JP7040532B2

JP7040532B2 - 低摩擦摺動機構

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Publication number: JP7040532B2
Application number: JP2019561535A
Authority: JP
Inventors: 誠一仲野; 豊馬渕; 毅樋口; 武道山下; 敬司登阪
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: EP3734097A1; EP3734097B1; US11186795B2; JPWO2019130553A1; EP3734097A4; WO2019130553A1; US20200385645A1; CN111512056A; CN111512056B

Description

本発明は、低摩擦摺動機構に係り、更に詳細には、例えば、内燃機関や駆動系伝達機関などにおける種々の摺動面の摩擦特性または耐焼き付き性能を向上させ得る低摩擦摺動機構に関する。

地球全体の温暖化、オゾン層の破壊など地球規模での環境問題が大きくクローズアップされ、とりわけ地球全体の温暖化に大きな影響があると言われているＣＯ_２削減については各国でその規制値の決め方をめぐって大きな関心を呼んでいる。

ＣＯ_２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、摺動機構の果たす役割は大きい。

摺動機構における役割としては、エンジンの摺動部材の中で摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対して、耐焼き付き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（ダイヤモンドライクカーボン）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。

一方、低摩擦特性に優れる一般のＤＬＣ材料は、潤滑油存在下においては、その摩擦低減効果が小さいことが報告されている（例えば非特許文献１）。

ここで、特許文献１では、一般のＤＬＣ材料と有機モリブデン化合物との組合せにより、摺動機構における摩擦低減効果が向上したことが開示されている。

日本トライボロジー学会予稿集・東京，１９９９．５，ｐ１１－１２，加納他特開第２００５－０９８４９５号公報

上述したように、上記特許文献１の開示によれば、当該文献に記載の摺動機構は優れた摩擦低減効果を示すとされている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１に開示された摺動機構については、耐焼き付き性が十分ではないことが判明した。

そこで本発明は、耐焼き付き性に優れた摺動機構を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、基材上にＤＬＣ膜が被覆されてなるＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と、摺動部材（Ｂ）と、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と前記摺動部材（Ｂ）とがなす摺動面に介在する潤滑油と、を備えた摺動機構において、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）を構成する前記ＤＬＣ膜の表面に独立した金属膜が点在するように構成することにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の一形態は、基材上にＤＬＣ膜が被覆されてなるＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と、摺動部材（Ｂ）と、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と前記摺動部材（Ｂ）とがなす摺動面に介在する潤滑油と、を備えた摺動機構に関する。そして、当該摺動機構のＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）を構成するＤＬＣ膜の表面には、独立した金属膜が点在するように構成されている点に特徴を有する。

本発明によれば、耐焼き付き性に優れた摺動機構を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る摺動機構の断面図である。試験片を往復動させる試験機の要部を示す概略斜視図である。往復動試験を行った後に、ピン試験片１の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した画像である。往復動試験を行った後に、ピン試験片Ｃ１の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した画像である。

本発明の一形態は、基材上にＤＬＣ膜が被覆されてなるＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と、摺動部材（Ｂ）と、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と前記摺動部材（Ｂ）とがなす摺動面に介在する潤滑油と、を備えた摺動機構であって、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）を構成する前記ＤＬＣ膜の表面に独立した金属膜が点在することを特徴とする、摺動機構である。かような構造を有することにより、耐焼き付き性能が向上された摺動機構が得られる。本発明が上記効果を奏する詳細なメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。なお、本発明の技術的範囲は下記メカニズムに何ら制限されない。

本発明者らの検討によれば、ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）を構成するＤＬＣ膜の表面に、金属を主成分とする周囲から独立した多数の金属膜が島状に分布（点在）することにより、このような構成を有していない従来のＤＬＣコーティング摺動部材を用いた摺動機構と比較して、高面圧下の摺動における焼き付き発生時の荷重が著しく増加する傾向が見出された。このような傾向がみられる原因として、本発明者らは、不活性なＤＬＣ膜の表面に点在する多数の独立した金属膜が、潤滑油（例えば、エンジンオイル）中の添加剤の反応サイトとして機能しているのではないかと推測している。また、ＤＬＣ膜の表面に点在する多数の独立した金属膜は、摺動部材間（摺動面）に介在する潤滑油の流れを阻害することなく、さらに接点部位の冷却および反応する添加剤の供給に寄与し、かつ摺動部全体の保油性向上の機能を有しているものと推測している。これらの複合的なメカニズムによって、著しい耐焼き付き性の向上効果が得られているものと考えられる。

