トライボロジーとは

 

あなたが機械工学に携わっていなくても、日常生活でトライボロジーに出会うことはあります。例えば、運動靴の靴底は、最高のグリップを実現するために精密に設計されています。また、医療分野では、股関節のトライボロジーにより、最高の自然な動きを実現するバイオトライボロジーが応用されています。

今日、トライボロジーの研究はナノレベルで進んでおり、トライボロジー・システム研究の重要な一分野としてナノトライボロジーがあります。ナノトライボロジストは、ナノスケールで摩擦を研究し、その知識を磁気記憶装置などの用途に利用しています。

サンゴバンでは、エンジニアと協力して摩擦を制御し、信頼性が高く、堅牢で、かつ寿命の長い製品システムを実現しています。私たちにとってトライボロジー研究は、信頼性の高い製品製造のために重要な役割を担っています。例えば、自動車業界のお客様とは、摩耗、騒音、振動、腐食を低減するために、一貫して制御された摩擦を作り出すことに取り組んでいます。

 

トライボロジーと潤滑

潤滑はトライボロジーの一分野です。ご存知のように、潤滑は摩擦の影響を軽減します。オイルやグリスのような明白な潤滑剤のほかにも、部品の材料構造に直接組み込むことができる固体潤滑剤も存在し（例：ノルグライドPTFEベアリング）、自己潤滑性を提供することができます。この仕組みについて、動画でご紹介します。

 

ごくわずかな量の潤滑油で、2つの表面の摩擦は大きく変化します。ごく薄の潤滑膜が付着して低摩擦層を形成している場合は、一般に境界摩擦と呼ばれます。

また、この膜が厚くなり、2面を完全に分離してしまう場合もあります。通常、この摩擦は何らかの運動によって発生し、車のホイールがアクアプレーニング現象を起こしているのとよく似た現象です。これは流体膜摩擦と呼ばれ、一般に摩擦は非常に小さくなります。

塗布された潤滑油の効率は粘度に依存し、粘度は使用条件によって変化します。この場合も、潤滑油の配合にトライボロジーを適用し、滑り摩擦の低減と高すぎない粘度の間の重要なバランスを見出します。

 

 

ストライベック・トライボロジー試験

ストライベック試験は、通常潤滑油としてオイルを使用するジャーナルベアリング試験機で行われる、標準的なトライボロジー試験です。ジャーナルベアリング試験の出力としては、摩擦係数がシャフト表面速度（すべり速度）の関数としてプロットするために使用され、一般にストライベック曲線または単に摩擦曲線と呼ばれています。ストライベック曲線は、軸受とシャフトの界面の潤滑形態を判断するための研究に広く利用されています。一般的に、軸受とシャフトの界面の膜厚によって3つの潤滑領域が定義されています。薄膜領域（境界潤滑）と混合境界領域（混合潤滑）は、油膜が非常に薄いため、発生する摩擦は主に材料表面のこすれによるものです。これはクーロン摩擦または固体摩擦とも呼ばれます。流体力学的領域（流体潤滑）は、シャフトとベアリングが油膜で完全に分離されている場合に定義されます。起動時には、流体動圧軸受は、流体潤滑領域で動作する前に、まず境界潤滑領域で動作する必要があります。理想を言えば、エンジニアは常に流体力学的な条件で動作するようにベアリングを設計し、摩耗を減らし、摩擦を最小限に抑えることを試みますが、これは常に可能というわけではありません。油不足、低回転数など、流体膜を形成する条件が整っていない場合、境界潤滑で動作させることがあります。

ベアリング/相手面間の潤滑形態を確認するために使用される典型的なストライベック曲線

 

そのため、優れた摩耗特性を持つ低摩擦材料が望まれます。当社のHP材はこのような目的で設計されました。

 

トライボロジーのエネルギー効率向上への貢献

エネルギーは、摩擦によって失われます。私たちは、システムの低摩擦化によってエネルギー消費量を削減することができます。材料科学と組み合わせたトライボロジーの研究が、その一助となります。

自動車産業に話を戻すと、乗用車のエネルギー消費に関する最近の研究では、動力源として使用される燃料エネルギーはわずか21.5％であり、摩擦による損失が33％（ブレーキを除けば28％）という膨大な割合を占めていると推定されています。

そしてもちろん、摩擦による部品の摩耗率を下げることは、システムの寿命を延ばし、ひいては廃棄や製造のコストを削減することにつながります。

 

サンゴバンのエンジニアリング

サンゴバンの研究開発への取り組みは、従来のメーカーとは一線を画しています。私たちのカスタム製品は、表面工学とトライボロジー・システムに関する何千時間にもわたる研究と応用研究に基づくものです。もっと詳しくお知りになりたい方は、ぜひサンゴバンにご連絡ください。