JP2621009B2 - 摺動面構成体 - Google Patents
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- crystal
- oriented
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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- F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
- F01L1/047—Camshafts
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、相手部材との摺動面を
構成する摺動面構成体に関する。
構成する摺動面構成体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種摺動面構成体としては、例
えば内燃機関用カムシャフトにおいて、母材のジャーナ
ル部外周面に、耐焼付き性の向上を狙って設けられるＮ
ｉメッキ層が知られている。
えば内燃機関用カムシャフトにおいて、母材のジャーナ
ル部外周面に、耐焼付き性の向上を狙って設けられるＮ
ｉメッキ層が知られている。
【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、従来の摺動面構成体はオイル保持性、つまり保油性
が十分でなく、また初期なじみ性も悪いため耐焼付き性
が乏し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、従来の摺動面構成体はオイル保持性、つまり保油性
が十分でなく、また初期なじみ性も悪いため耐焼付き性
が乏しいという問題がある。
【０００４】本発明は前記に鑑み、結晶構造を特定する
ことによって十分な保油性と良好な初期なじみ性を持
ち、これにより耐焼付き性を向上させることができるよ
うにした前記摺動面構成体を提供することを目的とす
る。
ことによって十分な保油性と良好な初期なじみ性を持
ち、これにより耐焼付き性を向上させることができるよ
うにした前記摺動面構成体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】本発明に係る摺動面構成
体は、面心立方構造を持つ金属結晶の集合体より構成さ
れ、その集合体におけるミラー指数で（ｈｈ０）面を摺
動面側に向けた（ｈｈ０）配向性金属結晶の存在率Ｓが
Ｓ＜２５％であって、摺動面には山形をなす多数の金属
結晶が存在することを特徴とする。
体は、面心立方構造を持つ金属結晶の集合体より構成さ
れ、その集合体におけるミラー指数で（ｈｈ０）面を摺
動面側に向けた（ｈｈ０）配向性金属結晶の存在率Ｓが
Ｓ＜２５％であって、摺動面には山形をなす多数の金属
結晶が存在することを特徴とする。
【０００６】
【作用】面心立方構造を持つ金属結晶の集合体におい
て、山形をなす金属結晶は角錐状（または角錐台状）金
属結晶であり、多数の角錐状金属結晶は相互に食込んだ
状態を呈する。これにより摺動面は、多数の山部と、そ
れら山部の間に形成された多数の谷部と、山部相互の食
込みに因る多数の沢部とからなる入組んだ様相を呈する
ので、摺動面構成体の保油性が良好となる。また角錐状
金属結晶における先端部側の優先的摩耗によって摺動面
構成体の初期なじみ性も良好である。このような保油性
と初期なじみ性とによって摺動面構成体の耐焼付き性が
向上する。ただし、（ｈｈ０）配向性金属結晶の存在率
ＳがＳ≧２５％では、（ｈｈ０）配向性金属結晶の増加
に伴い摺動面の様相が単純化傾向となるので、摺動面構
成体の保油性および初期なじみ性が低下する。
て、山形をなす金属結晶は角錐状（または角錐台状）金
属結晶であり、多数の角錐状金属結晶は相互に食込んだ
状態を呈する。これにより摺動面は、多数の山部と、そ
れら山部の間に形成された多数の谷部と、山部相互の食
込みに因る多数の沢部とからなる入組んだ様相を呈する
ので、摺動面構成体の保油性が良好となる。また角錐状
金属結晶における先端部側の優先的摩耗によって摺動面
構成体の初期なじみ性も良好である。このような保油性
と初期なじみ性とによって摺動面構成体の耐焼付き性が
