(57)【要約】【課題】プレス成形時の金型との動摩擦係数を低減させることが可能な、チタン板及びその製造方法を提供する。【解決手段】表面に、厚さ０．１０μｍ以上のルチル型ＴｉＯ２からなる酸化皮膜を有し、前記酸化皮膜の表面性状が、λｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝０．０８ｍｍのカットオフ値を適用して得た粗さ曲線の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍ、前記粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上、前記粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下、を満足するチタン板を採用する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、厚さ０．１０μｍ以上のルチル型ＴｉＯ２からなる酸化皮膜を有し、
前記酸化皮膜の表面性状が、
λｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝０．０８ｍｍのカットオフ値を適用して得た粗さ曲線の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍ、
前記粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上、
前記粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下、
を満足することを特徴とするチタン板。
【請求項２】
ピンオンディスク型摩擦・磨耗試験機にて、潤滑剤を用いずに、面圧１ＭＰａ、速度０．１ｍ／ｍｉｎの条件で、日本工業規格Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼鋼材ＳＵＪ２製のピンで前記酸化皮膜の表面を摺動したときの動摩擦係数が０．１７以下であることを特徴とする請求項１に記載のチタン板。
【請求項３】
チタン板素材の表面を、Ｐ８０以上、Ｐ８００以下の研磨材で研磨するか、もしくは、ロール面の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍの範囲であるダルロールにより前記チタン板素材を圧延する第１の工程と、
前記チタン板素材を大気雰囲気中で５００℃〜９００℃で加熱し、前記チタン板素材の表面に酸化皮膜を形成する第２の工程と、
硬さ６５０ＨＶ以上、算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以下の摺動面を有する摺動部材を、見かけ面圧１．０ＭＰａ以上１０ＭＰａ未満、摺動速度０．００１〜１ｍ／ｍｉｎの条件で、前記酸化皮膜の表面を摺動させる第３の工程と、
を順次行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のチタン板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は潤滑性に優れたチタン板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンは、常温で六方最密充填構造をとり、比較的軟質で加工性に優れる金属である。一方、金属チタンは非常に活性な金属であるため、プレス成形などで生じるチタンと金型の凝着による動摩擦係数の増加が成形性を低下させる問題がある。そこで、チタン板の表面に予め皮膜タイプの潤滑剤を塗布したり、テフロンシートなどを張り付けたりすることで、プレス成形時にチタンと金型との凝着を抑制し動摩擦係数を低減させている。しかし、このような潤滑手段は手間が掛かり、プレス成形工程の効率を低下させ、コストが上昇する。
【０００３】
そこで、チタンと金型との接触を抑制するための低コストな手段として、酸化、窒化または炭化等によって、チタン表面に酸化膜、窒化膜、炭化膜あるいは炭窒化膜の形成が行われている。とりわけ、大気酸化による酸化皮膜の形成は、特別な設備を要さず、安価な手法として重宝される。しかし、潤滑剤を併用せずに酸化皮膜を形成したチタン板をプレス成形した場合の動摩擦係数は、従来の皮膜タイプの潤滑剤を用いた場合の動摩擦係数よりも高くなる。すなわち、従来の皮膜タイプの潤滑剤を用いた場合は、チタン板と金型との動摩擦係数が例えば０．１７以下程度になるが、酸化皮膜を形成したチタン板の動摩擦係数は、無潤滑の状態で０．１７より大きくなってしまう。
【０００４】
特許文献１には、成形性を低下させず強度を増加させたチタン薄板として、Ｌ方向の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２〜０．８μｍであり、Ｔ方向の算術平均粗さがＬ方向の１．１倍以上２倍以下であり、板厚をｔとするとき、表層０．０５ｔ〜０．２ｔの範囲に変形双晶が存在し、表面における測定荷重０．２５Ｎでのビッカース硬さが１７０以上、表面における測定荷重９．８Ｎでのビッカース硬さが９０〜１８０であり、上記測定荷重０．２５Ｎでのビッカース硬さが、上記測定荷重９．８Ｎでのビッカース硬さよりも１．５倍以上高いチタン板が記載されている。特許文献１に記載されたチタン板では、潤滑剤を十分に塗布でき、成形加工時に潤滑剤が十分供給される表面粗さ条件を見出したものである。
