(57)【要約】【課題】耐摩耗性が向上した、潤滑剤で潤滑される摺動部材および当該摺動部材の耐摩耗性を向上できる潤滑剤組成物を提供する。【解決手段】本発明に係る摺動部材１は、潤滑剤５で潤滑される摺動部材１であり、摺動面の少なくとも一部に岩塩型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層２を備え、前記潤滑剤５に含まれている添加剤４が所定の分子構造を有する。本発明においては、前記摺動部材１の基材１ａ中において、前記表面処理層２から連続的に前記金属炭化物の体積濃度が減少する傾斜構造を有することが好ましく、前記金属炭化物が、金属炭化物を構成する金属としてチタン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、タングステンおよびセリウムのうち少なくとも１つと、炭素とが化合していることが好ましい。【選択図】図１
2019143052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤で潤滑される摺動部材であり、摺動面の少なくとも一部に岩塩型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層を備え、前記潤滑剤に含まれている添加剤が下記一般式１の分子構造を有するとともに、下記一般式１中（Ａ）のみ、または（Ａ）および（Ｂ）の両方を含んでいることを特徴とする摺動部材。
【化１】
2019143052.tif 000008
（ただし、前記一般式１中、（Ａ）は、酸素、水酸基、チオール基、硫黄、スルホ基、シアノ基、ハロゲン基、ニトロ基、ニトロソ基、アルコキシ基またはアミノ基であり、（Ｂ）は、水素、アミノ基、イミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、フェニル基またはベンジル基であり、Ｒは、炭素数８〜３０のアルキル基であり、Ｈは、水素であり、ｙは、前記（Ａ）および前記（Ｂ）によって決まる整数であり、１または０である。）
【請求項２】
請求項１において、
前記摺動部材の基材中において、前記表面処理層から連続的に前記金属炭化物の体積濃度が減少する傾斜構造を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
請求項１において、
前記金属炭化物が、金属炭化物を構成する金属としてチタン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、タングステンおよびセリウムのうち少なくとも１つと、炭素とが化合した金属炭化物であることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項１において、
前記金属炭化物が、前記摺動部材の基材中に分散して形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】
請求項１において、
前記金属炭化物が球状であることを特徴とする摺動部材。
【請求項６】
請求項１において、
前記潤滑剤が、液体状の潤滑油または半固体状のグリースであり、炭化水素のベースオイルで構成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
下記一般式２の分子構造を有するとともに、下記一般式２中（Ａ）のみ、または（Ａ）および（Ｂ）の両方を含んでなる添加剤を含んでいることを特徴とする潤滑剤組成物。
【化２】
2019143052.tif 000009
（ただし、前記一般式２中、（Ａ）は、酸素、水酸基、チオール基、硫黄、スルホ基、シアノ基、ハロゲン基、ニトロ基、ニトロソ基、アルコキシ基またはアミノ基であり、（Ｂ）は、水素、アミノ基、イミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、フェニル基またはベンジル基であり、Ｒは、炭素数８〜３０のアルキル基であり、Ｈは、水素であり、ｙは、前記（Ａ）および前記（Ｂ）によって決まる整数であり、１または０である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材および潤滑剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建設機械、鉄道車両、発電用風車のナセルなど多くの機械システムには、スムーズな動作のための軸受けや動力伝達のための歯車などの摺動部品が数多く使用されている。摺動部品には、大きな面圧、高速のせん断、作動環境による高温、摺動による摩擦発熱、腐食環境などに曝されるため、摺動部品を構成する摺動部材の耐久性が問題となる。
【０００３】
例えば、自動車のエンジンを構成するピストン、動弁系部品などの摺動部品においては、摩擦によるエネルギー損失をできるだけ低減することが要求されている。また、ショベルカー、鉄道車両などにおいては、油圧ポンプやギアボックス内部を構成する摺動部品の耐摩耗性を向上することが要求されている。従来から、これら摺動部品の摩擦係数の低減や耐摩耗性の向上などを図るため、その摺動部材の摺動面に対して様々な表面処理が検討されてきた。
【０００４】
