(57)【要約】【課題】  初期擦り合わせ効果とその後の接触部の鏡面状態の修復効果を有する摺動部材を提供する。【解決手段】  本発明のバルブリフタ本体１００は、冠面１１０と、当該冠面１１０から下方に延在するスカート部１２０とを有する。冠面１１０は、平坦な面１１２を有し、平坦な面１１２には、テクスチャ加工又はディンプル加工による複数の凹部１４０が形成される。凹部１４０の形成後、凹部１４０を含む平坦な面１１２上に非晶質硬質炭素（ＤＬＣ）被膜１３０が形成される。ＤＬＣ被膜１３０の表面には、複数の凹部１４０に倣った複数の溝が形成され、複数の溝内にもドロップレット１３２が形成される。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面に非晶質硬質炭素被膜が形成された摺動部材であって、
前記非晶質硬質炭素被膜が形成される下地にテクスチャ加工又はディンプル加工による複数の凹部が形成され、前記複数の凹部に倣った非晶質硬質炭素被膜表面の複数の溝内に、微小突起を有していることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記凹部は、中央部が深くなる略Ｖ字の断面形状を有し、前記凹部の最深部の深さは、０．１〜０．４μｍの範囲であり、前記凹部は、当該凹部が形成された表面から傾斜する傾斜面を含み、当該傾斜面と前記表面との成す角度は、０．１〜０．５度の範囲である、請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記凹部が、摺動面全体に対して面積率で１０〜７０％で形成される、請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記凹部が形成される前の下地の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μm以下であり、前記下地の表面上に前記非晶質硬質炭素被膜を形成した後の微小突起を有する面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５μm以下であり、かつ微小突起の数が単位長さ当たり２０〜１００個であり、さらに仕上加工後の前記凹部の領域を除いた摺動面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下であり、かつ微小突起の数が単位長さ当たり３０〜５０個である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記摺動部材は、カムと摺動するバルブリフタ又はシムである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の摺動部材。
【請求項６】
前記摺動部材は、シリンダボアと摺動するピストンリングである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の摺動部材。
【請求項７】
相手材と接触する摺動面に非晶質硬質炭素被膜が形成された摺動部材の製造方法であって、
算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以下の基材表面に、テクスチャ加工又はディンプル加工により規則性を持たせた複数の凹部を形成し、
前記複数の凹部を含む基材表面にイオンプレーティング法により非晶質硬質炭素被膜を形成し、前記複数の凹部に倣った非晶質硬質炭素被膜表面の複数に溝内に微小突起を保持させた摺動部材の製造方法。
【請求項８】
製造方法はさらに、前記非晶質硬質炭素被膜を平坦化し、前記微小突起の高さを規制する工程を含む、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
製造方法はさらに、平坦化された非晶質硬質炭素被膜上の微小突起の数をカウントし、単位長さ当たりの微小突起の数に基づき摺動部材に合否を判定する工程を含む、請求項７または８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相手材と相互に摺動する摺動部材に関し、特に内燃機関のバルブリフタやピストンリングの摺動部構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題に対応して燃費を向上させるため、内燃機関の摩擦損失の低減は重要な課題となっている。内燃機関の主要な摺動部としては、動弁系、ピストン系、クランクシャフト系が挙げられる。摩擦損失はこれらの主要摺動部で７５〜９０％を占めており、中高速回転域ではピストンリング、ピストン、コンロッドの割合が高く、低速回転域では動弁系のフリクションの占める割合が高い。これらの摩擦損失を低減する技術は、基本的に摺動面の表面粗さを低減して摩擦抵抗を低くすること、潤滑の観点から保油性を向上した表面構造とすることを基本に様々な改良が成されている。
