研究課題名：非ニュートン流体熱弾性流体潤滑理論の構築

1．研究課題名：

非ニュートン流体熱弾性流体潤滑理論の構築

2．研究期間：

平成15年度～平成19年度

3．研究代表者：

兼田　楨宏（九州工業大学工学部・教授）

4．研究代表者からの報告

（1）研究課題の目的及び意義

　「ものづくり」の基盤は要素技術にあり、「機械要素」の機能・性能・信頼性は「トライボロジー技術」に依存する。等温弾性流体潤滑理論は、集中接触下で転がり/滑り運動する機械要素の機能・性能・信頼性の向上に主導的役割を果たしてきた。しかし近年、接触面間における潤滑剤の3次元流動挙動を考慮した熱弾性流体潤滑理論（ThermalElastohydrodynamicLubrication;TEHL）の確立が重要課題となっている。
　本研究の目的は、表面粗さ、変動荷重、往復・揺動運動などに起因する油膜の非定常応答と温度変化を系のエネルギバランスを考慮した熱弾性流体潤滑理論と対比検討することによって潤滑油挙動モデルを構築し、非ニュートン流体熱弾性流体潤滑理論を確立することである。
　その成果は、学術的には、現等温弾性流体潤滑理論では仮説の域を出ない未解決弾性流体潤滑問題の解明に寄与し、新しい学術分野を創出する。また、工学的には、弾性流体潤滑下で稼動する多くの機械要素の設計に新指針を与え、その機能・性能・信頼性の飛躍的向上をもたらす。さらに、今後の新材料及び新潤滑油の開発に伴う組み合わせの多様化に対して理論的に対応することを可能にする。すなわち、機械要素技術の基盤となる本研究は、技術立国日本の「ものづくり」を根底から支え、機能・性能・信頼性において諸外国の追従を許さない機器の開発に直接貢献するといえる。

（2）研究の進展状況及び成果の概要

　実験設備の整備、予備実験の実施並びに数値解析法の基本を開発して、研究課題達成のための基盤を確立するとともに、従来の等温EHL理論を基礎においた機械要素の設計指針の変更をせまる重要な知見を得ることができた。
　すなわち、油膜厚さ、トラクション特性に及ぼす潤滑油の流動特性の影響の再評価を行い、従来粘性発熱に隠されて個別的には検討されることの無かった圧縮発熱の影響の重要性を指摘するとともに、潤滑油粘度の圧力係数及び接触物体の熱伝導率の油膜圧力分布波形への影響を明らかにし、転動接触疲労と潤滑油特性とを力学的に関係づけた。また、弾性流体潤滑領域で転がり滑り運動する機械要素が衝撃荷重を受けた場合の油膜の応答を詳細に観察することに成功し、その応答機構をニュートン流体の仮定の下に明らかにした。さらに、微小振幅点接触線転がり滑り往復運動下における油膜及びトラクション特性を実験的に把握して、その解析アルゴリズムを改良するとともに、線接触下での油量不足と油膜厚さとの関係を合理的に説明し、新たな潤滑領域を定義した。また、表面凹凸が油膜挙動及び温度上昇に及ぼす影響を直接観察して表面損傷発生機構と関連づけるとともに、TEHL解析を実施して、表面凹凸に起因する圧力、油膜特性と潤滑油の流動挙動との関係を明らかにし、かつ、接触面温度並びに油膜温度と表面凹凸の方向性との関係を究明した。

5．審査部会における所見

B（一層の努力が必要である）
　基礎研究は着実に進められているが、当初予定していたラマンスペクトロスコピーによる圧力分布の計測を実験的な困難さの故に避けてきたため、特別推進研究に求められるブレークスルーと呼べるような新発見や、有用性の高いモデルの構築に現時点では至っていないと判断される。新たな潤滑理論を構築するためにも、当初の目標である圧力分布測定に、是非とも再挑戦すべきとの意見も挙げられた。