【０００５】
特許文献２には、優れたプレス成形性を発揮するチタン板として、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５〜１．５μｍであり、最大高さ（Ｒｚ）が１．５〜９．０μｍであり、ひずみ度（Ｒｓｋ）が−３．０〜−０．５の範囲であり、且つ表面における測定荷重０．０９８Ｎでのビッカース硬さが、測定荷重４．９Ｎでのビッカース硬さよりも高く、その差が４５以下であるチタン板が記載されている。特許文献２に記載されたチタン板では、表面に凹部が形成され、この凹部によって潤滑油の保油性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１５６０５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５５０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載されたチタン板は、潤滑剤の塗布性や保油性の改善に着目したものであって、大気酸化によって形成される酸化皮膜の改良に関するものではない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、プレス成形時の金型との動摩擦係数を低減させることが可能なチタン板及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］  表面に、厚さ０．１０μｍ以上のルチル型ＴｉＯ２からなる酸化皮膜を有し、
前記酸化皮膜の表面性状が、
λｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝０．０８ｍｍのカットオフ値を適用して得た粗さ曲線の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍ、
前記粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上、
前記粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下、
を満足することを特徴とするチタン板。
［２］  ピンオンディスク型摩擦・磨耗試験機にて、潤滑剤を用いずに、面圧１ＭＰａ、速度０．１ｍ／ｍｉｎの条件で、日本工業規格Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼鋼材ＳＵＪ２製のピンで前記酸化皮膜の表面を摺動したときの動摩擦係数が０．１７以下であることを特徴とする［１］に記載のチタン板。
［３］  チタン板素材の表面を、Ｐ８０以上、Ｐ８００以下の研磨材で研磨するか、もしくは、ロール面の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍの範囲であるダルロールにより前記チタン板素材を圧延する第１の工程と、
前記チタン板素材を大気雰囲気中で５００℃〜９００℃で加熱し、前記チタン板素材の表面に酸化皮膜を形成する第２の工程と、
硬さ６５０ＨＶ以上、算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以下の摺動面を有する摺動部材を、見かけ面圧１．０ＭＰａ以上１０ＭＰａ未満、摺動速度０．００１〜１ｍ／ｍｉｎの条件で、前記酸化皮膜の表面を摺動させる第３の工程と、
を順次行うことを特徴とする［１］または［２］に記載のチタン板の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プレス成形時の金型との動摩擦係数を低減させることが可能な，チタン板及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態であるチタン板の製造方法を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
固体表面には微小な凹凸がある。同程度の粗さを持つ固体同士であれば摺動時、主に、一方の固体表面の凸部と、他方の固体表面の凸部とが接触し、この接触部が真実接触面になる。このため、真実接触面の面積は、みかけの接触面の面積に比べて大幅に小さくなる。さらにチタン板に形成したルチル型ＴｉＯ２からなる酸化皮膜の表面には、酸化皮膜成長とともに形成された微小な凹凸が観察される。
【００１２】
チタン板のプレス成形時に金型が動くと、金型、チタン板の双方の凸部が相対移動する。このとき、チタンの酸化皮膜は比較的軟質であるため、酸化皮膜成長時に形成した微細な凹凸に掘り起こしが起こり、掘り起こし抵抗が発生する。チタン板の動摩擦係数には、この掘り起こし抵抗の成分が含まれると推測される。
【００１３】
そこで、酸化皮膜を有するチタン板の動摩擦係数を低減させるために、掘り起こし抵抗の低減方法を検討した。