向上する。ただし、（ｈｈ０）配向性金属結晶の存在率
ＳがＳ≧２５％では、（ｈｈ０）配向性金属結晶の増加
に伴い摺動面の様相が単純化傾向となるので、摺動面構
成体の保油性および初期なじみ性が低下する。
【０００７】
【実施例】図１、図２において、内燃機関用カムシャフ
ト１は鋳鉄製母材２を有し、その母材２のジャーナル部
３外周面に、メッキ処理により層状摺動面構成体４が形
成される。
ト１は鋳鉄製母材２を有し、その母材２のジャーナル部
３外周面に、メッキ処理により層状摺動面構成体４が形
成される。
【０００８】図３に示すように、摺動面構成体４は面心
立方構造（ｆｃｃ構造）を持つ金属結晶の集合体より構
成される。その集合体は、ミラー指数で（ｈｈ０）面を
軸受部材５との摺動面４ａ側に向けた（ｈｈ０）配向性
金属結晶を含み、その（ｈｈ０）配向性金属結晶の存在
率ＳはＳ＜２５％に設定されている。
立方構造（ｆｃｃ構造）を持つ金属結晶の集合体より構
成される。その集合体は、ミラー指数で（ｈｈ０）面を
軸受部材５との摺動面４ａ側に向けた（ｈｈ０）配向性
金属結晶を含み、その（ｈｈ０）配向性金属結晶の存在
率ＳはＳ＜２５％に設定されている。
【０００９】（ｈｈ０）配向性金属結晶６の存在率Ｓを
前記のように設定すると、図４、図５に示すように、摺
動面４ａには、角錐状（または角錐台状）、図示例では
四角錐状金属結晶６が多数晶出し、それらは相互に食込
んだ状態を呈する。これにより摺動面４ａは、多数の山
部７と、それら山部７間の谷部８と、山部７相互の食込
みによる多数の沢部９とからなる入組んだ様相を呈する
ので、摺動面構成体４の保油性が良好となる。また四角
錐状金属結晶６の先端部が優先的に摩耗するので、摺動
面構成体４の初期なじみ性も良好となる。
前記のように設定すると、図４、図５に示すように、摺
動面４ａには、角錐状（または角錐台状）、図示例では
四角錐状金属結晶６が多数晶出し、それらは相互に食込
んだ状態を呈する。これにより摺動面４ａは、多数の山
部７と、それら山部７間の谷部８と、山部７相互の食込
みによる多数の沢部９とからなる入組んだ様相を呈する
ので、摺動面構成体４の保油性が良好となる。また四角
錐状金属結晶６の先端部が優先的に摩耗するので、摺動
面構成体４の初期なじみ性も良好となる。
【００１０】ｆｃｃ構造を持つ金属結晶としては、Ｐ
ｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の単体また
は合金の結晶を挙げることができる。
ｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の単体また
は合金の結晶を挙げることができる。
【００１１】本発明に係る摺動面構成体４を形成するた
めのメッキ処理において、電気Ｎｉメッキ処理を行う場
合の基本的条件は、表１、表２の通りである。
めのメッキ処理において、電気Ｎｉメッキ処理を行う場
合の基本的条件は、表１、表２の通りである。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】 前記条件下で行われる電気Ｎｉメッキ処理において、陰
極電流密度、メッキ浴ｐＨ等によって（ｈｈ０）配向性
Ｎｉ結晶の晶出、その存在量等を制御する。メッキ処理
としては、電気メッキ処理の外に、例えば気相メッキ法
であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオンプレー
ティング等を挙げることができる。スパッタ法によりＰ
ｔ、Ａｌメッキを行う場合の条件は、例えばＡｒ圧力
０．８Ｐａ、Ａｒ加速電力 直流５００Ｗ、母材温度
１００℃である。ＣＶＤ法によりＡｌメッキを行う場合
の条件は、例えば原材料 Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、ガス流量
２cc／min 、チャンバ内圧力 １００Ｐａ、母材温度
５００℃である。
極電流密度、メッキ浴ｐＨ等によって（ｈｈ０）配向性
Ｎｉ結晶の晶出、その存在量等を制御する。メッキ処理
としては、電気メッキ処理の外に、例えば気相メッキ法
であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオンプレー
ティング等を挙げることができる。スパッタ法によりＰ
ｔ、Ａｌメッキを行う場合の条件は、例えばＡｒ圧力
