JP2571985B2 - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は摺動部材、特に、相手部
材との摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材に関する。
材との摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種摺動部材として、Ａｌ合金
製母材のスカート部外周面に、その耐摩耗性の向上を狙
って金属メッキ層よりなる表面層を設けた内燃機関用ピ
ストンが知られている。
製母材のスカート部外周面に、その耐摩耗性の向上を狙
って金属メッキ層よりなる表面層を設けた内燃機関用ピ
ストンが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内燃機
関が高速、且つ高出力化の傾向にある現在の状況下で
は、従来の表面層は、その硬度が低いために耐摩耗性が
乏しく、また強度も低いという問題がある。
関が高速、且つ高出力化の傾向にある現在の状況下で
は、従来の表面層は、その硬度が低いために耐摩耗性が
乏しく、また強度も低いという問題がある。
【０００４】本発明は前記に鑑み、表面層の金属結晶構
造を特定することによって、その高硬度化を実現し、こ
れにより表面層の耐摩耗性および強度を向上させた前記
摺動部材を提供することを目的とする。
造を特定することによって、その高硬度化を実現し、こ
れにより表面層の耐摩耗性および強度を向上させた前記
摺動部材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、相手部材との
摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材において、前記表
面層は、前記摺動面を形成すべく、２次すべり面を摺動
面側に向けた体心立方構造を持つ金属結晶を有し、前記
摺動面における前記２次すべり面の面積率を５０％以上
に設定したことを特徴とする。ここで、２次すべり面と
は、金属結晶のすべり方向を含んだ面であって、原子密
度が最密面の次に高い面をいう。
摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材において、前記表
面層は、前記摺動面を形成すべく、２次すべり面を摺動
面側に向けた体心立方構造を持つ金属結晶を有し、前記
摺動面における前記２次すべり面の面積率を５０％以上
に設定したことを特徴とする。ここで、２次すべり面と
は、金属結晶のすべり方向を含んだ面であって、原子密
度が最密面の次に高い面をいう。
【０００６】
【実施例】図１，図２において、摺動部材としての内燃
機関用ピストン１はＡｌ合金製母材２を有し、その母材
２のスカート部３外周面に表面層４が設けられる。その
表面層４は、シリンダボア内壁（相手部材）５との摺動
面４ａを持つ。
機関用ピストン１はＡｌ合金製母材２を有し、その母材
２のスカート部３外周面に表面層４が設けられる。その
表面層４は、シリンダボア内壁（相手部材）５との摺動
面４ａを持つ。
【０００７】表面層４は電気メッキ処理により形成され
たもので、体心立方構造（以下、ｂｃｃ構造という）を
持つ金属結晶の集合体より構成される。ｂｃｃ構造を有
する金属結晶としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の結晶を挙げることができる。
たもので、体心立方構造（以下、ｂｃｃ構造という）を
持つ金属結晶の集合体より構成される。ｂｃｃ構造を有
する金属結晶としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の結晶を挙げることができる。
【０００８】図３に示すように、ｂｃｃ構造Ａにおける
主すべり面、したがって最密面ａ1は（１１０）面（ミ
ラー指数、以下同じ）であり、またすべり方向ｄ 2 は＜
１１１＞方向である。したがって２次すべり面ａ3 は
（２１１）面または（１２３）面となる。図示例では、
２次すべり面ａ3 として（２１１）面が示されている。
主すべり面、したがって最密面ａ1は（１１０）面（ミ
