(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒｈを含むダイヤモンドライクカーボン膜を摺動面に備え、前記Ｒｈは２００ｎｍ以下の大きさを有するクラスターの状態でダイヤモンドライクカーボン膜中に分散している、有機モリブデン含有潤滑剤を用いた摺動のための摺動部材。
【請求項２】
ダイヤモンドライクカーボン膜がＲｈを０．２５〜１０ａｔ％含む、請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
ダイヤモンドライクカーボン膜が水素を０〜３５ａｔ％含む、請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
潤滑剤が有機モリブデン化合物を５０〜１５００ｐｐｍ含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動部材。
【請求項５】
Ｒｈを含むダイヤモンドライクカーボン膜を摺動面に備え、前記Ｒｈは２００ｎｍ以下の大きさを有するクラスターの状態でダイヤモンドライクカーボン膜中に分散している摺動部材と、該摺動面に供給される有機モリブデン含有潤滑剤とからなる、摺動部材と潤滑剤との組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
有機モリブデン含有潤滑剤の存在下における摺動特性、特に摩擦特性および耐摩耗性に優れた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車において、エンジン、トランスミッションなど様々な機器に摺動部材が用いられており、そのような摺動部材の摺動特性を向上させるために様々な開発がされている。摺動部材の摩擦係数を低減させることは自動車の燃費の向上にも繋がるので、特に重要視されている。近年、摩擦係数の低減化、耐摩耗性の向上を図るべく、摺動部材の表面のコーティング技術として、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜、非晶質炭素膜とも称される）を被覆する技術が注目されている。そして、優れた摺動特性を得るべく、ダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法に様々な改良が試みられている。
【０００３】
例えば特許文献１〜３には、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）を含有するＤＬＣ膜が開示されている。特許文献４には、斜板式コンプレッサーの斜板の摺動面に水素を含有するＤＬＣ膜を形成すること、およびＤＬＣ膜にケイ素や窒素を含有させたり、そのような斜板に二硫化モリブデン皮膜などを形成したりすることにより良好な摺動特性が得られることが開示されている。特許文献５には、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）の少なくとも１種とモリブデン（Ｍｏ）および／またはタングステン（Ｗ）と硫黄（Ｓ）とを含むＤＬＣ膜を備えた摺動部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１１６７４９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１６７５０号公報
【特許文献３】特開昭６２−１１６７５１号公報
【特許文献４】特開２００１−２８０２３６号公報
【特許文献５】特開２００７−１７７３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
摺動部材は潤滑剤の存在下で摺動されることが多く、潤滑剤としてはモリブデンジチオカーバメートなどの有機モリブデン化合物を添加剤として含有するものが知られている。そのような潤滑剤を使用すると、モリブデン化合物層が摺動部材の表面に形成されて摩擦が低減される。しかし、ＤＬＣ膜を備えた摺動部材に有機モリブデン化合物が添加された潤滑剤を用いた場合、摺動部材の表面を酸化させてしまい、耐摩耗性および耐焼き付き性を低下させてしまうという問題がある。
【０００６】
近年、自動車エンジン部品の高出力および高回転に伴う高性能化が著しい。エンジンで使用される摺動部品においては、摺動部材単独の性能向上では限界があり、摺動部材と潤滑剤の最適な組み合わせにより優れた摺動特性を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、白金（Ｐｔ）およびロジウム（Ｒｈ）の少なくとも一種を含むＤＬＣ膜を摺動面に形成することにより、有機モリブデン含有潤滑剤を用いた摺動において摩擦特性および耐摩耗性に優れた摺動部材が得られることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）ＰｔおよびＲｈの少なくとも一種である金属を含むダイヤモンドライクカーボン膜を摺動面に備えた、有機モリブデン含有潤滑剤を用いた摺動のための摺動部材。
