JP4614427B2 - 低摩擦摺動機構、手動変速機及び終減速機 - Google Patents
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Description
CO2削減については機械・装置等の摩擦損失によるエネルギー損失の低減、特に自動車の燃費の削減を図ることが大きな課題の一つであり、摺動材料と潤滑剤との果たす役割は大きい。
摺動材料における役割としては、エンジンの摺動部位の中で摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対して耐摩耗性に優れかつ低い摩擦係数を発現することであり、最近では種々の硬質薄膜材料の適用が進んできている。一般のDLC材料は、空気中、潤滑油非存在下における摩擦係数が、TiNやCrNといった耐摩耗性の硬質被膜材料と比べて低いことから低摩擦摺動材料として期待されている。
日本トライボロジー学会予稿集・東京1999.5,p11−12,加納 他 World Tribology Congress 2001.9,Vienna,Proceeding p342, Kano et.al.
また、潤滑油単独のものとしては、上記特許文献2及び3の例に見られるような構成とすることによって、摩耗防止、疲労寿命の改善、シンクロナイザリングとギヤコーンの間の摩擦特性向上を図るようにしているが、摺動部材の特性を考慮したうえでの摩擦係数低減については、特に検討されていない。
また、本発明の目的とするところは、ベアリング部のような、手動変速機における各種の摺動部位における摩擦係数を低減し、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上すると共に、各部位の摺動抵抗を少なくして、自動車の燃費向上に寄与することができる手動変速機を提供することにある。
更に、本発明の目的とするところは、終減速機における各種の摺動部位、例えばワッシャーを介して摺接するサイドギヤ背面とデフケース内面間などにおける摩擦係数を低減し、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上すると共に、各部位の摺動抵抗を少なくして、自動車の燃費向上に寄与することができる終減速機を提供することにある。
また、本発明者らは、互いに摺接する摺動面の一方又は双方に水素含有量の少ない硬質炭素薄膜を形成することによって、低摩擦剤組成物の介在下で摩擦係数が大幅に低減することを見出すと共に、かかる硬質炭素薄膜を被覆してなる摺動部材において、低摩擦係数を実現し、耐焼付き性や耐摩耗性を改善するには、使用する低摩擦剤組成物中の添加剤による影響も少なくないことを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明の手動変速機は、ベアリング部のような各種の摺動部位における摩擦係数を低減し、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上すると共に、各部位の摺動抵抗を少なくして、自動車の燃費向上に寄与する。
更に、本発明の終減速機は、サイドギヤ背面とデフケース内面間などにおける摩擦係数を低減し、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上すると共に、各部位の摺動抵抗を少なくして、自動車の燃費向上に寄与する。
この場合、成膜時に水素を含まないガスを用いるだけでなく、場合によっては反応容器や基材保持具のベーキングや、基材表面のクリーニングを十分に行ったうえで成膜することが被膜中の水素量を減らすために望ましい。
DLCコーティング前の基材の表面粗さについては、硬質炭素薄膜の膜厚が相当に薄いために、成膜後も膜表面の粗さに大きく影響することから、表面粗さRa(中心線平均粗さ)が0.1μm以下であることが望ましい。すなわち、基材の表面粗さRaが0.1μmを超えて粗い場合、膜表面の粗さに起因する突起部が相手材との局部的な接触面圧を増大させ、膜の割れを誘発する可能性が高くなることによる。
更に、上記摺動部材(B)の構成材料としては、樹脂、プラスティック及びカーボン等の非金属材料を使用することもできる。
更にまた、これら金属材料や非金属材料に各種の薄膜コーティングを施した材料も有用である。
