(57)【要約】      （修正有）【課題】油中での抵抗を低減することができる油中抵抗低減部材を提供する。【解決手段】油中抵抗低減部材１０のリブレット表面２における溝は、三角形の断面形状を有し、当該溝の谷部には、多孔質材料１の孔内に含浸された高分子フッ素オイルが染み出して高分子フッ素オイルの層３が形成されており、当該高分子フッ素オイルの層３がＡＴＦ等の油４と接触している。多孔質材料１を構成する基材粒子５の表面すなわち多孔質材料１の孔表面にフッ素膜６が形成されており、隣接する複数の基材粒子５によって形成される多孔質材料１の孔内には高分子フッ素オイル３’が含浸されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の溝が並設されたリブレット表面を有する多孔質材料と、前記多孔質材料の孔表面に形成されたフッ素膜とを含み、高分子フッ素オイルが前記多孔質材料の孔内に含浸されたことを特徴とする、油中抵抗低減部材。
【請求項２】
前記溝の断面形状が三角形であることを特徴とする、請求項１に記載の油中抵抗低減部材。
【請求項３】
前記三角形の頂角に相当する谷部の角度が６０°以下であることを特徴とする、請求項２に記載の油中抵抗低減部材。
【請求項４】
前記溝の谷部に前記高分子フッ素オイルの層が形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の油中抵抗低減部材。
【請求項５】
前記フッ素膜がフッ素単分子膜であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の油中抵抗低減部材。
【請求項６】
前記油中抵抗低減部材が回転部材であって、該回転部材の外周面に円周方向に沿って前記複数の溝が並設されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の油中抵抗低減部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油中抵抗低減部材に関し、特にはトランスミッションオイルやエンジンオイル中での抵抗を低減するための油中抵抗低減部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）やエンジンオイル等の中で使用される回転体（例えばシャフト）などの部材は、その使用時において攪拌抵抗（乱流摩擦）や引きずり抵抗（粘性抵抗）を受けることが一般に知られている。このような抵抗に起因する動力損失は非常に大きいため、これらの抵抗を低減することができれば、車両燃費を大幅に改善することが可能である。
【０００３】
自動車用のＡＴＦやエンジンオイル中で使用される部材と異なる技術分野においては、例えば、流体中での抵抗を低減するために又は他の目的で、以下に記載されるような様々な部材が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、物体表面に、直線を折り曲げたジグザグ状の微細溝（ジグザグリブレット）を密接に配列させて乱流摩擦抵抗を低減する表面が記載されている。また、特許文献１では、流体として水を流した試験において、このようなジグザグリブレット面によれば、従来の直線状リブレット面と比較して、乱流摩擦抵抗を大幅に低減することができると記載されている。
【０００５】
特許文献２では、空隙と該空隙を形成する骨格とが三次元網目状に連結された共連続構造を有するモノリス構造体からなり、前記骨格の表面に細孔が形成され、前記空隙の内部に液状またはゲル状の撥水性充填材が充填されていることを特徴とする撥水性構造体が記載され、さらに上記撥水性充填材としてフッ素を含有するフッ素系撥水性充填材の使用が記載されている。
【０００６】
