JP2016084852A - 摺動システム - Google Patents

Abstract

【課題】窒化クロム膜と潤滑油の新たな組合わせにより、摺動部における摩擦係数を大幅に低減できる摺動システムを提供する。【解決手段】本発明の摺動システムは、相対移動し得る対向した摺動面を有する一対の摺動部材と、対向する摺動面間に介在し得る潤滑油とを備える。そして、摺動面の少なくとも一方は、窒化クロム膜で被覆された被覆面からなり、潤滑油は、Ｍｏの三核体からなる化学構造を有する油溶性モリブデン化合物を含む。その窒化クロム膜は、膜全体を１００原子％（単に「％」という。）として、Ｃｒ：４０〜６５％、Ｎ：３５〜５５％であると共に、Ｘ線回折で分析したときに得られる（２００）面に対する（１１１）面の面積割合である相対面積が１５〜６０％である。また潤滑油は、油溶性モリブデン化合物を潤滑油全体に対するＭｏ含有質量で５〜８００ｐｐｍ含むと好ましい。【選択図】図２

Description

本発明は、窒化クロム膜と特定の化学構造を有する油溶性モリブデン化合物を含有した潤滑油との組合わせにより、摺動面間に作用する摩擦係数や摺動抵抗等を顕著に低減できる摺動システムに関する。

多くの機械は摺接しつつ相対移動する摺動部材を備える。このような摺動部材を有する系（本明細書では「摺動システム」という。／例えば、摺動機械）では、その摺動部分に作用する抵抗力（摺動抵抗）を小さくすることにより、性能の向上と共に稼動に必要なエネルギーの低減が図られる。このような摺動抵抗の低減は、通常、摺動面間に作用する摩擦係数の低減により達成される。

摺動面間に作用する摩擦係数は、摺動面の表面状態と摺動面間の潤滑状態により異なる。このため摩擦係数の低減を図る場合、摺動面の表面改質と摺動面間へ供給する潤滑剤（潤滑油）の改良が検討される。摺動面の表面改質には種々あるが、これまでは、低摩擦化を図れ耐摩耗性にも優れる非晶質炭素膜（いわゆるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜）が摺動面に形成されることが多かった。また、潤滑剤も、摺動機械の種類、使用環境等に応じて種々改良されるが、通常は摩擦低減効果のある添加剤の配合により対応されることが多い。これらに関連する記載が、例えば下記の特許文献にある。

特開２０１１−２５２０７３号公報 特開２００４−３３９４８６号公報（欧州特許ＥＰ１４６２５０８Ｂ１号公報） 特許第３７２８７４０号（特開平８−２９６０３０号）公報

特許文献１は、周知なエンジンオイルの添加剤であるＭｏの二核体からなるモリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）に替えて窒素とモリブデンの質量比（Ｎ／Ｍｏ）を所定範囲内とした有機モリブデン化合物を含む潤滑剤と、Ｈ（２０％）含有ＤＬＣ膜とを組合わせることを提案している。

特許文献２は、金属元素等を含まない一般的なＤＬＣ膜と、ベースオイルにモリブデンジチオカルバメートをＭｏ量で５５０ｐｐｍ添加した潤滑油とを組合わせることを提案している。もっとも特許文献２は、その組合わせにより摩擦係数が低減される旨を記載しているに留まり、そのメカニズム等について一切明らかにしていない。また、その組合わせにより得られる摩擦係数は高々０．１程度であり、未だ摩擦係数の低減が不十分である。

