(57)【要約】【課題】低コストでありながら、機械要素を構成する摺動部品または転動部品等の寿命を損なわない金属表面を得るべく、耐荷重性を向上し、長期にわたり摩擦係数を低減させ得る金属の潤滑表面処理方法、および、かかる良好な潤滑表面を有する潤滑性金属部材を提供すること。【解決手段】金属２の表面に化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う第一の工程と、該第一の工程により金属２の表面に形成された皮膜を化学的に除去する処理を行う第二の工程と、さらに露出した金属２表面に潤滑層４を形成する第三の工程からなることを特徴とする金属の潤滑表面処理方法、および、当該方法により得られた潤滑表面を有する潤滑性金属部材である。【選択図】  図１
2004323913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の表面に化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う第一の工程と、該第一の工程により金属の表面に形成された皮膜を化学的に除去する処理を行う第二の工程と、さらに露出した金属表面に潤滑層を形成する第三の工程からなることを特徴とする金属の潤滑表面処理方法。
【請求項２】
前記金属が、鉄系、亜鉛系、マグネシウム系およびアルミニウム系からなる群より選ばれる１つの金属であり、前記第一の工程が、鉄イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、銅イオンおよびマンガンイオンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンとリン酸イオンとを少なくとも含有し、かつ、ｐＨが１〜５の範囲である水溶液と接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項３】
前記金属が、チタン系またはアルミニウム系であり、前記第一の工程が、少なくともフッ素化合物イオンおよびアルカリ金属イオンを含有する酸性水溶液と接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項４】
前記金属が、両性金属であり、前記第一の工程が、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、クロム酸イオン、バナジウム酸イオンおよび鉄イオンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンまたは金属酸イオンを含有するアルカリ性水溶液に接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項５】
前記金属が、ステンレス系の材料であり、前記第一の工程が、少なくともシュウ酸イオンとフッ素化合物イオンとを含有する水溶液に接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項６】
前記第二の工程が、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、重クロム酸、過マンガン酸、過硫酸および塩素酸からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸を含有する酸性水溶液に接触させることにより、前記第一の工程で形成された皮膜を除去する処理を行う工程であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項７】
前記第二の工程が、少なくともアルカリ金属水酸化物を含有するアルカリ性水溶液に接触させることにより、前記第一の工程で形成された皮膜を除去する処理を行う工程であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項８】
前記第一の工程、および／または、前記第二の工程が、電解法を用いて行われることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項９】
前記第三の工程が、固体潤滑剤を塗装することにより潤滑層を形成する塗装操作を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１０】
前記固体潤滑剤が、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項９に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１１】
前記第三の工程が、前記塗装操作に先立ち、薄膜系塗装下地処理を施す前処理操作を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１２】
前記薄膜系塗装下地処理が、リン酸塩処理、クロメート処理、シランカップリング処理、ジルコニウム酸化物処理およびバナジウム酸化物処理からなる群より選ばれる１種、または、２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１３】
前記金属が、鉄系またはアルミニウム系の材料であり、前記第三の工程が、リン酸塩処理、モリブデン酸処理、タングステン酸処理、チオモリブデン酸処理およびチオタングステン酸処理からなる群より選ばれる１種の処理、または、２種以上の処理を組み合わせて行う工程であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１４】
前記金属が鉄系の材料であり、前記第三の工程が、リン酸マンガン処理を行う工程であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１５】
前記第二の工程後で第三の工程前における前記金属の表面の十点平均粗さＲｚが、１．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１に記載の金属の潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面を有することを特徴とする潤滑性金属部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械要素の相互間における運動部分を構成する、金属部材等に必要な摺動潤滑性または転動潤滑性を付与するための金属の潤滑表面処理方法、および該潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面を有する潤滑性金属部材に関する。
【０００２】
より具体的には、ギア、ベアリング、カム、シム、シリンダー、ピストンなど、二つ以上の金属部材が接触し、摺動および／または転動するそれぞれの金属表面に適用するのに適した金属の潤滑表面処理方法、および該潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面を有する潤滑性金属部材に関する。