また、上記アルミニウム系材料としては、特に制限はなく、高純度のアルミニウムだけでなく、各種のアルミニウム系合金を使用することができる。具体的には、例えばシリコン(Si)を4〜20%、銅(Cu)を1.0〜5.0%含む亜共晶アルミニウム合金又は過共晶アルミニウム合金等を用いることが望ましい。アルミニウム合金の好適例としては、例えばAC2A、AC8A、ADC12及びADC14(JIS)等を挙げることができる。
また、上記摺動部材(B)に鉄系材料を用いる場合、その表面硬さは、ロックウェル硬さで、Cスケールで、HRC45〜60であることが好ましい。この場合は、カムフォロワー部材のように700MPa程度の高面圧下の摺動条件においても、膜の耐久性を維持できるので有効である。
更に、上記摺動部材(B)がアルミニウム系材料を用いる場合、その表面硬さが、ブリネル硬さHB80〜130であることが好ましい。アルミニウム系材料の表面硬さが上記から外れるとHB80未満ではアルミニウム系材料が摩耗し易くなることがある。
更にまた、上記摺動部材(B)が薄膜コーティングを施した金属材料を用いる場合、特にDLC材料をコーティングした金属材料より成る場合、その表面硬さが、マイクロビッカース硬さ(10g荷重)でHv1000〜3500、DLC膜厚が0.3〜2.0μmであることが好ましい。表面硬さ及び厚さが上記範囲から外れるとHv1000未満、厚さ0.3μm未満では摩滅し易くなり、逆にHv3500、厚さ2.0μmを超えると剥離し易くなることがある。
例えば、内燃機関の動弁系における好的実施様態としては、鉄鋼材料の基盤にDLCをコーティングした円盤状のシムやリフター冠面と、低合金チルド鋳鉄、浸炭鋼又は調質炭素鋼、及びこれらの任意の組合せに係る材料を用いたカムロブからなる摺動面などが挙げられる。
・1価アルコール類(I−1)
・2価のアルコール類(I−2)
・3価以上のアルコール類(I−3)
・上記3種のアルコール類から選ばれる1種又は2種以上の混合物(I−4)
・脂肪族モノカルボン酸類(脂肪酸類)(II−1)
・脂肪族多価カルボン酸類(II−2)
・炭素環カルボン酸類(II−3)
・複素環式カルボン酸類(II−4)
・上記4種のカルボン酸類から選ばれる2種以上の混合物(II−5)
・脂肪酸モノカルボン酸類(脂肪酸類)のエステル(III−1)
・脂肪族多価カルボン酸類のエステル(III−2)
・炭素環カルボン酸類のエステル(III−3)
・複素環式カルボン酸類のエステル(III−4)
・上記5種のエステル等から選ばれる任意の混合物(III−5)
なお、上記III−1〜5に挙げたエステル類は、ヒドロキシル基又はカルボキシル基が全てエステル化された完全エステルでも良く、ヒドロキシル基又はカルボキシル基が一部残存した部分エステルであっても良い。
・飽和又は不飽和脂肪族エーテル類(IV−1)
・芳香族エーテル類(IV−2)
・環式エーテル類(IV−3)
・多価アルコールのエーテル類(IV−4)
・上記3種エーテル類のから選ばれる2種以上の混合物 (IV−5)
・飽和又は不飽和脂肪族ケトン類(V−1)
・炭素環ケトン類(V−2)
・複素環ケトン類(V−3)
・ケトンアルコール類(V−4)
・ケトン酸類(V−5)
・上記5種のケトン類等から選ばれる2種以上の混合物(V−6)
・飽和又は不飽和脂肪族アルデヒド類(VI−1)
・炭素環アルデヒド類(VI−2)
・複素環アルデヒド類(VI−3)
・上記3種のアルデヒド類から選ばれる2種以上の混合物(VI−4)
なお、上記炭化水素基は、その炭素数に何ら制限はないが、好ましくは炭素数1〜40、より好ましくは炭素数2〜30、特に好ましくは炭素数3〜20である。
更にまた、上記アルキルシクロアルキル基としては、メチルシクロペンチル基、ジメチルシクロペンチル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルエチルシクロペンチル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルシクロペンチル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロヘキシル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルエチルシクロヘキシル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルシクロヘキシル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルシクロヘプチル基、ジメチルシクロヘプチル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルエチルシクロヘプチル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルシクロヘプチル基(全ての構造異性体を含む。)等の炭素数4〜40のアルキルシクロアルキル基等が挙げられ、好ましくは炭素数5〜20のアルキルシクロアルキル基、特に好ましくは炭素数6〜12のアルキルシクロアルキル基である。
