JPH06248490A

JPH06248490A - 摺動部材

Info

Publication number: JPH06248490A
Application number: JP5063224A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Gunji; 貴浩郡司; Yoshikazu Fujisawa; 義和藤澤; Katsumune Tabata; 勝宗田畑; Kenji Dousaka; 健児堂坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1994-09-06
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JP2808395B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度な下層を持つ表面層を備えたカムシャ
フトを提供する。【構成】カムシャフト１は鋳鉄製母材と、母材のジャ
ーナル部３外周面に形成されて軸受部材５との摺動面４
ａを有する表面層４とを備えている。表面層４は電気Ｆ
ｅメッキ処理により形成され、ジャーナル部３に密着す
る下層４₁と下層４₁に密着する上層４₂とよりなる。
下層４₁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｛２１１｝面を
摺動面側４ａ側に向けた｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶を含
む。その｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳはＳ≧３
０％である。｛２１１｝面は２次すべり面であるから、
｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶は高い硬さを有し、その存在
率Ｓを前記のように設定すると、下層４₁が高強度化と
なるので、表面層４の母材近傍域におけるクラックの発
生を回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摺動部材、特に、金属
製母材と、その母材表面に対するメッキ処理により形成
されて相手部材との摺動面を有する表面層とを備えた摺
動部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種摺動部材としては、例えば
鋳鉄製母材のジャーナル部外周面に、耐焼付き性および
耐摩耗性の向上を狙ってＦｅメッキ層、Ｎｉメッキ層と
いった表面層を設けた内燃機関用カムシャフトが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、Ｆｅメッキ層
等は極めて過酷な摺動環境下におかれている。しかしな
がら従来のＦｅメッキ層等は比較的低硬度であって十分
な強度を持たないので、前記摺動環境下では、Ｆｅメッ
キ層等における最大負荷応力発生域である母材表面近傍
域にクラックが発生し易く、その上、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。特に、Ｎｉメッ
キ層の場合、母材表面に対して前記摺動環境に耐え得る
ような密着応力を持たないので、母材表面から剥離し易
い、といった問題を有する。

【０００４】本発明は前記に鑑み、表面層を上、下二層
構成にすると共に、特に下層の結晶構造を特定すること
によって、その下層の高強度化を達成し、また母材に対
する密着応力を向上させることができるようにした前記
摺動部材を提供することを目的とする。

【０００５】さらに、上層の結晶構造を特定することに
よって、その上層に十分な保油性と良好な初期なじみ性
を持たせ、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】第１発明は、金属製母材
と、その母材表面に対するメッキ処理により形成されて
相手部材との摺動面を有する表面層とを備えた摺動部材
において、前記表面層は前記母材に密着する下層および
その下層に密着する上層よりなり、前記下層は体心立方
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（２ｈｈｈ）面を摺動面側に向けた
（２ｈｈｈ）配向性金属結晶を含み、その（２ｈｈｈ）
配向性金属結晶の存在率ＳはＳ≧３０％であることを特
徴とする。

【０００７】第２発明は、前記上層が体心立方構造を持
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。

【０００８】第３発明は、金属製母材と、その母材表面
に対するメッキ処理により形成されて相手部材との摺動
面を有する表面層とを備えた摺動部材において、前記表
面層は前記母材に密着する下層およびその下層に密着す
る上層よりなり、前記下層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。

【０００９】第４発明は、前記上層が面心立方構造を持
つ金属結晶の集合体より構成され、その集合体は、ミラ
ー指数で（３ｈｈｈ）面を摺動面側に向けた（３ｈｈ
ｈ）配向性金属結晶を含み、その（３ｈｈｈ）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。

