特許 6574801 摺動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574801

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】摺動システム

(51)【国際特許分類】

   C10M 135/18 20060101AFI20190902BHJP

   C10M 137/10 20060101ALI20190902BHJP

   F16C 33/12 20060101ALI20190902BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20190902BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20190902BHJP

   C10N 10/12 20060101ALN20190902BHJP

   C10N 30/06 20060101ALN20190902BHJP

   C10N 40/02 20060101ALN20190902BHJP

   C10N 80/00 20060101ALN20190902BHJP

【ＦＩ】

   C10M135/18

   C10M137/10 A

   F16C33/12 A

   F16C33/10 Z

   C23C14/06 B

   C10N10:12

   C10N30:06

   C10N40:02

   C10N80:00

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-46659(P2017-46659)

(22)【出願日】2017年3月10日

(65)【公開番号】特開2018-150434(P2018-150434A)

(43)【公開日】2018年9月27日

【審査請求日】2018年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113664

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 正往

(74)【代理人】

【識別番号】110001324

【氏名又は名称】特許業務法人ＳＡＮＳＵＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 広行

(72)【発明者】

【氏名】堀田 滋

(72)【発明者】

【氏名】遠山 護

(72)【発明者】

【氏名】林 圭二

(72)【発明者】

【氏名】眞鍋 和幹

【審査官】 厚田 一拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１０８１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１０１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０４３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５２２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１４９８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｍ １０１／００−１７７／００

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｆ１６Ｃ １７／００−１７／２６

Ｆ１６Ｃ ３３／００−３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相対移動し得る対向した摺動面を有する一対の摺動部材と、
該対向する摺動面間に介在する潤滑油と、
を備えた摺動システムであって、
前記摺動面の少なくとも一方は、非晶質炭素成分を含まず結晶質のみからなる炭化クロム膜で被覆された被覆面からなり、
前記潤滑油は、モリブデンジチオカーバメイト（「ＭｏＤＴＣ」という。）またはモリブデンジチオフォスフェート（「ＭｏＤＴＰ」という。）の少なくとも一方からなる油溶性モリブデン化合物を含み、
前記炭化クロム膜は、膜全体を１００原子％として、Ｃｒ：５０〜７５原子％を含むことを特徴とする摺動システム。

【請求項2】

前記炭化クロム膜は、Ｃｒ_７Ｃ_３とＣｒ_３Ｃ_２の少なくとも一方を含む請求項１に記載の摺動システム。

【請求項3】

前記油溶性モリブデン化合物は、前記ＭｏＤＴＣを含む請求項１または２に記載の摺動システム。

【請求項4】

前記潤滑油は、前記油溶性モリブデン化合物を、該潤滑油全体に対するＭｏの質量割合で２５〜９００ｐｐｍ含む請求項１〜３のいずれかに記載の摺動システム。

【請求項5】

前記摺動面には、ＭｏＳ_２が生成され得る請求項１〜４のいずれかに記載の摺動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化クロム膜と特定の油溶性モリブデン化合物を含有した潤滑油との組合わせにより、低摩擦化と高耐摩耗化を両立し得る摺動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの機械は摺接しつつ相対移動する摺動部材を備える。このような摺動部材を有する系（本明細書では「摺動システム」という。／例えば、摺動機械）では、摺動面間の摩擦係数を低減することにより、摺動抵抗が小さくなり、性能の向上と共に稼動エネルギーの低減が図られる。また、その摺動面が耐摩耗性にも優れると、摺動システムの耐久性や信頼性等の向上も図られる。

【0003】

ところで、低摩擦特性や耐摩耗性等の摺動特性は、作動中における摺動面の表面状態と摺動面間の潤滑状態により異なり、その向上を図るために、摺動面の表面改質と摺動面間へ供給する潤滑剤（潤滑油）の改良がこれまで多く検討されてきた。これらに関連する記載が、例えば下記の特許文献にある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−３３９４８６号公報（欧州特許ＥＰ１４６２５０８Ｂ１号公報）

【特許文献2】特開２０１６−８４８５２号公報

【特許文献3】特許第５０５００４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１は、金属元素等を含まない一般的なＤＬＣ膜と、ベースオイルにＭｏＤＴＣをＭｏ量で５５０ｐｐｍ添加した潤滑油とを組合わせることを提案している。もっとも特許文献１は、その組合わせにより摩擦係数が低減される旨を指摘しているに留まり、そのメカニズム等については一切明らかにしていない。また、その組合わせにより得られる摩擦係数は、高々０．１程度であり、十分に低摩擦化が図られているとはいえない。

