滑动构件和滑动机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及具有能够同时实现大幅度的摩擦降低和耐磨损性的确保的滑动面的 滑动构件W及具备该滑动构件的滑动机械。
【背景技术】
[0002] 搭载于汽车上的内燃机等，包含许多滑动构件（例如凸轮和凸轮从动件、汽缸和 活塞、各种轴和轴承）。对具备该样的滑动构件的机械（滑动机械），强烈要求使各滑动部 的摩擦系数减少，并谋求摩擦损失的降低等。
[0003] 为实现该个要求，例如曾提出了在滑动面形成能谋求摩擦系数的降低的被称为类 金刚石碳膜的非晶质碳膜（适当称为「DLC膜」）的方案。在下述的专利文献1~4中有与 此关联的记载。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献1 ;日本特开2011-32429号公报
[0006] 专利文献2 ;日本特开2011-26591号公报
[0007] 专利文献3 ;日本特开2007-99949号公报
[0008] 专利文献4 ;日本特开2007-23356号公报
【发明内容】
[0009] 专利文献1~3曾提出在润滑油中使用在滑动面形成了含有棚炬）的非晶质硬质 碳膜（适当称为「B-DLC膜」）的低摩擦滑动构件。但是，在该些专利文献中提出的B-DLC 膜，是氨（H)含量少的硬质的被膜。要进一步降低由硬质的B-DLC膜被覆的滑动面的摩擦 系数的话，就需要预先使被成膜的基材表面成为表面粗趟度（Ra)低于0. 1的镜面。
[0010] 专利文献4曾提出在润滑油中使用具有滑动面的滑动构件，所述滑动面由含有娃 仪）的非晶质硬质碳膜（适当称为「Si-DLC膜」）被覆。另外，也提出了在形成于基材表面 的硬质的Si-DLC膜上层叠软质的Si-DLC膜从而形成滑动面的方案。但是，那样的滑动面 的摩擦系数尚为0. 07W上（专利文献4的[0072]、图9)，未必可W说摩擦系数被充分地降 低了。认为该是由于由Si-DLC膜带来的低摩擦系数的呈现机制，依赖于在其表面生成的娃 醇基（Si-OH)的吸附水层（[0011]等）。再者，在专利文献4中，对于形成有Si-DLC膜的基 底面的表面粗趟度、其膜厚没有详述。
[0011] 本发明是鉴于该样的状况而完成的，其目的是提出具有滑动面的滑动构件、和具 备该滑动构件的滑动机械，所述滑动面能够实现摩擦系数的大幅度的降低和充分的耐磨损 性的确保。
[0012] 本发明人为解决该课题而锐意研究、反复试验的结果，新发现了；通过在滑动面设 置由与W往不同的新的组成构成的B-DLC膜，能够在存在润滑油的湿式条件下得到非常低 的摩擦系数。还知道了通过在硬质的基底层上形成该B-DLC膜也能够确保滑动面的耐磨损 性。通过使该些成果发展，从而完成了后面所叙述的本发明。
[0013] 《滑动构件》
[0014] (1)本发明的滑动构件，包含基材、和被覆该基材的表面而构成滑动面的滑动膜， 在存在润滑油的湿式条件下使用，该滑动构件的特征在于，所述滑动膜由叠层膜构成，所述 叠层膜包含在所述基材的表面上形成的基底层、和在该基底层上的至少一部分上形成的最 表层，该最表层由特定含棚非晶质碳（W下称为「特定B-DLC」）构成，所述特定B-DLC在将 该最表层整体设为100原子％ (仅称为「％」）时含有4~50%的棚炬）和5~50%的氨 化)。
[0015] (2)本发明的滑动构件具有采用叠层膜构成的滑动面，所述叠层膜是在设于基材 表面的基底层上的至少一部分上存在最表层的膜，所述最表层由较多地含有B和H的特定 B-DLC构成。由于该滑动面在存在润滑油的湿式条件下呈现优异的低摩擦性，因此具备本发 明的滑动构件的滑动机械，在运行时所需的驱动力、和摩擦损失等大幅度地降低，能够实现 滑动机械的性能提高和节能化。
[0016] (3)本发明设及的滑动面、特别是最表层能够发挥显著的低摩擦性的原因不一定 明确，但在现状下可W如下考虑。本发明设及的特定B-DLC，由于B和H的含量多（特别是 由于H量多），因此相对地C量（特别是成为sp2杂化轨道的C量）少，比W往的B-DLC容 易磨损。因此形成于基底层上的初始的特定B-DLC膜，从滑动开始后逐渐产生磨损，与此相 应地滑动面被平滑化，其表面粗趟度变得非常小。由此，在本发明设及的滑动面上，通过介 在的润滑油而稳定地产生流体润滑，几乎不产生与混合润滑、边界润滑等相伴的固体接触。 可W认为，在其中进一步附加了特定B-DLC自身具有的良好的滑动性，从而本发明设及的 滑动面在湿式条件下发挥了显著的低摩擦性。
[0017] 再者，可W认为，本发明设及的滑动面的平滑化通过特定B-DLC(膜）与基底层协 作并且进行磨损而产生。例如，可W认为，即使基底层的表面粗趟度W算术平均粗趟度（Ra/ JISB0601:'01)计如0. 1W上（或超过0.l)、〇. 15W上进而0.2W上那样较大，也成为在 位于基底层表面上的微细的凹部填充有特定B-DLC的状态，形成表面粗趟度Ra为0. 05W 下、进而为0.04W下该样的超平滑的滑动面。顺便说一下，该平滑的最表面，可W是仅由最 表层（特定B-DLC膜）形成的情况，也可W是最表层和基底层融合而形成的情况。
[0018] 该样，本发明设及的滑动面在滑动过程中被平滑化，因此滑动前的最表层的表面 粗趟度也可W稍大一些。该一点对于基底层或基材表面也是同样的。但是，从谋求抑制滑 动膜的磨损的观点出发，当然它们的表面粗趟度从滑动前开始越小越好。例如，基底层的滑 动前（成膜时）的表面粗趟度Ra优选为0. 3W下、进而优选为0. 1W下。
[0019] (4)为了本发明设及的叠层膜稳定地持续呈现上述的低摩擦系数，确保其耐磨损 性也很重要。例如，通过设置与最表层或特定B-DLC相比硬度或弹性模数大的耐磨损层来 作为基底层，能够W高水平兼备滑动面的低摩擦性和高耐磨损性。该样的基底层可W是在 基材表面直接形成的渗碳层、氮化层等硬质层，但如果是被覆基材表面的硬质膜，则能谋求 耐磨损性的进一步的提高。该样的硬质膜由例如氮化物（&N、TiN等）、碳化物（&C等）或 硬质非晶质碳等构成。
[0020] 特别是作为硬质非晶质碳，例如有组成与特定B-DLC不同的硬质的含棚非晶质碳 (硬质B-DLC)、含有娃（Si)的含娃非晶质碳（Si-DLC)、不含H或H含量少的各种非晶质碳 (无H的化C)等。由该些硬质非晶质碳构成的基底层，其表面硬度优选为20GPaW上、23GPa W上、进而25GPaW上。
[0021] 再者，基底层也会有通过最表层的磨损而部分地在最表面露出的情况（参照图 1A~图1C)。因此，基底层不仅要耐磨损性优异，而且在低摩擦系数下滑动性越优异越好。 顺便说一下，本发明设及的基底层，不限于一层，也可W是两层W上。
[0022] (5)然而，本发明设及的滑动面，通过成为最表层的特定B-DLC膜根据对象件的形 状（主要是外径）磨损而被平滑化（图1A)。因此，为了得到稳定的高滑动性（低摩擦化和 高耐磨损化），优选至少滑动开始前的最表层（特定B-DLC膜）具有充分的层厚。但是，形 成过大的层厚是不现实的，另外，由于随着磨损的进行使滑动面之间的间隙过度地增大，因 此不优选。
[0023] 根据本发明人的研究调查可知，为了稳定地维持高滑动性，最表层的（初始）层厚 (T1)相对于待形成最表层的基底层的基于算术平均粗趟度（Ra)的表面粗趟度巧2)的比、 即层厚比（T1/R2)优选为3~200、4~100、进而5~50。该情况下，即使在最表层最磨损 的部位（图1A的虚线包围的部分）进行磨损，基底层也部分地支承对象件，并在最表层充 塞了基底层的凹部的状态下停止该磨损的进行。其结果，维持了平滑的最表面（滑动面） 的低摩擦化（图1B)。相反地，在初始的最表层相对于基底层的表面粗趟度较薄的情况下 (层厚比过小的情况下），起因于基底层的表面粗趟度的凹凸出现在滑动面的最表面，不能 谋求最表面（滑动面）的平滑化，滑动面之间的摩擦系数不降低（图1C)。
[0024] 再者，