表面技術協会第145回講演大会
2022年3月8日 技術講演08-C29

技術資料 「テフ・ロック S」

低摩擦な自己潤滑性クロムめっきの摩擦摩耗特性（オテック株式会社）○森河 務，岡本 剛，北田知己，森本泰行
キーワード［クロムめっき，PTFE 樹脂，摩擦摩耗，低摩擦係数，ボールオンプレート］
1．緒言
Cr めっきのクラックを拡張し，そこに PTFE 樹脂を埋め込んだ複合化 Cr めっき膜（弊社商品名：
テフ・ロック）は，ヒートシーラー，ホッパー，スピンドルなどに利用されている。この皮膜は，PTFE 樹脂の特性（低摩擦，非粘着性，離型性など）と硬質 Cr めっきの特性（耐摩耗性，加工精度，非帯電など）を両立させた皮膜である。我々は，この複合化膜の耐熱性改善および耐荷重性を向上などの改良を行ってきた１，2)。一般に PTFE 樹脂コーティング膜は，大荷重下での摺動では PTFE樹脂の摩耗損傷が激しく起こる弱点がある。特に，鉄素材との摺動では，樹脂層がなくなると摩擦係数は急激に増し，凝着摩耗に至る。このため，そのような用途への適用は限られていた。大荷重，かつオイルレスの状況での摺動で自己潤滑性を発揮させるには，複合化 Cr めっき膜の PTFE 樹脂付着性，めっき膜質，および表面テクスチャリングなどの改造が必要である。
本報告では，鉄球と高荷重下でも低摩擦を維持する自己潤滑性 Cr めっきの表面キャラクタリゼーションおよび摩擦摩耗特性について報告する。
2．実験方法PTFE樹脂露出した低摩擦自己潤滑性 Cr めっきのモデルを図１に示す。ベークロム突起スとする Cr めっき膜は，表面に微細凹凸を有したクラックフリーなめっき皮膜である。
微細凹凸
摩擦摩耗試験には，ボールオンプレート装置（新東科学からなるCr㈱製 HEIDON トライボギア TYP-38）を用い，鉄球（SUJ2 製，めっき層
直径 10mm），荷重 1kgf(9.8N)，温度 25℃，湿度 50％，摺動素地
距離 5 ㎜，摺動速度 1000 ㎜/min の条件で，摺動一万回までの摩擦係数を計測した。摺動での比較試料には，PTFE板，硬質 Cr めっき，クラック拡張型フッ素樹脂 Cr めっき
図 1 低摩擦自己潤滑性 Cr めっき膜の構造膜（Cr めっきのクラック幅をエッチングで拡げフッ素樹脂をコートした膜），ブラスト型フッ素樹脂 Cr めっき膜（素地をブラスト処理した後に Cr めっきとエッチングを行った後にフッ素樹脂をコートした膜）を用いた。摺動摩耗量については，レーザー顕微鏡（キーエンス㈱製 VK-X160）を用い，鉄球および試料面における摺動摩耗痕の断面積を求め評価した。摺動面のフッ素樹脂量については，エネルギー分散型 X 線分析装置付走査型電子顕微鏡（日本電子製 JCM-6000）を用いて検討した。
3．結果および考察
3.1 複合化膜のキャラクタリゼーション
摩擦係数に及ぼす表面因子の影響を調べるため，めっき条件等を種々に変化させた PTFE
樹脂複合化 Cr めっき膜を作製した。それらを用いて，図２のように一定回数の摺動試験を行い，摩擦係数と摩耗痕における表面因子との関係を調べた。表面因子としては，摺動による露出 Cr めっき面積率および山数（画像処理ソフト Image-J で算出）
，表面分析から得られた元素 F/Cr 比を検討した。
図３に動摩擦係数と露出 Cr 面積率の関係を示す。露出 Cr 面積率が一定以上になると動摩擦係数は急激に増加した。低摩擦を発揮させるには，露出 Cr 面積率は約 80 ％以下が望ましい。これは，露出 Cr 面と鉄球の接触面積

図２

摺動における摩擦係数変化と摺動痕の測定例○Tsutomu Morikawa, Tsuyoshi Okamoto, Tomomi Kitada, Yasuyuki Morimoto

