(57)【要約】【課題】二硫化モリブデンの生成反応を促進し、容易に摩擦特性を向上させることができる摺動部材を提供する。【解決手段】摺動部材１０は、添加剤としてＭｏを含む潤滑油環境下で摺動するものであり、金属材料よりなる摺動部１１の表面に、先端に向かい幅が狭くなるように傾斜する傾斜面を側部に有する複数の突起部１２が設けられている。突起部１２の傾斜面の先端側の傾斜角度θは、突起部１２の突出方向に対する垂直面に対して４０度以上８０度以下とされており、摺動時の抵抗を大きくし、大きな摩擦熱を発生させることにより、低摩擦である二硫化モリブデンを生成するために必要なエネルギーを容易に得ることができるようになっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加剤としてモリブデン（Ｍｏ）を含む潤滑油環境下で摺動する摺動部材であって、
摺動部は金属材料よりなり、摺動部の表面には、先端に向かい幅が狭くなるように傾斜する傾斜面を側部に有する複数の突起部が設けられており、前記傾斜面の先端側の傾斜角度は、前記突起部の突出方向に対する垂直面に対して４０度以上８０度以下である
ことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記突起部のピッチは、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記突起部は、一方向に条痕状に形成され、
前記摺動部の表面には、一方向に条痕状に形成された前記突起部と交差するように、条痕状に突出された補助突起部が設けられた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦を低減することができる摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン等に用いられる摺動部材では、摩擦を低減することにより、燃費を向上させることが求められている。摩擦を低減させる方法としては、従来より各種報告がされているが、近年では、エンジンオイルに摩擦調整剤を添加して摩擦の低下を図ることが行われている。これまで、最も頻繁に使用されている摩擦調整剤としては、例えば、ＭｏＤＴＣ（モリブデンジチオカーバメートまたはジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン）が存在する。
【０００３】
そこで、出願人らは、添加剤としてＭｏ（モリブデン）を含む摩擦調整剤を利用して、より摩擦を低減するために、金属材料よりなる摺動部の表層部に、組成としてＣｒ（クロム）を含む投射材を投射することによりＣｒを含む改質層を形成することを提案した（特許文献１参照）。これによれば、投射材を投射することによりできるディンプルが油溜りとなり油膜保持性が向上すると共に、表層部に多く含まれる活性なＣｒが添加剤の分解反応を促進し、摺動部の表面に、低摩擦である二硫化モリブデンを含む被膜を形成させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１８−６２１０７号
【特許文献２】特開２０１８−１９４００６号公報
【特許文献３】特開２００７−２２５１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、低摩擦である二硫化モリブデンの生成反応には摩擦熱等の外部からの活性化エネルギーが必要であり、特許文献１のように投射材を投射することにより形成したディンプルでは傾斜が低く、ピストン運動時に可動部が受ける抵抗が小さいために、十分に二硫化モリブデンを生成させることができない。そこで、特許文献１では、高い活性化エネルギーを必要としないＣｒを摺動部の表面に添加することにより低摩擦化を図っており、そのため、Ｃｒを添加する手間がかかり、また、Ｃｒを添加した改質層が摩耗すると特性を得ることができないという問題があった。
【０００６】
なお、特許文献２には、バルブリフタ１００の冠面の中心から半径ｒ１で規定される中心領域１３０に潤滑油を保持するための第１のテクスチャー溝１３２を周方向に形成し、さらに中間領域１４０を隔てて半径ｒ２、ｒ３で規定される外周領域１５０に潤滑油を保持するための第２のテクスチャー溝１５２を周方向に形成することにより、摩擦損失を低減することが記載されている。しかし、特許文献２は、金属基材上ではなく、硬質皮膜上にテクスチャーを施したものであり、添加剤の反応を目的としたものではなく、添加剤の反応を促進させることを目的とする本願発明とは異なる。また、特許文献２のように硬質皮膜にテクスチャーを設けた場合には、相手方の摩耗が促進されてしまうという問題があった。
【０００７】
