研究内容 RESEARCH

やわらかい弾性体のスティックスリップ摩擦実験
 Stick-slip friction experiments of soft elastic bodies

 弾性体同士を摩擦させたとき,しばしば,固着とすべりを繰り返す,スティックスリップ運動を示す.スティックスリップ運動は,機械システムのみならず,プレート同士のすべりによって引き起こされる地震や,ワイパーのビビリなど,さまざまな状況で現れる日常的な現象である.当研究室では,スティックスリップ運動を詳細に観察するため,高分子ゲルとよばれるやわらかくて透明な弾性体を用いて摩擦実験を行なっている.すべり素過程や応力・ひずみ場の可視化を通して,メカニズムの解明や挙動の制御を目指す.
 When two elastic bodies are slid against each other, they often exhibit stick-slip motions repeating lock and sliding. The stick-slip motions are seen in various systems such as machinery, earthquakes, wiper chattering, etc. In order to observe the behavior in detail, we have been conducting stick-slip experiments using soft and transparent polymer gels. We are now aiming at understanding mechanisms and controlling the behavior through in-situ visualization of elementary slip processes, and stress/strain fields.

やわらかい弾性体のスティックスリップ摩擦実験

References
[1] T. Yamaguchi, M. Morishita, M. Doi, T. Hori, H. Sakaguchi, J.- P. Ampuero, J. Geophys. Res, 116, B12306-1-8 (2011).
[2] M. Morishita, M. Kobayashi, T. Yamaguchi, M. Doi, J. Phys.: Cond. Matt., 22, 365104-1-6 (2010).
[3] T. Yamaguchi, S. Ohmata, M. Doi, J. Phys.: Condens. Matter, 21, pp.205105-1-7 (2009).

ハイドロゲル人工軟骨の摩擦・摩耗
 Friction and wear of hydrogel artificial articular cartilages

 人工関節に用いられる金属や樹脂の摩耗は,人工関節の寿命を制限する主因となっているが,体内での摩耗現象は,タンパク質等の生化学成分,複雑な関節運動,経年劣化など多因子の影響を受け非常に複雑であるため,よくわかっていない.当研究室では,人工関節材料の摩耗に影響を及ぼす因子を抽出し,その影響を正しく把握することで,生体内での摩耗メカニズムを理解し,人工関節の摩耗低減に役立てることを目指している.
 Recently, application of hydrogels having similar flexibility and composition to articular cartilages has been proposed as an approaches to improve tribological performances and fatigue lives of present artificial joints. In our group, as a fundamental study towards realization of artificial articular cartilages, we are working on friction and wear of hydrogels based on biphasic lubrication or boundary lubrication mechanisms, and also evaluating their biological activities of generating wear particles.

ハイドロゲル人工軟骨の摩擦・摩耗

References
[1] T. Murakami, S. Yarimitsu, K. Nakashima, T. Yamaguchi, Y. Sawae, N. Sakai, A. Suzuki, Superior lubricity in articular cartilage and artificial hydrogel cartilage, Proc IMechE Part J: J. Engineering Tribology 228, 1099–1111 (2014).

人工関節材料の生体内摩耗メカニズム
 Wear mechanisms of artificial joints in biological environments

 人工関節に用いられる金属や樹脂の摩耗は,人工関節の寿命を制限する主因となっているが,体内での摩耗現象は,タンパク質等の生化学成分,複雑な関節運動,経年劣化など多因子の影響を受け非常に複雑であるため,よくわかっていない.当研究室では,人工関節材料の摩耗に影響を及ぼす因子を抽出し,その影響を正しく把握することで,生体内での摩耗メカニズムを理解し,人工関節の摩耗低減に役立てることを目指している.
 While wear of metals or plastics of artificial cartilages is considered to be the main cause of shortening the life, its mechanisms remain unclear because of complexity in biochemistry and mechanical behavior. In our group, we are aiming at reducing wear of artificial cartilages by understanding its mechanisms.

References
[1] C. Cho, T. Murakami, Y. Sawae, Wear of orthopaedic implants and artificial joints. Woodhead Publishing Limited,pp.221-245 (2012).
[2] Y. Sawae, Effects of Physiological Factors on Wear of UHMWPE for Joint Prosthesis, Imperial College Press, Chapter 6 in Polymer Tribology, pp195-226 (2009).

水素雰囲気における樹脂シール材の摩擦・摩耗評価
 Evaluation of friction and wear of plastic seals in hydrogen environments

 最新の燃料電池自動車は,70 MPaに昇圧された高圧水素ガスをエネルギー媒体として使用するため,これに水素ガスを供給する水素ステーションでは,100 MPa級のガスコンプレッサーやバルブが使用されている.これらの装置内で動的シールとして用いられる樹脂材料には,高いガス圧に耐える機械的強度と共に,水素ガス中において低摩擦・低摩耗を示すトライボロジー的な水素適合性が求められる.当研究室では,様々な樹脂複合材の摩擦・摩耗特性を高純度水素ガス雰囲気において評価し,高圧水素インフラに最適なシール部設計のための基礎データを提供している.
 In the hydrogen station facilities, compressors and valves for 100MPa hydrogen gasses have been used. Plastic materials for dynamic seals in such facilities need mechanical strength and compatibility towards hydrogen. In our group, we are evaluating friction and wear of various plastic composites in high purity environments and supplying basic data for optimum design.

References
[1] Y. Sawae, K. Fukuda, E. Miyakoshi, S. Doi, H. Watanabe, K. Nakashima, J. Sugimura, Tribological Characterization of Polymeric Sealing Materials in High Pressure Hydrogen Gas,Proceedings of the STLE/ASME 2010 International Joint Tribology Conference, IJTC2010-41238 (2010).