なお、特許文献３には、内燃機関用のピストンリングの外周摺動面に、ＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ_２Ｎ型窒化クロムの混合イオンプレーティング皮膜を設け、そのＣｒＮとＣｒ_２Ｎとの結晶方位比率を最適化することにより、ピストンリングの耐摩耗性や耐スカッフィング性等を改善する旨の記載がある。しかし、特許文献３には、一般的なエンジンオイルを潤滑油として耐摩耗性試験等を行っている旨の記載しかなく、上記の皮膜が摺動面間の摩擦係数へ及ぼす影響等については全く記載も示唆もない。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、摺動被膜と潤滑油の新たな組合わせにより、少なくとも摺動面間における摩擦係数を従来よりも大幅に低減できる摺動システムを提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、特定の窒化クロム膜と、特定の化学構造を有する油溶性モリブデン化合物を含有した潤滑油との新たな組合わせにより、摺動面間の摩擦係数が大幅に低減されることを発見した。しかも、この優れた低摩擦特性は、耐摩耗性と両立し得ることもわかった。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《摺動システム》
（１）本発明の摺動システムは、相対移動し得る対向した摺動面を有する一対の摺動部材と、該対向する摺動面間に介在し得る潤滑油と、を備えた摺動システムであって、前記摺動面の少なくとも一方は、窒化クロム膜で被覆された被覆面からなり、前記潤滑油は、モリブデン（Ｍｏ）の三核体からなる化学構造を有する油溶性モリブデン化合物を含み、前記窒化クロム膜は、膜全体を１００原子％（単に「％」という。）として、クロム（Ｃｒ）：４０〜６５％、窒素（Ｎ）：３５〜５５％であると共に、Ｘ線回折で分析したときに得られる（２００）面に対する（１１１）面の面積割合である相対面積が１５〜６０％であることを特徴とする。

（２）特定の窒化クロム膜により被覆された摺動面と、特定の化学構造を有する油溶性モリブデン化合物を含む潤滑油とを組合わせることにより、摺動面間の摩擦係数を大幅に低減した摺動システムが得られる。具体的にいうと、その摩擦係数が０．０７以下、０．０６以下さらには０．０５以下となる低摩擦特性が発現され得る。この結果、本発明の摺動システムによれば、摺動抵抗や摩擦損失の大幅な低減が可能となり、各種機械の運動性能や省エネルギー化等の顕著な向上を図ることが可能となる。

また本発明に係る窒化クロム膜は、その低摩擦特性と併せて優れた耐摩耗性をも発揮し得る。例えば、鉄鋼材のみからなる摺動面に対して、窒化クロム膜からなる摺動面は、耐摩耗性を指標する摩耗深さが１／４以下さらには１／５以下ともなり得る。従って本発明の摺動システムは、境界潤滑（摩擦）条件から混合潤滑（摩擦）条件に至る厳しい条件下で長期間運転される駆動系機械等に特に好適であり、例えばエンジン、変速機等の駆動系ユニットに用いられれば、燃費低減等に大きく貢献し得る。

（３）本発明に係る特定の窒化クロム膜と潤滑油との組合わせが優れた低摩擦特性等を発現するメカニズムは必ずしも定かではないが、本発明者が鋭意研究したところ、現状では次のように考えられる。

本発明の摺動システム（具体的には摺動機械）を稼働させると、窒化クロム膜からなる摺動面上において、潤滑油中に含まれるＭｏの三核体からなる油溶性モリブデン化合物（適宜「Ｍｏ三核体化合物」または単に「Ｍｏ三核体」という。）の吸着反応が促進される。これに伴い、Ｍｏ三核体と競争吸着関係にある他の添加剤またはその構成元素（例えばＭｏ、Ｓ等）も、その摺動面上に吸着し易くなる。この結果、Ｍｏ三核体以外に、ＭｏＳ_２構造の硫化モリブデン化合物が窒化クロム膜からなる被覆面（摺動面）に比較的多く（厚く）吸着されるようになると考えられる。このＭｏＳ_２構造の硫化モリブデン化合物は、層状構造を有し、低せん断特性を示すことが知られている。これにより、境界摩擦を含む広い運転状況下でも、窒化クロム膜からなる摺動面上で摩擦係数が大幅に低減されるようになったと考えられる。

そこで本発明の摺動システムを稼働させたときに、窒化クロム膜からなる摺動面に、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）で分析したときにＭｏと、該Ｍｏに対して原子数比で２倍以上、４倍以上さらには５倍以上のＳとが存在していると好ましい。そして、ＸＰＳによる検出量全体を１００原子％として、検出されるＭｏ量が０．０４原子％以上さらには０．０６原子％以上であると好ましい。

