JP2002194592A - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摺動部材のＡｌ合金層又は強化材含有Ａｌ合
金層の摺動面の耐焼付き性、耐摩耗性を向上させる。 【解決手段】 摺動部材のＡｌ合金又は強化材含有Ａｌ
合金摺動面上に、Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒの化合物の１種以上２
０〜７０重量％（金属換算）と残部の酸素とからなる
か、又は、Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒの化合物の１種以上２〜４８
重量％（金属換算）、Ａｌ化合物１〜２５重量％（Ａｌ
換算）、りん化合物１〜２５重量％（Ｐ換算）および残
部の酸素からなり、０．１〜２０μｍの膜厚を有する無
機化合物皮膜層を、化成処理法又は電解処理法（摺動部
材を陰極とする）により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、船舶等の
輸送機械、一般産業機械等に使用される摺動部材、およ
びその製造方法に関するものであり、より具体的にはエ
ンジン部品として好適な摺動部材およびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジン等で使用されるアルミニウム合
金などの非鉄金属製摺動部材は、一般に、非鉄金属製基
体、又は裏金材に摺動部材用非鉄金属合金を接合させて
形成された基材を所望の形状、例えばすべり軸受の場合
には、円筒状ブッシュまたは半割状に加工して製造され
ている。

【０００３】摺動部材用合金としては、銅−鉛系合金又
はアルミニウム系合金が主として使用されているが、近
年ではエンジンの高回転、高出力化への対応や生産コス
ト低減のためアルミニウム合金又は強化材含有アルミニ
ウム合金の使用が増加する傾向にある。

【０００４】摺動部材用アルミニウム合金としては、ア
ルミニウム−錫系合金又はアルミニウム−シリコン合金
が使用される場合、Ｓｎの含有率が高い場合はオーバレ
イ層なしでも使用できるが、高性能摺動部材では一般に
Ｓｎ含有率を５〜７％程度に低くし、その耐疲労性、お
よび耐食性を向上させている。

【０００５】この場合、初期なじみ性（ｒａｐｉｄ ｂ
ｒｅａｋ−ｉｎ）を改善するために、アルミニウム合金
層上に軟質のＳｎ系やＰｂ系オーバレイめっきを施して
おく必要があった。

【０００６】このようなオーバレイめっき層を必要とす
る摺動部材用合金としては、例えばＪＩＳ Ｈ５４０２
ＡＪ−１（１０％Ｓｎ−０．７５Ｃｕ−０．５Ｎｉ−
ＡｌＢａｌ）、ＪＩＳ Ｈ５４０２ ＡＪ−２（６％Ｓ
ｎ−２．５Ｃｕ−１．０Ｎｉ−Ａｌ Ｂａｌ）、および
ＪＩＳ ＡＣ８Ａ（１２％Ｓｉ−１．０Ｃｕ−１．５Ｎ
ｉ−Ａｌ Ｂａｌ）などが知られている。

【０００７】しかし、これらの摺動部材用合金上に軟質
金属のオーバレイめっきを施した摺動部材においても、
オーバレイめっきの溶融温度が低いことにより、高負荷
条件下では潤滑油の温度上昇による潤滑面の高温化のた
めに疲労、焼付きおよび摩耗などの現象が生じ、使用に
耐えない場合が発生する。

【０００８】また、摺動部材用金属材料を機械加工し、
その後にオーバレイ形成用電気めっきを施す方法も知ら
れているが、この方法は、多数の処理工程を必要とし、
このため生産性が低く、コストが高いという問題点を有
している。

【０００９】これに対し、アルミニウム合金層表面に、
耐熱性に優れた化成処理皮膜を施した摺動部材の例とし
て、欧州特許ＥＰ−ＰＳ ００５９２７３や特開昭６４
−４９７１３記載の化成すべり軸受がある。

【００１０】前者は、アルミニウム軸受合金層上に、り
ん酸亜鉛皮膜を形成したもので、局部的集中荷重を除
き、軸受面に一様な分荷重を与え、なじみ性を向上させ
たものであり、後者はこれを改良し、軸受層の外周面に
りん酸亜鉛皮膜が形成することを防止したものである。

【００１１】しかし、前掲のりん酸亜鉛皮膜を形成した
アルミニウム合金軸受においても、りん酸亜鉛は結晶質
であるため十分な平滑性が得られず、かつ摩耗しやすい
という欠点を有し、このため得られる摺動部材は高荷重
下における耐焼付き性や耐摩耗性において不十分なもの
であった。

【００１２】また、特開昭６４−４９７１３に示される
ように、軸受裏面に付着した粗大なりん酸亜鉛結晶が、
軸受を軸受ハウジングに固定したとき、この固定に緩み
を生じる原因となる。この固定緩み防止のために、予め
軸受裏面に対し、りん酸塩皮膜の形成を防止する処理を
施しておく必要があるなどの問題点がある。

【００１３】即ち、現在に至るまでアルミニウム合金又
は強化材含有アルミニウム合金により形成された摺動面
に優れた耐焼付き性や耐摩耗性を付与する表面処理皮膜
や表面処理方法は見出されていないのである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
上記問題を解決するため、摺動部材の、アルミニウム合
金又は強化材含有アルミニウム合金により形成された摺
動面上にオーバレイめっきを施すことなく、その代りに
平滑で、潤滑性および耐摩耗性に優れた特殊無機化成皮
膜層を設けることにより、従来よりも優れた耐焼付き
性、耐摩耗性を有する摺動部材、およびその製造方法を
提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来オー
バレイめっきなどが必要であるとされていたアルミニウ
ム合金製摺動部材について、上記めっきを施すことなく
耐焼付き性、耐摩耗性を向上させるため、アルミニウム
合金層又は強化材含有アルミニウム合金層の表面に、種
々の化成処理皮膜を形成して、それらの摺動性能につい
て鋭意検討した。