本形態に係る摺動機構は、上記したような構造を具備することができさえすれば、何ら限定なく、例えば、以下のような摺動部に適用することができる。

すなわち、４サイクルや２サイクルエンジン等の内燃機関の摺動部（例えば動弁系、ピストン、ピストンリング、ピストンスカート、シリンダライナ、コンロッド、クランクシャフト、ベアリング、軸受け、メタル、ギヤー、チェーン、ベルト、オイルポンプ等）を始め、駆動系伝達機構（例えばギヤー等）やハードディスクドライブの摺動部、その他摩擦条件が厳しく、低摩擦性が要求される様々な摺動面が対象となる。

以下、本形態に係る摺動機構について、添付の図面を参照しつつ更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、本明細書において、範囲を示す「Ｘ～Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温（２０～２５℃）／相対湿度４０～５０％の条件で行う。

図１は、本発明の一実施形態に係る摺動機構の断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る摺動機構１０は、ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）１００と、摺動の相手材である摺動部材（Ｂ）２００と、これらの間（摺動面）に介在する潤滑油（図示せず）と、を備えている。ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）１００は、基材１１０と、基材上に配置されたＤＬＣ膜１２０とを必須の構成部材として有している。そして、ＤＬＣ膜１２０の表面には、独立した金属膜１３０が多数点在している。

（ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ））
＜基材＞
本発明におけるＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）は、基材上にＤＬＣ膜が被覆されてなる構成を有する。また、当該ＤＬＣ膜の表面には、独立した金属膜が点在している点に特徴がある。

本形態において、ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）を構成する基材としては、高純度の鉄部材やアルミニウム部材、チタン部材だけでなく、ステンレス鋼（鉄鋼材）などの鉄合金部材、銅合金部材、アルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、チタン合金部材などの金属部材で構成されたものを適用することもできる。更に、各種ゴム、プラスチックなどの樹脂部材やセラミックス部材、カーボン部材などの非金属部材で構成された基材を用いることもできる。特に、鉄合金部材、アルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材は、既存の機械・装置等の摺動部に適用しやすく、また、様々な分野で幅広く省エネルギー対策に貢献できる点で好ましい。更にまた、これら金属部材や非金属部材に各種の薄膜コーティングを施した部材も有用である。例えば、鉄合金部材、アルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、チタン合金部材等に、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）等の薄膜コーティングを施したものを挙げることができる。

鉄合金部材としては、例えば、合金元素としてニッケル、銅、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、鉛、ケイ素若しくはチタン、またはこれらを任意に組み合わせたものを含む鉄基合金を用いることが好ましい。例えば、高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳＧ４８０５にＳＵＪ２として規定される。）、合金工具鋼、浸炭鋼、低合金チルド鋳鉄、調質炭素鋼、焼入鋼などを用いることができる。具体的には、ＪＩＳに規定されるニッケルクロム鋼（ＳＮＣ４１５、ＳＮＣ８１５）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ６１６、ＳＮＣＭ８１５）、クロム鋼（ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４２０）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４１８、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４２１、ＳＣＭ８２２）、マンガン鋼（ＳＭｎ４２０）、マンガンクロム鋼（ＳＭｎＣ４２０）などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

また、鉄部材や鉄合金部材の表面硬さは、ロックウェル硬さ（Ｃスケール）で、ＨＲＣ４５～６０であることが好ましい。この場合は、例えば、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、硬質炭素層の耐久性を維持できるので有効である。表面硬さがＨＲＣ４５未満では高面圧下で座屈し剥離し易くなることがある。

更に、鉄部材や鉄合金部材の表面粗さは、算術平均粗さＲａで、０．１μｍ以下であることが摺動の安定性の面から好適である。０．１μｍを超えると局部的にスカッフィングを形成し、摩擦係数の大幅向上となることがある。

また、アルミニウム合金部材としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）を４～２０質量％、銅（Ｃｕ）を１．０～５．０質量％含む亜共晶アルミニウム合金または過共晶アルミニウム合金を用いることが好ましい。具体的には、ＪＩＳに規定されるＡＣ２Ａ、ＡＣ８Ａ、ＡＤＣ１２、ＡＤＣ１４などを挙げることができる。

