JP6387970B2 - 摺動部材 - Google Patents

Description

本発明は、摺動部材に関する。

エンジン等の動力源の変動トルクを吸収するために、動力源と被駆動源との間にトルク変動吸収装置が設けられる。典型的なトルク変動吸収装置は、スプリングの弾性力によって変動トルクを吸収するダンパ部と、摩擦によるヒステリシストルクによって変動トルクを吸収（抑制）するヒステリシス部と、変動トルクをダンパ部及びヒステリシス部で吸収できないときに滑りを生じて変動トルクを逃がすトルクリミッタ部とを有する。

従来のトルクリミッタ部は、動力源側に連結された鉄製のプレッシャプレート及び鉄製のカバープレートと、被駆動源側に連結された鉄製のライニングプレートと、プレッシャプレート及びカバープレートをライニングプレートに向かって付勢する付勢部材と、ライニングプレートとプレッシャプレートとの間及びライニングプレートとカバープレートとの間にそれぞれ介装された摩擦材を備える。そして、動力源側にて過大なトルク変動が発生した場合、摩擦材を介してプレッシャプレート及びカバープレートがライニングプレートに対して滑ることにより、過大なトルク変動の被駆動源側への伝達が回避される。このとき摩擦材とプレッシャプレート間及び摩擦材とカバープレート間で生じる摩擦力に抗してプレッシャプレート及びカバープレートが摩擦材に対して摺動する。このように、トルクリミッタ部は、２つの部材の相対的な摺動を生じさせる摺動部材である。このような構成の摺動部材が採用されたトルク変動吸収装置が下記特許文献１，２，３に示される。

特開２００７−２１８３４６号公報 特開２０１０−２３０１６２号公報 特開２０１３−２４３６４号公報

（発明が解決しようとする課題）
上記したトルクリミッタ部のような摺動部材に用いられる摩擦材には、過大な変動トルクが被駆動源側に伝達されることを防止するために、適度な摩擦力（摩擦係数）が安定的に発生されるような摩擦特性及び高い剛性が要求される。従来では、このような高機能を有する摩擦材が２つのプレート（例えばライニングプレートとプレッシャプレート）間に両プレートとは別部材として設けられている。それ故に、摺動部材を構成する部品点数及び部品コストが増加する。また、一般的に従来の摩擦材の主成分は樹脂（或いはガラス繊維で強化された樹脂）であるので耐熱性が低く、過酷な状況の下で使用した場合に熱劣化する虞がある。つまり、従来の摺動部材は熱的安定性に乏しい。さらに、従来の摺動部材によれば、摩擦材の厚みの分だけ摺動部材が大型化するため、摺動部材をコンパクトに構成することができない。

これに対し、摩擦材を介することなくライニングプレート（第１金属部材）とプレッシャプレート（第２金属部材）とを直接摺動させた場合、初期摺動時における摩擦力（摩擦係数）が、定常摺動時における摩擦力（摩擦係数）に対してかなり低い。例えば、鉄同士のプレートを擦り合わせた場合、摺動が進行した定常摺動時における摩擦係数は０．６程度であるのに対し、初期摺動時における摩擦係数は０．３程度である。そのため、初期摺動時には必要な摩擦特性を得ることができない。なお、定常摺動とは、摺動面間に所定量の摩耗粉が堆積した状態でなされる摺動を言い、初期摺動とは、摺動面間に所定量の摩耗粉が未だ堆積していない状態でなされる摺動を言う。摺動部材の摺動状態は、初期摺動状態を経て定常摺動状態に至る。定常摺動状態における摩擦係数は比較的高く、且つ、安定している。

本発明はこのような問題に鑑みなされたもので、その目的は、コンパクトに構成することができ、熱的安定性が高く、且つ、鉄同士を直接摺動させる場合に比べて、初期摺動時における摩擦係数（初期摩擦係数）が定常摺動時における摩擦係数（定常摩擦係数）に近い摺動部材を提供することにある。

（課題を解決するための手段）
本発明は、第１金属部材（６２）及び第１金属部材に所定の圧力で押し付けられた第２金属部材（６３，６４）を備え、第１金属部材と第２金属部材が相対的に摺動するよう構成された摺動部材（６）であって、第１金属部材の摺動面に３ｄ遷移金属を含む化合物により構成された第１被膜層（６２２）が形成されるとともに、第２金属部材の摺動面に３ｄ遷移金属を含む化合物により構成された第２被膜層（６３２，６４２）が形成されてなる、摺動部材であって、第１被膜層の硬度は、第２被膜層の硬度よりも高く、第１金属部材と第２金属部材は、初期摺動時に、第１被膜層が第２被膜層を掘り起こしながら摺動するように構成される、摺動部材を提供する。

本発明に係る摺動部材によれば、第１金属部材の摺動面に形成された第１被膜層と第２金属部材の摺動面に形成された第２被膜層が摺動する。これらの被膜層は共に３ｄ遷移金属を含む化合物である。３ｄ遷移金属化合物同士を摺動させた場合、鉄同士を摺動させる場合と比較して、初期摩擦係数が高い。そのため、初期摩擦係数が定常摩擦係数に近づけられる。また、第１金属部材の摺動面に形成された第１被膜層と第２金属部材の摺動面に形成された第２被膜層が摺動することにより摩擦力が発生されるため、別部材としての摩擦材を設ける必要がない。よって、摺動部材をコンパクトに構成することができる。さらに、互いに摺動する第１被膜層と第２被膜層に樹脂が含まれていないため、熱的安定性が高い。以上のことから、本発明によれば、コンパクトに構成することができ、熱的安定性が高く、且つ、初期摩擦係数が定常摩擦係数に近い摺動部材を提供することができる。

