JP4784248B2

JP4784248B2 - 摺動構造及び摺動方法

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Publication number: JP4784248B2
Application number: JP2005292846A
Authority: JP
Inventors: 郁朗中川; 正顕小川; 良雄不破; 義則尾崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-10-05
Also published as: US20070078067A1; EP1772512A3; CN1944992A; JP2007099947A; EP1772512A2

Description

本発明は、互いに摺動する一対の摺動部材の摺動面間に潤滑油を給油しながら少なくとも一方の摺動部材を摺動させる摺動構造に係り、特に、これら部材の摺動面の耐摩耗性及び低摩擦特性が向上する摺動構造に関する。

従来から、自動車において、エンジン、トランスミッションなど様々な機器に摺動部材が用いられており、これらの摺動部材の摺動抵抗を低減してエネルギ損失を減らし、地球環境の保護のための今後の燃費規制に対応すべく、様々な研究開発が進められている。たとえば、このような研究開発の１つに、摺動部材の耐摩耗性を向上させると共に低摩擦特性を得るために、その摺動面にコーティングを行う技術があるが、近年、このコーティング材料として、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬質炭素被膜が注目されている。一方、摺動部材を摺動するにあたって、摺動部材の摺動面に供給される潤滑油、グリースは、摺動部材の摺動特性に大きな影響を与えるため、摺動部材の材質、表面粗さ、その使用環境等を考慮して、流体潤滑となるように潤滑油・グリースを選定することは非常に重要である。

例えば、このような一例として、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）部材と、鉄基材との摺動面に、ジチオカルバミン酸モリブデンを無灰摩擦調整剤として含む潤滑油を用いた摺動部材が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−２３８９８２号公報

しかし、上述したような摺動部材は、摺動時に摺動部材の表面に二硫化モリブデンの膜を形成させて、耐摩耗性及び低摩擦特性を向上させることを狙いとして、潤滑油にジチオカルバミン酸モリブデンを添加しているが、このようなモリブデン系の固体潤滑剤は、ＤＬＣを被覆した摺動部材であれば、いかなる場合であっても有効に作用するものであるとは言えず、たとえこのような潤滑油を用いたとしても、様々な諸条件を加味しないと、自動車等の過酷な使用環境下では、耐摩耗性、低摩擦特性の両者を同時に向上させるような効果を充分に発揮することができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、互いに摺動する一対の摺動部材の耐摩耗性を向上させると共に、摩擦係数を低減することができる摺動構造を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく多くの実験と研究を行うことにより、摺動時にＤＬＣ被膜の表面に、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを作用させた場合、ＤＬＣ被膜中におけるｓｐ³結合に対応するダイヤモンド構造、ｓｐ²結合に対応するグラファイト構造、及びこれらの結合及び水素結合が混在したアモルファス構造の割合と、潤滑油中における二硫化モリブデンの割合とが、ある条件を満たしたときに、摺動部材の耐摩耗性、低摩擦特性が画期的に向上するとの知見を得た。

本発明は、本発明者らが得た上記の新たな知見に基づくものであり、互いに摺動する一対の摺動部材の摺動面間に潤滑油を給油しながら少なくとも一方の摺動部材を摺動させる摺動構造であって、少なくとも一方の摺動部材の摺動面には、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜が形成され、摺動面間に存在する潤滑油は、モリブデンの量が潤滑油に対して４００ｐｐｍ以上となるように少なくともモリブデンと硫黄とを含有した化合物を含んでいる、ことを特徴としている。

本発明に係る「ラマン分光スペクトル」とは、一般的なラマン分光装置を用いて、レーザー光などの単色光を物体（非晶質炭素被膜）に照射した際に、入射光とは異なる波長であるラマン散乱光のスペクトルであり、一般的に物体の構造は、このラマン散乱光の入射光との振動数の差（ラマンシフト）と、散乱光スペクトル（強度）とから特定することができる。