ラー指数、以下同じ）であり、またすべり方向ｄ 2 は＜
１１１＞方向である。したがって２次すべり面ａ3 は
（２１１）面または（１２３）面となる。図示例では、
２次すべり面ａ3 として（２１１）面が示されている。
【０００９】金属結晶のうち所定のものは、摺動面４ａ
を形成すべく、２次すべり面ａ3 を摺動面側に向けてお
り、その摺動面４ａにおける２次すべり面ａ3 の面積率
は５０％以上に設定される。
を形成すべく、２次すべり面ａ3 を摺動面側に向けてお
り、その摺動面４ａにおける２次すべり面ａ3 の面積率
は５０％以上に設定される。
【００１０】このように金属結晶に配向性を持たせる
と、表面層４の高硬度化を達成して、その耐摩耗性を向
上させることができる。
と、表面層４の高硬度化を達成して、その耐摩耗性を向
上させることができる。
【００１１】また表面層４におけるクラックの密度を低
くすると共に前記高硬度化を得てその表面層４の強度を
向上させることができる。金属結晶において、２次すべ
り面ａ3 である（２１１）面の配向度と、最密面ａ1 で
ある（１１０）面の配向度とは、一方の配向度が増加す
ると他方の配向度が低下する、といった関係を有する。
この場合、（１１０）面の配向度が増すと、表面層４に
おけるクラックの密度が高くなる傾向があるので、（２
１１）面の配向度を増加させることは表面層４の強度を
向上させる上で極めて有益である。前記面積率が５０％
未満では、表面層４におけるクラックの密度が高くなる
ため、その表面層４の強度が低下する。
くすると共に前記高硬度化を得てその表面層４の強度を
向上させることができる。金属結晶において、２次すべ
り面ａ3 である（２１１）面の配向度と、最密面ａ1 で
ある（１１０）面の配向度とは、一方の配向度が増加す
ると他方の配向度が低下する、といった関係を有する。
この場合、（１１０）面の配向度が増すと、表面層４に
おけるクラックの密度が高くなる傾向があるので、（２
１１）面の配向度を増加させることは表面層４の強度を
向上させる上で極めて有益である。前記面積率が５０％
未満では、表面層４におけるクラックの密度が高くなる
ため、その表面層４の強度が低下する。
【００１２】摺動面４ａに沿う仮想面に対する２次すべ
り面ａ3 の傾きは、表面層４の耐摩耗性に影響を与え
る。そこで、図４に示すように、ｂｃｃ構造Ａの２次す
べり面ａ3 が仮想面Ｂに対してなす傾き角θは、０°≦
θ≦３０°に設定される。傾き角θがθ＞３０°になる
と、表面層４の耐摩耗性が低下する。
り面ａ3 の傾きは、表面層４の耐摩耗性に影響を与え
る。そこで、図４に示すように、ｂｃｃ構造Ａの２次す
べり面ａ3 が仮想面Ｂに対してなす傾き角θは、０°≦
θ≦３０°に設定される。傾き角θがθ＞３０°になる
と、表面層４の耐摩耗性が低下する。
【００１３】以下、具体例について説明する。
【００１４】Ａｌ合金製母材２のスカート部３外周面に
電気メッキ処理を施してＦｅ結晶の集合体よりなる表面
層４を形成した。
電気メッキ処理を施してＦｅ結晶の集合体よりなる表面
層４を形成した。
【００１５】電気メッキ処理条件は次の通りである。メ
ッキ浴：硫酸第１鉄浴；メッキ浴ｐＨ：３以下（一
定）；添加剤：尿素、ホウ酸、サッカリン、硫酸アンモ
ニウム；メッキ浴温度：６０℃；陰極電流密度：８Ａ／
ｄｍ2 。
ッキ浴：硫酸第１鉄浴；メッキ浴ｐＨ：３以下（一
定）；添加剤：尿素、ホウ酸、サッカリン、硫酸アンモ
ニウム；メッキ浴温度：６０℃；陰極電流密度：８Ａ／
ｄｍ2 。
【００１６】図５は、表面層４におけるＦｅ結晶のＸ線
回折図であり、ピークｂ1 が２次すべり面ａ3 である
（２１１）面に、またピークｂ2 が最密面ａ1 である
（１１０）面にそれぞれ該当する。本図より、表面層４
には、２次すべり面ａ3 が、摺動面４ａに沿う仮想面Ｂ
に平行な平面内に位置するように配向したＦｅ結晶が存
在することが判る。
回折図であり、ピークｂ1 が２次すべり面ａ3 である
（２１１）面に、またピークｂ2 が最密面ａ1 である
（１１０）面にそれぞれ該当する。本図より、表面層４
には、２次すべり面ａ3 が、摺動面４ａに沿う仮想面Ｂ
に平行な平面内に位置するように配向したＦｅ結晶が存
在することが判る。
