低摩擦摺動機構
【課題】様々な用途下で存在する摺動面に極めて優れた超低摩擦特性を発揮させ得る低摩擦摺動機構を提供すること。
【解決手段】硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤を介在させた低摩擦摺動機構である。硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、水酸基を含む潤滑剤を介在させ、すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示す低摩擦摺動機構である。硬質炭素薄膜がａ−Ｃやｔａ−Ｃから構成される。硬質炭素薄膜の硬さが１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖである。硬質炭素薄膜の膜厚が０．３〜２．０μｍである。水酸基を含む潤滑剤がアルコール類である。グリセリンである。
【解決手段】硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤を介在させた低摩擦摺動機構である。硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、水酸基を含む潤滑剤を介在させ、すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示す低摩擦摺動機構である。硬質炭素薄膜がａ−Ｃやｔａ−Ｃから構成される。硬質炭素薄膜の硬さが１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖである。硬質炭素薄膜の膜厚が０．３〜２．０μｍである。水酸基を含む潤滑剤がアルコール類である。グリセリンである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低摩擦摺動機構に係り、更に詳細には、例えば、内燃機関や駆動系伝達機関などにおける種々の摺動面の摩擦特性を向上させ得る低摩擦摺動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球全体の温暖化、オゾン層の破壊など地球規模での環境問題が大きくクローズアップされ、とりわけ地球全体の温暖化に大きな影響があると言われているＣＯ２削減については各国でその規制値の決め方をめぐって大きな関心を呼んでいる。
ＣＯ２削減については機械・装置等の摩擦損失によるエネルギー損失の低減、特に自動車の燃費の削減を図ることが大きな課題の一つであり、摺動材料と潤滑剤との果たす役割は大きい。
【０００３】
摺動材料における役割としては、エンジン、電動モータ、燃料ポンプなどの摺動部位のうちで摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対し、優れた耐摩耗性と低い摩擦係数を発現することであり、最近では種々の硬質薄膜材料の適用が進んできている。
一般に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）材料は、空気中や潤滑油不存在下における摩擦係数が、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化クロム（ＣｒＮ）といった耐摩耗性の硬質被膜材料と比べて低いことから低摩擦摺動材料として期待されている。
【０００４】
一方、潤滑油の役割、即ち省燃費対策としては、
（１）低粘度化による、流体潤滑領域における粘性抵抗及びエンジン内の攪拌抵抗の低減、（２）最適な摩擦調整剤と各種添加剤の配合による、混合及び境界潤滑領域下での摩擦損失の低減、が提言されている。
例えば、摩擦調整剤としては、モリブデンジチオカルバメイト（ＭｏＤＴＣ）やモリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）といった有機モリブデン化合物を中心として多くの研究がなされており、従来の鋼材料から成る摺動面においては、使用開始初期に優れた低摩擦係数を示す有機モリブデン化合物を配合した潤滑油組成物が適用され、効果を上げていた。
【０００５】
このようなＤＬＣ材料の摩擦特性や、有機モリブデン化合物の摩擦調整剤としての性能については、例えば非特許文献１，２が報告されている。
【非特許文献１】日本トライボロジー学会予稿集・東京１９９９年５月，ｐ１１−１２，加納 他
【非特許文献２】Ｗｏｒｌｄ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ２００１．９，Ｖｉｅｎｎａ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｐ３４２， Ｋａｎｏ ｅｔ．ａｌ．
【０００６】
また、ＤＬＣと鉄系材料、アルミニウム合金、マグネシウム合金材料やＤＬＣ材料をエステル系添加剤等を含む油剤で潤滑することにより、大幅なフリクション低減を得ることが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００２−４５５７６号公報
【特許文献２】特開２００２−３２２３２２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０８１９３号公報
【特許文献４】特開２００３−２０７０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１には、空気中においては低摩擦性に優れる一般のＤＬＣ材料が、潤滑油存在下においてはその摩擦低減効果が必ずしも大きくないことが報告されている。
また、非特許文献２には、このような摺動材料に有機モリブデン化合物を含有する潤滑油組成物を適用したとしても摩擦低減効果が十分発揮されないことがあることも分かってきた。
更に、上記特許文献においては、境界潤滑条件下において摩擦係数が１／１０００台（０．０１未満）を示す超フリクション特性を発現することはなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、様々な用途下で存在する摺動面に極めて優れた超低摩擦特性を発揮させ得る低摩擦摺動機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、水酸基を含む潤滑剤と、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士を組合わせ、部材表面に非常に薄く且つ低せん断の化合物を形成させることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の低摩擦摺動機構は、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤を介在させたことを特徴とする低摩擦摺動機構であり、又は硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示すことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の低摩擦摺動機構の好適形態は、上記硬質炭素薄膜が、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）及び／又は四面体型カーボン（ｔａ−Ｃ）から構成されるダイヤモンドライクカーボン薄膜であることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の低摩擦摺動機構の他の好適形態は、上記硬質炭素薄膜の硬さが１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖであること、上記硬質炭素薄膜の膜厚が０．３〜２．０μｍであることを特徴とする。
【００１３】
更にまた、本発明の低摩擦摺動機構の更に他の好適形態は、上記水酸基を含む潤滑剤がアルコール類であり、特にグリセリンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の低摩擦摺動機構は、水酸基を含む潤滑剤と、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士を組合わせ、部材表面に非常に薄く且つ低せん断の化合物を形成させることとしたため、様々な用途下で存在する摺動面に極めて優れた超低摩擦特性を発揮させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の低摩擦摺動機構について、更に詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１６】
上述の如く、本発明の低摩擦摺動機構は、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤又は水酸基を含む潤滑剤を介在させて成る。
また、摺動面のすべり接触条件は、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示すようにする。
【００１７】
このような構成により、部材表面に非常に低せん断の水酸基を有する有機化合物層が形成されるので、超低フリクション特性を発揮する。