例えば、潤滑剤で潤滑される摺動部材に対して低い摩擦係数や耐摩耗性を付与する表面処理として、金属炭化物の硬質皮膜がある。金属炭化物は、金属原子と炭素原子とが任意の割合で化合した結晶性または非晶質の化合物である。金属炭化物は、物理蒸着法（ＰＶＤ）や熱処理、浸炭処理などによって、摺動面の全てまたは一部をコートすることができる。なお、摺動部材の表面処理に用いられる金属炭化物の一例として、炭化鉄（代表的にはＦｅ３Ｃ）、炭化クロム（代表的にはＣｒ３Ｃ）、炭化チタン（代表的にはＴｉＣ）、炭化バナジウム（代表的にはＶＣ）、炭化ニオブ（代表的にはＮｂＣ）などがある。これらの化合物を摺動部材の摺動面に用いることで、表面を硬質化でき、摩擦係数の低減や耐摩耗性の向上を図ることができる。
【０００５】
そして、このような状況下、例えば、特許文献１に、潤滑油の存在下で摺動される摺動面をもつ基材と、該摺動面の少なくとも一部に固定した皮膜と、を備え、前記皮膜は、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）およびホウ素（Ｂ）を含み、非晶質炭素を主成分として含む第一層と、ＣおよびＴｉを主成分として含む第二層と、を繰り返し交互に積層してなり、硬さが１８ＧＰａ以上であることを特徴とする摺動部材が提案されている。特許文献１には、モリブデン系添加剤を含んだ潤滑油環境での耐摩耗性が向上する旨記載されている。
【０００６】
ここで、モリブデン系添加剤とは、ジチオカルバミン酸モリブデンやジチオリン酸モリブデンのことである。モリブデン系添加剤は、摺動部材の摺動中に二硫化モリブデンを生じることで摺動面を低摩擦化することができる。モリブデン系添加剤は、自動車のエンジン油において一般的に配合される添加剤である。なお、モリブデン系添加剤をはじめ、潤滑油やグリース（潤滑剤と総称）に含まれる添加剤の効能は、摺動部材の摺動面に配した表面処理の材質によって左右される。これは、表面処理の材質によって、原子・分子レベルでの添加剤の吸着性や化学反応性が異なるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２２４８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、金属炭化物の中でも、炭化チタン、炭化バナジウム、炭化ニオブなどのＭＣ１−ｘ型（岩塩型と呼称されることもある）の結晶構造を有する金属炭化物（Ｍは金属原子、Ｃは炭素原子、ｘは０≦ｘ＜１の範囲で小数を許容する数字）を摺動部材の摺動面に配した場合、上記のモリブデン系添加剤をはじめジチオリン酸亜鉛、カルボン酸などの、従来、摩擦調整剤や極圧剤として用いられてきた添加剤が、最大限の効果を発揮しにくいという問題があった。これは、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の表面構造に由来する。一般的に、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の表面には（１００）面が露出し、金属原子Ｍと炭素原子Ｃとが、ほぼ同一平面上に、均等に整列した構造を有する。炭素原子Ｃは、金属原子Ｍに比べてイオン化ポテンシャルが大きいため、金属原子Ｍから炭素原子Ｃへ電子移動が起きる。すると、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の（１００）面では、電子が炭素原子Ｃ上に局在化した電子構造を有するようになる。今、潤滑剤中の添加剤がＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の（１００）面に吸着しようとする状況を考える。添加剤の分子の中で周囲よりも強く負の電荷を帯びた部位（例えば極性基）は、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の（１００）面上に存在する金属原子Ｍに吸着する。このとき、添加剤の接近に伴って、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の（１００）面上に存在する炭素原子Ｃと前記極性基との間に静電反発の相互作用が生じ、添加剤の吸着を阻害する。静電反発の相互作用は、添加剤の分子構造に見られる極性基の極性の大きさや、極性基の数などによって決まる。従って、数多くの添加剤の中で比較的極性が大きなモリブデン系添加剤やジチオリン酸亜鉛、カルボン酸などの添加剤は、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の（１００）面へ吸着しにくい。そのため、これらの添加剤では、摩擦係数の低減や耐摩耗性を向上する効果が得られにくい。
【０００９】
炭化チタン、炭化バナジウム、炭化ニオブなどのＭＣ１−ｘ型の金属炭化物は、ビッカース硬さが２０００〜３０００Ｈｖ程度と高く、摺動部材の摺動面に配した場合、摺動部材の耐摩耗性を大幅に向上でき、機械システムの寿命を大幅に延長できるメリットがある。しかし、代表的な（１００）面上では、上述のようにモリブデン系添加剤やジチオリン酸亜鉛、カルボン酸など極性が比較的大きな添加剤が作用しにくいため、摺動の際の相手面を摩耗させたり、それによって生じた硬質な摩耗粉によって自身がアブレシブ摩耗したりするなどの問題が顕在化していた。
【００１０】