また、アルミニウム部材やアルミニウム合金部材の表面硬さは、ブリネル硬さで、ＨＢ８０～１３０であることが好ましい。アルミニウム部材やアルミニウム合金部材の表面硬さが、上記範囲から外れるとＨＢ８０未満ではアルミニウム部材やアルミニウム合金部材が摩耗し易くなることがある。

更に、アルミニウム部材やアルミニウム合金部材の表面粗さは、算術平均粗さＲａで、０．１μｍ以下であることが摺動の安定性の面から好適である。０．１μｍを超えると局部的にスカッフィングを形成し、摩擦係数の大幅向上となることがある。

また、マグネシウム合金部材としては、例えば、マグネシウム－アルミニウム－亜鉛（Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ）系、マグネシウム－アルミニウム－希土類金属（Ｍｇ－Ａｌ－ＲＥＭ）系、マグネシウム－アルミニウム－カルシウム（Ｍｇ－Ａｌ－Ｃａ）系、マグネシウム－亜鉛－アルミニウム－カルシウム（Ｍｇ－Ｚｎ－Ａｌ－Ｃａ）系、マグネシウム－アルミニウム－カルシウム－希土類金属（Ｍｇ－Ａｌ－Ｃａ－ＲＥＭ）系、マグネシウム－アルミニウム－ストロンチウム（Ｍｇ－Ａｌ－Ｓｒ）系、マグネシウム－アルミニウム－シリコン（Ｍｇ－Ａｌ－Ｓｉ）系、マグネシウム－希土類金属－亜鉛（Ｍｇ－ＲＥＭ－Ｚｎ）系、マグネシウム－銀－希土類金属（Ｍｇ－Ａｇ－ＲＥＭ）系若しくはマグネシウム－イットリウム－希土類金属（Ｍｇ－Ｙ－ＲＥＭ）系、またはこれらの任意の組み合わせに係るものを用いることが好ましい。具体的には、ＡＳＴＭに規定されるＡＺ９１、ＡＥ４２、ＡＸ５１、ＡＸＪ、ＺＡＸ８５、ＡＸＥ５２２、ＡＪ５２、ＡＳ２１、ＱＥ２２、ＷＥ４３などを挙げることができる。

また、マグネシウム部材やマグネシウム合金部材の表面硬さは、ブリネル硬さで、ＨＢ４５～９５であることが好ましい。マグネシウム部材やマグネシウム合金部材の表面硬さが、上記範囲から外れるとＨＢ４５未満ではマグネシウム部材やマグネシウム合金部材が摩耗し易くなることがある。

更に、マグネシウム部材やマグネシウム合金部材の表面粗さは、算術平均粗さＲａで、０．１μｍ以下であることが摺動の安定性の面から好適である。０．１μｍを超えると局部的にスカッフィングを形成し、摩擦係数の大幅向上となることがある。

＜ＤＬＣ膜＞
本形態において、摺動部材（Ａ）の基材上に配置されるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜は、炭素元素を主として構成された非晶質の膜である。ＤＬＣの微細構造は、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造（ｓｐ^３結合）とグラファイト結合（ｓｐ^２結合）の両方からなる。具体的に、非晶質なものであって炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造（ｓｐ^３結合）とグラファイト構造（ｓｐ^２結合）の両方からなるものの具体例としては、炭素元素のみからなる（水素を含まない）アモルファスカーボン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓＣａｒｂｏｎ（ａ－Ｃ））、水素を含有する水素アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）、チタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を一部に含む金属アモルファスカーボン（ＭｅＣ）などを挙げることができる。

ＤＬＣ膜は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの方法によって基材上に形成されうる。一般に、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法を用いてＤＬＣ膜を形成すると、ＤＬＣ膜中には原料の有機化合物（例えば、炭化水素ガス）に由来する水素が含まれ、ＤＬＣ膜中の水素濃度は典型的には１５～４０原子％となる。一方、炭素ビームを用いたイオンプレーティング法、アーク式イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等のＰＶＤ法によれば、水素を含むようにも、含まないようにも制御することができる。ＤＬＣ膜中の水素含有量は少ないほど摩擦低減効果が得られ、さらには優れた耐焼き付き性能を確保することができる。このような観点から、ＤＬＣ膜における水素含有量は４０原子％以下であることが好ましく、２５原子％以下であることがより好ましく、１０原子％以下であることがさらに好ましく、５原子％以下であることが特に好ましく、１原子％以下であることが最も好ましい。特に、１原子％以下０原子％超である水素を含有する水素アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）や水素を含まないアモルファスカーボン（ａ－Ｃ）とすることが好ましい。なお、ＤＬＣ膜の最表層の水素含有量を重点的に低減させるという観点から、ＤＬＣ膜を２層またはそれ以上の多層構造とし、最表層を水素濃度が１原子％以下０原子％超である水素アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）または水素を含まないアモルファスカーボンとすることも可能である。ここで、「最表層」とは、ＤＬＣ膜の厚みを基準（１００％）として、最表面から５％までの範囲をいい、代表的には、最表面から深さ１．０μｍまでの範囲をいう。なお、ＤＬＣ膜が単層構造の場合には、その層を最表層とする。