なお、本発明に係る窒化クロム膜は、通常、摺動部材の基材（例えば鋼材）よりも硬く、かつ摺動相手側の摺動面へも移着しにくい。このため本発明の摺動システムによれば、上述した潤滑油の存在下で、高耐摩耗性も発揮され、優れた低摩擦特性が長期的に安定して発現される。

（４）本発明に係るＭｏ三核体は、Ｍｏ_３Ｓ_７またはＭｏ_３Ｓ_８の少なくとも一方（特にＭｏ_３Ｓ_７）の分子構造骨格を有するものであれば、末端に結合している官能基や分子量等は問わない。参考までに、Ｍｏ_３Ｓ_７からなる硫化モリブデン化合物の一例を図６に示した。図中のＲはヒドロカルビル基である。

なお、本発明に係るＭｏ三核体も、摺動面に吸着反応することにより、Ｍｏ_３Ｓ_７、Ｍｏ_３Ｓ_８ 、Ｍｏ_２Ｓ_６などの化学構造を有する硫化モリブデン化合物をその摺動面上に形成し得る。これら硫化モリブデン化合物も、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）と類似した構造を有し、層状構造に基づく低剪断特性を摺動面間で発揮して、摩擦係数の低減に寄与し得ると考えられる。

（５）本発明に係る窒化クロム膜は、主にＣｒとＮとからなるが、それ以外の元素として、低摩擦特性を阻害しないか、または低摩擦特性を改善するドープ元素（例えばＯ）等を含有していてもよい。窒化クロム膜中のＣｒとＮは、主にＣｒＮとして存在しているが、一部がＣｒ_２Ｎ（窒化二クロム）等であってもよい。これらを踏まえて、本発明に係る窒化クロム膜は、膜全体を１００原子％（単に「％」という。）として、Ｃｒ：４０〜６５％さらには４５〜６２％、Ｎ：３５〜５５％さらには３８〜５０％であると好適である。また窒化クロム膜がドープ元素を含む場合、例えば、Ｏを２〜１５％さらには７〜１３％含むと好ましい。なお、このような膜組成は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により特定される。

さらに本発明に係る窒化クロム膜は、特定の結晶構造を有するときに低摩擦特性を発現し易い。すなわち、本発明に係る窒化クロム膜は、Ｘ線回折で分析したときに得られる（２００）面に対する（１１１）面の面積割合である相対面積が１５〜６０％、２０〜４５％であると好適である。なお、各面の面積割合（相対面積）は、Ｘ線回折により得られるプロフィルに基づいて画像解析により算出した。

《その他》
（１）本発明でいう「摺動システム」は、摺動部材と潤滑油を備えれば足り、機械としての完成体に限らず、その一部を構成する機械要素の組合わせ等でもよい。本発明の摺動システムは、適宜、摺動構造、摺動機械（例えばエンジン、変速機）等と換言してもよい。

本発明に係る窒化クロム膜による被覆面は、相対移動する対向した摺動部材の少なくとも一方の摺動面に形成されていればよい。勿論、対向する両摺動面とも窒化クロム膜による被覆面となっているとより好ましい。

（２）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

各試料に係る窒化クロム膜をＸ線回折して得られたプロフィルである。 試料３に係るＸ線回折プロフィルの拡大図である。 各試料の摩擦係数を比較した棒グラフである。 各試料の摩耗深さを比較した棒グラフである。 各試料に係る相対面積と摩擦係数との相関を示す分散図である。 摩擦試験後の各試料に係る摺動面をＸＰＳで分析して得られたＭｏの３ｄスペクトル図である。 本発明に係るＭｏ三核体の一例を示す分子構造図である。

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の摺動システム全体としてのみならず、それを構成する摺動部材や潤滑油にも適宜該当し、また方法的な構成要素であっても物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《潤滑油》
本発明に係る潤滑油は、Ｍｏ三核体を含むものであれば、基油の種類や他の添加剤の有無等を問わない。通常、エンジンオイル等の潤滑油には、Ｓ、Ｐ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、ＢａまたはＣｕ等を含む種々の添加剤が含まれる。このような潤滑油中でも、本発明に係るＭｏ三核体は、窒化クロム膜で被覆された摺動面（被覆面）上に優先的に作用し、摩擦係数を低減させ得る硫化モリブデン化合物（ＭｏＳ_２、Ｍｏ_３Ｓ_７、Ｍｏ_３Ｓ_８ 、Ｍｏ_２Ｓ_６等）の形成に寄与する。

