JP2000320674A - Low friction material and manufacture thereof - Google Patents

Low friction material and manufacture thereof

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JP2000320674A
JP2000320674A JP11126741A JP12674199A JP2000320674A JP 2000320674 A JP2000320674 A JP 2000320674A JP 11126741 A JP11126741 A JP 11126741A JP 12674199 A JP12674199 A JP 12674199A JP 2000320674 A JP2000320674 A JP 2000320674A
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friction
carbon film
base material
low friction
material according
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Japanese (ja)
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Shojiro Miyake
宅 正二郎 三
Yutaka Mabuchi
渕 豊 馬
Yoshiteru Yasuda
田 芳 輝 保
Motokata Ishihara
原 基 固 石
Kunio Maki
木 邦 雄 眞
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low friction material to combine lowness of a friction factor under non-lubrication with lowness of a friction factor under lubrication, and to provide a manufacturing method of the low friction friction material. SOLUTION: By removing a part of a carbon film 3 after the carbon film 3 is formed on the surface of an iron base material 2, or by forming the carbon film 3 in a state that a masking is previously applied on the surface of the base material 2, the base material 2 is exposed from a friction surface togetherwith the carbon 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種機械構造部材
の摺動部分に適用される摩擦材に係わり、さらに詳しく
は、鉄系基材と炭素膜からなり、無潤滑下での摩擦係数
の低さと潤滑下での摩擦係数の低さとの両立を可能に
し、特に潤滑油中の極圧添加剤との相乗効果が得られる
低フリクション摩擦材と、このような低フリクション摩
擦材の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction material applied to a sliding portion of various mechanical structural members, and more particularly, to a friction material having a non-lubricated coefficient of friction comprising an iron-based substrate and a carbon film. The present invention relates to a low-friction friction material capable of achieving both a low friction coefficient and a low friction coefficient under lubrication and achieving a synergistic effect with an extreme pressure additive in a lubricating oil, and a method for producing such a low-friction friction material. Things.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】炭素膜に関しては、従
来から多くの研究がなされている。例えば、プラズマC
VDやPVDイオンプレーティング,イオンビーム蒸着
などによって、硬質のアモルファスカーボン(a−C)
やダイヤモンド、水素化カーボン(a−C:H),メタ
ル含有アモルファスカーボン(a−MeC:H),ダイ
ヤモンドライクカーボン(DLC)などの炭素膜が得ら
れ、これらの膜に関する成膜方法や膜質の改善について
の提案が数多くなされている(例えば、特開平6−13
8035号公報等)。
There have been many studies on carbon films. For example, plasma C
Hard amorphous carbon (a-C) by VD or PVD ion plating, ion beam evaporation, etc.
And carbon films such as diamond, hydrogenated carbon (a-C: H), metal-containing amorphous carbon (a-MeC: H), and diamond-like carbon (DLC). Many proposals for improvement have been made (for example, see JP-A-6-13).
No. 8035).

【0003】これら炭素膜を用いた表面処理には、様々
な用途が期待されることから、これまでの間に広範囲の
研究が行われ、近年では成膜装置の発展などによってコ
スト的な問題も徐々に解消されつつあることから、工業
的にも適用範囲が大きく広がってきている。
[0003] Since surface treatment using these carbon films is expected to have various uses, extensive research has been conducted so far, and in recent years, cost problems have been raised due to the development of film forming apparatuses and the like. Since it is gradually being eliminated, the range of application has been greatly expanded industrially.

【0004】その最も大きな理由としては、炭素膜自体
の固体潤滑性と硬さを挙げることができる。すなわち、
摩擦面に炭素膜による表面処理を施した場合、摩擦面に
おける摩擦係数を下げると共に、耐摩耗性を向上させる
効果が得られるということであり、表面硬さについて
も、ビッカース硬さで優に1000を超えるものも多
く、このためにDLC膜を始めとする炭素膜は、摩擦/
摩耗特性の観点から極めて魅力的な特性を備えた表面処
理材料と言うことができる。
[0004] The most significant reasons are the solid lubricity and hardness of the carbon film itself. That is,
When a surface treatment with a carbon film is performed on the friction surface, an effect of lowering the friction coefficient on the friction surface and improving the wear resistance is obtained. The surface hardness is also very high by Vickers hardness of 1000. In many cases, the carbon film including the DLC film has a friction /
It can be said that the surface treatment material has extremely attractive characteristics from the viewpoint of wear characteristics.

【0005】これらの炭素膜は固体潤滑性を有すること
から、これまで宇宙関係やデバイス関係など無潤滑環境
での用途に注目されてきたが、摩擦/摩耗特性に優れる
点から潤滑油中で用いられる部品への表面処理としての
用途も今後拡がっていくことが予想される。つまり、潤
滑油中においても接触部位をミクロ的に見た場合には、
摩擦する固体同士が潤滑油を介することなく直接接触す
るメタルコンタクトと呼ばれる状況も存在することか
ら、潤滑下においても炭素膜の固体潤滑性を活かしたフ
リクションの低減効果が期待でき、これらの炭素膜を潤
滑油中の部品にも応用しようとするアイディアである
が、潤滑油中での摺動では、流体圧の影響によって油膜
が接触部位の間に発生し、いわゆるメタルコンタクトの
割合は無潤滑下の摺動に較べて圧倒的に少なく、単に従
来からある炭素膜を適用しただけでは、フリクションの
低減に限界があるという問題点があった。
Since these carbon films have solid lubricating properties, they have attracted attention for use in non-lubricating environments such as space-related and device-related applications. However, they have been used in lubricating oils because of their excellent friction / wear characteristics. It is expected that the use as a surface treatment for such parts will be expanded in the future. In other words, when the contact portion is viewed microscopically even in lubricating oil,
There is also a situation called a metal contact where the solids that rub against each other are in direct contact with each other without the intermediary of lubricating oil. Therefore, even under lubrication, the effect of reducing friction utilizing the solid lubricity of the carbon film can be expected. The idea is to apply this to parts in lubricating oil, but when sliding in lubricating oil, an oil film is generated between the contact parts due to the effect of fluid pressure, and the ratio of so-called metal contacts is There is a problem that there is a limit to the reduction of friction by simply applying a conventional carbon film, as compared with the conventional sliding.

【0006】一方、内燃機関や変速器などに用いられる
潤滑油においても、これまでに摺動部品の摩擦/摩耗特
性を改善するために多くの改善がなされてきており、そ
の一つとして極圧添加剤の開発が挙げられる。特に金属
系極圧添加剤は、鉄を主体とする摩擦面に対して摺動時
に反応被膜を生成し、この被膜によって摩擦/摩耗特性
が改善される。特にモリブデン系極圧添加剤では、摺動
中に摩擦面に固体潤滑材として知られるMoS2 が生成
され、フリクションが大幅に減少する。しかし、鉄系基
材が炭素膜によって被覆されてしまえば反応被膜が生成
せず、このような効果が得られなくなるという問題点が
あって、これら問題点の解消が炭素膜を用いた摩擦面に
おける無潤滑環境の摩擦/摩耗特性に加えて、潤滑下で
の摩擦/摩耗特性をも改善するための課題となってい
た。
On the other hand, lubricating oils used in internal combustion engines, transmissions, and the like have been variously improved to improve the friction / wear characteristics of sliding parts. One of them is extreme pressure. Development of additives. In particular, metallic extreme pressure additives form a reactive coating when sliding against a friction surface mainly composed of iron, and the coating improves the friction / wear characteristics. In particular, with a molybdenum-based extreme pressure additive, MoS 2 known as a solid lubricant is generated on the friction surface during sliding, and the friction is greatly reduced. However, if the iron-based substrate is covered with a carbon film, there is a problem that a reaction film is not generated and such an effect cannot be obtained. However, in addition to the friction / wear characteristics in a non-lubricated environment, the problem has been to improve the friction / wear characteristics under lubrication.