（２）ダイヤモンドライクカーボン膜が前記金属を０．２５〜１０ａｔ％含む、（１）に記載の摺動部材。
（３）ダイヤモンドライクカーボン膜が水素を０〜３５ａｔ％含む、（１）または（２）に記載の摺動部材。
（４）潤滑剤が有機モリブデン化合物を５０〜１５００ｐｐｍ含む、（１）〜（３）のいずれかに記載の摺動部材。
（５）前記金属が２００ｎｍ以下の大きさを有するクラスターの状態でダイヤモンドライクカーボン膜中に分散している、（１）〜（４）のいずれかに記載の摺動部材。
（６）ＰｔおよびＲｈの少なくとも一種である金属を含むダイヤモンドライクカーボン膜を摺動面に備えた摺動部材と、該摺動面に供給される有機モリブデン含有潤滑剤とからなる、摺動部材と潤滑剤との組み合わせ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の摺動部材は、ＤＬＣ膜がＰｔおよびＲｈの少なくとも一種を含むことにより、有機モリブデン化合物由来成分に起因するＤＬＣ膜の酸化を抑制することができる。従って、本発明の摺動部材は、有機モリブデン含有潤滑剤を用いた摺動において摺動特性、特に摩擦特性および耐摩耗性に優れている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明において、摺動部材とは摺動部分を有する機械部品を意味し、具体的には、湿式クラッチ、エンジンのピストン、ギヤ、スプライン、すべり軸受、動弁系部品などが挙げられる。本発明の摺動部材は、有機モリブデン含有潤滑剤中を用いた湿式条件で摺動させることを意図したものである。本発明の摺動部材は、内燃機関用シリンダボアとピストンリング、あるいは燃料噴射部品のシリンダとピストン形式の摺動部に用いるのに特に適している。
【００１０】
本発明の摺動部材の基材は、各種装置の摺動部品であれば形状等に特に限定はなく、金属系基材、セラミックス系基材、樹脂系基材などいずれであってもよいが、金属製であることが好ましい。基材を構成する金属としては、鋳鉄、鋼、アルミニウムに加えてＣｕ、Ｍｇ、Ｚｎなどを含むアルミニウム合金、銅に加えてＺｎ、Ａｌ、Ｓｎなどを含む銅合金などが好ましい。
【００１１】
本発明の摺動部材は、摺動面にＰｔおよびＲｈの少なくとも一種を含むＤＬＣ膜を備えていることを特徴とする。ＤＬＣ膜はＰｔとＲｈの一方のみ、あるいはＰｔとＲｈの両方を含有していてもよい。ＰｔおよびＲｈの少なくとも一種を含むＤＬＣ膜を摺動面に有する摺動部材は、有機モリブデン含有潤滑剤の存在下で用いられた場合であっても、ＤＬＣ膜の最表面に非常に薄いＰｔまたはＲｈの膜が形成され、それが有機モリブデン化合物に由来して生じる三酸化モリブデンのＤＬＣ膜との反応を抑制することにより、ＤＬＣ膜の酸化などによる劣化が発生しにくいものと考えられる。そのため、本発明の摺動部材においては、有機モリブデン含有潤滑剤を用いた場合でも優れた摺動特性、特に摩擦特性および耐摩耗性が得られる。従って、本発明はＰｔおよびＲｈの少なくとも一種である金属を含むＤＬＣ膜を摺動面に備えた摺動部材と、該摺動面に供給される有機モリブデン含有潤滑剤とからなる、摺動部材と潤滑剤との組み合わせにも関する。
【００１２】
ＰｔおよびＲｈの少なくとも一種である金属のＤＬＣ膜における含有量は、原子百分率（ａｔ％）で０．２５〜１０ａｔ％、特に０．３〜９ａｔ％の範囲であることが好ましい。ここで、原子百分率は、材料中における（この場合、ＤＬＣ膜における）組成元素の原子数基準での百分率を意味する。金属の含有量が多すぎるとＤＬＣ膜の硬度と強度が低下し、かつ摺動特性も低下する。一方、金属の含有量が少なすぎると金属の添加による摺動特性の向上効果がみられないが、上記の範囲であればそのようなことがない。
【００１３】
本発明の摺動部材におけるＤＬＣ膜において、ＰｔおよびＲｈの少なくとも一種である金属は、クラスターの状態で膜中に分散している。クラスターの大きさは２００ｎｍ以下、特に１５０ｎｍ以下、とりわけ１００ｎｍ以下であることが好ましい。クラスターの大きさがそのような範囲であれば、ＤＬＣ膜の硬度および強度が低下することがない。
【００１４】