この有機化合物層が形成されるメカニズムは現時点では明らかではないが、摺動面において、水素基同士が対向してトライボフィルムの摺動すべり界面を形成していると推察できる。例えば、図２に示すように、潤滑剤にグリセリンを使用するときは、その一部にある水素基が相互に対向しそれらが水素結合したすべり界面を形成すると考えられる。
【００１８】
ここで、上記摺動部材は、基材に硬質炭素薄膜を被覆して成る。
この硬質炭素薄膜としては、炭素を含有する結晶質又は非晶質の薄膜、特にダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜等を挙げることができる。
なお、この硬質炭素薄膜は、摺動部材の摺動部全体に被覆されることが望ましいが、一部にのみ被覆されていてもよい。
【００１９】
上記ＤＬＣ薄膜は、いわゆるＤＬＣ材料から構成されるものである。このＤＬＣ材料は、炭素原子を主体として構成された非晶質のものであり、炭素原子同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト構造（ＳＰ２結合）の両方から成る。
具体的には、図１に示すように、実質的に炭素原子のみから成るａ−Ｃ系（アモルファスカーボン）材料が挙げられるが、本発明においては、ＳＰ２結合を主体とするｔａ−Ｃ系（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ｔｙｐｅのアモルファスカーボン）材料も好適に使用できる。
【００２０】
なお、上記硬質炭素薄膜は、対象とする摺動機構の種類や要求性能、摺動部材を構成する材料種、摺動部の表面粗さなどに影響を受けるが、例えば、その表面硬さは、１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖであることが好適である。より好ましくは２０００〜４０００Ｈｖ、特に好ましくは２５００〜３５００Ｈｖであることがよい。
また、上記硬質炭素薄膜の膜厚は、０．３〜２．０μｍであることが好適である。より好ましくは０．５〜１．５μｍ、特に好ましくは０．７〜１．２μｍであることがよい。
表面硬さ及び膜厚が上記範囲から外れると、Ｈｖ１５００Ｈｖ未満、厚さ０．３μｍ未満では摩滅し易くなり、逆にＨｖ３５００、厚さ２．０μｍを超えると剥離し易くなる。
【００２１】
更に、上記硬質炭素薄膜の表面粗さは、Ｒａで０．１μｍ以下であることが好適である。より好ましくは０．０５μｍ以下、特に好ましくは０．０３μｍ以下であることがよい。
Ｒａが０．１μｍを超えると局部的にスカッフィングを形成し、摩擦係数の大幅向上となることがある。
【００２２】
一方、上記摺動部材における基材としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄系材料、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料、チタン系材料等の金属材料等が挙げられる。また、各種ゴム、プラスティックなどの樹脂材料や、カーボン等の非金属材料なども挙げられる。
特に、鉄系材料、アルミニウム系材料及びマグネシウム系材料は、既存の機械・装置等の摺動部に適用しやすく、また、様々な分野で幅広く省エネルギー対策に貢献できる点で好ましい。
【００２３】
上記鉄系材料としては、特に制限はなく、高純度の鉄だけでなく、各種の鉄系合金（ニッケル、銅、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、鉛、ケイ素又はチタン、及びこれらを任意に組み合わせたもの等）を使用することができる。具体的には、例えば浸炭鋼ＳＣＭ４２０やＳＣｒ４２０（ＪＩＳ）などを挙げることができる。
また、上記アルミニウム系材料としては、特に制限はなく、高純度のアルミニウムだけでなく、各種のアルミニウム系合金を使用することができる。具体的には、例えばシリコン（Ｓｉ）を４〜２０％、銅（Ｃｕ）を１．０〜５．０％含む亜共晶アルミニウム合金又は過共晶アルミニウム合金等を用いることが望ましい。アルミニウム合金の好適例としては、例えばＡＣ２Ａ、ＡＣ８Ａ、ＡＤＣ１２及びＡＤＣ１４（ＪＩＳ）等を挙げることができる。
【００２４】
更に、これら金属材料や非金属材料に各種の薄膜コーティングを施した材料も基材として利用できる。具体的には、各種金属材料、例えば、上記鉄系材料、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料又はチタン系材料等に、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の薄膜コーティングを施したものを挙げることができる。
【００２５】
なお、上記摺動部材がなす摺動面としては、水酸基を含む潤滑剤を介在させた２つの摺動部材表面が接触する摺動面であれば何ら限定なく使用できる。
例えば、４サイクルや２サイクルエンジン等の内燃機関の摺動部（例えば動弁系、ピストン、ピストンリング、ピストンスカート、シリンダライナ、コンロッド、クランクシャフト、ベアリング、軸受け、メタル、ギヤー、チェーン、ベルト、オイルポンプ等）を始め、駆動系伝達機構（例えばギヤー等）やハードディスクドライブの摺動部、その他摩擦条件が厳しく、低摩擦性が要求される様々な摺動面が対象となる。
【００２６】
他方、上記水酸基を含む潤滑剤は、分子中に水酸基（ヒドロキシル基）を含有する有機化合物であれば特に制限はない。
例えば、炭素、水素及び酸素から成る有機化合物でも良いし、分子中にこれら以外の元素、例えば、窒素、硫黄、ハロゲン（フッ素、塩素等）、リン、ホウ素、金属等を含有して成る有機化合物であっても良い。
特に、摺動面の摩擦をより低減できる点からは、アルコール類であることが好適である。また、水酸基は２つ以上有することがより好ましく、例えば、グリセリン等が好適に使用できる。同様の理由から、硫黄含有量の少ない又は硫黄を含有しない有機化合物であることがよい。
【００２７】
ここで、上記アルコール類は、次の一般式（１）
【００２８】
Ｒ−（ＯＨ）ｎ …（１）
【００２９】
で表される有機化合物であり、ヒドロキシル基を１つ又は２つ以上有する化合物が例示できる。
【００３０】
アルコール類としては、具体的には、例えば以下の（Ａ）〜（Ｄ）が挙げられる。
・１価アルコール類（Ａ）
・２価のアルコール類（Ｂ）
・３価以上のアルコール類（Ｃ）
・上記３種のアルコール類から選ばれる１種又は２種以上の混合物（Ｄ）
【００３１】
上記１価アルコール類（Ａ）は、ヒドロキシル基を分子中に１つ有するものであり、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール（１−プロパノール、２−プロパノール）、ブタノール（１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、２−メチル−２−プロパノール）、ペンタノール（１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール）、ヘキサノール（１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、２−エチル−１−ブタノール、２，２−ジメチルブタノール）、ヘプタノール（１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，２−ジメチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、４，４−ジメチル−２−ペンタノール、３−メチル−１−ヘキサノール、４−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、２−エチルペンタノール）、オクタノール（１−オクタノール、２−オクタノール、３−オクタノール、４−メチル−３−ヘプタノール、６−メチル−２−ヘプタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、２−プロピル−１−ペンタノール、２，４，４−トリメチル−１−ペンタノール、３，５−ジメチル−１−ヘキサノール、２−メチル−１−ヘプタノール、２，２−ジメチル−１−ヘキサノール）、ノナノール（１−ノナノール、２−ノナノール、３，５，５−トリメチル−１−ヘキサノール、２，６−ジメチル−４−ヘプタノール、３−エチル−２，２−ジメチル−３−ペンタノール、５−メチルオクタノール等）、デカノール（１−デカノール、２−デカノール、４−デカノール、３，７−ジメチル−１−オクタノール、２，４，６−トリメチルヘプタノール等）、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール（ステアリルアルコール等）、ノナデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、トリコサノール、テトラコサノール等の炭素数１〜４０の１価アルキルアルコール類（これらアルキル基は直鎖状であっても分枝状であっても良い）；エテノール、プロペノール、