【００１４】
酸化皮膜の微細凹凸を予め機械的に摩滅させて平滑にしてからプレス成形を行えば、掘り起こし抵抗が小さくなり、動摩擦係数が低減されることが期待される。しかし、実際には期待したほど動摩擦係数が小さくならない。その理由を本発明者らが鋭意検討した。
【００１５】
チタン板と金型はプレス成形時に相対移動するため、当然ながら、真実接触面はチタン板と金型の凹凸形状次第で常に変化する。例えば、ある瞬間で、真実接触面となったチタン板の凸部と金型表面の凸部は、次の瞬間には離れ、別の凸部同士が真実接触面となる。このように、真実接触面はチタン板と金型の瞬間の凹凸形状の組みあわせにより定まる。通常、チタン板や金型の凹凸は無作為であるため、金型との真実接触面となるチタンの凸部を狙って酸化皮膜の微細凹凸を予め磨滅させておくことは困難である。すなわち、酸化皮膜の微細凹凸を予め機械的に摩滅させたとしても、プレス成形中に、酸化皮膜の微細凹凸が磨滅していない凸部が真実接触面になり、その場所で酸化チタンの掘り起ししが発生するため、動摩擦係数が小さくならないと推測された。
【００１６】
従って、チタン板の摩擦係数を低減させるには、真実接触面を特定できるようチタン板の凹凸形状を改良し、その凸部の酸化皮膜の微細凹凸を予め磨滅させ、掘り起し抵抗を低減させる必要がある。
【００１７】
そこで、本発明者らが更に検討したところ、チタンに比較的高い凸部（山）をまばらに形成し、その山の頂上を含む先端部分の酸化皮膜の微細凹凸を摩滅面とすることにより、動摩擦係数を低減できることを見出した。酸化皮膜表面に比較的高い凸部（山）をまばらに形成することで、プレス成形時に金型が摺動したとしても、高い山に金型が必ず接触して真実接触面を形成し、これ以外の箇所では真実接触面が形成されにくくなる。これにより、チタン板の動摩擦係数を、大幅に低減させることに成功した。
【００１８】
以下、本実施形態のチタン板について説明する。
本実施形態のチタン板は、表面に、厚さ０．１０μｍ以上のルチル型ＴｉＯ２からなる酸化皮膜を有し、酸化皮膜の表面性状が、λｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝０．０８ｍｍのカットオフ値を適用して得た粗さ曲線の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍ、粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上、粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下を満足するチタン板である。
以下、本実施形態のチタン板について更に詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態のチタン板は、純チタン板でもよく、チタン合金板でもよい。チタン板の厚みは特に制限はなく、プレス成形に適した厚みであればよく、例えば、０．３〜１．０ｍｍの板厚を例示できる。
【００２０】
純チタンは、JＩＳ  Ｈ  ４６００（２００７年）に規定される１種〜４種、およびそれに対応するＡＳＴＭ規格のＧｒａｄｅ１〜４、ＤＩＮ規格の３・７０２５、３・７０３５、３・７０５５で規定される工業用純チタンを含むものとする。すなわち、本実施形態における工業用純チタンは、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｈ：０．０１５％以下、Ｏ：０．４％以下、Ｎ：０．０７％以下、Ｆｅ：０．５％以下、残部Ｔｉからなる。
【００２１】
チタン合金としては、α型チタン合金、α＋β型チタン合金またはβ型チタン合金が挙げられる。
【００２２】
α型チタン合金としては、例えば高耐食性合金（ＡＳＴＭ  Ｇｒａｄｅ  ７、１１、１６、２６、１３、３０、３３あるいはこれらに対応するＪＩＳ種や更に種々の元素を少量含有させたチタン材）、Ｔｉ−０．５Ｃｕ、Ｔｉ−１．０Ｃｕ、Ｔｉ−１．０Ｃｕ−０．５Ｎｂ、Ｔｉ−１．０Ｃｕ−１．０Ｓｎ−０．３Ｓｉ−０．２５Ｎｂ、Ｔｉ−０．５Ａｌ−０．４５Ｓｉ、Ｔｉ−０．９Ａｌ−０．３５Ｓｉ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５Ｓｉなどがある。
【００２３】
α＋β型チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−１Ｆｅ−０．３５Ｏ、Ｔｉ−１．５Ｆｅ−０．５Ｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−２Ｆｅ−２Ｖ−３Ｍｏなどがある。
【００２４】
