(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ粒子を含むＡｌを主体とするＡｌ基軸受合金層と、
前記Ａｌ基軸受合金層に積層されているＤＬＣ層と、を備え、
前記Ａｌ基軸受合金層に含まれる前記Ｓｉ粒子の少なくとも一部は、前記ＤＬＣ層側の面に露出している摺動部材。
【請求項２】
前記ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子は、面積率が１（％）以上、１０（％）以下である請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子は、領域分割によるアスペクト比が３以下であって、相互の間の距離が１５（μｍ）以下である請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記Ａｌ基軸受合金層は、１．５〜８（質量％）のＳｉ粒子を含み、残部が実質的にＡｌからなり、
前記ＤＬＣ層側の面に露出しているＳｉ粒子は、前記ＤＬＣ層側の面の総面積に対し粒子径４（μｍ）未満のＳｉ粒子の面積が２０（％）〜６０（％）を占め、粒子径４（μｍ）〜２０（μｍ）のＳｉ粒子の面積が４０（％）以上を占めている請求項１、２または３記載の摺動部材。
【請求項５】
前記ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率をＡ（％）、前記ＤＬＣ層の厚さをＴ（μｍ）とすると、
Ａ≧０．５×Ｔ
である請求項１から４のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項６】
前記ＤＬＣ層の硬さをＨ（ＨＶ）、前記ＤＬＣ層の厚さをＴ（μｍ）とすると、
Ｈ≦１００００／Ｔ、かつＴ≦２０
である請求項１から５のいずれか一項記載の摺動部材。
【請求項７】
前記ＤＬＣ層は、Ｈ≦６０００、かつＴ≦１５である請求項６記載の摺動部材。
【請求項８】
前記ＤＬＣ層の硬さは、前記Ａｌ基軸受合金層の硬さの１．１倍以上であり、摺動対象となる相手方の相手部材の硬さの０．９倍以下である請求項１から７のいずれか一項記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受合金層上にダイヤモンドライクカーボン層を備えた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ合金またはＣｕ合金からなる軸受合金層を有するすべり軸受などの摺動部材は、初期なじみ性が比較的良好であり、優れた耐疲労性及び耐摩耗性を有している。これらの摺動部材は、例えば自動車や一般産業機械の高出力エンジンの軸受に用いられている。ところが近年、更なるエンジンの高性能化によって、軸受特性がより優れる摺動部材が要望されてきている。【０００３】
軸受特性として、なじみ性および耐摩耗性の向上を図った摺動部材は、特開２００１−１６５１６７号公報に開示されている。この摺動部材は、Ａｌ合金またはＣｕ合金からなる軸受合金層に環状突起が形成されている。そして、この摺動部材は、環状突起の表面にダイヤモンドライクカーボン層を有している。このような従来の摺動部材は、環状突起が摺動相手の相手部材の荷重を受けて容易に塑性変形することによって摺動部材のなじみ性が良好になること、および軸受合金層の表面にダイヤモンドライクカーボン層が設けられていることによって耐摩耗性が良好であることを開示している。
近年では、軸受特性として、なじみ性および耐摩耗性の向上とともに摩擦係数の低減も要望されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、摩擦係数が小さな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】
【０００５】
本発明の一実施形態の摺動部材では、Ｓｉ粒子を含むＡｌを主体とするＡｌ基軸受合金層と、前記Ａｌ基軸受合金層に積層されているＤＬＣ層と、を備え、前記Ａｌ基軸受合金層に含まれる前記Ｓｉ粒子の少なくとも一部は、前記ＤＬＣ層側の面に露出している。【０００６】
Ａｌ基軸受合金層は、Ａｌを主としてＳｉ粒子を含んでおり、必要に応じてその他の成分を含んでいる。そして、Ａｌ基軸受合金層に含まれるＳｉ粒子の一部は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：Diamond Like Carbon）層側の面に露出している。ここで、ＤＬＣ層側の面に露出しているＳｉ粒子とは、Ａｌ基軸受合金層を構成するＡｌマトリクスに覆われていないことを意味する。そのため、このＤＬＣ側の面に露出しているＳｉ粒子は、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面からＤＬＣ層側に突出しているものも含む。このＤＬＣ層側に露出するＳｉ粒子は、Ａｌ基軸受合金層に含まれるＳｉ粒子の量の割合（質量％）およびＳｉ粒子の粒子径を調整することにより得られる。
