摺動部材
【課題】耐摩耗性が優れると同時に耐焼付性も優れ、かつ相手攻撃性も小さく、しかも摩擦係数も小さい摺動部材を提供する。
【解決手段】第１基材１１及び第１基材１１上に形成された第１摺動層１２を有する第１部材（シフトフォーク）１と、第２基材２１及び第２基材２１上に形成され第１摺動層１２と摺動する第２摺動層２２を有する第２部材（ハブスリーブ）とからなる。第１摺動層１２は硫化鉄層、リン酸マンガン層、ｃ−ＢＮ層又はＡｇめっき層であり、第２摺動層２２はダイヤモンドライクカーボン層である。
【解決手段】第１基材１１及び第１基材１１上に形成された第１摺動層１２を有する第１部材（シフトフォーク）１と、第２基材２１及び第２基材２１上に形成され第１摺動層１２と摺動する第２摺動層２２を有する第２部材（ハブスリーブ）とからなる。第１摺動層１２は硫化鉄層、リン酸マンガン層、ｃ−ＢＮ層又はＡｇめっき層であり、第２摺動層２２はダイヤモンドライクカーボン層である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動部材に関し、詳しくは基材表面に特定の摺動層が形成された摺動部材に関する。本発明の摺動部材は、例えば、車両の手動変速機におけるシフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摺動部に好適に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車の手動変速機におけるシフトフォークは、シフトレバーの操作を同期装置のハブスリーブに伝達するためのものである。このシフトフォークでは、ロッドが嵌挿されるボス部をもつ基端部から二股状に分岐したフォーク部の先端に、ハブスリーブの溝部と摺動する爪部が設けられている。このようなシフトフォークの爪部は、高速で回転するハブスリーブの溝部に高面圧で滑り接触する。このため、シフトフォークの爪部の摺動面には高い耐摩耗性が要求される。
【０００３】
シフトフォークの材料としては、一般に鋼、鋳鉄やＡｌ合金などが用いられているが、これらの材料はそのままでは摺動面に要求される耐摩耗性を満足させることができない。このため、鋼等からなる基材の摺動面に、高周波焼入れ、軟窒化やガス軟窒化等の硬化処理を施したり、硬質クロムめっき処理又はセラミック分散Ｎｉ−Ｐめっき処理を施したり、Ｍｏや過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金などの溶射層を形成したり、あるいはポリアミドやフッ素樹脂などをコーティング又は含浸したりしている。
【０００４】
また、シフトフォークの爪部表面に、耐摩耗性に優れた拡散層を有する異種金属層を形成したものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載されたシフトフォークは、鉄系材料からなる基材の表面にアルミニウム層を仮形成した後、このアルミニウム層の表面側を押圧しながら高周波加熱して拡散処理し、基材とアルミニウム層との界面にＦｅ−Ａｌの金属間化合物（Ｆｅ3 Ａｌ）よりなる拡散層を形成して、耐摩耗性に優れたＦｅ3 Ａｌよりなる拡散層を有するアルミニウム層を爪部表面に形成している。
【０００６】
さらに、シフトフォーク爪部の基材表面に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金やＭｏ等からなる溶射層を形成し、この溶射層の上にポリアミドやポリイミド等からなる樹脂コーティング層を形成したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−３１０１６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、シフトフォークの爪部が摩耗すれば、シフト操作のガタツキが大きくなり、シフト抜けが発生し易くなる。このため、シフトフォークの爪部には、前述のとおり高い耐摩耗性が要求される。また、相手材であるハブスリーブの溝部が摩耗すれば同様の問題を招くことから、シフトフォークの爪部には相手攻撃性も小さいことが要求される。さらに、シフト操作上、シフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摩擦力がハブとハブスリーブのスプライン歯面との押圧力となることから、該爪部と該溝部との摩擦係数の大小はシフト操作力の大小に影響し、摩擦係数が小さいほどシフト操作力が小さくなるとともにシフトフィーリングが向上する。
【０００８】
したがって、シフトフォークの爪部としては、耐摩耗性、耐焼付性、摩擦係数及び相手攻撃性等の諸特性が総合的に優れていることが要求される。
【０００９】
しかしながら、前述した従来のシフトフォークは、耐摩耗性のみについてみればかなりの程度で満足できるものもあるが、耐摩耗性のみならず、耐焼付性、相手攻撃性や摩擦係数をも総合的に考慮すれば、これらの諸特性を全て同時に十分に満足できるものがなかった。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性が優れると同時に耐焼付性も優れ、かつ相手攻撃性も小さく、しかも摩擦係数も小さい摺動部材を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１記載の摺動部材は、第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、前記第１摺動層は硫化鉄層及びリン酸マンガン層のうちの一方であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１記載の摺動部材の好適な態様において、前記硫化鉄層の厚さが１〜２０μｍとされている。
【００１３】
請求項１記載の摺動部材の好適な態様において、前記リン酸マンガン層の厚さが３〜１０μｍとされている。
【００１４】
上記課題を解決する請求項４記載の摺動部材は、第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、前記第１摺動層はｃ−ＢＮ層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４記載の摺動部材の好適な態様において、前記ｃ−ＢＮ層の厚さが１〜５μｍとされている。
【００１６】
上記課題を解決する請求項６記載の摺動部材は、第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、前記第１摺動層はＡｇめっき層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６記載の摺動部材の好適な態様において、前記Ａｇめっき層の厚さが３〜１０μｍとされている。
【００１８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の摺動部材の好適な態様において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ビッカース硬さがＨｖ１０００〜５０００とされている。
【００１９】
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の摺動部材の好適な態様において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面粗さが０．５μｍＲｚ以下とされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の摺動部材は、第１基材及びこの第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及びこの第２基材上に形成された第２摺動層を有する第２部材とからなる。
【００２１】
第１基材及び第２基材の材質は、特に限定されず、鉄系材料であっても、非鉄系材料であってもよい。例えば、鉄板、機械構造用の炭素鋼や各種合金鋼、焼入れ鋼等の鋼材、片状黒鉛鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄材料、あるいはＡｌ合金やＭｇ合金等を好適に用いることができる。なお、第１基材の材質と第２基材の材質とは、同種のものであっても、異種のものであってもよい。
【００２２】
そして、請求項１記載の摺動部材は、前記第１摺動層が硫化鉄層又はリン酸マンガン層であり、前記第２摺動層がダイヤモンドライクカーボン層（以下、ＤＬＣ層と称する）であることを特徴とする。
【００２３】
すなわち、この摺動部材では、第１摺動層としての硫化鉄層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動するか、あるいは第１摺動層としてのリン酸マンガン層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第１摺動層を有する第１部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第２摺動層を有する第２部材における耐摩耗性が向上する。
【００２４】
前記硫化鉄層の厚さは１〜２０μｍであることが好ましい。硫化鉄層の厚さが１μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、硫化鉄層の厚さが２０μｍを超えると、電気分解等を行って処理層を形成するため硫化鉄層の表面が荒れ、やはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、硫化鉄層の厚さは３〜１５μｍであることがより好ましく、５〜１０μｍであることが特に好ましい。
【００２５】
この硫化鉄層の形成方法は特に限定されない。例えば、第１基材が鋼材等の鉄系材料よりなる場合は、１８５〜１９５℃程度に保たれたチオシアン基（ロダン基）の塩浴中に被処理物としての第１基材の所定部位を浸漬し、被処理物を陽極に接続するとともに処理槽を陰極に接続して陽極電解を行う浸硫処理により、第１基材の所定部位表面に硫化鉄層を形成することができる。
【００２６】
前記リン酸マンガン層の厚さは３〜１０μｍであることが好ましい。リン酸マンガン層の厚さが３μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、リン酸マンガン層の厚さが１０μｍを超えると、浸漬処理等を行って処理層を形成するためリン酸マンガン層の表面が荒れ、やはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、リン酸マンガン層の厚さは３〜８μｍであることがより好ましく、３〜５μｍであることが特に好ましい。
【００２７】
このリン酸マンガン層の形成方法は特に限定されない。例えば、９０〜１００℃程度に保たれた第１リン酸マンガン溶液に８〜１２分程度、第１基材の所定部位を浸漬することにより、第１基材の所定部位表面にリン酸マンガン層を形成することができる。
【００２８】
また、請求項４記載の摺動部材は、前記第１摺動層がｃ−ＢＮ層であり、前記第２摺動層がＤＬＣ層であることを特徴とする。
