JPH11280415A - 摺動用コーティング皮膜材料及びそれを用いた摺動材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動弁系の摩擦抵抗を減らし、エンジンの燃費
等を向上することのできる、優れた摺動用コーティング
皮膜材料及びそれを用いた動弁系摺動材料を得る。 【解決手段】 鋭角形状の硬質粉末及び固体潤滑剤を含
有する摺動用コーティング皮膜材料を粗面化した基材に
被覆形成して、摺動材料を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相手材料の表面を
加工により研磨できない形状を有する部位や加工コスト
の面から研磨できない部位等へ適用すると有効な摺動用
コーティング皮膜材料及びそれを用いた摺動材料に関す
る。より具体的には動弁系摺動部位に適用することので
きるコーティング皮膜材料及びそれを被覆形成した動弁
系摺動材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジン等に用いる動弁系摺動材
料においては、近年高出力及び高回転による自動車エン
ジンの高性能化とともに、燃費の向上が解決課題に挙げ
られ、優れた性能の摺動材料の出現が望まれている。

【０００３】ＳＡＥ paper 970002には、アークイオン
プレート（Arc Ion Plating)法によって、窒化チタン
（ＴｉＮ）をコーティングし、得られたドロップレット
の研磨効果を利用してカムを研磨し、カムノズを滑らか
にすることによって、摩擦抵抗を減らすことが記載され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドロッ
プレットの研磨効果を利用したＴｉＮコーティング法
は、処理温度が高いために基材の硬度低下による耐久性
や耐摩耗性の不足や、処理による基材の変形などの問題
点がある。また、コストが高く好まくない。

【０００５】一方、一般的な樹脂コーティングにおいて
は、固体潤滑剤を含有させることによって潤滑効果は得
られているものの、ＴｉＮコーティング法で得られる如
き、優れた摩擦抵抗低減法は、未だ開発されていない。

【０００６】本発明は上記状況の下なされたものであっ
て、動弁系の摩擦抵抗を減らし、エンジンの燃費等を向
上することのできる、優れた摺動用コーティング皮膜材
料、及びそれを用いた動弁系摺動材料を得ることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、鋭
角形状の硬質粉末及び固体潤滑剤を含有することを特徴
とする摺動用コーティング皮膜材料により有効に解決さ
れることが見出された。

【０００８】本発明の摺動用コーティング皮膜材料は、
皮膜材料中に鋭角形状の硬質粉末及び固体潤滑剤を含有
することを大きな特徴とする。これにより、下記の作用
効果が奏されるものと推定される。

【０００９】即ち、 当該鋭角形状の硬質粉末が相手材料の粗面化部をラッ
ピングする。 ラッピングされた相手材粉末の一部を上記摺動用コー
ティング皮膜材料が埋収する。 上記とを繰り返しながら相手材の表面を滑らかに
する。 同時に摺動用コーティング皮膜材料に含まれる固体潤
滑剤によりラッピング中の摩擦抵抗をやわらげ、摺動面
の傷つき、焼付きを抑え、相手面をマイルドに且つ低摩
擦で研磨する。

【００１０】その結果、摺動材料に被覆された本発明の
摺動用コーティング皮膜材料は、相手材料をラッピング
しながら、コーティング皮膜材料に含有されるそれ自身
も丸くなった硬質粉末と、ラッピングされた相手材微粉
末が、コーティング皮膜の耐摩耗効果を奏し、且つ相手
材料表面をなじませるという相乗的効果を発揮するもの
と考えられる。

【００１１】また、本発明のコーティング皮膜材料は、
樹脂バインダーを含有する一般的且つ低廉な樹脂コーテ
ィング材として使用することができる。更に極圧添加剤
を含有させることにより、油との親和性が向上し、耐焼
付性、耐久性が向上することができる。

【００１２】更に、摺動材料基材の表面を粗面化処理す
ることにより、上記コーティング皮膜材料との密着性を
良くし、且つ表面が硬化することにより耐摩耗性を向上
させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる鋭角形状硬質
粉末とは、少なくとも１か所以上、好ましくは３〜６か
所、の鋭角を有する硬質粉末を言う。ここで、鋭角と
は、は一般的には直角（９０°）以下と定義されるが、
本発明においては、厳密に直角以下にとらわれるもので
はない。本発明の上記作用効果を奏することのできる鋭
角を少なくとも１か所以上有するものであり、鋭角形状
を持たない実質的な球状粒子とは明確に区別される。

【００１４】硬質粉末の具体例としては、ＳｉＣ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、c-ＢＮ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ダイヤ
モンド等を挙げることができる。硬度は、好ましくはＨ
Ｖ５００以上、より好ましくはＨＶ１０００以上であ
る。硬質粉末の種類は、摺動する相手の材質、硬さ等に
より適宜選択される。