ブテノール、ヘキセノール、オクテノール、デセノール、ドデセノール、オクタデセノール（オレイルアルコール等）等炭素数２〜４０の１価アルケニルアルコール類（これらアルケニル基は直鎖状であっても分枝状であっても良く、また、二重結合の位置も任意である）；シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、シクロオクタノール、メチルシクロペンタノール、メチルシクロヘキサノール、ジメチルシクロヘキサノール、エチルシクロヘキサノール、プロピルシクロヘキサノール、ブチルシクロヘキサノール、ジメチルシクロヘキサノール、シクロペンチルメタノール、シクロヘキシルメタノール（１−シクロヘキシルエタノール、２−シクロヘキシルエタノール等）、シクロヘキシルエタノール、シクロヘキシルプロパノール（３−シクロヘキシルプロパノール等）、シクロヘキシルブタノール（４−シクロヘキシルブタノール等）、ブチルシクロヘキサノール、３，３，５，５−テトラメチルシクロヘキサノール等の炭素数３〜４０の１価（アルキル）シクロアルキルアルコール類（これらアルキル基は直鎖状であっても分枝状であっても良く、また、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置も任意である）；フェニルアルコール、メチルフェニルアルコール（ｏ―クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール）、クレオソール、エチルフェニルアルコール、プロピルフェニルアルコール、ブチルフェニルアルコール、ブチルメチルフェニルアルコール（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール等）、ジメチルフェニルアルコール、ジエチルフェニルアルコール、ジブチルフェニルアルコール（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール、２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール等）、ジブチルメチルフェニルアルコール（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４メチルフェニルアルコール等）、ジブチルエチルフェニルアルコール（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４エチルフェニルアルコール等）、トリブチルフェニルアルコール（２，４，６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール等）、ナフトール（α―ナフトール、β−ナフトール等）、ジブチルナフトール（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−α−ナフトール等）等の（アルキル）アリールアルコール類（これらアルキル基は直鎖状であっても分枝状であっても良く、また、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置も任意である）等；６−（４−オキシ−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−アニリノ）−２，４−ビス−（ｎ−オクチル−チオ）−１，３，５−トリアジン等及びこれらの混合物等が挙げられる。
【００３２】
これら１価アルコール類においては、摺動面の摩擦をより低減できる点、及び揮発性が低く高温条件（例えば内燃機関等の摺動条件）においても摩擦低減効果を発揮できる点から、オレイルアルコール、ステアリルアルコール等の炭素数１２〜１８の直鎖又は分枝のアルキルアルコール類やアルケニルアルコール類を使用するのがより好ましい。
【００３３】
また、上記２価アルコール（Ｂ）としては、具体的には、ヒドロキシル基を分子中に２つ有するものであり、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−エチル−２−メチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、１，７−ヘプタンジオール、２−メチル−２−プロピル−１，３−プロパンジオール、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール、１，１３−トリデカンジオール、１，１４−テトラデカンジオール、１，１５−ヘプタデカンジオール、１．１６−ヘキサデカンジオール、１，１７−ヘプタデカンジオール、１，１８−オクタデカンジオール、１，１９−ノナデカンジオール、１，２０−イコサデカンジオール等の炭素数２〜４０のアルキル又はアルケニルジオール類（これらアルキル基又はアルケニル基は直鎖状でも分枝状でも良く、アルケニル基の二重結合の位置は任意であり、ヒドロキシル基の置換位置も任意である）；シクロヘキサンジオール、メチルシクロヘキサンジオール等の（アルキル）シクロアルカンジオール類（アルキル基は直鎖状でも分枝状でも良く、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置は任意である）、ベンゼンジオール（カテコール等）、メチルベンゼンジオール、エチルベンゼンジオール、ブチルベンゼンジオール（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルカテコール等）、ジブチルベンゼンジオール（４，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−レゾルシン等）、４，４’−チオビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、４，４’−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、２，２’−メチレンビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、２，２’−チオビス−（４，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−レゾルシン）、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、４，４’−メチレンビス−（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、２，２’−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ビドロキシ）プロパン、４，４’−シクロヘキシリデンビス−（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、等の炭素数２〜４０の２価（アルキル）アリールアルコール類（アルキル基は直鎖状でも分枝状でも良く、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置は任意である）等；ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールとホルムアルデヒドとの縮合物、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールとアセトアルデヒドとの縮合物等；及びこれらの混合物等が挙げられる。
【００３４】
これら２価アルコール類においては、摺動面の摩擦をより低減できる点から、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２−エチル−２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール等を使用するのが好ましい。また、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ベンジル）フェニルアルコール等の分子量３００以上、好ましくは４００の高分子量のヒンダードアルコール類は、高温条件（例えば内燃機関等の摺動条件）においても揮発しにくく耐熱性に優れ、摩擦低減効果を発揮できるとともに、優れた酸化安定性をも付与できる点で好ましい。
【００３５】
更に、３価以上のアルコール類（Ｃ）としては、具体的には、ヒドロキシル基を３つ以上有するものであり、通常３〜１０価、好ましくは３〜６価の多価アルコールが用いられる。具体例としては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン等のトリメチロールアルカン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、１，２，４−ブタントリオール、１，３，５−ペンタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３，４−ブタンテトロール、ソルビトール、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール等、及びこれらの重合体又は縮合物（例えば、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン等のグリセリンの２〜８量体等、ジトリメチロールプロパン等のトリメチロールプロパンの２〜８量体等、ジペンタエリスリトール等のペンタエリスリトールの２〜４量体等、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物等の縮合化合物（分子内縮合化合物、分子間縮合化合物又は自己縮合化合物）等が挙げられる。
