JP5674118B2 - 摺動機構及びその摩擦低減方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一方の摺動部材（例えば軸）と他方の摺動部材（例えば軸受）とから成り、両者が潤滑剤により潤滑されている摺動機構に関し、その様な摺動機構における摩擦低減技術に関する。
摺動部材として鋼等の鉄系材料を用いた場合に、摩擦緩和剤であるモリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）等の有機モリブデン系潤滑油添加剤を潤滑剤に添加すれば、低摩擦性能を発揮することが、従来から知られている。
ここで、産業界で実際に使用されている潤滑剤（例えばエンジンオイル）には、様々な添加剤が含有されている。例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）に代表される極圧剤や、清浄分散剤等は、潤滑剤と同様に、摺動面に潤滑膜を生成してしまう。そのため、有機モリブデン系潤滑油添加剤が添加された潤滑油が摺動面で潤滑膜を十分に生成できなくなってしまう。
すなわち、潤滑油添加剤以外の各種添加剤が潤滑膜を生成する際に競合してしまい、有機モリブデン系潤滑油添加剤を添加しても、その効果が得られず、或いは、その効果が十分に発揮できない場合が存在する。
特に、ディーゼルエンジンオイルは清浄分散剤を多く含有するので、有機モリブデン系潤滑油添加剤を添加しても、その効果が得られず、或いは、その効果が十分に発揮できない、という現象が顕著に現れてしまう。
すなわち、潤滑油添加剤以外の各種添加剤が潤滑膜を生成する際に競合してしまい、有機モリブデン系潤滑油添加剤を添加しても、その効果が得られず、或いは、その効果が十分に発揮できない場合が存在する。
特に、ディーゼルエンジンオイルは清浄分散剤を多く含有するので、有機モリブデン系潤滑油添加剤を添加しても、その効果が得られず、或いは、その効果が十分に発揮できない、という現象が顕著に現れてしまう。
その他の従来技術として、例えば、ジアルキルジチオ亜鉛化合物と潤滑剤とを混合する技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術は、低〜中温度領域における摩擦係数を低減することを目的としており、上述した問題を解消することは意図していない。
しかし、係る従来技術は、低〜中温度領域における摩擦係数を低減することを目的としており、上述した問題を解消することは意図していない。
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、摺動面で潤滑膜が生成されて摩擦低減性能を発揮出来る摺動部材の提供を目的としている。
発明者は種々研究の結果、一般的なディーゼルエンジンオイルであっても、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加し、少なくとも一方の摺動部材を窒化クロム（ＣｒＮ）でコーティングすれば、一定の条件下であれば、摩擦係数が減少して、低摩擦性能が発揮されることを見出した。
本発明は、係る知見に基いて創作されたものである。
本発明は、係る知見に基いて創作されたものである。
本発明によれば、一方の摺動部材と他方の摺動部材とを備え、両者がディーゼルエンジンオイルにより潤滑されている摺動機構において、ゾンマーフェルド数の粘度をＰａ・ｓ、速度をｓ−１、荷重を平均ヘルツ応力に換算した際に２．１２３６５×１０−２０〜５．９４５０９×１０−１９の範囲内の潤滑条件で用いられ、鋼系材料製の摺動部材の少なくとも一方の摺動面が窒化クロムでコーティングされており、前記ディーゼルエンジンンオイルはモリブデンジチオカーバメイトをモリブデン含量として６００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍが添加されており、前記摺動部材の算術平均粗さが２〜６０ｎｍの範囲となっている。
また本発明によれば、一方の摺動部材と他方の摺動部材とを備え、両者がディーゼルエンジンオイルにより潤滑されている摺動機構の摩擦低減方法において、鋼系材料製の摺動部材の少なくとも一方の摺動面に窒化クロムをコーティングし、ディーゼルエンジンオイルにモリブデンジチオカーバメイトをモリブデン含量として６００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加し、摺動部材の算術平均粗さを２〜６０ｎｍにして、ゾンマーフェルド数の粘度をＰａ・ｓ、速度をｓ−１、荷重を平均ヘルツ応力に換算した際に、２．１２３６５×１０−２０〜５．９４５０９×１０−１９の範囲内の潤滑条件で用いられている。
上述する構成を具備する本発明によれば、通常のディーゼルエンジンオイルでは摩擦係数が増加してしまう窒化クロム（ＣｒＮ）コーティングされた摺動面を有していても、摩擦係数が大幅に低下する。
ここで、潤滑条件を上述した範囲内にすることにより、摺動部材間に潤滑膜が生成される境界摩擦の領域で良好な潤滑性能が発揮されることが、確認されている。すなわち、本発明によれば、清浄分散剤を多く含有するディーゼルエンジンオイルであっても、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加した際に、その効果が十分に発揮される。