更に、上記アルキルアリール基としては、トリル基(全ての構造異性体を含む。)、エチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のプロピルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のブチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のペンチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のヘキシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のヘプチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のオクチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のノニルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のデシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のウンデシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のドデシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)のような1置換フェニル基;キシリル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルフェニル基、ジプロピルフェニル基、2−メチル−6−tert−ブチルフェニル基、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル基、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ベンジル)フェニル基等のような同一又は異なる直鎖又は分枝のアルキル基、を2つ以上有するアリール基(アルキル基は、更にアリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を含んでも良く、全ての構造異性体を含む。)等のアルキルアリール基等が挙げられ、炭素数7〜40のアルキルアリール基、好ましくは炭素数7〜20のアルキルアリール基、特に好ましくは炭素数7〜12のアルキルアリール基である。
これらの中では、アルコール類、カルボン酸類及びアルデヒド類並びにこれらの誘導体から選ばれる1種又は2種以上と、アミン化合物との反応生成物(例えばマンニッヒ反応生成物、アシル化反応生成物、アミド等)が好ましい例として挙げられる。
エテニルアミン、プロペニルアミン、ブテニルアミン、オクテニルアミン、及びオレイルアミン等の炭素数2〜30のアルケニル基(これらのアルケニル基は直鎖状でも分枝状でもよい)を有するアルケニルアミン;メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ブタノールアミン、ペンタノールアミン、ヘキサノールアミン、ヘプタノールアミン、オクタノールアミン、ノナノールアミン、メタノールエタノールアミン、メタノールプロパノールアミン、メタノールブタノールアミン、エタノールプロパノールアミン、エタノールブタノールアミン、及びプロパノールブタノールアミン等の炭素数1〜30のアルカノール基(これらのアルカノール基は直鎖状でも分枝状でもよい)を有するアルカノールアミン;
メチレンジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、及びブチレンジアミン等の炭素数1〜30のアルキレン基を有するアルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリアミン;ウンデシルジエチルアミン、ウンデシルジエタノールアミン、ドデシルジプロパノールアミン、オレイルジエタノールアミン、オレイルプロピレンジアミン、ステアリルテトラエチレンペンタミン等の上記モノアミン、ジアミン、ポリアミンに炭素数8〜20のアルキル基又はアルケニル基を有する化合物やN−ヒドロキシエチルオレイルイミダゾリン等の複素環化合物;これらの化合物のアルキレンオキシド付加物;及びこれらの混合物等が例示できる。