また、特許文献３には、摺動面２に近接する少なくとも２つの凹部３から成るテクスチャー群４を複数形成し、近接する凹部３は、摺動方向又は油の流れる方向に互いに重なる部位を有する低摩擦摺動部材が記載されている。しかし、特許文献３は凹部を持つテクスチャーであり、突起部を設ける本願発明とは異なる。また、凹部を持つテクスチャーの場合、摺動速度が速い条件であればよいが、遅い場合には接触面積が大きいので摩擦が上昇してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、二硫化モリブデンの生成反応を促進し、容易に摩擦特性を向上させることができる摺動部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の摺動部材は、添加剤としてモリブデン（Ｍｏ）を含む潤滑油環境下で摺動するものであって、摺動部は金属材料よりなり、摺動部の表面には、先端に向かい幅が狭くなるように傾斜する傾斜面を側部に有する複数の突起部が設けられており、傾斜面の先端側の傾斜角度は、突起部の突出方向に対する垂直面に対して４０度以上８０度以下のものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の摺動部材によれば、摺動部の表面に、先端に向かい幅が狭くなるように傾斜する傾斜面を側部に有する複数の突起部を設け、傾斜面の先端側の傾斜角度を、突起部の突出方向に対する垂直面に対して４０度以上８０度以下とするようにしたので、摺動時の抵抗が大きくなり、大きな摩擦熱が発生して、低摩擦である二硫化モリブデンの生成反応が起こるための活性化エネルギーを容易に得ることができる。よって、摺動部の表面に、低摩擦である二硫化モリブデンを含む被膜を形成させることができ、摩擦を低減することができる。
【００１１】
さらに突起形状とすることで，接触面積を小さくすることができ，摩擦をより低減することができる。
【００１２】
また、突起部のピッチを１００μｍ以下とするようにしたので、摺動部の表面に二硫化モリブデンを含む被膜が形成されていない状態から、摺動を開始して二硫化モリブデンを含む被膜が形成され、摩擦が低減されるまでの摺動回数を大幅に少なくすることができると共に、摩擦係数をより小さくすることができる。
【００１３】
加えて、摺動部の表面に、条痕状に形成された突起部と交差するように、条痕状に突出された補助突起部を設けるようにしたので、突起部を補強し、より高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る摺動部材の摺動部における表面の構成を表す模式図である。
【図２】図１に示した摺動部材の摺動部における表面の摺動時の作用を説明するための模式図である。
【図３】図１に示した摺動部材の突起部を形成する一工程例を表すものである。
【図４】実施例１−１の試験片に設けた突起部１２の形状を表すものである。
【図５】突起部の傾斜面の先端側の傾斜角度θと摩擦係数との関係を表す特性図である。
【図６】突起部のピッチと摩擦係数及び摩擦低減までの摩擦回数との関係を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る摺動部材１０の摺動部１１における表面の構成を模式的に表すものである。図２は、摺動部材１０の摺動部１１における表面の摺動時の作用を説明するためのものである。この摺動部材１０は、添加剤としてＭｏを含む潤滑油環境下で摺動するものであり、例えば、自動車に用いられる部材として、具体的には、自動車のエンジンのシリンダライナー等に好ましく用いられるものである。なお、Ｍｏを含む潤滑油というのは、構成元素としてＭｏを含む添加剤が添加された潤滑油を意味し、例えば、ＭｏＤＴＣなどの有機モリブデンが添加剤として添加された潤滑油を意味している。このように構成元素としてＭｏを含む添加剤は、例えば、摩擦調整剤として用いられている。
【００１７】
この摺動部材１０は、摺動部１１が金属材料により構成されている。摺動部１１というのは部材同士が擦れ合う部分である。金属材料としては、例えば、鋼又は鋳鉄が好ましく挙げられ、Ｃｒを含んでいるものが好ましい。耐摩耗性に優れ、かつ、ＣｒはＦｅ（鉄）やＭｏよりもイオン化傾向が大きいので、低摩擦である二硫化モリブデンの生成を促進させることができるからである。
【００１８】
摺動部１１の表面には、先端に向かい幅が狭くなるように傾斜する傾斜面を側部に有する複数の突起部１２が設けられている。突起部１２の傾斜面の先端側の傾斜角度θは、突起部１２の突出方向に対する垂直面に対して４０度以上８０度以下とされており、５０度以上８０度以下とすればより好ましい。傾斜角度θを大きくすることにより、相手部材Ｍとの摺動時の抵抗が大きくなり、大きな摩擦熱が発生するので、潤滑油に添加されているＭｏＤＴＣなどの構成元素としてＭｏを含む添加剤を分解し、低摩擦である二硫化モリブデンの生成反応が起こるための活性化エネルギーを容易に得ることができるからである。これにより、摺動部１１の表面、具体的には突起部１２の先端部の表面には、例えば、図２に示したように、低摩擦である二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成され、摩擦が低減される。
