JP2005314454A - 低摩擦摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑油に含まれる添加剤の吸着、反応によらずに、低摩擦係数を実現できる低摩擦摺動部材を提供する。
【解決手段】 低摩擦摺動部材を、基材と、該基材の表面に形成され、相手材と摺接し、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜と、を備えて構成する。この低摩擦摺動部材を、リン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、バリウム、銅、塩素の合計含有量が５００ｐｐｍ以下である低添加剤潤滑油を用いた湿式条件で使用する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、潤滑油を用いた湿式条件下で使用され、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れた低摩擦摺動部材に関する。

例えば、エンジンを構成するピストンや動弁系部品等の摺動部材では、資源保護や環境問題等の観点から、摩擦によるエネルギー損失をできるだけ低減することが要求される。このため、従来から、摺動部材の摩擦係数の低減や、耐摩耗性の向上等を図るべく、その摺動面に種々の表面処理が施されてきた。なかでも、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜と呼ばれる非晶質硬質炭素膜は、摺動性を高める被膜として広く利用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開平３−２４０９５７号公報 特開２００１−１９２８６４号公報

例えば、上記特許文献１には、珪素（Ｓｉ）を含む非晶質硬質炭素膜が開示されている。この非晶質硬質炭素膜は、潤滑油を用いない乾式条件では、低い摩擦係数を示す。しかし、潤滑油を用いた湿式条件では、摩擦係数を低減することは難しい。この要因として、潤滑油に含まれる各種添加剤の影響が考えられる。潤滑油中の添加剤は、非晶質硬質炭素膜の表面に吸着、反応して境界膜を形成する。よって、摩擦係数は、摺動時に形成される境界膜により決定されると考えられる。

一方、上記特許文献２には、芳香族化合物を含有した潤滑油を用いる試みが開示されている。芳香族化合物は、非晶質硬質炭素膜への吸着力が高いため、非晶質硬質炭素膜の表面に強固な境界膜を形成する。つまり、非晶質硬質炭素膜の表面に境界膜を形成させることで、固体接触割合を減らし、摩擦係数の低減を図っている。しかし、この方法では、添加剤が変更された場合、芳香族化合物以外の物質の吸着、反応で、摩擦係数の低減が阻害されてしまうおそれがある。また、摺動部材によっては、添加剤を含まない潤滑油下で使用されるものもある。さらに、環境問題等の観点から、今後、添加剤の種類の見直しや量の適正化が進むことも考えられる。この場合、添加剤の吸着、反応によって、摩擦係数を低減させることは難しくなる。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、潤滑油に含まれる添加剤の吸着、反応によらずに、低摩擦係数を実現できる低摩擦摺動部材を提供することを課題とする。

本発明の低摩擦摺動部材は、基材と、該基材の表面に形成され、相手材と摺接し、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜と、を備え、リン（Ｐ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）の合計含有量が５００ｐｐｍ以下である低添加剤潤滑油を用いた湿式条件で使用されることを特徴とする。

本発明者は、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜を、添加剤の含有量が少ない、もしくは添加剤を含まない低添加剤潤滑油下で相手材と摺接させた場合、非晶質硬質炭素膜表面にシラノール（ＳｉＯＨ）が生成することを見いだした。そして、非晶質硬質炭素膜表面のシラノールの存在により、相手材との境界摩擦が低減するという知見を得た。

図１に、摺動後における二種類の摺動部材の要部断面を模式的に示す。図１（ａ）は、添加剤を含まないベース油下で使用された本発明の低摩擦摺動部材を示し、（ｂ）は、添加剤量の多いエンジン油下で使用された従来の摺動部材を示す。図１（ａ）に示すように、低摩擦摺動部材１は、基材１０と非晶質硬質炭素膜１１とを備える。非晶質硬質炭素膜１１は、基材１０の表面に形成される。相手材との摺動により、非晶質硬質炭素膜１１の表面には、シラノール１２が生成される。シラノール１２の存在により、相手材との接触による境界摩擦が低減される。このため、摩擦係数は小さくなる。なお、ベース油中のＰ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｃｌの合計含有量は５００ｐｐｍ以下である。つまり、非晶質硬質炭素膜１１の表面に、これらの成分の吸着、反応による境界膜は形成され難い。

一方、図１（ｂ）に示すように、摺動部材２は、基材２０とＤＬＣ膜２１とを備える。ＤＬＣ膜２１は、基材２０の表面に形成される。従来のエンジン油には添加剤が多く含まれており、Ｐ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｃｌの合計含有量は３０００ｐｐｍ以上である。このため、ＤＬＣ膜２１の表面には、エンジン油中の添加剤とＤＬＣ膜２１との反応により生成した反応物層２２が形成される。このため、境界摩擦は低減されず、摩擦係数が低減し難い。

このように、本発明の低摩擦摺動部材は、所定の元素の合計含有量が５００ｐｐｍ以下である低添加剤潤滑油下で使用されることで、低摩擦係数を示す。

本発明の低摩擦摺動部材は、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜を備える。低添加剤潤滑油を用いた湿式条件で使用した場合、非晶質硬質炭素膜表面にシラノールが生成し、相手材との境界摩擦が低減する。よって、本発明の低摩擦摺動部材によれば、潤滑油中の添加剤の吸着、反応によらずに、低摩擦係数を実現できる。

以下、本発明の低摩擦摺動部材について詳細に説明する。上述したように、本発明の低摩擦摺動部材は、基材と、該基材の表面に形成され、相手材と摺接し、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜と、を備え、リン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、バリウム、銅、塩素の合計含有量が５００ｐｐｍ以下である低添加剤潤滑油を用いた湿式条件で使用される。

基材の材質は、摺動部材として使用できれば特に限定されるものではない。金属、セラミックス、樹脂等から選ばれる材料を用いればよい。例えば、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、アルミニウム合金、チタン合金等の金属製基材、超鋼、アルミナ、窒化珪素等のセラミックス製基材、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂製基材等が挙げられる。

基材の表面粗さは、特に限定されるものではなく、例えば、Ｒzjis３．０μｍ以下とすることが望ましい。Ｒzjis０．５μｍ以下とするとより好適である。

非晶質硬質炭素膜は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）に加えて、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する。Ｓｉの含有量が１ａｔ％未満の場合には、摺動時にシラノールが充分生成されず、摩擦係数が低減されない。Ｓｉの含有量を５ａｔ％より多くすると好適である。反対に、Ｓｉの含有量が３０ａｔ％を超えると、非晶質硬質炭素膜の摩耗量が増加する。よって、耐摩耗性を考慮した場合には、２０ａｔ％以下とすると好適である。

また、Ｈの含有量は、２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下とするとよい。Ｈの含有量が２０ａｔ％未満の場合には、非晶質硬質炭素膜の硬さは大きくなるが、密着力や靱性が低下する。Ｈ含有量を２５ａｔ％以上とすると好適である。反対に、Ｈ含有量が４０ａｔ％を超えると、非晶質硬質炭素膜の硬さが小さくなり、耐摩耗性が低下する。Ｈ含有量を３５ａｔ％以下とすると好適である。

非晶質硬質炭素膜の膜厚は、基材の表面粗さにもよるが、例えば、０．５μｍ以上とすることが望ましい。１μｍ以上とするとより好適である。また、非晶質硬質炭素膜の表面粗さは、相手材への攻撃性を考慮して、Ｒzjis１μｍ以下とすることが望ましい。Ｒzjis０．５μｍ以下とするとより好適である。

非晶質硬質炭素膜の硬さは、特に限定されるものではない。例えば、耐摩耗性等を考慮した場合には、１５ＧＰａ以上であるとよい。本明細書では非晶質硬質炭素膜の硬さとして、ナノインデンター試験機（株式会社東陽テクニカ製 ＭＴＳ）による測定値を採用する。

また、摺動面圧が１００ＭＰａ以上と高い摺動環境では、非晶質硬質炭素膜は基材から剥離し易い。よって、非晶質硬質炭素膜の剥離を抑制するという観点から、非晶質硬質炭素膜と基材との密着力を２０Ｎ以上とすることが望ましい。また、摺動面圧が１０００ＭＰａ以上の摺動環境で使用する場合には、密着力を３０Ｎ以上とすることが望ましい。非晶質硬質炭素膜と基材との密着力は、通常のスクラッチ試験による膜の剥離荷重から求められる。本明細書では、頂角１２０度、先端半径０．２ｍｍのダイヤモンドコーンに荷重をかけて膜を引掻き、膜が剥離した時の荷重を密着力とした。

相手材との摺接により、非晶質硬質炭素膜の表面にはシラノールが生成される。生成したシラノールは、例えば、誘導体化法を利用したＸＰＳ分析により検出される。誘導体化ＸＰＳ分析は、次の手順で行えばよい。まず、反応試薬のトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル−ジメチルクロロシランが入った硫酸中に、摺動後の非晶質硬質炭素膜を１時間浸漬する。この時、シラノールが生成していれば、膜表面のＯＨ基と反応試薬中のＣｌとが反応し脱塩酸される。次に、非晶質硬質炭素膜を取り出し、クロロホルムにより充分洗浄する。その後、ＸＰＳ分析によりＦ量を求めることで、シラノール量を定量することができる。

非晶質硬質炭素膜は、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等、既に公知のＣＶＤ法、ＰＶＤ法により形成すればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法により形成する場合には、真空容器内に基材を配置して、反応ガスおよびキャリアガスを導入する。そして、放電によりプラズマを生成させ、反応ガス中のプラズマイオン化されたＣ、ＣＨ、Ｓｉ等を基材に付着させ、非晶質硬質炭素膜を形成する。反応ガスには、メタン（ＣＨ₄）、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）等の炭化水素ガス、Ｓｉ（ＣＨ₃）₄［ＴＭＳ］、ＳｉＨ₄、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＨ₂Ｆ₄等の珪素化合物ガス、および水素ガスを用い、キャリアガスにはアルゴンガスを用いればよい。

非晶質硬質炭素膜が摺接する相手材は、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、アルミニウム合金、チタン合金等の金属、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂、超鋼、アルミナ、窒化珪素等のセラミックスが好適である。また、相手材も、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜である場合には、より摩擦係数が低減され好適である。

本発明の低摩擦摺動部材は、リン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、バリウム、銅、塩素の合計含有量が５００ｐｐｍ以下である低添加剤潤滑油を用いた湿式条件で使用される。このような低添加剤潤滑油としては、例えば、鉱物油、合成油、植物油等のいわゆるベース油の他、ガソリン、軽油等の燃料油が挙げられる。また、摩擦係数の低減を阻害する元素をより少なくするという観点から、リン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、バリウム、銅、塩素の合計含有量を１００ｐｐｍ以下とするとよい。

以上、本発明の低摩擦摺動部材の実施形態を説明したが、本発明の低摩擦摺動部材は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の低摩擦摺動部材は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

上記実施形態に基づいて、基材の表面に種々の非晶質硬質炭素膜を形成した。そして、二種類の摺動試験を行って、各非晶質硬質炭素膜の摩擦特性を評価した。以下、各摺動試験および摩擦特性の評価について説明する。

（１）リング・オン・ブロック型摩擦試験機による摺動試験
（ａ）Ｓｉ含有非晶質硬質炭素膜（以下、適宜「ＤＬＣ−Ｓｉ膜」と称す。）の形成
図２に示すプラズマＣＶＤ成膜装置を用いて、基材の表面にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した。図２に示すように、プラズマＣＶＤ成膜装置３は、ステンレス製の容器３０と、基台３１と、ガス導入管３２と、ガス導出管３３とを備える。ガス導入管３２は、バルブ（図略）を介して各種ガスボンベ（図略）に接続される。ガス導出管３３は、バルブ（図略）を介してロータリーポンプ（図略）および拡散ポンプ（図略）に接続される。

まず、容器３０内に設置された基台３１の上に、基材４を配置した。基材４は、マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃ（焼入れ焼戻し品 ＨＲＣ５８）製のブロック試験片（６．３ｍｍ×１５．７ｍｍ×１０．１ｍｍ）とした。次に、容器３０を密閉し、ガス導出管３３に接続されたロータリーポンプおよび拡散ポンプにより、容器３０内のガスを排気した。容器３０内にガス導入管３２から水素ガスを１５ｓｃｃｍ導入し、ガス圧を約１３３Ｐａとした。その後、容器３０の内側に設けたステンレス製陽極板３４と基台３１との間に２００Ｖの直流電圧を印加して、放電を開始した。そして、基材４の温度が５００℃になるまで、イオン衝撃による昇温を行った。次に、ガス導入管３２から、窒素ガス５００ｓｃｃｍおよび水素ガス４０ｓｃｃｍを導入し、圧力約８００Ｐａ、電圧４００Ｖ（電流１．５Ａ）、温度５００℃でプラズマ窒化処理を１時間行った。基材４の断面組織を観察したところ、窒化深さは３０μｍであった。