０．８Ｐａ、Ａｒ加速電力 直流５００Ｗ、母材温度
１００℃である。ＣＶＤ法によりＡｌメッキを行う場合
の条件は、例えば原材料 Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、ガス流量
２cc／min 、チャンバ内圧力 １００Ｐａ、母材温度
５００℃である。
【００１４】以下、具体例について説明する。
【００１５】鋳鉄製母材２のジャーナル部３外周面に、
電気Ｎｉメッキ処理を施すことによりＮｉ結晶の集合体
より構成された摺動面構成体４を形成して複数の内燃機
関用カムシャフト１を得た。
電気Ｎｉメッキ処理を施すことによりＮｉ結晶の集合体
より構成された摺動面構成体４を形成して複数の内燃機
関用カムシャフト１を得た。
【００１６】表３、表４は、摺動面構成体４の例１〜１
１における電気Ｎｉメッキ処理条件を示す。
１における電気Ｎｉメッキ処理条件を示す。
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】 表５、表６は、例１〜１１における摺動面４ａの結晶形
態、Ｎｉ結晶の粒径、各配向性Ｎｉ結晶の存在率Ｓおよ
び硬さをそれぞれ示す。
態、Ｎｉ結晶の粒径、各配向性Ｎｉ結晶の存在率Ｓおよ
び硬さをそれぞれ示す。
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】 存在率Ｓは、例１〜１１のＸ線回折図（Ｘ線照射方向は
摺動面４ａに対して直角方向）に基づいて次のような方
法で求められたものである。一例として、例２について
説明すると、図６は例２のＸ線回折図であり、各配向性
Ｎｉ結晶の存在率Ｓは次式から求められた。なお、例え
ば｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶とは、｛１１１｝面を摺動
面４ａ側に向けた配向性Ｎｉ結晶を意味する。 ｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ111 ＝｛（Ｉ111 ／ＩＡ
111 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ
200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ220 ＝｛（Ｉ220 ／ＩＡ
220 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ311 ＝｛（Ｉ311 ／ＩＡ
311 ）／Ｔ｝×１００ ここで、Ｉ111 、Ｉ200 、Ｉ220 、Ｉ311 は各結晶面の
Ｘ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、またＩ
Ａ111 、ＩＡ200 、ＩＡ220 、ＩＡ311 はＡＳＴＭカー
ドにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、ＩＡ111 ＝１
００、ＩＡ200 ＝４２、ＩＡ220 ＝２１、ＩＡ311 ＝２
０である。さらにＴは、Ｔ＝（Ｉ111 ／ＩＡ111 ）＋
（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）＋（Ｉ220 ／ＩＡ220 ）＋（Ｉ
311 ／ＩＡ311 ）である。
摺動面４ａに対して直角方向）に基づいて次のような方
法で求められたものである。一例として、例２について
説明すると、図６は例２のＸ線回折図であり、各配向性
Ｎｉ結晶の存在率Ｓは次式から求められた。なお、例え
ば｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶とは、｛１１１｝面を摺動
面４ａ側に向けた配向性Ｎｉ結晶を意味する。 ｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ111 ＝｛（Ｉ111 ／ＩＡ
111 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ
200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ220 ＝｛（Ｉ220 ／ＩＡ
220 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ311 ＝｛（Ｉ311 ／ＩＡ
311 ）／Ｔ｝×１００ ここで、Ｉ111 、Ｉ200 、Ｉ220 、Ｉ311 は各結晶面の
Ｘ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、またＩ
Ａ111 、ＩＡ200 、ＩＡ220 、ＩＡ311 はＡＳＴＭカー
ドにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、ＩＡ111 ＝１
００、ＩＡ200 ＝４２、ＩＡ220 ＝２１、ＩＡ311 ＝２
０である。さらにＴは、Ｔ＝（Ｉ111 ／ＩＡ111 ）＋
（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）＋（Ｉ220 ／ＩＡ220 ）＋（Ｉ
311 ／ＩＡ311 ）である。
【００２１】図７は、例２における摺動面４ａの結晶構
造を示す顕微鏡写真（５０００倍）である。図７におい
て、相互に食込んだ多数の四角錐状Ｎｉ結晶が観察され
る。表５、図６に示すように、例２における（ｈｈ０）
配向性Ｎｉ結晶、したがって｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶
の存在率Ｓは、表５、図６に示すように、Ｓ＝３．２％
である。
造を示す顕微鏡写真（５０００倍）である。図７におい
て、相互に食込んだ多数の四角錐状Ｎｉ結晶が観察され
る。表５、図６に示すように、例２における（ｈｈ０）
配向性Ｎｉ結晶、したがって｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶
の存在率Ｓは、表５、図６に示すように、Ｓ＝３．２％
である。
【００２２】図８は例５のＸ線回折図である。図９は、
例５における摺動面４ａの結晶構造を示す顕微鏡写真で
あり、（ａ）は５０００倍、（ｂ）は１００００倍であ
る。図９（ａ），（ｂ）において、多数の変形四角錐状
Ｎｉ結晶が観察される。この場合、｛２２０｝配向性Ｎ
ｉ結晶の存在率Ｓは、表５、図８に示すようにＳ＝７．
２％である。
例５における摺動面４ａの結晶構造を示す顕微鏡写真で
あり、（ａ）は５０００倍、（ｂ）は１００００倍であ
る。図９（ａ），（ｂ）において、多数の変形四角錐状
Ｎｉ結晶が観察される。この場合、｛２２０｝配向性Ｎ
ｉ結晶の存在率Ｓは、表５、図８に示すようにＳ＝７．
２％である。
【００２３】次に、例１〜１１について、チップオンデ
ィスク方式による焼付きテストを行って、｛２２０｝配
向性Ｎｉ結晶の存在率Ｓと焼付き発生荷重との関係を求
めたところ、表７および図１０の結果を得た。テスト条
件は次の通りである。ディスクの材質 Ａｌ−１０重量
％Ｓｉ合金、ディスクの回転速度 １５ｍ／sec 、給油
量 ０．３ml／min 、摺動面構成体より製作されたチッ
プの摺動面の面積 １cm2 。
ィスク方式による焼付きテストを行って、｛２２０｝配
向性Ｎｉ結晶の存在率Ｓと焼付き発生荷重との関係を求
めたところ、表７および図１０の結果を得た。テスト条
件は次の通りである。ディスクの材質 Ａｌ−１０重量
％Ｓｉ合金、ディスクの回転速度 １５ｍ／sec 、給油
量 ０．３ml／min 、摺動面構成体より製作されたチッ
プの摺動面の面積 １cm2 。
【００２４】
【表７】 図１０は、表７をグラフ化したもので、図中、点（１）
〜（１１）は例１〜１１にそれぞれ対応する。
〜（１１）は例１〜１１にそれぞれ対応する。
【００２５】表７および図１０から明らかなように、
｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶の存在率ＳがＳ＜２５％であ
る例１〜７においては、摺動面４ａの保油性および初期
なじみ性が良好になるので、焼付き発生荷重が例８，
９，１０に比べて大幅に向上するものである。
｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶の存在率ＳがＳ＜２５％であ
る例１〜７においては、摺動面４ａの保油性および初期
なじみ性が良好になるので、焼付き発生荷重が例８，
９，１０に比べて大幅に向上するものである。
【００２６】例１１においては、｛２２０｝配向性Ｎｉ
結晶の存在率ＳがＳ＝０％であり、このように構成する