Ａｌ基軸受合金層は、鉄などから形成される裏金層に設けてもよい。【０００７】
ＤＬＣ層は、炭化水素、あるいは炭素の同素体からなる非晶質を主成分とする層である。ＤＬＣ層は、プラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）、物理気相成長法（ＰＶＤ法）などによって、Ａｌ基軸受合金層上に形成される。
本実施形態では、ＤＬＣ層は、Ａｌ基軸受合金層とは反対側の面において摺動相手の相手部材と摺動する。以下、ＤＬＣ層の相手部材と摺動する、Ａｌ基軸受合金層とは反対側の面は「ＤＬＣ層の摺動面」と称する。【０００８】
発明者は、ＤＬＣ層の摺動面の形状を、ＤＬＣ層の形成速度を調整、またはＡｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に存在するＳｉ粒子の分布を調整することにより調整している。
ＤＬＣ層は、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子からＤＬＣ層の厚さ方向へ成長する。そのため、ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子から成長したＤＬＣ層は、この露出するＳｉ粒子の平面形状を反映する。すなわち、ＤＬＣ層の摺動面は、Ａｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子に対応する部分が他の部分に比較して突出した突部となる。このとき、ＤＬＣ層を構成する炭素は、Ａｌ基軸受合金層の主たる成分であるＡｌに比較して、同族の元素であるケイ素（Ｓｉ）との結合力が高い。そのため、ＤＬＣ層は、Ａｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子を媒体としてＡｌ基軸受合金層との結合力が高められる。また、ＤＬＣ層の摺動面におけるＤＬＣ層の突出量は、この場合、Ａｌ基軸受合金層からＤＬＣ層側に突出するＳｉ粒子の突出量に応じて大きくなる。【０００９】
このようにＳｉ粒子の平面形状に対応してＤＬＣ層の摺動面に形成された突部は、相手部材から荷重を受けやすい。そのため、相手部材との摺動時に、ＤＬＣ層の摺動面に形成された突部と相手部材とが接することにより、摺動による摩擦熱はこの突部に生じやすい。その結果、ＤＬＣ層の摺動面に形成された突部は、摩擦熱によってグラファイト化が進行して軟化し、剪断力への耐性が低下する。したがって、相手部材との摺動時に剪断力が加わると、ＤＬＣ層の滑りが生じやすくなり、ＤＬＣ層の摩擦係数が低下する。
以下、ＤＬＣ層の摺動面にＳｉ粒子の平面形状を反映した突部を形成するときのＤＬＣ層の形成速度は、第１の形成速度と称する。【００１０】
一方、ＤＬＣ層の摺動面は、ＤＬＣ層の形成速度、またはＡｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子の分布を調整することにより、比較的平坦な形状にすることができる。このようにＤＬＣ層の摺動面を比較的平坦に形成すると、相手部材の荷重はＤＬＣ層の摺動面の全体に加わりやすくなる。ここで、ＤＬＣ層及びＳｉ粒子は、Ａｌ基軸受合金層のマトリクスであるＡｌと比較して硬質である。
これにより、Ａｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子上に形成されたＤＬＣ層は、摺動面に荷重が加わっても変形しにくい。これに対し、Ａｌ基軸受合金層のうちＳｉ粒子が露出していない部分、すなわちＡｌ基軸受合金層のマトリクスであるＡｌ上に形成されたＤＬＣ層は、摺動面側から荷重が加わると、Ａｌの変形に追随してＡｌ基軸受合金層側に変形しやすい。そのため、平坦なＤＬＣ層の摺動面の全体に相手部材から荷重が均一に加わるとき、相手部材の荷重は、ＤＬＣ層のうち露出するＳｉ粒子上の部分に集中する。その結果、相手部材との摺動時に、Ａｌ基軸受合金層から露出したＳｉ粒子上に形成されたＤＬＣ層の部分と相手部材とが接しやすく、この部分に摩擦熱が発生しやすくなる。これにより、Ｓｉ粒子上に形成されたＤＬＣ層は、摩擦熱によってグラファイト化が進行して軟化し、剪断力への耐性が低下する。したがって、相手部材との摺動時に剪断力が加わると、ＤＬＣ層の滑りが生じやすくなり、ＤＬＣ層の摩擦係数が低下する。
