JP2019002468A

JP2019002468A - 自動変速機

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Publication number: JP2019002468A
Application number: JP2017117146A
Authority: JP
Inventors: 奥山　勝; Masaru Okuyama; 勝奥山; 広行森; Hiroyuki Mori; 遠山　護; Mamoru Toyama; 護遠山; 江本　憲幸; Noriyuki Emoto; 憲幸江本; 尚仁吉田; Naohito Yoshida
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: JP6826001B2

Abstract

【課題】圧接部の高摩擦係数と摺接部の低摩擦係数を両立できる高効率な自動変速機を提供する。【解決手段】本発明の自動変速機は、対向する一対の圧接面を有する圧接部と、対向する一対の摺接面を有する摺接部と、圧接面間および摺接面間に介在する作動潤滑油とを備える。摺接面の少なくとも一方は、Ｂを含有した非晶質炭素膜（以下「Ｂ−ＤＬＣ膜」という。）により被覆されている。作動潤滑油は、Ｍｏ：５０ｐｐｍ以下およびＺｎ：５０ｐｐｍ以下であると共に、Ｂ：９０〜３００ｐｐｍを含む。作動潤滑油はＭｏやＺｎを含まないため、Ｂ−ＤＬＣ膜で被覆されていない圧接部で高摩擦係数が確保される。一方、Ｂを従来よりも多く含む作動潤滑油と摺接面を被覆するＢ−ＤＬＣ膜とが相乗的に作用することにより、摺接部における摩擦係数を大幅に低減できる。こうして本発明によれば、従来よりも低損失で高効率な自動変速機を提供できる。【選択図】図３

Description

本発明は、一種の作動潤滑油の存在下で、部位により異なる摩擦係数が要求される自動変速機に関する。

自動車の燃費向上等を図るため、各摺接面間（摺動面間を含む）の低摩擦化が図られている。摺接面間の摩擦係数は、対向する摺接面の表面性状と、それらの間に介在する潤滑油の特性に大きく依存している。

このような観点から、非晶質炭素膜で被覆された摺動部材を特定成分の潤滑油下で用いる提案がなされており、下記の特許文献に関連した記載がある。

特許５３４２３６５号公報特許５３５８５２１号公報特開２０１４−２２４２３９号公報

特許文献１〜３に係る潤滑油はいずれもエンジン油を前提としている。エンジン油には、潤滑性、燃焼ガスから生じる汚染物の浄化性、粘性、冷却性等の多くの特性が要求される。もっとも、摺動特性に限れば、エンジン油は摺接面間の摩擦係数を単に低減できれば十分である。内燃機関（エンジン）内には、摩擦力を利用して動力を伝達したり、圧接により連結する部位等がないためである。

これに対して自動変速機は、エンジンと異なり、摩擦係数の低減が求められる摺接部に加えて、摩擦係数の確保が求められる圧接部を備える。例えば、有段自動変速機であれば、鋼板と摩擦材の圧接・解放により動力の伝達・遮断や変速を行うクラッチやブレーキ等の圧接部を備える。また無段自動変速機であれば、入出力プーリのシーブ面と無端ベルト（フープ）を構成するエレメントのフランク面との圧接により動力伝達や変速を行う圧接部を備える。

このような自動変速機に用いられる作動潤滑油は、圧接面間で所望の摩擦係数を確保する必要があるため、通常、摩擦係数の低減に特化したエンジン油に多く含まれる極圧添加剤等を含まない。また、自動変速機はエンジンと異なり、燃焼ガスに曝されたりせず、エンジンほど高温環境下で使用されることもない。このため自動変速機の作動潤滑油は、エンジン油に含まれるほど多くの浄化剤等を必要とせず、エンジン油ほどの粘度も不要である。このように自動変速機の作動潤滑油は、成分や要求特性がエンジン油とは大きく異なるため、作動潤滑油下における摺動特性と、エンジン油下における摺動特性とを同列に扱うことはできない。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、一種の作動潤滑油の存在下で、圧接面間に必要な高摩擦係数と摺接面間に必要な低摩擦係数とを両立しつつ、従来よりも効率化を図れる自動変速機を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、摺接面（摺動面を含む。）の表面被膜と作動潤滑油の成分との新たな組合わせにより、圧接面間の高摩擦係数を確保しつつ、摺接面間の摩擦係数をさらに低減し得ることを発見した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《自動変速機》
（１）本発明は、対向する一対の圧接面を有する圧接部と、対向する一対の摺接面を有する摺接部と、該圧接面間および該摺接面間に介在する作動潤滑油と、を備える自動変速機であって、前記摺接面の少なくとも一方は、Ｂを含有した非晶質炭素膜（以下「Ｂ−ＤＬＣ膜」という。）により被覆されており、前記作動潤滑油は、Ｍｏ：５０ｐｐｍ以下およびＺｎ：５０ｐｐｍ以下であると共に、Ｂ：９０〜５００ｐｐｍを含む自動変速機である。