【００３６】
また、キシロース、アラビトール、リボース、ラムノース、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、ソルボース、セロビオース、マントース、イソマルトース、トレハロース、スクロース等の糖類も使用可能である。
【００３７】
これら３価以上のアルコール類においては、グリセリン、トリメチロールアルカン（例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン）、ペンタエリスリトール、１，２，４−ブタントリオール、１，３，５−ペンタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３，４−ブタンテトロール、ソルビトール、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール等の３〜６価の多価アルコール及びこれらの混合物等がより好ましく、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビタン及びこれらの混合物が更に好ましく、水酸基含有量が２０％以上、好ましくは３０％以上、特に好ましくは４０％である多価アルコール類であることが特に好ましい。なお、６価を超える多価アルコールの場合、粘度が高くなりすぎる。
【００３８】
上記水酸基を含む潤滑剤には、更に、無灰分散剤、摩耗防止剤又は極圧剤、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、摩擦調整剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等の各種添加剤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。
【００３９】
上述した構成を有する本発明の低摩擦摺動機構は、すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満、好ましくは０．０１未満の摩擦係数を示すようになる。
ここで、エンジン油としては、代表的には、ＭｏＤＴＣ等の摩擦調整剤を含まない５Ｗ−３０ＳＦエンジン油などが挙げられる。
また、上記鋼としては、例えば、ＳＮＣ４１５，ＳＮＣ８１５，ＳＮＣＭ２２０，ＳＮＣＭ４１５，ＳＮＣＭ４２０，ＳＮＣＭ６１６，ＳＮＣＭ８１５，ＳＣｒ４１５，ＳＣｒ４２０，ＳＣＭ４１５，ＳＣＭ４１８，ＳＣＭ４２０，ＳＣＭ４２１，ＳＣＭ８２２，ＳＭｎ４２０，ＳＭｎＣ４２０等があるが、特にこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１〜９、比較例１〜３）
図３に示すように、各例の摺動機構としては、往復運動するピンを潤滑油を濡らした固定円板プレートに押し付ける往復摺動摩擦試験機を用いた。このときの荷重は４００Ｎ、ピンは２２ｍｍ×１８ｍｍφ、プレートは８ｍｍ×２４ｍｍとした。
また、各例の摩擦摺動試験片は、以下の表１に示す材料仕様にて作製した。
【００４２】
プレートはＳＣＭ４１５浸炭鋼と一部の実施例には超鋼合金を用いた。
また、得られたプレートに表１に示す潤滑剤を試験前に５ｍＬ敵下し、表面に均一になるように濡らした。
実施例１〜９、比較例１，２では、潤滑剤としてグリセリン１００％を使用した。
比較例３では、潤滑剤基油としてのＰＡＯ（ポリα−オレフィン）に、潤滑剤としてＧＭＯ（グリセロールモノオレエート）を１．０％添加して使用した。
比較例４，５では、５Ｗ−３０エンジン油を使用した。
【００４３】
一方、ピンはＳＵＪ２の熱処理剤で作製し、仕上げた表面上に、ＰＶＤ処理によって各種材料のコーティングを行った。
なお、表１中において、「ａ−Ｃ」はアモルファスカーボンを示し、Ｈｖ２０００未満の硬さが低いＤＬＣは、ＵＢＭ（Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法によりコーティングを実施し、Ｈｖ２０００以上の硬いＤＬＣは、アークイオンプレーティング法によりコーティングした。
【００４４】
また、表１中の表面硬さや表面粗さは、最終仕上げ後、即ちコーティングを施さないものについては仕上げ加工後、コーティングを施したものについては、コーティング後の値である。
【００４５】
［往復摺動摩擦試験］
潤滑油供給方法 ：外部からの供給無し
プレート温度 ：８０℃
最大ヘルツ圧力 ：２７０ＭＰａ
往復動の振幅 ：３ｍｍ
往復動の振動数 ：５０Ｈｚ
試験時間 ：１５ｍｉｎ
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１より、実施例１〜９で得られたコーティング膜と潤滑剤の組み合わせで摺動させた場合は、いずれも摩擦係数が０．０１を下回る、いわゆる「Ｓｕｐｅｒ−ｌｏｗ ｆｒｉｃｔｉｏｎ」と呼ばれる優れた超低フリクションを示す。
一方、基材のいずれか一方にＤＬＣがコーティングされていない鋼材料との組合せ（比較例１，２）や、水酸基を含まない潤滑剤との組合せ（比較例３，４）で摺動させた場合は、摩擦係数は０．０１を下回ることはなかった。
なお、比較例５より、汎用的に使用されている鋼／鋼の摺動材料とエンジン油の組合わせで摺動させた場合に比べると、本願の好適範囲である実施例１〜９の摺動機構は摩擦係数が２桁低減することになる。
【００４８】
また、実施例１〜９においては、試験後のプレート及びピンの表面形状に何ら問題はなく、耐摩耗性においても非常に優れていることが分かった。
なお、ＵＢＭ法でコーティングした比較的柔らかいＤＬＣ材料を用いた実施例１〜４に比べ、イオンプレーティング法で作製した硬いＤＬＣ（ｔａ−Ｃ系）を用いた実施例５〜９の方が更に摩擦低減効果が得られることが分かる。
従って、ＤＬＣ薄膜としては、大きな摩擦低減効果が得られるｔａ−Ｃ系のＤＬＣ材料から成る薄膜がより有効であると言える。
このように、顕著な摩擦低減効果は、機械摺動部品の全てに対して効果が期待できる。例えば、自動車エンジンの燃費向上に直結する大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ａ−Ｃ系、ｔａ−Ｃ系の範囲を示す説明図である。
【図２】低せん断の有機化合物の模式図である。
【図３】往復摺動型摩擦試験方法の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ピン
２ プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低摩擦摺動機構に係り、更に詳細には、例えば、内燃機関や駆動系伝達機関などにおける種々の摺動面の摩擦特性を向上させ得る低摩擦摺動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球全体の温暖化、オゾン層の破壊など地球規模での環境問題が大きくクローズアップされ、とりわけ地球全体の温暖化に大きな影響があると言われているＣＯ２削減については各国でその規制値の決め方をめぐって大きな関心を呼んでいる。
ＣＯ２削減については機械・装置等の摩擦損失によるエネルギー損失の低減、特に自動車の燃費の削減を図ることが大きな課題の一つであり、摺動材料と潤滑剤との果たす役割は大きい。
【０００３】
摺動材料における役割としては、エンジン、電動モータ、燃料ポンプなどの摺動部位のうちで摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対し、優れた耐摩耗性と低い摩擦係数を発現することであり、最近では種々の硬質薄膜材料の適用が進んできている。
一般に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）材料は、空気中や潤滑油不存在下における摩擦係数が、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化クロム（ＣｒＮ）といった耐摩耗性の硬質被膜材料と比べて低いことから低摩擦摺動材料として期待されている。
【０００４】
一方、潤滑油の役割、即ち省燃費対策としては、
（１）低粘度化による、流体潤滑領域における粘性抵抗及びエンジン内の攪拌抵抗の低減、（２）最適な摩擦調整剤と各種添加剤の配合による、混合及び境界潤滑領域下での摩擦損失の低減、が提言されている。
例えば、摩擦調整剤としては、モリブデンジチオカルバメイト（ＭｏＤＴＣ）やモリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）といった有機モリブデン化合物を中心として多くの研究がなされており、従来の鋼材料から成る摺動面においては、使用開始初期に優れた低摩擦係数を示す有機モリブデン化合物を配合した潤滑油組成物が適用され、効果を上げていた。