さらに、β型チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ，Ｔｉ−８Ｖ−３Ａｌ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ，Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ｍｏ，Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ，Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ，Ｔｉ−６．８Ｍｏ−４．５Ｆｅ−１．５Ａｌ、Ｔｉ−２０Ｖ−４Ａｌ−１Ｓｎ、Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌなどがある。
【００２５】
なお、上述の純チタンやチタン合金は例示であり、本実施形態のチタン板は、上記の純チタンやチタン合金に限定されるものではない。
【００２６】
本実施形態のチタン板の表面には、酸化皮膜が形成されている。酸化皮膜は、ルチル型ＴｉＯ２からなる。表面に酸化皮膜が形成されることによって、チタン板を構成する純チタンまたはチタン合金がプレス成形時に金型と直接接触することがなく、チタン板の凝着を防止できるようになる。また、酸化皮膜をアナターゼ型の酸化皮膜にすると、酸化皮膜が軟らかすぎてしまい、プレス成形の金型の摺動時に酸化皮膜の表面形態が変形しやすく、掘り起こし抵抗が増大して動摩擦係数が高まるおそれがあるため、酸化皮膜はルチル型ＴｉＯ２がよい。
【００２７】
酸化皮膜の物質同定は、薄膜Ｘ線回折法で確認する。Ｘ線源はCo-Kα線とし、入射角は１°とする。
【００２８】
酸化皮膜の厚みは、０．１０μｍ以上であることが好ましい。厚みが０．１０μｍ未満ではプレス成形時に酸化皮膜が剥離しやすくなり、金型への凝着が起きるおそれがあるので好ましくない。酸化皮膜の厚みの上限は特に規定する必要はないが、１μｍ超の酸化皮膜を形成することが難しい場合があるので、厚みの上限を１μｍ以下にしてもよい。
【００２９】
酸化皮膜の厚さは、グロー放電分光分析法（ＧＤＳ）によって測定することができる。ＧＤＳでは酸化皮膜の表面から深さ方向に向けて、Ｏ（酸素）及びＴｉの深さ方向の分布を分析する。酸化皮膜の厚みは、酸素濃度によって求める。具体的には、酸化皮膜の最表面から、酸素濃度が最表面の酸素濃度に対して５０％になった深さまでの深さ方向の距離を、酸化皮膜の厚みとする。
【００３０】
次に、本実施形態の酸化皮膜の表面性状について説明する。本実施形態に係る酸化皮膜は、下記（１）〜（３）で表される表面形状を有することが好ましい。
【００３１】
（１）λｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝０．０８ｍｍのカットオフ値を適用して得られた粗さ曲線の算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍの範囲であること。
（２）上記の粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上であること。
（３）上記の粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下であること。
【００３２】
（１）算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍ
本実施形態の酸化皮膜は、算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍの範囲であることが好ましい。算術平均粗さＲａが０．２０μｍ未満では、ＲＺＪＩＳとＲｃの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）を０．５μｍ以上にすることができなくなる。また、算術平均粗さＲａが７．０μｍ超になると、曲げ変形で割れの起点になる可能性があるため好ましくない。なお、本実施形態の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）に規定される算術平均粗さＲａであって、基準長さにおける総座標値Ｚ（ｘ）の絶対値の平均である。算術平均粗さＲａは、０．２０〜４．０μｍでもよく、０．２０〜３．０μｍでもよく、０．２０〜１．０μｍでもよい。
【００３３】
なお、算術平均粗さＲａの算出の基礎となる粗さ曲線は、酸化皮膜の測定断面曲線にカットオフ値λｃ＝０．０８ｍｍの低域フィルタを適用して断面曲線を取得し、更にこの段面曲線に、カットオフ値λｓ＝２．５μｍの高域フィルタを適用することによって得られた粗さ曲線とする。また、粗さ曲線の基準長さは、カットオフ値λｃと等しい長さ、すなわち、０．０８ｍｍとする。
【００３４】
（２）（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上
本実施形態の酸化皮膜は、粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上であることが好ましい。酸化皮膜の表面には微細な凹凸があり、多数の凸部と多数の凹部とがある。本発明者らは、酸化皮膜表面に比較的高い凸部（山）をまばらに形成することで、プレス成形時に金型が酸化皮膜表面を摺動したとしても、高い山に金型が常に接触することで真実接触面が形成され、これ以外の箇所では真実接触面を形成させにくくすることで、動摩擦係数を小さく出来ることを見出した。酸化皮膜表面に比較的高い凸部（山）がまばらに形成されていることを表す指標として、本発明者は（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）を採用することにした。
