JP3283998B2 - 摺動面構成体 - Google Patents
摺動面構成体Info
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は摺動面構成体、特に、摺
動面を形成する多数の角錐状金属結晶を備えた金属結晶
集合体よりなる摺動面構成体に関する。
動面を形成する多数の角錐状金属結晶を備えた金属結晶
集合体よりな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
えば内燃機関用ピストンにおいて、Ａｌ合金製母材の外
周面に、耐摩耗性の向上を狙って設けられるＦｅメッキ
層が知られている。
えば内燃機関用ピストンにおいて、Ａｌ合金製母材の外
周面に、耐摩耗性の向上を狙って設けられるＦｅメッキ
層が知られている。
【０００３】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
体はその摺動面が比較的平滑であることに起因してオイ
ル保持性、つまり保油性が十分でなく、耐焼付き性が乏
しいという問題があった。
力化の傾向にある現在の状況下では、従来の摺動面構成
体はその摺動面が比較的平滑であることに起因してオイ
ル保持性、つまり保油性が十分でなく、耐焼付き性が乏
しいという問題があった。
【０００４】そこで、本出願人は、先に、摺動面構成体
としてその摺動面に多数の角錐状金属結晶を有するもの
を開発した（例えば、特願平４−３５１３３３号明細書
および図面参照）。
としてその摺動面に多数の角錐状金属結晶を有するもの
を開発した（例えば、特願平４−３５１３３３号明細書
および図面参照）。
【０００５】このように構成すると、相隣る両角錐状金
属結晶は相互に食込んだ状態を呈し、したがって摺動面
にはオイル溜りとなる多数の微細な谷部が存在するの
で、摺動面構成体の保油性が良好となる。これにより摺
動面構成体の耐焼付き性の向上が図られる。
属結晶は相互に食込んだ状態を呈し、したがって摺動面
にはオイル溜りとなる多数の微細な谷部が存在するの
で、摺動面構成体の保油性が良好となる。これにより摺
動面構成体の耐焼付き性の向上が図られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記摺動面
構成体について種々検討を加えたところ、より苛酷な摺
動環境においては、角錐状金属結晶の硬さが比較的低い
ため、摺動に際し、角錐状金属結晶の先端部側が塑性変
形して摺動面の谷部が変形、消失等すると共に前記先端
部側が引きちぎられたように摩耗して鋸刃状となり、そ
の結果、谷部による保油性が低下し、また摩擦係数が増
大するため摺動特性が大幅に低下する、ということが判
明した。
構成体について種々検討を加えたところ、より苛酷な摺
動環境においては、角錐状金属結晶の硬さが比較的低い
ため、摺動に際し、角錐状金属結晶の先端部側が塑性変
形して摺動面の谷部が変形、消失等すると共に前記先端
部側が引きちぎられたように摩耗して鋸刃状となり、そ
の結果、谷部による保油性が低下し、また摩擦係数が増
大するため摺動特性が大幅に低下する、ということが判
明した。
【０００７】本発明は前記に鑑み、角錐状金属結晶の硬
さを向上させると共に摺動に際し、その角錐状金属結晶
の先端部側を、その高さ方向と交差する方向に剪断して
摩耗させることにより、谷部による保油性を確保し、ま
た面対面の摺動を現出させて摩擦係数を低減し、これに
より摺動特性を大いに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。
さを向上させると共に摺動に際し、その角錐状金属結晶
の先端部側を、その高さ方向と交差する方向に剪断して
摩耗させることにより、谷部による保油性を確保し、ま
た面対面の摺動を現出させて摩擦係数を低減し、これに
より摺動特性を大いに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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、摺動面を形成
する多数の角錐状金属結晶を備えた金属結晶集合体より
なる摺動面構成体において、前記摺動面における前記角
錐状金属結晶の面積率ＡがＡ≧４０％であり、また前記
金属結晶集合体はＨ（水素）を含有し、そのＨ含有量は
Ｈ≧０．０１重量％であって、そのＨの少なくとも一部
は前記角錐状金属結晶内に存在することを特徴とする。
する多数の角錐状金属結晶を備えた金属結晶集合体より
なる摺動面構成体において、前記摺動面における前記角
錐状金属結晶の面積率ＡがＡ≧４０％であり、また前記
金属結晶集合体はＨ（水素）を含有し、そのＨ含有量は
Ｈ≧０．０１重量％であって、そのＨの少なくとも一部
は前記角錐状金属結晶内に存在することを特徴とする。
【０００９】
【作用】角錐状金属結晶の面積率Ａを前記のように設定
すると、相隣る両角錐状金属結晶は相互に食込んだ状態
を呈し、したがって摺動面は、オイル溜りとなる多数の
微細な谷部を有する。
すると、相隣る両角錐状金属結晶は相互に食込んだ状態
を呈し、したがって摺動面は、オイル溜りとなる多数の
微細な谷部を有する。
【００１０】また金属結晶集合体におけるＨ含有量を前
記のように設定すると、角錐状金属結晶の硬さを高める
と共にそのＨの少なくとも一部を角錐状金属結晶内に存