さらに、ＤＬＣ膜の摺動部位における表面粗さは、算術平均粗さＲａで、０．１μｍ以下であることが好ましく、０．０８μｍ以下であることがより好ましく、０．０５μｍ以下であることが更に好ましく、０．０３μｍ以下であることが特に好ましい。表面粗さが、算術平均粗さＲａで、０．１μｍを超えると局部的にスカッフィングを形成し、摩擦係数が大きくなることがある。表面は平滑であればあるほどよいことから、粗さの下限は特に定められないが、実際には製造加工のコストを適宜勘案して上述のような適切な粗さの表面に仕上げることになる。なお、表面粗さが、算術平均粗さＲａで、０．０８μｍ以下であると、摺動の安定性の面から好適である。

＜金属膜＞
本形態に係る摺動機構においては、上述したように、摺動部材（Ａ）を構成するＤＬＣ膜の表面に独立した金属膜が点在している。このようにＤＬＣ膜の表面に点在している金属膜は、摺動部材間（摺動面）に介在する潤滑油の流れを阻害することなく、さらに接点部位の冷却および反応する添加剤の供給に寄与し、かつ摺動部全体の保油性向上の機能を有しているものと考えられる。そしてその結果として、摺動機構の耐焼き付き性の向上に寄与していると考えられる。

金属膜は、金属を主成分とする膜であれば特に制限はなく、摺動機構としての機能に亜ぃ影響を及ぼさない金属から構成されうる。好ましい実施形態において、金属膜は、銅、アルミニウム、鉄およびスズからなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とする金属膜である。ここで、「金属を主成分とする」とは、主成分として金属を含むことをいい、金属のみからなる、実質的に金属からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、例えば、製造工程上において、金属以外の材料が含まれていてもよい。なお、「実質的に金属からなる」とは、１０質量％程度以下（好ましくは５質量％程度以下、より好ましくは１質量％程度以下）の他の材料の混入が許容されうることを意味する。

また、本形態において、ＤＬＣ膜の表面に「独立した金属膜が点在する」とは、隣接する金属膜とは離隔した状態で（すなわち、非連続的に）存在する多数の金属膜による被覆部が、ＤＬＣ膜の表面にドット状（または島状）に存在していることを意味する。言い換えれば、金属膜によって被覆されていないＤＬＣ膜の表面は、連続的に露出していることになる。なお、独立した金属膜の大きさや形状のパターンについては特に限定されない。

ＤＬＣ膜の表面における金属膜が占める面積の割合（面積率）について特に制限はないが、下限値として１％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましく、１０％以上であることがさらに好ましい。金属膜の面積率が高くなることにより、摺動部位の冷却や摺動機構全体の保油性が上がり、摩擦低減効果または耐焼き付き性能が向上しうる。一方、金属膜の面積率の上限値としては、５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることがさらに好ましい。金属膜の面積率がかような範囲内であれば、独立した金属膜の点在状態が確保でき、添加剤が反応するサイトとなりうる。

本形態において、金属膜の厚さについても特に制限はないが、下限値として０．１μｍ以上であることが好ましく、０．３μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましい。かような範囲内であれば、ＤＬＣ膜の表面に点在する独立した金属膜が、摺動部全体の保油性を向上させうる。なお、金属膜の厚さの上限値についても特に制限はないが、１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましく、０．９μｍ以下であることがさらに好ましい。かような範囲内において、島状の金属膜による摩擦係数の増加が抑えられる。