特許文献３では、空気や水等の流体を流入させる管本体と、管本体内面に、管本体の内面形状に合わせた形状に湾曲した状態で固定された柔軟性を有するシート体とを備え、シート体の内面には、流体の摩擦抵抗を減少させるよう、流体の流入方向に沿って延びる複数の凸状部が設けられていることを特徴とする流体用流入管が記載され、さらに上記シート体の凸状部の断面形状として三角形が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６６８１６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０９５０９号公報
【特許文献３】特開２０００−０９７２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、上記のとおり、流体として水を流した試験において、ジグザグ状の微細溝を密接に配列させた表面が乱流摩擦抵抗の低減に有効であることが記載されているものの、このような表面が油に対しても同様に有効であることについては何ら具体的には示されていない。仮に特許文献１に記載の構成をＡＴＦやエンジンオイル中で使用される部材に適用した場合に乱流摩擦抵抗が低減されたとしても、これらのオイルは水に比べて非常に低い表面自由エネルギーを有するため、ジグザグ状の微細溝を密接に配列させた表面がこれらのオイルによって比較的容易に濡れてしまうと考えられる。この場合には、部材表面が当該オイルによって引きずり抵抗（粘性抵抗）を受け、結果として抵抗低減の効果を十分に得ることができない。
【０００９】
特許文献２において記載されるような三次元網目状構造体は比較的強度が弱く、それゆえ強度部品として使用するには必ずしも適していない。また、特許文献２に記載の撥水性構造体では、モノリス構造体の空隙内部に撥水性の液体等が充填されているが、エンジン等の高速回転下では、攪拌応力や回転抵抗を受けるため、このような撥水性の液体は空隙内に留まれずに流動及び飛散してしまうものと考えられる。したがって、仮に特許文献２に記載の撥水性構造体をＡＴＦやエンジンオイル中で使用したとしても、油中抵抗を低減させることは非常に困難である。
【００１０】
また、仮に特許文献３に記載の構成をＡＴＦやエンジンオイル中で使用される部材に適用した場合に、複数の凸状部によって攪拌抵抗（乱流摩擦）が低減されたとしても、これらのオイルは水に比べて非常に低い表面自由エネルギーを有するため、このような凸状部がこれらのオイルによって比較的容易に濡れてしまうと考えられる。この場合には、部材表面が当該オイルによって引きずり抵抗（粘性抵抗）を受け、結果として抵抗低減の効果を十分に得ることができない。
【００１１】
そこで、本発明は、新規な構成により、油中での抵抗、例えば攪拌抵抗及び引きずり抵抗を低減することができる油中抵抗低減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】
【００１２】
上記課題を解決する本発明は下記のとおりである。
（１）複数の溝が並設されたリブレット表面を有する多孔質材料と、前記多孔質材料の孔表面に形成されたフッ素膜とを含み、高分子フッ素オイルが前記多孔質材料の孔内に含浸されたことを特徴とする、油中抵抗低減部材。
（２）前記溝の断面形状が三角形であることを特徴とする、上記（１）に記載の油中抵抗低減部材。
（３）前記三角形の頂角に相当する谷部の角度が６０°以下であることを特徴とする、上記（２）に記載の油中抵抗低減部材。
（４）前記溝の谷部に前記高分子フッ素オイルの層が形成されたことを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の油中抵抗低減部材。
（５）前記フッ素膜がフッ素単分子膜であることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の油中抵抗低減部材。
