WO2005066320A1

WO2005066320A1 - 金属部材の摩擦面改質材及び金属部材の摩擦面改質方法

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Publication number: WO2005066320A1
Application number: PCT/JP2004/019536
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Ikeda; Yoshimasa Hama
Original assignee: Hiroshi Ikeda; Yoshimasa Hama
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2005-07-21
Also published as: JPWO2005066320A1

Abstract

　金属部材の摩擦面への耐摩耗性付与や、該摩擦面の荒れを修復する機能をもつ金属部材の摩擦面改質材、及び金属部材の摩擦面改質方法を提供する。　本発明は、（１）フィロケイ酸塩鉱物粒子８０質量％以上からなる鉱物粉体を主成分とする金属部材の摩擦面改質材、及び（２）前記改質材を分散状態で含む液状潤滑剤を、金属部材が装着された機器を稼動させながら、該金属部材の摩擦面に接触させ、該金属部材の摩擦面を潤滑すると共に、改質することを特徴とする金属部材の摩擦面改質方法である。

Description

明細書

金属部材の摩擦面改質材及び金属部材の摩擦面改質方法

技術分野

[0001] 本発明は、金属部材の摩擦面改質材及び金属部材の摩擦面改質方法に関する。

さら〖こ詳しくは、本発明は、金属部材の摩擦面の荒れ修復ゃ耐摩耗性付与を行う機能をもつ鉱物粉体からなる金属部材の摩擦面改質材、及びこの改質材を用いて、効率よく金属部材の摩擦面の荒れを修復したり、該摩擦面に耐摩耗性を付与したりする方法に関するものである。

背景技術

[0002] 一般に、摺動部を有する機器としては、内燃機関や、自動変速機、緩衝器、パワーステアリングなどの駆動系機器、ギア、油圧機器、工作機械などが知られている。例えば、上記内燃機関においては、ピストンリングとシリンダライナ、クランク軸や連接棒 (コネクティングロッド）の軸受、カムとバルブリフタを含む動弁機構など、各種摺動部分が存在する。

このような摺動部分に用いられる金属部材に対しては、焼付きなどを防止し、その作動を円滑にするために、潤滑油が用いられている。そして、この潤滑油には、潤滑面の摩擦'摩耗を抑制するために、一般に極圧添加剤ゃ耐摩耗剤などが配合されている。しかしながら、このような潤滑油を使用しても、機器の長期間使用により、金属部材の摺動，摩擦面に摩耗が生じるのを免れず、その結果、該摺動'摩擦面に荒れ（凸凹）が生じ、例えば自動車においては、シリンダの圧縮圧の低下により燃料油の燃焼不良による黒煙の増大、燃費の悪化、振動やノイズの増大など好ましくない事態を招来する。

[0003] 金属材料の表面改質法としては、例えば鉄鋼材料にお!、ては、浸炭処理後、チタンイオンを注入する技術が知られている（例えば、特許文献 1参照)。これは、浸炭処理の鉄鋼材料にチタンイオンが注入されると、鉄チタン炭素系の非晶質相が形成され、この非晶質相が該鉄鋼材料表面の摩擦係数を下げて耐摩耗性を向上させるものである。し力しながら、当該技術は、素材段階で表面を改質する技術であって、この素材を加工して得られた金属部材が機器に組み込まれ、該機器を稼動すること〖こより、上記金属部材の表面に摩耗による荒れが生じた場合、その荒れを修復する技術ではない。

[0004] 機器の摺動部分に組み込まれた金属部材の表面に、摩耗による荒れが生じた場合、それを修復する技術として、例えばナトリウムやリチウムを含有する合金、あるいは錫、アンチモン、ビスマスなどの金属の微粉末 (修復材粉末)を、ハロゲンと共に潤滑油に注入し、該金属部材の摩擦面に供給する技術が知られている。しかしながら、この修復技術は、摩耗で生じた金属部材表面の凹部を前記修復材粉末で埋めると共に薄膜を形成させ、平滑面に修復する技術であるが、上記薄膜は耐摩耗性が十分でないため、一時的に表面を修復することができても、機器を稼動させることにより、該金属部材の表面が容易に摩耗し、再び荒れが生じやすいという欠点を有している。

