JP5763390B2 - 摺動部材の製造方法及び摺動部材 - Google Patents
摺動部材の製造方法及び摺動部材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5763390B2 JP5763390B2 JP2011084394A JP2011084394A JP5763390B2 JP 5763390 B2 JP5763390 B2 JP 5763390B2 JP 2011084394 A JP2011084394 A JP 2011084394A JP 2011084394 A JP2011084394 A JP 2011084394A JP 5763390 B2 JP5763390 B2 JP 5763390B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silver
- resin
- resin material
- layer
- sliding member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 234
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 233
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 233
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 206
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 206
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 131
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 115
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 20
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 18
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 15
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims description 10
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 6
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 3
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 123
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 57
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 45
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 36
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 34
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 33
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- ZWRUINPWMLAQRD-UHFFFAOYSA-N nonan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCO ZWRUINPWMLAQRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N propylene glycol methyl ether acetate Chemical compound COCC(C)OC(C)=O LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000897 Babbitt (metal) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000007550 Rockwell hardness test Methods 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 239000005456 alcohol based solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- -1 or Further Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- HKSGQTYSSZOJOA-UHFFFAOYSA-N potassium argentocyanide Chemical compound [K+].[Ag+].N#[C-].N#[C-] HKSGQTYSSZOJOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 150000003378 silver Chemical class 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、基材の表面に銀皮膜を施して摺動面を形成する摺動部材の製造方法及び摺動部材に関し、特に、基材と銀皮膜との密着性を改善する技術に関する。
近年、温暖化ガスである二酸化炭素（ＣＯ2ガス）の排出削減が世界的な課題となりつつあり、二酸化炭素の排出源である自動車においても二酸化炭素の排出削減が強く要請されている。このため、自動車における摺動部材とその相手材である被摺動部材との間のフリクションの低減が図られており、例えば、内燃機関のピストン（摺動部材）の摺動面に表面処理を施すことによって、燃費の向上、焼き付けの防止、及び、異音の発生の防止が可能となることが判明している。
この種の表面処理の手法として、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）基材をエッチング液及び水溶性金属塩（例えば、銀）を含む化成処理液に浸漬して、このエッチング液によりアルミニウム基材の表面に粗面化処理を施すとほぼ同時に、水溶性金属塩を組成する金属がアルミニウム基材の表面に金属皮膜を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この種の表面処理の手法として、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）基材をエッチング液及び水溶性金属塩（例えば、銀）を含む化成処理液に浸漬して、このエッチング液によりアルミニウム基材の表面に粗面化処理を施すとほぼ同時に、水溶性金属塩を組成する金属がアルミニウム基材の表面に金属皮膜を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記した従来技術では、アルミニウム基材の表面に、直接、金属皮膜を形成するものであり、アルミニウム基材と金属皮膜との接合力が弱い。このため、この金属皮膜を施したアルミニウム基材を、例えば、内燃機関のピストンなどの過酷な環境下で実際に使用した場合には、アルミニウム基材と金属皮膜との密着性が十分でないことにより、この金属皮膜の剥離が生じてしまうといった問題がある。
一方、アルミニウム基材の表面に銀皮膜を施す手法として、アルミニウム基材を銀シアン化カリウムめっき液に浸漬するとともに、このアルミニウム基材を陰極として通電し、当該基材の表面に銀皮膜を形成する電気めっき法が行われている。しかし、一般的に電気めっきを用いて皮膜を形成する場合、専用の電源装置が必要となり、設備が大掛かりとなることに加え、シアン塩を用いることから廃水処理に多大なコストが発生する。さらに、アルミニウム基材に化成皮膜を形成する場合には、不純物が多く含有されることになり、皮膜の純度が低下し、皮膜の熱伝導性が低下するため、摺動特性の低い膜になってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面と銀皮膜との密着性の向上を図った摺動部材及びこの摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、摺動に最適な純度の高い銀皮膜を簡易な手法で形成するとともに高い密着性を確保し、かつ、製造プロセスから有害物質の使用を排除することを目的とする。