【０００３】
【従来の技術】
【非特許文献１】
川口純著、「エンジンに用いられる表面処理技術」、「表面技術」，Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．８、表面技術協会、１９９８，ｐ．８０５〜８１１
【非特許文献２】
田中章浩著、「最近のＤＬＣ膜・ダイヤモンド膜の作製技術およびそれら被膜の諸特性」、トライボロジスト、Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１１、日本トライボロジー学会、２００２，ｐ．８０２〜８０８
【非特許文献３】
加納眞著、「エンジンしゅう動部品へのＤＬＣコーティングの適用課題」、トライボロジスト、Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１１、日本トライボロジー学会、２００２，ｐ．８１５〜８２０
【０００４】
機械要素の相互間における運動部分では、それが摺動機構であれ転動機構であれ、二つの部品間の界面において必ず動的接触すなわち摩擦が起こる。そして、摩擦による発熱は、前記機械要素を含む機械ないしその一部の機構（以下、これらを広く「機械」と称する。）のエネルギー効率を低下させ、延いては機械要素を構成する部品の表面を損耗して、機械の寿命短縮を招く。これらの対策として、潤滑油や気体（空気）などの流体を介在させて微視的に部品間を非接触にしたり、接触しても実用的な寿命を得るために、部品自身に硬い材料を用いたり、あるいは部品の材料表面を改質して硬くしたり、さらに部品の表面に潤滑性固体層を形成させたりすることが行われている。
【０００５】
特に、部品の表面に潤滑性固体層を形成させる方法に注目すると、鉄鋼材料表面にリン酸マンガン処理を施す技術（例えば、非特許文献１参照。）や、鉄鋼材料を含めて種々の金属材料表面に固体潤滑塗装を施す技術が挙げられ、従来、これら技術による方法が適宜行われてきた。しかし、これらの方法による潤滑性固体層は、比較的軽荷重の用途を除いて、経時により損耗して消失する場合が多い。
【０００６】
一般に、このような機械部品の表面仕上げ精度は高ければ高いほどよいが、コストとの兼ね合いで、ある程度の表面粗度を許容せざるを得ない。無処理の状態でこれらの部品を摺動または転動させると、初期の段階では部品の表面の微視的な突起部分が当たりあって高摩擦係数を示し、突起部分が損耗してフラットな表面ができあがると摩擦係数が低めに安定する。このような現象は、一般に「初期なじみ（Ｒｕｎｎｉｎｇ  ｉｎ）」と称される。部品の表面に既述の潤滑性固体層を形成するのは、金属−金属間接触（前記突起部分の衝突）を妨げながら自身が損耗することにより、初期なじみの過程を速やかかつスムーズに進行させることが、その大きな目的であった。
【０００７】
特に、機械要素の相互間における運動部分での荷重が高く、過酷な条件の場合、部品表面が無処理のままでは、初期なじみ過程が終了する前に凝着が起きたり、その過程での発熱により部品が損傷したり、潤滑油を劣化させることがあるので、既述の潤滑性固体層の形成には、それなりの効果が認められている。
【０００８】
一方、昨今の地球温暖化の原因の一つである炭酸ガス排出の問題から、このような機械製品（特に輸送機関連）の効率アップ、すなわち摩擦係数の低減がより強く叫ばれるようになった。
【０００９】
単に摩擦係数を下げるだけなら、流体潤滑領域においては潤滑油の粘度を下げる方法があるが、過度の粘度低下は、「流体潤滑」→「混合潤滑」→「境界潤滑」へと移行を伴い、部品の寿命を著しく損なう結果となる。また、強度と潤滑性とを兼ね備えた被覆材料として、ドライプロセスによるＤＬＣ（ダイヤモンド  ライク  カーボン）等の形成が挙げられるが（例えば、非特許文献２および３参照。）、現段階では、その高コストが実用化を阻む原因となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、金属材料を対象に、低コストでありながら、機械要素を構成する摺動部品または転動部品等の寿命を損なわない金属表面を得るべく、耐荷重性を向上し、長期にわたり摩擦係数を低減させ得る金属の潤滑表面処理方法、および、かかる良好な潤滑表面を有する潤滑性金属部材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、一般に初期なじみ過程の終了と同時にほとんど損耗してしまう潤滑層が、初期なじみ過程終了後にもできるだけ長期間残存するような表面構造について鋭意検討した。その結果、素材金属表面に敢えて凹凸構造を形成した後、潤滑層を形成するのがもっとも効果的との結論を得た。
【００１２】
すなわち、本発明の金属の潤滑表面処理方法は、金属の表面に化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う第一の工程と、該第一の工程により金属の表面に形成された皮膜を化学的に除去する処理を行う第二の工程と、さらに露出した金属表面に潤滑層を形成する第三の工程からなることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、まず、潤滑表面処理を施す対象となる前記金属（以下、「対象金属部材」という場合がある。）の表面に、第一の工程で化学エッチングを伴う皮膜形成処理により皮膜を形成し、第二の工程でそれを化学的に除去することで、適切な凹凸が効率的に得られる。通常の化学エッチング処理で得られる金属表面は、微視的には滑らかな凹凸形状となっているが、これに比して、本発明の方法において第二の工程までの操作により得られる金属表面には、微細で、特に凹部分の深さがある凹凸形状が形成され、本発明の目的により適したものとなる。
【００１４】
また、化学薬剤との接触を利用したものであるため、接液部分は一様に処理されることから、対象金属部材の形状依存性をなくすことができ、その結果量産性に優れ、製造コストを大幅に低減することができる。
そして、そのように形成された凹凸表面に潤滑層を形成することで、得られる金属部材の潤滑表面は、初期は勿論のこと、初期なじみ過程終了後においても、プラトーな凸部分と潤滑層が残存した凹部分とが形成され、その後の摺動または転動に伴い潤滑層の成分が少しずつ供給されるようになる。そのため、耐荷重性が高く、長期にわたり摩擦係数が低減された潤滑表面が形成される。
【００１５】
前記第一の工程で規定される「化学エッチングを伴う皮膜処理」とは、対象金属部材をエッチングする化学成分を少なくとも含有する処理液に、該金属部材を接触させたとき、該金属部材がエッチングすることによる表面近傍の化学種の濃度変化（ｐＨの変動、溶解金属イオンの濃縮）やイオン化傾向の違いにより、処理液中の成分が反応して、あるいは処理液中の成分と溶解金属イオンの双方が反応して、該金属部材表面に不溶性固体層を形成する処理のことをいう。