【００１０】

【作用】第１発明の下層において、体心立方構造を持つ
金属結晶の（２ｈｈｈ）面は２次すべり面であり、した
がって（２ｈｈｈ）配向性金属結晶は高い硬さを有し、
高強度である。そこで、（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の
存在率Ｓを前記のように設定すると、下層の高強度化を
達成することができる。ただし、（２ｈｈｈ）配向性金
属結晶の存在率ＳがＳ＜３０％では、その結晶の存在量
の減少に伴い下層の強度が低下する。

【００１１】第２発明の上層において、体心立方構造を
持つ金属結晶の集合体中に、ミラー指数で（ｈｈｈ）面
を摺動面側に向けた（ｈｈｈ）配向性金属結晶が含まれ
ると、その結晶は、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、上層
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上層の初期なじ
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、
上層の保油性および初期なじみ性が低下する。

【００１２】第３発明の下層において、面心立方構造を
持つ金属結晶の（ｈｈｈ）面は結晶最密面であり、した
がって（ｈｈｈ）配向性金属結晶は高い硬さを有し、高
強度である。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、下層の高強度化を達成
することができる。また結晶最密面、したがって最も原
子密度が高く密着応力の強い（ｈｈｈ）面が母材表面と
接することになるので、母材に対する下層の密着応力を
向上させることができる。ただし、（ｈｈｈ）配向性金
属結晶の存在率ＳがＳ＜４０％では、その結晶の存在量
の減少に伴い下層の強度および密着応力が低下する。

【００１３】第４発明の上層において、面心立方構造を
持つ金属結晶の集合体中に、ミラー指数で（３ｈｈｈ）
面を摺動面側に向けた（３ｈｈｈ）配向性金属結晶が含
まれると、その結晶は、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（３ｈｈｈ）配
向性金属結晶の存在率Ｓを前記のように設定すると、前
記同様に摺動面が入組んだ様相を呈するので、上層の保
油性が良好となる。また前記同様に、（３ｈｈｈ）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上層
の初期なじみ性も良好である。ただし、（３ｈｈｈ）配
向性金属結晶の存在率ＳがＳ＜４０％では、（３ｈｈ
ｈ）配向性金属結晶の減少に伴い前記同様に摺動面の様
相が単純化傾向となるので、上層の保油性および初期な
じみ性が低下する。

【００１４】なお、各発明において、下層の上に上層を
メッキ処理により形成するので、両層間の密着応力は極
めて高い。

【００１５】

【実施例】図１，図２において、摺動部材としての内燃
機関用カムシャフト１は、鋳鉄製母材２と、その母材２
のジャーナル部３外周面に対するメッキ処理により形成
されて相手部材である軸受部材５との摺動面４ａを有す
る表面層４とを備えている。表面層４は、母材２に密着
する下層４₁およびその下層４₁に密着する上層４₂よ
りなる。

【００１６】下層４₁および上層４₂は、体心立方構造
（ｂｃｃ構造）を持つ金属結晶の集合体、または面心立
方構造を持つ金属結晶の集合体より構成される。

【００１７】〔Ａ〕ｂｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体
より構成される表面層について下層４₁を構成するｂｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体
において、その集合体は、図３に示すようにミラー指数
で（２ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向けた（２ｈｈｈ）
配向性金属結晶を含み、その（２ｈｈｈ）配向性金属結
晶の存在率ＳはＳ≧３０％に設定されている。

【００１８】下層４₁において、ｂｃｃ構造を持つ金属
結晶の（２ｈｈｈ）面は２次すべり面であり、したがっ
て（２ｈｈｈ）配向性金属結晶は高い硬さを有し、高強
度である。そこで、（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の存在
率Ｓを前記のように設定すると、下層４₁の高強度化を
達成することができる。

【００１９】上層４₂を構成するｂｃｃ構造を持つ金属
結晶の集合体において、その集合体は、図３に示すよう
にミラー指数で（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。

【００２０】図４、図５に示すように、（ｈｈｈ）配向
性金属結晶６は下層４₁より柱状に成長し、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、上層４₂の保油性が良
好となる。また三角錐状（ｈｈｈ）配向性金属結晶６の
先端部が優先的に摩耗するので、上層４₂の初期なじみ
性も良好となる。