（６）前記油中抵抗低減部材が回転部材であって、該回転部材の外周面に円周方向に沿って前記複数の溝が並設されたことを特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の油中抵抗低減部材。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の溝が並設されたリブレット表面を有する多孔質材料の孔表面にフッ素膜を形成し、さらに当該多孔質材料の孔内に高分子フッ素オイルを含浸した部材を使用することで、攪拌抵抗と引きずり抵抗の両方を確実に低減することができるので、単に複数の溝が並設されたリブレット表面を有する従来の部材を使用した場合と比較して、油中抵抗を顕著に低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による油中抵抗低減部材の１つの実施態様を示す模式図である。
【図２】ＡＴＦ中で本発明による油中抵抗低減部材を使用した場合の状態を示す模式図である。
【図３】固体表面上の液滴における力のつり合いを示す模式図である。
【図４】ＡＴＦ中で、フッ素膜を含まない部材を使用した場合の状態を示す模式図である。
【図５】実施例１並びに比較例１及び２の部材に関するモーター回転数と回転トルクの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜油中抵抗低減部材＞
本発明の油中抵抗低減部材は、複数の溝が並設されたリブレット表面を有する多孔質材料と、前記多孔質材料の孔表面に形成されたフッ素膜とを含み、高分子フッ素オイルが前記多孔質材料の孔内に含浸されたことを特徴としている。
【００１６】
流体と部材との間で相対的な運動がある場合に、例えば、当該部材の表面に等ピッチのリブレットを設けることで攪拌時の乱流を整流化させる効果、すなわち攪拌抵抗（乱流摩擦）を低減させる効果が得られることが一般に知られている。
【００１７】
しかしながら、当該流体が自動車において使用されるトランスミッションオイル、例えばオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）や、エンジンオイル等である場合には、これらのオイルは水等の流体と比較して、非常に低い表面自由エネルギーを有するため、これらのオイルによって部材表面が比較的容易に濡れてしまうことになる。この場合には、当該部材表面がオイルによって引きずり抵抗（粘性抵抗）を受けるため、全体として油中抵抗を十分に低減することができないという問題がある。
【００１８】
本発明者らは、複数の溝が並設されたリブレット表面を有する多孔質材料の孔表面にフッ素膜を形成し、さらに当該多孔質材料の孔内に高分子フッ素オイルを含浸した部材を使用することで、単に複数の溝が並設されたリブレット表面を有する従来の部材を使用した場合と比較して、油中抵抗を大きく低減することができることを見出した。
【００１９】
図１は、本発明による油中抵抗低減部材の１つの実施態様を示す模式図である。具体的には、図１（ａ）は、本発明による油中抵抗低減部材１０を示し、図１（ｂ）は、油中抵抗低減部材１０を構成する多孔質材料１のリブレット表面２を拡大した模式断面図を示し、図１（ｃ）は当該リブレット表面２をさらに拡大した模式図を示す。
【００２０】
図１（ａ）を参照すると、油中抵抗低減部材１０は、多孔質部材１から構成されるシャフト等の回転部材であり、当該回転部材の外周面にはその円周方向に沿って複数の溝が並設されており、それによってリブレット表面２が形成されている。
【００２１】
次に、図１（ｂ）を参照すると、リブレット表面２における溝は、三角形の断面形状を有し、当該溝の谷部には、多孔質材料１の孔内に含浸された高分子フッ素オイルが染み出して高分子フッ素オイルの層３が形成されており、当該高分子フッ素オイルの層３がＡＴＦ等の油４と接触している。次に、図１（ｃ）を参照すると、多孔質材料１を構成する基材粒子５の表面すなわち多孔質材料１の孔表面にフッ素膜６が形成されており、隣接する複数の基材粒子５によって形成される多孔質材料１の孔内には高分子フッ素オイル３’が含浸されている。
【００２２】