在させることが可能である。
記のように設定すると、角錐状金属結晶の硬さを高める
と共にそのＨの少なくとも一部を角錐状金属結晶内に存
在させることが可能である。
【００１１】このような摺動面構成体においては、摺動
に際し、角錐状金属結晶の先端部側の塑性変形が回避さ
れると共にそのＨ含有に伴う脆性に起因して角錐状金属
結晶の先端部側は、その高さ方向と交差する方向に剪断
されて摩耗する。その結果、谷部による保油性が確保さ
れ、また面対面の摺動が現出するので摩擦係数が低減さ
れ、これにより摺動面構成体は優れた摺動特性を発揮す
る。
に際し、角錐状金属結晶の先端部側の塑性変形が回避さ
れると共にそのＨ含有に伴う脆性に起因して角錐状金属
結晶の先端部側は、その高さ方向と交差する方向に剪断
されて摩耗する。その結果、谷部による保油性が確保さ
れ、また面対面の摺動が現出するので摩擦係数が低減さ
れ、これにより摺動面構成体は優れた摺動特性を発揮す
る。
【００１２】なお、角錐状金属結晶の面積率ＡがＡ＜４
０％では谷部の存在量が減少するので望ましくない。一
方、Ｈ含有量がＨ＜０．０１重量％では角錐状金属結晶
の硬さ向上度合が低くなり、またその角錐状金属結晶内
のＨ存在量が減少するため前記剪断が行われなくなる。
一方、Ｈ含有量の上限値はＨ＝０．１重量％であること
が望ましく、Ｈ＞０．１重量％では、摺動面構成体の硬
さＨｍＶがＨｍＶ≧９００となるため、その摺動面構成
体が割れ易くなる。
０％では谷部の存在量が減少するので望ましくない。一
方、Ｈ含有量がＨ＜０．０１重量％では角錐状金属結晶
の硬さ向上度合が低くなり、またその角錐状金属結晶内
のＨ存在量が減少するため前記剪断が行われなくなる。
一方、Ｈ含有量の上限値はＨ＝０．１重量％であること
が望ましく、Ｈ＞０．１重量％では、摺動面構成体の硬
さＨｍＶがＨｍＶ≧９００となるため、その摺動面構成
体が割れ易くなる。
【００１３】
【実施例】図１において、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のランド部３1 および
スカート部３2 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。
合金製母材２を有し、その母材２のランド部３1 および
スカート部３2 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。
【００１４】図２に示すように、摺動面構成体４は、実
施例では体心立方構造（ｂｃｃ構造）を持つ金属結晶集
合体より構成され、その金属結晶集合体は、図３に示す
ように、母材２より柱状に成長し、且つミラー指数で
（ｈｈｈ）面を、摺動面４ａ側に向けた多数の（ｈｈ
ｈ）配向性金属結晶５を有する。またその集合体は、母
材２より柱状に成長し、且つミラー指数で（２ｈｈｈ）
面を摺動面４ａ側に向けた多数の（２ｈｈｈ）配向性金
属結晶を有する場合もある。
施例では体心立方構造（ｂｃｃ構造）を持つ金属結晶集
合体より構成され、その金属結晶集合体は、図３に示す
ように、母材２より柱状に成長し、且つミラー指数で
（ｈｈｈ）面を、摺動面４ａ側に向けた多数の（ｈｈ
ｈ）配向性金属結晶５を有する。またその集合体は、母
材２より柱状に成長し、且つミラー指数で（２ｈｈｈ）
面を摺動面４ａ側に向けた多数の（２ｈｈｈ）配向性金
属結晶を有する場合もある。
【００１５】前記のようにｂｃｃ構造を持つ金属結晶集
合体がミラー指数で（ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向け
た多数の（ｈｈｈ）配向性金属結晶５を有する場合、そ
れら（ｈｈｈ）配向性金属結晶５の先端部を、図４に示
すように摺動面４ａにおいて六角錐状金属結晶６に、ま
たは図５に示すように三角錐状金属結晶７に形成するこ
とができる。六角錐状金属結晶６は、三角錐状金属結晶
７に比べて平均粒径が小さく、且つ粒径も略均一であ
る。（ｈｈｈ）配向性金属結晶５において、粒径と高さ
との間には相関関係があり、したがって粒径が略均一で
ある、ということは高さも略等しいということである。
合体がミラー指数で（ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向け
た多数の（ｈｈｈ）配向性金属結晶５を有する場合、そ
れら（ｈｈｈ）配向性金属結晶５の先端部を、図４に示
すように摺動面４ａにおいて六角錐状金属結晶６に、ま
たは図５に示すように三角錐状金属結晶７に形成するこ
とができる。六角錐状金属結晶６は、三角錐状金属結晶
７に比べて平均粒径が小さく、且つ粒径も略均一であ
る。（ｈｈｈ）配向性金属結晶５において、粒径と高さ
との間には相関関係があり、したがって粒径が略均一で
ある、ということは高さも略等しいということである。
【００１６】またｂｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体が
ミラー指数で（２ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向けた多
数の（２ｈｈｈ）配向性金属結晶を有する場合、それら
（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の先端部を小角錐状金属結
晶に形成することができる。