なお、本発明に係る潤滑油は、Ｍｏ三核体以外のＭｏ系化合物（例えばＭｏＤＴＣ等）を含んでもよいが、Ｍｏはレアメタルの一種であり、含有されるＭｏの合計量は少ないほど好ましい。

Ｍｏ三核体が過少であると、上記のような効果が発揮され難くなるが、Ｍｏ三核体が過多でも問題はない。但し、上述したようにＭｏの使用量は少ないほど好ましい。そこで本発明に係るＭｏ三核体は、潤滑油全体に対するＭｏの質量割合で５〜８００ｐｐｍ、１０〜５００ｐｐｍ、４０〜２００ｐｐｍさらには６０〜１００ｐｐｍであると好ましい。なお、潤滑油全体に対するＭｏの質量割合をｐｐｍで表すときは「ｐｐｍＭｏ」と表記する。ちなみに、Ｍｏ三核体以外のＭｏ系化合物等が潤滑油中に含まれる場合でも、そのＭｏ総量の上限値は、潤滑油全体に対して４００ｐｐｍＭｏさらには３００ｐｐｍＭｏであると好ましい。

《窒化クロム膜》
本発明に係る窒化クロム膜は、その成膜方法を問わないが、例えば、アークイオンプレティーング（ＡＩＰ）法、スパッタリング（ＳＰ）法（特にアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法により、所望の窒化クロム膜が効率的に形成され得る。

ＡＩＰ法は、例えば、反応ガス（プロセスガス）中で、金属ターゲット（蒸発源）を陰極としてアーク放電を起こし、金属ターゲットから生じた金属イオンと反応ガス粒子を反応させて、バイアス電圧（負圧）を印加した被覆処理面に、緻密な皮膜を形成する方法である。本発明の場合なら、例えば、ターゲットを金属Ｃｒ、反応ガスをＮ_２ガスとするとよい。また、ＣｒとＮ以外のドープ元素を含む窒化クロム膜であれば、そのドープ元素を含むターゲットまたは反応ガスを用いるとよい。また、ターゲットや反応ガスの成分を調整する他、反応ガスのガス圧を調整して、窒化クロム膜の組成、構造等を調整することもできる。例えば、Ｎ_２ガス圧の調整により、ＣｒＮからなる単層膜を得ることもできれば、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎからなる複合膜を得ることも可能となる。

ＳＰ法は、ターゲットを陰極側、被覆処理面を陽極側として電圧を印加し、グロー放電により生じた不活性ガス原子イオンをターゲット表面に衝突させて、飛び出したターゲットの粒子（原子・分子）を被覆処理面に堆積させて皮膜を形成する方法である。本発明の場合なら、例えば、ターゲットを金属Ｃｒ、不活性ガスをＡｒガスとしてスパッタリングを行い、放出されたＣｒ原子（イオン）とＮ_２ガスを反応させることにより摺動面上に窒化クロム膜を形成することができる。

《用途》
本発明に係る摺動部材は、潤滑油を介在させつつ相対移動する摺動面を有するものであれば、その種類、形態、摺動形態等を問わない。このような摺動部材を備える摺動システムも、その具体的な形態や用途を問わず、摺動抵抗の低減や摺動による機械損失の低減が要求される多種多様な機械や装置等に幅広く適用され得る。例えば、自動車等の駆動系ユニット（エンジンや変速機等）に本発明の摺動システムが利用されると好適である。このような摺動システムを構成する摺動部材として、例えば、動弁系を構成するカム、バルブリフタ、フォロワ、シム、バルブ、バルブガイド等、その他、ピストン、ピストンリング、ピストンピン、クランクシャフト、歯車、ロータ、ロータハウジング等がある。

《概要》
種々の窒化クロム膜を被覆した供試材（摺動部材）と、Ｍｏ三核体（油溶性モリブデン化合物）を含有した潤滑油（「潤滑油Ａ」という。）またはそれを含有しない潤滑油（「潤滑油Ｂ」という。）とを組合わせて、ブロックオンリング摩擦試験を行った。この試験結果に基づいて、本発明をより具体的に説明する。