以下、ＤＬＣ層の摺動面を比較的平坦に形成するときのＤＬＣ層の形成速度は、第２の形成速度と称する。【００１１】
さらに、ＤＬＣ層の形成速度、またはＡｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子の分布を調整することにより、Ａｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子上には、図５に示すように第２の形成速度で形成したＤＬＣ層よりも薄いＤＬＣ層を形成することもできる。すなわち、Ａｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子上には、他の部分よりも薄いＤＬＣ層を形成することができる。これにより、ＤＬＣ層の摺動面は、露出するＳｉ粒子に対応する位置に凹部を形成する。このようにＤＬＣ層に凹部を形成することにより、摺動部分を潤滑する潤滑油はこの凹部に貯えられる。その結果、摺動部材と相手部材との潤滑が促進され、摺動部材の低摩擦化の向上が図られる。したがって、耐焼付性の向上の要望にも応えることができる。
以下、ＤＬＣ層の摺動面に凹部を形成するときのＤＬＣ層の形成速度は、第３の形成速度と称する。【００１２】
本発明の一実施形態の摺動部材では、前記ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子は、面積率が１（％）以上、１０（％）以下である。
このように、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率を規定することにより、Ａｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との密着性は向上する。ここで、Ｓｉ粒子の面積率とは、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面の全体に対し、Ａｌ基軸受合金層からＤＬＣ層側へ露出するＳｉ粒子の投影面積、つまりＳｉ粒子の平面形状が占める面積である。このＳｉ粒子の面積率を１（％）未満とすると、Ａｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との結合へのＳｉ粒子の影響は小さくなる。また、Ｓｉ粒子の面積率が１（％）未満であると、Ｓｉ粒子の形状を反映したＤＬＣ層の摺動面の凹凸も減少する。その結果、Ｓｉ粒子による低摩擦化への寄与は小さくなる傾向にある。また、Ｓｉ粒子の面積率が大きくなると、Ａｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との結合へのＳｉ粒子の寄与は増大する。一方、耐摩耗性の観点から、Ｓｉ粒子の面積率を１０（％）以下にするのが好ましい。以上の理由から、ＤＬＣ層側に露出するＳｉ粒子は、面積率を１（％）以上、１０（％）以下に設定している。ここで、本明細書中におけるＳｉ粒子の面積率とは、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面の単位面積当たりの、これに含まれる全Ｓｉ粒子の投影面積の合計を意味する。【００１３】
本発明の一実施形態の摺動部材では、前記ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子は、領域分割によるアスペクト比が３以下であって、相互の間の距離が１５（μｍ）以下である。
このように、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の領域分割によるアスペクト比および相互の間の距離を規定することにより、Ｓｉ粒子はＡｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に均一に分散することとなる。そのため、Ａｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との結合力は、さらに向上する。また、Ｓｉ粒子が均一に分散することにより、ＤＬＣ層の摺動面における凹凸も均一に分散する。そのため、相手部材との摩擦、特に起動時における摩擦は減少する。したがって、耐焼付性をより高めることができる。【００１４】