【００１７】この場合、ピークｂ1 の高さ、したがって
積分強度が高ければ高い程Ｆｅ結晶の前記配向度が増
し、その結果、摺動面４ａにおける２次すべり面ａ3 の
面積率が高くなる。この配向度の調節は、電気メッキ処
理条件を変えることによって行われる。図５の場合、摺
動面４ａにおける２次すべり面ａ3 の面積率は９８％で
あり、その摺動面４ａにおけるＦｅの結晶構造は、図６
の電子顕微鏡写真（5,000 倍）に示されている。また２
次すべり面ａ3 の傾き角θは、０°≦θ≦２０°であっ
た。
積分強度が高ければ高い程Ｆｅ結晶の前記配向度が増
し、その結果、摺動面４ａにおける２次すべり面ａ3 の
面積率が高くなる。この配向度の調節は、電気メッキ処
理条件を変えることによって行われる。図５の場合、摺
動面４ａにおける２次すべり面ａ3 の面積率は９８％で
あり、その摺動面４ａにおけるＦｅの結晶構造は、図６
の電子顕微鏡写真（5,000 倍）に示されている。また２
次すべり面ａ3 の傾き角θは、０°≦θ≦２０°であっ
た。
【００１８】図７（ａ）は、本発明表面層と比較例表面
層との硬さを比較したものであり、また同図（ｂ）は、
本発明表面層と比較例表面層との摩耗量を比較したもの
である。本発明表面層は、摺動面における２次すべり面
ａ3 の面積率が９８％のものであり、比較例表面層は結
晶面がランダムに配向したものである。摩耗量の測定
は、チップオンディスク試験機を用いて行われ、試験条
件は、チップに対する荷重：１０kgｆ；ディスクの材
質：炭素鋼（Ｓ４８Ｃ材）の窒化処理材；ディスクの回
転速度：０．５ｍ／sec ；摺動距離：１０００ｍ；であ
る。
層との硬さを比較したものであり、また同図（ｂ）は、
本発明表面層と比較例表面層との摩耗量を比較したもの
である。本発明表面層は、摺動面における２次すべり面
ａ3 の面積率が９８％のものであり、比較例表面層は結
晶面がランダムに配向したものである。摩耗量の測定
は、チップオンディスク試験機を用いて行われ、試験条
件は、チップに対する荷重：１０kgｆ；ディスクの材
質：炭素鋼（Ｓ４８Ｃ材）の窒化処理材；ディスクの回
転速度：０．５ｍ／sec ；摺動距離：１０００ｍ；であ
る。
【００１９】図７（ａ），（ｂ）から明らかなように、
本発明表面層は比較例表面層に比べて高硬度であり、そ
の結果、優れた耐摩耗性を示す。
本発明表面層は比較例表面層に比べて高硬度であり、そ
の結果、優れた耐摩耗性を示す。
【００２０】図８（ａ）は、本発明表面層、比較例表面
層および参考例表面層におけるクラックの密度を比較し
たものであり、また同図（ｂ）は、本発明表面層と比較
例表面層との強度を比較したものである。本発明表面層
および比較例表面層は図７の場合と同じである。参考例
表面層は、摺動面における最密面ａ1 、したがって（１
１０）面の面積率が７０％であり、また２次すべり面ａ
3 の面積率が３０％のものである。
層および参考例表面層におけるクラックの密度を比較し
たものであり、また同図（ｂ）は、本発明表面層と比較
例表面層との強度を比較したものである。本発明表面層
および比較例表面層は図７の場合と同じである。参考例
表面層は、摺動面における最密面ａ1 、したがって（１
１０）面の面積率が７０％であり、また２次すべり面ａ
3 の面積率が３０％のものである。
【００２１】強度の測定値は、次のような条件下で引張
テストを行うことによって求められた。図９はテストピ
ース６を示し、そのテストピース６の寸法は、全長Ｌ1
＝５０mm、両端部の幅Ｗ1 ＝１０．５mm、肩部間の長さ
Ｌ2 ＝３２mm、平行部の長さＬ3 ＝１８mm、平行部の幅
Ｗ2 ＝６mm、厚さ２０μｍである。このような箔状テス
トピース６は、それと同一寸法のステンレス板に電気メ
ッキ処理を施すことによって、前記表面層４と同一構成
のテストピースを形成し、次いでテストピース６をステ
ンレス板から剥離する、といった方法により製作され
た。テスト条件は、室温下、引張速度２０mm／min であ
る。
テストを行うことによって求められた。図９はテストピ
ース６を示し、そのテストピース６の寸法は、全長Ｌ1
＝５０mm、両端部の幅Ｗ1 ＝１０．５mm、肩部間の長さ