【００２９】
すなわち、この摺動部材では、第１摺動層としてのｃ−ＢＮ層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第１摺動層を有する第１部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第２摺動層を有する第２部材における耐摩耗性が向上する。また、第１摺動層がｃ−ＢＮ層であるこの摺動部材では、第１摺動層が硫化鉄層又はリン酸マンガン層である請求項１記載の摺動部材と比較して、第１摺動層を有する第１部材における耐摩耗性及び耐焼付き性をより向上させることができるとともに、摩擦係数を低下させることができる。このため、この摺動部材は、固体潤滑性能が向上して、より厳しい条件下の使用が可能となる。
【００３０】
ここに、前記ｃ−ＢＮ層におけるｃ−ＢＮは、静的高温高圧処理により得られ、立方晶系閃亜鉛鉱構造をもつ高圧相あるいは高密度相の窒化ホウ素のことであり、ダイヤモンドに次ぐ硬さをもっている。
【００３１】
前記ｃ−ＢＮ層の厚さは１〜５μｍであることが好ましい。ｃ−ＢＮ層の厚さが１μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、ｃ−ＢＮ層の厚さが５μｍを超えると、表面荒れや剥離が生じてやはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、ｃ−ＢＮ層の厚さは２〜５μｍであることがより好ましく、３〜５μｍであることが特に好ましい。
【００３２】
このｃ−ＢＮ層の形成方法は特に限定されない。例えば、加速電圧１．５〜２．５ｋＶ程度、イオンビーム電流密度０．１２〜０．１６ｍＡ／ｃｍ2 程度の条件で真空蒸着することにより、第１基材の所定部位表面にｃ−ＢＮ層を形成することができる。
【００３３】
さらに、請求項６記載の摺動部材は、前記第１摺動層がＡｇめっき層であり、前記第２摺動層がＤＬＣ層であることを特徴とする。
【００３４】
すなわち、この摺動部材では、第１摺動層としてのＡｇめっき層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第１摺動層を有する第１部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第２摺動層を有する第２部材における耐摩耗性が向上する。また、第１摺動層がＡｇめっき層であるこの摺動部材では、第１摺動層が硫化鉄層又はリン酸マンガン層である請求項１記載の摺動部材と比較して、第１摺動層を有する第１部材における耐焼付き性をより向上させることができる。
【００３５】
前記Ａｇめっき層の厚さは３〜１０μｍであることが好ましい。Ａｇめっき層の厚さが３μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、Ａｇめっき層の厚さが１０μｍを超えると、表面荒れや剥離が生じてやはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、Ａｇめっき層の厚さは５〜１０μｍであることがより好ましい。
【００３６】
このＡｇめっき層の形成方法は特に限定されず、電気めっき、溶融めっきや真空めっき（蒸着）等を利用することができ、例えば、浴組成１．８〜２．２ｇ／ｌ程度、温度２５〜３５℃程度、電流密度１．５〜２．５Ａ／ｄｍ2 程度、槽電圧４．５〜５．５Ｖ程度の条件で電気めっきを行うことにより、第１基材の所定部位表面にＡｇめっき層を形成することができる。
【００３７】
前記ＤＬＣ層はビッカース硬さがＨｖ１０００〜５０００とされていることが好ましい。ＤＬＣ層のビッカース硬さがＨｖ１０００未満になると、第２部材の摩耗量が増大する。一方、ＤＬＣ層のビッカース硬さがＨｖ５０００を超えると、相手材である第１部材の摩耗量が増大する。したがって、ＤＬＣ層のビッカース硬さはＨｖ２０００〜４０００であることがより好ましく、Ｈｖ２０００〜３０００であることが特に好ましい。
【００３８】
前記ＤＬＣ層は表面粗さが０．５μｍＲｚ以下とされていることが好ましい。ＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚを超えると、相手材である第１部材の摩耗量が増大する。相手材である第１部材の摩耗量をより低減させる等の観点より、ＤＬＣ層の表面粗さは０．３μｍＲｚ以下であることがより好ましく、０．１μｍＲｚ以下であることが特に好ましい。
【００３９】
前記ＤＬＣ層の厚さは１〜５μｍであることが好ましい。ＤＬＣ層の厚さが１μｍ未満になると、第２部材の摩耗量が増大する。一方、ＤＬＣ層の厚さが５μｍを超えると、表面にクラックが発生する場合がある。したがって、ＤＬＣ層の厚さは１〜３μｍであることがより好ましく、２〜３μｍであることが特に好ましい。
【００４０】
また、第２基材に対するＤＬＣ層の密着性を向上させる観点より、第２基材の表面上にまず中間層を形成し、この中間層上にＤＬＣ層を形成することが好ましい。中間層の種類としては、ＤＬＣ層の密着性を向上させうるものであれば特に限定されず、Ｃｒ、ＴｉやＷ等を採用することができる。なお、中間層の厚さは０．５〜１μｍ程度とすることができる。
【００４１】
このＤＬＣ層の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ法やイオンプレーティング法等を採用することができる。
【００４２】
このような本発明の摺動部材は、例えば、車両用の手動変速機におけるシフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摺動部に好適に利用することができる。すなわち、第１摺動層としての硫化鉄層、リン酸マンガン層、ｃ−ＢＮ又はＡｇめっき層を有する第１部材をシフトフォークの爪部に適用し、第２摺動層としてのＤＬＣ層を有する第２部材をハブスリーブの溝部に適用すれば、硫化鉄層、リン酸マンガン層、ｃ−ＢＮ層又はＡｇめっき層を有する爪部において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、ＤＬＣ層を有する溝部における耐摩耗性が向上する。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
［第１実施例］
（実施例１）
図１に示される本実施例の摺動部材は、爪部１ａを有する、第１部材としてのシフトフォーク１と、爪部１ａが係合して摺動する溝部２ａを有する、第２部材としてのハブスリーブ２とからなる。
【００４５】
シフトフォーク１は、第１基材１１と、シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に形成された、第１摺動層１２とから構成されている。
【００４６】
第１基材１１は、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）を浸炭焼入れした焼入れ鋼よりなる。
【００４７】
第１摺動層１２は、浸硫処理により形成された硫化鉄層よりなる。この浸硫処理では、１９０℃に保たれたチオシアン基の塩浴中に被処理物としての第１基材１１の所定部位を浸漬し、被処理物を陽極に接続するとともに処理槽を陰極に接続して陽極電解を行った。これにより、厚さが１０μｍの硫化鉄層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【００４８】
ハブスリーブ２は、第２基材２１と、ハブスリーブ２の溝部２ａに相当する部分の第２基材２１表面に形成された、中間金属層２３と、この中間金属層２３表面に形成された第２摺動層２２とから構成されている。
【００４９】
第２基材２１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）を浸炭焼入れした焼入れ鋼よりなる。
【００５０】
第２摺動層２２は、スパッタリング法により形成されたＤＬＣ層よりなる。このスパッタリング法では、基材温度を２００℃、基材に印加する負のバイアス電圧を１００Ｖとして、Ａｒ（アルゴン）ガス及びＣＨ4 （メタン）ガスを用いた。これにより、厚さが２μｍ、ビッカース硬さがＨｖ３０００、表面粗さが０．５μｍＲｚのＤＬＣ層よりなる第２摺動層２２を、第２基材２２の溝部２ａ表面に形成した。
【００５１】
また、本実施例では、第２基材２１に対する第２摺動層２２の密着性を向上させるべく、第２基材２１の表面上にまず中間金属層２３をスパッタリング法により形成し、この中間金属層２３上に第２摺動層２２を形成した。この中間金属層２３は、Ｃｒよりなり、厚さが０．５μｍとされている。
【００５２】
なお、前記第２基材２１は、前記中間金属層２３が形成される前の素地状態で、表面粗さが０．５μｍＲｚであった。
【００５３】
このように本実施例１では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としての硫化鉄層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００５４】
（比較例１）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００５５】
すなわち、この比較例１では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００５６】
（比較例２）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としての硫化鉄層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例１と同様である。
【００５７】
すなわち、この比較例２では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００５８】
（比較例３）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００５９】
すなわち、この比較例３では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としての硫化鉄層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００６０】
（比較例４）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００６１】
すなわち、この比較例４では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００６２】
（比較例５）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としての硫化鉄層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００６３】