ここで、領域分割法により導出されたボロノイ多角形のアスペクト比について説明する。本発明における領域分割法では、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に存在するＳｉ粒子のうち当該面において互いに隣り合うＳｉ粒子の間に仮想的な線を設定することによって、Ｓｉ粒子がその中に位置するボロノイ多角形を導出する。これにより、１個のＳｉ粒子が占有する領域、つまり設定した仮想的な線によって囲まれた領域を確定する。そして、この仮想的な線によって囲まれた領域の面積を統計的に計算することにより、領域を分割した面積を定量的に判断するものである。すなわち、Ｓｉ粒子の含有量が同一であれば、露出するＳｉ粒子の投影面積と露出するＳｉ粒子の数とは相関する。これにより、露出するＳｉ粒子の投影面積が大きくなると、露出するＳｉ粒子の数は減少し、領域分割面積つまり１個の粒子が占有する領域面積の平均は増大する。これに対し、露出するＳｉ粒子の投影面積が小さくなると、露出するＳｉ粒子の数は増加し、領域分割面積の平均は減少する。したがって、領域分割面積の大小によって露出するＳｉ粒子の投影面積を定量的に把握することができる。そして、この手順によって分割した占有領域の長軸と短軸との比は、領域分割法により導出されたボロノイ多角形のアスペクト比である。【００１５】
本発明の一実施形態の摺動部材は、前記Ａｌ基軸受合金層は、１．５〜８（質量％）のＳｉ粒子を含み、残部が実質的にＡｌからなり、前記ＤＬＣ層側の面に露出しているＳｉ粒子は、前記ＤＬＣ層側の面の総面積に対し粒子径４（μｍ）未満のＳｉ粒子の面積が２０（％）〜６０（％）を占め、粒子径４（μｍ）〜２０（μｍ）のＳｉ粒子の面積が４０（％）以上を占めている。
Ａｌ基軸受合金層は、１．５〜８（質量％）のＳｉ粒子と、残部が実質的にＡｌであることが好ましい。Ｓｉ粒子を１．５（質量％）以上に設定することにより、Ｓｉ粒子はＡｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出した状態で設けられる。一方、Ｓｉ粒子が８（質量％）以下であると、Ａｌ基軸受合金層の硬さは過大とならない。そのため、Ａｌ基軸受合金層の耐疲労性は向上する。
さらに、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子は、ＤＬＣ層側の面の総面積に対し粒子径４（μｍ）未満のＳｉ粒子の面積が２０〜６０（％）を占め、粒子径４〜２０（μｍ）のＳｉ粒子の面積が４０（％）以上を占めていることが好ましい。Ｓｉ粒子の粒子径および面積率がこの範囲内にあるとき、相手部材から荷重を受けたとき、ＤＬＣ層の摺動面はグラファイト化される部分の面積が最適となる。そのため、ＤＬＣ層の摺動面は最適な量のグラファイト化が促進される。その結果、ＤＬＣ層の摩擦係数を低減することができ、耐摩耗性も向上することができる。また、ＤＬＣ層とＡｌ基軸受合金層との密着性を非常に優れたものとすることができ、ひいては耐焼付性が向上する。【００１６】
Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の総面積は、Ｓｉ粒子の粒子径を変更することによって調整することができる。
Ｓｉ粒子の面積率は、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面を顕微鏡で撮影し、撮影した写真を画像解析装置により解析する。このとき、例えば観察視野０．０１２５ｍｍ２に存在するＳｉ粒子のすべてを抽出し、その抽出結果から各Ｓｉ粒子の面積が求められる。そして、観察視野の面積とＳｉ粒子の面積の総和との比から面積率が算出される。なお、観察視野に存在するＳｉ粒子の総面積と観察視野との面積率は、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の総面積とＡｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面積との面積率と同一である。しかし、用途に応じて意図的に部位により面積率を変えてもよい。
Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の粒子径を導出するにあたって、上記０．０１２５ｍｍ２に存在するＳｉ粒子についてそれぞれ面積を測定する。そして、測定したＳｉ粒子の面積と同一の面積の仮想的な円を設定し、この仮想的な円の径から粒子径が換算される。【００１７】
本発明の一実施形態の摺動部材では、前記ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率をＡ（％）、前記ＤＬＣ層の厚さをＴ（μｍ）とすると、Ａ≧０．５×Ｔである。
Ｓｉ粒子の面積率Ａ（％）とＤＬＣ層の厚さＴ（μｍ）とは、摺動時の摩擦に影響を与える。すなわち、あるＳｉ粒子の面積率に対しＤＬＣ層の厚さが薄いとき、またはあるＤＬＣ層の厚さに対してＳｉ粒子の面積率が大きいとき、ＤＬＣ層のうち剪断力によって滑りを生じる部分を生じ易くでき、摩擦係数の低減が実現し易くなる。このように、ＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率Ａ（％）とＤＬＣ層の厚さＴ（μｍ）とが関連づけられている。【００１８】
本発明の一実施形態の摺動部材では、前記ＤＬＣ層の硬さをＨ（ＨＶ）、前記ＤＬＣ層の厚さをＴ（μｍ）とすると、Ｈ≦１００００／Ｔ、かつＴ≦２０である。
ＤＬＣ層の硬さをＨ（ＨＶ）とし、その厚さをＴ（μｍ）とすると、Ｈ≦１００００／Ｔ、かつＴ≦２０のとき、Ｓｉ粒子が上述のようなＤＬＣ層の硬さの差の発現へ与える影響は大きくなる。すなわち、ＤＬＣ層の硬さに対する厚さを上記範囲に制御すると、耐摩耗性に優れたＤＬＣ層の摺動面においてＳｉ粒子の有無によるグラファイト化を効果的に促進し易い。したがって、ＤＬＣ層の硬さと厚さとを相関させることにより、摩擦係数の低減と耐摩耗性の向上とを両立することができる。【００１９】
本発明の一実施形態の摺動部材では、前記ＤＬＣ層は、Ｈ≦６０００、かつＴ≦１５である。すなわち、ＤＬＣ層の硬さＨはＨ≦６０００（ＨＶ）であり、ＤＬＣ層の厚さＴはＴ≦１５（μｍ）である。
ＤＬＣ層の厚さが１５（μｍ）以下であると、ＤＬＣ層の摺動面にはＡｌ基軸受合金層から露出するＳｉ粒子を反映した凹凸が形成されやすくなる。このＤＬＣ層の厚さは、プラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ法などによるＤＬＣ層の形成時間を調整することにより得られる。
また、ＤＬＣ層の硬さＨが６０００（ＨＶ）以下であると、十分な耐摩耗性を有しながら、ＤＬＣ層による相手部材への攻撃性を容易に抑制できる。ＤＬＣ層の硬さは、ＤＬＣ層に含まれる水素やＳｉ、Ｔｉ、Ｗなどの添加元素の含有量、およびＤＬＣ層の混成軌道の比（ｓｐ２／ｓｐ３）を調整することにより変更可能である。【００２０】
本発明の一実施形態の摺動部材では、前記ＤＬＣ層の硬さは、前記Ａｌ基軸受合金層の硬さの１．１倍以上であり、摺動対象となる相手方の相手部材の硬さの０．９倍以下である。
ＤＬＣ層の硬さがＡｌ基軸受合金層の１．１倍以上とすると、耐摩耗性を効果的に発揮させ易い。一方、ＤＬＣ層の硬さが摺動相手の相手部材の硬さの０．９倍以下とすると、相手部材の摩耗を確実に抑制し易い。そこで、ＤＬＣ層の硬さを設定することにより、ＤＬＣ層および相手部材の摩耗をいずれも低減することができる。【００２１】
なお、Ａｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との間には、相互間の結合力を高めるために中間層を設けてもよい。中間層は、例えばＳｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗなどの金属や炭化物、窒化物からなる層が好ましい。中間層は、厚さ方向に組成を変化させてもよい。例えばＳｉ−Ｃ系やＴｉ−Ｃ系などを用いる場合、Ａｌ基軸受合金層側のＳｉやＴｉの濃度を高め、ＤＬＣ層側のＣの濃度を高めた組成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の摺動部材を概略的に示す断面図
【図２】一実施形態の摺動部材においてＡｌ基軸受合金層の摺動面を概略的に示す横断平面図
【図３】第１の形成速度でＤＬＣ層を形成した場合の摺動部材を概略的に示す断面図
【図４】第２の形成速度でＤＬＣ層を形成した場合の摺動部材を概略的に示す断面図
【図５】第３の形成速度でＤＬＣ層を形成した場合の摺動部材を概略的に示す断面図
【図６】一実施形態の摺動部材の複数の実施例品および比較例品を示す概略図
【図７】ＤＬＣ層の硬さと厚さとの関係を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態の摺動部材を図１に示す。図１に示す摺動部材１は、Ａｌ基軸受合金層２およびＤＬＣ層３を備えている。Ａｌ基軸受合金層２は、図示しない裏金層上に設けられている。ＤＬＣ層３は、Ａｌ基軸受合金層２上に設けられている。Ａｌ基軸受合金層２は、図２に示すようにＡｌマトリクス２ａと、Ｓｉ粒子２ｂとから構成されている。すなわち、Ａｌ基軸受合金層２は、Ａｌを主成分とするＡｌマトリクス２ａ中にＳｉ粒子２ｂを含んでいる。このＡｌ基軸受合金層２に含まれるＳｉ粒子２ｂは、少なくとも一部がＡｌ基軸受合金層２のＤＬＣ層３側の面に露出している。ここで露出とは、Ｓｉ粒子２ｂがＡｌ基軸受合金層２のＤＬＣ層３側の面と同一の平面上に位置する状態、またはＳｉ粒子２ｂがその面からＤＬＣ層３側へ突出した状態の双方を含む。
【００２４】
第１の形成速度でＤＬＣ層３を形成したとき、ＤＬＣ層３は図３に示す形状となる。すなわち、ＤＬＣ層３の摺動面は、Ａｌ基軸受合金層２のＤＬＣ層３側の面に露出するＳｉ粒子２ｂの形状を反映した突部４を形成する。
