JP2013061075A - 内燃機関用摺動部品、内燃機関、輸送機器および内燃機関用摺動部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チタンまたはチタン合金製の摺動部品の表面に設けられるＤＬＣ膜の密着性を向上させ、優れた耐衝撃性を実現する。
【解決手段】本発明による内燃機関用摺動部品は、チタンまたはチタン合金から形成された部品本体１ａと、部品本体１ａの表面に形成された表面硬化層１ｂと、表面硬化層１ｂ上に設けられたダイヤモンドライクカーボン膜３と、表面硬化層１ｂとダイヤモンドライクカーボン膜３との間に設けられたチタン層２とを有する。表面硬化層１ｂは、チタン酸化物層である。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関用の摺動部品に関し、特に、チタンまたはチタン合金製の摺動部品に関する。また、本発明は、そのような摺動部品を備えた内燃機関および輸送機器や、そのような摺動部品の製造方法にも関する。

近年、内燃機関用の部品、特にコンロッドやリフタ、バルブなどの往復運動する部品の材料に、軽量化を目的としてチタン合金を採用することが増えている。しかしながら、チタン合金は軽量ではあるものの、活性が高いので耐焼き付き性が低い。また、チタン合金は鋼よりも硬度が低いので、耐摩耗性も低い。そのため、チタン合金製の部品には、酸化処理、窒化処理、炭化処理等の表面硬化処理が施される。表面硬化処理によって部品の表面に表面硬化層が形成されることにより、耐焼き付き性および耐摩耗性が向上する。

また、チタン合金製の部品を、他の部品と接触した状態で摺り動く摺動部品として用いる場合、部品表面の摩擦係数がなるべく小さいことが好ましい。そのため、表面硬化層上に低い摩擦係数を有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成することが提案されている。例えば、特許文献１には、チタン合金製タペットの表面に表面硬化処理として浸炭処理を施すことによって炭化物層を形成し、この炭化物層（表面硬化層）上にＤＬＣ膜を形成する技術が開示されている。

特開２００６−２５７９４２号公報

しかしながら、表面硬化層上にＤＬＣ膜を形成すると、炭化物層、酸化物層等のようなセラミックス層である表面硬化層とＤＬＣ膜との密着性が低いために、部品への衝撃によってＤＬＣ膜が剥離しやすく、耐衝撃性が低いという問題がある。

なお、特許文献１には、ＤＬＣ膜を形成する工程の前に、炭化物層の表面に形成された酸化被膜を除去することによって、ＤＬＣ膜の炭化物層に対する密着性が向上することが記載されている。しかしながら、本願発明者の検討によれば、特許文献１に記載されている方法によっても、十分に高い密着性および耐衝撃性を得られないことがわかった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、チタンまたはチタン合金製の摺動部品の表面に設けられるＤＬＣ膜の密着性を向上させ、優れた耐衝撃性を実現することにある。

本発明による内燃機関用摺動部品は、チタンまたはチタン合金から形成された部品本体と、前記部品本体の表面に形成された表面硬化層と、前記表面硬化層上に設けられたダイヤモンドライクカーボン膜と、前記表面硬化層と前記ダイヤモンドライクカーボン膜との間に設けられたチタン層またはチタン合金層と、を有する。

ある好適な実施形態において、前記チタン層または前記チタン合金層は、１００ｎｍ以
上１５００ｎｍ以下の厚さを有する。

ある好適な実施形態において、前記表面硬化層は、チタン酸化物層である。

ある好適な実施形態において、本発明による内燃機関用摺動部品は、小端部および大端部と、前記小端部および前記大端部を互いに連結する連結部と、を備えたコンロッドである。

ある好適な実施形態において、前記小端部および前記大端部の少なくとも一方の内周面に、前記表面硬化層と、前記チタン層または前記チタン合金層と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜とが設けられている。

ある好適な実施形態において、前記大端部のスラスト面に、前記表面硬化層と、前記チタン層または前記チタン合金層と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜とが設けられている。

本発明による内燃機関は、上記構成を有する内燃機関用摺動部品を備える。

本発明による輸送機器は、上記構成を有する内燃機関を備える。

本発明による内燃機関用摺動部品の製造方法は、チタンまたはチタン合金から形成された部品本体を用意する工程と、前記部品本体の表面に表面硬化層を形成する工程と、前記表面硬化層上にチタン層またはチタン合金層を形成する工程と、前記チタン層またはチタン合金層上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、を包含する。

ある好適な実施形態において、前記チタン層またはチタン合金層を形成する工程において、前記チタン層またはチタン合金層は１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さに形成される。

ある好適な実施形態において、前記表面硬化層を形成する工程において、前記部品本体の表面に酸化処理が施されることによって前記表面硬化層としてチタン酸化物層が形成される。

ある好適な実施形態において、本発明による内燃機関用摺動部品の製造方法は、前記チタン層またはチタン合金層を形成する工程の前に、前記チタン酸化物層の最表部を除去する工程をさらに包含する。

本発明による内燃機関用摺動部品では、チタンまたはチタン合金から形成された部品本体の表面に表面硬化層が形成されており、この表面硬化層上にダイヤモンドライクカーボン膜が設けられている。このような表面硬化層およびダイヤモンドライクカーボン膜が設けられていることにより、摺動部品の耐焼き付き性および耐摩耗性が向上し、また、摺動部品表面の摩擦係数が低下する。本発明による摺動部品では、さらに、表面硬化層とダイヤモンドライクカーボン膜との間にチタン層またはチタン合金層が設けられている。チタン層およびチタン合金層は、表面硬化層およびＤＬＣ膜の両方に対して密着性が高いので、チタン層またはチタン合金層が表面硬化層とダイヤモンドライクカーボン膜との間に設けられていることにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着性が向上する。そのため、優れた耐衝撃性を実現することができる。

優れた耐衝撃性と高い生産性とを両立する観点からは、チタン層またはチタン合金層は、１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。厚さが１００ｎｍ未
満であると、ダイヤモンドライクカーボン膜の十分な密着性を確保できず、耐衝撃性を十分に向上させられないことがある。また、厚さが１５００ｎｍを超えると、チタン層やチタン合金層の形成に要する時間（成膜時間）が長くなり、生産性が低下することがある。

製造コストの観点からは、表面硬化層は、チタン酸化物層であることが好ましい。チタン酸化物層は、大気中で形成することが可能であり、チタン窒化物層やチタン炭化物層を形成するときのような原料ガスを必要としない。また、形成のためにプラズマＣＶＤ装置などを使用する必要もない。そのため、チタン酸化物層は、安価に形成することができる。

本発明による摺動部品は、例えば、コンロッドである。コンロッドは、小端部および大端部と、小端部および大端部を互いに連結する連結部とを備える。小端部は、ピストンピンを通すための貫通孔を有し、ピストンに接続される。一方、大端部は、クランクピンを通すための貫通孔を有し、クランクシャフトに接続される。

表面硬化層と、チタン層またはチタン合金層と、ダイヤモンドライクカーボン膜とを含む上記の積層構造は、コンロッドの、優れた摺動特性が必要とされる部位に設けられることが好ましく、具体的には、小端部および大端部の少なくとも一方の内周面に設けられていることが好ましい。また、上記の積層構造が、大端部のスラスト面に設けられていることも好ましい。

本発明による摺動部品は、各種の内燃機関に好適に用いられる。部品本体がチタンまたはチタン合金から形成された（つまり軽量な）本発明による摺動部品を用いることにより、内燃機関の軽量化を図ることができる。また、軽量な本発明による摺動部品を用いることにより、慣性力を低減できるので、内燃機関の振動を低減し、レスポンスを向上させることができる。さらに、ダイヤモンドライクカーボン膜の摩擦係数は低いので、本発明による摺動部品を用いることにより、フリクションロスを低減できる。そのため、高燃費化および高出力化を図ることができる。また、ダイヤモンドライクカーボン膜は相手攻撃性が低い。そのため、本発明による摺動部品を用いると、相手材の損耗を少なくすることができ、内燃機関の耐久性が向上する。