ここで、潤滑条件を上述した範囲内にすることにより、摺動部材間に潤滑膜が生成される境界摩擦の領域で良好な潤滑性能が発揮されることが、確認されている。すなわち、本発明によれば、清浄分散剤を多く含有するディーゼルエンジンオイルであっても、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加した際に、その効果が十分に発揮される。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態として、例えば軸受構造において、一方の摺動部材が軸であり、当該軸の外周面（摺動面）をアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）技術により、窒化クロム（ＣｒＮ）でコーティングした。そして、軸表面の算術平均粗さを５０ｎｍとした。
一方、他方の摺動部材として、軸受（少なくとも、インナーレース）を高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）で製造した。
そして、潤滑剤として、日本自動車技術会規格「ＤＨ−２」のディーゼルエンジンオイルに、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）をモリブデン含量として７００ｐｐｍ添加したものを用いた。
本発明の実施形態として、例えば軸受構造において、一方の摺動部材が軸であり、当該軸の外周面（摺動面）をアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）技術により、窒化クロム（ＣｒＮ）でコーティングした。そして、軸表面の算術平均粗さを５０ｎｍとした。
一方、他方の摺動部材として、軸受（少なくとも、インナーレース）を高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）で製造した。
そして、潤滑剤として、日本自動車技術会規格「ＤＨ−２」のディーゼルエンジンオイルに、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）をモリブデン含量として７００ｐｐｍ添加したものを用いた。
係る軸受をゾンマーフェルト数が、２．１２３６５×１０−１９となる摺動条件（混合潤滑領域）で、使用した。
その結果、係る軸受は、摺動する双方の部材が高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）であり、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加していないディーゼルエンジンオイル（ＤＨ−２）で潤滑し、ゾンマーフェルト数が、２．１２３６５×１０−１９となる摺動条件（混合潤滑領域）で使用した場合に比較して、摩擦係数が著しく減少した。
その結果、係る軸受は、摺動する双方の部材が高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）であり、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加していないディーゼルエンジンオイル（ＤＨ−２）で潤滑し、ゾンマーフェルト数が、２．１２３６５×１０−１９となる摺動条件（混合潤滑領域）で使用した場合に比較して、摩擦係数が著しく減少した。
［実験例１］
図１で示す様な、ボールオンディスク形式の高周波往復装置（ＨＦＲＲ）を用いて、実験例１を行なった。
図１において、平板状の基材１０（算術平均粗さ５０ｎｍ）上に、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製のボール２０を載置して、基材１０とボール２０の間をディーゼルエンジンオイルで潤滑した。
図１で示す様な、ボールオンディスク形式の高周波往復装置（ＨＦＲＲ）を用いて、実験例１を行なった。
図１において、平板状の基材１０（算術平均粗さ５０ｎｍ）上に、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製のボール２０を載置して、基材１０とボール２０の間をディーゼルエンジンオイルで潤滑した。
図１において、矢印Ｐはボール２０に負荷される荷重であり、矢印Ｆは摩擦力が作用する方向である。
荷重Ｐについては、後述する実験例２における潤滑条件がなるべく等間隔に配列されるように、１０００ｇ或いは４００ｇとした。
荷重Ｐについては、後述する実験例２における潤滑条件がなるべく等間隔に配列されるように、１０００ｇ或いは４００ｇとした。
基材１０は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）で構成した場合と、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）のボール２０側（摺動面側）に窒化クロムをコーティングした場合とに分けた。
潤滑剤については、２種類のディーゼルエンジンオイル{米国石油学会の規格「ＣＤ」のディーゼルエンジンオイル（以下、符号「ＣＤ」で示す）と、出願人が所属するボルボグループ独自の規格では「ＶＤＳ−４」であり且つ日本自動車技術会規格では「ＤＨ−２」であるディーゼルエンジンオイル（以下、符号「ＶＨＳ−４（ＤＨ−２）」で示す）：何れも一般的なディーゼルエンジンオイル}を使用した。そして、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）をモリブデン含量として７００ｐｐｍ添加した場合と、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加しない場合とに分けた。