【００２１】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、上層４₂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。傾き角θがθ＞１５°になると、上層４₂の保油性
および初期なじみ性が低下する。

【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。

【００２３】下層４₁および上層４₂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
基本的メッキ浴組成は、表１の通りである。

【００２４】

【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。

【００２５】表２は下層４₁の、また表３は上層４₂の
基本的処理条件をそれぞれ示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】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、（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶および（ｈｈｈ）
配向性Ｆｅ結晶の析出およびその存在量を制御する。

【００２８】〔Ｂ〕ｆｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体
より構成される表面層について下層４₁を構成するｆｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体
において、その集合体は、図７に示すようにミラー指数
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。

【００２９】下層４₁において、ｆｃｃ構造を持つ金属
結晶の（ｈｈｈ）面は結晶最密面であり、したがって
（ｈｈｈ）配向性金属結晶は高い硬さを有し、高強度で
ある。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、下層４₁の高強度化を達成す
ることができる。また結晶最密面、したがって最も原子
密度が高く密着応力の強い（ｈｈｈ）面が母材２表面に
接することになるので、母材２に対する下層４₁の密着
応力を向上させることができる。

【００３０】上層４₂を構成するｆｃｃ構造を持つ金属
結晶の集合体において、その集合体は、図７に示すよう
にミラー指数で（３ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向けた
（３ｈｈｈ）配向性金属結晶を含み、その（３ｈｈｈ）
配向性金属結晶の存在率ＳはＳ≧４０％に設定されてい
る。

【００３１】図８に示すように、（３ｈｈｈ）配向性金
属結晶６は下層４₁より柱状に成長し、摺動面４ａにお
いては、角錐状または角錐台状、図示例では四角錐状を
なす。そこで、（３ｈｈｈ）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（３ｈｈｈ）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、上層４₂の保油性が良
好となる。また四角錐状（３ｈｈｈ）配向性金属結晶６
の先端部が優先的に摩耗するので、上層４₂の初期なじ
み性も良好となる。

【００３２】図９に示すように、摺動面４ａに沿う仮想
面１０に対する（３ｈｈｈ）面の傾きは四角錐の傾きと
なって現われるので、上層４₂の保油性および初期なじ
み性に影響を与える。そこで、（３ｈｈｈ）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。傾き角θがθ＞１５°になると、上層４₂の保油
性および初期なじみ性が低下する。

【００３３】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。

【００３４】下層４₁および上層４₂を電気Ｎｉメッキ
処理により形成する場合の基本的メッキ浴組成は、表４
の通りである。

【００３５】

【表４】表５は下層４₁の、また表６は上層４₂の基本的処理条
件をそれぞれ示す。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】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（ｈｈｈ）配向性
Ｎｉ結晶および（３ｈｈｈ）配向性Ｎｉ結晶の析出およ
びその存在量を制御する。

【００３８】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、Ａｒ加速電力
直流０．５〜１．５ｋＷ、母材温度８０〜３００℃
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３００〜
６００℃である。スパッタ法によりＰｔ、Ａｌメッキを
行う場合の条件は、例えばＡｒ圧力０．８〜１Ｐａ、
Ａｒ加速電力直流２００〜１０００Ｗ、母材温度
８０〜３００℃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１〜１０cc／min 、チャンバ内圧力５０〜３
００Ｐａ、母材温度３００〜６００℃である。

