JP3420378B2 - Sliding surface structure and manufacturing method thereof - Google Patents
Sliding surface structure and manufacturing method thereofInfo
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Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sliding surface structure and a manufacturing method thereof.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, as a sliding surface structure of this kind, for example, in a piston for an internal combustion engine, Fe provided on the outer peripheral surface of the land portion and the skirt portion of the piston body made of Al alloy is aimed at improving wear resistance. Plating layers are known.
【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。However, under the present circumstances where the internal combustion engine tends to have high speed and high output, the conventional sliding surface structure has an oil retaining property due to the relatively smooth sliding surface. That is, there is a problem that oil retention is insufficient and seizure resistance is poor.
【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）。Therefore, the present applicant has previously developed a sliding surface structure having a large number of pyramidal metal crystals on the sliding surface (see, for example, JP-A-6-174089).
【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。According to this structure, the adjacent pyramidal metal crystals are in a state of being bitten into each other, so that the sliding surface is formed with a large number of fine ridges and between these ridges. Since it has an intricate appearance composed of a large number of fine valleys and a large number of fine ridges due to the mutual biting of the ridges, the oil retaining property of the sliding surface structure becomes good. This improves the seizure resistance of the sliding surface structure.
【０００６】[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。However, various studies have been made on the above-mentioned sliding surface structure, and in order to cope with a more severe sliding environment, the oil retaining property of the sliding surface structure is further improved. It has been found that it is necessary to further improve the seizure resistance by reducing the solid contact as much as possible and further reduce the friction coefficient μ to further improve the wear resistance.
【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。An object of the present invention is to provide the above-mentioned sliding surface structure and the manufacturing method thereof that can satisfy the above-mentioned demands.
【０００８】[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。The sliding surface structure according to the present invention has a large number of truncated pyramidal projections on the sliding surface, and the area ratio A of the truncated pyramidal projections on the sliding surface is 40. % ≦ A ≦ 1
It is characterized in that the top surface of the truncated pyramidal projection is composed of a plurality of planes and a step is provided between the two adjacent planes.
【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。The manufacturing method of the sliding surface structure according to the present invention is as follows.
A large number of pyramidal metal crystals are provided on the surface serving as the sliding surface, and the area ratio A of the pyramidal metal crystals on the surface is 40.
% ≦ A ≦ 100%, a step of polishing the surface of the plating layer to form the pyramidal metal crystal into a truncated pyramidal metal crystal, and the surface of the plating layer after polishing Is performed to divide the top surface of the truncated pyramid-shaped metal crystal into a plurality of planes and to form a step between the two adjacent planes.
【００１０】[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。When the area ratio A of the truncated pyramidal protrusions on the sliding surface is set as described above, a complicated valley portion extending at random is formed by the adjacent truncated pyramidal protrusions, so that the sliding surface does not enter. It takes on a mixed appearance. In addition, the way of assembling is doubled because the top surfaces of the truncated pyramidal projections are composed of a plurality of planes and a step is provided between the two adjacent planes. As a result, the flow resistance of oil on the sliding surface is significantly increased.
【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。This makes it possible to greatly improve the oil retaining property of the sliding surface structure, so that even in a harsh sliding environment, solid contact is reduced as much as possible, and the sliding surface structure has excellent seizure resistance. Can be demonstrated. Further, since the top surface has a flat surface, the friction coefficient μ can be lowered and the sliding surface structure can exhibit excellent wear resistance in the sliding environment.
【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。According to the manufacturing method, it is possible to easily mass-produce the sliding surface structure as described above.
【００１３】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1, an internal combustion engine piston 1 is made of Al.
An alloy piston body 2 is provided, and a layered sliding surface structure 4 is formed on the outer peripheral surfaces of the land portion 3 1 and the skirt portion 3 2 of the piston body 2 by plating.
【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。As shown in FIG. 2, the sliding surface structure 4 is composed of an aggregate of metal crystals having a body-centered cubic structure (bcc structure) in the embodiment. As shown in FIG. 3, the aggregate includes a plurality of columnar metal crystals 5 grown from the piston body 2.