また、特許文献１に記載の表面処理は、モリブデン系添加剤を配合する潤滑油による潤滑の下で耐摩耗性を発揮する。しかし、長期間の摺動によって表面処理が摩滅した場合、下地や中間層が広い範囲にわたって露出するため、焼付きを起こしやすい。そのため、摺動部材を起点とした故障が生じる可能性があった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性が向上した、潤滑剤で潤滑される摺動部材および当該摺動部材の耐摩耗性を向上できる潤滑剤組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決した本発明に係る摺動部材は、潤滑剤で潤滑される摺動部材であり、摺動面の少なくとも一部に岩塩型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層を備え、前記潤滑剤に含まれている添加剤が下記一般式１の分子構造を有するとともに、下記一般式１中（Ａ）のみ、または（Ａ）および（Ｂ）の両方を含んでいる。
【００１３】
【化１】
2019143052.tif 000003
【００１４】
ただし、前記一般式１中、（Ａ）は、酸素、水酸基、チオール基、硫黄、スルホ基、シアノ基、ハロゲン基、ニトロ基、ニトロソ基、アルコキシ基またはアミノ基であり、（Ｂ）は、水素、アミノ基、イミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、フェニル基またはベンジル基であり、Ｒは、炭素数８〜３０のアルキル基であり、Ｈは、水素であり、ｙは、前記（Ａ）および前記（Ｂ）によって決まる整数であり、１または０である。
【００１５】
また、本発明に係る潤滑剤組成物は、下記一般式２の分子構造を有するとともに、下記一般式２中（Ａ）のみ、または（Ａ）および（Ｂ）の両方を含んでなる添加剤を含んでいる。
【００１６】
【化２】
2019143052.tif 000004
【００１７】
ただし、前記一般式２中、（Ａ）は、酸素、水酸基、チオール基、硫黄、スルホ基、シアノ基、ハロゲン基、ニトロ基、ニトロソ基、アルコキシ基またはアミノ基であり、（Ｂ）は、水素、アミノ基、イミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、フェニル基またはベンジル基であり、Ｒは、炭素数８〜３０のアルキル基であり、Ｈは、水素であり、ｙは、前記（Ａ）および前記（Ｂ）によって決まる整数であり、１または０である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、耐摩耗性が向上した、潤滑剤で潤滑される摺動部材および当該摺動部材の耐摩耗性を向上できる潤滑剤組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る摺動部材の構成を説明する模式図である。
【図２】一般式１で示される添加剤が金属炭化物の表面処理層に対して特異的に強固に吸着できるメカニズムを説明する模式図である。
【図３】実施例１〜３および比較例１、２に用いた添加剤のＴｉＣ（１００）表面に対する吸着エネルギーの計算結果を示すグラフである。図中、縦軸は吸着エネルギー（ｋＪ／ｍｏｌ）を示す。
【図４】ブロックオンリング摩擦試験の概要を説明する模式図である。
【図５】ブロックオンリング摩擦試験の結果を示すグラフである。図中、左側の縦軸は、ＴｉＣ膜の摩滅に要した時間（相対値）を示し、右側の縦軸は、定常摩擦係数を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、適宜図面を参照して本発明に係る摺動部材および潤滑剤組成物の一実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
（摺動部材１）
本実施形態に係る摺動部材は潤滑剤で潤滑されるものであり、例えば、自動車や建設機械、鉄道車両、風力発電のナセルなどを構成する摺動部品に好適に適用できるがこれらに限定されるものではない。本実施形態に係る摺動部材は、流体機械、印刷装置、分析装置などの摺動部材を備えた機械装置（摺動部品）であればどのようなものにも適用できる。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る摺動部材の構成を説明する模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る摺動部材１は、摺動面の少なくとも一部に岩塩型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層２を備えている。そして、本実施形態に係る摺動部材１は、前記した潤滑剤に含まれている添加剤４（図２参照）が下記一般式１の分子構造を有するとともに、下記一般式１中（Ａ）のみ、または（Ａ）および（Ｂ）の両方を含んでいる。
【００２３】
【化３】
2019143052.tif 000005
【００２４】