【0007】[0007]

【発明の目的】本発明は、従来の炭素膜を用いた摩擦材
における上記課題に着目してなされたものであって、無
潤滑下での摩擦係数の低さと、潤滑下での摩擦係数の低
さとを兼ね備えた低フリクション摩擦材と、このような
低フリクション摩擦材の製造方法を提供することを目的
としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in a friction material using a conventional carbon film, and has a low friction coefficient under no lubrication and a low friction coefficient under lubrication. It is an object of the present invention to provide a low friction friction material having low height and a method of manufacturing such a low friction friction material.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】これまで潤滑油や摺動条
件をさまざまに組み合わせた広範囲な摩擦試験を実施
し、炭素膜について種々の解析を行ってきた結果、潤滑
油中で用いられる部品に対して炭素膜による表面処理を
施したとしても、表面処理のない鉄のみを主体とした従
来のものに比べ、必ずしも期待どおりのフリクション低
減効果が得られない場合があることが確認されている。
A wide range of friction tests using various combinations of lubricating oils and sliding conditions have been performed, and various analyzes have been performed on carbon films. On the other hand, it has been confirmed that even if a surface treatment is performed with a carbon film, the expected effect of reducing friction may not always be obtained as compared with a conventional iron-based material having no surface treatment.

【0009】すなわち、基油のみから構成される潤滑油
を用いた場合には、潤滑下においても炭素膜によるフリ
クション低減効果が得られるにも拘らず、例えばモリブ
デン系などの極圧添加剤を含む潤滑油を用いた場合で
は、添加剤による効果が表面処理を施さない鉄のみのも
のと比較して、必ずしも同等なフリクション低減効果が
得られないことがあった。
That is, when a lubricating oil composed of only a base oil is used, the lubricating oil contains an extreme pressure additive such as a molybdenum-based additive, although the frictional reduction effect of the carbon film is obtained even under lubrication. When lubricating oil was used, the effect of the additive was not always able to obtain the same effect of reducing friction as compared with the case of using only iron without surface treatment.

【0010】そこで、このような現象を解明するため
に、摩擦試験後に摩擦面の表面分析を行った結果、摺動
表面が鉄のみの場合にはモリブデン系極圧添加剤による
反応被膜が観察され、固体潤滑材の一種であるMoS2
(2硫化モリブデン)の存在が確認されたのに対し、炭
素膜を摩擦面に被覆した場合には試験後の摩擦面に添加
剤の構成元素の吸着はほとんど認められず、反応被膜の
生成を確認することができなかった。また、摩耗防止剤
として機械用潤滑油に広範囲に添加されている亜鉛系極
圧添加剤を含む潤滑油での試験においても同様に、摺動
表面が鉄の場合には反応被膜が認められるものの、炭素
膜を摩擦面とした場合には反応被膜が認められず、鉄が
炭素膜により被覆されることによって、極圧添加剤の本
来の作用が抑制されているものと推定された。
[0010] In order to elucidate such a phenomenon, a surface analysis of the friction surface after a friction test was carried out. As a result, when the sliding surface was made of only iron, a reaction film formed of a molybdenum-based extreme pressure additive was observed. MoS 2 , a kind of solid lubricant
Although the presence of (molybdenum disulfide) was confirmed, when the carbon film was coated on the friction surface, adsorption of the constituent elements of the additive was hardly recognized on the friction surface after the test, and the formation of a reaction film was observed. I could not confirm. Similarly, in tests with lubricating oils containing zinc-based extreme pressure additives, which are widely added to mechanical lubricating oils as anti-wear agents, when the sliding surface is iron, a reactive coating is also observed. On the other hand, when the carbon film was used as the friction surface, no reaction film was observed, and it was presumed that the original action of the extreme pressure additive was suppressed by covering the iron film with the carbon film.

【0011】本発明者らは、このような結果に基づい
て、炭素膜と共に鉄系材料からなる基材を摩擦面に露出
させたところ、摩擦面上に反応被膜を生成させることが
でき、炭素膜の固体潤滑性による効果と潤滑油中の添加
剤に基づく反応被膜による効果が両立し、さらにそれぞ
れの効果が双方の効果を補完し合う相乗効果が得られ、
無潤滑下での摩擦係数の低さと、潤滑下での摩擦係数の
低さとを兼ね備えた摩擦材が得られることを見出だすに
至った。
On the basis of the above results, the present inventors have exposed a base material made of an iron-based material together with a carbon film to a friction surface. As a result, a reaction film can be formed on the friction surface. The effect of the solid lubricating property of the film and the effect of the reaction film based on the additive in the lubricating oil are compatible, and a synergistic effect is obtained in which each effect complements both effects.
It has been found that a friction material having both a low coefficient of friction under no lubrication and a low coefficient of friction under lubrication can be obtained.

【0012】本発明は、このような知見に基づくもので
あって、本発明の請求項1に係わる低フリクション摩擦
材は、鉄系材料からなる基材と、その表面に形成された
炭素膜からなり、摩擦面に炭素膜と共に基材が露出して
いる構成としたことを特徴としており、低フリクション
摩擦材におけるこのような構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている。
The present invention is based on such a finding, and a low friction friction material according to claim 1 of the present invention comprises a base material made of an iron-based material and a carbon film formed on the surface thereof. The structure is such that the base material is exposed together with the carbon film on the friction surface, and such a structure in the low friction friction material is a means for solving the above-mentioned conventional problems.

【0013】本発明による低フリクション摩擦材の実施
態様として請求項2に係わる摩擦材においては、摩擦面
における鉄系基材の露出面積を5%以上70%未満とす
ることができ、同じく実施態様として請求項3に係わる
低フリクション摩擦材は、モリブデン系極圧添加剤を含
む潤滑油と共に使用することが望ましい。さらに実施態
様として請求項4に係わる低フリクション摩擦材は、摺
動面における鉄系基材の露出面積を20%以上70%未
満として、内燃機関のバルブリフター、もしくはカムシ
ャフトとバルブリフターの間に挿入されるシムとして適
用することができ、請求項5に係わる低フリクション摩
擦材は、鉄系基材の露出面積を5%以上50%未満とし
て、内燃機関のピストンリングにおけるシリンダブロッ
クのボア面との摺動面に適用することができ、請求項6
に係わる低フリクション摩擦材は、鉄系基材の露出面積
を同様に5%以上50%未満として、内燃機関のシリン
ダブロックボア面におけるピストンリングおよびピスト
ンとの摺動面に適用することができる。
[0013] As an embodiment of the low friction friction material according to the present invention, in the friction material according to claim 2, the exposed area of the iron-based substrate on the friction surface can be 5% or more and less than 70%. The low friction friction material according to claim 3 is desirably used together with a lubricating oil containing a molybdenum-based extreme pressure additive. Further, as an embodiment, the low friction friction material according to claim 4, wherein the exposed area of the iron-based base material on the sliding surface is set to 20% or more and less than 70%, so that the valve lifter of the internal combustion engine or the camshaft and the valve lifter The low friction friction material according to claim 5, wherein the exposed area of the iron-based base material is set to 5% or more and less than 50%, and the low friction friction material according to claim 5 is provided with a bore surface of a cylinder block in a piston ring of an internal combustion engine. Claim 6
The low friction friction material according to the above can be applied to the piston ring and the sliding surface of the cylinder block bore surface of the internal combustion engine with the piston by similarly setting the exposed area of the iron-based base material to 5% or more and less than 50%.