本発明による摺動部品を備えた内燃機関は、自動二輪車をはじめとする各種の輸送機器に好適に用いられる。

本発明による内燃機関用摺動部品の製造方法では、表面硬化層を形成する工程と、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程との間に、チタン層またはチタン合金層を形成する工程が実行される。そのため、本発明の製造方法によれば、表面硬化層とダイヤモンドライクカーボン膜との間にチタン層またはチタン合金層が設けられた内燃機関用摺動部品が得られる。チタン層およびチタン合金層は、表面硬化層およびＤＬＣ膜の両方に対して密着性が高いので、チタン層またはチタン合金層が表面硬化層とダイヤモンドライクカーボン膜との間に設けられていることにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着性が向上する。そのため、優れた耐衝撃性を実現することができる。

優れた耐衝撃性と高い生産性とを両立する観点からは、チタン層またはチタン合金層を形成する工程において、チタン層またはチタン合金層は１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さに形成されることが好ましい。厚さが１００ｎｍ未満であると、ダイヤモンドライクカーボン膜の十分な密着性を確保できず、耐衝撃性を十分に向上させられないことがある。また、厚さが１５００ｎｍを超えると、チタン層またはチタン合金層を形成する工程の所用時間が長くなり、生産性が低下することがある。

製造コストの観点からは、表面硬化層を形成する工程において、部品本体の表面に酸化処理が施されることによって表面硬化層としてチタン酸化物層が形成されることが好ましい。チタン酸化物層は、大気中で形成することが可能であり、チタン窒化物層やチタン炭化物層を形成するときのような原料ガスを必要としない。また、形成のためにプラズマＣＶＤ装置などを使用する必要もない。そのため、チタン酸化物層を形成する工程は、安価に実行することができる。

表面硬化層としてチタン酸化物層が形成される場合、チタン層またはチタン合金層を形成する工程の前に、チタン酸化物層の最表部を除去する工程を実行することが好ましい。チタン酸化物層の最表部は、酸化スケールと呼ばれる脆い部分であるので、この部分を除去しておくことにより、チタン層およびチタン合金層の表面硬化層（チタン酸化物層）に対する密着性をいっそう向上させることができる。

本発明によると、チタンまたはチタン合金製の摺動部品の表面に設けられるＤＬＣ膜の密着性を向上させ、優れた耐衝撃性を実現することができる。

本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１を模式的に示す平面図である。 本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１を模式的に示す断面図である。 本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１の摺接部位に形成された積層構造を模式的に示す断面図である。 ロックウェル圧痕試験を行った後の比較例のコンロッド表面を示す電子顕微鏡写真である。 ロックウェル圧痕試験を行った後の実施例のコンロッド１表面を示す電子顕微鏡写真である。 本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１の摺接部位に形成された積層構造の他の例を模式的に示す断面図である。 本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００を模式的に示す断面図である。 図７に示す内燃機関１００を備えた自動二輪車を模式的に示す側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、コンロッド（「コネクティングロッド」と呼ばれることもある。）を例として説明を行うが、本発明はコンロッドに限定されるものではなく、内燃機関用の摺動部品全般に好適に用いられる。

図１および図２に、本実施形態におけるコンロッド１を示す。図１は、コンロッド１を模式的に示す平面図であり、図２は、図１中の２Ａ−２Ａ’線に沿った断面図である。

コンロッド１は、チタンまたはチタン合金製である。コンロッド１は、図１および図２に示すように、小端部１０および大端部２０と、小端部１０および大端部２０を互いに連結する連結部３０とを備える。

連結部３０は、棒状の形状を有する。連結部３０の一端に小端部１０が設けられており、他端に大端部２０が設けられている。小端部１０には、ピストンピンを通すための貫通
孔（「ピストンピン孔」と呼ばれる。）１２が形成されている。一方、大端部２０には、クランクピンを通すための貫通孔（「クランクピン孔」と呼ばれる。）２２が形成されている。

