JP2008164097A - 摺動構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドロップレット粒子による影響を低減させ、潤滑油中で摺動する摺動面の摩擦係数を低減しつつ、耐磨耗性及び耐焼付き性を両立させた低摩擦摺動を行わせることができる摺動構造を提供する。
【解決手段】 硬化処理層23を形成したピストン5の外表面に、ＰＶＤ法等によって、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜20を形成する。シリンダボア12の摺動面14を銅合金にて構成する。硬化処理層23における表面粗さを、中心線平均粗さRaで０．１μｍ以下に形成し、ＤＬＣ膜20を、１．０μｍ以下の厚さに形成する。また、ＤＬＣ膜20の表面粗さを、中心線平均粗さRaで０．０５μｍ以下とし、最大高さRmaxで０．５μｍ以下にする。そして、摺動面に被覆したＤＬＣ膜20における粗さ曲線の中心線又は平均線35から突出するドロップレットの高さを、０．４μｍ以下に抑えておく。
【選択図】 図３

Description

本発明は、潤滑油中で用いられる摺動構造に関し、特に、摺動部材と被摺動部材との間における摩擦係数を小さくした摺動構造に関するものである。

従来から、摺動部材の摺動面に対して硬化処理を施して、摺動面に硬化処理層を形成した摺動部材が用いられている。そして、摺動面に金属クロムとクロム窒化物との混合被膜を硬化処理層として形成したり、摺動面に対して浸炭焼入れ等を施して硬化処理層を形成したりしている。

摺動面に硬化処理層を形成することによって、摺動面における耐摩耗性及び耐焼付け性を向上させている。このようにして、硬化処理を施した摺動部材の摺動面における耐摩耗性を大きくすることができるが、逆に硬化処理を施した摺動面が被摺動部材の摺動面に摺接することによって、被摺動部材の摺動面を摩耗させていた。

しかも、摺動部材が被摺動部材の摺動面を摩耗させるのにともなって、摺動部材の摺動抵抗が大きくなり、摺動構造における作動をスムーズに行わせることができなかった。
このため、摺動部材を用いた摺動構造の寿命が限られるばかりでなく、摺動構造を用いた機器の性能を低下させていた。

最近では、潤滑油中で摺動する内燃機関、油圧機器などの機械部品においても、摺動構造によって消費されるエネルギーを低減させることや、被摺動部材の摺動面を摩耗させないようにすることなどが要求されている。また、環境問題の面からも悪影響が出ないようにするため、摺動面の摩耗によって生じる摩耗クズを低減させたり、機械的損失を低減させてエネルギーの消費を低く抑えたいという要求が高まってきている。特に、摩擦損失が大きく摺動条件の厳しい部位においては、摺動抵抗を低下させて摩耗による摩耗クズの発生や機械的損失を低減させることが望まれている。

摺動部材の摺動面における滑り性を向上させるために、摺動面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を被覆したものが提案されており、摺動面に形成した硬化処理層の表面にＤＬＣ膜を形成したピストン（特許文献１参照）や、ＤＬＣ膜を表面に被覆したピストンを有し、同ピストンが摺動する相手部材である、シリンダに嵌合されたブッシュを、銅合金にて構成した流体機械（特許文献２参照）などが提案されている。

また、アモルファスカーボン被膜における表面の水素含有量を１０at％（原子数割合をat％として表す。）以下に限定した摺動部材（特許文献３参照）も提案されている。これらの特許文献１〜３に記載されたものを本発明における従来例として、それぞれ従来例１〜従来例３として、以下ではそれぞれの構成に関する概略を説明する。

従来例１として示す特許文献１に記載されたピストンは、アキシャルピストンポンプに用いられるピストンであって、図７にはその断面図を示している。図７に示すように、ピストン40の先端部には球状部41を備えており、球状部41には、図示せぬピストンシュ−が回動自在に装着されることになる。また、ピストン40の外表面には表面処理が施され、硬化処理層42と、ＤＬＣ膜43とが形成されている。

即ち、鉄製のピストン40の表面に対して軟窒化処理が施されて、硬化処理層42を形成している。軟窒化処理が施された硬化処理層には、化合物層と、その下の拡散層とが構成されることになる。そこで、硬化処理層が形成された表面に対して研磨処理を施すことで、前記化合物層を除去するとともに、表面を平滑化している。このようにして、化合物層を除いた層が、硬化処理層42として形成されている。