一方、アルミニウム基材の表面に銀皮膜を施す手法として、アルミニウム基材を銀シアン化カリウムめっき液に浸漬するとともに、このアルミニウム基材を陰極として通電し、当該基材の表面に銀皮膜を形成する電気めっき法が行われている。しかし、一般的に電気めっきを用いて皮膜を形成する場合、専用の電源装置が必要となり、設備が大掛かりとなることに加え、シアン塩を用いることから廃水処理に多大なコストが発生する。さらに、アルミニウム基材に化成皮膜を形成する場合には、不純物が多く含有されることになり、皮膜の純度が低下し、皮膜の熱伝導性が低下するため、摺動特性の低い膜になってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面と銀皮膜との密着性の向上を図った摺動部材及びこの摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、摺動に最適な純度の高い銀皮膜を簡易な手法で形成するとともに高い密着性を確保し、かつ、製造プロセスから有害物質の使用を排除することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材に銀を成膜して摺動面を形成する摺動部材の製造方法であって、前記基材の表面に熱硬化性を有する樹脂材を塗布し、この樹脂材が硬化する前に極性溶媒に銀粒子を分散させた懸濁溶液を前記樹脂材上にコーティングし、前記コーティングした前記懸濁溶液、前記樹脂材及び前記基材を加熱して、前記樹脂材を硬化させるとともに前記極性溶媒を除去し、当該樹脂材の表面に前記銀粒子同士を融着させて前記摺動面を形成したことを特徴とする。
この構成によれば、銀粒子の融着により形成された銀皮膜と基材とが、樹脂材を硬化させた樹脂層を介して接合されるため、これら基材と銀皮膜との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。さらに、硬化する前の液状態にある樹脂材上に銀粒子を分散させた懸濁溶液をコーティングすることにより、これら樹脂材と懸濁溶液との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層が形成され、この相互混合層により銀皮膜と樹脂層とが密着されるため、当該銀皮膜と樹脂層との接合力を向上させることができる。さらに、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層を形成する工程と、この樹脂層の外周面に銀皮膜層を形成する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
この構成によれば、銀粒子の融着により形成された銀皮膜と基材とが、樹脂材を硬化させた樹脂層を介して接合されるため、これら基材と銀皮膜との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。さらに、硬化する前の液状態にある樹脂材上に銀粒子を分散させた懸濁溶液をコーティングすることにより、これら樹脂材と懸濁溶液との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層が形成され、この相互混合層により銀皮膜と樹脂層とが密着されるため、当該銀皮膜と樹脂層との接合力を向上させることができる。さらに、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層を形成する工程と、この樹脂層の外周面に銀皮膜層を形成する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
また、本発明は、上記構成において、前記極性溶媒中に分散させる前記銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことを特徴とする。銀粒子の平均粒径が大きくなると、これら銀粒子間の隙間が大きくなり、銀粒子を熱融着した際の銀皮膜中に存在する空隙が大きくなる。このため、単位体積当たりの銀皮膜に存在する銀金属の体積の比率（本明細書では、この比率を銀純度という）が小さくなり、銀皮膜の熱伝導度が低下することとなる。本構成では、銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜中の銀純度を所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高い摺動部材を形成することができる。
また、本発明は、上記構成において、前記加熱を行う際の加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたことを特徴とする。例えば、ナノサイズに調整された銀粒子は１６０℃以上に加熱すると熱融着する。一方、２４０℃以上に加熱すると、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の比強度（単位重量あたりの強度）が低下する。このため、本構成では、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズの銀粒子を熱融着させることができる。
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂材として、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかを用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂材に銀粒子を分散させたことを特徴とする。この構成によれば、懸濁溶液、樹脂材及び基材を加熱する際に、懸濁溶液中の銀粒子と樹脂材中の銀粒子とが融着することにより、銀皮膜と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂材に銀粒子を分散させたことを特徴とする。この構成によれば、懸濁溶液、樹脂材及び基材を加熱する際に、懸濁溶液中の銀粒子と樹脂材中の銀粒子とが融着することにより、銀皮膜と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂材中に分散される前記銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことを特徴とする。樹脂材（樹脂層）中の銀粒子の平均粒径が４μｍよりも小さい場合には、この銀粒子と銀皮膜との接触面積が小さくなるため、樹脂層と銀皮膜との接合力が低下する。一方、樹脂材中の銀粒子の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合には、この銀粒子が樹脂材中に分散しにくくなる。このため、本構成では、樹脂材中の銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂材中の銀粒子と銀皮膜との接合力を向上させることができる。
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の酸化膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする。この構成によれば、基材の表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面と樹脂材が硬化して形成される樹脂層との密着性が向上する。また、本発明は、上記構成において、前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の少なくとも一部に凹凸を形成することを特徴とする。この構成によれば、凹凸を形成することにより、基材の表面と樹脂材との接触面積が増大するとともに、この樹脂材が凹部に侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、当該樹脂材が硬化して形成される樹脂層と基材との密着性を向上することができる。
また、本発明は、上記構成において、前記コーティングは、スクリーン印刷法により行うことを特徴とする。この構成によれば、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂材上に簡単にコーティングすることができる。また、本発明は、上記構成において、前記摺動部材は、ピストンであることを特徴とする。
本発明によれば、銀粒子の融着により形成された銀皮膜と基材とが、樹脂材を硬化させた樹脂層を介して接合されるため、これら基材と銀皮膜との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。さらに、硬化する前の液状態にある樹脂材上に銀粒子を分散させた懸濁溶液をコーティングすることにより、これら樹脂材と懸濁溶液との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層が形成され、この相互混合層により銀皮膜と樹脂層とが密着されるため、当該銀皮膜と樹脂層との接合力を向上させることができる。さらに、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層を形成する工程と、この樹脂層の外周面に銀皮膜層を形成する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
また、本発明によれば、銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜中の銀純度を所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高い摺動部材を形成することができる。