And the columnar metal crystals 5 have a Miller index (hh
It is an (hhh) oriented metal crystal with the (h) plane facing the sliding surface 4a side. As shown in FIG. 4, the tip end of the columnar metal crystal 5 has a shape of a hexagonal pyramid-shaped metal crystal (frustum-pyramidal protrusion) 6 on the sliding surface 4 a.
The area ratio A of the sliding surface 4a is 40% ≦ A ≦ 100
Set to%.
【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。As clearly shown in FIG. 5 (a), the top surface 7 of the hexagonal truncated pyramidal metal crystal 6 is composed of a plurality of planes 7a to 7f, and as shown in FIG. Planes 7a, 7
b; 7b, 7c; 7c, 7d; 7d, 7e; 7e, 7
f; A step a is provided between 7f and 7a.
【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。In the illustrated example, the top surface 7 connects three pairs of opposing two sides so as to divide the two sides into two equal parts, and is divided into six parts by three dividing lines L 1 to L 3 passing through the inner center o. Plane 7a-7
It is divided into f. And among these planes 7a to 7f, three projecting planes 7a, 7c, and 7e,
The three recessed planes 7b, 7d, 7f are alternately positioned around the inner center o. In this case, the step a is about 0.1 μm
It is about 0.5 μm.
【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。Hexagonal pyramid-shaped metal crystal 6 on the sliding surface 4a
When the area ratio A is set as described above, in the hexagonal truncated pyramidal metal crystal 6, as shown in FIG. 4, adjacent ones are in a state of being bite into each other. As a result, the sliding surface 4a has a large number of extremely fine crests 8 and a large number of complex and extremely fine troughs 9 formed between the crests 8 and extending at random.
And a large number of extremely fine Sawabe parts 10 due to the mutual bite of the mountain part 8
It has a very complicated appearance consisting of and. Moreover, the assembling method is such that the top surface 7 of the hexagonal truncated pyramidal metal crystal 6 is 6
It is composed of two planes 7a to 7f and has a step a between all adjacent planes 7a, 7b; 7b, 7c, etc., so that it is doubled. As a result, the flow resistance of oil on the sliding surface 4a is significantly increased.
【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。As a result, the oil retaining property of the sliding surface structure 4 can be greatly improved, so that solid contact is reduced as much as possible even in a harsh sliding environment, and the sliding surface structure 4 is excellent. The seizure resistance can be exhibited. Since the top surface 7 has the flat surfaces 7a to 7f, the friction coefficient μ
Can be lowered, and the sliding surface structure 4 can exhibit excellent wear resistance in the sliding environment.
【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。As shown in FIG. 6, the inclination of the (hhh) plane with respect to the virtual surface 11 along the sliding surface 4a appears as the inclination of the hexagonal truncated pyramidal metal crystal 6, so that the sliding surface structure 4 is protected. Affects oiliness. Therefore, the (hhh) plane is the virtual plane 1
The inclination angle θ formed with respect to 1 is set to 0 ° ≦ θ ≦ 15 °. In this case, the inclination direction of the (hhh) plane is not limited. When the inclination angle θ becomes θ> 15 °, the oil retaining property and the wear resistance of the sliding surface structure 4 deteriorate.
【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。As a metal crystal having a bcc structure, F is
Examples thereof include crystals of e, Cr, Mo, W, Ta, Zr, Nb, V, etc., or alloys thereof.
【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。In manufacturing the sliding surface structure 4, as shown in FIG.
As shown in FIG. 8, a plurality of hexagonal pyramidal metal crystals 6 1 are provided on the outer peripheral surface of the land portion 3 1 and the skirt portion 3 2 of the piston main body 2 as the sliding surface 4a, and the hexagonal pyramidal shape on the surface is provided. The area ratio A of the metal crystal 6 1 is 40% ≦ A ≦ 100%
And the step of forming the plating layer 12 which is a step of polishing the surface of the plating layer 12 as shown in FIG. 9 to form the hexagonal pyramidal metal crystal 6 1 into the hexagonal pyramid truncated metal crystal 6 having the top surface 7. As shown in FIGS. 3 to 5, the surface of the plating layer 12 after polishing is subjected to an etching treatment to divide the top surface 7 of the hexagonal truncated pyramidal metal crystal 6 into six planes 7a to 7f, and And a step of forming a step a between the two adjacent flat surfaces 7a, 7b; 7b, 7c, etc.