これら窒素化合物の中でもデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン及びステアリルアミン等の炭素数10〜20のアルキル基又はアルケニル基を有するアルキルアミン又はアルケニルアミン(これらは直鎖状でも分枝状でもよい)が好ましい例として挙げることができる。
これら含酸素有機化合物の誘導体の中でも、オレイン酸アミドのような上述の脂肪酸モノカルボン酸類(脂肪酸類)(II−1)のうち、炭素数8〜20のカルボン酸と上述のアミン化合物とのアミドが好ましい例として挙げられる。
含酸素有機化合物(C)の含有量は、特に制限は無いが、摩擦低減効果の点から、低摩擦剤組成物全量基準で、通常、その下限値は0.001%、好ましくは0.05%、更に好ましくは0.1%、特に好ましくは0.5%である。一方、上限値は上記の通り100%であるが、その他の成分、特に媒体を配合した場合は、媒体への溶解性や貯蔵安定性の点から、低摩擦剤組成物全量基準で、通常、50%、好ましくは20%、更に好ましくは10%、特に好ましくは5%である。本発明においては、含酸素有機化合物(C)は、0.1〜2%程度の少量の添加であっても優れた低摩擦特性を発揮することができる。また、3.0%を超えて含有させても良い。
上記ポリブテニルコハク酸イミドとしては、次の化学式(1)及び(2)
また、上記化学式におけるnは、清浄性に優れる点から1〜5の整数、より望ましくは2〜4の整数であることがよい。更に、上記ポリブテンは、製造過程の触媒に起因して残留する微量のフッ素分や塩素分を吸着法や十分な水洗等の適切な方法により、50ppm以下、より望ましくは10ppm以下、特に望ましくは1ppm以下まで除去してから用いることもよい。
また、上記含酸素有機化合物としては、具体的には、例えばギ酸、酢酸、グリコール酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ノナデカン酸及びエイコサン酸等の炭素数1〜30のモノカルボン酸、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸及びピロメリット酸等の炭素数2〜30のポリカルボン酸並びにこれらの無水物、又はエステル化合物、炭素数2〜6のアルキレンオキサイド及びヒドロキシ(ポリ)オキシアルキレンカーボネート等が挙げられる。
また、他の無灰分散剤としては、数平均分子量が900〜3500のポリブテニル基を有するポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、数平均分子量が900未満のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド等及びそれらの誘導体等が挙げられる。
上記化学式(3)中のR4、R5、R6及びR7は、それぞれ別個に炭素数1〜24の炭化水素基を示す。これら炭化水素基としては、炭素数1〜24の直鎖状又は分枝状のアルキル基、炭素数3〜24の直鎖状又は分枝状のアルケニル基、炭素数5〜13のシクロアルキル基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルシクロアルキル基、炭素数6〜18のアリール基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルアリール基、及び炭素数7〜19のアリールアルキル基等のいずれかであることが望ましい。また、アルキル基やアルケニル基は、第1級、第2級及び第3級のいずれであってもよい。
なお、上記炭化水素基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造が含まれ、また、アルケニル基の二重結合の位置、アルキル基のシクロアルキル基への結合位置、アルキル基のアリール基への結合位置、及びアリール基のアルキル基への結合位置は任意である。
なお、他の摩耗防止剤又は極圧剤としては、ジスルフィド、硫化油脂、硫化オレフィン、炭素数2〜20の炭化水素基を1〜3個含有するリン酸エステル、チオリン酸エステル、亜リン酸エステル、チオ亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩等が挙げられる。