ミラー指数で（２ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向けた多
数の（２ｈｈｈ）配向性金属結晶を有する場合、それら
（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の先端部を小角錐状金属結
晶に形成することができる。
【００１７】摺動面４ａにおいて、六、三角錐状金属結
晶６，７および小角錐状金属結晶といった角錐状金属結
晶の面積率ＡはＡ≧４０％に設定される。このように面
積率Ａを設定すると、例えば、図４に示すように六角錐
状金属結晶６において、相隣るものは相互に食込んだ状
態を呈し、したがって摺動面４ａは、オイル溜りとなる
多数の極微細な谷部８を有する。
晶６，７および小角錐状金属結晶といった角錐状金属結
晶の面積率ＡはＡ≧４０％に設定される。このように面
積率Ａを設定すると、例えば、図４に示すように六角錐
状金属結晶６において、相隣るものは相互に食込んだ状
態を呈し、したがって摺動面４ａは、オイル溜りとなる
多数の極微細な谷部８を有する。
【００１８】一方、金属結晶集合体におけるＨ含有量は
Ｈ≧０．０１重量％に設定される。このようにＨ含有量
を設定すると、六角錐状金属結晶６等の硬さを高めると
共にそのＨの少なくとも一部を六角錐状金属結晶６等の
内部に存在させることが可能である。
Ｈ≧０．０１重量％に設定される。このようにＨ含有量
を設定すると、六角錐状金属結晶６等の硬さを高めると
共にそのＨの少なくとも一部を六角錐状金属結晶６等の
内部に存在させることが可能である。
【００１９】このような摺動面構成体４においては、摺
動に際し、六角錐状金属結晶６等の先端部側の塑性変形
が回避されると共にそのＨ含有に伴う脆性に起因して六
角錐状金属結晶６等の先端部側は、その高さ方向と交差
する方向に剪断されて摩耗する。その結果、谷部８によ
る保油性が確保され、また面対面の摺動が現出するので
摩擦係数が低減され、これにより摺動面構成体４は優れ
た摺動特性を発揮する。
動に際し、六角錐状金属結晶６等の先端部側の塑性変形
が回避されると共にそのＨ含有に伴う脆性に起因して六
角錐状金属結晶６等の先端部側は、その高さ方向と交差
する方向に剪断されて摩耗する。その結果、谷部８によ
る保油性が確保され、また面対面の摺動が現出するので
摩擦係数が低減され、これにより摺動面構成体４は優れ
た摺動特性を発揮する。
【００２０】前記のような剪断が行なわれる理由の１つ
として、摺動テスト後における摺動面構成体縦断面の結
晶構造を示す顕微鏡写真から次のような現象を推測でき
る。例えば、六角錐状金属結晶６は、図６に示すように
多数の立方格子９を積重ねた構造を有し、その六角錐状
金属結晶６の内部における高さ方向ａと交差関係、図示
例では直交関係にある結晶面、したがって（ｈｈｈ）面
にＨの少なくとも一部が存在し、摺動に際しては、六角
錐状金属結晶６の先端部側が、図７に示すように所定の
（ｈｈｈ）面にて剪断される、と考えられる。この場
合、（ｈｈｈ）面は表面エネルギが高い結晶面であるか
ら、剪断により生じた平滑面はオイルに対する濡れ性が
良好であり、したがって摩耗後の摺動面４ａには直ちに
油膜が形成される。
として、摺動テスト後における摺動面構成体縦断面の結
晶構造を示す顕微鏡写真から次のような現象を推測でき
る。例えば、六角錐状金属結晶６は、図６に示すように
多数の立方格子９を積重ねた構造を有し、その六角錐状
金属結晶６の内部における高さ方向ａと交差関係、図示
例では直交関係にある結晶面、したがって（ｈｈｈ）面
にＨの少なくとも一部が存在し、摺動に際しては、六角
錐状金属結晶６の先端部側が、図７に示すように所定の
（ｈｈｈ）面にて剪断される、と考えられる。この場
合、（ｈｈｈ）面は表面エネルギが高い結晶面であるか
ら、剪断により生じた平滑面はオイルに対する濡れ性が
良好であり、したがって摩耗後の摺動面４ａには直ちに
油膜が形成される。
【００２１】図８に示すように、摺動面４ａに沿う仮想
面１０に対する（ｈｈｈ）面の傾きは六、三角錐状金属
結晶６，７の傾きとなって現われるので、摺動面構成体
４の保油性および耐摩耗性に影響を与える。そこで、
（ｈｈｈ）面が仮想面１０に対してなす傾き角θは０°
≦θ≦１５°に設定される。この場合、（ｈｈｈ）面の
傾き方向については限定されない。傾き角θがθ＞１５
°になると、摺動面構成体４の保油性および耐摩耗性が
低下する。この傾き角θは（２ｈｈｈ）面についても同
じである。
面１０に対する（ｈｈｈ）面の傾きは六、三角錐状金属
結晶６，７の傾きとなって現われるので、摺動面構成体
４の保油性および耐摩耗性に影響を与える。そこで、
（ｈｈｈ）面が仮想面１０に対してなす傾き角θは０°
≦θ≦１５°に設定される。この場合、（ｈｈｈ）面の
傾き方向については限定されない。傾き角θがθ＞１５
°になると、摺動面構成体４の保油性および耐摩耗性が
低下する。この傾き角θは（２ｈｈｈ）面についても同
じである。
【００２２】ｂｃｃ構造を持つ金属結晶としては、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の単体ま
たは合金の結晶を挙げることができる。
ｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の単体ま
たは合金の結晶を挙げることができる。