また、第２の形成速度でＤＬＣ層３を形成したとき、ＤＬＣ層３は図４に示す形状となる。すなわち、ＤＬＣ層３の摺動面は、Ａｌ基軸受合金層２から露出するＳｉ粒子２ｂの形状に関わらず平坦面３ａを形成する。
さらに、第３の形成速度でＤＬＣ層３を形成したとき、ＤＬＣ層３は図５に示す形状となる。すなわち、ＤＬＣ層３の摺動面は、Ａｌ基軸受合金層２のＤＬＣ層３側の面に露出するＳｉ粒子２ｂの形状を反映した凹部５を形成する。
【００２５】
次に、本実施形態の摺動部材の製造方法について説明する。
まず、Ａｌ基軸受合金層となるＡｌ基軸受合金板は、溶融したＡｌに所定量のＳｉを添加し、連続鋳造することによって形成される。このとき、Ａｌ基軸受合金板は、板厚１５ｍｍに形成される。
次に、連続鋳造されたＡｌ基軸受合金板は、冷間で６ｍｍの厚さに連続圧延される。この連続圧延および後述する圧接の加工を制御、すなわち圧下率を制御することにより、粒子径の異なるＳｉ粒子が所定の割合で混在する状態となる。そして、連続圧延されたＡｌ基軸受合金板は、歪み除去および添加元素の安定化を図るために焼鈍が施される。
【００２６】
焼鈍が施されたＡｌ基軸受合金板は、接着層を形成するためのＡｌ製の薄板が圧接するとともに、この薄板を挟んで裏金鋼板が圧接される。これにより、Ａｌ基軸受合金板と裏金鋼板とは、いわゆるバイメタルを形成する。その後、圧接されたＡｌ基軸受合金板および裏金鋼板は、接合力を高めつつ歪みを除去するために焼鈍が施される。焼鈍が施されたＡｌ基軸受合金板および裏金鋼板は、構造的な強度を増すために必要に応じて溶体化処理を施し、水冷後に時効処理を施してもよい。これらの処理が施されたＡｌ基軸受合金板と裏金鋼板とのバイメタルは、半円筒状に形成される。
半円筒状に形成されたバイメタルは、その内周面に一般的なプラズマＣＶＤ法またはＰＶＤ法などによってＤＬＣ層を形成する。これにより、半円筒状の摺動部材が得られる。
【００２７】
上記の手順で形成した摺動部材の試料を用いて摩擦係数について検証した。
実施例品は、上述した本実施形態の摺動部材に基づく製造方法で得た。また、実施例品は、ＤＬＣ層の形成速度を調整することにより、第１の形成速度でＤＬＣ層の摺動面に突部を形成、第２の形成速度でＤＬＣ層の摺動面を比較的平坦に形成、または第３の形成速度でＤＬＣ層の摺動面に凹部を形成することができる。図６に示す各実施例品のうち実施例品１は、図３に示すように第１の形成速度でＤＬＣ層を形成している。また、実施例品２は、図４に示すように第２の形成速度でＤＬＣ層を形成している。実施例品３は、図５に示すように第３の形成速度でＤＬＣ層を形成している。さらに、実施例品４〜実施例品２２、および比較例品１は、いずれも第２の形成速度でＤＬＣ層を形成している。ここで検証の比較として採用した比較例品１は、Ａｌ基軸受合金層にＳｉを含有していない。また、比較例品２は、ＤＬＣ層を備えていない。
【００２８】
図６に基づいて、実施例品および比較例品について説明する。
（Ｓｉ含有量について）
実施例品１〜実施例品２２および比較例品２は、いずれもＡｌ基軸受合金層にＳｉを１〜１５（質量％）含有している。これに対し、比較例品１は、Ａｌ基軸受合金層にＳｉを含有していない。
（Ｓｉ粒子の面積率について）
実施例品４〜実施例品２２および比較例品２の場合、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率は、いずれも１〜１０（％）に設定されている。これに対し、実施例品１〜実施例品３は、Ｓｉ粒子の面積率が０．５（％）に設定されている。また、比較例品１は、Ｓｉを含有していないため、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出していない。
（Ｓｉ粒子の領域分割によるアスペクト比について）
実施例品７〜実施例品２２および比較例品２の場合、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の領域分割法により導出されたボロノイ多角形のアスペクト比は、いずれも３以下に設定されている。これに対し、実施例品１〜実施例品３は、Ｓｉ粒子のアスペクト比が４．５に設定されている。また、実施例品４はＳｉ粒子のアスペクト比が３．６、実施例品５はＳｉ粒子のアスペクト比が４、実施例品６はＳｉ粒子のアスペクト比が３．２にそれぞれ設定されている。
【００２９】
（Ｓｉ粒子の相互間の距離について）