【００３９】以下、具体例について説明する。

【００４０】〔Ａ〕Ｆｅ結晶の集合体より構成される表
面層について（１）先ず、下層４₁の硬さについて説明する。複数の
鋳鉄（ＦＣ２５相当材）製母材のチル層表面に、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
なる各種メッキ層１ａ〜５ａ、１ｂ〜５ｂを形成した。
これらメッキ層は二群に分けられる。一群１ａ〜５ａ
は、（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓを１５％≦
Ｓ≦１００％に制御されていて下層４₁に相当し、した
がって一群１ａ〜５ａを下層４₁の例１ａ〜５ａとす
る。また二群１ｂ〜５ｂは、（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶
の存在率Ｓを２１％≦Ｓ≦７０％に制御されていて上層
４₂に相当し、したがって二群１ｂ〜５ｂを上層４₂の
例１ｂ〜５ｂとする。

【００４１】表７、表８は、下層４₁の例１ａ〜５ａに
おける電気Ｆｅメッキ処理条件を示し、また表９，表１
０は上層４₂の例１ｂ〜５ｂにおける電気Ｆｅメッキ処
理条件を示す。

【００４２】

【表７】

【００４３】

【表８】

【００４４】

【表９】

【００４５】

【表１０】表１１は、下層４₁の例１ａ〜５ａにおける表面の結晶
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。表１２は、上層４₂の例１ｂ
〜５ｂ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。

【００４６】

【表１１】

【００４７】

【表１２】存在率Ｓは、下層４₁の例１ａ〜５ａ、上層４₂の例１
ｂ〜５ｂのＸ線回折図（Ｘ線照射方向は表面または摺動
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、下層４₁の例２ａ
について説明すると、図１０は例２ａ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。

【００４８】図１１は、下層４₁の例２ａにおける表面
の結晶構造を示す顕微鏡写真（５０００倍）である。図
１１において多数の微細粒状をなす（２ｈｈｈ）配向性
Ｆｅ結晶が観察される。この（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結
晶は（２ｈｈｈ）面、したがって｛２１１｝面を摺動面
４ａ側に向けた｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶であり、その
存在率Ｓは、表１１，図１０に示すようにＳ＝７５％で
ある。

【００４９】図１２は、上層４₂の例３ｂのＸ線回折図
であり、図１３は例３ｂ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１３におい
て、多数の三角錐状をなす（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶が
観察される。この（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶は（ｈｈ
ｈ）面、したがって｛２２２｝面を摺動面４ａ側に向け
た｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶であり、その存在率Ｓは、
表１２，図１２に示すように、Ｓ＝４３％である。

【００５０】図１４は、表１１，表１２に示した下層４
₁の例１ａ〜５ａおよび上層４₂の例１ｂ〜５ｂにおけ
る｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶および｛２２２｝配向性Ｆ
ｅ結晶の存在率Ｓと硬さＨｖとの関係をグラフ化したも
ので、図中、点１ａ〜５ａは下層４₁の例１ａ〜５ａ
に、点１ｂ〜５ｂは上層４₂の例１ｂ〜５ｂにそれぞれ
対応する。

【００５１】図１４から明らかなように、下層４₁にお
いては、例１ａ〜３ａのように、｛２１１｝配向性Ｆｅ
結晶の存在率ＳをＳ≧３０％に設定することによって、
その硬さを向上させて高強度化を達成することができ
る。一方、上層４₂の例１ｂ〜５ｂの場合、｛２１１｝
配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳがＳ＜３０％であることか
ら、その硬さが低く、また｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶の
存在率ＳをＳ≧３０％に設定しても硬さは上昇しない。

【００５２】（２）次に、下層４₁の強度について説明
する。複数の鋳鉄（ＦＣ２５相当材）製母材２のチル
化されたジャーナル部３外周面に、先ず、電気Ｆｅメッ
キ処理を施すことにより前記例１ａ〜５ａと同様の下層
４₁を形成し、次いで下層４₁の表面に電気Ｆｅメッキ
処理を施すことにより前記例３ｂと同様の上層４₂を形
成して複数の内燃機関用カムシャフト１を製造した。各
下層４₁の厚さは３０μｍに、また各上層４₂の厚さは
５μｍにそれぞれ設定された。