また、本発明によれば、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズの銀粒子を熱融着させることができる。
また、本発明によれば、前記樹脂材に銀粒子を分散させたため、懸濁溶液、樹脂材及び基材を加熱する際に、懸濁溶液中の銀粒子と樹脂材中の銀粒子とが融着することにより、銀皮膜と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
また、本発明によれば、樹脂材中の銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂材中の銀粒子と銀皮膜との接合力を向上させることができる。
また、本発明によれば、前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の酸化膜の少なくとも一部を除去するため、基材の表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金の新生面が表れることで、この新生面と樹脂材が硬化して形成される樹脂層との密着性が向上する。
また、本発明によれば、前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の少なくとも一部に凹凸を形成するため、この凹凸により基材の表面と樹脂材との接触面積が増大するとともに、この樹脂材が凹部に侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、当該樹脂材が硬化して形成される樹脂層と基材との密着性を向上することができる。
また、本発明は、上記構成において、前記コーティングは、スクリーン印刷法により行うことを特徴とする。この構成によれば、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂材上に簡単にコーティングすることができる。
また、本発明は、コーティングは、スクリーン印刷法により行うため、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂層上に簡単にコーティングすることができる。
また、本発明によれば、銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜中の銀純度を所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高い摺動部材を形成することができる。
また、本発明によれば、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズの銀粒子を熱融着させることができる。
また、本発明によれば、前記樹脂材に銀粒子を分散させたため、懸濁溶液、樹脂材及び基材を加熱する際に、懸濁溶液中の銀粒子と樹脂材中の銀粒子とが融着することにより、銀皮膜と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
また、本発明によれば、樹脂材中の銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂材中の銀粒子と銀皮膜との接合力を向上させることができる。
また、本発明によれば、前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の酸化膜の少なくとも一部を除去するため、基材の表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金の新生面が表れることで、この新生面と樹脂材が硬化して形成される樹脂層との密着性が向上する。
また、本発明によれば、前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の少なくとも一部に凹凸を形成するため、この凹凸により基材の表面と樹脂材との接触面積が増大するとともに、この樹脂材が凹部に侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、当該樹脂材が硬化して形成される樹脂層と基材との密着性を向上することができる。
また、本発明は、上記構成において、前記コーティングは、スクリーン印刷法により行うことを特徴とする。この構成によれば、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂材上に簡単にコーティングすることができる。
また、本発明は、コーティングは、スクリーン印刷法により行うため、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂層上に簡単にコーティングすることができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明にかかる摺動部材としてのピストン１の一実施形態を示す側面図である。図１は皮膜層２の一部を破断して描かれている。図２は、ピストン１の皮膜層２を示す側断面図である。図２は、ピストン１が往復運動するシリンダボア３の一部を合わせて描かれている。
図１は、本発明にかかる摺動部材としてのピストン１の一実施形態を示す側面図である。図１は皮膜層２の一部を破断して描かれている。図２は、ピストン１の皮膜層２を示す側断面図である。図２は、ピストン１が往復運動するシリンダボア３の一部を合わせて描かれている。
ピストン（摺動部材）１は、図１に示すように、アルミニウム合金製の本体（基材）１０を備える。この本体１０はランド部１０Ａとスカート部１０Ｂとを備えて略円筒形状に形成され、スカート部１０Ｂにおける本体１０の外周面（表面）１１に皮膜層２が形成されている。この皮膜層２は、図２に示すように、本体１０の外周面１１に密着される樹脂層２０と、この樹脂層２０の外周面（表面）２０Ａに密着される銀皮膜層２１とを備え、この銀皮膜層２１と樹脂層２０との界面３０には、銀皮膜層２１の銀と樹脂層２０の樹脂材料（樹脂材）とが、相互に物理的に混合された状態で存在する相互混合層２６が形成されている。この相互混合層２６は、銀と樹脂材料とが化学的に結合するものではなく、樹脂層２０の外周面２０Ａに凹凸を形成し、この凹凸に銀を侵入させることにより、いわゆるアンカー効果を生じさせ、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性を向上させるものである。
銀皮膜層２１は、被摺動部材としての鋳鉄製のシリンダボア３の内壁３Ａに対する摺動面２２を形成し、この摺動面２２は、ピストン１（スカート部１０Ｂ）が矢印Ｘ方向に移動した際に、潤滑油（不図示）を介して、シリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触（摺動）する。
銀は、一般に、硬度が軟らかく、熱伝導性に優れた金属である。このため、銀皮膜層２１をピストン１の摺動面２２として形成することにより、この銀皮膜層２１が初動時にシリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触する際に容易に磨滅（初期磨滅）して変形するため、内壁３Ａとのフリクションを低減した摺動特性に優れた摺動面２２を簡易に実現できる。さらに、銀皮膜層２１に伝達された熱を、潤滑油を介して、早期に外部に放出することができ、本体１０の冷却効率を高めることができる。なお、この図２は、皮膜層２を模式的に表したものであるため、樹脂層２０、銀皮膜層２１もしくは相互混合層２６の厚み、および、凹部１１Ａの大きさ（深さ）がそれぞれ相対的な関係を示すものではない。
銀は、一般に、硬度が軟らかく、熱伝導性に優れた金属である。このため、銀皮膜層２１をピストン１の摺動面２２として形成することにより、この銀皮膜層２１が初動時にシリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触する際に容易に磨滅（初期磨滅）して変形するため、内壁３Ａとのフリクションを低減した摺動特性に優れた摺動面２２を簡易に実現できる。さらに、銀皮膜層２１に伝達された熱を、潤滑油を介して、早期に外部に放出することができ、本体１０の冷却効率を高めることができる。なお、この図２は、皮膜層２を模式的に表したものであるため、樹脂層２０、銀皮膜層２１もしくは相互混合層２６の厚み、および、凹部１１Ａの大きさ（深さ）がそれぞれ相対的な関係を示すものではない。
本体１０（スカート部１０Ｂ）の外周面１１には、微細な凹部１１Ａが形成されている。具体的には、凹部１１Ａは、外周面１１に向けて所定の粒径（例えば、１０μｍ）に調整された投射材を圧縮空気等で投射するショットブラスト法により形成される。この凹部１１Ａは、本体１０の外周面１１と樹脂層２０との接触面積を増大させるためのものである。これにより、本体１０の外周面１１に樹脂層２０（皮膜層２）を形成した際に、この樹脂層２０が凹部１１Ａに侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、本体１０と樹脂層２０との密着性を向上することができる。