【０００５】
このようなＤＬＣ材料の摩擦特性や、有機モリブデン化合物の摩擦調整剤としての性能については、例えば非特許文献１，２が報告されている。
【非特許文献１】日本トライボロジー学会予稿集・東京１９９９年５月，ｐ１１−１２，加納 他
【非特許文献２】Ｗｏｒｌｄ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ２００１．９，Ｖｉｅｎｎａ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｐ３４２， Ｋａｎｏ ｅｔ．ａｌ．
【０００６】
また、ＤＬＣと鉄系材料、アルミニウム合金、マグネシウム合金材料やＤＬＣ材料をエステル系添加剤等を含む油剤で潤滑することにより、大幅なフリクション低減を得ることが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００２−４５５７６号公報
【特許文献２】特開２００２−３２２３２２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０８１９３号公報
【特許文献４】特開２００３−２０７０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１には、空気中においては低摩擦性に優れる一般のＤＬＣ材料が、潤滑油存在下においてはその摩擦低減効果が必ずしも大きくないことが報告されている。
また、非特許文献２には、このような摺動材料に有機モリブデン化合物を含有する潤滑油組成物を適用したとしても摩擦低減効果が十分発揮されないことがあることも分かってきた。
更に、上記特許文献においては、境界潤滑条件下において摩擦係数が１／１０００台（０．０１未満）を示す超フリクション特性を発現することはなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、様々な用途下で存在する摺動面に極めて優れた超低摩擦特性を発揮させ得る低摩擦摺動機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、水酸基を含む潤滑剤と、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士を組合わせ、部材表面に非常に薄く且つ低せん断の化合物を形成させることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の低摩擦摺動機構は、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤を介在させたことを特徴とする低摩擦摺動機構であり、又は硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示すことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の低摩擦摺動機構の好適形態は、上記硬質炭素薄膜が、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）及び／又は四面体型カーボン（ｔａ−Ｃ）から構成されるダイヤモンドライクカーボン薄膜であることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の低摩擦摺動機構の他の好適形態は、上記硬質炭素薄膜の硬さが１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖであること、上記硬質炭素薄膜の膜厚が０．３〜２．０μｍであることを特徴とする。
【００１３】
更にまた、本発明の低摩擦摺動機構の更に他の好適形態は、上記水酸基を含む潤滑剤がアルコール類であり、特にグリセリンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の低摩擦摺動機構は、水酸基を含む潤滑剤と、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士を組合わせ、部材表面に非常に薄く且つ低せん断の化合物を形成させることとしたため、様々な用途下で存在する摺動面に極めて優れた超低摩擦特性を発揮させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の低摩擦摺動機構について、更に詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１６】
上述の如く、本発明の低摩擦摺動機構は、硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤又は水酸基を含む潤滑剤を介在させて成る。
また、摺動面のすべり接触条件は、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示すようにする。
【００１７】
このような構成により、部材表面に非常に低せん断の水酸基を有する有機化合物層が形成されるので、超低フリクション特性を発揮する。
この有機化合物層が形成されるメカニズムは現時点では明らかではないが、摺動面において、水素基同士が対向してトライボフィルムの摺動すべり界面を形成していると推察できる。例えば、図２に示すように、潤滑剤にグリセリンを使用するときは、その一部にある水素基が相互に対向しそれらが水素結合したすべり界面を形成すると考えられる。
【００１８】
ここで、上記摺動部材は、基材に硬質炭素薄膜を被覆して成る。
この硬質炭素薄膜としては、炭素を含有する結晶質又は非晶質の薄膜、特にダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜等を挙げることができる。
なお、この硬質炭素薄膜は、摺動部材の摺動部全体に被覆されることが望ましいが、一部にのみ被覆されていてもよい。
【００１９】
上記ＤＬＣ薄膜は、いわゆるＤＬＣ材料から構成されるものである。このＤＬＣ材料は、炭素原子を主体として構成された非晶質のものであり、炭素原子同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト構造（ＳＰ２結合）の両方から成る。
具体的には、図１に示すように、実質的に炭素原子のみから成るａ−Ｃ系（アモルファスカーボン）材料が挙げられるが、本発明においては、ＳＰ２結合を主体とするｔａ−Ｃ系（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ｔｙｐｅのアモルファスカーボン）材料も好適に使用できる。
【００２０】
なお、上記硬質炭素薄膜は、対象とする摺動機構の種類や要求性能、摺動部材を構成する材料種、摺動部の表面粗さなどに影響を受けるが、例えば、その表面硬さは、１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖであることが好適である。より好ましくは２０００〜４０００Ｈｖ、特に好ましくは２５００〜３５００Ｈｖであることがよい。
また、上記硬質炭素薄膜の膜厚は、０．３〜２．０μｍであることが好適である。より好ましくは０．５〜１．５μｍ、特に好ましくは０．７〜１．２μｍであることがよい。
表面硬さ及び膜厚が上記範囲から外れると、Ｈｖ１５００Ｈｖ未満、厚さ０．３μｍ未満では摩滅し易くなり、逆にＨｖ３５００、厚さ２．０μｍを超えると剥離し易くなる。
【００２１】
更に、上記硬質炭素薄膜の表面粗さは、Ｒａで０．１μｍ以下であることが好適である。より好ましくは０．０５μｍ以下、特に好ましくは０．０３μｍ以下であることがよい。
Ｒａが０．１μｍを超えると局部的にスカッフィングを形成し、摩擦係数の大幅向上となることがある。
【００２２】
一方、上記摺動部材における基材としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄系材料、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料、チタン系材料等の金属材料等が挙げられる。また、各種ゴム、プラスティックなどの樹脂材料や、カーボン等の非金属材料なども挙げられる。
特に、鉄系材料、アルミニウム系材料及びマグネシウム系材料は、既存の機械・装置等の摺動部に適用しやすく、また、様々な分野で幅広く省エネルギー対策に貢献できる点で好ましい。
【００２３】
上記鉄系材料としては、特に制限はなく、高純度の鉄だけでなく、各種の鉄系合金（ニッケル、銅、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデン、鉛、ケイ素又はチタン、及びこれらを任意に組み合わせたもの等）を使用することができる。具体的には、例えば浸炭鋼ＳＣＭ４２０やＳＣｒ４２０（ＪＩＳ）などを挙げることができる。
