JP2015108181A - 車両用摺動部材及び車両の動弁機構 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両用摺動部材11の表面に、硬質炭素皮膜1を形成する。硬質炭素皮膜1には、窒化クロムを積層してなり、基材2上に形成される窒化クロム層4と、窒化クロム層4の上に炭化クロム系物質を積層してなる炭化クロム層6とが設けられる。また、炭化クロム層6に含まれるクロム及び炭素について、炭化クロム層6の全原子数に対する前記クロムの原子組成比は、40[at%]以上50[at%]未満とする。
【選択図】図2
Description
前記窒化クロム層は窒化クロムが主成分の層であり、窒化クロムのみからなるものに限定されない。したがって、窒化クロム層に他の物質が混入していてもよい。同様に、前記炭化クロム層は、炭化クロム系物質が主成分の層であって、他の物質が混入していてもよい。なお、ここでいう窒化クロムとはクロムの窒化物であり、その組成はCrNである。一方、ここでいう炭化クロム系物質とはクロムの炭化物全般を意味し、その組成式は変数x、yを用いて一般に、CrxCyと表現される。
(3)あるいは、前記硬質炭素皮膜が、クロムを含有し前記基材と前記窒化クロム層との間に挟装される第二クロム層を備えることが好ましい。
本実施形態の車両用摺動部材としてのバルブタペット11を備えたエンジン(内燃機関)のシリンダーヘッド10を図1に示す。バルブタペット11は、エンジンの動弁機構内に設けられる摺動部材であり、カムシャフト12の回転運動をポペットバルブ13の往復運動として伝達するものである。このバルブタペット11には、中空円筒状に形成されるスカート部11aと、スカート部11aの上端を閉塞する頂面部11bとが設けられる。頂面部11bの上面側はカムシャフト12に固定されるカム14と摺接し、頂面部11bの下面側はポペットバルブ13の上端に当接する。ポペットバルブ13は、ステムガイド16を介してシリンダーヘッド10に対して上下摺動可能に保持される。
以下、有機モリブデンや無機モリブデンを含有するモリブデン系の摩擦調整剤,摩耗防止剤,添加剤のことを、単に「モリブデン系の摩擦調整剤」と呼ぶ。
バルブタペット11の頂面部11bの上面側とスカート部11aの外筒面には、硬質炭素皮膜1が形成される。図2に硬質炭素皮膜1の断面構造を模式的に示す。この硬質炭素皮膜1は、組成の異なる複数の皮膜を基材2上に層状に積層してなるクロム含有硬質炭素皮膜であり、基材2側から順に、接着クロム層3,窒化クロム層4,中間クロム層5,炭化クロム層6及びモリブデン付着部7を有する。
なお、モリブデン層8は、モリブデン系の摩擦調整剤を含む潤滑油中に硬質炭素皮膜1を曝すことで形成されるものであるが、硬質炭素皮膜1を潤滑油に曝露する前に予めモリブデン層8を形成しておくことも可能である。例えば、モリブデン付着部7の上に二硫化モリブデンを塗布して固定し、これをモリブデン層8としてもよい。
上記の硬質炭素皮膜1は、スパッタリング,真空蒸着,イオン化蒸着,アークイオンプレーティング法などを利用したPVD,PCVD、または、これらの方法を組み合わせた手法で成膜される。ここでは、PCVDとスパッタリングを併用して硬質炭素皮膜1の窒化クロム層4から上層を成膜する手法を説明する。
硬質炭素皮膜1の摺動特性について、ピンオンディスク試験装置で摩擦摩耗特性を評価した。ピンオンディスクの試験は潤滑状態で実施するものとし、潤滑油中にモリブデン系の摩擦調整剤(Mo-DTC)を含むものを使用した場合と含まないものを使用した場合とに分けて実施した。
図3中の黒四角印は、上記の実施例1〜14のそれぞれについてのクロム原子組成比と摩擦係数μとの関係を示し、実線グラフはクロム原子組成比に対する摩擦係数μの分布(黒四角印の分布)を曲線近似したものである。また、図4は、上記の実施例1〜14のそれぞれについて、ピンオンディスクの試験後の摩擦溝深さを測定した結果を示すものである。図4中の黒丸印は、クロム原子組成比と溝深さとの関係を示し、実線グラフはクロム原子組成比に対する溝深さの分布(黒丸印の分布)を曲線近似したものである。
(1)上記の硬質炭素皮膜1では、炭化クロム層6の表面に露出するクロムの上にモリブデン付着部7を設けることで、炭化クロム層6の表面への二硫化モリブデンの付着性を高めることができる。これにより、炭化クロム層6の金属的性質(クロムの物性に由来する特性)を弱めつつ、二硫化モリブデンによる摩擦低減特性を獲得することができる。また、モリブデン付着部7を炭化クロム層6の表面に設けることで、三酸化モリブデンによる非晶質炭素への脱離作用を抑制することができる。したがって、硬質炭素皮膜1の耐摩耗性及び耐久性を向上させることができる。
(8)また、上記の硬質炭素皮膜1では、表面側ほど硬度が高くなるように、基材2,窒化クロム層4,炭化クロム層6のそれぞれの硬度が設定されている。このように、硬度差が過大にならないように各層の積層順序を定めることで、硬質炭素皮膜1の接着性を向上させることができ、剥離しにくい強靱な皮膜とすることができる。
上述の実施形態では、炭化クロム層6の全原子数に対するクロム原子組成比を炭素の原子組成比未満に設定するものを例示したが、少なくとも炭化クロム層6の表面(表層)における原子組成比をこのように設定すればよい。クロム原子組成比の下限値の設定に関しても同様であり、少なくとも炭化クロム層6の表面(表層)におけるクロム原子組成比が所定の下限組成比以上の値に設定されていればよい。例えば、炭化クロム層6の下層(中間クロム層5に近い側)のクロム原子組成比は任意の組成比とし、表層のクロム原子組成比を40〜50[at%]とする。このような構成であっても、炭化クロム層6の表面にモリブデン付着部7を形成することができる。
2 基材
3 接着クロム層(第二クロム層)
4 窒化クロム層
5 中間クロム層(第一クロム層)
6 炭化クロム層
7 モリブデン付着部
8 モリブデン層
11 バルブタペット
Claims (5)
- 窒化クロムを積層してなり、基材上に形成される窒化クロム層と、
前記窒化クロム層の上に炭化クロム系物質を積層してなる炭化クロム層と、を備える硬質炭素皮膜が形成されている車両用摺動部材において、
前記炭化クロム層に含まれるクロム及び炭素について、前記炭化クロム層の全原子数に対する前記クロムの原子組成比が、40[AT%]以上50[AT%]未満である
ことを特徴とする、車両用摺動部材。 - 前記硬質炭素皮膜が、
クロムを含有し前記窒化クロム層と前記炭化クロム層との間に挟装される第一クロム層を備える
ことを特徴とする、請求項1に記載の車両用摺動部材。 - 前記硬質炭素皮膜が、
クロムを含有し前記基材と前記窒化クロム層との間に挟装される第二クロム層を備える
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の車両用摺動部材。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載の硬質炭素皮膜が形成されたバルブタペットと、
前記バルブタペットに供給される潤滑油と、を備えた車両の動弁機構であって、
前記潤滑油が、モリブデンを含有する摩擦調整剤又は摩耗防止剤を含む
ことを特徴とする、車両の動弁機構。 - 窒化クロムを積層してなり、基材上に形成される窒化クロム層と、
前記窒化クロム層の上に炭化クロム系物質を積層してなる炭化クロム層と、
前記炭化クロム層の上に二硫化モリブデンを付着させてなるモリブデン層と、を備える硬質炭素皮膜が形成された
ことを特徴とする、車両用摺動部材。
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