JPH06174089A - 摺動面構成体 - Google Patents

摺動面構成体

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JPH06174089A
JPH06174089A JP35133392A JP35133392A JPH06174089A JP H06174089 A JPH06174089 A JP H06174089A JP 35133392 A JP35133392 A JP 35133392A JP 35133392 A JP35133392 A JP 35133392A JP H06174089 A JPH06174089 A JP H06174089A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐焼付き性を向上させた摺動面構成体を提供
する。 【構成】 摺動面構成体4は、体心立方構造を持つFe
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{222}面を摺動面4a側に向けた{222}配
向性Fe結晶6を含む。その{222}配向性Fe結晶
6の存在率SはS≧40%である。{222}配向性F
e結晶6は摺動面4aにおいて三角錐状をなし、これら
Fe結晶6により摺動面構成体4の保油性が良好とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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合金製母材のラ
ンド部およびスカート部外周面に、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】
【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。
【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。
【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、体心立方構造を持つ金属結晶の集合体より構成さ
れ、その集合体は、ミラー指数で(hhh)面を摺動面
側に向けた(hhh)配向性金属結晶を含み、その(h
hh)配向性金属結晶の存在率SはS≧40%であるこ
とを特徴とする。
【0006】
【作用】体心立方構造を持つ金属結晶の集合体におい
て、ミラー指数で(hhh)面を摺動面側に向けた(h
hh)配向性金属結晶は、柱状に成長し、摺動面におい
ては角錐状または角錐台状をなす。そこで、(hhh)
配向性金属結晶の存在率Sを前記のように設定すると、
相隣る両(hhh)配向性金属結晶は相互に食込んだ状
態を呈し、これにより摺動面は、多数の微細な山部と、
それら山部の間に形成された多数の微細な谷部と、山部
相互の食込みに因る多数の微細な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(hhh)配向性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。ただし、(hhh)配向性金属結晶の存在率S
がS<40%では、(hhh)配向性金属結晶の減少に
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。
【0008】図3に示すように、摺動面構成体4は体心
立方構造(bcc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(hhh)面
を、シリンダボア内壁5との摺動面4a側に向けた(h
hh)配向性金属結晶を含み、その(hhh)配向性金
属結晶の存在率SはS≧40%に設定されている。
【0009】(hhh)配向性金属結晶6は母材2より
柱状に成長し、図4,図5に示すように、摺動面4aに
おいては、角錐状または角錐台状、図示例では三角錐状
をなす。そこで、(hhh)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、相隣る両(hhh)配向
性金属結晶6は相互に食込んだ状態を呈し、これによ
り、摺動面4aは多数の微細な山部7と、それら山部7
間の多数の微細な谷部8と、山部7相互の食込みによる
多数の微細な沢部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。また三角錐
状の(hhh)配向性金属結晶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】図6に示すように、摺動面4aに沿う仮想
面10に対する(hhh)面の傾きは三角錐の傾きとな
って現われるので、摺動面構成体4の保油性および初期
なじみ性に影響を与える。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の保油性および初期なじみ性が低下する。
【0011】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。
【0012】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Fe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。
【0013】
【表1】 有機系添加剤としては、尿素、サッカリン等が用いられ
る。
【0014】
【表2】 前記条件下で行われる電気Feメッキ処理において、陰
極電流密度、メッキ浴pH、有機系添加剤の配合量等に
よって(hhh)配向性Fe結晶の晶出、その存在量等
を制御する。
【0015】メッキ処理としては、電気メッキ処理の外
に、真空メッキ処理、例えば気相メッキ法(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 0.8Pa、Ar
加速電力 直流1kW、母材温度 100℃である。C
VD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10cc/min 、チャンバ内圧力
100Pa、母材温度 500℃である。
【0016】以下、具体例について説明する。
【0017】Al合金製母材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。
【0018】表3,表4は、摺動面構成体4の例1〜8
における電気Feメッキ処理条件を示す。
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】 表5は、例1〜8における摺動面4aの結晶形態、Fe
結晶の粒径、各配向性Fe結晶の存在率Sおよび硬さを
それぞれ示す。
【0021】
【表5】 存在率Sは、例1〜8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7は例2のX線回折図であり、各配向性F