また、上記アルミニウム系材料としては、特に制限はなく、高純度のアルミニウムだけでなく、各種のアルミニウム系合金を使用することができる。具体的には、例えばシリコン（Ｓｉ）を４〜２０％、銅（Ｃｕ）を１．０〜５．０％含む亜共晶アルミニウム合金又は過共晶アルミニウム合金等を用いることが望ましい。アルミニウム合金の好適例としては、例えばＡＣ２Ａ、ＡＣ８Ａ、ＡＤＣ１２及びＡＤＣ１４（ＪＩＳ）等を挙げることができる。
【００２４】
更に、これら金属材料や非金属材料に各種の薄膜コーティングを施した材料も基材として利用できる。具体的には、各種金属材料、例えば、上記鉄系材料、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料又はチタン系材料等に、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の薄膜コーティングを施したものを挙げることができる。
【００２５】
なお、上記摺動部材がなす摺動面としては、水酸基を含む潤滑剤を介在させた２つの摺動部材表面が接触する摺動面であれば何ら限定なく使用できる。
例えば、４サイクルや２サイクルエンジン等の内燃機関の摺動部（例えば動弁系、ピストン、ピストンリング、ピストンスカート、シリンダライナ、コンロッド、クランクシャフト、ベアリング、軸受け、メタル、ギヤー、チェーン、ベルト、オイルポンプ等）を始め、駆動系伝達機構（例えばギヤー等）やハードディスクドライブの摺動部、その他摩擦条件が厳しく、低摩擦性が要求される様々な摺動面が対象となる。
【００２６】
他方、上記水酸基を含む潤滑剤は、分子中に水酸基（ヒドロキシル基）を含有する有機化合物であれば特に制限はない。
例えば、炭素、水素及び酸素から成る有機化合物でも良いし、分子中にこれら以外の元素、例えば、窒素、硫黄、ハロゲン（フッ素、塩素等）、リン、ホウ素、金属等を含有して成る有機化合物であっても良い。
特に、摺動面の摩擦をより低減できる点からは、アルコール類であることが好適である。また、水酸基は２つ以上有することがより好ましく、例えば、グリセリン等が好適に使用できる。同様の理由から、硫黄含有量の少ない又は硫黄を含有しない有機化合物であることがよい。
【００２７】
ここで、上記アルコール類は、次の一般式（１）
【００２８】
Ｒ−（ＯＨ）ｎ …（１）
【００２９】
で表される有機化合物であり、ヒドロキシル基を１つ又は２つ以上有する化合物が例示できる。
【００３０】
アルコール類としては、具体的には、例えば以下の（Ａ）〜（Ｄ）が挙げられる。
・１価アルコール類（Ａ）
・２価のアルコール類（Ｂ）
・３価以上のアルコール類（Ｃ）
・上記３種のアルコール類から選ばれる１種又は２種以上の混合物（Ｄ）
【００３１】
上記１価アルコール類（Ａ）は、ヒドロキシル基を分子中に１つ有するものであり、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール（１−プロパノール、２−プロパノール）、ブタノール（１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、２−メチル−２−プロパノール）、ペンタノール（１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール）、ヘキサノール（１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、２−エチル−１−ブタノール、２，２−ジメチルブタノール）、ヘプタノール（１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，２−ジメチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、４，４−ジメチル−２−ペンタノール、３−メチル−１−ヘキサノール、４−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、２−エチルペンタノール）、オクタノール（１−オクタノール、２−オクタノール、３−オクタノール、４−メチル−３−ヘプタノール、６−メチル−２−ヘプタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、２−プロピル−１−ペンタノール、２，４，４−トリメチル−１−ペンタノール、３，５−ジメチル−１−ヘキサノール、２−メチル−１−ヘプタノール、２，２−ジメチル−１−ヘキサノール）、ノナノール（１−ノナノール、２−ノナノール、３，５，５−トリメチル−１−ヘキサノール、２，６−ジメチル−４−ヘプタノール、３−エチル−２，２−ジメチル−３−ペンタノール、５−メチルオクタノール等）、デカノール（１−デカノール、２−デカノール、４−デカノール、３，７−ジメチル−１−オクタノール、２，４，６−トリメチルヘプタノール等）、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール（ステアリルアルコール等）、ノナデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、トリコサノール、テトラコサノール等の炭素数１〜４０の１価アルキルアルコール類（これらアルキル基は直鎖状であっても分枝状であっても良い）；エテノール、プロペノール、ブテノール、ヘキセノール、オクテノール、デセノール、ドデセノール、オクタデセノール（オレイルアルコール等）等炭素数２〜４０の１価アルケニルアルコール類（これらアルケニル基は直鎖状であっても分枝状であっても良く、また、二重結合の位置も任意である）；シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、シクロオクタノール、メチルシクロペンタノール、メチルシクロヘキサノール、ジメチルシクロヘキサノール、エチルシクロヘキサノール、プロピルシクロヘキサノール、ブチルシクロヘキサノール、ジメチルシクロヘキサノール、シクロペンチルメタノール、シクロヘキシルメタノール（１−シクロヘキシルエタノール、２−シクロヘキシルエタノール等）、シクロヘキシルエタノール、シクロヘキシルプロパノール（３−シクロヘキシルプロパノール等）、シクロヘキシルブタノール（４−シクロヘキシルブタノール等）、ブチルシクロヘキサノール、３，３，５，５−テトラメチルシクロヘキサノール等の炭素数３〜４０の１価（アルキル）シクロアルキルアルコール類（これらアルキル基は直鎖状であっても分枝状であっても良く、また、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置も任意である）；フェニルアルコール、メチルフェニルアルコール（ｏ―クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール）、クレオソール、エチルフェニルアルコール、プロピルフェニルアルコール、ブチルフェニルアルコール、ブチルメチルフェニルアルコール（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール等）、ジメチルフェニルアルコール、ジエチルフェニルアルコール、ジブチルフェニルアルコール（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール、２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール等）、ジブチルメチルフェニルアルコール（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４メチルフェニルアルコール等）、ジブチルエチルフェニルアルコール（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４エチルフェニルアルコール等）、トリブチルフェニルアルコール（２，４，６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルアルコール等）、ナフトール（α―ナフトール、β−ナフトール等）、ジブチルナフトール（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−α−ナフトール等）等の（アルキル）アリールアルコール類（これらアルキル基は直鎖状であっても分枝状であっても良く、また、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置も任意である）等；６−（４−オキシ−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−アニリノ）−２，４−ビス−（ｎ−オクチル−チオ）−１，３，５−トリアジン等及びこれらの混合物等が挙げられる。
【００３２】
これら１価アルコール類においては、摺動面の摩擦をより低減できる点、及び揮発性が低く高温条件（例えば内燃機関等の摺動条件）においても摩擦低減効果を発揮できる点から、オレイルアルコール、ステアリルアルコール等の炭素数１２〜１８の直鎖又は分枝のアルキルアルコール類やアルケニルアルコール類を使用するのがより好ましい。
【００３３】
