(57)【要約】【課題】高速領域の摩擦係数の向上に加えて、潤滑油の影響を受けずに低速領域の摩擦係数を低減させることにより、μ−Ｖ特性を向上させることが可能な摩擦相手材を提供すること。【解決手段】摩擦相手材１０は、硬質皮膜２０を摩擦相手材基材３０にコーティングしてなるものであって、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合（「弾性範囲」）が５０％以上であることを特徴とする。硬質皮膜の弾性範囲を５０％以上とすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させて、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することができる。また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消することができる。【選択図】        図１
2004316854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質皮膜を摩擦相手材基材にコーティングしてなる摩擦相手材であって、
前記硬質皮膜が、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である、
摩擦相手材。
【請求項２】
直径１〜５μｍの半球状突起が前記硬質皮膜表面に３％以上の面積比率で設けられ、前記半球状突起以外の前記硬質皮膜表面の算術平均粗さＲａが４〜５０ｎｍである、請求項１の摩擦相手材。
【請求項３】
前記摩擦相手材基材の算術平均粗さＲａが０．０７μｍ以下である、請求項１又は２の摩擦相手材。
【請求項４】
前記硬質皮膜の厚さが１〜２０μｍである、請求項１から３のいずれかの摩擦相手材。
【請求項５】
前記硬質皮膜がタングステンカーバイトとアモルファスカーボンを複合したものである、請求項１から４のいずれかの摩擦相手材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油中で動力の伝達・遮断を行う動力伝達装置で使用される摩擦係合装置の摩擦相手材に関し、特に、自動変速機の湿式多板クラッチやブレーキ等の湿式摩擦係合装置におけるセパレータプレート、ロックアップクラッチの相手材であるトルコンカバー、バンドブレーキの相手ドラム等の摩擦相手材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の自動変速機においては、摩擦材と摩擦相手材とを交互に配した多板クラッチを組込み、潤滑油として使用されるＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルーイッド）の中で、これらのプレートを相互に圧接して摩擦係合させ、また解放することによって、駆動力を伝達又は遮断するようにしている
【０００３】
そして、従来より、摩擦相手材としては、ブレーキドラム等の場合にはネズミ鋳鉄が使用されるが、一般的には、強度、靭性等に優れた材料である鋼材、すなわち、通常の炭素鋼が使用されている。そして具体的には、例えば、湿式多板クラッチ又はブレーキの場合のセパレータプレートは、冷間圧延鋼板等の鋼材板をリングプレート状に打抜き加工し、次いでバリ取り研削等の後加工を行って形成され、また、最終的な仕上げ処理としてバレル研磨等の研磨処理を施して製造される。
【０００４】
しかし、このような湿式摩擦係合装置において、摩擦材と摩擦相手材を摩擦係合させた場合は、摩擦材と摩擦相手材とのなじみが十分でない初期段階において、安定した摩擦係数が得られず、鳴きやジャダーが発生することがあった。
この鳴きやジャダーは、主に摩擦振動に起因し、その要因として摩擦係数の速度依存性（μ−Ｖ特性）の影響が強いとされている。一般的には、μ−Ｖ特性が正勾配を示している場合には、このような異音や振動が発生しにくい。μ−Ｖ特性は、高速領域の摩擦係数を上げ、低速領域の摩擦係数を下げることで正勾配とすることができるが、このμ−Ｖ特性を正勾配とするために、従来から様々な手段が提案されてきた。
【０００５】
例えば、摩擦相手材表面をバレル等の研磨加工により表面粗さを大きくしていくと高速領域の摩擦係数を上昇させることができ、μ−Ｖ特性を向上させることができることが知られている。
【０００６】
しかし、低速側の摩擦係数は、潤滑油に含まれるＦＭ剤（摩擦調整剤）等の影響を強く受け、潤滑油種やその劣化により摩擦係数が変化してしまうため、この潤滑油の影響で良好なμ−Ｖ特性が得られていない場合は、高速領域の摩擦係数を高めるだけでは正勾配を得ることができない。
【０００７】
これに対し、硬質で微細な粗さを有する皮膜（すなわち、「硬質皮膜」）が表面に付与された摩擦相手材がある。この摩擦相手材によると、摺動中に摩擦材表面が微小研削され、摩擦材の表面平滑性が向上し、見かけの接触面積が大きくなると同時に均一で薄い油皮膜が形成されるため、高速領域の摩擦係数を上昇させることができる。
【０００８】
このような硬質皮膜を有する摩擦相手材としては、アモルファスカーボン、ＴｉＮ等のセラミック材料を皮膜厚分布や粒子系分布を変えてコーティングしてなる摩擦相手材がある（例えば、特許文献１参照。）。また、ラッピングした素材表面にＴｉＮコーティングを施してなる摩擦相手材がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
アモルファスカーボン等のカーボン系のコーティング材料は、その化学的安定性から、潤滑油に含まれる添加材が境界膜として摩擦面に生成されにくいことが一般的に知られている。また、その自己潤滑機能や皮膜物性から、良好な耐摩耗性を有し、無潤滑下の低速領域でも０．１〜０．２の低い摩擦係数を示すことが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平４−３６６０２９号公報
【特許文献２】
特開平４−２７２５１７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１，２の摩擦相手材においても、μ−Ｖ特性は或る程度向上するが、満足できるものでなかった。
本発明は、上述した問題点に鑑み、高速領域の摩擦係数の向上に加えて、潤滑油及びその成分や劣化に影響を受けずに低速領域の摩擦係数を低減させることにより、μ−Ｖ特性を向上させることが可能な摩擦相手材を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硬質皮膜を摩擦相手材基材にコーティングしてなる摩擦相手材であって、前記硬質皮膜が、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である摩擦相手材によって、前記の課題を解決した。
【００１３】
【作用】
荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である硬質皮膜をコーティングすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させ、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することが可能な摩擦相手材を提供することができる。
また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の摩擦相手材の実施形態を、図１に基づいて説明する。
本発明の摩擦相手材１０は、硬質皮膜２０を摩擦相手材基材３０にコーティングしてなるものであって、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合（以下、「弾性範囲」と記す。）が５０％以上であることを特徴とするものである。なお、荷重変位特性は、ＩＳＯ１４５７７−１に準じて測定される。
このように、硬質皮膜２０の弾性範囲を５０％以上とすることで、低速域において、低い摩擦係数を得ることができる。
より具体的には、物理蒸着法や化学蒸着法で、アモルファスカーボンやアモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料を摩擦相手材基材３０にコーティングすることで、弾性範囲が５０％以上の硬質皮膜２０を形成することができる。
【００１５】
また、この摩擦相手材１０の硬質皮膜２０表面には、コーティングする硬質皮膜２０と同じ材質からなる半球状突起４０が形成される。
より具体的には、上記に述べたように、物理蒸着法や化学蒸着法でアモルファスカーボンやアモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料を摩擦相手材基材３０にコーティングすることで、このような半球状突起４０を硬質皮膜２０表面に形成することができる。
この半球状突起４０には、摩擦材を微小研削し、摩擦材表面を平滑にする作用があり、高速域の摩擦係数を高くする効果を奏する。
この半球状突起４０は、直径１〜５μｍであって、硬質皮膜２０表面に対して３％以上の面積比率で形成されることが好ましい。
一方、半球状突起４０の直径が５μｍより大きい場合、摩擦材を摩耗させてしまう。また、面積比率が３％以下であると、半球状突起４０の分担荷重が大きくなり、半球状突起４０が摩耗してしまい、微小研削効果が得られず、平滑な摩擦材表面が得られなくなってしまう。
【００１６】
また、摩擦相手材基材３０は、算術平均粗さＲａが０．０７μｍ以下であることが好ましい。
このように、摩擦材基材の表面粗さを小さくすることで、摩擦材との均一な接触が得られ、硬質皮膜自体の摺動性を十分に得ることができるため、低速域の摩擦係数を低くすることができる。
【００１７】
摩擦相手材基材３０に対し、半球状突起４０以外の硬質皮膜２０表面の算術平均粗さＲａが４〜５０ｎｍとなるように、硬質皮膜を１〜２０μｍの厚さでコーティングすることが好ましい。
このように、微細な粗さを有する硬質皮膜２０を付与することにより、摺動中に摩擦材の表面を微小研削するので、摩擦材の表面平滑性が向上し、見かけの接触面積が大きくなると同時に均一で薄い油膜が形成され、高速領域の摩擦係数が向上する効果を奏する。
【００１８】
一方、本発明の硬質皮膜２０は微細な粗さを有するから、潤滑油の保持性が良好であり、その潤滑効果のため、低速領域の摩擦係数も低くなる。これは、一般に低速領域の摩擦係数についてはいわゆる境界摩擦の影響が強いとされ、潤滑油中に含まれる添加物が摩擦面に生成する境界膜の性質が摩擦係数に与える影響は大きいのであるが、本発明の硬質皮膜２０は化学的に安定で、潤滑油中に含まれる添加物が摩擦面に境界膜を生成しにくいので、添加物の影響が弱く、低速領域の摩擦係数が低くなるからである。
また、硬質皮膜２０と摩擦相手材基材３０との密着強度を高くすることで、より長い間効果が維持できる。
【００１９】
本発明の摩擦相手材は、自動車用オートマチックトランスミッションや産業機械、産業用車両の制動装置で用いられる湿式摩擦係合装置全般に用いることができる。具体的には、図２に示す自動変速機や産業用車両で使用されている湿式多板式クラッチ・ブレーキのセパレータプレート、図３に示す自動変速機トルクコンバータに装着されるロックアップクラッチ摩擦材の摩擦相手材としてのトルクコンバータカバー、図４に示す自動変速機や産業用車両で使用されているバンド式ブレーキの相手ドラム等に用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
表面を研磨加工後、コンパウンドで磨き加工したものの上に、アモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料をコーティングして作製した摩擦相手材。
（比較例１）
クロム、ＴｉＮ等をコーティングした摩擦相手材。
（比較例２）
半球状突起の面積比率を低くした摩擦相手材。
（比較例３）
摩擦相手材基材の表面粗さを大きくした摩擦相手材。
（比較例４）
表面を研磨加工するのみで、硬質皮膜をコーティングしなかった摩擦相手材（現行量産品）。
【００２１】
図５に、上記実施例及び比較例１〜４の構成及び摩擦係数とμ−Ｖ特性を示す。
実施例は、高速域の摩擦係数は維持され、低速域の摩擦係数は低く、良好なμ−Ｖ特性を示した。
一方、比較例１は、高速域の摩擦係数は維持されたが、低速域の摩擦係数は低くならなかった。これは、クロム、ＴｉＮ等の弾性範囲が小さかったので、低速域での均一な接触が得にくかったのと、半球状突起以外の硬質皮膜表面の算術平均粗さが、カーボン系の硬質皮膜と比べ高かったためである。
【００２２】
比較例２は、高速域の摩擦係数が高く維持されなかった。これは、微小研削効果を有する半球状突起の面積比率が低かったので、摩擦材の表面平滑性が十分でなく、高速域の摩擦係数が高く維持されなかったからである。
比較例３では、実施例に比べ、低速域の摩擦係数が高く、良好なμ−Ｖ特性が得られなかった。これは、摩擦材基材の表面粗さが大きかったので、摩擦材との均一な接触が得にくく、硬質皮膜自体の摺動性が十分に得られなかったためである。
比較例４では、高速域においても、低速域においても良好な摩擦係数は得られなかった。これは、表面を研磨加工するのみで、硬質皮膜がコーティングされていなかったためである。
【００２３】
図６，７は、本発明の摩擦振動抑制効果を示す図である。これら比較例１〜４と比して、本発明の実施例は摩擦振動抑制に絶大な効果を奏することが分かる。
【００２４】
図８は、潤滑油種に対する、実施例と比較例４の低速領域の摩擦係数及びμ−Ｖ特性を示す図である。なお、潤滑油種Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは全て市販されている潤滑油である。
これを見ると、比較例４は、潤滑油種により低速度領域の摩擦係数及び静止摩擦係数値が変化し、温度依存性が大きいのに対し、本発明の摩擦相手材は、潤滑油種による摩擦係数の変化と温度依存性が小さいことが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である硬質皮膜をコーティングすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させ、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することが可能な摩擦相手材を提供することができる。
また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消できるという効果を奏する。
【００２６】
一方、本発明の摩擦相手材は、潤滑油種でμ−Ｖ特性が変わることがないことから、潤滑油の共通化を図ることができる。また、摩擦振動を抑制できることから、車体やトランスミッションに使用している制振機構が不要となるので、コスト削減及び省資源・省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦相手材の概要図。
【図２】湿式多板式クラッチ・ブレーキにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図３】ロックアップクラッチにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図４】バンド式ブレーキにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図５】実施例及び比較例１〜４の構成及び摩擦特性とμ−Ｖ特性を示す図表。
【図６】本発明の摩擦振動抑制効果を示す図表。
【図７】本発明の摩擦振動抑制効果を示す図表。
【図８】潤滑油種に対する、実施例と比較例４の低速領域の摩擦係数及びμ−Ｖ特性を示す図表。
【符号の説明】
１０：摩擦相手材
２０：硬質皮膜
３０：摩擦相手材基材
４０：半球状突起
【図１】
2004316854.tif 000003
【図２】
2004316854.tif 000004
【図３】
2004316854.tif 000005
【図４】
2004316854.tif 000006
【図５】
2004316854.tif 000007
【図６】
2004316854.tif 000008
【図７】
2004316854.tif 000009
【図８】
2004316854.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月23日(2003.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2004316854.tif 000011