(57)【要約】      （修正有）【課題】  基材と炭素系硬質膜との密着性が従来よりもさらに優れた被覆部材およびその製造方法、また、硬質膜の密着性が高く、耐久性に優れたクラッチ用摺動部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  被覆部材は、表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ金属製の基材と、凹凸に一体的に形成される炭素系硬質膜と、を有する。また、その製造方法は、金属製の基材の表面にセラミックス系投射材を投射して凹凸を形成する粗面形成工程と、凹凸の表面に炭素系硬質膜を形成する硬質膜形成工程と、からなる。クラッチ用摺動部材は、表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ金属製の基材と、凹凸に一体的に形成される硬質膜と、を有する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ金属製の基材と、該凹凸に一体的に形成された炭素系硬質膜と、を有することを特徴とする被覆部材。
【請求項２】
前記摺動面の表面粗さは、十点平均粗さで２〜６μｍＲｚである請求項１記載の被覆部材。
【請求項３】
前記摺動面の表面粗さは、十点平均粗さで２．９〜３．５μｍＲｚである請求項１記載の被覆部材。
【請求項４】
前記セラミックス系投射材は、アルミナを含むアルミナ系投射材である請求項１記載の被覆部材。
【請求項５】
前記炭素系硬質膜は、非晶質炭素膜または金属含有炭素膜である請求項１記載の被覆部材。
【請求項６】
金属製の基材の表面にセラミックス系投射材を投射して凹凸を形成する粗面形成工程と、該凹凸の表面に炭素系硬質膜を形成する硬質膜形成工程と、からなることを特徴とする被覆部材の製造方法。
【請求項７】
前記粗面形成工程は、セラミックス系投射材を０．１５〜０．７ＭＰａの圧力で投射する工程である請求項６記載の被覆部材の製造方法。
【請求項８】
前記粗面形成工程は、セラミックス系投射材を０．２５〜０．３５ＭＰａの圧力で投射する工程である請求項６記載の被覆部材の製造方法。
【請求項９】
前記セラミックス系投射材は、アルミナを含むアルミナ系投射材である請求項６記載の被覆部材の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素系硬質膜は、非晶質炭素膜または金属含有炭素膜である請求項６記載の被覆部材の製造方法。
【請求項１１】
摩擦によりトルクを伝達するクラッチ用摺動部材であって、
表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ金属製の基材と、該凹凸に一体的に形成され少なくとも一部が摺動面となって摺動する硬質膜と、を有することを特徴とするクラッチ用摺動部材。
【請求項１２】
前記摺動面の表面粗さは、十点平均粗さで２〜６μｍＲｚである請求項１１記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１３】
前記摺動面の表面粗さは、十点平均粗さで２．９〜３．５μｍＲｚである請求項１１記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１４】
前記硬質膜は、１．５〜８μｍの膜厚を有する請求項１１記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１５】
前記セラミックス系投射材は、アルミナを含むアルミナ系投射材である請求項１１記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１６】
前記硬質膜は、炭素系硬質膜またはセラミックス系硬質膜である請求項１１記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１７】
前記炭素系硬質膜は、非晶質炭素膜または金属含有炭素膜である請求項１６記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１８】
前記クラッチ用摺動部材は、電磁クラッチに使用されるクラッチ板である請求項１１記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項１９】
前記クラッチ用摺動部材は、油中で用いられる湿式クラッチに使用されるクラッチ板である請求項１１または１８記載のクラッチ用摺動部材。
【請求項２０】
摩擦によりトルクを伝達するクラッチ用摺動部材の製造方法であって、
金属製の基材の表面にセラミックス系投射材を投射して凹凸を形成する粗面形成工程と、該凹凸の表面に少なくとも一部が摺動面となって摺動する硬質膜を形成する硬質膜形成工程と、からなることを特徴とするクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２１】
前記粗面形成工程は、セラミックス系投射材を０．１５〜０．７ＭＰａの圧力で投射する工程である請求項２０記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２２】
前記粗面形成工程は、セラミックス系投射材を０．２５〜０．３５ＭＰａの圧力で投射する工程である請求項２０記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２３】
前記セラミックス系投射材は、アルミナを含むアルミナ系投射材である請求項２０記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２４】