【００１６】その結果、基体の、アルミニウム合金又は
強化材含有アルミニウム合金により形成された摺動面
に、りん酸亜鉛、フッ化アルミニウムナトリウム、りん
酸マンガンなど、従来知られている結晶性化合物から化
成皮膜を形成した場合、この摺動面が結晶径３〜４μｍ
以上の粗大な化成結晶で覆われ、それにより摺動面の平
滑性が低下し、当該摺動面の摩擦係数（μ）が高くなる
ため高荷重下で焼付きを起し易くなることを見出した。

【００１７】本発明者らはこれらの知見から、摺動面に
非晶質または結晶性が低く、平滑、かつ硬質であって、
しかも耐摩耗性、および耐熱性に優れた化成皮膜を形成
するため、さらに研究を重ねた。

【００１８】その結果、モリブデン、タングステン、ま
たはクロムの少なくとも１種の金属の化合物を主成分と
して含み、残部が実質的に酸素からなる無機化合物皮膜
層を、摺動部材基体の、アルミニウム合金又は強化材含
有アルミニウム合金から形成された摺動面上に形成する
ことにより、従来のりん酸亜鉛化成皮膜よりも良好な耐
焼付き性および耐摩耗性を有し、またはなじみ性が高い
摺動部材が得られることを見出した。またこのような性
能を示す、無機化合物皮膜層は、モリブデン、タングス
テン、およびクロムから選ばれた少なくとも１種の金属
の化合物を、金属に換算して合計２〜７０重量％含み、
残部が実質的に酸素からなるものであることを見出し
た。

【００１９】また、発明者らはさらに研究を続け、摺動
部材基体のアルミニウム合金又は強化材含有アルミニウ
ム合金から形成された摺動面上に、モリブデン、タング
ステン、またはクロムの少なくとも１種の金属の化合物
と、アルミニウム化合物と、りん化合物とを含み、残部
が実質的に酸素からなる無機化合物皮膜を形成すること
により、さらに優れた耐焼付き性および耐摩耗性を有
し、またはなじみ性にすぐれた摺動部材が得られるこ
と、およびこの無機化合物皮膜は、モリブデン、タング
ステン、およびクロムから選ばれた少なくとも１種の金
属の化合物を、金属に換算して合計２〜４８重量％と、
アルミニウム化合物をアルミニウム金属に換算して１〜
２５重量％と、りん化合物をりんに換算して１〜２５重
量％とを含み、残部が実質的に酸素からなるものである
ことを見出した。

【００２０】また発明者らは、本発明の摺動部材を製造
する方法についても鋭意検討し、モリブデン酸イオン、
タングステン酸イオン、および／またはクロム酸イオン
を含み、および弗素イオンと、必要によりりん酸などの
無機りん化合物イオン、を含む水溶液に、摺動部材基体
上にアルミニウム合金又は強化材含有アルミニウム合金
により形成された摺動面を接触させる化成処理方法によ
り、本発明の摺動部材を製造することが可能であり、或
は弗素イオンを含まない処理液を用いる場合でも、この
処理液中で、摺動部材の摺動面を陰極としてアルミニウ
ム合金層に電解処理を施す方法により本発明の摺動部材
を製造し得ることを見出して本発明を完成した。

【００２１】本発明の摺動部材は、アルミニウム合金又
は強化材含有アルミニウム合金により形成されている摺
動面を有する基体と、前記基体摺動面上に形成され、モ
リブデン化合物、タングステン化合物およびクロム化合
物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物を、金属に
換算して合計２０〜７０重量％、および実質的に酸素か
らなる残部を含み、かつ０．１〜２０μｍの膜厚を有す
る無機化合物皮膜層とを有することを特徴とするもので
ある。この摺動部材を、以下本第一発明の摺動部材と記
す。

【００２２】本発明の他の摺動部材は、アルミニウム合
金又は強化材含有アルミニウム合金により形成されてい
る摺動面を有する基体と、前記基体摺動面上に形成さ
れ、モリブデン化合物、タングステン化合物およびクロ
ム化合物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物を、
金属に換算して合計２〜４８重量％、アルミニウム化合
物を、アルミニウム金属に換算して１〜２５重量％、り
ん化合物を、りんに換算して１〜２５重量％、および、
実質的に酸素からなる残部を含み、かつ０．１〜２０μ
ｍの膜厚を有する無機化成皮膜層とを有することを特徴
とするものである。以下、この摺動部材を本第二発明の
摺動部材と記す。

【００２３】前記第一発明摺動部材を製造する方法は、
アルミニウム合金又は強化材含有アルミニウム合金によ
り形成されている摺動面を有する基体の前記摺動面を、
モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、およびク
ロム酸イオンから選ばれた少なくとも１種と、弗素イオ
ンとを含む水溶液に接触させることを特徴とするもので
ある。

【００２４】前記第一発明摺動部材を製造する他の方法
は、アルミニウム合金又は強化材含有アルミニウム合金
により形成されている摺動面を有する基体の、前記摺動
面に、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、お
よびクロム酸イオンから選ばれた少なくとも１種を含む
水溶液中において、前記基体摺動面を陰極として電解処
理を施すことを特徴とするものである。

【００２５】前記第二発明摺動部材を製造する方法は、
アルミニウム合金又は強化材含有アルミニウム合金によ
り形成されている摺動面を有する基体の、前記摺動面
を、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、およ
びクロム酸イオンから選ばれた少なくとも１種と、りん
酸、亜りん酸、および縮合りん酸から選択された少なく
とも１種のりん化合物のイオンと、弗素イオンとを含む
水溶液に接触させることを特徴とするものである。