【０００３】
内燃機関の典型的な動弁系の１つにバルブリフタがある。バルブリフタは、カムとバルブとの間に配置され、カムの回転運動をバルブの開閉運動に変換する部材である。図１（Ａ）は、バルブリフタの動弁系の一例を示す概略断面図、図１（Ｂ）は、バルブリフタが上昇しバルブが閉じたときの断面図、図１（Ｃ）は、バルブリフタが降下しバルブが開いたときの断面図である。シリンダヘッド１０に形成されたボア１２内に適度なクリアランスで上下動可能にバルブリフタ１４が配置される。バルブリフタ１４の冠面と摺動するカム１６は、カムシャフト１８に取付けられ、カムシャフト１８はチェーン等の駆動系２０によって回転される。カムシャフト１８内の空間１８Ａに供給された潤滑油は、孔２２を介してカムジャーナル部２４、カムジャーナルキャップ２６に供給され、さらにカムジャーナル部２４を潤滑した潤滑油は、間接的にその外周部に散布され、一部がバルブリフタ１４の潤滑に利用される。
【０００４】
カム１６によって摺動されるバルブリフタ１４の冠面には、摺動特性や耐摩耗性を改善させるために、イオンプレーティング法により窒化チタン膜などがコーティングされる。イオンプレーティング法により窒化チタン膜をコーティングすると、表面にはドロップレットと呼ばれる微小な突起が形成される。ドロップレットの発生は、バルブリフタ冠面の表面を粗くするが、このような表面粗さをもつバルブリフタとカムとを初期摺り合わせ運転させることで、バルブリフタとカムとの双方の接触面を短時間で鏡面化させる方法が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
図２（Ａ）は、ドロップレットが形成されたバルブリフタ冠面の上面図で、図２（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線で切断された断面図、図２（Ｃ）は、冠面のコーティング層の断面の詳細を示す図である。バルブリフタは、同図に示すように、概して倒立カップ形状のバルブリフタ本体３０を有し、バルブリフタ本体３０は、円形状の冠面３２と、冠面３２から垂直方向に延びる円周状のスカート部３４とを有する。スカート部３４内の空間にバルブ休止機構を配置させるものもある。イオンプレーティング法によって冠面３２の基材表面３２Ａに窒化チタンのコーティング層３６を形成するとき、その表面に金属の塊のような微小な突起であるドロップレット３８が形成される。ドロップレット３８の高さまたは大きさを制御することは難しいので、特許文献１は、ドロップレット３８の発生密度を電流密度によって制御し、単位面積当たりのドロップレット３８の数を管理している。
【０００６】
滑り相対速度が低い場合の摺動部材には、上記したように相互の部材の初期擦り合わせにより鏡面化させる方法の他に保油性を向上させる手法も有効であり、近年、摺動部材の表面に潤滑油溜まりの形成を目的とした微細なテクスチャ溝やディンプル孔を加工し、特に油膜が薄くなる条件で、摺動面に構成された溝や孔内に溜まる油を有効に生かす技術も多く開示されている（特許文献２、３、４）。
【０００７】
上記したように、バルブリフタ等の摺動部材には、低フリクション、耐摩耗性等の向上を目的として窒化チタン膜の硬質被膜のコーティングが行われているが、最近では、更に高硬度で自己潤滑性に優れた非晶質硬質炭素被膜のコーティングも行われつつある。非晶質硬質炭素は、一般にダイヤモンド・ライク・カーボン（以下「ＤＬＣ」と記す）、水素化アモルファスカーボン（a-C：H）、ｉ-カーボン或いはダイヤモンド状炭素などと呼ばれ、構造的に炭素の結合がダイヤモンド構造の結合（ｓｐ３型結合）とグラファイト構造の結合（ｓｐ２型結合）が混在したものであり、ダイヤモンドに類似した高い硬度、耐摩耗性、熱伝導性及び化学安定性を有することを特徴としている。
【０００８】
ＤＬＣ被膜は、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、ＰＡＣＶＤ法などにより形成することができるが、特にイオンプレーティング法によってＤＬＣ被膜を形成すると、窒化チタン膜のときと同様に、比較的初期段階から数ミクロン程度の高さのドロップレットが形成される。ＤＬＣ被膜のドロップレットは、非常に硬くて脆い性質を有するので、この微小突起（ドロップレット）が形成された摺動面を利用して、相互に摺動する部材間の初期摺り合わせ、または慣らし込みを行うことが可能である。例えば、バルブリフタの冠面にＤＬＣ被膜を形成し、バルブリフタとカムとの初期摺り合わせを行えば、カムとバルブリフタ冠面の双方に摩擦抵抗が少ない鏡面状態の摺動面を短時間で得ることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１１８８３２号