《試料の製造》
（１）基材
焼入れ処理した鋼材（ＪＩＳ ＳＵＳ４４０Ｃ）からなるブロック状（６．３ｍｍ×１５．７ｍｍ×１０．１ｍｍ）の基材を複数用意した。各基材の表面（被覆処理面）は鏡面仕上げ（表面粗さＲａ：０．０８μｍ）した。

窒化クロム膜を被覆しない比較試料（表１の試料Ｃ１）として、浸炭処理しただけの鋼材（ＪＩＳ ＳＣＭ４２０）も用意した。その浸炭面（硬さＨＶ７００）も同様な表面粗さに鏡面仕上げした。

（２）窒化クロム膜の成膜
上記の各基材表面に、表１に示す種々の窒化クロム膜を成膜した供試材（試料１〜５）を用意した。窒化クロム膜の成膜はアークイオンプレティーング（ＡＩＰ）法またはスパッタリング（ＳＰ）法により行った。

アークイオンプレティーング法による成膜は、０．３〜６Ｐａに調整したＮ_２ガス（反応ガス）中で、金属Ｃｒからなるターゲットをアーク放電させて行った。Ｏを含む窒化クロム膜の成膜は、Ｎ_２ガスとＯ_２ガスの混合ガスを反応ガスに用いて行った。なお、このときのＯ量の割合は、混合ガス全体に対して０．１体積％とした。また、Ｂを含む窒化クロム膜の成膜は、Ｃｒ−Ｂ合金（Ｃｒ−５質量％Ｂ）をターゲットに用いて行った。

スパッタリング法による成膜は、金属ＣｒからなるターゲットをＡｒガスでスパッタリングし、放出されたＣｒ原子（イオン）とＮ_２ガスを反応させて行った。このときのＮ_２ガスは０．５〜６Ｐａとした。

（３）比較試料
比較試料として、上述した基材（ＳＵＳ４４０Ｃ）の表面に、窒化クロム膜に替えて、市販の水素フリーＤＬＣ膜（日本アイ・ティ・エフ株式会社製）を被覆した供試材（試料Ｃ２）も用意した。

《窒化クロム膜の測定と解析》
（１）膜組成と膜特性
各試料の膜組成は、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製ＪＸＡ−８２００）により定量した。膜硬さは、ナノインデンター試験機（ＨＹＳＩＴＲＯＮ社製ＴＲＩＢＯＳＣＯＰＥ）により測定した。膜厚は、ＣＭＳ社製Ｃａｌｏｔｅｓｔにより得られた摩耗痕から特定した。こうして得られた各試料に係る膜組成、膜特性を表１に併せて示した。なお、本実施例に係る表面形状（粗さ）は、白色干渉法非接触表面形状測定機（Ｚｙｇｏ社製ＮｅｗＶｉｅｗ５０２２）により測定した。

（２）膜構造
各試料の窒化クロム膜をＸ線回折により分析した。これにより得られた各プロフィルを図１Ａに重ねて示した。そのうちの一例として、試料３に係るプロフィルを拡大して図１Ｂに示した。なお、適宜、図１Ａと図１Ｂを併せて図１という。

図１に示すプロフィルに基づいて、既述した方法により、（２００）面に対する（１１１）面の相対面積を求めた。こうして算出した各試料の相対面積を表１に併せて示した。なお、各試料のプロフィルからわかるように、いずれの試料でもＣｒは検出されず、主にＣｒＮが検出された。但し、試料３のみ、ＣｒＮの他にＣｒ_２Ｎが検出された。このＣｒ_２Ｎの検出の有無も表１に併せて示した。