前記硬質膜は、炭素系硬質膜またはセラミックス系硬質膜である請求項２０記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２５】
前記硬質膜形成工程は、直流プラズマＣＶＤ法により炭素系硬質膜を形成する工程である請求項２０記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２６】
前記炭素系硬質膜は、非晶質炭素膜または金属含有炭素膜である請求項２４または２５記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２７】
前記クラッチ用摺動部材は、電磁クラッチに使用されるクラッチ板である請求項２０記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【請求項２８】
前記クラッチ用摺動部材は、油中で用いられる湿式クラッチに使用されるクラッチ板である請求項２０または２７記載のクラッチ用摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラッチ用摺動部材などとして利用ができる被覆部材およびその製造方法に関する。また、本発明は、自動車等のクラッチに用いられる摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐摩耗性等を付与するために、金属製の工具や機械部品などの表面に炭素系やセラミックス系の硬質膜を形成した被覆部材が、幅広い分野で用いられている。たとえば、特許文献１には、鉄製の基材の表面にショットブラスト加工を施し、その表面にダイヤモンド状炭素薄膜を設けたクラッチプレートが開示されている。ショットブラスト加工によりプレート表面が研削され清浄化されるため、プレート表面とダイヤモンド状炭素薄膜との密着性が向上する。
【０００３】
しかし、被覆部材の用途や使用条件によっては、さらに密着性を高めることが求められる。
【特許文献１】特開２００４−１１６７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題に鑑み、基材と炭素系硬質膜との密着性が従来よりもさらに優れた被覆部材および被覆部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
また、硬質膜の密着性が高く、また、耐久性に優れたクラッチ用摺動部材およびクラッチ用摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の被覆部材は、表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ金属製の基材と、該凹凸に一体的に形成された炭素系硬質膜と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の被覆部材の製造方法は、金属製の基材の表面にセラミックス系投射材を投射して凹凸を形成する粗面形成工程と、該凹凸の表面に炭素系硬質膜を形成する硬質膜形成工程と、からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のクラッチ用摺動部材は、摩擦によりトルクを伝達するクラッチ用摺動部材であって、表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ金属製の基材と、該凹凸に一体的に形成され少なくとも一部が摺動面となって摺動する硬質膜と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のクラッチ用摺動部材の製造方法は、摩擦によりトルクを伝達するクラッチ用摺動部材の製造方法であって、金属製の基材の表面にセラミックス系投射材を投射して凹凸を形成する粗面形成工程と、該凹凸の表面に少なくとも一部が摺動面となって摺動する硬質膜を形成する硬質膜形成工程と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の被覆部材および被覆部材の製造方法、ならびに、本発明のクラッチ用摺動部材およびクラッチ用摺動部材の製造方法では、基材の表面にセラミックス系投射材を投射して、表面に凹凸を形成する。セラミックス系投射材、特に、アルミナを含むアルミナ系投射材の投射により形成された凹凸は、その特徴的な形状（後述）により、炭素系硬質膜等の硬質膜との密着性を高めることができる。特に、本発明のクラッチ用摺動部材の製造方法およびクラッチ用摺動部材では、硬質膜の密着性が向上することにより、クラッチ用摺動部材の耐摩耗性が向上する。
【００１１】
本発明のクラッチ用摺動部材およびクラッチ用摺動部材の製造方法では、基材の表面に形成された凹凸の特徴的な形状（後述）により、硬質膜の密着性が向上し、また、摩耗による摺動面の表面粗さの低下が抑制されるため、長期にわたって耐摩耗性および摺動特性を保つことができ、耐久性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［被覆部材］
本発明の被覆部材は、主として、表面に凹凸をもつ金属製の基材と、その凹凸に一体的に形成された炭素系硬質膜と、を有する。
【００１３】
基材は、金属製であれば特に限定はなく、炭素鋼や合金鋼等の鉄系金属、純アルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム系金属などが使用可能である。また、基材の形状にも特に限定はなく、炭素系硬質膜が被覆される表面が平面であっても曲面であっても構わない。