本体１０は、アセトン溶液内に浸漬された状態で所定時間（１０分間）超音波洗浄が施されて、外周面１１に付着した油脂分が除去されたのち、この外周面１１に硬化する前の液状の樹脂材料が塗布される。また、本構成では、樹脂材料を塗布する前に、外周面１１に形成された酸化膜（酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3））の少なくとも一部を除去することが望ましい。これによれば、本体１０の外周面１１にアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面と樹脂層２０との密着性が向上する。
本体１０は、アセトン溶液内に浸漬された状態で所定時間（１０分間）超音波洗浄が施されて、外周面１１に付着した油脂分が除去されたのち、この外周面１１に硬化する前の液状の樹脂材料が塗布される。また、本構成では、樹脂材料を塗布する前に、外周面１１に形成された酸化膜（酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3））の少なくとも一部を除去することが望ましい。これによれば、本体１０の外周面１１にアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面と樹脂層２０との密着性が向上する。
樹脂層２０は、耐熱性に優れた熱硬化性の樹脂材料であるポリアミドイミド（PAI：Polyamide Imide）樹脂２４で形成され、液状のポリアミドイミド樹脂２４を本体１０の外周面１１に塗布して硬化させることにより樹脂層２０が形成される。この樹脂層２０は、基材であるピストン１の本体１０と摺動面２２となる銀皮膜層２１とを密着させる中間接合層として機能するものであり、当該樹脂層２０の厚みｔ１は１μｍ〜２０μｍに設定される。
本実施形態では、樹脂材料としてポリアミドイミド樹脂を用いているがこれに限るものではなく、熱硬化性を有するものであれば、同じくイミド系樹脂であるポリイミドや、エポキシ系樹脂であるエポキシ、または、ナイロン系樹脂であるナイロン６、ナイロン６，６を用いることもできる。
本実施形態では、樹脂材料としてポリアミドイミド樹脂を用いているがこれに限るものではなく、熱硬化性を有するものであれば、同じくイミド系樹脂であるポリイミドや、エポキシ系樹脂であるエポキシ、または、ナイロン系樹脂であるナイロン６、ナイロン６，６を用いることもできる。
銀皮膜層２１は、所定のナノサイズの平均粒径（１ｎｍ〜８０ｎｍ）に調整された銀粒子をそれぞれ融着させて形成される。具体的には、上記した平均粒径の銀粒子を極性溶媒であるテルピネオールに分散させて所定の粘度（例えば１０ｃｐ）に調整したスラリー（懸濁溶液）を作成し、このスラリーをスクリーン印刷法によって、硬化する前の樹脂材料上にコーティング（塗布）する。本実施形態では、４００メッシュのスクリーンを介してスラリーを樹脂材料の外周面上に塗布しているため、硬化する前の樹脂材料上にも簡単にスラリーを所定の厚みに塗布することができる。
そして、このスラリーを塗布した状態で、当該スラリー、樹脂材料および本体１０を加熱炉等で加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層２０が形成されるとともに、スラリー中のテルピネオールが蒸発し、樹脂層２０の外周面２０Ａ上で銀粒子同士が融着される。具体的には、図３Ａに示すように、スラリー中の銀粒子２３は、それぞれ他の銀粒子２３と接点２３Ａで接した状態で存在する。このスラリーを加熱すると、図３Ｂに示すように、銀粒子２３同士が接点２３Ａにて融着して一体化し、銀皮膜層２１が形成される。
そして、このスラリーを塗布した状態で、当該スラリー、樹脂材料および本体１０を加熱炉等で加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層２０が形成されるとともに、スラリー中のテルピネオールが蒸発し、樹脂層２０の外周面２０Ａ上で銀粒子同士が融着される。具体的には、図３Ａに示すように、スラリー中の銀粒子２３は、それぞれ他の銀粒子２３と接点２３Ａで接した状態で存在する。このスラリーを加熱すると、図３Ｂに示すように、銀粒子２３同士が接点２３Ａにて融着して一体化し、銀皮膜層２１が形成される。
次に、銀皮膜層２１を形成する際の加熱温度条件について説明する。
図４は、アルミニウム合金の比強度と加熱温度との関係を示すグラフである。この図４では、０〜２００℃までのアルミニウム合金の比強度（単位重量あたりの強度）を１．０として２００℃以上の範囲の変化を示している。アルミニウム合金の強度は、ロックウェル硬さ試験により算出している。
本体１０を形成するアルミニウム合金は、加熱温度が上昇すると比強度（単位重量あたりの強度）が低下する傾向にあることが判明している。具体的には、図４に示すように、０〜２００℃までの範囲では、比強度が１．０のまま低下することなく推移するが、２００℃以上になると次第に低下する傾向にある。一般に、内燃機関のピストンなどの過酷な環境下では、基材となるアルミニウム合金に最低限の強度が要求される。このため、出願人は、アルミニウム合金をピストン等に用いる場合に、当該アルミニウム合金の比強度の下限値を社内基準で定めており、この下限値は、０〜２００℃の比強度１．０に対して、０．８５に設定されている。これにより、本実施形態では、アルミニウム合金の加熱温度は、比強度の下限値０．８５よりも大きな比強度０．９に対応する２４０℃以下に設定されている。
図５は、銀粒子を含むスラリーの加熱温度の変化に対するスラリー重量および発生熱量の変化を示すグラフである。この図５に示すように、スラリーの発生熱量は、１８５℃をピークとして１６０℃〜２００℃の間で大きくなっている。これは、この温度帯において、スラリー中の銀粒子が融着（重合）する際の反応熱が生じていることを示し、言い換えれば、この１６０℃〜２００℃の温度に加熱することにより、スラリー中の銀粒子を融着して銀皮膜層２１を形成することができる。
このため、本構成では、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内、より望ましくは１６０℃〜２００℃の範囲内とすることにより、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズに調整された銀粒子を熱融着させることができる。
また、本実施形態では、樹脂材料としてポリアミドイミド樹脂を用いており、このポリアミドイミド樹脂は、１６０℃〜２００℃の温度に加熱して銀粒子を融着させる時間内に熱硬化が完了する。従って、本構成では、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層２０を形成する工程と、この樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成（焼成）する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
図４は、アルミニウム合金の比強度と加熱温度との関係を示すグラフである。この図４では、０〜２００℃までのアルミニウム合金の比強度（単位重量あたりの強度）を１．０として２００℃以上の範囲の変化を示している。アルミニウム合金の強度は、ロックウェル硬さ試験により算出している。
本体１０を形成するアルミニウム合金は、加熱温度が上昇すると比強度（単位重量あたりの強度）が低下する傾向にあることが判明している。具体的には、図４に示すように、０〜２００℃までの範囲では、比強度が１．０のまま低下することなく推移するが、２００℃以上になると次第に低下する傾向にある。一般に、内燃機関のピストンなどの過酷な環境下では、基材となるアルミニウム合金に最低限の強度が要求される。このため、出願人は、アルミニウム合金をピストン等に用いる場合に、当該アルミニウム合金の比強度の下限値を社内基準で定めており、この下限値は、０〜２００℃の比強度１．０に対して、０．８５に設定されている。これにより、本実施形態では、アルミニウム合金の加熱温度は、比強度の下限値０．８５よりも大きな比強度０．９に対応する２４０℃以下に設定されている。
図５は、銀粒子を含むスラリーの加熱温度の変化に対するスラリー重量および発生熱量の変化を示すグラフである。この図５に示すように、スラリーの発生熱量は、１８５℃をピークとして１６０℃〜２００℃の間で大きくなっている。これは、この温度帯において、スラリー中の銀粒子が融着（重合）する際の反応熱が生じていることを示し、言い換えれば、この１６０℃〜２００℃の温度に加熱することにより、スラリー中の銀粒子を融着して銀皮膜層２１を形成することができる。
このため、本構成では、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内、より望ましくは１６０℃〜２００℃の範囲内とすることにより、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズに調整された銀粒子を熱融着させることができる。