【００１６】
前記第一の工程における「化学エッチングを伴う皮膜処理」としては、上記条件を満たす処理であれば特に制限はない。前記第一の工程の具体的な態様としては、例えば、対象金属部材の材質により、下記（１−１）〜（１−４）の工程を好ましい態様として挙げることができる。
【００１７】
（１−１）  対象金属部材が、鉄系（本発明において「鉄系」という場合には、ステンレス系は含まないものとする。）、亜鉛系、マグネシウム系およびアルミニウム系からなる群より選ばれる１つの金属である場合には、鉄イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、銅イオンおよびマンガンイオンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンとリン酸イオンとを少なくとも含有し、かつ、ｐＨが１〜５の範囲である水溶液と接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程。
【００１８】
（１−２）  対象金属部材が、チタン系またはアルミニウム系である場合には、少なくともフッ素化合物イオンおよびアルカリ金属イオンを含有する酸性水溶液と接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程。
【００１９】
（１−３）  対象金属部材が、両性金属である場合には、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、クロム酸イオン、バナジウム酸イオンおよび鉄イオンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンまたは金属酸イオンを含有するアルカリ性水溶液に接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程。
【００２０】
（１−４）  対象金属部材が、ステンレス系の材料である場合には、少なくともシュウ酸イオンとフッ素化合物イオンとを含有する水溶液に接触させることにより、化学エッチングを伴う皮膜形成処理を行う工程。
【００２１】
また、前記第二の工程としては、前記第一の工程により形成された皮膜を化学的に除去する処理を行う工程であるが、処理自体が当該皮膜のみを除去し、金属の表面を侵さない処理でもよいが、処理自体が金属の表面をも侵してしまうような処理であっても、処理条件（時間、温度等）を適切に調整する事により、適用可能である。このとき、金属の表面をある程度侵してしまっても、所望とする表面状態が保持できている場合には、問題ない。
【００２２】
前記第二の工程の具体的な態様としては、例えば、下記（２−１）および（２−２）の工程を好ましい態様として挙げることができる。
（２−１）  塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、重クロム酸、過マンガン酸、過硫酸および塩素酸からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸を含有する酸性水溶液に接触させることにより、前記第一の工程で形成された皮膜を除去する処理を行う工程。
【００２３】
（２−２）  少なくともアルカリ金属水酸化物を含有するアルカリ性水溶液に接触させることにより、前記第一の工程で形成された皮膜を除去する処理を行う工程。
尚、前記第一の工程、および／または、前記第二の工程を、電解法を用いて行うことは、電圧、通電時間等の条件を適宜調整でき、所望の表面状態を得るためのコントロール性が高くなるため好ましい。
【００２４】
前記第三の工程としては、前記第二の工程における処理により、固相系の潤滑層が形成され得る処理であれば特に制限はない。前記第三の工程の具体的な態様としては、例えば、下記（３−１）、（３−２−ａ）および（３−２−ｂ）の工程を好ましい態様として挙げることができる。
【００２５】
（３−１）  固体潤滑剤を塗装することにより潤滑層を形成する塗装操作を含む態様。
この場合、上記固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２６】
また、当該塗装操作に先立ち、薄膜系塗装下地処理を施す前処理操作を含むことも好ましい。かかる薄膜系塗装下地処理としては、リン酸塩処理、クロメート処理、シランカップリング処理、ジルコニウム酸化物処理およびバナジウム酸化物処理からなる群より選ばれる１種、または、２種以上の組み合わせを挙げることができる。
【００２７】
（３−２−ａ）  前記金属が、鉄系またはアルミニウム系の材料である場合には、リン酸塩処理、モリブデン酸処理、タングステン酸処理、チオモリブデン酸処理およびチオタングステン酸処理からなる群より選ばれる１種の処理、または、２種以上の処理を組み合わせて行う態様。
（３−２−ｂ）  前記金属が鉄系の材料である場合には、リン酸マンガン処理を行う態様。
【００２８】
前記第二の工程後で第三の工程前における前記金属の表面の十点平均粗さＲｚとしては、１．５μｍ以上であることが好ましい。
一方、本発明の潤滑性金属部材は、上記本発明の金属の潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面を有することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の金属の潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面を有する本発明の潤滑性金属部材の作用・効果について説明する。
本発明の金属の潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面は、凹凸形状を有する表面に、該凹凸形状全体を覆うように固相系の潤滑層が形成された状態となっている。図１は、当該表面の凹凸形状を模式的に表す、潤滑性金属部材の表面近傍を示す部分拡大断面図である。図１に示されるように、対象金属部材２の表面には、微細な凹凸が形成され、その表面全体を覆うように潤滑層４が形成されている。
【００３０】
この潤滑性金属部材を、摺動機構あるいは転動機構の機械要素の運動部分とし、他の部材と潤滑層４が当接面（摺動あるいは転動面）となるようにして、摺動あるいは転動させて行くと、初期なじみ過程終了後には、図２に示されるように、プラトーな凸部分Ａと潤滑層４が残存した凹部分Ｂとが形成され、その後の摺動あるいは転動に伴い、潤滑層４を構成する潤滑剤が少しずつ摺動あるいは転動面に供給されるようになる。さらに、潤滑油などの流体潤滑下では、凹部分Ｂは、それらのトラップ（油だまり）ともなり、より好ましい結果が得られることが確認された。
【００３１】