本形態において、ＤＬＣ膜上に独立した金属膜を点在するように被覆させる方法としては、特に制限されない。例えば、蒸着法、スパッタ法もしくはＣＶＤ法およびフォトリソグラフィーの組み合わせ等により、独立した金属膜が点在するように形成することができる。一例としては、蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ法等によりＤＬＣ膜に接するように金属膜を堆積する。この金属膜の上にフォトレジスト膜を塗布して、フォトリソグラフィー技術によりフォトレジスト膜を残りの部分が島状になるようにパターニングする。パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして用いたエッチングにより金属膜の一部を選択的に除去して、独立した金属膜を多数形成することができる。

さらに、本発明の好ましい一実施形態によれば、ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）の前駆体としてのＤＬＣ膜で被覆されてなる摺動部材（Ａ’）と、後述する摺動部材（Ｂ）とを摺動機構が構成されるように組み合わせてから、前記摺動部材（Ａ’）のＤＬＣ膜にさらに金属膜を形成する方法が挙げられる。具体的には、（１）基材上にＤＬＣ膜が被覆されてなる摺動部材（Ａ’）と、金属材料を含む摺動部材（Ｂ）とを組み合わせて摺動機構を作製するステップと、（２）前記摺動機構の摺動部位にモリブデン含有化合物を含む潤滑油を塗布し、前記摺動部材（Ａ’）と前記摺動部材（Ｂ）との間で往復動させるステップと、を有する方法で、前記摺動部材（Ａ’）の摺動部位（ＤＬＣ膜の表面）に、相手材である摺動部材（Ｂ）に含まれる金属材料と同種の金属膜を独立して点在させることができる。つまり、このようにして摺動部材（Ａ）が得られるのである。その詳細な原因は明らかではないが、前記方法によれば、ＤＬＣ膜の表面に金属膜が被覆されている摺動部材（Ａ）を有する摺動機構が作製され、当該摺動機構が、優れた摩擦低減性および耐焼き付き性能を有することが確認できた。

また、蒸着法、スパッタ法もしくはＣＶＤ法およびフォトリソグラフィーの組み合わせにより独立した（島状の）多数の金属膜を形成する場合には、摺動部材（Ａ）の相手材としての摺動部材（Ｂ）および潤滑油は、下記で述べるような範囲内であれば制限なく採用されうる。一方、上記（１）～（２）のステップを有する方法により独立した多数の金属膜を形成する場合には、摺動部材（Ｂ）として、金属材料を主成分として含むことが要求され、潤滑油として、モリブデン含有化合物を含むことが要求される。このような特定の組み合わせにより、摺動部材（Ｂ）に含まれる金属と同種の金属膜をＤＬＣ膜の表面に独立して（島状に）分布させることができる。したがって、本発明の一実施形態として、さらに、上記（１）～（２）のステップを有する前記摺動部材（Ａ）の製造方法も提供する。この製造方法において、摺動部材（Ｂ）に含まれる金属材料は、銅、アルミニウム、鉄およびスズからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。中でも、潤滑油との相性を考慮すると、摺動部材（Ｂ）の構成材料は銅であることがより好ましい。すなわち、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）において、独立して点在する多数の金属膜は銅を主成分とすることがより好ましい。なお、この製造方法において、潤滑油は、モリブデン含有化合物を含み、中でも入手の容易さの観点から、ジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）やジチオリン酸モリブデン（ＭｏＤＴＰ）といったモリブデン含有化合物を使用することが好ましい。摺動部材（Ｂ）および潤滑油については、下記でまた詳述する。

上記（１）～（２）のステップを有する方法により独立した多数の金属膜を形成する際には、潤滑油中のモリブデン含有化合物の含有量を調整することにより、ＤＬＣ膜の表面における金属膜の面積率を制御することができる。具体的には、潤滑油中のモリブデン含有化合物の含有量の好ましい範囲は、以下の潤滑油に対する説明で述べるが、この好ましい範囲内において、潤滑油中のモリブデン含有化合物の含有量を増加させると、金属膜の面積率を増大させることができる。

さらに、上記（１）～（２）のステップを有する方法により独立した多数の金属膜を形成した場合には、摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察することで、金属膜の点在状態を確認することができる。また、この金属膜の成分については、燃焼法による元素分析によって確認することができる。

（摺動部材（Ｂ））
前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と摺動する相手部材（本発明において、摺動部材（Ｂ）とも称する）の構成材料としては、特に制限はなく、例えば鉄系材料、銅系材料、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料、チタン系材料、スズ系材料等の金属材料等が挙げることができる。また、樹脂、プラスチック、カーボン等の非金属材料を使用することもできる。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すことも可能である。特に、銅系材料、鉄系材料、アルミニウム系材料およびスズ系材料は、既存の機械・装置等の摺動部に適用しやすく、また、様々な分野で幅広く省エネルギー対策に貢献できる点で好ましい。さらに、上述したように、ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）のＤＬＣ膜の表面に独立した多数の金属膜を形成する方法として、相手材の摺動部材（Ｂ）として銅、アルミニウム、鉄およびスズからなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とする部材を使用することで、摺動機構が摺動するうちに金属膜を点在するように形成することが可能であり、製造工程上に効率的であるため好ましい。

上記した銅系材料としては、特に制限はなく、高純度の銅だけでなく、各種の銅系合金（ニッケル、鉄、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、鉛、ケイ素、チタン、スズ、あるいはこれらを任意に組み合わせた元素を含む合金）を使用することができる。具体的には、例えば青銅合金（銅スズ合金）などを挙げることができる。

上記した鉄系材料としては、特に制限はなく、高純度の鉄だけでなく、各種の鉄系合金（ニッケル、銅、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、鉛、ケイ素、チタン、あるいはこれらを任意に組み合わせた元素を含む合金）を使用することができる。具体的には、例えば浸炭鋼ＳＣＭ４２０やＳＣｒ４２０（ＪＩＳ）などを挙げることができる。

また、上記したアルミニウム系材料としても、特に制限はなく、高純度のアルミニウムの他、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や、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。

各種コーティングを施した金属材料としては、特に制限はないが、具体的には、各種金属系材料に、ＴｉＮ、ＣｒＮ等、または上記ＤＬＣ材等を表面に薄膜コーティングを施した金属系材料を挙げることができる。

（潤滑油）
本形態に係る摺動機構では、摺動部位に潤滑油を存在させる。

本形態において使用できる潤滑油は、特に制限されないが、例えば、自動車用エンジン油やトランスミッション油を挙げることができる。

潤滑油による摩擦低減または耐焼き付き性能向上の方策として、低粘度化によって、流体潤滑領域における粘性抵抗およびエンジン内の撹拌抵抗を低減すること、最適な摩擦調整剤と各種添加剤の配合によって、混合および境界潤滑領域下での摩擦損失を低減すること、が挙げられる。かような観点から、潤滑油の粘度（ＳＡＥ粘度グレード）は、低温粘度として２５Ｗ以下であることが好ましく、１５Ｗ以下であることがより好ましく、５Ｗ以下であることがさらに好ましい。また、高温粘度として６０以下であることが好ましく、４０以下であることがより好ましく、２０以下であることがさらに好ましい。摩擦調整剤としては、ジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）やジチオリン酸モリブデン（ＭｏＤＴＰ）といったモリブデン含有化合物を使用することができる。上述したように、潤滑油に、モリブデン含有化合物を含ませることで、摺動機構が摺動するうちに摺動部材（Ａ）を構成するＤＬＣ膜の表面に金属膜を形成することが可能であり、製造工程上に効率的であるため好ましい。更にまた、モリブデン含有化合物を含む潤滑油を摺動機構に使用する場合は、ＭｏＳ_２およびＭｏＯ_３が生成することも本発明者らの検討により確認された。このようにして形成されるＭｏＳ_２が摩擦低減に寄与し、ＭｏＯ_３が耐焼き付き性の向上に寄与すると考えられるため、本発明の課題の解決にも寄与できる。

本形態に係る潤滑油におけるモリブデン（原子換算）の含有量は、潤滑油全量基準で、１０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、１００質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、５００質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。かような範囲内であれば、摩擦低減効果が顕著である。また、モリブデンの含有量の上限値についても特に制限されないが、１，０００質量ｐｐｍ以下であると潤滑油への溶解性や貯蔵安定性が良く、沈殿物が発生しにくいため好ましい。

なお、本発明の潤滑油には、更に無灰分散剤、摩耗防止剤または極圧剤、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、モリブデン含有化合物以外の摩擦調整剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等の各種添加剤を単独でまた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。

本発明を、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲
が以下の実施例のみに制限されるわけではない。