《潤滑油》
摩擦試験に用いる潤滑油として表３に示す２種類のエンジンオイルを用意した。潤滑油Ａは、粘度グレード０Ｗ−２０でＩＬＳＡＣ ＧＦ−５規格に相当するエンジンオイル（トヨタ自動車株式会社製モーターオイルＳＮ ０Ｗ−２０）をベースに、Infineum社の公開資料「Molybdenum Additive Technology for Engine Oil Applications」にて“Trinuclear”と記されたＭｏ三核体（適宜、単に「Ｍｏ三核体」という。）を、オイル全体に対するＭｏ含有量が８０ｐｐｍＭｏ相当となるように追加配合したものである。一方、潤滑油Ｂは、そのようなオイル添加剤を追加配合していないベースのエンジンオイルである。なお、いずれの潤滑油も、モリブデンジチオカーバメート（ＭｏＤＴＣ）を含んでいない。

《ブロックオンリング摩擦試験》
（１）摩擦係数
各供試材と各潤滑油とを組合わせてブロックオンリング摩擦試験（単に「摩擦試験」という。）を行い、各摺動面の摩擦係数（μ）を測定した。Ｍｏ三核体を含有した潤滑油Ａを用いたときの各供試材の摩擦係数を表１に併せて示した。また、それら摩擦係数を対比した棒グラフを図２に示した。

摩擦試験は、各供試材を摺動面幅６．３ｍｍのブロック試験片とし、浸炭鋼材（ＡＩＳＩ４６２０）から成るＦＡＬＥＸ社製Ｓ−１０標準試験片（硬さＨＶ８００、表面粗さ１．７〜２．０μｍＲｚｊｉｓ）をリング試験片（外径φ３５ｍｍ、幅８．８ｍｍの）として行った。この際、試験荷重：１３３Ｎ（ヘルツ面圧：２１０ＭＰａ）、すべり速度：０．３ｍ／ｓ、油温：８０℃（一定）として、３０分間の摩擦試験を行い、試験終了直前の１分間におけるμ平均値を本試験における摩擦係数とした。

（２）摺動面の摩耗深さ
潤滑油Ａを用いた摩擦試験後の各供試材の摺動面を、前述した非接触表面形状測定機により測定し、摩耗深さを求めた。その結果を表１に併せて示した。また、各摩耗深さを対比した棒グラフを図３に、それぞれの膜硬さと共に示した。

（３）摺動面の表面分析
潤滑油Ａを用いた摩擦試験後の各供試材の摺動面を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により分析した。各摺動面で検出された元素の割合（原子％）を表２に示した。また、Ｍｏの３ｄスペクトルによる状態分析結果を図５に示した。なお、Ｍｏの３ｄスペクトルを観察することにより、Ｍｏの酸化物または硫化物の存在が分かる。

《評価》
（１）摩擦特性
先ず、図２から明らかなように、Ｍｏ三核体を含まない潤滑油Ｂを用いた場合、摺動面に窒化クロム膜を設けた試料も、摺動面にＨフリーＤＬＣ膜を設けた試料も、摺動面が浸炭材のままである試料も、摩擦係数に大差がなく、いずれの摩擦係数も０．０７超であった。

一方、Ｍｏ三核体を含む潤滑油Ａを用いた場合、摺動面に特定の窒化クロム膜を設けた試料２〜４の摩擦係数だけが大幅に小さくなることがわかった。具体的にいうと、試料２〜４の摩擦係数はいずれも０．０５以下であり、摺動面が浸炭材からなる試料Ｃ１の摩擦係数（０．０９）に対して４０％以上小さくなることがわかった。

次に、図３から明らかなように、窒化クロム膜を設けた試料１〜５の摩耗深さはいずれも０．２μｍ程度と小さく、ＤＬＣ膜を設けた試料Ｃ２には及ばないものの、試料Ｃ１の摩耗深さ（１μｍ以上）と比較すれば、十分な耐摩耗性を発揮することも確認された。ちなみに、ＳＰ法で成膜されたＮ量の最も少ない窒化クロム膜が最も硬かったが、いずれの窒化クロム膜の硬さも、１５〜２５ＧＰａ内で安定的であり、膜硬さと、組成（例えばＮ量）または製法等との間に、特別な相関はないと考えられる。