プラズマ窒化処理後、ガス導入管３２から水素ガスとアルゴンガスとを３０ｓｃｃｍずつ導入し、圧力約５３３Ｐａ、電圧３００Ｖ（電流１．６Ａ）、温度５００℃でスパッタリングし、基材４の表面に微細な凹凸を形成した（凹凸形成処理）。凸部の幅は６０ｎｍ、高さは３０ｎｍであった。この凹凸形成処理は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜と基材４との密着性を向上させるための前処理の一つである。次に、ガス導入管３２から反応ガスとしてＴＭＳガスおよびメタンガスを下記表１に示す流量で導入し、さらに水素ガスとアルゴンガスとを３０ｓｃｃｍずつ導入し、圧力約５３３Ｐａ、電圧３２０Ｖ（電流１．８Ａ）、温度５００℃で成膜した。膜厚が２．５〜３．０μｍとなるよう成膜時間を制御した。

このような方法で、ブロック試験片にＳｉ量の異なる３種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した。これらのブロック試験片を、実施例１〜３のブロック試験片とした。また、比較のため、上記ブロック試験片に、Ｓｉを含有しないＤＬＣ膜（以下、単に「ＤＬＣ膜」と称す。）を形成した。この場合、一つは高周波プラズマＣＶＤ法により、もう一つはマグネトロンスパッタリング法により成膜した。これらのブロック試験片を、比較例１、２のブロック試験片とした。表１に、各ブロック試験片に形成された被膜の成膜方法、成膜条件、組成、硬さを示す。また、表２に、形成された被膜の厚さ、表面粗さ、密着力を示す。なお、表２では、実施例１のブロック試験片として、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面粗さの異なる三種類（実施例１−１〜３）を示す。

ＤＬＣ−Ｓｉ膜中のＳｉ量は、電子プローブ微小部分析法（ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により定量した。また、被膜中のＨ量は、弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）により定量した。ＥＲＤＡは、２ＭｅＶのヘリウムイオンビームを被膜表面に照射して、被膜からはじき出される水素を半導体検出器により検出し、被膜中の水素濃度を測定する方法である。

（ｂ）摺動試験および摩擦特性の評価
作製した各ブロック試験片について、リング・オン・ブロック型摩擦試験機（ＬＦＷ−１、ＦＡＬＥＸ社製）による摺動試験を行った。図３に、リング・オン・ブロック型摩擦試験機の概略図を示す。図３に示すように、リング・オン・ブロック型摩擦試験機５は、ブロック試験片５０と、相手材となるリング試験片５１とから構成される。ブロック試験片５０とリング試験片５１とは、ブロック試験片５０に形成された被膜５００とリング試験片５１とが当接する状態で設置される。リング試験片５１はオイルバス５２中に回転可能に設置される。本摺動試験では、リング試験片５１として、本摩擦試験機の標準試験片であるＳ−１０リング試験片（材質：ＳＡＥ４６２０スチール浸炭処理材、形状：φ３５ｍｍ、幅８．８ｍｍ、表面粗さ：Ｒzjis１．５〜２．０μｍ、ＦＡＬＥＸ社製）を用いた。また、オイルバス５２には、８０℃に加熱保持したベース油（１００ニュートラルのパラフィン系無添加鉱油）を用いた。

まず、無負荷の状態で、リング試験片５１を回転させた後、ブロック試験片５０の上から３００Ｎの荷重（ヘルツ面圧３１０ＭＰａ）をかけ、そのまま３０分間回転させた。その後、摩擦係数を測定した。ここで、ヘルツ面圧とは、ブロック試験片５０とリング試験片５１との接触部の弾性変形を考慮した実接触面の圧力の最大値である。摩擦係数の測定結果を、図４、図５に示す。図４は、被膜中のＳｉ量と摩擦係数との関係を示し、図５は、被膜の表面粗さと摩擦係数との関係を示す。

図４に示すように、ＤＬＣ−Ｓｉ膜が形成された実施例１−２、２、３のブロック試験片の摩擦係数は、鋼材（図中破線で示す）や比較例１、２のブロック試験片と比較して、いずれも低くなった。これより、ベース油のような低添加剤潤滑油を用いた湿式条件下では、ＤＬＣ−Ｓｉ膜により低摩擦係数を実現できることが確認された。

また、図５に示すように、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面粗さがＲzjis０．４５μｍ付近までは、低摩擦係数が維持されることがわかる。表面粗さがＲzjis０．８５μｍと大きくなると、摩擦係数は上昇するが、鋼材や比較例１、２のブロック試験片と比べて低い値となっている。一般に、被膜の表面粗さを小さくすることは、境界摩擦の割合を減少させ、流体潤滑の割合を増加させるため、摩擦係数の低減に有効であると言われている。しかし、実施例１〜３のブロック試験片に形成されたＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面粗さの多くは、比較例１、２のブロック試験片に形成されたＤＬＣ膜の表面粗さよりも大きい。つまり、ベース油下では、表面粗さに関わらず、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の摩擦係数は低い。よって、ＤＬＣ−Ｓｉ膜では、流体潤滑の割合よりも境界摩擦の低減効果により、低摩擦係数を実現できたと考えられる。

境界摩擦を低減させる要因の一つとして、ＤＬＣ−Ｓｉ膜表面におけるシラノールの生成が考えられる。そこで、実施例１−２、実施例２、比較例２の各ブロック試験片に形成された被膜について、上記摺動試験後にシラノール分析を行った。シラノール分析は、誘導体化ＸＰＳ分析により、以下の手順で行った。まず、反応試薬のトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル−ジメチルクロロシランが入った硫酸中に、各ブロック試験片を１時間浸漬した。次に、クロロホルムにより充分洗浄し、ＸＰＳ分析によりＦ量を求めた。この誘導体化ＸＰＳ分析の結果を図６に示す。

図６に示すように、実施例１−２、実施例２のブロック試験片に形成されたＤＬＣ−Ｓｉ膜では、Ｆが多量に検出された。つまり、これらのＤＬＣ−Ｓｉ膜表面には、シラノールが多量に生成していることがわかる。一方、比較例２のブロック試験片に形成されたＤＬＣ膜では、Ｆは検出されず、シラノールは生成していなかった。これより、低添加剤潤滑油を用いた湿式条件における摺動では、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面にシラノールが生成し、摩擦係数が低減されるといえる。シラノールの生成量はＦ量を目安として推定される。境界摩擦の低減には、Ｆ量が１ａｔ％以上であることが望ましい。Ｆ量が３ａｔ％以上であるとより好適である。

（２）往復摺動試験機による摺動試験
エンジンのピストンリングとシリンダボアとを想定した往復摺動試験機により摺動試験を行った。図７に、往復摺動試験機の概略図を示す。図７に示すように、往復摺動試験機６は、ボア想定材６０と、リング想定材６１とから構成される。ボア想定材６０は、鋳鉄製であり、リング想定材６１は、窒化鋼製である。リング想定材６１は、ボア想定材６０の内側に摺接しながら上下方向に往復する。ボア想定材６０とリング想定材６１との摺動部には、オイル供給パイプ６２から軽油が供給される。

摺動試験は、温度９０℃、軽油下で、ボア想定材６０にリング想定材６１を荷重１００Ｎ（面圧１６０ＭＰａ）で押圧した状態で、リング想定材６１を摺動させて行った。リング想定材６１の往復速度を、５００、１０００、１２００、１４００ｒｐｍと変化させ、各々の往復速度における摩擦係数を測定した。各々の往復速度における摩擦係数の平均値を、平均摩擦係数として採用した。

また、摺動試験におけるボア想定材６０、リング想定材６１の各摺動面は、（ｉ）被膜形成無し、（ｉｉ）ボア想定材の摺動面のみにＤＬＣ−Ｓｉ膜（Ｓｉ量６ａｔ％）形成、（ｉｉｉ）ボア想定材およびリング想定材の両摺動面にＤＬＣ−Ｓｉ膜（Ｓｉ量６ａｔ％）形成、の三種類の組合せとした。なお、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の形成は、上記（１）（ａ）の方法（実施例１−１）に準じて行った。

図８に、摩擦係数の測定結果を示す。図８に示すように、ボア想定材およびリング想定材の少なくとも一方にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成することで、無被膜の場合よりも摩擦係数が大きく低下することがわかる。つまり、軽油下でも、ＤＬＣ−Ｓｉ膜により低摩擦係数を実現できることが確認された。例えば、ボア想定材の摺動面のみにＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成すると（ＤＬＣ−Ｓｉ／窒化鋼）、無被膜（鋳鉄／窒化鋼）と比べて、すべての往復速度で摩擦係数は約３０％以上低下した。特に、往復速度が１４００ｒｐｍでは、５０％以上低下して、摩擦係数は０．０４となった。また、ボア想定材およびリング想定材の両摺動面にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成すると（ＤＬＣ−Ｓｉ／ＤＬＣ−Ｓｉ）、摩擦係数はさらに低下し、往復速度が１４００ｒｐｍでは、０．０２となった。このように、ＤＬＣ−Ｓｉ膜どうしを摺動させると、摩擦係数をより低減することができる。但し、この場合には、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面粗さに注意が必要となる。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面粗さが大きいと、相手材のＤＬＣ−Ｓｉ膜を摩耗させるおそれがある。

なお、上記（１）（ａ）で作製した比較例１のブロック試験片と同様のＤＬＣ膜を、ボア想定材に形成し、摺動試験を行ったところ、摺動試験中にＤＬＣ膜が剥離してしまった。これは、ＤＬＣ膜の密着力が８Ｎと小さいことによる。本発明者が検討した結果、摺動面圧が１００ＭＰａ以上と高い摺動環境では、基材と被膜との密着力は２０Ｎ以上必要であることが確認された。

摺動後における二種類の摺動部材の要部断面を示す模式図であり、（ａ）は、ベース油下で使用された本発明の低摩擦摺動部材を示し、（ｂ）は、エンジン油下で使用された従来の摺動部材を示す。 プラズマＣＶＤ成膜装置の概略図である。 リング・オン・ブロック型摩擦試験機の概略図である。 被膜中のＳｉ量と摩擦係数との関係を示すグラフである。 被膜の表面粗さと摩擦係数との関係を示すグラフである。 誘導体化ＸＰＳ分析の結果を示すグラフである。 往復摺動試験機の概略図である。 往復摺動試験における摩擦係数の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１：低摩擦摺動部材 １０：基材 １１：非晶質硬質炭素膜 １２：シラノール
２：摺動部材 ２０：基材 ２１：ＤＬＣ膜 ２２：反応物層
３：プラズマＣＶＤ成膜装置 ３０：容器 ３１：基台 ３２：ガス導入管
３３：ガス導出管 ３４：ステンレス製陽極板 ４：基材
５：リング・オン・ブロック型摩擦試験機
５０：ブロック試験片 ５１：リング試験片 ５２：オイルバス ５００：被膜
６：往復摺動試験機
６０：ボア想定材 ６１：リング想定材 ６２：オイル供給パイプ

Claims (6)

1. 基材と、
   該基材の表面に形成され、相手材と摺接し、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜と、を備え、
   リン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、バリウム、銅、塩素の合計含有量が５００ｐｐｍ以下である低添加剤潤滑油を用いた湿式条件で使用されることを特徴とする低摩擦摺動部材。
2. 前記非晶質硬質炭素膜のＨの含有量は、２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下である請求項１に記載の低摩擦摺動部材。
3. 前記非晶質硬質炭素膜の硬さは、１５ＧＰａ以上である請求項１に記載の低摩擦摺動部材。
4. 前記基材と前記非晶質硬質炭素膜との密着力は、２０Ｎ以上である請求項１に記載の低摩擦摺動部材。
5. 前記相手材は、金属、樹脂、セラミックスのいずれかである請求項１に記載の低摩擦摺動部材。
6. 前記相手材は、Ｓｉを１ａｔ％以上３０ａｔ％以下含有する非晶質硬質炭素膜である請求項１に記載の低摩擦摺動部材。
   

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