[0005] 特許文献 1 :特開平 7— 138755号公報

発明の開示

[0006] 本発明は、このような状況下で、金属部材の摩擦面や接触面 (以下、総称して摩擦面という）に、優れた耐摩耗性を付与し得ると共に、該摩擦面の荒れを修復することができ、しかも耐久性に優れる修復面を付与し得る機能をもつ新規な金属部材の摩擦面改質材、及びこの改質材を用いて、効率よく金属部材の摩擦面に耐摩耗性を付与したり、該摩擦面の荒れを修復する方法を提供することを目的とするものである。本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、フイロケィ酸塩鉱物粒子 80質量％以上力もなる鉱物粉体が、金属部材の摩擦面改質材として、その目的に適合し得ることを見出した。本発明は、力かる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、

(1)フィロケィ酸塩鉱物粒子 80質量％以上力なる鉱物粉体を主成分とする金属部材の摩擦面改質材、

(2)上記（1)の改質材を分散状態で含む液状潤滑剤を、金属部材が装着された機器を稼動させながら、該金属部材の摩擦面に接触させ、該金属部材の摩擦面を潤滑すると共に、改質することを特徴とする金属部材の摩擦面改質方法、を提供するものである。

[0007] 本発明の金属部材の摩擦面改質材及び摩擦面改質方法によれば、容易に、金属部材の摩擦面を平滑化して荒れを修復し、金属表面硬度を向上し、金属部材に耐摩耗性を付与することができる。

より具体的には、次の効果がある。

(1)自動車エンジンの摺動部を補修すれば、エンジンのシリンダ間の圧縮比を均一にし、エンジンの振動を減少させることができる。また、エネルギーのフリクションロスを軽減して、設計上のトルク、出力を確保できる。さらに、走行時の燃費を 20— 30% 程度改善することができる。

(2)オートマチックトランスミッションを補修すれば、シフトチェンジのディレータイムを大幅に減少させることができる。

(3)切削油に分散させて用いれば、切削工具の耐摩耗性を向上させて、 2倍程度の耐久性を付与することができる。

(4)フライス盤の減速機部分を補修すれば、機器の振動加速度を大幅に減少させることができる。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]本発明の改質材処理を行わずに、摩擦試験した金属面の原子間力顕微鏡画像の一例である。

[図 2]本発明の改質材処理を行ゝ、摩擦試験した金属面の原子間力顕微鏡画像の一例である。

[図 3]本発明の改質材処理を行わずに、摩擦試験した金属面の 3次元測定図の一例である。

[図 4]本発明の改質材処理を行い、摩擦試験した金属面の 3次元測定図の一例である。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明の金属部材の摩擦面改質材は、フィロケィ酸塩鉱物粒子 80質量％以上、好ましくは 90質量％以上力もなる鉱物粉体を主成分として構成されて、る。フィロケィ酸塩鉱物は、リザーダイト (Lizardite)及び Z又はアンティゴライト (Antigorite)であることが好ましい。

特に、リザーダイト粒子及び Z又はアンティゴライト粒子 80質量％以上と、これらのケィ酸塩鉱物に近接して生成されて、る硬度の低、層状の鉱物粒子であるノ、イド口タルサイト（hydrotalcite)及び Z又はハイド口マグネサイト（hydromagnesite)の粒子 20 質量％以下力もなる鉱物粉体を主成分とするものが好ましい。

この組成割合が上記範囲を逸脱すると、金属部材の摩擦面改質機能が十分に発揮されない可能性がある。より好ましい含有割合は、リザーダイト粒子及び Z又はァンティゴライト粒子を 90質量⁰ /₀以上とハイド口タルサイト及び Z又はハイド口マグネサイト粒子 10質量％以下の範囲である。

[0010] 前記リザーダイト及びアンティゴライトは、 SiOの四面体が層状構造をもつフィロケ

4

ィ酸塩鉱物に分類され、主要元素はケィ素、マグネシウム及び酸素であり、その他少量の鉄、アルミニウムなどの元素が含まれている。リザーダイトの組成式は、 Mg (Si

3 2

O ) (OH)で表することができ、アンティゴライトの組成式は、 Mg (Si O ) (OH)で

5 4 6 4 10 8 表することができる。

一方、ハイド口タルサイトは、層状構造をしたマグネシウムとアルミニウムの水酸ィ匕物で、その組成式は、 Mg Al (OH) CO ·4Η Οで表することができる。また、ノ、イド口

