JP2008115447A - 摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性が優れると同時に耐焼付性も優れ、かつ相手攻撃性も小さく、しかも摩擦係数も小さい摺動部材を提供する。
【解決手段】第1基材11及び第1基材11上に形成された第1摺動層12を有する第1部材(シフトフォーク)1と、第2基材21及び第2基材21上に形成され第1摺動層12と摺動する第2摺動層22を有する第2部材(ハブスリーブ)とからなる。第1摺動層12はSnめっき層であり、第2摺動層22はダイヤモンドライクカーボン層である。
【選択図】図1
【解決手段】第1基材11及び第1基材11上に形成された第1摺動層12を有する第1部材(シフトフォーク)1と、第2基材21及び第2基材21上に形成され第1摺動層12と摺動する第2摺動層22を有する第2部材(ハブスリーブ)とからなる。第1摺動層12はSnめっき層であり、第2摺動層22はダイヤモンドライクカーボン層である。
【選択図】図1
Description
本発明は摺動部材に関し、詳しくは基材表面に特定の摺動層が形成された摺動部材に関する。本発明の摺動部材は、例えば、車両の手動変速機におけるシフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摺動部に好適に利用することができる。
自動車の手動変速機におけるシフトフォークは、シフトレバーの操作を同期装置のハブスリーブに伝達するためのものである。このシフトフォークでは、ロッドが嵌挿されるボス部をもつ基端部から二股状に分岐したフォーク部の先端に、ハブスリーブの溝部と摺動する爪部が設けられている。このようなシフトフォークの爪部は、高速で回転するハブスリーブの溝部に高面圧で滑り接触する。このため、シフトフォークの爪部の摺動面には高い耐摩耗性が要求される。
シフトフォークの材料としては、一般に鋼、鋳鉄やAl合金などが用いられているが、これらの材料はそのままでは摺動面に要求される耐摩耗性を満足させることができない。このため、鋼等からなる基材の摺動面に、高周波焼入れ、軟窒化やガス軟窒化等の硬化処理を施したり、硬質クロムめっき処理又はセラミック分散Ni−Pめっき処理を施したり、Moや過共晶Al−Si合金などの溶射層を形成したり、あるいはポリアミドやフッ素樹脂などをコーティング又は含浸したりしている。
また、シフトフォークの爪部表面に、耐摩耗性に優れた拡散層を有する異種金属層を形成したものも知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載されたシフトフォークは、鉄系材料からなる基材の表面にアルミニウム層を仮形成した後、このアルミニウム層の表面側を押圧しながら高周波加熱して拡散処理し、基材とアルミニウム層との界面にFe−Alの金属間化合物(Fe3 Al)よりなる拡散層を形成して、耐摩耗性に優れたFe3 Alよりなる拡散層を有するアルミニウム層を爪部表面に形成している。
さらに、シフトフォーク爪部の基材表面に、過共晶Al−Si合金やMo等からなる溶射層を形成し、この溶射層の上にポリアミドやポリイミド等からなる樹脂コーティング層を形成したものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平7−310161号公報
特開昭63−303048号公報
ところで、シフトフォークの爪部が摩耗すれば、シフト操作のガタツキが大きくなり、シフト抜けが発生し易くなる。このため、シフトフォークの爪部には、前述のとおり高い耐摩耗性が要求される。また、相手材であるハブスリーブの溝部が摩耗すれば同様の問題を招くことから、シフトフォークの爪部には相手攻撃性も小さいことが要求される。さらに、シフト操作上、シフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摩擦力がハブとハブスリーブのスプライン歯面との押圧力となることから、該爪部と該溝部との摩擦係数の大小はシフト操作力の大小に影響し、摩擦係数が小さいほどシフト操作力が小さくなるとともにシフトフィーリングが向上する。
したがって、シフトフォークの爪部としては、耐摩耗性、耐焼付性、摩擦係数及び相手攻撃性等の諸特性が総合的に優れていることが要求される。
しかしながら、前述した従来のシフトフォークは、耐摩耗性のみについてみればかなりの程度で満足できるものもあるが、耐摩耗性のみならず、耐焼付性、相手攻撃性や摩擦係数をも総合的に考慮すれば、これらの諸特性を全て同時に十分に満足できるものがなかった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性が優れると同時に耐焼付性も優れ、かつ相手攻撃性も小さく、しかも摩擦係数も小さい摺動部材を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
上記課題を解決する本発明の摺動部材は、第1基材及び該第1基材上に形成された第1摺動層を有する第1部材と、第2基材及び該第2基材上に形成され該第1摺動層と摺動する第2摺動層を有する第2部材とからなり、前記第1摺動層はSnめっき層であり、前記第2摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とするものである。
本発明の摺動部材の好適な態様において、前記Snめっき層の厚さが3〜10μmとされている。
本発明の摺動部材の好適な態様において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ビッカース硬さがHv1000〜5000とされている。