【００２６】前記第二発明摺動部材を製造する他の方法
は、アルミニウム合金又は強化材含有アルミニウム合金
により形成されている摺動面を有する基体の、前記摺動
面に、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、お
よびクロム酸イオンから選ばれた少なくとも１種と、り
ん酸、亜りん酸、および縮合りん酸から選ばれた少なく
とも１種のりん含有イオンとを含む水溶液中で、前記基
体摺動面を陰極として電解処理を施すことを特徴とする
ものである。

【００２７】また、本発明の摺動部材は、上記化成処理
方法および電解処理方法の他に、ＣＶＤ法（化学的蒸着
法）、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）、常圧ＣＶＤ法（パイ
ロゾル法）、または溶射法によって製造することも可能
である。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の摺動部材の一実施態様と
してすべり軸受材をあげることができる。このすべり軸
受材は、図１に示されているように金属製裏面例えば鋼
製裏金１上にアルミニウム合金又は強化材含有アルミニ
ウム金層の層２が形成されており、さらにその上に無機
化合物皮膜層３が形成されているものである。このよう
な本発明の摺動部材において、アルミニウム合金層又は
強化材含有アルミニウム合金により形成された摺動面上
に、モリブデン、タングステン、およびクロムのうち少
なくとも１種の金属の化合物を、第１発明においては合
計量２〜７０重量％（金属換算）含み、残部が実質的に
酸素からなる無機化合物皮膜層を有することを特徴とす
るものである。この無機化合物皮膜層には、第２発明の
場合、アルミニウム化合物およびりん化合物がさらに含
まれていてもよく、この場合、無機化合物皮膜層はモリ
ブデン、タングステン、および／又はクロム化合物の含
有率合計は２〜４８重量％（金属換算）、アルミニウム
化合物の含有率が１〜２５重量％（アルミニウム金属換
算）、りん化合物の含有率が１〜２５重量％（りん換
算）、残部が実質的に酸素からなるものである。すべり
軸受を除く他の摺動部材においては、その摺動面を強化
材含有アルミニウム合金により形成することができる。

【００２９】本発明が適用可能な摺動部材の基体は、ア
ルミニウム合金又は強化材含有アルミニウム合金による
摺動面を有するものであって、上記摺動合金層は金属製
裏金、例えば鋼製裏金上に形成されていてもよい。アル
ミニウム合金の種類としては、ＪＩＳ Ｈ５４０２ Ａ
Ｊ−１（１０％Ｓｎ−０．７５Ｃｕ−０．５Ｎｉ−Ａｌ
Ｂａｌ）、およびＪＩＳ Ｈ５４０２ ＡＪ−２（６
％Ｓｎ−２．５Ｃｕ−１．０Ｎｉ−Ａｌ Ｂａｌ）など
のＡｌ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金、並びにＡｌ−Ｓｉ合金、Ａ
ｌ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｐｂ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｐｂ合金、お
よびＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｐｂ合金等が包含され
る。また、強化材含有アルミニウム合金は、アルミナ繊
維、シリカ繊維、アルミナ粒子及び／又はシリカ粒子な
どの無機材料により補強された上記アルミニウム合金を
包含する。この場合、強化材は、太さ０．１〜２００μ
ｍ、長さ１〜１００mmのアルミナ、又はシリカ繊維或
は、粒径０．１〜５００μｍのアルミナ粒子又はシリカ
粒子などから選ばれ、その含有量は１〜４０体積％であ
る。

【００３０】このような摺動部材は、そのアルミニウム
合金層又は強化材含有アルミニウム合金層が内面（摺動
面）を形成するように配置され、機械加工され、かつ表
面仕上げされ、その後に、その上に本発明に係る無機化
合物皮膜層が形成される。

【００３１】摺動面上に形成される無機化合物皮膜層の
厚さは、０．１〜２０μｍであり、好ましくは０．２〜
４μｍである。この厚さが０．１μｍ未満では得られる
摺動部材の摺動面の耐摩耗性が不十分となり、またそれ
が２０μｍを超えると当該無機化合物皮膜層のアルミニ
ウム合金層又は強化材含有アルミニウム合金層に対する
密着性が不十分になる。

【００３２】摺動面上形成された無機化合物皮膜は、モ
リブデン、タングステン、およびクロムの酸化物、水和
酸化物、又は複酸化物等などから選ばれた１種以上の金
属化合物を含み、必要によりこの他にりん酸アルミニウ
ムや亜りん酸アルミニウム等のアルミニウム化合物およ
びりん化合物を含む無機複合皮膜であり、この皮膜層
は、上記成分に加えてモリブドりん酸塩などのヘテロポ
リ酸塩等の化合物を含んでいてもよい。この無機化合物
皮膜層の外観は、灰色、黄金色〜茶色、又は黒色、など
の色調を呈し、干渉色を呈することもある。

【００３３】無機化合物皮膜層中には、これらの他に摺
動合金中に含まれる少量のＳｎ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｓｉ、ま
たは処理浴中に含まれるＮａ，Ｆなどが不純物として共
析する場合があるが、これらは少量であれば摺動性能に
悪影響を与えることはない。

