(57)【要約】【課題】環境への配慮のため軽量化が求められる自動車等産業機器の部品のうち、ゴムとの摺動部材において、耐摩耗性及び耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有するＡｌ合金基材からなる摺動部材を提供する。【解決手段】摺動部材は、アルミニウム合金１０１の表面を酸化膜３で覆った基材２の上に、基材２側より外側に向かって、導電層４，バッファー層５，傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７で構成された被膜１を備えている。ダイヤモンドライクカーボン層７の表面粗度をＲａで０.１５μｍ以上０.５μｍ以下とする。【選択図】  図１
2013151707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に、導電層，バッファー層，ダイヤモンドライクカーボン層を順に配置した摺動部材であって、
前記基材が、酸化アルミニウム層で覆われたアルミニウム合金であり、
前記バッファー層が、前記基材との密着性を向上させ、基材の硬度を補う層であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面粗度がＲａで０.１５μｍ以上０.５μｍ以下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記導電層がアルミニウム，クロム及びチタンから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記バッファー層がクロム窒化物及びチタン窒化物から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記バッファー層がクロム炭化物及びチタン炭化物から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項５】
前記バッファー層と前記ダイヤモンドライクカーボン層との間に、傾斜層を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項６】
前記傾斜層が、炭素及び金属の混合物又は金属の炭化物であり、前記傾斜層に含まれる金属の含有量が、前記基材側から外側に向かって減少し、前記傾斜層に含まれる炭素の含有量が、前記基材側から前記外側に向かって増加し、前記金属がアルミニウム，クロム及びチタンから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項５記載の摺動部材。
【請求項７】
前記ダイヤモンドライクカーボン層表面の硬度が１０ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜６記載のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項８】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ｓｐ2結合炭素とｓｐ3結合炭素とが混在することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の摺動部材で構成されたことを特徴とする自動車用ブレーキピストン。
【請求項１０】
酸化アルミニウム層で覆われたアルミニウム合金を基材とし、この基材の表面にスパッタリング或いはイオンプレーティングにより導電層を形成する工程と、
前記基材にバイアス電圧を印加した状態で、前記導電層の上に前記基材との密着性を向上させ、前記基材の硬度を補うためのバッファー層を形成する工程と、
このバッファー層の上に傾斜層を形成する工程と、
この傾斜層の上に表面粗度がＲａで０.１５μｍ以上０.５μｍ以下であるダイヤモンドライクカーボン層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする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、例えば、自動車のブレーキピストンなどに好適な摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）は、一般的に、高硬度で表面が平滑であり、耐摩擦性に優れ、その固体潤滑性から低摩擦係数で優れた低摩擦性能を有している。そして、無潤滑環境下において、通常の平滑な鋼材表面の摩擦係数が０.５以上であり、従来の表面処理材であるＮｉ−ＰめっきやＣｒめっき、ＴｉＮコーティングやＣｒＮコーティング等の表面の摩擦係数が約０.４である。これに対して、ＤＬＣ膜の摩擦係数は約０.１である。
【０００３】
現在、これらの優れた特性を活かして、ドリル刃をはじめとする切削工具、研削工具等の加工治具や塑性加工用金型、バルブコックやキャプスタンローラのような無潤滑環境下で使用される摺動部材等への応用が図られている。一方、エネルギー消費や環境の面から可能な限りの機械的損失の低減が望まれている内燃機関などの機械部品においては、現在、潤滑油存在下での摺動が主流となっている。
【０００４】
また、自動車では環境への配慮から高効率化が求められ、そのため構成部品の軽量化が必要となる。自動車用摺動部品にも例えばＡｌ合金等の軽金属合金が有効であり、軽金属合金製摺動部品の性能向上が必須である。例えば、軽金属合金製のブレーキピストン表面上に、耐摩耗性及び耐食性に優れ、ゴムシールを摩耗させにくく、ゴムシールとの摩擦係数を制御できるＤＬＣ膜を形成することができれば、高効率及び高信頼性の自動車を提供できる。
【０００５】
特許文献１には、ゴム状弾性体中にＯＨ基を有する添加剤を含有する潤滑油組成物が混合され、ゴム状弾性体と摺接するインナ部材又はアウタ部材の表面に含有水素原子量が０.５at％以下の硬質炭素被膜が被覆され、インナ部材又はアウタ部材の表面粗さがＲｚで５μｍ以下であることを特徴とするゴムブッシュが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、アルミニウム又はアルミニウム合金などの非鉄材料からなる母材の表面に窒素含有クロム被膜および炭素含有クロム被膜を順次形成し、炭素含有クロム被膜上に硬質被膜としてＤＬＣ被膜を形成する部材が開示されている。