このような表面凹凸形状は、機械的な方法で形成することもできるが、本発明では化学的な方法を用いることにより、凹部分が特に深く、目的により適した凹凸形状が実現できるようにしている。しかも、本発明においては、化学薬剤との接触を利用したものであるため、対象金属部材２の形状依存性をなくすことができる。その結果量産性に優れ、製造コストを大幅に低減することができる。
【００３２】
以下、本発明の金属の潤滑表面処理方法について詳細に説明し、併せて、該潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面を有する本発明の潤滑性金属部材について言及する。
＜１．対象となる金属等＞
本発明の金属の潤滑表面処理方法において、対象となる金属（対象金属部材の材質）は、皮膜形成を伴う化学エッチングが可能であれば特に限定されない。実用的には、鉄系、亜鉛系、アルミニウム系、マグネシウム系、チタニウム系、銅系およびニッケル系の金属材料が挙げられる。本発明は、これらの金属の基合金にも好ましく適用され、例えば鉄系材料といった場合には、ステンレスにも適用できる。また、これらの金属は他の材料表面上にメッキされているものでもかまわない。従って、本発明においては、「〜系」というときは、かかる金属自体の他、かかる金属を基合金とするもの、かかる金属がメッキされたもの、および、かかる金属を基合金とする材料がメッキされたものの全てを含む概念であり、例えば、「鉄系」というときは、鉄自体の他、炭素鋼、ステンレス鋼が含まれ、「亜鉛系」という場合は、亜鉛自体は勿論、亜鉛めっき鋼板や亜鉛−ニッケル合金でめっきされた鋼板などが含まれる。
【００３３】
本発明を適用する際には、予め対象となる金属表面の汚れ、特に油汚れや表面酸化膜などを除去しておくことが好ましい。例えば、油汚れは有機溶剤やアルカリ脱脂剤により洗浄し、表面酸化物などは対象金属部材の種類に応じて塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸のような各種の酸により酸洗しておくことが好ましい。勿論、この場合の酸洗は、本発明の第一の工程で目的とするエッチングを企図するものではなく、表面酸化物を除去して第一の工程における反応が順調に行われることが目的なので、表面に凹凸を形成する必要もなく、後述するように酸洗のみで所望の凹凸を形成することは極めて困難である。
【００３４】
＜２．第一の工程＞
本発明の金属の潤滑表面処理方法において、第一の工程は、対象となる金属表面に適切な凹凸構造を形成するため、効率的に化学エッチングすることを目的とする。一般に、鉄鋼のような金属表面を対象とする場合には酸性水溶液、またアルミニウムや亜鉛系材料のような両性金属を対象とする場合には酸性またはアルカリ性水溶液に、それぞれ接触させれば、化学エッチングすること自体は可能である。しかし、このような水溶液を用いた場合には本発明が目的とする適切な凹凸構造を得ることは困難であり、本発明では、この化学エッチングに伴って、金属表面に不溶性の皮膜が同時に形成されるような表面処理液（以下、皮膜処理液と称する場合がある）を用いることがポイントとなる。
【００３５】
特に本発明では、初期なじみ過程が終了した後の摺動面または転動面がプラトーであり、かつ該プラトーに、後述する潤滑層を構成する潤滑剤が埋め込まれる多数の孔の形成を企図しているので、孔は微細でかつ深くなくてはならない。単に、エッチングのみが起こるような表面処理液の組成では、なだらかな凹凸しか形成できないが、化学エッチングを伴う皮膜形成処理では、金属表面に適切な深い凹凸構造を容易に形成することができる。
【００３６】
図を用いて、本発明の金属の潤滑表面処理方法における第一の工程により、どのように金属の表面が粗面化されるかについて模式的に説明する。図３は、本発明による潤滑表面処理の対象となる金属（対象金属部材）の表面近傍の部分拡大断面図であり、図３における上面が当該金属部材の表面である。この金属表面に皮膜処理液が接触すると、微視的な局部アノード・カソード反応が起こる。局部アノード反応が起こる局部アノード部ではエッチングが起こり、金属部材が溶出し、局部カソード反応が起こる局部カソード部では皮膜処理液中の成分が反応して、あるいは皮膜処理液中の成分と溶出した素材金属イオンが反応して皮膜形成が起こるが、皮膜形成が行われた局部カソード部は不活性となってこれ以上エッチング反応が起こらない。
【００３７】
図４は、局部アノード・カソード反応が進行中の金属部材の表面近傍の部分拡大断面図である。本発明で規定されるような化学エッチングを伴う皮膜処理では、過剰なエッチングを防止しつつ、深い凹凸構造を得ることができる。そして、一般に図５に示すように、金属表面が皮膜により覆われた状態となった段階で、皮膜形成反応が終了する。勿論、本発明において得られた皮膜は、後述の第二の工程で除去されるため、皮膜形成反応は、終了まで継続する必要なはい。
【００３８】
本発明の第一の工程に用いることのできる皮膜処理液としては、対象金属部材に応じて選択すればよい。以下にその具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
（１−１）  対象金属部材が、鉄系、亜鉛系、マグネシウム系およびアルミニウム系からなる群より選ばれる１つの金属である場合には、鉄イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、銅イオンおよびマンガンイオンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンとリン酸イオンとを少なくとも含有し、かつ、水溶液のｐＨを１〜５の範囲に調整したものを皮膜処理液として用いることができる。
【００４０】
この皮膜処理液（リン酸塩皮膜処理液）が接触した金属部材は、表面がエッチングされると同時に、前記金属イオンの不溶性リン酸塩皮膜（このリン酸塩にはリン酸鉄、リン酸亜鉛、リン酸マグネシウムおよびリン酸アルミニウム等のように素材金属自体が取り込まれた状態で皮膜中に含有される場合もある）が形成されるので、本発明の目的とするところの適切な凹凸形状を得ることができる。
【００４１】
また、リン酸塩皮膜処理液の場合、反応を促進するために硝酸イオン、亜硝酸イオンおよび塩素酸イオンなどのような酸化剤やフッ素化合物イオンを添加するのも好ましい。さらに、酸化チタン、水酸化チタンまたは形成される皮膜と同様の不溶性リン酸塩微粒子のコロイド溶液を予め用意し、皮膜形成処理の直前にこれらの溶液と対象金属部材とを接触させておくと、コロイド粒子が当該部材の表面に吸着して、皮膜結晶成長の核となって、反応を促進するか、またはコロイド粒径の選択によって皮膜結晶サイズを制御することができ、目的とする凹凸レベルを制御することもできる（このような処理の工程を「表面調整工程」と称し、用いる薬剤を「表面調整剤」と称する）。