ただし、前記一般式１中、（Ａ）は、酸素、水酸基、チオール基、硫黄、スルホ基、シアノ基、ハロゲン基、ニトロ基、ニトロソ基、アルコキシ基またはアミノ基である。（Ｂ）は、水素、アミノ基、イミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、フェニル基またはベンジル基である。なお、（Ｂ）におけるアルキル基は、炭素数１〜３０とすることができるが、炭素数１〜２５がより好ましく、炭素数１〜２０がさらに好ましい。Ｒは、炭素数８〜３０のアルキル基である。Ｒで示されるアルキル基の炭素数がこの範囲であると、潤滑剤に対する相溶性を高くしつつ、分子量が大き過ぎることもないので金属炭化物の表面処理層に対する被覆率が低下することもない。Ｃは、炭素であり、Ｈは、水素である。ｙは、（Ａ）および（Ｂ）によって決まる整数であり、１または０である。なお、一般式１における（Ａ）、（Ｂ）、ｙについて一例を挙げれば次のようになるが、これらに限定されない。例えば、（Ａ）が１価の原子や基のとき、ｙは１となり、（Ａ）が２価である酸素や硫黄であるとき、ｙは０となる。（Ａ）および（Ｂ）がそれぞれ１価の原子または基のとき、ｙは１となる。（Ｂ）がイミノ基のとき、（Ａ）は１価の原子または基となり、ｙは０となる。（Ａ）が酸素または硫黄のとき、（Ｂ）はイミノ基以外の原子または基となり、ｙは０となる。（Ａ）が酸素または硫黄であり、かつｙが０のとき、（Ｂ）はイミノ基以外の原子または基となる。（Ａ）が酸素または硫黄であり、かつｙが１のとき、（Ｂ）は有しない。一般式１におけるＲ、（Ａ）、（Ｂ）、ｙを以上に述べたようにすると、優れた潤滑性が得られるので、摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上の効果が得られる。
【００２５】
（摺動部材１の基材１ａ）
ここで、摺動部材１の基材１ａとしては、例えば、金属材、セラミクス材、樹脂材などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、摺動部材１として使用できるものであれば任意の材料を用いることができる。なお、本実施形態においては、摺動部材１の基材１ａとして、例えば、炭素鋼や合金鋼、鋳鉄など鉄系の材料であることが好ましい。鉄系の材料を用いると、後述する金属炭化物の表面処理層２を好適に形成できる。なお、合金鋼とは、鉄と炭素とで構成された炭素鋼に対し１つまたは数種の元素を添加した鋼材をいう。
【００２６】
また、摺動部材１や、その表面に施した金属炭化物の表面処理層２が接触、摺動する相手材（図示せず）についても、材質が限定されるものではない。相手材として、金属材、セラミクス材、樹脂材などを用いることができる。さらに、相手材の表面についても、摩擦係数の低減や耐摩耗性を向上させるために金属炭化物やその他の表面処理層が形成されていてもよい。
【００２７】
（潤滑剤５）
本実施形態に係る摺動部材１は、潤滑剤５（図２参照）を用いた湿式条件での使用を前提とするものである。本実施形態における潤滑剤５としては、例えば、液体状の潤滑油または半固体状のグリースが挙げられる。潤滑剤５を構成するベースオイルとしては、主に炭化水素で構成される鉱物油や植物油、合成油などが挙げられる。鉱物油とは、パラフィン系の鉱物油やナフテン系の鉱物油のことである。植物油とは、ひまし油や大豆油などのことである。合成油とは、ポリアルファオレフィン油やエステル油、ポリオールエステル油、エーテル油、フッ素系油などの化学合成油のことである。また、本実施形態におけるベースオイルは、例えば、鉱物油と合成油とを、鉱物油と植物油とを、植物油と合成油とを、鉱物油と植物油と合成油とを、任意の割合で混合することができる。また、本実施形態におけるベースオイルは、例えば、成分の異なる鉱物油を２種類以上混合したものであってもよい（植物油、合成油なども同様である）。また、グリースに用いる増ちょう剤に規定はなく、カルシウム系、リチウム系、ウレア系などを用いることができ、増ちょう剤を配合した後のちょう度にも限定はない。
【００２８】
前記した潤滑剤５には、本発明の効果を顕著に妨げない限りにおいて、摩擦調整剤、極圧剤、油性剤、酸化防止剤、防錆剤、粘度調整剤、清浄剤、分散剤などの添加剤のうち１つ以上を含ませることができる。このようにすると、ベースオイルの酸化防止や清浄化の機能が付与されるため、さらに好適である。これらの添加剤の例としては、例えば、オレイン酸などの各種脂肪酸、硫化脂肪酸、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸モリブデン、ジチオリン酸モリブデン、トリクレジルホスフェート、ハイドロジェンホスファイト、ジアルキルスルフィド、ジアルキルジスルフィド、カルシウムスルホネート、マグネシウムスルホネート、バリウムスルホネート、ナトリウムスルホネート、カルシウムボレート、マグネシウムボレート、バリウムボレート、ナトリウムボレート、コハク酸イミド、コハク酸エステル、オレフィンコポリマー、ポリイソブチレン、ポリメタクリレートなどが挙げられる。これらの添加剤は、本実施形態に係る摺動部材１を適用する摺動部品（図示せず）の使用環境に合わせて、適切な濃度で配合できる。
【００２９】
本実施形態に係る潤滑剤５（図２参照）に含まれている、前記一般式１で示される添加剤４は、主に摩擦調整剤、極圧剤、油性剤としての機能を担う。当該添加剤４は、後述する金属炭化物の表面処理層２に対して特異的に強固に吸着できるため、摺動部材１の摩擦係数が低減し、耐摩耗性が向上する。
【００３０】
ここで、図２を参照して、前記一般式１で示される添加剤４が金属炭化物の表面処理層２に対して特異的に強固に吸着できるメカニズムについて説明する。なお、図２は、一般式１で示される添加剤４が金属炭化物の表面処理層２に対して特異的に強固に吸着できるメカニズムを説明する模式図である。