なお、これら金属系清浄剤の全塩基価及び添加量は、要求される潤滑油の性能に応じて任意に選択できる。通常は、過塩素酸法で0〜500mgKOH/g、望ましくは150〜400mgKOH/gであり、その添加量は組成物全量基準で、通常0.1〜10%である。
これら粘度指数向上剤の分子量は、せん断安定性を考慮して選定することが必要である。具体的には、粘度指数向上剤の数平均分子量は、例えば分散型及び非分散型ポリメタクリレートでは5000〜1000000、好ましくは100000〜800000がよく、ポリイソブチレン又はその水素化物では800〜5000、エチレン−α−オレフィン共重合体及びその水素化物では800〜300000、好ましくは10000〜200000がよい。また、かかる粘度指数向上剤は、単独で又は複数種を任意に組合せて含有させることができるが、通常その含有量は、組成物基準で0.1〜40.0%であることが望ましい。
また、上記防錆剤としては、アルキルベンゼンスルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等が挙げられる。
更に、上記非イオン系界面活性剤及び抗乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル及びポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル等のポリアルキレングリコール系非イオン系界面活性剤等が挙げられる。
更にまた、上記金属不活性化剤としては、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、チアジアゾール、ベンゾトリアゾール及びチアジアゾール等が挙げられる。
また、上記消泡剤としては、シリコーン、フルオロシリコーン及びフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。
なお、これら添加剤を本発明に用いる低摩擦剤組成物に含有する場合は、その含有量は、組成物全量基準で、(C)以外の摩擦調整剤、防錆剤、及び抗乳化剤は0.01〜5%、並びに金属不活性剤は0.0005〜1%の範囲から適宜選択できる。
本発明の手動変速機は、上述の低摩擦摺動機構を用い、低摩擦剤組成物の存在下で互いに摺動する部材の少なくとも一方の摺動面にダイヤモンドライクカーボンを被覆して成る摺動部位を備える。これより、摺動部位の摩擦係数が低減し、耐焼付き性及び耐摩耗性が向上すると共に、各部位の摺動抵抗が少ないことから自動車の燃費向上に寄与する。
また、上記においては、インプットシャフト3の3速インプットギヤ3a及び4速インプットギヤ3bと、メインシャフト5の1速メインギヤ5a、2速メインギヤ5b及び5速メインギヤ5cの都合5箇所の摺動部位に硬質炭素薄膜を形成した例を示したが、他の摺動部位、例えばインプットシャフト3やメインシャフト5を回転可能に支持するボールベアリング2a,2b,4b、及びローラーベアリング4aの各摺動部位に硬質炭素薄膜を形成するようにしても良い。
更に、使用する手動変速機用の低摩擦剤組成物は、DLCなどの硬質炭素薄膜との摺動面に用いた場合に、極めて優れた低摩擦特性を示すものであるが、特に変速機の作動油として必要な性能を高める目的で、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、他の無灰摩擦調整剤、他の無灰分散剤、磨耗防止剤若しくは極圧剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等を単独で又は複数種を組合せて配合し、必要な性能を高めることができる。
本発明の終減速機は、上述の低摩擦摺動機構を用い、低摩擦剤組成物の存在下で互いに摺動する部材の少なくとも一方の摺動面にダイヤモンドライクカーボンを被覆して成る摺動部位を備える。これより、摺動部位の摩擦係数が低減し、耐焼付き性及び耐摩耗性が向上すると共に、各部位の摺動抵抗が少ないことから自動車の燃費向上に寄与する。
一方、車両がカーブにさしかかると、内側の車軸の抵抗が増すことから、サイドギヤ26及びピニオンメートギヤ28がデフケース5内でそれぞれ回転し、内側の車軸の回転が遅くなり、その分外側車軸の回転速度が速くなって、車両の円滑な方向転換を可能にしている。
(摺動部材)
摺動部材の一例として、図3に示すようなピンオンディスク単体摩擦用の試験片を作製した。この単体試験片は3つのピンと円板(ディスク)からなり、以下の方法により得られた摺動部材を用いて作成したものである。