【００３４】本発明の摺動部材において、基体のアルミ
ニウム合金層又は強化材含有アルミニウム合金層の上に
形成される無機化合物皮膜層は、モリブデン化合物、タ
ングステン化合物、およびクロム化合物から選ばれた少
なくとも１種の金属化合物を合計で２〜７０重量％好ま
しくは３〜６０重量％（金属換算）、残部が実質的に酸
素からなるものであり、必要によりこれにさらにアルミ
ニウム化合物およびりん化合物が含まれていてもよく、
この場合、無機化合物皮膜層はモリブデン化合物、タン
グステン化合物、およびクロム化合物の少なくとも１種
の金属化合物を合計で２〜４８重量％好ましくは１０〜
４２重量％（金属換算）と、アルミニウム化合物を１〜
２５重量％、好ましくは５〜２０重量％（アルミニウム
金属換算）と、りん化合物を１〜２５重量％、好ましく
は５〜２３重量％（りん換算）含み、残部が実質的に酸
素からなるものである。最も好ましい無機化合物皮膜の
組成は、モリブデン化合物、タングステン化合物、およ
びクロム化合物のうち少なくとも１種の合計含有率が２
５〜４２重量％（金属換算）であり、アルミニウム化合
物の含有率が５〜１５重量％（アルミニウム金属換算）
であり、りん化合物の含有率が７〜１７重量％（りん換
算）含み、残部が実質的に酸素からなるものである。

【００３５】無機化合物皮膜層形成処理直後は、得られ
た皮膜には、水和酸化物等の水和水や吸着水を構成する
多量の水素原子を含むが、処理後の乾燥、加熱乾燥時に
脱水してその多くが失われ、これに伴い皮膜が硬化、安
定化するため、皮膜成分を構成する原子のうち、上記水
分に由来する水素原子の含有率は実質的には無視できる
ほど少ないものとなる。

【００３６】無機化合物皮膜成分中の、モリブデン化合
物、タングステン化合物、およびクロム化合物のうち、
モリブデンおよびタングステンの化合物が皮膜の密着性
および耐熱性を向上させるという点からより好ましいも
のである。

【００３７】本第一発明摺動部材において、無機化合物
皮膜成分中のモリブデン化合物、タングステン化合物、
およびクロム化合物の含有率の合計が２％（金属換算）
未満では皮膜の耐摩耗性が不十分である。またそれが、
７０重量％（金属換算）を超えると皮膜の化学的安定性
が不十分になるという不都合を生ずる。本第二発明すべ
り軸受材において、モリブデン化合物、タングステン化
合物、およびクロム化合物の含有率の合計が２重量％
（金属換算）未満の場合や、アルミニウム化合物の含有
率が２５重量％（金属換算）を超える場合、およびりん
化合物の含有率が２５重量％（りん換算）を超える場合
には、得られる皮膜層の表面粗さが過大になり、それに
より耐焼付性能が不十分になる。

【００３８】また、第二発明摺動部材においては、前記
金属化合物含有率の合計が２重量％（金属換算）未満の
場合や、アルミニウム化合物含有率が２５重量％（金属
換算）を超える場合、およびりん化合物含有率が２５重
量％（りん換算）を超える場合には、得られる皮膜層の
表面粗さが過大になり、耐焼付性能が不十分になる。さ
らに第二発明摺動部材において、無機化合物皮膜層中の
モリブデン、タングステン、およびクロムの化合物の含
有率の合計が４８重量％（金属換算）を超えた場合や、
アルミニウム化合物の含有率が１重量％（金属換算）未
満の場合、およびりん化合物の含有率が１％（りん換
算）未満の場合には、得られる皮膜層の表面粗さが過大
になる。

【００３９】また、本発明の方法により摺動部材の摺動
面上に無機化合物皮膜層を形成するとき、金属製、特に
鋼製裏金の反対側面（裏面）の上にも、同時に干渉色〜
黒色のモリブデン、タングステン、またはクロムの酸化
物やりん酸鉄を成分として含む薄膜が形成されるが、こ
の薄膜には鋼製裏金に耐食性を付与し発錆を防止する効
果があるため、本発明方法は、裏面を含む摺動部材全体
に一括して施されることがより好ましい。

【００４０】次に本発明の摺動部材の製造方法について
詳細に説明する。

【００４１】表面加工仕上げされた摺動部材の基体表面
には、切削油等の油分等が付着しているため、前処理と
してあらかじめ有機溶剤または界面活性剤を含む水系洗
浄液等による脱脂洗浄を施しておく必要がある。

【００４２】第一発明摺動部材を製造するには、基体の
アルミニウム合金層又は強化材含有アルミニウム合金層
の表面を、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオ
ン、およびクロム酸イオンから選ばれた少なくとも１種
と、弗素イオンとを含む水溶液に、浸漬法やスプレー法
などの方法によって接触させる化成処理方法、およびモ
リブデン酸イオン、タングステン酸イオン、およびクロ
ム酸イオンから選ばれた少なくとも１種を含む水溶液中
で、当該基体摺動面を陰極として、この基体のアルミニ
ウム合金層又は強化材含有アルミニウム合金層の上に電
解処理を施す方法を用いることができる。

【００４３】また、第二発明摺動部材を製造するには、
基体のアルミニウム合金層又は強化材含有アルミニウム
合金層の表面上に、モリブデン酸イオン、タングステン
酸イオン、およびクロム酸イオンから選ばれた少なくと
も１種と、りん酸、亜りん酸、および縮合りん酸から選
択された少なくとも１種のりん化合物イオンと、弗素イ
オンとを含む水溶液に、上記と同様にして接触させる化
成処理方法、および、モリブデン酸イオン、タングステ
ン酸イオン、クロム酸イオンから選ばれた少なくとも１
種と、りん酸、亜りん酸、および縮合りん酸から選択さ
れた少なくとも１種のりん化合物イオンとを含む水溶液
中において前記基体摺動面を陰極として、前記基体の摺
動面に電解処理を施す方法などを用いることができる。

【００４４】本発明方法に用いられるモリブデン酸イオ
ン、タングステン酸イオン、およびクロム酸イオンと
は、これらのオルト酸、又はポリ酸などを水中に溶解す
ることにより生成する。従って処理浴中におけるこれら
の金属含有イオンの存在形態は、Ｍｏ₇ Ｏ₂₄Ｂ^- ，Ｗ₈
Ｏ₂₆ ^4-などのポリモリブデン酸、ポリタングステン酸や
Ｃｒ₂ Ｏ₇ ^2- などの重クロム酸イオンなどを包含する。

【００４５】モリブデン酸イオン、タングステン酸イオ
ン、およびクロム酸イオンは、モリブデン酸アンモニウ
ム、モリブデン酸ナトリウム、タングステン酸カリウ
ム、重クロム酸ナトリウムなどのアルカリ金属塩または
アンモニウム塩を水中に溶解することにより形成される
ことが好ましい。

【００４６】本発明方法に用いられる処理浴中のモリブ
デン酸イオン、タングステン酸イオン、およびクロム酸
イオンは、何れの場合もそれらの濃度の合計が０．１〜
４００ｇ／リットルの範囲であることが好ましい。この
金属含有イオン濃度が０．１ｇ／リットル未満では十分
な厚さの皮膜層が得られず、またそれが４００ｇ／リッ
トルを超えると最大溶解度を超えて沈澱を生じるため実
用が困難となる。より好ましい濃度範囲は１〜１００ｇ
／リットルである。

【００４７】第二発明摺動部材を製造するための化成処
理方法において、処理浴中のりん酸、亜りん酸、または
縮合りん酸から選択される無機りん化合物のイオンは、
これらの酸から生成したものであってもよいが、りん酸
ナトリウム、りん酸アンモニウム、亜りん酸カリウム、
ピロりん酸ナトリウムなどの可溶性塩から生成したもの
であることが好ましく、りん酸モノナトリウム、りん酸
モノアンモニウムなどの酸性りん酸塩を用いることが最
も好ましい。

【００４８】この場合、りん酸、亜りん酸、または縮合
りん酸のイオンの好ましい濃度範囲は、０．１〜３００
ｇ／リットルであり、より好ましい範囲は０．５〜１０
０ｇ／リットルである。

【００４９】また、本発明方法において、処理液中に弗
素イオンが含まれる場合、この弗素イオンは、フッ化ナ
トリウム、酸性フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フ
ッ化アンモニウム、硼フッ化ナトリウム、珪フッ化ナト
リウム、フッ化水素酸、硼フッ化水素酸、珪フッ化水素
酸、ジルコンフッ化水素酸、チタンフッ化水素酸などの
化合物によって供給されるものであってよく、これらの
化合物は、適宜に選択使用することができる。

【００５０】この場合、弗素イオンメータ等によって測
定される弗素イオンの濃度は、０．０２〜１００ｇ／リ
ットルであることが好ましく、最も好ましい範囲は０．
１〜５ｇ／リットルである。

【００５１】弗素イオン濃度が０．０２ｇ／リットル未
満ではアルミニウム合金層又は強化材含有アルミニウム
合金層に対するエッチング効果が不十分であるために無
機化合物皮膜層が形成されず、また、それが１００ｇ／
リットルを超えると、得られる摺動部材の摺動面の表面
粗度が過大となって摺動性能が低下するため好ましくな
い。

【００５２】また、上記水溶液接触法用処理浴中には硝
酸イオン、過酸化水素などの酸化剤を添加することによ
り皮膜形成速度や浴の安定性を向上させることも可能で
ある。

【００５３】平滑で十分な皮膜付着量を得るためには、
上記処理浴のpH値が、２〜７の範囲内にあることが好ま
しく、３〜６が最も好ましい。一般にりん化合物の供給
源としてりん酸モノナトリウム、りん酸モノアンモニウ
ムなどの酸性りん酸塩を使用すれば、特にpH値を調整す
ることなく適正なpH値を得ることができる。

【００５４】また、上記水溶液接触法用処理液の処理温
度は２０〜８０℃であることが好ましく、処理時間は弗
素イオン濃度、処理温度によっても異なるが通常５秒〜
６００秒で十分である。

【００５５】本発明方法において、陰極電解法により無
機化合物皮膜を形成する場合、この電解処理における陰
極電流密度は０．２〜２０Ａ／dm² であることが好まし
く、このとき、白金被覆チタン、ＤＳＥ、カーボン、ス
テンレス等の不溶性電極を陽極として使用することが好
ましい。

【００５６】また、通電開始前に電解液中で数秒〜数十
秒間浸漬処理することにより皮膜の密着性をさらに改善
することができる。

【００５７】電解浴中には、上記成分の他に、硝酸イオ
ン、過酸化水素などの酸化剤を添加することにより皮膜
形成速度や浴の安定性を向上することが可能である。ま
た電解浴中に弗素イオンが含まれることは、陽極寿命に
悪影響を与えるために、一般には好ましくないが、それ
が低濃度であれば実用上許容される。

【００５８】電解処理温度は２０〜７０℃が適してお
り、処理時間は電流密度によって異なるが、通常は１０
〜１８０秒の範囲が好ましい。

【００５９】上記本発明方法により、無機化合物皮膜層
形成が終了したならば、それを速やかに水洗し、乾燥し
て処理を完了する。この乾燥において、水和酸化物の脱
水を促進して摺動性能を安定させるためには８０〜１５
０℃程度の温度で数秒〜数分間加熱乾燥することがより
好ましい。

【００６０】本発明の摺動部材は、アルミニウム合金層
又は強化材含有アルミニウム合金層の表面にモリブデ
ン、タングステンやクロム、酸素を多く含む無機化合物
皮膜を有するが、これらの化合物は極めて微細な結晶
質、または非晶質であるため、摺動面の表面粗さを増加
させることがなく、それとともに、摩擦抵抗が小さく密
着性に優れた硬質皮膜であるという特徴を有している。

【００６１】このため、比較的軟質なアルミニウム合金
層又は強化材含有アルミニウム合金層上に上記無機化合
物皮膜を形成した場合、単に摺動面の耐摩耗性が向上す
るだけでなく、摺動部材に部分的に大きな荷重がかかっ
た場合でも、アルミニウム合金層又は強化材含有アルミ
ニウム合金層の弾性変形、塑性変形に対して無機化合物
皮膜層が容易に追随することができるため、剥離するこ
とがなく、荷重が分散されることにより耐焼付き性が向
上し、馴染み性を損なうこともない。

【００６２】生成した無機化合物皮膜は、乾燥または加
熱乾燥により無機化合物の水和水の多くが失われる。こ
のときある程度の体積収縮を伴うため、皮膜に微細な亀
裂を生ずることがあるが、摺動面に荷重がかかった場合
でも密着性は失われず、耐摩耗性が良好であるため優れ
た摺動性能を示す。

【００６３】本発明の上記摺動部材は、アルミニウム合
金、強化材含有アルミニウム合金、ＨＶ４００以上のス
チール、鋳鉄、並びに窒化処理、又は金属めっき処理を
施されたスチールから選ばれた１種よりなり、前記摺動
部材の前記摺動面に当接して互いに相対的に摺動する当
接部材と組み合わされて摺動部材−当接部材複合体を構
成する。

【００６４】前記複合体において、例えば前記摺動部材
をエンジン用ピストンの溝部およびスカート部、シリン
ダーボア、バルブリフター、Ａ／Ｔ油圧制御用バルブス
プール、ブレーキマスターシリンダー用ピストン、およ
びすべり軸受などから選び、前記当接部材を、前記摺動
部材に対応するピストンリング、シリンダーボアー、シ
リンダーヘッド、バルブボデー、およびシャフトなどか
ら選ぶことができる。

【００６５】

【実施例】本発明を下記実施例により具体的に説明す
る。

【００６６】実施例１〜１５および比較例１〜３ 供試軸受基材として、鋼製裏金に軸受用アルミニウム合
金（Ａｌ−６Ｓｎ−１Ｃｕ−Ｎｉ）薄板をロール圧延法
により圧延接合し、これに温度３５０℃で４時間の焼鈍
を施してバイメタルを製造した。

【００６７】次に、得られたバイメタルを切断し、機械
加工して軸受試験片を作製し、これをアルミニウム用脱
脂剤（ファインクリーナー３１５：日本パーカライジン
グ製）を使用して濃度２０ｇ／リットル、７０℃で２分
間脱脂し、水洗したのち各実施例、比較例に記載の無機
化合物皮膜層形成処理を施し、さらに水洗した後、１２
０℃で５分間熱風乾燥した。

【００６８】表１および表２に、実施例１〜１５および
比較例１〜３の各々の表面処理条件と皮膜付着量および
皮膜組成を示す。

【００６９】実施例１２，１３，１４および１５におい
ては軸受試験片を陰極とし、白金めっきチタンを陽極と
して軸受試験片に電解処理を施して無機化合物皮膜層を
形成した。このときの陰極電流密度は、実施例１２にお
いて０．５Ａ／dm² であり、実施例１３において１０Ａ
／dm² であり、実施例１４および１５においては２Ａ／
dm² であった。

【００７０】その他の実施例および比較例は、スプレー
法または浸漬法により軸受試験片を処理液と接触させる
ことにより軸受試験片上に無機化合物皮膜層を形成し
た。

【００７１】処理液中のモリブデン酸イオンはモリブデ
ン酸アンモニウムを添加して形成し、タングステン酸イ
オンは、タングステン酸ナトリウムを添加して形成し、
クロム酸イオンは、重クロム酸アンモニウムを添加して
形成し、弗素イオンは、フッ化ナトリウムまたはフッ化
アンモニウムを添加して形成し、各イオン濃度は、表１
および２に示された数値となるように調整した。

【００７２】また、りん酸イオンは、りん酸一ナトリウ
ムを添加して生成させ、亜りん酸イオンは亜りん酸一ナ
トリウムを添加して生成させ、ピロりん酸イオンおよび
トリポリりん酸イオンは、これらのカリウム塩を添加す
ることにより生成させた。

【００７３】比較例３におけるりん酸亜鉛皮膜の形成に
おいて、酸化亜鉛３．８ｇをりん酸３０ｇに溶解し、こ
れに水を加えて全量を１リットルとし、これに水酸化ナ
トリウムを加えてpHを３〜３．５として処理液を調製
し、この処理液により軸受試験片を処理した。

【００７４】無機化合物皮膜中のモリブデン、タングス
テン、クロム、りん、の含有率（％）は、Ｘ線光電子分
光分析装置（ＸＰＳ：島津製作所製 ＥＳＣＡ−８５０
Ｍ）を使用して定量分析し、実施例および比較例の各々
の皮膜成分のうち、モリブデン、タングステン、クロ
ム、りんを除く残部は酸素が主であることを確認した。

【００７５】また、皮膜全体の付着量は、裏金部をマス
キングした後、皮膜のみを３６％硝酸で溶解し、溶解前
後の重量差から算出した。

【００７６】

【表１】

【００７７】

【表２】

【００７８】各実施例および比較例で得られた軸受試験
片は、回転荷重試験機を用いて焼付き試験、および摩耗
試験に供された。焼付き試験および摩耗試験条件を下記
に示し、試験結果を図２および図３に示す。