本発明の摺動部材の好適な態様において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面粗さが0.5μmRz以下とされている。
本発明の摺動部材は、第1基材及びこの第1基材上に形成された第1摺動層を有する第1部材と、第2基材及びこの第2基材上に形成された第2摺動層を有する第2部材とからなる。
第1基材及び第2基材の材質は、特に限定されず、鉄系材料であっても、非鉄系材料であってもよい。例えば、鉄板、機械構造用の炭素鋼や各種合金鋼、焼入れ鋼等の鋼材、片状黒鉛鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄材料、あるいはAl合金やMg合金等を好適に用いることができる。なお、第1基材の材質と第2基材の材質とは、同種のものであっても、異種のものであってもよい。
そして、本発明の摺動部材は、前記第1摺動層がSnめっき層であり、前記第2摺動層がダイヤモンドライクカーボン層(以下、DLC層と称する)であることを特徴とする。
すなわち、この摺動部材では、第1摺動層としてのSnめっき層と第2摺動層としてのDLC層とが摺動する。かかる組み合わせの摺動層同士が摺動するこの摺動部材では、後述する実施例で示すように、第1摺動層を有する第1部材において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、第2摺動層を有する第2部材における耐摩耗性が向上する。
前記Snめっき層の厚さは3〜10μmであることが好ましい。Snめっき層の厚さが3μm未満になると、第1部材の摩耗量が増大する。一方、Snめっき層の厚さが10μmを超えると、電気分解等を行って処理層を形成するためSnめっき層の表面荒れや剥離が生じて、やはり第1部材の摩耗量が増大する。したがって、Snめっき層の厚さは3〜7μmであることがより好ましく、4〜6μmであることが特に好ましい。
このSnめっき層の形成方法は特に限定されず、電気めっき、溶融めっきや真空めっき(蒸着)等を利用することができ、例えば、浴組成:硫酸第一スズ30〜50g/l程度、温度:20〜30℃程度、電流密度:1.5〜2.5A/dm2程度、槽電圧:4.5〜5.5V程度の条件で電気めっきを行うことにより、第1基材の所定部位表面にSnめっき層を形成することができる。
前記DLC層はビッカース硬さがHv1000〜5000とされていることが好ましい。DLC層のビッカース硬さがHv1000未満になると、第2部材の摩耗量が増大する。一方、DLC層のビッカース硬さがHv5000を超えると、相手材である第1部材の摩耗量が増大する。したがって、DLC層のビッカース硬さはHv2000〜4000であることがより好ましく、Hv2000〜3000であることが特に好ましい。
前記DLC層は表面粗さが0.5μmRz以下とされていることが好ましい。DLC層の表面粗さが0.5μmRzを超えると、相手材である第1部材の摩耗量が増大する。相手材である第1部材の摩耗量をより低減させる等の観点より、DLC層の表面粗さは0.3μmRz以下であることがより好ましく、0.1μmRz以下であることが特に好ましい。
前記DLC層の厚さは1〜5μmであることが好ましい。DLC層の厚さが1μm未満になると、第2部材の摩耗量が増大する。一方、DLC層の厚さが5μmを超えると、表面にクラックが発生する場合がある。したがって、DLC層の厚さは1〜3μmであることがより好ましく、2〜3μmであることが特に好ましい。
また、第2基材に対するDLC層の密着性を向上させる観点より、第2基材の表面上にまず中間層を形成し、この中間層上にDLC層を形成することが好ましい。中間層の種類としては、DLC層の密着性を向上させうるものであれば特に限定されず、Cr、TiやW等を採用することができる。なお、中間層の厚さは0.5〜1μm程度とすることができる。
このDLC層の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、CVD法やイオンプレーティング法等を採用することができる。
このような本発明の摺動部材は、例えば、車両用の手動変速機におけるシフトフォークの爪部とハブスリーブの溝部との摺動部に好適に利用することができる。すなわち、第1摺動層としてのSnめっき層を有する第1部材をシフトフォークの爪部に適用し、第2摺動層としてのDLC層を有する第2部材をハブスリーブの溝部に適用すれば、Snめっき層を有する爪部において、耐摩耗性及び耐焼付性が向上し、かつ、相手攻撃性及び摩擦係数が低下するとともに、DLC層を有する溝部における耐摩耗性が向上する。
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示される本実施例の摺動部材は、爪部1aを有する、第1部材としてのシフトフォーク1と、爪部1aが係合して摺動する溝部2aを有する、第2部材としてのハブスリーブ2とからなる。
図1に示される本実施例の摺動部材は、爪部1aを有する、第1部材としてのシフトフォーク1と、爪部1aが係合して摺動する溝部2aを有する、第2部材としてのハブスリーブ2とからなる。
シフトフォーク1は、第1基材11と、シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に形成された、第1摺動層12とから構成されている。
第1基材11は、クロム鋼(SCr420)を浸炭焼入れした焼入れ鋼よりなる。
第1摺動層12は、電気めっきにより形成されたSnめっき層よりなる。この電気めっきは、浴組成:硫酸第一スズ(40g/l、温度:20℃、電流密度:1.5A/dm2、槽電圧:5Vの条件で行った。これにより、厚さが5μmのSnめっき層よりなる第1摺動層12を、第1基材11の爪部1a表面に形成した。