すなわち、この比較例５では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００６４】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例１及び比較例１〜５に係る摺動部材について、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【００６５】
すなわち、表１に示される各爪部材料を用いて円筒試験片を作製するとともに、同じく表１に示される各溝部材料を用いて平板試験片を作製した。
【００６６】
なお、円筒試験片は、内径が２０ｍｍφ、外径が２５．６ｍｍφ、高さが１７ｍｍ、表面粗さが１．６μｍＲｚである。また、平板試験片は、３０×３０×５ｍｍ、表面粗さが０．５μｍＲｚである。
【００６７】
これらの円筒試験片及び平板試験片を用いて、焼付限界を求める焼付試験を行うとともに、シフトフォーク及びハブスリーブの実際の使用において焼付きを生じさせないマイルドな条件で、摩耗試験（実機摩耗試験）を行った。
【００６８】
ここで、前記焼付試験は、機械試験所型摩擦摩耗試験機を用い、潤滑油（商品名「ＡＴＦ Ｄｅｘｒｏｎ II」）による飛沫潤滑、８６００ｒｐｍ（９．６ｍ／ｓｅｃ）の条件下にて、２分間ごとに２５０Ｎずつ荷重を増加させ、摩擦係数が０．２以上となった時、又は摩耗が極端に大きくなった時の荷重をもって、焼付荷重（Ｎ）とした。
【００６９】
また、前記実機摩耗試験は、実際の変速機に組み込んで、潤滑油を充填し、ハブスリーブ回転数４８００ｒｐｍ、油温１２０°、シフトフォーク作動荷重１００ｋｇの条件下で、１秒作動させた後１．５秒休止させるサイクルを３００００サイクル実施し、シフトフォーク及びハブスリーブの摩耗量を調べた。
【００７０】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を前記表１に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が４０００Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【００７３】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
次に、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、表２に示されるように、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【００７４】
第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さは、ＤＬＣ層をコーティングする前の素地（第２基材２１）の表面粗さの影響を大きく受けるため、素地の表面粗さを変えることによってＤＬＣ層の表面粗さを種々変更した。
【００７５】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表２に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図３に示す。
【００７６】
【表２】
【００７７】
表２及び図３より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が４０００Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【００７８】
［第２実施例］
（実施例２）
本実施例の摺動部材は、前記実施例１の摺動部材において、第１摺動層１２として、硫化鉄層の代わりにリン酸マンガン層を採用したものである。
【００７９】
すなわち、本実施例の摺動部材における第１摺動層１２は、リン酸マンガン処理により形成されたリン酸マンガン層よりなる。このリン酸マンガン処理は、９５℃に保たれた第１リン酸マンガン溶液中に被処理物としての第１基材１１の所定部位を１０分間浸漬することにより行った。これにより、厚さが５μｍのリン酸マンガン層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【００８０】
その他の構成は前記実施例１と同様である。
【００８１】
したがって、本実施例２では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００８２】
（比較例６）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００８３】
すなわち、この比較例６では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００８４】
（比較例７）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例２と同様である。
【００８５】
すなわち、この比較例７では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００８６】
（比較例８）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００８７】
すなわち、この比較例８では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００８８】
（比較例９）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００８９】
すなわち、この比較例９では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００９０】
（比較例１０）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００９１】
すなわち、この比較例１０では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００９２】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例２及び比較例６〜１０に係る摺動部材について、前述の第１実施例と同様に、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【００９３】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を表３に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に併せて示す。
【００９４】
【表３】
【００９５】
表３及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が４２５０Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１８と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【００９６】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
また、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、前述の第１実施例と同様に、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【００９７】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表４に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図４に示す。
【００９８】
【表４】
【００９９】
表４及び図４より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が４２５０Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１８以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１００】
［第３実施例］
（実施例３）
本実施例の摺動部材は、前記実施例１の摺動部材において、第１摺動層１２として、硫化鉄層の代わりにｃ−ＢＮ層を採用したものである。
【０１０１】
すなわち、本実施例の摺動部材における第１摺動層１２は、真空蒸着により形成されたｃ−ＢＮ層よりなる。この真空蒸着は、加速電圧２ｋＶ、イオンビーム電流密度０．１４ｍＡ／ｃｍ2 の条件で行った。これにより、厚さが３μｍのｃ−ＢＮ層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【０１０２】
その他の構成は前記実施例１と同様である。
【０１０３】
したがって、本実施例３では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１０４】
（比較例１１）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１０５】
すなわち、この比較例１１では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１０６】
（比較例１２）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例３と同様である。
【０１０７】
すなわち、この比較例１２では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１０８】
（比較例１３）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１０９】
すなわち、この比較例１３では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１１０】
（比較例１４）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１１１】
すなわち、この比較例１４では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１１２】
（比較例１５）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１１３】
すなわち、この比較例１５では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１１４】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例３及び比較例１１〜１５に係る摺動部材について、前述の第１実施例と同様に、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【０１１５】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を表５に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に併せて示す。
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