・ピン材料
SUJ2熱処理材から所定のピン形状に研磨加工後、ラッピングテープを用いた研磨によってピンを様々な表面粗さ(Ra0.2μm以下)に仕上げた。
・円板材料
SUJ2熱処理材、AC2A材からなる円板形素材に、所定の時効硬化処理後、ピンとの摺動表面を研磨によって、種々の表面粗さに仕上げた。
・表面処理
上記により仕上げられたピン材料又は円板材料の表面に、黒鉛をターゲットとしたPVD処理又はCVD処理によって以下(1)〜(3)の材料を様々な膜厚となるようにコーティングした。コーティングされた表面は更にラッピングテープを用いた研磨によって様々な表面粗さ(Ra0.1μm以下)に仕上げた。
(1)a−C …(PVD処理)
(2)DLC(a−C:H) …(CVD処理)
(3)CrN
これら摺動部材について表1に示す。
・試料油1
潤滑油基油として1−デセンオリゴマー水素化物(100℃動粘度:3.9mm2/s、粘度指数:124、全芳香族含有量:0.0%)を用い、それに含酸素有機化合物としてオレイルアルコールを1.0%及びその他の添加剤13.0%(無灰系分散剤:ポリブテニルコハク酸イミド(窒素含有量:1.2%))を5.0%、金属系清浄剤:カルシウムスルホネート(全塩基価:300mgKOH/g、カルシウム含有量:12.0%)を0.5%及びカルシウムフェネート(全塩基価:255mgKOH/g、カルシウム含有量:9.2%)を0.9%)及び、粘度指数向上剤、酸化防止剤、極圧剤、防錆剤、抗乳化剤、非イオン系界面活性剤、金属不活性化剤、消泡剤等)配合し調製した。
・試料油2
その他の添加剤13.0%を配合しない以外は試料1と同様の操作を繰り返して調製した。
・試料油3
含酸素有機化合物としてオレイン酸を用いた以外は、試料1と同様の操作を繰り返して調製した。
・試料油4
含酸素有機化合物としてオレイルアルコール0.5%とオレイン酸0.5%を用いた以外は試料1と同様の操作を繰り返して調製した。
・試料油5
潤滑油基油として水素化分解鉱油(100℃動粘度:5.0mm2/s、粘度指数:120、全芳香族含有量:5.5%)を用い、含酸素有機化合物としてオレイン酸アミド1.0%を添加した以外は試料1と同様の操作を繰り返して調製した。
・試料油6
100℃における動粘度が10.2mm2/sである市販エンジン油を用いた。
・試料油7
オレイン酸アミドの代わりにモリブデンジチオカーバメート1.0%を添加すること以外は試料5と同様の操作を繰り返して調製した。
・試料油8
グリセリン(Glycerol Anhydrous:1,2,3−Propanetriol、Fluka(シグマアルッドリッチジャパン株式会社製))を単独(100%)で用いた。
・試料油9
トリメチロールプロパンとi−C8、n−C8、C10、C11脂肪酸混合物とのトリエステル(KAOLUBE KSL−268)を単独(100%)で用いた。
・試料油10
含酸素有機化合物としてグリセロールモノオレイルエーテル1.0%を添加した以外は試料5と同様の操作を繰り返して調製した。
・試料油11
グリセロールモノ2エチルヘキシルエーテルを単独(100%)で用いた。
これら低摩擦剤組成物の組成とその試料性状を表2に示す。
表1に示すように、それぞれの摺動部材を組合せ、更に表1に併記した各低摩擦剤組成物(上記試料油1〜5,8〜11)を用いて、低摩擦摺動機構を作製し、以下のピンオンディスク摩擦試験を実施した。この結果を合わせて表1に示す。
最大ヘルツ圧力 :80MPa
円板回転速度 :30rpm
オイル供給方法 :油浴
供給オイル温度 :80℃
試験時間 :60min
実施例と同様に、それぞれの摺動部材を組合せ、更に表1に併記した各低摩擦剤組成物(上記試料油1,2,6,7)を用いて、低摩擦摺動機構を作製し、上記ピンオンディスク摩擦試験を実施した。この結果を合わせて表1に示す。
また、実施例6〜8の結果から、低摩擦剤組成物中の水酸基が摩擦低減効果に優れることがわかる。
更に、実施例10、11の結果から、アルコール性水酸基を有する化合物が摩擦低減効果に優れることがわかる。
なお、実施例1〜11で得られた試験片は、試験後の表面形状に何ら問題はなく、耐磨耗性にも非常に優れ、安定した低摩擦特性を示していた。
一方、比較例2は、一方にダイヤモンドライクカーボン処理を施した鋼材と試料油に有機モリブデン化合物を配合した組み合わせであるが、摩擦係数は約0.1と高く、実施例2ほどの効果が得られない。これは従来の鋼材料間の摺動面とは摩擦低減機構が異なるためと推測される。