【００３１】
図２に示すように、前記一般式１で示される添加剤４の分子構造に含まれる（Ａ）は、表面処理層２の表面の金属原子Ｍと親和する官能基または原子である。また、前記一般式１で示される添加剤４の分子構造に含まれる（Ｂ）は、表面処理層２の表面の炭素原子Ｃと親和する官能基または原子である。背景技術の項目で述べたように、ＭＣ１−ｘ型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層２の（１００）面では、金属原子Ｍと炭素原子Ｃとがほぼ同一平面上に存在し、電子が炭素原子Ｃに局在化した電子構造を有する。
前記一般式１における（Ａ）は極性が大きく、負の電荷を有している。そのため、（Ａ）は、表面処理層２の（１００）面上の金属原子Ｍと共有結合やイオン結合、配位結合をはじめとする強い化学結合をつくることができる。なお、同図中、（Ａ）と金属原子Ｍとの間の実線は、強い化学結合で結合していることを表している。
一方、前記一般式１における（Ｂ）は、（Ａ）よりも極性が小さく、表面処理層２の（１００）面上の炭素原子Ｃとｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ相互作用や静電相互作用、水素結合など、上記の共有結合やイオン結合、配位結合などの化学結合よりも相対的に弱い化学結合をつくることができる。なお、同図中、（Ｂ）と炭素原子Ｃとの間の破線は、相対的に弱い化学結合で結合していることを表している。
従って、前記一般式１で示される添加剤４の分子構造に含まれる（Ａ）および（Ｂ）により、前記一般式１で示される添加剤４の分子がＭＣ１−ｘ型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層２の（１００）面上に強固に吸着する。なお、前記したように、（Ａ）と（Ｂ）の極性は、（Ａ）＞（Ｂ）の関係である。そのため、（Ａ）と（Ｂ）がともにアミノ基である場合、アミノ基の級数を異ならせて（Ａ）と（Ｂ）の極性が前記関係となるようにするのが好ましい。
【００３２】
上記で説明した添加剤４による、表面処理層２の（１００）面への吸着作用を実現する上で、（Ａ）および（Ｂ）が両方存在する添加剤が好ましい。当該添加剤４とすると、表面処理層２への吸着作用を最大化できる。なお、本実施形態においては、（Ａ）のみの添加剤４でも効果がある。なお、前記一般式１で示される添加剤４において、（Ａ）と（Ｂ）の極性が（Ａ）≦（Ｂ）となると、表面処理層２の（１００）面上の炭素原子Ｃと静電的反発の相互作用が生まれ、添加剤４の吸着作用が発揮されないおそれがある。
【００３３】
前記一般式１で示される添加剤４は、潤滑剤５の全体の質量を１００質量％としたときに、０．１質量％から１０質量％の範囲で添加することが、摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上を図る上で好ましい。添加剤４の具体例としては、オレイルアミド、オレイルアミン、オレイルアルコール、オレイルチオール、塩化オレイルなどであるが、上記の規定を満たす化合物であればどのようなものも用いることができる。
【００３４】
なお、潤滑剤５中における前記一般式１で示される添加剤４の存在は、例えば、溶媒抽出などの操作後に、赤外分光分析（ＩＲ）や核磁気共鳴（ＮＭＲ）などの化学分析を行うことによって同定・確認できる。
【００３５】
（表面処理層２）
本実施形態における表面処理層２は、摺動部材１の摺動面の少なくとも一部または全部に形成されている。この表面処理層２は、岩塩型の結晶構造を有する金属炭化物で構成されている。岩塩型の結晶構造とは、前記したように、ＭＣ１−ｘ型の結晶構造と同義である。なお、Ｍは金属原子、Ｃは炭素原子、ｘは０≦ｘ＜１の範囲で小数を許容する数字であるが、炭素欠損の少ないｘ＝０により近いほど、摺動部材１の摩擦係数の低減や耐摩耗性の向上を図る上で好ましい。前記した金属炭化物は、金属原子Ｍとしてチタン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、セリウムのうち少なくとも１種類と、炭素原子Ｃとが化合して形成されたものである。この金属炭化物の表面処理層２は、摺動部材１の摺動面をコートするものであり、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、めっき処理、熱処理、浸炭処理などによって形成することができる。
【００３６】
ここで、図１に戻って表面処理層の好ましい一態様について説明する。
図１に示すように、摺動部材１は、摺動部材１の基材１ａ中に、表面処理層２から連続的に金属炭化物の体積濃度が減少する傾斜構造が形成されていることが好ましい。つまり、摺動部材１は、摺動部材１の基材１ａ中において、金属炭化物の分散層３が形成されていることが好ましい。換言すると、摺動部材１は、摺動部材１の基材１ａと表面処理層２との間で明確な境界のない傾斜構造が形成されていることが好ましい。つまり、表面処理層２と基材１ａとの界面において金属炭化物の濃度が１００％から０％に切り替わる境界がないようにすることが好ましい。なお、このときの表面処理層２、分散層３、基材１ａにおける金属炭化物の濃度（ａｔ％）は、図１中の右側のグラフに示すように推移する。なお、図１中の右側のグラフは、表面処理層２と摺動部材１の基材１ａにおける厚さと金属炭化物の濃度との関係を示している。このような好ましい一態様とすると、金属炭化物の表面処理層２で覆われた基材１ａの内部においても金属炭化物が入り込んだ構造となるので、表面処理層２と摺動部材１との密着性が向上し、剥離しにくくなる。そのため、基材１ａが露出することによる焼付きをより抑制できる。