【００７９】 〔焼付き試験条件〕 試験装置：静荷重軸受試験機 回転数：５０００rpm 、 給油量：０．１ リットル／分 周速度：１２．５ｍ／sec 、潤滑油：ＳＡＥ １０Ｗ−３０ 給油温度：１００±２℃、 軸材質：Ｓ５０Ｃ（焼入れ、表面粗さＲｚ：０． ８μｍ） 判定方法：軸受背面温度が急激に上昇した時、またはモーター過負荷時点の負 荷値による。

【００８０】 〔摩耗試験条件〕 試験装置：静荷重軸受試験機 回転数：５０００rpm 、 給油量：０．１ リットル／分 周速度：１２．５ｍ／sec 、潤滑油：ＳＡＥ １０Ｗ−３０ 面圧：５０MPa 、 軸材質：Ｓ５０Ｃ（焼入れ、表面粗さＲｚ：０． ８μｍ） 試験時間：１０Hr

【００８１】表１、表２、図２、および図３に示された
実施例および比較例の結果から明らかなように、軸受材
のアルミニウム合金層上に、本発明に係る無機化合物皮
膜層を設けることにより、優れた耐焼付き性、耐摩耗性
が発揮される。また本発明の無機化合物皮膜層は、比較
例３に示されるような従来のりん酸亜鉛皮膜を形成した
場合よりも優れた摺動性能を発揮することが明らかであ
る。

【００８２】実施例１６〜２３および比較例４〜６ 実施例１６〜２３および比較例４〜６の各々において、
実施例１と同時にして摺動部材を作製した。但し、使用
された表面処理液の組成、処理時間、および処理液温度
は表３に示す通りであった。

【００８３】

【表３】

【００８４】供試摺動部材基体として、（Ａ）アルミニ
ウム合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）の平板（３０mm×３０mm
×２mm）、又は（Ｂ）アルミナ−シリカ繊維により強化
されたアルミニウム合金（ＭＭＣ）の平板（３０mm×３
０mm×２mm）を用いた。これをアルミニウム用脱脂剤
（ファインクリーナー３１５：日本パーカライジング
製）を使用して濃度２０ｇ／リットル、７０℃で２分間
脱脂し、水洗したのち、この供試基体に無機化合物皮膜
層形成処理を施し、さらに水洗した後、１２０℃で５分
間熱風乾燥した。

【００８５】表４に、実施例１６〜２３および比較例４
〜６の各々に用いられた供試材、表面処理条件、および
それに組み合わされた当接部材の材質および表面処理方
法を示す。当接部材としては、円筒試験片（直径：２５
mm）を用いた。この円筒試験片は、スチール（ＳＵＳ４
４０Ｃ）の摺動面（２mm² ）に、ガス軟窒化処理を施し
たもの、クロムメッキを施したもの、ＳｉＣ分散Ｎｉ−
Ｐ合金めっきを施したもの、又は未処理のものであっ
た。

【００８６】

【表４】

【００８７】実施例２４〜２７および比較例７および８ 実施例２４〜２７および比較例７〜８の各々において、
供試材Ａ（アルミニウム合金板）に、実施例１６と同様
の前処理を施した後、表５に記載の表面処理液を用いて
無機化合物皮膜層形成処理を施した。但し、比較例７に
おいては、電気錫めっき皮膜が形成され、比較例８にお
いては無電解鉄めっき皮膜が形成された。当接部材の円
筒試験片（φ：２５mm）としては、表５に示されている
ように、鋳鉄（ＦＣ２３）、アルミナ−シリカ強化材含
有アルミニウム合金、又は、その上に無機化合物皮膜形
成処理を施したものを用いた。

【００８８】

【表５】

【００８９】実施例２８〜３２および比較例９および１
０ 実施例２８〜３２および比較例９〜１０の各々におい
て、供試材Ａ（アルミニウム合金板）を用い、実施例１
６と同様の無機化合物皮膜形成処理を行った。但し、処
理液は表６に示したものを用いた。比較例９〜１０にお
いては、皮膜形成処理を行わなかった。また、当接部材
として用いられた円筒試験片（φ：２５mm）は、未処理
のアルミニウム合金（ＡＣ２Ｃ又はＡＤＣ１０）、又は
これらのアルミニウム合金材に、アルマイト処理を施し
たもの、Ｆｅ−Ｃ系溶射処理を施したもの、無電解Ｎｉ
−Ｐ合金めっきを施したものを用いた。

【００９０】

【表６】

【００９１】前記実施例１５〜３２および比較例４〜１
０により得られた摺動材料−当接部材組合せを下記試験
に供した。 〔焼付き試験条件〕試験装置：鈴木式スラスト試験機
（リングオンプレート試験機） 回転数：１５００rpm （２．０ｍ／ｓ） 荷重 ：ステップアップ漸増法（１０kgf ／ステップ） 潤滑油：５Ｗ−３０ベースオイル（温度なりゆき） 潤滑油量：２００ccオイルバス

【００９２】〔摩耗試験条件〕 試験装置：鈴木式スラスト試験機（リングオンプレート
試験機） 回転数：１５００rpm （２．０ｍ／ｓ） 荷重 ：１５０kgf 試験時間：２Hr 潤滑油：５Ｗ−３０ベースオイル（温度なりゆき） 潤滑油量：２００ccオイルバス

【００９３】焼付試験は、表４〜６に示された試験片
（摺動部材および当接部材）の各種組合せについて、平
均試験片（摺動部材）と円筒試験片（当接部材）との接
触部に潤滑油を供試し、円筒試験片を回転数１５００rp
m にて回転させつつ平板試験片に対する円筒試験片の押
し付け荷重を１０kgf から徐々にステップアップさせ、
これにより焼付限界荷重を決定した。また、摩耗試験
は、焼付試験と同様に平板試験片と円筒試験片を潤滑油
中で摺動させながら、１５０kgf ×２Hrの試験を終了し
た後の平板試験片の摩耗深さを測定した。試験結果を図
４および図５に示す。

【００９４】図４は、実施例１６〜２３において、無機
化合物皮膜層を設けることにより、比較例４〜６に比べ
て耐焼付性が大幅に向上していることを示している。そ
の中でも、平板試験片の母材がアルミニウム合金の場合
よりセラミック繊維で強化されたＭＭＣの方が耐焼付性
が高い。また、相手材の違いによっても焼付荷重には差
がみられ、スチール＋窒化処理品と組み合わせた場合が
最も特性が良かった。実施例２４〜２７において、平板
試験片の母材は実施例１６と同じであるが、相手材が異
なり、鋳鉄やＭＭＣを相手材とした時（ピストンスカー
ト＊シリンダーボアーの組合せ）の結果である。実施例
１６の場合と同様、本発明の無機化合物皮膜層を設けた
場合、比較例のＳｎめっきやＦｅめっきよりも優れた耐
焼付性が得られた。実施例２８〜３２の場合も、当接部
材の円筒試験片の材質、表面処理が実施例１６〜２３お
よび２４〜２７とは異なるケースであるが、比較例９，
１０のようにアルマイト処理（陽極酸化処理）を当接部
材面に処理したものよりも、平板試験片の表面に本発明
の無機化合物皮膜層を形成した場合の方が、優れた焼付
特性を示した。

【００９５】次に、図５は、平板試験片の表面に本発明
の無機化合物皮膜層を設けた実施例１６〜２３の場合
は、比較例５〜６に比べて耐摩耗性が向上していること
を示している。（なお、比較例４と比較例９は、摩耗試
験中に焼付が発生したため、摩耗強度データは得られな
かった。） 実施例２４〜２７および実施例２８〜３２においても、
比較例に比べ摩耗量が大幅に少なくなっており、平板試
験片の表面に本発明の無機化合物皮膜層を形成すること
により、自身の耐摩耗性が向上することが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摺動部材の−実施態様として示された
すべり軸受の断面説明図。

【図２】実施例１〜１５および比較例１〜３の摺動部材
の焼付き試験結果を示すグラフ。

【図３】実施例１〜１５および比較例１〜３の摺動部材
の摩耗試験結果を示すグラフ。

【図４】実施例１６〜３２および比較例４〜１０の摺動
部材−当接部材複合体の焼付き試験結果を示すグラフ。

【図５】実施例１６〜３２および比較例４〜１０の摺動
部材−当接部材複合体の摩耗試験結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１…鋼製裏金 ２…アルミニウム合金層 ３…無機化合物皮膜層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｃ Ｇ 3/00 3/00 Ｎ 3/10 3/10 Ｂ 5/00 5/00 Ｆ Ｆ１６Ｊ 1/01 Ｆ１６Ｊ 1/01 (72)発明者 小山 隆 東京都中央区日本橋１丁目15番１号 日本 パーカライジング株式会社内 (72)発明者 不破 良雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 道岡 博文 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 BA01 BA25 BA31 BB02 CA22 CA23 EA03 EA05 EA08 EA19 EA24 FA18 FA20 FA22 GA00 GA02 3G024 AA17 AA18 AA22 FA00 FA06 GA17 GA18 HA01 HA02 HA07 HA18 3J044 AA02 AA04 AA08 BA04 BB05 BB06 BB14 BB15 BB28 BB31 BC03 BC04 DA09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金又は強化材含有アルミ
   ニウム合金により形成されている摺動面を有する基体
   と、前記基体摺動面上にこれを電極とする電解処理によ
   り、形成され、モリブデン、タングステンおよびクロム
   から選ばれた少なくとも１種の金属を、合計２〜４８重
   量％、りんを、１〜２５重量％、および、実質的に酸素
   からなる残部を含む無機酸化物からなり、かつ０．１〜
   ２０μｍの膜厚を有する無機化成皮膜層とを有すること
   を特徴とする摺動部材。
2. 【請求項２】 アルミニウム合金又は強化材含有アルミ
   ニウム合金により形成されている摺動面を有する基体の
   前記摺動面に、モリブデン酸イオン、タングステン酸イ
   オン、およびクロム酸イオンから選ばれた少なくとも１
   種と、りん酸、亜りん酸、および縮合りん酸から選ばれ
   た少なくとも１種のりん化合物イオンとを含む水溶液中
   で、前記摺動面を陰極として電解処理を施すことを特徴
   とする請求項１に記載の摺動部材を製造する方法。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の摺動部材と、アル
   ミニウム合金、強化材含有アルミニウム合金、ＨＶ４０
   ０以上のスチール、鋳鉄、並びに窒化処理、又は金属め
   っき処理を施されたスチールから選ばれた１種よりな
   り、前記摺動部材の前記摺動面に当接して互いに相対的
   に摺動する当接部材とからなる摺動部材−当接部材複合
   体。
4. 【請求項４】 前記複合体の前記摺動部材がエンジン用
   ピストンの溝部およびスカート部、シリンダーボア、バ
   ルブリフター、Ａ／Ｔ油圧制御用バルブスプール、ブレ
   ーキマスターシリンダー用ピストン、およびすべり軸受
   から選ばれ、前記当接部材が、前記摺動部材に対応する
   ピストンリング、シリンダーボアー、シリンダーヘッ
   ド、バルブボデー、およびシャフトから選ばれる、請求
   項３に記載の摺動部材−当接部材複合体。