また、本実施形態では、樹脂材料としてポリアミドイミド樹脂を用いており、このポリアミドイミド樹脂は、１６０℃〜２００℃の温度に加熱して銀粒子を融着させる時間内に熱硬化が完了する。従って、本構成では、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層２０を形成する工程と、この樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成（焼成）する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
一方、スラリーの重量は、加熱温度が８０℃程度から減少し、１４０℃付近で減少度が小さくなるものの、１８０℃付近で再び減少して２００℃付近で略横ばいとなっている。この減少分は、極性溶媒であるテルピネオールの溶媒重量Ｗであり、加熱温度を２００℃とした際にほとんどすべての溶媒が蒸発しているのが望ましい。また、本構成では、スラリーを常温下で樹脂層２０上にコーティングするため、この常温下では蒸発しにくいものが望ましい。本実施形態では、極性溶媒としてテルピネオールを用いており、このテルピネオールは、図５に示すように、常温での重量変化は少ないため、コーティング作業工程中にスラリー中の溶媒が蒸発して、スラリーの粘度や濃度が変化することが少ないため、コーティング工程でのむらが小さくなり、安定した品質のコーティングを行うことができる。また、テルピネオールは、２００℃に加熱した状態では、ほぼすべて蒸発しているため、銀皮膜層２１中の銀の比率を高めることができる。
本実施形態では、極性溶媒としてアルコール系溶媒であるテルピネオールを用いているがこれに限るものではなく、同じくアルコール系溶媒であるノナノールやエチレングリコール、水系溶媒であるＰＧＭＥＡ（propyleneglycol monomethyl ether acetate）、または、ケトン系溶媒であるメチルエチルケトンを用いることもできる。この場合、いずれの溶媒を使用しても、常温下ではほとんど蒸発せずに、銀皮膜層２１を生成するための加熱温度である１６０℃〜２００℃に加熱した際にほとんどすべて蒸発している特性を備えている。
次に、スラリー中の銀粒子の粒径について説明する。
図６は、銀粒径と銀純度との関係を示すグラフである。ここで、銀純度とは、単位体積当たりの銀皮膜層２１に存在する銀金属の体積の比率をいう。上述したように、銀皮膜層２１は、銀粒子２３を加熱して融着させることにより形成している。このため、銀粒子２３の平均粒径が大きくなると、図６に示すように、銀粒子２３間の空隙が大きくなることにより銀純度が低下する傾向にある。
銀純度が低下すると、これに伴い銀皮膜層２１の熱伝導度が低下して摺動性が悪化するため、摺動に適した所定の熱伝導度を確保するためには、所定の閾値（銀純度９０％）以上とする必要がある。このため、銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜層２１中の銀純度を摺動に適した所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高いピストン１を形成することができる。
また、銀皮膜層２１は、図２に示すように、この銀皮膜層２１の厚みｔ２が１μｍ〜２０μｍの範囲に設定されている。この銀皮膜層２１の厚みｔ２を１μｍよりも薄くすることはスクリーン印刷法では困難であるとともに、１μｍよりも薄いと、本体１０もしくは樹脂層２０が露出して摺動面２２が平滑に形成されないためである。一方、銀皮膜層２１の厚みｔ２を２０μｍよりも厚くしても、施工コストが増大するだけで、摺動特性に大きな変化が見られないためである。さらに、銀皮膜層２１の厚みｔ２を上記した範囲では十分に小さなフリクションを実現できることが分かっている。従って、本実施形態では、銀皮膜層２１の厚みｔ２を、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、安価な構成で、銀皮膜層２１によるフリクションの小さい摺動面２２を備えたピストン１を形成することができる。
図６は、銀粒径と銀純度との関係を示すグラフである。ここで、銀純度とは、単位体積当たりの銀皮膜層２１に存在する銀金属の体積の比率をいう。上述したように、銀皮膜層２１は、銀粒子２３を加熱して融着させることにより形成している。このため、銀粒子２３の平均粒径が大きくなると、図６に示すように、銀粒子２３間の空隙が大きくなることにより銀純度が低下する傾向にある。
銀純度が低下すると、これに伴い銀皮膜層２１の熱伝導度が低下して摺動性が悪化するため、摺動に適した所定の熱伝導度を確保するためには、所定の閾値（銀純度９０％）以上とする必要がある。このため、銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜層２１中の銀純度を摺動に適した所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高いピストン１を形成することができる。
また、銀皮膜層２１は、図２に示すように、この銀皮膜層２１の厚みｔ２が１μｍ〜２０μｍの範囲に設定されている。この銀皮膜層２１の厚みｔ２を１μｍよりも薄くすることはスクリーン印刷法では困難であるとともに、１μｍよりも薄いと、本体１０もしくは樹脂層２０が露出して摺動面２２が平滑に形成されないためである。一方、銀皮膜層２１の厚みｔ２を２０μｍよりも厚くしても、施工コストが増大するだけで、摺動特性に大きな変化が見られないためである。さらに、銀皮膜層２１の厚みｔ２を上記した範囲では十分に小さなフリクションを実現できることが分かっている。従って、本実施形態では、銀皮膜層２１の厚みｔ２を、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、安価な構成で、銀皮膜層２１によるフリクションの小さい摺動面２２を備えたピストン１を形成することができる。
ところで、本構成では、本体１０と銀皮膜層２１との間に樹脂層２０を設け、この樹脂層２０により本体１０と銀皮膜層２１とを接合することにより、これら本体１０と銀皮膜層２１との密着性を向上させ、機械的強度に優れた銀皮膜が施されたピストン１を簡単に形成している。この場合、ピストン１はエンジンのシリンダボア３内のような過酷な環境下で使用されるため、銀皮膜層２１の密着性がより高いものが望ましく、出願人は本体１０と銀皮膜層２１との密着性がより向上する製造工程を模索した。
出願人が実験を重ねた結果、他の条件を同一とした場合、（１）硬化させた樹脂層２０の外周面２０Ａにスラリーをコーティングし、このスラリーを加熱して樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成したものに比べて、（２）液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらスラリー及び樹脂材料を加熱したものの方が、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着強度が高いことが判明した。
出願人が実験を重ねた結果、他の条件を同一とした場合、（１）硬化させた樹脂層２０の外周面２０Ａにスラリーをコーティングし、このスラリーを加熱して樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成したものに比べて、（２）液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらスラリー及び樹脂材料を加熱したものの方が、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着強度が高いことが判明した。
図７は、樹脂材料の硬化前と硬化後にスラリーをコーティングした場合における銀皮膜層２１の剥離面積率を比較したグラフである。剥離面積率とは、銀皮膜された本体１０に接着テープを貼り付けた後に、当該テープを本体１０から剥がすテープ剥離試験を行い、その際に本体１０から剥離されてテープの接着面に付着した銀皮膜の面積と当該テープの接着面の面積との比率をいう。
本実施形態では、銀皮膜層２１の剥離面積率は、タンブリング試験後にテープ剥離試験を行い、その際に本体から剥離されてテープの接着面に付着した銀皮膜の面積から求めている。また、タンブリング試験とは、円筒容器内に直径２〜５ｍｍの鋼球を数ｋｇ分と、評価用のワーク（ここでは銀皮膜が施された本体１０）とを入れた後、円筒容器を５０〜１００ｒｐｍで２０〜３０ｍｉｎ回転させ、鋼球をワークの表面に叩きつけて銀皮膜に意図的にダメージを与える試験である。
この図７によれば、（１）樹脂材料（ＰＡＩ）が硬化後にスラリーをコーティングした工程で製造された銀皮膜層２１の剥離面積率を１００％とした場合に、（２）樹脂材料が硬化前にスラリーをコーティングした工程で製造された銀皮膜層２１の剥離面積率は５％と、剥離量が９５％低下する結果となった。
ポリアミドイミド樹脂は、硬化する前であってもスラリー中のテルピネオールに対して溶解や化学反応することはない。しかし、液状のポリアミドイミド樹脂の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングすることにより、これらポリアミドイミド樹脂２４とスラリーとの界面では、例えば、銀粒子のブラウン運動や、テルピネオールとポリアミドイミド樹脂２４との比重差に基づいて、スラリーとポリアミドイミド樹脂２４とが相互に混合する相互混合層２６（図２）が形成されるものと考えられる。