【００５３】各表面層４について、ローラピッチングテ
ストを行って、下層４₁における｛２１１｝配向性Ｆｅ
結晶の存在率Ｓとクラック発生応力との関係を調べたと
ころ、表１３，図１５の結果を得た。

【００５４】ローラピッチングテストは次の方法で行わ
れた。即ち、ジャーナル部３における上層４₂の摺動面
４ａに、そのジャーナル部３の軸方向長さよりも短い軸
方向長さを持つ大径の鋼（ＳＣＭ４２０相当材）製押
圧ローラの浸炭処理済外周面を押圧し、ジャーナル部３
および押圧ローラを２０００rpm で相互に逆方向に摺擦
回転させると共に押圧ローラによる押圧荷重を漸次増加
させ、またジャーナル部３および押圧ローラの摺擦域に
５０℃のオイルを供給量１００ml／min の条件で供給す
るもので、下層４₁におけるクラックの有無は光学セン
サにより調べた。

【００５５】

【表１３】図１５は、表１３をグラフ化したもので、図中、点１ａ
〜５ａは下層４₁の例１ａ〜５ａにそれぞれ対応する。
表１３，図１５から明らかなように、下層４₁における
｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳをＳ≧３０％に設
定すると、その高強度化を達成してクラック発生応力を
大幅に向上させることができる。

【００５６】（３）次に、上層４₂の耐焼付き性につい
て説明する。前記同様の複数の鋳鉄製母材２のチル化さ
れたジャーナル部３外周面に、先ず、電気Ｆｅメッキ処
理を施すことにより前記例２ａと同様の下層４₁を形成
し、次いで下層４₁の表面に電気Ｆｅメッキ処理を施す
ことにより前記例１ｂ〜５ｂと同様の上層４₂を形成し
て複数の内燃機関用カムシャフト１を製造した。また比
較のため、下層４₁の前記例２ａと同様のメッキ層を上
層４₂とするカムシャフトを製造した。

【００５７】各表面層４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、上層４₂における
｛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１４、図１６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Ａ
ｌ−１０重量％Ｓｉ合金、ディスクの回転速度１５ｍ
／sec 、給油量０．３ml／min 、カムシャフトより製作
されたチップの摺動面の面積１cm²。

【００５８】

【表１４】図１６は、表１４をグラフ化したもので、図中、点１ｂ
〜５ｂ，２ａは上層４₂の例１ｂ〜５ｂ，２ａにそれぞ
れ対応する。表１４、図１６から明らかなように、｛２
２２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳがＳ≧４０％である例
１ｂ〜３ｂ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４ｂ，
５ｂ，２ａに比べて大幅に向上するものである。

【００５９】（４）次に、下層４₁の例１ａ〜５ａにお
ける析出速度と｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓと
の関係、および上層４₂の例１ｂ〜５ｂにおける析出速
度と｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓとの関係を調
べたところ、表１５，図１７の結果を得た。

【００６０】

【表１５】図１７は表１５をグラフ化したもので、図中、点１ａ〜
５ａは下層４₁の例１ａ〜５ａに、点１ｂ〜５ｂは上層
４₂の例１ｂ〜５ｂにそれぞれ対応する。図１７，表１
５から明らかなように下層４₁の形成に当り、例１ａ〜
３ａのように｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳがＳ
≧３０％となるように制御すると、下層４₁の析出速度
を増すことができる。高面圧の摺動環境下では、下層４
₁と母材２との界面における負荷応力をできる限り小さ
くするため下層４₁を厚く形成する必要があるが、前記
のように｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓを制御す
ると、厚い下層４₁を能率良く形成することが可能であ
り、これはカムシャフト１の生産性を向上させる上で極
めて有効である。

【００６１】例えば、｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶の存在
率Ｓを制御して下層４₁を厚く形成すると、図１７，表
１５に示すように、その下層４₁の析出速度が極めて遅
いため、カムシャフト１の生産性が低下する。