ここで、非晶質炭素被膜の構造解析をラマン分光スペクトルにより分析した場合、非晶質炭素被膜は、決まった結晶構造を持たず、ラマンシフトが１３５０ｃｍ^−１付近及び１５５０ｃｍ^−１付近に、ラマン分光スペクトルのピークが現れることが一般的である。そして、本発明に係る「Ｇバンド」は、このラマンシフトが１５５０ｃｍ^−１付近のピークであり、非晶質炭素被膜のグラファイト構造に起因したバンド（後述する実施例の図１の線ｂ参照）を示し、本発明に係る「Ｄバンド」は、１３５０ｃｍ^−１付近のピークであり、非晶質炭素被膜のアモルファス構造に起因したバンド（後述する実施例の図１の線ｃ参照）を示している。そして、Ｄバンドの面積強度とＧバンドの面積強度との比Ｄ／Ｇ（後述する実施例の図１の線ｃを囲む斜線部の面積と線ｂを囲む斜線部の面積との比）は、ＤＬＣ被膜中に含まれるアモルファス構造の比率を示すことになる。

例えば、面積強度比Ｄ／Ｇが大きい場合（被膜中のアモルファス構造の比率が大きい場合）には、先に示したように、アモルファス構造は摺動時においてグラファイトに変質しやすい（グラファイト化が促進される）ことから、摩擦係数が低減されるが、被膜全体の結合が弱くなり充分に耐摩耗性を維持することができない。

このような本発明の如き摺動構造は、潤滑油中に含まれる硫黄とモリブデンとを含有した化合物が、摺動時に、層状構造の二硫化モリブデン（化合物が二硫化モリブデンのときは変化せずそのもの）となり、この二硫化モリブデンは、ラマン分光スペクトル分析した際にＤバンドの面積強度とＧバンドとの面積強度比Ｄ／Ｇが１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜に対して相性がよく、摺動部材の耐摩耗性及び低摩擦特性を向上させることができる。すなわち、上記の理由から、この面積強度比Ｄ／Ｇは１．５未満である場合には、たとえ摺動面に二硫化モリブデンが介在したとしても充分に摩擦係数を低減することができない。また、この面積強度比Ｄ／Ｇは２．０を超えてしまうと、摺動部材の耐摩耗性を充分に維持することができない。

また、この非晶質炭素被膜中に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗ、Ｂなどの添加元素を含有させてもよく、このような元素を添加することにより、被膜の表面硬さを調整することもできる。

さらに非晶質炭素被膜は、基材との密着強度が低下しないように、非晶質炭素材料からなる表面硬質層と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ及びこれらの組合せからなる群から選択される元素を含む密着層と、を積層することが好ましい。このような密着層を設けることにより、表面硬質層と基材との密着性を高め、摺動時に、表面硬質層が基材から剥離することを防止することができる。

より好ましい態様としては、この非晶質炭素被膜は、表面硬質層と密着層との間に中間層をさらに設け、この中間層は、表面硬質層から密着層に近づくに従って、密着層の元素の組成になるように、非晶質炭素材料に前記元素が添加されている。このように、傾斜的に、非晶質炭素材料に、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ及びこれらの組合せからなる群から選択される元素を添加することにより、表面硬質層に隣接した中間層の界面は、表面硬質層に近い又は同じ組成となり、一方、密着層に隣接した中間層の界面は、密着層に近い又は同じ組成となるので、この中間層が、表面硬質層と密着層との密着性をさらに向上させ、被膜の密着強度を向上させることができる。

より好ましい態様としては、非晶質炭素被膜は、プラズマ物理気相成長法（プラズマＰＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ）、又はアークイオンプレーティング法によって、成膜されている。すなわち、上述した面積強度比Ｄ／Ｇとなるように非晶質炭素被膜を成膜する際には、このような成膜方法が好適である。しかし、この面積強度比Ｄ／Ｇが満足されるのであれば、特に、真空蒸着、スパッタリングなどを利用した物理気相成長法（ＰＶＤ）により成膜してもよく、プラズマ処理以外の化学気相成長法（ＣＶＤ）により成膜してもよい。

このような化合物は、含有するモリブデンの量が潤滑油に対して４００ｐｐｍ以上となるように潤滑油に含まれていなければならならず、モリブデンの量が、４００ｐｐｍ未満の場合には、充分に摩擦係数を低減することができない。さらに、この化合物は、含有するモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍ以下となるように潤滑油に含まれていることが好ましく、この化合物のモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍを越えたとしても、それ以上の効果は期待できず、コスト高に繋がるので望ましくない。

さらに、前記潤滑油に含まれる化合物は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（Ｍｏ−ＤＴＣ）、ジチオリン酸モリブデン（Ｍｏ−ＤＴＰ）、二硫化モリブデン、及びこれらの組合せからなる群から選択される化合物であることがより好ましい。このような化合物は、摺動時に固体潤滑剤として作用し、この固体潤滑剤である二硫化モリブデンにより、摺動部材の耐摩耗性と低摩擦特性とを向上させることができる。そして、エンジンオイルなどにおいてこのような化合物を使用する場合には、潤滑油中に分散して介在することができるジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、ジチオリン酸モリブデンなどの有機モリブデンがより好ましい。特に、汎用性、コスト面等を考慮すると、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンがより好ましく、生成方法により分子中のアルキル基の構造は異なるが、このようなモリブデンの量を潤滑油中に含んでさえすれば、同等の効果は期待できる。よって、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンの具体例としては、例えば、ジブチルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジペンチルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジヘキシルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジヘプチルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジオクチルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジノニルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジデシルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジウンデシルジチオカルバミン酸硫化モリブデン、ジドデシルジチオカルバミン酸モリブデン、ジトリデシルジチオカルバミン酸モリブデン等を挙げることができる。

さらに、この一対の摺動部材との間に介在させる潤滑油のベース油は、前述したような化合物を含むのであれば特に限定されるものではなく、鉱油、合成油など特に限定されるものではなく、軸受油、ギヤ油、エンジン油に用いることができる。また、このような潤滑油は、潤滑油としての性能を維持するために、前述したような組成を満足するのであれば、酸化防止剤、摩耗防止剤、極圧剤、摩擦調整剤、金属不活性剤、清浄剤、防錆剤、泡消剤などを適宜追加することができる。また、潤滑油の変わりに、例えば、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンを含む基油にさらに増稠剤を分散させたグリースであっても同様の効果が得られる。

本発明は、上述した摺動構造の好適な摺動方法として以下に示す摺動方法をも開示する。ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が、１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜を形成した摺動部材の摺動面に、モリブデンの量が潤滑油に対して４００ｐｐｍ以上となるように少なくともモリブデンと硫黄とを含有した化合物を含む潤滑油を給油しながら、前記摺動部材を摺動させることを特徴しており、この潤滑油は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、ジチオリン酸モリブデン、二硫化モリブデン、及びこれらの組合せからなる群から選択される化合物を含む潤滑油であることが好ましく、この化合物は、含有するモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍ以下となるように潤滑油に含まれていることが好ましい。このようにして、非晶質炭素被膜の表面に固体潤滑剤である二硫化モリブデンが効果的に作用し、摩擦係数を低減すると共に耐摩耗性も向上し、摺動部材の長寿命化を図ることができる。

また、この潤滑油の給油方法としては、循環潤滑、ミスト潤滑、又は、オイルバスによる油浴潤滑等が挙げられ、摺動時に摺動部材間に、潤滑油を給油することができるのであれば、特に限定さるものではない。

本発明によれば、摺動時の摺動部材の摩擦係数を低減できるとともに、摺動部材の耐摩耗性も向上させることができる。この結果、本発明に係る摺動機構を用いることにより、摺動部材の低摩擦化により機器のランニングコストを低減し、並びに、その部材の耐摩耗性向上より機器の長寿命化を図ることができる。

以下に、本発明を実施例により説明する。

［実施例１］
（摺動部材）
以下に、本発明に係る摺動構造における一対の摺動部材として、ブロック試験片とリング試験片とを製作した。

ブロック試験片：非晶質炭素被膜を形成する基材として、表面粗さを中心線平均粗さＲａ０．０５μｍにした１５．７×１０．０×６．３ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ：ＪＩＳ規格）を準備し、この基材の１５．７×６．３ｍｍの表面に、図１に示すように、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンド（図１の線ｃ）とＧバンド（図１の線ｂ）との面積強度比（線ｃを囲む斜線部の面積と線ｂを囲む斜線部の面積との比）が１．５８となるように、プラズマＰＶＤ法により、キャリアガスの流量、プラズマの印加電圧，温度等を調整して非晶質炭素被膜を成膜した（表１、表２参照）。尚、図１の線ｂと線ｃとに示すラマン散乱による強度と、図１の線ｄに示すレイリー散乱による強度と、を合わせた強度が、図１の線ａに示す入射光に対する散乱光の全体の強度となる。

リング試験片：材質ＳＡＥ４６２０からなる直径３５．０ｍｍ、厚さ８．７ｍのリング試験片を製作し、さらにこの外周面の表面粗さをＲａ０．２５μｍにした。

（潤滑油）
ベース油（ＳＡＥ粘度グレード５Ｗ−３０の市販エンジン油）に、モリブデンの量を潤滑油に対して７００ｐｐｍとなるように、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン：Ｍｏ−ＤＴＣ（旭電化工業社製サクラルーブ１００：ジヘキシルジチオカルバミン酸硫化モリブデンに相当）を含有させて、潤滑油とした。

（摩擦摩耗試験）
図６に示すように、上に示すブロック試験片１０、リング試験片２０、及び潤滑油３０を組合せて、摩擦摩耗試験（ブロックオンリング試験：ＬＦＷ−１試験）を行った。具体的には、リング試験片２０の一部に潤滑油３０が浸かるように、油浴槽４０に潤滑油３０を張り、油温を８０℃に保持した状態でリング試験片２０を１６０ｒｐｍ（周速０．３ｍ／ｓ）で回転させて試験片表面に油膜を形成させ、リング試験片２０の外周面にブロック試験片１０を接触させて荷重３０ｋｇｆ（３２０ＭＰａ）を負荷しながら、３０分間の連続試験を行った。そして、このときに、リング試験片２０に作用する回転抵抗（摺動抵抗）を、装置に取り付けたロードセルにより検出し摩擦係数を測定し、試験修了後のブロック試験片の摩耗深さを測定し摩耗量とした。この結果を表２及び図２に示す。

［実施例２］
実施例１と同じ基材を製作後、この基材表面に、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が１．７９となるように、プラズマＣＶＤ法により、成膜用の炭化水素系ガスの濃度及び流量、プラズマの印加電圧、基材温度等を調整して非晶質炭素被膜を成膜して、ブロック試験片を製作した（表１、表２参照）。

また、リング試験片、潤滑油は、実施例１と同じものを準備し、実施例１と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。この結果を表２及び図２に示す。

［比較例１］
実施例１と同じ基材を製作後、この基材表面に、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が１．１０となるように、アークイオンプレーティング法により、アーク放電の放電電圧、基材温度等を調整して非晶質炭素被膜を成膜して、ブロック試験片を製作した（表１、表２参照）。

［比較例２］
実施例１と同じ基材を製作後、この基材表面に、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が２．１１となるように、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法により、成膜用の炭化水素系ガスの濃度及び流量、バイアス電圧、基材温度等を調整して非晶質炭素被膜を成膜して、ブロック試験片を製作した（表１、表２参照）。

［比較例３］
ブロック試験片を、実施例１と同じ基材を製作後、この基材表面に、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が４．５３となるようにプラズマＣＶＤ法により、成膜用の炭化水素系ガスの濃度及び流量、プラズマの印加電圧、基材温度等を調整して非晶質炭素被膜を成膜して製作した（表１、表２参照）。また、リング試験片、潤滑油は、実施例１と同じものを準備し、実施例１と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。この結果を表２及び図２に示す。

［比較例４］
実施例１と同じ基材をブロック試験片として製作し、非晶質炭素被膜は成膜しなかった（表１、表２参照）。また、リング試験片、潤滑油は、実施例１と同じものを準備し、実施例１と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。この結果を表２及び図２に示す。

［比較例５］
ブロック試験片を、実施例１と同じ基材を製作後、この基材表面に、常法により窒化クロム（Ｃｒ_２Ｎ）の被膜を成膜して製作した（表１、表２参照）。また、リング試験片、潤滑油は、実施例１と同じものを準備し、実施例１と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。この結果を表２及び図２に示す。

尚、表２〜４に、参考として、エンジンなどの摺動部分において燃費向上効果の発現が期待できる摩擦係数の基準値、及び、エンジンなどの摺動部分において耐久性を確保できる摩耗深さの基準値を合わせて示す。

［結果１］
実施例１及び２の摺動部材は、摩耗深さ及び摩擦係数のいずれも、基準値以内となっているが、比較例１〜５の摺動部材は、摩耗深さまたは摩擦係数の少なくともいずれか一方が、基準値よりも大きくなった。

［評価１］
実施例１及び２と比較例１〜３の結果から、比較例１の摺動部材は、実施例１，２に比べてラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比Ｄ／Ｇが小さいので、摩擦係数が大きくなったと考えられ、比較例２，３の摺動部材は、実施例１，２に比べて面積強度比Ｄ／Ｇが大きいので、摩耗深さが大きくなったと考えられる。このことから、摺動部材間にこのような潤滑油を用いた場合には、非晶質炭素被膜の面積強度比Ｄ／Ｇは、１．５〜２．０が好ましいと考えられる。

すなわち、この面積強度比Ｄ／Ｇが１．５未満には、アモルファス構造が少なく、アモルファスから摺動時において潤滑性の向上に寄与するようなグラファイトへの変質量が少ないので、固体潤滑剤が作用しても充分に摩擦係数が低減できないと考えられる。一方、面積強度比Ｄ／Ｇが２．０を超えた場合には、アモルファス構造は摺動時においてグラファイトに変質しやすいが、面積強度比Ｄ／Ｇは大きくなるに従ってアモルファス構造の増加し、摺動時にアモルファス構造がグラファイト構造に変質し、摩擦係数は低減されるが、被膜全体の結合が弱くなるため、耐摩耗性が充分に得られないと考えられる。

［評価２］
実施例１及び２と、比較例４及び５の結果から、たとえ、潤滑油にＭｏ−ＤＴＣを添加し、摺動時に、このＭｏ−ＤＴＣが、固体潤滑剤として二硫化モリブデンが作用しても充分に摩擦係数が低減できるとはいえず、さらに窒化クロムを被覆しても、窒化クロムと二硫化モリブデンとの相乗効果で、摩擦係数が画期的に低減できるものではないといえる。このことから、二硫化モリブデンは、Ｄバンドの面積強度とＧバンドの面積強度との面積強度比Ｄ／Ｇが１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜に対して相性がよく、摺動部材の耐摩耗性及び低摩擦特性を向上させることができるものであると考えられる。

また、摺動時に、固体潤滑剤として二硫化モリブデンが摺動面に作用するならば、他の有機モリブデンであるジチオリン酸モリブデン（Ｍｏ−ＤＴＰ）を潤滑油中に含有させても同じ効果が得られると考えられ、さらに二硫化モリブデンそのものを潤滑油中に含有させても同様の効果が期待され得る。

［実施例３〜６］
実施例２と同じブロック試験片とリング試験片と、これに給油する潤滑油を準備した。実施例２と異なる点は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次４００ｐｐｍ，７００ｐｐｍ，８００ｐｐｍ，９００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた点である。実施例３〜実施例６についても、実施例２と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。尚、実施例４は実施例２と同じ条件となる。この結果を表３及び図３に示す。

［比較例６，７］
実施例３と同じブロック試験片とリング試験片と、これに給油する潤滑油を準備した。実施例３と異なる点は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次０ｐｐｍ，３００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた点である。比較例６，７についても、実施例３と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。この結果を表３及び図３に示す。

［結果２］
実施例３〜６の摺動部材は、摩耗深さ及び摩擦係数のいずれも、基準値以内となっているが、比較例６及び７の摺動部材は、摩擦係数が、基準値よりも大きくなった。

［評価３］
実施例３〜６と比較例６，７の結果から、比較例６，７の摺動部材は、たとえ、Ｄバンドの面積強度とＧバンドの面積強度との面積強度比Ｄ／Ｇが１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜を被覆しても、潤滑油に対するモリブデンの含有量が少なかった結果、摩擦係数が低減できなかったと考えられる。よって、含有するモリブデンの量が潤滑油に対して４００ｐｐｍ以上となるように潤滑油に含まれていなければならならず、モリブデンの量が、４００ｐｐｍ未満の場合には、充分に摩擦係数を低減することができない。さらに、この化合物のモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍを越えたとしても、摩擦係数はそれほど低減されていないことから、潤滑油のコストの観点から、含有するモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍ以下となるように潤滑油に含まれていることが好ましいと考えられる。

［実施例７］
<実施例７−１〜実施例７−４>
実施例１と同様に摺動部材を製作し、これに給油する潤滑油を準備した。実施例１と異なる点は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次４００ｐｐｍ，７００ｐｐｍ，８００ｐｐｍ，９００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた点である。実施例７−１〜実施例７−４についても、実施例１と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。尚、実施例７−２は実施例１と同じ条件となる。この結果を表４及び図４，５に示す。

［実施例８］
<実施例８−１〜実施例８−４>
実施例８−１〜実施例８−４は、先に示した実施例３〜実施例６に順次対応している。この摩擦係数及び摩耗量を測定した結果を表４及び図４，５に示す。

［比較例８］
<比較例８−１〜比較例８−６>
実施例７と同様に摺動部材を製作し、これに給油する潤滑油を準備した。実施例７と異なる点は、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が１．１となるように、アークイオンプレーティング法により、非晶質炭素被膜を成膜（前述した比較例１と同じ条件で成膜）した点である。さらに、これらの比較例８−１〜比較例８−６は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ，７００ｐｐｍ，８００ｐｐｍ，９００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた。比較例８−１〜比較例８−６についても、実施例７と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。尚、比較例８−４は比較例１と同じ条件となる。この結果を表４及び図４，５に示す。

［比較例９］
<比較例９−１，比較例９−２>
実施例７と同様に摺動部材を製作し、これに給油する潤滑油を準備した。実施例７と異なる点は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次０ｐｐｍ、３００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた点である。比較例９−１，比較例９−２についても、実施例７と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。この結果を表４及び図５に示す。

［比較例１０］
<比較例１０−１，比較例１０−２>
実施例８と同様に摺動部材を製作し、これに給油する潤滑油を準備した。実施例８と異なる点は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次０ｐｐｍ、３００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた点である。尚、比較例１０−１，比較例１０−２は、先に示した比較例６，比較例７に順次対応している。この摩擦係数及び摩耗量を測定した結果を表４及び図５に示す。

［比較例１１］
<比較例１１−１〜比較例１１−６>
実施例７と同様に摺動部材を製作し、これに給油する潤滑油を準備した。実施例７と異なる点は、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が２．１１となるように、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法により、非晶質炭素被膜を成膜した（前述した比較例２と同じ条件で成膜）点である。さらに、これらの比較例１１−１〜比較例１１−６は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ，７００ｐｐｍ，８００ｐｐｍ，９００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた。比較例１１−１〜比較例１１−６についても、実施例７と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。尚、比較例１１−４は比較例２と同じ条件となる。この結果を表４及び図４，５に示す。

［比較例１２］
<比較例１２−１〜比較例１２−６>
実施例７と同様に摺動部材を製作し、これに給油する潤滑油を準備した。実施例７と異なる点は、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が４．５３となるように、プラズマＣＶＤ法により、非晶質炭素被膜を成膜した（前述した比較例３と同じ条件で成膜）点である。さらに、これらの比較例１２−１〜比較例１２−６は、モリブデンの量を潤滑油に対して、順次０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ，７００ｐｐｍ，８００ｐｐｍ，９００ｐｐｍとなるように、Ｍｏ−ＤＴＣを含有させた潤滑油を用いた。比較例１２−１〜比較例１２−６についても、実施例７と同じように、摩擦摩耗試験を行って摩擦係数及び摩耗量を測定した。尚、比較例１２−４は比較例３と同じ条件となる。この結果を表４及び図４に示す。

［結果３］
実施例７、８の摺動部材は、摩耗深さ及び摩擦係数のいずれも、基準値以内となっているが、比較例８〜１１の摺動部材は、摩擦係数または摩耗深さの少なくとも一方が、基準値よりも大きくなった。すなわち、図４に示すように、潤滑油に対するモリブデンの含有量が３００ｐｐｍから４００ｐｐｍの間において、摺動部材の摩擦係数が急激に低下し、さらに、Ｄバンドの面積強度とＧバンドの面積強度との面積強度比Ｄ／Ｇが１．５以上で、摩擦係数が急激に低減していることが確認できた。さらに、図５に示すように、Ｄバンドの面積強度とＧバンドの面積強度との面積強度比Ｄ／Ｇが２．０以下では、摩耗深さの値が基準値以下になることが確認できた。また、図４に示すように、化合物のモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍを越えたとしても、摩擦係数はそれほど低減されていないことが確認できた。

［評価４］
結果３から、非晶質炭素被膜が、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が１．５〜２．０にあり、かつ、摺動面間に存在する潤滑油が、モリブデンの量が潤滑油に対して４００ｐｐｍ以上となるように少なくともモリブデンと硫黄とを含有した前記化合物を含む場合に、耐摩耗性が向上しかつ摩擦係数の低減が実現可能であると考えら得る。潤滑油の低コスト化のためにも、含有するモリブデンの量が潤滑油に対して８００ｐｐｍ以下となるように潤滑油に含まれていることが好ましいと考えられる。

本発明に係る摺動構造は、ピストンリングとシリンダを組み合わせたエンジンの摺動部、カムとカムフォロアを組み合わせたカムリフタの摺動部など、摺動する頻度が高く、耐摩耗、及び、低摩擦が要求されるような環境において使用することが好ましい。

実施例１におけるラマンスペクトルのＤバンドとＧバンドを測定した結果を示した図。実施例１，２の摺動構造と比較例１〜５の摺動構造の摩擦摩耗試験結果を示した図。実施例３〜６の摺動構造と比較例６，７の摺動構造の摩擦摩耗試験結果を示した図。実施例７及び８の摺動構造と比較例８，１１，１２の摺動構造の摩擦試験結果を示した図。実施例７及び８の摺動構造と比較例８〜１１の摺動構造の摩耗試験結果を示した図。摩擦摩耗試験を説明するための図。

Claims

互いに摺動する一対の摺動部材の摺動面間に潤滑油を給油しながら少なくとも一方の摺動部材を摺動させる摺動構造であって、
少なくとも一方の摺動部材の摺動面には、ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜が形成され、
摺動面間に存在する潤滑油は、モリブデンの量が潤滑油に対して４００〜８００ｐｐｍとなるように少なくともモリブデンと硫黄とを含有した化合物を含んでいる、
ことを特徴とする摺動構造。
前記潤滑油に含まれる化合物は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、ジチオリン酸モリブデン、二硫化モリブデン、及びこれらの組合せからなる群から選択される化合物であることを特徴とする請求項１に記載の摺動構造。
前記非晶質炭素被膜は、プラズマ物理気相成長法、プラズマ化学気相成長法、又はアークイオンプレーティング法によって、成膜された被膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動構造。
ラマン分光スペクトルにおけるＤバンドとＧバンドとの面積強度比が、１．５〜２．０となる非晶質炭素被膜を形成した摺動部材の摺動面に、モリブデンの量が潤滑油に対して４００〜８００ｐｐｍとなるように少なくともモリブデンと硫黄とを含有した化合物を含む潤滑油を給油しながら、前記摺動部材を摺動させることを特徴とする摺動方法。