【００１４】
基材は、その表面にセラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ。すなわち、基材の表面に形成される凹凸は、いわゆる、ショットブラスト加工により形成された微細な凹凸である。以下に、セラミックス投射材のうちでも特に好適な、アルミナを含むアルミナ系投射材を用いて形成された凹凸の形状について、ガラスビーズを用いた場合と比較して説明する。
【００１５】
図７は、ショットブラスト加工を施した基材の断面を模式的に示す図である。アルミナ系投射材を用いた場合（左上図）には、投射材としてガラスビーズを用いた場合（左下図）と比べ、形成される凹凸が密に形成される。具体的には、互いに隣接する２つの凸部の距離（基材を平面視した場合の凸部の先端から隣接する凸部の先端までの距離；図４のＤで示す）が４０μｍ以下であるのが好ましく、さらに好ましくは３〜３０μｍである。また、アルミナ系投射材を用いた場合に形成される凹凸は、任意の高さで形成される。こうした凹凸の形状の差違は、投射材の形状の違いに因るものである。ガラスビーズは表面がなめらかな球状粉末であるが、アルミナ等のセラミックス系投射材は、通常、表面に複数の先鋭な稜角をもつ。この稜角により基材の表面が研削され、特徴的な形状をもつ凹凸が表面に形成される。そして、アルミナ系投射材の投射により研削された基材の表面には、汚染膜や酸化膜などが除去された活性な面が広い面積で露出する。
【００１６】
基材の表面に活性な面が広い面積で露出することにより、基材と、基材の表面の凹凸に形成される炭素系硬質膜とは、従来よりも優れた密着性を示す。また、基材の表面は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２〜６μｍＲｚであるのが好ましく、さらに好ましくは２．９〜３．５μｍＲｚである。基材の表面粗さが上記の範囲である被覆部材は、基材と炭素系硬質膜との密着性がさらに優れる。
【００１７】
炭素系硬質膜は、非晶質炭素膜または金属含有炭素膜もしくは金属含有炭化膜であるのが望ましい。非晶質炭素膜（Diamond Like Carbon ：ＤＬＣ膜）は、珪素を含む非晶質炭素（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜であってもよい。また、金属含有炭素膜としては、ＤＬＣ膜にチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）を添加した膜が上げられる。また、金属含有炭化膜としては、炭化チタン（ＴｉＣ）膜や炭化タングステン（ＷＣ）膜、また、炭化タングステン膜と炭素膜との積層膜（ＷＣ／Ｃ）などを用いることができる。
【００１８】
［被覆部材の製造方法］
本発明の被覆部材の製造方法は、主として、粗面形成工程と、硬質膜形成工程と、からなる。
【００１９】
粗面形成工程は、金属製の基材の表面にセラミックス系投射材を投射して凹凸を形成する工程である。すなわち、本発明における粗面形成工程は、いわゆる、ショットブラスト加工に相当する。特に、アルミナ系投射材でショットブラスト加工を行うことにより、［被覆部材］の欄で詳細に説明した形状をもつ凹凸が、基材の表面に形成される。
【００２０】
セラミックス系投射材としては、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 、ＳｉＣ、また、ＪＩＳ  Ｒ６１１１に規定される褐色アルミナ、白色アルミナ、淡紅色アルミナ、解砕型アルミナ、アルミナジルコニア、高純度アルミナ等のアルミナなど、ショットブラスト加工の投射材として従来より用いられているセラミックスを投射材として使用することができる。特に、上記のアルミナを単独または複数種混合したアルミナ系投射材を使用するのが望ましく、褐色アルミナを含む投射材であると、さらに望ましい。また、セラミックス系投射材の粒径は、５０〜９０μｍであると、前述したような基材の表面がもつ特徴的な凹凸の形成に適する。
【００２１】
この際、セラミックス系投射材は、０．１５〜０．７ＭＰａの圧力で基材の表面に投射するのが望ましく、さらに望ましくは、０．２５〜０．３５ＭＰａである。投射圧力を上記範囲にすることにより、基材の表面粗さを最適な値とすることができる。なお、基材の表面粗さと、アルミナ系投射材を用いた場合の投射材の投射圧力との関係を図８に示す。投射圧力が０．１５〜０．７ＭＰａであれば、２〜６μｍＲｚの表面粗さが得られる。また、投射圧力が０．２５〜０．３５ＭＰａであれば、２．９〜３．５μｍＲｚの表面粗さが得られる。
【００２２】
硬質膜形成工程は、粗面形成工程で形成された凹凸の表面に炭素系硬質膜を形成する工程である。粗面形成工程において形成された凹凸では、上述のように、凹凸の形状に起因して活性な面の表面積が大きくなる。そのため、基材と炭素系硬質膜との密着性が従来よりも大きく向上する。
【００２３】
炭素系硬質膜の形成方法としては、従来から用いられているＣＶＤ法（化学蒸着法）やＰＶＤ法（物理蒸着法）により成膜すればよい。なお、粗面形成工程で形成された基材の表面粗さを成膜後の被覆部材の表面粗さに反映したい場合には、直流プラズマＣＶＤ法による成膜が適する。直流プラズマＣＶＤ法は、直流電源を印加した電位差のある二つの電極の間に電力を加えてグロー放電を生じさせ、このグロー放電を利用して、電極間に導入した処理ガスをプラズマ化させ、マイナス電位側の電極（基材）に堆積膜を形成する方法である。直流プラズマＣＶＤ法によれば、粗面形成工程で形成された凹凸の表面形状に沿って成膜されるため、成膜後であっても、粗面形成工程で得られた表面粗さを保持することができ、基材の表面粗さが被覆部材に良好に反映される。