何ら特定の理論に束縛されることを意図するものではないが、上記の構成を有する油中抵抗低減部材１０によれば、多孔質材料１の孔表面に形成されたフッ素膜６（表面自由エネルギー：約１２〜２０Ｎｍ／ｍ）上に高分子フッ素オイル３’（表面自由エネルギー：約１７．７Ｎｍ／ｍ）が安定して存在することができるものと考えられる。したがって、この油中抵抗低減部材１０をＡＴＦ（表面自由エネルギー：約３５Ｎｍ／ｍ）などのオイル中で使用した場合には、オイルが当該高分子フッ素オイル３’上を混ざることなく滑ることによって当該オイルの濡れによる引きずり抵抗を大きく低減することができるものと考えられる。
【００２３】
さらに、上記の構成を有する油中抵抗低減部材１０によれば、その外周面に設けられた複数の溝２から構成されるリブレット表面２によって攪拌抵抗（乱流摩擦）を低減させることが可能である。したがって、当該油中抵抗低減部材１０によれば、攪拌抵抗と引きずり抵抗の両方を確実に低減することができるので、従来の部材と比較して、全体として油中抵抗を顕著に低減することが可能となる。
【００２４】
一方で、例えば、多孔質材料１の孔表面にフッ素膜６を形成せずに当該多孔質材料１の孔内に高分子フッ素オイル３’を直接的に導入した場合には、多孔質材料１（金属材料、例えば鉄、有機材料及び無機材料の表面自由エネルギー：約２０００Ｎｍ／ｍ以上）は、高分子フッ素オイル３’よりも表面自由エネルギーの高い油、例えばＡＴＦによって濡れやすくなる。この場合には、多孔質材料１上でＡＴＦの選択吸着が生じ、すなわちＡＴＦの方が高分子フッ素オイル３’よりも選択的に多孔質材料１上に吸着してしまうと考えられる。その結果として、多孔質材料１上で高分子フッ素オイル３’とＡＴＦが入れ替わってしまうため、油中抵抗低減部材１０はＡＴＦによって引きずり抵抗を受けることになる。以下、図２〜４を参照しながら詳しく説明する。
【００２５】
図２は、ＡＴＦ中で本発明による油中抵抗低減部材を使用した場合の状態を示す模式図である。図２を参照すると、本発明による油中抵抗低減部材では、多孔質材料１の孔表面にフッ素膜６が形成され、さらに当該フッ素膜６上に高分子フッ素オイルの層３が形成されている。そして、この高分子フッ素オイルの層３の表面がＡＴＦ７と接触している。
【００２６】
一般に、固体表面上の液滴は、図３に示すようにある接触角θを以って静止し、そして固体及び液体の表面エネルギーをそれぞれγs及びγLとし、固液界面の界面エネルギーをγSLとすると、以下のヤングの式（１）が成立することが知られている。
γSL＝γS−γL・ｃｏｓθ          （１）
ここで、一般的には、γSLの値が小さくなるほど、ｃｏｓθの値が大きくなり、すなわち接触角θの値が小さくなり、それゆえ液体が固体表面に安定して存在しやすくなる。
【００２７】
これに関連して、図２に示す本発明による油中抵抗低減部材では、フッ素膜６のγSは約１２〜２０Ｎｍ／ｍ、高分子フッ素オイルの層３のγLは約１７．７Ｎｍ／ｍ、そしてＡＴＦ７のγLは約３５Ｎｍ／ｍであることから、フッ素膜６とＡＴＦ７の間の固液界面エネルギーγSL（Ａ）とフッ素膜６と高分子フッ素オイルの層３の間の固液界面エネルギーγSL（Ｂ）の関係は、γSL（Ａ）＞γSL（Ｂ）となる。この場合、高分子フッ素オイルの層３は、ＡＴＦ７と比較してフッ素膜６上で安定して存在することができる。それゆえ、本発明による油中抵抗低減部材１０では、ＡＴＦ７が高分子フッ素オイルの層３上を混ざることなく滑ることによって当該ＡＴＦ７の濡れによる引きずり抵抗を大きく低減することが可能となる。
【００２８】
一方で、図４は、ＡＴＦ中で、フッ素膜を含まない部材を使用した場合の状態を示す模式図である。具体的には、図４（ａ）は、ＡＴＦと接触させる前の当該部材の状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、ＡＴＦと接触させた後の当該部材の状態を示す模式図である。この部材では、図２の本発明による油中抵抗低減部材とは異なり、多孔質材料１の孔表面にフッ素膜６を形成せずに直接的に高分子フッ素オイルの層３が形成されている。
【００２９】
図４に示す部材をＡＴＦ中で使用した場合を考慮すると、多孔質材料１のγSは約２０００Ｎｍ／ｍ以上、高分子フッ素オイルの層３のγLは約１７．７Ｎｍ／ｍ、そしてＡＴＦ７のγLは約３５Ｎｍ／ｍであることから、多孔質材料１とＡＴＦ７の間の固液界面エネルギーγSL（Ａ）と多孔質材料１と高分子フッ素オイルの層３の間の固液界面エネルギーγSL（Ｂ）の関係は、γSL（Ａ）＜γSL（Ｂ）となる。