小端部１０の内周面１０ａ、大端部２０の内周面２０ａおよび大端部２０のスラスト面２０ｂは、他の部品と摺接する。本実施形態では、これらの部位（摺接部位）の少なくとも１つ（好ましくはすべて）に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を含む積層構造が形成されている。以下、図３を参照しながら、この積層構造をより具体的に説明する。図３は、摺接部位に形成された積層構造を模式的に示す断面図である。

図３に示す積層構造は、部品本体１ａ、表面硬化層１ｂ、チタン層２およびＤＬＣ膜３を含む。部品本体１ａ、表面硬化層１ｂ、チタン層２およびＤＬＣ膜３は、コンロッド１の内側からこの順で積層されている。

部品本体（コンロッド本体）１ａは、チタンまたはチタン合金から形成されている。つまり、部品本体１ａは、純チタンか、あるいは、チタンと他の金属元素との合金から形成されている。

表面硬化層１ｂは、部品本体１ａの表面に形成されている。表面硬化層１ｂは、硬化処理によって形成された部品本体１ａよりも硬い層であり、具体的には、チタン酸化物層、チタン窒化物層、チタン炭化物層などである。

チタン層２は、表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間に設けられている。チタン層２は、表面硬化層１ｂ上に直接（他の層を介することなく）設けられている。

ＤＬＣ膜３は、非晶質（アモルファス）構造を有する硬質炭素膜である。ＤＬＣ膜３は、チタン層２上に設けられている。つまり、ＤＬＣ膜３は、表面硬化層１ｂ上にチタン層２を介して設けられている。

上述したように、本実施形態では、チタンまたはチタン合金から形成された部品本体１ａの表面に表面硬化層１ｂが形成されており、この表面硬化層１ｂ上にＤＬＣ膜３が設けられている。このような表面硬化層１ｂおよびＤＬＣ膜３が設けられていることにより、コンロッド１の耐焼き付き性および耐摩耗性が向上し、また、コンロッド１表面の摩擦係数が低下する。本実施形態では、さらに、表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間にチタン層２が設けられている。チタン層２は、表面硬化層１ｂおよびＤＬＣ膜３の両方に対して密着性が高いので、チタン層２が表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間に設けられていることにより、ＤＬＣ膜３の密着性が向上する。そのため、優れた耐衝撃性を実現することができる。

なお、従来、部品表面に対するＤＬＣ膜の密着性を向上させるために、クロム層のような中間層を設けることが知られている。しかしながら、クロム層は表面硬化層に対する密着性が低いので、表面硬化層上にクロム層を設けても十分な耐衝撃性を実現することはできない。勿論、部品本体の表面に表面硬化層を形成せずにクロム層を直接設ければ、部品本体とクロム層との密着性を確保することはできる。しかしながら、その場合、表面硬化層が形成されていないために部品本体の表面が柔らかいので、局所的に部品本体が塑性変形し（潤滑油中のコンタミ成分による圧痕や、相手材のエッジでの摺動による）、部品本体の変形に追従できなくなったＤＬＣ膜の剥離、磨耗が進行してしまう。本実施形態のように、部品本体１ａの表面に表面硬化層１ｂが設けられていることにより、部品本体１ａの局所的な塑性変形を防止することができる。また、表面硬化層１ｂに対しては、クロム層のような従来の中間層は密着性が低いが、本実施形態のように表面硬化層１ｂ上に表面
硬化層１ｂおよびＤＬＣ膜３の両方に対する密着性に優れたチタン層２を設けることにより、十分な耐衝撃性が得られる。

なお、本実施形態では、表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間にチタン層２が設けられているが、チタン層２に代えてチタン合金層を設けてもよい。チタン合金層も、表面硬化層１ｂおよびＤＬＣ膜３の両方に対して密着性が高いので、チタン合金層が表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間に設けられていることにより、同様の効果を得ることができる。チタン合金層の組成に特に限定はない。