実施例品７〜実施例品２２および比較例品２の場合、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の相関の距離は、いずれも１５（μｍ）以下に設定されている。これに対し、実施例品１〜実施例品３は、Ｓｉ粒子の相互間の距離が２５（μｍ）に設定されている。また、実施例品４はＳｉ粒子の相互間の距離が１８（μｍ）、実施例品５はＳｉ粒子の相互間の距離が２０（μｍ）、実施例品６はＳｉ粒子の相互間の距離が１６（μｍ）にそれぞれ設定されている。
【００３０】
（Ｓｉ粒子の粒子径と面積率との関係について）
実施例品１１〜実施例品２２および比較例品２は、粒子径が４（μｍ）未満のＳｉ粒子の面積率が２０〜６０（％）であり、粒子径が４〜２０（μｍ）のＳｉ粒子の面積率が４０（％）以上を占めている。これに対し、実施例品１〜実施例品３および実施例品６は、粒子径が４（μｍ）未満のＳｉ粒子の面積率が１５（％）であるものの、粒子径が４〜２０（μｍ）のＳｉ粒子の面積率がいずれも８５（％）となっている。同様に、実施例品４、実施例品５、実施例品７〜実施例品１０は、いずれも粒子径が４（μｍ）未満のＳｉ粒子の面積率が６５（５）以上であり、粒子径４〜２０（μｍ）のＳｉ粒子の面積率が３５（％）以下である。
【００３１】
（ＤＬＣ層の硬さと厚さとの関係について）
実施例品１４〜実施例品２２は、いずれもＤＬＣ層の硬さＨ（ＨＶ）と厚さＴ（μｍ）との関係がＨ≦１００００／Ｔ、かつＴ≦２０を満たしている。これに対し、実施例品１〜実施例品１３は、いずれもＨ＞１００００／Ｔである。また、比較例品２は、ＤＬＣ層を備えていない。さらに、比較例品１は、ＤＬＣ層を備えているものの、Ｈ＞１００００／Ｔである。ここで、ＤＬＣ層の硬さＨと厚さＴとの間には、図７に示すような関係がある。このとき、実施例品１４〜実施例品２２は、図７に示すＨ≦１００００／Ｔで導かれる曲線よりも原点に近い網掛けした領域に存在する。
【００３２】
（Ｓｉ粒子の面積率とＤＬＣ層の厚さとの関係について）
実施例品４、実施例品６、実施例品８、実施例品１０〜実施例品１２、および実施例品１４〜実施例品２２は、いずれもＡｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率Ａ（％）とＤＬＣ層の厚さＴとの関係がＡ≧０．５×Ｔを満たしている。これに対し、実施例品１〜実施例品３、実施例品５、実施例品７、実施例品９および実施例品１３は、いずれもＡ＜０．５×Ｔである。
【００３３】
（密着性試験について）
図６に示す実施例品１〜実施例品２２、および比較例品１は、いずれもＡｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との密着性を試験した。ここでは、ＤＬＣ層の密着性は、ＤＬＣ層に剥離荷重を加えてＤＬＣ層を引き剥がすことにより試験した。具体的には、ＤＬＣ層は、０（Ｎ）〜２００（Ｎ）の剥離荷重が連続的に加えられる。このとき、ＤＬＣ層に剥離荷重を加えながら移動する距離は、１０（ｍｍ）に設定している。また、剥離荷重を加える相手となる球状部材は、材質がクロム鋼（ＳＵＪ−２）であり、直径が３（ｍｍ）である。さらに、剥離荷重を加えるとき、摺動部材と球状部材との間には、潤滑油を１０（μリットル）供給した。
【００３４】
試料毎にＤＬＣ層の剥離が生じたときの剥離荷重は、図６に示す通りである。これによると、実施例品１〜実施例品２２は、いずれも剥離荷重が１００（Ｎ）以上であることがわかる。これに対し、比較例品１は、剥離荷重が５０（Ｎ）である。このことから、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面にＳｉ粒子が露出した本実施形態の実施例品１〜実施例品２２は、ＤＬＣ層の密着性が高いことを示している。すなわち、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出したＳｉ粒子は、ＤＬＣ層とＡｌ基軸受合金層との間の結合力を高めるために寄与していることが明らかである。
【００３５】
露出するＳｉ粒子の面積率を１％以上に規定した実施例品４〜実施例品２２は、実施例品１〜実施例品３に比較してＤＬＣ層の密着性が高い。また、露出するＳｉ粒子のアスペクト比、および露出するＳｉ粒子の相互間の距離を規定した実施例品７〜実施例品２２は、実施例品１〜実施例品６に比較してＤＬＣ層の密着性がより向上している。さらに、Ｓｉ粒子の粒子径と面積率とを所定の関係に規定した実施例品１１〜実施例品２２は、実施例品１〜実施例品１０に比較してＤＬＣ層の密着性がより向上している。
【００３６】
（焼付試験について）