【００３７】
傾斜構造中の金属炭化物は、摺動部材１の基材１ａ中で粒径が数十ナノメートルから数百マイクロメートルの範囲の大きさの微結晶となっていることが好ましく、その形状はほぼ球状となっていることが好ましい。このようにすると、傾斜構造が好適な形態であるため、表面処理層２と摺動部材１との密着性がより向上し、基材１ａが露出することによる焼付きをより抑制できる。
【００３８】
上記の表面処理層２の厚さについて特に限定はないが、図１に示すように、表面処理層２の厚さＴ１は１μｍ以上２００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。このようにすると、摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上の効果を持続的に得ることができる。
また、摺動部材１が傾斜構造を有する場合、表面処理層２の最表面から分散層３の下端までの厚さについて特に限定はないが、表面処理層２の最表面から分散層３の下端までの厚さＴ２は最大でも１０ｍｍ程度とすることが好ましい。このようにすると、金属炭化物の濃度が緩やかに傾斜するので、表面処理層２の剥離をより効果的に抑えることができる。そのため、基材１ａが露出することによる焼付きがさらに抑制される。
【００３９】
傾斜構造中の金属炭化物の粒径・形状、表面処理層２の厚さＴ１および表面処理層２の最表面から分散層３の下端までの厚さＴ２は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を取り付けた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＸ）による観察および元素分析を行うことによって把握することができる。
【００４０】
金属炭化物の表面処理層２の硬さは、摩擦係数の低減や耐摩耗性の向上を図る上で、１５００Ｈｖ以上のビッカース硬さとすることが好ましい。ビッカース硬さの上限は、３５００Ｈｖとし、相手材の摩耗を助長しないようにすることが好ましい。このようなビッカース硬さは、前記したＰＶＤ、ＣＶＤ、めっき処理、熱処理、浸炭処理などを行って表面処理層２を形成することで具備できる。ビッカース硬さは、例えば、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に準じて測定することができる。また、ビッカース硬さは、市販されている任意のビッカース硬さ試験機で測定することもできる。
【００４１】
傾斜構造は、例えば、金属原子Ｍを含んだスラリーを塗布した摺動部材１（例えば、鉄鋼材）の浸炭熱処理や、金属原子Ｍを含んだめっき液を用いた摺動部材１（例えば、鉄鋼材）のめっき処理によって得ることができる。
表面処理層２と傾斜構造の形成方法について具体的な一例を挙げて説明する。例えば、ＭＣ１−ｘ型の結晶構造を有する金属炭化物の原料となる金属原子Ｍの微粒子を１０質量％含有するメタノール溶液を鉄鋼材に大気中で塗布する。なお、金属原子Ｍの微粒子は、粒子径が１〜５０μｍの範囲のものを用いるのが好ましい。メタノールを蒸発乾燥させ、浸炭炉に挿入する。浸炭炉内を１Ｐａまで真空排気後、Ａｒで置換し、炉内の雰囲気を清浄化する。１０℃／ｍｉｎの速度で１０００℃以上に加熱し、１ｈ保持後、アセチレンガスを導入する。アセチレンガスの導入により表面の金属原子Ｍ、および鉄鋼材の表面から拡散した金属原子Ｍの一部が炭化し、ＭＣ１−ｘ型の結晶構造が形成される。例えば、金属原子ＭがＴｉの場合には、１１００℃の温度で拡散し、合金鋼の粒界や粒内に拡散して上記の傾斜構造が形成される。
【００４２】
（潤滑剤組成物）
次に、本実施形態に係る潤滑剤組成物について説明する。
本実施形態に係る潤滑剤組成物は、下記一般式２の分子構造を有するとともに、下記一般式２中（Ａ）のみ、または（Ａ）および（Ｂ）の両方を含んでなる添加剤４（図２参照）を含んでいる。なお、下記一般式２は、前述した一般式１と同じものであり、一般式２中の（Ａ）、（Ｂ）、Ｒ、Ｈ、ｙ、Ｃなどの定義も前述した一般式１と同じであるので、説明を省略する。
【００４３】
【化４】
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【００４４】
本実施形態に係る潤滑剤組成物は、一般式２で示される分子構造を有する添加剤４を含んでいるので、前述したメカニズムによって摺動面の少なくとも一部に岩塩型の結晶構造を有する金属炭化物の表面処理層２を備えている摺動部材１の摩擦係数を低減し、耐摩耗性を向上させることができる。
【００４５】
（効果）
以上に説明した本実施形態に係る摺動部材１は、硬質な岩塩型の結晶構造（ＭＣ１−ｘ型の結晶構造）を有する金属炭化物の表面処理層２をその摺動面に有している。そして、本実施形態に係る摺動部材１は、当該金属炭化物の表面処理層２への吸着性能が高い前記一般式１に示される添加剤４を含んだ潤滑剤５を用いている。そのため、本実施形態に係る摺動部材１は、摩擦係数が低減し、耐摩耗性が向上する。従って、本実施形態に係る摺動部材１は、摺動部品全体での耐久性向上、寿命延長、メンテナンスサイクルの延長、過酷環境への対応化、小型化などの効果が得られる。