優れた耐衝撃性と高い生産性とを両立する観点からは、チタン層２（またはチタン合金層）は、１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。厚さが１００ｎｍ未満であると、ＤＬＣ膜３の十分な密着性を確保できず、耐衝撃性を十分に向上させられないことがある。また、厚さが１５００ｎｍを超えると、チタン層２（またはチタン合金層）の形成に要する時間（成膜時間）が長くなり、生産性が低下することがある。

製造コストの観点からは、表面硬化層１ｂは、チタン酸化物（ＴｉＯ₂）層であること
が好ましい。チタン酸化物層は、大気中で形成することが可能であり、チタン窒化物層やチタン炭化物層を形成するときのような原料ガスを必要としない。また、形成のためにプラズマＣＶＤ装置などを使用する必要もない。そのため、チタン酸化物層は、安価に形成することができる。

なお、図１および図２には、一体型と呼ばれるタイプのコンロッド１を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、大端部が２つに分割された分割型のコンロッドにも好適に用いられる。

続いて、本実施形態におけるコンロッド１の製造方法を説明する。

まず、チタンまたはチタン合金から形成された部品本体１ａを用意する。部品本体１ａは、コンロッドの製造方法として公知の種々の方法により形成することができる。チタン合金としては、種々の組成を有するものを用いることができ、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金やβ型チタン合金を好適に用いることができる。

次に、部品本体１ａの表面に表面硬化層１ｂを形成する。表面硬化層１ｂは、部品本体１ａ全体の表面に形成する必要はなく、優れた耐焼き付き性および耐摩耗性が要求される部位の表面に形成すればよい。つまり、表面硬化層１ｂは、部品本体１ａの少なくとも一部の表面に形成すればよい。表面硬化層１ｂの厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。厚さが５０μｍ未満であると、摺動性不足により磨耗、焼き付きが生じることがある。また、厚さが１５０μｍを超えると、厚い脆化層により疲労強度が低下し、破損することがある。

表面硬化層１ｂがチタン酸化物層である場合、部品本体１ａの表面に酸化処理が施される。酸化処理は、例えば、大気雰囲気中で部品本体１ａを６００℃以上に３０分〜８時間加熱することにより行われる。また、表面硬化層１ｂがチタン窒化物層である場合には、部品本体１ａの表面に窒化処理が施され、表面硬化層１ｂがチタン炭化物層である場合には、部品本体１ａの表面に炭化処理が施される。

続いて、表面硬化層１ｂ上にチタン層２を形成する。チタン層２は、例えばスパッタリング法により形成することができる。なお、既に説明したように、チタン層２に代えてチタン合金層を形成してもよい。また、既に説明した理由から、チタン層２（またはチタン合金層）は１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さに形成されることが好ましい。

その後、チタン層２上にＤＬＣ膜３を形成する。ＤＬＣ膜３は、ＣＶＤ（化学気相成長）法やＰＶＤ（物理気相成長）法によって形成することができる。ＣＶＤ法としては、例えばプラズマＣＶＤ法を好適に用いることができ、ＰＶＤ法としては、例えばスパッタリング法やイオンプレーティング法を好適に用いることができる。ＤＬＣ膜３の厚さは、１μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。厚さが１μｍ未満であると、耐摩耗性不足により磨耗することがある。また、厚さが６μｍを超えると、密着性不足により剥離が生じることがある。

このようにして、本実施形態におけるコンロッド１を製造することができる。

なお、表面硬化層１ｂとしてチタン酸化物層を形成する場合、チタン層２（またはチタン合金層）を形成する工程の前に、チタン酸化物層の最表部を除去することが好ましい。チタン酸化物層の最表部は、酸化スケールと呼ばれる脆い部分であるので、この部分を除去しておくことにより、チタン層２（またはチタン合金層）の表面硬化層（チタン酸化物層）１ｂに対する密着性を向上させることができる。