【0014】本発明の請求項7に係わる低フリクション
摩擦材の製造方法は、鉄系材料からなる基材の表面に炭
素膜を形成したのち、炭素膜の一部を除去して摩擦面に
炭素膜と共に基材を露出させる構成とし、低フリクショ
ン摩擦材の製造方法におけるこのような構成を前述した
従来の課題を解決するための手段としたことを特徴とし
ている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a low friction friction material, comprising: forming a carbon film on a surface of a base material made of an iron-based material; The structure is such that the base material is exposed together with the film, and such a structure in the method for producing a low friction friction material is characterized as a means for solving the above-mentioned conventional problems.

【0015】本発明による低フリクション摩擦材の製造
方法の実施態様として、請求項8に係わる製造方法にお
いては、炭素膜を形成したのち、レーザテキスチャリン
グ,リゾグラフィーあるいはドライエッチング加工によ
り炭素膜の一部を除去する構成とし、同じく実施態様と
して請求項9に係わる製造方法においては、鉄系基材の
表面にあらかじめ凹凸を形成したのち、炭素膜を形成
し、平面加工して摩擦面に炭素膜と共に鉄系基材を露出
させる構成としたことを特徴としている。このとき、請
求項10に記載しているように、凹凸の高低差の最大値
が0.5μm以上10μm未満の波目形状を基材表面に
形成すること、さらには請求項11に記載しているよう
に、その波目のピッチを10μm以上2mm未満の範囲
とすることが望ましい。
As an embodiment of the method of manufacturing a low friction friction material according to the present invention, in the manufacturing method according to claim 8, after forming a carbon film, one of the carbon films is formed by laser texturing, lithography or dry etching. In the manufacturing method according to claim 9 as an embodiment, after forming irregularities on the surface of the iron-based base material in advance, forming a carbon film, and flattening the carbon film on the friction surface. In addition, it is characterized in that the iron base material is exposed. At this time, as described in claim 10, the maximum value of the height difference of the unevenness is to form a wave shape of 0.5 μm or more and less than 10 μm on the surface of the base material. As described above, it is desirable that the pitch of the waves be in a range of 10 μm or more and less than 2 mm.

【0016】また、本発明の請求項12に係わる低フリ
クション摩擦材の製造方法は、鉄系基材の表面に部分的
にマスキングを施したのち、炭素膜を形成して摩擦面に
炭素膜と共に鉄系基材を露出させる構成としたことを特
徴としている。
Further, according to a method of manufacturing a low friction friction material according to claim 12 of the present invention, after partially masking the surface of the iron-based substrate, a carbon film is formed and the friction surface is formed together with the carbon film on the friction surface. It is characterized in that the iron base material is exposed.

【0017】そして、上記低フリクション摩擦材の製造
方法において炭素膜を形成するに際しては、請求項13
に記載しているように、CVD法またはPVD法を適用
することができる。
In the method of manufacturing a low friction friction material, when forming a carbon film, the method of claim 13 is preferable.
, A CVD method or a PVD method can be applied.

【0018】[0018]

【発明の作用】本発明に係わる低フリクション摩擦材の
潤滑下におけるフリクション低減のメカニズムとしては
次のように考えられる。
The mechanism of friction reduction under lubrication of the low friction friction material according to the present invention is considered as follows.

【0019】すなわち、潤滑油中の摺動において、摩擦
部位では摺動部材が直接接触するメタルコンタクトの状
況が発生するが、摩擦面に炭素膜と共に鉄系材料基材を
露出させることによって、この摺動部位において、炭素
膜による固体潤滑性に加え、基材が摩擦表面に露出した
部位においては添加剤の反応被膜が生成し、この被膜に
よる固体潤滑性が得られる。例えば、MoS2単体の摩
擦係数は一般に0.01よりも低いとされており、この
値は炭素膜について報告されている摩擦係数に比べても
低く、炭素膜のみの場合に比べてより大きなフリクショ
ン低減効果が得られる。
That is, in the sliding in the lubricating oil, there occurs a situation of a metal contact in which the sliding member is in direct contact with the frictional portion, but by exposing the iron-based material base together with the carbon film on the friction surface. In the sliding part, in addition to the solid lubrication by the carbon film, a reaction film of the additive is formed in the part where the base material is exposed on the friction surface, and the solid lubrication by this film is obtained. For example, the friction coefficient of MoS 2 alone is generally considered to be lower than 0.01, which is lower than the friction coefficient reported for the carbon film and has a larger friction coefficient than the carbon film alone. A reduction effect is obtained.

【0020】ただし、添加剤による反応被膜は摺動時に
生成されるものであるから、反応被膜の状態は摩擦部位
における潤滑条件,摺動条件,添加剤の劣化状態などに
大きく依存することになる。摩擦特性に影響すると考え
られる反応被膜の厚さや分布などの量的なものは、生成
と摩耗のバランスによって決まる。被膜の生成は化学反
応によるため、化学反応に必要な温度や圧力などがある
一定以上のレベルとなる荷重や滑り速度などの負荷が必
要となる。また、負荷が大きすぎたり、潤滑油の供給量
が極端に少ない場合など摩耗速度が生成速度を上回る条
件においては反応被膜は安定して存在せず、反応被膜に
よるフリクション低減は期待できないことになる。
However, since the reaction film due to the additive is generated during sliding, the state of the reaction film greatly depends on the lubrication conditions at the friction site, the sliding conditions, the deterioration of the additive, and the like. . Quantitative factors, such as the thickness and distribution of the reaction film, which are thought to affect the friction characteristics, are determined by the balance between generation and wear. Since the formation of the film is due to a chemical reaction, a load such as a temperature or a pressure required for the chemical reaction to a certain level or more, or a load such as a sliding speed is required. Also, under conditions where the wear rate exceeds the generation rate, such as when the load is too large or when the supply amount of the lubricating oil is extremely small, the reactive coating does not exist stably, and reduction of friction by the reactive coating cannot be expected. .

【0021】このように、添加剤の反応被膜による作用
は、最初から存在する炭素膜による作用と異なり、条件
によっては必ずしも一律ではないため、フリクション低
減作用を安定して得るためには、炭素膜の共存が必要と
考えられる。炭素膜の表面硬さは、ビッカース硬さで優
に1000を超えるものが多く、低フリクション特性と
相俟って優れた耐摩耗性を示す。すなわち、本発明に係
わる低フリクション摩擦材において、炭素膜は強固なマ
トリックスとしての役割を果たし、摩擦面に露出した基
材の摩耗が間接的に抑制されることにつながる。
As described above, the action of the additive by the reaction film is different from the action of the carbon film existing from the beginning, and is not always uniform depending on the conditions. Coexistence is considered necessary. The surface hardness of the carbon film is often much higher than 1000 in Vickers hardness, and exhibits excellent wear resistance in combination with low friction characteristics. That is, in the low friction friction material according to the present invention, the carbon film plays a role as a strong matrix, which leads to indirect suppression of abrasion of the base material exposed on the friction surface.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明に係わる低フリクション摩
擦材は、鉄系材料からなる基材とその表面の炭素膜から
なり、摩擦面に炭素膜と共に前記基材が露出した構造の
ものであって、炭素膜本来の固体潤滑性に基づく低フリ
クション特性(無潤滑環境)と、潤滑油中に含まれる極
圧添加剤と摩擦面に露出する基材中の鉄との反応生成物
による低フリクション特性(潤滑環境)とが両立し、特
に潤滑油中の添加剤との相乗作用によって大幅なフリク
ション低減効果が得られるものであるが、このときの鉄
系基材の摩擦面への露出面積としては、例えば請求項2
に記載しているように、5%以上70%未満とすること
が望ましい。すなわち、鉄系基材の露出面積が5%に満
たない場合には、基材に含まれる鉄と潤滑油中の添加剤
との反応が不十分となって反応被膜が得られず、潤滑油
中におけるフリクション低減効果が十分に得られなくな
り、露出面積が70%以上となった場合には、炭素膜の
露出面積が相対的に少なくなって炭素膜の固体潤滑性に
よる無潤滑下のフリクション低減効果が得られなくな
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The low friction friction material according to the present invention comprises a substrate made of an iron-based material and a carbon film on the surface thereof, and has a structure in which the substrate is exposed together with the carbon film on the friction surface. Therefore, low friction characteristics (non-lubricating environment) based on the solid lubricity inherent in the carbon film, and low friction due to the reaction product between the extreme pressure additive contained in the lubricating oil and the iron in the base material exposed on the friction surface The characteristics (lubricating environment) are compatible with each other, and a significant friction reduction effect can be obtained especially by synergistic action with additives in the lubricating oil. Is, for example, claim 2.
As described in above, it is desirable that the content be 5% or more and less than 70%. That is, when the exposed area of the iron-based base material is less than 5%, the reaction between the iron contained in the base material and the additive in the lubricating oil becomes insufficient, and a reaction film cannot be obtained. When the effect of reducing the friction in the inside becomes insufficient and the exposed area becomes 70% or more, the exposed area of the carbon film becomes relatively small and the friction reduction without lubrication due to the solid lubricity of the carbon film. The effect cannot be obtained.

【0023】また、潤滑油としては、極めて顕著なフリ
クション低減効果が得られることから、請求項3に記載
しているように、モリブデン系極圧添加剤を含む潤滑油
と共に使用することが望ましい。このようなモリブデン
系極圧添加剤としては、例えばモリブデンジチオカルバ
メート(MoDTC)を使用することができる。当該添
加剤は、摺動時に摩擦面上において基材中に含まれる鉄
との化学反応によって、固体潤滑材として機能するMo
2を含む被膜を生成し、著しいフリクション低減効果
が得られる。
Further, since a very remarkable effect of reducing friction can be obtained as the lubricating oil, it is desirable to use the lubricating oil together with the lubricating oil containing a molybdenum-based extreme pressure additive. As such a molybdenum-based extreme pressure additive, for example, molybdenum dithiocarbamate (MoDTC) can be used. The additive functions as a solid lubricant due to a chemical reaction with iron contained in the base material on the friction surface during sliding.
A film containing S 2 is generated, and a remarkable effect of reducing friction is obtained.

【0024】本発明に係わる低フリクション摩擦材の効
果が最も顕著となる潤滑条件は、境界潤滑域での使用で
あり、エンジン部品(内燃機関)においては、カムシャ
フトとバルブリフターまたはカムシャフトとバルブリフ
ター間に隙間調整のために挿入されるシムとの間の摺
動、あるいはシリンダボアとピストンまたはピストンリ
ングとの間の摺動がこれに相当する。したがって、この
ような低フリクション摩擦材は、請求項4に記載してい
るように、内燃機関のバルブリフターあるいはシムとし
て、請求項5に記載しているようにピストンリングのシ
リンダボアとの摺動面、さらには請求項6に記載してい
るようにシリンダボアにおけるピストンリングおよびピ
ストンとの摺動面に適用することができる。
The lubrication condition in which the effect of the low friction friction material according to the present invention is most remarkable is use in a boundary lubrication region. In an engine part (internal combustion engine), a camshaft and a valve lifter or a camshaft and a valve are used. The sliding between the lifter and the shim inserted for adjusting the gap or the sliding between the cylinder bore and the piston or the piston ring corresponds to this. Therefore, such a low friction friction material can be used as a valve lifter or shim of an internal combustion engine as described in claim 4, and a sliding surface of the piston ring with the cylinder bore as described in claim 5. Further, the present invention can be applied to a sliding surface between a piston ring and a piston in a cylinder bore.

【0025】このとき、カムシャフトとバルブリフター
またはシムとの摺動の場合には、シリンダボアとピスト
ンリングの摺動に比べて潤滑油が潤沢に供給されること
から潤滑油中の添加剤との反応による被膜生成効果をよ
り大きくすることが期待できるため、鉄系基材の露出面
積割合を20%以上70%未満とすることが望ましい。
一方、シリンダボアとピストンリングの摺動の場合に
は、摺動部に供給される潤滑油は、ピストン下方からの
吹き掛けとなるためカムとリフターまたはシムとの摺動
に比べて少なく、また燃焼室近傍では表面温度がかなり
上昇するため、潤滑油中の添加剤との反応被膜よりも摩
擦面上の炭素膜による固体潤滑性の効果が支配的とな
る。したがって、シリンダボアとピストンリングおよび
ピストンとの摺動部位の摩擦面における基材の露出面積
割合については5%以上50%未満とすることが望まし
い。
At this time, in the case of sliding between the camshaft and the valve lifter or the shim, since the lubricating oil is more supplied than in the case of sliding between the cylinder bore and the piston ring, the lubricating oil and the additive in the lubricating oil are not supplied. Since the effect of forming a film by the reaction can be expected to be further increased, the exposed area ratio of the iron-based substrate is preferably set to 20% or more and less than 70%.
On the other hand, in the case of sliding between the cylinder bore and the piston ring, the lubricating oil supplied to the sliding portion is sprayed from below the piston, so that the amount of the lubricating oil is smaller than that of sliding between the cam and the lifter or the shim, and furthermore, the combustion is reduced. Since the surface temperature rises considerably near the chamber, the effect of solid lubrication by the carbon film on the friction surface becomes more dominant than the reaction film with the additive in the lubricating oil. Therefore, it is desirable that the exposed area ratio of the base material on the friction surface of the sliding portion between the cylinder bore, the piston ring, and the piston is 5% or more and less than 50%.

【0026】このような低フリクション摩擦材は、例え
ば請求項7に記載しているように、鋼や鋳物などの鉄系
材料からなる基材の表面に炭素膜を形成したのち、例え
ば機械加工やラップ加工、あるいは請求項8に記載して
いるようなレーザテキスチャリング,リゾグラフィーあ
るいはドライエッチング加工によって、基材上に形成さ
れた炭素膜を部分的に除去することによって摩擦面に炭
素膜と共に基材の一部を露出させるようにして製造する
ことができる。
Such a low friction friction material is formed, for example, by forming a carbon film on the surface of a base material made of an iron-based material such as steel or a casting after forming a carbon film on the surface of the base material by, for example, machining. The carbon film formed on the base material is partially removed by lapping, laser texturing, lithography or dry etching as defined in claim 8, thereby forming a base with the carbon film on the friction surface. It can be manufactured by exposing a part of the material.

【0027】これに代えて、請求項12に記載している
ように、成膜に先だって基材表面を部分的にマスキング
を行い、マスキング部分に炭素膜が形成されないように
することによって基材の一部を露出させることも可能で
ある。
Alternatively, the surface of the substrate may be partially masked prior to film formation to prevent the formation of a carbon film on the masked portion, as described in claim 12. It is also possible to expose a part.

【0028】一方、摩擦面にかかる面圧や滑り速度など
が大きく、摺動条件の厳しい部位への適用においては、
炭素膜表面と基材表面との段差を小さく抑えることが必
要となる場合があり、このような観点から請求項9に記
載しているように、基材の表面に、例えば機械加工,化
学研磨,電解研磨,あるいは放電加工などを施すことに
よってあらかじめ凹凸を与えた上で炭素膜を形成し、し
かるのち、例えば機械加工により平面加工することによ
って、摩擦面に基材を段差なく露出させることができ
る。
On the other hand, when applied to a part where the sliding pressure is severe due to a large surface pressure and a sliding speed applied to the friction surface,
In some cases, it is necessary to reduce the level difference between the surface of the carbon film and the surface of the base material. From such a viewpoint, the surface of the base material may be subjected to, for example, machining or chemical polishing. , Electrolytic polishing, or electric discharge machining, etc., to give a carbon film after giving irregularities in advance, and then to expose the base material to the friction surface without any step by, for example, machining it into a flat surface. it can.

【0029】このときの凹凸形状については、請求項1
0および11に記載しているように、凸部と凹部の高低
差の最大値を0.5μm以上10μm未満の範囲とし、
そのピッチを10μm以上2mm未満の範囲とした波目
形状とすることが望ましい。すなわち、凹凸高低差の最
大値については、成膜後に平面加工を施すことから形成
される炭素膜の厚さによって規制される。そして、炭素
膜の厚さは成膜方法と成膜条件によって設定され、一般
に工業的に用いられている炭素膜の厚さはほとんどの場
合10μm程度以下である。したがって、凹凸の最大値
が10μm以上となった場合には、それだけ厚い炭素膜
の形成が必要となり、炭素膜の厚さが厚くなると成膜後
に生じる残留応力が高くなる傾向がある。また、凹凸の
最大値が0.5μmに満たない場合には、基材の露出面
積の調整が困難になると共に、基材上に残存する炭素膜
の厚さが薄くなることから基材の変形に追随することが
できなくなって剥離の可能性が生じる。また、凹凸のピ
ッチが10μmに満たない場合には、同様に基材の露出
面積の調整が困難になり、2mm以上の場合には、成膜
後のラップ加工に際して、砥石の連れまわりによって面
位置よりも低い凹部の炭素膜まで過剰に研磨されてしま
い、炭素膜および基材の所望の面積率を得ることが難し
くなる傾向がある。
The irregular shape at this time is described in claim 1
As described in 0 and 11, the maximum value of the height difference between the convex portion and the concave portion is in a range of 0.5 μm or more and less than 10 μm,
It is desirable that the pitch is in the form of a ripple having a range of 10 μm or more and less than 2 mm. That is, the maximum value of the unevenness height difference is regulated by the thickness of the carbon film formed by performing planar processing after film formation. The thickness of the carbon film is set according to the film forming method and the film forming conditions, and the thickness of the carbon film generally used industrially is about 10 μm or less in most cases. Therefore, when the maximum value of the irregularities becomes 10 μm or more, it is necessary to form a carbon film that is thicker. When the carbon film becomes thicker, the residual stress generated after the film formation tends to increase. If the maximum value of the irregularities is less than 0.5 μm, it is difficult to adjust the exposed area of the base material, and the thickness of the carbon film remaining on the base material becomes thin. And the possibility of peeling occurs. If the pitch of the irregularities is less than 10 μm, it is similarly difficult to adjust the exposed area of the base material. There is a tendency that the carbon film having a lower concave portion is excessively polished, and it is difficult to obtain a desired area ratio of the carbon film and the base material.

【0030】さらに、炭素膜の形成方法については、請
求項13に記載しているように、CVD法(化学蒸着
法)またはPVD法(物理蒸着法)を適用することがで
きる。すなわち、炭素膜自体の成膜はいずれの方法でも
可能であり、PVD法を適用した場合には、ターゲット
にグラファイトを用いることが多いため炭素膜は炭素の
みから構成される。CVD法では、プラズマCVDによ
る成膜が主流であり、原料として炭化水素系ガスを用い
ることが多く、このため成膜時に水素が混入し、炭素膜
内に水素が含まれることになる。いずれの炭素膜も無潤
滑下において良好な固体潤滑性を示し、しかも高い硬度
が得られ、本発明に係わる低フリクション摩擦材に好適
なものとなる。
Further, as a method for forming a carbon film, a CVD method (chemical vapor deposition method) or a PVD method (physical vapor deposition method) can be applied. That is, the carbon film itself can be formed by any method. When the PVD method is applied, graphite is often used as a target, so that the carbon film is composed of only carbon. In the CVD method, film formation by plasma CVD is mainstream, and a hydrocarbon-based gas is often used as a raw material. For this reason, hydrogen is mixed during film formation, and hydrogen is contained in a carbon film. Each carbon film shows good solid lubricity under no lubrication and has high hardness, which is suitable for the low friction friction material according to the present invention.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の請求項1に係わる低フリクショ
ン摩擦材は、鉄系材料からなる基材の表面に炭素膜を備
え、炭素膜と基材とが摩擦面に露出した状態のものであ
るから、炭素膜の固体潤滑性による低フリクション特性
と、潤滑油中に含まれる極圧添加剤と基材中の鉄との反
応生成物による低フリクション特性とを兼ね備えたもの
とすることができ、潤滑油中の添加剤との相乗効果によ
って摩擦/摩耗特性を大幅に改善することができるとい
う極めて優れた効果をもたらすものである。
The low friction friction material according to claim 1 of the present invention has a carbon film on the surface of a substrate made of an iron-based material, and the carbon film and the substrate are exposed on the friction surface. Therefore, the carbon film can have both low friction characteristics due to solid lubricity of the carbon film and low friction characteristics due to a reaction product between the extreme pressure additive contained in the lubricating oil and iron in the base material. In addition, the synergistic effect with the additive in the lubricating oil brings about an extremely excellent effect that the friction / wear characteristics can be greatly improved.

【0032】本発明による低フリクション摩擦材の実施
態様として請求項2に係わる摩擦材においては、鉄系基
材の摩擦面への露出面積が5%以上70%未満の範囲の
ものであるから、鉄系基材の露出面積が5%以上の場合
には、基材中の鉄と潤滑油中の添加剤との反応が過不足
のないものとなると共に、炭素膜の摩擦面への露出面積
も適度なものとなって、反応被膜による潤滑油中におけ
るフリクション低減効果と炭素膜の固体潤滑性による無
潤滑下におけるフリクション低減効果をバランスよく両
立させることができ、同じく実施態様として請求項2に
係わる低フリクション摩擦材においては、添加剤として
モリブデン系極圧添加剤を含む潤滑油と共に使用するも
のであるから、摺動時に基材中に含まれる鉄との化学反
応によってMoS 2 を含む被膜が生成され、特に
顕著なフリクション低減効果を得ることができる。
[0032] In the friction material according to claim 2 as an embodiment of the low friction friction material according to the present invention, the exposed area of the iron base material to the friction surface is in the range of 5% to less than 70%. When the exposed area of the iron base material is 5% or more, the reaction between the iron in the base material and the additive in the lubricating oil is not excessive or insufficient, and the exposed area of the carbon film on the friction surface is improved. It is also possible to balance the friction reduction effect in the lubricating oil by the reaction film and the friction reduction effect in the non-lubricated state by the solid lubricating property of the carbon film in a balanced manner. In the related low friction friction material, since it is used together with a lubricating oil containing a molybdenum-based extreme pressure additive as an additive, MoS is caused by a chemical reaction with iron contained in the base material during sliding. 2 is generated, and a particularly remarkable friction reduction effect can be obtained.

【0033】さらに実施態様として請求項4に係わる低
フリクション摩擦材は、内燃機関のバルブリフターある
いはシムに適用され、しかも鉄系基材の摩擦面への露出
面積を20%以上70%未満の範囲としたものであるか
ら、摺動面に豊富に供給される潤滑油中におけるフリク
ション低減効果を最大限に活用することができ、請求項
5に係わる低フリクション摩擦材は、ピストンリングの
シリンダボアとの摺動面に適用され、鉄系基材の摩擦面
への露出面積を5%以上50%未満の範囲としたもので
あるから、潤滑油の供給が比較的少ない摺動面において
炭素膜による固体潤滑性を活用することができ、請求項
6に係わる低フリクション摩擦材は、シリンダボアにお
けるピストンリングおよびピストンとの摺動面に適用さ
れ、鉄系基材の摩擦面への露出面積を同様に5%以上5
0%未満の範囲としたものであるから、潤滑油の供給が
比較的少ない摺動面において炭素膜による固体潤滑性を
最大限に活用することができるという優れた効果がもた
らされる。
Further, as a preferred embodiment, the low friction friction material according to claim 4 is applied to a valve lifter or a shim of an internal combustion engine, and has an exposed area of a friction surface of an iron-based substrate in a range of 20% or more and less than 70%. Therefore, the effect of reducing friction in the lubricating oil abundantly supplied to the sliding surface can be maximized, and the low friction friction material according to claim 5 is capable of reducing the friction between the piston bore and the cylinder bore. It is applied to the sliding surface, and the exposed area of the iron-based substrate to the friction surface is in the range of 5% or more and less than 50%. The lubricating property can be utilized, and the low friction friction material according to claim 6 is applied to a sliding surface between a piston ring and a piston in a cylinder bore, and the friction of an iron-based substrate is improved. Similarly more than 5% of the exposed area of the surface 5
Since the range is less than 0%, an excellent effect that the solid lubricity of the carbon film can be maximized on the sliding surface where the supply of the lubricating oil is relatively small is brought about.

【0034】本発明の請求項7に係わる低フリクション
摩擦材の製造方法においては、鉄系材料からなる基材の
表面に形成された炭素膜を部分的に除去して鉄を含む基
材を摩擦面に露出させるようにしているので、本発明に
係わる低フリクション摩擦材を容易に得ることができる
という極めて優れた効果がもたらされる。
In the method of manufacturing a low friction friction material according to claim 7 of the present invention, the carbon film formed on the surface of the base material made of an iron-based material is partially removed to remove the base material containing iron. Since the surface is exposed to the surface, an extremely excellent effect that the low friction friction material according to the present invention can be easily obtained is obtained.

【0035】本発明に係わる低フリクション摩擦材の製
造方法の実施態様として請求項8に係わる製造方法にお
いては、レーザテキスチャリング,リゾグラフィーある
いはドライエッチング加工によって基材上の炭素膜を部
分的に除去するようにしているので、加工精度に優れ、
用途に応じた所望の露出面積を備えた低フリクション摩
擦材を容易に得ることができ、同じく実施態様として請
求項9に係わる低フリクション摩擦材の製造方法におい
ては、基材の表面にあらかじめ凹凸を形成した上で炭素
膜を形成したのち、基材表面の炭素膜を平面加工するこ
とによって摩擦面に基材を露出させるようにしているの
で、炭素膜表面と基材表面との間に段差のない摺動面を
得ることができ、面圧や滑り速度などが大きく摺動条件
の厳しい部位への適用が可能になる。
According to an embodiment of the method for producing a low friction friction material according to the present invention, the carbon film on the substrate is partially removed by laser texturing, lithography or dry etching. So that processing accuracy is excellent,
It is possible to easily obtain a low friction friction material having a desired exposed area according to the application, and in the method for manufacturing a low friction friction material according to claim 9 as an embodiment, unevenness is previously formed on the surface of the base material. After the carbon film is formed, the carbon film on the surface of the base material is planarized to expose the base material on the friction surface, so that there is a step between the carbon film surface and the base material surface. A non-sliding surface can be obtained, and it can be applied to a part where the surface pressure and the sliding speed are large and the sliding conditions are severe.

【0036】この請求項9に係わる低フリクション摩擦
材の製造方法の実施態様として請求項10および請求項
11に記載された製造方法においては、基材表面に形成
する凹凸形状を、その高低差の最大値が0.5μm以上
10μm未満、ピッチが10μm以上2mm未満の範囲
とした波目形状としているので、炭素膜の剥離や残留応
力を生じることなく、基材の表面を所望の露出面積率で
炭素膜から露出させることができる。
According to the tenth and eleventh aspects of the method for producing a low friction friction material according to the ninth aspect, the unevenness formed on the surface of the base material is made different from the height difference. Since the maximum value is 0.5 μm or more and less than 10 μm, and the pitch is in a range of 10 μm or more and less than 2 mm, the surface of the base material is exposed at a desired exposed area ratio without causing carbon film peeling or residual stress. It can be exposed from the carbon film.

【0037】さらに、本発明の請求項12に係わる低フ
リクション摩擦材の製造方法においては、鉄系材料から
なる基材の表面に部分的にマスキングを施した状態で炭
素膜を形成するようにしているので、摩擦面の炭素膜の
間から鉄を含む基材の一部を露出させることができ、本
発明に係わる低フリクション摩擦材を容易に得ることが
できるという極めて優れた効果がもたらされる。
Further, in the method of manufacturing a low friction friction material according to the twelfth aspect of the present invention, the carbon film is formed while partially masking the surface of the substrate made of an iron-based material. Therefore, it is possible to expose a part of the base material containing iron from between the carbon films on the friction surface, and it is possible to obtain an extremely excellent effect that the low friction friction material according to the present invention can be easily obtained.

【0038】そして、本発明の請求項13に係わる低フ
リクション摩擦材の製造方法においては、上記炭素膜を
CVD法あるいはPVD法によって基材表面に形成する
ようにしているので、高い硬度を備え、無潤滑下におい
て良好な固体潤滑性を示す炭素膜を得ることができる。
In the method for producing a low friction friction material according to the thirteenth aspect of the present invention, the carbon film is formed on the surface of the base material by a CVD method or a PVD method. A carbon film exhibiting good solid lubricity without lubrication can be obtained.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on embodiments.