【００１９】
ＭｏＤＴＣなどの構成元素としてＭｏを含む添加剤を分解し、二硫化モリブデンを生成するメカニズムは次のように推定される。まず、摺動部１１の表面、具体的には突起部１２の先端部の表面に存在する酸化物層（図示せず）が摺動による摩擦で削られると、活性な金属（Ｆｅ及びＣｒ）が露出する。また、潤滑油に含まれるＭｏＤＴＣなどの添加剤は、熱により分解し、潤滑油中には、中間生成物である酸硫化モリブデン（ＭｏＳ２−ｘＯｘ）が存在している。活性なＣｒやＦｅが潤滑油中に存在する酸硫化モリブデンから酸素を奪い、酸素を奪われた酸硫化モリブデンは二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）となり、突起部１２の先端部に二硫化モリブデンを含む被膜１３を形成する。本実施の形態では、突起部１２の傾斜面の先端側の傾斜角度θが大きく、摺動時の抵抗が大きいので、大きな摩擦熱が発生し、低摩擦である二硫化モリブデンを生成するために必要なエネルギーを容易に得られるようになっている。
【００２０】
なお、投射材の投射により摺動部の表面に凹凸を形成した場合には、凸部の傾斜面の先端側の傾斜角度は凸部の突出方向に対する垂直面に対して２０度以下と小さく、摺動時の抵抗が小さく、発生する摩擦熱が小さくなっている。
【００２１】
また、この摺動部材１０では、突起部１２の摺動方向における接触部が突起形状となっていることにより、接触面積を小さくすることができ、摩擦をより低減することができる。なお、突起部１２の先端部の形状は、摺動させた後は先端部分が削れて平坦となり、表面に二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成されるが、摺動前は平坦であっても、図１に示したように平坦部がなく突起していてもよく、突起形状は直線的でも、曲線的でもよい。
【００２２】
突起部１２のピッチＴは、１００μｍ以下であることが好ましい。摺動部１１の表面に二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成されていない状態から、摺動を開始して二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成され、摩擦が低減されるまでの摺動回数を大幅に少なくすることができると共に、摩擦係数をより小さくすることができるからである。突起部１２の高さＨは、例えば、５μｍ以上であることが好ましい。高さＨが小さいと初期の摩耗により突起が消失し、摩擦低減効果が継続しないからである。
【００２３】
各突起部１２は、一方向に条痕状に形成されることが好ましく、条痕状の突起部１２の延長方向は、例えば、摺動方向に対して垂直方向とすることが好ましい。添加剤の反応に必要な摩擦時のエネルギーが高く、より高い効果を得ることができるからである。また、摺動部１１の表面には、条痕状に形成された突起部１２と交差するように、条痕状に突出された複数の補助突起部（図示せず）を設けるようにしてもよい。突起部１２を補強することにより、突起部の角度θを大きくすることができ、より安定した特性を得ることができるからである。条痕状の突起部１２と補助突起部との交差角度は限定されない。
【００２４】
なお、突起部１２の傾斜面は、例えば、図１（Ａ）に示したように平面状でもよく、また、図１（Ｂ）に示したように曲面状でもよい。また、本実施の形態の摺動部材１０は、互いに摺動する一対の部材の一方に用いることが好ましい。例えば、自動車のエンジンのシリンダであれば、シリンダライナーに本実施の形態の摺動部材１０を用い、ピストンには突起部１２を設けないことが好ましい。
【００２５】
このような突起部１２は、例えば、切削加工、レーザー加工、又は、電気鋳造により、形成することができる。例えば、図３は、金属材料により摺動部材１０を成型したのち、摺動部１１の表面に切削加工により突起部１２を形成する工程を表したものである。
【００２６】
このように本実施の形態によれば、摺動部１１の表面に、先端に向かい幅が狭くなるように傾斜する傾斜面を側部に有する複数の突起部１２を設け、傾斜面の先端側の傾斜角度θを、突起部１２の突出方向に対する垂直面に対して４０度以上８０度以下とするようにしたので、摺動時の抵抗が大きくなり、大きな摩擦熱が発生して、低摩擦である二硫化モリブデンの生成反応が起こるための活性化エネルギーを容易に得ることができる。よって、摺動部１１の表面に、低摩擦である二硫化モリブデンを含む被膜１３を形成させることができ、摩擦を低減することができる。
【００２７】
さらに突起形状とすることで，接触面積を小さくすることができ，摩擦をより低減することができる。
【００２８】