（２）本発明によれば、一種類の作動潤滑油（フルード）をもちいつつ、圧接面間で必要となる高摩擦係数を実現できると共に、摺接面間で従来よりも低摩擦係数を実現でき、自動変速機のさらなる高効率化を図ることができる。本発明により、圧接面間の高摩擦係数と摺接面間の低摩擦係数を両立できる理由は、必ずしも定かではないが、現状では次のように考えられる。

先ず、本発明に係る作動潤滑油には、ＭｏやＺｎが殆ど含まれない。これは、摺動部の摩擦係数を低減させるためにエンジン油に一般的に添加されるＭｏ系化合物やＺｎ系化合物が、その作動潤滑油には添加されていないためである。これにより圧接面間で所望の摩擦係数が確保され、不必要な低摩擦化が生じることがない。

次に、本発明に係る作動潤滑油には、従来の作動潤滑油やエンジン油等には殆ど含まれないＢを所定量含んでいる。この作動潤滑油中に含まれるＢと、対向する摺接面の少なくとも一方に設けられたＢ−ＤＬＣ膜とが相乗的に作用することにより、摺接面間の摩擦係数を従来よりも低減させることができたと考えられる。

作動潤滑油中のＢとＢ−ＤＬＣ膜が作用する理由は定かではないが、現状、次のように考えられる。すなわち、作動潤滑油中のＢ（またはＢを含有する添加剤）は、膜表面との相互作用により、Ｂ−ＤＬＣ膜中のＢと同等の作用をして、低摩擦特性を得ることが可能になったと考えられる。

このような観点から、本発明に係るフルード中のＢは９０〜５００ｐｐｍ、１００〜３００ｐｐｍさらには１１０〜２００ｐｐｍであると好ましい。Ｂが少なくなると上述した効果が低減し、Ｂが多くなると添加剤との相互作用が増すことになり低摩擦効果を損なう。

《その他》
（１）本発明に係る自動変速機は、有段自動変速機でも無段自動変速機でもよい。また本発明に係る作動潤滑油も、有段自動変速機用でも無段自動変速機用でもよい。通常、有段自動変速機用作動潤滑油（適宜、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）という。）と無段自動変速機用作動潤滑油（適宜ＣＶＴＦ（Continuously Variable Transmission）という。）は、自動変速機の構造に応じた成分に調整されている。

但し、上述したように、いずれの作動潤滑油の場合でも、ＭｏやＺｎを殆ど含まず、圧接面間で所望の高摩擦係数が得られる点と、Ｂを含むことによりＢ−ＤＬＣ膜で被覆された摺接面間で低摩擦化が図られる点は共通する。このような点に着眼すると、本発明は、自動変速機の摺動システムまたは自動変速機の駆動システムと換言することもできる。

（２）本発明に係る作動潤滑油の含有成分（ｐｐｍ）は、作動潤滑油全体に対する質量割合として示している。なお、作動潤滑油は、ベース油（鉱物油、合成油）に対して種々の添加剤を添加して新たに開発したものでも良いし、少なくともＢを含む添加剤を既存油に添加して調製したものでもよい。

（３）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

各試料（摺接面）に係る摩擦係数（フルードＡ１使用）を示す棒グラフである。その各試料に係る摩耗深さ（フルードＡ１使用）を示す棒グラフである。摺接面（試料Ｂ１）と圧接面（試料Ｃ０）の各摩擦係数を、各フルード毎に示した棒グラフである。ベーンポンプの摩擦損失トルクを、ベーンの被覆膜毎に示した棒グラフである。