【００４２】
（１−２）  対象金属部材が、チタン系またはアルミニウム系である場合には、少なくともフッ素化合物イオンおよびアルカリ金属イオン（リチウム、ナトリウム、カリウムなど）を含有する酸性水溶液（ｐＨ：１〜６程度）を皮膜処理液として用いることができる。
【００４３】
この皮膜処理液が接触した金属部材は、表面がエッチングされると同時にフッ化チタンまたはフッ化アルミニウムのアルカリ金属塩皮膜が形成されるので、本発明の目的とするところの適切な凹凸形状を得ることができる。このような皮膜処理液には、さらにリン酸や素材より貴な金属である亜鉛イオンを添加してもよい。前者の場合には、皮膜としてリン酸チタンが形成され、後者の場合には、皮膜として金属亜鉛が形成される。
【００４４】
（１−３）  対象金属部材が、両性金属、すなわちアルミニウム系や亜鉛系の金属材料の場合には、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、クロム酸イオン、バナジウム酸イオンおよび鉄イオンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンまたは金属酸イオンを含有するアルカリ性水溶液（ｐＨ：７〜１４程度）を皮膜処理液として用いることができる。
【００４５】
この皮膜処理液が接触した金属部材は、表面がエッチングされると同時に、皮膜処理液中に含有される金属イオンが素材金属のエッチングに伴い置換析出し、それぞれの金属皮膜あるいは金属酸化物皮膜が形成される。このようにして、本発明の目的とするところの適切な凹凸形状を得ることができる。
【００４６】
（１−４）  対象金属部材が、ステンレス系の金属部材である場合、少なくともシュウ酸イオンとフッ素化合物イオンとを含有する水溶液を皮膜処理液として用いることができる。
この皮膜処理液が接触した金属部材は、表面がエッチングされると同時に、シュウ酸鉄皮膜が形成されるので、本発明の目的とするところの適切な凹凸形状を得ることができる。
【００４７】
以上のように、エッチングと同時に何らかの不溶性皮膜の形成を伴う皮膜処理液であれば、対象金属に応じてどのようなものでも使用できる。また、エッチングの程度は、それぞれの素材に応じて皮膜処理液の処理温度、時間、各成分濃度、ｐＨおよび主として酸化剤や錯化剤からなる添加剤等、種々の条件を適切に選択することにより調整することができる。
【００４８】
第一の工程には、電解法を用いることも有効である。ここで、電解法とは、対象金属部材と対向電極とを皮膜処理液中に配し、両者間に電圧を印加し、電荷の移動を利用して、対象金属部材表面上に強制的に皮膜形成および／または対象金属部材表面のエッチングを行う方法をいう。電解法では、通電電気量を制御することにより、エッチング量や皮膜形成量をより精密に制御することができる。
【００４９】
電解液には、前記皮膜処理液をそのまま利用することができる。ただし、アノード電解（対象金属部材側がアノード）では、基本的にエッチングのみが起こり（同時に皮膜形成が起こる場合もある）、カソード電解（対象金属部材側がカソード）では、基本的に皮膜形成のみが起こるため、エッチングと皮膜形成の双方を行うために、アノード電解とカソード電解とを組み合わせて行うことが、より好ましい。ここで、「組み合わせて行う」とは、交流電圧やパルス電圧等の一定の周期で規則的にアノード電解とカソード電解とを交互に行うことはもとより、これらの周期や、振幅の大きさ、アノード電解とカソード電解との電圧の大きさ等を各々、連続的または断続的に変化させても、即ちランダムな波形（パルス波形を含む）であっても、アノード電解とカソード電解とが全体として、それぞれ１回以上行われるものであれば、それらを全て含む概念である。
【００５０】
＜３．第二の工程＞
本発明の金属の潤滑表面処理方法において、第二の工程は、上述の第一の工程により金属の表面に形成された皮膜を化学的に除去することを目的とする。第一の工程を経ることにより、金属の表面自体は適切な凹凸表面となっているが、さらに該凹凸表面上に同時に形成された皮膜を第二の工程により除去する必要がある。
【００５１】
第二の工程では、第一の工程で形成された皮膜を溶解して除去することが可能な処理薬剤（以下、「皮膜剥離液」という場合がある）を、第一の工程を経た金属の表面に接触させることにより、行うことができる。皮膜剥離液としては、第一の工程で形成された皮膜を除去するものであるから、通常は単なる酸性またはアルカリ性の水溶液を用いればよい。ただし、用いる皮膜剥離液が対象金属部材をも溶解してしまう場合には、第一の工程で形成された金属の表面自体の凹凸形状が変化してしまうので、過剰なエッチングが起こらないように速やかに処理を行う必要がある。
【００５２】
第二の工程で使用可能な皮膜剥離液としては、一般には、（２−１）酸性皮膜剥離液では、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、重クロム酸、過マンガン酸、過硫酸および塩素酸からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸を含有する酸性水溶液を、好適なものとして例示することができる。また、（２−２）アルカリ性皮膜剥離液では、少なくとも、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物を含有するアルカリ性水溶液が挙げられる。
【００５３】
その他の皮膜剥離液としては、対象金属部材が鉄系の場合には、クロム酸、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムの水溶液には侵されないので、これらも皮膜剥離液として都合がよい。対象金属部材がアルミニウム系の場合には、硝酸には侵されにくいので、これも皮膜剥離液として都合がよい。
【００５４】
第二の工程には、第一の工程と同様電解法を用いることも有効である。電解法では通電電気量を制御することにより、皮膜剥離量を精密に制御することができる。
【００５５】
電解液としては、液の電導度が確保されるならばｐＨ４〜９程度の溶液を用いることが好ましく、強酸または強アルカリの溶液を用いることは、金属部材自体の表面まで侵してしまう可能性があり、この場合、せっかくの電解法のメリットが望めない。この場合はアノード電解を適度に施して、皮膜のみを除去すべきである。
【００５６】
以上に述べた本発明の第一の工程と第二の工程を施すことにより、対象金属部材の表面には、図６に示すように、本発明において適切な凹凸形状が容易に形成される。
【００５７】
第二の工程を終了した段階での表面粗さの程度としては、本発明者らの研究によれば、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４年）に規定される十点平均粗さＲｚが１．５μｍ以上であることが好ましく、後述する第三の工程も含めた工程全般の経済的な要素も含めると、１．５〜１５．０μｍがより好ましく、２．０〜１０．０μｍであることがさらに好ましい。従って、前述の第一工程と第二の工程の諸条件は、適用金属部材の種類に応じて、上記表面粗度の範囲内となるように制御するのが好ましい。