【００２３】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Ｆｅメッキ処理を行う場合のメッキ浴
条件は、表１の通りである。
理において、電気Ｆｅメッキ処理を行う場合のメッキ浴
条件は、表１の通りである。
【００２４】
【表１】 通電法としては、主としてパルス電流法が適用される。
パルス電流法においては、図９に示すように、メッキ用
電源の電流Ｉは、その電流Ｉが最小電流Ｉminから立上
って最大電流Ｉmax に至り、次いで最小電流Ｉmin へ下
降するごとく、時間Ｔの経過に伴いパルス波形を描くよ
うに制御される。
パルス電流法においては、図９に示すように、メッキ用
電源の電流Ｉは、その電流Ｉが最小電流Ｉminから立上
って最大電流Ｉmax に至り、次いで最小電流Ｉmin へ下
降するごとく、時間Ｔの経過に伴いパルス波形を描くよ
うに制御される。
【００２５】そして、電流Ｉの立上り開始時から下降開
始時までの通電時間をＴONとし、また先の立上り開始時
から次の立上り開始時までを１サイクルとして、そのサ
イクル時間をＴC としたとき、通電時間ＴONとサイクル
時間ＴC との比、即ち、時間比ＴON／ＴC はＴON／ＴC
≦０．４５に設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍ
ａｘはＣＤｍａｘ≧６Ａ／dm2 に、また平均陰極電流密
度ＣＤｍはＣＤｍ≧３Ａ／dm2 にそれぞれ設定される。
始時までの通電時間をＴONとし、また先の立上り開始時
から次の立上り開始時までを１サイクルとして、そのサ
イクル時間をＴC としたとき、通電時間ＴONとサイクル
時間ＴC との比、即ち、時間比ＴON／ＴC はＴON／ＴC
≦０．４５に設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍ
ａｘはＣＤｍａｘ≧６Ａ／dm2 に、また平均陰極電流密
度ＣＤｍはＣＤｍ≧３Ａ／dm2 にそれぞれ設定される。
【００２６】このようなパルス電流法を適用すると、メ
ッキ浴内において電流が流れたり、流れなかったりする
ことに起因して陰極近傍のイオン濃度が均一化され、こ
れにより摺動面構成体４の組成を安定化させることがで
きる。
ッキ浴内において電流が流れたり、流れなかったりする
ことに起因して陰極近傍のイオン濃度が均一化され、こ
れにより摺動面構成体４の組成を安定化させることがで
きる。
【００２７】前記電気Ｆｅメッキ処理において、メッキ
浴条件および通電条件を変えることによって（ｈｈｈ）
配向性Ｆｅ結晶または（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶の析
出、その存在量等を制御する。またＨ含有量は、主とし
てメッキ浴の温度を変えることによって制御される。こ
の場合摺動面構成体４におけるＨ含有量は極めて少ない
ので、その量を正確に制御するため、電気Ｆｅメッキ処
理中、メッキ浴と同一組成および同一温度に調整された
補充液を陽、陰極間に所定の供給量にて供給する。これ
を行わない場合には、陽、陰極間に存するメッキ浴が加
熱されてその温度にばらつきが生じるため、摺動面構成
体４におけるＨ含有量の制御が困難となる。
浴条件および通電条件を変えることによって（ｈｈｈ）
配向性Ｆｅ結晶または（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶の析
出、その存在量等を制御する。またＨ含有量は、主とし
てメッキ浴の温度を変えることによって制御される。こ
の場合摺動面構成体４におけるＨ含有量は極めて少ない
ので、その量を正確に制御するため、電気Ｆｅメッキ処
理中、メッキ浴と同一組成および同一温度に調整された
補充液を陽、陰極間に所定の供給量にて供給する。これ
を行わない場合には、陽、陰極間に存するメッキ浴が加
熱されてその温度にばらつきが生じるため、摺動面構成
体４におけるＨ含有量の制御が困難となる。
【００２８】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Ｗ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力 ０．２〜１Ｐａ、平均Ａｒ加速電
力 直流１〜１．５ｋＷ、母材温度 １５０〜３００℃
である。ＣＶＤ法によりＷメッキを行う場合の条件は、
例えば原材料 ＷＦ6、ガス流量 ２〜１５cc／min 、
チャンバ内圧力 ５０〜３００Ｐａ、母材温度４００〜
６００℃、ＡｒＦエキシマレーザの平均出力 ５〜４０
Ｗである。この気相メッキ法において、チャンバ内にＨ
を流通させることにより、金属結晶集合体にＨを含有さ
せることができる。
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Ｗ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力 ０．２〜１Ｐａ、平均Ａｒ加速電
力 直流１〜１．５ｋＷ、母材温度 １５０〜３００℃
である。ＣＶＤ法によりＷメッキを行う場合の条件は、
例えば原材料 ＷＦ6、ガス流量 ２〜１５cc／min 、
チャンバ内圧力 ５０〜３００Ｐａ、母材温度４００〜
６００℃、ＡｒＦエキシマレーザの平均出力 ５〜４０
Ｗである。この気相メッキ法において、チャンバ内にＨ
