JPH08253890A - 摺動面構成体およびその製造方法 - Google Patents
摺動面構成体およびその製造方法Info
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- JPH08253890A JPH08253890A JP7083336A JP8333695A JPH08253890A JP H08253890 A JPH08253890 A JP H08253890A JP 7083336 A JP7083336 A JP 7083336A JP 8333695 A JP8333695 A JP 8333695A JP H08253890 A JPH08253890 A JP H08253890A
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- pyramidal
- crystals
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
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】 摺動面構成体は摺動面に多数の六角錐台状Ｆ
ｅ結晶６を有する。その摺動面における六角錐台状Ｆｅ
結晶６の面積率Ａは４０％≦Ａ≦１００％である。それ
ら六角錐台状Ｆｅ結晶の頂面７は複数の平面７ａ〜７ｆ
より構成されると共に相隣る両平面７ａ，７ｂ；７ｂ，
７ｃ；７ｃ，７ｄ；７ｄ，７ｅ；７ｅ，７ｆ；７ｆ，７
ａ間に段差ａを付されている。これにより、摺動面は入
組んだ様相を呈するので、その摺動面の保油性が極めて
良好となる。
る。 【構成】 摺動面構成体は摺動面に多数の六角錐台状Ｆ
ｅ結晶６を有する。その摺動面における六角錐台状Ｆｅ
結晶６の面積率Ａは４０％≦Ａ≦１００％である。それ
ら六角錐台状Ｆｅ結晶の頂面７は複数の平面７ａ〜７ｆ
より構成されると共に相隣る両平面７ａ，７ｂ；７ｂ，
７ｃ；７ｃ，７ｄ；７ｄ，７ｅ；７ｅ，７ｆ；７ｆ，７
ａ間に段差ａを付されている。これにより、摺動面は入
組んだ様相を呈するので、その摺動面の保油性が極めて
良好となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は摺動面構成体およびその
製造方法に関する。
製造方法に関する。
【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合金製ピストン
本体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。
えば内燃機関用ピストンにおいて、Ａｌ合金製ピストン
本体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】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、特開平６−１７４０８９号公報参
照）。
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、特開平６−１７４０８９号公報参
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
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。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
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。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
動環境に対応するためには、摺動面構成体の保油性をさ
らに向上させて固体接触を極力低減することにより耐焼
付き性を一層向上させ、また摩擦係数μを下げて耐摩耗
性を一層向上させることが必要である、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
動環境に対応するためには、摺動面構成体の保油性をさ
らに向上させて固体接触を極力低減することにより耐焼
付き性を一層向上させ、また摩擦係数μを下げて耐摩耗
性を一層向上さ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
前記摺動面構成体およびその製造方法を提供することを
目的とする。
前記摺動面構成体およびその製造方法を提供することを
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、摺動面に多数の角錐台状突起を有し、その摺動面
における前記角錐台状突起の面積率Ａが４０％≦Ａ≦１
００％であり、それら角錐台状突起の頂面が複数の平面
より構成されると共に相隣る両平面間に段差を付されて
いることを特徴とする。
体は、摺動面に多数の角錐台状突起を有し、その摺動面
における前記角錐台状突起の面積率Ａが４０％≦Ａ≦１
００％であり、それら角錐台状突起の頂面が複数の平面
より構成されると共に相隣る両平面間に段差を付されて
いることを特徴とする。
【０００９】本発明に係る摺動面構成体の製造方法は、
摺動面となる表面に多数の角錐状金属結晶を有し、且つ
その表面における前記角錐状金属結晶の面積率Ａが４０
％≦Ａ≦１００％であるメッキ層を得る工程と、前記メ
ッキ層表面に研磨加工を施して前記角錐状金属結晶を角
錐台状金属結晶に形成する工程と、研磨加工後の前記メ
ッキ層表面にエッチング処理を施して、前記角錐台状金
属結晶の頂面を複数の平面に分割すると共に相隣る両平
面間に段差を付す工程とを用いることを特徴とする。
摺動面となる表面に多数の角錐状金属結晶を有し、且つ
その表面における前記角錐状金属結晶の面積率Ａが４０
％≦Ａ≦１００％であるメッキ層を得る工程と、前記メ
ッキ層表面に研磨加工を施して前記角錐状金属結晶を角
錐台状金属結晶に形成する工程と、研磨加工後の前記メ
ッキ層表面にエッチング処理を施して、前記角錐台状金
属結晶の頂面を複数の平面に分割すると共に相隣る両平
面間に段差を付す工程とを用いることを特徴とする。
【００１０】
【作用】摺動面における角錐台状突起の面積率Ａを前記
のように設定すると、相隣る両角錐台状突起によりアト
ランダムに延びる複雑な谷部が形成されるので摺動面は
入組んだ様相を呈する。しかも、その入組み方は、それ
ら角錐台状突起の頂面が複数の平面より構成されると共
に相隣る両平面間に段差を付されていることから倍加さ
れる。その結果、摺動面におけるオイルの流動抵抗が大
幅に高められる。
のように設定すると、相隣る両角錐台状突起によりアト
ランダムに延びる複雑な谷部が形成されるので摺動面は
入組んだ様相を呈する。しかも、その入組み方は、それ
ら角錐台状突起の頂面が複数の平面より構成されると共
に相隣る両平面間に段差を付されていることから倍加さ
れる。その結果、摺動面におけるオイルの流動抵抗が大
幅に高められる。
【００１１】これにより摺動面構成体の保油性を大幅に
向上させることが可能であるから、苛酷な摺動環境にお
いても固体接触を極力低減して摺動面構成体に優れた耐
焼付き性を発揮させることができる。また前記頂面が平
面を有することから、摩擦係数μを下げて、前記摺動環
境において摺動面構成体に優れた耐摩耗性を発揮させる
ことができる。
向上させることが可能であるから、苛酷な摺動環境にお
いても固体接触を極力低減して摺動面構成体に優れた耐
焼付き性を発揮させることができる。また前記頂面が平
面を有することから、摩擦係数μを下げて、前記摺動環
境において摺動面構成体に優れた耐摩耗性を発揮させる
ことができる。
【００１２】前記製造方法によれば、前記のような摺動
面構成体を容易に量産することができる。
面構成体を容易に量産することができる。
【００１３】
【実施例】図１において、内燃機関用ピストン１はＡｌ
合金製ピストン本体２を有し、そのピストン本体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。
合金製ピストン本体２を有し、そのピストン本体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）を持つ金属結晶の
集合体より構成される。その集合体は、図３に示すよう
に、ピストン本体２より成長した複数の柱状金属結晶５
を有し、それら柱状金属結晶５はミラー指数で（ｈｈ
ｈ）面を、摺動面４ａ側に向けた（ｈｈｈ）配向性金属
結晶である。図４にも示すように柱状金属結晶５の先端
部は、摺動面４ａにおいて、六角錐台状金属結晶（角錐
台状突起）６の形態をなし、その六角錐台状金属結晶６
の、摺動面４ａにおける面積率Ａは４０％≦Ａ≦１００
％に設定される。
施例では体心立方構造（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、図３に示すよう
に、ピストン本体２より成長した複数の柱状金属結晶５
を有し、それら柱状金属結晶５はミラー指数で（ｈｈ
ｈ）面を、摺動面４ａ側に向けた（ｈｈｈ）配向性金属
結晶である。図４にも示すように柱状金属結晶５の先端
部は、摺動面４ａにおいて、六角錐台状金属結晶（角錐
台状突起）６の形態をなし、その六角錐台状金属結晶６
の、摺動面４ａにおける面積率Ａは４０％≦Ａ≦１００
％に設定される。
【００１５】図５（ａ）に明示するように、六角錐台状
金属結晶６の頂面７は複数の平面７ａ〜７ｆより構成さ
れ、また同図（ｂ）に示すように相隣る両平面７ａ，７
ｂ；７ｂ，７ｃ；７ｃ，７ｄ；７ｄ，７ｅ；７ｅ，７
ｆ；７ｆ，７ａ間に段差ａが付されている。
金属結晶６の頂面７は複数の平面７ａ〜７ｆより構成さ
れ、また同図（ｂ）に示すように相隣る両平面７ａ，７
ｂ；７ｂ，７ｃ；７ｃ，７ｄ；７ｄ，７ｅ；７ｅ，７
ｆ；７ｆ，７ａ間に段差ａが付されている。
【００１６】図示例では、頂面７は、三組の対向２辺間
を、それら両辺を２等分するように結び、且つ内心ｏを
通る３本の分割線Ｌ1 〜Ｌ3 により６つの平面７ａ〜７
ｆに区画されている。そして、それら平面７ａ〜７ｆの
うち、出っ張っている３つの平面７ａ，７ｃ，７ｅと、
凹んでいる３つの平面７ｂ，７ｄ，７ｆとが内心ｏ回り
に交互に位置する。この場合、段差ａは約０．１μｍ〜
約０．５μｍである。
を、それら両辺を２等分するように結び、且つ内心ｏを
通る３本の分割線Ｌ1 〜Ｌ3 により６つの平面７ａ〜７
ｆに区画されている。そして、それら平面７ａ〜７ｆの
うち、出っ張っている３つの平面７ａ，７ｃ，７ｅと、
凹んでいる３つの平面７ｂ，７ｄ，７ｆとが内心ｏ回り
に交互に位置する。この場合、段差ａは約０．１μｍ〜
約０．５μｍである。
【００１７】摺動面４ａにおける六角錐台状金属結晶６
の面積率Ａを前記のように設定すると、図４に示すよう
に六角錐台状金属結晶６において、相隣るものは相互に
食込んだ状態となる。これにより摺動面４ａは、多数の
極微細な山部８と、それら山部８の間に形成されてアト
ランダムに延びる、複雑で、且つ極微細な多数の谷部９
と、山部８相互の食込みに因る多数の極微細な沢部１０
とからなる非常に入組んだ様相を呈する。しかも、その
入組み方は、それら六角錐台状金属結晶６の頂面７が６
つの平面７ａ〜７ｆより構成されると共に全ての相隣る
両平面７ａ，７ｂ；７ｂ，７ｃ等の間に段差ａを付され
ていることから倍加される。その結果、摺動面４ａにお
けるオイルの流動抵抗が大幅に高められる。
の面積率Ａを前記のように設定すると、図４に示すよう
に六角錐台状金属結晶６において、相隣るものは相互に
食込んだ状態となる。これにより摺動面４ａは、多数の
極微細な山部８と、それら山部８の間に形成されてアト
ランダムに延びる、複雑で、且つ極微細な多数の谷部９
と、山部８相互の食込みに因る多数の極微細な沢部１０
とからなる非常に入組んだ様相を呈する。しかも、その
入組み方は、それら六角錐台状金属結晶６の頂面７が６
つの平面７ａ〜７ｆより構成されると共に全ての相隣る
両平面７ａ，７ｂ；７ｂ，７ｃ等の間に段差ａを付され
ていることから倍加される。その結果、摺動面４ａにお
けるオイルの流動抵抗が大幅に高められる。
【００１８】これにより、摺動面構成体４の保油性を大
幅に向上させることが可能であるから、苛酷な摺動環境
においても固体接触を極力低減して、摺動面構成体４に
優れた耐焼付き性を発揮させることができる。また前記
頂面７が平面７ａ〜７ｆを有することから、摩擦係数μ
を下げて、前記摺動環境において摺動面構成体４に優れ
た耐摩耗性を発揮させることができる。
幅に向上させることが可能であるから、苛酷な摺動環境
においても固体接触を極力低減して、摺動面構成体４に
優れた耐焼付き性を発揮させることができる。また前記
頂面７が平面７ａ〜７ｆを有することから、摩擦係数μ
を下げて、前記摺動環境において摺動面構成体４に優れ
た耐摩耗性を発揮させることができる。
【００１９】図６に示すように、摺動面４ａに沿う仮想
面１１に対する（ｈｈｈ）面の傾きは六角錐台状金属結
晶６の傾きとなって現われるので、摺動面構成体４の保
油性に影響を与える。そこで、（ｈｈｈ）面が仮想面１
１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。
面１１に対する（ｈｈｈ）面の傾きは六角錐台状金属結
晶６の傾きとなって現われるので、摺動面構成体４の保
油性に影響を与える。そこで、（ｈｈｈ）面が仮想面１
１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。
【００２０】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。
【００２１】摺動面構成体４の製造に当っては、図７，
８に示すようにピストン本体２のランド部３1 およびス
カート部３2 外周面に、摺動面４ａとなる表面に複数の
六角錐状金属結晶６1 を有し、且つその表面における六
角錐状金属結晶６1 の面積率Ａが４０％≦Ａ≦１００％
であるメッキ層１２を形成する工程と、図９に示すよう
にメッキ層１２表面に研磨加工を施して、六角錐状金属
結晶６1 を、頂面７を持つ六角錐台状金属結晶６に形成
する工程と、図３〜５に示すように研磨加工後のメッキ
層１２表面にエッチング処理を施して、六角錐台状金属
結晶６の頂面７を６つの平面７ａ〜７ｆに分割すると共
に全ての相隣る両平面７ａ，７ｂ；７ｂ，７ｃ等の間に
段差ａを付す工程とを用いる。
８に示すようにピストン本体２のランド部３1 およびス
カート部３2 外周面に、摺動面４ａとなる表面に複数の
六角錐状金属結晶６1 を有し、且つその表面における六
角錐状金属結晶６1 の面積率Ａが４０％≦Ａ≦１００％
であるメッキ層１２を形成する工程と、図９に示すよう
にメッキ層１２表面に研磨加工を施して、六角錐状金属
結晶６1 を、頂面７を持つ六角錐台状金属結晶６に形成
する工程と、図３〜５に示すように研磨加工後のメッキ
層１２表面にエッチング処理を施して、六角錐台状金属
結晶６の頂面７を６つの平面７ａ〜７ｆに分割すると共
に全ての相隣る両平面７ａ，７ｂ；７ｂ，７ｃ等の間に
段差ａを付す工程とを用いる。
【００２２】メッキ層１２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。
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。
【００２３】
【表１】
【００２４】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１０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。
適用される。パルス電流法においては、図１０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≧２Ａ／dm2 に、また平均陰極電流密
度ＣＤｍは１Ａ／dm2≦ＣＤｍ≦１０Ａ／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≧２Ａ／dm2 に、また平均陰極電流密
度ＣＤｍは１Ａ／dm2≦ＣＤｍ≦１０Ａ／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
れによりメッキ層１２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
れによりメッキ層１２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、したがって先端部が六角錐状Ｆｅ結晶
６1である柱状Ｆｅ結晶の析出、その存在量等を制御す
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、したがって先端部が六角錐状Ｆｅ結晶
６1である柱状Ｆｅ結晶の析出、その存在量等を制御す
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。
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。
【００２９】研磨加工にはダイヤモンドホイールが用い
られ、そのダイヤモンド砥粒の粒径は約０．２５μｍで
ある。
られ、そのダイヤモンド砥粒の粒径は約０．２５μｍで
ある。
【００３０】エッチング処理は室温下で行われる。Ｆｅ
メッキ層用腐食液としては３〜５％の硝酸を含むアルコ
ール溶液が用いられ、浸漬時間は３０〜６０秒間に設定
される。またＭｏ、Ｗメッキ層用腐食液としては１０％
水酸化ナトリウムと１０％フエリシアン化ナトリウムを
含む水溶液が用いられ、浸漬時間は１５〜６０秒間に設
定される。
メッキ層用腐食液としては３〜５％の硝酸を含むアルコ
ール溶液が用いられ、浸漬時間は３０〜６０秒間に設定
される。またＭｏ、Ｗメッキ層用腐食液としては１０％
水酸化ナトリウムと１０％フエリシアン化ナトリウムを
含む水溶液が用いられ、浸漬時間は１５〜６０秒間に設
定される。
【００３１】以下、具体例について説明する。
【００３２】Ａｌ合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ｂ−Ｔ７）より
なるピストン本体２のランド部３1およびスカート部３
2 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１５μｍのメッキ層１
２を形成した。
なるピストン本体２のランド部３1およびスカート部３
2 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１５μｍのメッキ層１
２を形成した。
【００３３】表２はメッキ層の例１ａ〜６ａの電気Ｆｅ
メッキ処理条件を示す。なお、メッキ処理時間は、例１
ａ〜６ａ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。
メッキ処理条件を示す。なお、メッキ処理時間は、例１
ａ〜６ａ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。
【００３４】
【表２】
【００３５】表３は、例１ａ〜６ａに関するメッキ層表
面の結晶形態、メッキ層表面における六角錐状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な
らびにメッキ層断面における硬さをそれぞれ示す。
面の結晶形態、メッキ層表面における六角錐状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な
らびにメッキ層断面における硬さをそれぞれ示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａは、メッキ層
表面の面積をｂ、その表面において全部の六角錐状Ｆｅ
結晶が占める面積をｃとしたとき、Ａ＝（ｃ／ｂ）×１
００（％）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、三本の対角線の長さの平均値である。
表面の面積をｂ、その表面において全部の六角錐状Ｆｅ
結晶が占める面積をｃとしたとき、Ａ＝（ｃ／ｂ）×１
００（％）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、三本の対角線の長さの平均値である。
【００３８】存在率Ｓは、例１ａ〜６ａのＸ線回折図
（Ｘ線照射方向はメッキ層表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１ａについて説明すると、図１１は例１ａ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、｛１１０｝面をメッキ層表面側に向けた配向性Ｆ
ｅ結晶を意味する。 ｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ110 ＝｛（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ222 ）／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。
（Ｘ線照射方向はメッキ層表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１ａについて説明すると、図１１は例１ａ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、｛１１０｝面をメッキ層表面側に向けた配向性Ｆ
ｅ結晶を意味する。 ｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ110 ＝｛（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ222 ）／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。
【００３９】図１２は例１ａにおける表面の結晶構造を
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３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｝面を表面側に
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３、図１１に示す
ように、Ｓ＝９１．１％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３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｝面を表面側に
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３、図１１に示す
ように、Ｓ＝９１．１％である。
【００４０】図１３は例３ａにおける表面の結晶構造を
示す顕微鏡写真であり、多数の六角錐状Ｆｅ結晶とブロ
ック状Ｆｅ結晶とが観察される。
示す顕微鏡写真であり、多数の六角錐状Ｆｅ結晶とブロ
ック状Ｆｅ結晶とが観察される。
【００４１】次に、メッキ層の例１ａ〜５ａの表面にダ
イヤモンドホイールによる研磨加工を施して、六角錐状
Ｆｅ結晶を六角錐台状Ｆｅ結晶に形成し、これにより例
１ａ〜５ａにそれぞれ対応する例１ｂ〜５ｂを得た。図
１４は例１ｂにおける表面の結晶構造を示す顕微鏡写真
であり、六角錐台状Ｆｅ結晶の頂面が観察される。
イヤモンドホイールによる研磨加工を施して、六角錐状
Ｆｅ結晶を六角錐台状Ｆｅ結晶に形成し、これにより例
１ａ〜５ａにそれぞれ対応する例１ｂ〜５ｂを得た。図
１４は例１ｂにおける表面の結晶構造を示す顕微鏡写真
であり、六角錐台状Ｆｅ結晶の頂面が観察される。
【００４２】その後、例１ｂ〜５ｂを、常温下で、５％
の硝酸を含むアルコール溶液に３０秒間浸漬するエッチ
ング処理を行って、例１ｂ〜５ｂにそれぞれ対応する摺
動面構成体の例１〜５を得た。
の硝酸を含むアルコール溶液に３０秒間浸漬するエッチ
ング処理を行って、例１ｂ〜５ｂにそれぞれ対応する摺
動面構成体の例１〜５を得た。
【００４３】図１５（ａ）は、例１における摺動面の結
晶構造を示す顕微鏡写真であり、同図（ｂ）は（ａ）の
写図である。図１５において、六角錐台状Ｆｅ結晶６の
頂面７が６つの平面７ａ〜７ｆより構成されると共に、
出っ張っている３つの平面７ａ，７ｃ，７ｅと凹んでい
る３つの平面７ｂ，７ｄ，７ｆとが内心ｏ回りに交互に
位置することが観察される。
晶構造を示す顕微鏡写真であり、同図（ｂ）は（ａ）の
写図である。図１５において、六角錐台状Ｆｅ結晶６の
頂面７が６つの平面７ａ〜７ｆより構成されると共に、
出っ張っている３つの平面７ａ，７ｃ，７ｅと凹んでい
る３つの平面７ｂ，７ｄ，７ｆとが内心ｏ回りに交互に
位置することが観察される。
【００４４】頂面に、前記のような出っ張っている平面
と凹んでいる平面とが現出する理由は、一方の平面を構
成する結晶と他方の平面を構成する結晶とが双晶を構成
していることにあると、推測される。
と凹んでいる平面とが現出する理由は、一方の平面を構
成する結晶と他方の平面を構成する結晶とが双晶を構成
していることにあると、推測される。
【００４５】段差の測定に当っては、六角錐台状Ｆｅ結
晶を、図１５（ｂ）に示すように対角線Ｌ上において、
フォーカスイオンビーム（ＦＩＢ）を用いて縦断し、次
いで走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて段差測定を行
う、といった方法で行われた。これにより、例１〜５に
おける前記段差は約０．１μｍ〜約０．５μｍの範囲に
存することが判明した。
晶を、図１５（ｂ）に示すように対角線Ｌ上において、
フォーカスイオンビーム（ＦＩＢ）を用いて縦断し、次
いで走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて段差測定を行
う、といった方法で行われた。これにより、例１〜５に
おける前記段差は約０．１μｍ〜約０．５μｍの範囲に
存することが判明した。
【００４６】次に、例１〜５を有するチップと、研磨加
工後の例１ｂ，２ｂ，４ｂ，５ｂを有するチップと、メ
ッキ層の例６ａを有するチップとを作製し、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焼付きテ
ストを行って、焼付き発生荷重を測定したところ、表４
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 鋳鉄（ＪＩＳ ＦＣ２５０）、ディスクの周速
度 １５ｍ／sec 、給油量 ４０ml／min 、チップの摺
動面の面積 １０mm2 、チップに対する荷重５０Ｎ／mi
n の割合で上昇。
工後の例１ｂ，２ｂ，４ｂ，５ｂを有するチップと、メ
ッキ層の例６ａを有するチップとを作製し、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焼付きテ
ストを行って、焼付き発生荷重を測定したところ、表４
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 鋳鉄（ＪＩＳ ＦＣ２５０）、ディスクの周速
度 １５ｍ／sec 、給油量 ４０ml／min 、チップの摺
動面の面積 １０mm2 、チップに対する荷重５０Ｎ／mi
n の割合で上昇。
【００４７】
【表４】
【００４８】図１６は、例１〜５，１ｂ，２ｂ，４ｂ，
５ｂ，６ａに関する六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率Ａと焼
付き発生荷重との関係を示す。図中、点（１）〜
（５），（１ｂ），（２ｂ），（４ｂ），（５ｂ），
（６ａ）は例１〜５，１ｂ，２ｂ，４ｂ，５ｂ，６ａに
それぞれ対応する。図１６において、六角錐台状Ｆｅ結
晶の面積率ＡをＡ≧４０％に設定し、またそれらの頂面
を前記のように段差を持つ６つの平面より構成すると、
例１〜４の如く、それらは優れた耐焼付き性を発揮す
る。
５ｂ，６ａに関する六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率Ａと焼
付き発生荷重との関係を示す。図中、点（１）〜
（５），（１ｂ），（２ｂ），（４ｂ），（５ｂ），
（６ａ）は例１〜５，１ｂ，２ｂ，４ｂ，５ｂ，６ａに
それぞれ対応する。図１６において、六角錐台状Ｆｅ結
晶の面積率ＡをＡ≧４０％に設定し、またそれらの頂面
を前記のように段差を持つ６つの平面より構成すると、
例１〜４の如く、それらは優れた耐焼付き性を発揮す
る。
【００４９】例１ｂ，２ｂ，４ｂは、頂面構造の相違に
起因して例１，２，４に比べて耐焼付き性が劣る。例
５，５ｂはそれらの六角錐台状鉄結晶の面積率がＡ＜４
０％であること、また例６ａはその摺動面（表面）が粒
状Ｆｅ結晶より構成されていることにそれぞれ起因して
耐焼付き性が極めて低い。
起因して例１，２，４に比べて耐焼付き性が劣る。例
５，５ｂはそれらの六角錐台状鉄結晶の面積率がＡ＜４
０％であること、また例６ａはその摺動面（表面）が粒
状Ｆｅ結晶より構成されていることにそれぞれ起因して
耐焼付き性が極めて低い。
【００５０】次に、前記と同様のチップオンディスク方
式の摺動テストを行って、各例１〜５、１ｂ，２ｂ，４
ｂ，５ｂ，６ａが焼付きを発生したときの、それらの摩
擦係数μを測定したところ、表５の結果を得た。
式の摺動テストを行って、各例１〜５、１ｂ，２ｂ，４
ｂ，５ｂ，６ａが焼付きを発生したときの、それらの摩
擦係数μを測定したところ、表５の結果を得た。
【００５１】
【表５】
【００５２】図１７は、例１〜５，１ｂ，２ｂ，４ｂ，
５ｂ，６ｂに関する六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、
摩擦係数との関係を示す。図中、点（１）〜（５），
（１ｂ），（２ｂ），（４ｂ），（５ｂ），（６ａ）は
例１〜５，１ｂ，２ｂ，４ｂ，５ｂ，６ａにそれぞれ対
応する。図１７において、六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率
ＡをＡ≧４０％に設定し、またそれらの頂面を前記のよ
うに段差を持つ６つの平面より構成すると、例１〜４の
如く、摩擦係数μを大幅に低くすることができる。
５ｂ，６ｂに関する六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、
摩擦係数との関係を示す。図中、点（１）〜（５），
（１ｂ），（２ｂ），（４ｂ），（５ｂ），（６ａ）は
例１〜５，１ｂ，２ｂ，４ｂ，５ｂ，６ａにそれぞれ対
応する。図１７において、六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率
ＡをＡ≧４０％に設定し、またそれらの頂面を前記のよ
うに段差を持つ６つの平面より構成すると、例１〜４の
如く、摩擦係数μを大幅に低くすることができる。
【００５３】例１ｂ，２ｂ，４ｂは、頂面構造の相違に
起因して例１，２，４に比べて摩擦係数μが高い。例
５，５ｂはそれらの六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率がＡ＜
４０％であることから摩擦係数μが上昇し、また例６ａ
はその摺動面（表面）が粒状Ｆｅ結晶より構成されるこ
とに起因して摩擦係数μが大幅に高い。
起因して例１，２，４に比べて摩擦係数μが高い。例
５，５ｂはそれらの六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率がＡ＜
４０％であることから摩擦係数μが上昇し、また例６ａ
はその摺動面（表面）が粒状Ｆｅ結晶より構成されるこ
とに起因して摩擦係数μが大幅に高い。
【００５４】なお、本発明は内燃機関用ピストンに限ら
ず、ピストンピン、カムシャフト、ピストンリング、バ
ランサシャフト等の各種摺動部材に適用される。
ず、ピストンピン、カムシャフト、ピストンリング、バ
ランサシャフト等の各種摺動部材に適用される。
【００５５】
【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
な摺動環境下において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
な摺動環境下において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。
【００５６】また本発明によれば、前記のような摺動面
構成体を容易に量産し得る製造方法を提供することがで
きる。
構成体を容易に量産し得る製造方法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）面を示す斜
視図である。
視図である。
【図３】図１の３−３線拡大断面図である。
【図４】図３の４矢視図である。
【図５】（ａ）は六角錐台状金属結晶の平面図、（ｂ）
は（ａ）のｂ−ｂ線拡大断面図である。
は（ａ）のｂ−ｂ線拡大断面図である。
【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。
す説明図である。
【図７】メッキ層の断面図で、図３に対応する。
【図８】図７の８矢視図である。
【図９】研磨加工後のメッキ層の側面図で、図４に対応
する。
する。
【図１０】電気メッキ用電源の出力波形図である。
【図１１】メッキ層のＸ線回折図である。
【図１２】メッキ層表面の結晶構造の一例を示す顕微鏡
写真である。
写真である。
【図１３】メッキ層表面の結晶構造の他例を示す顕微鏡
写真である。
写真である。
【図１４】研磨加工後のメッキ層表面の結晶構造を示す
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
【図１５】（ａ）は摺動面の結晶構造を示す顕微鏡写
真、（ｂ）は（ａ）の写図である。
真、（ｂ）は（ａ）の写図である。
【図１６】六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率Ａと焼付き発生
荷重の関係を示すグラフである。
荷重の関係を示すグラフである。
【図１７】六角錐台状Ｆｅ結晶の面積率Ａと摩擦係数μ
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
４ 摺動面構成体 ４ａ 摺動面 ６ 六角錐台状金属結晶（角錐台状突起） ６1 六角錐状金属結晶 ７ 頂面 ７ａ〜７ｆ 平面 １２ メッキ層 ａ 段差 ｏ 内心 Ｌ1 〜Ｌ3 分割線
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ１６Ｃ 33/12 7123−3Ｊ Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｚ Ｆ１６Ｊ 1/02 Ｆ１６Ｊ 1/02 (72)発明者 豊田 裕介 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 (5)
- 【請求項１】 摺動面に多数の角錐台状突起を有し、そ
の摺動面における前記角錐台状突起の面積率Ａが４０％
≦Ａ≦１００％であり、それら角錐台状突起の頂面が複
数の平面より構成されると共に相隣る両平面間に段差を
付されていることを特徴とする摺動面構成体。 - 【請求項２】 前記角錐台状突起は角錐台状金属結晶で
ある、請求項１記載の摺動面構成体。 - 【請求項３】 前記角錐台状金属結晶は体心立方構造を
有し、ミラー指数で（ｈｈｈ）面を摺動面側に向けた
（ｈｈｈ）配向性金属結晶である、請求項２記載の摺動
面構成体。 - 【請求項４】 前記（ｈｈｈ）配向性金属結晶は六角錐
台状Ｆｅ結晶であり、前記頂面は、三組の対向２辺間を
それら両辺を２等分するように結び、且つ内心を通る３
本の分割線により６つの平面に区画され、それら平面の
うち、出っ張っている３つの平面と凹んでいる３つの平
面とが前記内心回りに交互に位置する、請求項３記載の
摺動面構成体。 - 【請求項５】 摺動面となる表面に多数の角錐状金属結
晶を有し、且つその表面における前記角錐状金属結晶の
面積率Ａが４０％≦Ａ≦１００％であるメッキ層を得る
工程と、前記メッキ層表面に研磨加工を施して前記角錐
状金属結晶を角錐台状金属結晶に形成する工程と、研磨
加工後の前記メッキ層表面にエッチング処理を施して、
前記角錐台状金属結晶の頂面を複数の平面に分割すると
共に相隣る両平面間に段差を付す工程とを用いることを
特徴とする摺動面構成体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08333695A JP3420378B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 摺動面構成体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08333695A JP3420378B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 摺動面構成体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08253890A true JPH08253890A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3420378B2 JP3420378B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=13799601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08333695A Expired - Fee Related JP3420378B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 摺動面構成体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3420378B2 (ja) |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP08333695A patent/JP3420378B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3420378B2 (ja) | 2003-06-23 |
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