【００５８】
第二の工程を終了した段階での十点平均粗さＲｚが１．５μｍ未満の場合は、凹部の深さが小さすぎて、凹部における潤滑剤の残存が不十分となる場合がある。一方、Ｒｚの値は大きいほど凹部が深くなるが、同時に凹部の孔の径も大きくなる傾向があり、径が過剰となると初期なじみの過程の前後における寸法変化が大きくなり、機械精度的に好ましくない。もっとも、本発明の如き化学的な方法により、Ｒｚが１５．０μｍを越える凹凸形状の表面を形成するのは、皮膜処理液を高濃度としたり、処理時間を異常に長くしたりする必要があるので、困難かつ経済的に不利となる。Ｒｚが小さ過ぎる場合には、素材によってはむしろ、いたずらに皮膜処理液濃度や処理時間を増大させるよりも、第一の工程→第二の工程の操作を複数回繰り返すのが有効な場合がある。
【００５９】
＜３．第三の工程＞
本発明の金属の潤滑表面処理方法において、第三の工程は、上述の第一の工程および第二の工程の操作により露出した金属表面の、凹凸形状のさらに上層に、潤滑層を形成することを目的とする。摺動・転動条件がそれほど過酷でない場合は、該潤滑層は潤滑油やグリースなどの液体系潤滑層でよいが、本発明においては、高い耐荷重性を実現することを目的としているため、当該潤滑層は固相系のもの、すなわち固体潤滑層（以下、「潤滑皮膜」と称する場合がある）が形成される。
【００６０】
第三の工程の操作を施すことにより、対象金属部材の表面は、図１に示される状態となる。この第三の工程を経ることで、本発明の金属の潤滑表面処理方法が完了し、本発明の潤滑性金属部材が完成する。
【００６１】
ここで潤滑皮膜を形成するための固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンのような積極的に摩擦係数を低減する固体潤滑剤のみには限定されず、金属と凝着を起こさない物質であれば、例えば、有機高分子や金属化合物（酸化物、塩化物、硫化物など）等如何なるものでもよい。潤滑油などを用いた流体潤滑条件でない場合は、潤滑性を発現させるべく、前者の固体潤滑剤の使用が必須となるが、潤滑油存在下では、後者の単なる有機高分子や金属化合物等であっても、潤滑油の吸着源となるので、それだけでも金属−金属間接触を妨げつつ潤滑油をよく保持し、潤滑性が確保されるからである。
【００６２】
まず、前者の固体潤滑剤（３−１）について説明する。
通常、工業的に使用される固体潤滑剤には、上述のようにポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンなどが代表的であるが、これらからなる群より選ばれる少なくとも１種の粉末を、第二の工程が終了した対象金属部材の露出表面に擦り込む（本発明において、この「擦り込む」操作も、「塗装操作」の概念に含めることとする。）という方法がある。しかし、これらの固体潤滑剤粉末をピグメントとし、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびポリイミド樹脂などの高強度・高密着性・高耐熱性の有機高分子をバインダーとした潤滑塗料が市販されており、これらの塗料を用いて塗装するのがより工業的である。
【００６３】
通常、スプレー法、印刷法などでウェット状態の塗膜を形成した後、適当な温度・時間で焼き付けて潤滑皮膜を完成させる。この潤滑皮膜の膜厚の目標は、第一の工程および第二の工程により形成された凹部分がほぼ埋められる程度、あるいはそれ以上とするのが好ましい。具体的には、処理により好ましい範囲が異なり一概には言えないが、大略１．５〜１５μｍの範囲とすることが好ましく、２〜１０μｍの範囲とすることがより好ましい。
【００６４】
このような潤滑塗装をする場合は、その塗装操作に先だって薄膜系塗装下地処理を施す前処理操作を含むことが好ましい。ここで薄膜系とは、「第二の工程までに形成された凹凸形状が保持できる程度の厚さ」という意味である。すなわち、過剰の厚膜処理により凹凸形状の凹部が皮膜で埋まってしまうと、次の塗装操作で形成される潤滑皮膜は、単にその上層に形成されるだけとなり、凹部に潤滑皮膜が入り込んだ状態とはならず、初期なじみ過程およびその後の潤滑皮膜成分の供給という、本発明の作用が発現し難くなるため、好ましくない。具体的には、処理により好ましい範囲が異なり一概には言えないが、大略０．０１〜１．０μｍの範囲とすることが好ましく、０．０５〜０．５μｍの範囲とすることがより好ましい。
【００６５】
薄膜系塗装下地処理の例として、リン酸塩処理（鉄系、亜鉛系、アルミニウム系素材に好適）、クロメート処理（アルミニウム系、亜鉛系素材に好適）、シランカップリング処理（対象素材を選ばない）、ジルコニウム酸化物処理（対象素材を選ばない）およびバナジウム酸化物（対象素材を選ばない）処理などが挙げられる。これらを代表とする薄膜系塗装下地処理を前処理操作として施すことにより、潤滑皮膜の密着性が向上し、本発明本来の目的である摺動または転動潤滑性が向上する。
【００６６】
また、上記の如く薄膜系塗装下地処理を前処理操作として施すことにより、第二の工程が終了した後の対象金属部材の扱いが極めて容易になる。すなわち、第二の工程が終了すると金属活性面が露出するので、第三の工程での塗装操作までの時間によっては表面が酸化（腐食）することがあるが、このような薄膜系塗装下地処理を行っておくと露出した金属表面を鈍感にすることができる。また、リン酸塩処理を薄膜系塗装下地処理として用いる場合、第一の工程で説明した表面調整剤を利用すると、当該薄膜系塗装下地処理による薄膜の皮膜を、より緻密にすることができ、密着性向上に有効である。
【００６７】
次に、第三の工程の潤滑皮膜として、金属化合物の皮膜を形成する場合について説明する。
摺動または転動潤滑における初期なじみ性向上が目的の金属化合物表面処理としては、従来より鉄鋼材料に対するリン酸マンガン処理が行われており、本発明においても対象金属部材が鉄系である場合には、リン酸マンガン処理がそのまま適用できる。このリン酸マンガン処理を行うときも、前記表面調整剤を利用することができる。また、硫黄を含有する溶融塩あるいは水溶液中にて電解することにより、硫化鉄皮膜を形成してもよい。
【００６８】
この場合の金属化合物の大きな役割は、第二の工程までに形成された凹凸形状の凸部が、摺動または転動の相手材と衝突し馴らされてプラトーとなるときに（初期なじみ過程）、金属化合物皮膜が金属−金属間接触のバリアとなって凝着を防止することである。そのためには、それに見合う程度の皮膜強度と皮膜厚さが必要となる。鉄鋼素材に対するリン酸マンガン処理（３−２−ｂ）や硫化鉄処理は、実績においてそのような目的に適しているし、経験的には鉄系またはアルミニウム系材料に対するリン酸塩処理、モリブデン酸処理、タングステン酸処理、チオモリブデン酸およびチオタングステン酸処理なども十分効果的である。
