特許 6598588 摺動構造、めっき浴及び摺動部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6598588

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】摺動構造、めっき浴及び摺動部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 18/52 20060101AFI20191021BHJP

   C23C 18/36 20060101ALI20191021BHJP

   F16C 33/12 20060101ALI20191021BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20191021BHJP

   C10M 103/02 20060101ALI20191021BHJP

   C10N 20/06 20060101ALN20191021BHJP

   C10N 30/06 20060101ALN20191021BHJP

   C10N 40/02 20060101ALN20191021BHJP

   C10N 50/08 20060101ALN20191021BHJP

【ＦＩ】

   C23C18/52 A

   C23C18/36

   F16C33/12 Z

   F16C33/10 D

   C10M103/02 Z

   C10N20:06 Z

   C10N30:06

   C10N40:02

   C10N50:08

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-165840(P2015-165840)

(22)【出願日】2015年8月25日

(65)【公開番号】特開2017-43801(P2017-43801A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2018年7月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】508296738

【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】小倉 圭輔

(72)【発明者】

【氏名】中島 悠也

【審査官】 印出 亮太

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１５７０２０６（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５６５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７３９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１０５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０２８５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方に対し他方が摺動する２つの摺動部材を備える摺動構造であって、
前記摺動部材の少なくとも１つが摺動面にカーボンオニオンをＮｉ−Ｐめっきに共析させた複合めっき膜を含み、前記摺動面において、カーボンオニオンが占める面積比率が０．３〜１０％であることを特徴とする摺動構造。

【請求項2】

前記カーボンオニオンの平均粒子間距離が２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動構造。

【請求項3】

前記カーボンオニオンの平均粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の摺動構造。

【請求項4】

前記２つの摺動部材のそれぞれの摺動面が異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の摺動構造。

【請求項5】

前記摺動部材の１つのみが前記カーボンオニオンを前記摺動面に含み、該カーボンオニオンを含む該摺動面がカーボンオニオンを含まない摺動面よりも相対的に硬く形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動構造。

【請求項6】

前記摺動部材の少なくとも１つが前記摺動面と該摺動面を支持する母材とを備え、前記母材の前記摺動面を支持する面のビッカース硬さと、前記摺動面のビッカース硬さとの差がＨｖ４５０以内であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の摺動構造。

【請求項7】

前記母材の前記摺動面を支持する面が表面処理層を備え、該表面処理層が、前記母材の表面に高周波焼入れ、火炎焼入れ、レーザー焼入れ、浸炭焼入れ、ガス軟窒化処理、ショットピーニングおよび超音波処理からなる群から選ばれる少なくとも１つの表面改質処理を施すことにより生じた改質層、または、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｒの１つ以上を備える金属層であることを特徴とする請求項６に記載の摺動構造。

【請求項8】

共析めっき膜を形成するための、カーボンオニオンと、ＮｉとＰとを含むめっき浴であって、ＮｉとＰとの総質量を１００％とした場合に２〜１６質量％のＰを含み、めっき浴１Ｌに対して０．１〜２．０ｇのカーボンオニオンを含む、めっき浴。

【請求項9】

摺動面と該摺動面を支持する母材とを備える請求項１に記載の摺動部材の製造方法であって、
前記母材をカーボンオニオンとＮｉとＰとを含むめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法によって共析めっき膜からなる前記摺動面を形成する工程と、
前記膜を大気雰囲気下で２４０〜５００℃で加熱する工程と
を含む、摺動部材の製造方法。

【請求項10】

前記共析めっき膜を形成する工程の前に、前記母材の表面に、高周波焼入れ、火炎焼入れ、レーザー焼入れ、浸炭焼入れ、ガス軟窒化処理、ショットピーニングおよび超音波処理からなる群から選ばれる少なくとも１つの表面改質処理を施して改質層を形成する工程、または、前記母材をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒのうち少なくとも１つを含むめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法によって金属層を形成する工程を含む、請求項９に記載の摺動部材の製造方法。

【請求項11】

前記めっき浴が、ＮｉとＰとの総質量を１００％とした場合に、２〜１６質量％のＰを含み、めっき浴１Ｌに対して０．１〜２．０ｇのカーボンオニオンを含む、請求項９または１０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、比較的安価でかつ低摩擦低摩耗特性を実現し得る摺動構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、互いに摺動し合う摺動部材において、優れた摺動特性、特に低摩擦低摩耗特性が求められている。摺動特性を改善するために、一般的には潤滑油が用いられているが、摺動面の表面改質についても行われている。摺動面の表面改質方法としては、例えば黒鉛、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、銅、銀、鉛等の固体潤滑剤を摺動面にコーティングすることが検討されている。摺動面への固体潤滑剤のコーティング手法としては、一般的にめっき法が挙げられる。

【0003】

例えば、特許文献１には、Ｗ−Ｎｉ−Ｐ系合金めっきが開示されており、特許文献２には、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）と金属の複合めっきが開示されており、特許文献３には、ダイヤモンド微粒子と金属の複合めっきが開示されている。

【0004】

特許文献４には、スピンドル回転数が高速条件となる精紡や撚糸において、摩耗に関連する課題を解決するために、ダイヤモンド微粒子と金属の複合めっきを備えた紡機用金属トラベラを用いることが開示されている。

【0005】

また、特許文献５には、自動車の手動変速機におけるシフトフォークの爪部に耐摩耗性を付与するために、摺動面にスパッタリング法や化学蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）法によってＤＬＣ層を形成することが開示されている。

【0006】

特許文献６には、航空機用のアクチュエータの耐摩耗性を向上させるために、フッ素樹脂製のシール材を摺動面に形成した摺動部材と、アルミニウム合金上にプラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ層を形成した摺動部材からなる摺動構造体を用いることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００６−２０６９７０号公報

