって、高荷重・低速になると薄くなって、圧で支えられるという計算になるのである。材料がそ最小値が摩擦面の粗さ以下になると固体どうしが接

それは流体潤んな状況に耐えられるはずはないが、触してしまう。そうなると流体潤滑は不可能になって、滑理論の与り知らぬところなのだ。表面粗さを流体境界潤滑効果に期待しなければならない。ところが、潤滑の計算に入れたとしても、粗さの突起の先端で先にお話ししたように、境界潤滑では特殊な例を除やはり同じ結果になる。

いて流体潤滑より摩擦係数が高くなるし、摩耗など

ところが計算機が使われるようになり、数値解をの損傷を生じる危険も大きく、流体潤滑の限界を知っ求めるようになって、妙なことが起こった。数値計算ておくことは大変重要である。にもかかわらず、流体では、物体中に何ミクロンとか何ミリとかの格子を仮潤滑理論はそのような限界を予測することができない。

想して、その格子点での数値を計算するのがふつう

それは まだできない というのではなく、本質的その格子点の間隔が有限である限である。となると、にできないのだ。というのも、流体潤滑理論は流体り、圧力の計算値も無限に大きくはならないのである。

力学にもとづいているから、流体の中の現象しか対適当といえばまさにテキトーな話だが、現実にはそれ象としない。今の場合についていうと、流体膜の存で話がすすんでいるようだ。これを常識というのには、在が理論の前提になっているのである。

若干抵抗があるけれど……。

12. 境界潤滑の考え方
そこを跳び越して境界潤滑に入ると、これがまた混沌とした世界である。

せる膜、といえばいいだろう。
もう一つの境界膜というのはあいまいな言葉で、定義がはっきりしていない。

まずその潤滑膜を意味する言葉が混乱していて、境界膜、境界層、境界潤滑膜などという用語が乱れ

まずこのへんの常識をしっかりもってほしいと筆者は思う。

飛んでいるのだ。境界層というのは流体力学の用流体潤滑作用以外というわけだから、境界潤滑語で、固体面に近く、粘性の影響を強く受ける層をはバラエティーに富んでいる。金属の酸化膜の潤滑いう。ところが境界潤滑というのは、もともと流体潤効果もそうで、したがって摩擦の原因のところでふれ滑作用以外の潤滑を指す用語だったから、境界潤た乾燥摩擦というのも、酸化膜による境界潤滑下の滑膜というのは逆に、粘性以外の潤滑効果をもつ摩擦だし、自己潤滑性材料の潤滑作用も、固体潤膜を意味していた。図3の凝着説のモデルでいうと、滑と呼ばれてはいるが、メカニズムは境界潤滑に含接触部F 0に介在してその面のせん断強度を低下さめるべきものである。

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18 A1103）

しかしもっとも一般的なのは、潤滑剤中に添加し図10がBowden先生らの著書 にある境界潤滑た油性剤や極圧剤の、固体面への吸着膜あるいはのモデルで、「A」と書いてある部分が真実接触点反応膜による潤滑である。固体面間の接触点にはであり、オタマジャクシのようなのが吸着された脂肪

それらにめげずに大きな垂直力・摩擦力が加わり、酸などの分子である。さすがの吸着膜も「αA」なる二面間に介在し得て、かつせん断強度は低くなく部分で破けているところなど、芸が細かい。

アルコール、エステルなてはならないから、脂肪酸、このような境界潤滑のメカニズムに関する常識は、ど極性基をもつ油性剤の化学吸着膜、あるいは塩素、Bowden先生のころからほとんど変わっていないが、リンなどを含む極圧剤の摩擦面金属との反イオウ、実際に使われる油性剤や極圧剤はずいぶん変わっ応膜などが、この目的に使われてきた。

た。そしてその変化をドライブしたのは、潤滑効果のトライボロジーの第三の目的、環境負荷向上よりも、の低減だったのである。廃棄時にダイオキシンを発自動車の排生する切削油剤中の塩素の使用中止、リン気ガス処理用触媒の性能を劣化させるイオウ、量の低減などがその代表例で、潤滑性能を保ちながらそれらの代替となる添加剤の開発は、現在大き図10なターゲットになっている。

境界潤滑のモデル3）

参考文献
6）J. M. Martin et al., Phys. Rev., B48 N14（1993）10583（岩木雅宣：トライボロジスト 51、12（2006）873の紹介による）

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7）M. Kano et al., Trib. Letters, 18, 2（2005）245

3）F.P.Bowden and D.Tabor：The Friction and Lubrication of Solids,Clarendon
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February / 20099）D.Dowson and G.R.Higginson：
Elasto-Hydrodynamic Lubrication, Pergamon Press（1966）
10）遠藤敏明・董大明・木村好次：トライボロジー会議予稿集
東京 2008-5（2008）181

5）佐々木成朗・三浦浩治：トライボロジスト、51、12（2006）855

NACHI TECHNICAL REPORT8）O. Reynolds, Phil. Tarns. Roy. Soc. Lond.,177、Pt.1（1886）157〈発行〉 2009年2月1日
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