6 2 16 3 2

マグネサイトは、 Mg (CO ) (OH) ·4Η Οで表することができる。

5 3 4 2 2

ノ、イド口タルサイト及びノ、イド口マグネサイトは、地球上に豊富に存在する。これらの鉱物の近くに産出される類似鉱物としては、クリソタイル (Chrysotile)があるが、これはいわゆるアスベストであり、環境面の観点から、使用するのは通常好ましくない。リザーダイト、アンティゴライト、ハイド口タルサイト及びノヽイド口マグネサイトとしては、例えば、千葉県鴨川巿、熊本県八代巿赤松、兵庫県養父郡大屋町などで産出するものを用いることができる。

[0011] 本発明の改質材においては、フィロケィ酸塩鉱物粒子、並びにハイド口タルサイト及び z又はハイド口マグネサイト粒子以外に、必要に応じ他の表面改質能を有する粒子を含有させることができる。この必要に応じて用いられる表面改質能を有する粒子としては特に制限はないが、例えば、角閃石、シリカゲル粒子などを挙げることができる。

角閃石は角閃石族の総称であり、化学組成力マグネシウム鉄角閃石、カルシウム角閃石、アルカリ角閃石の 3つのグループに大別でき、約 60種の鉱物種が知られている。角閃石の中でもっとも多く産出するのは普通角閃石であり、化学式は Ca (Mg

2

， Fe) Al (AlSi O ) (OH)で表される。シリカゲノレは、組成式 SiO ·ηΗ Οで表され

4 7 22 2 2 2

、天然品、合成品の両方がある。これらの粒子は、通常、改質材全量の 20質量％以下の割合で含有させることができる。

このような鉱物粉体混合物力もなる本発明の改質材は、主成分として用いる鉱物粉体の平均粒子径が好ましくは 0. 01— 20 m、さらに好ましくは 0. 1— 10 m、最も好ましくは 0. 7-5 μ mの範囲にあるものが好適である。

[0012] 本発明の改質材を用いる金属部材の摩擦面改質においては、一般に該摩擦面の表面荒れが大きい場合には、粒子径の大きな粒子が効果的に機能し、逆に表面荒れが小さい場合には、粒子径の小さな粒子が効果的に機能する。したがって、シヤープな粒度分布を有する改質材を用いる場合には、ある範囲の表面荒れを有する金属部材の摩擦面には有効であるが、他の表面荒れを有する摩擦面には効果的に機能しない場合がある。本発明の改質材は比較的シャープな粒度分布を有するが、摩擦面の平滑ィ匕効果が高いため、広範囲の金属表面荒れに優れた効果を発揮することができる。

本発明の改質材の調製方法としては、前記の組成であり、好ましくは平均粒子径が前記所定の範囲にある粉体が得られる方法であればよぐ特に制限されず、従来公知の方法を採用することができる。たとえば、ロッドミル、ボールミル、衝撃微粉砕機、ジェット粉砕機、コロイドミルなどの公知の粉砕機を用いて微粉末ィ匕し、所望の平均粒子径を有する粉体を調製することができる。

[0013] このようにして調製された各成分の粉体を、それぞれ所定の割合で混合すること〖こより、本発明の改質材を得ることができる。前記粉末を本発明の改質材として使用する場合は、使用前に乾燥し、前記粉末が吸湿した水分を除去しておくことが好ましい。前記粉末の乾燥方法としては、真空乾燥、空気中での加熱乾燥または真空乾燥と加熱乾燥とを同時に行う乾燥のいずれも採用することができるが、なかでも真空乾燥と加熱乾燥とを同時に行う乾燥が最も効果的である。

[0014] 本発明の改質材は、金属部材の摩擦面の改質に用いられるが、上記金属部材の種類としては、機器の摺動部分に用いられ、摩擦面を有し、潤滑を必要とする部材であればよぐ特に制限はない。このようなき金属部材としては、例えば自動車部品では内燃機関、各種変速機、緩衝器、パワーステアリング、ディファレンシャルギア、ラジエータ、エアコンプレッサー、燃料噴射ポンプなどに用いられる部材が挙げられる。その他自動二輪車等のギア、油圧機器などに用いられる金属部材に対しても、本発明の改質材を適用することができる。