【００６９】
アルミニウム系材料について説明すれば、具体的には、フッ素化合物イオンを含有したリン酸酸性水溶液にアルミニウム系材料を接触させるとリン酸アルミニウム皮膜を形成することができるし、さらにモリブデン酸またはタングステン酸を添加すると、リン酸アルミニウムとモリブデン酸またはタングステン酸の複合皮膜が形成される。また、モリブデン酸またはタングステン酸のアルカリ金属水溶液（ほぼ中性）にアルミニウム系材料を接触させても、モリブデン酸またはタングステン酸の皮膜を形成することができる。同様に、チオモリブデン酸またはチオタングステン酸のアルカリ金属水溶液（ほぼ中性）にアルミニウム系材料を接触させると三硫化モリブデンまたは三硫化タングステンの皮膜を形成することができる。
【００７０】
これらモリブデン酸またはタングステン酸系の皮膜は鉄系素材にも形成可能であるが、アルミニウム系に比べて鉄系の材料はより低ｐＨでないと反応が起こらないので、リン酸塩処理と複合させて用いるのがよい。また、チオモリブデン酸やチオタングステン酸は低ｐＨで不安定となるので、鉄系の材料には適用しにくい。この場合、処理液は中性付近としておき対象素材をアノードとして電解法を用いると、鉄系素材（実は電解法なので金属ならば特に素材を選ばない）にも三酸化モリブデンや三酸化タングステンを形成することができる。
これら各処理は、単独であってもよいが、２種類以上を組み合わせることもできる。これら各処理によって形成される皮膜の厚さは、処理により好ましい範囲が異なり、一概には言えないが、大略１．５〜１５μｍの範囲とすることが好ましく、２〜２０μｍの範囲とすることがより好ましい。
【００７１】
上記操作により形成された三酸化モリブデンや三酸化タングステンの皮膜は、そのままでは非晶質であるが、初期なじみ過程における摩擦熱で結晶化二硫化モリブデンや二硫化タングステンに変態することができるので、一種の極圧剤として作用し、より好ましい効果が得られる。
【００７２】
＜４．本発明の潤滑性金属部材＞
以上のようにして、本発明の金属の潤滑表面処理方法により得られた本発明の潤滑性金属部材は、高い耐荷重性を具備しつつ、長期にわたり極めて低い摩擦係数を維持し得る潤滑表面を有するものとなり、超寿命並びに高効率が実現される。そのため、機械要素を構成する摺動部品または転動部品、例えば、ギア、ベアリング、カム、シム、シリンダー、ピストン、などの構成部品として、極めて有用である。
【００７３】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。なお、以下の説明において「％」とあるのは、特に断りのない限り、質量基準である。
【００７４】
＜試料＞
摺動特性の評価試験に供するため、対象金属素材は、後述するファレックス摩擦摩耗試験に供し得るサイズ（１０ｍｍφ×３５ｍｍ）のテストピン（ファレックス試験片テストピン）を用いて、以下の各実施例および比較例の操作を行った。
【００７５】
＜実施例１＞
ファレックス試験片テストピンとして、ＪＩＳ  ＳＣＭ４１５の浸炭焼き入れ焼き戻し材（算術平均粗さＲａ＝０．２μｍおよび十点平均粗さＲｚ＝１．１μｍ）を用い、アルカリ脱脂剤を用いてその表面を清浄化し、９５℃に加温したリン酸マンガン処理液に１０分間浸漬して、エッチングと同時にその表面にリン酸マンガン皮膜を形成した（第一の工程）。なお、このとき用いたリン酸マンガン処理液は、リン酸を３０ｇ／ｌ、硝酸を５ｇ／ｌの濃度で添加した水溶液中に、マンガンイオンが１０ｇ／ｌとなるように炭酸マンガンを添加して調製したものである。
【００７６】
さらに、このリン酸マンガン皮膜が形成された試料を、常温の１０％塩酸中に２分間浸漬してリン酸マンガン皮膜を剥離し、直ちに水洗乾燥した（第二の工程）。この時点で得られた試料の表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝０．８μｍおよびＲｚ＝５．２μｍであった。
【００７７】
さらに、前記試験片に川邑研究所製固体潤滑塗料デフリックＥＢ−３（二硫化モリブデン系固体潤滑塗料）をスプレー塗装し、１８０℃で６０分間焼き付ける（塗装操作）ことにより、平均膜厚１０μｍの固体潤滑層を形成し（第三の工程）、実施例１の試験片を作製した。
【００７８】
＜実施例２＞
第二の工程までは実施例１と全く同様（試料を含む）の操作を行った。第三の工程としては、まず、前処理操作として、日本パーカライジング製表面調整剤プレパレン５５Ａ剤を３ｇ／ｌ、同プレパレン５５Ｂ剤を３ｇ／ｌの濃度で調製した常温コロイド水溶液中に３０秒間浸漬（表面調製工程）した後、水洗することなく実施例１の第一の工程に用いたリン酸マンガン処理液に５分間浸漬した。その後の塗装操作は、実施例１と同様にして、固体潤滑層としてのリン酸マンガン皮膜を形成し、実施例２の試験片を作製した。
【００７９】
＜比較例１＞
アルカリ脱脂剤により表面清浄化した実施例１と同一のファレックス試験片テストピンを水洗後乾燥し、第一および第二の工程を施すことなく、実施例１の第三の工程で用いた二硫化モリブデン系固体潤滑塗料を用いて実施例１と同様にして塗装操作を行い、比較例１の試験片を作製した。
【００８０】
＜比較例２＞
アルカリ脱脂剤により表面清浄化した実施例１と同一のファレックス試験片テストピンを水洗後、第一および第二の工程を施すことなく、実施例２の第三の工程で用いたリン酸マンガン処理を行い（表面調整工程を含む）、リン酸マンガン皮膜を形成して、比較例２の試験片を作製した。
【００８１】
＜実施例３＞
ファレックス試験片テストピンとして、アルミニウム製のＪＩＳ  ＡＣ８Ｃ材を用い、その表面をアルカリ脱脂剤にて清浄化し、９０℃に加温した３％系フッ化ナトリウムの懸濁水溶液中に２分間浸漬して、フッ化アルミニウムナトリウム皮膜を形成した（第一の工程）。次に、このフッ化アルミニウムナトリウム皮膜が形成された試料を、常温の３０％硝酸水溶液中に約３分間浸漬して、フッ化アルミニウムナトリウム皮膜を剥離した（第二の工程）。この時点で得られた試料の表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝０．５μｍおよびＲｚ＝３．７μｍであった。
【００８２】
次に、前記試験片を０．５％のγ−アミノプロピルトリエトキシシラン水溶液（エタノール：４．５％含有）に３０秒間浸漬し、１００℃で１０分間乾燥することにより、シランカップリング処理を行った（前処理操作）後、川邑研究所製固体潤滑塗料デフリックＦＨ−７０（ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）系固体潤滑塗料）をスプレー塗装し、１８０℃で６０分間焼き付ける（塗装操作）ことにより、平均膜厚１０μｍの固体潤滑層を形成し（第三の工程）、実施例３の試験片を作製した。
【００８３】
＜比較例３＞
アルカリ脱脂剤により表面清浄化した実施例３と同一のアルミニウム製ファレックス試験片テストピンを水洗後乾燥し、第一および第二の工程を施すことなく、実施例３の第三の工程と同様にして、シランカップリング処理（前処理操作）およびＰＴＦＥ系固体潤滑塗装（塗装操作）を行い、比較例３の試験片を作製した。
【００８４】
＜実施例４＞
ファレックス試験片テストピンとして、ステンレス製のＪＩＳ  ＳＵＳ３０４材を用い、その表面をアルカリ脱脂剤にて清浄化し、常温の１０％塩酸中に１０分間浸漬して酸洗した。次に、９５℃に加温したシュウ酸鉄処理液中に１０分間浸漬して、その表面にシュウ酸鉄皮膜を形成した（第一の工程）。なお、このとき用いたシュウ酸鉄処理液は、硝酸を５ｇ／ｌ、フッ化水素酸を１．５ｇ／ｌおよびシュウ酸を３０ｇ／ｌの濃度で添加した水溶液である。
【００８５】
さらに、このシュウ酸鉄皮膜が形成された試料を、常温の硝酸−フッ化水素酸混酸（硝酸１３％、フッ化水素酸１．２％の水溶液）中に５分間浸漬してシュウ酸鉄皮膜を剥離した（第二の工程）。この時点での試料の表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝０．４μｍおよびＲｚ＝２．７μｍであった。
【００８６】
次に、前記試験片を０．５％のγ−アミノプロピルトリエトキシシラン水溶液（エタノール：４．５％含有）に３０秒間浸漬し、１００℃で１０分間乾燥することにより、シランカップリング処理を行った後、川邑研究所製固体潤滑塗料デフリックＥＢ−３をスプレー塗装し、１８０℃で６０分間焼き付けることにより、平均膜厚１０μｍの固体潤滑層を形成し（第三の工程）、実施例４の試験片を作製した。
【００８７】
＜比較例４＞
アルカリ脱脂剤により表面清浄化した実施例４と同一のステンレス製ファレックス試験片テストピンを水洗後乾燥し、第一および第二の工程を施すことなく、実施例４の第三の工程と同様にして、シランカップリング処理（前処理操作）およびＰＴＦＥ系固体潤滑塗装（塗装操作）を行い、比較例４の試験片を作製した。
【００８８】
＜評価試験＞
以上の実施例および比較例として作製した試料について、その摺動特性をファレックス摩擦摩耗試験機により評価した。ファレックス摩擦摩耗試験の概要を図７に示す。図７（ａ）はファレックス摩擦摩耗試験の概略斜視図であり、図７（ｂ）はその正面図である。
【００８９】
図７（ａ）および（ｂ）において、６はテストピンであり、各実施例および比較例で得られた前記試料（ファレックス試験片テストピン：１０ｍｍφ×３５ｍｍ）が相当する。また、８ａおよび８ｂは、用いたテストピンと同材質（ただし、各実施例および比較例の処理は行わないのもの）の２個のＶブロック（１５ｍｍφ×１５ｍｍの円柱の一端に、幅１０ｍｍ、深さ５ｍｍ、角度９０度のＶ字型の切り欠きを入れたもの）である。
【００９０】
図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、テストピン６の両側から、Ｖブロック８ａおよび８ｂが、その切り欠きがテストピン６に当接するようにテストピン６を挟み込んだ状態に配される。テストピン６は、矢印Ｑ方向に４００ｒｐｍで回転させる。
【００９１】
この状態で、Ｖブロック８ａおよび８ｂの間において、毎分２５ｋｇの割合で０ｋｇから最大１０００ｋｇまで徐々に上昇しながら両側から（矢印Ｐ方向に）荷重が掛けられる。このときのトルクの変化を計測すると、ある荷重でトルクが急激に上昇するが、その点を焼き付き限界荷重として記録し、試験を終了した。その結果を下記表１に示す。
【００９２】
なお、第三の工程として自己潤滑性を有さないリン酸マンガン処理を採用したもの（実施例２、比較例２）では、潤滑油としてエンジンオイルの基油（ＶＩＣ４０：１９．１ｍｍ２／ｓ＝１９．１ｃＳｔ）中に浸漬した状態で試験を行ったが、その他の実施例および比較例では潤滑油を適用せずに試験を行った。
【００９３】
【表１】
2004323913.tif 000003
【００９４】
上記表１に示すように、本発明の金属の潤滑表面処理方法により表面を粗化した実施例の試料では、鉄鋼、アルミニウム合金およびステンレス鋼の何れの場合においても、第三の工程に相当する操作のみを適用した従来の方法（比較例）に比べて明らかに耐荷重が向上した。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストでありながら、機械要素を構成する摺動部品または転動部品等の寿命を損なわない金属表面を得るべく、耐荷重性を向上し、長期にわたり摩擦係数を低減させ得る金属の潤滑表面処理方法、および、かかる良好な潤滑表面を有する潤滑性金属部材を提供することができる。
【００９６】
本発明の金属の潤滑表面処理方法を用いることにより、いろいろな金属材料の摺動または転動特性を向上させることができる。地球環境問題から、フリクションゼロ、エミッションフリーが叫ばれる中、このような耐荷重性および摩擦特性の向上は、多くの機械機構の寿命延長および稼働効率のアップに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属の潤滑表面処理方法により得られた潤滑表面の凹凸形状を模式的に表す、潤滑性金属部材の表面近傍を示す部分拡大断面図である。
【図２】図１の潤滑性金属部材を、摺動機構あるいは転動機構の機械要素の運動部分として、摺動あるいは転動させた後の潤滑性金属部材の表面近傍状態を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明による潤滑表面処理の対象となる金属（対象金属部材）の表面近傍の部分拡大断面図である。
【図４】局部アノード・カソード反応が進行中の金属部材の表面近傍の部分拡大断面図である。
【図５】対象金属部材に第一の工程が施された後の金属素材の表面近傍の部分拡大断面図である。
【図６】図５の金属素材に、さらに第二の工程が施された後の金属部材の表面近傍の部分拡大断面図である。
【図７】実施例で用いたファレックス試験の摩擦摩耗試験の概要を示す図であり、（ａ）は概略斜視図であり、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
２：対象金属部材（金属）
４：潤滑層
６：テストピン（潤滑性金属部材）
８ａ，８ｂ：Ｖブロック
【図１】
2004323913.tif 000004
【図２】
2004323913.tif 000005
【図３】
2004323913.tif 000006
【図４】
2004323913.tif 000007
【図５】
2004323913.tif 000008
【図６】
2004323913.tif 000009
【図７】
2004323913.tif 000010