を流通させることにより、金属結晶集合体にＨを含有さ
せることができる。
【００２９】以下、具体例について説明する。
【００３０】Ａｌ合金よりなる母材２のランド部３1 お
よびスカート部３2 外周面に、電気Ｆｅメッキ処理を施
すことによりＦｅ結晶の集合体より構成された厚さ１５
μｍの摺動面構成体４を形成して複数の内燃機関用ピス
トン１を製造した。
よびスカート部３2 外周面に、電気Ｆｅメッキ処理を施
すことによりＦｅ結晶の集合体より構成された厚さ１５
μｍの摺動面構成体４を形成して複数の内燃機関用ピス
トン１を製造した。
【００３１】摺動面構成体の各例において、表２は例１
〜８の、表３は例９〜１５の電気Ｆｅメッキ処理条件を
それぞれ示す。なお、メッキ処理時間は、例１〜１５に
おける厚さを前記のように１５μｍに設定すべく、１０
〜６０分間の範囲内で種々変化させた。また前記補充液
の供給量は０．５リットル／min に設定された。
〜８の、表３は例９〜１５の電気Ｆｅメッキ処理条件を
それぞれ示す。なお、メッキ処理時間は、例１〜１５に
おける厚さを前記のように１５μｍに設定すべく、１０
〜６０分間の範囲内で種々変化させた。また前記補充液
の供給量は０．５リットル／min に設定された。
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】 表４は例１〜８、表５は例９〜１５に関する摺動面の結
晶形態、摺動面における三、六角錐状Ｆｅ結晶の面積率
Ａおよび粒径、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓ、Ｈ含有量
ならびに摺動面構成体縦断面における硬さをそれぞれ示
す。
晶形態、摺動面における三、六角錐状Ｆｅ結晶の面積率
Ａおよび粒径、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓ、Ｈ含有量
ならびに摺動面構成体縦断面における硬さをそれぞれ示
す。
【００３４】
【表４】
【００３５】
【表５】 三、六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａは、摺動面の面積を
ａ、その摺動面において全部の三、六角錐状Ｆｅ結晶が
占める面積をｂとしたとき、Ａ＝（ｂ／ａ）×１００
（％）として求められた。また六角錐状Ｆｅ結晶の粒径
は、頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三
つの距離の平均値である。三角錐状Ｆｅ結晶の粒径は、
各角部から頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三
つの距離の平均値である。Ｈ含有量の測定には、日本工
業規格に規定された熱伝導度法が採用された。各表にお
けるＨ含有量は金属結晶集合体、したがって摺動面構成
体全体における値である。
ａ、その摺動面において全部の三、六角錐状Ｆｅ結晶が
占める面積をｂとしたとき、Ａ＝（ｂ／ａ）×１００
（％）として求められた。また六角錐状Ｆｅ結晶の粒径
は、頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三
つの距離の平均値である。三角錐状Ｆｅ結晶の粒径は、
各角部から頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三
つの距離の平均値である。Ｈ含有量の測定には、日本工
業規格に規定された熱伝導度法が採用された。各表にお
けるＨ含有量は金属結晶集合体、したがって摺動面構成
体全体における値である。
【００３６】存在率Ｓは、例１〜１５のＸ線回折図（Ｘ
線照射方向は摺動面に対して直角方向）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５
について説明すると、図１０は例５のＸ線回折図であ
り、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは次式から求められ
た。なお、例えば｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶とは、｛１
１０｝面を摺動面４ａ側に向けた配向性Ｆｅ結晶を意味
する。 ｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ110 ＝｛（Ｉ110 ／ＩＡ
110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ
200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ
211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ
310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ
222 ）／Ｔ｝×１００ ここで、Ｉ110 、Ｉ200 、Ｉ211 、Ｉ310 、Ｉ222 は各
結晶面のＸ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、また
ＩＡ110 、ＩＡ200 、ＩＡ211 、ＩＡ310 、ＩＡ222 は
ＡＳＴＭカードにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、