酸化スケールを除去する場合、チタン層２の密着性を十分に高くする観点からは、除去後のチタン酸化物層の最表面のビッカース硬さＨＶ（０．１）が４００以上であることが好ましい。また、チタン酸化物層の表面に大きな凹凸が存在すると、密着性の低下の原因となるので、除去後のチタン酸化物層の表面粗さは最大高さＲｚで１．６μｍ以下、十点平均粗さＲｚ_JISで３．２μｍ以下であることが好ましい。

酸化スケールの除去は、バレル研磨により行うことが好ましい。バレル研磨によって酸化スケールを除去すると、表面粗さを小さくすることが容易である。

ここで、下記のようにして実際に製造した本実施形態におけるコンロッド１（実施例）と、チタン層２の代わりにクロム層および窒化クロム層を含む点以外は本実施形態のコンロッド１と同じ構成を有する比較例のコンロッドについて、ＤＬＣ膜３の密着性を評価した結果を説明する。

（実施例）
まず、チタン合金（具体的にはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金）製の部品本体１ａを用意し、この部品本体１ａに対して脱脂処理を行った。次に、部品本体１ａを大気雰囲気で８００℃に６０分加熱することによって、表面硬化層１ａとしてチタン酸化物層を形成した。形成されたチタン酸化物層の厚さは６０μｍであった。

続いて、遠心バレル研磨機を用いてチタン酸化物層の最表部（酸化スケール）を除去した。具体的には、最表面から８μｍの深さまでの部分を除去した。また、この研磨により、チタン酸化物層の表面の粗い部分（凹凸の多い部分）を除去し、表面の最大高さＲｚを１．６μｍ以下とした。

次に、酸化スケールが除去された部品本体１ａをスパッタリング装置のチャンバ内に導入した。続いて、チャンバ内の圧力が０．４Ｐａになるまで真空引きを行うとともに、チャンバ内の温度が２００℃になるようヒータを用いて加熱を行った。この状態で、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、３０分間チタン酸化物層の表面をスパッタリングすることによってイオンボンバード処理を行い、表面を活性化かつ洗浄した。

続いて、純チタンをターゲットとして４０分スパッタリングを行うことによって、チタン酸化物層上に厚さ７００ｎｍのチタン層２を形成した。その後、プラズマＣＤＶ装置の
チャンバ内で圧力１Ｐａ、炭化水素ガス雰囲気中でプラズマＣＶＤを行うことにより、チタン層２上に厚さ２３００ｎｍのＤＬＣ膜３を形成した。

（比較例）
チタン層２の代わりに厚さ３００ｎｍのクロム層および厚さ４００ｎｍの窒化クロム層をこの順で形成する点以外は実施例と同様にしてコンロッドを製造した。クロム層はクロムをターゲットとしたスパッタリング法により形成し、窒化クロム層は、窒素ガスを導入した状態でスパッタリングを行うことにより形成した。

（密着性評価試験）
実施例および比較例のコンロッドに対し、ロックウェル圧痕試験（Ｃスケール）を行った。具体的には、実施例および比較例のコンロッドの表面に圧子を打ち込み、ＤＬＣ膜の剥離状態を観察した。図４に、比較例のコンロッド表面の電子顕微鏡写真を示し、図５に、実施例のコンロッド１表面の電子顕微鏡写真を示す。

比較例のコンロッドでは、図４に示すように、圧痕の外側で広い領域にわたってＤＬＣ膜が剥離しており、ＤＬＣ膜の密着性が低いことがわかる。これに対し、実施例のコンロッド１では、図５に示すように、ほぼ圧痕部分のみ、つまり、大きな塑性変形が加わった部分のみでＤＬＣ膜３の剥離が発生しており、ＤＬＣ膜３の密着性が非常に高いことがわかる。