Ｌ2 ＝３２mm、平行部の長さＬ3 ＝１８mm、平行部の幅
Ｗ2 ＝６mm、厚さ２０μｍである。このような箔状テス
トピース６は、それと同一寸法のステンレス板に電気メ
ッキ処理を施すことによって、前記表面層４と同一構成
のテストピースを形成し、次いでテストピース６をステ
ンレス板から剥離する、といった方法により製作され
た。テスト条件は、室温下、引張速度２０mm／min であ
る。
【００２２】図８（ａ），（ｂ）から明らかなように、
クラックの密度において、本発明表面層は比較例表面層
と同等の極めて低い値を示すが、強度においては本発明
表面層は比較例表面層よりも優れている。これは、クラ
ックの密度が低いだけでなく、高硬度であることに起因
する。
クラックの密度において、本発明表面層は比較例表面層
と同等の極めて低い値を示すが、強度においては本発明
表面層は比較例表面層よりも優れている。これは、クラ
ックの密度が低いだけでなく、高硬度であることに起因
する。
【００２３】なお、図８（ａ）より、参考例表面層にお
いては、（１１０）面の配向度が増加しているためにク
ラックの密度が極めて高くなることが判る。
いては、（１１０）面の配向度が増加しているためにク
ラックの密度が極めて高くなることが判る。
【００２４】図１０は、表面層４の他例におけるＦｅ結
晶のＸ線回折図であり、ピークｂ1が２次すべり面ａ3
である（２１１）面に、またピークｂ2 が最密面ａ1 で
ある（１１０）面にそれぞれ該当する。この場合、摺動
面４ａにおける２次すべり面ａ3 の面積率は５３％であ
り、その摺動面４ａにおけるＦｅの結晶構造は、図１１
の電子顕微鏡写真（5,000 倍）に示されている。また２
次すべり面ａ3 の傾き角θは０°≦θ≦２０°であっ
た。
晶のＸ線回折図であり、ピークｂ1が２次すべり面ａ3
である（２１１）面に、またピークｂ2 が最密面ａ1 で
ある（１１０）面にそれぞれ該当する。この場合、摺動
面４ａにおける２次すべり面ａ3 の面積率は５３％であ
り、その摺動面４ａにおけるＦｅの結晶構造は、図１１
の電子顕微鏡写真（5,000 倍）に示されている。また２
次すべり面ａ3 の傾き角θは０°≦θ≦２０°であっ
た。
【００２５】なお、本発明は前記ピストンに限らず、ス
テム部に表面層を設けた内燃機関用吸、排気バルブ、被
支持部に表面層を設けた内燃機関用ロッカ軸、ジャーナ
ル部に表面層を設けた内燃機関用カム軸等の摺動部材に
適用される。
テム部に表面層を設けた内燃機関用吸、排気バルブ、被
支持部に表面層を設けた内燃機関用ロッカ軸、ジャーナ
ル部に表面層を設けた内燃機関用カム軸等の摺動部材に
適用される。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、表面層の金属結晶構造
を前記のように特定することによって、その表面層の高
硬度化を達成して耐摩耗性および強度を向上させた摺動
部材を提供することができる。
を前記のように特定することによって、その表面層の高
硬度化を達成して耐摩耗性および強度を向上させた摺動
部材を提供することができる。
【図１】ピストンの側面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】体心立方構造の２次すべり面等を示す斜視図で
ある。
ある。
【図４】体心立方構造における２次すべり面の傾きを示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】表面層におけるＦｅ結晶のＸ線回折図である。
【図６】摺動面におけるＦｅの結晶構造を示す顕微鏡写
真である。
真である。
【図７】（ａ）は、本発明表面層および比較例表面層の
硬さを示すグラフであり、（ｂ）は、本発明表面層およ
び比較例表面層の摩耗量を示すグラフである。
硬さを示すグラフであり、（ｂ）は、本発明表面層およ
び比較例表面層の摩耗量を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、本発明表面層、比較例表面層および
参考例表面層におけるクラックの密度を示すグラフであ
り、（ｂ）は、本発明表面層および比較例表面層の強度
を示すグラフである。
参考例表面層におけるクラックの密度を示すグラフであ