【００６２】〔Ｂ〕Ｎｉ結晶の集合体より構成される表
面層について（１）先ず、下層４₁の硬さについて説明する。複数の
鋳鉄（ＦＣ２５相当材）製母材のチル層表面に、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
なる各種メッキ層１ａ〜６ａ、１ｂ〜３ｂを形成した。
これらメッキ層は二群に分けられる。一群１ａ〜６ａ
は、（ｈｈｈ）配向性Ｎｉ結晶の存在率Ｓを１７．３％
≦Ｓ≦７５．３％に制御されていて下層４₁に相当し、
したがって一群１ａ〜６ａを下層４₁の例１ａ〜６ａと
する。また二群１ｂ〜３ｂは、（３ｈｈｈ）配向性Ｎｉ
結晶の存在率Ｓを４０．４％≦Ｓ≦７５％に制御されて
いて上層４₂に相当し、したがって二群１ｂ〜３ｂを上
層４₂の例１ｂ〜３ｂとする。なお、この場合の各例１
ａ〜６ａ、１ｂ〜３ｂの析出速度は同一であって１μｍ
／min であった。

【００６３】表１６，表１７は、下層４₁の例１ａ〜６
ａにおける電気Ｎｉメッキ処理条件を示し、また表１
８，表１９は上層４₂の例１ｂ〜３ｂにおける電気Ｎｉ
メッキ処理条件を示す。

【００６４】

【表１６】

【００６５】

【表１７】

【００６６】

【表１８】

【００６７】

【表１９】表２０は、下層４₁の例１ａ〜６ａにおける表面の結晶
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。表２１は、上層４₂の例１ｂ
〜３ｂ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。

【００６８】

【表２０】

【００６９】

【表２１】存在率Ｓは、下層４₁の例１ａ〜６ａ、上層４₂の例１
ｂ〜３ｂのＸ線回折図（Ｘ線照射方向は表面または摺動
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、下層４₁の例２ａ
について説明すると、図１８は例２ａ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、｛１
１１｝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。

【００７０】図１９は、下層４₁の例２ａにおける表面
の結晶構造を示す顕微鏡写真（５０００倍）である。図
１９において多数の微細粒状（ｈｈｈ）配向性Ｎｉ結晶
より形成された平滑面が観察される。この（ｈｈｈ）配
向性Ｎｉ結晶は（ｈｈｈ）面、したがって｛１１１｝面
を摺動面４ａ側に向けた｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶であ
り、その存在率Ｓは、表２０、図１８に示すようにＳ＝
５８．１％である。

【００７１】図２０は、上層４₂の例２ｂのＸ線回折図
であり、図２１は例２ｂ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２１におい
て、多数の四角錐状をなす（３ｈｈｈ）配向性Ｎｉ結晶
が観察される。この（３ｈｈｈ）配向性Ｎｉ結晶は（３
ｈｈｈ）面、したがって｛３１１｝面を摺動面４ａ側に
向けた｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶であり、その存在率Ｓ
は、表２１，図２０に示すように、Ｓ＝６４．８％であ
る。

【００７２】図２２は、表２０，表２１に示した下層４
₁の例１ａ〜６ａ、上層４₂の１ｂ〜３ｂにおける｛１
１１｝配向性Ｎｉ結晶および｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶
の存在率Ｓと硬さＨｖとの関係をグラフ化したもので、
図中、点１ａ〜６ａは下層４₁の例１ａ〜６ａに、点１
ｂ〜３ｂは上層４₂の例１ｂ〜３ｂにそれぞれ対応す
る。図２２から明らかなように、下層４₁においては、
例１ａ〜３ａのように、｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶の存
在率ＳをＳ≧４０％に設定することによって、その硬さ
を向上させて高強度化を達成することができる。一方、
上層４₂の例１ｂ〜３ｂの場合、｛１１１｝配向性Ｎｉ
結晶の存在率ＳがＳ＜４０％であることから、その硬さ
が低く、また｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率ＳをＳ
≧４０％に設定しても硬さは上昇しない。

【００７３】（２）次に、下層４₁の強度について説明
する。複数の鋳鉄（ＦＣ２５相当材）製母材２のチル
化されたジャーナル部３外周面に、先ず、電気Ｎｉメッ
キ処理を施すことにより前記例１ａ〜６ａと同様の下層
４₁を形成し、次いで下層４₁の表面に電気Ｎｉメッキ
処理を施すことにより前記例２ｂと同様の上層４₂を形
成して複数の内燃機関用カムシャフト１を製造した。各
下層４₁の厚さは３０μｍに、また上層４₂の厚さは５
μｍにそれぞれ設定された。

【００７４】各表面層４について、前記と同一条件下で
ローラピッチングテストを行って、下層４₁における
｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率Ｓとクラック発生応
力との関係を調べたところ、表２２，図２３の結果を得
た。

【００７５】

【表２２】図２３は、表２２をグラフ化したもので、図中、点１ａ
〜６ａは下層４₁の例１ａ〜６ａにそれぞれ対応する。
表２２，図２３から明らかなように、下層４₁における
｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率ＳをＳ≧４０％に設
定すると、その高強度化を達成してクラック発生応力を
大幅に向上させることができる。

【００７６】（３）次に、上層４₂の耐焼付き性につい
て説明する。前記同様の複数の鋳鉄製母材２のチル化さ
れたジャーナル部３外周面に、先ず、電気Ｎｉメッキ処
理を施すことにより前記例２ａと同様の下層４₁を形成
し、次いで下層４₁の表面に電気Ｎｉメッキ処理を施す
ことにより前記例１ｂ〜３ｂと同様の上層４₂を形成し
て複数の内燃機関用カムシャフト１を製造した。また比
較のため、下層４₁の前記例１ａ，３ａと同様のメッキ
層を上層４₂とする二種のカムシャフト１を製造した。

【００７７】各表面層４について、前記と同一条件下で
チップオンディスク方式による焼付きテストを行って、
上層４₂における｛３１１｝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２３、図
２４の結果を得た。

【００７８】

【表２３】図２４は、表２３をグラフ化したもので、図中、点１ｂ
〜３ｂ，１ａ，３ａは上層４₂の例１ｂ〜３ｂ，１ａ，
３ａにそれぞれ対応する。表２３，図２４から明らかな
ように、｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率ＳがＳ≧４
０％である例１ｂ〜３ｂ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１ａ，３ａに比べて大幅に向上するものである。

【００７９】（４）次に、下層４₁の例１ａ〜６ａと上
層４₂の例２ｂとよりなる６種の表面層４について密着
性能テストを行い、下層４₁における｛１１１｝配向性
Ｎｉ結晶の存在率Ｓと密着応力との関係を求めたとこ
ろ、表２４，図２５の結果を得た。密着性能テストは、
各カムシャフト１より直径１２mmのテストピースを切出
し、次いで各テストピースの上層４₂にロッドをエポキ
シ系接着剤を用いて接着し、その後テストピースおよび
ロッドを引張って、下層４₁が母材２から剥離したとき
の応力を求める、といった方法で行われた。表２４，図
２５にはその時の応力を密着応力として表わしてある。

【００８０】

【表２４】図２５は、表２４をグラフ化したもので、図中、点１ａ
〜６ａは下層４₁の例１ａ〜６ａにそれぞれ対応する。
表２４，図２５から明らかなように、｛１１１｝配向性
Ｎｉ結晶の存在率ＳがＳ≧４０％である例１ａ〜３ａは
例４ａ〜６ａに比べて密着応力が大幅に向上する。な
お、上，下層４₂，４₁間は、それらが同一材質である
ことから極めて密着性が良い。