上述したように、表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間にチタン層２を設けることによって、ＤＬＣ膜３の密着性が向上する。なお、図３には、表面硬化層１ｂとＤＬＣ膜３との間にチタン層２のみが設けられている構成を例示したが、図６に示すように、チタン層２とＤＬＣ膜３との間に中間層４を設けてもよい。中間層４は、例えば、クロム層、シリコン層およびタングステン層や、あるいは、これらの複合層である。また、中間層４は、金属元素または非金属元素とＤＬＣとが混在し、且つ、これらの割合が厚さ方向に沿って変化する層（「ＤＬＣ傾斜層」と呼ばれる。）であってもよい。ＤＬＣ傾斜層は、例えば、タングステン−ＤＬＣ層や、シリコン−ＤＬＣ層である。

例示したような中間層４は、上下の層に対してヤング率、硬さ等の物理的性質を徐変させたり、残留応力を緩和させたりすることができるので、このような中間層４を設けることにより、ＤＬＣ膜３の密着性がいっそう向上し、より優れた耐衝撃性を実現することができる。なお、図６には、チタン層２とＤＬＣ膜３との間に中間層４を１層設ける構成を示したが、中間層４を複数層（つまり２層以上）設けてもよい。

本実施形態におけるコンロッド１は、各種の内燃機関に好適に用いられる。図７に、本実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００を示す。内燃機関１００は、クランクケース１１０、シリンダブロック１２０およびシリンダヘッド１３０を有している。

クランクケース１１０内にはクランクシャフト１１１が収容されている。クランクシャフト１１１は、クランクピン１１２およびクランクウェブ１１３を有している。

クランクケース１１０の上に、シリンダブロック１２０が設けられている。シリンダブロック１２０には、円筒状のシリンダスリーブ１２１がはめ込まれており、ピストン１２２は、シリンダスリーブ１２１内を往復し得るように設けられている。

シリンダブロック１２０の上に、シリンダヘッド１３０が設けられている。シリンダヘッド１３０は、シリンダブロック１２０のピストン１２２やシリンダスリーブ１２１とともに燃焼室１３１を形成する。シリンダヘッド１３０は、吸気ポート１３２および排気ポ
ート１３３を有している。吸気ポート１３２内には燃焼室１３１内に混合気を供給するための吸気弁１３４が設けられており、排気ポート１３３内には燃焼室１３１内の排気を行うための排気弁１３５が設けられている。

ピストン１２２とクランクシャフト１１１とは、コンロッド１によって連結されている。具体的には、コンロッド１の小端部１０の貫通孔にピストン１２２のピストンピン１２３が挿入されているとともに、大端部２０の貫通孔にクランクシャフト１１１のクランクピン１１２が挿入されており、そのことによってピストン１２２とクランクシャフト１１１とが連結されている。大端部２０の貫通孔の内周面とクランクピン１１２との間には、ローラベアリング（転がり軸受け）１１４が設けられている。

部品本体１ａがチタンまたはチタン合金から形成された（つまり軽量な）本実施形態におけるコンロッド１を用いることにより、内燃機関１００の軽量化を図ることができる。また、軽量な本実施形態におけるコンロッド１を用いることにより、慣性力を低減できるので、内燃機関１００の振動を低減し、レスポンスを向上させることができる。さらに、ＤＬＣ膜３の摩擦係数は低いので、本実施形態におけるコンロッド１を用いることにより、フリクションロスを低減できる。そのため、高燃費化および高出力化を図ることができる。また、ＤＬＣ膜３は相手攻撃性が低い。そのため、本実施形態におけるコンロッド１を用いると、相手材の損耗を少なくすることができ、内燃機関１００の耐久性が向上する。

本実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００は、自動二輪車をはじめとする各種の輸送機器に好適に用いられる。図８に、図７に示した内燃機関１００を備えた自動二輪車を示す。

図８に示す自動二輪車では、本体フレーム３０１の前端にヘッドパイプ３０２が設けられている。ヘッドパイプ３０２には、フロントフォーク３０３が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク３０３の下端には、前輪３０４が回転可能なように支持されている。

本体フレーム３０１の後端上部から後方に延びるようにシートレール３０６が取り付けられている。本体フレーム３０１上に燃料タンク３０７が設けられており、シートレール３０６上にメインシート３０８ａおよびタンデムシート３０８ｂが設けられている。