潤滑剤については、２種類のディーゼルエンジンオイル{米国石油学会の規格「ＣＤ」のディーゼルエンジンオイル（以下、符号「ＣＤ」で示す）と、出願人が所属するボルボグループ独自の規格では「ＶＤＳ−４」であり且つ日本自動車技術会規格では「ＤＨ−２」であるディーゼルエンジンオイル（以下、符号「ＶＨＳ−４（ＤＨ−２）」で示す）：何れも一般的なディーゼルエンジンオイル}を使用した。そして、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）をモリブデン含量として７００ｐｐｍ添加した場合と、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加しない場合とに分けた。
基材１０の材質と、潤滑剤とを組み合わせることにより、全部で８通りのサンプル（下表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．８）について、実験を行なった。
８種類のサンプルの各々について、基材１０の材質と、潤滑剤とを組み合わせを、下表１で示す。
表１
８種類のサンプルの各々について、基材１０の材質と、潤滑剤とを組み合わせを、下表１で示す。
表１
図１で示す様な、ボールオンディスク形式の高周波往復装置（ＨＦＲＲ）を用いた実験例１の実験結果が、図２で示されている。
図２の横軸は摩擦係数μを示し、縦軸はサンプルＮｏ．を示している。
図２において、サンプルＮｏ．１とＮｏ．２、サンプルＮｏ．５とサンプルＮｏ．６とを比較すると、２種類のディーゼルエンジンの何れにおいても、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加しない場合には、基材１０に窒化クロムをコーティングしたサンプル（Ｎｏ．２、Ｎｏ．６）は、基材１０に窒化クロムをコーティングしないサンプル（Ｎｏ．１、Ｎｏ．５）よりも摩擦が大きく（μが大きい）、潤滑性能が劣っていることが分る。
このことから、ディーゼルエンジンにモリブデンジチオカーバメイトを添加しない場合（一般的な場合）には、窒化クロムをコーティングすると、潤滑性能は低下することが分る。
図２の横軸は摩擦係数μを示し、縦軸はサンプルＮｏ．を示している。
図２において、サンプルＮｏ．１とＮｏ．２、サンプルＮｏ．５とサンプルＮｏ．６とを比較すると、２種類のディーゼルエンジンの何れにおいても、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加しない場合には、基材１０に窒化クロムをコーティングしたサンプル（Ｎｏ．２、Ｎｏ．６）は、基材１０に窒化クロムをコーティングしないサンプル（Ｎｏ．１、Ｎｏ．５）よりも摩擦が大きく（μが大きい）、潤滑性能が劣っていることが分る。
このことから、ディーゼルエンジンにモリブデンジチオカーバメイトを添加しない場合（一般的な場合）には、窒化クロムをコーティングすると、潤滑性能は低下することが分る。
これに対して、図２においてサンプルＮｏ．４、Ｎｏ．８の結果を、その他の資料の結果と比較すると、ディーゼルエンジンにモリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加した場合であって、且つ、基材１０に窒化クロムをコーティングした場合には、摩擦が非常に小さくなり（μが非常に小さい）、潤滑性能が格段に向上することが理解される。
すなわち、実験例１から、ディーゼルエンジンにモリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加して、且つ、摺動材料の一方に窒化クロムをコーティングした場合には、摩擦が非常に小さくなり（μが非常に小さい）、潤滑性能が格段に向上することが確認された。
換言すれば、実験例１より、清浄分散剤を多く含有する通常のディーゼルエンジンオイルを潤滑剤として用いる場合でも、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加したディーゼルエンジンオイルが潤滑膜を生成することを、清浄分散剤が阻害してしまうことがなく、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加したディーゼルエンジンオイルの潤滑膜が生成されて、潤滑性能を発揮したために、摩擦係数μが低下したと推定される。
すなわち、実験例１から、ディーゼルエンジンにモリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加して、且つ、摺動材料の一方に窒化クロムをコーティングした場合には、摩擦が非常に小さくなり（μが非常に小さい）、潤滑性能が格段に向上することが確認された。
換言すれば、実験例１より、清浄分散剤を多く含有する通常のディーゼルエンジンオイルを潤滑剤として用いる場合でも、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加したディーゼルエンジンオイルが潤滑膜を生成することを、清浄分散剤が阻害してしまうことがなく、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加したディーゼルエンジンオイルの潤滑膜が生成されて、潤滑性能を発揮したために、摩擦係数μが低下したと推定される。