【０００７】
しかし、従来、表面が酸化膜で覆われたＡｌ合金製の自動車用ブレーキピストンを用いた場合、ブレーキオイル存在下でもゴムシールとの滑りが悪いことでロールバック（ブレーキの液圧解除時にピストンがゴムの弾性変形分により戻される現象）の量が大きくなるため、制動時のフィーリングが悪いという課題があった。また、表面が平滑な硬質炭素被膜で覆われた自動車用ブレーキピストンを用いた場合、ブレーキオイル存在下でもゴムシールがピストンに吸着して滑りが悪いことでロールバックの量が大きくなるため、制動時のフィーリングが悪いという課題があった。
【０００８】
また、自動車用ブレーキピストンに鉄鋼材を用いた場合、ピストンに硬質炭素被膜を形成することでゴムシールとの滑り量が適切となりロールバックの量を適切に制御できたとしても、重量が大きくなるため自動車全体として高効率化が困難であるという課題があった。また、表面が酸化膜で覆われたＡｌ合金基材に鉄鋼基材用硬質炭素被膜を形成（酸化膜の上に直接ボンド層，傾斜層、及びダイヤモンドライクカーボン層を形成）した場合、酸化膜が電気絶縁層であるため、硬質炭素被膜の形成にあたりバイアス電圧を印加することができない。そのため硬質炭素被膜の基材との密着性が得られず、その結果ブレーキオイル存在下でもゴムシールとの滑りが悪いことでロールバックの量が大きくなるため、制動時のフィーリングが悪いという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−０１６８３０号公報
【特許文献２】特開２００９−１６１８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、環境への配慮のため軽量化が求められる自動車等産業機器の部品のうち、ゴムとの摺動部材において、耐摩耗性及び耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有するＡｌ合金基材からなる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】
【００１１】
本発明の摺動部材は、基材に、導電層，バッファー層，ダイヤモンドライクカーボン層を順に配置した摺動部材であって、前記基材が、酸化アルミニウム層で覆われたアルミニウム合金であり、前記バッファー層が、前記基材との密着性を向上させ、基材の硬度を補う層であり、前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面粗度がＲａで０.１５μｍ以上０.５μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アルミニウム合金を基材とし、耐摩耗性及び耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有する摺動部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る基材および硬質炭素被膜の断面構造を示す図である。
【図２】本実施形態の摩擦評価に使用した摩擦試験機の断面説明図である。
【図３】実施例及び比較例１〜２における成膜条件（プロセス時間 vs ターゲット投入電力）を示す図である。
【図４】本発明による実施例を示す自動車用ブレーキピストンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、耐摩耗性，耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有する摺動部材に関する。
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
本実施形態で示す硬質炭素被膜は、ゴムとの潤滑環境下で使用される機械部品等の摺動部材（Ａｌ合金基材）に適用可能である。
【００１７】
図１に示すように、硬質炭素被膜（以下、「被膜」と呼称する）１は、基材２上に、アンバランスト・マグネトロン・スパッタリング（ＵＢＭ）法を用いることにより形成できる。
【００１８】
ＵＢＭ法とは、ターゲットの背面側に配置される磁極のバランスをターゲットの中心部と周縁部とで意図的に崩し、非平衡とすることでターゲットの周縁部の磁極からの磁力線の一部を基材まで伸ばし、ターゲットの近傍に収束していたプラズマが磁力線に沿って基材の近傍まで拡散し易くすることにより、被膜１の形成中に基材２に照射されるイオン量を増やすことができ、結果として、基材２の上面側に緻密な被膜１を形成することができることを特徴とした成膜方法である。
【００１９】
なお、詳細は実施例を用いて説明するが、本発明の摺動部材は、図１に示すように、基材２の外側に前記基材２から順に、導電層４、前記基材２との密着性を向上させ、前記基材２の硬度を補うためのバッファー層５及びダイヤモンドライクカーボン層７を形成することが好ましい。
【００２０】
導電層４は、アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ）、及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種類の元素を含むことが好ましい。
【００２１】
バッファー層５は、クロム窒化物及びチタン窒化物から選ばれる１種類の窒化物を含むことが好ましい。バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間には、傾斜層６を設けるとよい。
【００２２】
傾斜層６を設ける場合には、傾斜層６が、炭素及び金属の混合物又は金属の炭化物であり、前記傾斜層６に含まれる金属の含有量が、前記基材２側から外側に向かって減少し、前記傾斜層６に含まれる炭素の含有量が、前記基材２側から前記外側に向かって増加することが好ましい。前記金属は、アルミニウム、クロム及びチタンから選ばれる１種類の元素であることが好ましい。
【００２３】