ＩＡ110 ＝１００、ＩＡ200 ＝２０、ＩＡ211 ＝３０、
ＩＡ310 ＝１２、ＩＡ222 ＝６である。さらにＴは、Ｔ
＝（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）＋（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）＋（Ｉ
211 ／ＩＡ211 ）＋（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）＋（Ｉ222 ／
ＩＡ222 ）である。
線照射方向は摺動面に対して直角方向）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５
について説明すると、図１０は例５のＸ線回折図であ
り、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは次式から求められ
た。なお、例えば｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶とは、｛１
１０｝面を摺動面４ａ側に向けた配向性Ｆｅ結晶を意味
する。 ｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ110 ＝｛（Ｉ110 ／ＩＡ
110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ
200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ
211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ
310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ
222 ）／Ｔ｝×１００ ここで、Ｉ110 、Ｉ200 、Ｉ211 、Ｉ310 、Ｉ222 は各
結晶面のＸ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、また
ＩＡ110 、ＩＡ200 、ＩＡ211 、ＩＡ310 、ＩＡ222 は
ＡＳＴＭカードにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、
ＩＡ110 ＝１００、ＩＡ200 ＝２０、ＩＡ211 ＝３０、
ＩＡ310 ＝１２、ＩＡ222 ＝６である。さらにＴは、Ｔ
＝（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）＋（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）＋（Ｉ
211 ／ＩＡ211 ）＋（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）＋（Ｉ222 ／
ＩＡ222 ）である。
【００３７】図１１は例５における摺動面の結晶構造を
示す顕微鏡写真であり、多数の六角錐状Ｆｅ結晶が観察
される。この場合、表４に示すように、六角錐状Ｆｅ結
晶の面積率ＡはＡ＝９０％である。この六角錐状Ｆｅ結
晶は（ｈｈｈ）面、したがって｛２２２｝面を摺動面側
に向けた｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶であり、その｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは、表４、図１０に示す
ように、Ｓ＝９０．９％である。
示す顕微鏡写真であり、多数の六角錐状Ｆｅ結晶が観察
される。この場合、表４に示すように、六角錐状Ｆｅ結
晶の面積率ＡはＡ＝９０％である。この六角錐状Ｆｅ結
晶は（ｈｈｈ）面、したがって｛２２２｝面を摺動面側
に向けた｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶であり、その｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは、表４、図１０に示す
ように、Ｓ＝９０．９％である。
【００３８】図１２は、例１〜１５におけるＨ含有量と
硬さとの関係をグラフ化したものである。図中、点
（１）〜（１５）は例１〜１５にそれぞれ対応する。図
１２より、Ｈ含有量をＨ≧０．０１重量％に設定する
と、硬さが急激に上昇することが判る。
硬さとの関係をグラフ化したものである。図中、点
（１）〜（１５）は例１〜１５にそれぞれ対応する。図
１２より、Ｈ含有量をＨ≧０．０１重量％に設定する
と、硬さが急激に上昇することが判る。
【００３９】次に、例１〜１５を有するディスクを作製
し、それらについて、潤滑下でチップオンディスク方式
による摺動テストを行って、各例の摩擦係数μを測定し
たところ、表６の結果を得た。テスト条件は次の通りで
ある。チップの材質 ＪＩＳＦＣ２５、ディスクの材質
Ａｌ−１０重量％Ｓｉ合金、ディスクの回転速度１５
ｍ／sec 、給油量 ４０cc／min 、チップの摺動面の面
積 ２cm2 、チップに対する圧力 １０ＭＰａ。
し、それらについて、潤滑下でチップオンディスク方式
による摺動テストを行って、各例の摩擦係数μを測定し
たところ、表６の結果を得た。テスト条件は次の通りで
