摺動部材
【課題】添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動において、初期摺動特性を向上させるために添加剤を摺動部材表面に吸着させる手段を提供する。
【解決手段】潤滑油に極性官能基を含む極性添加剤を配合し、摺動面に吸着させることにより摺動部材の摩擦特性、摩耗特性および耐焼付特性を改善する。摺動面に極性官能基が配置されていることにより、初期摺動特性を向上させることが出来る。極性添加剤はカルボキシル基または水酸基である。
【解決手段】潤滑油に極性官能基を含む極性添加剤を配合し、摺動面に吸着させることにより摺動部材の摩擦特性、摩耗特性および耐焼付特性を改善する。摺動面に極性官能基が配置されていることにより、初期摺動特性を向上させることが出来る。極性添加剤はカルボキシル基または水酸基である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、初期摺動特性が向上された摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑油には、基本性能である摩擦特性、摩耗特性、焼付特性等の各種摺動特性を確保する目的で各種添加剤が配合されている。そして、添加剤が摺動面に吸着することにより、潤滑油の所望の基本性能が発揮されると考えられている。
【０００３】
各種材料の摺動性能（摩擦特性、摩耗特性、焼付特性等）に関する耐久性を確保するためには初期なじみ性が重要な要因となる。初期なじみ性を向上させるためには、初期の摺動面への添加剤の吸着性を高めることが重要である。
【０００４】
一般的に、添加剤の摺動面への吸着速度は、添加剤の活性度および添加量により決まる。添加剤の吸着が促進されるように、要求性能および使用環境に応じた潤滑油の最適な配合が決定される。
【０００５】
潤滑油は各種性能が要求されるため添加剤は複数配合されることが通常である。一般的に添加剤の吸着速度を向上させるためには、添加剤の添加量を増量する方法や、活性度を高める方法がある。しかしながら、背反として腐食および樹脂／ゴム材料に対する適合性が悪化する場合があり、添加剤の添加量の増量や種類の選択には制約が多い。
【０００６】
これまでに、添加剤の摺動面に対する吸着を促進するために、電場／磁場を摺動面に付加することで摺動性能の向上を図る手段が検討されている（特許文献１）。また、本出願人は、潤滑剤中の添加剤の摺動面への吸着を促進させることを目的として、摺動部材の摺動面上の被覆層に磁性材料を分散させる技術を開発し特許出願を行っている（特許文献２）。しかしながらこれらの従来技術には、システムが複雑となりコストアップにつながるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０３９９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的には、添加剤の吸着は活性度が高いと促進されるが、初期状態（低油温時）は添加剤の活性度が低く、吸着が促進されない。初期においてなじみが悪いと、表面性状（添加剤吸着／反応状態、表面粗さ）が不良となり、不安定な摩擦係数、局部的な異常焼き付け等の問題が発生する場合がある。初期摺動特性を向上させる既存の手法は上記の通り種々の問題を有する。
【０００９】
そこで本発明は、添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動において、初期摺動特性を向上させるために手段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】
【００１０】
本発明は以下の発明を包含する。
（１）摺動面に極性官能基が配置されていることを特徴とする、極性添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動のための摺動部材。
（２）極性官能基がカルボキシル基または水酸基である（１）記載の摺動部材。
（３）表面に極性官能基を備えたビーズが摺動面上に固定されている（１）または（２）記載の摺動部材。
（４）結合剤と、前記結合剤中に分散された、表面に極性官能基を備えたビーズとを含む被覆層により摺動面が被覆されている（３）記載の摺動部材。
（５）ビーズが占める面積が摺動面の面積の５〜５０面積％である（１）〜（４）のいずれかに記載の摺動部材。
（６）被覆層が５〜２０μｍの厚さを有する（４）または（５）に記載の摺動部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る摺動部材を用いることにより、極性添加剤が配合された潤滑油を用いる摺動において初期摺動特性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（摺動部材）
本発明において「摺動部材」とは摺動部分を有する機械部品を意味し、具体的には、湿式クラッチ、エンジンのピストン、ギヤ、スプライン、すべり軸受、動弁系部品などが挙げられる。
【００１３】
