(57)【要約】【課題】ワークの被加工面と工具との間の摩擦係数を低くすることができ、もって工具の耐用寿命を向上させることができると共に、加工面の面粗度を向上させることが可能な転造加工用工具を提供することにある。【解決手段】転造加工用工具１のワークＳとの当接面であるフィレットローラー２の表面に水素原子量が１原子％以下の硬質炭素被膜Ｆｃを形成し、ミスト状潤滑油の存在下でローリング加工を施す。【選択図】        図１
2005066700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミスト状潤滑油の存在下でワークの被加工面に圧接し、当該加工面の表面近傍部に塑性変形を生じさせるための転造加工用工具であって、上記被加工面との当接面に硬質炭素被膜を備え、当該硬質炭素被膜に含まれる水素原子量が１原子％以下であることを特徴とする転造加工用工具。
【請求項２】
上記被加工面との当接面にローラーを有し、当該ローラーの表面に硬質炭素被膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の転造加工用工具。
【請求項３】
上記潤滑油が脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の転造加工用工具。
【請求項４】
上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤が炭素数６〜３０の炭化水素基を有し、潤滑油組成物中に潤滑油組全量基準で０．０５〜３．０％含まれていることを特徴とする請求項３に記載の転造加工用工具。
【請求項５】
上記潤滑油がポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体を含有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の転造加工用工具。
【請求項６】
上記ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体の含有量が潤滑油全量基準で０．１〜１５％であることを特徴とする請求項５に記載の転造加工用工具。
【請求項７】
上記潤滑油がジチオリン酸亜鉛を含有し、その含有量が潤滑油全量基準且つリン元素換算量で、０．１％以下であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つの項に記載の転造加工用工具。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の転造加工用工具を製造するに際し、上記硬質炭素被膜をＰＶＤ法により形成することを特徴とする転造加工用工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの被加工面、例えば内燃機関用コンロッドの小端孔やクランクシャフトの内隅アール部などの表面を加圧して、被加工表面の近傍部に塑性変形を生じさせることにより、加工面の面粗度や寸法精度を改善し、さらには圧縮残留応力を付与して疲労限応力を向上させるためのバニッシュ加工やローリング加工などに用いられる転造加工用工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関用クランクシャフトにおいては、そのジャーナル部やクランクピンのフィレット部（内隅アール部）にフィレットローリング加工を施し、当該部分にローリング加工による残留応力を付与して疲労強度を向上させることが行われており、このような加工を行うために、左右１対のフィレットローラーを備えたロールカセット装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−２５２２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなフィレットローリング加工は、潤滑油の微粒オイルミスト中で行われ、ワークの加工部位（被加工面）と上記フィレットローラーの間が潤滑されるようになっているが、当該ローラーと被加工面との間の摩擦係数が高くなるために、ローラーの損耗が激しく、加工面の面粗度が悪くなるという問題があり、このような問題点の解消が上記のような従来の転造加工用工具における課題となっていた。
【０００５】
本発明は、従来の転造加工用工具における上記課題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、ワークの被加工面と工具との間の摩擦係数を低くすることができ、もって工具の耐用寿命を向上させることができると共に、加工面の面粗度を向上させることが可能な転造加工用工具と、このような工具の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成すべく、転造加工用工具の素材工具鋼の成分やその表面処理、さらには加工面に介在する潤滑剤成分などについて鋭意検討を重ねた結果、工具のワークとの当接面に、水素含有量の少ない硬質炭素被膜を形成することによって、ワークの被加工面と工具との間の摩擦係数を大幅に低減することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の転造加工用工具は、このような知見に基づくものであって、ミスト状潤滑油の存在下でワークの被加工面に圧接して、表面近傍部を塑性変形させるための工具において、その被加工面との当接面に水素原子量が１原子％以下の硬質炭素被膜を備えていることを特徴としている。