そして、硬化処理層42を形成したピストン40の外表面に、ＤＬＣ膜43を被覆することになる。ＤＬＣ膜43が形成されることによって、ピストン40の外表面における摩擦係数を小さくすることができ、滑り性を向上させることができる。

従来例２として示す特許文献２に記載されたピストンも、アキシャルピストンポンプに用いられるピストン53であって、図８にはその断面図を示している。図８に示すように、図示せぬポンプ軸と同期して回転駆動するシリンダブロック50には、円周方向に等間隔で複数の穿設されたブッシュ穴51が形成されている。

ブッシュ穴51にはブッシュ52が圧挿されている。ブッシュ52は中空に形成されており、リン青銅、アルミニウム青銅、マンガン青銅、各種黄銅等の軸受材として好適な銅合金によって構成されている。ブッシュ52の中空部における内周面には、ピストン53が往復摺動可能に装着されている。

ピストン53の根元部には球面継手55を介してピストンシュ−54が、回動自在に取り付けられている。ピストンシュ−54に設けたスラストプレート56が、可変に斜板角を調整できる斜板57に当接しており、シリンダブロック50の回転に伴って、ピストンシュ−54は斜板面上を摺動する。ピストンシュ−54が斜板面上を摺動することによって、ピストン53はブッシュ52内を往復摺動することができる。

ピストン53は母材が特殊鋼等の鉄系材料から構成されており、その外面全体にはＤＬＣ膜58が被覆されている。また、シリンダ側のブッシュ52は銅合金にて構成されている。この構成によって、ピストン53の外面に形成したＤＬＣ膜58により摺動摩擦係数を小さくすることができ、ブッシュ52との滑り性を向上させることができるとしている。

また、ピストン53の耐摩耗性を向上させることができ、しかも、シリンダ側のブッシュ52を銅合金にて構成したことによって、ＤＬＣ膜58が形成されたピストン53との摺動面の摺動なじみ性を良好に保持することが可能になるとしている。

従来例３として示す特許文献３に記載された摺動部材は、潤滑油中で摺動する内燃機関などの機械部品に用いることができる。ところで、従来の硬質炭素皮膜処理された摺動部材では、固体潤滑性があるにもかかわらず、潤滑油中では同等の表面粗さで且つ固体潤滑性を有しない皮膜処理摺動部材や超仕上げ加工された鋼製部材と、同じ程度の摩擦性能しか示さない、という問題があった。この問題点を解決するものとして、特許文献３に記載された摺動部材が提案されている。

そして、表面の水素含有量が１０at％以下であるアモルファスカーボン膜を有する摺動部材を構成している。また、ＤＬＣ膜を有する摺動部材とした場合には、ＤＬＣ膜の表面にプラズマ窒素処理又はプラズマ酸素処理を施して、ＤＬＣ膜における窒素含有量、酸素含有量を０．５at％以上３０at％以下としている。

ＤＬＣ膜の表面における窒素含有量、酸素含有量を０．５at％以上３０at％以下としたことによって、高硬度で表面が平滑となり、耐摩耗性に優れた硬質炭素皮膜摺動部材が提供できるとしている。
特開２０００−３２０６７０号公報 特開２００３−３４３４５０号公報 特開２０００−２９７３７３号公報

ところで、ＤＬＣ膜は非晶質硬質炭素膜として構成され、一般に炭素と水素とから構成されている。その特性としては、グラファイトとダイヤモンドとの中間における特性を有している。また、成膜方法や成膜条件によって、水素を含有しているＤＬＣ膜の機械的性質が大きく異なっており、その中でも一般に摺動特性と耐摩耗性とは、二律背反の関係といわれている。そして、一般にＤＬＣ被膜中の水素量が多いほど、硬度は低く、摩擦係数が低いとされている。