なお、従来から公知のモリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加した場合の低摩擦性能は、サンプルＮｏ．１とＮｏ．３、Ｎｏ．５とＮｏ．７を比較すれば明らかである。
実験例１を行なった後、基材１０側に生じる摩耗量を比較して示すのが図３である。
図３の縦軸には、基材１０側に生じた摩耗痕の幅（ｍｍ）が示されており、横軸には資料Ｎｏ．が示されている。ここで、基材１０側に生じた摩耗痕の幅（ｍｍ）は、摩耗量に比例する。
図３において、窒化クロムをコーティングしたサンプル（Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．６、Ｎｏ．８）は、コーティングしていないサンプル（Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５、Ｎｏ．７）に比較すると、明らかに摩耗量が減少している。
図３より、窒化クロムをコーティングした場合には、耐摩耗性が向上することが明らかである。
図３の縦軸には、基材１０側に生じた摩耗痕の幅（ｍｍ）が示されており、横軸には資料Ｎｏ．が示されている。ここで、基材１０側に生じた摩耗痕の幅（ｍｍ）は、摩耗量に比例する。
図３において、窒化クロムをコーティングしたサンプル（Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．６、Ｎｏ．８）は、コーティングしていないサンプル（Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５、Ｎｏ．７）に比較すると、明らかに摩耗量が減少している。
図３より、窒化クロムをコーティングした場合には、耐摩耗性が向上することが明らかである。
［実験例２］
実験例２では、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加しないディーゼルエンジンオイル「ＶＤＳ−４」（日本自動車技術会規格では「ＤＨ−２」）（以下、図４に関して、使用された潤滑剤を「ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）」と表記する）と、モリブデンジチオカーバメイトをモリブデン含量として７００ｐｐｍ添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ））を用意した。なお、図４に関して使用された潤滑剤は、一般的なディーゼルエンジンオイルである。
そして、窒化クロムをコーティングしていない高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）で構成した基材と、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）に窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用意した。
その結果、次の４通りのサンプルを作成した。
実験例２では、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）を添加しないディーゼルエンジンオイル「ＶＤＳ−４」（日本自動車技術会規格では「ＤＨ−２」）（以下、図４に関して、使用された潤滑剤を「ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）」と表記する）と、モリブデンジチオカーバメイトをモリブデン含量として７００ｐｐｍ添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ））を用意した。なお、図４に関して使用された潤滑剤は、一般的なディーゼルエンジンオイルである。
そして、窒化クロムをコーティングしていない高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）で構成した基材と、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）に窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用意した。
その結果、次の４通りのサンプルを作成した。
Ｎｏ．２−１（図４のプロット「▲」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加しない潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２））と、窒化クロムをコーティングしていない基材（ＳＵＪ２）の組み合わせ。
Ｎｏ．２−２（図４のプロット「△」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングしていない基材の組み合わせ。
Ｎｏ．２−３（図４のプロット「●」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加しない潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２））と、窒化クロムをコーティングした基材の組み合わせ。