【００２４】
［クラッチ用摺動部材］
本発明のクラッチ用摺動部材は、摩擦によりトルクを伝達するクラッチ用摺動部材である。すなわち、クラッチ用摺動部材の摺動面は、相手部材と摩擦係合状態となり、摩擦力によって相対的に動力を伝達する。クラッチ用摺動部材としては、たとえば、車両の自動変速機や駆動力伝達装置などに用いられる湿式クラッチ、電磁クラッチ、発進クラッチ、ロックアップクラッチ、湿式ブレーキ等のいずれかに用いられるクラッチ部材であれば、特に限定はない。また、複数のクラッチ用摺動部材からなる多板式クラッチであってもよいし、単板式クラッチであってもよい。具体的には、図１に一例として示す四輪駆動車用電子制御カップリング１０のクラッチプレート１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂが挙げられる。
【００２５】
クラッチ用摺動部材は、主として、表面に凹凸をもつ金属製の基材と、その凹凸に形成された硬質膜と、を有する。
【００２６】
基材は、金属製であれば特に限定はなく、クラッチ用摺動部材として一般的に用いられる金属からなればよいが、鉄系金属、具体的には、炭素鋼、ステンレス鋼、高合金鋼、銅鋼などが使用可能である。
【００２７】
基材は、その表面に、セラミックス系投射材を投射して形成された凹凸をもつ。基材に形成された凹凸は、本発明の被覆部材において基材の表面に形成された凹凸と同様の形状を有するものである。したがって、凹凸に形成される硬質膜は、密着性に優れる。特に、炭素系硬質膜などの比較的剥離が発生しやすい硬質膜を用いる場合には、効果的である。
【００２８】
さらに、基材の表面に形成された凹凸の特徴的な形状により、使用中に表面（摺動面）が摩耗しても、表面粗さの低下が抑制され、摺動特性が保たれる。具体的には、図７の右下図に示すように、従来のガラスビーズを用いたショットブラストでは、凸部の高さが比較的揃っているため、使用中に表面が摩耗するにつれて表面粗さが小さくなる。クラッチ用摺動部材は、相手材との摩擦係合によりトルクを伝達するため、表面粗さの低下は不都合である。一方、セラミックス系投射材を用いると、先に述べたように、凸部の高さが任意の高さとなるため、表面が摩耗しても表面粗さが低下し難くなるため、摺動特性の低下が抑制される。また、表面粗さの低下が抑制されると、シャダー（摺動面にスティック・スリップが生じることで発生する振動）の発生も低減される。
【００２９】
したがって、セラミックス系投射材、特に、アルミナ系投射材を投射した基材を用いることにより、クラッチ用摺動部材の耐摩耗性（硬質膜の密着性）や耐シャダー性が向上し、また、摺動特性の低下が抑制される。
【００３０】
また、基材の表面は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２〜６μｍＲｚであるのが好ましく、さらに好ましくは２．９〜３．５μｍＲｚである。基材の表面粗さが上記の範囲であるクラッチ用摺動部材は、基材と硬質膜との密着性がさらに優れる。
【００３１】
硬質膜は、基材の表面に形成された凹凸に一体的に形成され、少なくとも一部が摺動面となって摺動する。なお、ここでいう硬質膜とは、ビッカース硬度による摺動面の表面硬度が１０００〜２５００Ｈｖ程度となる膜を指す。この際、摺動面の表面粗さが、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２〜６μｍＲｚであるのが好ましく、さらに好ましくは２．９〜３．５μｍＲｚである。たとえば、硬質薄膜の形成法として直流プラズマＣＶＤ法を用いれば、基材の表面に形成された凹凸の表面粗さが摺動面に良好に反映されるため、摺動面の表面粗さを上記範囲とすることができる。摺動面の表面粗さが上記範囲にあれば、トルクの伝達に適した摩擦力を得ることができる。
【００３２】
また、硬質膜の膜厚は、１．５〜８μｍであるのが好ましく、さらに好ましくは１．５〜４．５μｍである。硬質膜が上記範囲の膜厚であれば、硬質膜の剥離が良好に低減され、かつ、摺動面の耐摩耗性を良好に発揮できる。
【００３３】
硬質膜は、炭素系硬質膜またはセラミックス系硬質膜であるであるのが好ましい。炭素系硬質膜としては、非晶質炭素膜または金属含有炭素膜もしくは金属含有炭化膜であるのが望ましい。非晶質炭素膜は、相手攻撃性が低く、油中での摩擦係数が高いため、クラッチ用摺動部材の硬質膜として好適である。非晶質炭素膜（ＤＬＣ膜）は、珪素を含む非晶質炭素（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜であってもよい。なお、ＤＬＣ−Ｓｉ膜に含まれる珪素の割合は、好ましくは１重量％〜８０重量％、より好ましくは５重量％〜５０重量％、さらに好ましくは１０重量％〜４０重量％である。また、金属含有炭素膜としては、ＤＬＣ膜にチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）を添加した膜が上げられる。また、金属含有炭化膜としては、炭化チタン（ＴｉＣ）膜や炭化タングステン（ＷＣ）膜、また、炭化タングステン膜と炭素膜との積層膜（ＷＣ／Ｃ）などを用いることができる。セラミックス系硬質膜としては、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化クロム（ＣｒＮ）膜などが挙げられる。
【００３４】
なお、本発明の被覆部材が摩擦によってトルクを伝達する部材である場合には、炭素系硬質膜の剥離が発生すると、表面性状の変化によりトルク伝達性が変化してしまう。また、本発明のクラッチ用摺動部材が、電磁クラッチに使用されるクラッチ板であれば、使用中に硬質膜の剥離が発生すると、クラッチ板の押圧力が変化する。電磁クラッチは、磁気的な力でクラッチ板と相手部材とを摩擦係合／非係合とすることによりトルクを伝達したり、伝達を絶ったりする。この際、硬質膜の剥離が発生すると、電磁クラッチを通る磁束の強度が増加する。その結果、クラッチ板と相手部材とを摩擦係合する力も増加するため、伝達されるトルク値が増加する。特に、炭素系硬質膜は、ほとんどが非磁性体であるため、膜の剥離が発生すると磁気抵抗が変化し、トルク値に大きく影響する。密着性に優れた硬質膜をもつ電磁クラッチであれば、トルク値の安定性を長期にわたって保持することができる。
【００３５】
また、本発明のクラッチ用摺動部材が、油中で用いられる湿式クラッチに使用されるクラッチ板であれば、優れたμ−ｖ特性を発揮する。μ−ｖ特性とは、速度（ｖ）に対する摩擦係数（μ）の依存性を示し、クラッチ用摺動部材においては、μ−ｖ特性を正勾配（すなわち、ｄμ／ｄｖ≧０）とすることが有効である。ところが、使用中にクラッチ用摺動部材の表面粗さが低下すると、摺動面に生じる油膜を切る効果が低減し、摺動面に形成された油膜により固体接触が阻害され、μ−ｖ特性が負勾配となる。一方、本発明のクラッチ用摺動部材では、前述のように、表面が摩耗しても表面粗さが低下し難いため、油膜を良好に切って適度な固体接触が得られるため、優れたμ−ｖ特性を発揮する。
【００３６】
［クラッチ用摺動部材の製造方法］
本発明のクラッチ用摺動部材の製造方法は、上記のクラッチ用摺動部材に適した製造方法である。本発明のクラッチ用摺動部材の製造方法は、主として、粗面形成工程と、硬質膜形成工程と、からなる。
【００３７】
粗面形成工程は、前出の［被覆部材の製造方法］と同様である。また、硬質膜形成工程は、粗面形成工程で形成された基材の凹凸の表面に少なくとも一部が摺動面となって摺動する硬質膜を形成する工程である。硬質膜形成工程において硬質膜を形成する方法については、前出の［被覆部材の製造方法］と同様である。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明の被覆部材および被覆部材の製造方法、クラッチ用摺動部材およびクラッチ用摺動部材の製造方法の実施例を、比較例とともに図を用いて説明する。
【００３９】
［実施例１］
以下の手順により、実施例１のパイロットアウタクラッチプレート（以下「実施例１のクラッチプレート」と記載）を作製した。
【００４０】
鉄製のパイロットアウタクラッチプレート（外径１１０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ０．９ｍｍ；図２に平面図を示す）の表面に、ショットブラスト加工を施した。ショットブラストは、アルミナ系投射材（ノートン社製アランダム（褐色アルミナ）、粒径５０〜９０μｍ）を用い、投射圧力を０．３５ＭＰａ、プレートの送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとした。ショットブラスト後の表面粗さは、３．４μｍＲｚであった。
【００４１】
次に、ショットブラストにより粗面化されたアウタクラッチプレートの表面に、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜を形成した。ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜は、直流プラズマＣＶＤ法により３μｍの膜厚となるように成膜した。
【００４２】
なお、図３に実施例１のクラッチプレートの断面を観察した走査顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す。ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜は、ショットブラストにより形成された凹凸に沿って成膜されている。また、得られた実施例１のクラッチプレートの表面粗さは、３．５μｍＲｚであった。
【００４３】
ここで、図１を参照して、実施例１のクラッチプレートを用いた電子制御カップリングについて説明する。図１は電子制御カップリングを示す要部断面図であり、出力シャフトの軸線を含む平面で電子制御カップリング（以下、単に「駆動力伝達装置」という）１０を切断したときの要部断面図である。なお、駆動力伝達装置１０の主要部は、軸線に対して略対称の構成であるため、図１には、駆動力伝達装置１０の略半分の部位を示し、他の略半分の部位を省略している。
【００４４】
駆動力伝達装置１０は、アウタケース１０ａ、インナシャフト１０ｂ、メインクラッチ１０ｃ、パイロットクラッチ機構１０ｄ、およびカム機構１０ｅを備えている。この駆動力伝達装置１０は、四輪駆動車において、後輪側への駆動力伝達経路に配設される。
【００４５】
駆動力伝達装置１０を構成するアウタケース１０ａは、有底筒状のハウジング１１ａと、ハウジング１１ａの後端開口部に嵌合螺着されて同開口部を覆蓋するリヤカバー１１ｂとにより形成されている。ハウジング１１ａは非磁性材料であるアルミ合金にて、かつ、リヤカバー１１ｂは磁性材料である鉄にてそれぞれ形成されている。なお、リヤカバー１１ｂにはその中間部に、非磁性材料であるステンレス製の筒体１１ｃが埋設されており、筒体１１ｃは環状の非磁性部位を形成している。
【００４６】