以下の実施例では、図２に示す装置を用いて摺動試験（往復動試験）を行い、本発明の効果を確認した。図２は、試験片を往復動させる試験機の要部を示す概略斜視図である。試験は、図２に示すように、平板試験片２０（摺動部材（Ｂ）に相当）上で、ピン試験片（ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）に相当）２１に垂直荷重を掛けた状態で、両矢印方向に往復摺動させることにより行った。なお、各実施例および比較例は、平板試験片２０もしくはピン試験片の材質、潤滑油の組成、または金属膜の形成方法のいずれかを変化させて行った。また、荷重は経時的に増加させて行い、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えた時（焼き付きが過剰に発生し始める時点と見なした）に、停止するように設定された。

具体的な試験条件等は以下の通りである。

試験機：ＳＲＶ試験（往復動摩擦試験機）
試験条件
・温度：平板試験片１２０℃
・ステップＵＰ：２００Ｎ／３ｍｉｎ，０．７ｍ／ｓ
＜摺動２０ｍｍ×２（往復）、１０００ｃｐｍ＞
・潤滑状態：Ｗｅｔ（潤滑油を１滴塗布）
（実施例１）
本実施例において用いた平板試験片およびピン試験片の材質は以下のとおりである。

・平板試験片１：銅板材（厚７ｍｍ×長６０ｍｍ×幅４０ｍｍ）
摺動面の表面粗さＲａ０．４μｍ
・ピン試験片１：ＤＬＣコーティング蒲鉾（曲率Ｒ３００×３０ｍｍ長）
摺動面の表面粗さＲａ０．０３μｍ
ここで、上記ピン試験片１として使用されるＤＬＣコーティング蒲鉾は、クロム鋼鋼材（ＳＣｒ４２０）の摺動面に、ＰＶＤアークイオン式イオンプレーティング法によりＤＬＣ膜を被覆してなるものであった。なお、ＤＬＣ膜における水素含有量は０．５原子％であった。また、潤滑油としては、ＭｏＤＴＣ含有油（Ｍｏ含有量７００質量ｐｐｍ，ＳＡＥ粘度０Ｗ２０）を使用した。

往復動試験の結果、実施例１は、試験機荷重能力１９００Ｎに達したことによるリミッタ停止までも、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えなかった。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
図３は、上記往復動試験を行った後に、ピン試験片１の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した画像である。図３に示すように、ＤＬＣ膜の表面に独立した斑点が点在するように多数形成されたことが観察された。これらの斑点に対して、燃焼法による元素分析によって測定したところ、銅を主成分とする銅膜であることが確認できた。なお、点在する銅膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は１２％であり、その厚さは０．５μｍであった。

（実施例２）
実施例２は、潤滑油としてＭｏＤＴＣ含有油の代わりにＭｏＤＴＰ含有油を用いたこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例２は、試験機荷重能力１９００Ｎに達したことによるリミッタ停止までも、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えなかった。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片２の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、ＤＬＣ膜の表面に独立した斑点が点在するように多数形成されたことが観察された。これらの斑点に対して、燃焼法による元素分析によって測定したところ、銅を主成分とする銅膜であることが確認できた。なお、点在する銅膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は８％であり、その厚さは０．５μｍであった。

（実施例３）
実施例３は、潤滑油としてＭｏＤＴＣ含有油（Ｍｏ含有量７００質量ｐｐｍ）の代わりにＭｏＤＴＣ含有油（Ｍｏ含有量８００質量ｐｐｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例３は、試験機荷重能力１９００Ｎに達したことによりリミッタ停止されたが、この際、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えなかった。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片３の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、ＤＬＣ膜の表面に独立した斑点が点在するように多数形成されたことが観察された。これらの斑点に対して、燃焼法による元素分析によって測定したところ、銅を主成分とする銅膜であることが確認できた。なお、点在する銅膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は５％であり、その厚さは０．３μｍであった。

（実施例４）
実施例４は、潤滑油としてＭｏＤＴＣ含有油（Ｍｏ含有量７００ｐｐｍ）の代わりにＭｏＤＴＣ含有油（Ｍｏ含有量７０ｐｐｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例４は、荷重が１７００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片４の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、ＤＬＣ膜表面に独立した斑点が点在するように多数形成されたことが観察された。これらの斑点に対して、燃焼法による元素分析によって測定したところ、銅を主成分とする銅膜であることが確認できた。なお、点在する銅膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は０．５％であり、その厚さは０．３μｍであった。