また、転造加工用工具の製造に際して、上記硬質炭素被膜を形成するには、ＰＶＤ法を適用して成膜することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、更に詳細に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り質量百分率を示すものとする。
【０００９】
本発明の転造加工用工具は、上記したようにワークの表面を加圧して、その近傍部に塑性変形を生じさせ、加工面の面粗度や寸法精度を改善したり、圧縮残留応力を付与して疲労強度を向上させる加工、すなわちバニッシュ加工やローリング加工などに用いられる工具であって、当該工具におけるワークとの当接面に１原子％以下の水素を含有する硬質炭素被膜が施してあることから、潤滑油の介在状態において、工具とワークの間の摩擦係数が小さくなって、工具としての耐久性が向上して工具寿命が増すと共に、ワークの加工面における面粗度が向上することになる。
【００１０】
本発明の転造加工用工具は、上記のようなバニッシュ加工やローリング加工などに用いられるものであれば、その形状や構造について特に限定されることはなく、ワークとの当接面（接触面）に上記のような硬質炭素被膜を形成することになる。
また、上記したようなフィレットローリング加用ロールカセット装置や、ローラーバニッシュ装置などのように、ワークとの当接面にローラーや、あるいはボールを備えたものの場合には、当該ローラーやボールの表面に硬質炭素被膜を形成すればよい。
【００１１】
上記硬質炭素被膜としては、例えば炭素原子を主として構成されるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）材料を用いることができる。
このＤＬＣ材料は、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方から成る。具体的には、炭素元素だけから成るａ−Ｃ（アモルファスカーボン）、及びチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を一部に含むＭｅＣなどを好適に用いることができる。
【００１２】
硬質炭素被膜中の水素含有量については、１原子％以下とすることが必要であり、さらには０．５原子％以下であることが望ましい。すなわち、硬質炭素被膜中の水素原子の含有量が増加すると摩擦係数が増加し、水素原子含有量が１原子％を超えると、摺動時の摩擦係数を十分に低下させることが難しくなることによる。
【００１３】
そして、このような水素含有量の低い硬質炭素薄膜は、例えばスパッタリング法やイオンプレーティング法など、水素や水素含有化合物を実質的に使用しないＰＶＤ法によって成膜することによって得られる。
この場合、成膜時に水素を含まないガスを用いるだけでなく、場合によっては反応容器や基材保持具のベーキングや、基材表面のクリーニングを十分に行ったうえで成膜することが被膜中の水素量を減らすために望ましい。
【００１４】
なお、硬質炭素薄膜を成膜するための基材としては、この種工具に通常用いられる材料、例えばＪＩＳ  Ｇ４４０１に炭素工具鋼として規定されるＳＫ１〜７材や、ＪＩＳ  Ｇ４４０４に合金工具鋼として規定されるＳＫＳ３〜４材，ＳＫＳ３１材、ＳＫＳ４１〜４３材、ＳＫＳ９３〜９５材、ＳＫＤ１材、ＳＫＤ１１，１２材などを用いることができる。
【００１５】
本発明の転造加工用工具は、微細なオイル粒子から成るミスト状潤滑油の下で使用されるものであるが、以下に当該潤滑油の組成について詳細に説明する。
本発明に用いる潤滑油としては、潤滑油基油に、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含有させたものを用いることが望ましく、このような潤滑油から成る微細なオイルミスト中で転造加工を行うことにより、当該工具とワークの間の摩擦係数が低くなり、加工時の摩擦抵抗も少なくなる。
【００１６】
ここで、上記潤滑油基油としては特に限定されるものではなく、鉱油、合成油、油脂及びこれらの混合物など、潤滑油の基油として通常使用されるものであれば、種類を問わず使用することができる。
鉱油としては、具体的には、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理等を適宜組み合わせて精製したパラフィン系又はナフテン系等の油やノルマルパラフィン等が使用でき、溶剤精製、水素化精製処理したものが一般的であるが、芳香族分をより低減することが可能な高度水素化分解プロセスやＧＴＬ  Ｗａｘ（ガス・トウー・リキッド・ワックス）を異性化した手法で製造したものを用いることがより好ましい。
【００１７】
合成油としては、具体的には、ポリ−α−オレフィン（例えば、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、エチレン−プロピレンオリゴマー等）、ポリ−α−オレフィンの水素化物、イソブテンオリゴマー、イソブテンオリゴマーの水素化物、イソパラフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ジエステル（例えば、ジトリデシルグルタレート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジオクチルセバケート等）、ポリオールエステル（例えば、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、トリメチロールプロパンイソステアリネート等のトリメチロールプロパンエステル；ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等のペンタエリスリトールエステル）、ポリオキシアルキレングリコール、ジアルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル等が挙げられる。中でも、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー等のポリ−α−オレフイン又はその水素化物が好ましい例として挙げられる。