【特許文献2】特開２００４−１８９７９号公報

【特許文献3】特開２０１１−１４９０７１号公報

【特許文献4】特開平５−１０６１２５号公報

【特許文献5】特開２００８−１１５４４７号公報

【特許文献6】特開２０１４−５９０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１で開示されるＷ−Ｎｉ−Ｐ系合金めっき皮膜は、他の金属材料と比べて低摩擦、低摩耗、高耐食性を可能とする。しかし、タングステンを使用するため高コストとなり、また、析出時に硬度が高くなるため、クラックなどが生じやすいという問題があった。特許文献２で開示されるＤＬＣと金属の複合めっきは、ＤＬＣの共析量として体積比率で５０％以下と規定しているが、摺動表面に必ずしも十分な潤滑剤が存在しているとは言えず、所望の摺動特性が得られない場合があった。また、特許文献３で開示されるダイヤモンド微粒子と金属の複合めっきは、めっき浴にダイヤモンドを分散させるために特殊な界面活性剤が必要であり、これはめっき処理中や保管時において劣化し易く、めっき浴の安定性が不良となる一因となることがあった。さらに、特許文献３および４で開示される複合めっきは、ダイヤモンド微粒子を用いるため高コストであった。また、特許文献５および６で開示されるＤＬＣ層は、その製法から高コストであった。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題に対し、本発明者らは鋭意検討を行った結果、少なくとも一方の摺動部材の摺動面にカーボンオニオンを適用することで、比較的安価でかつ低摩擦低摩耗特性を有する摺動構造となることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一態様によれば、一方に対し他方が摺動する２つの摺動部材を備える摺動構造であって、摺動部材の少なくとも１つが摺動面にカーボンオニオンを含むことを特徴とする摺動構造である。
摺動部材の少なくとも１つは、摺動面と該摺動面を支持する母材とを備えることが好ましい。
ある実施形態においては、摺動面は、カーボンオニオンを共析させた複合めっき膜であることが好ましい。
複合めっき膜は、カーボンオニオンをＮｉ−Ｐめっきに共析させたものであることが好ましい。
カーボンオニオンの平均粒子間距離は、２５０ｎｍ以下であることが好ましい。
カーボンオニオンの平均粒径は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
別の実施形態においては、摺動面は、カーボンオニオンを含む樹脂膜であることが好ましい。
また、別の実施形態においては、摺動面は、カーボンオニオンからなることが好ましい。
ある実施形態においては、共析めっき膜を形成するためのめっき浴であって、カーボンオニオンと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔからなる群のうち１種または２種以上の組み合わせとを少なくとも含み、Ｐ濃度が２〜１６質量％である、めっき浴である。
また、別のある実施形態においては、摺動部材の摺動面をカーボンオニオンとＮｉとＰとを含むめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法によって該摺動面に共析めっき膜を形成する工程と、該膜を大気雰囲気下で２４０〜５００℃で加熱する工程とを少なくとも含む、摺動部材の製造方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、一方の摺動部材の摺動面にカーボンオニオンを含む層を備えた摺動構造とすることで、比較的安価でかつ低摩擦低摩耗特性を実現することが可能である。カーボンオニオンは、球状の微粒子であるため、転がる特性が潤滑特性を良好なものとすると考えられ、カーボンオニオンを摺動面に固定して用いることは知られてはいなかった。本発明者らは、カーボンオニオンを、カーボンオニオンを含む層として摺動面上に固定して用いることで、優れた摩擦摩耗特性を実現できることを見出した。すなわち、カーボンオニオンを含む層の表面において、カーボンオニオンは分子間力が小さく、接触する相手材である他の摺動部材の表面と凝着を生じにくいため、摩耗耐久性を向上させることが可能となる。また、カーボンオニオンを含む層は、高硬度かつ耐食性に優れており、高荷重の摺動構造に用いても摺動相手材や他の固体潤滑剤等に負けにくい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態の摺動構造の概念的な断面図を示す。

【図2】図１の摺動部材２Ａの一実施形態の概念的な断面図を示す。

【図3】各酸処理温度で処理したカーボンオニオンのめっき浴中における沈降するまでの時間を示す。

【図4】各酸処理時間で処理したカーボンオニオンのめっき浴中における沈降するまでの時間を示す。

【図5】参考例３で作製した共析めっき膜の断面を電子顕微鏡で観察した写真（３万倍率）である。

【図6】実施例４で作製した摺動構造の摩擦摩耗試験後のカーボンオニオンを含む層の表面を電子顕微鏡で観察した写真であって、（ａ）は千倍、（ｂ）は５万倍の倍率の写真である。

【図7】実施例８で作製した摺動構造の摩擦摩耗試験後のカーボンオニオンを含む層の表面を電子顕微鏡で観察した写真であって、（ａ）は千倍、（ｂ）は５万倍の倍率の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲は、この形態に限定されるものではない。

【0013】

本発明は、一態様によれば、一方に対し他方が摺動する２つの摺動部材を備えた摺動構造に関し、摺動部材の少なくとも１つが摺動面にカーボンオニオンを含む摺動構造に関する。図１に、本発明の一実施形態による摺動構造の概念的な断面図を示す。図１に示す摺動構造１は、２つの摺動部材２Ａ、２Ｂを、互いの摺動面を対向させる位置で備えている。一方の摺動部材２Ａは、カーボンオニオンを含む層３で構成される摺動面と、これを支持する母材６とを備える。

【0014】

摺動部材２Ａの母材６は、素地、つまり基体となる材料からなるものであってもよい。素地としては、特に限定されず、金属材料やセラミクス材料、または樹脂材料であってもよい。例えば、鉄板、機械構造用の例えばＳ１５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ６０Ｃ等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、または、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂や、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチックや、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等のスーパーエンジニアリングプラスチック等を、目的に合わせて好適に用いることができるが、これらには限定されない。特に、剛性（強度）、汎用性およびコストの点から、炭素鋼材を用いることが好ましい。摺動部材２Ｂは、母材６からなるものであってもよい。２つの摺動部材２Ａ、２Ｂの母材の素地は、同じ材料であっても異なる材料であってもよい。２つの摺動部材２Ａ、２Ｂの形状は、特に限定されず、互いに摺動する接触面を形成し得る形状であれば、同じ形状であっても異なる形状であってもよい。