Ｎｏ．２−４（図４のプロット「○」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）の組み合わせ。
Ｎｏ．２−２（図４のプロット「△」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングしていない基材の組み合わせ。
Ｎｏ．２−３（図４のプロット「●」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加しない潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２））と、窒化クロムをコーティングした基材の組み合わせ。
Ｎｏ．２−４（図４のプロット「○」）：モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）の組み合わせ。
そして、潤滑条件を変化させて、実験例１と同様な態様で、低摩擦性能を比較した。
潤滑条件については、混合潤滑領域の範囲で、ゾンマーフェルド数を基準に定めた。
ゾンマーフェルド数Ｓは Ｓ＝粘度×速度÷荷重 の様な無次元量である。
実験例２の結果を図４で示す。図４において、縦軸は摩擦係数μを示し、横軸はゾンマーフェルド数Ｓを示している。
潤滑条件については、混合潤滑領域の範囲で、ゾンマーフェルド数を基準に定めた。
ゾンマーフェルド数Ｓは Ｓ＝粘度×速度÷荷重 の様な無次元量である。
実験例２の結果を図４で示す。図４において、縦軸は摩擦係数μを示し、横軸はゾンマーフェルド数Ｓを示している。
図４では、ゾンマーフェルド数Ｓにおける粘度に関する項を「Ｐａ・ｓ」、速度に関する項を「周波数（ｓ−１）」、荷重に関する項を「平均ヘルツ応力（Ｐａ）」に換算して、求めている。
図４の横軸において、
符号Ａは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝２．１２３６５×１０−２０の箇所、
符号Ｂは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝９．０３５２６×１０−２０の箇所、
符号Ｃは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝２．１２３６５×１０−１９の箇所、
符号Ｄは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝３．６１４１×１０−１９の箇所、
符号Ｅは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝５．９４５０９×１０−１９の箇所である。
実験例２は、符号Ａ〜Ｅで示すゾンマーフェルド数Ｓに対応する潤滑条件と、符号Ｅよりもゾンマーフェルド数Ｓが大きな潤滑条件と、符号Ａよりもゾンマーフェルド数Ｓが小さな潤滑条件について、行なわれた。
図４の横軸において、
符号Ａは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝２．１２３６５×１０−２０の箇所、
符号Ｂは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝９．０３５２６×１０−２０の箇所、
符号Ｃは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝２．１２３６５×１０−１９の箇所、
符号Ｄは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝３．６１４１×１０−１９の箇所、
符号Ｅは、ゾンマーフェルド数Ｓ＝５．９４５０９×１０−１９の箇所である。
実験例２は、符号Ａ〜Ｅで示すゾンマーフェルド数Ｓに対応する潤滑条件と、符号Ｅよりもゾンマーフェルド数Ｓが大きな潤滑条件と、符号Ａよりもゾンマーフェルド数Ｓが小さな潤滑条件について、行なわれた。
図２を参照して述べた様に、潤滑剤にモリブデンジチオカーバメイトを添加しない場合（一般的な場合）には、窒化クロムをコーティングすると、潤滑性能は低下する。一方、潤滑剤にモリブデンジチオカーバメイトを添加した場合には、窒化クロムをコーティングすると、摩擦が非常に小さくなり（μが非常に小さい）、潤滑性能が格段に向上する。
図４において、Ａ〜Ｅで示すゾンマーフェルド数Ｓの範囲においては、Ｎｏ．２−４のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「○」）は、Ｎｏ．２−１のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「▲」）Ｎｏ．２−２のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「△」）、Ｎｏ．２−３のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「●」）よりも低くなっており、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が発揮されていることが確認された。