（実施例５）
実施例５は、ＤＬＣ膜の水素含有量を５．０原子％にしたこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例５は、荷重が１８００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片５の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、ＤＬＣ膜表面に独立した斑点が点在するように多数形成されたことが観察された。これらの斑点に対して、燃焼法による元素分析によって測定したところ、銅を主成分とする銅膜であることが確認できた。なお、点在する銅膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は１３％であり、その厚さは０．５μｍであった。

（実施例６）
実施例６は、平板試験片６をアルミニウムにしたこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例６は、荷重が１９００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片６の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、ＤＬＣ膜表面に独立した斑点が点在するように多数形成されたことが観察された。これらの斑点に対して、燃焼法による元素分析によって測定したところ、アルミニウムを主成分とする銅膜であることが確認できた。なお、点在するアルミニウム膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は５％であり、その厚さは０．３μｍであった。

（実施例７）
実施例７は、事前にＤＬＣコーティング蒲鉾の摺動部に、ＣＶＤ法により独立した銅膜を多数形成した。実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例７は、試験機荷重能力１９００Ｎに達したことによるリミッタ停止までも、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えなかった。

（実施例８）
実施例８は、事前にＤＬＣコーティング蒲鉾の摺動部に、ＣＶＤ法により独立した銅膜を多数形成した。このような独立した多数の銅膜について、摺動部としてのＤＬＣ膜に占める面積率は１０％であり、その厚さは０．５μｍであった。その後、潤滑油としてＭｏＤＴＣの代わりにＭｏレス油を使用したこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。実施例８は、荷重が１８００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

（比較例１）
比較例１は、潤滑油としてＭｏＤＴＣ含有油の代わりにＭｏレス油を使用したこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。比較例１は、荷重が１５００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片Ｃ１の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したが、図４に示すように、ＤＬＣ膜表面に斑点はほぼ存在しなかった。

（比較例２）
比較例２は、ピン試験片Ｃ２に対してＤＬＣ膜を被覆させなかったこと以外は、実施例１と同様の往復動試験手法で行われた。比較例２は、荷重が５００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片Ｃ２の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したが、ＤＬＣ膜の表面に斑点はほぼ存在しなかった。

（比較例３）
比較例３は、潤滑油としてＭｏＤＴＣ含有油の代わりにＭｏレス油を使用したこと以外は、実施例６と同様の往復動試験手法で行われた。比較例３は、荷重が１６００Ｎに達した時に、摺動部における摩擦力が１３０Ｎを超えたため、試験が停止された。

＜ＤＬＣ膜表面分析＞
上記往復動試験を行った後に、ピン試験片Ｃ３の摺動部について断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したが、ＤＬＣ膜表面に斑点はほぼ存在しなかった。

上記実施例１～７および比較例１～３の条件および評価結果を下記の表１に示す。

実施例１～８においては、ピン試験片にＤＬＣ膜が被覆され、さらにＤＬＣ膜上に独立した金属膜が点在するように配置されているため、往復動試験において摩擦が軽減され、良好な耐焼き付き性能を示した。一方、比較例１～３は、ＤＬＣ膜に金属膜が被覆されていないピン試験片を用いて、往復動試験を行ったため、いずれも摩擦力が大きく、耐焼き付き性能が劣ることが分かった。

２０平板試験片（摺動部材（Ｂ）に相当）、
２１ピン試験片（ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）に相当）、
１０摺動機構、
１００ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）、
１１０基材、
１２０ＤＬＣ膜、
１３０金属膜。

Claims

基材上にＤＬＣ膜が被覆されてなるＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と、摺動部材（Ｂ）と、前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）と前記摺動部材（Ｂ）とがなす摺動面に介在する潤滑油と、を備えた摺動機構であって、
前記ＤＬＣコーティング摺動部材（Ａ）を構成する前記ＤＬＣ膜の表面に独立した銅を主成分とする金属膜が点在し、
前記ＤＬＣ膜に占める前記金属膜の面積率が５％以上３０％以下であり、
前記金属膜の厚さが０．３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする、摺動機構。
前記摺動部材（Ｂ）の構成材料は、銅、アルミニウム、鉄およびスズからなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とする、請求項１に記載の摺動機構。
前記摺動部材（Ｂ）の構成材料は、銅を主成分とする、請求項２に記載の摺動機構。
前記潤滑油は、モリブデン含有化合物を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動機構。
前記潤滑油におけるモリブデンの含有量は５００質量ｐｐｍ以上である、請求項４に記載の摺動機構。
前記ＤＬＣ膜における水素含有量が５原子％以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の摺動機構。