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。製造方法に関する構成要素は、物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《作動潤滑油》
本発明に係る作動潤滑油は、いわゆる自動変速機用フルード（単に「フルード」という。）であり、自動変速機の構造や仕様に応じて適宜、基油の種類や添加剤等が選択される。もっともフルードは、エンジン油とは異なり、圧接面間における高摩擦係数と摺接面間における低摩擦係数を両立させる必要がある。

このため、Ｍｏ系化合物（例えば、ＭｏＤＴＣ：モリブデンジチオカーバメート）のように摩擦係数を全体的（一方的）に低減させる摩擦低減材（添加剤）や、Ｚｎ系化合物（例えば、ＺｎＤＴＰ：ジアルキルジチオりん酸亜鉛）のように、極圧剤および摩耗防止剤として用いられる添加剤は、本発明に係るフルードには含まれない。従ってフルード中のＭｏは、５０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下さらには５ｐｐｍ以下であると好ましい。またフルード中のＺｎは、５０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下さらには１０ｐｐｍ以下であると好ましい。

摩擦低減剤や極圧剤等の一部を構成することが多いＳやＰも、エンジン油とは異なり、フルード中にはあまり必要ではない。このためフルード中のＳは、５００〜１３００ｐｐｍさらには７００〜１１００ｐｐｍ程度であればよい。またフルード中のＰは、１００〜５００ｐｐｍ、２００〜４００ｐｐｍさらには３００〜３５０ｐｐｍ程度であればよい。

また、エンジン油は、高温域で使用されると共に燃焼ガスとも部分的に接触し得るため、Ｃａ系化合物等の清浄分散剤が多く添加されている。しかし自動変速機のフルードは、エンジン油と使用環境が異なるため、そのような添加剤量は少なくてよい。従ってフルード中のＣａは、１０００ｐｐｍ以下、７００ｐｐｍ以下さらには５５０ｐｐｍ以下程度であるとよい。同様に、Ｎａは、５０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下さらには１０ｐｐｍ以下であると好ましい。

勿論、清浄分散性の確保や圧接部の振動（シャダー等）の低減を目的として、Ｃａ系化合物（例えば、塩基性Ｃａスルホネート）はフルードに添加されてもよい。このため、フルード中のＣａは、１００ｐｐｍ以上、２５０ｐｐｍ以上さらには４００ｐｐｍ以上でもよい。

《Ｂ−ＤＬＣ膜》
（１）膜組成
摺接面の少なくとも一部に形成されるＢ−ＤＬＣ膜は、膜全体を１００原子％としたときに、合計で４〜２０％さらには５〜１５％となるＢを含むと好ましい。Ｂが過少では摺接面間の摩擦係数の低減が不十分となり、Ｂが過多になると非晶質炭素膜の形成自体が困難となる。

Ｂ−ＤＬＣ膜は、さらに、膜全体を１００原子％としたときに、Ｈを５〜２５％、８〜２２％さらには１０〜２０％含むと好ましい。Ｂ−ＤＬＣ膜がＨを含むと、少なくともＨを実質的に含まないＤＬＣ膜（適宜「Ｈフリ−ＤＬＣ膜」という。）よりも、摺接面の摩擦係数が低減され易くなる。但し、Ｈが過多になると、Ｂ−ＤＬＣ膜は軟質化して耐摩耗性が低下し得る。

本発明に係るＢ−ＤＬＣ膜は、ＢおよびＣ（残部）を必須元素とするが、その特性改善に有効な改質元素や不可避不純物を含み得る。Ｈ以外の改質元素として、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ等がある。これらの改質元素は、合計でも８原子％未満さらには４原子％未満であると好ましい。なお、Ｂ−ＤＬＣ膜の膜組成は、膜厚方向に関して、均質的でも、傾斜的でも、または多少変化していてもよい。但し、本明細書でいう膜組成は、摺動特性への影響が大きい最表面近傍の膜組成を、後述する測定方法により特定したものである。