【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。Table 1 shows the plating bath conditions when the electric Fe plating process is performed in the plating process for forming the plating layer 12.
【００２３】[0023]
【表１】 [Table 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。As the energizing method, a pulse current method is mainly applied. In the pulse current method, as shown in FIG. 10, the current I of the plating power source is set to the time T as the current I rises from the minimum current Imin to the maximum current Imax and then to the minimum current Imin. Is controlled so that a pulse waveform is drawn with the passage of.
【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。The energization time from the start of the rise of the current I to the start of the fall is T ON, and the cycle time from the start of the previous rise to the start of the next rise is defined as T C. At this time, the ratio of the energization time T ON to the cycle time T C , that is, the time ratio T ON / T C is T ON / T C
≦ 0.45 is set. Also, the maximum cathode current density CDm
The ax is set to CDmax ≧ 2 A / dm 2 , and the average cathode current density CDm is set to 1 A / dm 2 ≦ CDm ≦ 10 A / dm 2 .
【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。When such a pulse current method is applied, the ion concentration near the cathode is made uniform due to the current flowing or not flowing in the plating bath, thereby stabilizing the composition of the plating layer 12. Can be transformed.
【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。In the electric Fe plating treatment, by changing the plating bath condition and the energization condition (hhhh)
It controls the precipitation of oriented Fe crystals, that is, columnar Fe crystals having a hexagonal pyramidal Fe crystal 6 1 at the tip, and the amount of their existence.
【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。As the plating treatment, in addition to the electroplating treatment, for example, a vapor deposition method such as PVD method, CVD method, sputtering method, ion plating and the like can be mentioned. Conditions for performing W and Mo plating by the sputtering method are, for example, Ar pressure 0.2 to 1 Pa, average Ar acceleration power DC 1 to 1.5 kW, base material temperature 150 to 300 ° C.
Is. The conditions for performing W plating by the CVD method are as follows:
For example, raw material WF 6 , gas flow rate 2 ~ 15cc / min,
Chamber pressure 50 ~ 300Pa, Base material temperature 400 ~
600 ° C., average output of ArF excimer laser 5-40
W.
【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。A diamond wheel is used for polishing, and the grain size of the diamond abrasive grains is about 0.25 μm.
【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。The etching process is performed at room temperature. Fe
An alcohol solution containing 3 to 5% nitric acid is used as the plating layer etchant, and the immersion time is set to 30 to 60 seconds. 10% as a corrosive liquid for Mo and W plating layers
An aqueous solution containing sodium hydroxide and 10% sodium ferricyanide is used, and the immersion time is set to 15 to 60 seconds.
【００３１】以下、具体例について説明する。A specific example will be described below.
【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。Land portion 3 1 and skirt portion 3 of piston body 2 made of an Al alloy (JIS AC8B-T7)
2 Fe by applying electric Fe plating to the outer peripheral surface
15 μm-thick plating layer 1 composed of an aggregate of crystals
Formed 2.
【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。Table 2 shows the electric Fe of the plated layers 1a to 6a.
The plating treatment conditions are shown below. Note that the plating treatment time is
In order to set the thickness of a to 6a to 15 μm as described above, various changes were made within the range of 10 to 60 minutes.
【００３４】[0034]
【表２】 [Table 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。Table 3 shows the crystal morphology of the plating layer surface, the area ratio A and the grain size of the hexagonal pyramidal Fe crystal on the plating layer surface, the abundance S of each oriented Fe crystal and the cross section of the plating layer for Examples 1a to 6a. Each hardness is shown.