表５及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が６０００Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．００８と著しく小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１１８】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
また、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、前述の第１実施例と同様に、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【０１１９】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表６に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図５に示す。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
表６及び図５より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が６０００Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．００８以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１２２】
また、第１摺動層１２がｃ−ＢＮ層である実施例３の摺動部材では、第１摺動層１２が硫化鉄層である実施例１の摺動部材及び第１摺動層１２がリン酸マンガン層である実施例２の摺動部材と比較して、耐摩耗性及び耐焼付き性をより向上させることができるとともに、摩擦係数をより低下させることができた。このため、実施例３の摺動部材は、固体潤滑性能が向上して、より厳しい条件下の使用が可能となる。
【０１２３】
［第４実施例］
（実施例４）
本実施例の摺動部材は、前記実施例１の摺動部材において、第１摺動層１２として、硫化鉄層の代わりにＡｇめっき層を採用したものである。
【０１２４】
すなわち、本実施例の摺動部材における第１摺動層１２は、電気めっきにより形成されたＡｇめっき層よりなる。この電気めっきは、浴組成：シアン化銀（２ｇ／ｌ、温度：３０℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ2 程度、槽電圧：５Ｖの条件で行った。これにより、厚さが５μｍのＡｇめっき層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【０１２５】
その他の構成は前記実施例１と同様である。
【０１２６】
したがって、本実施例４では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのＡｇめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１２７】
（比較例１６）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１２８】
すなわち、この比較例１６では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１２９】
（比較例１７）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのＡｇめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３０】
すなわち、この比較例１７では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１３１】
（比較例１８）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３２】
すなわち、この比較例１８では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのＡｇめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１３３】
（比較例１９）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３４】
すなわち、この比較例１９では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１３５】
（比較例２０）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのＡｇめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３６】
すなわち、この比較例２０では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１３７】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例４及び比較例１６〜２０に係る摺動部材について、前述の第１実施例と同様に、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【０１３８】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を表７に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に併せて示す。
【０１３９】
【表７】
【０１４０】
表７及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が６０００Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１４１】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
また、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、前述の第１実施例と同様に、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【０１４２】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表８に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図６に示す。
【０１４３】
【表８】
【０１４４】
表８及び図６より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が６０００Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１４５】
また、第１摺動層１２がＡｇめっき層である実施例４の摺動部材では、第１摺動層１２が硫化鉄層である実施例１の摺動部材及び第１摺動層１２がリン酸マンガン層である実施例２の摺動部材と比較して、耐焼付き性をより向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本実施例に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例１〜４及び比較例１〜２０に係る摺動部材について、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図３】実施例１の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図４】実施例２の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図５】実施例３の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図６】実施例４の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１…シフトフォーク（第１部材） １ａ…爪部
２…ハブスリーブ（第２部材） ２ａ…溝部
１１…第１基材 １２…第１摺動層
２１…第２基材 ２２…第２摺動層
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動部材に関し、詳しくは基材表面に特定の摺動層が形成された摺動部材に関する。本発明の摺動部材は、例えば、車両の手動変速機におけるシフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摺動部に好適に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車の手動変速機におけるシフトフォークは、シフトレバーの操作を同期装置のハブスリーブに伝達するためのものである。このシフトフォークでは、ロッドが嵌挿されるボス部をもつ基端部から二股状に分岐したフォーク部の先端に、ハブスリーブの溝部と摺動する爪部が設けられている。このようなシフトフォークの爪部は、高速で回転するハブスリーブの溝部に高面圧で滑り接触する。このため、シフトフォークの爪部の摺動面には高い耐摩耗性が要求される。
【０００３】
シフトフォークの材料としては、一般に鋼、鋳鉄やＡｌ合金などが用いられているが、これらの材料はそのままでは摺動面に要求される耐摩耗性を満足させることができない。このため、鋼等からなる基材の摺動面に、高周波焼入れ、軟窒化やガス軟窒化等の硬化処理を施したり、硬質クロムめっき処理又はセラミック分散Ｎｉ−Ｐめっき処理を施したり、Ｍｏや過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金などの溶射層を形成したり、あるいはポリアミドやフッ素樹脂などをコーティング又は含浸したりしている。
【０００４】
また、シフトフォークの爪部表面に、耐摩耗性に優れた拡散層を有する異種金属層を形成したものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載されたシフトフォークは、鉄系材料からなる基材の表面にアルミニウム層を仮形成した後、このアルミニウム層の表面側を押圧しながら高周波加熱して拡散処理し、基材とアルミニウム層との界面にＦｅ−Ａｌの金属間化合物（Ｆｅ3 Ａｌ）よりなる拡散層を形成して、耐摩耗性に優れたＦｅ3 Ａｌよりなる拡散層を有するアルミニウム層を爪部表面に形成している。
【０００６】