（２）構造・特性
Ｂ−ＤＬＣ膜も従来のＤＬＣ膜と同様にアモルファス構造からなる。またＢ−ＤＬＣ膜は、炭化物を実質的に含まず、無配向性組織からなると好ましい。

Ｂ−ＤＬＣ膜は、例えば、硬さが１０〜３０ＧＰａさらには１３〜２６ＧＰａであると好ましい。硬さが小さいと耐摩耗性が低下し易く、硬さが過大になると膜割れ等を生じ易くなる。

またＢ−ＤＬＣ膜は、例えば、膜密度が１．７〜２．５ｇ／ｃｍ^３、１．８〜２．４ｇ／ｃｍ^３さらには２．０〜２．３ｇ／ｃｍ^３であると好ましい。これによりＢ−ＤＬＣ膜は、低摩擦特性に加えて、高耐摩耗性や高靱性等をも発揮され易くなる。

なお、Ｂ−ＤＬＣ膜が形成される摺接部の基材は問わないが、例えば、溶製材や焼結材からなる鋼材が代表例であり、特に焼き入れ等により高強度化された鋼材が好ましい。

（３）成膜方法
Ｂ−ＤＬＣ膜は、例えば、スパッタリング法（特にアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法）、プラズマＣＶＤ法、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法等により成膜される。Ｂ−ＤＬＣ膜中のＨ量は、例えば、メタン（ＣＨ_４）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、ベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）などの炭化水素系ガスをチャンバーへ導入することにより調整される。

《自動変速機》
（１）本発明の自動変速機は、有段自動変速機でも無段自動変速機でもよい。いずれの自動変速機でも、圧接部と摺接部を備える。有段自動変速機の圧接部は、例えば、動力伝達や変速を行う際に連結されるクラッチやブレーキ、トルクコンバータのロックアップ等である。いずれも、鋼材等からなる金属プレート（ケース・ハウジングを含む。）と摩擦材等が貼着された摩擦板とが油圧ピストン等により加圧されて密着する。このような金属プレートと摩擦板の対向面（の少なくとも一方）が本明細書でいう圧接面となる。

無段自動変速機の圧接部は、例えば、入力プーリや出力プーリと無端ベルトとからなる摩擦伝動部である。この場合、各プーリのシーブ面と無端ベルトを構成するエレメントのフランク面との少なくとも一方が本明細書でいう圧接面となる。勿論、無段自動変速機も、上述したようなクラッチ、ブレーキ、ロックアップ等（圧接部）を同様に備えてもよい。

（２）摺接部は、各軸と軸受からなる枢支部の他、例えば、フルードの圧送に必要なオイルポンプ等の駆動部がある。代表的なオイルポンプとして、内接式歯車ポンプやベーンポンプがある。内接式歯車ポンプは、例えば、有底円筒状のケース、アウターロータおよびインナーロータを備える。アウターロータはケース内で摺動回転可能に嵌入されている。インナーロータは、アウターロータ内に嵌挿されている。インナーロータは、均等に配設された複数の外歯を有し、エンジン等の入力軸により回転駆動される。アウターロータには、インナーロータの外歯に内接する内歯が均等に複数配設されている。アウターロータとインナーロータは偏心（オフセット）して配置されており、インナーロータの回転に伴い、アウターロータの内歯とインナーロータの外歯が噛合と離脱を繰り返す。この際、内歯と外歯の間にできる空間は、ケースの吸入ポート側で拡張し、ケースの吐出ポート側で縮小する。これにより、吸入ポートから導入された作動潤滑油が吐出ポートから圧送される。

ベーンポンプは、例えば、ハウジング等に固定されたカムリング、ロータおよび複数のベーンを備える。カムリングは筒状であり、ロータはカムリング内に収容されて、エンジン等の入力軸により回転駆動される。ベーンは、ロータの外周側に放射状に設けられた開溝（スロット）に往復動自在に嵌挿されている。ロータの回転に伴い、ベーンは遠心力と自らのベーンポンプによって作られた油圧によりカムリングの内周面（摺接面）へ突出し、ベーンの先端面（摺接面）はカムリングの内周面（摺接面）に当接した状態のまま摺動する。ここで、ロータとカムリングは偏心（オフセット）して配置されているか、カムリングが非円筒状（例えば楕円筒状）となっている。このため、ロータの回転に伴って隣接するベーン内の容積は変化する。これにより、吸入ポートから導入された作動潤滑油が吐出ポートから圧送される。