と、四角錐状Ｎｉ結晶の晶出量が最多となるので、耐焼
付き性が最も良好となる。
結晶の存在率ＳがＳ＝０％であり、このように構成する
と、四角錐状Ｎｉ結晶の晶出量が最多となるので、耐焼
付き性が最も良好となる。
【００２７】摺動面構成体は、次のような内燃機関用部
品等の摺動部に適用される。
品等の摺動部に適用される。
【００２８】ピストン（ランド部、スカート部、リング
溝）、ピストンリング、ピストンピン、コンロッド、ク
ランクシャフト、軸受メタル、オイルポンプロータ、オ
イルポンプロータハウジング、スプリング（端面）、ス
プリングシート、スプリングリテーナ、コッタ、ロッカ
アーム、ローラベアリングアウタケース、ローラベアリ
ングインナケース、ニードルベアリングアウタケース、
ニードルベアリングインナケース、バルブステム、バル
ブフェイス、油圧タペット、ウオータポンプロータシャ
フト、プーリ、ギア、トランスミッションシャフト部、
クラッチプレート、ワッシャ、ボルト（座面、ねじ
部）、チエン、金属ベルト、シリンダ、カムシャフトの
軸受。
溝）、ピストンリング、ピストンピン、コンロッド、ク
ランクシャフト、軸受メタル、オイルポンプロータ、オ
イルポンプロータハウジング、スプリング（端面）、ス
プリングシート、スプリングリテーナ、コッタ、ロッカ
アーム、ローラベアリングアウタケース、ローラベアリ
ングインナケース、ニードルベアリングアウタケース、
ニードルベアリングインナケース、バルブステム、バル
ブフェイス、油圧タペット、ウオータポンプロータシャ
フト、プーリ、ギア、トランスミッションシャフト部、
クラッチプレート、ワッシャ、ボルト（座面、ねじ
部）、チエン、金属ベルト、シリンダ、カムシャフトの
軸受。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、結晶構造を前記のよう
に特定することによって、耐焼付き性の優れた摺動面構
成体を提供することができる。
に特定することによって、耐焼付き性の優れた摺動面構
成体を提供することができる。
【図１】カムシャフトの要部斜視図である。
【図２】カムシャフトにおけるジャーナル部の要部断面
図である。
図である。
【図３】面心立方構造およびその（ｈｈ０）面を示す斜
視図である。
視図である。
【図４】摺動面構成体の一例を示す要部斜視図である。
【図５】図４の５−５線断面図である。
【図６】摺動面構成体の一例におけるＸ線回折図であ
る。
る。
【図７】摺動面構成体の一例における摺動面の結晶構造
を示す顕微鏡写真である。
を示す顕微鏡写真である。
【図８】摺動面構成体の他例におけるＸ線回折図であ
る。
る。
【図９】摺動面構成体の他例における摺動面の結晶構造
を示す顕微鏡写真であり、（ａ）は５０００倍、（ｂ）
は１００００倍である。
を示す顕微鏡写真であり、（ａ）は５０００倍、（ｂ）
は１００００倍である。
【図１０】焼付きテスト結果を示すグラフである。
４ 摺動面構成体 ４ａ 摺動面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２５Ｄ 3/12 １０１ Ｃ２５Ｄ 3/12 １０１ (72)発明者 岡本 和久 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−126671（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−108806（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】 面心立方構造を持つ金属結晶の集合体よ
り構成され、その集合体におけるミラー指数で（ｈｈ
０）面を摺動面側に向けた（ｈｈ０）配向性金属結晶の
存在率ＳがＳ＜２５％であって、摺動面には山形をなす
多数の金属結晶が存在することを特徴とする摺動面構成
体。 - 【請求項２】 面心立方構造を持つ金属結晶の集合体よ
り構成され、その集合体におけるミラー指数で（ｈｈ
０）面を摺動面側に向けた（ｈｈ０）配向性金属結晶の
存在率ＳがＳ＝０％であって、摺動面には山形をなす多
数の金属結晶が存在することを特徴とする摺動面構成
体。
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