さらに、フライス盤、切削工具などの工作機械に本発明の改質材を適用することができる。

[0015] 本発明の改質材が適用される金属部材に特に制限はなぐ鉄、鉄基合金、チタン基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、アルミニウム基合金など、各種の金属部材に適用できる。これらの中でも、当該改質材が効果的に機能する上から、特に鉄又は鉄基合金 (鉄を 50%以上含有)が好まヽ。この金属部材を構成する材料としては、例えば、機械構造用炭素鋼、機械構造用低合金鋼、高張力鋼、ケィ素鋼、快削鋼、ステンレス鋼、工具鋼、耐熱鋼、高マンガン鋼などを挙げることができる。

本発明の改質材は、液状潤滑剤中に均質に分散させ、これを被処理金属部材の摩擦面に供給することにより、該摩擦面の荒れを修復して平滑面を形成すると共に耐摩耗性を付与する。

[0016] 次に、本発明の金属部材の摩擦面改質方法及びその作用について説明する。

本発明の摩擦面改質方法においては、前述の本発明の改質材を分散状態で含む液状潤滑剤を、処理対象の金属部材が装着された機器を稼動させながら、該金属部材の摩擦面に接触させ、この摩擦面を潤滑すると共に、改質する。

なお、本発明において潤滑剤とは、自動車用潤滑油、船舶用潤滑油、金属加工油、設備用潤滑油などの工業用潤滑油、グリースなどを含む。

[0017] 使用する改質材は、被処理金属部材の設計上のクリアランスと表面粗さに応じて、平均粒子径を前記の範囲内で適宜選定することが望ましい。一般的には、設計上のクリアランスや表面粗さが大きい場合には、平均粒子径が大きな改質材を選択し、設計上のクリアランスや表面粗さが小さい場合には、平均粒子径が小さな改質材を選択する。

実際には、最適な平均粒子径は、被処理金属部材が装着された機器の種類や、摺動部分の相対速度などによっても左右されるので、これらを考慮して改質材を適宜選択する。

[0018] 本発明において、液状潤滑剤中に分散状態で含まれる改質材の量は、改質しようとする金属部材の表面状態、摩擦面の面積などによって適宜選定されるが、該液状潤滑剤 1リットル当たり、通常 0. 01— 40gの範囲である。この量が 0. Olg未満では摩擦面の改質効果が十分に発揮されず、また、 40gを超えるとその量の割には効果の向上がみられず、むしろ経済的に不利となる。好ましい含有量は、オイル 1リットル当たり 0. 1一 35g、さら【こ好ましく ίま 0. 2一 30gであり、場合【こよって ίま 0. 2一 5gの範囲である。

[0019] 液状潤滑剤としては、特に制限なく使用できる。例えば、通常の鉱油や合成油、動植物油、併用エステル油、それらの混合油、及びそれら力なる潤滑油基油に各種添加剤を添加した潤滑剤が挙げられる。

鉱油としては、例えば溶剤精製、水添精製などの通常の精製法により得られたパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油、中間基系鉱油などが挙げられる。

また、合成油としては、例えば炭素数 2— 20の α—ォレフィンのオリゴマーの水素化物、エチレンと炭素数 3— 20の α—ォレフインとのコポリマーの水素化物などのポリ α ーォレフイン系合成油、ポリオールエステル、二塩基酸エステル、リン酸エステルなどのエステル系合成油、ポリフエ-ルエーテル、ポリビュルエーテルなどのエーテル系合成油、アルキルベンゼン、アルキルナフタレンなどのアルキルァロマ系合成油、ポリアルキレングリコールなどのポリグリコール系合成油、シリコーン油などが挙げられる

[0020] 動植物油としては、例えば、牛脂、豚脂、パーム油、ヤシ油、なたね油、サフラワー油、ひまわり油などが挙げられる。併用エステル油としては、脂肪酸モノエステル、ァジピン酸エステル、ァゼライン酸エステル、セバシン酸エステル、フタル酸エステル、トリメリット酸エステルおよびポリオールエステルなどが挙げられる。これらの鉱油、合成油、動植物油、併用エステル油は、一種単独で用いてもよぐ二種以上組み合わせて用いてもょ、。

[0021] 前記各種の潤滑油基油の中から、実際に使用する潤滑油基油を選定する場合は、適用される液状潤滑剤の使用環境で熱的、化学的に安定で、当該液状潤滑剤の性状に悪影響を与えないものを適宜選択する。通常は、温度 100°Cにおける動粘度が 1一 40mm²/s、特に 2— 20mm²Zs、さらに 3— 15mm²/sの範囲にあるものが好ましい。より具体的には、炭素数 3— 20、好ましくは炭素数 4一 14、さらに好ましくは炭素数 6— 12の α—ォレフィンの単独重合体及びこれらの共重合体、さらにそれらの水素化物などのポリ α—才レフイン系合成油であって、前記の範囲の動粘度を有するものが好ましい。

