JPH0670234B2 - 金属の摺動部又は回転部のコーティング減摩方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は各種機械装置、自動車、オートバイ、船舶、
航空機等における金属の摺動部又は回転部に用いる金属
の摺動部又は回転部のコーティング減摩方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、上記のような各種機械装置、自動車、オートバ
イ、船舶、航空機等における金属の摺動部、又は回転部
には一般に潤滑剤が用いられている。そして同潤滑剤と
しては、一般の潤滑油の外、金属化合物（二硫化モリブ
デン等）、無機化合物のセラミックス系（窒化硼素
等）、或いは有機化合物（テフロン、その他多種の補助
剤）を微粉化させ、微粉体として用いる。又それらを油
溶性化合物にして潤滑油に添加して用いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし上記各潤滑油の用いられる機械装置、自動車、船
舶等の摺動部、回転部等はそこに強い力が加わるため
に、発熱あるいは摩耗が発生し易く、この場合そこに用
いられる潤滑剤あるいは潤滑油は、作動時間の経過と共
に劣化して潤滑効果が減少する。又テフロン、二硫化モ
リブデン、黒鉛、窒化硼素等は層状の構造を持っている
ので剪断力に弱いこと、及び金属に対しいわゆるなじみ
のよいところからその表面に付着するが、摺動、又は回
転する部材の間に挟まれて潤滑剤自体の粒子形状、構造
が変化し、更に又空気中の酸素により酸化され、潤滑作
用の持続に難点を有する。又微粉砕する場合前述のよう
に素材自体が柔らかいため均一な形状と粒形を維持しに
くく、微粒子であってもその粒度が不揃いである。これ
は潤滑効果を有する物質の特性である潤滑作用が、その
微粉砕の際に生じるため、粉砕されずに潤滑性の動きを
してしまうことによるものである。

又例えば気流粉砕等を用いる場合には、被粉砕物が軽す
ぎること、又一般の湿式回転微粉砕機を用いる場合に
は、その容器の内側が真円形状を有するため粉砕効果が
落ちること、又粉砕媒体としてスチール、ガラス等が使
用されると、それら粉砕機の機体及び媒体自体が摩耗
し、それらが不純物として被粉砕物に混入する。この場
合それら不純物の分離は極めて困難であり、かつ混入さ
れた金属粉、金属酸化物により製品の特性が変化し、品
質の低下が避けられない。

一般に潤滑剤の条件としては次のように考えられてい
る。即ち、 （１）耐溶解性、耐熱性、耐摩耗性、耐圧力性、耐酸化
性等を有し、化学的及び物理的に変質、変性しにくい物
質であること。

（２）その潤滑剤によって摺動部又は回転部を摩耗させ
ることが殆どないこと。

（３）摩擦を低減させ得ること、摩擦による摺動運動、
回転運動の抵抗を少なくさせること。

等があげられているが、前記従来の素材によってはこれ
らの条件をすべて満足させることは困難である。その一
例をあげれば、微粉砕等の製造工程において雰囲気上の
制約を受けるものがある。

例えば前記窒化硼素は窒素のガス中で微粉砕されて、そ
の粒子は油中に混入して使用されるが、油中に存在して
いても、その使用の際は酸素と接触して劣化することが
避けられず、減摩効果が減少してしまう。

この発明はこのような諸問題を解決するためになされた
もので、その目的は摺動部又は回転部の摩擦を大巾に低
減させるこのできる、金属の摺動部又は回転部のコーテ
ィング減摩方法を提供することである。

又他の目的は耐溶剤性、耐熱性、耐摩耗性、耐圧力性、
耐酸化性があり、化学的、物理的に変質、変性しにく
い、金属の摺動部又は回転部のコーティング減摩方法を
提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するこの発明について述べるとそれ
は、金属の摺動部又は回転部に、最大粒径が0.5ミクロ
ン、融点が1800℃以上で、ビッカース硬度300Hv〜1500H
vのほぼ球状のセラミックス製微粒子の群から成る減摩
コーティング剤を与え、上記摺動部又は回転部の摺動又
は回転により、該摺動部又は回転部の摺動面又は回転面
に、前記減摩コーティング剤のセラミックス製微粒子と
金属との結合による、上記摺動面又は回転面の断面より
も平滑な断面を有する結合層を形成することを特徴とす
る金属の摺動部又は回転部のコーティング減摩方法であ
る。

又最大粒径が0.5ミクロン、融点が1800℃以上で、ビッ
カース硬度300Hv〜1500Hvのほぼ球状のセラミックス製
微粒子の群から成る減摩コーティング剤を潤滑油中に混
入し、該潤滑油を金属の摺動部又は回転部に与え、上記
摺動部又は回転部の摺動又は回転により、該摺動部又は
回動部の摺動面又は回転面に、前記減摩コーティング剤
のセラミックス製微粒子と金属との結合による、上記摺
動面又は回転面の断面よりも平滑な断面を有する結合層
を形成することを特徴とする金属の摺動部又は回転部の
コーティング減摩方法である。

［作用］ この発明の減摩方法を各種機械装置、自動車、オートバ
イ、船舶等の摺動部又は回転部等に用いた場合の作用に
ついて述べると、一般に上記摺動部、回転部等の断面は
肉眼的には平滑な表面として形成されていても、これを
顕微鏡的に見た場合、如何に精密に研磨加工がなされて
いても、必ず数ミクロン程度の凹凸があることが避けら
れない。即ち数ミクロン程度の凹凸面が形成されている
ことになる。一方この発明に用いるセラミックス製微粒
子は粒径が0.5ミクロン以下のほぼ球状であり、ビッカ
ース硬度300Hv乃至1500Hv、融点1800℃以上の微粒子で
あり、又この微粒子を潤滑油中に混入したものであっ
て、このこの微粒子の群から成る減摩コーティング剤を
前記摺動部又は回転部等に供給すると、まず前記微粒子
は摺動部、回転部等の摺動面に侵入し、同面で転がり運
動をして摩擦を減少させる。又、それと共に前記凹凸面
の凹部に入り、ここに堆積して該凹部を埋め、断面平滑
な表面を形成させ、これによっても摩擦を減少させる。
そして最も特徴的なことは、この微粒子は、理由は不明
であるが、上記摺動面等における金属と結合して外見コ
ーティング状の薄い結合層を形成することである。この
金属と結合したセラミックスの結合層は器具等によって
かき取ろうとしても取れず、金属片等によって摩擦して
みても剥離せず、強く薄層状に形成されて固着してお
り、前記凹凸部の凹部を埋めて断面平滑な表面を形成し
ている。

上記の薄い結合層生成の理由は現在不明であるが、推察
されることは、摺動部、又は回転部の圧力と発熱により
形成されるものであろう。そして、この断面平滑な結合
層により摩擦が減少させられ、潤滑作用が行われる。又
潤滑油の作用と相まって潤滑作用が行われる。

［実施例］ まず、セラミックスの粉末をこの発明に用いる微粒子に
形成する場合、乾式又は湿式でサンドミルの、内側面の
形状を等辺等角の多角形としたビッカース硬度1500Hv以
上の硬度のセラミックス容器内に入れ、セラミックス製
で同じくビッカース硬度1500Hv以上の硬度の粉砕媒体に
より粉砕する。前記粉末は粉砕され、次第に球状とな
る。こうして安定な粒度分布で、粒径を0.5ミクロン以
下で、平均粒径0.1ミクロンの球状とすることができ
る。

上記のようにして粒径が0.5ミクロン以下に形成される
と、研磨され易い素材でも研磨されないようになるが、
更に形状がほぼ球形であるため、より研磨性がなくな
り、好ましい状態となる。又前記潤滑油としては通常の
潤滑油を用いる。但しこれは一例を示したものであり、
これに限るものではなく、潤滑用に用いられるならば他
の適宜の液体であってもよく、これらを含むものであ
る。

そして前記セラミックスの微粒子は、その一例としては
酸化ジルコニウムを用いる。

一般にエンジンの燃焼室の摺動部では千数百度〜二千度
近くに達するものであって、従来のこの種の潤滑剤では
耐えられないが、この発明に用いられるセラミックス製
微粒子は充分な耐熱性を有し、微細な凹凸面をコーティ
ングして平滑な結合面を形成するため、潤滑油等を使用
した場合と同等の効果を有し、又潤滑油中に混入又は分
散したものにおいて、仮に油分が減少した場合でも潤滑
作用を接続し得る。

次に、この発明のコーテイング減摩方法を用いて行われ
た各種テストについて詳述する。

まず粒径40ミクロン前後の酸化ジルコニュウムを前記
の、湿式粉砕機の容器に入れ、湿式方式で、固形分濃度
50％で15分間粉砕し、平均粒径0.1ミクロンの微粒子を
得た。この粒径については電子顕微鏡で確認した。又上
記湿式に用いる液体は特に限定しないが一例として水を
使用した。但し水以外の液体を用いても結果は同様であ
る。

（イ）そして、上記のようにして得られた減摩コーテイ
ング剤の微粒子100gを自動車のエンジンオイル300g中に
混入し、分散機に入れて分散させ、減摩コーティング剤
400gが得られた。

（ロ）自動車のエンジンオイル中にそれぞれ次のものを
混入して試料を構成した。

市販のテフロン潤滑剤………（Ａ） 市販の窒化硼素潤滑剤………（Ｂ） 市販の二硫化モリブデン潤滑剤………（Ｃ） この発明の減摩コーティング剤（微粒子） （前記イの構成のもの）………（Ｄ） これらを用い自動車のエンジンに使用して次のテストを
行った。

（ハ）低速の回転状態と、低速からの加速性は変化する
か？ テスト方法 これについては各規定オイル容量のエンジンに対して、
一般オイル１当りに、25重量％固形分入り試料を25cc
添加し注入後、マニュアルミッション車を使用し、実地
で500km走行した。

結果 この発明の減摩コーティング剤を用いることにより、そ
れを用いない場合と比較して、相対的に低速の回転状態
が安定した。特にトランスミッションの噛み合せ状態を
トップギヤにした際の低速時におけるノッキング現象を
起すことがない。

低速からの加速が無理なく行えるようになった。

（Ａ）前記従来のテフロン潤滑剤;30km/Hから加速でき
た。

（Ｂ）前記従来の窒化硼素潤滑剤;30km/Hから加速でき
た。

（Ｃ）前記従来の二硫化モリブデン系潤滑剤;33km/Hか
ら加速できた。

（Ｄ）この発明の減摩コーティング剤;25km/Hから加速
できた。

（ニ）最高回転数と急加速性は向上するか？ テスト方法 自動車を固定し、無負荷で実施、以下同様。

結果 相対的に低回転数から高回転数までの回転数を急上昇性
がスムーズになったが、1.000RPMよりトップギヤでの急
加速が可能なものはテフロン系潤滑剤とこの発明の減摩
コーティング剤を使用したもののみであった。

（ホ）無エンジンオイル状態でエンジンが焼きつくか？ テスト方法 自動車のエンジンを使用し、120分間慣らし回転後にオ
イルを抜く。

結果 （Ａ）テフロン系潤滑剤;30分後自然に停止し、30分間
冷却後に再始動せず、修理不能。

（Ｂ）窒化硼素潤滑剤;35分後同じく停止し、30分間冷
却後に始動したが直後に停止、再始動せず、試料オイル
注入後に始動した。

（Ｃ）二硫化モリブデン系潤滑剤;30分後停止し、30分
間冷却後に再始動せず、修理不能。

（Ｄ）この発明の減摩コーティング剤;120分後人為的に
中止し、30分間冷却後に始動したが、30分後に停止し、
更に30分間冷却後に再始動する。

（ヘ）最高回転数が向上するか？ テスト方法 試料添加前最高回転数6,300RPMの状態からテストを行っ
た。

結果 （Ａ）テフロン系潤滑剤;6,800RPM （Ｂ）窒化硼素潤滑剤;6,800RPM （Ｃ）二硫化モリブデン系潤滑剤;6,600RPM （Ｄ）この発明の減摩コーティング剤;7,300RPM （ト）燃料消費量が改善されるか？ 結果 これについては2,500RPMの場合殆ど変化なく、２％程度
減少する。