【0040】実施例1〜実施例2 JIS G 4105に規定されるクロムモリブデン鋼
SCM415からなる基材2の表面に、炭素膜としてダ
イヤモンドライクカーボン(DLC)をCVD法によっ
て成膜した後、摩擦面全体に対する基材2の露出面積率
がそれぞれ23%および30%となるように、形成され
た炭素膜3の一部を機械加工によって除去し、基材2の
表面を摩擦面上に露出させることによって、図1(a)
に示すようなディスク材(低フリクション摩擦材)1を
得た。なお、図1(a)において、ディスク材1の基材
2と炭素膜4の間には中間層4が形成されている。
Examples 1 and 2 Diamond-like carbon (DLC) was formed as a carbon film on the surface of a base material 2 made of chromium molybdenum steel SCM415 specified by JIS G 4105 by a CVD method, and then the friction surface was formed. Part of the formed carbon film 3 is removed by machining so that the exposed area ratio of the base material 2 to the whole becomes 23% and 30%, respectively, and the surface of the base material 2 is exposed on a friction surface. As a result, FIG.
The disk material (low friction friction material) 1 shown in FIG. In FIG. 1A, an intermediate layer 4 is formed between the substrate 2 of the disk material 1 and the carbon film 4.

【0041】そして、このようにして得られたディスク
材1を鋼炭素クロム軸受鋼SUJ2(JIS G 48
05)からなるピン型試験片3本と組み合わせ、表1に
示す試験条件のもとにピン/ディスク型摩擦試験を行
い、無潤滑環境と、モリブデン系極圧添加剤を含む潤滑
油による潤滑環境とでそれぞれ摩擦係数を測定して、各
ディスク材1の摩擦特性についてそれぞれ調査した。こ
れらの結果を表2に示す。
Then, the disk material 1 obtained in this manner is replaced with steel carbon chromium bearing steel SUJ2 (JIS G48).
05), a pin / disk friction test was performed under the test conditions shown in Table 1, and a lubricating environment with a lubricating oil containing a molybdenum-based extreme pressure additive was used. And the friction coefficient was measured, and the friction characteristics of each disk material 1 were examined. Table 2 shows the results.

【0042】実施例3〜実施例5 実施例1と同じ基材2の表面に、ダイヤモンドライクカ
ーボン(DLC)からなる炭素膜3をCVD法あるいは
PVD法によって成膜した後、形成された炭素膜3の一
部をドライエッチング、レーザテキスチャリングおよび
リゾグラフィ−によってそれぞれ除去することにより、
図1(a)と同様の構造を有し、摩擦面に対する基材2
の露出面積率がそれぞれ55%、63%および45%の
ディスク材1を得た。
Examples 3 to 5 A carbon film 3 made of diamond-like carbon (DLC) was formed on the same surface of the substrate 2 as in Example 1 by the CVD method or the PVD method. By removing part of 3 by dry etching, laser texturing and lithography, respectively,
The base material 2 has a structure similar to that of FIG.
The disk materials 1 having an exposed area ratio of 55%, 63% and 45%, respectively, were obtained.

【0043】そして、このようにして得られたディスク
材1を用いて、同様のピン/ディスク型摩擦試験を実施
し、各ディスク材1の摩擦特性についてそれぞれ調査し
た。これらの結果を表2に併せて示す。
Using the disk materials 1 thus obtained, a similar pin / disk type friction test was performed, and the friction characteristics of each disk material 1 were examined. These results are also shown in Table 2.

【0044】実施例6〜実施例9 実施例1と同じ基材2の表面に、電解研磨、放電加工、
化学研磨あるいは機械加工によって、それぞれの大きさ
の凹凸を備えた波目形状をあらかじめ形成し、ダイヤモ
ンドライクカーボン(DLC)あるいはアモルファスカ
ーボン(a−C)からなる炭素膜3をCVD法あるいは
PVD法によって成膜した。そして、炭素膜が形成され
た摩擦面にラップ加工による平面加工を施すことによっ
て、図1(b)に示すような平坦な摩擦面を備え、基材
2の露出面積率がそれぞれ62%、50%、68および
31%のディスク材1を得た。
Examples 6 to 9 The same surface of the substrate 2 as in Example 1 was subjected to electrolytic polishing, electric discharge machining,
A wave shape having irregularities of respective sizes is previously formed by chemical polishing or machining, and a carbon film 3 made of diamond-like carbon (DLC) or amorphous carbon (a-C) is formed by CVD or PVD. A film was formed. By subjecting the friction surface on which the carbon film is formed to flat processing by lapping, a flat friction surface as shown in FIG. 1B is provided, and the exposed area ratio of the base material 2 is 62% and 50%, respectively. %, 68 and 31% of the disc material 1 were obtained.

【0045】そして、このようにして得られたディスク
材1を用いて、同様のピン/ディスク型摩擦試験を実施
し、各ディスク材1の摩擦特性についてそれぞれ調査し
た。これらの結果を表2に併せて示す。
Using the disk materials 1 thus obtained, a similar pin / disk friction test was carried out, and the friction characteristics of each disk material 1 were examined. These results are also shown in Table 2.

【0046】実施例10 実施例1と同じ基材2の表面の45%にあらかじめマス
キングを施した上で、アモルファスカーボン(a−C)
からなる炭素膜3をPVD法によって成膜したのち、マ
スキング剤を除去することによって、図1(a)と同様
の構造を備え、摩擦面に対する基材2の露出面積率がそ
れぞれ45%のディスク材1を得た。
Example 10 45% of the surface of the same base material 2 as in Example 1 was masked in advance, and then amorphous carbon (a-C)
After a carbon film 3 made of PVD is formed by a PVD method, the masking agent is removed to provide a disk having a structure similar to that shown in FIG. Material 1 was obtained.

【0047】そして、このようにして得られたディスク
材1を用いて、同様のピン/ディスク型摩擦試験を行
い、その摩擦特性について調査した。この結果を表2に
併せて示す。
Using the disk material 1 thus obtained, a similar pin / disk type friction test was conducted, and the friction characteristics were examined. The results are shown in Table 2.

【0048】比較例 実施例1と同じ基材2の表面に、炭素膜としてダイヤモ
ンドライクカーボン(DLC)をCVD法によって成膜
した。そして、この炭素膜3を除去することなく被覆し
たままでディスク材とし、同様のピン/ディスク型摩擦
試験を行い、その摩擦特性について調査した。この結果
を表2に併せて示す。
[0048] The same base material 2 of the surface and the Comparative Example 1 was formed by CVD diamond-like carbon (DLC) as a carbon film. Then, the carbon material 3 was used as a disk material without being removed without being covered, and the same pin / disk type friction test was performed to investigate the friction characteristics. The results are shown in Table 2.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】表2に示した結果から明らかなように、基
材表面に形成された炭素膜を部分的に除去することによ
って、あるいはあらかじめ凹凸形状を設けた基材表面に
形成された炭素膜を基材と共に平面加工することによっ
て、さらにはあらかじめマスキングを施した基材表面に
炭素膜を形成することによって、摩擦面に炭素膜と共に
鉄を含有する基材面が露出するようにした本発明の実施
例1ないし10に係わる低フリクション摩擦材(ディス
ク1)を用いた摩擦試験では、潤滑下、無潤滑下のいず
れにおいても低い摩擦係数を示した。これに対し、基材
の上に炭素膜を被覆したままのディスクを用いた比較例
においては、無潤滑下においては本発明に係わる低フリ
クション摩擦材と同等の性能を示すものの、潤滑下にお
いては潤滑油中の添加剤との反応被膜が得られず、摩擦
係数を低下させることはできないことが確認された。
As is apparent from the results shown in Table 2, the carbon film formed on the surface of the substrate was partially removed or the carbon film formed on the surface of the substrate in which the unevenness was previously formed was removed. By processing the surface together with the base material, and further forming a carbon film on the surface of the base material that has been subjected to masking in advance, the base material surface containing iron together with the carbon film is exposed on the friction surface of the present invention. In a friction test using the low friction friction material (disk 1) according to Examples 1 to 10, a low coefficient of friction was shown both under lubrication and without lubrication. On the other hand, in the comparative example using the disk with the carbon film coated on the base material, the same performance as the low friction friction material according to the present invention under no lubrication, but under lubrication It was confirmed that a reaction film with the additive in the lubricating oil was not obtained, and the friction coefficient could not be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a) 本発明に係わる低フリクション摩擦材
の構造例を示す概略断面図である。 (b) 本発明に係わる低フリクション摩擦材の他の構
造例を示す概略断面図である。
FIG. 1A is a schematic sectional view showing a structural example of a low friction friction material according to the present invention. (B) It is an outline sectional view showing other examples of structure of a low friction friction material concerning the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 低フリクション摩擦材 2 基材 3 炭素膜 1 Low friction friction material 2 Base material 3 Carbon film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保 田 芳 輝 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 石 原 基 固 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 眞 木 邦 雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G016 BB05 BB06 CA03 DA12 EA03 EA24 FA21 3J044 AA12 AA18 BA03 BB14 BB31 BC07 DA09 EA10 4F100 AA37B AB02A BA02 DD07 EH662 EJ302 GB32 JK16 4K029 AA02 BA34 BC00 BD04 GA00 4K030 BA27 CA02 DA08 LA01 LA23 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshiteru Hota 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Nissan Motor Co., Ltd. Inside (72) Inventor Kunio Maki 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 3G016 BB05 BB06 CA03 DA12 EA03 EA24 FA21 3J044 AA12 AA18 BA03 BB14 BB31 BC07 DA09 EA10 4F100 AA37B AB02A BA02 DD07 EH662 EJ302 GB32 JK16 4K029 AA02 BA34 BC00 BD04 GA00 4K030 BA27 CA02 DA08 LA01 LA23

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鉄系材料からなる基材と、その表面に形
成された炭素膜からなり、摩擦面に炭素膜と共に基材が
露出していることを特徴とする低フリクション摩擦材。
1. A low friction friction material comprising a substrate made of an iron-based material and a carbon film formed on the surface thereof, wherein the substrate is exposed on the friction surface together with the carbon film.
【請求項2】 摩擦面における基材の露出面積が5%以
上70%未満であることを特徴とする請求項1記載の低
フリクション摩擦材。
2. The low friction friction material according to claim 1, wherein the exposed area of the base material on the friction surface is 5% or more and less than 70%.
【請求項3】 モリブデン系極圧添加剤を含む潤滑油と
共に使用されることを特徴とする請求項2記載の低フリ
クション摩擦材。
3. The low friction friction material according to claim 2, which is used together with a lubricating oil containing a molybdenum extreme pressure additive.
【請求項4】 摺動面における基材の露出面積が20%
以上70%未満であって、内燃機関のバルブリフター、
もしくはカムシャフトとバルブリフターの間に挿入され
るシムに適用されていることを特徴とする請求項3記載
の低フリクション摩擦材。
4. The exposed area of the base material on the sliding surface is 20%.
Not less than 70% and a valve lifter of an internal combustion engine,
4. The low friction friction material according to claim 3, wherein the low friction friction material is applied to a shim inserted between the camshaft and the valve lifter.
【請求項5】 基材の露出面積が5%以上50%未満で
あって、内燃機関のピストンリングにおけるシリンダブ
ロックのボア面との摺動面に適用されていることを特徴
とする請求項3記載の低フリクション摩擦材。
5. An apparatus according to claim 3, wherein an exposed area of the base material is not less than 5% and less than 50%, and is applied to a sliding surface of the piston ring of the internal combustion engine with a bore surface of the cylinder block. The low friction friction material described.
【請求項6】 基材の露出面積が5%以上50%未満で
あって、内燃機関のシリンダブロックボア面におけるピ
ストンリングおよびピストンとの摺動面に適用されてい
ることを特徴とする請求項3記載の低フリクション摩擦
材。
6. An apparatus according to claim 1, wherein the exposed area of the base material is not less than 5% and less than 50%, and is applied to a sliding surface of the cylinder block bore surface of the internal combustion engine with the piston ring and the piston. 3. The low friction friction material according to 3.
【請求項7】 鉄系材料からなる基材の表面に炭素膜を
形成したのち、炭素膜の一部を除去して摩擦面に炭素膜
と共に基材を露出させることを特徴とする請求項1ない
し請求項6のいずれかに記載の低フリクション摩擦材の
製造方法。
7. A method according to claim 1, wherein after forming a carbon film on the surface of the base material made of an iron-based material, a part of the carbon film is removed to expose the base material together with the carbon film on the friction surface. A method for producing a low friction friction material according to claim 6.
【請求項8】 炭素膜を形成したのち、レーザテキスチ
ャリング,リゾグラフィーあるいはドライエッチング加
工により炭素膜の一部を除去することを特徴とする請求
項7記載の低フリクション摩擦材の製造方法。
8. The method for manufacturing a low friction friction material according to claim 7, wherein after forming the carbon film, a part of the carbon film is removed by laser texturing, lithography or dry etching.
【請求項9】 基材の表面にあらかじめ凹凸を形成した
のち、炭素膜を形成し、平面加工して摩擦面に炭素膜と
共に基材を露出させることを特徴とする請求項7記載の
低フリクション摩擦材の製造方法。
9. The low friction material according to claim 7, wherein after forming irregularities on the surface of the base material in advance, a carbon film is formed, and the carbon film is exposed on the friction surface together with the carbon film. Manufacturing method of friction material.
【請求項10】 基材の表面に形成された凹凸が波目形
状をなし、その高低差の最大値が0.5μm以上10μ
m未満であることを特徴とする請求項9記載の低フリク
ション摩擦材の製造方法。
10. The unevenness formed on the surface of the base material has a wave shape, and the maximum value of the height difference is 0.5 μm or more and 10 μm or more.
10. The method for producing a low friction friction material according to claim 9, wherein the value is less than m.
【請求項11】 波目のピッチが10μm以上2mm未
満であることを特徴とする請求項10記載の低フリクシ
ョン摩擦材の製造方法。
11. The method for producing a low friction friction material according to claim 10, wherein the pitch of the waves is 10 μm or more and less than 2 mm.
【請求項12】 鉄系材料からなる基材の表面に部分的
にマスキングを施したのち、炭素膜を形成して摩擦面に
炭素膜と共に基材を露出させることを特徴とする請求項
1ないし請求項6のいずれかに記載の低フリクション摩
擦材の製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein after partially masking the surface of the base material made of an iron-based material, a carbon film is formed and the base material is exposed together with the carbon film on the friction surface. A method for producing a low friction friction material according to claim 6.
【請求項13】 CVD法またはPVD法によって炭素
膜を形成することを特徴とする請求項7ないし請求項1
2のいずれかに記載の低フリクション摩擦材の製造方
法。
13. A carbon film is formed by a CVD method or a PVD method.
3. The method for producing a low friction friction material according to any one of 2.
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