また、本実施形態に係る潤滑剤組成物は、前記一般式２に示される添加剤４を含んでいるので、摺動部材１の摩擦係数を低減し、耐摩耗性を向上できる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例により、本発明の具体例を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
本実施例では、ＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の表面処理層における、潤滑剤に配合される添加剤の吸着エネルギーと、結果として得られる摩擦係数、耐摩耗性を示す。
基材の表面を覆うＭＣ１−ｘ型の金属炭化物の表面処理層として、炭化チタン（ＴｉＣ）の表面処理層を例示した。潤滑剤を構成するベースオイルとして、粘度グレード（ＶＧ）が１００のポリアルファオレフィン合成油を用いた。そして、潤滑剤が配合する添加剤として、前記一般式１（すなわち、前記一般式２）で示される添加剤を用いた３つの実施例と、これらの実施例とは異なる添加剤を用いた２つの比較例および添加剤を用いない１つの比較例とを用意した。
【００４８】
実施例１の添加剤は、前記一般式１で示される添加剤の分子構造において、（Ａ）として酸素、（Ｂ）としてアミノ基を有するオレイルアミドである。実施例２の添加剤は、前記一般式１で示される添加剤の分子構造において、（Ａ）としてアミノ基を有するオレイルアミンである。実施例３の添加剤は、前記一般式１で示される添加剤の分子構造において、（Ａ）として水酸基を有するオレイルアルコールである。
比較例１と２の添加剤は、従来のエンジン油や作動油などで摩擦調整剤、極圧剤、油性剤などとして用いられてきた、ジチオカルバミン酸モリブデンおよびオレイン酸であり、前記一般式１で示される分子構造を有さない添加剤である。なお、比較例１のジチオカルバミン酸モリブデンは、特許文献１に記載された表面処理に対する効果が確認された添加剤である。
比較例３は、摩擦調整剤、極圧剤、油性剤などの添加剤を含まないベースオイルのみの例である。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
（１）添加剤の吸着エネルギー
はじめに、第一原理に基づく密度汎関数理論（ＤＦＴ）手法により、ＴｉＣの表面に対する添加剤の吸着エネルギー（吸着しやすさ）を検討した。当該検討は、オープンソースのＱｕａｎｔｕｍ  Ｅｓｐｒｅｓｓｏを用いた。吸着エネルギーが負に大きいほど添加剤が吸着しやすく、吸着しやすい添加剤ほど金属炭化物の表面処理層から脱離しにくくなるので、摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上効果を得ることができる。検討にあたって、汎関数として「ＧＧＡ−ＰＢＥ」を用い、また、平面波基底関数を用いた。ここで、ＧＧＡ−ＰＢＥは、Perdew、Burke、Ernzerhofにより提案されたＧＧＡ（一般化勾配近似）である。また、エネルギー収束閾値を１０−５Ｈａ（ハートリー）とした。ＴｉＣの表面として、表面エネルギーが最も小さく、露出面積が最大となるＴｉＣ（１００）面を用いた。
【００５１】
このようにして検討した結果を図３に示す。図３は、実施例１〜３および比較例１、２に用いた添加剤のＴｉＣ（１００）表面に対する吸着エネルギーの計算結果を示すグラフである。なお、図３において、添加剤を含まない比較例３は図示していない。図３に示すように、比較例１、２に比べ、実施例１〜３の添加剤は全て負側に大きな吸着エネルギーを示しており、ＴｉＣ（１００）面に対して、相対的に強い吸着状態をつくることがわかった。従って、実施例１〜３の添加剤は、ＴｉＣ（１００）面から脱離を起こしにくく、摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上効果を得ることができることがわかった。また、実施例１〜３の中で、前記一般式１で示された添加剤の分子構造において、（Ａ）と（Ｂ）の両方に官能基を有した実施例１のオレイルアミドが最も負側に大きな吸着エネルギーを示すことが確認された。従って、前記一般式１で示された分子構造において、（Ａ）と（Ｂ）両方に官能基を有する添加剤は、より一層の摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上効果を有することがわかった。
【００５２】
（２）ブロックオンリング摩擦試験
本発明で提供する摺動部材において、金属炭化物の表面処理層を形成した摺動部材に対する潤滑剤の効果を検証するため、ブロックオンリング摩擦試験を行った。図４は、ブロックオンリング摩擦試験の概要を説明する模式図である。ブロックオンリング摩擦試験におけるリング１０（相手材）の材質はＳＵＪ２すべり軸受け鋼であり、直径３５ｍｍ×幅８．７ｍｍのサイズとした。ブロック２０（摺動部材）の材質はＳ４８Ｃ炭素鋼であり、６．３ｍｍ×１６．６ｍｍ×９．８ｍｍのサイズとした。