【００１８】
本発明に用いる潤滑油の基油は、鉱油系基油又は合成系基油を単独あるいは混合して用いる以外に、２種類以上の鉱油系基油、あるいは２種類以上の合成系基油の混合物であっても差し支えない。また、上記混合物における２種類以上の基油の混合比も特に限定されず任意に選ぶことができる。
【００１９】
潤滑油基油中の硫黄分について、特に制限はないが、基油全量基準で、０．２％以下であることが好ましく、より好ましくは０．１％以下、さらには０．０５％以下であることが好ましい。特に、水素化精製鉱油や合成系基油の硫黄分は、０．００５％以下、あるいは実質的に硫黄分を含有していない（５ｐｐｍ以下）ことから、これらを基油として用いることが好ましい。
【００２０】
また、潤滑油基油中の芳香族含有量についても、特に制限はないが、内燃機関用潤滑油組成物として長期間低摩擦特性を維持するためには、全芳香族含有量が１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらには５％以下であることが好ましい。即ち、潤滑油基油の全芳香族含有量が１５％を超える場合には、酸化安定性が劣るため好ましくない。
なお、ここで言う全芳香族含有量とは、ＡＳＴＭ  Ｄ２５４９に規定される方法に準拠して測定される芳香族留分（ａｒｏｍａｔｉｃｓ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）含有量を意味している。
【００２１】
潤滑油基油の動粘度にも、特に制限はないが、内燃機関用潤滑油として使用する場合には、１００℃における動粘度が２ｍｍ２／ｓ以上であることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ２／ｓ以上である。一方、その動粘度は、２０ｍｍ２／ｓ以下であることが好ましく、１０ｍｍ２／ｓ以下、特に８ｍｍ２／ｓ以下であることが好ましい。潤滑油基油の１００℃における動粘度が２ｍｍ２／ｓ未満である場合には、十分な耐摩耗性が得られない上に蒸発特性が劣る可能性があるため好ましくない。一方、動粘度が２０ｍｍ２／ｓを超える場合には低摩擦性能を発揮しにくく、低温性能が悪くなる可能性があるため好ましくない。本発明においては、上記基油の中から選ばれる２種以上の基油を任意に混合した混合物等が使用でき、１００℃における動粘度が上記の好ましい範囲内に入る限りにおいては、基油単独の動粘度が上記以外のものであっても使用可能である。
【００２２】
また、潤滑油基油の粘度指数にも、特別な制限はないが、８０以上であることが好ましく、１００以上であることがさらに好ましく、特に内燃機関用潤滑油として使用する場合には、１２０以上であることが好ましい。潤滑油基油の粘度指数を高めることでよりオイル消費が少なく、低温粘度特性、省燃費性能に優れた内燃機関用潤滑油を得ることができる。
【００２３】
上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤としては、炭素数６〜３０、好ましくは炭素数８〜２４、特に好ましくは炭素数１０〜２０の直鎖状又は分枝状炭化水素基を有する脂肪酸エステル、脂肪酸アミン化合物、及びこれらの任意混合物を挙げることができる。炭素数が６〜３０の範囲外のときは、摩擦低減効果が十分に得られない可能性がある。
【００２４】
炭素数６〜３０の直鎖状又は分枝状炭化水素基としては、具体的には、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基、ペンタコシル基、ヘキサコシル基、ヘプタコシル基、オクタコシル基、ノナコシル基、トリアコンチル基等のアルキル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基、テトラコセニル基、ペンタコセニル基、ヘキサコセニル基、ヘプタコセニル基、オクタコセニル基、ノナコセニル基、トリアコンテニル基等のアルケニル基などを挙げることができる。
なお、上記アルキル基及びアルケニル基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造が含まれ、また、アルケニル基における二重結合の位置は任意である。
【００２５】
また、上記脂肪酸エステルとしては、かかる炭素数６〜３０の炭化水素基を有する脂肪酸と脂肪族１価アルコール又は脂肪族多価アルコールとのエステルなどを例示でき、具体的には、グリセリンモノオレート、グリセリンジオレート、ソルビタンモノオレート、ソルビタンジオレートなどを特に好ましい例として挙げることができる。