ハブスリーブ2は、第2基材21と、ハブスリーブ2の溝部2aに相当する部分の第2基材21表面に形成された、中間金属層23と、この中間金属層23表面に形成された第2摺動層22とから構成されている。
第2基材21は、クロムモリブデン鋼(SCM420)を浸炭焼入れした焼入れ鋼よりなる。
第2摺動層22は、スパッタリング法により形成されたDLC層よりなる。このスパッタリング法では、基材温度を200℃、基材に印加する負のバイアス電圧を100Vとして、Ar(アルゴン)ガス及びCH4(メタン)ガスを用いた。これにより、厚さが2μm、ビッカース硬さがHv3000、表面粗さが0.5μmRzのDLC層よりなる第2摺動層22を、第2基材21の溝部2a表面に形成した。
また、本実施例では、第2基材21に対する第2摺動層22の密着性を向上させるべく、第2基材21の表面上にまず中間金属層23をスパッタリング法により形成し、この中間金属層23上に第2摺動層22を形成した。この中間金属層23は、Crよりなり、厚さが0.5μmとされている。
なお、前記第2基材21は、前記中間金属層23が形成される前の素地状態で、表面粗さが0.5μmRzであった。
このように本実施例1では、表1に示されるように、シフトフォーク1の爪部1a表面に第1摺動層12としてのSnめっき層が形成され、また、ハブスリーブ2の溝部2a表面に第2摺動層22としてのDLC層が形成されている。
(比較例1)
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
すなわち、この比較例1では、表1に示されるように、シフトフォーク1の爪部1aが、第1基材11の材料である、SCr420の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ2の溝部2a表面に第2摺動層22としてのDLC層が形成されている。
(比較例2)
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12としてのSnめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例1と同様である。
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12としてのSnめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること以外は、前記実施例1と同様である。
すなわち、この比較例2では、表1に示されるように、シフトフォーク1の爪部1a表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ2の溝部2a表面に第2摺動層22としてのDLC層が形成されている。
(比較例3)
ハブスリーブ2の溝部2a表面に、中間金属層23及び第2摺動層22を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
ハブスリーブ2の溝部2a表面に、中間金属層23及び第2摺動層22を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
すなわち、この比較例3では、表1に示されるように、シフトフォーク1の爪部1a表面に第1摺動層12としてのSnめっき層が形成され、また、ハブスリーブ2の溝部が、第2基材21の材料である、SCM420の浸炭焼入れ鋼よりなる。
(比較例4)
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12を形成しないこと、及びハブスリーブ2の溝部2a表面に、中間金属層23及び第2摺動層22を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12を形成しないこと、及びハブスリーブ2の溝部2a表面に、中間金属層23及び第2摺動層22を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
すなわち、この比較例4では、表1に示されるように、シフトフォーク1の爪部1aが、第1基材11の材料である、SCr420の浸炭焼入れ鋼よりなり、また、ハブスリーブ2の溝部が、第2基材21の材料である、SCM420の浸炭焼入れ鋼よりなる。
(比較例5)
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12としてのSnめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ2の溝部2a表面に、中間金属層23及び第2摺動層22を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
シフトフォーク1の爪部1aに相当する部分の第1基材11表面に、第1摺動層12としてのSnめっき層を形成する代わりに、硬質クロムめっき層を形成すること、及びハブスリーブ2の溝部2a表面に、中間金属層23及び第2摺動層22を形成しないこと以外は、前記実施例1と同様である。
すなわち、この比較例5では、表1に示されるように、シフトフォーク1の爪部1a表面に硬質クロムめっき層が形成され、また、ハブスリーブ2の溝部が、第2基材21の材料である、SCM420の浸炭焼入れ鋼よりなる。
(耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数の評価)
前記実施例1及び比較例1〜5に係る摺動部材について、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
前記実施例1及び比較例1〜5に係る摺動部材について、耐摩耗性、耐焼付性、相手攻撃性及び摩擦係数を評価した。