【００１５】硬質粒子の大きさは好ましくは２０μｍ以
下、より好ましくは５μｍ以下である。コーティング材
中に含まれる含有量は、好ましくは１〜２０ｖｏｌ％、
より好ましくは１〜１０ｖｏｌ％である。

【００１６】固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン
（ＭｏＳ₂)、グラファイト、ｈ−ＢＮ、二硫化タングス
テン（ＷＳ₂)、ＰＴＦＥ、フッ素系樹脂、Ｐｂ，ＣＦ等
を挙げることができる。グラファイトは天然、人造グラ
ファイトのいずれでもよいが、人造グラファイトが耐摩
耗性の観点から好ましい。これらの固体潤滑剤は、摩擦
係数を低く且つ安定にする作用とともに、なじみ性を有
する。これらの作用を十分に発揮させるために、固体潤
滑剤の平均粒径は１５μｍ以下、特に０．２〜１０μｍ
であることが好ましい。

【００１７】本発明に用いることのできる極圧添加剤と
しては、ＺｎＳ、Ａｇ₂Ｓ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＳ₂、
Ｓｂ₃Ｓ₂、ＰｂＳ、Ｂｉ₂Ｓ₃、ＣｄＳ等の如き硫黄含有
金属化合物、チラウム類、モルフォリン・ジサルファイ
ド、ジチオ酸塩、スルフィド類、スルフォキサイド類、
スルフォン酸類、チオホスフィネート類、チオカーボネ
ート類、ジチオカーボメート類、アルキルチオカルバモ
イル類、硫化オレフィン等の硫黄含有化合物、塩素化炭
化水素等のハロゲン系化合物、ジチオリン酸亜鉛などの
チオリン酸塩やチオカルバミン酸塩等の有機金属系化合
物、ジチオリン酸モリブデン、ジチオカルビミン酸モリ
ブデン等の有機モリブデン化合物などを挙げることがで
きる。

【００１８】極圧添加剤の平均粒径は好ましくは５μｍ
以下、より好ましくは２μｍ以下である。また、極圧添
加剤を含有する場合には、その配合量は、固体潤滑剤及
び硬質粉末の総量のうちの１０ｖｏｌ％以下、より好ま
しくは１〜５ｖｏｌ％含有することが好ましい。

【００１９】本発明に含有することのできる樹脂バイン
ダーとしては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド
イミド系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等、ポリ
アミド（ナイロン）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＦＥＰ
等）、エラストマー等が挙げられる。具体的には、芳香
族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミ
ド又は芳香族ポリアミドイミド、あるいはこれらのジイ
ソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性樹脂の
ワニスなどの熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。

【００２０】更に具体的には、上記樹脂バインダーは、
使用条件により適宜使い分けることができ、例えば、耐
熱性が要求される場合にはＰＡＩやＰＩが好ましく、低
温焼成や低コストが要求される場合にはエポキシ樹脂や
フェノール樹脂が好ましく、微小な動きが要求される場
合にはエラストマーが好ましく、低摩擦が要求される場
合にはフッ素樹脂が好ましく用いられる。

【００２１】本発明のコーティング材料は、樹脂バイン
ダーを３０〜７０ｖｏｌ％含有することが好ましい。こ
の配合量において、熱硬化性樹脂を含む固体潤滑被膜中
における固体潤滑剤の保持性が維持され、充分な耐焼付
性となじみ性が得られるとともに、本発明の鋭角形状硬
質粉末の上記効果が有効に発揮される。

【００２２】本発明では、固体潤滑被膜組成物を調製す
るにあたり、適量の有機溶剤（希釈剤）を含有すること
ができる。有機溶剤は、粘度を調整して混合を容易とす
るものであり、熱硬化性樹脂を溶解可能なものであれば
特に制限なく用いられる。例えば樹脂がポリアミドイミ
ドであれば、キシレン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
トルエンなどを組成物１００重量部に対して１００〜３
００重量部用いることができる。

【００２３】本発明では、上記の固体潤滑剤及び鋭角形
状硬質粉末、更に必要に応じて樹脂バインダー、極圧添
加剤、耐摩耗添加剤を含有する組成物を、動弁摺動基材
表面に被覆形成することにより、本発明の上記効果を発
揮する動弁摺動材料を得ることができる。

【００２４】動弁摺動基材としては、一般的にＳＣＭ４
１５（ＪＩＳ規格）等を挙げることができる。

【００２５】以下コーティング法を例示する。基材を超
音波又はアルカリ洗浄機等で十分に脱脂や洗浄する。そ
の後アルカリエッチングと酸洗との組合せ等の化学的処
理によりライニングの表面を粗面化する、ショットブラ
ストなどの機械的処理によりライニング表面を粗面化す
る、ボーリング加工等によりライニング表面に凹凸を形
成する等の方法をとることができる。更に密着性を高め
る必要があるときは、ライニング表面に厚み０．１〜５
μｍのリン酸亜鉛又はリン酸亜鉛カルシウム化成処理を
施してもよい。ボーリングなどの下地処理と化成処理を
組み合わせると、極めて密着性が高いコーティング皮膜
層が得られる。表面粗さは、好ましくは１０μｍＲｚ以
下、より好ましくは１〜６μｍＲｚである。

【００２６】湯洗後温風乾燥し、適当な希釈剤で希釈し
た本発明の組成物をスプレーでライニング上に塗布し、
１５０〜３００℃で乾燥・焼結する。成膜後の表面粗さ
が粗いときはバフ等による平滑化処理を行う。スプレー
法の他に、タンブリング法、浸漬法、はけ塗り法、印刷
法などの方法によりコーティング被膜を被覆形成するこ
とができる。コーティング被膜の厚みは１〜５０μｍで
あることが好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例により例証するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【００２８】実施例１及び比較例１ 熱硬化性樹脂としてポリアミドイミド樹脂（ＨＰＣ、日
立化成製）６０ｖｏｌ％、固体潤滑剤として二硫化モリ
ブデン３０ｖｏｌ％及び鋭角形状硬質粉末としてＳｉＣ
（塊状、ＧＣ♯８０００、平均粒径１μｍ）１０ｖｏｌ
％と、有機溶剤適量とをボールミルに投入し、３時間粉
砕混合して実施例１のコーティング被膜材料とした。

【００２９】次に、図１に示す動弁系バブルリフター１
において、カムと接触する面をショットブラストにより
粗面化して２μｍＲｚの表面粗さとした。次いで、上記
コーティング皮膜材料をスプレーコーティングにより約
１０〜２０μｍの膜厚となるようにコーティングし、そ
の後１６０℃で約６０分間加熱硬化させてコーティング
被膜２を形成し、バブルリフターを製造した。

【００３０】一方、上記で調製したコーティング被膜材
料において、用いたポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）及
び二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂)の量、硬質粉末の種類及
び量を表１に示す通りの組成比に変更して各コーティン
グ被膜材料を調製した以外は上記と同様にして、コーテ
ィング被膜を形成し、各バブルリフターを製造した。

【００３１】このバブルリフターについて、すりあわせ
による表面粗さの変化を測定した。その結果を表１に併
記する。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、本実施例での試験は、図１に示すヘ
ッド単体試験機（試験部の詳細は図２に示す）を使用
し、回転数５００ｒｐｍ、試験時間２０時間の試験条件
で行った。試験終了後（２０時間経過後）、供試材（バ
ブルリフター１及びカム２）の表面を、接触式粗さ計
（測定長０．８ｍｍ）で表面粗さを測定した。本実施例
でいう合成粗さは、その測定結果を下記式で計算したも
のをいう。

【００３４】

【数１】

【００３５】上記の結果から、本発明の材料を被覆形成
したコーティング被膜は、動弁系摺動することによって
カムを研磨し、カムノズを滑らかにすることによって、
動弁系の摩擦抵抗を減らしていることが明らかである。

【００３６】実施例２ 実施例１においてバブルリフターのカムとの接触面にコ
ーティングする代わりに、図４に示すピストン３のスカ
ート部に実施例１と同様の皮膜材料４をコーティングし
た以外は実施例１と同様にして被覆形成を行ったとこ
ろ、実施例１と全く同様の結果が得られた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の摺動用コーティング皮膜材料に
よれば、動弁系の摩擦抵抗を減らし、エンジンの燃費等
を向上することのできる、優れた摺動用コーティング皮
膜を形成することができる。特に、相手材料の表面を、
その形状あるいは加工コスト等の点から、加工により研
磨できない部位に極めて有効に適用できる。本発明の摺
動用コーティング皮膜材料は、自動車エンジン用ピスト
ン等の動弁系摺動材料に好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で用いたバブルリフターとコーティン
グ材を示す。

【図２】実施例で用いたヘッド単体試験機の全体図を示
す。

【図３】図２で示したヘッド単体試験機の試験部詳細図
を示す。

【図４】実施例２で用いたピストンとコーティング材を
示す。 １：バブルリフター ２：コーティング材 ３：ピストン ４：コーティング材 １０：シリンダーヘッド １１：モーター １２：ベアリング １３：カップリング １５：カム １６：バルブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋭角形状の硬質粉末及び固体潤滑剤を含
   有することを特徴とする摺動用コーティング皮膜材料。
2. 【請求項２】 更に樹脂バインダーを含有することを特
   徴とする請求項１記載の摺動用コーティング皮膜材料。
3. 【請求項３】 更に極圧添加剤を含有することを特徴と
   する請求項１又は２記載の摺動用コーティング皮膜材
   料。
4. 【請求項４】 粗面化処理した基材に、請求項１〜３の
   いずれかに記載の摺動用コーティング皮膜材料を被覆形
   成したことを特徴とする摺動材料。