【特許文献２】特開２００１−２８０４９４号
【特許文献３】特開２００２−２３５８５２号
【特許文献４】特開２０１１−０４７４２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
内燃機関におけるカムとの摺動の場合、機関回転数が極低速側で使われる運転条件では、ヘルツ面圧（以下、面圧という）の増加で油膜が薄くなると同時に、鏡面環境下では粗さ成分での谷部における凹み容積、すなわち潤滑油の保油量が低下するために、鏡面状態の摺動部材の組み合わせであっても潤滑油量が少ないことにより金属同士の接触は免れず、摩擦抵抗の増加の問題があった。また、シリンダボアとピストンリングとの摺動の場合も、摺動速度が低速となる上下死点付近においても同様の問題があった。
【００１１】
そのような問題への対応として、摺動面の保油性向上を目的とした微細構造のテクスチャ溝やディンプル孔による凹部または窪みを設けて潤滑油を確保し、油膜が薄く且つ油膜が切れやすい条件でも、その摺動部の近傍に確実に油を確保することで極低速での潤滑性を向上させることが行われる。しかしながら、ＤＬＣ被膜形成後にテクスチャ加工やディンプル加工を施した場合、加工により生成された溝又は孔部の内部には、ＤＬＣ被膜形成時に生成される微小突起（ドロップレット）が存在しないため、ドロップレットの付着エリアが減少し、相手材の慣らし効果が低下するという課題があった。また、ＤＬＣ被膜上に生成される微小突起（ドロップレット）は非常に硬い材質であり、その高さや密度のバラツキが大きいと、初期摺り合わせ運転において相手材表面が不均一に研削されてしまい、望ましい鏡面状態の摺動面を得ることができなかったり、あるいは相手材表面を余分に研磨し、著しい磨耗を生じさせてしまうことがある。このため、初期摺り合わせに用いるためには、テクスチャ加工による溝やディンプル加工による孔も含めてドロップレットの高さ、密度を適切に制御することが望まれる。
【００１２】
また、摺り合わせ完了後の摺動部材との接触部は、ドロップレットの突起が完全に除去され、鏡面状態で相手材に接触することが理想的である。しかしながら、ＤＬＣ被膜形成前のベース面にうねりが存在する場合や、鏡面化が不十分な場合、ＤＬＣ被膜施工後もこれらの影響が残り、うねりおよび粗さの突起成分が原因となって不均一に相手摺動材であるカム側を摩耗させてしまう課題もあった。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の課題を解決させるもので、テクスチャ加工による溝やディンプル加工による孔の内部を含めた摺動面全体に微小突起を分布させ、初期摺り合わせ効果とその後の接触部の鏡面状態の修復効果を持たせ、かつ油膜の保持効果を高めた摺動部材とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る摺動部材は、摺動面に非晶質硬質炭素被膜が形成されたものであって、前記非晶質硬質炭素被膜が形成される下地にテクスチャ加工又はディンプル加工による複数の凹部が形成され、前記複数の凹部に倣った非晶質硬質炭素被膜表面の複数の溝内に、微小突起を有している。
【００１５】
好ましくは前記凹部は、中央部が深くなる略Ｖ字の断面形状を有し、前記凹部の最深部の深さは、０．１〜０．４μｍの範囲であり、前記凹部は、当該凹部が形成された表面から傾斜する傾斜面を含み、当該傾斜面と前記表面との成す角度は、０．１〜０．５度の範囲である。好ましくは前記凹部が、摺動面全体に対して面積率で１０〜７０％で形成される。好ましくは前記凹部が形成される前の下地の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μm以下であり、前記下地の表面上に前記非晶質硬質炭素被膜を形成した後の微小突起を有する面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５μm以下であり、かつ微小突起の数が単位長さ当たり２０〜１００個であり、さらに仕上加工後の前記凹部の領域を除いた摺動面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下であり、かつ微小突起の数が単位長さ当たり３０〜５０個である。好ましくは前記摺動部材は、カムと摺動するバルブリフタ又はシムである。好ましくは前記摺動部材は、シリンダボアと摺動するピストンリングである。
【００１６】
本発明に係る摺動部材の製造方法は、相手材と接触する摺動面に非晶質硬質炭素被膜が形成されたものであって、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以下の基材表面に、テクスチャ加工又はディンプル加工により規則性を持たせた複数の凹部を形成し、前記複数の凹部を含む基材表面にイオンプレーティング法により非晶質硬質炭素被膜を形成し、前記複数の凹部に倣った非晶質硬質炭素被膜表面の溝内に微小突起を保持させたものである。
【００１７】
好ましくは製造方法はさらに、前記非晶質硬質炭素被膜を平坦化し、前記微小突起の高さを規制する工程を含む。好ましくは製造方法はさらに、平坦化された非晶質硬質炭素被膜上の微小突起の数をカウントし、単位長さ当たりの微小突起の数に基づき摺動部材に合否を判定する工程を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、非晶質硬質炭素被膜表面の複数の溝内に微小突起を持たせることで、従来の摺動部材と比較して、相手材との初期慣らし効果を改善することが可能となり、相手材の鏡面化を短時間で達成させることができる。また、摺動部材の摺動面側も初期馴染み過程で微小突起が脱落し、鏡面化されるため摩擦力低減効果が向上する。さらに、慣らし後の相手材の経時変化やスラッジによるキズなどに対しても、溝内に残存する微小突起により、相手材及び摺動面が適度に修復され鏡面状態を維持できる効果も得られる。
【００１９】
さらに、テクスチャ加工やディンプル加工による溝や孔の凹部の形状は、非晶質硬質炭素被膜形成後においても形成前の形状を溝内に保つことができ、溝や孔の凹部の断面形状を中央部が深くなる略Ｖ字形状にすることで、摺動部への油の導入効果が促進され、摺動速度の低い運転条件でも高い潤滑性を維持できる。さらに、非晶質硬質炭素被膜表面の溝内にも微小突起が形成されているため、油が表面に馴染みやすく濡れ性も改善され、非晶質硬質炭素被膜上での油の保持性をより改善できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（Ａ）は、バルブリフタの動弁系の概略を示す断面図、図１（Ｂ）は、バルブリフタが上昇しバルブが閉じたときの断面図、図１（Ｃ）は、バルブリフタが降下しバルブが開いたときの断面図である。
【図２】イオンプレーティング法により形成されるドロップレットを説明する図であり、図２（Ａ）はバルブリフタの平面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（Ｃ）は、冠面上に形成されるドロップレットの拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るバルブリフタを説明する図であり、図３（Ａ）は、上面図、図３（Ｂ）は、そのＡ−Ａ断面（正面図）を示す。
【図４】図４（Ａ）は、図３（Ｂ）に示すＤ部の拡大断面図であって、非晶質硬質炭素被膜形成前の状態を示し、図４（Ｂ）は、Ｄ部の非晶質硬質被膜形成後の状態を示す。
【図４Ａ】図３（Ｂ）に示すＤ部の拡大断面図であって、非晶質硬質炭素被膜が平坦化された状態を示す図である。
【図５】本実施例に係るバルブリフタの試験結果を示す図であり、図５（Ａ）は、テクスチャ溝およびディンプル孔により形成された溝深さと傾斜角を変化させたときにフリクション低減効果を示し、図５（Ｂ）は、凹部または溝が摺動面に形成される面積比率とフリクション低減効果との関係を示す。
【図６】本実施例に係るバルブリフタ本体の慣らし完了後おけるドロップレットの残存状況を示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、本実施例と比較例とのフリクション低減効果を示すグラフであり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のフリクション測定後のリフタ冠面とカム側（ノーズ部）表面粗さ測定結果を示す。
【図８】本発明の実施例によるバルブリフタの慣らし課程と定常運転時の修復課程を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例によるバルブリフタの製造工程を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図９に示す平坦化処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図１０】本実施例によるドロップレット数のカウント方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、摺動面を備えた摺動部材に適用される。