このため、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらスラリー及び樹脂材料を加熱することにより、相互混合層２６において、樹脂材と銀とが複雑に噛み合うことにより、いわゆるアンカー効果が発揮され、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性が向上する。
本実施形態では、銀皮膜層２１の剥離面積率は、タンブリング試験後にテープ剥離試験を行い、その際に本体から剥離されてテープの接着面に付着した銀皮膜の面積から求めている。また、タンブリング試験とは、円筒容器内に直径２〜５ｍｍの鋼球を数ｋｇ分と、評価用のワーク（ここでは銀皮膜が施された本体１０）とを入れた後、円筒容器を５０〜１００ｒｐｍで２０〜３０ｍｉｎ回転させ、鋼球をワークの表面に叩きつけて銀皮膜に意図的にダメージを与える試験である。
この図７によれば、（１）樹脂材料（ＰＡＩ）が硬化後にスラリーをコーティングした工程で製造された銀皮膜層２１の剥離面積率を１００％とした場合に、（２）樹脂材料が硬化前にスラリーをコーティングした工程で製造された銀皮膜層２１の剥離面積率は５％と、剥離量が９５％低下する結果となった。
ポリアミドイミド樹脂は、硬化する前であってもスラリー中のテルピネオールに対して溶解や化学反応することはない。しかし、液状のポリアミドイミド樹脂の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングすることにより、これらポリアミドイミド樹脂２４とスラリーとの界面では、例えば、銀粒子のブラウン運動や、テルピネオールとポリアミドイミド樹脂２４との比重差に基づいて、スラリーとポリアミドイミド樹脂２４とが相互に混合する相互混合層２６（図２）が形成されるものと考えられる。
このため、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらスラリー及び樹脂材料を加熱することにより、相互混合層２６において、樹脂材と銀とが複雑に噛み合うことにより、いわゆるアンカー効果が発揮され、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性が向上する。
次に、別の実施形態について説明する。
図８は、別の実施形態にかかるピストン１の皮膜層２を示す側断面図である。この実施形態では、樹脂層２０は、ポリアミドイミド樹脂２４内に所定の平均粒径（４μｍ〜３０μｍ）に調整された銀粒子２５を混合したものとして構成され、その他の構成については、上述のものと同じであるため、同一の構成のものには同一の符号を付して説明を省略する。本構成では、銀粒子２５の平均粒径の最大値は、樹脂層２０の厚みｔ１よりも大きく設定されており、図８に示すように、銀粒子２５は、樹脂層２０の外周面２０Ａから突出する。このため、銀皮膜層２１の形成過程で、銀粒子２５は、銀皮膜層２１と融着して当該銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性をより一層高める機能を有する。
図９は、樹脂層２０内の銀粒子２５の粒径と銀皮膜層２１−樹脂層２０間の接合力との関係を示すグラフである。図１０は、相互混合層２６において樹脂層２０内の銀粒子２５と銀皮膜層２１とが融着している状態を示す断面模式図である。
この銀皮膜層２１と樹脂層２０との接合力は、スクラッチ試験という方法を用い、触芯を一定荷重で皮膜へ押し付け、この皮膜を触芯が貫通した状態で、触芯先端からを垂直方向へ触芯を動かした際の触芯変位量から、剥離が発生した力を測定して接合強度を測定している。
上述したように、銀皮膜層２１と樹脂層２０とは、この樹脂層２０中の銀粒子２５が銀皮膜層２１を形成する際にスラリー中の銀粒子２３と融着することにより密着している。具体的には、図１０に示すように、樹脂層２０の外周面２０Ａに露出した銀粒子２５が露出面２５Ａにて銀皮膜層２１（銀皮膜層２１を形成する銀粒子２３）と融着することにより、銀皮膜層２１と樹脂層２０とが密着している。ここで、本実施形態では、樹脂層２０が含有する銀粒子２５の平均粒径は、４μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されている。樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径が４μｍよりも小さい場合には、この銀粒子２５と銀皮膜層２１を形成する銀粒子２３との接触面積が小さくなるため、図９に示すように、樹脂層２０と銀皮膜層２１との接合力が低下する。一方、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合には、この銀粒子２５が樹脂層２０中に分散しにくくなる。このため、本実施形態では、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂層２０中の銀粒子２５と銀皮膜層２１との接合力を向上させることができる。
ここで、銀粒子２５の平均粒径を３０μｍとした場合には、この銀粒子２５が樹脂層２０の外周面２０Ａに形成される銀皮膜層２１の摺動面２２から突出することとなる。この場合、この突出した部分は、初動時にシリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触して磨滅（初期磨滅）するため、摺動面２２は、内壁３Ａとのフリクションを低減した面として形成されることとなる。
図８は、別の実施形態にかかるピストン１の皮膜層２を示す側断面図である。この実施形態では、樹脂層２０は、ポリアミドイミド樹脂２４内に所定の平均粒径（４μｍ〜３０μｍ）に調整された銀粒子２５を混合したものとして構成され、その他の構成については、上述のものと同じであるため、同一の構成のものには同一の符号を付して説明を省略する。本構成では、銀粒子２５の平均粒径の最大値は、樹脂層２０の厚みｔ１よりも大きく設定されており、図８に示すように、銀粒子２５は、樹脂層２０の外周面２０Ａから突出する。このため、銀皮膜層２１の形成過程で、銀粒子２５は、銀皮膜層２１と融着して当該銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性をより一層高める機能を有する。
図９は、樹脂層２０内の銀粒子２５の粒径と銀皮膜層２１−樹脂層２０間の接合力との関係を示すグラフである。図１０は、相互混合層２６において樹脂層２０内の銀粒子２５と銀皮膜層２１とが融着している状態を示す断面模式図である。
この銀皮膜層２１と樹脂層２０との接合力は、スクラッチ試験という方法を用い、触芯を一定荷重で皮膜へ押し付け、この皮膜を触芯が貫通した状態で、触芯先端からを垂直方向へ触芯を動かした際の触芯変位量から、剥離が発生した力を測定して接合強度を測定している。
上述したように、銀皮膜層２１と樹脂層２０とは、この樹脂層２０中の銀粒子２５が銀皮膜層２１を形成する際にスラリー中の銀粒子２３と融着することにより密着している。具体的には、図１０に示すように、樹脂層２０の外周面２０Ａに露出した銀粒子２５が露出面２５Ａにて銀皮膜層２１（銀皮膜層２１を形成する銀粒子２３）と融着することにより、銀皮膜層２１と樹脂層２０とが密着している。ここで、本実施形態では、樹脂層２０が含有する銀粒子２５の平均粒径は、４μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されている。樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径が４μｍよりも小さい場合には、この銀粒子２５と銀皮膜層２１を形成する銀粒子２３との接触面積が小さくなるため、図９に示すように、樹脂層２０と銀皮膜層２１との接合力が低下する。一方、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合には、この銀粒子２５が樹脂層２０中に分散しにくくなる。このため、本実施形態では、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂層２０中の銀粒子２５と銀皮膜層２１との接合力を向上させることができる。
ここで、銀粒子２５の平均粒径を３０μｍとした場合には、この銀粒子２５が樹脂層２０の外周面２０Ａに形成される銀皮膜層２１の摺動面２２から突出することとなる。この場合、この突出した部分は、初動時にシリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触して磨滅（初期磨滅）するため、摺動面２２は、内壁３Ａとのフリクションを低減した面として形成されることとなる。