さらに、シフトフォーク爪部の基材表面に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金やＭｏ等からなる溶射層を形成し、この溶射層の上にポリアミドやポリイミド等からなる樹脂コーティング層を形成したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−３１０１６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、シフトフォークの爪部が摩耗すれば、シフト操作のガタツキが大きくなり、シフト抜けが発生し易くなる。このため、シフトフォークの爪部には、前述のとおり高い耐摩耗性が要求される。また、相手材であるハブスリーブの溝部が摩耗すれば同様の問題を招くことから、シフトフォークの爪部には相手攻撃性も小さいことが要求される。さらに、シフト操作上、シフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摩擦力がハブとハブスリーブのスプライン歯面との押圧力となることから、該爪部と該溝部との摩擦係数の大小はシフト操作力の大小に影響し、摩擦係数が小さいほどシフト操作力が小さくなるとともにシフトフィーリングが向上する。
【０００８】
したがって、シフトフォークの爪部としては、耐摩耗性、耐焼付性、摩擦係数及び相手攻撃性等の諸特性が総合的に優れていることが要求される。
【０００９】
しかしながら、前述した従来のシフトフォークは、耐摩耗性のみについてみればかなりの程度で満足できるものもあるが、耐摩耗性のみならず、耐焼付性、相手攻撃性や摩擦係数をも総合的に考慮すれば、これらの諸特性を全て同時に十分に満足できるものがなかった。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性が優れると同時に耐焼付性も優れ、かつ相手攻撃性も小さく、しかも摩擦係数も小さい摺動部材を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１記載の摺動部材は、第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、前記第１摺動層は硫化鉄層及びリン酸マンガン層のうちの一方であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１記載の摺動部材の好適な態様において、前記硫化鉄層の厚さが１〜２０μｍとされている。
【００１３】
請求項１記載の摺動部材の好適な態様において、前記リン酸マンガン層の厚さが３〜１０μｍとされている。
【００１４】
上記課題を解決する請求項４記載の摺動部材は、第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、前記第１摺動層はｃ−ＢＮ層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４記載の摺動部材の好適な態様において、前記ｃ−ＢＮ層の厚さが１〜５μｍとされている。
【００１６】
上記課題を解決する請求項６記載の摺動部材は、第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、前記第１摺動層はＡｇめっき層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６記載の摺動部材の好適な態様において、前記Ａｇめっき層の厚さが３〜１０μｍとされている。
【００１８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の摺動部材の好適な態様において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ビッカース硬さがＨｖ１０００〜５０００とされている。
【００１９】
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の摺動部材の好適な態様において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面粗さが０．５μｍＲｚ以下とされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の摺動部材は、第１基材及びこの第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及びこの第２基材上に形成された第２摺動層を有する第２部材とからなる。
【００２１】
第１基材及び第２基材の材質は、特に限定されず、鉄系材料であっても、非鉄系材料であってもよい。例えば、鉄板、機械構造用の炭素鋼や各種合金鋼、焼入れ鋼等の鋼材、片状黒鉛鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄材料、あるいはＡｌ合金やＭｇ合金等を好適に用いることができる。なお、第１基材の材質と第２基材の材質とは、同種のものであっても、異種のものであってもよい。
【００２２】
そして、請求項１記載の摺動部材は、前記第１摺動層が硫化鉄層又はリン酸マンガン層であり、前記第２摺動層がダイヤモンドライクカーボン層（以下、ＤＬＣ層と称する）であることを特徴とする。
【００２３】
すなわち、この摺動部材では、第１摺動層としての硫化鉄層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動するか、あるいは第１摺動層としてのリン酸マンガン層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第１摺動層を有する第１部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第２摺動層を有する第２部材における耐摩耗性が向上する。
【００２４】
前記硫化鉄層の厚さは１〜２０μｍであることが好ましい。硫化鉄層の厚さが１μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、硫化鉄層の厚さが２０μｍを超えると、電気分解等を行って処理層を形成するため硫化鉄層の表面が荒れ、やはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、硫化鉄層の厚さは３〜１５μｍであることがより好ましく、５〜１０μｍであることが特に好ましい。
【００２５】
この硫化鉄層の形成方法は特に限定されない。例えば、第１基材が鋼材等の鉄系材料よりなる場合は、１８５〜１９５℃程度に保たれたチオシアン基（ロダン基）の塩浴中に被処理物としての第１基材の所定部位を浸漬し、被処理物を陽極に接続するとともに処理槽を陰極に接続して陽極電解を行う浸硫処理により、第１基材の所定部位表面に硫化鉄層を形成することができる。
【００２６】
前記リン酸マンガン層の厚さは３〜１０μｍであることが好ましい。リン酸マンガン層の厚さが３μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、リン酸マンガン層の厚さが１０μｍを超えると、浸漬処理等を行って処理層を形成するためリン酸マンガン層の表面が荒れ、やはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、リン酸マンガン層の厚さは３〜８μｍであることがより好ましく、３〜５μｍであることが特に好ましい。
【００２７】
このリン酸マンガン層の形成方法は特に限定されない。例えば、９０〜１００℃程度に保たれた第１リン酸マンガン溶液に８〜１２分程度、第１基材の所定部位を浸漬することにより、第１基材の所定部位表面にリン酸マンガン層を形成することができる。
【００２８】
また、請求項４記載の摺動部材は、前記第１摺動層がｃ−ＢＮ層であり、前記第２摺動層がＤＬＣ層であることを特徴とする。
【００２９】
すなわち、この摺動部材では、第１摺動層としてのｃ−ＢＮ層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第１摺動層を有する第１部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第２摺動層を有する第２部材における耐摩耗性が向上する。また、第１摺動層がｃ−ＢＮ層であるこの摺動部材では、第１摺動層が硫化鉄層又はリン酸マンガン層である請求項１記載の摺動部材と比較して、第１摺動層を有する第１部材における耐摩耗性及び耐焼付き性をより向上させることができるとともに、摩擦係数を低下させることができる。このため、この摺動部材は、固体潤滑性能が向上して、より厳しい条件下の使用が可能となる。
【００３０】
ここに、前記ｃ−ＢＮ層におけるｃ−ＢＮは、静的高温高圧処理により得られ、立方晶系閃亜鉛鉱構造をもつ高圧相あるいは高密度相の窒化ホウ素のことであり、ダイヤモンドに次ぐ硬さをもっている。
【００３１】
前記ｃ−ＢＮ層の厚さは１〜５μｍであることが好ましい。ｃ−ＢＮ層の厚さが１μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、ｃ−ＢＮ層の厚さが５μｍを超えると、表面荒れや剥離が生じてやはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、ｃ−ＢＮ層の厚さは２〜５μｍであることがより好ましく、３〜５μｍであることが特に好ましい。
【００３２】
このｃ−ＢＮ層の形成方法は特に限定されない。例えば、加速電圧１．５〜２．５ｋＶ程度、イオンビーム電流密度０．１２〜０．１６ｍＡ／ｃｍ2 程度の条件で真空蒸着することにより、第１基材の所定部位表面にｃ−ＢＮ層を形成することができる。
【００３３】
さらに、請求項６記載の摺動部材は、前記第１摺動層がＡｇめっき層であり、前記第２摺動層がＤＬＣ層であることを特徴とする。
【００３４】
すなわち、この摺動部材では、第１摺動層としてのＡｇめっき層と第２摺動層としてのＤＬＣ層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第１摺動層を有する第１部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第２摺動層を有する第２部材における耐摩耗性が向上する。また、第１摺動層がＡｇめっき層であるこの摺動部材では、第１摺動層が硫化鉄層又はリン酸マンガン層である請求項１記載の摺動部材と比較して、第１摺動層を有する第１部材における耐焼付き性をより向上させることができる。
【００３５】
前記Ａｇめっき層の厚さは３〜１０μｍであることが好ましい。Ａｇめっき層の厚さが３μｍ未満になると、第１部材の摩耗量が増大する。一方、Ａｇめっき層の厚さが１０μｍを超えると、表面荒れや剥離が生じてやはり第１部材の摩耗量が増大する。したがって、Ａｇめっき層の厚さは５〜１０μｍであることがより好ましい。
【００３６】
このＡｇめっき層の形成方法は特に限定されず、電気めっき、溶融めっきや真空めっき（蒸着）等を利用することができ、例えば、浴組成１．８〜２．２ｇ／ｌ程度、温度２５〜３５℃程度、電流密度１．５〜２．５Ａ／ｄｍ2 程度、槽電圧４．５〜５．５Ｖ程度の条件で電気めっきを行うことにより、第１基材の所定部位表面にＡｇめっき層を形成することができる。
【００３７】
前記ＤＬＣ層はビッカース硬さがＨｖ１０００〜５０００とされていることが好ましい。ＤＬＣ層のビッカース硬さがＨｖ１０００未満になると、第２部材の摩耗量が増大する。一方、ＤＬＣ層のビッカース硬さがＨｖ５０００を超えると、相手材である第１部材の摩耗量が増大する。したがって、ＤＬＣ層のビッカース硬さはＨｖ２０００〜４０００であることがより好ましく、Ｈｖ２０００〜３０００であることが特に好ましい。
【００３８】
前記ＤＬＣ層は表面粗さが０．５μｍＲｚ以下とされていることが好ましい。ＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚを超えると、相手材である第１部材の摩耗量が増大する。相手材である第１部材の摩耗量をより低減させる等の観点より、ＤＬＣ層の表面粗さは０．３μｍＲｚ以下であることがより好ましく、０．１μｍＲｚ以下であることが特に好ましい。
【００３９】
前記ＤＬＣ層の厚さは１〜５μｍであることが好ましい。ＤＬＣ層の厚さが１μｍ未満になると、第２部材の摩耗量が増大する。一方、ＤＬＣ層の厚さが５μｍを超えると、表面にクラックが発生する場合がある。したがって、ＤＬＣ層の厚さは１〜３μｍであることがより好ましく、２〜３μｍであることが特に好ましい。
【００４０】
また、第２基材に対するＤＬＣ層の密着性を向上させる観点より、第２基材の表面上にまず中間層を形成し、この中間層上にＤＬＣ層を形成することが好ましい。中間層の種類としては、ＤＬＣ層の密着性を向上させうるものであれば特に限定されず、Ｃｒ、ＴｉやＷ等を採用することができる。なお、中間層の厚さは０．５〜１μｍ程度とすることができる。
【００４１】
このＤＬＣ層の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ法やイオンプレーティング法等を採用することができる。
【００４２】
このような本発明の摺動部材は、例えば、車両用の手動変速機におけるシフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摺動部に好適に利用することができる。すなわち、第１摺動層としての硫化鉄層、リン酸マンガン層、ｃ−ＢＮ又はＡｇめっき層を有する第１部材をシフトフォークの爪部に適用し、第２摺動層としてのＤＬＣ層を有する第２部材をハブスリーブの溝部に適用すれば、硫化鉄層、リン酸マンガン層、ｃ−ＢＮ層又はＡｇめっき層を有する爪部において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、ＤＬＣ層を有する溝部における耐摩耗性が向上する。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
［第１実施例］
（実施例１）
図１に示される本実施例の摺動部材は、爪部１ａを有する、第１部材としてのシフトフォーク１と、爪部１ａが係合して摺動する溝部２ａを有する、第２部材としてのハブスリーブ２とからなる。
【００４５】
シフトフォーク１は、第１基材１１と、シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に形成された、第１摺動層１２とから構成されている。
【００４６】
第１基材１１は、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）を浸炭焼入れした焼入れ鋼よりなる。
【００４７】
第１摺動層１２は、浸硫処理により形成された硫化鉄層よりなる。この浸硫処理では、１９０℃に保たれたチオシアン基の塩浴中に被処理物としての第１基材１１の所定部位を浸漬し、被処理物を陽極に接続するとともに処理槽を陰極に接続して陽極電解を行った。これにより、厚さが１０μｍの硫化鉄層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【００４８】
ハブスリーブ２は、第２基材２１と、ハブスリーブ２の溝部２ａに相当する部分の第２基材２１表面に形成された、中間金属層２３と、この中間金属層２３表面に形成された第２摺動層２２とから構成されている。
【００４９】
第２基材２１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）を浸炭焼入れした焼入れ鋼よりなる。
【００５０】
第２摺動層２２は、スパッタリング法により形成されたＤＬＣ層よりなる。このスパッタリング法では、基材温度を２００℃、基材に印加する負のバイアス電圧を１００Ｖとして、Ａｒ（アルゴン）ガス及びＣＨ4 （メタン）ガスを用いた。これにより、厚さが２μｍ、ビッカース硬さがＨｖ３０００、表面粗さが０．５μｍＲｚのＤＬＣ層よりなる第２摺動層２２を、第２基材２２の溝部２ａ表面に形成した。
【００５１】
また、本実施例では、第２基材２１に対する第２摺動層２２の密着性を向上させるべく、第２基材２１の表面上にまず中間金属層２３をスパッタリング法により形成し、この中間金属層２３上に第２摺動層２２を形成した。この中間金属層２３は、Ｃｒよりなり、厚さが０．５μｍとされている。
【００５２】
なお、前記第２基材２１は、前記中間金属層２３が形成される前の素地状態で、表面粗さが０．５μｍＲｚであった。
【００５３】
このように本実施例１では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としての硫化鉄層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００５４】
（比較例１）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００５５】
すなわち、この比較例１では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００５６】
（比較例２）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としての硫化鉄層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例１と同様である。
【００５７】
すなわち、この比較例２では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００５８】
（比較例３）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００５９】
すなわち、この比較例３では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としての硫化鉄層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００６０】
（比較例４）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００６１】
すなわち、この比較例４では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００６２】
（比較例５）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としての硫化鉄層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例１と同様である。
【００６３】
すなわち、この比較例５では、表１に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００６４】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例１及び比較例１〜５に係る摺動部材について、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【００６５】
すなわち、表１に示される各爪部材料を用いて円筒試験片を作製するとともに、同じく表１に示される各溝部材料を用いて平板試験片を作製した。
【００６６】
なお、円筒試験片は、内径が２０ｍｍφ、外径が２５．６ｍｍφ、高さが１７ｍｍ、表面粗さが１．６μｍＲｚである。また、平板試験片は、３０×３０×５ｍｍ、表面粗さが０．５μｍＲｚである。
【００６７】
これらの円筒試験片及び平板試験片を用いて、焼付限界を求める焼付試験を行うとともに、シフトフォーク及びハブスリーブの実際の使用において焼付きを生じさせないマイルドな条件で、摩耗試験（実機摩耗試験）を行った。
【００６８】
ここで、前記焼付試験は、機械試験所型摩擦摩耗試験機を用い、潤滑油（商品名「ＡＴＦ Ｄｅｘｒｏｎ II」）による飛沫潤滑、８６００ｒｐｍ（９．６ｍ／ｓｅｃ）の条件下にて、２分間ごとに２５０Ｎずつ荷重を増加させ、摩擦係数が０．２以上となった時、又は摩耗が極端に大きくなった時の荷重をもって、焼付荷重（Ｎ）とした。
【００６９】
また、前記実機摩耗試験は、実際の変速機に組み込んで、潤滑油を充填し、ハブスリーブ回転数４８００ｒｐｍ、油温１２０°、シフトフォーク作動荷重１００ｋｇの条件下で、１秒作動させた後１．５秒休止させるサイクルを３００００サイクル実施し、シフトフォーク及びハブスリーブの摩耗量を調べた。
【００７０】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を前記表１に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が４０００Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【００７３】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
次に、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、表２に示されるように、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【００７４】
第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さは、ＤＬＣ層をコーティングする前の素地（第２基材２１）の表面粗さの影響を大きく受けるため、素地の表面粗さを変えることによってＤＬＣ層の表面粗さを種々変更した。
【００７５】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表２に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図３に示す。
【００７６】
【表２】
【００７７】
表２及び図３より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が４０００Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【００７８】
［第２実施例］
（実施例２）
本実施例の摺動部材は、前記実施例１の摺動部材において、第１摺動層１２として、硫化鉄層の代わりにリン酸マンガン層を採用したものである。
【００７９】