【0015】

他方の摺動部材２Ｂは、その摺動面において、後述するカーボンオニオンを含む層を構成する材料を含んでいないことが好ましい。摺動部材２Ｂは、また、摺動面の素地とは別の層を備えていてもよい。その層は、カーボンオニオンを含む層を構成するカーボンオニオン以外の材料と同じ材料を含んでいないことが好ましい。つまり、２つの摺動部材２Ａ、２Ｂの各々の摺動面は、異なる材料で構成することが好ましい。２つの摺動部材の互いの摺動面を各々異なる材料で構成することで、摺動時に凝着摩耗を生じにくくなる。凝着摩耗は、摺動面における微小な凸部が他方の摺動部材と凝着し、続く滑り運動により凝着している表面が破壊される現象であり、凝着した界面の結合が強い場合、摺動面から凝着した部分がむしりとられ、相手材の摺動面に付着する。場合によって、相手材である摺動部材に付着した凝着物は、さらに、カーボンオニオンを含む層を備える摺動部材側の摺動面に付着し得る。凝着は、摺動面同士の親和性が高いほど起こり易く、摩耗係数が高くなる要因の一つである。

【0016】

２つの摺動部材のうち少なくとも１つは、母材を、素地と、母材の摺動面を支持する面に設けられた表面処理層とで構成してもよい。図２に、本発明の別の実施形態による摺動部材２Ａの概念的な断面図を示す。図２に示す摺動部材２Ａは、素地６２と表面処理層６１で構成される母材６と、摺動面を備えるカーボンオニオンを含む層３とを備えている。表面処理層６１は、素地６２の一部を改質した層であってもよいし、母材の素地とは別途形成した層であってもよい。例えば、素地６２の表面に高周波焼入れ、火炎焼入れ、レーザー焼入れ、浸炭焼入れ、ガス軟窒化処理、ショットピーニングおよび超音波処理からなる群から選ばれる少なくとも１つの表面改質処理を施すことにより生じた改質層であってもよい。あるいは、素地６２にＦｅ、ＮｉまたはＣｒの１つ以上を備える金属層、好ましくはめっき層であってもよい。この場合のもう一方の摺動部材については、上述する態様であってもよい。

【0017】

摺動部材２Ａの摺動面は、カーボンオニオンを含む層３により構成される。カーボンオニオンは、複数のグラフェンシートが同心球殻状に閉じた構造をしたナノカーボン粒子である。カーボンオニオンの平均粒子径は、透過型電子顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡による観察で測定した場合に、好ましくは１〜５００ｎｍ、より好ましくは１０〜１００ｎｍ、さらにより好ましくは１０〜５０ｎｍである。カーボンオニオンの製造方法は、例えばグラファイトなどを不活性ガス雰囲気中において約２０００℃で加熱することで生成することができるが、市販のものを使用してもよい。具体的には、特開２００８−２０１６０４号等に記載された公知の方法に基づいて、当事者は製造することができる。

【0018】

カーボンオニオンは、例えばカーボンオニオンを含む層として備えてもよい。カーボンオニオンを含む層は、カーボンオニオン単独からなるものであってもよく、カーボンオニオン以外の成分として、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔからなる群のうち１種または２種以上の組み合わせた金属材料、あるいは、熱可塑性樹脂やエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック等の樹脂材料を含んでいてもよい。

【0019】

カーボンオニオンを含む層は、カーボンオニオン以外の成分によってその物性や製造方法が異なるため、以下、実施形態ごとに説明する。

【0020】

＜共析めっき膜＞
カーボンオニオンを含む層は、カーボンオニオンと、金属材料、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔからなる群のうち１種または２種以上の組み合わせとを含む共析めっき膜（複合めっき膜）であることが好ましい。特に、カーボンオニオンを含む層は、カーボンオニオンとＮｉとＰとを含む共析めっき膜であることが好ましい。

【0021】

カーボンオニオンを含む層が共析めっき膜である場合、カーボンオニオンを含む層は、３〜２０μｍの厚さを有することが好ましい。３μｍより薄いと、長期使用による摩耗で摺動部材の母材が露出し、低摩擦が得られない場合がある。５０μｍより厚いと、めっき膜の残留応力が増すことによる剥離が懸念され、また、対象となる部品の寸法設計の見直しや製造コストが高くなる場合がある。カーボンオニオンを含む層の厚さは、例えば電子顕微鏡を用いた観察によって測定することが可能である。カーボンオニオンを含む層は、Ｈｖ５００〜９５０のビッカース硬さを有することが好ましい。Ｈｖ５００より低いと、めっき膜そのものが摩耗し、カーボンオニオンが過剰に脱離してしまう場合がある。Ｈｖ９５０より高いと、摺動相手をより摩耗しやすくなり、摺動面に摩耗粉が堆積してめっき膜表面のカーボンオニオンを覆ってしまい、摩擦係数の低減効果が得られない場合がある。カーボンオニオンを含む層の硬さは、例えばＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠してビッカース硬さとして測定することが可能である。

【0022】

共析めっき膜において、摺動面に存在するカーボンオニオンの平均粒子間距離は、好ましくは２５０ｎｍ以下、より好ましくは１７３ｎｍ以下である。共析めっき膜の摺動面において、カーボンオニオンが占める面積比率は０．３〜１０％であることが好ましい。カーボンオニオンを含む層の表面でのカーボンオニオンの平均粒子間距離および面積比率は、例えば電子顕微鏡を用いた観察によって測定しおよび測定結果から算出することが可能である。

【0023】

次に、このような共析めっき膜を、製造方法の観点から説明する。共析めっき膜は、摺動部材の母材に施される。例えば、母材をカーボンオニオンとＮｉとＰとを含むめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法によって共析めっき膜からなる摺動面を形成してもよい。また、任意選択的に、共析めっき膜を大気雰囲気下で２４０〜５００℃で加熱してもよい。摺動部材は、共析めっき膜を形成することによって、共析めっき膜からなる摺動面と該摺動面を支持する母材とを備えることができる。共析めっき膜は、例えば、カーボンオニオンと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔからなる群のうち１種または２種以上の組み合わせと、場合によりさらにＰとを含むめっき浴を用いて、無電解めっき法によって、母材の摺動面を支持する面にカーボンオニオンと金属材料等を共析させて作製してもよい。無電解めっき法は、電解めっきと異なり、めっき浴に被めっき物である母材を浸漬するだけで、均一なめっき被膜を容易に形成することができる点で優れている。めっき浴は、摺動面に適した強度、耐食性および平滑性を有するめっき膜を形成し得る点、かつ汎用性が高い点から、カーボンオニオン以外にＮｉとＰとを含むことが好ましい。