また、突起部１２のピッチＴを１００μｍ以下とするようにしたので、摺動部１１の表面に二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成されていない状態から、摺動を開始して二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成され、摩擦が低減されるまでの摺動回数を大幅に少なくすることができると共に、摩擦係数をより小さくすることができる。
【００２９】
更に、突起部１２を摺動方向に対して垂直な条痕状に形成するようにしたので、添加剤の反応に必要な摩擦エネルギーが得られ、高い効果をえることができる。加えて、摺動部１１の表面に、条痕状に形成された突起部１２と交差するように、条痕状に突出された補助突起部を設けるようにしたので、突起部１２を補強し、より高い効果を得ることができる。
【００３０】
加えて、突起部１１２を切削加工、レーザー加工、又は、電気鋳造により形成するようにしたので、本実施の形態にかかる摺動部材１０を容易に得ることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１−１〜１−４、比較例１−１〜１−３）
実施例１−１〜１−４として、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼鋼材）よりなるディスク状の試験片を用意し、研削及びレーザー加工により、表面に、一方向に延長した条痕状の突起部１２を複数形成した。その際、突起部１２の傾斜面の先端側の傾斜角度θは各実施例により変化させ、突起部１２の突出方向に対する垂直面に対して、実施例１−１は４５度、実施例１−２は６０度、実施例１−３は６７度、実施例１−４は７５度とした。傾斜角度θは、加工の際に用いたバイトの角度により変え、加工後にレーザー顕微鏡により測定した値である。
【００３２】
また、各実施例について、突起部１２のピッチＴは１００μｍ、突起部１２の高さＨは１０μｍとした。更に、実施例１−４については、条痕状の突起部１２と直交するように条痕状の補助突起部を設けた。図４に実施例１−１の試験片に設けた突起部１２の形状を示す。
【００３３】
比較例１−１，１−２，１−３として、実施例１−１〜１−４と同様の試験片を用意し、研削により、表面に、一方向に延長した条痕状の突起部を複数形成した。その際、突起部の傾斜面の先端側の傾斜角度は各比較例により変化させ、突起部の突出方向に対する垂直面に対して、比較例１−１は１１度、比較例１−２は１５度、比較例１−３は２３度とした。各比較例において、突起部の摺動方向における突起部のピッチＴは、実施例１−１〜１−４と同様とした。
【００３４】
作製した各実施例、及び、各比較例の試験片について、ＭｏＤＴＣをＭｏ分で２００ｐｐｍ含む潤滑油中で、ボールオンディスク型の摩擦試験を行った。相手材は軸受鋼、潤滑油の温度は８０℃一定、荷重は１０Ｎ、摺動速度は０．５ｍ／ｓ、試験時間は３０分とし、安定後の摩擦係数を測定した。得られた結果を図５に示す。図５に示したように、本実施例によれば、比較例に比べて摩擦係数を小さくすることができ、突起部１２の傾斜面の先端側の傾斜角度θを大きくするほど、摩擦係数が小さくなった。すなわち、突起部１２の傾斜面の先端側の傾斜角度θを４０度以上８０度以下、更には、５０度以上８０度以下とすれば摩擦を低減できることが分かった。
【００３５】
また、各実施例の試験片について、摩擦試験後に表面の組成分析を走査型電子顕微鏡中におけるエネルギー分散型Ｘ線分析により行ったところ、摩擦した突起部１２の部分のみに、二硫化モリブデンに由来する元素が検出された。すなわち、突起部１２の先端部に二硫化モリブデンを含む被膜１３が形成され、それにより摩擦が低減されたことが分かった。
【００３６】
（実施例１−１，２−１〜２−５）
突起部１２のピッチＴを変えたことを除き、他は、実施例１−１と同様にして試験片を作製し、同様にして摩擦係数を測定した。各実施例のピッチＴは、実施例２−１が７５μｍ、実施例２−２が５０μｍ、実施例２−３が３０μｍ、実施例２−４が２００μｍ、実施例２−５が１５０μｍとした。得られた結果を図６に示す。なお、図６には、安定後の摩擦係数（左側縦軸）と、摩擦が低減し摩擦係数が安定するまでの摩擦回数（右側縦軸）とを示した。図６に示したように、突起部１２のピッチＴを狭くするほど摩擦低減までの摩擦回数が少なくなり、摩擦係数も小さくなった。特に、突起部１２のピッチＴを１００μｍ以下とすれば、好ましいことが分かった。
【００３７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…摺動部材、１１…摺動部、１２…突起部、１３…被膜、Ｍ…相手部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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