プラズマ作用による炭化水素油剤分解のシミュレーション解析: 単·二重·三重のC-C結合次数が水素発生に及ぼす影響について

摘要

オルタネータ用玉軸受や、高速軸用ころ軸受内では従来の考えでは説明のできない短寿命の転がり軸受疲労が観察されている。その原因として、油剤分解により水素が発生し、その水素が軸受の転動体や軌道輪の材料内部に侵入し局部的に材料を脆化させ、そこから亀裂が発生するためとされている。しかしながら、水素がどのような機構で油剤から発生するのかについては必ずしも明らかになっていない。一方、油中で放電プラズマが発生することが明らかとなっている。そこで、放電プラズマ作用源の観点から、油剤のモデル化合物として飽和炭化水素ガスをとりあげ、PIC/MCC法を適用した油剤分解シミュレーション解析を行った。解析の結果、放電プラズマ作用により·HラジカルとH_2分子が大量に発生することが分かり、放電プラズマが油剤分解による水素発生に対する有力な反応源として浮上した。さらに、この·HとH_2の発生量は分子鎖長の増大につれて増大することが分かった。飽和炭化水素油剤での放電プラズマ分解実験においても同様の結果が得られており、PIC/MCC法のシミュレーション結果は実験によっても支持されている。また、飽和炭化水素よりも不飽和炭化水素の方が分解しやすく水素発生しやすいことも明らかになった。これらのことは、油剤分子への放電プラズマ作用の観点から水素発生防止技術を開発することが重要であることを示唆している。