【００３６】[0036]
【表３】 [Table 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。The area ratio A of the hexagonal pyramidal Fe crystals is such that the surface area of the plated layer is b, and the entire hexagonal pyramidal Fe on the surface is
When the area occupied by crystals is c, A = (c / b) × 1
It was calculated as 00 (%). Further, the grain size of the hexagonal pyramidal Fe crystal is the average value of the distances between the two corner portions facing each other with the apex interposed, that is, the lengths of three diagonal lines.
【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。The existence ratio S is obtained by the following method based on the X-ray diffraction diagrams of Examples 1a to 6a (the X-ray irradiation direction is the direction perpendicular to the plating layer surface). As an example, to explain Example 1a, FIG. 11 shows X of Example 1a.
It is a line diffraction diagram, and the abundance S of each oriented Fe crystal was obtained from the following equation. Note that, for example, a {110} oriented Fe crystal is an orientation F in which the {110} plane is oriented toward the plating layer surface side.
e crystal. {110} oriented Fe crystal: S 110 = {(I 110 / IA 110 ) / T} × 100, {200} oriented Fe crystal: S 200 = {(I 200 / IA 200 ) / T} × 100, {211} oriented Fe crystal: S 211 = {(I 211 / IA 211 ) / T} × 100, {310} oriented Fe crystal: S 310 = {(I 310 / IA 310 ) / T} × 100, {222} oriented Fe crystal: S 222 = {(I 222 / IA 222 ) / T} × 100 where I 110 , I 200 , I 211 , I 310 , and I 222 are X-ray reflection intensities of the respective crystal planes. IA 110 , IA 200 , IA 211 , IA 310 , IA 222 is the X-ray reflection intensity ratio of each crystal plane in the ASTM card,
IA 110 = 100, IA 200 = 20, IA 211 = 30,
IA 310 = 12 and IA 222 = 6. Furthermore, T is T
= (I 110 / IA 110 ) + (I 200 / IA 200 ) + (I
211 / IA 211 ) + (I 310 / IA 310 ) + (I 222 /
IA 222 ).
【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。FIG. 12 is a micrograph showing the crystal structure of the surface in Example 1a, and a large number of hexagonal pyramidal Fe crystals are observed. In this case, as shown in Table 3, the area ratio A of the hexagonal pyramidal Fe crystal is A = 90%. This hexagonal pyramidal Fe crystal is a {222} oriented Fe crystal in which the (hhh) plane and, therefore, the {222} plane faces the surface side.
The abundance ratio S of the 2} -oriented Fe crystals is S = 91.1% as shown in Table 3 and FIG.
【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。FIG. 13 is a micrograph showing the crystal structure of the surface in Example 3a, and a large number of hexagonal pyramidal Fe crystals and block Fe crystals are observed.
【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。Next, the surfaces of the plated layers of Examples 1a to 5a are polished by a diamond wheel to form hexagonal pyramidal Fe crystals into hexagonal truncated pyramidal Fe crystals, which correspond to Examples 1a to 5a, respectively. Examples 1b to 5b were obtained. FIG. 14 is a micrograph showing the crystal structure of the surface in Example 1b, and the top surface of the hexagonal truncated pyramidal Fe crystal is observed.
【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。Thereafter, Examples 1b to 5b were subjected to 5% at room temperature.
Etching treatment was performed by immersing in an alcohol solution containing nitric acid for 30 seconds to obtain Examples 1 to 5 of sliding surface structures corresponding to Examples 1b to 5b, respectively.
【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。FIG. 15 (a) is a micrograph showing the crystal structure of the sliding surface in Example 1, and FIG. 15 (b) is a drawing of (a). In FIG. 15, the top surface 7 of the hexagonal truncated pyramidal Fe crystal 6 is composed of six planes 7a to 7f, and
It is observed that the three protruding planes 7a, 7c, 7e and the three recessed planes 7b, 7d, 7f are alternately located around the inner center o.
【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。The reason why the above-mentioned protruding plane and concave plane appear on the top surface is that the crystal forming one plane and the crystal forming the other plane form a twin crystal. It is presumed that there is something that is happening.
【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。In measuring the step, a hexagonal truncated pyramid-shaped Fe crystal was measured on the diagonal line L as shown in FIG.
It was performed by a method in which a vertical section was made using a focused ion beam (FIB), and then a step measurement was made using a scanning electron microscope (SEM). This revealed that the steps in Examples 1 to 5 were in the range of about 0.1 μm to about 0.5 μm.
【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。Next, chips having Examples 1 to 5, chips having Examples 1b, 2b, 4b and 5b after polishing and chips having Example 6a of the plating layer were prepared, and these were subjected to lubrication. The seizure test by the chip-on-disk method was carried out in Table 1 and the seizure load was measured.
Got the result. The test conditions are as follows. Disk material Cast iron (JIS FC250), disk peripheral speed 15m / sec, oil supply 40ml / min, tip sliding surface area 10mm 2 , tip load 50N / mi
Increases at a rate of n.
【００４７】[0047]
【表４】 [Table 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。FIG. 16 shows examples 1 to 5, 1b, 2b, 4b,
The relation between the area ratio A of the hexagonal truncated pyramidal Fe crystal and the seizure load is shown for 5b and 6a. In the figure, points (1) to
(5), (1b), (2b), (4b), (5b),
(6a) corresponds to Examples 1 to 5, 1b, 2b, 4b, 5b, 6a, respectively. In FIG. 16, when the area ratio A of the hexagonal truncated pyramidal Fe crystal is set to A ≧ 40% and the top surfaces thereof are composed of the six planes having steps as described above,
Like Examples 1-4, they exhibit excellent seizure resistance.
【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。Examples 1b, 2b and 4b are inferior in seizure resistance to Examples 1, 2 and 4 due to the difference in the top surface structure. In Examples 5 and 5b, the area ratio of these hexagonal truncated pyramidal iron crystals was A <4.
The seizure resistance is extremely low due to 0%, and in Example 6a, the sliding surface (surface) is composed of granular Fe crystals.
【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。Next, a sliding test of the chip-on-disk system similar to the above is conducted to carry out each of Examples 1 to 5, 1b, 2b and 4 respectively.
When b, 5b, and 6a were seized, the friction coefficient μ was measured, and the results shown in Table 5 were obtained.
【００５１】[0051]
【表５】 [Table 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。FIG. 17 shows examples 1 to 5, 1b, 2b, 4b,
The area ratio A of the hexagonal truncated pyramid Fe crystal regarding 5b and 6b,
The relationship with the friction coefficient is shown. In the figure, points (1) to (5),
(1b), (2b), (4b), (5b) and (6a) correspond to Examples 1 to 5, 1b, 2b, 4b, 5b and 6a, respectively. In FIG. 17, when the area ratio A of the hexagonal truncated pyramidal Fe crystal is set to A ≧ 40% and the top surfaces thereof are composed of the six planes having steps as described above, as in Examples 1 to 4, The friction coefficient μ can be significantly reduced.
【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。Examples 1b, 2b and 4b have a higher friction coefficient μ than Examples 1, 2 and 4 due to the difference in the top surface structure. In Examples 5 and 5b, the area ratio of these hexagonal truncated pyramidal Fe crystals was A <
Since it is 40%, the friction coefficient μ is increased, and also in Example 6a.
Has a significantly high friction coefficient μ because its sliding surface (surface) is composed of granular Fe crystals.
【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。The present invention is not limited to pistons for internal combustion engines, but is applicable to various sliding members such as piston pins, cam shafts, piston rings, balancer shafts, and the like.
【００５５】[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。According to the present invention, by providing the structure specified as described above, the sliding surface structure exhibiting excellent sliding characteristics in a more severe sliding environment such as high surface pressure reduction. The body can be provided.
【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。Further, according to the present invention, it is possible to provide a manufacturing method capable of easily mass-producing the above sliding surface structure.
【図１】ピストンの要部破断正面図である。FIG. 1 is a cutaway front view of a main part of a piston.
【図２】体心立方構造およびその（ｈｈｈ）面を示す斜
視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a body-centered cubic structure and its (hhh) plane.
【図３】図１の３−３線拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line 3-3 of FIG.
【図４】図３の４矢視図である。FIG. 4 is a view on arrow 4 of FIG.
【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。FIG. 5A is a plan view of a hexagonal truncated pyramid-shaped metal crystal, and FIG.
FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view taken along line bb of FIG.
【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。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an inclination of a (hhh) plane in a body-centered cubic structure.
【図７】メッキ層の断面図で、図３に対応する。FIG. 7 is a cross-sectional view of the plating layer, which corresponds to FIG.
【図８】図７の８矢視図である。8 is a view on arrow 8 of FIG. 7. FIG.
【図９】研磨加工後のメッキ層の側面図で、図４に対応
する。9 is a side view of the plated layer after polishing, which corresponds to FIG. 4.
【図１０】電気メッキ用電源の出力波形図である。FIG. 10 is an output waveform diagram of a power supply for electroplating.
【図１１】メッキ層のＸ線回折図である。FIG. 11 is an X-ray diffraction diagram of the plating layer.
【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。FIG. 12 is a micrograph showing an example of a crystal structure on the surface of a plating layer.
【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。FIG. 13 is a micrograph showing another example of the crystal structure on the surface of the plating layer.
【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。FIG. 14 is a micrograph showing a crystal structure of a plated layer surface after polishing.
【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。15 (a) is a micrograph showing a crystal structure of a sliding surface, and FIG. 15 (b) is a drawing of (a).
【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。FIG. 16 is a graph showing the relationship between the area ratio A of hexagonal truncated pyramidal Fe crystals and the seizure-causing load.
【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。FIG. 17 is an area ratio A and a friction coefficient μ of a hexagonal truncated pyramidal Fe crystal.
It is a graph which shows the relationship of.
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4 Sliding surface structure 4a Sliding surface 6 Hexagonal pyramid-shaped metal crystal (frustum-pyramidal protrusion) 6 1 Hexagonal pyramidal metal crystal 7 Top surface 7a to 7f Flat surface 12 Plating layer a Step o Inner core L 1 to L 3 division line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 平５−17896（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−316785（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−174089（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10335（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25D 7/00 F16C 33/12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yusuke Toyota, 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama, Honda R & D Co., Ltd. (56) Reference JP-A-5-17896 (JP, A) JP-A 6-316785 (JP, A) JP 6-174089 (JP, A) JP 5-10335 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C25D 7/00 F16C 33/12
Claims (5)
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。1. The sliding surface has a large number of truncated pyramidal projections, and the area ratio A of the truncated pyramidal projections on the sliding surface is 40%.
≦ A ≦ 100%, and the top surfaces of the truncated pyramidal projections are composed of a plurality of planes and a step is provided between the adjacent two planes.
ある、請求項１記載の摺動面構成体。2. The sliding surface structure according to claim 1, wherein the truncated pyramidal protrusions are truncated pyramidal metal crystals.
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。3. The pyramidal frustum-shaped metal crystal has a body-centered cubic structure, and is a (hhh) -oriented metal crystal with a (hhh) plane facing the sliding surface side by a Miller index. Sliding surface structure.
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。4. The (hhh) oriented metal crystal is a hexagonal truncated pyramid Fe crystal, and the top surface connects three pairs of opposing two sides so as to divide both sides into two equal parts, and the inner center is Pass 3
4. The sliding surface configuration according to claim 3, wherein the surface is divided into 6 planes by a dividing line, and among these planes, 3 projecting planes and 3 recessed planes are alternately located around the inner center. body.
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。5. A step of obtaining a plating layer having a large number of pyramidal metal crystals on the surface to be a sliding surface and having an area ratio A of the pyramidal metal crystals on the surface of 40% ≦ A ≦ 100%. A step of polishing the surface of the plating layer to form the pyramidal metal crystal into a truncated pyramidal metal crystal, and performing an etching treatment on the surface of the plating layer after polishing,
A step of dividing the top surface of the truncated pyramidal metal crystal into a plurality of planes and providing a step between the adjacent two planes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08333695A JP3420378B2 (en) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | Sliding surface structure and manufacturing method thereof |
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| JPH08253890A JPH08253890A (en) | 1996-10-01 |
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