【００８１】前記表面層は、次のような内燃機関用摺動
部材等の摺動部にも適用される。ピストン（スカート
部、ランド部、リング溝、ピン孔）、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（カム面）、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）、シリン
ダ、カムシャフトの軸受、チエン、金属ベルト、ディフ
ァレンシャルピニオンシャフト。

【００８２】

【発明の効果】第１，第３発明によれば、表面層の下層
における結晶構造を前記のように特定することによっ
て、その下層の高強度化を達成し、これにより表面層の
母材表面近傍域におけるクラックの発生を回避し得る摺
動部材を提供することができる。

【００８３】第２，第４発明によれば、表面層の上層に
おける結晶構造を前記のように特定することによって、
前記効果に加え、上層の保油性および初期なじみ性を良
好にし、これにより耐焼付き性の優秀な表面層を備えた
摺動部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カムシャフトの要部斜視図である。

【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（２ｈｈｈ）面、（ｈ
ｈｈ）面を示す斜視図である。

【図４】表面層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】面心立方構造およびその（３ｈｈｈ）面，（ｈ
ｈｈ）面を示す斜視図である。

【図８】表面層の他例を示す要部平面図である。

【図９】面心立方構造における（３ｈｈｈ）面の傾きを
示す説明図である。

【図１０】下層の一例におけるＸ線回折図である。

【図１１】下層の一例における表面の結晶構造を示す顕
微鏡写真である。

【図１２】上層の一例におけるＸ線回折図である。

【図１３】上層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１４】｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶または｛２２２｝
配向性Ｆｅ結晶の存在率と硬さとの関係を示すグラフで
ある。

【図１５】｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓとクラ
ック発生応力との関係を示すグラフである。

【図１６】｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率と焼付き
発生荷重との関係を示すグラフである。

【図１７】｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶または｛２２２｝
配向性Ｆｅ結晶の存在率と析出速度との関係を示すグラ
フである。

【図１８】下層の他例におけるＸ線回折図である。

【図１９】下層の他例における表面の結晶構造を示す顕
微鏡写真である。

【図２０】上層の他例におけるＸ線回折図である。

【図２１】上層の他例における摺動面の結晶構造を示す
顕微鏡写真である。

【図２２】｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶または｛３１１｝
配向性Ｎｉ結晶の存在率と硬さとの関係を示すグラフで
ある。

【図２３】｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率とクラッ
ク発生応力との関係を示すグラフである。

【図２４】｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率と焼付き
発生荷重との関係を示すグラフである。

【図２５】｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶の存在率と密着応
力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１カムシャフト（摺動部材）２母材４表面層４₁ 下層４₂ 上層４ａ摺動面５軸受部材（相手部材）６（ｈｈｈ）配向性金属結晶（ｂｃｃ構造），
（３ｈｈｈ）配向性金属結晶（ｆｃｃ構造）

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製母材と、その母材表面に対するメ
ッキ処理により形成されて相手部材との摺動面を有する
表面層とを備えた摺動部材において、前記表面層は前記
母材に密着する下層およびその下層に密着する上層より
なり、前記下層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（２ｈｈ
ｈ）面を摺動面側に向けた（２ｈｈｈ）配向性金属結晶
を含み、その（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の存在率Ｓは
Ｓ≧３０％であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記上層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（ｈｈｈ）配向性金属結晶の存在率Ｓ
はＳ≧４０％である、請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】金属製母材と、その母材表面に対するメ
ッキ処理により形成されて相手部材との摺動面を有する
表面層とを備えた摺動部材において、前記表面層は前記
母材に密着する下層およびその下層に密着する上層より
なり、前記下層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≧４
０％であることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】前記上層は面心立方構造を持つ金属結晶
の集合体より構成され、その集合体は、ミラー指数で
（３ｈｈｈ）面を摺動面側に向けた（３ｈｈｈ）配向性
金属結晶を含み、その（３ｈｈｈ）配向性金属結晶の存
在率ＳはＳ≧４０％である、請求項３記載の摺動部材。