[0022] 液状潤滑剤中に改質材を分散させる方法については特に制限はなぐ使用する液状潤滑剤中に、当該改質材を直接添加し、分散させてもよいが、均一分散性及び操作性などの点から、以下に示す方法を用いることが好ましい。すなわち、使用する液状潤滑剤を構成する潤滑油基油、あるいは該液状潤滑剤に悪影響を与えることのない液状媒体に、予め当該改質材を比較的高濃度に分散させ、この分散液を液状潤滑剤に添加混合することが好ましヽ。

[0023] 本発明の方法にぉヽては、当該改質材を分散状態で含む液状潤滑剤、又は当該改質材を適当量混合、分散させた潤滑油基油を予め調製し、組立前の機械の各部品をその中に浸け置きすることが、最も効果的な処理方法である。

その後、必要に応じて機器のならし運転 (低負荷運転)を行った後、本運動を行うことがでさる。

本運転におヽては、摩擦面の突起と改質材粒子との衝突によるエネルギーを利用して、電解研磨的な働きにより、数原子程度の非常に薄いケィ素を含む平滑な硬化膜を形成する。摩擦面の平滑化が進むと、エネルギー等の発生が減少し硬化膜の形成は終了する。潤滑剤中に浮遊する超微粒子化した改質材粒子は、潤滑剤中に排出される汚染物資を吸着する性質を有する。

[0024] また、当該改質材粒子はそれ自体潤滑性を有し、金属部材の摩擦面を保護する固体潤滑膜を形成することにより、上記摩擦面に優れた耐摩耗性を付与する。すなわち、金属部材の摩擦に伴い生成される摩耗粒子の移着及びその成長を抑制しながら、金属部材の摩擦面の荒れを自己組織的に修復し、摩擦面の表面物性を改質し、高機能化する。

このようにして改質処理された金属部材の摩擦面の平均表面粗さ (Ra)は、通常 50 nm以下、好ましくは 20nm以下であり、更に好ましくは lOnm以下であり、自乗平均面粗さ（Rms)は、通常 50nm以下、好ましくは 20nm以下である。

[0025] 本発明の摩擦面改質方法は、機器をある時間稼動させることにより、摺動部分における金属部材の摩擦面に生じた摩耗による荒れを修復するために用いてもょ、し、あるいは、バージン機器の摺動部分における金属部材の摩擦面を改質し、耐摩耗性を付与するために用いてもよい。いずれにしても、機器を稼動させながら、被処理金属部材の摩擦面を修復又は改質を行うことができ、機器を分解したり、長時間運転を止める必要はない。

実施例

[0026] 次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する力本発明は、これらの例によつてなんら限定されるものではな!/、。

[0027] 実施例 1及び比較例 1

(1)改質材の調製

リザーダイト (熊本県八代巿赤松産） 90質量部とハイド口タルサイト (熊本県八代巿赤松産） 10質量部を粉砕、混合して、平均粒子径 3 μ mの改質材を調製した。

(2)摩擦試験

エンジン用潤滑油（出光興産株式会社、ガソリン車用エンジンオイル） 1リットル当たり、上記（1)で得られた改質材 0. 05gを添加し、均質に分散させた。

機械構造用炭素鋼 S45C、塩浴焼入、微小硬度 (HRC) 45以上、直径 10mm X厚さ 2mmの金属片 4個をホルダーに固定し、上記の改質材を分散した潤滑油を塗布し、最大で 4. 6kgの負荷をかけながら、金属片を 200rpmで 120分間回転させた。その後、摩擦面の平滑性及び硬度の測定を行った。

[0028] (2— 1)摩擦面の平滑性の測定

セイコーインスツルメンッ株式会社製、走査型原子間力顕微鏡 (SPト 3800N)を用いて、上記の金属棒の表面観察 (測定範囲 100 mX 100 m)を行って平滑性を測定した。その結果、平均面粗さ (Ra)は、処理前が 91. 2nmであるのに対し、処理後は 15. lnmとなり、自乗平均面粗さ（Rms)は、処理前が 116. 7nmであったのに対し、処理後は 19. lnmとなり、本発明の改質材処理を行うと、金属摩擦面が平滑化され、平均粗さが 6分の 1に大幅に減少した。