また、上記２価アルコール（Ｂ）としては、具体的には、ヒドロキシル基を分子中に２つ有するものであり、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−エチル−２−メチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、１，７−ヘプタンジオール、２−メチル−２−プロピル−１，３−プロパンジオール、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール、１，１３−トリデカンジオール、１，１４−テトラデカンジオール、１，１５−ヘプタデカンジオール、１．１６−ヘキサデカンジオール、１，１７−ヘプタデカンジオール、１，１８−オクタデカンジオール、１，１９−ノナデカンジオール、１，２０−イコサデカンジオール等の炭素数２〜４０のアルキル又はアルケニルジオール類（これらアルキル基又はアルケニル基は直鎖状でも分枝状でも良く、アルケニル基の二重結合の位置は任意であり、ヒドロキシル基の置換位置も任意である）；シクロヘキサンジオール、メチルシクロヘキサンジオール等の（アルキル）シクロアルカンジオール類（アルキル基は直鎖状でも分枝状でも良く、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置は任意である）、ベンゼンジオール（カテコール等）、メチルベンゼンジオール、エチルベンゼンジオール、ブチルベンゼンジオール（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルカテコール等）、ジブチルベンゼンジオール（４，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−レゾルシン等）、４，４’−チオビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、４，４’−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、２，２’−メチレンビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、２，２’−チオビス−（４，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−レゾルシン）、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、４，４’−メチレンビス−（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、２，２’−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ビドロキシ）プロパン、４，４’−シクロヘキシリデンビス−（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェノール）、等の炭素数２〜４０の２価（アルキル）アリールアルコール類（アルキル基は直鎖状でも分枝状でも良く、アルキル基、ヒドロキシル基の置換位置は任意である）等；ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールとホルムアルデヒドとの縮合物、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールとアセトアルデヒドとの縮合物等；及びこれらの混合物等が挙げられる。
【００３４】
これら２価アルコール類においては、摺動面の摩擦をより低減できる点から、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２−エチル−２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール等を使用するのが好ましい。また、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ベンジル）フェニルアルコール等の分子量３００以上、好ましくは４００の高分子量のヒンダードアルコール類は、高温条件（例えば内燃機関等の摺動条件）においても揮発しにくく耐熱性に優れ、摩擦低減効果を発揮できるとともに、優れた酸化安定性をも付与できる点で好ましい。
【００３５】
更に、３価以上のアルコール類（Ｃ）としては、具体的には、ヒドロキシル基を３つ以上有するものであり、通常３〜１０価、好ましくは３〜６価の多価アルコールが用いられる。具体例としては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン等のトリメチロールアルカン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、１，２，４−ブタントリオール、１，３，５−ペンタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３，４−ブタンテトロール、ソルビトール、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール等、及びこれらの重合体又は縮合物（例えば、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン等のグリセリンの２〜８量体等、ジトリメチロールプロパン等のトリメチロールプロパンの２〜８量体等、ジペンタエリスリトール等のペンタエリスリトールの２〜４量体等、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物等の縮合化合物（分子内縮合化合物、分子間縮合化合物又は自己縮合化合物）等が挙げられる。
【００３６】
また、キシロース、アラビトール、リボース、ラムノース、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、ソルボース、セロビオース、マントース、イソマルトース、トレハロース、スクロース等の糖類も使用可能である。
【００３７】
これら３価以上のアルコール類においては、グリセリン、トリメチロールアルカン（例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン）、ペンタエリスリトール、１，２，４−ブタントリオール、１，３，５−ペンタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３，４−ブタンテトロール、ソルビトール、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール等の３〜６価の多価アルコール及びこれらの混合物等がより好ましく、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビタン及びこれらの混合物が更に好ましく、水酸基含有量が２０％以上、好ましくは３０％以上、特に好ましくは４０％である多価アルコール類であることが特に好ましい。なお、６価を超える多価アルコールの場合、粘度が高くなりすぎる。
【００３８】
上記水酸基を含む潤滑剤には、更に、無灰分散剤、摩耗防止剤又は極圧剤、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、摩擦調整剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等の各種添加剤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。
【００３９】
上述した構成を有する本発明の低摩擦摺動機構は、すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満、好ましくは０．０１未満の摩擦係数を示すようになる。
ここで、エンジン油としては、代表的には、ＭｏＤＴＣ等の摩擦調整剤を含まない５Ｗ−３０ＳＦエンジン油などが挙げられる。
また、上記鋼としては、例えば、ＳＮＣ４１５，ＳＮＣ８１５，ＳＮＣＭ２２０，ＳＮＣＭ４１５，ＳＮＣＭ４２０，ＳＮＣＭ６１６，ＳＮＣＭ８１５，ＳＣｒ４１５，ＳＣｒ４２０，ＳＣＭ４１５，ＳＣＭ４１８，ＳＣＭ４２０，ＳＣＭ４２１，ＳＣＭ８２２，ＳＭｎ４２０，ＳＭｎＣ４２０等があるが、特にこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１〜９、比較例１〜３）
図３に示すように、各例の摺動機構としては、往復運動するピンを潤滑油を濡らした固定円板プレートに押し付ける往復摺動摩擦試験機を用いた。このときの荷重は４００Ｎ、ピンは２２ｍｍ×１８ｍｍφ、プレートは８ｍｍ×２４ｍｍとした。
また、各例の摩擦摺動試験片は、以下の表１に示す材料仕様にて作製した。
【００４２】
プレートはＳＣＭ４１５浸炭鋼と一部の実施例には超鋼合金を用いた。
また、得られたプレートに表１に示す潤滑剤を試験前に５ｍＬ敵下し、表面に均一になるように濡らした。
実施例１〜９、比較例１，２では、潤滑剤としてグリセリン１００％を使用した。
比較例３では、潤滑剤基油としてのＰＡＯ（ポリα−オレフィン）に、潤滑剤としてＧＭＯ（グリセロールモノオレエート）を１．０％添加して使用した。