上記脂肪族アミン化合物としては、脂肪族モノアミン又はそのアルキレンオキシド付加物、脂肪族ポリアミン、イミダゾリン化合物等、及びこれらの誘導体等を例示できる。具体的には、ラウリルアミン、ラウリルジエチルアミン、ラウリルジエタノールアミン、ドデシルジプロパノールアミン、パルミチルアミン、ステアリルアミン、ステアリルテトラエチレンペンタミン、オレイルアミン、オレイルプロピレンジアミン、オレイルジエタノールアミン、Ｎ−ヒドロキシエチルオレイルイミダゾリン等の脂肪族アミン化合物や、これら脂肪族アミン化合物のＮ，Ｎ−ジポリオキシアルキレン−Ｎ−アルキル（又はアルケニル）（炭素数６〜２８）等のアミンアルキレンオキシド付加物、これら脂肪族アミン化合物に炭素数２〜３０のモノカルボン酸（脂肪酸等）や、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数２〜３０のポリカルボン酸を作用させて、残存するアミノ基及び／又はイミノ基の一部又は全部を中和したりアミド化した、いわゆる酸変性化合物等が挙げられる。好適な例としては、Ｎ，Ｎ−ジポリオキシエチレン−Ｎ−オレイルアミン等が挙げられる。
【００２６】
また、本発明に用いる潤滑油に含まれる脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の含有量は、特に制限はないが、組成物全量基準で、０．０５〜３．０％であることが好ましく、更に好ましくは０．１〜２．０％、特に好ましくは０．５〜１．４％であることがよい。上記含有量が０．０５％未満であると摩擦低減効果が小さくなり易く、３．０％を超えると潤滑油組成物への溶解性や貯蔵安定性が著しく悪化し、沈殿物が発生し易いので、好ましくない。
【００２７】
一方、本発明に用いる潤滑油は、ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体を含有することが好適である。
上記ポリブテニルコハク酸イミドとしては、次の一般式（１）及び（２）
【００２８】
【化１】
2005066700.tif 000003
【００２９】
【化２】
2005066700.tif 000004
で表される化合物が挙げられる。これら一般式におけるＰＩＢは、ポリブテニル基を示し、高純度イソブテン又は１−ブテンとイソブテンの混合物をフッ化ホウ素系触媒又は塩化アルミニウム系触媒で重合させて得られる数平均分子量が９００〜３５００、望ましくは１０００〜２０００のポリブテンから得られる。上記数平均分子量が９００未満の場合は清浄性効果が劣り易く、３５００を超える場合は低温流動性に劣り易いため、望ましくない。
また、上記一般式におけるｎは、清浄性に優れる点から１〜５の整数、より望ましくは２〜４の整数であることがよい。更に、上記ポリブテンは、製造過程の触媒に起因して残留する微量のフッ素分や塩素分を吸着法や十分な水洗等の適切な方法により、５０ｐｐｍ以下、より望ましくは１０ｐｐｍ以下、特に望ましくは１ｐｐｍ以下まで除去してから用いることもよい。
【００３０】
さらに、上記ポリブテニルコハク酸イミドの製造方法としては、特に限定はないが、例えば、上記ポリブテンの塩素化物又は塩素やフッ素が充分除去されたポリブテンと無水マレイン酸とを１００〜２００℃で反応させて得られるポリブテニルコハク酸を、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリアミンと反応させることにより得ることができる。
【００３１】
一方、上記ポリブテニルコハク酸イミドの誘導体としては、上記般式（１）又は（２）で表される化合物に、ホウ素化合物や含酸素有機化合物を作用させて、残存するアミノ基及び／又はイミノ基の一部又は全部を中和したり、アミド化した、いわゆるホウ素変性又は酸変性化合物を例示できる。その中でもホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミド、特にホウ素含有ビスポリブテニルコハク酸イミドが最も好ましいものとして挙げられる。
【００３２】
上記ホウ素化合物としては、ホウ酸、ホウ酸塩、ホウ酸エステル等が挙げられる。具体的には、上記ホウ酸として、オルトホウ酸、メタホウ酸及びテトラホウ酸などが挙げられる。また、上記ホウ酸塩としては、アンモニウム塩等、具体的には、例えばメタホウ酸アンモニウム、四ホウ酸アンモニウム、五ホウ酸アンモニウム、八ホウ酸アンモニウム等のホウ酸アンモニウムが好適例として挙げられる。また、ホウ酸エステルとしては、ホウ酸と好ましくは炭素数１〜６のアルキルアルコールとのエステル、より具体的には例えば、ホウ酸モノメチル、ホウ酸ジメチル、ホウ酸トリメチル、ホウ酸モノエチル、ホウ酸ジエチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸モノプロピル、ホウ酸ジプロピル、ホウ酸トリププロピル、ホウ酸モノブチル、ホウ酸ジブチル、ホウ酸トリブチル等が好適例として挙げられる。なお、ホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミドにおけるホウ素含有量Ｂと窒素含有量Ｎとの質量比「Ｂ／Ｎ」は、通常０．１〜３であり、好ましくは、０．２〜１である。
また、上記含酸素有機化合物としては、具体的には、例えばぎ酸、酢酸、グリコール酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ノナデカン酸、エイコサン酸等の炭素数１〜３０のモノカルボン酸や、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数２〜３０のポリカルポン酸並びにこれらの無水物、又はエステル化合物、炭素数２〜６のアルキレンオキサイド、ヒドロキシ（ポリ）オキシアルキレンカーボネート等が挙げられる
【００３３】
なお、本発明に用いる潤滑油において、ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体の含有量は特に制限されないが、０．１〜１５％が望ましく、より望ましくは１．０〜１２％であることが好ましい。０．１％未満では清浄性効果に乏しくなることがあり、１５％を超えると含有量に見合う清浄性効果が得られにくく、抗乳化性が悪化し易い。
【００３４】
更にまた、本発明に用いる潤滑油は、次の一般式（３）
【００３５】
【化３】
2005066700.tif 000005
で表されるジチオリン酸亜鉛を含有することが好適である。
上記式（３）中のＲ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ別個に炭素数１〜２４の炭化水素基を示す。これら炭化水素基としては、炭素数１〜２４の直鎖状又は分枝状のアルキル基、炭素数３〜２４の直鎖状又は分枝状のアルケニル基、炭素数５〜１３のシクロアルキル基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルアリール基、炭素数７〜１９のアリールアルキル基等のいずれかであることが望ましい。また、アルキル基やアルケニル基は、第１級、第２級及び第３級のいずれであってもよい。
【００３６】
上記Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基等のアルキル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ブタジエニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オレイル基等のオクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基、テトラコセニル基等のアルケニル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基、メチルシクロペンチル基、ジメチルシクロペンチル基、エチルシクロペンチル基、プロピルシクロペンチル基、エチルメチルシクロペンチル基、トリメチルシクロペンチル基、ジエチルシクロペンチル基、エチルジメチルシクロペンチル基、プロピルメチルシクロペンチル基、プロピルエチルシクロペンチル基、ジ−プロピルシクロペンチル基、プロピルエチルメチルシクロペンチル基、メチルシクロへキシル基、ジメチルシクロへキシル基、エチルシクロへキシル基、プロピルシクロへキシル基、エチルメチルシクロへキシル基、トリメチルシクロへキシル基、ジエチルシクロヘキシル基、エチルジメチルシクロヘキシル基、プロピルメチルシクロヘキシル基、プロピルエチルシクロヘキシル基、ジ−プロピルシクロへキシル基、プロピルエチルメチルシクロヘキシル基、メチルシクロヘプチル基、ジメチルシクロヘプチル基、エチルシクロヘプチル基、プロピルシクロヘプチル基、エチルメチルシクロヘプチル基、トリメチルシクロヘプチル基、ジエチルシクロヘプチル基、エチルジメチルシクロヘプチル基、プロピルメチルシクロヘプチル基、プロピルエチルシクロヘプチル基、ジ−プロピルシクロヘプチル基、プロピルエチルメチルシクロヘプチル基等のアルキルシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基、トリル基、キシリル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、エチルメチルフェニル基、トリメチルフェニル基、ブチルフェニル基、プロピルメチルフェニル基、ジエチルフェニル基、エチルジメチルフェニル基、テトラメチルフェニル基、ペンチルフェニル基、ヘキシルフェニル基、ヘプチルフェニル基、オクチルフェニル基、ノニルフェニル基、デシルフェニル基、ウンデシルフェニル基、ドデシルフェニル基等のアルキルアリール基、ベンジル基、メチルベンジル基、ジメチルベンジル基、フェネチル基、メチルフェネチル基、ジメチルフェネチル基等のアリールアルキル基、等が例示できる。
なお、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７がとり得る上記炭化水素基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造をが含まれ、また、アルケニル基の二重結合の位置、アルキル基のシクロアルキル基への結合位置、アルキル基のアリール基への結合位置、及びアリール基のアルキル基への結合位置は任意である。また、上記炭化水素基の中でも、その炭化水素基が、直鎖状又は分柱状の炭素数１〜１８のアルキル基である場合若しくは炭素数６〜１８のアリール基、又は直鎖状若しくは分枝状アルキルアリール基である場合が特に好ましい。
【００３７】
上記ジチオリン酸亜鉛の好適な具体例としては、例えば、ジイソプロピルジチオリン酸亜鉛、ジイソブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ペンチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−オクチルジチオリン酸亜鉛、ジ−２−エチルヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−デシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−ドデシルジチオリン酸亜鉛、ジイソトリデシルジチオリン酸亜鉛、及びこれらの任意の組合せに係る混合物等が挙げられる。
【００３８】
また、上記ジチオリン酸亜鉛の含有量は、特に制限されないが、より高い摩擦低減効果を発揮させる観点から、潤滑油全量基準且つリン元素換算量で、０．１％以下であることが好ましく、また０．０６％以下であることがより好ましく、更にはジチオリン酸亜鉛が含有されないことが特に好ましい。ジチオリン酸亜鉛の含有量がリン元素換算量で０．１％を超えると、ＤＬＣ部材と鉄基部材との摺動面における上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤や上記脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の優れた摩擦低減効果が阻害されるおそれがある。
【００３９】
上記ジチオリン酸亜鉛の製造方法としては、従来方法を任意に採用することができ、特に制限されないが、具体的には、例えば、上記Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７に対応する炭化水素基を持つアルコール又はフェノールを五二硫化りんと反応させてジチオリン酸とし、これを酸化亜鉛で中和させることにより合成することができる。なお、上記ジチオリン酸亜鉛の構造は、使用する原料アルコールによって異なることは言うまでもない。
本発明においては、上記一般式（３）に包含される２種以上のジチオリン酸亜鉛を任意の割合で混合して使用することもできる。
【００４０】
上述のように、本発明に用いる潤滑油は、ＤＬＣなどの硬質炭素被膜と金属材料との摺動面に用いた場合に、極めて優れた低摩擦特性を示すものであるが、特に内燃機関用潤滑油として必要な性能を高める目的で、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、他の無灰摩擦調整剤、他の無灰分散剤、磨耗防止剤若しくは極圧剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等を単独で又は複数種を組合せて配合し、必要な性能を高めることができる。
【００４１】
上記金属系清浄剤としては、潤滑油用の金属系清浄剤として通常用いられる任意の化合物が使用できる。例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネート、フェネート、サリシレート、ナフテネート等を単独で又は複数種を組合せて使用できる。ここで、上記アルカリ金属としてはナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等、上記アルカリ土類金属としてはカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）等が例示できる。また、具体的な好適例としては、Ｃａ又はＭｇのスルフォネート、フェネート及びサリシレートが挙げられる。
なお、これら金属系清浄剤の全塩基価及び添加量は、要求される潤滑油の性能に応じて任意に選択できる。通常、全塩基価は、過塩素酸法で０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇ、望ましくは１５０〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、その添加量は潤滑油全量基準で、通常０．１〜１０％である。
【００４２】
また、上記酸化防止剤としては、潤滑油用の酸化防止剤として通常用いられる任意の化合物を使用できる。例えば、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート等のフェノール系酸化防止剤、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルフェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニルアミン等のアミン系酸化防止剤、並びにこれらの任意の組合せに係る混合物等が挙げられる。また、かかる酸化防止剤の添加量は、潤滑油全量基準で、通常０．０１〜５％である。
【００４３】
さらに、上記粘度指数向上剤としては、具体的には、各種メタクリル酸エステルから選ばれる１種又は２種以上のモノマーの共重合体やその水添物等のいわゆる非分散型粘度指数向上剤、及び更に窒素化合物を含む各種メタクリル酸エステルを共重合させたいわゆる分散型粘度指数向上剤等が例示できる。また、他の粘度指数向上剤の具体例としては、非分散型又は分散型エチレン−α−オレフィン共重合体（α−オレフィンとしては、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン等）及びその水素化物、ポリイソブチレン及びその水添物、スチレン−ジエン水素化共重合体、スチレン−無水マレイン酸エステル共重合体、並びにポリアルキルスチレン等も例示できる。
これら粘度指数向上剤の分子量は、せん断安定性を考慮して選定することが必要である。具体的には、粘度指数向上剤の数平均分子量は、例えば分散型及び非分散型ポリメタクリレートでは５０００〜１００００００、好ましくは１０００００〜８０００００がよく、ポリイソブチレン又はその水素化物では８００〜５０００、エチレン−α−オレフィン共重合体又はその水素化物では８００〜３０００００、好ましくは１００００〜２０００００がよい。また、かかる粘度指数向上剤は、単独で又は複数種を任意に組合せて含有させることができるが、通常その含有量は、潤滑油基準で０．１〜４０．０％であることが望ましい。
【００４４】
更にまた、他の無灰摩擦調整剤としては、ホウ酸エステル、高級アルコール、脂肪族エーテル等の無灰摩擦調整剤、ジチオリン酸モリブデン、ジチオカルバミン酸モリブデン、二硫化モリブデン等の金属系摩擦調整剤等が挙げられる。
また、他の無灰分散剤としては、数平均分子量が９００〜３５００のポリブテニル基を有するポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、数平均分子量が９００未満のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド等及びそれらの誘導体等が挙げられる。
さらに、上記磨耗防止剤又は極圧剤としては、ジスルフィド、硫化油脂、硫化オレフィン、炭素数２〜２０の炭化水素基を１〜３個含有するリン酸エステル、チオリン酸エステル、亜リン酸エステル、チオ亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩等が挙げられる。
更にまた、上記防錆剤としては、アルキルベンゼンスルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等が挙げられる。
また、上記非イオン系界面活性剤及び抗乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル等のポリアルキレングリコール系非イオン系界面活性剤等が挙げられる。
さらに、上記金属不活性化剤としては、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、チアジアゾール、ベンゾトリアゾール、チアジアゾール等が挙げられる。
更にまた、上記消泡剤としては、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロアルキルエーテル等が挙げられる。
なお、これら添加剤を本発明に用いる潤滑油に含有させる場合には、その含有量は、潤滑油量基準で、他の摩擦調整剤、他の無灰分散剤、磨耗防止剤又は極圧剤、防錆剤、及び抗乳化剤については０．０１〜５％、金属不活性剤については０．００５〜１％、消泡剤については０．０００５〜１％の範囲から適宜選択できる。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例によって、更に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
図１は、本発明の転造加工用工具の第１の実施例として、内燃機関用クランクシャフトのジャーナル部やクランクピンのフィレット部にローリング加工を施すための工具及び加工要領を示すものであって、図に示すフィレットローリング装置１は、表面にＰＶＤアーク式イオンプレーティング法により成膜したＤＬＣ被膜（硬質炭素被膜）Ｆｃを備えたフィレットローラー２とレストローラー３を備え、フィレットローラー２とレストローラー３によってクランクシャフトＳのジャーナルＪあるいはクランクピンＰ（図では、クランクピンＰにローリング加工を施す場合を示している）を把持した状態で、潤滑油のミスト中において、ワークすなわちクランクシャフトＳを回転させながら、図１（ｂ）に拡大して示すように、フィレットローラー２，２によりクランクピンＰのコーナー（フィレット）アール部を押圧して塑性変形を生じさせ、当該加工面に残留圧縮応力を付加して疲労強度を向上させると共に、加工面の面粗度を向上させることができる。
【００４７】
本発明のフィレットローリング装置１においては、上記フィレットローラー２の表面に硬質炭素被膜Ｆｃが施してあることから、潤滑油、特に脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤や脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤、ポリブテニルコハク酸イミドやその誘導体、ジチオリン酸亜鉛などの添加剤を含む潤滑油のオイルミスト中における摩擦係数が大幅に減少し、フィレットローラー２の耐用寿命を延ばすことができる。
【００４８】
図２は、ローリング加工を施した面の面粗度をフィレットローラー２の表面に硬質炭素被膜Ｆｃを施した本発明のフィレットローリング装置１を用いた場合と、硬質炭素被膜のないフィッレットローラーを備えた従来のフィレットローリング装置を用いた場合とで比較したものである。
すなわち、図２は、工具鋼ＳＫ材から成るローラー基材（表面粗さＲａ＝０．１〜０．５μｍ）の表面に、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法によって、水素含有量が０．５原子％、表面粗さＲａが０．０８μｍ以下のＤＬＣ被膜を０．５μｍの厚さに成膜したものをフィレットローラー２として用い、ポリ‐α‐オレフィンから成るベースオイル中に、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤としてグリセリンモノオレートを０．０５〜３％、ポリブテニルコハク酸イミドを１〜１２％、ジチオリン酸亜鉛としてジイソプロピルジチオリン酸亜鉛を０１％以下含有する潤滑油のミスト中において７０００Ｎの荷重を掛けてクランクピンＰのコーナー部にローリング加工を施した場合の加工面の表面粗さを測定し、上記ローラー基材にＤＬＣ被膜を施すことなく、そのままフィレットローラーとして使用して同様のローリング加工を行った場合の表面粗さと比較した。
【００４９】
図２の結果から明らかなように、フィレットローラー表面にＤＬＣ被膜を備えた本発明工具の場合には、ＤＬＣ被膜のないフィレットローラーを備えた従来工具に較べて、表面粗さが大幅に向上していることが確認された。
【００５０】
（実施例２）