また、ここで用いられる被膜のダイヤモンドライクカーボン層７には、ｓｐ2結合炭素とｓｐ3結合炭素とを混在することが好ましい。
【００２４】
被膜１を形成した後、被膜１の表面のナノインデンテーション法（ISO14577）による硬度評価および摩擦試験評価を行った。
【００２５】
ナノインデンテーション法（ISO14577）による硬度評価は、対稜角１１５度のベルコビッチ三角錐圧子を被膜の表面に１０秒間かけて最大荷重３ｍＮまで押し込み、最大荷重で１秒間保持し、その後、１０秒間かけて除荷する条件で行った。
【００２６】
被膜１の表面の硬度は、ゴムとの摺動においてダイヤモンドライクカーボン層の摩耗を抑制するため１０ＧＰａ以上が好ましく、ゴムの摩耗を抑制するため３０ＧＰａ以下が好ましい。
【００２７】
摩擦試験の評価装置としては、図２に示すような往復摺動試験機を用いて摩擦係数を計測した。
【００２８】
この装置は、可動式のワークテーブル１２が配置され、このワークテーブル１２に試験片１１を設置し、この試験片１１の上面側に直径１／２インチの金属ボール（高炭素クロム軸受鋼鋼材，ＪＩＳ  ＳＵＪ２ボール）にゴムを巻いたゴムボール１３を試験片１１の相手材として用いる。なお、ここで金属ボールに用いる金属は、軸受に用いるような鋼からなる。また、ゴムにはエチレンプロピレンジエンゴムを用いるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
この装置において、軸１４に設置されたおもり１５，１６を移動し、ゴムボール１３から試験片１１に加わる荷重が２９.４Ｎとなるように構成する。
【００３０】
このとき、ゴムボール１３は、回転したり外れたりすることがないよう、ホルダ１７で固定されている。そして、ワークテーブル１２をゴムボール１３に対して最大滑り速度１mm／sec、ストローク１０mmで駆動し、ゴムボール１３と試験片１１との間で発生する摩擦力をロードセルで計測し、摩擦係数を算出した。また、この試験は、ブレーキオイルを潤滑油に用いた潤滑状態で常温常湿環境下（室温：約２５℃，湿度：約６０％ＲＨ）において実施したが、潤滑油はこれに限定されるものではない。
【００３１】
上記の摺動部材は、一例として、自動車用ブレーキピストンに用いられることが好ましい。
【００３２】
以下、実施例を説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、摺動部材の断面図である。
【００３４】
本図において、摺動部材は、アルミニウム合金１０１の表面を酸化膜３で覆った基材２の上に、基材２側より外側に向かって、導電層４，バッファー層５，傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７で構成された被膜１を具備している。
【００３５】
ここで、アルミニウム合金１０１は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金Ａ６０６１−Ｔ６材で、基材２の表面粗度Ｒａが０.１５μｍとなるように仕上げる。また、被膜１は、ＵＢＭ法を用いて形成されている。
【００３６】
具体的には、図３に示す条件（プロセス時間 vs ターゲット投入電力）で被膜１を形成する。
【００３７】
まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにクロム（Ｃｒ）を主成分とする導電層４を形成する。
【００３８】
その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながら窒化クロム（ＣｒＮ）を主成分とするバッファー層５を形成する。
【００３９】
さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層６を形成する。
【００４０】
傾斜層６の形成においては、まず、クロム炭化物層（炭化クロム層）を形成し、その後、クロムターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。ここで、クロム炭化物層を構成する炭化クロムには、Ｃｒ3Ｃ2，Ｃｒ7Ｃ3，Ｃｒ23Ｃ6などの種類があるが、これらに限定されるものではない。
【００４１】
最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層７を形成する。
【００４２】
被膜１の表面粗度Ｒａは、被膜１の膜厚が薄い場合、成膜前の基材２の表面粗度によってほぼ決定されるが、被膜１の膜厚が厚い場合、被膜１の膜厚に比例して増加する。そこで、被膜１の表面粗度Ｒａは成膜前の基材２の表面粗度及び被膜１の膜厚で制御する。
【００４３】
また、ダイヤモンドライクカーボン層７の硬度は、バイアス電圧の大きさを調整することにより制御する。
【００４４】
これにより、まず、電気絶縁的な基材２の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層５、傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７の形成が可能となる。
【００４５】
硬質炭素被膜は、一般に基材２等の下地が高硬度であるほど密着性が良好となる。ここで、被膜１とは、導電層４，バッファー層５，傾斜層６，ダイヤモンドライクカーボン層７を含む積層被膜を指す。
【００４６】
また、バッファー層５とは、本実施例のような軟質のＡｌ合金で形成された基材２上に被膜１を形成する際、ダイヤモンドライクカーボン層７と基材２との密着性を向上させ、基材２の硬度を補うための層を指す。バッファー層５は、基材２よりも高硬度であることが好ましい。本実施例では、ＣｒＮを含むバッファー層５により軟質のＡｌ合金からなる基材２の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性が良好となる。
【００４７】
また、バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間に傾斜層６が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性をさらに向上することができる。
【００４８】
さらに、基材２の表面の酸化膜３におけるピンホールを被膜１で塞ぐことができるため、基材２が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
【００４９】
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール１３にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油２０２にブレーキオイルを使用した。
【００５０】
上記の構成で形成した本実施例の被膜１の膜厚は１.７μｍ、表面粗度Ｒａは０.１９μｍ、硬度は２３ＧＰａであり、このときの摩擦係数は０.２８であった。この摩擦係数値では、被膜１とゴムボール１３との滑り量が適切となる。また、試験後の被膜１の表面に摩耗は見られなかった。ゴムボール１３の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量はごく僅かであった。
【００５１】
上記のように、本実施例によれば、耐摩耗性，耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる摺動部材を提供することができる。また、本発明の摺動部材を自動車に適用した場合、基材２にＡｌ合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。さらに、本実施例の摺動部材を自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量を適切に制御することができるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができる。
【００５２】
なお、本実施例では、導電層４をＣｒ、バッファー層５をＣｒＮ、傾斜層６をＣｒ炭化物としたが、これらに限定されず、導電層４をＴｉ又はＡｌ、バッファー層５をＴｉＮ、傾斜層６をチタン炭化物としても同様の効果が得られる。さらにバッファー層５をチタン炭化物又はＣｒ炭化物（Ｃｒ3Ｃ2，Ｃｒ7Ｃ3，Ｃｒ23Ｃ6等）で形成してもよい。
【００５３】
本実施例におけるダイヤモンドライクカーボン層７には、グラファイトに代表される炭素結合であるｓｐ2結合炭素とダイヤモンドに代表される炭素結合であるｓｐ3結合炭素とが混在する。これにより、耐摩耗性，耐食性を兼備した被膜１を提供することができる。
一般に、ＤＬＣ膜とは、アモルファス状の炭素又は水素化炭素で形成された膜であり、アモルファスカーボン又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）などとも呼ばれる。
ＤＬＣ膜の形成には、炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶＤ法，炭素・炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法等の気相合成法、グラファイト等をアーク放電により蒸発させて成膜するイオンプレーティング法，不活性ガス雰囲気下でターゲットをスパッタリングすることによって成膜するスパッタリング法などが用いられる。
【００５４】
本実施例において形成した被膜１は、摺動部材に耐摩耗性及び耐食性を付与し、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数の制御を可能にする。結果として、ブレーキオイル存在下で相手材のゴムが適切量滑り、さらに被膜もゴムも摩耗しないため、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００５５】
本実施例では、基材２としてＡ６０６１−Ｔ６材を用いているが、時効硬化温度は約１６０〜１８０℃であるため、被膜１の形成中の温度が時効硬化温度以下とし、基材２の軟化を抑制するように温度条件を設定する必要がある。
【００５６】
本発明の被膜１の形成においては、ＣｒＮを含むバッファー層５及び基材２の表面の酸化膜３が形成されている。基材２とバッファー層５との密着性を高めるために、基材２（酸化膜３）とバッファー層５との間に導電層４を形成することが好ましい。
【００５７】
また、バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間に形成される傾斜層６においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、バッファー層５側からダイヤモンドライクカーボン層７側へ向かって、Ｃｒ濃度が連続的に減少し、かつ、Ｃ濃度が連続的に増加することが好ましい。また、傾斜層６を構成する物質であるＣｒ炭化物をＣｒxＣyで表した場合、ｘとｙとの比率を少しずつ変化させることで、組成がバッファー層５側からダイヤモンドライクカーボン層７側へ向かって少しずつ変化させることが好ましい。
【００５８】
以上のように、基材２からダイヤモンドライクカーボン層７までの構造を上記のように設計することにより、密着性が良好な被膜１を提供できる。また、被膜１は、上記のような膜設計を行う上で条件を設定しやすい、スパッタリング又はイオンプレーティングにより形成されるのがよい。
【実施例２】
【００５９】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のＡ６０６１−Ｔ６材の表面が酸化膜３で覆われた基材２上に、ＵＢＭを用いて図１に示す被膜１を形成する。また、基材２の表面粗度Ｒａが０.２５μｍとなるように仕上げる。
【００６０】
具体的には、図３に示す条件（プロセス時間 vs ターゲット投入電力）で被膜１を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにＣｒを主成分とする導電層４を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらＣｒＮを主成分とするバッファー層５を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層６を形成する。傾斜層６の形成においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、Ｃｒターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層７を形成する。
【００６１】
これにより、まず、電気絶縁的な基材２の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層５，傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７の形成が可能となる。
バッファー層５は、基材２よりも高硬度であることが好ましい。本実施例では、ＣｒＮを含むバッファー層５により軟質のＡｌ合金からなる基材２の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性が良好となる。また、バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間に傾斜層６が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材２の表面の酸化膜３におけるピンホールを被膜１で塞ぐことができるため、基材２が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
【００６２】
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール１３にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油２０２にブレーキオイルを使用した。
【００６３】
上記の構成で形成した本実施例の被膜１の膜厚は１.７μｍ、表面粗度Ｒａは０.２９μｍ、硬度は２３ＧＰａであり、このときの摩擦係数は０.２１であった。この摩擦係数値では、被膜１とゴムボール１３との滑り量が適切となる。また、試験後の被膜１の表面に摩耗は見られなかった。ゴムボール１３の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。
【００６４】
上記のように、本実施例によれば、耐摩耗性，耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる摺動部材を提供することができる。また、本発明の摺動部材を自動車に適用した場合、基材２にＡｌ合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。さらに、本実施例の摺動部材を自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量を適切に制御することができるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができる。
【００６５】
なお、本実施例では、導電層４をＣｒ、バッファー層５をＣｒＮとしたが、これらに限定されず、導電層４をＡｌ又はＴｉ、バッファー層５をＴｉＮとしても同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００６６】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のＡ６０６１−Ｔ６材の表面が酸化膜３で覆われた基材２上に、ＵＢＭを用いて図１に示す被膜１を形成する。また、基材２の表面粗度Ｒａが０.１５μｍとなるように仕上げる。
【００６７】
具体的には、図３に示す条件（プロセス時間 vs ターゲット投入電力）で被膜１を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにＣｒを主成分とする導電層４を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらＣｒＮを主成分とするバッファー層５を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層６を形成する。傾斜層６の形成においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、Ｃｒターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層７を形成する。
【００６８】
これにより、まず、電気絶縁的な基材２の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層５，傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７の形成が可能となる。バッファー層５は、基材２よりも高硬度であることが好ましい。本実施例では、ＣｒＮを含むバッファー層５により軟質のＡｌ合金からなる基材２の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性が良好となる。また、バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間に傾斜層６が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材２の表面の酸化膜３におけるピンホールを被膜１で塞ぐことができるため、基材２が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
【００６９】
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール１３にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油２０２にブレーキオイルを使用した。
【００７０】
上記の構成で形成した本実施例の被膜１の膜厚は８.１μｍ、表面粗度Ｒａは０.５０μｍ、硬度は３０ＧＰａであり、このときの摩擦係数は０.１８であった。この摩擦係数値では、被膜１とゴムボール１３との滑り量が適切となる。また、試験後の被膜１の表面に摩耗は見られなかった。ゴムボール１３の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。
【００７１】
上記のように、本実施例によれば、耐摩耗性，耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる摺動部材を提供することができる。また、本発明の摺動部材を自動車に適用した場合、基材２にＡｌ合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。さらに、本実施例の摺動部材を自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量を適切に制御することができるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができる。
【００７２】
なお、本実施例では、導電層４をＣｒ、バッファー層５をＣｒＮとしたが、これらに限定されず、導電層４をＡｌ又はＴｉ、バッファー層５をＴｉＮとしても同様の効果が得られる。
【００７３】
図４は、本発明による実施例を示す自動車用ブレーキピストンの断面図である。
【００７４】
本図におけるブレーキピストンは、二輪車用のものであり、車輪と同軸で回転するディスクロータ２２を２段のブレーキパッド２４，２６のうち内側のブレーキパッド２６で左右から挟むことによりブレーキが作動し、車輪の回転が止まるものである。本図は、車輪及びディスクロータ２２の回転方向に平行な方向から見た縦断面図であり、ディスクロータ２２の回転方向は紙面に対して垂直な方向である。
【００７５】
本図において、シリンダボア２１の内部に、ピストン２３，ブレーキパッド２４，２６及びシール２５が収納されている。シール２５は、シリンダボア２１とピストン２３との間に設置され、シリンダボア２１内部に封入されたブレーキオイル２０３が漏れ出さないようにしている。左右のピストン２３にブレーキオイル２０３の圧力が加わることにより、左右のピストン２３が内側に移動し、ブレーキパッド２６とディスクロータ２２とを接触させるようになっている。
【００７６】
〔比較例１〕
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のＡ６０６１−Ｔ６材の表面が酸化膜３で覆われた基材２上に、ＵＢＭを用いて図１に示す被膜１を形成する。また、基材２の表面粗度Ｒａが０.０２μｍとなるように仕上げる。
【００７７】
具体的には、図３に示す条件（プロセス時間 vs ターゲット投入電力）で被膜１を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにＣｒを主成分とする導電層４を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらＣｒＮを主成分とするバッファー層５を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層６を形成する。傾斜層６の形成においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、Ｃｒターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層７を形成する。
【００７８】
これにより、まず、電気絶縁的な基材２の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層５，傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７の形成が可能となる。
バッファー層５は、基材２よりも高硬度であることが好ましい。本比較例では、ＣｒＮを含むバッファー層５により軟質のＡｌ合金からなる基材２の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性が良好となる。また、バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間に傾斜層６が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材２の表面の酸化膜３におけるピンホールを被膜１で塞ぐことができるため、基材２が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
【００７９】
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール１３にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油２０２にブレーキオイルを使用した。
【００８０】
上記の構成で形成した本比較例の被膜１の膜厚は１.７μｍ、表面粗度Ｒａは０.１０μｍ、硬度は２３ＧＰａであり、このときの摩擦係数は０.３９と高くなった。試験後の被膜１の表面に摩耗は見られなかった。一方、ゴムボール１３の表面には大きな摩耗痕が見られた。
【００８１】
上記のように、本比較例の摺動部材は耐摩耗性，耐食性に優れるが、相手材のゴムを摩耗させ、更に摩擦係数を制御することができない。本比較例の摺動部材を自動車に適用した場合、基材２にＡｌ合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができるが、自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量が大きくなるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができない。
【００８２】
〔比較例２〕
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のＡ６０６１−Ｔ６材の表面が酸化膜３で覆われた基材２上に、ＵＢＭを用いて図１に示す被膜１を形成する。また、基材２の表面粗度Ｒａが０.１５μｍとなるように仕上げる。
【００８３】
具体的には、図３に示す条件（プロセス時間 vs ターゲット投入電力）で被膜１を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにＣｒを主成分とする導電層４を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらＣｒＮを主成分とするバッファー層５を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層６を形成する。傾斜層６の形成においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、Ｃｒターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層７を形成する。
【００８４】
これにより、まず、電気絶縁的な基材２の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層５，傾斜層６及びダイヤモンドライクカーボン層７の形成が可能となる。
バッファー層５は、基材２よりも高硬度であることが好ましい。本比較例では、ＣｒＮを含むバッファー層５により軟質のＡｌ合金からなる基材２の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性が良好となる。また、バッファー層５とダイヤモンドライクカーボン層７との間に傾斜層６が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層７の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材２の表面の酸化膜３におけるピンホールを被膜１で塞ぐことができるため、基材２が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
【００８５】
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール１３にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油２０２にブレーキオイルを使用した。
【００８６】
上記の構成で形成した本比較例の被膜１の膜厚は１.８μｍ、表面粗度Ｒａは０.２４μｍ、硬度は９ＧＰａであり、このときの摩擦係数は０.２４であった。ゴムボール１３の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。一方、試験後の被膜１の表面に摩耗が見られた。
【００８７】
上記のように、本比較例の摺動部材は、耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御することができるが、耐摩耗性に乏しい。本比較例の摺動部材を自動車に適用した場合、基材２にＡｌ合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。しかし、自動車のブレーキピストンに適用した場合、長期の使用によりピストン上の被膜１が摩滅するため基材２が剥き出しとなり、シール２５とピストン２３が滑り易くなる。その結果、制動時のロールバックの量が小さくなることで制動解除時にピストンが初期の位置に戻らず、ディスクロータ２２とブレーキパッド２４が引き摺りを起こし、信頼性のあるブレーキを提供することができない。
【００８８】
〔比較例３〕
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のＡ６０６１−Ｔ６材の表面が酸化膜３で覆われた基材２上に被膜１を形成せずに使用する。また、基材２の表面粗度Ｒａが０.０２μｍとなるように仕上げる。
【００８９】
これにより、基材２の表面の酸化膜３におけるピンホールを塞ぐ被膜が存在しないため、耐食性が低い。
【００９０】
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール１３にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油２０２にブレーキオイルを使用した。
【００９１】
上記の構成で形成した本比較例において、摩擦係数は０.１３と低くなった。試験後の基材２の表面には摩耗傷が見られた。ゴムボール１３の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。また、ゴムボール１３の表面には基材２の摩耗粉の移着が見られた。この摩擦係数値では、ゴムボール１３の被膜１との滑り量が過大である。
【００９２】
上記のように、本比較例の摺動部材は、相手材のゴムを摩耗させにくいが、耐摩耗性，耐食性に劣り、摩擦係数をも制御することができない。本比較例の摺動部材を自動車に適用した場合、基材２にＡｌ合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができるが、自動車のブレーキピストンに適用した場合、まずブレーキピストンが摩耗し、さらに制動時のロールバックの量が小さくなることで制動解除時にピストンが初期の位置に戻らず、ディスクロータ２２とブレーキパッド２４が引き摺りを起こす。その結果、信頼性のあるブレーキを提供することができない。
【符号の説明】
【００９３】
１  硬質炭素被膜
２  基材
３  酸化膜
４  導電層
５  バッファー層
６  傾斜層
７  ダイヤモンドライクカーボン層
１１  試験片
１２  ワークテーブル
１３  ゴムボール
１４  軸
１５，１６  おもり
１７  ホルダ
２１  シリンダボア
２２  ディスクロータ
２３  ピストン
２４  ブレーキパッド
２５  シール
２６  ブレーキパッド
１０１  アルミニウム合金
２０２  潤滑油
２０３  ブレーキオイル
【図１】
2013151707.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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