摺動部材は、例えば、カムと摺動するバルブリフタやシム、シリンダボアと摺動するピストンリングである。以下、本発明の好ましい実施形態についてバルブリフタの図面を参照して説明するが、他の摺動部材へも適用することが可能である。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際の装置や部品のスケールと同一ではないことに留意すべきである。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、カムの回転運動を上下動作に変換し、バルブに開閉動作を付与する直打式動弁機構で使われるバルブリフタ（以下、リフタ）において、カムと接触するリフタ冠面にイオンプレーティング法により非晶質硬質炭素被膜を生成する課程で、アークスポットによって発生するドロップレットの発生密度と大きさを電流密度と磁場を制御することにより析出させ、このドロップレットにより、機関の慣らし課程でカム側の接触面を鏡面仕上げ状態まで粗さを改善させることを目的とした摺動面を構成し、且つ、摺動速度が低く接触面圧が高まる摺動条件において油膜の保持機能を高めることを目的として、うねりや粗さ成分の突起が除去され鏡面化されたリフタ冠面上にテクスチャ加工やディンプル加工を行い規則性を持たせた溝又は孔を形成し、その後、非晶質硬質炭素被膜を形成することにより、微細な溝や孔の内にも、アークスポットで発生するドロップレットを析出させ、リフタ冠面の全体に均一にドロップレットを分布させる。ドロップレットは、高さや密度にバラツキが大きいと、初期摺り合わせ運転においてカム表面が不均一に研削されてしまい、望ましい鏡面状態の摺動面を得ることができない場合があるため、電流密度と磁場を制御し、照射される非晶質硬質炭素の量を抑制するフィルタリングにより、ドロップレットの密度と大きさを制御し、その表面を算術平均粗さＲａで０．０５μｍ以下とし、ドロップレットの数を単位長さ当たり２０〜１００の範囲内に管理するものである。ドロップレットの数については制御が難しく管理幅を大きく設定せざるを得ないが、慣らし効果を引き出すためには、更に最適値に近づける必要があり、イオンプレーティング施行後に冠面の仕上げ加工を行い、リフタ冠面の表面粗さをＲａ０．０３μｍ以下とし、ドロップレットの数が単位長さ当たり３０〜５０個の範囲に調整される。また、テクスチャ加工やディンプル加工前のリフタ冠面の仕上状態は、慣らし後の非晶質硬質被膜の鏡面状態を確保するために表面粗さＲａで０．０１μm以下に仕上げられる。
【実施例】
【００２３】
本発明の実施例に係るバルブリフタは、内燃機関の直打式動弁機構において、バルブステムとカムとの間に配置されカムのリフト動作をバルブに伝達する機能を有する。図３（Ａ）は、本実施例に係るバルブリフタの概略平面図、図３（Ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
本実施例に係るバルブリフタは、概して倒立カップ形状のバルブリフタ本体１００を有し、バルブリフタ本体１００は、カムとの摺動面を提供する円形状の冠面１１０と、冠面１１０の外周からほぼ垂直方向に下方に延びる円筒状のスカート部１２０とを有する。冠面１１０の裏面側には、肉厚のボス１２２が形成され、当該ボス１２２は、バルブステムまたはその間に介在されるシムに当接される。バルブリフタ本体１００の材質には、ＪＩＳ規格によるＳＣＭ材を浸炭処理したものを用いることができるほか、他の鋼材、鋳物、鉄系合金、チタン合金、アルミ合金及び高強度樹脂等も用いることができる。
【００２５】
バルブリフタ本体１００の冠面１１０の基材表面は、様々な研磨加工により、うねりや粗さ成分による突起をできるだけ除去できる加工方法で、理想的には鏡面状態に仕上げられた平坦な面とし、算術平均粗さＲａは、０．００５μm以下に仕上げられる。そして、そのような鏡面状態に仕上げられた平坦な面には、テクスチャ加工やディンプル加工により、保油性を目的とした微細な溝や孔（以下、凹部と略す）が規則的に形成される。テクスチャ加工やディンプル加工には、レーザーや電子ビーム、イオンビームを用いた工法を用いることができる。
【００２６】
図４（Ａ）に、図３（Ｂ）のＤ部の詳細であって、非晶質硬質炭素被膜１３０が形成される前の基材表面を示す。同図に示すように、冠面１１０の基材表面である平坦な面１１２には、テクスチャ加工またはディンプル加工により複数の凹部１４０が規則性を持って形成される。１つの凹部１４０は、平坦な面１１２から傾斜する傾斜面１４２を含み、傾斜面１４２が交差する位置に最深部が形成される。言い換えれば、凹部１４０は、中心部に最深部を持つような略Ｖ字型の断面形状を有する。凹部１４０の深さＤは、平坦な面１１２から最深部までの距離で表され、凹部１４０のピッチＰは、隣接する凹部１４０の最深部間の距離で表される。また、凹部１４０の勾配長さＬは、傾斜面１４２の水平方向の長さであり、凹部１４０の幅は、勾配長さＬ×２で表される。傾斜面１４２は、カムと接触する溝の口元位置（平坦な面１１２）に対して緩やかな勾配（溝深さＤ／溝幅×０．５）を有する。
【００２７】
テクスチャ加工またはディンプル加工により複数の凹部１４０を冠面１１０上に形成した後、凹部１４０を含む平坦な面１１２上には、高硬度で摩擦特性に優れた非晶質硬質炭素（ＤＬＣ）被膜１３０が冠面全体に形成される。図４（Ｂ）は、非晶質硬質炭素被膜１３０を形成した後のＤ部の詳細を表している。非晶質硬質炭素被膜１３０は、平坦な面１１２上に、ほぼ均一な厚さＨで形成され、下地に形成されている凹部１４０が非晶質硬質炭素被膜１３０の表面にも転写される。つまり、非晶質硬質炭素被膜１３０の表面には、凹部１４０と整合する位置に複数の溝１５０が形成される。平坦な面１１２に凹部１４０を形成することによって、非晶質硬質炭素被膜１３０の表面の溝１５０内には油溜まりが確保されるとともに、溝１５０内にもイオンプレーティング法によるドロップレット１３２が生成される。
【００２８】
ドロップレットの付着面の表面粗さとドロップレットの個数は、慣らし効果を最大限引き出すために、仕上げ加工で調整する必要があるが、仕上げ調整代を含めて、ＤＬＣ被膜の生成過程で制御する必要がある。本実施例では、管理値としてドロップレット付着面の表面粗さが０．０５μm以下で、またドロップレットの数が単位長さ当たり２０〜１００の範囲内であり、その後のドロップレットの仕上げ加工により、テクスチャ溝およびディンプル孔を除く凸側の表面粗さがＲａ０．０３μm以下で、ドロップレットの数が単位長さ当たり３０〜５０個の範囲に調整された摺動部材とした。
【００２９】
図４Ａに、最終仕上げ加工されたＤＬＣ被膜１３０の断面を示す。ドロップレットの粗さ、高さならびに個数を所定範囲に仕上げるために、最終仕上げ面Ｑを決定するしきい値Ｓが設定される。しきい値Ｓは、同図に示すように、ドロップレット１３２の底面、すなわちドロップレット１３２が形成されないと仮定したときのＤＬＣ被膜１３０の上面を基準に設定される。しきい値Ｓが設定されると、ＤＬＣ被膜１３０の平坦化処理が行われ、ドロップレット１３２のしきい値Ｓを超える部分が削除され、最終仕上げ面Ｑが形成される。平坦化された最終仕上げ面Ｑには、基材表面である平坦な面１１２に形成された凹部１４０の形状を倣うように溝１５０が形成される。溝１５０は、最終仕上げ面Ｑに対して、傾斜角αで傾斜する傾斜面１５２を有し、傾斜面１５２の水平方向の距離は、勾配長さＬ１で表される。傾斜面１５２が交差する最深部は、最終仕上げ面Ｑから深さＤ１を有する。また、溝１５０の幅Ｗまたは径は、Ｗ＝Ｌ１×２で表される。ＤＬＣ被膜１３０の膜厚は薄いため（高さＨが小さいため）、平坦な面１１２の凹部１４０に倣うように溝１５０がＤＬＣ被膜１３０の表面に形成される。それ故、溝１５０の大きさは、平坦な面１１２に形成された凹部１４０とほぼ同じ大きさであり、Ｌ１≒Ｌ、Ｄ１≒Ｄの関係を有する。つまり、平坦な面１１２の凹部１４０の形状や大きさを制御することで、事実上、ＤＬＣ被膜１３０の表面の溝１５０の形状や大きさを制御することができる。
【００３０】
次に、本実施例の摺動部材のフリクション低減効果について説明する。図５（Ａ）は、サンプル１〜４の溝幅Ｗおよび溝部の面積比率を一定にし、溝の形状因子である溝深さＤ１と傾斜角αを変化させたときの試験結果を示し、図５（Ｂ）は、サンプル１〜５において、溝の形状因子を一定にし、溝の面積比率を変えたときの試験結果を示している。
【００３１】
図５（Ａ）に示す結果から、フリクション低減効果は、溝の深さＤ１を０．１〜０．４μｍの範囲にし、かつ傾斜角αが０．１〜０．５度の範囲とするのが好ましく、さらに深さＤ１を０．２〜０．４μmの範囲にし、かつ傾斜角αを０．２〜０．５度の範囲とするのがさらに好ましい。また、図５（Ｂ）に示す結果から、リフタ冠面全体の面積に対する溝部の面積比率が１０〜７０％の範囲とするとよく、３０〜６０％がより好ましい。面圧が高い場合、低い側の面積率を選択し、面圧に余裕がある場合は、面積率を高く設定することにより、よりフリクション低減効果と信頼性の両立が図られる。
【００３２】
図６は、ＤＬＣ被膜の平坦化後に、摺動部材の摺動面の慣らし運転が完了したときのドロップレットの状況を示す。慣らしの過程では、冠面全面のドロップレットでカム側を研削し、カム側の鏡面化と共に冠面側のドロップレットも擦り減り、カム側の鏡面化が完了した後は、完全にカムと接触するＤＬＣ被膜１３０のベース面１３４が露出するように調整されている。ベース面１３４は、カムとの接触面である。また、凹部１４０に対応する溝１５０は、カムと接触しない範囲で残存し、溝１５０内には、ドロップレット１３２の一部が残存する。この溝内に残存したドロップロットは、ＤＬＣ被膜１３０のベース面１３４の正常摩耗状態でのカム側の鏡面維持や突然の異物噛み込み等によるカム側のキズ等を修復する。さらに、ＤＬＣ被膜１３０の溝１５０内には、残存ドロップレットの他に潤滑油Ｊが保持され、残存ドロップレットにより適度な油の保持性が得られ、即ち濡れ性が向上することにより、いわゆる油膜の切れる限界を延ばすことが可能となる。
【００３３】
図７（Ａ）は、本実施例によりＤＬＣ被膜の形成前にテクスチャ加工を行ったものと、比較例１としてＤＬＣ被膜のみ形成してテクスチャ加工やディンプル加工を施さなかったもの、および比較例２としてＤＬＣ被膜の形成後にテクスチャ加工を行ったものについて、実機エンジンに組みつけてモーターリング試験により極低速域、中速域、高速域におけるフリクションを比較した結果を示す。なお、同グラフは、ＤＬＣ面でテクスチャ加工無しのフリクションを１とした場合のフリクション低減効果を示している。また、図７（Ｂ）は、上記試験の慣らし前後における各摺動部の粗さの測定結果を示す。尚、実施例と比較例２のテクスチャ加工による凹部の形状、深さ、角度、面積率等は同等とした。ＤＬＣ被膜を形成後にテクスチャ加工を行ったもの（比較例２）は、テクスチャ加工やディンプル加工を施さなかったもの（比較例１）に対し、低速側（約６００ｒｐｍ）で約１０％程度のフリクション低減効果が得られ、油溜まりの効果が見られる。しかし、カム側の粗さについては、慣らし効果が得られていない結果となっている。これに対して、本実施例であるＤＬＣ被膜形成前にテクスチャ加工を行ったものは、低速側で比較例１に対してフリクションが１５〜１８％程度低減されており、カム側の粗さも比較例１と同様に改善された。
【００３４】
次に、本実施例に係るバルブリフタの慣らし課程と定常運転時の修復課程について図８のフローチャートを参照して説明する。先ず、バルブリフタ冠面上のドロップレットでカム側の接触面を磨く（Ｓ１００）。この工程により、カム側の粗さが改善されると共に、バルブリフタ冠面上のドロップレットも徐々に摩滅する（Ｓ１１０）。そして、カム側が鏡面化されると共に、バルブリフタ冠面の溝（凹部）内のドロップレットを除く、冠面上の凸側のドロップレットがほぼ消滅し、溝（凹部）内にドロップロットが残存し、慣らしが完了する（Ｓ１２０）。
【００３５】
慣らしが完了すると、その後、定常運転となり、潤滑油中のスラッジなどによりリフタやカムの摺動面に傷や微細摩耗が発生した場合に（Ｓ１３０）、バルブリフタ冠面の溝（凹部）内に残存するドロップレットがカム側の傷等を修復して鏡面化する（Ｓ１４０）。また、カム側の表面修復と共にリフタ側の摺動面の粗さも改善される（Ｓ１５０）。この修復プロセスが、バルブリフタ冠面の凹部の内にドロップレットが残存している間、繰り返し行われる。
【００３６】
次に、本実施例のバルブリフタ冠面の仕上げ処理について図９、図９Ａのフローチャートを参照して説明する。先ず、ＤＬＣ被膜１３０を形成する前に、バルブリフタ冠面の下地の表面粗さＲａを一定以下にする（Ｓ２００）。下地の表面の粗さＲａは、ドロップレットの高さに影響を与えることになるので、Ｒａ０．０１μｍ以下であることが望ましく、より好ましくはＲａ０．００５μｍ以下であることが望ましい。この工程により、冠面１１０の基材表面に平坦な面１１２が形成される。
【００３７】
次に、テクスチャ加工やディンプル加工により、バルブリフタ冠面の平坦な面１１２の表面に凹部（溝又は孔）１４０を形成する（Ｓ２１０）。凹部１４０は、次工程で形成されるＤＬＣ被膜１３０形成後も、ほぼ同じ形状の溝１５０として残存する。凹部１４０は、図４（Ａ）に示すように、その断面の中央部が深くなる略Ｖ字形状で構成され、深さＤが０．１〜０．４μｍである。凹部１４０は、平坦な面１１２から勾配する傾斜面１４２を有し、傾斜面１４２の勾配の角度は、０．１〜０．５度である。また、凹部１４０は、摺動面全体に対して面積率で１０〜７０％である。
【００３８】
次に、イオンプレーティング法によって、バルブリフタ冠面に一定膜厚のＤＬＣ被膜１３０を形成する（Ｓ２２０）。電流密度を適切に選択することにより、単位長さ当たりに形成されるドロップレットの数が調整される。ドロップレットの高さは、例えば、２〜３ミクロン程度である（図４（Ｂ）を参照）。ドロップレットの発生により、ＤＬＣ被膜１３０の表面は、下地の表面粗さＲａよりも粗くなる。また、個々のドロップレットの高さは、ランダムである。
【００３９】
次に、ＤＬＣ被膜１３０の表面を平坦化処理する（Ｓ２３０）。図９Ａは、平坦化処理の工程を説明するフローチャートである。まず、バルブリフタ冠面のＤＬＣ被膜１３０に形成されたドロップレットの高さを一定以下に規制するためのしきい値Ｓを設定する（Ｓ３００）。次に、バルブリフタを所定の装置に取付け、バルブリフタ本体１００を一定の速度で回転させる（Ｓ３１０）。例えば、冠面１１０が上方を向いて露出されるように、バルブリフタ本体１００のスカート部１２０を冶具により固定する。次に、研削工具を用い、ステップＳ２００で設定されたしきい値Ｓに従い、バルブリフタ冠面１１０を研磨する（Ｓ３２０）。研削工具は、公知のものを用いることができ、例えば、ペーパーラップ、バフ研磨、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨などを用いることができる。さらに、研削工具は、物理的な研削を行うものに限らず、例えば、レーザー光を照射してドロップレットの先端を丸めるような処理を行うものであってもよい。
【００４０】
次に、単位長さ当たりのドロップレットの数がカウントされる（Ｓ３３０）。図１０（Ａ）、（Ｂ）は、粗さ計を用いてＤＬＣ被膜の表面を測定したときの粗さ波形を示しており、図１０（Ａ）は、平坦化処理前の状態、図１０（Ｂ）は、平坦化処理後の状態を示している。図１０（Ａ）において、ステップＳ３００で設定されるしきい値Ｓは、ＤＬＣ被膜１３０の表面の粗さの中心値（平均値）Ｃから距離で表わされる。故に、ステップＳ３２０による研磨によって、しきい値Ｓよりも大きいドロップレット１３２の先端が研磨され、図１０（Ｂ）のような状態になる。
【００４１】
本明細書におけるドロップレットとは、粗さ計を用いてＤＬＣ被膜１３０の表面を測定したときに、チャート上の測定線が粗さチャートの中心値（平均値）Ｃを通過した後に、粗さチャートの中心値（平均値）ＣからＤｐ＝０．０５μm以上突出した箇所と定義される。また、本例における単位長さ当たりのドロップレット数Ｐｃは、粗さ計による測定長さを１．２５ｍｍとしたときの突出箇所の数としている。但し、単位長さは、任意に設定し得る値である。
【００４２】
図１０（Ｂ）に示されるように、中心値ＣからＤｐ＝０．０５μｍよりも高いドロップレットの数がカウントされ（図の例では、単位長さ当たりのドロップレット数Ｐｃ＝７）、中心値Ｃを超えても高さＤＰを超えない微笑突起は、ドロップレットとしてカウントされない。このようにして、ドロップレットの平坦化処理（研磨）を行った後に、単位長さ当たりドロップレットの数Ｐｃをカウントし（Ｓ３３０）、カウント結果に基づき良否判定を行う（Ｓ３４０）。カウントされたドロップレットの数Ｐｃが一定の範囲、すなわち、最小数ｍｉｎ＜Ｐｃ＜最大数ｍａｘの範囲にあれば、良品と判定され、範囲外であれば、不良品と判定される。
【００４３】
本実施例により平坦化処理されたＤＬＣ被膜は、単位長さ当たりに一定範囲内のドロップレットの数を含み、かつそれらのドロップレットの高さ（または突出谷深さ）は一定以下に制限される。このような表面構造に冠面を有するバルブリフタをカムとの初期摺り合わせ運転に用いれば、カムの表面がほぼ均一に研磨され、これにより、カムとバルブリフタ冠面の双方に接触抵抗または摩擦抵抗の小さい摺動面を短時間で得ることができる。
【００４４】
上記実施例では、摺動部材としてバルブリフタとカムの組み合わせを例示したが、本発明は、これ以外にも、シリンダボアとピストンリングなど他の摺動部材の組み合わせにも適用することができる。特に、摺動部材間の初期摺り合わせ、または慣らし効果により相互の摺動面を鏡面状態にする場合に本発明の摺動部材は効果的である。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１００：バルブリフタ本体
１１０：冠面
１１２：平坦な面
１２０：スカート部
１２２：ボス
１３０：ＤＬＣ被膜
１３２：ドロップレット
１４０：凹部
１４２：傾斜面
１５０：溝
１５２：傾斜面
【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４Ａ】
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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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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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