ある。チップの材質 ＪＩＳＦＣ２５、ディスクの材質
Ａｌ−１０重量％Ｓｉ合金、ディスクの回転速度１５
ｍ／sec 、給油量 ４０cc／min 、チップの摺動面の面
積 ２cm2 、チップに対する圧力 １０ＭＰａ。
【００４０】
【表６】 図１３は、例１〜１５に関するＨ含有量および三、六角
錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、摩擦係数μとの関係を示
す。図中、点（１）〜（１５）は例１〜１５にそれぞれ
対応する。
錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、摩擦係数μとの関係を示
す。図中、点（１）〜（１５）は例１〜１５にそれぞれ
対応する。
【００４１】図１４は、例１の前記摺動テスト後におけ
る縦断面の結晶構造を示す顕微鏡写真であり、また図１
５は、例５の前記摺動テスト後における縦断面の結晶構
造を示す顕微鏡写真である。
る縦断面の結晶構造を示す顕微鏡写真であり、また図１
５は、例５の前記摺動テスト後における縦断面の結晶構
造を示す顕微鏡写真である。
【００４２】図１３から明らかなように、三、六角錐状
Ｆｅ結晶の面積率ＡをＡ≧４０％に、またＨ含有量をＨ
≧０．０１重量％にそれぞれ設定された例３〜５、７，
８，１１，１２は他の例に比べて摩擦係数μが低減して
いる。
Ｆｅ結晶の面積率ＡをＡ≧４０％に、またＨ含有量をＨ
≧０．０１重量％にそれぞれ設定された例３〜５、７，
８，１１，１２は他の例に比べて摩擦係数μが低減して
いる。
【００４３】これは、代表例である例５について図１５
に示すように、六角錐状Ｆｅ結晶の先端部側の塑性変形
が回避され、またその先端部側が｛２２２｝面にて剪断
されて摩耗することにより台形状をなす、即ち面対面の
摺動が現出することに起因する。例１の場合、図１４に
示すように、六角錐状Ｆｅ結晶の先端部側が塑性変形す
ると共にその先端部側が引きちぎられたように摩耗して
鋸刃状をなす。
に示すように、六角錐状Ｆｅ結晶の先端部側の塑性変形
が回避され、またその先端部側が｛２２２｝面にて剪断
されて摩耗することにより台形状をなす、即ち面対面の
摺動が現出することに起因する。例１の場合、図１４に
示すように、六角錐状Ｆｅ結晶の先端部側が塑性変形す
ると共にその先端部側が引きちぎられたように摩耗して
鋸刃状をなす。
【００４４】摩擦係数μの低減効果は、同一面積率Ａお
よび同一Ｈ含有量において、六角錐状Ｆｅ結晶を有する
例３〜５の方が三角錐状Ｆｅ結晶を有する例７，８に比
べて大きい。したがって摺動特性向上の観点からは、摺
動面を六角錐状Ｆｅ結晶によって形成する方が有利であ
る。例１３〜１５の場合、三角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａ
がＡ＜４０重量％であって摺動抵抗が高いため、摩擦係
数μは他の例に比べて高く、またＨ含有量と無関係に略
一定である。前記のような摺動状況は無潤滑下において
も同様である。
よび同一Ｈ含有量において、六角錐状Ｆｅ結晶を有する
例３〜５の方が三角錐状Ｆｅ結晶を有する例７，８に比
べて大きい。したがって摺動特性向上の観点からは、摺
動面を六角錐状Ｆｅ結晶によって形成する方が有利であ
る。例１３〜１５の場合、三角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａ
がＡ＜４０重量％であって摺動抵抗が高いため、摩擦係
数μは他の例に比べて高く、またＨ含有量と無関係に略
一定である。前記のような摺動状況は無潤滑下において
も同様である。
【００４５】図１６に示すように、柱状（ｈｈｈ）配向
性金属結晶５が、その（ｈｈｈ）面が前記傾き角θを持
つように成長している場合には、その高さ方向ａと筋交
いの関係にあり、且つ（ｈｈｈ）面に対する傾き角がθ
である結晶面、即ち、（ｈｈ０）面または（２ｈｈｈ）
面において前記剪断が発生すると推測される。
性金属結晶５が、その（ｈｈｈ）面が前記傾き角θを持
つように成長している場合には、その高さ方向ａと筋交
いの関係にあり、且つ（ｈｈｈ）面に対する傾き角がθ
である結晶面、即ち、（ｈｈ０）面または（２ｈｈｈ）
面において前記剪断が発生すると推測される。
【００４６】なお、前記摺動面構成体はピストンに限ら
ず、ピストンピン、ピストンリング等の各種摺動部材に
適用される。
ず、ピストンピン、ピストンリング等の各種摺動部材に
適用される。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定され
た構造を具備することによって、高面圧下等のより苛酷
な摺動環境下で用いられた場合にも、優れた摺動特性を
発揮する摺動面構成体を提供することができる。
た構造を具備することによって、高面圧下等のより苛酷
な摺動環境下で用いられた場合にも、優れた摺動特性を
発揮する摺動面構成体を提供することができる。
【図１】ピストンの要部破断正面図である。
【図２】体心立方構造およびその（ｈｈｈ）面、（２ｈ
ｈｈ）面を示す斜視図である。
ｈｈ）面を示す斜視図である。
【図３】摺動面構成体の要部拡大縦断面図である。
【図４】摺動面構成体の要部拡大平面図である。
【図５】三角錐状金属結晶の拡大平面図である。
【図６】角錐状金属結晶の模型図である。
【図７】角錐状金属結晶の摩耗を説明する模型図であ
る。
る。
【図８】体心立方構造における（ｈｈｈ）面の傾きを示
す説明図である。
す説明図である。
【図９】電気メッキ用電源の出力波形図である。
【図１０】摺動面構成体のＸ線回折図である。
【図１１】摺動面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図１２】Ｈ含有量と硬さの関係を示すグラフである。
【図１３】Ｈ含有量と摩擦係数の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図１４】摺動テスト後の摺動面構成体の一例における
縦断面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
縦断面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図１５】摺動テスト後の摺動面構成体の他例における
縦断面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
縦断面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図１６】傾きを持つ柱状（ｈｈｈ）配向性金属結晶の
説明図である。
説明図である。
４ 摺動面構成体 ４ａ 摺動面 ５ （ｈｈｈ）配向性金属結晶 ６ 六角錐状金属結晶（角錐状金属結晶） ７ 三角錐状金属結晶（角錐状金属結晶）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堂坂 健児 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 特許2849995（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25D 7/00 C25D 7/10 F16C 33/12 F16J 1/01
Claims (3)
- 【請求項１】 摺動面（４ａ）を形成する多数の角錐状
金属結晶（６，７）を備えた金属結晶集合体よりなる摺
動面構成体において、前記摺動面（４ａ）における前記
角錐状金属結晶（６，７）の面積率ＡがＡ≧４０％であ
り、また前記金属結晶集合体はＨを含有し、そのＨ含有
量はＨ≧０．０１重量％であって、そのＨの少なくとも
一部は前記角錐状金属結晶（６，７）内に存在すること
を特徴とする摺動面構成体。 - 【請求項２】 前記角錐状金属結晶（６，７）は体心立
方構造を有し、且つミラー指数で（ｈｈｈ）面を摺動面
（４ａ）側に向けた（ｈｈｈ）配向性金属結晶（５）で
ある、請求項１記載の摺動面構成体。 - 【請求項３】 前記角錐状金属結晶は六角錐状金属結晶
（６）である、請求項１または２記載の摺動面構成体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14116194A JP3283998B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 摺動面構成体 |
| US08/424,873 US5547771A (en) | 1994-04-18 | 1995-04-17 | High-hardness metal skin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14116194A JP3283998B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 摺動面構成体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332493A JPH07332493A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3283998B2 true JP3283998B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=15285558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14116194A Expired - Fee Related JP3283998B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-05-31 | 摺動面構成体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3283998B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP14116194A patent/JP3283998B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07332493A (ja) | 1995-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080301 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090301 Year of fee payment: 7 |
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