いずれのタイプでも、オイルポンプの駆動には相応なトルク・出力が必要となる。その摺接面にＢ−ＤＬＣ膜が設けられていると、駆動トルクが低減され、自動変速機の高効率化が図られる。Ｂ−ＤＬＣ膜により被覆される摺接面は、具体的にいうと、内接式歯車ポンプの場合ならアウターロータの内歯面またはインナーロータの外歯面の少なくとも一方である。ベーンポンプの場合なら、カムリングの内周面またはベーンの先端面の少なくとも一方である。勿論、Ｂ−ＤＬＣ膜による被覆は、ベーンの先端面だけも十分であるが、それ以外の領域（例えば側面）がＢ−ＤＬＣ膜で被覆されていてもよい。

摺接面の被覆状態が異なる試験片と、含有成分が異なる作動潤滑油（単に「フルード」という。）とを種々組合わせて、摩擦係数と摩耗深さを測定する基礎試験と、ベーンポンプの摩擦損失トルクを測定する実機試験とを行った。これらの試験を通じて、本発明をより具体的に説明する。

［基礎試験］
《試料の製造》
（１）基材
被覆する基材として、焼入れ処理した鋼材（ＳＵＳ４４０Ｃ／硬さ：Ｈｖ７００）からなるブロック（６．３ｍｍ×１５．７ｍｍ×１０．１ｍｍ）を用意した（試料Ｂ1・Ｂ２・Ｃ1）。被覆される面（単に「被覆対象面」という。）は、鏡面仕上げにより表面粗さＲａ：０．０１μｍとした。被覆された面（単に「被覆面」という。）は本明細書でいう「摺接面」に相当する。

比較のため、浸炭処理した鋼材（ＳＣＭ４２０／「浸炭鋼材」という。）からなるブロックも同様に用意し、その浸炭面（硬さ：Ｈｖ６００）も、同様に鏡面仕上げした。この浸炭面は本明細書でいう「圧接面」に相当する。本実施例では、試料Ｂ1・Ｂ２・Ｃ１に係る被覆面と試料Ｃ０に係る浸炭面とを併せて、適宜「摺動面」という。

（２）成膜
基材の被覆対象面に、Ｂ−ＤＬＣ膜を成膜した試験片（試料Ｂ1・Ｂ２）と、市販のＤＬＣ膜を成膜した試験片（試料Ｃ1）を用意した。

試料Ｂ１のＢ−ＤＬＣ膜は、マグネトロンスパッタリング装置（ＩＨＩハウザーテクノコーティング製）を、試料Ｂ２のＢ−ＤＬＣ膜は、アンバランスドマグネトロンスパッタリング装置（株式会社神戸製鋼所製ＵＢＭＳ５０４）を用いて成膜した。具体的には次の通りである。先ずスパッタリング装置内を十分に真空排気した後、被覆対象面に対向配置したドープターゲット（Ｂ_４Ｃ）とグラファイトターゲット（Ｃ）を、Ａｒガスでスパッタリングした。この際、Ｈを含有した炭化水素系ガス（ＣＨ_４とＣ_２Ｈ_２）を装置内へ導入した。こうして、膜組成・膜密度が異なるＢ−ＤＬＣ膜（膜厚：１〜３μｍ）で被覆された複数の試験片を得た（試料Ｂ１・Ｂ２）。

市販のＤＬＣ膜（日本ＩＴＦ株式会社製／ジーニアスコートＨＡ）は、上述した基材の被覆対象面に、カソーディックアーク（ＣＶＡ）法により成膜されたものである。このＤＬＣ膜を適宜「ＨフリーＤＬＣ膜」という。

《被膜の測定》
（１）膜組成
各膜中の元素（Ｂ・Ｃ・Ａｒ・Ｏ・Ｆｅ・Ｃｒ）を電子プローブ微小部分析法（ＥＰＭＡ）により定量した。Ｈは、ラザフォード後方散乱分光法（Rutherford Backscattering Spectrometry）および水素前方散乱分析法（Hydrogen Forward scattering Spectrometry）により測定した。こうして得られた各膜組成を表１に示した。