図３は、本発明の転造加工用工具の第２の実施例として、内燃機関用コンロッドの小端孔にローリング加工を施すための工具及び加工要領を示すものであって、図に示すアイザー５は、中心部に位置するアイザーアーバー６の周囲に複数のアイザーローラー７を備えたものであって、当該アイザーローラー７の表面には、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法によってＤＬＣ被膜Ｆｃが施してある。
このようなアイザー５をコンロッドＲの小端孔内に圧入した状態で、アーバー６を回転させると、これに伴って複数本のローラー７がコンロッドＲの小端孔内周面を転動することによって当該内周面に塑性変形が生じ、圧縮残留応力が付与されて、同様に疲労強度を向上させると共に、加工面の面粗度を改善することができるものである。
【００５１】
本発明のアイザー５においては、上記アイザーローラー７の各表面に硬質炭素被膜Ｆｃが施してあることから、潤滑油、特に上記のような添加剤を含有する潤滑油のオイルミスト中における摩擦係数が格段に減少し、アイザーローラー７の耐用寿命を延ばすことができる。
なお、上記のようなアイザー５は、コンロッド小端孔の他には、コンロッドブッシュや、ピストンにおけるピストンピン孔などにも適用することができる。
【００５２】
（実施例３）
図４は、本発明の転造加工用工具の第３の実施例として、内燃機関用コンロッドの小端孔にバニッシュ加工を施すための工具及び加工要領を示すものであって、図に示すバーライザー１０は、コンロッドＲの小端孔の内径よりも僅かに大きい外径寸法を有する棒状のものであって、その先端の棒状部の表面には、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法によってＤＬＣ被膜Ｆｃが施してある。
このようなバーライザー１０を、図中に仮想線で示すように、コンロッドＲに圧入して小端孔内を通過させることによって、小端孔内周面近傍に塑性変形を生じさせ、圧縮残留応力を付与して疲労強度を向上させると共に、内周面の面粗度を改善することができる。
【００５３】
上記バーライザー１０においても、表面に硬質炭素被膜Ｆｃが施してあるため、潤滑油、特に上記のような添加剤を含有する潤滑油のオイルミスト中における摩擦係数が格段に減少し、同様に長期の使用に耐えるものとなる。
【００５４】
（実施例４）
図５は、本発明の転造加工用工具の第４の実施例として、内燃機関用クランクシャフトのクランクウェブにバニッシュ加工を施すための工具及び加工要領を示すものであって、図に示すローラーバニッシュ装置１２は、回転可能なローラーホルダー１３の両端部に２個のバニッシュローラー１４を備えたものであって、当該バニッシュローラー１４の表面には、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法を適用することによってＤＬＣ被膜Ｆｃがそれぞれ施してある。
このようなローラーバニッシュ装置１２をクランクシャフトＳのクランクウェブＷの間に配置し、ホルダー１３を回転させて、相対向するウェブ面をローラー１４によって押圧することによって、ウェブ面に塑性変形が生じ、圧縮残留応力が付与されて疲労強度が向上すると共に、内周面の面粗度を改善することができる。
【００５５】
上記装置１２においても、バニッシュローラー１４の表面にそれぞれ硬質炭素被膜Ｆｃが施してあるため、潤滑油、特に上記のような添加剤を含有する潤滑油のオイルミスト中において、摩擦係数が格段に減少し、同様に耐用寿命が向上するものとなる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、転造加工用工具におけるワークとの当接面に水素原子量が１原子％以下の硬質炭素被膜を備えたこととしたため、ミスト状潤滑油の存在下でワークとの摩擦係数を大幅に減少させることができ、ワークの加工面に圧縮残留応力を付与して疲労強度を向上させることができると共に、ワーク加工面の面粗度が向上し、さらに工具の寿命を延ばすことができるという優れた効果がもたらされる。
【００５７】
また、上記転造加工用工具における硬質炭素被膜を形成するに際しては、ＰＶＤ法を適用して成膜することが望ましく、これによって上記硬質炭素被膜の水素含有量を１原子％以下とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  本発明の転造加工用工具の第１の実施例としてフィレットローリング装置の構造と加工要領を示す概略図である。
（ｂ）  図１（ａ）の要部拡大図である。
【図２】フィレットローラーの表面にＤＬＣ被膜を施した本発明の工具を用いた加工面の面粗度をＤＬＣ被膜のない従来の工具による場合と較べて示すグラフである。
【図３】（ａ）  本発明の転造加工用工具の第２の実施例としてバーライザーの構造と加工要領を示す平面図である。
（ｂ）  図３（ａ）の縦断面図である。
【図４】本発明の転造加工用工具の第３の実施例としてアイザーの構造と加工要領を示す概略図である。
【図５】本発明の転造加工用工具の第４の実施例としてローラーバニッシュ装置の構造と加工要領を示す概略図である。
【符号の説明】
１  フィレットローリング装置（転造加工用工具）
２  フィレットローラー（ローラー）
５  アイザー（転造加工用工具）
７  アイザーローラー（ローラー）
１０  バーライザー（転造加工用工具）
１２  ローラーバニッシュ装置（転造加工用工具）
１４  バニッシュローラー（ローラー）
Ｆｃ  ＤＬＣ被膜（硬質炭素被膜）
【図１】
2005066700.tif 000006
【図２】
2005066700.tif 000007
【図３】
2005066700.tif 000008
【図４】
2005066700.tif 000009
【図５】
2005066700.tif 000010