ＤＬＣ膜は、さらに水素（Ｈ）を含有していてもよい。水素を含むＤＬＣ膜を摺動面に有する摺動部材は、特に低摩擦性である。ＤＬＣ膜における水素量は、原子百分率（ａｔ％）で０〜３５ａｔ％、特に５〜２５ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００１５】
ＤＬＣ膜は公知のＣＶＤ法（化学気相成長法）またはＰＶＤ法（物理気相成長法）、例えばプラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などにより形成することができる。本発明の摺動部材におけるＤＬＣ膜は、例えば、物理的作用により固体の原料を蒸気化することで基材の表面に皮膜を形成するＰＶＤ法、特にＰｔまたはＲｈからなる金属ターゲットと炭素ターゲットにアルゴンなどの不活性ガスを電界で加速して照射することによりターゲット表面の原子や分子を放出させるスパッタリング法で形成することができる。その際に、不活性ガスと共に、原料ガスとしてメタン、アセチレンなどの炭化水素ガスを導入し、放電により炭化水素ガスを分解することにより、水素を含有するＤＬＣ膜を形成することもできる。
【００１６】
本発明の摺動部材に用いる有機モリブデン含有潤滑剤は、有機モリブデン化合物を質量基準で５０〜１５００ｐｐｍ、特に２００〜１２００ｐｐｍ含むものであることが好ましい。有機モリブデン化合物の含有量が少なすぎると摩擦係数の低下効果があまりみられず、一方、多すぎても摩擦係数の低下が飽和する（一定の値以下には下がらない）上に有機モリブデン化合物の分散に問題が生じるが、上記の範囲であればそのような問題が生じない。
【００１７】
有機モリブデン含有潤滑剤に含まれる有機モリブデン化合物としては、モリブデンジチオカーバメート（ＭｏＤＴＣ）や、モリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）、モリブデンアミンコンプレックスなどが挙げられるが、なかでもＭｏＤＴＣやＭｏＤＴＰが好ましい。
【００１８】
ＭｏＤＴＣとしては、硫化モリブデンジアルキルジチオカーバメートや硫化オキシモリブデンジアルキルジチオカーバメートが好ましい。これらの有機モリブデン化合物において、アルキル基は炭素数４〜１８の分岐又は直鎖のアルキル基が好ましく、具体的にはブチル基、２−エチルヘキシル基、イソトリデシル基、ステアリル基などが好ましい。１分子中に存在するアルキル基は、同一であって異なっていてもよい。
【００１９】
ＭｏＤＴＰとしては、硫化モリブデンジアルキルジチオホスフェート、硫化オキシモリブデンジアルキルジチオホスフェートが好ましい。これらの有機モリブデン化合物において、アルキル基は炭素数４〜１８の分岐又は直鎖のアルキル基が好ましく、具体的にはブチル基、２−エチルヘキシル基、イソトリデシル基、ステアリル基などが好ましい。１分子中に存在するアルキル基は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００２０】
有機モリブデン含有潤滑剤は、摩擦調節剤としての有機モリブデン化合物に加えて、通常のエンジンオイルに用いられる添加剤、例えば酸化防止剤、清浄分散剤、粘度指数向上剤、防錆剤、消泡剤、油性向上剤、極圧添加剤などを含んでいてもよい。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、焼入れ品、表面硬さＨｖ５００）の棒材より１６ｍｍ×６ｍｍ×１０ｍｍのサイコロ試験片（表面粗さ０．１μｍＲａ）を作製した。このサイコロ試験片の１６ｍｍ×６ｍｍ面に、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法（一個のグラファイトターゲットと一個のＰｔターゲット、フローガス：メタン５％含有アルゴン、バイアス電圧：グラファイト側１００Ｖ、Ｐｔ側８０Ｖ、温度１００℃）を用いて厚さ１．５μｍのＤＬＣ膜を形成した。形成されたＰｔ含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１２μｍＲａ、硬さがＨｖ２０００、Ｐｔ量が４ａｔ％、Ｐｔのクラスターの大きさが５０ｎｍ、水素量が１０ａｔ％であった。
【００２３】
一方、相手摺動部材として、ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ）を用いて外径３５ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１０ｍｍの円筒試験片を製作した（表面粗さ０．２μｍＲａ、表面硬さＨｖ３８０）。
【００２４】