【００３０】
この場合には、ＡＴＦ７が高分子フッ素オイルの層３と比較して多孔質材料１上で安定して存在することができ、言い換えると多孔質材料１は高分子フッ素オイル３’よりもＡＴＦ７と濡れやすくなる。その結果として、多孔質材料１上でＡＴＦ７の選択吸着が生じ、すなわち図４（ｂ）に示すように多孔質材料１上で高分子フッ素オイルの層３とＡＴＦ７が入れ替わってしまうため、多孔質材料１はＡＴＦ７によって引きずり抵抗を受けることになり、抵抗低減の効果を十分に得ることができない。
【００３１】
［多孔質材料］
本発明によれば、多孔質材料としては、多孔性を有する任意の金属材料、有機材料及び／又は無機材料を使用することができ、特に限定されないが、好ましくは鉄系焼結材を使用することができる。
【００３２】
［リブレット表面］
本発明によれば、上記の多孔質材料は、複数の溝が並設されたリブレット表面を有する。このようなリブレット表面は、一般にリブレット表面を構成するものとして当業者に公知の任意の断面形状を有する溝によって構成することが可能である。特に限定されないが、例えば、このようなリブレット表面は、三角形、半円形、Ｕ字形等の断面形状を有する溝によって構成することができ、好ましくは三角形の断面形状を有する溝によって構成することができる。
【００３３】
上記のような溝、特には三角形の断面形状を有する溝の谷部では、流体の流れ、具体的にはＡＴＦやエンジンオイルなどのオイルの流れは谷の深い部分ほど低流速となる。これは、例えば、海面上に大きな波があっても、海底にはそれが必ずしも伝わらないことと同じである。したがって、このような低流速部の液体、特には高分子フッ素オイルは、エンジン等の高速回転下においても持ち去られにくくなる。一方で、本発明の好ましい態様によれば、図１（ｂ）に示すように、リブレット表面２における溝は三角形の断面形状を有し、当該溝の谷部には、多孔質材料１の孔内に含浸された高分子フッ素オイル３’が染み出して高分子フッ素オイルの層３が形成されている。回転時に働くＡＴＦ等のオイルの流体力は上記のとおり溝の底部では非常に低くなるため、高分子フッ素オイルの層３は安定して溝の谷部に留まることができ、結果としてＡＴＦ等のオイルの濡れによる引きずり抵抗を大きく低減することができる。
【００３４】
例えば、リブレット表面における溝が三角形の断面形状を有する場合に、当該三角形の頂角に相当する谷部の角度は６０°以下であることが好ましい。このような形状の溝をリブレット表面に適用することで、溝の谷部に存在する高分子フッ素オイルの層を、例えば高速回転等のような使用環境下においても安定してその場所に留まらせることができ、その結果としてより高い引きずり抵抗の低減効果を達成することが可能となる。
【００３５】
［フッ素膜］
本発明によれば、フッ素膜としては、任意のフッ素含有膜であってよく、特に限定されないが、例えばフッ素単分子膜を挙げることができる。
【００３６】
［用途］
本発明の油中抵抗低減部材は、例えば、内燃機関のトランスミッション回転軸面やギヤ側面、及びカムシャフト軸面などに使用することができ、それによってオイルの濡れによる引きずり抵抗を顕著に低減することが可能である。なお、本明細書では、本発明の油中抵抗低減部材を回転部材として使用した場合について詳しく説明したが、本発明の油中抵抗低減部材は必ずしもこのような回転部材には限定されず、油との間で相対的な運動がある任意の部材に関して適用することが可能である。
【００３７】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
［実施例１］
トランスミッションのドライブピニオン（リアデフ）の一部をモデル化したφ４２ｍｍ及び長さ２５ｍｍの円柱試験片（孔径３０μｍ以下、含油率２０ｖｏｌ％）を鉄系焼結材によって作製し、その外周面に円周方向に沿ってピッチ０．５ｍｍ及び深さ０．８ｍｍの連続溝（三角形の断面形状）からなるリブレット表面を切削加工により形成した。