【0024】

めっき浴は、例えば塩化ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、炭酸ニッケル等のニッケル塩等を用いて、Ｎｉを含むめっき浴としてもよい。Ｎｉを含むめっき浴に、例えば次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、次亜リン酸ニッケル等のリン酸化合物を加えて、ＮｉとＰを含むめっき浴としてもよい。また、めっき浴の安定性およびｐＨ緩衝作用を考慮して、めっき浴に、酢酸、乳酸、コハク酸、リンゴ酸、クエン酸等の有機酸やエチレンジアミン四酢酸等のキレート剤を添加してもよい。さらに、例えばニッケル化合物が自己分解して析出することを防止する目的で、めっき浴に、微量の硝酸鉛、硝酸ビスマス、アンチモン塩、硫黄化合物等を添加してもよい。

【0025】

めっき浴中の金属濃度は、めっき浴の安定性や析出速度等を考慮して決定することができる。例えば、カーボンオニオンとＮｉ−Ｐを共析させた複合めっき膜とする場合、Ｐの濃度を２〜１６質量％とすることが、めっき処理時の浴安定性、また、所望の強度および耐食性を有するめっき膜を形成し得る点から好ましい。つまり、めっき浴中でのＮｉとＰの質量比は、好ましくは、Ｎｉ：Ｐ＝０．８４〜０．９８：０．０２〜０．１６である。カーボンオニオンの添加量は、めっき浴１Ｌに対して０．１〜２．０ｇとすることが好ましく、０．３〜１．０ｇとすることがより好ましい。

【0026】

カーボンオニオンは、めっき浴中に分散されていることが望ましい。このために、カーボンオニオンは、めっき浴中に添加する前に、予め前処理を施してもよい。前処理としては、酸処理、プラズマ処理、オゾン処理等の表面改質処理が挙げられる。前処理によって、カーボンオニオンは、めっき浴中において安定した分散性を有し得る。

【0027】

例えば、酸処理によって、カーボンオニオンの表面を親水化することが可能である。酸処理に用いる酸は、例えば硫酸、硝酸、塩酸、過マンガン酸等が挙げられ、特に、酸処理の後の、例えば共析めっき膜を形成するためのめっき浴に使用される硫酸ニッケルに混在しても問題ない点から、濃硫酸が好ましい。酸処理は、加熱しながら行う熱酸処理であってもよい。加熱する場合、加熱温度は、好ましくは５０〜３００℃、より好ましくは１００〜２５０℃である。加熱時間は、６０〜１２０分が好ましい。酸処理に用いるカーボンオニオンの量は、酸１Ｌ当たりカーボンオニオン０．１〜５．０ｇとすることが好ましい。また、酸処理は、撹拌しながら行ってもよいし、静置して行ってもよい。例えば、２００〜３００℃の９０〜９８％硫酸溶液中にカーボンオニオン０．１〜５．０ｇ／Ｌを加え、６０分間静置してもよい。カーボンオニオンは、酸処理後、例えばろ過によって硫酸溶液からカーボンオニオンを分離し、水洗した後、乾燥してからカーボンオニオンを含む層を形成するために用いることが好ましい。前処理を行うことで、カーボンオニオンの表面に例えばヒドロキシル基、カルボキシル基等が付与され、親水化されたカーボンオニオンがめっき浴中に分散されることで共析され易くなる。

【0028】

めっき浴にカーボンオニオンを添加した後、例えばスターラー等の撹拌機を用いて撹拌して分散させてもよい。また、例えばめっき浴に例えばドデシルアミン、ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレングリコールモノノニルフェニルエチル、アルキルトリメチルアンモニウムプロミド等の界面活性剤を加えた後に、カーボンオニオンを添加することで、さらにカーボンオニオンの分散性を高めてもよい。

【0029】

被めっき母材の摺動面を支持する面をめっき浴に浸し、その表面（被めっき面）にカーボンオニオンと金属材料を共析させる際、共析めっき膜の均一性およびめっき浴の安定性の点から、めっき浴の温度は６０〜９５℃の範囲とすることが好ましく、めっき浴のｐＨは６〜７の範囲とすることが好ましい。共析めっき膜の厚さは、例えばめっき浴の濃度や母材のめっき浴への浸漬時間等を調節することにより、上述の所望の厚さとすることができる。なお、母材は、めっきを施す前に、予め例えば通常のめっき工程で行われる前処理、例えば溶剤またはアルカリ溶液を用いた脱脂、酸浸漬処理等の表面洗浄処理を施してもよい。

【0030】

また、任意選択的な工程として、共析めっき膜を形成した後に、大気雰囲気下で加熱処理をすることが望ましい。加熱温度としては、２４０〜５００℃の範囲が好ましく、より速く結晶化し、かつカーボンオニオンの変質が生じさせない点から４００〜４５０℃の範囲がより好ましい。２４０℃より低いと、共析めっき膜の結晶化が不十分となり、所望の硬さが得られない場合がある。５００℃より高いと、カーボンオニオンが変質することがあり、所望の耐摩耗性を得られない場合がある。加熱時間は、十分な硬化と生産効率を考慮し、５〜１８０分間が好ましく、３０〜９０分間がより好ましい。母材上の共析めっき膜は、かかる加熱処理により硬度を向上させることができる。

【0031】

被めっき母材の少なくとも共析めっき膜を支持する面（被めっき面）は、特に高荷重での摺動に用いる場合に、摺動面とのビッカース硬さの差がＨｖ４５０以内であることが好ましい。また、この場合、母材の共析めっき膜を支持する面は、摺動面よりも硬くないことが好ましい。例えば、母材の共析めっき膜を支持する面がＨｖ５００以上のビッカース硬さを有する場合、摺動面はＨｖ９５０以上のビッカース硬さを有するものとしてもよい。被めっき母材の表面が所望の硬さよりも軟らかいと、高荷重での摺動時に被めっき母材が変形し易く、共析めっき膜が被めっき母材の変形量に対応できず、割れや剥離を生じる場合がある。また、被めっき母材が変形した場合、その変形量に応じて実摺動面積が大きくなるので摩擦力が増大し、見かけ上の摩擦係数が大きくなることがある。このため、被めっき母材の表面は、共析めっき膜の硬さに比較的近い硬さを有することが好ましい。