図６に示す実施例品１〜実施例品２２、および比較例品１〜比較例品２は、低摩擦化により耐焼付性が向上するという観点から、摩擦係数の低数値化を確認するために、いずれも耐焼付性について試験した。ここでは、耐焼付性は、次の条件で試験した。試験の対象となる試料は、相手方となる軸部材との間で２（ｍ／ｓｅｃ）の速度で回転させながら、試験荷重を１（ＭＰａ／５ｍｉｎ）で加えた。このとき、試料に供給される潤滑油は、ＳＡＥ＃３０であり、温度を６０（℃）、給油量を２０（ｍｌ／ｍｉｎ）に設定した。相手方の軸部材は、材質が炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）であり、硬さが６００（ＨＶ）である。
【００３７】
試料に焼付が生じたときの面圧（ＭＰａ）は、図６に示す通りである。試料は、摺動面とは反対の背面側における温度が２００（℃）を超えたとき、または相手となる軸部材との間の摩擦力が５０（Ｎ）を超えたとき、焼付が生じたと判定している。図６によると、実施例品１〜実施例品２２は、いずれも焼付時の面圧が１８（ＭＰａ）以上である。これに対し、比較例品１および比較例品２は、焼付時の面圧が９（ＭＰａ）以下である。このことから、ＤＬＣ層側の面にＳｉ粒子が露出するＡｌ基軸受合金層上にＤＬＣ層を形成した実施例品１〜実施例品２２は、焼付面圧が向上、すなわち耐焼付性が高い、ひいては摩擦係数が小さいことを示している。特に、ＤＬＣ層の厚さおよび硬さを所定の範囲に規定した実施例品１４〜実施例品２２は、実施例品１〜実施例品１３に比較して耐焼付性が向上している。また、Ａｌ基軸受合金層のＤＬＣ層側の面に露出するＳｉ粒子の面積率とＤＬＣ層の厚さとを所定の関係に規定した実施例品４、実施例品６、実施例品８、実施例品１０〜実施例品１２、および実施例品１４〜実施例品２２は、いずれも近似の条件で形成した実施例品と比較して耐焼付性が向上している。
【００３８】
図６に示す実施例品１〜実施例品８、実施例品１１〜実施例品２２、および比較例品１〜比較例品２の場合、いずれも試料の摺動相手となる相手方の軸部材は、材質が炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）であり、摺動部における硬さが６００（ＨＶ）である。一方、実施例品９〜実施例品１０の場合、相手方の軸部材は、炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）の摺動面にＤＬＣ層をコーティングしており、摺動部における硬さが３０００（ＨＶ）である。実施例品７と実施例品９とを対比すると、実施例品９は実施例品７に比較して焼付面圧が向上している。すなわち、実施例品９は、相手方の軸部材における摺動面の硬さに対し０．９倍以下の硬さのＤＬＣ層を有している。これにより、実施例品９は、実施例品７に比較して摺動部分における摩耗粉の発生が減少し、焼付面圧が向上する。相手部材以外の条件が一致する実施例８と実施例１０との間でも、相手方の軸部材における摺動面の硬さに対し０．９倍以下の硬さのＤＬＣ層を有する実施例品１０は、実施例品８に比較して焼付面圧が向上している。
【００３９】
（ＤＬＣ層の形成速度の影響について）
図６に示す実施例品１、実施例品２および実施例品３は、それぞれＤＬＣ層を形成する形成速度が異なっている。具体的には、実施例品１は第１の形成速度で図３に示すＤＬＣ層を形成し、実施例品２は第２の形成速度で図４に示すＤＬＣ層を形成し、実施例品３は第３の形成速度で図５に示すＤＬＣ層を形成している。また、実施例品１〜実施例品３は、いずれもＳｉ含有量、Ｓｉ粒子の面積率などの特性が同一に設定されている。一方、実施例品１〜実施例品３は、いずれも剥離荷重および焼付面圧に大差がない。これにより、ＤＬＣ層の形成速度は、剥離荷重および焼付面圧に与える影響が小さいことがわかる。このように、ＤＬＣ層の形成速度が摺動部材の特性に与える影響は小さいことから、実施例品４〜実施例品２２、および比較例品１では第２の形成速度でＤＬＣ層を形成している。
【００４０】
（実施例品の効果）
以上説明した実施例品１〜実施例品２２は、Ａｌ基軸受合金層上にＤＬＣ層を形成することにより、相手方の軸部材との間の摩擦係数を低減することができる。そして、実施例品１〜実施例品２２は、比較例１および比較例２と比較して、Ａｌ基軸受合金層とＤＬＣ層との間で高い結合力が得られて耐焼付性が高められ、低摩擦化が実現されている。
【００４１】
本実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
不可避的不純物については説明を省略し、各成分には不可避的不純物が含まれ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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