JP6574801B2 - 摺動システム - Google Patents
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Description
(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する潤滑油と、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、非晶質炭素成分を含まず結晶質のみからなる炭化クロム膜で被覆された被覆面からなり、前記潤滑油は、モリブデンジチオカーバメイト(「MoDTC」という。)またはモリブデンジチオフォスフェート(「MoDTP」という。)の少なくとも一方からなる油溶性モリブデン化合物を含み、前記炭化クロム膜は、膜全体を100原子%として、Cr:50〜75原子%を含むことを特徴とする。
(1)本発明に係るMoDTCはジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンとも呼ばれ、MoDTPはジアルキルジチオリン酸モリブデンとも呼ばれる。参考までに、それらの化学構造を図4に示した。なお、図4中に示したRは、炭化水素基(特にアルキル基)である。一分子中における各Rは、それぞれ同じでも異なっていてもよい。通常、一分子中の各Rは、同炭素数のアルキル基(C=6〜18、好ましくはC=6〜12)からなる。
本発明に係る潤滑油は、Mo化合物(MoDTCおよび/またはMoDTP)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、Ca、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、MoDTC等はCrC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(MoS2、その他、Mo3S7、Mo3S8、Mo2S6等)を生成させる。
本発明に係るCrC膜は、その成膜方法を問わないが、例えば、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、アークイオンプレティーング(AIP)法等の物理蒸着(PVD)法により、所望のCrC膜が効率的に形成され得る。
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、摺動様式等を問わない。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、様式、用途等を問わず、信頼性の確保を前提に、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。
複数の供試材(試料/摺動部材)と、複数の潤滑油とを組合わせて、摺動試験(ブロックオンリング摩擦試験)を行った。この試験結果等に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
(1)基材
焼入れ処理した鋼材(JIS SCM420)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:Ra0.08μm)した。ちなみに、鋼材(SCM420)の基材組成(単位:質量%)は、Cr:0.9〜1.2%、C:0.17〜0.23%、Si:0.15〜0.35%、Mn:0.60〜0.90%、Mo:0.15〜0.25、残部:Feおよび不可避不純物であった。
CrC膜は、アンバランスマグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜した。具体的にいうと、チャンバー内を予備排気した後、純CrターゲットをArガスでスパッタリングし、基材表面にCr中間層を形成した。これに続いて、C2H2ガスをさらに導入して、CrC膜を合成した。
(1)膜組成
摺動試験前に試料1(CrC)の膜組成をEPMA(日本電子株式会社製JXA−8200)により定量したところ、Cr:66.5at%、C:33.5at%であった。
ラマン分光装置(日本分光株式会社製NRS−3200)を用いてCrC膜を分析した。また、比較のため、Crを含有したDLC膜(Cr:23at%)も同様に分析した。これらのラマンスペクトルを図1に併せて示した。
摩擦試験に用いる潤滑油として、MoDTCを含有していない潤滑油(「MoDTC非含有潤滑油」という。)と、MoDTCを含有した潤滑油(「MoDTC含有潤滑油」という。)とを用意した。
(1)摩擦係数
各試料の供試材と、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、摺動面における摩擦係数(μ)をそれぞれ測定した。こうして得られた各摩擦係数を対比して、図2Aと図2B(両者を併せて単に「図2」という。)に棒グラフで示した。
摩擦試験後の各摺動面の表面形状(粗さ)を、白色干渉法非接触表面形状測定機(Zygo社製NewView5022)を用いて測定したところ、MoDTC含有潤滑油を用いた場合、試料1の摩耗深さ(0.29μm)は試料C0の摩耗深さ(1.13μm)の約1/4程度であった。なお、ここで示した摩耗深さは、5箇所の測定を2回繰り返して得た相加平均値である。
MoDTC含有潤滑油を用いた摩擦試験後の各摺動面を、飛行時間型2次イオン質量分析法(TOF−SIMS/Ion-Tof社製 TOF-SIMS装置)により測定した。この際、1次イオンとして30keVのBi+ビームを用いて、領域100μm×100μmで高分解能スペクトル測定を実施した。これにより得られた摺動面上の各元素の分析結果を図3Aと図3B(両者を併せて単に「図3」という。)に示した。図3Aには代表的な元素に係る二次イオン像を、図3Bには代表的な元素に係る二次イオン相対強度(比)を示した。
(1)摩擦係数
図2Aから明らかなように、MoDTC非含有潤滑油を用いた場合、試料1(CrC膜)の摩擦係数と試料C0(浸炭材)の摩擦係数との間に大差はない。しかし、図2Bから明らかなように、MoDTC含有潤滑油を用いると、試料1の摩擦係数は、試料C0の摩擦係数の約1/2まで著しく低下した。従って、CrC膜からなる摺動面とMoDTC含有潤滑油との組合わせにより、摩擦係数が0.02程度という超低摩擦特性が得られることがわかった。
CrC膜とMoDTC含有潤滑油との組合わせにより、超低摩擦特性が発現される理由は次のように推察される。
Claims (5)
- 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する潤滑油と、
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、非晶質炭素成分を含まず結晶質のみからなる炭化クロム膜で被覆された被覆面からなり、
前記潤滑油は、モリブデンジチオカーバメイト(「MoDTC」という。)またはモリブデンジチオフォスフェート(「MoDTP」という。)の少なくとも一方からなる油溶性モリブデン化合物を含み、
前記炭化クロム膜は、膜全体を100原子%として、Cr:50〜75原子%を含むことを特徴とする摺動システム。 - 前記炭化クロム膜は、Cr7C3とCr3C2の少なくとも一方を含む請求項1に記載の摺動システム。
- 前記油溶性モリブデン化合物は、前記MoDTCを含む請求項1または2に記載の摺動システム。
- 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25〜900ppm含む請求項1〜3のいずれかに記載の摺動システム。
- 前記摺動面には、MoS2が生成され得る請求項1〜4のいずれかに記載の摺動システム。
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