【0032】

被めっき母材の表面を所望の硬さするために、所定の硬さをもつ材料を母材として選定してもよい。あるいは、母材を素地と所定の硬さの表面処理層で構成してもよい。この場合、表面処理層は、母材の摺動面を支持する面に備えることが好ましい。表面処理層は、素地を表面改質もしくは表面処理することにより形成することができ、例えば、共析めっき膜を形成する工程の前に、母材の表面に、高周波焼入れ、火炎焼入れ、レーザー焼入れ、浸炭焼入れ、ガス軟窒化処理、ショットピーニングおよび超音波処理からなる群から選ばれる少なくとも１つの表面改質処理を施して形成する改質層であってもよく、または、母材をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒのうち少なくとも１つを含むめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法によって形成する金属層であってもよい。表面処理層の厚さは、５μｍ〜５０μｍであることが好ましく、５μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。このようして被めっき母材を表面処理し、もしくは表面改質により高強度の表面処理層を形成することで、母材強度を確保し、摺動時の変形をより軽減することができる。例えば、共析めっき膜を形成する前の被めっき母材に、例えばＮｉ−Ｐめっきを施して表面処理した後に、大気雰囲気下で例えば２４０〜５００℃の熱処理をして、被めっき母材の表層を所望の硬さとしてもよい。また、例えば、共析めっき膜を形成する前の被めっき母材を、大気雰囲気下または窒素雰囲気下で２５０〜８５０℃、１〜４時間加熱してガス軟窒化処理を行うことで表面改質し、被めっき母材の摺動面を支持する面を所望の硬さとしてもよい。

【0033】

共析めっき膜からなるカーボンオニオンを含む層を備える摺動部材の相手材である、他方の摺動部材は、カーボンオニオンを含む層と摺動する面において、カーボンオニオンを含む層を構成する材料と同じ材料を含んでいないことが好ましい。例えばカーボンオニオンを含む層にＮｉおよびＰが含まれている場合、相手材の摺動面はＮｉおよびＰを含まないことが好ましい。また、カーボンオニオンを含む層を備えた摺動部材の摺動面は、カーボンオニオンを含まない摺動部材の摺動面よりも相対的に硬いことが好ましい。例えば、一方の摺動部材がＨｖ５００〜９５０のビッカース硬さを有する、カーボンオニオンとＮｉとＰを含む共析めっき膜からなる層を備える場合には、他方の摺動部材は、カーボンオニオンを含む層との摺動面が、好ましくはＨｖ２００〜９５０、より好ましくはＨｖ２５０〜７００、さらにより好ましくはＨｖ３５０〜５００のビッカース硬さを有する。Ｈｖ９５０より高いと、カーボンオニオンを含む摺動部材の摺動面を摩耗しやすくなる。Ｈｖ２００より低いと、摺動面の摩耗が顕著になり、摺動面上に摩耗粉が過剰に堆積して摩擦力が増大する。相手材である他方の摺動部材は、摺動面の硬度を調節するために、場合によって、例えば大気雰囲気下または窒素雰囲気下で２５０〜８５０℃、１〜４時間加熱してガス軟窒化処理を行ってもよい。

【0034】

カーボンオニオンを含む層は、上述したカーボンオニオンと金属材料を含むめっき浴を用いためっき法で形成する方法の他に、スプレー法、塗布法によっても形成し得る。例えば、エタノール、イソプロパノール等の有機溶液に、カーボンオニオンと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔからなる群のうち１種または２種以上の組み合わせの上記有機溶液に溶解し得る金属前駆体を加えた溶液を用いて、スプレー法または塗布法によってカーボンオニオンを含む層を形成してもよい。

【0035】

＜樹脂膜＞
カーボンオニオンを含む層は、また、カーボンオニオン以外に、例えば、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂や、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチックや、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等のスーパーエンジニアリングプラスチック等の樹脂材料を含んでいてもよい。カーボンオニオンを含む層は、例えば、溶融したあるいは溶媒に溶解した樹脂材料の溶液にカーボンオニオンを添加して、塗布法によって形成した樹脂膜であってもよい。

【0036】

樹脂膜は、好ましくは１０〜５００μｍの厚さを有する。また、樹脂膜は、好ましくはＨｖ２０〜２００のビッカース硬さを有する。さらに、樹脂膜は、他方の摺動部材と摺動する面において、樹脂膜の表面に存在するカーボンオニオンの平均粒子間距離は、好ましくは１７３ｎｍ以下であり、樹脂膜の表面積の０．３〜１０％をカーボンオニオンで構成することが好ましい。また、樹脂膜からなるカーボンオニオンを含む層を備える摺動部材の相手材である、他方の摺動部材は、カーボンオニオンを含む層と摺動する面において、樹脂膜を構成する材料と同じ材料を含んでいないことが好ましい。他方の摺動部材は、カーボンオニオンを含む層との摺動面が、好ましくはＨｖ１０〜１５０のビッカース硬さを有する。

【0037】

＜カーボンオニオン単独からなる層＞
カーボンオニオンを含む層は、さらに、カーボンオニオン単独からなる層であってもよい。例えば、ＣＶＤ法、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）法等を用いて、摺動部材上にカーボンオニオン単独からなる層を形成してもよい。

【0038】

カーボンオニオン単独からなる層は、好ましくは２〜５０μｍの厚さを有する。また、カーボンオニオン単独からなる層は、好ましくはＨｖ２０００以上のビッカース硬さを有する。カーボンオニオンを含む層を備える摺動部材の相手材である、他方の摺動部材は、カーボンオニオンを含む層との摺動面が、好ましくはＨｖ５００〜４５００のビッカース硬さを有する。

【0039】

上述したカーボンオニオンを含む層を備える摺動部材と他方の摺動部材とを備える摺動構造は、両者を摺動させた際に摩擦摩耗特性に優れ、耐摩耗耐久性が向上する。摩擦摩耗特性は、例えばボールオンディスク法による摩擦摩耗試験によって測定される摩擦係数によって評価することができ、本発明によれば、より低い摩擦係数を実現することが可能となる。本発明の摺動構造は、例えばブレーカーやピストン、ベアリング等の用途に好適となる。

【実施例】

【0040】

＜参考例１＞
カーボンオニオンの表面処理について検討した。カーボンオニオンとして、透過型電子顕微鏡による観察によって測定した平均粒径１０ｎｍのものを用いた。９８％硫酸溶液中にカーボンオニオンを１．０ｇ／Ｌ加え、温度を２５℃、１００℃または２００℃に設定して、６０分間静置することにより表面処理を行った。表面処理の後、ろ過によって硫酸溶液からカーボンオニオンを分離して水洗した後、乾燥させた。硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液および次亜リン酸ナトリウムを混合した、Ｐ濃度が８〜１０ｗｔ％となるＮｉ−Ｐめっき浴に、得られたカーボンオニオンを０．５ｇ／Ｌとなるように添加した。スターラーを用いて３０分間撹拌した後に、めっき浴中でのカーボンオニオンの分散性を評価した。分散性は、めっき浴中でカーボンオニオンが沈降するまでの時間により評価した。カーボンオニオンの沈降は、目視によって確認した。図３に、カーボンオニオンの酸処理時の処理温度と、めっき浴中におけるカーボンオニオンの沈降する時間の関係を示す。酸処理時の処理温度を２００℃とすることで、沈降するまでの時間が飛躍的に延びることから、カーボンオニオンの表面が十分に親水化されたことが確認できた。

【0041】

＜参考例２＞
酸処理時の温度を２００℃に設定して、処理時間を５、３０、６０または１２０分とした以外は参考例１と同様にして実施した。図４に、カーボンオニオンの酸処理時の処理時間と、めっき浴中におけるカーボンオニオンの沈降する時間の関係を示す。酸処理時の処理時間を６０分以上とすることで、沈降するまでの時間が飛躍的延びることから、カーボンオニオンの表面が十分に親水化されたことが確認できた。

【0042】

＜参考例３＞
酸処理時の温度を２００℃に設定して、処理時間を６０分とした以外は参考例１と同様にして、カーボンオニオンを分散させためっき浴を調製した。めっき浴にアンモニア水を添加してｐＨ５．６に調整した後、恒温槽を用いて８５℃としためっき浴に直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃの円板面を２５分間浸し、その表面にＮｉ−Ｐとカーボンオニオンの共析めっき膜を形成した。図５に、得られた共析めっき膜の断面を走査型電子顕微鏡（日立製、型番：Ｓ−４３００）によって観察した写真（３万倍率）を示す。図５において、共析めっき膜中にカーボンオニオン粒子がみられ、界面活性剤を用いなくてもカーボンオニオンを共析させることができることが確認できた。

【0043】

＜実施例１＞
２つの摺動部材のうち、一方の摺動部材の母材として、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃを用いた。摺動部材の摺動面となる円板面にカーボンオニオンを含む層となる共析めっき膜を、無電解めっき法によって作製した。カーボンオニオンは、平均粒径１０ｎｍのものを用い、めっき浴に添加する前に表面処理を行った。表面処理は、２００℃の９８％硫酸溶液中にカーボンオニオンを１．０ｇ／Ｌ加え、６０分間静置することにより行った。表面処理の後、ろ過によって硫酸溶液からカーボンオニオンを分離して水洗した後、乾燥させてからめっき浴に添加した。めっき浴は、硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、次亜リン酸ナトリウム、コハク酸および乳酸を混合して、Ｐ濃度が８〜１０ｗｔ％となるＮｉ−Ｐめっき浴とした。めっき浴に、カーボンオニオンを０．１ｇ／Ｌとなるように添加し、スターラーを用いて６０分間撹拌して、カーボンオニオンをめっき浴中に分散させた。さらに、めっき浴にアンモニア水を添加してｐＨ５．６に調整した後に、恒温槽を用いて８５℃としためっき浴に母材の摺動面を支持する面を５０分間浸し、母材の表面に、Ｎｉ−Ｐとカーボンオニオンの共析めっき膜（厚み１０μｍ）を形成した。共析めっき膜の表面に存在するカーボンオニオンの平均粒子間距離を、走査型電子顕微鏡（カールツァイスマイクロスコピー社製、型番：ΣＩＧＭＡ−ＶＰ）を用いて評価したところ、平均粒子間距離は２４８ｎｍであった。

【0044】

相手材である他方の摺動部材の母材として、直径０．６ｃｍの球状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃを用いた。上述した２つの摺動部材をボールオンディスク装置（プロメトロンテクニクス社製、型番：ＴＲＩＢＯＭＥＴＥＲ）に取り付け、室温（２５℃）下、荷重を１０Ｎ、円板回転速度を３００ｒｐｍとし、共析めっき膜を備えた摺動部材の摺動面と他方の摺動部材とを接触させて摩擦摩耗試験を行い、摩耗係数を評価した。評価結果を表１に示す。

【0045】

＜実施例２＞
めっき浴にカーボンオニオンを０．５ｇ／Ｌで添加した以外は実施例１と同様にして行った。共析めっき膜の表面に存在するカーボンオニオンの平均粒子間距離は、１７０ｎｍであった。評価結果を表１に示す。

【0046】

＜実施例３＞
めっき浴にカーボンオニオンを０．０２ｇ／Ｌで添加した以外は実施例１と同様にして行った。共析めっき膜の表面に存在するカーボンオニオンの平均粒子間距離は、３９２ｎｍであった。評価結果を表１に示す。