ブロック２０の表面には、ＰＶＤ法により、約３μｍの膜厚をもったＴｉＣ膜（すなわち、金属炭化物の表面処理層）がコートされている。なお、実施例１〜３および比較例１〜３に用いたブロック２０のＴｉＣ膜のビッカース硬さをＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に準じて測定したところ、いずれも約３０００Ｈｖであった。また、Ｘ線回折によるＴｉＣ膜の表面配向の分析の結果、（１００）面の露出率が最大であることがわかっている。
前記した実施例１〜３および比較例１〜３を潤滑剤５としてそれぞれ用いた。
ブロックオンリング摩擦試験における荷重は１９０Ｎ（ヘルツの最大接触圧は２９０ＭＰａ）、回転速度は２０００ｒｐｍ（すべり速度は３．７ｍ／ｓ）とした。
【００５３】
図５にブロックオンリング摩擦試験の結果を示す。なお、ＴｉＣ膜が摩耗して基材が露出する（摩滅）までに要した時間は、摩擦係数の急激な上昇を伴う焼付きが発生した時間とし、比較例３のベースオイルのみを潤滑剤に用いた場合の摩滅に要した時間で規格化している（比較例３を基準とする相対値としている）。摩滅に要した時間が長いほど、耐摩耗性が高いといえる。
【００５４】
図５の左側の縦軸および棒グラフで示すように、添加剤を配合せずベースオイルのみの比較例３に比べて、添加剤を配合した実施例１〜３および比較例１、２は、ＴｉＣ膜の摩滅に要した時間が長くなっている。また、図５の右側の縦軸および◇のプロットで示すように、比較例３に比べて、実施例１〜３および比較例１、２は、定常摩擦係数が低くなっている。従って、実施例１〜３および比較例１、２は、比較例３と比べて小さな摩擦係数と、高い耐摩耗性を示していることがわかった。また、前記一般式１で示される分子構造を有する実施例１〜３は、前記一般式１で示される分子構造を有さない比較例１、２よりも小さな摩擦係数と高い耐摩耗性を示していることがわかった。このことから、本発明で提供する前記一般式１で示される分子構造を有する添加剤は、ＴｉＣ膜（金属炭化物の表面処理層）が形成された摺動部材の摩擦係数を低減し、耐摩耗性を向上できることがわかった。さらに、実施例１〜３の中で、前記一般式１で示される分子構造を有する添加剤において、（Ａ）と（Ｂ）の両方に官能基を有する実施例１のオレイルアミドが最も摩擦係数が小さく、また、最も耐摩耗性が高いことがわかった。つまり、前記一般式１で示される分子構造において、（Ａ）と（Ｂ）の両方に官能基を有する添加剤は、より一層の摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上効果を有することがわかった。
【００５５】
（３）金属炭化物の濃度の傾斜構造とブロックオンリング摩擦試験
前記（２）においてＰＶＤ法で形成したＴｉＣ膜の代わりに以下のようにしてＴｉＣ膜を形成することで、摺動部材の基材中に、表面処理層から連続的に金属炭化物の体積濃度が減少する傾斜構造を形成させ、ブロックオンリング摩擦試験を行った。
【００５６】
Ｔｉの微粒子（粒子径が１〜５０μｍの範囲のもの）を１０質量％含有するメタノール溶液を調製し、鉄鋼材（Ｓ４８Ｃ炭素鋼）に大気中で塗布した。次いで、メタノールを蒸発乾燥させ、浸炭炉に挿入した。浸炭炉内を１Ｐａまで真空排気後、Ａｒで置換し、炉内の雰囲気を清浄化した。次いで、１０℃／ｍｉｎの速度で１０００℃以上に加熱し、１ｈ保持後、アセチレンガスを導入した。なお、アセチレンガスの導入により表面のＴｉおよび鉄鋼材の表面から拡散したＴｉの一部を炭化させ、ＭＣ１−ｘ型の結晶構造を有するＴｉＣ膜（金属炭化物の表面処理層）を形成した。
【００５７】
そして、前記（２）と同様にしてブロックオンリング摩擦試験を行い、ＴｉＣ膜の摩滅に要した時間を測定した。
その結果、金属炭化物の濃度に傾斜構造をもたせた実施例（当該実施例を「実施例４」という）における摩滅に要した時間は実施例１よりも長くなった。つまり、実施例４の耐摩耗性はさらに向上した。このことから、摺動部材は、摺動部材の基材と表面処理層との間で明確な境界のない傾斜構造とすることで密着性をさらに向上でき、長時間の摺動によって下地が露出することによる焼付きをより抑制できることが確認された。
【００５８】
（４）まとめ
以上に説明した吸着エネルギーの計算およびブロックオンリング摩擦試験の結果から、本発明の実施形態・実施例における摺動部材および潤滑剤組成物は、摺動部材の表面に形成された金属炭化物の表面処理層の表面に対し、潤滑剤中の添加剤が強く吸着することが確認された。そのため、本発明の実施形態・実施例における摺動部材および潤滑剤組成物は、摩擦係数を低減したり、耐摩耗性を向上できる。従って、本発明の実施形態・実施例における摺動部材および潤滑剤組成物は、自動車や建設機械、鉄道車両、風力発電のナセルなど摺動部材を有する機械システムの耐久性の向上、寿命の延長、メンテナンスサイクルの延長などを図ることができる。
【００５９】
以上、本発明に係る摺動部材および潤滑剤組成物について、実施形態および実施例によって詳細に説明したが本発明の主旨はこれに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１      摺動部材
１ａ    基材
２      表面処理層
３      添加剤
４      分散層
５      潤滑剤
【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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