また、非晶質硬質炭素膜の中でも、物理気相蒸着（ＰＶＤ法）などで作製した水素をほとんど含有しないＤＬＣ膜では、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）で作製した水素を含有するＤＬＣ膜に比べて、潤滑油中においては低摩擦を発現することが知られている。これに対して、空気中において低摩擦性に優れる一般のＤＬＣ膜、即ち、水素を含有しているＤＬＣ膜は、潤滑油存在下では、その摩擦低減効果が小さいものであることが知られている。

水素をほとんど含有しないＰＶＤ法で作製したＤＬＣ膜は、潤滑油中においては低摩擦を発現する利点を有しているが、ＰＶＤ法で作製したＤＬＣ膜は、水素をほとんど含有しないため、一般的に皮膜硬度が高く、かつ硬質な溶融再凝固炭素粒子が付着しているため、表面に突起を形成している。

このため、特に水素をほとんど含有しないＤＬＣ膜を形成した摺動部材を用いて、例えばアルミ合金からなる被摺動部材に対して摺動を行うと、アルミ合金への攻撃性が高くなり、摩耗や焼き付きが発生してしまう問題があった。

特許文献１、２に示されているピストンや流体機械では、ＤＬＣ膜に含まれる水素含有量については言及されておらず、特に、潤滑油中で低摩擦を発現させるために、水素含有量を１０at％以下としたＤＬＣ膜を用いる構成については、開示も示唆もされていない。また、特許文献３には、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜を皮膜した摺動部材を潤滑油中で用いることについての記載は行われているが、ドロップレット粒子の存在に対する対策は講じられていなかった。

ドロップレット粒子と呼ばれる硬質な溶融再凝固炭素粒子の存在に対する対策は、特許文献１、２においても開示や示唆は行われていないものである。また、特許文献１、２に開示されているＤＬＣ膜は、それぞれの文献中に特に明記されているものではないが、全体的な記載内容からするとＣＶＤ法で作成された水素を含有するＤＬＣ膜を用いているものと考えることができる。

特許文献３には、被覆したＤＬＣ膜の表面粗さを、中心線平均粗さRaで０．１μｍ以下にすることが好ましい旨の記載が行われているが、中心線平均粗さRaとドロップレット粒子の大きさとの間に存する関係についての対策は、開示も示唆もされていない。特に、中心線平均粗さRaは、粗さ曲線を中心線で折り返し、折り返した粗さ曲線と中心線とによって得られた面積を、粗さ曲線を求めるのに測定した長さで割った値をμｍとして表わしたものである。

仮にドロップレット粒子の存在を無視した状態において、このときの状態を中心線平均粗さRaで表したＤＬＣ膜の表面粗さが０μｍとなっていると仮定し、このＤＬＣ膜の表面に、例えば、直径が０．１５μｍである球形状のドロップレット粒子が存在していた場合について検討すると、次のようになる。

即ち、このとき粗さ曲線を求めるのに測定した長さの中に存在するドロップレット粒子の数が少なければ、直径が０．１５μｍである球形状のドロップレット粒子が存在しているにも係わらず、このときのＤＬＣ膜の表面粗さは、中心線平均粗さRaで０．１μｍ以下となってしまう。特に、粗さ曲線を求めるのに測定した長さの中に存在するドロップレット粒子の数が極端に少なければ、直径が０．１５μｍよりも大きなドロップレット粒子が存在していたとしても、ＤＬＣ膜の表面粗さは、中心線平均粗さRaで０．１μｍ以下となる。

ドロップレット粒子が存在することによって、ドロップレット粒子があたかもサンドペーパーにおける砂の役割を果たすことになる。このため、ドロップレット粒子の大きさが大きければ大きいほど、被摺動部材の摺動面を削り取ってしまう量や被摺動部材の摺動面を傷つけて形成した傷の深さも大きくなってしまう。

このようにして、被摺動部材側がドロップレット粒子によって摩耗していくと、被摺動部材と被摺動部材との間には、隙間や切り傷によって形成される筋等が形成されることになる。摺動部材がピストンである場合には、シリンダ側が摩耗してしまうことになる。このようにして、シリンダとピストンとの間に隙間や筋等が形成されると、隙間や筋等から作動油が漏れ出てしまうことになる。このような状態になると、油圧機器の作動性能は大幅に低下することになる。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、潤滑油中で摺動する摺動面の摩擦係数を低減しつつ、耐磨耗性及び耐焼付き性を両立させた低摩擦摺動を行わせることにできる摺動構造を提供することにある。また、水素含有量を１０at％以下としたＤＬＣ膜を被膜するときに付着されるドロップレット粒子に着目して、ドロップレット粒子による影響を低減させるようにしたものである。