（２）表面硬さ、表面粗さおよび膜厚
各膜の表面硬さは、ナノインデンター試験機（株式会社東陽テクニカ製ＭＴＳ）による測定値から求めた。各膜の表面粗さは、白色干渉法非接触表面形状測定機（Ｚｙｇｏ社製ＮｅｗＶｉｅｗ５０２２）により測定した。各膜厚は、ＣＭＳ社製Ｃａｌｏｔｅｓｔにより特定した。こうして得られた各膜の初期特性を表１に併せて示した。

（３）膜密度
膜密度はＸ線反射率法（ＸＲＲ）により求めた。具体的にいうと、Ｘ線反射率測定装置（リガク社製ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いて、入射Ｘ線波長：０．１５４１ｎｍ（ＣｕＫα_１）、出力：４５ｋＶ×２００ｍＡ、測定範囲：０．０〜０．５°、測定ステップ：０．００２°とした条件下で測定を行う。こうして得られたＸ線反射率曲線から求まる各試料の臨界角と上述した各試料の膜組成とを考慮してフィッテングを行って膜密度を求めた。こうして得られた各膜密度も表１に併せて示した。

（４）膜構造
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、各膜の厚さ方向の断面中央部へ電子線を照射した。こうして得られた各膜の電子線回折像はいずれもハローパターンであった。これにより各膜がアモルファス構造（非晶質膜）であることを確認した。

《作動潤滑油》
（１）調製
作動潤滑油として、表２に示すフルードＡ１〜Ａ３およびＥ０を用意した。各作動潤滑油は、基油に、Ｂ系添加剤、Ｃａスルホネート、Ｓ系添加剤、Ｐ系添加剤、コハク酸イミド、有機系摩擦調整材を表２の組成と粘度になるように配合して調製した。フルードＡ１〜Ａ３には、Ｐ系添加剤として、亜リン酸エステル、リン酸エステル若しくはチオリン酸エステルのいずれかを１〜３種類配合している。フルードＡ３には、Ｚｎ系添加剤（非ＺｎＤＴＰ）も配合している。フルードＥ０には、ＺｎＤＴＰとＭｏ系添加剤およびＮａスルホネートを配合している。

（２）分析
各フルードの成分はＩＣＰ（誘導結合プラズマ）質量分析・ＩＣＰ発光分析（ＪＩＳＫ２５４１−５）・化学発光分析（ＪＩＳＫ２６０９）により分析した。また、各フルードの動粘度はＪＩＳＫ２２８３に沿って測定した。こうして得られた各フルードの成分および動粘度（４０℃、１００℃）を表２に併せて示した。

《摩擦試験》
（１）各試験片（試料）と各フルードをそれぞれ組合わせて、ブロックオンリング摩擦試験を行った。これにより、それぞれの場合における摩擦係数（適宜「μ」と略記する。）と、試験後の摺動表面（摺接面）における摩耗深さを測定した。

摩擦試験は、摺動面幅６．３ｍｍのブロック試験片（試料）と、浸炭鋼材（ＡＩＳＩ４６２０）からなるリング試験片（ＦＡＬＥＸ社製Ｓ−１０標準試験片／外径φ３５ｍｍ、幅８．８ｍｍ、硬さＨｖ８００、表面粗さ：Ｒａ０．２８μｍ）とを用いて行った。試験条件は、試験荷重：１３３Ｎ（ヘルツ面圧：２１０ＭＰａ）、すべり速度：０．３ｍ／ｓ、油温：８０℃（一定）とした。この摩擦試験を３０分間行い、試験終了直前の１分間におけるμ平均値を摩擦係数とした。

（２）試験後の各摺動面を上述した非接触表面形状測定機で測定することにより、摩耗深さを求めた。摩耗深さは、摩耗していない領域から最も摩耗している領域までの最大深さとして求めた。

フルードＡ１を用いたときの各試料に係る摩擦係数と摩耗深さを、それぞれ図１と図２に示した。また、各フルードを用いたときの試料Ｂ１（摺接面）と試料Ｃ０（圧接面）に係る摩擦係数を図３に対比して示した。

《評価》
（１）摩擦係数
図１から明らかなように、フルードＡ１を用いた場合、試料Ｃ０に係る浸炭面（圧接面）では高い摩擦係数が確保されていた。これに加えて、試料Ｂ１・Ｂ２に係る被覆面（摺接面）では、浸炭面（試料Ｃ０）は勿論、ＨフリーＤＬＣ膜（試料Ｃ１）の被覆面よりも、低い摩擦係数が得られた。

さらに図３から明らかなように、フルードＡ１を用いた場合、フルードＡ２・Ａ３を用いた場合と比較して、Ｂ−ＤＬＣ膜からなる被覆面（摺接面）における摩擦係数の大幅な低減と、浸炭面（圧接面）における摩擦係数の増加とを図れることがわかった。

逆に、フルードＥ０を用いた場合、被覆面（摺接面）における摩擦係数の低減を図れないと共に、浸炭面（圧接面）における摩擦係数も大幅に低下することが明らかとなった。これは、フルードＥ０（エンジン油）中に多く含まれるＭｏ系の摩擦低減剤およびＺｎ系の極圧剤による影響と考えられる（表２参照）。

（２）摩耗深さ
図２から明らかなように、試料Ｂ１・Ｂ２に係る被覆面は、摩耗深さも十分に小さいこともわかった。従って、ＭｏやＺｎを含まず、所定量のＢを含むフルードＡ１とＢ−ＤＬＣ膜からなる被覆面を有する試料Ｂ１・Ｂ２との組合わせにより、圧接面の高摩擦係数を確保しつつ、摺接面の低摩擦係数と摩耗抑制も両立できることがわかった。

［実機試験］
（１）ベーンポンプ（摺接部）
現行の無段自動変速機（ＣＶＴ）用のベーンポンプを用意した。現行のベーンポンプは、ベーンが焼入れ処理された工具鋼（ベーンＣ０）からなり、カムリングが鉄系焼結材からなっている。その現行のベーンの先端部を、前述した各Ｂ−ＤＬＣ膜（試料Ｂ１・Ｂ２）で被覆したベーンも併せて用意した（ベーンＢ１・Ｂ２）。

（２）測定
フルードＡ１を用いて、それぞれのベーンを組み込んだ各ベーンポンプを実際に駆動させ、そのときの摩擦損失トルクを測定した。この測定はモータリングにより、回転数１０００ｒ／ｍｉｎ、油圧１ＭＰａ、油温８０℃の条件において測定を行った。こうして得られた結果を図４にまとめて示した。

（３）評価
図３から明らかなように、フルードＡ１の存在下で、先端部がＢ−ＤＬＣ膜で被覆されたベーンを用いることにより、現行よりもベーンポンプの摩擦損失トルクを大幅に低減できることがわかった。特に、高密度なＢ−ＤＬＣ膜（試料Ｂ１）で被覆された先端面（摺接面）を有するベーンを用いると、ベーンポンプの効率性（低損失性）と耐久性を両立できることもわかった。

Claims

対向する一対の圧接面を有する圧接部と、
対向する一対の摺接面を有する摺接部と、
該圧接面間および該摺接面間に介在する作動潤滑油と、
を備える自動変速機であって、
前記摺接面の少なくとも一方は、Ｂを含有した非晶質炭素膜（以下「Ｂ−ＤＬＣ膜」という。）により被覆されており、
前記作動潤滑油は、Ｍｏ：５０ｐｐｍ以下およびＺｎ：５０ｐｐｍ以下であると共に、Ｂ：９０〜５００ｐｐｍを含む自動変速機。
前記Ｂ−ＤＬＣ膜は、膜全体を１００原子％としたときに、Ｂを４〜２０原子％含む請求項１に記載の自動変速機。
前記Ｂ−ＤＬＣ膜は、膜全体を１００％原子％としたときに、Ｈを５〜２５原子％含む請求項１または２に記載の自動変速機。
前記作動潤滑油は、さらに、Ｓ：５００〜１３００ｐｐｍ、Ｐ：１００〜５００ｐｐｍ、Ｃａ：１０００ｐｐｍ以下またはＮａ：５０ｐｐｍ以下の少なくとも一つを満たす請求項１〜３のいずれかに記載の自動変速機。
前記摺接部は、オイルポンプである請求項１〜４のいずれかに記載の自動変速機。
前記オイルポンプはベーンポンプであり、
前記Ｂ−ＤＬＣ膜で被覆される摺接面は、ベーンの先端面を含む請求項５に記載の自動変速機。