【００３９】
次に、この溝付き円柱にフッ素単分子形成用液体を真空含浸させ、次いで１２０℃で１時間乾燥することによりフッ素単分子膜を形成した。次いで、当該円柱に高分子フッ素オイル（ダイキン工業（株）製デムナム）を真空含浸することにより、本発明による油中抵抗低減部材を得た。なお、三角形断面の溝底部に高分子フッ素オイルの染み出しによって高分子フッ素オイルの層が形成されていることを確認した。
【００４０】
［比較例１］
実施例１における溝及びフッ素単分子膜のない円柱試験片を比較例１の部材としてそのまま使用した。
【００４１】
［比較例２］
フッ素単分子膜を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の部材を作製した。
【００４２】
［評価］
半径方向のクリアランス２ｍｍ以内にデフオイル（ＪＷＳ２２７２）を循環しながら、回転数０〜１００００ｒｐｍ及び油温５２±３℃の条件下においてモーターを回転させ、各回転数における回転トルクを計測した。その結果を図５に示す。
【００４３】
図５は、実施例１並びに比較例１及び２の部材に関するモーター回転数と回転トルクの関係を示すグラフである。図５を参照すると、表面に溝を設けた比較例２の部材では、比較例１の溝なし部材と比較して各モーター回転数において回転トルクが減少し、それゆえ部材表面に溝を設けることで油中抵抗が低減されることを確認した。このような抵抗の低減は、比較例２の部材においては、オイル循環によって通常、部材表面で発生する攪拌乱流が連続溝からなるリブレット表面によって整流化され、それゆえ攪拌抵抗が低減されたことに起因すると考えられる。一方で、本発明の油中抵抗低減部材では、溝のみを設けた比較例２の部材と比較して、さらに大きなトルク低減効果すなわち油中での抵抗低減効果を達成することができた。
【００４４】
［効果の検証］
本発明の油中抵抗低減部材による効果を以下の方法によって検証した。
【００４５】
直径５０ｃｍの金属円盤とフッ素単分子膜を形成した金属円盤を作製し、円盤を縦回転できる透明ケース内に入れ、ケースのクリアランス１０ｍｍ内に高分子フッ素オイル（ダイキン工業（株）製デムナム）とデフオイル（ＪＷＳ２２７２）を等量にして円盤が半分以下に浸漬されるよう封入した。これを油温２５℃及び回転数５０ｒｐｍでモーター駆動により回転させた。その結果、回転中の浸漬外の円盤面はデフオイルの選択吸着によって赤色を呈したが、フッ素単分子膜を形成した円盤面では高分子フッ素オイル（透明）の選択吸着によってデフオイルは金属面から流れ、それゆえ当該金属面は透明であった。
【００４６】
上記の結果から、デフオイルと高分子フッ素オイルの共存下では表面自由エネルギーの差によって選択吸着が発生し、この選択吸着によってフッ素単分子膜を形成した金属面では高分子フッ素オイルの方がデフオイルに対して選択的に吸着することがわかった。また、当該デフオイルのほかにも、ＡＴＦやエンジンオイル等も同等の表面自由エネルギーを有するため、同様の結果になることを確認した。
【００４７】
以上から、図５で示された本発明の油中抵抗低減部材による効果は、リブレット表面によって得られる整流作用に加え、当該リブレット表面の溝底部に形成された高分子フッ素オイルの層が回転中に離脱することなく存在することで、当該高分子フッ素オイルの層上をデフオイルが混ざることなく滑り、その結果として当該デフオイルの濡れによる引きずり抵抗が低減したことに起因するものと考えられる。
【符号の説明】
【００４８】
１    多孔質材料
２    リブレット表面
３    高分子フッ素オイルの層
３’    高分子フッ素オイル
４    油
５    基材粒子
６    フッ素膜
１０    油中抵抗低減部材
【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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