比較例４，５では、５Ｗ−３０エンジン油を使用した。
【００４３】
一方、ピンはＳＵＪ２の熱処理剤で作製し、仕上げた表面上に、ＰＶＤ処理によって各種材料のコーティングを行った。
なお、表１中において、「ａ−Ｃ」はアモルファスカーボンを示し、Ｈｖ２０００未満の硬さが低いＤＬＣは、ＵＢＭ（Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法によりコーティングを実施し、Ｈｖ２０００以上の硬いＤＬＣは、アークイオンプレーティング法によりコーティングした。
【００４４】
また、表１中の表面硬さや表面粗さは、最終仕上げ後、即ちコーティングを施さないものについては仕上げ加工後、コーティングを施したものについては、コーティング後の値である。
【００４５】
［往復摺動摩擦試験］
潤滑油供給方法 ：外部からの供給無し
プレート温度 ：８０℃
最大ヘルツ圧力 ：２７０ＭＰａ
往復動の振幅 ：３ｍｍ
往復動の振動数 ：５０Ｈｚ
試験時間 ：１５ｍｉｎ
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１より、実施例１〜９で得られたコーティング膜と潤滑剤の組み合わせで摺動させた場合は、いずれも摩擦係数が０．０１を下回る、いわゆる「Ｓｕｐｅｒ−ｌｏｗ ｆｒｉｃｔｉｏｎ」と呼ばれる優れた超低フリクションを示す。
一方、基材のいずれか一方にＤＬＣがコーティングされていない鋼材料との組合せ（比較例１，２）や、水酸基を含まない潤滑剤との組合せ（比較例３，４）で摺動させた場合は、摩擦係数は０．０１を下回ることはなかった。
なお、比較例５より、汎用的に使用されている鋼／鋼の摺動材料とエンジン油の組合わせで摺動させた場合に比べると、本願の好適範囲である実施例１〜９の摺動機構は摩擦係数が２桁低減することになる。
【００４８】
また、実施例１〜９においては、試験後のプレート及びピンの表面形状に何ら問題はなく、耐摩耗性においても非常に優れていることが分かった。
なお、ＵＢＭ法でコーティングした比較的柔らかいＤＬＣ材料を用いた実施例１〜４に比べ、イオンプレーティング法で作製した硬いＤＬＣ（ｔａ−Ｃ系）を用いた実施例５〜９の方が更に摩擦低減効果が得られることが分かる。
従って、ＤＬＣ薄膜としては、大きな摩擦低減効果が得られるｔａ−Ｃ系のＤＬＣ材料から成る薄膜がより有効であると言える。
このように、顕著な摩擦低減効果は、機械摺動部品の全てに対して効果が期待できる。例えば、自動車エンジンの燃費向上に直結する大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ａ−Ｃ系、ｔａ−Ｃ系の範囲を示す説明図である。
【図２】低せん断の有機化合物の模式図である。
【図３】往復摺動型摩擦試験方法の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ピン
２ プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤を介在させたことを特徴とする低摩擦摺動機構。
【請求項２】
硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、水酸基を含む潤滑剤を介在させた低摩擦摺動機構であって、
すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示すことを特徴とする低摩擦摺動機構。
【請求項３】
上記硬質炭素薄膜が、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）及び／又は四面体型カーボン（ｔａ−Ｃ）から構成されるダイヤモンドライクカーボン薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項４】
上記硬質炭素薄膜の硬さが、１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項５】
上記硬質炭素薄膜の硬さが、１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで２０００〜３５００Ｈｖであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項６】
上記硬質炭素薄膜の膜厚が、０．３〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項７】
上記硬質炭素薄膜の膜厚が、０．５〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項８】
上記水酸基を含む潤滑剤がアルコール類であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項９】
上記水酸基を含む潤滑剤がグリセリンであることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項１０】
摺動面において、水素基同士が対向してトライボフィルムの摺動すべり界面を形成していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項１１】
上記水素基が上記潤滑剤の一部であることを特徴とする請求項１０に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項１】
硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、グリセリンを含む潤滑剤を介在させたことを特徴とする低摩擦摺動機構。
【請求項２】
硬質炭素薄膜を有する摺動部材同士がなす摺動面に、水酸基を含む潤滑剤を介在させた低摩擦摺動機構であって、
すべり接触条件が、エンジン油を介在させた鋼同士の摺動面の摩擦係数が０．１〜０．１４を示す境界潤滑下において、０．０２未満の摩擦係数を示すことを特徴とする低摩擦摺動機構。
【請求項３】
上記硬質炭素薄膜が、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）及び／又は四面体型カーボン（ｔａ−Ｃ）から構成されるダイヤモンドライクカーボン薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項４】
上記硬質炭素薄膜の硬さが、１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで１５００〜５０００Ｈｖであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項５】
上記硬質炭素薄膜の硬さが、１０ｇ荷重におけるマイクロビッカース硬さで２０００〜３５００Ｈｖであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項６】
上記硬質炭素薄膜の膜厚が、０．３〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項７】
上記硬質炭素薄膜の膜厚が、０．５〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項８】
上記水酸基を含む潤滑剤がアルコール類であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項９】
上記水酸基を含む潤滑剤がグリセリンであることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項１０】
摺動面において、水素基同士が対向してトライボフィルムの摺動すべり界面を形成していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の低摩擦摺動機構。
【請求項１１】
上記水素基が上記潤滑剤の一部であることを特徴とする請求項１０に記載の低摩擦摺動機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２９７５９２（Ｐ２００７−２９７５９２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２２２７（Ｐ２００７−５２２２７）
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（５０３３０２８４９）
【氏名又は名称原語表記】Ｊｅａｎ Ｍｉｃｈｅｌ Ｍａｒｔｉｎ
【住所又は居所原語表記】２１ ｒｕｅ ｃｌｏｓ ｃｈａｐｕｉｓ ６９３８０ Ｃｈａｚａｙ ｄ’ａｚｅｒｇｕｅｓ Ｆｒａｎｃｅ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（５０３３０２８４９）
【氏名又は名称原語表記】Ｊｅａｎ Ｍｉｃｈｅｌ Ｍａｒｔｉｎ
【住所又は居所原語表記】２１ ｒｕｅ ｃｌｏｓ ｃｈａｐｕｉｓ ６９３８０ Ｃｈａｚａｙ ｄ’ａｚｅｒｇｕｅｓ Ｆｒａｎｃｅ
【Ｆターム（参考）】
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