JP5257877B2 - 潤滑構造 - Google Patents
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Description
上記添加剤は、摩擦低減剤としても知られている。それらの構造は化1に示す通りである。
そこでは、接触面条件としては、荷重、温度、滑り速度といった運転条件の他に、接触形態(点接触か線接触)を挙げている。
しかし、非特許文献1、非特許文献2に記載された技術においても依然として、摩擦係数が増加してしまう場合が生じることを避けることができない。
請求項2に係る発明は、Ra≧0.30μmとする請求項1記載の潤滑構造である。
請求項3に係る発明は、Ra≧0.8μmとする請求項1又は2記載の潤滑構造である。
請求項4に係る発明は、前記硫黄含有有機モリブデン系摩擦調整剤の濃度は100ppm以上である請求項1ないし3のいずれか1記載の潤滑構造である。
請求項5に係る発明は、摩擦面における荷重が50N未満である請求項1ないし4のいずれか1記載の潤滑構造である。
請求項6に係る発明は、前記基油は、PAO、POE又はこれらの混合油である請求項1ないし5のいずれか1項記載の潤滑構造である。
請求項7に係る発明は、前記金属材料は軸受鋼である請求項1ないし6のいずれか1項記載の潤滑構造である。
請求項8に係る発明は、前記摩擦面は点接触摩擦である請求項1ないし7のいずれか1項記載の潤滑構造である。
以下に、本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見とともに説明する。
本発明者は、過酷な条件においては低摩擦を実現することができない原因を鋭意探求した。非特許文献1、非特許文献2においては、前述した通り、接触面条件としては、荷重、温度、滑り速度、接触形態(点接触、線接触)に原因を求めているが必ずしも解決されてはいない。接触形態でいうならば、点接触の場合には解決をみていない。
その結果、ある粗さの範囲にある場合、表面粗さを全く逆の方向である粗い表面とすることが好ましいのではないかと推測し実験を行った。
Ra≧1.2μmとするとMoDTCの濃度が低い場合には摩擦係数の低下が認められない場合もある。従って、Ra≧0.15μmの範囲において、Ra≧0.3μmが好ましく、Ra≧0.8μmがさらに好ましい。また、上限に関しては、Ra=1.5μmが好ましい。Ra>1.5μmにおいては摩擦係数の低下が生じない場合がある。
なお、潤滑構造において、摩擦する両部材の一方の表面粗さをRa≧0.15μmとしてもよいが、両部材の表面粗さをRa≧0.15μmとすることが好ましい。
本発明においては、部材の摩擦面における荷重が50N以下であることが好ましく、20N以下がより好ましく、10N以下がさらに好ましい。上記荷重の範囲においては、確実に摩擦係数低減効果が達成することが可能となる。
なお、本本発明における潤滑構造は、所定の粗さを有する摩擦面を有する部材と潤滑剤との組み合わせであり、そのような組み合わせである限りどのような態様の構造であってもよい。
一方、摩擦低減剤には、エンジンオイル添加剤として広く用いられているMoDTCを用いた。MoDTCの添加濃度は300ppm(重量比、以下同じ)と500ppmの2種類の潤滑剤を作成した。
DiskとBallの材質にはSUJ−2を選定した。潤滑面は、表面形状処理には市販のエメリー紙を用い、Diskを0.1, 0.3, 0.7, 1.0μmの表面粗さとした。
潤滑油基油 PAO30
添加剤 MoDTC
添加剤濃度 300ppm
500ppm
試験片材質 SUJ−2
試験片粗さ 0.1μm
0.3μm(♯0)
0.7μm(♯3)
1.0μm
回転速度 60rpm
回転半径 3.2mm
回転数 1,200
試験時間 20min
試験温度 室温
試験回数 3回
荷重 5N
10N
図1にDiskの粗さ、濃度、荷重によるなじみ時間の違いを示す。なじみ時間は粗さと濃度に依存し表面粗さが細かい程短く、濃度を濃くすることにより粗さの影響が少なくなる。
図2に示す通り、粗さがRa=0.3を境界として、Ra<0.3においては、摩擦係数は大きくなる。特に、荷重を10Nとした過酷な条件下においてもその傾向は摩擦係数の低減は顕著に表れていた。