本発明の課題は請求項１〜６に記載された各発明により達成することができる。
即ち、本発明では、潤滑油中で相対的な摺動を行う摺動部材と被摺動部材とを備えた摺動構造において、前記摺動部材又は被摺動部材における一方の摺動面に、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が被覆され、前記被摺動部材又は前記摺動部材における他方の摺動面が、銅合金にて構成されてなることを最も主要な特徴となしている。

また、本発明では、ＤＬＣ膜を被覆するときに付着したドロップレット粒子の頂部までの高さを特定したことを主要な特徴となしている。
更に、本発明では、摺動面に被覆したＤＬＣ膜の表面粗さを特定したことを主要な特徴となしている。

更にまた、本発明では、ＤＬＣ膜の厚さを特定したことを主要な特徴となしている。
また、本発明では、ＤＬＣ膜が被覆される摺動面を構成する部材を特定したことを主要な特徴となしている。
更に、本発明では、摺動部材と被摺動部材とを用いた用途を特定したことを主要な特徴となしている。

本発明では、潤滑油中での摺動抵抗を小さくするため、摺動部材又は被摺動部材における一方の摺動面に、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜を被覆し、ＤＬＣ膜を被覆した摺動部材又は被摺動部材が摺動する他方の摺動面を、銅合金にて構成している。これにより、潤滑油中でＤＬＣ膜を被覆した部材の摺動面と、銅合金で構成した相手側の摺動面との間での摺動性を良好に保持することができるようになり、しかも、摺動面での焼付けの発生や銅合金側の摺動面の摩擦係数を低減できる。

このように、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜と銅合金とで構成したことにより、潤滑油中での摺動抵抗の低減、摺動なじみ性の向上、銅合金側における耐摩耗性の向上を同時に実現することができる。従って、摺動構造の信頼性を大いに高めることができる。

特に、油圧ピストンポンプ等におけるピストンとシリンダボアとの関係に、本発明を適用すれば、ピストンの摺動抵抗が低減し、ポンプとしての効率を大幅に向上させることができる。

本発明では、ＤＬＣ膜に存在するドロップレット粒子が、ＤＬＣ膜における粗さ曲線の中心線又は平均線から０．４μｍよりも突出しないように形成しておくことができる。このように構成することにより、ＤＬＣ膜を被覆した部材の摺動面を平滑状態とすることができ、潤滑油中での摺動性を更に良好に保つことができる。そして、摺動面での焼付けの発生や銅合金側の摺動面を摩耗させることを大幅に防止できる。
しかも、ＤＬＣ膜に存在するドロップレット粒子の突出量を抑えておくことができるので、ドロップレットによって相手側部材を摩耗させるのを大幅に低減することができる。

また、ＤＬＣ膜の表面粗さを、中心線平均粗さRaで０．０５μｍ以下に形成し、及び／又は最大高さRmaxで０．５μｍ以下に形成することで、ＤＬＣ膜を被覆した部材の摺動面での平滑性を更に向上させることができる。
尚、ＤＬＣ膜の表面粗さを計測するときには、傷と認められるような並はずれて深い谷の部分を、基準長さの中に含めないようにして計測することが必要である。

ＤＬＣ膜の厚さを１．０μｍよりも厚く形成すると、ＤＬＣ膜を形成するのに必要とする作業時間に長時間を要することになる。しかも、ＤＬＣ膜の厚さが厚く成ればなるほどＤＬＣ膜が剥離し易い状態になり、ＤＬＣ膜の耐久性が低下することになる。そして、ドロップレット粒子が付着する割合も増大することになる。

このため、製造時の作業性を向上させ、耐久強度を高め、ドロップレット粒子の付着量を増大させないようにするには、ＤＬＣ膜の厚さを１．０μｍ以下にしておくことが望ましい構成となる。

また、一般的にはＤＬＣ膜を被覆する基材の硬さは、硬い方がよいと言われているが、本発明においても、鉄鋼材の摺動面を、例えば、窒化処理、軟窒化処理、浸炭処理、高周波焼入処理等を施して硬化処理層を形成しておくことが望ましい。

表面硬化処理した鉄鋼材の摺動面に、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜を被覆するのにあたり、窒化処理を施した鉄鋼材の摺動面における中心線平均粗さRaを、０．１μｍ以下に形成しておくことが望ましい。摺動面における中心線平均粗さRaを、０．１μｍ以下に形成しておくことによって、下地表面に存在する凹凸の大きさを小さくしておくことができる。従って、ＤＬＣ膜を皮膜しても、下地の凹凸がＤＬＣ膜の表面に現れることがなくなり、均一なＤＬＣ膜を形成することができる。

ＤＬＣ膜をピストンの摺動面に被覆し、ピストンが摺動するシリンダボア表面を銅合金で構成することで、上述した本発明特有の効果を奏させることができる。また、ピストンの摺動抵抗が低減し、ポンプやモータとしての効率を大幅に向上させることができる。しかも、ピストンとシリンダボアとの耐久寿命を増すことができるようになる。これによって、摺動抵抗の少ない油圧機器を構成することができる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本発明の摺動構造としては、以下で説明する形状、配置構成以外にも本発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

また、本発明の摺動構造を説明するのに、アキシャルピストンポンプを例に挙げて説明を行っていくが、本発明の摺動構造はアキシャルピストンポンプに限定されるものではない。例えば、ラジアルピストンポンプを含む油圧ポンプ、油圧モータ、油圧ポンプ・モータ、軸受け構造、エンジンのバルブシート、エンジンの燃料バルブを制御するタペット等に対しても、本発明の摺動構造を好適に適用することができるものである。

この他にも本発明の摺動構造としては、潤滑油中で用いることができる摺動部材と被摺動部材とを備えた摺動構造に対しても、好適に適用することができる。また、被摺動部材としては、摺動部材との間で相対的に摺動する構成であればよく、被摺動部材を固定した構成とすることも、可動の構成とすることもできる。

図１は、本発明の実施形態に係わるアキシャルピストンポンプの概略断面図を示している。また、図２には、ピストンの拡大断面図の概略を示している。図３には、シリンダボアとピストンとの関係を拡大して示している。尚、図２、図３では、ピストンに装着されるピストンシューを仮想線で示している。

アキシャルピストンポンプ1は、ケーシング8内に回転軸7と、同回転軸7と共に一体回転するシリンダブロック3を備えている。シリンダブロック3にはその周方向に複数のシリンダボア12が、回転軸7と平行に形成されている。

各シリンダボア12の内周面14は、銅合金により構成されており、ピストン5がシリンダボア12の内周面14に沿って往復動自在に配設されている。各ピストン5の頭部にはピストンシュ−6の球状部6aを回動自在に収納する凹部5a（図２参照。）が形成されている。球状部6aを収納した後で、凹部5aの開放端側をカシメ加工することで、ピストンシュ−6はピストン5の先端部に揺動自在に装着されることになる。

ピストンシュ−6は、回転軸7に対して傾転可能の斜板2に摺接し、リテーナ10によって保持されている。リテーナ10は、バネ17及び押圧ロッド16によって斜板2側に付勢されたリテーナガイド13を介して回転自在にガイドされている。

アキシャルピストンポンプ1のポンプ容量を決める斜板2は、図示せぬ傾転機構によって、回転軸7に対して所望の傾転角度となるように制御される。各シリンダボア12の底部側にはポートが形成され、各ポートはシリンダブロック3の回転に伴って、弁板11に形成した図示せぬ半月形のポート9a，9bと選択的に連通する。ポート9a，9bは、アキシャルピストンポンプ1の吸入ポート18a、吐出ポート18bにそれぞれ接続している。

吸入ポート18aから吸入した圧油を、ピストン5の膨張工程によってシリンダボア12内に吸入し、ピストン5の圧縮工程にて圧縮したシリンダボア2内の圧油を吐出ポート18bから吐出することができる。このようなアキシャルピストンポンプの構成は、周知の構成であり、本発明の特徴をなすものではない。アキシャルピストンポンプとしては、周知の構成をもったアキシャルピストンポンプを用いることができる。

図２に示すように、ピストン5の外表面は軟窒化処理により硬化処理層23が形成されており、硬化処理層23の表面にはＰＶＤ法等によって、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜20が形成されている。即ち、ピストン5の摺動面には、水素をほとんど含有しないＤＬＣ膜20が被覆されている。図１、図３においては、ＤＬＣ膜20を太線で示している。図３で拡大した様子を示しているように、ピストン5を摺動自在に収納する、シリンダボア12表面は、銅合金で構成されている。

シリンダボア12は中空に形成されており、その内周面14の材質としては、鉛−青銅系合金、アルミニウム−青銅系合金、マンガン−青銅系合金、鉛−青銅系合金、銅−鉛系合金、銅−鉛―錫―鉄系合金、銅―錫―鉄系合金等の各種軸受材として好適な銅合金によって構成されている。

軟窒化処理により硬化処理層23を形成したピストン5の外表面に対して研磨等の処理を施し、中心線平均粗さRaで０．１μｍ以下となるように形成しておくことができる。中心線平均粗さRaで０．１μｍ以下とした硬化処理層23を形成したピストン5の外表面に対して、ＰＶＤ法を用いて水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ膜20を、１．０μｍ以下の厚さとなるように被覆している。

ＰＶＤ法で析出させたＤＬＣ膜20の表面粗さが、中心線平均粗さRaで０．０５μｍ以下となり、最大高さRmaxで０．５μｍ以下となるように、ＤＬＣ膜20の表面をダイヤモンド砥石や砥粒、バフ研磨等で研磨加工しておくことができる。ＤＬＣ膜20の表面粗さとしては、上述した中心線平均粗さRaと最大高さRmaxとの両方を満足するように構成しておくことも、上述した中心線平均粗さRa又は最大高さRmaxの一方が満足されるように構成しておくこともできる。

尚、このとき、ＤＬＣ膜20の表面に対して求めた粗さ曲線において、中心線または平均線からの高さで０．４μｍよりも突出したピークが生じないように、ＤＬＣ膜20の表面に対するダイヤモンド砥石や砥粒、バフ研磨等で研磨加工を充分に施しておくことが必要である。これによって、中心線または平均線から後述するドロップレットの頂部までの高さを、全て０．４μｍ以下にしておくことができる。

このように構成することによって、ドロップレットによってシリンダボア12の内周面14を摩耗したり、引っ掻き傷を形成したりすることが大幅に低減できる。また、水素をほとんど含有していないＤＬＣ膜とシリンダボア12の内周面14を構成している銅合金との好相性により、潤滑油中での摺動抵抗の低減、摺動なじみ性の向上、銅合金側における耐摩耗性の向上を同時に実現させることができる。

ピストンシュ−6の球状部6a表面を銅合金によって構成したときには、球状部6aが摺接するピストン5の凹部5aにも、水素をほとんど含有していないＤＬＣ膜20を形成させておくことができる。図示例では、ピストン5の凹部5aの内周面にＤＬＣ膜20を形成した例を示している。
また、ピストンシュ−6の球状部6aに水素をほとんど含有していないＤＬＣ膜20を形成したときには、ピストン5の凹部5a表面を銅合金によって構成しておくこともできる。

これにより、ピストンシュ−6とピストン5との間においても、潤滑油中における摺動抵抗の低減、摺動なじみ性の向上、銅合金側における耐摩耗性の向上を図ることができる。

ＰＶＤ法は、金属、非金属材料を蒸発させて、基板上に膜を形成する方法であって、蒸発と同時に反応ガスを導入し、放電により生成されるプラズマを利用して蒸発金属や反応ガスをイオン化して、化合物膜の膜を基板上に形成するものである。

そして、化合物膜の膜を基板上に形成するＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、アーク法、スパッタリング法が一般に知られており、イオンプレーティング法としては、ＨＣＤ法、高周波励起法、クラスタ法などがある。また、スパッタリング法としては、直流法、高周波法、マグネトロン法などが知られている。

少なくとも膜を基板上に形成する時に炭化水素ガスプラズマを用いないＰＶＤ法を用いることにより、水素含有量を１０at％以下としたＤＬＣ膜を形成することができる。本発明では、上述したようなＰＶＤ法を用いることにより、硬質処理を施した摺動部材の表面に、水素含有量を１０at％以下としたＤＬＣ膜を被覆させることができる。

また、図４で示すように、ピストン31に形成した球状部31aを回動自在に受け入れるピストンシュ−32の凹部32a表面を銅合金にて構成し、ピストン31の球状部31a表面に水素をほとんど含有していないＤＬＣ膜を形成しておくこともできる。あるいは、ピストン31の球状部31a表面を銅合金にて構成し、ピストンシュ−32の凹部32a表面に水素をほとんど含有していないＤＬＣ膜を形成しておくこともできる。
そして、凹部32a内にピストン31の球状部31aを収納し、凹部32aの開放端をカシメ加工することで、ピストン31に対してピストンシュ−32を回動自在に装着することができる。

ピストシュー6，32の斜板2に接する表面と、斜板2のピストンシュー6，32と接する面においても、上述したと同様にＤＬＣ膜と銅合金との組合せによって構成し、ピストシュー6，32と斜板2との間で、潤滑油中における摺動抵抗の低減、摺動なじみ性の向上、銅合金側における耐摩耗性の向上を図らせることもできる。

ＤＬＣ膜20を摺動面に対して被覆するに当たり、ドロップレット30が付着することについて、図５、図６を用いて説明する。ＤＬＣ膜を形成するにあたりドロップレット30の付着を低減するには、非金属材料、反応ガスの量を少しずつイオン化して、基板21に被覆していく方法や、図５に示す概略図のように、ジャマ板27を基板21の手前側に配設する方法などを用いることができる。尚、図５、図６におけるドロップレット30a，30bは、誇張した大きさで示している。

図５に示すジャマ板27を用いる方法について説明すると、例えば、非金属材を用いた陰極25と基板21との間にジャマ板27を配設する。陰極25、基板21及びじゃま板27は、不図示の密閉された処理室内に配設されており、処理室内には反応ガスが導入されている。陰極25から発生するドロップレット30a，30bは直進する性質を有するため、ジャマ板27によって遮っておくことができる。

このようにすることで、ドロップレット30a，30bが基板21には殆ど到達しないように構成しておくことができる。特に、径の大きなドロップレット30aはジャマ板27に付着させておくことができるので、基板21には径の大きなドロップレット30aが到達しないようにすることができる。

ドロップレット30bの一部が、ジャマ板27を迂回して基板21まで到達したとしても、基板21まで到達することのできるドロップレット30bとしては、小さな径のものだけになる。このようにジャマ板27を用いることによって、図６において仮想線の点線で示すような径の大きなドロップレット30aは、基板である摺動部材21の摺動面には付着せず、付着したとしても径の小さなドロップレット30bとすることができる。

また、イオン化する濃度を低くしておくことにより、イオン化したドロップレット同士が付着し合って、径の大きなドロップレットに成長することが防止される。このようにして、摺動面に被覆させたＤＬＣ膜20における粗さ曲線の中心線又は平均線35から突出するドロップレット30bの高さを、０．４μｍ以下に構成しておくことができる。

仮に、付着したドロップレット30bの突出した高さが、図６で示す中心線又は平均線35から０．４μｍ以上であったとしたときには、バフ研磨処理等をＤＬＣ膜20の表面に対して施すことで、中心線又は平均線35から突出するドロップレット30bの高さを、０．４μｍ以下に抑えておくことができる。

このように構成することによって、本発明では、摺動部材と被摺動部材との間で、潤滑油中での低摩擦を実現することができる。しかも、ＤＬＣ膜を１μｍ以下の厚みで形成し、ＤＬＣ膜の粗さを中心線平均粗さRaで０．０５μｍ以下、最大高さRmaxで０．５μｍ以下に形成して、ドロップレットの高さを規制しているので、銅合金からなるシリンダボア12の内周面14を摩耗させることなく、長時間にわたって良好な摺動特性を維持することができる。

実験例

アキシャルピストンポンプにおける回転数を２０００rpm、ポンプ吐出圧力を０〜３８０Kg／ｃｍ²、油温を５０〜８０℃とした条件下で、吸込圧０±９．８KPaで約１時間作動させた後のシリンダボアの摩耗量を、次の２つの場合について測定した。シリンダボアとしては、銅系の材質で構成した。

本発明に係わる実験例としては、ピストンに被覆したＤＬＣ膜の面粗さを、Ｒmax＝０．１７６〜０．４９７μｍ（Ra＝０．０１５〜０．０５３μｍ、粗さ曲線の中心線からのドロップレット粒子の高さ０．０５〜０．４、μｍ）としたものを用いた。また、比較例として、ピストンに被覆したＤＬＣ膜の面粗さを、Ｒmax＝０．５９６〜０．９６４μｍ（Ra＝０．０７４〜０．１２７μｍ、粗さ曲線の中心線からのドロップレット粒子の高さ０．４〜０．６μｍ）としたものを用いた。

この実験の結果、本発明に係わる実験例のピストンを用いた場合には、銅系の材質で構成したシリンダボアの摩耗量が、１０μｍ以下であったのに対して、比較例のピストンを用いた場合には、銅系の材質で構成したシリンダボアの摩耗量が、５７〜７２μｍであった。
また、実験例において、ＤＬＣ膜を被覆しないものに比べて１〜３％のトルク効率が向上しているのを確認できた。

このように、本発明の構成とすることにより、銅系の材質で構成した相手側の部材の摩耗量を小さくすることができ、耐久性に優れた、しかも、摺動抵抗の少ない摺動構造を得ることができる。

本発明は、本発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本発明の技術思想を適用することができる。

本発明の実施形態に係わるアキシャルピストンポンプの断面図である。（実施例） ピストンの断面図である。（実施例） ピストンとシリンダボアとの配置関係を示す拡大図である。（実施例） ピストンとピストンシュ−との変形例を示す断面図である。（実施例） 大径のドロップレットが付着するのを防止する説明図である。（実施例） ドロップレットの付着状況を示す断面図である。（実施例） ピストンの断面図である。（従来例１） ピストンとシリンダボアとの配置関係を示す断面図である。（従来例２）

符号の説明

１・・・アキシャルピストンポンプ
２・・・斜板
３・・・シリンダブロック
５・・・ピストン
６・・・ピストンシュ−
１４・・・シリンダボアの内周面
２０・・・ＤＬＣ膜
２１・・・基板
２３・・・硬化処理層
２５・・・陰極
２７・・・じゃま板
３０ａ、３０ｂ・・・ドロップレット
３１・・・ピストン
３２・・・ピストンシュー
４０・・・ピストン
４２・・・硬化処理層
４３・・・ＤＬＣ膜
５０・・・シリンダブロック
５２・・・ブッシュ
５３・・ピストン
５８・・・ＤＬＣ膜

Claims (6)

1. 潤滑油中で相対的な摺動を行う摺動部材と被摺動部材とを備えた摺動構造において、
   前記摺動部材又は被摺動部材における一方の摺動面に、水素含有量が１０at％以下であるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が被覆され、前記被摺動部材又は前記摺動部材における他方の摺動面が、銅合金にて構成されてなることを特徴とする摺動構造。
2. 前記ＤＬＣ膜を被覆するときに付着したドロップレット粒子の頂部までの高さが、前記ＤＬＣ膜を被覆した摺動面における粗さ曲線の中心線又は平均線から、０．４μｍ以下に抑えられてなることを特徴とする請求項１記載の摺動構造。
3. 被覆した前記ＤＬＣ膜の表面粗さが、中心線平均粗さRaで０．０５μｍ以下に形成され、及び／又は最大高さRmaxで０．５μｍ以下に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動構造。
4. 前記ＤＬＣ膜の厚さが、１．０μｍ以下に形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動構造。
5. 前記ＤＬＣ膜が、表面硬化処理を施した鉄鋼材の摺動面に被覆されてなり、
   前記ＤＬＣ膜を被覆する前記鉄鋼材の摺動面が、中心線平均粗さRaで０．1μｍ以下に形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の摺動構造。
6. 前記ＤＬＣ膜を被覆した摺動面を有する摺動部材が、ピストンであり、被摺動部材が摺動面を銅合金にて構成したシリンダボアであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の摺動構造。

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