4,500RPMの際は添加前に較べ、 （Ａ）テフロン系潤滑剤;4.5％減少 （Ｂ）窒化硼素潤滑剤;4.0％減少 （Ｃ）二硫化モリブデン系潤滑剤;3.0％減少 （Ｄ）この発明の減摩コーティング剤;7.0％減少 （チ）効果の持続性 結果 500kmでは変化が認められないためなお続行する。その
結果、 （Ａ）テフロン系潤滑剤;2,000km程度 （Ｂ）窒化硼素潤滑剤;2,000km程度 （Ｃ）二硫化モリブデン系潤滑剤;2,500km程度 （Ｄ）この発明の減摩コーティング剤;20,000km以上持
続する。

（リ）次表に示すように燃費に関する実施試験が行われ
た。使用車種は運送用トラックである。

試験データ 数値はkm/l、km 試験車ＡとＢは減摩コーティング剤400g/36l oilの添
加、 試験車ＣとＤは無添加である。

（ヌ）次に、無負荷の場合の燃費比較テストが行われ、
その結果第１図に示すようなグラフが得られた。

使用車種はディーゼルエンジンを用いた小型乗用車であ
る。このグラフによっても、この発明の減摩コーティン
グ剤を添加したものの燃費の少ないことが判明する。

（ル）定地燃費比較テストが行われ、第２図に示すよう
なグラフが得られた。これによってもこの発明の減摩コ
ーテイング剤を添加したものの燃費の向上が判明する。

［発明の効果］ この発明は前記のように構成され、最大粒径が0.5ミク
ロン、融点が1800℃以上で、ビッカース硬度300Hv〜150
00Hvのほぼ球状のセラミックス製微粒子の群から成る減
摩コーテイング剤を、金属の摺動部又は回転部に与え、
上記摺動部又は回転部の摺動又は回転により、該摺動部
又は回転部の摺動面又は回転面に、前記減摩コーテイン
グ剤のセラミックス製微粒子と金属の結合による、上記
摺動面又は回転面の断面よりも平滑な断面を有する結合
層を形成することができる。そしてこの金属と結合した
セラミックスの層は、器具等によってかき取ろうとして
も取れず、金属片等によって摩擦してみても剥離しない
強さに形成することができる。

従ってこの結合層相互の摺動又は回転により、金属の摺
動部又は回転部の摩擦を大巾に減少させることができ
る。しかもそれは耐溶剤性、耐熱性、耐摩耗性、耐圧力
性、耐酸化性においても優れた減摩方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の減摩コーテイング剤を用いて行われ
た小型乗用車の無負荷燃費の比較テストの成績を示すグ
ラフ、第２図は同定地燃費比較テストの成績を示すグラ
フである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｎ 30:06 40:02 50:08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属の摺動部又は回転部に、最大粒径が0.
   5ミクロン、融点が1800℃以上で、ビッカース硬度300Hv
   〜1500Hvのほぼ球状のセラミックス製微粒子の群から成
   る減摩コーティング剤を与え、上記摺動部又は回転部の
   摺動又は回転により、該摺動部又は回転部の摺動面又は
   回転面に、前記減摩コーティング剤のセラミックス製微
   粒子と金属との結合による、上記摺動面又は回転面の断
   面よりも平滑な断面を有する結合層を形成することを特
   徴とする金属の摺動部又は回転部のコーティング減摩方
   法。
2. 【請求項２】最大粒径が0.5ミクロン、融点が1800℃以
   上で、ビッカース硬度300Hv〜1500Hvのほぼ球状のセラ
   ミックス製微粒子の群から成る減摩コーティング剤を潤
   滑油中に混入し、該潤滑油を金属の摺動部又は回転部に
   与え、上記摺動部又は回転部の摺動又は回転により、該
   摺動部又は回動部の摺動面又は回転面に、前記減摩コー
   ティング剤のセラミックス製微粒子と金属との結合によ
   る、上記摺動面又は回転面の断面よりも平滑な断面を有
   する結合層を形成することを特徴とする金属の摺動部又
   は回転部のコーティング減摩方法。