JPH07258880A - 摺動面構成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐焼付き性の優れた摺動面構成体を提供す
る。 【構成】 摺動面構成体４はＦｅ結晶の集合体より構成
され、その集合体は１つの隅角部ａを摺動面ｂ側に向け
た多数の板状Ｆｅ結晶５を有し、それら板状Ｆｅ結晶５
は、摺動面ｂ上に相互に連通する複数のＶ形溝ｃが形成
されるように、相隣る両板状Ｆｅ結晶５の平面５ａ間に
段差ｄを生じさせて配設されている。これにより、摺動
面構成体４の保油性を向上させ、また摺動面ｂ全域に常
時オイルを積極的に行渡らせることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は摺動面構成体、特に、無
機質結晶の集合体より構成され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
えば内燃機関用カムシャフトにおいて、鋳鉄製母材のジ
ャーナル部外周面に、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】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Ｆｅメッキ
層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、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った。

【０００４】そこで、本出願人は、先に、Ｆｅメッキ層
としてその摺動面に多数の角錐状Ｆｅ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Ｆｅ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、Ｆｅメッキ層
の保油性が良好となり、またＦｅ結晶における先端部側
の優先的摩耗によってＦｅメッキ層の初期なじみ性も良
好となる。これによりＦｅメッキ層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Ｆｅメ
ッキ層について種々検討を加えたところ、そのＦｅメッ
キ層においては、複数の角錐状Ｆｅ結晶により囲まれる
空間がオイル溜りとなるためオイル溜り相互間のオイル
の流通性は比較的低く、したがって、より苛酷な摺動環
境に対応するためには、保油性が良好である上に、オイ
ルの流通性を良好にして摺動面全域に常時オイルを積極
的に行渡らせることが必要である、ということが判明し
た。

【０００７】本発明は前記要望を満足することのできる
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】本発明に係る摺動面構成
体は、無機質結晶の集合体より構成され、その集合体は
隅角部を摺動面側に向けた多数の板状無機質結晶を有
し、それら板状無機質結晶は、摺動面上に相互に連通す
る複数のＶ形溝が形成されるように、相隣る両板状無機
質結晶の平面間に段差を生じさせて配設されていること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】潤滑下においては、各Ｖ形溝にオイルが保持さ
れるので、摺動面構成体の保油性が良好となる。また各
Ｖ形溝は相互に連通しているので、オイルの流通性を高
めて摺動面全域に常時オイルを積極的に行渡らせること
が可能である。これにより摺動面構成体の耐焼付き性お
よび耐摩耗性を一層向上させることができる。

【００１０】無潤滑下においては次の通りである。即
ち、各板状無機質結晶は角錐状無機質結晶に比べて大型
であり、したがって相手部材と摺擦する隅角部の単位面
積当りの存在量は角錐状無機質結晶の先端部の単位面積
当りの存在量よりも少なくなる。その結果、前記板状無
機質結晶を有する摺動面構成体では、初期摩耗が角錐状
無機質結晶を有するものに比べて速くなり、また初期摩
耗後は多数の板状無機質結晶により荷重分散が図られる
ので、早期に摺動特性を定常化して耐焼付き性および耐
摩耗性を向上させることができる。

【００１１】

【実施例】図１において、内燃機関用カムシャフト１は
鋳鉄製母材２を有し、その母材２のジャーナル部３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。

【００１２】図２，３に示すように、摺動面構成体４は
無機質結晶の集合体より構成され、その集合体は隅角部
ａを摺動面ｂ側に向けた多数の板状無機質結晶５を有
し、それら板状無機質結晶５は、摺動面ｂ上に相互に連
通する複数のＶ形溝ｃが形成されるように、相隣る両板
状無機質結晶５の平面５ａ間に段差ｄを生じさせて配設
される。

【００１３】前記のように構成すると、潤滑下において
は、各Ｖ形溝ｃにオイルが保持されるので、摺動面構成
体４の保油性が良好となる。また各Ｖ形溝ｃは相互に連
通しているので、オイルの流通性を高めて摺動面ｂ全域
に常時オイルを積極的に行渡らせることが可能である。
これにより摺動面構成体４の耐焼付き性および耐摩耗性
を一層向上させることができる。

【００１４】無潤滑下においては次の通りである。即
ち、各板状無機質結晶５は角錐状無機質結晶に比べて大
型であり、したがって相手部材と摺擦する隅角部ａの単
位面積当りの存在量は、角錐状無機質結晶の先端部の単
位面積当りの存在量よりも少なくなる。その結果、板状
無機質結晶５を有する摺動面構成体４では、初期摩耗が
角錐状無機質結晶を有するものに比べて速くなり、また
初期摩耗後は多数の板状無機質結晶５により荷重分散が
図られるので、早期に摺動特性を定常化して耐焼付き性
および耐摩耗性を向上させることができる。

【００１５】無機質結晶は、例えば図４に示すように体
心立方構造を持つ金属結晶であり、板状金属結晶５は、
摺動面ｂ側に向かうミラー指数で（２ｈｈｈ）面の存在
率ＳがＳ≧２０％であり、且つ摺動面ｂ側に向かうミラ
ー指数で（ｈｈｈ）面の存在率Ｓが２０％≦Ｓ＜４０％
である、といった結晶構造を備えている。

【００１６】この場合、（２ｈｈｈ）面および（ｈｈ
ｈ）面の存在率Ｓの少なくとも一方がＳ＜２０％では板
状金属結晶５が形成されず、一方、（ｈｈｈ）面の存在
率ＳがＳ≧４０％では板状金属結晶の代りに角錐状金属
結晶が形成される。

【００１７】図５（ａ），（ｂ）に示すように、摺動面
ｂに沿う仮想面６に対する（２ｈｈｈ）面および（ｈｈ
ｈ）面の傾きは板状金属結晶５の傾きとなって現れるの
で、摺動面構成体４の保油性等に影響を与える。そこ
で、（２ｈｈｈ）面および（ｈｈｈ）面が仮想面６に対
してなす傾き角θはそれぞれ０°≦θ≦１５°に設定さ
れる。この場合、（２ｈｈｈ）面等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の保油性等が低下する。

【００１８】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。

【００１９】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
合のメッキ浴条件は、表１の通りである。

【００２０】

【表１】 通電法としてはパルス電流法が適用される。即ち、図６
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。

【００２１】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Ｔ_ON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Ｔ_c としたとき、通電時間Ｔ_ONとサイクル
時間Ｔ_c との比、即ち、時間比Ｔ_ON／Ｔ_c はＴ_ON／Ｔ_c
≦０．４５に設定される。

【００２２】この場合、最大陰極電流密度ＣＤmax はＣ
Ｄmax ≧０．２２Ａ／dm² に、また平均陰極電流密度Ｃ
ＤｍはＣＤｍ≧０．１Ａ／dm² にそれぞれ設定される。

【００２３】メッキ法としては、電気メッキ法の外に、
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メッキを行う場合は、例えば
Ａｒ圧力０．２〜１Ｐａ、母材温度１５０〜３００℃と
し、平均Ａｒ加速電力を１〜１．５ｋＷに制御する。Ｃ
ＶＤ法によりＷメッキを行う場合は、例えばＷＦ₆ （原
料）の流量２〜１５cc／min 、チャンバ内圧力５０〜３
００Ｐａ、母材温度１００〜４００℃とし、ＡｒＦエキ
シマレーザの平均出力を５〜４０Ｗに制御する。

【００２４】〔実施例１〕内燃機関用カムシャフト１の
ジャーナル部３を想定して、図７に示すように、鋳鉄
（ＪＩＳ ＦＣ２５相当材）よりなり、大径軸部７の両
端面にそれぞれ小径軸部８を同軸上に位置するように突
設した複数の軸状部材９を用意し、その大径軸部７外周
面に電気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を形成した。大径軸部７
の外径は１５mm、長さは５００mmである。

【００２５】表２は、摺動面構成体４の例１〜３におけ
る電気Ｆｅメッキ処理条件を示す。

【００２６】

【表２】 表３は、例１〜３における摺動面ｂの結晶形態および摺
動面ｂ側に向かう結晶面の存在率Ｓをそれぞれ示す。

【００２７】

【表３】 存在率Ｓは、例１〜３のＸ線回折図（Ｘ線照射方向は摺
動面に対して直角方向）に基づいて次式から求められ
た。 ｛１１０｝面：Ｓ₁₁₀ ＝｛（Ｉ₁₁₀ ／ＩＡ₁₁₀ ）／Ｔ｝
×１００、｛２００｝面：Ｓ₂₀₀ ＝｛（Ｉ₂₀₀ ／ＩＡ
₂₀₀ ）／Ｔ｝×１００、｛２１１｝面：Ｓ₂₁₁ ＝｛（Ｉ
₂₁₁ ／ＩＡ₂₁₁ ）／Ｔ｝×１００、｛３１０｝面：Ｓ
₃₁₀ ＝｛（Ｉ₃₁₀ ／ＩＡ₃₁₀ ）／Ｔ｝×１００、｛２２
２｝面：Ｓ₂₂₂ ＝｛（Ｉ₂₂₂ ／ＩＡ₂₂₂ ）／Ｔ｝×１０
０ 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。

【００２８】図８は例１のＸ線回折図、図９は例１にお
ける摺動面ｂの結晶構造を示す顕微鏡写真である。図９
において、多数の板状Ｆｅ結晶が観察される。表３、図
８に示すように、この板状Ｆｅ結晶における（２ｈｈ
ｈ）面、したがって｛２１１｝面の存在率ＳはＳ＝４
３．４％、（ｈｈｈ）面、したがって｛２２２｝面の存
在率ＳはＳ＝２６％である。

【００２９】図１０は例２のＸ線回折図、図１１は、例
２における摺動面ｂの結晶構造を示す顕微鏡写真であ
る。図１１において、多数の角錐状Ｆｅ結晶が観察され
る。この場合、表３、図１０に示すように｛２１１｝面
の存在率ＳはＳ＝１８．７％、｛２２２｝面の存在率Ｓ
はＳ＝４３．５％である。

【００３０】図１２は例３のＸ線回折図、図１３は例３
における摺動面ｂの結晶構造を示す顕微鏡写真である。
図１３において多数の粒状Ｆｅ結晶が観察される。この
場合、表３、図１２に示すように、｛２１１｝面の存在
率ＳはＳ＝１７．５％、｛２２２｝面の存在率ＳはＳ＝
１４．７％である。

【００３１】次に、例１〜３について図７に示す方法
で、潤滑下における焼付きテストを行ったところ、図１
４の結果を得た。焼付きテストは、軸状部材９を回転数
２２９０rpm で回転させ、その大径軸部７外周面に、Ａ
ｌ−１０重量％Ｓｉ合金よりなる一対の軸受想定部材１
０における幅２mmの半円形凹部１１内周面を荷重０〜１
５００Ｎの範囲で押付け、その間、給油管１２より０．
３ml／min にて給油を行う、という方法で行われた。

【００３２】図１４から、多数の板状Ｆｅ結晶を有する
例１は、例２，３に比べて優れた耐焼付き性を有するこ
とが判る。

【００３３】次に、摺動面構成体４の例１〜３につい
て、無潤滑下における摺動特性を調べるため次のような
テストを行った。

【００３４】図１５に示すように、鋳鉄（ＪＩＳ ＦＣ
２５相当材）よりなり、直径 １３９mm、厚さ ５mmの
複数のディスク１３を用意し、それらディスク１３の一
面において、外周縁から幅１７mmの環状領域ｅに前記と
同様の方法で摺動面構成体４の例１〜３を形成した。た
だし、電気メッキ処理中ディスクは回転させない。

【００３５】ディスク１３を周速 １ｍ／sec の条件で
回転させ、その摺動面構成体４にＡｌ−１０重量％Ｓｉ
合金よりなり、摺動面の面積が１００mm² のチップ１４
を押付け、その押圧荷重を０〜４００Ｎの範囲で２０Ｎ
宛段階的に高め、また各押圧荷重において２分間保持
し、各押圧荷重と動摩擦係数μとの関係を求めたとこ
ろ、図１６の結果を得た。

【００３６】図１６から、多数の板状Ｆｅ結晶を有する
例１は、多数の角錐状Ｆｅ結晶を有する例２に比べて低
い押圧荷重にて動摩擦係数μが一定となり、したがって
例１においては早期に摺動特性が定常化することが明ら
かであり、しかも例２に比べて定常状態における動摩擦
係数μが僅かではあるが小さくなる。例３は無潤滑下に
おける摺動に耐えることができず、押圧荷重２８０Ｎ程
度で焼付きを発生する。

【００３７】〔実施例２〕実施例１と同様の複数の軸状
部材９を用い、その大径軸部７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を形成した。

【００３８】表４は、摺動面構成体４の例１〜１１にお
ける電気Ｆｅメッキ処理条件を示す。

【００３９】

【表４】 表５は、例１〜１１における摺動面ｂの結晶形態および
摺動面ｂ側に向かう結晶面の存在率Ｓを示す。存在率Ｓ
の求め方は実施例１と同じである。

【００４０】

【表５】 次に、例１〜１１について、実施例１と同様の方法（図
７参照）で焼付きテストを行ったところ、表６の結果を
得た。

【００４１】

【表６】 図１７は、｛２２２｝面の存在率Ｓと焼付き発生荷重と
の関係を示し、図中、（１）〜（１１）は例１〜１１に
それぞれ対応する。表５，６、図１７から明らかなよう
に、例（５），（６），（９），（１０）は摺動面ｂの
結晶形態が板状であり、また｛２１１｝面の存在率Ｓが
Ｓ≧２０％で、且つ｛２２２｝面の存在率Ｓが２０％≦
Ｓ＜４０％であることから、他の例に比べて優れた耐焼
付き性を有する。

【００４２】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、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）。

【００４３】また摺動面構成体を、前記金属に限らず、
立方晶構造を持つ炭化物、酸化物、窒化物等のセラミッ
クスより構成することも可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことにより、潤滑下では勿論のこと、無潤滑下において
も優れた摺動特性を有する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】カムシャフトの斜視図である。

【図２】摺動面構成体の要部平面図である。

【図３】図２の３−３線断面図である。

【図４】体心立方構造ならびに（２ｈｈｈ）面および
（ｈｈｈ）面を示す斜視図である。

【図５】（２ｈｈｈ）面および（ｈｈｈ）面の傾きを示
す説明図である。

【図６】メッキ用電源の出力波形図である。

【図７】潤滑下における焼付きテストの説明図である。

【図８】摺動面構成体のＸ線回折図である。

【図９】摺動面構成体の摺動面の結晶構造を示す顕微鏡
写真である。

【図１０】摺動面構成体のＸ線回折図である。

【図１１】摺動面構成体の摺動面の結晶構造を示す顕微
鏡写真である。

【図１２】摺動面構成体のＸ線回折図である。

【図１３】摺動面構成体の摺動面の結晶構造を示す顕微
鏡写真である。

【図１４】焼付きテスト結果を示すグラフである。

【図１５】無潤滑下における摺動テストの説明図であ
る。

【図１６】押圧荷重と動摩擦係数との関係を示すグラフ
である。

【図１７】｛２２２｝面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。

【符号の説明】

４ 摺動面構成体 ５ 板状無機質結晶（板状Ｆｅ結晶） ５ａ 平面 ６ 仮想面 ａ 隅角部 ｂ 摺動面 ｃ Ｖ形溝 ｄ 段差

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｒ 8414−4Ｋ 16/48 Ｃ２５Ｄ 5/18 Ｃ１０Ｎ 10:16 40:02 (72)発明者 広瀬 謙治 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機質結晶の集合体より構成され、その
   集合体は隅角部（ａ）を摺動面（ｂ）側に向けた多数の
   板状無機質結晶（５）を有し、それら板状無機質結晶
   （５）は、摺動面（ｂ）上に相互に連通する複数のＶ形
   溝（ｃ）が形成されるように、相隣る両板状無機質結晶
   （５）の平面（５ａ）間に段差（ｄ）を生じさせて配設
   されていることを特徴とする摺動面構成体。
2. 【請求項２】 前記無機質結晶は体心立方構造を持つ金
   属結晶であり、前記板状金属結晶（５）は、摺動面
   （ｂ）側に向かうミラー指数で（２ｈｈｈ）面の存在率
   ＳがＳ≧２０％であり、且つ摺動面（ｂ）側に向かうミ
   ラー指数で（ｈｈｈ）面の存在率Ｓが２０％≦Ｓ＜４０
   ％である結晶構造を備えている、請求項１記載の摺動面
   構成体。
3. 【請求項３】 前記摺動面（ｂ）に沿う仮想面（６）に
   対する（２ｈｈｈ）面および（ｈｈｈ）面の傾き角θは
   それぞれ０°≦θ≦１５°である、請求項１または２記
   載の摺動面構成体。