すなわち、本実施例の摺動部材における第１摺動層１２は、リン酸マンガン処理により形成されたリン酸マンガン層よりなる。このリン酸マンガン処理は、９５℃に保たれた第１リン酸マンガン溶液中に被処理物としての第１基材１１の所定部位を１０分間浸漬することにより行った。これにより、厚さが５μｍのリン酸マンガン層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【００８０】
その他の構成は前記実施例１と同様である。
【００８１】
したがって、本実施例２では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００８２】
（比較例６）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００８３】
すなわち、この比較例６では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００８４】
（比較例７）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例２と同様である。
【００８５】
すなわち、この比較例７では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【００８６】
（比較例８）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００８７】
すなわち、この比較例８では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００８８】
（比較例９）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００８９】
すなわち、この比較例９では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００９０】
（比較例１０）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのリン酸マンガン層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例２と同様である。
【００９１】
すなわち、この比較例１０では、表３に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【００９２】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例２及び比較例６〜１０に係る摺動部材について、前述の第１実施例と同様に、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【００９３】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を表３に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に併せて示す。
【００９４】
【表３】
【００９５】
表３及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が４２５０Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１８と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【００９６】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
また、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、前述の第１実施例と同様に、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【００９７】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表４に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図４に示す。
【００９８】
【表４】
【００９９】
表４及び図４より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が４２５０Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１８以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１００】
［第３実施例］
（実施例３）
本実施例の摺動部材は、前記実施例１の摺動部材において、第１摺動層１２として、硫化鉄層の代わりにｃ−ＢＮ層を採用したものである。
【０１０１】
すなわち、本実施例の摺動部材における第１摺動層１２は、真空蒸着により形成されたｃ−ＢＮ層よりなる。この真空蒸着は、加速電圧２ｋＶ、イオンビーム電流密度０．１４ｍＡ／ｃｍ2 の条件で行った。これにより、厚さが３μｍのｃ−ＢＮ層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【０１０２】
その他の構成は前記実施例１と同様である。
【０１０３】
したがって、本実施例３では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１０４】
（比較例１１）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１０５】
すなわち、この比較例１１では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１０６】
（比較例１２）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例３と同様である。
【０１０７】
すなわち、この比較例１２では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１０８】
（比較例１３）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１０９】
すなわち、この比較例１３では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１１０】
（比較例１４）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１１１】
すなわち、この比較例１４では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１１２】
（比較例１５）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのｃ−ＢＮ層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例３と同様である。
【０１１３】
すなわち、この比較例１５では、表５に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１１４】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例３及び比較例１１〜１５に係る摺動部材について、前述の第１実施例と同様に、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【０１１５】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を表５に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に併せて示す。
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
表５及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が６０００Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．００８と著しく小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１１８】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
また、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、前述の第１実施例と同様に、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【０１１９】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表６に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図５に示す。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
表６及び図５より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が６０００Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．００８以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１２２】
また、第１摺動層１２がｃ−ＢＮ層である実施例３の摺動部材では、第１摺動層１２が硫化鉄層である実施例１の摺動部材及び第１摺動層１２がリン酸マンガン層である実施例２の摺動部材と比較して、耐摩耗性及び耐焼付き性をより向上させることができるとともに、摩擦係数をより低下させることができた。このため、実施例３の摺動部材は、固体潤滑性能が向上して、より厳しい条件下の使用が可能となる。
【０１２３】
［第４実施例］
（実施例４）
本実施例の摺動部材は、前記実施例１の摺動部材において、第１摺動層１２として、硫化鉄層の代わりにＡｇめっき層を採用したものである。
【０１２４】
すなわち、本実施例の摺動部材における第１摺動層１２は、電気めっきにより形成されたＡｇめっき層よりなる。この電気めっきは、浴組成：シアン化銀（２ｇ／ｌ、温度：３０℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ2 程度、槽電圧：５Ｖの条件で行った。これにより、厚さが５μｍのＡｇめっき層よりなる第１摺動層１２を、第１基材１１の爪部１ａ表面に形成した。
【０１２５】
その他の構成は前記実施例１と同様である。
【０１２６】
したがって、本実施例４では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのＡｇめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１２７】
（比較例１６）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１２８】
すなわち、この比較例１６では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１２９】