インナシャフト１０ｂは、リヤカバー１１ｂの中央部を液密的に貫通してアウタケース１０ａ内に同軸的に挿入されていて、軸方向を規制された状態で、ハウジング１１ａとリヤカバー１１ｂに回転可能に支持されている。アウタケース１０ａおよびインナシャフト１０ｂにより液密的に区画される空間内には、潤滑油組成物が充填されている。
【００４７】
インナシャフト１０ｂには、従動輪である後輪側のデファレンシャル装置に連結された図略の第２プロペラシャフトの先端部が挿入されて、トルク伝達可能に連結される。また、アウタケース１０ａを構成するハウジング１１ａの前端部には、エンジンの出力を変速する変速機の出力軸に連結された図略の第１プロペラシャフトがトルク伝達可能に連結されている。なお、主駆動輪である前輪には、変速機の出力軸のトルクが別機構により常時伝達されている。
【００４８】
メインクラッチ１０ｃは湿式多板式の摩擦クラッチであり、鉄製の多数のクラッチプレート（メインインナクラッチプレート１２ａ、メインアウタクラッチプレート１２ｂ）を備え、ハウジング１１ａ内に配設されている。メインクラッチ１０ｃを構成する各メインインナクラッチプレート１２ａは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各メインアウタクラッチプレート１２ｂはハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各メインインナクラッチプレート１２ａと各メインアウタクラッチプレート１２ｂは交互に位置しており、互いに当接して摩擦係合するとともに互いに離間して自由状態となる。
【００４９】
メインインナクラッチプレート１２ａにおいて、メインアウタクラッチプレート１２ｂと摺接する部分には、図略のペーパー系湿式摩擦材が貼着されている。
【００５０】
パイロットクラッチ機構１０ｄは、電磁石１３、パイロットクラッチ１４、アーマチャ１５、およびヨーク１６にて構成されている。電磁石１３は環状を呈し、ヨーク１６に嵌着された状態でリヤカバー１１ｂの環状凹所１１ｄに嵌合されている。ヨーク１６は、リヤカバー１１ｂの後端部の外周にベアリングによって回転可能に支持された状態で車体側に固定されている。
【００５１】
パイロットクラッチ１４は、複数のパイロットアウタクラッチプレート１４ａとパイロットインナクラッチプレート１４ｂとからなる湿式多板式の摩擦クラッチであり、各パイロットアウタクラッチプレート１４ａはハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各パイロットインナクラッチプレート１４ｂは後述するカム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７ａの外周に、スプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各パイロットインナクラッチプレート１４ｂは鉄を主成分とし、表面には特殊ガス窒化処理がなされている。各パイロットインナクラッチプレート１４ｂの摺動面には、周方向に延びる微細な溝（たとえば深さ３〜２０μｍ）が微細な間隔（たとえば１００〜３００μｍ）を保持して多数並列して同心円状に設けられている。また、パイロットアウタクラッチプレート１４ａは、本実施例のクラッチプレートである。なお、パイロットアウタクラッチプレート１４ａの摺動面には潤滑油を循環させるための格子溝の潤滑溝が形成されている。
【００５２】
アーマチャ１５は環状を呈するもので、ハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられていて、パイロットクラッチ１４を挟んで電磁石１３の反対側に位置している。
【００５３】
以上の構成のパイロットクラッチ機構１０ｄにおいては、電磁石１３の電磁コイルへの通電により、電磁石１３を基点としてヨーク１６、リヤカバー１１ｂ、パイロットクラッチ１４の各クラッチプレートおよびアーマチャ１５を循環する磁束が通るループ状の循環磁路Ｘが形成される。電磁石１３の通電電流は、デューティ制御により設定された所定の電流値に制御される。なお、パイロットクラッチ１４の各クラッチプレートの筒体１１ｃに対応する部位には複数の円弧状の溝が形成されており、磁束の短絡を防止している。
【００５４】
電磁石１３の電磁コイルへの通電の断続は、スイッチの切替え操作によりなされ、後述する３つの駆動モードを選択できるようになっている。当該スイッチは、車室内の運転席の近傍に配設されて、運転者が容易に操作し得るようになっている。なお、駆動力伝達装置１０を後述する第２の駆動モードのみの構成とすれば、当該スイッチを省略できる。
【００５５】
カム機構１０ｅは、第１カム部材１７ａ、第２カム部材１７ｂ、およびカムフォロアー１７ｃにて構成されている。第１カム部材１７ａは、インナシャフト１０ｂの外周に回転可能に嵌合されていて、リヤカバー１１ｂに回転可能に支承されており、その外周にパイロットインナクラッチプレート１４ｂがスプライン嵌合している。第２カム部材１７ｂは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合されて一体回転可能に組付けられていて、メインクラッチ機構１０ｃのメインインナクラッチプレート１２ａの後側に対向して位置している。第１カム部材１７ａと第２カム部材１７ｂの互いに対向するカム溝には、ボール状のカムフォロアー１７ｃが介在している。
【００５６】