【0047】

＜比較例１＞
めっき浴にカーボンオニオンを添加しなかった以外は実施例１と同様にして行った。評価結果を表１に示す。

【0048】

【表1】

【0049】

表１の評価結果から、共析めっき膜上でのカーボンオニオンの平均粒子間距離が小さいほど、摩擦係数が低くなることが確認できた。

【0050】

＜実施例４＞
２つの摺動部材のうち、一方の摺動部材の母材に、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃを用いた。摺動部材の摺動面となる円板面にカーボンオニオンを含む層を、無電解めっき法および熱処理によって作製した。カーボンオニオンは、平均粒径１０ｎｍのものを用い、めっき浴に添加する前に表面処理を行った。表面処理は、２００℃の９８％硫酸溶液中にカーボンオニオン１．０ｇ／Ｌを加え、６０分間静置することにより表面処理を行った。表面処理の後、ろ過によって硫酸溶液からカーボンオニオンを分離して水洗した後、乾燥してからめっき浴に添加した。めっき浴は、硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、次亜リン酸ナトリウム、コハク酸および乳酸を混合して、Ｐ濃度が８〜１０ｗｔ％となるＮｉ−Ｐめっき浴とした。めっき浴にカーボンオニオンを０．５ｇ／Ｌとなるように添加し、スターラーを用いて６０分間撹拌して、カーボンオニオンをめっき浴中に分散した。さらに、めっき浴にアンモニア水を添加してｐＨ５．６に調整した後に、恒温槽を用いて８５℃としためっき浴に母材の摺動面を支持する面を５０分間浸し、母材の表面に、Ｎｉ−Ｐとカーボンオニオンの共析めっき膜を形成した。共析めっき膜を形成した母材を、加熱炉（デンケン・ハイデンタル社製、型番：ＫＤＦ−Ｓ７０）を用いて、大気雰囲気下４００℃で１時間加熱し、共析めっき膜を硬化させ、厚さ１０μｍのカーボンオニオンを含む層とした。なお、層の厚さは、走査型電子顕微鏡（カールツァイスマイクロスコピー社製、型番：ΣＩＧＭＡ−ＶＰ）で評価した。

【0051】

円板状の摺動部材上のカーボンオニオンを含む層のビッカース硬さを、超微小押し込み硬さ試験機（エリオニクス社製、型番：ＥＮＴ−１１００ａ）を用いて評価したところ、Ｈｖ９５０であった。また、カーボンオニオンを含む層の表面に存在するカーボンオニオンの平均粒子間距離および１ｍｍ^２当たりの表面に存在するカーボンオニオン面積比率を、走査型電子顕微鏡（カールツァイスマイクロスコピー社製、型番：ΣＩＧＭＡ−ＶＰ）を用いて評価したところ、平均粒子間距離は２１５ｎｍであり、１ｍｍ^２当たりの面積比率は０．７％であった。

【0052】

相手材である他方の摺動部材の母材として、直径０．６ｃｍの球状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃを用い、窒素雰囲気下で８５０℃、４時間加熱してガス軟窒化処理を行った。相手材である球状の摺動部材のビッカース硬さは、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状のＳ４５Ｃを代用し、窒素雰囲気下で８５０℃、４時間加熱してガス軟窒化処理した後に、超微小押し込み硬さ試験機を用いて評価したところ、Ｈｖ５００であった。

【0053】

上述した２つの摺動部材をボールオンディスク装置に取り付け、室温（２５℃）下、荷重を１０Ｎ、円板回転速度を３００ｒｐｍとし、カーボンオニオンを含む層を備えた摺動部材の摺動面と他方の摺動部材とを接触させて摩擦摩耗試験を行い、摩耗係数を評価した。評価結果を表２に示す。

【0054】

＜実施例５＞
相手材の摺動部材を窒素雰囲気下での加熱（ガス軟窒化処理）を行わなかった以外は実施例４と同様にして行った。相手材である球状の摺動部材のビッカース硬さは、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状のＳ４５Ｃを代用して評価したところ、Ｈｖ２５０であった。評価結果を表２に示す。

【0055】

＜実施例６＞
相手材の摺動部材を窒素雰囲気下での加熱（ガス軟窒化処理）を行わずに、硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、次亜リン酸ナトリウム、コハク酸、乳酸およびアンモニア水を混合して、ｐＨ５．６、Ｐ濃度が８〜１０ｗｔ％となるＮｉ−Ｐめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法により、球状の表面に厚さ１０μｍのＮｉ−Ｐめっき膜を形成した以外は実施例４と同様にして行った。相手材である球状の摺動部材のビッカース硬さは、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状のＳ４５Ｃを代用し、表面に上述したＮｉ−Ｐめっき膜を同様にして作製した後に評価したところ、Ｈｖ５００であった。評価結果を表２に示す。

【0056】

＜実施例７＞
相手材の摺動部材を窒素雰囲気下での加熱（ガス軟窒化処理）を行わずに、硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、次亜リン酸ナトリウム、コハク酸、乳酸およびアンモニア水を混合して、ｐＨ５．６、Ｐ濃度が８〜１０ｗｔ％となるＮｉ−Ｐめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法により、球状の表面にＮｉ−Ｐめっき膜を形成した後に、大気雰囲気下４００℃で１時間加熱し、１０μｍのＮｉ−Ｐめっき層とした以外は実施例４と同様にして行った。相手材である球状の摺動部材のビッカース硬さは、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状のＳ４５Ｃを代用し、表面に上述したＮｉ−Ｐめっき膜を同様にして作製して加熱処理を行った後に評価したところ、Ｈｖ９５０であった。評価結果を表２に示す。

【0057】

＜実施例８＞
円板状の摺動部材上に共析めっき膜を形成した後に加熱処理を行わなかった以外は実施例４と同様にして行った。円板状の摺動部材上の共析めっき膜のビッカース硬さを評価したところ、Ｈｖ５００であった。評価結果を表２に示す。

【0058】

＜実施例９＞
円板状の摺動部材上に共析めっき膜を形成した後に加熱処理を行わないこと、および、相手材の摺動部材を窒素雰囲気下での加熱（ガス軟窒化処理）を行わずに、硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、次亜リン酸ナトリウム、コハク酸、乳酸およびアンモニア水を混合して、ｐＨ５．６、Ｐ濃度が８〜１０ｗｔ％となるＮｉ−Ｐめっき浴に浸漬させ、無電解めっき法により、球状の表面にＮｉ−Ｐめっき膜を形成した後に、大気雰囲気下４００℃で１時間加熱し、厚さ１０μｍのめっき層としたこと以外は実施例４と同様にして行った。円板状の摺動部材上の共析めっき膜のビッカース硬さを評価したところ、Ｈｖ５００であった。相手材である球状の摺動部材のビッカース硬さは、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状のＳ４５Ｃを代用し、表面に上述したＮｉ−Ｐめっき膜を同様にして作製して加熱処理を行った後に評価したところ、Ｈｖ９５０であった。評価結果を表２に示す。

【0059】

【表2】

【0060】

摩擦摩耗試験の結果、実施例４および５の摩耗係数は、それぞれ０．１８および０．１７であった。一方、実施例６〜９の摩耗係数は、それぞれ０．３２、０．４２、０．４４および０．７１であった。また、実施例６および実施例９の摩耗量は、それぞれ０．６ｍｇおよび２８．５ｍｇであった。なお、摩耗量は、摩擦摩耗試験時に発生した摩耗粉を回収して秤量したものである。

【0061】

実施例６と比較して、実施例４はカーボンオニオンを含む層と相手材のＮｉ−Ｐめっきとの間で凝着がほとんど生じず、摩擦係数が低くなったと推測される。また、実施例４対比実施例５、および実施例６対比実施例７では、相手材の硬度が低いほど摩擦係数が低いことが確認された。これは、相手材の硬度が低いほどカーボンオニオンを含む層の摩耗が抑制され、相手材による摩耗によって生じるＮｉ摩耗粉の量が少なくなり、該層の表面に存在するカーボンオニオンを被覆することが軽減したためと考えられる。一方、実施例８および９は、共析めっき膜の加熱処理がないため硬度が低い。共析めっき膜の硬度が高い方が、相手材によって摩耗されにくく、カーボンオニオンのＮｉ−Ｐ摩耗粉による被覆が起にくく、摩擦係数が低くなると考えられる。

【0062】

また、実施例４の摺動構造体の摩擦摩耗試験後のカーボンオニオンを含む層の表面を電子顕微鏡で観察した写真を図６に示し、実施例８の摺動構造体の摩擦摩耗試験後のカーボンオニオンを含む層の表面を電子顕微鏡で観察した写真を図７に示す。なお、図５および図６ともに、摩耗面（摺動面）を示す（ａ）内にＸおよびＹで示した部分を拡大して（ｂ）に示す。（ａ）から硬さの高い実施例４は、より摩耗面が少ないことがわかる。（ｂ）は摩耗粉の堆積状態を示しており、実施例８と比較しても実施例４では、カーボンオニオン４を含む層３が相手材によって摩耗されにくく、Ｎｉ摩耗粉５がほとんど見られなかった。

【0063】

＜実施例１０＞
２つの摺動部材のうち、一方の摺動部材の母材の素地として、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃを用いた。素地を、窒素雰囲気下で８５０℃、４時間加熱してガス軟窒化処理を行い、表面処理層を形成した。加熱後の表面処理層のビッカース硬さを評価したところ、Ｈｖ５００であった。その後、母材の摺動面となる円板面の表面処理層の上に、カーボンオニオンを含む層を作製した。

【0064】

相手材である他方の摺動部材の母材として、直径０．６ｃｍの球状の炭素鋼材Ｓ４５Ｃを用いた。相手材である球状の摺動部材のビッカース硬さは、直径５．０ｃｍ、厚さ３．０ｍｍの円板状のＳ４５Ｃを代用して、超微小押し込み硬さ試験機を用いて評価したところ、Ｈｖ２４０であった。

【0065】

上述した２つの摺動部材をボールオンディスク装置に取り付け、室温（２５℃）下、荷重を１０Ｎ、円板回転速度を３００ｒｐｍとし、カーボンオニオンを含む層を備えた摺動部材の摺動面と他方の摺動部材とを接触させて摩擦摩耗試験を行い、摩耗係数を評価した。評価結果を表３に示す。

【0066】

＜実施例１１＞
炭素鋼材Ｓ４５Ｃ上に、ガス軟窒化処理に代えて、Ｎｉ−Ｐめっき膜からなる表面処理層を施した以外は実施例１０と同様にして実施した。表面処理層を形成するためのめっき浴は、硫酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、コハク酸および乳酸を混合してＰ濃度が８〜１０ｗｔ％となるようにし、さらにアンモニア水を添加してｐＨ５．６に調整し、恒温槽を用いて８５℃とした。めっき浴に、母材の摺動面を支持する面を５０分間浸して、Ｎｉ−Ｐ無電解めっき膜を施した。また、Ｎｉ−Ｐ無電解めっき膜を施した母材を、加熱炉を用いて、大気雰囲気下４００℃で１時間加熱し、厚さ１０μｍのＮｉ−Ｐめっきからなる表面処理層とした。表面処理層のビッカース硬さを評価したところ、Ｈｖ９５０であった。評価結果を表３に示す。

【0067】

＜実施例１２＞
Ｎｉ−Ｐめっき膜からなる表面処理層の厚みを５μｍとした以外は実施例１１と同様にして実施した。評価結果を表３に示す。

【0068】

＜実施例１３＞
Ｎｉ−Ｐめっき膜からなる表面処理層の厚みを２μｍとした以外は実施例１１と同様にして実施した。評価結果を表３に示す。

【0069】

＜実施例１４＞
炭素鋼材Ｓ４５Ｃ上に表面処理層を形成しないこと以外は実施例１０と同様にして実施した。評価結果を表３に示す。

【0070】

【表3】

【0071】

摩擦摩耗試験の結果、カーボンオニオンを含む層を形成する前にガス軟窒化処理を行った実施例１０およびＮｉ−Ｐめっきを施した実施例１１〜１３、実施例１４の摩耗係数は、それぞれ０．２０、０．１９、０．２２、０．３８および０．４２であった。実施例１０および１１は、特に、摩擦係数が低く、優れた摺動特性が確認された。これは被めっき母材の表面が高強度となるため、荷重に対する変形や実摺動面積が小さくなり、また、微小クラックなどが少なくなり、摩耗による摩擦増大が軽減されたことが要因と考えられる。また、実施例１１〜１３の結果から、母材の表面処理層が厚いほど低摩擦となる傾向を確認した。

【0072】

以上のことから、カーボンオニオンを含む層を備えた摺動部材と、該層とは異なる材料からなる摺動面を有する対の摺動部材とからなる摺動構造とすることにより、摩擦係数を低減できることが確認された。

【符号の説明】

【0073】

１ ：摺動構造
２Ａ、２Ｂ ：摺動部材
３ ：カーボンオニオンを含む層
４ ：カーボンオニオン
５ ：Ｎｉ摩耗粉
６ ：母材
６１ ：表面処理層
６２ ：母材の素地

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】