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成面と円筒試験片の外周面とを接触させ、オイル（ＳＡＥ５Ｗ−３０、ＭｏＤＴＣ７００ｐｐｍ含有、油温８０℃）を供給しながら、荷重６０ｋｇｆ、回転数１６０ｒｐｍにて、円筒試験片を３０分間回転させる摩耗試験を行った。サイコロ試験片の摩耗量を摩耗痕深さとして、円筒試験片の摩耗量を摩耗重量として、それぞれ測定した。また、３０分後の摩擦係数を測定した。
【００２５】
（実施例２）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜におけるＰｔ量を０．２ａｔ％、０．３ａｔ％、９ａｔ％、１２ａｔ％とした以外は、実施例１と同様にした。
【００２６】
（比較例１）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成時にＰｔターゲットを用いない以外は実施例１と同様にした。形成された添加金属非含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１２μｍＲａ、硬さがＨｖ２１００、水素量が１０ａｔ％であった。
【００２７】
実施例１および２、ならびに比較例１で得られたデータを表１にまとめた。ＤＬＣ膜におけるＰｔの添加量が０．３ａｔ％、４ａｔ％、９ａｔ％である場合に、特に摩耗が少なく、かつ摩擦係数も低いという結果が得られた。
【００２８】
【表１】
0005712919.tif 000002
【００２９】
（実施例３）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成時に、Ｐｔターゲットに替えてＲｈターゲットを用いた以外は実施例１と同様にした。形成されたＲｈ含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１２μｍＲａ、硬さがＨｖ１８００、Ｒｈ量が４ａｔ％、Ｒｈのクラスターの大きさが８０ｎｍ、水素量が１２ａｔ％であった。
【００３０】
（実施例４）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜におけるＲｈ量を０．２ａｔ％、０．３ａｔ％、９ａｔ％、１２ａｔ％とした以外は、実施例３と同様にした。
【００３１】
実施例３および４、ならびに比較例１で得られたデータを表２にまとめた。Ｐｔに替えてＲｈを用いた場合も、Ｐｔを用いた場合と同等の結果が得られた。
【００３２】
【表２】
0005712919.tif 000003
【００３３】
（比較例２）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成時に、Ｐｔターゲットに替えてＭｏターゲットを用いた以外は実施例１と同様にした。形成されたＭｏ含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１２μｍＲａ、硬さがＨｖ１８５０、Ｍｏ量が４ａｔ％、Ｍｏのクラスターの大きさが７０ｎｍ、水素量が１１ａｔ％であった。
【００３４】
（比較例３）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成時に、Ｐｔターゲットに替えてＷターゲットを用いた以外は実施例１と同様にした。形成されたＷ含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１２μｍＲａ、硬さがＨｖ１９００、Ｗ量が４．５ａｔ％、Ｗのクラスターの大きさが７０ｎｍ、水素量が１０ａｔ％であった。
【００３５】
（比較例４）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成時に、Ｐｔターゲットに替えてＶターゲットを用いた以外は実施例１と同様にした。形成されたＶ含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１１μｍＲａ、硬さがＨｖ１８００、Ｖ量が４ａｔ％、Ｖのクラスターの大きさが８０ｎｍ、水素量が１１ａｔ％であった。
【００３６】
（比較例５）
サイコロ試験片のＤＬＣ膜形成時に、Ｐｔターゲットに替えてＴｉターゲットを用いた以外は実施例１と同様にした。形成されたＴｉ含有ＤＬＣ膜は、表面粗さが０．１３μｍＲａ、硬さがＨｖ１９００、Ｔｉ量が４ａｔ％、Ｔｉのクラスターの大きさが１００ｎｍ、水素量が１２ａｔ％であった。
【００３７】
比較例１〜５で得られたデータを実施例１および３のデータと共に表３にまとめた。Ｐｔに替えてＭｏ、Ｗ、ＶまたはＴｉを用いた場合、摩擦係数は若干低下したものの、サイコロ試験片摩耗量に関しては、むしろ添加金属非含有のものよりも増加した。
【００３８】
【表３】
0005712919.tif 000004