【0006】

特許文献２は、ＣｒＮ膜からなる摺動面とＭｏ三核体からなる油溶性モリブデン化合物を含む潤滑油とを組合わせることにより低摩擦化を図れる摺動システムを提案している。

【0007】

特許文献３には、炭素、窒素および硫黄を含む結晶質クロム堆積物（いわゆるＣｒメッキ）に関する記載があるが、その摺動特性については、何ら具体的な開示がなされていない。

【0008】

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、摺動被膜と潤滑油の新たな組合わせにより、摺動特性のさらなる向上を図れる摺動システム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】

【0009】

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、炭化クロム膜と、特定の油溶性モリブデン化合物を含有した潤滑油との新たな組合わせにより、摺動面間の摩擦係数が顕著に低減されることを発見した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

【0010】

《摺動システム》
（１）本発明の摺動システムは、相対移動し得る対向した摺動面を有する一対の摺動部材と、該対向する摺動面間に介在する潤滑油と、を備えた摺動システムであって、前記摺動面の少なくとも一方は、非晶質炭素成分を含まず結晶質のみからなる炭化クロム膜で被覆された被覆面からなり、前記潤滑油は、モリブデンジチオカーバメイト（「ＭｏＤＴＣ」という。）またはモリブデンジチオフォスフェート（「ＭｏＤＴＰ」という。）の少なくとも一方からなる油溶性モリブデン化合物を含み、前記炭化クロム膜は、膜全体を１００原子％として、Ｃｒ：５０〜７５原子％を含むことを特徴とする。

【0011】

（２）本発明の摺動システムによれば、炭化クロム膜（単に「ＣｒＣ膜」ともいう。）により被覆された摺動面と、ＭｏＤＴＣ等の油溶性モリブデン化合物を含む潤滑油とを組合わせることにより、摺動面間における摩擦係数を顕著に低減できる。具体的にいうと、例えば、摺動面間の摩擦係数を０．０４以下、０．０３以下さらには０．０２以下とすることも可能となる。また本発明に係るＣｒＣ膜は結晶質からなるため、そのＣｒＣ膜で被覆された摺動面は、鉄鋼材等からなる従来の摺動面に対して耐摩耗性にも優れる。

【0012】

このような本発明の摺動システムが、例えば、境界潤滑（摩擦）条件から混合潤滑（摩擦）条件に至る厳しい条件下で長期間運転され得る駆動系機械（例えば、変速機、エンジン等の駆動系ユニット）等に適用されると、その性能や信頼性の向上、省エネルギー化等を図れて好ましい。

【0013】

（３）本発明に係るＣｒＣ膜と特定の潤滑油との組合わせにより優れた摺動特性が発現されるが、そのメカニズムは必ずしも定かではなく、現状では次のように考えられる。

【0014】

本発明の摺動システム（具体的には摺動機械）を稼働させると、潤滑油中に含まれるＭｏＤＴＣやＭｏＤＴＰからなる油溶性モリブデン化合物（単に「Ｍｏ化合物」ともいう。）が、ＣｒＣ膜からなる摺動面上に吸着される。この吸着は、潤滑油中におけるＭｏ化合物の含有量が極微量でも生じ得る。そして、摺動システムが稼働すると、Ｍｏ化合物が吸着していた摺動面（ＣｒＣ膜）上に、ＭｏＳ_２またはそれと同様な層状構造の硫化モリブデン化合物が生成する。これにより、摺動面間に顕著な低せん断特性が発現される。

【0015】

こうして、境界摩擦を含む広い運転状況下でも、特定の潤滑油の存在下で、ＣｒＣ膜からなる摺動面上の摩擦係数が大幅に低減されるようになったと考えられる。なお、摺動面上に生成される硫化モリブデン化合物の一部は、本発明に係るＭｏ化合物を供給源とする他、それと競争吸着関係にある他の添加剤に含まれる元素（例えばＭｏ、Ｓ等）を供給源としても良い。

【0016】

なお、本発明に係る摺動面が耐摩耗性等にも優れる理由は、摺動面を被覆するＣｒＣ膜が結晶質からなり、非晶質膜（ＤＬＣ膜）や基材（例えば鋼材）よりも硬いことに加えて、摺動相手側の摺動面へも移着しにくいことも一因であると考えられる。

【0017】

《その他》
（１）本発明に係るＭｏＤＴＣはジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンとも呼ばれ、ＭｏＤＴＰはジアルキルジチオリン酸モリブデンとも呼ばれる。参考までに、それらの化学構造を図４に示した。なお、図４中に示したＲは、炭化水素基（特にアルキル基）である。一分子中における各Ｒは、それぞれ同じでも異なっていてもよい。通常、一分子中の各Ｒは、同炭素数のアルキル基（Ｃ＝６〜１８、好ましくはＣ＝６〜１２）からなる。

【0018】

（２）本明細書では、適宜、炭化クロム膜をＣｒＣ膜と表記しているが、ＣｒＣ膜は、主成分であるＣｒとＣ以外の元素を含んでいてもよい。例えば、低摩擦特性を阻害しないか、または低摩擦特性を改善するドープ元素（例えばＯ、Ｎ等）をさらに含有してもよい。またＣｒＣ膜中には、ＣｒＣのみでなく、Ｃｒ_７Ｃ_３やＣｒ_３Ｃ_２が存在してもよい。

【0019】

これらを踏まえて、本発明に係るＣｒＣ膜は、膜全体を１００原子％（単に「％」という。）として、Ｃｒ：４０〜７５％、４５〜７０％さらには５０〜６５％、Ｃ：２５〜６０％、３０〜５５％さらには３５〜５０％であると好適である。Ｃｒが過少では、非晶質炭素が生成され易く、結晶質のＣｒＣ膜が得られない。Ｃｒが過多ではＣｒＣ膜の生成自体が困難となる。またＣｒＣ膜にドープ元素等が含まれる場合、ＣｒとＣ以外の元素は１〜１０％さらには３〜７％程度であると好ましい。

【0020】

本明細書でいう膜組成は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により特定される。また、本発明に係るＣｒＣ膜が結晶質であることは、Ｘ線回折またはラマン分光分析により確認される。本明細書でいう「ＣｒＣ膜が非晶質炭素成分を含まない」とは、例えば、ラマン分光分析により非晶質炭素成分が検出されないことを意味する。

【0021】

（３）本発明でいう「摺動システム」は、摺動部材と潤滑油を備えれば足り、機械としての完成体に限らず、その一部を構成する機械要素の組合わせ等でもよい。本発明の摺動システムは、適宜、摺動構造、摺動機械（例えばエンジン、変速機）等と換言してもよい。

【0022】

本発明に係るＣｒＣ膜による被覆面は、相対移動する対向した一方の摺動面のみでも、両方の摺動面でもよい。通常、対向する両摺動面がＣｒＣ膜による被覆面からなると、より低摩擦化を図れて好ましい。

【0023】

（４）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】試料１（ＣｒＣ）とＣｒ含有非晶質炭素膜（Ｃｒ―ＤＬＣ）に係るラマンスペクトルである。

【図2A】ＭｏＤＴＣ非含有潤滑油の存在下における各試料に係る摩擦係数を示す棒グラフである。

【図2B】ＭｏＤＴＣ含有潤滑油の存在下における各試料に係る摩擦係数を示す棒グラフである。

【図3A】各試料の摺動面をＴＯＦ―ＳＩＭＳで分析して得られた二次イオン像である。

【図3B】その分析により得られた二次イオンの相対強度（比）を示す棒グラフである。

【図4】ＭｏＤＴＣとＭｏＤＴＰの分子構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の摺動システム全体としてのみならず、それを構成する摺動部材や潤滑油にも適宜該当する。製造方法に関する構成要素も物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

【0026】

《潤滑油》
本発明に係る潤滑油は、Ｍｏ化合物（ＭｏＤＴＣおよび／またはＭｏＤＴＰ）を含むものであれば、基油の種類や他の添加剤の有無等を問わない。通常、エンジンオイル等の潤滑油には、Ｓ、Ｐ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃａ、ＢａまたはＣｕ等を含む種々の添加剤が含まれる。このような潤滑油中でも、ＭｏＤＴＣ等はＣｒＣ膜で被覆された摺動面（被覆面）上に優先的に作用し、摩擦係数を低減させ得る硫化モリブデン化合物（ＭｏＳ_２、その他、Ｍｏ_３Ｓ_７、Ｍｏ_３Ｓ_８、Ｍｏ_２Ｓ_６等）を生成させる。

【0027】

潤滑油中に含有させる油溶性Ｍｏ化合物は、過少では効果が乏しいが、過多でも問題はない。但し、Ｍｏはレアメタルの一種であり、含有されるＭｏの合計量は少ないほど好ましい。そこで本発明に係るＭｏ化合物は、潤滑油全体に対するＭｏの質量割合で２５〜１０００ｐｐｍ、５０〜９００ｐｐｍ、２００〜８００ｐｐｍさらには４００〜８００ｐｐｍであると好ましい。

【0028】

なお、潤滑油全体に対するＭｏの質量割合をｐｐｍで表すときは「ｐｐｍＭｏ」と表記する。本発明に係る潤滑油は、ＭｏＤＴＣ等以外のＭｏ系化合物（例えばＭｏ三核体等）を含んでもよいが、その場合でも、Ｍｏ総量の上限値は、潤滑油全体に対して１０００ｐｐｍＭｏさらには４００ｐｐｍＭｏであると好ましい。

【0029】

《ＣｒＣ膜》
本発明に係るＣｒＣ膜は、その成膜方法を問わないが、例えば、スパッタリング（ＳＰ）法（特にアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法、アークイオンプレティーング（ＡＩＰ）法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法により、所望のＣｒＣ膜が効率的に形成され得る。

【0030】

ＳＰ法は、ターゲットを陰極側、被覆処理面を陽極側として電圧を印加し、グロー放電により生じた不活性ガス原子イオンをターゲット表面に衝突させて、飛び出したターゲットの粒子（原子・分子）を被覆処理面に堆積させて皮膜を形成する方法である。本発明の場合なら、例えば、ターゲットを金属Ｃｒ、不活性ガスをＡｒガスとしてスパッタリングを行い、放出されたＣｒ原子（イオン）によりＣｒ中間層を形成した後、さらに導入した炭化水素ガス（Ｃ_２Ｈ_２ガス等）と反応させることにより摺動面上にＣｒＣ膜を形成することができる。

【0031】

ＡＩＰ法は、例えば、反応ガス（プロセスガス）中で、金属ターゲット（蒸発源）を陰極としてアーク放電を起こし、金属ターゲットから生じた金属イオンと反応ガス粒子を反応させて、バイアス電圧（負圧）を印加した被覆処理面に、緻密な皮膜を形成する方法である。本発明の場合なら、例えば、ターゲットを金属Ｃｒ、反応ガスを炭化水素ガス（Ｃ_２Ｈ_２ガス等）とするとよい。

【0032】

また、ＣｒとＣ以外のドープ元素を含むＣｒＣ膜であれば、そのドープ元素を含むターゲットまたは反応ガスを用いるとよい。また、ターゲットや反応ガスの成分を調整する他、反応ガスのガス圧を調整して、ＣｒＣ膜の組成、構造等を調整することもできる。

【0033】

《用途》
本発明に係る摺動部材は、潤滑油を介在させつつ相対移動する摺動面を有するものであれば、その種類、形態、摺動様式等を問わない。このような摺動部材を備える摺動システムも、その具体的な形態、様式、用途等を問わず、信頼性の確保を前提に、摺動抵抗の低減や摺動による機械損失の低減が要求される多種多様な機械や装置等に幅広く適用され得る。

【0034】

例えば、自動車等の駆動系ユニット（変速機等）やエンジンユニットに本発明の摺動システムが利用されると好適である。このような摺動システムを構成する摺動部材として、例えば、各種のギア（特に歯面）やシャフト（特に軸受面）、動弁系を構成するカム、バルブリフタ（特にカムとの接触面）、フォロワ、シム、バルブ、バルブガイド等、その他、ピストン（特にピストンスカート）、ピストンリング、ピストンピン、クランクシャフト、ロータ、ロータハウジング、バルブ、バルブガイド、ポンプ等がある。

【実施例】

【0035】

《概要》
複数の供試材（試料／摺動部材）と、複数の潤滑油とを組合わせて、摺動試験（ブロックオンリング摩擦試験）を行った。この試験結果等に基づいて、本発明をより具体的に説明する。

【0036】

《供試材の製造》
（１）基材
焼入れ処理した鋼材（ＪＩＳ ＳＣＭ４２０）からなるブロック状（６．３ｍｍ×１５．７ｍｍ×１０．１ｍｍ）の基材を複数用意した。各基材の表面（被覆処理面）は鏡面仕上げ（表面粗さ：Ｒａ０．０８μｍ）した。ちなみに、鋼材（ＳＣＭ４２０）の基材組成（単位：質量％）は、Ｃｒ：０．９〜１．２％、Ｃ：０．１７〜０．２３％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．６０〜０．９０％、Ｍｏ：０．１５〜０．２５、残部：Ｆｅおよび不可避不純物であった。

【0037】

基材の表面にＣｒＣ膜（単に「ＣｒＣ（膜）」ともいう。／試料１）を被覆した試料と、被膜を形成せず基材の表面を浸炭面（硬さ：ＨＶ６００、表面粗さ：Ｒａ０．０８μｍ）とした試料（単に「浸炭材」ともいう。／試料Ｃ０）とを用意した。

【0038】

（２）成膜
ＣｒＣ膜は、アンバランスマグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜した。具体的にいうと、チャンバー内を予備排気した後、純ＣｒターゲットをＡｒガスでスパッタリングし、基材表面にＣｒ中間層を形成した。これに続いて、Ｃ_２Ｈ_２ガスをさらに導入して、ＣｒＣ膜を合成した。

【0039】

《摺動試験前の測定》
（１）膜組成
摺動試験前に試料１（ＣｒＣ）の膜組成をＥＰＭＡ（日本電子株式会社製ＪＸＡ−８２００）により定量したところ、Ｃｒ：６６．５ａｔ％、Ｃ：３３．５ａｔ％であった。

【0040】

（２）膜構造
ラマン分光装置（日本分光株式会社製ＮＲＳ−３２００）を用いてＣｒＣ膜を分析した。また、比較のため、Ｃｒを含有したＤＬＣ膜（Ｃｒ：２３ａｔ％）も同様に分析した。これらのラマンスペクトルを図１に併せて示した。

【0041】

図１に示すＣｒＣ膜のラマンスペクトルに、非晶質なＤＬＣ膜（非晶質）に現れるようなピークが観られないことから、ＣｒＣ膜が結晶質であることがわかった。

【0042】

なお、ＣｒＣ膜をＸ線回折により分析したところ、そのプロフィルから、主にＣｒＣ膜はＣｒ_７Ｃ_３結晶とＣｒ_３Ｃ_２結晶とからなることが確認された。同様のことは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による電子線回折からも確認されている。

【0043】

《潤滑油》
摩擦試験に用いる潤滑油として、ＭｏＤＴＣを含有していない潤滑油（「ＭｏＤＴＣ非含有潤滑油」という。）と、ＭｏＤＴＣを含有した潤滑油（「ＭｏＤＴＣ含有潤滑油」という。）とを用意した。

【0044】

ＭｏＤＴＣ非含有潤滑油には、市販のオートマティックトランスミッションフルード（トヨタ自動車株式会社製、純正ＡＴＦ オートフルード タイプＷＳ）を用いた。ＭｏＤＴＣ含有潤滑油には、炭化水素系鉱油に、エンジン油添加剤パッケージおよびＭｏＤＴＣを添加して、オイル粘度をＭｏＤＴＣ非含有潤滑油と同程度に調整した低粘度オイルを用いた。この潤滑油中におけるＭｏＤＴＣの含有量は８００ｐｐｍＭｏとした。

【0045】

なお、上述した炭化水素系鉱油は、ＭｏＤＴＣ非含有潤滑油と同一のものである。エンジン油添加剤パッケージには、摩擦調整剤であるＭｏＤＴＣの他に、摩耗防止剤、清浄剤、分散剤、酸化防止剤、消泡剤等をも含有されている。

【0046】

《摺動試験》
（１）摩擦係数
各試料の供試材と、各潤滑油とを組合わせてブロックオンリング摩擦試験（単に「摩擦試験」という。）を行い、摺動面における摩擦係数（μ）をそれぞれ測定した。こうして得られた各摩擦係数を対比して、図２Ａと図２Ｂ（両者を併せて単に「図２」という。）に棒グラフで示した。

【0047】

摩擦試験は、各供試材を摺動面幅６．３ｍｍのブロック試験片とし、浸炭鋼材（ＡＩＳＩ４６２０）から成るＦＡＬＥＸ社製Ｓ−１０標準試験片（硬さＨＶ８００、表面粗さ１．７〜２．０μｍＲｚｊｉｓ）をリング試験片（外径φ３５ｍｍ、幅８．８ｍｍの）として行った。この際、試験荷重：１３３Ｎ（ヘルツ面圧：２１０ＭＰａ）、すべり速度：０．３ｍ／ｓ、油温：８０℃（一定）として、３０分間の摩擦試験を行い、試験終了直前の１分間におけるμ平均値を本試験における摩擦係数とした。

【0048】

（２）摺動面の摩耗深さ
摩擦試験後の各摺動面の表面形状（粗さ）を、白色干渉法非接触表面形状測定機（Ｚｙｇｏ社製ＮｅｗＶｉｅｗ５０２２）を用いて測定したところ、ＭｏＤＴＣ含有潤滑油を用いた場合、試料１の摩耗深さ（０．２９μｍ）は試料Ｃ０の摩耗深さ（１．１３μｍ）の約１／４程度であった。なお、ここで示した摩耗深さは、５箇所の測定を２回繰り返して得た相加平均値である。

【0049】

また、ＣＭＳ社製Ｃａｌｏｔｅｓｔを用いて摩耗痕から特定した試験前のＣｒＣ膜厚は１〜１．５μｍであった。

【0050】

（３）摺動面の分析
ＭｏＤＴＣ含有潤滑油を用いた摩擦試験後の各摺動面を、飛行時間型２次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ／Ion-Tof社製 TOF-SIMS装置）により測定した。この際、１次イオンとして３０ｋｅＶのＢｉ⁺ビームを用いて、領域１００μｍ×１００μｍで高分解能スペクトル測定を実施した。これにより得られた摺動面上の各元素の分析結果を図３Ａと図３Ｂ（両者を併せて単に「図３」という。）に示した。図３Ａには代表的な元素に係る二次イオン像を、図３Ｂには代表的な元素に係る二次イオン相対強度（比）を示した。

【0051】

《評価》
（１）摩擦係数
図２Ａから明らかなように、ＭｏＤＴＣ非含有潤滑油を用いた場合、試料１（ＣｒＣ膜）の摩擦係数と試料Ｃ０（浸炭材）の摩擦係数との間に大差はない。しかし、図２Ｂから明らかなように、ＭｏＤＴＣ含有潤滑油を用いると、試料１の摩擦係数は、試料Ｃ０の摩擦係数の約１／２まで著しく低下した。従って、ＣｒＣ膜からなる摺動面とＭｏＤＴＣ含有潤滑油との組合わせにより、摩擦係数が０．０２程度という超低摩擦特性が得られることがわかった。

【0052】

（２）考察
ＣｒＣ膜とＭｏＤＴＣ含有潤滑油との組合わせにより、超低摩擦特性が発現される理由は次のように推察される。

【0053】

図３Ａに示したＭｏ⁺、Ｓ^-、ＭｏＳ_２^-に係る二次イオン像と、図３Ｂに示したＳの相対ピーク強度およびＭｏのピーク強度比から、試料１の摺動面にはＭｏＳ_２がほぼ均一的に生成されていると考えられる。

【0054】

これに対して、試料Ｃ０の摺動面は、各成分の分布が著しく不均一となっており、試料１の摺動面と比較すると、Ｍｏ⁺、Ｓ^-、ＭｏＳ_２^-は少なく、逆にＣａ⁺、ＰＯ_２^-等が多い傾向にあった。

【0055】

これらのことから、試料１では、層状構造を有するＭｏＳ_２またはそれに類似した構造の物質が摺動面に生成されて、それに依る低せん断特性に起因して、上述した超低摩擦特性が発現されたと推察される。一方、試料Ｃ０１では、摺動面にＣａＰＯ_４（またはＣａＣＯ_３）等の無機成分が生成されて、逆にＭｏＳ_２の摺動面への吸着が阻害されて、超低摩擦特性が発現されなかったと推察される。いずれにしても、ＭｏＤＴＣ含有潤滑油の存在下で、摩擦係数が試料１と試料Ｃ０で大きく相違した理由は、各摺動面で生じているメカニズムが異質であるためといえる。

【0056】

ちなみに、ＣｒＣ膜は、Ｃｒ含有量が４０％未満（特に３０％以下）になると、非晶質炭素（ＤＬＣ）からなるマトリックス（単に「ＤＬＣマトリックス」ともいう。）中に炭化クロムが分散した被膜となって耐摩耗性が低下することも、本発明者は確認している。そしてＤＬＣは、ＭｏＤＴＣ添加油に対して、耐摩耗性の低下することが報告されている。よって、ＤＬＣ成分が含まれていない結晶質なＣｒＣは、本発明に係る潤滑油下において、低摩擦特性と耐摩耗性を高次元で両立させ得る摺動材料といえる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】