図 1及び図 2は、摩擦試験後の金属面の原子間力顕微鏡画像である。図 1は、本発明の改質材処理を行わな力つた図であり、表面に摩擦による縞状の溝が見える。図 2は、本発明の改質材処理を行った図であり、摩擦試験後でも金属面は非常に平滑であることが分る。

(2-2)摩擦面の硬度の測定

株式会社島津製作所製、ビッカース微小硬度計 HMV— 2を用いて、金属表面硬度を 5点測定した。その結果、金属表面硬度の平均値は、処理前が 57. 0であったのに対し、処理後は 64. 0となり、金属表面硬度が 12%上昇した。

実施例 2及び比較例 2

(1)改質材の調製

アンティゴライト (兵庫県養父郡大屋町産） 95質量部及びハイド口タルサイト (兵庫県養父郡大屋町産) 5質量部を粉砕、混合して、平均粒子径 2 mの改質材を調製した。

(2)原動機の圧縮比の測定

2. 7万 Km走行した車 (三菱自動車工業株式会社、ミラージュ、原動機型式 :4G1 3、 4気筒）に、エンジン用潤滑油 (三菱自動車工業株式会社、純正油） 1リットル当たり、上記（1)で調製した改質材 0. 25gを添加し、均質に分散させた後、 60分間低負荷運転を行い、低負荷運転後の原動機の圧縮比を測定した。その結果、本発明の改質材の添加前は、 4気筒の圧縮比は 1. 08-1. 29MPaであり、その標準偏差は 0. 086であったのに対し、本発明の改質材による処理後は、 4気筒の圧縮比は 1. 3 0-1. 31MPaに上昇し、その標準偏差は 0. 005に低下した。

この結果は、 4気筒の各ピストンリングとシリンダライナの接触面が平滑化され摩擦が減ったことを示している。また、エンジンの振動やノイズも大幅に減少した。 (3)原動機の黒煙汚染度の測定

小型トラック (いす^自動車株式会社、 ELF、原動機型式: JG12)に、エンジン用潤滑油 (いす自動車株式会社、純正油） 1リットル当たり、上記（1)で調製した改質材 0. 05gを添加し、均質に分散させた後、改質材添加前後の黒煙汚染度を測定した。黒煙汚染度を測定は、ろ紙反射式黒煙テスター (光明理ィ匕学工業株式会社、 S T一 100型)を用いて 3回行い、その平均値を算出した。その結果、本発明の改質材の添加前は、黒煙汚染度の平均値は 15. 8%であったのに対し、本発明の改質材の添加後は、黒煙汚染度の平均値は 4. 9%に減少した。これは、原動機の圧縮比が向上し、エンジン燃焼状態が改善され、完全燃焼に近づいたことを示している。

[0030] 実施例 3及び比較例 3

(1)改質材の調製

エンジン用潤滑油（ビー'アップ株式会社、ユーロバイェルン） 1リットル当たり、上記実施例 1 (1)で調製した改質材 0. 5gを添加し、均質に分散させた。

(2)自動車の走行試験

走行距離 9. 5万 kmの車（1997年式、 BMW、アルピナ B10、 V型 8気筒、排気量 4 600cc)に、エンジン用潤滑油 1リットル当たり、上記の改質材を分散した潤滑油を用い、高速道路で走行試験（時速 100km、走行距離 100km)を行い、燃費改善率を求めた。その結果、燃費は、本発明の改質材の添加前は 8. 5kmZLであったのに対し、本発明の改質材の添加後は 11. OkmZLとなり、燃費は約 29%改善した。また、アイドリング回転が安定し、時速 100kmでの高速走行時のエンジン音が静かになった。

[0031] 実施例 4及び比較例 4

(1)改質材の調製

リザーダイト (千葉県鴨〗 11巿産） 90質量部とハイド口タルサイト（千葉県鴨〗 11巿産） 1 0質量部を粉砕、混合して、平均粒子径 3 mの改質材を調製した。

(2)摩擦試験

上記（1)で得られた改質材を用いて、実施例 1及び比較例 1と同様にして、摩擦試験を行った結果、実施例 1及び比較例 1とほぼ同様の結果が得られた。図 3及び図 4は、摩擦試験後の金属面の 3次元測定図である。図 3は、本発明の改質材処理を行わな力つた図であり、表面に摩擦による縞状の大きな溝〔平均面粗さ（ Ra) : 37. Onm〕が見える。図 4は、本発明の改質材処理を行った図であり、摩擦試験後でも金属面は非常に平滑〔平均面粗さ (Ra) : 6. 2nm〕であることが分る。