更に、比較例3及び比較例4は、比較例2で用いた基材に窒化クロム処理を施した鋼材と、実施例で用いた試料油、即ち一方にダイヤモンドライクカーボン処理を施した鋼材に適用した場合に低摩擦効果が得られた試料油との組み合わせである。結果、摩擦係数は0.1を超える値を示した。これは本特許で示す金属材料と試料油とは異なる組み合わせであり、低摩擦化には至らないためと推測される。
図4に示すように、摺動側試験片としてシリンダー状試験片11、相手側試験片としてディスク状試験片12を用いて、シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験を行い、以下に示す条件のもとに摩擦係数を測定した。
試験装置:シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験機
摺動側試験片:φ15×22mmシリンダー状試験片
相手側試験片:φ24×7.9mmディスク状試験片
荷重 :400N( 摺動側試験片の押し付け荷重)
振幅 :3.0mm
周波数 :50Hz
試験温度 :80℃
測定時間 :30分
JIS G4805に高炭素クロム軸受鋼鋼材として規定されるSUJ2鋼を素材として摺動側試験片であるシリンダー状試験片11を上記寸法に機械加工した後、表面粗さRaを0.04μmに仕上げた。
同じくSUJ2鋼を用いて、相手側試験片であるディスク状試験片12を上記寸法に機械加工し、上部摺動面の表面粗さRaを0.05μmに仕上げたのち、PVDアークイオン式イオンプレーティング法により、この表面上に水素原子の量が0.5原子%以下、ヌープ硬度Hk=2170kg/mm2、表面粗さRy=0.03μmのDLC薄膜を厚さ0.5μmに成膜した。なお、比較例には、DLC薄膜を被覆していないものを用いた。
手動変速機用低摩擦剤組成物として、ベースオイルとしての鉱油又は合成油(PAO:ポリアルファオレフィン(1−オクテンオリゴマー))に、SP系(S及びPを含有するか鉱物でチオリン酸アミン塩を0.5質量%)、ZnDTP(ジチリオ酸亜鉛)系極圧剤(化合物として1.5質量%)、耐摩耗剤と、脂肪酸エステル系摩擦調整剤をそれぞれ組合わせたものを調製した。
上記シリンダー状試験片及びディスク状試験片、手動変速機用低摩擦剤組成物を表3に示すように組合せて、上記要領によって摩擦係数を測定した。その結果を図5に示す。
図4に示すように、摺動側試験片としてシリンダー状試験片11、相手側試験片としてディスク状試験片12を用いて、シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験を行い、以下に示す条件のもとに摩擦係数を測定した。
〔1〕摩擦試験条件
試験装置:シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験機
摺動側試験片:φ15×22mmシリンダー状試験片
相手側試験片:φ24×7.9mmディスク状試験片
荷重 :400N( 摺動側試験片の押し付け荷重)
振幅 :3.0mm
周波数 :50Hz
試験温度 :80℃
測定時間 :30分
JIS G4805に高炭素クロム軸受鋼鋼材として規定されるSUJ2鋼を素材として摺動側試験片であるシリンダー状試験片11を上記寸法に機械加工した後、表面粗さRaを0.04μmに仕上げた。
同じくSUJ2鋼を用いて、相手側試験片であるディスク状試験片12を上記寸法に機械加工し、上部摺動面の表面粗さRaを0.05μmに仕上げたのち、PVDアークイオン式イオンプレーティング法により、この表面上に水素原子の量が0.5原子%以下、ヌープ硬度Hk=2170kg/mm2、表面粗さRy=0.03μmのDLC薄膜を厚さ0.5μmに成膜した。なお、比較例には、DLC薄膜を被覆していないものを用いた。
終減速機用低摩擦剤組成物として、ベースオイルとしての鉱油又は合成油(PAO:ポリアルファオレフィン(1−オクテンオリゴマー))に、S系(化合物として4質量%)、SP系(化合物として1.5質量%)、ボレート系極圧剤(化合物として3質量%)、耐摩耗剤と、脂肪酸エステル系摩擦調整剤をそれぞれ組合わせたものを調製した。
上記シリンダー状試験片及びディスク状試験片、終減速機用低摩擦剤組成物を表4に示すように組合せて、上記要領によって摩擦係数を測定した。その結果を図6に示す。
例えば、産業機械に使われている歯車摺動部材等に用いることもできる。
2c 3速ニードルベアリング(摺動部位)
2d 4速ニードルベアリング(摺動部位)
3 インプットシャフト(摺動部位)
