JPH06297254A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相手部材の金属部摺動面を慣らし運転中及び
摺動中に研磨して表面粗さを向上させることができ、従
って相手部材に超精密仕上げ加工を行わなくても、摩擦
を低減させて良好な摺動特性を得ることの出来る摺動部
材を提供する。 【構成】 相手部材の金属部と摺動するセラミックス部
を有する摺動部材であって、セラミックス部が粒界相を
有し、慣らし運転前及び摺動前におけるセラミックス部
の摺動面には表面に露出した粒界相を化学エッチングや
イオン衝撃処理等により脆化させた脆化層が形成されて
いる摺動部材、好ましくは脆化層を形成した摺動面に固
体潤滑粒子が分散した複合被膜を更に設けた摺動部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、潤滑油の存在下で相手
部材の金属部と摺動するセラミックス部を有する摺動部
材、特に相手部材が曲面等の複雑形状の摺動面を有する
場合に有効な摺動部材、及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各種機械のエネルギー効率を
向上させるためには、その摺動部における摩擦を低減さ
せることが極めて有効なことから、摺動部品の摩耗の低
減を図る各種の試みが行われている。

【０００３】一般に、潤滑油等の潤滑剤存在下では、対
向する摺動部品間の最小隙間又は最小油膜厚さと、摺動
部品の摺動面の性状が摺動特性に大きな影響を与えると
されている。例えば、「油圧と空気圧」第１８巻、第４
号、１９８７年、第２４７〜２５８頁、あるいは自動車
技術会編「学術講演会前刷集９２４」、１９９２年、第
８５〜８８頁に記載されているように、潤滑の程度を示
す値として、下記数式１により定義される油膜パラメー
タΛがよく使用されている。

【０００４】

【数１】 Λ＝ｈ_min／σ＝ｈ_min／（Ｒ_rms1 ²＋Ｒ_rms2 ²）^1/2 ただし、ｈ_minは対向する摺動部品間の最小隙間又は最
小油膜厚さ、σは対向する摺動部品の合成面粗さ、Ｒ
_rms1は片方の摺動部品表面の自乗平均粗さ、Ｒ_rms2は他
方の摺動部品表面の自乗平均粗さ、を表す。

【０００５】この油膜パラメータΛの値が３以上の場合
は流体潤滑状態、１以下の場合は境界潤滑状態、及び１
〜３の場合は流体潤滑と境界潤滑の混在した混合潤滑状
態であるとされ、Λの値が大きいほど摺動面間の接触が
緩和されて、摺動特性が良好になると言われている。従
って、同一摺動条件下では最小隙間又は最小油膜厚さｈ
_minは一定であるため、２つの摺動面の表面粗さを小さ
くすることが摩擦の低減に有効である。

【０００６】そこで、摺動部品の摺動面に高精度な超精
密仕上げ加工を施して、表面粗さをできるだけ小さくす
ることが行われている。しかし、転がり接触をするロー
ラー等のように曲面等の複雑形状の摺動面に対しては、
高精度な超精密仕上げ加工は困難であり又多大な時間と
労力を要するため加工コストも極めて高くなるため、通
常の研削加工による表面仕上げ加工が主流となってお
り、摩擦の低減がままならない現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の事情に鑑み、潤滑剤中で摺動して相手部材の金属部と
の摩擦を著しく低減できるセラミックス部を有する摺動
部材を提供すること、特に摺動部材と対向して摺動する
相手部材の金属部摺動面を、慣らし運転中及び摺動中に
研磨して表面粗さを向上させることができ、従って相手
部材に困難で高コストの特別な超精密仕上げ加工を行わ
なくても、摩擦を低減させて良好な摺動特性を得ること
のできる摺動部材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】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する摺動部材は、潤滑剤中で相手部材
の金属部と摺動するセラミックス部を有する摺動部材で
あって、当該摺動部材のセラミックス部が粒界相を有
し、慣らし運転前及び摺動前におけるセラミックス部の
摺動面には表面に露出した粒界相が脆化された脆化層が
形成されていることを特徴とする。

【０００９】即ち、本発明の摺動部材は、その全体又は
相手部材との摺動面がセラミックスからなり、一方この
摺動部材と摺動すべき相手部材は、その全体又は摺動面
が金属からなっているものである。又、摺動部材のセラ
ミックス部は、モノリシックセラミックス焼結体でも、
繊維やウイスカー等で強化されたセラミックス複合材料
でも良いが、焼結助剤等によるガラス質若しくは結晶質
の粒界相を有することが必要である。

【００１０】モノリシックセラミックス焼結体には、ア
ルミナ、ジルコニア、ムライト、スピネル等の酸化物、
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化
物、炭化ケイ素や炭化チタン等の炭化物、窒化ホウ素や
炭化ホウ素等のホウ化物、ケイ化チタン等のケイ化物な
どがある。複合材料としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊
維、アルミナ繊維等で強化した窒化ケイ素又は結晶化ガ
ラスなどの繊維強化複合材料、炭化ケイ素ウイスカー等
で強化したアルミナ又は窒化ケイ素などのウイスカー強
化複合材料、窒化チタン粒子や炭化ケイ素ナノ粒子等で
強化した窒化ケイ素又はアルミナなどの粒子分散強化複
合材料を挙げることが出来る。

【００１１】又、摺動部材のセラミックス部表面に形成
される脆化層とは、潤滑剤中で相手部材の金属部と摺動
する摺動部材のセラミックス部摺動面の露出している表
面を化学的又は物理的に表面脆化処理することによっ
て、セラミックスの母材原質部（マトリックス）と比較
して脆弱な粒界相が腐食、軟化、あるいは破壊等の作用
を受け、実質的に変質した粒界相部分を含む表面層を意
味する。

【００１２】よって、本発明の摺動部材は、そのセラミ
ックス部の摺動面に露出した粒界相を化学的又は物理的
に表面脆化処理する方法により製造される。脆化層を形
成するための表面脆化処理としては、酸又はアルカリ溶
液によるエッチング処理、イオン衝撃処理、高速原子衝
撃処理、真空中での熱エッチング処理、レーザー表面処
理、及びブラスト加工処理が有効であり、これらの処理
のうち少なくとも１つを使用する。

【００１３】エッチング処理に用いる酸又はアルカリと
しては、粒界相を選択的にエッチングするものであれば
良く、具体的には、フッ酸(ＨＦ)、硫酸(Ｈ₂ＳＯ₄)、硝
酸(ＨＮＯ₃)、王水(Ｈ₂ＳＯ₄＋ＨＣｌ)、フッ硝酸(ＨＦ
＋ＨＮＯ₃)等の酸、あるいは水酸化ナトリウム(ＮａＯ
Ｈ)、水酸化カリウム(ＫＯＨ)等のアルカリがある。酸
又はアルカリ溶液によるエッチング処理では、具体的に
は８０℃程度に加熱した酸又はアルカリ溶液中、例えば
熱濃ＮａＯＨ水溶液中に数分間浸漬する方法が望まし
い。又、溶融アルカリや溶融ハロゲン化物等も有効であ
るが、この場合は腐食作用が強いため浸漬時間を短くす
る、例えば１００秒以下とすることが好ましい。

【００１４】イオン衝撃処理は、気体イオンの照射によ
りセラミックス部の粒界相をエッチングする方法であ
り、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガス、Ｈ₂、Ｎ₂、Ｏ₂、Ｃ
Ｏ₂等の活性又は不活性ガス、あるいはＡｒ−Ｈ₂等の混
合ガスのように、容易に励起できてプラズマを生成する
ガスを使用する。具体的には、チャンバー内にＡｒ等の
上記ガスを５×１０^-4ｔｏｒｒ程度導入し、放電等によ
りプラズマを生成させ、このプラズマ中にバイアス電圧
５００〜１０００Ｖの範囲で約３０分以上保持すること
が好ましい。

【００１５】又、高速原子衝撃処理は、イオン衝撃処理
に用いたと同様なＡｒ等の原子をセラミックス部に照射
して粒界相をエッチングする方法であり、例えば１×１
０^-4ｔｏｒｒ程度の真空チャンバー内においてＡｒ原子
を３０分間程度照射することが好ましい。

【００１６】熱エッチング処理は、摺動部材を真空中で
加熱することによりセラミックス部の粒界相を溶融させ
て、エッチングする方法であり、例えば１０^-3ｔｏｒｒ
以下の真空中において１０００〜１５００℃の温度に約
３０分以上保持することが好ましい。

【００１７】レーザー表面処理は、レーザー照射による
焼結体マトリックスと粒界相のスパッタリング速度の差
を利用して、スパッタリングされやすい粒界相を選択的
にエッチングする方法である。使用するレーザー媒質に
は、ＣＯ₂やＹＡＧ等の赤外発光するもの、ＡｒＦ、Ｋ
ｒＦ、ＸｅＣｌ等の紫外発光するものがある。例えばエ
キシマレーザーを使用する場合、焦点での熱入量１〜１
００Ｊ／ｃｍ²程度、パルス周波数１〜５００Ｈｚで、
照射部分の任意の１点に対して１〜数百パルス程度の照
射を行うことが好ましい。

【００１８】かかるレーザー表面処理においては、好ま
しくは紫外波長を有するレーザーで処理する。これは、
赤外光での加工は発熱を伴うためマトリックスまでも表
面酸化、急加熱と急冷却による熱損傷を受けるのに対し
て、紫外波長のレーザーでは加工エネルギーの大部分が
物質の結合力に作用して昇華分解を起こすので、マトリ
ックスへの加工ダメージが小さくなるためである。

【００１９】ブラスト加工処理は、ショットやグリット
等と呼ばれる微細な粒子を噴射することにより、粒界相
を損傷ないし破壊するものである。用いる微細粒子とし
ては平均粒径が約１０μｍ以下のダイヤモンド、窒化ホ
ウ素、炭化ケイ素等の硬質砥粒が好ましい。又、ブラス
ト条件は母材自体のエロージョン摩耗を起こさないこと
が必要であり、例えばブラスト粒子の噴射圧力は１０ａ
ｔｍ程度以下が好ましく、加工時間も数分以下であるこ
とが好ましい。

【００２０】本発明の摺動部材においては、下記するよ
うにセラミックス部表面から微小な硬質粒子が脱落して
相手部材の金属部摺動面を研磨するのであるが、この脱
落粒子は摺動初期に多量に発生して相手部材を急激に研
磨するように攻撃するので、結果的に金属部摺動面に過
剰な摩耗が起こり、その表面を荒らしてしまう危険があ
る。

【００２１】この危険を防止するため、本発明の一態様
として、前記の表面脆化処理により脆化層を形成したセ
ラミックス部の摺動面に、固体潤滑作用を有する粒子が
ポリマー中に分散した複合被膜を設けた摺動部材を提供
するものである。

【００２２】固体潤滑作用を有する物質としては、例え
ばグラファイト、ＭｏＳ₂、ＢＮ、ＣａＦ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、
ＭｏＯ₃、及びＢ₂Ｏ₃等を挙げられることができ、これ
らのうちの１種以上からなる粒子をポリマーに分散させ
て用いる。又、複合被膜を作るポリマーとしては、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリ４フッ化エチレン、ポ
リフェニレンサルファイド、ジアリルフタレート等が使
用できる。中でもＭｏＳ₂を分散させたポリアミドイミ
ドの複合被膜が好ましい。

【００２３】一方、本発明の摺動部材と対向して摺動す
る相手部材の金属部は、一般的な機械部品における摺動
部の構成材料である普通鋳鉄、合金鋳鉄、鋳鋼、又はチ
ル化等の表面処理を施した普通鋳鉄や鋳物材料、あるい
は軸受鋼や高速度鋼のような合金鋼等のほか、アルミニ
ウム合金、チタン合金、マグネシウム合金等の現在実用
化されているあらゆる摺動用金属材料が使用可能であ
る。これら相手部材の金属材料と前記摺動部材のセラミ
ックス材料との組み合わせを、使用条件、要求される摺
動特性、耐久性等に合わせて適切に選択する。

【００２４】

【作用】本発明の摺動部材は、セラミックス部の摺動面
に露出した粒界相が表面脆化処理により脆化されている
ので、相手部材との慣らし運転中又は摺動中に、セラミ
ックス部の表面からセラミックスの微小な硬質粒子が容
易に脱落し、この脱落した微小な硬質粒子によって相手
部材の金属部の摺動面が研磨されて表面粗さが小さくな
り、摺動部材と相手部材の摩擦を低減させることが出来
る。従って、相手部材は高精度な超精密仕上げ加工を行
わなくても、本発明の摺動部材との摺動により自然に表
面が研磨されて表面粗さが小さくなるので、曲面その他
の複雑形状の相手部材の場合に特に有効である。

【００２５】慣らし運転等により摺動部材と相手部材を
ある程度の時間摺動させると、摺動部材のセラミックス
部の摺動面では微小な硬質粒子の脱落に続いて脆化層が
摩耗し尽くし、耐摩耗性に優れたセラミックスの母材原
質部が現出する。従って、それ以降はセラミックス部の
摩耗の進行が停止するので、セラミックス部を殆ど摩耗
させることなく一定の摺動特性を維持して摺動を続ける
ことができ、この点においてもセラミックスの使用は、
相手部材の金属部との焼き付きや異常摩耗を防止できる
点と共に有利である。

【００２６】又、摺動部材のセラミックス部で摩耗の進
行が停止すると、その時点でセラミックス部の摺動面に
は、表面脆化処理時に粒界相が過剰にエッチングされ又
は除去された部分や、微小な硬質粒子が脱落した部分が
深さ０.１μｍ以上の、好ましくは深さ０.１〜１μｍ程
度の凹部として残される。これらの凹部は潤滑剤等の油
溜となり、潤滑剤供給源として作用するので、摺動中の
油膜形成能を向上させ、更なる摩擦の低減と摺動特性の
向上並びに焼き付きや異常摩耗の防止に役立つ。

【００２７】この様に、摺動部材におけるセラミックス
部は、母材原質部が耐摩耗性に優れ又強度的にも優れて
いることが望ましい。又、上述したように相手部材の摺
動面はセラミックス部から脱落した硬質粒子で研磨され
るため、被研磨面の品質は脱落した硬質粒子の粒度によ
り大きく影響される。

【００２８】これらの事情を検討した結果、摺動部材の
セラミックス部を構成する焼結体又は複合材料のマトリ
ックスの結晶粒を微細化するほど好ましい結果が得られ
ることが判った。マトリックスの結晶粒の微細化によっ
て、マトリックスの強度及び耐摩耗性を向上させること
ができ、又相手部材の被研磨面が平滑になり、特に結晶
粒の平均粒径を１０μｍ以下とすることによりその効果
が顕著である。更に好ましくは、結晶粒の平均粒径を楕
円近似した長軸径で示したとき、具体的にはアルミナ及
び炭化ケイ素は２μｍ以下、窒化ケイ素は５μｍ以下の
平均粒径であることが好ましい。

【００２９】又、摺動部材を構成するセラミックス焼結
体又複合材料の密度は、理論密度の９５％以上が好まし
く、更には９８％以上であることが好ましい。これは、
上記の結晶粒径及び密度を達成することにより、更なる
高強度化と耐摩耗性の向上が得られ、及び脱落した硬質
粒子による相手部材摺動面の急激な研磨又は損傷を低減
できるからである。

【００３０】一方、摺動部材のセラミックス部表面から
脱落する微小な硬質粒子の量は摺動初期に特に多くなる
ので、摺動初期には脱落した多量の硬質粒子が相手部材
の金属部摺動面を必要以上に攻撃し、結果的に表面粗さ
を劣化させ、望ましい摺動特性が得られなくなる危険が
ある。これに対して、摺動部材の表面脆化処理により脆
化層を形成したセラミックス部の摺動面に、固体潤滑作
用を有する粒子がポリマー中に分散した複合被膜を設け
ることが有効である。

【００３１】この複合被膜を設けた摺動部材において
は、摺動初期には固体潤滑作用を有する粒子が相手部材
との摺動面に多量に介在するので、その潤滑作用により
脱落した硬質粒子による異常摩耗を軽減することができ
る。更に、摺動の継続と共に固体潤滑粒子が減少して徐
々に硬質粒子の存在率が増加するので、相手部材の摺動
面の正常な研磨を達成でき、初期の異常摩耗が避けられ
ることと相俟って、表面脆化処理を施したのみの摺動部
材に比べ相手部材の表面粗さを一層向上させ、摩擦を低
減して優れた摺動特性を達成できる。

【００３２】複合被膜の膜厚は５〜１００μｍの範囲が
好ましく、１０〜５０μｍの範囲が更に好ましい。その
理由は、複合被膜の膜厚が５μｍ未満では十分な量の固
体潤滑粒子を安定して供給することができないため、相
手部材の異常摩耗を軽減する効果が得られず、逆に１０
０μｍを越えると被膜自体の強度が弱いため摺動初期に
被膜が剥離してしまい、異常摩耗の軽減効果が得られな
いからである。

【００３３】又、複合被膜の膜厚が５〜１００μｍの範
囲で相手部材の異常摩耗を軽減するためには、複合被膜
中に分散される固体潤滑粒子の割合を１０体積％以上と
することが、固体潤滑粒子の割合が多すぎると複合被膜
自体の強度が低下し、膜厚が１００μｍを越える場合と
同様の理由で好ましくない。従って、複合被膜中の固体
潤滑粒子の量は１０〜９０体積％の範囲、好ましくは２
０〜８０体積％の範囲とする。

【００３４】

【実施例】実施例１ 本発明の摺動部材として、アルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)、炭化ケ
イ素(ＳｉＣ)、窒化ケイ素(Ｓｉ₃Ｎ₄)、窒化ホウ素(Ｂ
Ｎ)の各モノリシックセラミックス焼結体、及び炭素繊
維強化Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣウイスカー強化Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｃナノ粒子分散強化Ａｌ₂Ｏ₃の各複合材料からなるチッ
プを用意し、各チップの摺動面を８０℃の熱濃ＮａＯＨ
水溶液に１０分間浸漬することにより、化学エッチング
による表面脆化処理を行った。

【００３５】尚、使用した各焼結体及び各複合材料は、
いずれも焼結助剤成分に由来するガラス質の粒界相を有
し、マトリックスを構成する結晶粒の平均粒径はいずれ
も１０μｍ以下のものである。又、比較例の摺動部材と
して、軸受鋼及び窒化ケイ素焼結体（表面脆化処理せ
ず）からなるチップを用意した。

【００３６】得られた各摺動部材を、図１に示すローラ
ー／チップ型摩擦摩耗試験機にチップ１として取り付
け、相手部材であるローラー２として黒鉛鋳鉄製のロー
ラーを使用して、マシン油中において油温８０℃、周速
１ｍ／秒、荷重３０ｋｇｆの条件で２０分間の慣らし運
転を実施した。慣らし運転前後の相手部材であるローラ
ー２の摺動面の表面粗さＲａと、慣らし運転後における
チップ１とローラー２の間の摩擦係数を測定し、その結
果を表１に示した。

【００３７】

【表１】 ローラー面粗さＲａ(μｍ) 試料 チ ッ プ 材 料 慣らし運転前 慣らし運転後 摩擦係数 1−1 アルミナ(Al₂O₃) 0.46 0.26 0.082 1−2 炭化ケイ素(SiC) 0.52 0.29 0.077 1−3 窒化ケイ素(Si₃N₄) 0.51 0.27 0.071 1−4 窒化ホウ素(BN) 0.47 0.29 0.075 1−5 炭素繊維強化Si₃N₄ 0.53 0.32 0.083 1−6 SiCウイスカー強化Al₂O₃ 0.49 0.32 0.076 1−7 SiCナノ粒子分散強化Al₂O₃ 0.50 0.28 0.078 1−8＊ 軸受鋼 0.52 0.61 0.13 1−9＊ 窒化ケイ素(未処理) 0.47 0.42 0.091 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。

【００３８】表１の結果から明らかなように、表面をエ
ッチングにより脆化処理したセラミックスからなる本発
明例のチップ状摺動部材を用いた各試料では、脆化処理
をしていないセラミックスや通常の鋼材料からなるチッ
プ状摺動部材を用いた場合に比較して、相手部材である
黒鉛鋳鉄ローラーの摺動面の表面粗さを慣らし運転中に
小さくでき、もって摩擦係数を著しく改善向上させるこ
とができた。

【００３９】又、脆化処理したセラミックスからなる本
発明例の各チップ状摺動部材の表面を慣らし運転後に走
査型電子顕微鏡で観察したところ、その表面は平坦部と
深さ０.１〜１μｍ程度の凹部とで構成されていた。こ
の凹部が油溜として作用することによって油膜形成能が
向上し、相手部材の表面粗さの改善と相俟って、著しい
摩擦係数の低減が達成されたものと考えられる。

【００４０】実施例２ 本発明の摺動部材として、アルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)、ジルコ
ニア(ＺｒＯ₂)、炭化ケイ素(ＳｉＣ)、及び窒化ケイ素
(Ｓｉ₃Ｎ₄)の各モノリシックセラミックス焼結体（いず
れも焼結助剤成分に由来するガラス質の粒界相を有す
る）からなるチップを用意し、その摺動面を８０℃の熱
濃ＮａＯＨ水溶液に１０分間浸漬することにより、化学
エッチングによる表面脆化処理を行った。又、比較例と
して、構成元素及び不可避的不純物以外の成分を含ま
ず、粒界相を有しない各焼結体も用意し、前記と同じ化
学エッチングによる表面脆化処理を行った。

【００４１】得られた各摺動部材を図１に示すローラー
／チップ型摩擦摩耗試験機にチップ１として取り付け、
相手部材であるローラー２として鋳鉄製のローラーを使
用して、実施例１と同一条件で慣らし運転（２０分間）
を実施した。慣らし運転前後のローラー２の摺動面の表
面粗さＲａと、慣らし運転後のチップ１とローラー２の
間の摩擦係数を測定し、その結果を表２に示した。

【００４２】

【表２】 ローラー面粗さＲａ(μｍ) 試料 チ ッ プ 材 料 慣らし運転前 慣らし運転後 摩擦係数 2−1 アルミナ(粒界相有り) 0.46 0.26 0.082 2−2 ジルコニア(粒界相有り) 0.48 0.27 0.083 2−3 炭化ケイ素(粒界相有り) 0.52 0.29 0.077 2−4 窒化ケイ素(粒界相有り) 0.51 0.27 0.071 2−5＊ アルミナ(粒界相無し) 0.51 0.47 0.095 2−6＊ ジルコニア(粒界相無し) 0.48 0.42 0.098 2−7＊ 炭化ケイ素(粒界相無し) 0.53 0.48 0.096 2−8＊ 窒化ケイ素(粒界相無し) 0.49 0.43 0.092 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。

【００４３】表２の結果から、粒界相を有するセラミッ
クスでは本発明の脆化処理が有効であり、摺動部材とし
て相手部材の表面粗さを小さくして摩擦係数を低減させ
る効果があるのに対して、粒界相を有しないセラミック
スでは脆化処理を行ってもこれらの効果が得られないこ
とが判る。

【００４４】又、粒界相を有する窒化ケイ素焼結体の摺
動部材について、その粒界相がガラス質である場合と結
晶質である場合とを比較したが、アルカリでエッチング
した後の粒界相はいずれの場合も腐食が認められ、慣ら
し運転による相手部材の表面粗さの減少及び摩擦係数の
低減においても両者に殆ど差異はなかった。

【００４５】実施例３ ガラス質の粒界相を有する窒化ケイ素焼結体のチップ状
の摺動部材に対して、化学エッチング処理、イオン衝撃
処理、高速原子衝撃処理、熱エッチング処理、レーザー
表面処理、又はブラスト加工処理のいずれかによる表面
脆化処理を、それぞれ下記表３に示す条件で施した。

【００４６】

【表３】試料 脆 化 処 理 処 理 条 件 3−1 化学エッチング ８０℃熱濃ＮａＯＨ水溶液、１０分浸漬 3−2 〃 ６０体積％ＨＦ水溶液、５分浸漬 3−3 〃 ８０℃熱濃ＨＮＯ₃水溶液、２０分浸漬 3−4 〃 ８０℃熱濃Ｈ₂ＳＯ₄水溶液、２０分浸漬 3−5 イオン衝撃 Ａｒ⁺、５×１０^-4ｔｏｒｒ、入射電力１ｋＷ、 バイアス電圧５００Ｖ、３０分照射 3−6 〃 Ｎ²⁺、５×１０^-4ｔｏｒｒ、入射電力１ｋＷ、 バイアス電圧５００Ｖ、３０分照射 3−7 高速原子衝撃 Ａｒ、１×１０^-4ｔｏｒｒ、３０分照射 3−8 熱エッチング １×１０^-4ｔｏｒｒ、１５００℃、６０分保持 3−9 レーザー処理 ＡｒＦエキシマレーザー、熱入量５Ｊ／ｃｍ²、 パルス周波数１０Ｈｚ、等価パルス数１０パルス 3−10 ブラスト処理 噴射圧力２ａｔｍ、噴射時間３０秒

【００４７】得られた本発明の各摺動部材を、図１に示
すローラー／チップ型摩擦摩耗試験機にチップ１として
取り付け、相手部材であるローラー２として鋳鉄製のロ
ーラーを使用して、実施例１と同一条件で慣らし運転
（２０分間）を実施した。慣らし運転前後のローラー２
の摺動面の表面粗さＲａと、慣らし運転後のチップ１と
ローラー２の間の摩擦係数を測定した。又、比較例とし
て、同じ窒化ケイ素焼結体でいずれの表面脆化処理も行
わなかった摺動部材をチップ１とし、同様の試験を行っ
た。これらの結果を表４に示した。

【００４８】

【表４】 ローラー面粗さＲａ(μｍ) 試料 脆 化 処 理 慣らし運転前 慣らし運転後 摩擦係数 3−1 化学エッチング 0.51 0.27 0.071 3−2 〃 0.48 0.25 0.071 3−3 〃 0.52 0.23 0.069 3−4 〃 0.47 0.21 0.068 3−5 イオン衝撃 0.49 0.22 0.070 3−6 〃 0.53 0.26 0.072 3−7 高速原子衝撃 0.51 0.25 0.071 3−8 熱エッチング 0.50 0.24 0.067 3−9 レーザー加工 0.48 0.29 0.073 3−10 ブラスト加工 0.45 0.33 0.080 3−11＊ 脆化処理なし 0.47 0.42 0.091 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。

【００４９】表４の結果から、表面脆化処理を行ってい
ない摺動部材に比較して、いずれの表面脆化処理を行っ
た本発明例の摺動部材も相手部材の表面粗さを小さく
し、摩擦係数を低減させる効果が遥かに優れていること
が判る。

【００５０】実施例４ ガラス質の粒界相を有するチップ状の窒化ケイ素焼結体
を、実施例１と同じ８０℃の熱濃ＮａＯＨ水溶液に１０
分間浸漬し、化学エッチングによる表面脆化処理を行っ
た。その後、この脆化処理した焼結体の摺動面の表面
に、ＭｏＳ₂粒子を５０体積％の割合で分散させたポリ
アミドイミドからなる複合被膜を２０μｍの膜厚に形成
した。即ち、市販のポリイミドに平均粒径５μｍのＭｏ
Ｓ₂粒子を添加撹拌して分散させ、焼結体摺動面に塗布
した後、１００℃に加熱して被膜を形成した。

【００５１】この複合被膜を有する摺動部材を、図１に
示すローラー／チップ型摩擦摩耗試験機にチップ１とし
て取り付け、相手部材であるローラー２として鋳鉄製の
ローラーを使用して、実施例１と同一条件で慣らし運転
（２０分間）を実施した。慣らし運転前後のローラー２
の摺動面の表面粗さＲａを測定し、結果を表５に示し
た。又、比較のために、同じ窒化ケイ素焼結体で表面脆
化処理を行わなかった摺動部材、及び上記と同一の表面
脆化処理を行ったが複合被膜を設けていない摺動部材に
ついても同様の試験を行い、その結果を表５に示した。

【００５２】

【表５】

【００５３】表５の結果から、摺動部材の表面脆化処理
を施した摺動面に更に固体潤滑粒子を分散させた複合被
膜を設けることによって、相手部材の金属部摺動面の表
面粗さを徐々に向上させて行く効果が得られ、摺動初期
の急激で攻撃的な研磨を防ぐことができる結果、最終的
な相手部材の表面粗さを複合被膜のない場合に比べて更
に向上させ得ることが判る。

【００５４】

【発明の効果】本発明の摺動部材によれば、潤滑剤中に
おける相手部材との慣らし運転中及び摺動中に、相手部
材の金属部摺動面の表面粗さを自然に向上させ且つその
表面に油溜を形成することができるので、摩擦を低減さ
せて優れた摺動特性を得ることが出来る。特に、相手部
材の摺動面が曲面その他の複雑形状である場合でも、本
発明によれば困難で高コストの精密な仕上げ加工が不要
となるから、経済的にも極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で使用したローラー／チップ型摩擦摩耗
試験機を説明するためのローラーとチップを示す概略側
面図である。

【符号の説明】

１ チップ ２ ローラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山川 晃 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 松沼 健二 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潤滑剤中で相手部材の金属部と摺動する
   セラミックス部を有する摺動部材において、当該摺動部
   材のセラミックス部が粒界相を有し、慣らし運転前及び
   摺動前におけるセラミックス部の摺動面には表面に露出
   した粒界相が脆化された脆化層が形成されていることを
   特徴とする摺動部材。
2. 【請求項２】 セラミックス部が、モノリシックセラミ
   ックス焼結体からなるか、又は繊維、ウイスカー、若し
   くは分散粒子で強化されたセラミックス複合材料からな
   ることを特徴とする、請求項１に記載の摺動部材。
3. 【請求項３】 セラミックス部のマトリックスを構成す
   る結晶粒の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴と
   する、請求項１又は２に記載の摺動部材。
4. 【請求項４】 相手部材との慣らし運転後又は摺動後に
   おけるセラミックス部の摺動面に深さ０.１μｍ以上の
   凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３
   のいずれかに記載の摺動部材。
5. 【請求項５】 請求項１の摺動部材において、脆化層を
   形成したセラミックス部の摺動面に、固体潤滑作用を有
   する粒子がポリマー中に分散した複合被膜を備えること
   を特徴とする摺動部材。
6. 【請求項６】 複合被膜の膜厚が５〜１００μｍである
   ことを特徴とする、請求項５に記載の摺動部材。
7. 【請求項７】 潤滑剤中で相手部材の金属部と摺動する
   セラミックス部を有する摺動部材の製造方法において、
   当該摺動部材のセラミックス部の摺動面に露出した粒界
   相を化学的又は物理的に表面脆化処理することを特徴と
   する摺動部材の製造方法。
8. 【請求項８】 前記表面脆化処理が、酸又はアルカリ溶
   液によるエッチング処理、イオン衝撃処理、高速原子衝
   撃処理、真空中の熱エッチング処理、レーザー表面処
   理、及びブラスト加工処理の少なくとも１つの処理であ
   ることを特徴とする、請求項７に記載の摺動部材の製造
   方法。
9. 【請求項９】 請求項７の方法により表面脆化処理した
   セラミックス部の摺動面に、固体潤滑作用を有する粒子
   がポリマー中に分散した複合被膜を形成することを特徴
   とする摺動部材の製造方法。