(57)【要約】【課題】本発明は、摩擦初期の摩擦損失が低減された摺動部材を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、鉄基材と、前記鉄基材の表面に形成された金属不活性被膜とを備える摺動部材であって、前記金属不活性被膜がベンゾトリアゾール系化合物を含み、前記金属不活性被膜の厚さが２μｍ〜５μｍである、摺動部材に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基材と、前記鉄基材の表面に形成された金属不活性被膜とを備える摺動部材であって、前記金属不活性被膜がベンゾトリアゾール系化合物を含み、前記金属不活性被膜の厚さが２μｍ〜５μｍである、摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車では、エンジン、トランスミッション等の様々な機器に摺動部材が用いられている。摺動部材には、近年の燃費向上の観点から摩擦損失の低減が求められている。
【０００３】
摺動部材の摩擦損失の低減のために、従来、低粘度な潤滑油の添加剤成分を用いることや、摺動部材の低摩擦化が行われてきた。また、特許文献１に開示されるような、潤滑油膜形成能力が向上する油穴（ディンプル）を設けて摩擦損失を低減する技術も知られている。
【０００４】
潤滑油を用いる場合、耐摩耗及び／又は低摩擦効果を有する添加剤を含有する潤滑油を用いて潤滑性を改善することにより、摺動部材の摩擦損失を低減することができる。例えば、ギヤの場合、潤滑油を用いて潤滑性を改善することにより、ギヤ歯面の摩擦時に発生する噛合い損失力を小さくし、焼付きや異常摩耗の発生による歯面の損傷を回避することができる。
【０００５】
ここで、鉄等の金属製摺動部材の場合、摩擦初期においては、表面粗さ突起部での微小摩耗が進むことにより表面粗さが低減する、いわゆるなじみ効果により摩擦損失が低減されるが、一般に、潤滑油中の添加剤は極性を有しており、摩擦初期に添加剤が摺動部材の活性な摺動面に吸着すると、表面に保護膜を形成し、金属表面のなじみ効果による摩擦損失の低減が阻害されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−５７７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の通り、従来の摺動部材においては、摩擦初期において、潤滑油中の添加剤の作用により、金属表面の表面粗さの低減が抑制され、摩擦損失の低減が阻害されることがあった。それ故、本発明は、摩擦初期の摩擦損失が低減された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】
【０００８】
本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、鉄基材の表面にベンゾトリアゾール系化合物を含む金属不活性被膜を形成することにより、摩擦初期において、潤滑油中の添加剤が基材の摺動面に吸着することを抑制することができ、摩擦損失が低減されることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）鉄基材と、前記鉄基材の表面に形成された金属不活性被膜とを備える摺動部材であって、前記金属不活性被膜がベンゾトリアゾール系化合物を含み、前記金属不活性被膜の厚さが２μｍ〜５μｍである、摺動部材。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、摩擦初期の摩擦損失が低減された摺動部材を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、鉄基材の表面に金属不活性被膜が形成された摺動部材に関する。よって、本発明の摺動部材は、鉄基材と、該鉄基材の表面に形成された金属不活性被膜とを備える。本発明の摺動部材において、金属不活性被膜は鉄基材の摺動面に形成されている。
【００１３】
摺動部材は、相対移動し得る摺動面を有する機械部品を意味し、具体的には、動弁系を構成するカム、バルブリフタ（例えば、摺動面がカムとの接触面）、フォロワ、シム、バルブ、バルブガイド、シリンダライナー、ピストン（例えば、摺動面がピストンスカート）、ピストンリング、ピストンピン、クランクシャフト、ギヤ、ロータ、ロータハウジング、ポンプ等が挙げられる。本発明の摺動部材は、自動車のトランスミッションやディファレンシャルギヤに使用されている駆動力伝達用ギヤに好適に利用される。
【００１４】
鉄基材の表面粗さＲｚＪＩＳは、通常１．５μｍ〜５．０μｍであり、好ましくは１．５μｍ〜３．０μｍである。鉄基材の表面粗さＲｚＪＩＳがこの範囲内であると、金属不活性被膜の厚さが本発明の所定の範囲内である場合に、摩擦初期の摩擦損失低減効果が得られる。表面粗さＲｚＪＩＳは、表面粗さ測定器（例：株式会社ミツトヨ製）により測定することができる。
【００１５】
金属不活性被膜はベンゾトリアゾール系化合物を含む。ベンゾトリアゾール系化合物は、金属に配位してキレート化合物を形成することにより、該金属を不活性化させることができる。よって、金属不活性被膜は鉄基材の活性を低下させることができる。本発明の摺動部材は、ベンゾトリアゾール系化合物を含む金属不活性被膜を鉄基材の摺動面に有することにより、摩擦初期に、潤滑油中の添加剤が鉄基材表面に吸着して鉄基材表面の保護膜を形成することを阻害することができる。その結果、摩擦初期において、鉄基材の表面粗さの低減をなじみ効果により促進し、摩擦損失を低減することができる。
【００１６】
ベンゾトリアゾール系化合物としては、ベンゾトリアゾール、及びこれを油溶性又は水溶性にしたものを用いることができる。ベンゾトリアゾール系化合物としては、特に限定されずに、例えば、１，２，３−ベンゾトリアゾール、１−［Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）アミノメチル］ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、１−［Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）アミノメチル］メチルベンゾトリアゾール、２，２’−［［（メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イル）メチル］イミノ］ビスエタノール及び１，２，３−ベンゾトリアゾールナトリウム塩等を用いることができ、これらの中でも１，２，３−ベンゾトリアゾールが好ましい。１，２，３−ベンゾトリアゾールは以下の構造を有する。ベンゾトリアゾール系化合物としては、例えば、城北化学工業社製のＢＴ−１２０（１，２，３−ベンゾトリアゾール）を用いることができる。ベンゾトリアゾール系化合物は、１種を用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【化１】
2022000585.tif 000002
【００１７】
金属不活性被膜中のベンゾトリアゾール系化合物の含有量は、金属不活性被膜に対して、通常３０質量％〜１００質量％であり、好ましくは３０質量％〜８０質量％であり、より好ましくは５０質量％〜８０質量％である。ベンゾトリアゾール系化合物の含有量がこの範囲内であると、摩擦初期において、潤滑油中の添加剤の鉄基材の摺動面への吸着を十分に抑制することができる。
【００１８】
金属不活性被膜は、ベンゾトリアゾール系化合物に加えて、任意の他の成分を含んでいてもよい。このような他の成分としては、例えば、ナトリウム、ボロン等が挙げられる。金属不活性被膜中の他の成分の含有量は、通常、１０質量％以下であり、好ましくは５質量％以下である。好ましい実施形態において、金属不活性被膜は、他の成分を含まず、ベンゾトリアゾール系化合物からなる。
【００１９】
金属不活性被膜の厚さは、２μｍ〜５μｍである。金属不活性被膜の厚さは、オージェ分析により測定することができ、任意の３点の厚さの平均値である。金属不活性被膜の厚さが２μｍ以上であると、鉄基材表面の表面粗さを金属不活性被膜で十分に被覆することができるため、被膜が十分な金属不活性効果を有し、潤滑油中の添加剤が鉄基材の摺動面に吸着することを抑制することができる。また、金属不活性被膜の厚さが５μｍ以下であると、摺動面の表面粗さが短時間で露出するため、表面粗さを低減する効果が摩擦初期に得られる。本発明の摩擦損失低減効果を得るための金属不活性被膜の厚さは、鉄基材の表面粗さと関連があり、使用する鉄基材の表面粗さに応じて適宜設定することができる。
【００２０】
金属不活性被膜の厚さと鉄基材の表面粗さＲｚＪＩＳとの比率（被膜の厚さ（μｍ）／表面粗さＲｚＪＩＳ（μｍ））は、好ましくは１〜３であり、より好ましくは１〜２．５である。前記の比率がこの範囲内であると、鉄基材の表面粗さを十分に被覆することができ、表面粗さが露出するまでの時間も十分に短くなるので、摩擦初期における高い摩擦損失低減効果が得られる。
【００２１】
金属不活性被膜は、例えば、鉄基材の摺動面となる表面をベンゾトリアゾール系化合物で処理することによって形成することができる。この処理は、例えば、鉄基材の表面をベンゾトリアゾール系化合物溶液に浸漬し、これを焼成することにより行うことができる。ベンゾトリアゾール系化合物溶液は、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物を加熱して液状化することや、有機溶媒や水等の溶媒に溶解することにより調製することができる。ベンゾトリアゾール系化合物溶液中への鉄基材の浸漬時間を変更することにより、金属不活性被膜の厚さを所望の厚さに調整することができる。焼成条件は、通常、１００℃〜１２０℃で１１０分〜１３０分である。
【００２２】
本発明の摺動部材は潤滑油存在下で摺動する。本発明の摺動部材が相手材と摺動する時、相対移動し得る摺動面の少なくとも１つの摺動面に金属不活性被膜が形成していれば、本発明の摩擦初期の摩擦損失低減効果が得られる。すなわち、相対移動し得る一対の摺動部材の少なくとも一方に本発明の摺動部材を用いることにより、本発明の効果が得られる。また、相対移動し得る一対の摺動部材の両方に本発明の摺動部材を用いることもでき、この場合、さらなる摩擦損失低減効果が得られる。
【００２３】
潤滑油としては、当業者には公知の一般的な潤滑油を用いることができ、特に限定されずに、例えば、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッションオイル）、ＣＶＴＦ（無段変速機オイル）、ギヤ油等の駆動系油、ガソリン、軽油等の燃料油、エンジン油等が挙げられる。潤滑油は、耐摩耗及び／又は低摩擦効果を有する添加剤を含有するものが好ましい。このような添加剤としては、モリブデン化合物、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、硫化オレフィン等が挙げられる。
【００２４】
本発明の摺動部材においては、鉄基材表面上の金属不活性被膜により、摩擦初期には、潤滑油中の添加剤の作用を抑制することで積極的に金属表面のなじみ効果を促進して摩擦損失を低減することができ、また、金属不活性被膜の摩滅後においては、活性な鉄基材表面と潤滑油中の添加剤との相互作用により耐摩耗性や低摩擦化が達成される。このように、本発明の摺動部材は、摩擦初期の金属表面のなじみ効果による摩擦損失の低減と、その後の潤滑油の作用による摩擦損失の低減を両立することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２６】
実施例１〜２及び比較例１〜３のギヤを作製し、ギヤ単体効率試験にて損失トルクを評価した。
【００２７】
実施例１
１，２，３−ベンゾトリアゾール（城北化学工業社製、ＢＴ−１２０）を１００℃で加熱して液状化し、その溶液中に鉄製のギヤを１５分間浸漬させ、ギヤ表面に１，２，３−ベンゾトリアゾールが付着するようにした。その後、オーブン内で、１１０℃で１２０分間焼成して、ギヤの表面に厚さ２μｍのベンゾトリアゾール被膜を形成した。
【００２８】
実施例２
ベンゾトリアゾール溶液中へのギヤの浸漬時間を３０分に変更した以外は実施例１と同様にして、ギヤの表面に厚さ５μｍのベンゾトリアゾール被膜を形成した。
【００２９】
比較例１
ベンゾトリアゾール溶液中へのギヤの浸漬時間を１０分に変更した以外は実施例１と同様にして、ギヤの表面に厚さ１μｍのベンゾトリアゾール被膜を形成した。
【００３０】
比較例２
ベンゾトリアゾール溶液中へのギヤの浸漬時間を６０分に変更した以外は実施例１と同様にして、ギヤの表面に厚さ７μｍのベンゾトリアゾール被膜を形成した。
【００３１】
比較例３
比較例３として、ベンゾトリアゾール溶液による処理を行っていない、ベンゾトリアゾール被膜無しのギヤを用いた。
【００３２】
実施例１〜２及び比較例１〜３のギヤを用いて、ギヤ単体での損失トルク試験を行った。試験条件は、１６００ｃｃエンジン車両用のマニュアルトランスミッションのギヤを用い、ギヤ単体試験機にて入力トルクに対する出力トルクの差で損失トルクを評価した。損失トルク目標値は１Ｎ・ｍ以下であった。試験条件は、２０００ｒｐｍで５０Ｎ・ｍ、油温４０℃、試験時間５０時間とした。潤滑油は、市販メーカー純正油のＡＴＦ（トヨタ純正  ＷＳ）を用いた。損失トルクの測定タイミングは、１０時間時点と５０時間時点の２つとした。１０時間時点の損失トルクは摩擦初期のなじみ効果（表面粗さ低減効果）に関し、５０時間時点の損失トルクは、被膜が摩滅し、活性な鉄地面が露出した後における、潤滑油の添加剤との相互作用（摩耗防止や低摩擦化効果）に関する。実施例１〜２及び比較例１〜３のギヤの仕様と、損失トルク試験結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2022000585.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、実施例１〜２のギヤは、損失トルクの値が摩擦初期（１０時間時点）から非常に小さく、摩擦初期において表面粗さが十分に低減されていた。また、その後の５０時間時点における潤滑油の添加剤との相互作用についても、摩擦初期の表面粗さ低減効果とほぼ比例した効果が得られており、摩擦初期のなじみ性を向上することにより、潤滑油の添加剤作用を引き続き有効化することができることも確認された。
【００３５】
実施例１〜２と比較例１〜２の比較により、金属不活性被膜であるベンゾトリアゾール被膜の厚さが２μｍ〜５μｍの範囲内であると、１０時間時点及び５０時間時点のいずれにおいても損失トルクが有意に低下し、摩擦初期及びその後の摩擦損失が有意に低減することが示された。本発明において、高い摩擦損失低減効果が得られる被膜の厚さの範囲は、下地である鉄基材の表面粗さと関連していると考えられる。具体的には、比較例１のように被膜の厚さが薄すぎると、鉄基材の表面粗さ以下の膜厚しかないため、鉄基材表面の表面粗さを被覆しきれず、鉄基材表面の金属突起部において不活性効果が不足する。一方、比較例２のように被膜の厚さが厚すぎると、表面粗さ以上の膜厚となるため、鉄基材表面の表面粗さが露出するまでの時間を要し、摩擦初期になじみ効果により表面粗さを低減する作用が妨げられる。これらに対し、実施例１及び２では、被膜の厚さが、鉄基材の表面粗さの被覆及び表面粗さが露出するまでの時間のいずれについても好ましい範囲であり、高い摩擦損失低減効果が達成された。