以上、説明したように、本実施形態によれば、アルミニウム合金からなる本体１０の外周面１１に銀を成膜して摺動面２２を形成するピストン１の製造方法であって、本体１０の外周面１１に熱硬化性を有するポリアミドイミド樹脂２４を塗布し、このポリアミドイミド樹脂２４が硬化する前にテルピネオールに銀粒子２３を分散させたスラリーをポリアミドイミド樹脂２４上にコーティングし、このコーティングしたスラリー、ポリアミドイミド樹脂２４及び本体１０を加熱して、ポリアミドイミド樹脂２４を硬化させるとともにテルピネオールを除去し、当該ポリアミドイミド樹脂２４の表面に銀粒子２３同士を融着させて摺動面２２を形成したため、この摺動面２２を構成する銀皮膜層２１と本体１０とがポリアミドイミド樹脂２４を硬化させた樹脂層２０を介して接合される。このため、製造プロセスにおいて有害物質を使用することなく、これら本体１０と銀皮膜層２１との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜層２１が施されたピストン１を簡単に形成することができる。
さらに、本実施形態によれば、硬化する前の液状態にあるポリアミドイミド樹脂２４上にスラリーをコーティングすることにより、これらポリアミドイミド樹脂２４とスラリーとの界面に銀とポリアミドイミド樹脂とが相互に混合した相互混合層２６が形成され、この相互混合層２６により銀皮膜層２１と樹脂層２０とが密着されるため、当該銀皮膜層と樹脂層２０との接合力を向上させることができる。さらに、液状のポリアミドイミド樹脂２４上にスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、ポリアミドイミド樹脂２４を硬化させて樹脂層２０を形成する工程と、この樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
さらに、本実施形態によれば、硬化する前の液状態にあるポリアミドイミド樹脂２４上にスラリーをコーティングすることにより、これらポリアミドイミド樹脂２４とスラリーとの界面に銀とポリアミドイミド樹脂とが相互に混合した相互混合層２６が形成され、この相互混合層２６により銀皮膜層２１と樹脂層２０とが密着されるため、当該銀皮膜層と樹脂層２０との接合力を向上させることができる。さらに、液状のポリアミドイミド樹脂２４上にスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、ポリアミドイミド樹脂２４を硬化させて樹脂層２０を形成する工程と、この樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
また、本実施形態によれば、テルピネオール中に分散させる銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたため、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜層２１中の銀純度を摺動に適した所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高いピストン１を形成することができる。
また、本実施形態によれば、加熱を行う際の加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、本体１０の比強度を低下させることなく、ナノサイズの銀粒子２３を熱融着させて銀皮膜層２１を形成することができる。
また、本実施形態によれば、ポリアミドイミド樹脂２４中に銀粒子２５が含有されており、銀粒子２５と銀皮膜層２１とを融着させたため、ポリアミドイミド樹脂２４が硬化して形成された樹脂層２０と銀皮膜層２１との接合力をより一層向上させることができる。ここで、ポリアミドイミド樹脂２４に分散される銀粒子２５の平均粒径を４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内としたため、樹脂層２０中の銀粒子２５と銀皮膜層２１との接合力を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、ポリアミドイミド樹脂２４を塗布する前に、本体１０の外周面１１の酸化膜の少なくとも一部を除去するため、本体１０の外周面１１にアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面とポリアミドイミド樹脂２４が硬化して形成される樹脂層２０との密着性が向上する。
また、本実施形態によれば、ポリアミドイミド樹脂２４を塗布する前に、本体１０の外周面１１の少なくとも一部に凹凸を形成するため、本体１０の外周面１１とポリアミドイミド樹脂２４との接触面積が増大するとともに、このポリアミドイミド樹脂２４が凹部１１Ａに侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、本体１０と樹脂層２０との密着性を向上することができる。
また、本実施形態によれば、コーティングは、スクリーン印刷法により行うため、銀粒子２３を分散させたスラリーを硬化前のポリアミドイミド樹脂２４上に簡単にコーティングすることができる。
また、本実施形態によれば、ポリアミドイミド樹脂２４を塗布する前に、本体１０の外周面１１の少なくとも一部に凹凸を形成するため、本体１０の外周面１１とポリアミドイミド樹脂２４との接触面積が増大するとともに、このポリアミドイミド樹脂２４が凹部１１Ａに侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、本体１０と樹脂層２０との密着性を向上することができる。
また、本実施形態によれば、コーティングは、スクリーン印刷法により行うため、銀粒子２３を分散させたスラリーを硬化前のポリアミドイミド樹脂２４上に簡単にコーティングすることができる。
また、本実施形態によれば、シリンダボア３内を摺動する摺動面２２を備えるピストン１において、アルミニウム合金からなる本体１０の外周面１１に形成される樹脂層２０と、この樹脂層２０上に形成されて摺動面２２を構成する銀皮膜層２１とを備えたため、この銀皮膜層２１と本体１０とが樹脂層２０を介して接合されるため、これら本体１０と銀皮膜層２１との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施されたピストン１を簡単に形成することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、ピストン１の本体１０をアルミニウム合金にて形成した構成について説明したが、この本体１０をアルミニウム金属で形成したものであってもよいことは勿論である。
また、本実施形態では、摺動部材としてピストン１のスカート部１０Ｂに銀皮膜層２１を形成する構成について説明したが、これに限るものではなく、この銀皮膜層２１をクランクシャフト、軸受メタル、カムシャフト等の摺動面に形成してもよい。
また、本実施形態では、摺動部材としてピストン１のスカート部１０Ｂに銀皮膜層２１を形成する構成について説明したが、これに限るものではなく、この銀皮膜層２１をクランクシャフト、軸受メタル、カムシャフト等の摺動面に形成してもよい。
１ ピストン（摺動部材）
２ 皮膜層
３ シリンダボア（被摺動部材）
３Ａ 内壁
１０ 本体（基材）
１０Ａ ランド部
１０Ｂ スカート部
１１ 外周面（表面）
１１Ａ 凹部
２０ 樹脂層
２０Ａ 外周面
２１ 銀皮膜層
２２ 摺動面
２３ 銀粒子
２４ ポリアミドイミド樹脂（樹脂材）
２５ 銀粒子
２６ 相互混合層
２ 皮膜層
３ シリンダボア（被摺動部材）
３Ａ 内壁
１０ 本体（基材）
１０Ａ ランド部
１０Ｂ スカート部
１１ 外周面（表面）
１１Ａ 凹部
２０ 樹脂層
２０Ａ 外周面
２１ 銀皮膜層
２２ 摺動面
２３ 銀粒子
２４ ポリアミドイミド樹脂（樹脂材）
２５ 銀粒子
２６ 相互混合層
Claims (10)
- アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材に銀を成膜して摺動面を形成する摺動部材の製造方法であって、
前記基材の表面に熱硬化性を有する樹脂材を塗布し、
この樹脂材が硬化する前に極性溶媒に銀粒子を分散させた懸濁溶液を前記樹脂材上にコーティングし、
前記コーティングした前記懸濁溶液、前記樹脂材及び前記基材を加熱して、前記樹脂材を硬化させるとともに前記極性溶媒を除去し、当該樹脂材の表面に前記銀粒子同士を融着させて前記摺動面を形成したことを特徴とする摺動部材の製造方法。 - 前記極性溶媒中に分散させる前記銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
- 前記加熱を行う際の加熱温度を１６０℃〜２４０℃としたことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材の製造方法。
- 前記樹脂材として、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
- 前記樹脂材に銀粒子を分散させたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
- 前記樹脂材中に分散される前記銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項５に記載の摺動部材の製造方法。
