JP3184462B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JP3184462B2 JP24009996A JP24009996A JP3184462B2 JP 3184462 B2 JP3184462 B2 JP 3184462B2 JP 24009996 A JP24009996 A JP 24009996A JP 24009996 A JP24009996 A JP 24009996A JP 3184462 B2 JP3184462 B2 JP 3184462B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性・耐久性
に優れた摺動部材に関する。
【0002】
【従来の技術】摺動部材の一例として挙げられるピスト
ンシリンダでは、ピストンがシリンダ内を繰り返し運動
すると、そのシリンダ内壁を摺動するピストンパッキン
が摩耗して次第に漏れが生じることとなる。また、摩擦
抵抗が大きいためにスティックスリップ現象が生じた
り、ピストンシリンダを長期放置するとシリンダ内の潤
滑切れによってピストンパッキンとシリンダが固着し、
かじりが発生する等の問題があった。そこで、従来から
このような繰り返し行われる摺動に対して耐摩耗性を高
めるために、各種表面処理が施されているが、その一例
として特公平7―39584号公報に掲載されたものが
ある。
【0003】当該公報には、例えばシリンダ等の摺動面
部にポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」
という)が分散されたNi―Pメッキ層を形成し、更に
その層上に重ねてPTFE層を形成するものが開示され
ている。即ち、摺動面にPTFEが分散されたNi―P
メッキ層を形成しただけのものでは耐摩耗性に十分では
なく、摺動面部で初期に発生する凝着摩耗により滑りが
悪くなるといった問題点を解決すべく二層に形成したも
のである。具体的には、アルミニウム合金等に形成した
Ni―Pメッキ層の第一層と、第一層のNi―Pメッキ
層を350〜450度で約1時間熱処理して形成する
か、PTFEと溶剤等よりなる塗料をコーティングして
形成した第二層とからなるものである。一方、自動車用
ワイパーに見られるように、従来からゴム材表面には塩
素化処理を施すハロゲン化処理が行われ、摩擦係数の低
減安定化、摩耗量の低減化が図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、摺動部にゴム
材を有する従来の摺動部材では、摩擦抵抗の低減や耐摩
耗性について満足のいくものでなかった。即ち、後述す
る実験で示すように従来の摺動部材には、摺動面にPT
FEが分散されたNi―Pメッキ層を施しただけのも
の、又はゴム材表面にハロゲン化処理を施しただけのも
のでは、摺動部の摩擦抵抗が大きく耐摩耗性にも劣る結
果となった。
【0005】そこで、本発明は、摩擦係数の小さい、耐
摩耗性に優れた摺動部材を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の摺動部材は、ニ
トリルゴム表面にハロゲン化処理が施された摺動体と、
ポリテトラフルオロエチレンが分散されたNi―P複合
メッキが施されたゴム材からなる前記摺動体が摺動する
金属製の摺動面との組み合わせからなり、摺動面に施さ
れたNi―P複合メッキをテフロン粒子がゲル状になる
300乃至350度の温度で熱処理することを特徴とす
る。また、本発明の摺動部材は、摺動体が、ピストンに
嵌合されたピストンパッキンであり、摺動面が、シリン
ダの内壁面であることが望ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる摺動部材の
一実施の形態として例えばピストンシリンダ等が挙げら
れるが、本実施の形態のピストンシリンダ及び当該摺動
部材に関する実験及びその結果について以下に説明す
る。先ず、シリンダ内壁面に潤滑性メッキを形成する。
本実施の形態での潤滑性メッキには、PTFE分散Ni
―P複合メッキを施す。PTFE分散Ni―P複合メッ
キ層は、PTFE粒子を適当に分散させたNi―Pメッ
キ液で母材であるアルミニウム合金にメッキ処理を施す
ことにより形成できる。メッキ方法自体は、無電解メッ
が簡便であり、母材に直接施してもよいが、密着性を
確実なものとするには被処理部を脱脂、酸洗いした後、
或は更に亜鉛置換メッキ処理した後、上記メッキ液に所
望の厚さのメッキ層が得られるまで浸漬すればよい。ま
た、電解析出法でもよい。
【0008】PTFE分散Ni―P複合メッキ層を更に
300〜350度で1〜2時間で熱処理する。熱処理前
のメッキ層の断面は、図1に示すようにニッケルリン合
金1内にテフロン粒子2が分散されており、また表面に
もテフロン粒子が吸着している。そして、熱処理によっ
て、表面に吸着している溶融温度が327度のテフロン
粒子が、ゲル状になって互いに融合する。そして、同時
に表面に吸着しているテフロン粒子とニッケルリン合金
内のテフロン粒子とが融合する。これによって、アルミ
ニウム合金表面には、テフロン粒子が三次元的に融合し
た密着性の良い潤滑性メッキ膜が形成される。
【0009】一方、シリンダ内を摺動するピストンには
摺動シールであるピストンパッキンが摺動面に嵌合され
ているが、本実施の形態ではそのピストンパッキンをハ
ロゲン化処理を行う。ピストンパッキンは、リング状の
ニトリルゴムによって形成され、そのゴム表面にハロゲ
ン化処理を施す。ハロゲン化処理は、リング状のニトリ
ルゴムを塩素などのハロゲンガスを充満した密閉容器内
に所定時間セットしたり、あるいは次亜塩素酸ナトリウ
ムの水溶液などのハロゲン化処理液内に所定時間浸漬さ
せることなどによって行う。このようにして形成された
ピストンシリンダでは、潤滑性メッキの施されたシリン
ダ内壁面には、Ni―P複合メッキが形成され、ハロゲ
ン化処理されたリング状のニトリルゴムからなるピスト
ンパッキンには、8ミクロンのハロゲン処理層が形成さ
れる。
【0010】次に、このように形成された摺動部材の耐
摩耗性について行った実験結果について以下に説明す
る。本実験では、図2に示すように回転するディスク試
験片11にピン試験片12の先端を摺接することによっ
て、両者の間に生じる摩擦係数の変化につて観察してみ
た。この場合、次の表1に示すようにアルミニウム合金
のディスク試験片11及びニトリルゴムのピン試験片1
2に4パターンの処理を施した実験を行った。ディスク
試験片11は直径80mmの円盤であり、ピン試験片は
直径5mmの円柱棒である。
【0011】
【表1】
【0012】4パターンの処理を施したディスク試験片
11及びピン試験片12は、両者に所定の処理を施した
本発明にかかる実施例1、実施例2(以下、「パターン
D」、「パターンE」という)と、従来のものに見られ
る一方のみに所定の処理を施した比較例1、比較例2
(以下、「パターンB」、「パターンC」という)とに
区別した。また、参考例として、何の処理も行わない参
考例(以下、「パターンA」という)を示した。このパ
ターンAは、具体的には表1に示すように、各パターン
で使用されるアルミニウム合金そのもののディスク試験
片11と硬度70のニトリルゴムそのもののピン試験片
12である。また、パターンBは、ピン試験片12にの
み前記ハロゲン処理が施される一方、パターンCは、デ
ィスク試験片11にのみ前記PTFE分散Ni―P複合
メッキが施したものである。更に、パターンD及びパタ
ーンEは、ともに両試験片に前記PTFE分散Ni―P
複合メッキとハロゲン化処理が施したものであるが、特
にパターンEのディスク試験片11には、熱処理温度を
330度、処理時間を2時間として定めたPTFE分散
Ni―P複合メッキ処理を施したものである。
【0013】このような各パターンの実験結果を図3に
示した。図3は、横軸を動作回数としてディスク試験片
11の回転数を示し、縦軸に摩擦係数を示したグラフで
ある。そこで、先ず各パターンによる初期状態の摩擦係
数が、パターンAでは約1.1と高いのに対し、パター
ンB〜Eではほぼ半分以下の値を示すことがわかるが、
その中でも本発明にかかる実施例1,2を示すパターン
D,Eでは極めて低い摩擦係数を示すことがわかる。従
って、両者をそれぞれアルミニウム合金にPTFE分散
Ni―P複合メッキしニトリルゴムをハロゲン化処理す
ることは、摩擦係数の低下に大きく起因するといえる。
特に、パターンEの条件でメッキ処理した場合には、よ
り摩擦係数を低下させる効果を得ることがわかった。こ
れは、熱処理温度の条件が、前述したように分散してい
るテフロン粒子がゲル状になり、アルミニウム合金表面
に分散したテフロン粒子が溶けて形成される潤滑性メッ
キ膜の摩擦係数を低減させるのに効果が大きいといえ
る。
【0014】そして、パターンAを除くパターンB〜E
の試験片について、ディスク試験片11を回転させて動
作回数に応じて変化する摩擦係数の値を検出した。この
場合、パターンC以外のパターンB,D,Eでは、ピン
試験片12の接触面のハロゲン粒子がなくなるまで実験
を行い、パターンCについてはそれに対応するまでの実
験を行った。その結果、ピン試験片12にのみハロゲン
化処理したパターンB及びディスク試験片11にのみメ
ッキ処理したパターンCは、いずれも104 回転を過ぎ
たころから摩擦係数値が急激に上昇した。そして、パタ
ーンBでは、ピン試験片12のハロゲン化層が消耗し、
パターンCでは、ディスク試験片11のテフロン粒子が
減少してパターンAでの摩擦係数値を越えてしまった。
このとき、図3のグラフからもわかるように、ディスク
試験片11表面にメッキ層処理を施したパターンCの方
が耐久性に優れていることが確認できた。
【0015】一方、ディスク試験片11にメッキ処理、
ピン試験片12にハロゲン化処理を施したパターンD,
Eの場合には、摩擦係数が小さいためピン試験片12の
ハロゲン化処理されたハロゲン化層が摩耗しにくく、デ
ィスク試験片11の動作回数の増加に対して摩擦係数は
緩やかに上昇し、耐摩耗性が向上したことがわかる。こ
の場合、摩擦係数の上昇にともなってパターンDとパタ
ーンEとの値の差が開いていくことが確認できた。従っ
て、同じくディスク試験片11にPTFE分散Ni−P
メッキ及びピン試験片12にハロゲン化処理を施したも
のであっても、PTFE分散Ni―P複合メッキ処理を
熱処理温度を330度、処理時間を2時間とした条件で
行ったパターンEの場合が、耐摩耗性についてより効果
の高いものであることがここでも確認できた。
【0016】次に、PTFE分散Ni―P複合メッキ処
理の熱処理温度を変化させた場合の摩擦係数及びゴム摩
耗量の変化について行った実験結果について記す。図4
は、熱処理温度に対応する摩耗係数及びゴム摩耗量に関
するグラフを示したものである。本実験は、前記実験と
同様にディスク試験片11とピン試験片12とを使用
し、ピン試験片12は、ニトリルゴムにハロゲン化処置
を施したものとし、ディスク試験片11には、その表面
に施すPTFE分散Ni―P複合メッキの処理温度を変
化させた。そして、ディスク試験片11を10万回回転
させた後の摩擦係数及びゴム摩耗量について検出した。
【0017】その結果、図4のグラフに示すように摩擦
係数及びゴム摩耗量の両者が、ほぼ330度の温度で熱
処理した場合に最低値を示すことが明らかになった。こ
れは、ゲル状になったテフロン粒子が互いに融合し、同
時にテフロン粒子とニッケルリン合金内のテフロン粒子
とが融合することによって、アルミニウム合金表面に分
散したテフロン粒子が溶けた潤滑性メッキ膜が表面をな
めらかにするためであると考えられ、また、テフロン粒
子が互いに融合することでテフロン粒子の脱落が少なく
なるため、摩耗量も大幅に低減したと考えられる。
【0018】従って、本実施の形態では、前記パターン
D,Eの関係によって表面処理が施されたピストンシリ
ンダ等の摺動部材を形成する。即ち、ピストンに嵌合す
るピストンパッキンにハロゲン化処理を施し、シリンダ
内壁面にPTFE分散Ni―P複合メッキ層を形成すれ
ば、摺動面の摩擦係数の低下により耐摩耗性が向上する
ことはもちろん、ピストンシリンダの問題の一つである
スティックスリップ現象の防止が可能となる。また、ピ
ストンシリンダを長期放置しておいた場合でも、シリン
ダ内の潤滑切れによる始動時のかじりを防止することが
でき、安全性の面でも効果を発揮するものである。更
に、摩擦抵抗の減少により、推力効率の向上にも起因す
ることとなった。
【0019】なお、本発明は、上記実施の形態のものに
限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で
様々な変更が可能である。例えば、上記実施の形態で示
した実験例では、アルミニウム合金表面にPTFEを分
散粒子としたNi−P複合メッキ処理を施したが、分散
粒子にはPTFE以外にも窒化ホウ素やフッ化黒鉛であ
ってもよい。また、例えば、耐久性をさらに向上させる
ために、摺動部にテフロン系グリスを塗布するようにし
てもよい。
【0020】
【発明の効果】本発明は、ニトリルゴム表面にハロゲン
化処理が施された摺動体と、ポリテトラフルオロエチレ
ンが分散されたNi―P複合メッキが施されたゴム材か
らなる摺動体が摺動する金属製の摺動面とを組み合わせ
たことによって、摩擦係数の小さい、耐摩耗性に優れた
摺動部材を提供することが可能となった。また、本発明
は、摺動面に施されたNi―P複合メッキをテフロン粒
子がゲル状になる300乃至350度の温度で熱処理し
たことで、より摩擦係数の小さい、耐摩耗性に優れた摺
動部材を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】ニッケルリン合金内にテフロン粒子が分散され
た状態を示した図である。
【図2】本発明にかかる摺動部材の耐久性の実験を示し
た斜視図である。
【図3】本発明にかかる摺動部材の耐久性の実験結果を
グラフに示した図でる。
【図4】Ni―P複合メッキの熱処理温度に対応する摩
擦係数とゴム摩耗量をグラフに示した図である。
【符号の説明】
1 ニッケルリン合金 2 テフロン粒子 11 ディスク試験片 12 ピン試験片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C25D 15/02 C25D 15/02 J // C10N 10:16 20:00 40:02 50:08 (56)参考文献 特開 平3−174494(JP,A) 特開 平2−173472(JP,A) 特開 平2−219894(JP,A) 特開 昭58−81269(JP,A) 特開 平3−277868(JP,A) 実開 昭56−31546(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10M 103/00 - 103/06 C09K 3/10 F16J 1/00 - 1/24 F16J 9/00 - 9/28 C10N 40:02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニトリルゴム表面にハロゲン化処理が施
    された摺動体と、ポリテトラフルオロエチレンが分散さ
    れたNi―P複合メッキが施されたゴム材からなる前記
    摺動体が摺動する金属製の摺動面との組み合わせからな
    り、 前記摺動面に施されたNi−P複合メッキをテフロン粒
    子がゲル状になる300乃至350度の温度で熱処理す
    ることを特徴とする摺動部材。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の摺動部材において、 前記摺動体が、ピストンに嵌合されたピストンパッキン
    であり、前記摺動面が、シリンダの内壁面であることを
    特徴とする摺動部材。
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