すなわち、表1に示される各爪部材料を用いて円筒試験片を作製するとともに、同じく表1に示される各溝部材料を用いて平板試験片を作製した。
なお、円筒試験片は、内径が20mmφ、外径が25.6mmφ、高さが17mm、表面粗さが1.6μmRzである。また、平板試験片は、30×30×5mm、表面粗さが0.5μmRzである。
これらの円筒試験片及び平板試験片を用いて、焼付限界を求める焼付試験を行うとともに、シフトフォーク及びハブスリーブの実際の使用において焼付きを生じさせないマイルドな条件で、摩耗試験(実機摩耗試験)を行った。
ここで、前記焼付試験は、機械試験所型摩擦摩耗試験機を用い、潤滑油(商品名「ATF Dexron II」)による飛沫潤滑、8600rpm(9.6m/sec)の条件下にて、2分間ごとに250Nずつ荷重を増加させ、摩擦係数が0.2以上となった時、又は摩耗が極端に大きくなった時の荷重をもって、焼付荷重(N)とした。
また、前記実機摩耗試験は、実際の変速機に組み込んで、潤滑油を充填し、ハブスリーブ回転数4800rpm、油温120°、シフトフォーク作動荷重100kgの条件下で、1秒作動させた後1.5秒休止させるサイクルを30000サイクル実施し、シフトフォーク及びハブスリーブの摩耗量を調べた。
これら焼付試験における焼付荷重及び摩擦係数の結果を前記表1に併せて示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図2に示す。
表1及び図2に示されるように、本実施例では、焼付荷重が3750Nと著しく大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が0.018と小さく、かつ、シフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
(DLC層の表面粗さと摩擦摩耗特性との関係)
次に、前記第2摺動層22としてのDLC層の表面粗さの影響を調べるために、表2に示されるように、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
次に、前記第2摺動層22としてのDLC層の表面粗さの影響を調べるために、表2に示されるように、表面粗さの異なる平板試験片及び実機ハブスリーブを製作し、前記焼付試験及び前記実機摩耗試験を同様の方法で行った。
第2摺動層22としてのDLC層の表面粗さは、DLC層をコーティングする前の素地(第2基材21)の表面粗さの影響を大きく受けるため、素地の表面粗さを変えることによってDLC層の表面粗さを種々変更した。
焼付荷重及び摩擦係数の結果を表2に示すとともに、実機摩耗試験における摩耗量を図3に示す。
表2及び図3より、第2摺動層22としてのDLC層の表面粗さが0.5μmRz以下であれば、焼付荷重が3750N以上と大きく、耐焼付性が優れるとともに、摩擦係数が0.018以下と小さく、かつシフトフォーク爪部及びハブスリーブ溝部ともに摩耗量が小さかった。
1…シフトフォーク(第1部材) 1a…爪部
2…ハブスリーブ(第2部材) 2a…溝部
11…第1基材 12…第1摺動層
21…第2基材 22…第2摺動層
2…ハブスリーブ(第2部材) 2a…溝部
11…第1基材 12…第1摺動層
21…第2基材 22…第2摺動層
Claims (4)
- 第1基材及び該第1基材上に形成された第1摺動層を有する第1部材と、第2基材及び該第2基材上に形成され該第1摺動層と摺動する第2摺動層を有する第2部材とからなり、
前記第1摺動層はSnめっき層であり、前記第2摺動層はダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする摺動部材。 - 前記Snめっき層の厚さが3〜10μmとされていることを特徴とする請求項1に記載の摺動部材。
- 前記ダイヤモンドライクカーボン層は、ビッカース硬さがHv1000〜5000とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の摺動部材。
- 前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面粗さが0.5μmRz以下とされていることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の摺動部材。
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Cited By (1)
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CN107235110A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 株式会社岛野 | 自行车部件、前后链轮和链条、及滑动部件及其制造方法 |
-
2006
- 2006-11-07 JP JP2006301623A patent/JP2008115447A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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CN107235110A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 株式会社岛野 | 自行车部件、前后链轮和链条、及滑动部件及其制造方法 |
CN107235110B (zh) * | 2016-03-28 | 2020-01-14 | 株式会社岛野 | 自行车部件、前后链轮和链条、及滑动部件及其制造方法 |
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