（２）窒化クロム膜の構造
上述したように、試料２〜４の窒化クロム膜と試料１、５の窒化クロム膜とは、潤滑油Ａが存在する状況下において、明らかに摺動特性が異なる。これは両者の膜構造が異なるためと考えられる。すなわち、いずれの窒化クロム膜もＣｒＮを主体とはしているが、図１および表１からわかるように、（２００）面に対する（１１１）面の相対面積が両者間で大きく異なっている。

この点をより明確にすべく、その相対面積と潤滑油Ａの存在下における摩擦係数との関係を図４に示した。図４から明らかなように、相対面積が過小で（２００）面の配向性が強い窒化クロム膜（試料１）と、相対面積が過大で（１１１）面の配向性が強い窒化クロム膜（試料５）は、いずれも摩擦係数が大きくなることがわかった。一方、相対面積が１５〜６０％さらには２０〜４０％で、（２００）面と（１１１）面とが適当な割合で混在している窒化クロム膜（試料２〜４）は、摩擦係数が０．０５以下となり優れた低摩擦特性を発揮することがことがわかった。

（３）摺動面の表面分析
表２からわかるように、潤滑油Ａの存在下で低摩擦特性を示した試料２〜４の摺動面にはＭｏが検出されたが、低摩擦特性を示さなかった試料１と試料５の摺動面にはＭｏが検出されなかった。また、図５から明らかなように、試料２〜４の摺動面には、Ｍｏの硫化物または酸化物が生成されていることがわかったが、試料１、５の摺動面にはそのような生成物が確認されなかった。さらに、試料２、３の摺動面には、Ｍｏ酸化物よりもＭｏ硫化物（ＭｏＳ_２）が多く検出されることもわかった。そして、表２から明らかなように、０．０４原子％以上のＭｏが検出された試料では、いずれもＳがそのＭｏ量の２倍以上（さらには４倍以上）検出されていた。

（４）考察
以上の結果を考慮して、（２００）面と（１１１）面が所定範囲で混在した特定構造の窒化クロム膜は、Ｍｏ三核体を含む潤滑油が存在する状況下で、Ｍｏ三核体の吸着または反応により、表面（摺動面）にＭｏ_３Ｓ_７、Ｍｏ_３Ｓ_８ 、ＭｏＳ_２などの硫化モリブデン化合物を形成していると考えられる。そして、そのような層状構造を有する硫化モリブデン化合物が低せん断特性を示すことにより、本発明に係る窒化クロム膜からなる摺動面でも優れた低摩擦特性が発揮されるようになったと考えられる。

Claims (7)

1. 相対移動し得る対向した摺動面を有する一対の摺動部材と、
   該対向する摺動面間に介在し得る潤滑油と、
   を備えた摺動システムであって、
   前記摺動面の少なくとも一方は、窒化クロム膜で被覆された被覆面からなり、
   前記潤滑油は、Ｍｏの三核体からなる化学構造を有する油溶性モリブデン化合物を含み、
   前記窒化クロム膜は、膜全体を１００原子％（単に「％」という。）として、Ｃｒ：４０〜６５％、Ｎ：３５〜５５％であると共に、Ｘ線回折で分析したときに得られる（２００）面に対する（１１１）面の面積割合である相対面積が１５〜６０％であることを特徴とする摺動システム。
2. 前記窒化クロム膜は、さらにＯ：２〜１５％含む請求項１に記載の摺動システム。
3. 前記窒化クロム膜は、ＣｒＮと共にＣｒ_２Ｎを含む請求項１または２に記載の摺動システム。
4. 前記三核体は、Ｍｏ_３Ｓ_７またはＭｏ_３Ｓ_８の少なくとも一方の分子構造骨格を有する請求項１に記載の摺動システム。
5. 前記潤滑油は、前記油溶性モリブデン化合物を、該潤滑油全体に対するＭｏの質量割合で５〜８００ｐｐｍ含む請求項１〜４のいずれかに記載の摺動システム。
6. 前記窒化クロム膜からなる摺動面には、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）で分析したときにＭｏと、該Ｍｏに対して原子数比で２倍以上のＳとが存在する請求項１〜５のいずれかに記載の摺動システム。
7. 前記Ｍｏは、前記ＸＰＳによる検出量全体を１００原子％として、０．０４原子％以上である請求項６に記載の摺動システム。

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