e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、{110}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
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。
【0022】図8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8におい
て、多数の略六角錐状をなす配向性Fe結晶が観察され
る。この配向性Fe結晶は(hhh)面、したがって
{222}面を摺動面4a側に向けた三角錐状{22
2}配向性Fe結晶の合体によって形成されたもので、
この六角錐状{222}配向性Fe結晶の存在率Sは、
表5、図7に示すように、S=50.6%である。
【0023】図9は例3のX線回折図である。図10
(a)は、例3における摺動面4aの結晶構造を示す顕
微鏡写真(5000倍)であり、また図10(b)は、
例3における断面の結晶構造を示す顕微鏡写真(200
0倍)である。図10(a),(b)において、多数の
三角錐状{222}配向性Fe結晶が観察される。この
三角錐状{222}配向性Fe結晶の存在率Sは、表
5、図9に示すようにS=43%である。
【0024】次に、例1〜8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、{222}配向
性Fe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6,図11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
【0025】
【表6】 図11は、表6をグラフ化したもので、図中、点(1)
〜(8)は例1〜8にそれぞれ対応する。
【0026】表6,図11から明らかなように、{22
2}配向性Fe結晶の存在率SがS≧40%である例1
〜6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7,8に比べ
て大幅に向上するものである。特に、例1〜3の場合焼
付き発生荷重が高い。これは、{200}配向性Fe結
晶および{310}配向性Fe結晶の少なくとも一方の
存在率SがS=0%であることに起因して、{222}
配向性Fe結晶の大きさおよび晶出状態が均一になるか
らである、と考えられる。
【0027】摺動面構成体は、例えば次のような内燃機
関用部品等の摺動部に適用される。ピストン(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、カムシャフト、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、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)。
【0028】
【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。
【図面の簡単な説明】
【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】体心立方構造およびその(hhh)面を示す斜
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】体心立方構造における(hhh)面の傾きを示
す説明図である。
【図7】摺動面構成体の一例におけるX線回折図であ
る。
【図8】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。
【図9】摺動面構成体の他例におけるX線回折図であ
る。
【図10】(a)は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、(b)は摺動面構
成体の他例における断面の結晶構造を示す顕微鏡写真で
ある。
【図11】焼付きテスト結果を示すグラフである。
【符号の説明】
4 摺動面構成体 4a 摺動面 6 (hhh)配向性金属結晶
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年11月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】メッキ処理としては、電気メッキ処理の外
、例えば気相メッキ法であるPVD法、CVD法、
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、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 400〜6
00℃である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【表5】 存在率Sは、例1〜8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、例について説
明すると、図7は例のX線回折図であり、各配向性F
e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、{110}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
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。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】図8は、例における摺動面4aの結晶構
造を示す顕微鏡写真(5000倍)である。図8におい
て、多数の略六角錐状をなす配向性Fe結晶が観察され
る。この配向性Fe結晶は(hhh)面、したがって
{222}面を摺動面4a側に向けた三角錐状{22
2}配向性Fe結晶の合体によって形成されたもので、
この六角錐状{222}配向性Fe結晶の存在率Sは、
表5、図7に示すように、S=50.6%である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】図9は例のX線回折図である。図10
(a)は、例における摺動面4aの結晶構造を示す顕
微鏡写真(5000倍)であり、また図10(b)は、
における断面の結晶構造を示す顕微鏡写真(200
0倍)である。図10(a),(b)において、多数の
三角錐状{222}配向性Fe結晶が観察される。この
三角錐状{222}配向性Fe結晶の存在率Sは、表
5、図9に示すようにS=43%である。
フロントページの続き (72)発明者 田畑 勝宗 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 体心立方構造を持つ金属結晶の集合体よ
    り構成され、その集合体は、ミラー指数で(hhh)面
    を摺動面側に向けた(hhh)配向性金属結晶を含み、
    その(hhh)配向性金属結晶の存在率SはS≧40%
    であることを特徴とする摺動面構成体。
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