り、（ｂ）は、本発明表面層および比較例表面層の強度
を示すグラフである。
【図９】テストピースの平面図である。
【図１０】表面層の他例におけるＦｅ結晶のＸ線回折図
である。
である。
【図１１】摺動面の他例におけるＦｅの結晶構造を示す
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
１ ピストン（摺動部材） ４ 表面層 ４ａ 摺動面 ５ シリンダボア内壁（相手部材） Ａ 体心立方構造 ａ3 ２次すべり面
Claims (1)
- 【請求項１】 相手部材（５）との摺動面（４ａ）を持
つ表面層（４）を備えた摺動部材において、前記表面層
（４）は、前記摺動面（４ａ）を形成すべく、２次すべ
り面（ａ3 ）を摺動面側に向けた体心立方構造（Ａ）を
持つ金属結晶を有し、前記摺動面（４ａ）における前記
２次すべり面（ａ3 ）の面積率を５０％以上に設定した
ことを特徴とする摺動部材。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20219791A JP2571985B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | 摺動部材 |
| DE4223631A DE4223631C2 (de) | 1991-07-18 | 1992-07-17 | Gleitelement |
| CA002074114A CA2074114C (en) | 1991-07-18 | 1992-07-17 | Slide member |
| FR9208831A FR2685012B1 (fr) | 1991-07-18 | 1992-07-17 | Organe coulissant. |
| GB9215382A GB2257759B (en) | 1991-07-18 | 1992-07-20 | Slide member |
| US07/917,164 US5340660A (en) | 1991-07-18 | 1992-07-20 | Slide member |
| GB9425982A GB2284640B (en) | 1991-07-18 | 1992-07-20 | Slide member |
| US08/205,030 US5443919A (en) | 1991-07-18 | 1994-03-02 | Slide member |
| US08/205,051 US5443920A (en) | 1991-07-18 | 1994-03-02 | Slide member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20219791A JP2571985B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | 摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06256987A JPH06256987A (ja) | 1994-09-13 |
| JP2571985B2 true JP2571985B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=16453579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20219791A Expired - Fee Related JP2571985B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2571985B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-18 JP JP20219791A patent/JP2571985B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06256987A (ja) | 1994-09-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |