マイクロマシーンや磁気ディスクなど機械や装置の小型化が急速に進むにつれ、微小領域における潤滑現象の原子、分子レベルの解明が求められている。このような微小領域では、従来の理論では取り扱うことが困難であり、新しい設計理論が求められている。潤滑剤の開発においては、分離や合成のコストを考慮すると手当たり次第に性能試験をすることはできない。コンビナトリアルケミストリーはあらゆる可能性を試すことで薬品の開発を行う手法であるが、無限の組み合わせの存在する分子構造のすべてを試験することは不可能である。従って、目的に応じて最適な潤滑剤を設計するためには、物性発現のメカニズムを根本から理解し、理論的な物性予測に基づいて新しい分子を合成することが重要である。このため、コンピューター支援による分子設計は製品開発の現場に必須の手法になると考えられている。分子動力学法（MD）は個々の原子の挙動を追跡することが可能であり、実験的手法や定量的構造物性相関などでブラックボックスとなるせん断場における潤滑剤分子の挙動やエナジェティクスを解明することが可能である。このため、潤滑剤の分子設計のツールとして期待されている。我々は、この分子動力学法を用いたしゅう動シミュレーションプログラムを開発した。

　河村らが開発した無機結晶用MDプログラム、MXDORTをベースに潤滑現象解析のための機能を付け加えた。分子動力学法（MD）は、原子間に働く力をポテンシャル関数で表わし、古典的なニュートンの運動方程式を数値的に解くことによって原子の運動を追跡する手法である。潤滑剤の潤滑特性の検討においては、結合の開裂などの化学反応は起こらないものとし、有機分子の相互作用には、分子内の結合、結合角、２面角の振動などを再現するCVFFポテンシャル、固体表面間および固体表面―有機分子間にはLennard-Jonesポテンシャルを用いた。

　モデルを図１に示す。Fe（001）固体表面間に潤滑剤分子を配置し、固体表面にZ方向の負荷を加え緩和した後、一方の固体表面を固定し、もう一方の固体表面をX軸方向に速度を与えることでしゅう動シミュレーションを行った。 図１． イメージモデル

　トラクションフルードの基本構造であるシクロヘキサン、ジシクロヘキシルについてせん断場における動的挙動を調べた。また、固体表面に加わる接線力/垂直方向の負荷よりトラクション係数を計算した。図２にそれぞれのせん断後のスナップショットを示す。シクロヘキサンはせん断後、きれいな層構造をとっていることが観察された。一方、ジシクロヘキシルでは、シクロヘキサンのような層構造は見られなかった。また、トラクション係数はシクロヘキサンよりジシクロヘキシルの方が大きかった。これは、実験結果と定性的に一致する。 図２．潤滑剤分子のせん断後の配向

　本プログラムを用いることにより、せん断場において分子構造に起因すると思われる、異なる挙動を観測することができた。さらに、求めたトラクション係数の序列が実験結果と一致することがわかった。以上より、本プログラムが潤滑現象を解明する上で、非常に有用な知見を与えることがわかった。今後は、実際の潤滑剤に近い、より複雑な分子についての検討を考えている。