表面分析にはXPS及びTOF−SIMSを用い、摩擦試験終了後の摩耗痕の生成物の化学構造を解析し、その分布を測定した。
MoDTC濃度500ppm、荷重10Nにおいて、Ra=0.3μmで摩擦試験を行った後、試験片のXPS測定を行ったMo3dスペクトルとS2pスペクトルを測定した結果、162eVにはS2p3/2のピークが、また229.5eVと232.5eVにMo3d5/2とMo3d3/2のピークが観測された。これらのピークはトライボケミカル反応生成物であるMoS2が生成したことを示している。
同条件で得た摩耗痕のTOF−SIMSのケミカルイメージを図5(a)に示す。
摩耗痕内部でMoDTC由来のMo+、S−が検出され、摩耗痕外部では試験片由来のFe+が検出された。このことより、摩耗痕内にMoやSを含む生成物があることを示している。XPSの測定結図5果と合わせると、生成したMoS2皮膜が摩擦低減効果を示していると考えられる。
イメージ中の線に沿ってプロファイル測定を行った。その結果からMo+とFe+の強度が逆転している部分があるのが分かる。このことより、MoS2は表面の凹凸の凸部に存在していると考えられる。
(比較例)
その結果を図6に示す。
図6に示す通り、ZnDTPを添加した場合においては、荷重5Nという比較的緩やかな摩擦条件下においてもなじみ時間はほとんど発生しなかった。
また、摩擦係数の低下は認められなかった。
上記実施例1及び比較例における、摩擦係数をDiskの摩耗痕径との関係として整理した結果を図8にまとめて示す。
実施例1と同様の試験を行った所、なじみ時間の発生が認められ、また、荷重が10Nの場合においても摩擦係数の低下が生じた。
ただ、MoDTCを添加した場合に比べると摩擦係数の低下の度合いは小さかった。
図9は、MoDTC濃度を300ppmと一定とし、粗さを変化させた場合における摩擦係数の経時的な変化を調べた結果を、摩擦係数の経時変化として示している。なお、荷重は0.5GPaとした。
Ra=0.12μ(♯3000)
Ra=0.30μm(♯0)図9(a)
Ra=0.74μm(♯3)図9(b)
Ra=0.90μm(♯5)図9(c)
一定となる摩擦係数は粗さに依存している。すなわち、摩擦係数の低減効果は粗さに依存している。粗さは粗いほど摩擦係数の低減は大きい。
さらに、なじみ時間も粗さに依存している。つまり、摩擦面の粗さを制御することによりなじみ時間も制御することが可能となる。
図10に示す通り、本例においてもなじみ時間、摩擦係数の低減効果が認められた。その効果は定量的にも同程度であることから、本発明においては添加濃度が少なくとも所定の効果が達成されることがわかる。
結果を図11に示す。
Ra=0.30μmにおいてはなじみ時間は実施例3の場合より長く、摩擦係数の低減は実施例3より小さかった。しかし、Ra≧0.7においては、なじみ時間、摩擦係数の低減は、実施例3と同程度であった。すなわち、粗さを粗くすれば過酷な摩擦条件であっても緩やかな摩擦条件と同程度の摩擦係数の低減効果が達成されることがわかる。
結果を図12に示す。
実施例3〜実施例6の結果を、なじみ時間の粗さ依存性の観点からグラフ化した結果を図13に示す。
行った。なお、他の点は実施例3と同様とした。
Claims (8)
- 金属材料からなる摩擦面の粗さを0.15μm≦Ra≦1.2μmとし、硫黄含有有機モリブデン系摩
擦調整剤としてMoDTCを添加した基油を潤滑剤とし、
前記硫黄含有有機モリブデン系摩擦調整剤の濃度は500ppm以下である潤滑構造。 - Ra≧0.30μmとする請求項1記載の潤滑構造。
- Ra≧0.8μmとする請求項1又は2記載の潤滑構造。
- 前記硫黄含有有機モリブデン系摩擦調整剤の濃度は100ppm以上である請求項1ないし3のいずれか1記載の潤滑構造。
- 摩擦面における荷重が50N未満である請求項1ないし4のいずれか1記載の潤滑構造。
- 前記基油は、PAO、POE又はこれらの混合油である請求項1ないし5のいずれか1項記載の潤滑構造。
- 前記金属材料は軸受鋼である請求項1ないし6のいずれか1項記載の潤滑構造。
- 前記摩擦面は点接触摩擦である請求項1ないし7のいずれか1項記載の潤滑構造。
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