本発明の摺動部材の基材としては、金属系基材、セラミックス系基材、樹脂系基材など湿式摺動部材として使用されるいずれの基材を用いてもよい。
【００１４】
本発明における「摺動部材」は極性添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動（いわゆる湿式摺動）のための摺動部材である。
摺動面とは他の部材が当接して摺動する面を指す。
【００１５】
潤滑油としては極性添加剤を含有する種々の潤滑油が挙げられ、具体的にはオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）、エンジンオイル、無段変速機油（ＣＶＴＦ）、ギヤオイル、グリースなどが挙げられる。
【００１６】
潤滑油中の極性添加剤としては脂肪酸、脂肪酸エステル、アルコール系化合物、アミン系化合物、有機モリブデン化合物、Ｓ−Ｐ系（硫黄−リン系）化合物、Ｓ化合物、Ｓ−Ｎ化合物、金属塩などが挙げられる。
【００１７】
（官能基）
本発明の摺動部材は、摺動面に極性官能基が配置されていることを特徴とする。極性官能基と潤滑油中の極性添加剤とが互いに引き付け合うことにより、摺動開始初期において摺動面への添加剤の吸着が迅速に進むため、初期摺動特性が向上するものと考えられる。
【００１８】
極性官能基を摺動面上に配置する手段は特に限定されないが、表面に極性官能基を備えたビーズを摺動面に固定する様式が好ましい。
【００１９】
本発明において「極性官能基」とは、極性を有し、使用される潤滑油中の極性添加剤を吸着することが可能である官能基であれば特に限定されないが、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基等が挙げられ、カルボキシル基または水酸基が好ましい。摺動面上にこれらの基の１種または２種以上が配置される。なお、摩擦特性を有する添加剤を含有するＡＴＦ（特にアミン系添加剤含有するＡＴＦ）を使用する湿式クラッチの摺動面には極性官能基としてカルボキシル基が配置されることが最も好ましい。
【００２０】
表面に極性官能基を備えたビーズの基材は特に限定されず樹脂系基材、金属系基材、セラミックス系基材などを用いることができる。本明細書の実施例においては例示のために樹脂系基材からなるビーズ（すなわち樹脂ビーズ）を挙げるがそれには限定されない。樹脂ビーズとしては、アクリル系ポリマー微粒子が好適に使用できる。
【００２１】
表面に極性官能基を備えたビーズは、極性官能基を備えていないビーズの表面に化学的処理を施して極性官能基を導入することにより調製することもできるし、表面に極性官能基を備えたビーズとして市販されているものを使用してもよい。表面に極性官能基を備えたビーズとしては、細胞やタンパク質を精製するために市販されている生化学実験用のビーズが挙げられ、具体的には東レ株式会社から商品コードＫＴＳ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５として市販されているものが挙げられる。
【００２２】
ビーズの外郭寸法（ビーズが真球であれば直径を意味する）は特に限定されないが通常は１〜４μｍである。
【００２３】
前記ビーズを摺動面に固定する手段は特に限定されないが、最も簡便な方法としては、結合剤を連続相とし、当該連続相中に前記ビーズを分散させた被覆層により摺動面を被覆することが好ましい。結合剤は連続的な被膜を形成できるものであれば特に限定されず、有機系または無機系の結合剤を使用することができ、具体的には極性の低いＳｉ系またはＴｉ系の無機バインダーを使用することができる。被覆層の形成方法は特に限定されない。例えば実施例に示すように、希釈剤中に結合剤とビーズとを懸濁させ、懸濁液を摺動面に塗布し、乾燥させることにより形成することができる。
【００２４】
被覆層の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。被覆層が薄すぎると、ビーズが脱落し易いという問題がある。被覆層が厚すぎると被覆層が基材から剥離し易いという問題や、摺動特性に悪影響を与えるという問題がある。
【００２５】
ビーズは、ビーズが占める面積が摺動面の面積の５〜５０面積％となるように摺動面上に固定されていることが好ましい。５面積％以下である場合、本発明の十分な効果が発揮できないことがある。５０重量％を超えると摩擦材の目詰まり等により摩擦係数が低下するという問題や、コストアップにつながるという問題がある。
【実施例】
【００２６】
本実施例においては、シャダー特性を改善する添加剤として知られているアミン系化合物が配合されたＡＴＦの初期シャダー特性が、摺動面上へのカルボキシル基の導入により改善されるかを検討した。
【００２７】
（被覆層の形成）
工程１：市販無機コーティング剤「ＦＪ８０１」（グランデックス株式会社）にトルエンを加えた溶液にマイクロビーズ「ＧＣ」（東レ株式会社）を、乾燥時に面積率が５〜５０％になるように混入させ、均一分散させた。
工程２：前記工程１で作成した分散液に摩擦材及び標準スチールプレートを浸漬し、乾燥させた（１００℃，３０分間）。
【００２８】
（実験条件）
実施例１：標準摩擦材および標準スチールプレートの摺動面に対し、マイクロビーズを面積率５％で配置した。
実施例２：標準摩擦材および標準スチールプレートの摺動面に対し、マイクロビーズを面積率５０％で配置した。
比較例：標準摩擦材および標準スチールプレートを使用した。
【００２９】
（試験方法）
摺動試験はＪＡＳＯ Ｍ ３４９に準拠して行った。
試験油温：２０℃または４０℃
試験面圧：１ＭＰａ
すべり速度：０．３ｍ／ｓ、０．９ｍ／ｓ
評価項目：初期μ−ｖ特性（ｄμ／ｄｖ）
試験油：シャダー特性が付加されている市販ＡＴＦ（オートフルード タイプＴ ＩＶ）
【００３０】
（試験結果）
図１に試験油温４０℃、すべり速度０．９ｍ／ｓにおける実施例２の試験結果を示す。
【００３１】
一般に、試験開始直後は摺動面に対する添加剤吸着が少ないため良好なμ−ｖ特性（ｄμ／ｄｖ）は得られにくい（比較例）。これに対し実施例２では試験開始直後から良好なμ−ｖ特性（ｄμ／ｄｖ）が得られた。
【００３２】
図２に試験油温２０℃、すべり速度０．３ｍ／ｓにおける実施例２の試験結果を示す。
図１と同様の傾向が認められた。比較例と対比した本発明の改善効果は低温域（２０℃）においてより顕著である。これは、添加剤の吸着速度が油温に影響されるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】試験油温４０℃、すべり速度０．９ｍ／ｓにおける実施例２および比較例の試験結果を示す。
【図２】試験油温２０℃、すべり速度０．３ｍ／ｓにおける実施例２および比較例の試験結果を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、初期摺動特性が向上された摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑油には、基本性能である摩擦特性、摩耗特性、焼付特性等の各種摺動特性を確保する目的で各種添加剤が配合されている。そして、添加剤が摺動面に吸着することにより、潤滑油の所望の基本性能が発揮されると考えられている。
【０００３】
各種材料の摺動性能（摩擦特性、摩耗特性、焼付特性等）に関する耐久性を確保するためには初期なじみ性が重要な要因となる。初期なじみ性を向上させるためには、初期の摺動面への添加剤の吸着性を高めることが重要である。
【０００４】
一般的に、添加剤の摺動面への吸着速度は、添加剤の活性度および添加量により決まる。添加剤の吸着が促進されるように、要求性能および使用環境に応じた潤滑油の最適な配合が決定される。
【０００５】
潤滑油は各種性能が要求されるため添加剤は複数配合されることが通常である。一般的に添加剤の吸着速度を向上させるためには、添加剤の添加量を増量する方法や、活性度を高める方法がある。しかしながら、背反として腐食および樹脂／ゴム材料に対する適合性が悪化する場合があり、添加剤の添加量の増量や種類の選択には制約が多い。
【０００６】
これまでに、添加剤の摺動面に対する吸着を促進するために、電場／磁場を摺動面に付加することで摺動性能の向上を図る手段が検討されている（特許文献１）。また、本出願人は、潤滑剤中の添加剤の摺動面への吸着を促進させることを目的として、摺動部材の摺動面上の被覆層に磁性材料を分散させる技術を開発し特許出願を行っている（特許文献２）。しかしながらこれらの従来技術には、システムが複雑となりコストアップにつながるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０３９９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的には、添加剤の吸着は活性度が高いと促進されるが、初期状態（低油温時）は添加剤の活性度が低く、吸着が促進されない。初期においてなじみが悪いと、表面性状（添加剤吸着／反応状態、表面粗さ）が不良となり、不安定な摩擦係数、局部的な異常焼き付け等の問題が発生する場合がある。初期摺動特性を向上させる既存の手法は上記の通り種々の問題を有する。
【０００９】
そこで本発明は、添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動において、初期摺動特性を向上させるために手段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】
【００１０】
本発明は以下の発明を包含する。
（１）摺動面に極性官能基が配置されていることを特徴とする、極性添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動のための摺動部材。
（２）極性官能基がカルボキシル基または水酸基である（１）記載の摺動部材。
（３）表面に極性官能基を備えたビーズが摺動面上に固定されている（１）または（２）記載の摺動部材。
（４）結合剤と、前記結合剤中に分散された、表面に極性官能基を備えたビーズとを含む被覆層により摺動面が被覆されている（３）記載の摺動部材。
（５）ビーズが占める面積が摺動面の面積の５〜５０面積％である（１）〜（４）のいずれかに記載の摺動部材。
（６）被覆層が５〜２０μｍの厚さを有する（４）または（５）に記載の摺動部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る摺動部材を用いることにより、極性添加剤が配合された潤滑油を用いる摺動において初期摺動特性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（摺動部材）
本発明において「摺動部材」とは摺動部分を有する機械部品を意味し、具体的には、湿式クラッチ、エンジンのピストン、ギヤ、スプライン、すべり軸受、動弁系部品などが挙げられる。
【００１３】
本発明の摺動部材の基材としては、金属系基材、セラミックス系基材、樹脂系基材など湿式摺動部材として使用されるいずれの基材を用いてもよい。
【００１４】
本発明における「摺動部材」は極性添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動（いわゆる湿式摺動）のための摺動部材である。
摺動面とは他の部材が当接して摺動する面を指す。
【００１５】
潤滑油としては極性添加剤を含有する種々の潤滑油が挙げられ、具体的にはオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）、エンジンオイル、無段変速機油（ＣＶＴＦ）、ギヤオイル、グリースなどが挙げられる。
【００１６】
潤滑油中の極性添加剤としては脂肪酸、脂肪酸エステル、アルコール系化合物、アミン系化合物、有機モリブデン化合物、Ｓ−Ｐ系（硫黄−リン系）化合物、Ｓ化合物、Ｓ−Ｎ化合物、金属塩などが挙げられる。
【００１７】
（官能基）
本発明の摺動部材は、摺動面に極性官能基が配置されていることを特徴とする。極性官能基と潤滑油中の極性添加剤とが互いに引き付け合うことにより、摺動開始初期において摺動面への添加剤の吸着が迅速に進むため、初期摺動特性が向上するものと考えられる。
【００１８】
極性官能基を摺動面上に配置する手段は特に限定されないが、表面に極性官能基を備えたビーズを摺動面に固定する様式が好ましい。
【００１９】
本発明において「極性官能基」とは、極性を有し、使用される潤滑油中の極性添加剤を吸着することが可能である官能基であれば特に限定されないが、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基等が挙げられ、カルボキシル基または水酸基が好ましい。摺動面上にこれらの基の１種または２種以上が配置される。なお、摩擦特性を有する添加剤を含有するＡＴＦ（特にアミン系添加剤含有するＡＴＦ）を使用する湿式クラッチの摺動面には極性官能基としてカルボキシル基が配置されることが最も好ましい。
【００２０】
表面に極性官能基を備えたビーズの基材は特に限定されず樹脂系基材、金属系基材、セラミックス系基材などを用いることができる。本明細書の実施例においては例示のために樹脂系基材からなるビーズ（すなわち樹脂ビーズ）を挙げるがそれには限定されない。樹脂ビーズとしては、アクリル系ポリマー微粒子が好適に使用できる。
【００２１】
表面に極性官能基を備えたビーズは、極性官能基を備えていないビーズの表面に化学的処理を施して極性官能基を導入することにより調製することもできるし、表面に極性官能基を備えたビーズとして市販されているものを使用してもよい。表面に極性官能基を備えたビーズとしては、細胞やタンパク質を精製するために市販されている生化学実験用のビーズが挙げられ、具体的には東レ株式会社から商品コードＫＴＳ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５として市販されているものが挙げられる。
【００２２】
ビーズの外郭寸法（ビーズが真球であれば直径を意味する）は特に限定されないが通常は１〜４μｍである。
【００２３】
前記ビーズを摺動面に固定する手段は特に限定されないが、最も簡便な方法としては、結合剤を連続相とし、当該連続相中に前記ビーズを分散させた被覆層により摺動面を被覆することが好ましい。結合剤は連続的な被膜を形成できるものであれば特に限定されず、有機系または無機系の結合剤を使用することができ、具体的には極性の低いＳｉ系またはＴｉ系の無機バインダーを使用することができる。被覆層の形成方法は特に限定されない。例えば実施例に示すように、希釈剤中に結合剤とビーズとを懸濁させ、懸濁液を摺動面に塗布し、乾燥させることにより形成することができる。
【００２４】
被覆層の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。被覆層が薄すぎると、ビーズが脱落し易いという問題がある。被覆層が厚すぎると被覆層が基材から剥離し易いという問題や、摺動特性に悪影響を与えるという問題がある。
【００２５】
ビーズは、ビーズが占める面積が摺動面の面積の５〜５０面積％となるように摺動面上に固定されていることが好ましい。５面積％以下である場合、本発明の十分な効果が発揮できないことがある。５０重量％を超えると摩擦材の目詰まり等により摩擦係数が低下するという問題や、コストアップにつながるという問題がある。
【実施例】
【００２６】
本実施例においては、シャダー特性を改善する添加剤として知られているアミン系化合物が配合されたＡＴＦの初期シャダー特性が、摺動面上へのカルボキシル基の導入により改善されるかを検討した。
【００２７】
（被覆層の形成）
工程１：市販無機コーティング剤「ＦＪ８０１」（グランデックス株式会社）にトルエンを加えた溶液にマイクロビーズ「ＧＣ」（東レ株式会社）を、乾燥時に面積率が５〜５０％になるように混入させ、均一分散させた。
工程２：前記工程１で作成した分散液に摩擦材及び標準スチールプレートを浸漬し、乾燥させた（１００℃，３０分間）。
【００２８】
（実験条件）
実施例１：標準摩擦材および標準スチールプレートの摺動面に対し、マイクロビーズを面積率５％で配置した。
実施例２：標準摩擦材および標準スチールプレートの摺動面に対し、マイクロビーズを面積率５０％で配置した。
比較例：標準摩擦材および標準スチールプレートを使用した。
【００２９】
（試験方法）
摺動試験はＪＡＳＯ Ｍ ３４９に準拠して行った。
試験油温：２０℃または４０℃
試験面圧：１ＭＰａ
すべり速度：０．３ｍ／ｓ、０．９ｍ／ｓ
評価項目：初期μ−ｖ特性（ｄμ／ｄｖ）
試験油：シャダー特性が付加されている市販ＡＴＦ（オートフルード タイプＴ ＩＶ）
【００３０】
（試験結果）
図１に試験油温４０℃、すべり速度０．９ｍ／ｓにおける実施例２の試験結果を示す。
【００３１】
一般に、試験開始直後は摺動面に対する添加剤吸着が少ないため良好なμ−ｖ特性（ｄμ／ｄｖ）は得られにくい（比較例）。これに対し実施例２では試験開始直後から良好なμ−ｖ特性（ｄμ／ｄｖ）が得られた。
【００３２】
図２に試験油温２０℃、すべり速度０．３ｍ／ｓにおける実施例２の試験結果を示す。
図１と同様の傾向が認められた。比較例と対比した本発明の改善効果は低温域（２０℃）においてより顕著である。これは、添加剤の吸着速度が油温に影響されるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】試験油温４０℃、すべり速度０．９ｍ／ｓにおける実施例２および比較例の試験結果を示す。
【図２】試験油温２０℃、すべり速度０．３ｍ／ｓにおける実施例２および比較例の試験結果を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面に極性官能基が配置されていることを特徴とする、極性添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動のための摺動部材。
【請求項２】
極性官能基がカルボキシル基または水酸基である請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
表面に極性官能基を備えたビーズが摺動面上に固定されている請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項４】
結合剤と、前記結合剤中に分散された、表面に極性官能基を備えたビーズとを含む被覆層により摺動面が被覆されている請求項３記載の摺動部材。
【請求項５】
ビーズが占める面積が摺動面の面積の５〜５０面積％である請求項１〜４のいずれか１項記載の摺動部材。
【請求項６】
被覆層が５〜２０μｍの厚さを有する請求項４または５に記載の摺動部材。
【請求項１】
摺動面に極性官能基が配置されていることを特徴とする、極性添加剤が配合された潤滑油を用いた摺動のための摺動部材。
【請求項２】
極性官能基がカルボキシル基または水酸基である請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
表面に極性官能基を備えたビーズが摺動面上に固定されている請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項４】
結合剤と、前記結合剤中に分散された、表面に極性官能基を備えたビーズとを含む被覆層により摺動面が被覆されている請求項３記載の摺動部材。
【請求項５】
ビーズが占める面積が摺動面の面積の５〜５０面積％である請求項１〜４のいずれか１項記載の摺動部材。
【請求項６】
被覆層が５〜２０μｍの厚さを有する請求項４または５に記載の摺動部材。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３１５４４２（Ｐ２００７−３１５４４２Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４３５５１（Ｐ２００６−１４３５５１）
【出願日】平成１８年５月２４日（２００６．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２４日（２００６．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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