第１被膜層の表面粗さはＲａ（算術平均粗さ）４μｍ以上であるのがよい。好ましくは、第１被膜層の表面粗さはＲａ６μｍ以上であるのがよい。第１被膜層の表面粗さがＲａ４μｍ以上である場合、第１被膜層の表面に微細な凹凸が形成され、形成された凸部が第２被膜層に部分的に接する。このため、第１被膜層と第２被膜層との接触部分で強い面圧が第２被膜層に作用する。その結果、初期摺動時に第１被膜層が第２被膜層を掘り起こし、さらに第２金属部材の母材を掘り起こす。第１被膜層が第２被膜層及び第２金属部材の母材を掘り起こす際に要する力（掘り起こし力）が摩擦力の増加に寄与することにより、初期摩擦係数がより高められる。このため初期摩擦係数を定常摩擦係数と同じ程度にすることができる。一方、第１被膜層の表面粗さがＲａ４μｍ未満である場合、掘り起し力が弱いため、初期摩擦係数を十分に高めることができない。なお、ここで言う「掘り起こす」とは、「相手材の表面を傷つけることにより生じた摩耗粉が摺動面間に残るように、相手材の表面を掘り進むこと」を意味する。したがって、第２被膜層及び第２金属部材の母材が第１被膜層により掘り起こされた場合、掘り起こされた第２被膜層及び第２金属部材の母材の摩耗粉が摺動面間に堆積する。

また、第１被膜層の表面粗さがＲａ４μｍ以上である場合、第１被膜層による第２被膜層及び第２金属部材の母材の掘り起こし速度が速い。よって、初期摺動から定常摺動に至るまでの時間が短縮される。

また、第１金属部材の母材の表面には、第１被膜層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層（６２１ｂ）が形成されているとよい。そして、第１被膜層は硬化層の表面に形成されるとよい。これによれば、第１被膜層が硬化層に確実に保持されることにより、第１被膜層が第１金属部材から剥離することが防止される。この場合、第１金属部材の母材（６２１）は鉄であるのがよい。より好ましくは低炭素鋼であるのがよい。また、硬化層は例えば第１金属部材の母材の表面を浸窒処理することにより形成された窒化層であってもよい。

第１金属部材と第２金属部材との摺動時における面圧は、１ＭＰａ以下であるのがよい。面圧が１ＭＰａ以下であれば、摩耗粉を摺動面間に確実に堆積させておくことができる。面圧がそれ以上であると、摩耗粉が摺動面間に堆積されることが阻害されてしまったり、材料が固着してしまうことにより、定常摺動時に安定した摩擦係数が得られない虞がある。

また、第１被膜層が３ｄ遷移金属酸化物により構成されているとよい。この場合、第１被膜層を構成する３ｄ遷移金属酸化物が酸化鉄であるのがよい。また、第２被膜層が３ｄ遷移金属酸化物により構成されるとよい。この場合、第２被膜層を構成する３ｄ遷移金属酸化物が酸化亜鉛であるのがよい。さらにこの場合、第２被膜層を構成する３ｄ遷移金属酸化物がリン酸亜鉛であるのがよい。これによれば、初期摺動時及び定常摺動時にほぼ一定でかつ必要な摩擦特性を得るために十分に高い摩擦係数を得ることができる。また、第２被膜層を構成する３ｄ遷移金属酸化物がリン酸亜鉛である場合は、第２金属部材表面を防錆することもできる。この場合、第２金属部材をボンデ処理することにより、第２金属部材の摺動面に第２被膜層としてのリン酸亜鉛被膜層を形成するとよい。

また、第１金属部材と第２金属部材との摺動面間に堆積した摩耗粉が飛散しないように、第１金属部材の摺動面と第２金属部材の摺動面が常に接触しているとよい。つまり、第１金属部材及び第２金属部材の摺動面同士が離れないように、第１金属部材と第２金属部材が配設されているとよい。これによれば、摺動面間からの摩耗粉の飛散がより確実に防止されるので、定常摺動状態を長時間維持することができる。

車両のエンジンと変速機との間に配設されるトルク変動吸収装置の構成を模式的に示す部分断面図である。 図１に示すトルク変動吸収装置に組み込まれた本実施形態に係るトルクリミッタ部の詳細を示す断面図である。 第１金属部材の内部組成を模式的に示す断面図である。 第２金属部材の内部組成を模式的に示す断面図である。 第１被膜層付近の断面を示す第１金属部材の顕微鏡写真である。 第２被膜層付近の断面を示す第２金属部材の顕微鏡写真である。 プレッシャプレートと、カバープレートと、ライニングプレートとの接触状態を模式的に示す断面図である。 定常摺動時における、ライニングプレートと、プレッシャプレートと、カバープレートとの接触状態を模式的に示す断面図である。 定常摺動時における、摺動部材の摺動面付近の断面の顕微鏡写真である 本実施形態に係る摺動部材の初期摩擦係数及び定常摩擦係数の変化を示すグラフである。 本実施形態に係る摺動部材の摩擦係数の変化と比較例に係る摺動部材の摩擦係数の変化とを比較した図である。 本実施形態に係る摺動部材のサンプルＳ１，Ｓ２の初期摩擦係数と、比較例に係るサンプルＳ３，Ｓ４の初期摩擦係数とを比較した図である。 本実施形態に係る摺動部材の第１金属部材に形成されている第１被膜層の表面粗さと初期摩擦係数との関係を示す図である。 摺動回数に対する実施例に係るサンプルＳ５のリミットトルクの変化及び比較例に係るサンプルＳ６のリミットトルクの変化を示す図である。

本実施形態に係る摺動部材は、一定の摺動抵抗力（摩擦力）で摺動する動作が必要な装置・部品に適用できる。特に、摺動することによって余剰な力（トルク）を逃がし、或いは余剰な力を吸収する機能が必要な部品に好適である。例えば、上記したトルク変動吸収装置のトルクリミッタ部、或いはヒステリシス部等に本実施形態に係る摺動部材を適用することができる。

本実施形態に係る摺動部材をトルク変動吸収装置のトルクリミッタ部に適用する例について説明する。図１は、車両のエンジンと変速機との間に配設されるトルク変動吸収装置の構成を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、トルク変動吸収装置１は、ハブ２と、２つのサイドプレート３Ａ，３Ｂと、ヒステリシス部４と、コイルスプリング５と、トルクリミッタ部６と、を備える。

ハブ２は、内周に内スプライン歯が形成された円筒部２１と、円筒部２１の外周から径外方に延在したフランジ部２２を有する。円筒部２１の内周に形成された内スプライン歯に、変速機の入力軸７の外周面に形成された外スプライン歯が嵌合する。したがって、ハブ２の回転はスプライン嵌合を介して入力軸７に伝達される。また、フランジ部２２の径外方側に切欠き部が複数形成されており、この切欠き部にコイルスプリング５が配設される。

フランジ部２２の両表面にそれぞれ対面するようにサイドプレート３Ａ，３Ｂが設けられる。サイドプレート３Ａ，３Ｂは同軸配置され、後述する環状のライニングプレート６２をその両側面から挟み込むように支持するとともに、リベット８２によりライニングプレート６２に固定される。また、サイドプレート３Ａ，３Ｂは、ハブ２と同軸且つ相対回転可能にハブ２に組み付けられる。さらに、サイドプレート３Ａ，３Ｂには、ハブ２のフランジ部２２に形成された切欠き部に対向する位置に複数の窓孔が形成されており、この複数の窓孔内にそれぞれコイルスプリング５が収容される。

ヒステリシス部４は、ハブ２とサイドプレート３Ａ，３Ｂとの間に配設される。ヒステリシス部４は、ハブ２とサイドプレート３Ａとの間に配設された略環状の第１スラスト部材４１と、ハブ２とサイドプレート３Ｂとの間に配設された略環状の第２スラスト部材４２と、サイドプレート３Ｂと第２スラスト部材４２との間に設けられる皿バネ４３を備える。皿バネ４３の弾性力により、第２スラスト部材４２及び第１スラスト部材４１がハブ２に押し付けられる。ヒステリシス部４は、ハブ２のフランジ部２２とサイドプレート３Ａ，３Ｂとの間にヒステリシストルクを発生させることにより、変動トルクを吸収する。

トルクリミッタ部６は、それぞれ環状に形成されたサポートプレート６１、ライニングプレート６２（第１金属部材）、プレッシャプレート６３（第２金属部材）、カバープレート６４（第２金属部材）、皿バネ６５を備える。プレッシャプレート６３とカバープレート６４はライニングプレート６２を挟んで対向配置する。したがって、ライニングプレート６２の一方面がプレッシャプレート６３の一方面に対面接触し、ライニングプレート６２の他方面がカバープレート６４の一方面に対面接触する。

また、サポートプレート６１の周方向に沿って段差が形成される。その段差内の空間にプレッシャプレート６３が収まるように、サポートプレート６１がプレッシャプレート６３に対して配設される。サポートプレート６１はカバープレート６４とともに、リベット８１によりエンジンの駆動軸９１に連結されたフライホイール９２に固定される。サポートプレート６１の内周部分の一方面は皿バネ６５を介してプレッシャプレート６３の他方面に対面する。皿バネ６５によってプレッシャプレート６３がライニングプレート６２に近づく方向に付勢される。したがって、プレッシャプレート６３及びカバープレート６４は、所定の力でライニングプレート６２に押し付けられる。

このように構成されるトルク変動吸収装置１の動作について説明する。エンジンが駆動した場合、サポートプレート６１が駆動軸９１の駆動に伴ってフライホイール９２と一体に回転する。エンジンの変動トルクが所定のリミットトルクよりも小さい場合、プレッシャプレート６３及びカバープレート６４に挟まれたライニングプレート６２がプレッシャプレート６３及びカバープレート６４とともに回転する。また、ライニングプレート６２はサイドプレート３Ａ，３Ｂに連結され、サイドプレート３Ａ，３Ｂにはヒステリシス部４が配設されている。ヒステリシス部４は、上述のように、第１スラスト部材４１、第２スラスト部材４２及び皿バネ４３を備え、第１スラスト部材４１及び第２スラスト部材４２は皿バネ４３の弾性力でハブ２のフランジ部２２に押圧されている。そして、ヒステリシス部４は、エンジンの変動トルクにより第１スラスト部材４１及び第２スラスト部材４２がフランジ部２２に対して相対回転することにより、摩擦力を発生するように構成される。このようにして発生する摩擦力及びコイルスプリング５の弾縮によってリミットトルク未満のエンジンの変動トルクが吸収されながら、エンジンの駆動トルクがサイドプレート３Ａ,３Ｂ、ハブ２を介して入力軸７に伝達される。

エンジンの駆動トルクの変動が増大し、変動トルクがリミットトルク値を越えると、ライニングプレート６２を挟んでいるプレッシャプレート６３及びカバープレート６４がライニングプレート６２に対して摺動回転する。このとき、プレッシャプレート６３とライニングプレート６２との間で発生している摩擦力及びカバープレート６４とライニングプレート６２との間で発生している摩擦力に抗して、プレッシャプレート６３及びカバープレート６４がライニングプレート６２に対して相対的に摺動する。このため入力軸７への変動トルクの伝達が阻止される。

トルクリミッタ部６にて発生する摩擦力が小さ過ぎる場合、僅かなトルク変動ですぐにトルクリミッタ部６が作動してプレッシャプレート６３及びカバープレート６４がライニングプレート６２に対して滑るため、入力軸７への実質的なトルク伝達が阻害される。一方、トルクリミッタ部６にて発生する摩擦力が大き過ぎる場合、大きな変動トルクが入力軸７に加えられ、これにより変速機に悪影響を与える可能性がある。さらに、トルクリミッタ部６にて発生する摩擦力が変動する場合、入力軸７に伝達されるトルクが安定しない。したがって、トルクリミッタ部６は、適度な摩擦力を安定的に発生するように構成される。

図２は図１に示すトルクリミッタ部６の詳細を示す断面図である。上述したように、このトルクリミッタ部６は、それぞれ環状に形成されたサポートプレート６１と、ライニングプレート６２と、プレッシャプレート６３と、カバープレート６４と、皿バネ６５とを有する。なお、以下の説明において、ライニングプレート６２を第１金属部材と言うこともある。また、プレッシャプレート６３とカバープレート６４とを総称する場合に第２金属部材と言うこともある。さらに、トルクリミッタ部６を摺動部材と言うこともある。

サポートプレート６１、ライニングプレート６２、プレッシャプレート６３、カバープレート６４は、所定の剛性を確保するために金属材料により形成される。本実施形態において、これらのプレートの材料（母材）としていずれも安価なＳＰＨ（熱間圧延鋼板）材が用いられる。具体的には、ＳＰＨ２７０が用いられる。ＳＰＨ材は低炭素鋼の一種であり、比較的硬度が低い。ＳＰＨ２７０の硬度はＨｖ（ビッカース硬度）１００程度である。

皿バネ６５がサポートプレート６１とプレッシャプレート６３との間に介在されている。そのためプレッシャプレート６３は、皿バネ６５の弾性力によりライニングプレート６２に所定の圧力でもって押し付けられる。また、カバープレート６４はリベット８１により軸方向移動不能にフライホイール９２に固定されているので、ライニングプレート６２は皿バネ６５の弾性力でカバープレート６４に押し付けられる。つまり、カバープレート６４は、ライニングプレート６２に所定の圧力でもって押し付けられる。この場合において、プレッシャプレート６３及びカバープレート６４からライニングプレート６２に付与される面圧は１ＭＰａ以下である。

トルクリミッタ部６が作動した場合、第２金属部材が第１金属部材に対して摺動回転する。このとき、ライニングプレート６２の一方の摺動面６２ａとプレッシャプレート６３の摺動面６３ａとの間、及び、ライニングプレート６２の他方の摺動面６２ｂとカバープレート６４の摺動面６４ａとの間に摩擦力が発生する。プレッシャプレート６３及びカバープレート６４はこの摩擦力に抗して摺動する。

発生する摩擦力が不安定であると、上述したように大きなトルク変動が入力軸７に伝達される虞がある。従って、発生する摩擦力（摩擦係数）は適度な大きさで、且つ、ほぼ一定であるのが望ましい。本実施形態では、それぞれのプレートの摺動面に被膜層を形成することにより、摩擦係数が長期に亘って０．５５以上であり且つ０．７５以下であるように、トルクリミッタ部６が構成される。

図３は、第１金属部材（ライニングプレート６２）の内部組成を模式的に示す断面図である。図３に示すように、第１金属部材（６２）は、金属材料（ＳＰＨ２７０）からなる第１母材（基材）６２１と第１被膜層６２２とを有する。第１母材６２１の両表面６２１ａ，６２１ｂには、予めショットブラストによりに凹凸が形成される。ショットブラスト工程を経た後に、浸窒処理により第１金属部材（６２）の両表面６２１ａ，６２１ｂが硬化される。したがって、第１母材６２１の両表面６２１ａ，６２１ｂには硬化層（窒化層）６２１ｃ，６２１ｃが形成される。本実施形態において、硬化層６２１ｃ，６２１ｃの硬度はＨｖ７５０程度である。この硬化層６２１ｃ，６２１ｃ上に第１被膜層６２２，６２２がそれぞれ形成される。第１被膜層６２２，６２２が第１金属部材（６２）の摺動面６２ａ，６２ｂを構成する。

第１被膜層６２２は本実施形態では酸化鉄により構成される。鉄は３ｄ遷移金属に属する。つまり、第１被膜層６２２は３ｄ遷移金属酸化物により構成される。なお、本発明において３ｄ遷移金属に亜鉛（Ｚｎ）が含まれるものとする。したがって、３ｄ遷移金属とは、Ｓｃ、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎを指す。酸化鉄により構成される第１被膜層６２２の硬度は、Ｈｖ３００程度である。第１被膜層６２２の硬度は、硬化層６２１ｃの硬度よりも低い。第１被膜層６２２は、例えばガス法、塩浴法、プラズマ法等により成膜される。

第１母材６２１の両表面６２１ａ，６２１ｂにショットブラストにより微小な凹凸が形成されているので、その凹凸を反映するように、第１被膜層６２２の表面にも微小な凹凸が形成される。この場合、第１被膜層６２２の表面粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）４μｍ以上であり５０μｍ以下であるのがよい。なお、第１被膜層６２２の表面に凹凸が形成されていれば、第１母材６２１の表面に凹凸が形成されている必要はない。

図５は、第１被膜層６２２付近の断面を示す第１金属部材（６２）の顕微鏡写真である。図５に示すように、基材（第１母材６２１）の表面に約２０μｍ程度の厚さの窒化層（硬化層６２１ｃ）が形成され、窒化層（硬化層６２１ｃ）の表面に酸化鉄層（第１被膜層６２２）が形成される。

図４は、第２金属部材（プレッシャプレート６３、カバープレート６４）の内部組成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、第２金属部材（６３，６４）は、金属材料（ＳＰＨ２７０）からなる第２母材（基材）６３１，６４１及び第２被膜層６３２，６４２を有する。第２母材６３１，６４１の一方の表面６３１ａ，６４１ａに第２被膜層６３２，６４２が形成される。第２被膜層６３２，６４２が第２金属部材（６３，６４）の摺動面６３ａ，６４ａを構成する。

第２被膜層６３２，６４２も３ｄ遷移金属酸化物により構成される。本実施形態において第２被膜層６３２，６４２を構成する３ｄ遷移金属酸化物はリン酸亜鉛（酸化亜鉛）である。この場合、第２母材６３１，６４１の表面６３１ａ，６４１ａにボンデ処理を施すことにより第２金属部材の摺動面６３ａ，６４ａに第２被膜層６３２，６４２としてのリン酸亜鉛被膜を形成するとよい。リン酸亜鉛被膜は防錆効果をもたらす。

第２被膜層６３２，６４２の硬度は第１被膜層６２２の硬度よりも低い。本実施形態では、第２被膜層６３２，６４２の硬度はＨｖ１５０程度である。したがって、第１被膜層６２２の硬度と第２被膜層６３２，６４２の硬度との差（硬度差）ΔＨｖ、及び、第１被膜層６２２の硬度と第２母材６３１，６４１（ＳＰＨ２７０）の硬度との差ΔＨｖは、いずれもＨｖ１５０以上である。硬度差ΔＨｖはＨｖ１５０以上であるのが好ましい。また、第２被膜層６３２，６４２の膜厚は、本実施形態では４μｍ程度である。第２被膜層６３２，６４２の膜厚は、第１被膜層６２２の表面の凹凸の高さ、すなわち第１被膜層６２２の表面粗さ（Ｒａ）以下であるのがよい。

図６は、第２被膜層６３２，６４２付近の断面を示す第２金属部材（６３，６４）の顕微鏡写真である。図６に示すように、基材（第２母材６３１，６４１）の表面に平均膜厚４μｍ程度のリン酸亜鉛被膜層（第２被膜層６３２，６４２）が形成される。

図７は、上記組成のライニングプレート６２と、プレッシャプレート６３と、カバープレート６４との接触状態を模式的に示す概略断面図である。図７に示すように、ライニングプレート６２の一方の摺動面６２ａに形成される第１被膜層６２２が、プレッシャプレート６３の摺動面６３ａに形成される第２被膜層６３２に対面接触する。また、ライニングプレート６２の他方の摺動面６２ｂに形成される第１被膜層６２２が、カバープレート６４の摺動面６４ａに形成される第２被膜層６４２に対面接触する。以下、このように接触された第１金属部材（６２）と第２金属部材（６３，６４）とが摺動する際の摺動界面状態について、初期摺動時と定常摺動時とに分けて説明する。

［初期摺動時］
摺動の開始時には、まず、第１金属部材（６２）の第１被膜層６２２が第２金属部材（６３，６４）の第２被膜層６３２，６４２に摩擦摺動する。この場合において、第１被膜層６２２及び第２被膜層６３２，６４２はいずれも３ｄ遷移金属を含む化合物（３ｄ遷移金属酸化物）により構成される。３ｄ遷移金属化合物同士（３ｄ遷移金属酸化物同士）を摺動させるためには比較的大きな摩擦力を必要とする。したがって、これらの被膜層が摺動する際に比較的大きな摩擦力が発生する。また、第１被膜層６２２の表面粗さはＲａ４μｍ以上であり、第１被膜層６２２の表面に微細な凹凸が形成されている。よって、第１被膜層６２２はその表面に形成された凸部にて第２被膜層６３２，６４２の表面に部分的に接触する状態にされる。このため摺動が開始した場合に第２被膜層６３２，６４２に部分的に大きな面圧が作用する。さらに、第１被膜層６２２の硬度は第２被膜層６３２，６４２の硬度よりも高い。したがって、硬い第１被膜層６２２が部分的に第２被膜層６３２，６４２を擦ることによって、第２被膜層６３２，６４２が掘り起こされる。また、第１被膜層６２２下に硬化層６２１ｃが存在することによって、第１被膜層６２２側が第２被膜層６３２，６４２を掘り起こす。

第１被膜層６２２により第２被膜層６３２，６４２が掘り起こされてゆくと、やがて、第２金属部材（６３，６４）の第２母材６３１，６４１が露出する。そのため第１被膜層６２２は露出した第２母材６３１，６４１をも掘り起こす。第１被膜層６２２が第２被膜層６３２，６４２及び第２母材６３１，６４１を掘り起こす際に必要な力、すなわち掘り起こし力が、摩擦力の増加に寄与する。

すなわち、初期摺動時においては、３ｄ遷移金属化合物同士（３ｄ遷移金属酸化物同士）を摺動させることによる摩擦力、及び、第１被膜層６２２が第２被膜層６３２，６４２及び第２母材６３１，６４１を掘り起こす際に発生する掘り起こし力、により、摩擦力が十分に高められる。その結果、初期摺動時における摩擦係数（初期摩擦係数）を十分に高くすることができる。本実施形態に係る摺動部材の初期摩擦係数は、０．５５以上であり且つ０．７５以下である。

［定常摺動時］
初期摺動時に掘り起こされた第２被膜層６３２，６４２及び第２母材６３１，６４１は、摩耗粉として第１被膜層６２２と第２母材６３１，６４１との摺動面間に堆積する。そして、摺動面間に堆積した摩耗粉が所定量に達し、摩耗粉と第２母材６３１，６４１或いは摩耗粉同士が摺動するようになる。このような摺動が定常摺動である。図８は、定常摺動時における、ライニングプレート６２と、プレッシャプレート６３と、カバープレート６４との接触状態を模式的に示す断面図である。図８に示すように、定常摺動時においては、第１被膜層６２２の表面及び第２母材６３１，６４１の表面に、摩耗粉Ｓが堆積している。また、図９は、定常摺動時における、摺動部材の摺動面付近の断面の顕微鏡写真である。図９中、白線により囲まれた領域Ｘが摩耗粉の堆積部分である。

定常摺動状態においては、摺動面内での引っ掛かり等の発生や凝着（固着）が起き難く、主に摩耗粉同士が摺動するため、摩擦係数が安定する。また、定常摺動時に摺動面間に存在する摩耗粉の主成分は第２母材６４１を構成する鉄である。したがって、定常摺動時の摩擦係数（定常摩擦係数）は、鉄粉と鉄粉、鉄粉と鉄、或いは酸化鉄と鉄粉との接触時における摩擦係数により表わされる。定常摺動時における摩擦係数は比較的高く、０．５５以上であり且つ０．７５以下である。

図１０は、本実施形態に係る摺動部材を１０万回以上摺動させた場合における初期摩擦係数及び定常摩擦係数の変化を示すグラフであり、横軸が摺動回数、縦軸が摩擦係数である。図１０において、摺動回数が２０回以下の場合に得られる摩擦係数が初期摩擦係数であり、２１回以上の場合に得られる摩擦係数が定常摩擦係数である。また、図１０中のグラフＡが、本実施形態に係る摺動部材の初期摩擦係数及び定常摩擦係数の変化を表す。グラフＡに示すように、本実施形態に係る摺動部材の初期摩擦係数及び定常摩擦係数は０．５５以上且つ０．７５以下であり、両者はほぼ同じ程度の大きさである。すなわち、本実施形態に係る摺動部材によれば、摺動回数にかかわらず、摩擦係数が０．５５−０．７５の範囲で安定している。なお、図１０中のグラフＢは、従来の摩擦材を用いた摺動部材の初期摩擦係数および定常摩擦係数の変化を示す。グラフＡとグラフＢとを比較してわかるように、本実施形態に係る摺動部材の初期摩擦係数及び定常摩擦係数は、従来の摺動部材の初期摩擦係数及び定常摩擦係数よりも高い。

図１１は、本実施形態に係る摺動部材の摩擦係数の変化（グラフＣ）と比較例に係る摺動部材の摩擦係数の変化（グラフＤ）とを比較した図である。図１１において、実線で示すグラフＣが本実施形態に係る摺動部材の摩擦係数の変化を示す。なお、グラフＣは、図１０に示すグラフを模式的に表している。グラフＣに示すように、本実施形態に係る摺動部材によれば、初期摩擦係数も定常摩擦係数も、０．５５−０．７５の範囲内にある。また、破線で示すグラフＤは、第１金属部材（６２）の第１母材６２１（ＳＰＨ２７０）と第２金属部材（６３，６４）の第２母材６３１，６４１（ＳＰＨ２７０）とを直接摺動させた場合における摩擦係数の変化を示す。グラフＤによれば、摺動の開始時には摩擦係数が０．３であるが、摺動回数が増加するにつれて摩擦係数も増加し、定常摺動状態に至る時には、摩擦係数がほぼ０．６に達する。つまり、グラフＤにより示される比較例に係る摺動部材の初期摩擦係数は、定常摩擦係数に比べてかなり低い。一方、グラフＣに示される本実施形態に係る摺動部材の初期摩擦係数は、定常摩擦係数とほぼ同じである。このことから、本実施形態に係る摺動部材によれば、初期摩擦係数が高められることにより、鉄同士を直接摺動させる場合に比べて、初期摩擦係数が定常摩擦係数に近づけられる。よって、初期摺動時及び定常摺動時の全域に亘り、摩擦係数を一定の高い値に維持することができる。

［初期摩擦係数の比較］
本実施形態に係る摺動部材のサンプルＳ１及びサンプルＳ２、並びに、比較例に係る摺動部材のサンプルＳ３及びサンプルＳ４を作製した。ここで、それぞれのサンプルは、ＳＰＨ２７０からなる第１金属部材と第２金属部材を備え、第１金属部材の摺動面と第２金属部材の摺動面が摺動するように構成される。また、サンプルＳ１が備える第１金属部材の摺動面には表面粗さＲａ４μｍの酸化鉄被膜が形成され、サンプルＳ１が備える第２金属部材の摺動面にはリン酸亜鉛被膜が形成されている。また、サンプルＳ２が備える第１金属部材の摺動面には、表面を粗面化していない（表面粗さが小さい）酸化鉄被膜が形成され、サンプルＳ２が備える第２金属部材の摺動面にはリン酸亜鉛被膜が形成されている。また、サンプルＳ３が備える第２金属部材の摺動面にはリン酸亜鉛被膜が形成されている。上記した金属部材以外の金属部材の摺動面には、如何なる被膜も形成されていない。従って、サンプルＳ１及びサンプルＳ２においては、酸化鉄被膜とリン酸亜鉛被膜が摺動し、サンプルＳ３においては、鉄（ＳＰＨ２７０）とリン酸亜鉛被膜が摺動し、サンプルＳ４においては、鉄（ＳＰＨ２７０）と鉄（ＳＰＨ２７０）が摺動する。

上記した各サンプルの第１金属部材と第２金属部材とを１回摺動させるごとに摩擦係数を初期摩擦係数として測定した。このような初期摩擦係数の測定を、摺動回数が２０回に達するまで行った。図１２は、各サンプルの初期摩擦係数を比較した図である。図１２において、横軸が摺動回数であり、縦軸が初期摩擦係数である。また、図１２のグラフＳ１がサンプルＳ１の初期摩擦係数を表し、グラフＳ２がサンプルＳ２の初期摩擦係数を表し、グラフＳ３がサンプルＳ３の初期摩擦係数を表し、グラフＳ４がサンプルＳ４の初期摩擦係数を表す。

グラフＳ１により示されるサンプルＳ１の初期摩擦係数は０．６５程度であり、摺動回数にかかわらず初期摩擦係数はほぼ一定である。また、グラフＳ２により示されるサンプルＳ２の初期摩擦係数は０．４５−０．６であり、摺動回数が増加するにつれて初期摩擦係数が増加する傾向にある。また、グラフＳ３に示されるサンプルＳ３の初期摩擦係数は０．３５程度、グラフＳ４に示されるサンプルＳ４の初期摩擦係数は０．４程度であり、いずれのサンプルの初期摩擦係数も、摺動回数が増加するにつれて僅かに増加する。

図１２に示すように、本実施形態に係る摺動部材（サンプルＳ１，Ｓ２）の初期摩擦係数は、比較例に係る摺動部材（サンプルＳ３，Ｓ４）に比べて十分に高い。

また、いずれのサンプルにおいても、定常摩擦係数は、０．５５−０．７５程度である。従って、サンプルＳ１の初期摩擦係数は定常摩擦係数と同程度であることがわかる。また、サンプルＳ２の初期摩擦係数は、サンプルＳ３，Ｓ４の初期摩擦係数と比較して、定常摩擦係数により近づけられていることがわかる。

［第１被膜層の表面粗さと初期摩擦係数との関係］
図１３は、本実施形態に係る摺動部材の第１金属部材（６２）に形成されている第１被膜層６２２の表面粗さ（Ｒａ）と初期摩擦係数との関係を示す図である。図１３に示すように、第１被膜層６２２の表面粗さ（Ｒａ）が大きいほど、初期摩擦係数が大きいことがわかる。また、第１被膜層６２２の表面粗さがＲａ４μｍ未満である場合、初期摩擦係数が０．５５未満であり、定常摩擦係数（０．５５−０．７５）よりもやや低い。これに対し、第１被膜層６２２の表面粗さがＲａ４μｍ以上である場合、初期摩擦係数が０．５５以上であり、定常摩擦係数（０．５５−０．７５）とほぼ同じである。この結果から、第１被膜層６２２の表面粗さがＲａ４μｍ以上であれば、初期摩擦係数を定常摩擦係数とほぼ同じにすることができる。特に、第１被膜層６２２の表面粗さがＲａ６μｍ以上であれば、ほぼ確実に、初期摩擦係数を定常摩擦係数と同等の大きさにすることができる。

［摩擦係数の安定性の評価］
本実施形態に係る摺動部材のサンプルＳ５及び、比較例に係る摺動部材のサンプルＳ６を用意した。ここで、サンプルＳ５に備えられる第１金属部材（６２）の摺動面には、第１被膜層６２２として、表面粗さＲａ４μｍ以上の酸化鉄被膜が形成され、サンプルＳ５に備えられる第２金属部材（６３，６４）の摺動面には第２被膜層６３２，６４２としてのリン酸亜鉛被膜が形成されている。また、サンプルＳ６に備えられる第１金属部材（６２）の摺動面には、粗面化していない（表面粗さが小さい）酸化鉄被膜が形成されている。また、サンプルＳ６に備えられる第２金属部材（６３，６４）の摺動面には、如何なる被膜も形成されていない。また、サンプルＳ５に備えられる第１金属部材（６２）の母材及び第２金属部材（６３，６４）の母材は、共に、ＳＰＨ２７０である。一方、サンプルＳ６に備えられる第１金属部材（６２）の母材は低炭素鋼（ＳＰＨ、ＳＰＣ２７０等）であり、サンプルＳ６に備えられる第２金属部材（６３，６４）は、鋳鉄である。

次いで、用意したそれぞれのサンプルに備えられる第１金属部材（６２）の摺動面と第２金属部材（６３，６４）の摺動面とを繰り返し摺動させた。そして、摺動させる際に必要であったトルクをリミットトルクとして測定し、摺動回数に対するリミットトルクの変化を調べた。

図１４は、摺動回数に対するサンプルＳ５及びサンプルＳ６のリミットトルクの変化を示す図である。図１４中のグラフＳ５が摺動回数に対するサンプルＳ５のリミットトルクの変化を示し、グラフＳ６が摺動回数に対するサンプルＳ６のリミットトルクの変化を示す。ここで、リミットトルクは、摺動部材の摩擦力（摩擦係数）に比例するが、その他のパラメータ（押し付け荷重、作用径等）にも依存する。この実施例では、それぞれのサンプルがほぼ同じ大きさのリミットトルクを発生するように、各々のパラメータ及び摺動される金属部材の材質を定めている。このため、リミットトルクの大きさ自体は、それぞれのサンプルを評価する上での指標とはならない。図１４では、摺動回数に対するリミットトルクの変化の大きさが、それぞれのサンプルの摩擦係数の安定性を評価する上での指標とされる。

図１４からわかるように、サンプルＳ６を使用した場合に測定されたリミットトルクは、摺動回数によって大きく変化し、安定していない。これに対し、サンプルＳ５を使用した場合に測定されたリミットトルクは、摺動回数にかかわらず、ほぼ一定である。このことから、第１金属部材（６２）の摺動面に形成されている酸化鉄被膜の表面粗さがＲａ４μｍ以上であること、及び、第２金属部材（６３，６４）の摺動面にリン酸亜鉛被膜が形成されていることが、摩擦係数の安定に大きく寄与していることがわかる。

以上のように、本実施形態に係る摺動部材（トルクリミッタ部６）は、第１金属部材（ライニングプレート６２）及び第１金属部材に所定の圧力で押し付けられた第２金属部材（プレッシャプレート６３、カバープレート６４）を備え、第１金属部材と第２金属部材が相対的に摺動するよう構成される。また、第１金属部材の摺動面に３ｄ遷移金属を含む化合物である３ｄ遷移金属酸化物により構成された第１被膜層６２２が形成されるとともに、第２金属部材の摺動面に３ｄ遷移金属を含む化合物である３ｄ遷移金属酸化物により構成された第２被膜層６３２，６４２が形成される。

本実施形態に係る摺動部材によれば、３ｄ遷移金属化合物同士を摺動させることにより初期摩擦係数を高めることができ、これにより、初期摩擦係数を定常摩擦係数に近づけることができる。また、別部材としての摩擦部材を設ける必要がないため、摺動部材をコンパクトに構成することができる。さらに、互いに摺動する第１被膜層６２２と第２被膜層６３２，６４２に樹脂が含まれていないため、摺動部材の熱的安定性を高めることができる。

また、第１被膜層６２２の表面は粗面化されており、その表面粗さはＲａ４μｍ以上である。このため、初期摺動時に第１被膜層６２２が第２被膜層６３２，６４２及び第２母材６３１，６４１を掘り起こす。第１被膜層６２２が第２被膜層６３２，６４２及び第２母材６３１，６４１を掘り起こす際に要する力（掘り起こし力）が摩擦力の増加に寄与することにより、初期摺動時における摩擦係数をより高くすることができ、その結果、初期摩擦係数を定常摩擦係数と同じ程度にすることができる。

また、第１被膜層６２２の硬度が第２被膜層６３２，６４２の硬度及び第２母材６３１，６４１の硬度よりも高いため、摺動時に確実に第２被膜層６３２，６４２及び第２母材６３１，６４１が掘り起こされる。そのため、摩耗粉に第１被膜層６２２の成分が混じらない。よって、摩耗粉に第１被膜層６２２の成分が混じることによる摩耗粉の成分組成の変化を防止でき、定常摩耗時における摩擦力がより安定する。

また、第１母材６２１の表面６２１ａ，６２１ｂには、第１被膜層６２２の硬度よりも高い硬度を有する硬化層６２１ｃが形成されており、第１被膜層６２２は硬化層６２１ｃの表面に形成される。このため第１被膜層６２２が確実に第１母材６２１に支持され、第１金属部材から第１被膜層６２２が剥離することが防止される。

また、第１金属部材と第２金属部材との摺動時における面圧は１ＭＰａ以下である。このため、第１被膜層６２２に掘り起こされた摩耗粉を確実に摺動面間に堆積させておくことができる。

また、本実施形態によれば、第１被膜層６２２を構成する３ｄ遷移金属酸化物が酸化鉄であり、第２被膜層６３２，６４２を構成する３ｄ遷移金属酸化物が酸化亜鉛（リン酸亜鉛）である。第１被膜層６２２と第２被膜層６３２，６４２を構成する３ｄ遷移金属酸化物がこのような組み合わせである場合、初期摺動時及び定常摺動時にほぼ一定でかつ十分に高い摩擦係数を得ることができる。また、第２被膜層６３２，６４２を構成する３ｄ遷移金属酸化物がリン酸亜鉛であるため、第２金属部材表面を防錆することもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態ではトルク変動吸収装置のトルクリミッタ部に本発明に係る摺動部材を適用する例を説明したが、ヒステリシス部或いはそれ以外の部位にも本発明に係る摺動部材を適用することができるし、トルク変動吸収装置以外の他の装置にも本発明に係る摺動部材を適用できる。また、上記実施形態では、第１被膜層６２２を構成する３ｄ遷移金属酸化物として酸化鉄を例示し、第２被膜層６３２，６４２を構成する３ｄ遷移金属酸化物として酸化亜鉛を例示したが、その他の３ｄ遷移金属酸化物を用いても良い。さらに、上記実施形態では、第１金属部材がライニングプレート６２であり、第２金属部材がプレッシャプレート６３及びカバープレート６４である例を示したが、第１金属部材がプレッシャプレート６３及びカバープレート６４であり、第２金属部材がライニングプレート６２であってもよい。また、ラインニングプレート６２の摺動面６２ａ，６２ｂにリン酸亜鉛被膜（第２被膜層）を形成し、プレッシャプレート６３及びカバープレート６４の摺動面６３ａ，６４ａに酸化鉄被膜（第１被膜層）を形成してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

Claims (7)

1. 第１金属部材及び前記第１金属部材に所定の圧力で押し付けられた第２金属部材を備え、前記第１金属部材と前記第２金属部材が相対的に摺動するよう構成された摺動部材であって、前記第１金属部材の摺動面に３ｄ遷移金属を含む化合物により構成された第１被膜層が形成されるとともに、前記第２金属部材の摺動面に３ｄ遷移金属を含む化合物により構成された第２被膜層が形成されてなる、摺動部材であって、
   前記第１被膜層の硬度は、前記第２被膜層の硬度よりも高く、
   前記第１金属部材と前記第２金属部材は、初期摺動時に、前記第１被膜層が前記第２被膜層を掘り起こしながら摺動するように構成される、摺動部材。
2. 請求項１に記載の摺動部材において、
   前記第１被膜層は、酸化鉄であり、前記第２被膜層は、酸化亜鉛である、摺動部材。
3. 請求項１又は２に記載の摺動部材において、
   前記第１金属部材の母材及び前記第２金属部材の母材は、鋼板である、摺動部材。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摺動部材において、前記第１被膜層の表面粗さがＲａ４μｍ以上である、摺動部材。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の摺動部材おいて、前記第１金属部材の母材の表面には、前記第１被膜層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層が形成され、前記第１被膜層は前記硬化層の表面に形成される、摺動部材。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摺動部材において、
   前記第１金属部材と前記第２金属部材は、定常摺動時に、前記初期摺動時にて前記第２被膜層が掘り起こされたことにより生じた摩耗粉が摺動面間に堆積した状態で摺動するように構成される、摺動部材。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の摺動部材において、
   前記第１被膜層の硬度は、前記第２金属部材の母材の硬度よりも高い、摺動部材。