かかる構成の駆動力伝達装置１０においては、パイロットクラッチ機構１０ｄを構成する電磁石１３の電磁コイルが非通電状態にある場合には磁路は形成されず、摩擦クラッチ１４は非係合状態にある。このため、パイロットクラッチ機構１０ｄは非作動の状態にあって、カム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７ａはカムフォロアー１７ｃを介して第２カム部材１７ｂと一体回転可能であり、メインクラッチ１０ｃは非作動の状態にある。このため、車両は二輪駆動である第１の駆動モードを構成する。
【００５７】
一方、電磁石１３の電磁コイルへの通電がなされると、パイロットクラッチ機構１０ｄには電磁石１３を基点とするループ状の循環磁路Ｘが形成されて磁力が発生して、電磁石１３はアーマチャ１５を吸引する。このため、アーマチャ１５は摩擦クラッチ１４を押圧して摩擦係合させる。すると、ハウジング１１ａとインナシャフト１０ｂとの相対回転トルクが第１カム部材１７ａと第２カム部材１７ｂとを相対回転させるように作用する。この結果、カム機構１０ｅでは、カムフォロアー１７ｃが両カム部材１７ａ，１７ｂを互いに離間する方向へ押圧する。
【００５８】
このため、第２カム部材１７ｂはメインクラッチ１０ｃ側へ押動されて、メインクラッチ１０ｃをハウジング１１ａの奥壁部とにより押圧して、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力に応じて摩擦係合させる。これにより、アウタケース１０ａとインナシャフト１０ｂ間でのトルク伝達が生じ、車両は、第１プロペラシャフトと第２プロペラシャフトとが非直結状態と直結状態間での四輪駆動である第２の駆動モードを構成する。この駆動モードでは、車両の走行状態に応じて、前後輪間の駆動力分配比を１００：０（二輪駆動状態）〜直結状態の範囲で制御することができる。
【００５９】
この第２の駆動モードでは、車輪速センサ、スロットル開度センサ、舵角センサ等各種のセンサからの信号に基づいて、車両の走行状態や路面状態に応じて電磁コイルへの通電電流をデューティ制御することにより、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力、すなわち、後輪側への伝達トルクが制御される。
【００６０】
また、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流を所定の値に高めると電磁石１３のアーマチャ１５に対する吸引力が増大し、アーマチャ１５は強く吸引されて摩擦クラッチ１４の摩擦係合力を増大させ、両カム部材１７ａ，１７ｂ間の相対回転を増大させる。この結果、カムフォロアー１７ｃは第２カム部材１７ｂに対する押圧力を高めて、メインクラッチ機構１０ｃを結合状態とする。このため、車両は第１プロペラシャフトと第２プロペラシャフトが直結状態の四輪駆動である第３の駆動モードを構成する。
【００６１】
［実施例２］
投射材として白色アルミナを使用し、ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．２５ＭＰａ、送り速度を１．４ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を３．５μｍとした他は、実施例１と同様にして実施例２のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは３μｍＲｚであった。
【００６２】
［実施例３］
投射材として黒色炭化珪素を使用し、ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．４５ＭＰａ、送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を２．９μｍとした他は、実施例１と同様にして実施例３のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは４μｍＲｚであった。
【００６３】
［比較例１］
投射材としてガラスビーズを使用し、ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．３５ＭＰａ、送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を３μｍとした他は、実施例１と同様にして比較例１のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは３．６μｍＲｚであった。
【００６４】
［比較例２］
ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．５５ＭＰａ、送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を３μｍとした他は、比較例１と同様にして比較例２のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは５μｍＲｚであった。
【００６５】
［比較例３］
ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．４５ＭＰａ、送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を２．９μｍとした他は、比較例１と同様にして比較例３のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは４μｍＲｚであった。
【００６６】
［比較例４］
ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．６５ＭＰａ、送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を３μｍとした他は、比較例１と同様にして比較例４のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは５．５μｍＲｚであった。
【００６７】
［比較例５］
ショットブラストの条件を投射材平均粒径７０μｍ、投射圧力０．２５ＭＰａ、送り速度を１．３ｍ／ｍｉｎとし、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の膜厚を３μｍとした他は、比較例１と同様にして比較例５のクラッチプレートを作製した。このクラッチプレートのショットブラスト後の基材の表面粗さは３．１μｍＲｚであった。
【００６８】
なお、実施例２、３および比較例１〜５において、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の成膜前後で表面粗さのさは、ほとんど無かった。
【００６９】
［評価］
［密着性の評価］
実施例１と比較例１のクラッチプレートに対し、ロックウェル圧痕試験を行った。試験は、ロックウェルＣスケールにて押しこみ荷重１５０Ｎで行った。試験後に表面に形成された圧痕の周辺を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。ＳＥＭ像を図４に示す。
【００７０】
実施例１のクラッチプレートでは、圧痕の周囲にＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の剥離が見られなかった（図４の上図参照）。一方、比較例１のクラッチプレートでは、圧痕の周囲にＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の剥離が観察された（図４の下図参照）。
【００７１】
［駆動力伝達装置の耐久性評価］
上記の実施例および比較例のクラッチプレートをパイロットアウタクラッチプレート１４ａとして用いた駆動力伝達装置に対し、耐久前後でのトルク変化率とシャダー寿命比を算出し、耐久性を評価した。
【００７２】
図５は、実施例１〜３および比較例１〜５の各クラッチプレートを駆動力伝達装置のパイロットクラッチに用いた場合の、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の密着力に対するトルク変化を示すグラフである。この際、クラッチプレートの面圧は０．３ＭＰａ、平均すべり速度は０．１ｍ／ｓ、駆動力伝達装置の表面温度は９０℃とした。横軸は、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の密着力を示し、右に向かうほど密着力が高い。縦軸は、相対的なトルク変化を示し、上に向かうほど耐久前後のトルク値の変化が大きい。また、図５では、実施例のクラッチプレート（アランダムにより投射）を▲、比較例のクラッチプレート（ガラスビーズにより投射）を○、でそれぞれ示す。
【００７３】
図５によれば、比較例１〜５のクラッチプレートは、駆動力伝達装置の作動中にプレート表面から硬質薄膜が剥離し、耐久前後で一定の条件下でのトルク値が大きく変化した。一方、実施例１〜３のクラッチプレートは密着性に優れるため、耐久前後でのトルク変化が低減された。
【００７４】
また、図６は、実施例１および比較例１のクラッチプレートを駆動力伝達装置に用いた場合の、シャダー寿命比を示すグラフである。図６によれば、実施例１のシャダー寿命は、比較例１の３倍であった。したがって、実施例１のクラッチプレートを用いた駆動力伝達装置は、μ−ｖ特性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】電子制御カップリング（駆動力伝達装置）の要部断面図である。
【図２】実施例および比較例のパイロットアウタクラッチプレートの平面図を示す。
【図３】実施例１のパイロットアウタクラッチプレートの断面を観察したＳＥＭ像である。
【図４】実施例１および比較例１のパイロットアウタクラッチプレートのロックウェル圧痕試験の結果を示すＳＥＭ像である。
【図５】実施例１〜３および比較例１〜５の各パイロットアウタクラッチプレートを駆動力伝達装置に用いた場合の、硬質薄膜（ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜）の密着力に対するトルク変化を示すグラフである。
【図６】実施例１および比較例１のパイロットアウタクラッチプレートを駆動力伝達装置に用いた場合の、シャダー寿命比を示すグラフである。
【図７】ショットブラスト加工を施した基材の断面を模式的に示す図であって、上図はアルミナ系投射材を投射した場合、下図はガラスビーズを投射した場合を示す。
【図８】粗面形成工程におけるアルミナ系投射材の投射圧力と、投射された基材の表面粗さ（Ｒｚ）の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１０：電子制御カップリング（駆動力伝達装置）
１４：パイロットクラッチ
１４ａ：パイロットアウタクラッチプレート
１４ｂ：パイロットインナクラッチプレート
Ｘ：循環磁路
【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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【図８】
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