[0032] (3)切削工具の耐磨耗性の評価試験

切削油 1Lに対して、上記（1)で得られた改質材 0. 2gを添加し、日立ツール株式会社製の SCREW SLOTTING CUTTER 72T (直径 70. 000mm)を用いて、厚さ 11. 5mmの炭素鋼の切削加工を行った。切削工具の耐磨耗性の評価は、製品として使用できる範囲内で、試験片を何個切削できるかで評価した。

その結果、改質材の添カ卩前は、 12000個（CUTTER平均直径： 69. 901mm,標準偏差： 0. 016)し力カ卩ェできなかったのに対し、改質材の添加後は、 62500個（ CUTTER平均直径： 69. 822mm、標準偏差： 0. 025)と 5. 2倍のカロ工カ Sできた。

[0033] (4)フライス盤の振動加速度の測定

株式会社新潟鐡ェ所製、フライス盤 (商品名：2UMCN)を用いて、上記（1)で得られた改質材を、減速機の潤滑油（2L)に 1リットル当たり 0. 5g添加した。また、上記（ 1)で得られた改質材を、エンジン油 100ミリリットル当たり 2g添加したものを回転部のウォームギアに、スプレー塗布した。ウォームギアの潤滑にはグリースを使用し、 30分間低速で運転しオイルをなじませた。

減速装置の操作レバー脇に振動加速度の検出器を取り付けて、振動加速度を測定した。振動加速度の測定により、軸受ゃ歯車の傷振動などを判定することができるその結果、処理前は、振動加速度の平均値が 13. lm/s²であった力 60分運転後は、振動加速度の平均値が 6. 7mZs²となり、振動加速度が 49%減少し、減速機の軸受ゃ歯車などの摺動面にあった傷ゃ片摩耗などが改質されたことを示した。振動加速度の減少は、切削部分の面圧の均一性ももたらすので、機器の稼働初期から継続して使用すれば、機器の寿命の長期化や加工精度向上など生産性の向上に繋がる。

[0034] (5)原動機の圧縮比の測定 13. 2万 Km走行した車 (トヨタ自動車株式会社、スープラ、原動機型式： 1JZ)に、エンジン用潤滑油（トヨタ自動車株式会社、純正油） 1リットル当たり、上記（1)で得られた改質材 0. 25gを添加し、均質に分散させた後、 60分間低負荷運転を行い、低負荷運転後の原動機の圧縮比を測定した。その結果、本発明の改質材の添加前は、4気筒の圧縮比は 0. 94-1. 21MPaであり、その標準偏差は 0. 11であったのに対し、本発明の改質材による処理後は、 4気筒の圧縮比は 1. 31-1. 36MPaに上昇し、その標準偏差は 0. 03に低下した。

また、エンジンの振動やノイズも大幅に減少した。

[0035] (6)原動機の黒煙汚染度の測定

62万 Km走行した小型トラック（三菱ふそうトラック 'バス株式会社製）に、エンジン用潤滑油（三菱ふそうトラック 'バス株式会社、純正油） 1リットル当たり、上記（1)で得られた改質材 0. 5gを添加し、均質に分散させた後、改質材添加前後の黒煙汚染度を測定した。黒煙汚染度を測定は、ろ紙反射式黒煙テスター (光明理化学工業株式会社、 ST— 100型)を用いて 3回行い、その平均値を算出した。その結果、本発明の改質材の添加前は、黒煙汚染度の平均値は 28%であったのに対し、本発明の改質材の添加後は、黒煙汚染度の平均値は 6% (減少率 79%)に減少した。

[0036] (7)自動車の走行試験

下記の車に、上記（1)で得られた改質材をエンジン用潤滑油（各社の純正油）に添加し、均質に分散させた (潤滑油 1リットル当たり 0. 5gを均質分散)後、高速道路で平均時速 100kmで走行試験を行った。改質材組成物を添加後は、アイドリング回転が安定し、時速 100kmでの高速走行時のエンジン音が静かになった。高速走行後の燃費改善率の結果を第 1表に示す。