図４において、Ａ〜Ｅで示すゾンマーフェルド数Ｓの範囲においては、Ｎｏ．２−４のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「○」）は、Ｎｏ．２−１のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「▲」）Ｎｏ．２−２のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「△」）、Ｎｏ．２−３のサンプルの摩擦係数μ（図４のプロット「●」）よりも低くなっており、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が発揮されていることが確認された。
発明者の実験では、ゾンマーフェルド数Ｓが「２．１２３６５×１０−２０」よりも小さいと（図４において、符号Ａで示す箇所よりも左側の領域）、図１で示す様な実験装置では、摩擦係数μの計測そのものが不可能であった。
すなわち、発明者の実験において、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が確認された潤滑条件は、ゾンマーフェルド数Ｓが「２．１２３６５×１０−２０」よりも大きい領域（図４における符号Ａよりも右側の領域）のみであった。
ゾンマーフェルド数Ｓが「２．１２３６５×１０−２０」よりも小さいと、実験装置の仕様上の理由から測定そのものが不可能であった。ゾンマーフェルド数Ｓは「２．１２３６５×１０−２０」がしきい値ではないが、ゾンマーフェルド数Ｓがこれよりも小さいと、固体接触を生じるドライ摩擦が生じる範疇に属してしまい、潤滑膜を生成することによる低摩擦性能は十分に維持することが出来ない、と推定される。
すなわち、発明者の実験において、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が確認された潤滑条件は、ゾンマーフェルド数Ｓが「２．１２３６５×１０−２０」よりも大きい領域（図４における符号Ａよりも右側の領域）のみであった。
ゾンマーフェルド数Ｓが「２．１２３６５×１０−２０」よりも小さいと、実験装置の仕様上の理由から測定そのものが不可能であった。ゾンマーフェルド数Ｓは「２．１２３６５×１０−２０」がしきい値ではないが、ゾンマーフェルド数Ｓがこれよりも小さいと、固体接触を生じるドライ摩擦が生じる範疇に属してしまい、潤滑膜を生成することによる低摩擦性能は十分に維持することが出来ない、と推定される。
図４において、符号Ｃにおけるプロット、符号Ｄにおけるプロット、符号Ｅにおけるプロットを比較すれば明らかな様に、Ｎｏ．２−４のサンプルのプロット（○）と、Ｎｏ．２−１、Ｎｏ．２−２、Ｎｏ．２−３のプロット（▲、△、●）との差異は小さくなっている。
発明者の実験では、ゾンマーフェルド数Ｓ＝５．９４５０９×１０−１９よりも大きい領域（図４における符号Ｅよりも右側の領域）では、Ｎｏ．２−４のサンプルのプロット（○）と、その他のプロット（Ｎｏ．２−１、Ｎｏ．２−２、Ｎｏ．２−３のプロット：▲、△、●）との差異はさらに小さかった。
発明者の実験では、ゾンマーフェルド数Ｓ＝５．９４５０９×１０−１９よりも大きい領域（図４における符号Ｅよりも右側の領域）では、Ｎｏ．２−４のサンプルのプロット（○）と、その他のプロット（Ｎｏ．２−１、Ｎｏ．２−２、Ｎｏ．２−３のプロット：▲、△、●）との差異はさらに小さかった。
換言すれば、発明者の実験において、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が確認された潤滑条件は、ゾンマーフェルド数Ｓが「５．９４５０９×１０−１９」よりも小さい領域（図４における符号Ｅよりも左側の領域）であった。
ゾンマーフェルド数Ｓが「５．９４５０９×１０−１９」よりも大きいと、いわゆる流体摩擦の範疇に属してしまい、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が発揮されないことよると推定される。流体摩擦の範疇に属している場合には、摺動面間には十分な潤滑剤が存在するが、膜を生成することはない。
実験例２から、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能は、ゾンマーフェルド数Ｓが ２．１２３６５×１０−２０≦Ｓ≦５．９４５０９×１０−１９ の範囲で発揮されることが確認された。
ゾンマーフェルド数Ｓが「５．９４５０９×１０−１９」よりも大きいと、いわゆる流体摩擦の範疇に属してしまい、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能が発揮されないことよると推定される。流体摩擦の範疇に属している場合には、摺動面間には十分な潤滑剤が存在するが、膜を生成することはない。
実験例２から、モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤と窒化クロムコーティングとの組み合わせにおける低摩擦性能は、ゾンマーフェルド数Ｓが ２．１２３６５×１０−２０≦Ｓ≦５．９４５０９×１０−１９ の範囲で発揮されることが確認された。
［実験例３］
モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用いて、ゾンマーフェルド数Ｓを「２．１２３６５×１０−１９」として、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量を、モリブデン含量として５００〜１１００ｐｐｍの範囲で１００ｐｐｍずつ変化させて、その他の条件は実験例１と同じにして、低摩擦性能が発揮されるか否かを試験した。
実験例３の実験結果を下表２で示す。
表２
モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用いて、ゾンマーフェルド数Ｓを「２．１２３６５×１０−１９」として、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量を、モリブデン含量として５００〜１１００ｐｐｍの範囲で１００ｐｐｍずつ変化させて、その他の条件は実験例１と同じにして、低摩擦性能が発揮されるか否かを試験した。
実験例３の実験結果を下表２で示す。
表２
表２において、「○」はモリブデンジチオカーバメイトを添加しない場合に比較して低摩擦性能が確認された旨を示している。「×」は低摩擦性能が確認されなかった旨を示している。
表２において、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量を、モリブデン含量として６００ｐｐｍとした場合の低摩擦性能は、「△」となっている。これは低摩擦性能は発揮されたが、モリブデン含量として７００〜１０００ｐｐｍの場合の低摩擦性能ほどではなかったことを示している。
モリブデンジチオカーバメイト添加量が少ないと、摩擦低減効果が不十分であり、モリブデン含量として６００ｐｐｍ以上添加するべきことが、実験例３で確認された。
表２において、モリブデンジチオカーバメイト添加量がモリブデン含量として１０００ｐｐｍの場合の摩擦係数μと、添加量がモリブデン含量として１１００ｐｐｍの場合の摩擦係数μは、大差はなかった。潤滑剤とモリブデンジチオカーバメイト添加量と摩擦低減効果の特性は、モリブデンジチオカーバメイト添加量が所定値を超えると摩擦低減効果の増加が殆ど見られないことが従来から良く知られており、実験例３から、係る所定値がモリブデン含量として１０００ｐｐｍ程度であることが確認された。
換言すれば、実験例３より、モリブデンジチオカーバメイト添加量はモリブデン含量として６００〜１０００ｐｐｍにおいて、摩擦低減効果が確認できた。
表２において、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量を、モリブデン含量として６００ｐｐｍとした場合の低摩擦性能は、「△」となっている。これは低摩擦性能は発揮されたが、モリブデン含量として７００〜１０００ｐｐｍの場合の低摩擦性能ほどではなかったことを示している。
モリブデンジチオカーバメイト添加量が少ないと、摩擦低減効果が不十分であり、モリブデン含量として６００ｐｐｍ以上添加するべきことが、実験例３で確認された。
表２において、モリブデンジチオカーバメイト添加量がモリブデン含量として１０００ｐｐｍの場合の摩擦係数μと、添加量がモリブデン含量として１１００ｐｐｍの場合の摩擦係数μは、大差はなかった。潤滑剤とモリブデンジチオカーバメイト添加量と摩擦低減効果の特性は、モリブデンジチオカーバメイト添加量が所定値を超えると摩擦低減効果の増加が殆ど見られないことが従来から良く知られており、実験例３から、係る所定値がモリブデン含量として１０００ｐｐｍ程度であることが確認された。
換言すれば、実験例３より、モリブデンジチオカーバメイト添加量はモリブデン含量として６００〜１０００ｐｐｍにおいて、摩擦低減効果が確認できた。
［実験例４］
モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用いて、ゾンマーフェルド数Ｓを「２．１２３６５×１０−１９」、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量をモリブデン含量として７００ｐｐｍにして、基材１０の算術平均粗さを１〜４ｎｍの範囲で０．５ｎｍずつ変化させて、その他の条件は実験例１と同じにして、低摩擦性能が発揮されるか否かを試験した。
実験例４の実験結果を下表３で示す。
表３
モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用いて、ゾンマーフェルド数Ｓを「２．１２３６５×１０−１９」、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量をモリブデン含量として７００ｐｐｍにして、基材１０の算術平均粗さを１〜４ｎｍの範囲で０．５ｎｍずつ変化させて、その他の条件は実験例１と同じにして、低摩擦性能が発揮されるか否かを試験した。
実験例４の実験結果を下表３で示す。
表３
表３において、「○」は摩擦係数が十分に低いことが確認された旨を示し、「−」は摩擦係数の計測が出来なかった旨を示している。
基材１０の算術平均粗さが２ｎｍよりも小さいと、流体摩擦の範疇となってしまい、図１で示す様な装置では摩擦係数が計測できないことに起因すると推測される。
換言すれば、基材１０の算術平均粗さが２ｎｍ以上でなければ、潤滑剤が摺動部材間で潤滑膜を生成する境界摩擦の範疇に属しないことが、実験例４で確認された。
基材１０の算術平均粗さが２ｎｍよりも小さいと、流体摩擦の範疇となってしまい、図１で示す様な装置では摩擦係数が計測できないことに起因すると推測される。
換言すれば、基材１０の算術平均粗さが２ｎｍ以上でなければ、潤滑剤が摺動部材間で潤滑膜を生成する境界摩擦の範疇に属しないことが、実験例４で確認された。
［実験例５］
モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用いて、ゾンマーフェルド数Ｓを「２．１２３６５×１０−１９」、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量をモリブデン含量として７００ｐｐｍにして、基材１０の算術平均粗さを５０〜７０ｎｍの範囲で５ｎｍずつ変化させて、その他の条件は実験例１と同じにして、低摩擦性能が発揮されるか否かを試験した。
実験例５の実験結果を下表４で示す。
表４
モリブデンジチオカーバメイトを添加した潤滑剤（ＶＤＳ−４（ＤＨ−２）＋ＭｏＤＴＣ）と、窒化クロムをコーティングした基材（ＣｒＮ）を用いて、ゾンマーフェルド数Ｓを「２．１２３６５×１０−１９」、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）の添加量をモリブデン含量として７００ｐｐｍにして、基材１０の算術平均粗さを５０〜７０ｎｍの範囲で５ｎｍずつ変化させて、その他の条件は実験例１と同じにして、低摩擦性能が発揮されるか否かを試験した。
実験例５の実験結果を下表４で示す。
表４
表４において、「○」は摩擦係数が十分に低いことが確認された旨を示し、「×」は摩擦係数が大きかった旨を示している。
基材１０の算術平均粗さが６０ｎｍよりも小さいと、表面の凹凸が大きいため、摺動部材として機能しなかったと推測される。
換言すれば、基材１０の算術平均粗さが６０ｎｍ以下でなければ、潤滑剤が摺動部材間で潤滑膜を形成する境界摩擦を行う摺動部材として機能し得ないことが、実験例５で確認された。
基材１０の算術平均粗さが６０ｎｍよりも小さいと、表面の凹凸が大きいため、摺動部材として機能しなかったと推測される。
換言すれば、基材１０の算術平均粗さが６０ｎｍ以下でなければ、潤滑剤が摺動部材間で潤滑膜を形成する境界摩擦を行う摺動部材として機能し得ないことが、実験例５で確認された。
上述した実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では、窒化クロムで摺動面をコーティングした基材１０の相手方の部材であるボール２０は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製であった。しかし、発明者の実験によれば、炭素量が０．１５〜０．５５重量％であり、焼入れ、焼戻し処理を施し、浸炭処理を施した鉄鋼材により、ボール２０を構成した場合でも、図示の実施形態や、実験例１、実験例２と同様な結果が得られている。
従って、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）に代えて、炭素量が０．１５〜０．５５重量％で、焼入れ、焼戻し、浸炭を施した鉄鋼材を用いても良い。
例えば、図示の実施形態では、窒化クロムで摺動面をコーティングした基材１０の相手方の部材であるボール２０は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製であった。しかし、発明者の実験によれば、炭素量が０．１５〜０．５５重量％であり、焼入れ、焼戻し処理を施し、浸炭処理を施した鉄鋼材により、ボール２０を構成した場合でも、図示の実施形態や、実験例１、実験例２と同様な結果が得られている。
従って、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）に代えて、炭素量が０．１５〜０．５５重量％で、焼入れ、焼戻し、浸炭を施した鉄鋼材を用いても良い。
また、実施形態において、軸受が例示されているが、その他の摺動部材についても、本発明が適用出来ることは勿論である。
１０・・・１０
２０・・・２０
Ｐ・・・荷重
Ｆ・・・摩擦力が作用する方向
２０・・・２０
Ｐ・・・荷重
Ｆ・・・摩擦力が作用する方向
Claims (2)
- 一方の摺動部材と他方の摺動部材とを備え、両者がディーゼルエンジンオイルにより潤滑されている摺動機構において、ゾンマーフェルド数の粘度をＰａ・ｓ、速度をｓ−１、荷重を平均ヘルツ応力に換算した際に２．１２３６５×１０−２０〜５．９４５０９×１０−１９の範囲内の潤滑条件で用いられ、鋼系材料製の摺動部材の少なくとも一方の摺動面が窒化クロムでコーティングされており、前記ディーゼルエンジンンオイルはモリブデンジチオカーバメイトをモリブデン含量として６００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍが添加されており、前記摺動部材の算術平均粗さが２〜６０ｎｍの範囲であることを特徴とする摺動機構。
- 一方の摺動部材と他方の摺動部材とを備え、両者がディーゼルエンジンオイルにより潤滑されている摺動機構の摩擦低減方法において、鋼系材料製の摺動部材の少なくとも一方の摺動面に窒化クロムをコーティングし、ディーゼルエンジンオイルにモリブデンジチオカーバメイトをモリブデン含量として６００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加し、摺動部材の算術平均粗さを２〜６０ｎｍにして、ゾンマーフェルド数の粘度をＰａ・ｓ、速度をｓ−１、荷重を平均ヘルツ応力に換算した際に、２．１２３６５×１０−２０〜５．９４５０９×１０−１９の範囲内の潤滑条件で用いることを特徴とする摺動機構の摩擦低減方法。
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