F/Cr 原子比

クロム面積率 (%)

100%が増加すると接触面への PTFE 樹脂供給が不十分となり鉄の90%凝着が起こることによる。なお，PTFE 樹脂が接触面への供80%給を確保するには，露出 Cr 点の面は小さく，摺動面で数多70%くの山が分散していることが望まれる。それを把握するため，
60%
摺動痕での山密度と動摩擦係数の関係を調べた。平均直径 550%µm 以上の山密度が 1000 個/mm2 以下では，動摩擦係数が高く40%なることを認めた。
30%
低摩擦な自己潤滑性を発揮させるには，接触面へ PTFE 樹
20%脂が十分に供給される必要がある。摺動面でのフッ素樹脂量10%を正確に求めることは困難なため，摺動痕を表面分析し，そ0%のフッ素とクロムの F/Cr 原子比と動摩擦係数との関係を調
00.1
0.20.3
動摩擦係数べた。図４に示すように，F/Cr 比が１を切ると動摩擦係数は急激に増加することがわかった。以上の点を踏まえ，低摩 図３ 露出 Cr 面積率と動摩擦係数との関係
12
擦な自己潤滑性 Cr めっきの製造条件を最適化した。
3.2 自己潤滑性複合 Cr めっきの摩擦挙動
10鉄球（SUJ2 製，荷重 1kgf）で各面を摺動させた場合の動摩8擦係数の変化を図５に，各荷重にて摺動後の摩耗量を図６に示す。硬質 Cr めっきは，摺動直後に動摩擦係数が急激に増加し615 回でかじりを起こして停止した。クラック拡張型フッ素樹
4脂 Cr めっき膜は，摺動初期の動摩擦係数は約 0.1 と低摩擦であるが，500 回を超えると増加し 986 回で停止に至った。めっ2き面の摺動痕では鉄凝着が明確であった。ブラスト型フッ素樹0脂 Cr めっき膜の動摩擦係数は，徐々に増加し 9412 回で停止に00.10.20.30.40.5至った。この摺動痕には，摩耗による酸化鉄粉および鉄の凝着動摩擦係数が認められた。ブラストで形成された山数は少なく，各露出点
図４ F/Cr 比と動摩擦係数との関係の面積が大きいため，PTFE 樹脂が補給できず，部分的な凝着摩耗断面積（µm2）
が起こり，摩擦係数が徐々に大きくなったと思われる。一方，101001000
10000100000
低摩擦自己潤滑性 Cr めっきは 1 万回後で約 0.1 が維持され， PTFE板 100gf
摺動面への摩耗粉付着も微量であった。また，鉄球の摩耗量
300gf
500gf
は小さく，摺動相手材への攻撃性も低いことがわかった。
1kgf
硬質Cr300gf

0.6
ｸﾗｯｸ拡張型
フッ素樹脂ｺｰﾄ膜（986回）

0.5

ﾌﾞﾗｽﾄ型フッ素樹脂ｺｰﾄ膜（9412回）

0.4
動摩擦係数

100gf
500gf
1kgf

（15回停止）ｸﾗｯｸ拡張 100gf
300gf

硬質Crめっき
（15回）

0.3

500gf
1kgf

（986回停止）

ﾌﾞﾗｽﾄ型 100gf

0.2

300gf
500gf

0.1

低摩擦Cr 100gf

01

10100

1000

10000

摺動回数

図５（9412回停止）

1kgf

低摩擦自己潤滑性Crめっき

SUJ2 球（1kgf）との摺動における動摩擦係数の変化

300gf500gf
1kgf

図６

面球

１万回摺動後の摩耗量

４．結言
低摩擦自己潤滑性 Cr めっきは，摺動相手材の攻撃性および面の摩耗損傷も小さい。また，静止摩擦係数は PTFE 樹脂と同等でステックスリップ現象を起こさず，滑らかな滑りが期待される。
文献 １）原野知己，森河 務；表面技術研究会第 143 回講演大会講演要旨集，p.82（2021）．
２） 岡本 剛，北田知己，森河 務；表面技術研究会第 144 回講演大会講演要旨集，p.89（2021）．