- 前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の酸化膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
- 前記樹脂材を塗布する前に、前記基材の表面の少なくとも一部に凹凸を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
- 前記コーティングは、スクリーン印刷法により行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
- 前記摺動部材は、ピストンであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011084394A JP5763390B2 (ja) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
| CN201280007801.XA CN103370144B (zh) | 2011-04-06 | 2012-02-29 | 滑动部件和滑动部件的制造方法 |
| PCT/JP2012/055082 WO2012137562A1 (ja) | 2011-04-06 | 2012-02-29 | 摺動部材及び摺動部材の製造方法 |
| DE112012001598.3T DE112012001598B4 (de) | 2011-04-06 | 2012-02-29 | Gleitelement und Verfahren zur Herstellung des Gleitelements |
| US14/009,387 US9181897B2 (en) | 2011-04-06 | 2012-02-29 | Sliding member and method for producing sliding member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011084394A JP5763390B2 (ja) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012217891A JP2012217891A (ja) | 2012-11-12 |
| JP5763390B2 true JP5763390B2 (ja) | 2015-08-12 |
Family
ID=47270018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011084394A Expired - Fee Related JP5763390B2 (ja) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5763390B2 (ja) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4310491A1 (de) * | 1993-03-31 | 1994-10-06 | Mahle Gmbh | Hubkolben eines Verbrennungsmotors mit einer zumindest teilweisen Laufflächenbewehrung |
| JP2002147460A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-22 | Citizen Watch Co Ltd | すべりスライド用摺動部材及びその製造方法 |
| JP2007203125A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-16 | Sanden Corp | 摺動部材 |
| JP2008082532A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-04-10 | Osaka Gas Co Ltd | 摺動部材、及び該部材を含む摺動部品 |
| US8919319B2 (en) * | 2010-03-19 | 2014-12-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Piston for internal combustion engine |
| US9175401B2 (en) * | 2010-09-09 | 2015-11-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Process for producing sliding member and sliding member |
| JP5642624B2 (ja) * | 2010-09-09 | 2014-12-17 | 本田技研工業株式会社 | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 |
-
2011
- 2011-04-06 JP JP2011084394A patent/JP5763390B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012217891A (ja) | 2012-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3623741B2 (ja) | すべり軸受及びその製造方法 | |
| US9422927B2 (en) | Swash plate for swash plate compressor and swash plate compressor | |
| JP5642157B2 (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| WO2012097983A1 (en) | Thermal spray coating with a dispersion of solid lubricant particles | |
| JPWO2014034177A1 (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JP5551256B2 (ja) | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 | |
| JP5903391B2 (ja) | 摺動部材の製造方法 | |
| JP2015187502A (ja) | 摺動部材およびその製造方法 | |
| JP2007270894A (ja) | 摺動部材およびその被覆層形成方法 | |
| JPWO2013065652A1 (ja) | ピストンリング | |
| JP2010090812A (ja) | 内燃機関用ピストンスカート部の表面処理方法及び内燃機関用ピストン | |
| JP5642624B2 (ja) | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 | |
| WO2012137562A1 (ja) | 摺動部材及び摺動部材の製造方法 | |
| JP5763390B2 (ja) | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 | |
| JP2007302941A (ja) | シリンダブロック用鉄系溶射薄膜及びシリンダブロック | |
| JP6342825B2 (ja) | 軸受および燃料噴射ポンプ | |
| JP2012217892A (ja) | 摺動部材の製造方法 | |
| JP2012219299A (ja) | 摺動部材の製造方法 | |
| CN104696510A (zh) | 一种抗磨损、抗胶合的活塞销及其制造方法 | |
| JP4847817B2 (ja) | ピストンリング | |
| JP2015217580A (ja) | 摺動部品およびその製造方法 | |
| JP2012057217A (ja) | 摺動部材の製造方法及び摺動部材 | |
| JP4495325B2 (ja) | エンジンブロックの製造方法 | |
| JP6723681B2 (ja) | 摺動用皮膜、摺動部品およびそれらの製造方法 | |
| JP2004197807A (ja) | ピストンリング及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20141007 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141204 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150609 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150611 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5763390 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |