JP6826001B2 - 自動変速機 - Google Patents
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Description
(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。
(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。
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。
(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、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(CH4)、アセチレン(C2H2)、ベンゼン(C6H6)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。
(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。
《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。
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。
(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。
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。
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(CuKα1)、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。
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。
(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。
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(JIS K2541−5)・化学発光分析(JIS K2609)により分析した。また、各フルードの動粘度はJIS K2283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。
(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。
(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。
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。
(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)。
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。
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 (6)
- 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。
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