4c 1速ニードルベアリング(摺動部位)
4d 2速ニードルベアリング(摺動部位)
4e 5速ニードルベアリング(摺動部位)
5 メインシャフト(摺動部位)
6a 2速ブッシュ(摺動部位)
6b 5速ブッシュ(摺動部位)
11 シリンダー状試験片
12 ディスク状試験片
20 終減速機
23 ドライブシャフト
24a サイドベアリングころ(摺動部材)
24b サイドベアリングインナーレース(摺動部材)
25 デフケース(摺動部材)
26 サイドギヤ(摺動部材)
27 ピニオンメートシャフト(摺動部材)
28 ピニオンメートギヤ(摺動部材)
29 ころ軸受
30 ワッシャ(摺動部材)
Claims (8)
- DLCコーティング摺動部材(A)と摺動部材(B)とがなす摺動面に、低摩擦剤組成物を介在させた低摩擦摺動機構であって、
上記DLCコーティング摺動部材(A)は、基材に水素含有量が10原子%以下のダイヤモンドライクカーボンを被覆して成り、
上記摺動部材(B)は、金属材料、非金属材料及びこれらの表面に薄膜を被覆したコーティング材料から成る群より選ばれた少なくとも1種の材料を用いて成り、
上記低摩擦剤組成物は、含酸素有機化合物(C)として、アルコール類、カルボン酸類、エステル類、エーテル類、ケトン類、アルデヒド類、カーボネート類及びこれらの誘導体から成る群より選ばれた少なくとも1種のものを含有することを特徴とする低摩擦摺動機構。 - DLCコーティング摺動部材(A)と摺動部材(B)とがなす摺動面に、低摩擦剤組成物を介在させた低摩擦摺動機構であって、
上記DLCコーティング摺動部材(A)は、基材に水素含有量が0.5原子%以下のダイヤモンドライクカーボンを被覆して成り、
上記摺動部材(B)は、金属材料、非金属材料及びこれらの表面に薄膜を被覆したコーティング材料から成る群より選ばれた少なくとも1種の材料を用いて成り、
上記低摩擦剤組成物は、含酸素有機化合物(C)として、アルコール類、カルボン酸類、エステル類、エーテル類、ケトン類、アルデヒド類、カーボネート類及びこれらの誘導体から成る群より選ばれた少なくとも1種のものを含有することを特徴とする低摩擦摺動機構。 - DLCコーティング摺動部材(A)と摺動部材(B)とがなす摺動面に、低摩擦剤組成物を介在させた低摩擦摺動機構であって、
上記DLCコーティング摺動部材(A)は、基材に水素を含まないa−C系のダイヤモンドライクカーボンを被覆して成り、
上記摺動部材(B)は、金属材料、非金属材料及びこれらの表面に薄膜を被覆したコーティング材料から成る群より選ばれた少なくとも1種の材料を用いて成り、
上記低摩擦剤組成物は、含酸素有機化合物(C)として、アルコール類、カルボン酸類、エステル類、エーテル類、ケトン類、アルデヒド類、カーボネート類及びこれらの誘導体から成る群より選ばれた少なくとも1種のものを含有することを特徴とする低摩擦摺動機構。 - 上記摺動部材(B)において、上記金属材料が、鉄系材料、アルミニウム合金材料及びマグネシウム合金系材料から成る群より選ばれた少なくとも1種の材料であり、上記コーティング材料が、DLC、TiN及びCrNから成る群より選ばれた少なくとも1種の材料の薄膜を被覆して成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の低摩擦摺動機構。
- 上記含酸素有機化合物(C)が、低摩擦剤全量基準で0.05〜3.0%含まれていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の低摩擦摺動機構。
- 請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の低摩擦摺動機構を用いたことを特徴とする手動変速機。
- 請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の低摩擦摺動機構を用いたことを特徴とする終減速機。
- 上記含酸素有機化合物(C)が、オレイルアルコール、オレイン酸、オレイン酸アミド、グリセリン、トリメチロールプロパンとi−C8、n−C8、C10、C11脂肪酸混合物とのトリエステル、グリセロールモノオレイルエーテル及びグリセロールモノ2エチルヘキシルエーテルから成る群より選ばれた少なくとも1種のものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の低摩擦摺動機構。
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