（比較例１７）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのＡｇめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３０】
すなわち、この比較例１７では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に第２摺動層２２としてのＤＬＣ層が形成されている。
【０１３１】
（比較例１８）
ハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３２】
すなわち、この比較例１８では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に第１摺動層１２としてのＡｇめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１３３】
（比較例１９）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２を形成しないこと、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３４】
すなわち、この比較例１９では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａが、第１基材１１の材料である、ＳＣｒ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１３５】
（比較例２０）
シフトフォーク１の爪部１ａに相当する部分の第１基材１１表面に、第１摺動層１２としてのＡｇめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ２の溝部２ａ表面に、中間金属層２３及び第２摺動層２２を形成しないこと以外は、前記実施例４と同様である。
【０１３６】
すなわち、この比較例２０では、表７に示されるように、シフトフォーク１の爪部１ａ表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ２の溝部が、第２基材２１の材料である、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ鋼よりなる。
【０１３７】
（耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価）
前記実施例４及び比較例１６〜２０に係る摺動部材について、前述の第１実施例と同様に、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
【０１３８】
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を表７に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図２に併せて示す。
【０１３９】
【表７】
【０１４０】
表７及び図２に示されるように、本実施例では、焼付荷重が６０００Ｎと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１４１】
（ＤＬＣ層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係）
また、前記第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、前述の第１実施例と同様に、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
【０１４２】
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表８に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図６に示す。
【０１４３】
【表８】
【０１４４】
表８及び図６より、第２摺動層２２としてのＤＬＣ層の表面粗さが０．５μｍＲｚ以下であれば、焼付荷重が６０００Ｎ以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が０．０１６以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
【０１４５】
また、第１摺動層１２がＡｇめっき層である実施例４の摺動部材では、第１摺動層１２が硫化鉄層である実施例１の摺動部材及び第１摺動層１２がリン酸マンガン層である実施例２の摺動部材と比較して、耐焼付き性をより向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本実施例に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例１〜４及び比較例１〜２０に係る摺動部材について、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図３】実施例１の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図４】実施例２の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図５】実施例３の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【図６】実施例４の摺動部材について、ＤＬＣ層の表面粗さの影響を調べるために、実機摩耗試験により摩耗量を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１…シフトフォーク（第１部材） １ａ…爪部
２…ハブスリーブ（第２部材） ２ａ…溝部
１１…第１基材 １２…第１摺動層
２１…第２基材 ２２…第２摺動層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、
前記第１摺動層は硫化鉄層及びリン酸マンガン層のうちの一方であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記硫化鉄層の厚さが１〜２０μｍとされていることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記リン酸マンガン層の厚さが３〜１０μｍとされていることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項４】
第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、
前記第１摺動層はｃ−ＢＮ層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】
前記ｃ−ＢＮ層の厚さが１〜５μｍとされていることを特徴とする請求項４記載の摺動部材。
【請求項６】
第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、
前記第１摺動層はＡｇめっき層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
前記Ａｇめっき層の厚さが３〜１０μｍとされていることを特徴とする請求項６記載の摺動部材。
【請求項８】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ビッカース硬さがＨｖ１０００〜５０００とされていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の摺動部材。
【請求項９】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面粗さが０．５μｍＲｚ以下とされていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の摺動部材。
【請求項１】
第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、
前記第１摺動層は硫化鉄層及びリン酸マンガン層のうちの一方であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記硫化鉄層の厚さが１〜２０μｍとされていることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記リン酸マンガン層の厚さが３〜１０μｍとされていることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項４】
第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、
前記第１摺動層はｃ−ＢＮ層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】
前記ｃ−ＢＮ層の厚さが１〜５μｍとされていることを特徴とする請求項４記載の摺動部材。
【請求項６】
第１基材及び該第１基材上に形成された第１摺動層を有する第１部材と、第２基材及び該第２基材上に形成され該第１摺動層と摺動する第２摺動層を有する第２部材とからなり、
前記第１摺動層はＡｇめっき層であり、前記第２摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
前記Ａｇめっき層の厚さが３〜１０μｍとされていることを特徴とする請求項６記載の摺動部材。
【請求項８】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ビッカース硬さがＨｖ１０００〜５０００とされていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の摺動部材。
【請求項９】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面粗さが０．５μｍＲｚ以下とされていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の摺動部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１１９８９８（Ｐ２００７−１１９８９８Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２３６６４（Ｐ２００５−３２３６６４）
【出願日】平成１７年１１月８日（２００５．１１．８）
【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５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月８日（２００５．１１．８）
【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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