また、本体フレーム３０１の後端に、後方へ延びるリアアーム３０９が取り付けられている。リアアーム３０９の後端に後輪３１０が回転可能なように支持されている。

本体フレーム３０１の中央部には、内燃機関１００が保持されている。内燃機関１００の前方には、ラジエータ３１１が設けられている。内燃機関１００の排気ポートには排気管３１２が接続されており、排気管３１２の後端にマフラー３１３が取り付けられている。

内燃機関１００には変速機３１５が連結されている。変速機３１５の出力軸３１６に駆動スプロケット３１７が取り付けられている。駆動スプロケット３１７は、チェーン３１８を介して後輪３１０の後輪スプロケット３１９に連結されている。変速機３１５およびチェーン３１８は、内燃機関１００により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。

なお、本実施形態ではコンロッド１を例として本発明を説明したが、本発明はコンロッド１に限定されず、内燃機関用摺動部品全般に広く用いられる。例えば、本発明はエンジ
ンバルブやバルブリフタにも好適に用いられる。

本発明によると、チタンまたはチタン合金製の摺動部品の表面に設けられるＤＬＣ膜の密着性を向上させ、優れた耐衝撃性を実現することができる。本発明による摺動部品を備えた内燃機関は、乗用車、オートバイ、バス、トラック、トラクター、飛行機、モーターボート、土木車両などの各種輸送機器に好適に用いられる。

１ コンロッド
１ａ 部品本体
１ｂ 表面硬化層
２ チタン層
３ ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜
４ 中間層
１０ 小端部
１０ａ 小端部の内周面
１２ 小端部の貫通孔（ピストンピン孔）
２０ 大端部
２０ａ 大端部の内周面
２２ 大端部の貫通孔（クランクピン孔）
３０ 連結部
１００ 内燃機関

Claims (11)

1. チタンまたはチタン合金から形成された部品本体と、
   前記部品本体の表面に形成された表面硬化層と、
   前記表面硬化層上に設けられたダイヤモンドライクカーボン膜と、
   前記表面硬化層と前記ダイヤモンドライクカーボン膜との間に設けられたチタン層またはチタン合金層と、を有し、
   前記表面硬化層は、チタン酸化物層である内燃機関用摺動部品。
2. 前記チタン層または前記チタン合金層は、１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さを有する請求項１に記載の内燃機関用摺動部品。
3. 前記表面硬化層は、５０μｍ以上１５０μｍ以下の厚さを有する請求項１または２に記載の内燃機関用摺動部品。
4. 小端部および大端部と、
   前記小端部および前記大端部を互いに連結する連結部と、を備えたコンロッドである請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関用摺動部品。
5. 前記小端部および前記大端部の少なくとも一方の内周面に、前記表面硬化層と、前記チタン層または前記チタン合金層と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜とが設けられている請求項４に記載の内燃機関用摺動部品。
6. 前記大端部のスラスト面に、前記表面硬化層と、前記チタン層または前記チタン合金層と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜とが設けられている請求項４または５に記載の内燃機関用摺動部品。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関用摺動部品を備えた内燃機関。
8. 請求項７に記載の内燃機関を備えた輸送機器。
9. チタンまたはチタン合金から形成された部品本体を用意する工程と、
   前記部品本体の表面に表面硬化層を形成する工程と、
   前記表面硬化層上にチタン層またはチタン合金層を形成する工程と、
   前記チタン層またはチタン合金層上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、
   を包含し、
   前記表面硬化層を形成する工程において、前記部品本体の表面に酸化処理が施されることによって前記表面硬化層としてチタン酸化物層が形成される内燃機関用摺動部品の製造方法。
10. 前記チタン層またはチタン合金層を形成する工程において、前記チタン層またはチタン合金層は１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の厚さに形成される請求項９に記載の内燃機関用摺動部品の製造方法。
11. 前記チタン層またはチタン合金層を形成する工程の前に、前記チタン酸化物層の最表部を除去する工程をさらに包含する請求項９または１０に記載の内燃機関用摺動部品の製造方法。

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