なお、使用した車の詳細は次のとおりである。

•日産グロリア：日産自動車株式会社製

•日産セドリック：日産自動車株式会社製

'スバルレガシー：富士重工業株式会社製

•日産 UD :日産ディーゼル工業株式会社製、原動機型式: RH10、走行距離 82. 3万 km •日産トレーラ：日産ディーゼル工業株式会社製、原動機型式: GH13TD、走行距離 98. 0万 km

'いすずギガ:いす自動車株式会社、原動機型式: 8PE1、走行距離 53. 8万 km [表 1] 第 1表

試験期間添加前添加後燃費走行距離燃費燃費改善率

(km) (km/L) (km/L) ( % ) ガソリンエンジン車

日産グロリア 1， 600 6 . 7 8 . 5 2 6 . 9 日産セドリック 620 6 . 9 8 . 5 2 3 . 2 スノくルレガシー 3， 100 6 . 0 7 . 4 2 3 . 3

'ィ一ゼノレエンジン車

日産 U D 1 , 500 2 . 7 3 . 4 2 5 . 9 日産トレーラ 1 , 500 2 . 3 2 . 8 2 3 . 0 いすずギガ 1 , 500 2 . 5 3 , 1 2 3 . 4

[0038] (8)オートマティックトランスミッションのチェンジタイムディレーの測定

BMW535 (V型 6気筒、排気量 3500cc)に、エンジン用潤滑油 1リットル当たり、上記（1)で得られた改質材 0. 3gを添加し、オートマティックトランスミッションのチェンジタイムディレーを測定した。その結果、処理前のディレーは、最大値が 5秒、平均値が 3. 5秒であり、改質材の添加後のディレーは、平均値が 1秒以下であった。

改質材の添加後は、 500km走行した後もシフトショックはなぐ新車時の運転状況に回復した。

[0039] 実施例 5及び比較例 5

アンティゴライト（千葉県鴨川巿産） 90質量部及びハイド口タルサイト (千葉県鴨川巿産） 10質量部を粉砕、混合して、平均粒子径 3 μ mの改質材を調製した。

ポリ α -ォレフィン系合成油〔出光石油化学 (株)製、商品名「出光 ΡΑΟ5008」、 10 0°C動粘度 7. 8cSt〕100質量部に、上記（1)で得られた摩擦面改質材 2質量部を加え、均質に分散させて該改質材 2. 3質量％を含む改質材組成物を調製した。得られた改質材組成物を用いて、実施例 4及び比較例 4と同様にして、摩擦試験、原動機の圧縮比試験、及び自動車の走行試験を行った結果、実施例 4及び比較例 4とほぼ同様の結果が得られた。

産業上の利用可能性

本発明の金属部材の摩擦面改質材及び摩擦面改質方法によれば、容易に、金属部材の摩擦面を平滑化して荒れを修復し、金属表面硬度を向上し、金属部材に耐摩耗性を付与することができる。

Claims

請求の範囲

[1] フィロケィ酸塩鉱物粒子 80質量％以上力なる鉱物粉体を主成分とする金属部材の摩擦面改質材。

[2] フィロケィ酸塩鉱物力リザーダイト及び Z又はアンティゴライトである請求項 1に記載の金属部材の摩擦面改質材。

[3] ノ、イド口タルサイト及び Z又はハイド口マグネサイトの粒子を 20質量％以下含有する請求項 1に記載の摩擦面改質材。

[4] 前記鉱物粉体の平均粒子径が 0. 01— 20 mである請求項 1に記載の金属部材の摩擦面改質材。

[5] 金属部材が、鉄又は鉄基合金からなる請求項 1に記載の金属部材の摩擦面改質材。

[6] 請求項 1一 5のヽずれかに記載の改質材を分散状態で含む液状潤滑剤を、金属部材が装着された機器を稼動させながら、該金属部材の摩擦面に接触させ、該金属部材の摩擦面を潤滑すると共に、改質することを特徴とする金属部材の摩擦面改質方法。

[7] 液状潤滑剤中に分散状態で含まれる改質材の量が、該潤滑剤 1リットル当たり 0. 0 1一 40gである請求項 6に記載の金属部材の摩擦面改質方法。

[8] 改質後における金属部材の摩擦面の平均表面粗さ (Ra)が 50nm以下である請求項 6に記載の金属部材の摩擦面改質方法。

[9] 改質後における金属部材の摩擦面の自乗平均面粗さ (Rms)が 50nm以下である請求項 6に記載の金属部材の摩擦面改質方法。