【００３５】
本実施形態の粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）の附属書１において規定される十点平均粗さＲＺＪＩＳである。十点平均粗さＲＺＪＩＳは、基準長さの粗さ曲線において、最高の山頂から高い順に５番目までの山高さの平均と最深の谷底から深い順に５番目までの谷深さとの平均の和とされる。すなわち、粗さ曲線に含まれる５つの大きな山の平均高さである。
【００３６】
一方、本実施形態の輪郭曲線要素の平均高さＲｃは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）において規定されたものであり、粗さ曲線要素の平均高さであって、基準長さにおける輪郭曲線要素の高さＺｔの平均値である。
【００３７】
従って、（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が大きくなるほど、粗さ曲線に含まれる凸部（山）の高さが突出して大きくなることを意味することになる。本実施形態の酸化皮膜は、（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上であることが好ましい。これにより、プレス成形時に金型が酸化皮膜表面を摺動したとしても、高い山に金型が常に接触して真実接触面が形成されるようになる。（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）は０．６μｍ以上であってもよい。
【００３８】
（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ未満では、摩滅された面と真実接触面とが一致しなくなり、掘り起こし抵抗が発生して動摩擦係数が増大してしまうので好ましくない。
【００３９】
（３）最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下
本実施形態では、最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域における二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下であることが好ましい。本発明者らは、酸化皮膜表面に比較的高い凸部（山）をまばらに形成するとともに、これらの比較的高い凸部（山）の表面を摩滅させて平滑面とすることで、真実接触面における掘り起こし抵抗を低減できることを見出した。
【００４０】
二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下に限定する領域を最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に限定するのは、Ｒｐの０．８倍の線によって粗さ曲線を切断したときの隣り合う２つの交点に挟まれた曲線のうち、Ｒｐ×０．８の線よりも上側の部分に、真実接触面が形成されるためである。
【００４１】
また、Ｒｐ×０．８の線よりも上側の部分における二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下に限定するのは、ＲΔｑを２０°超になると動摩擦係数が増大するためである。
【００４２】
本実施形態の最大山高さＲｐは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）において規定された輪郭曲線の最大山高さＲｐであり、基準長さにおける輪郭曲線（本実施形態の場合は粗さ曲線）の山高さＺｐの最大値である。
【００４３】
また、本実施形態の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）において規定された二乗平均平方根傾斜ＲΔｑであり、基準長さにおける局部傾斜ｄＺ／dＸの二乗平均平方根である。
【００４４】
以上説明したように、上記（１）〜（３）を満足するように酸化皮膜の表面形状を最適化することで、チタン板の動摩擦係数を低減することができる。
【００４５】
また、酸化皮膜の全面が上記（１）〜（３）を満足していてもよいし、酸化皮膜の一部の表面が上記（１）〜（３）を満足してもよい。チタン板をプレス成形する場合、金型が接触し得る面は限られるため、金型が接触し得る箇所の酸化皮膜が上記（１）〜（３）を満足してもよい。
【００４６】
酸化皮膜の表面性状の測定は、例えば、株式会社キーエンス製のレーザー顕微鏡ＶＫ９７００を用いて５００倍（２８４．７×２００μｍ）の視野で測定する。カットオフ値は、λｓ＝２．５μｍ、λｃ＝０．０８ｍｍする。粗さ曲線の方向は、酸化皮膜の表面に研磨目がある場合は、研磨目と直行する方向とする。１箇所における測定はＮ＝２で測定し、その平均値を測定箇所毎の測定値とする。ＲΔｑについては、１箇所における測定をＮ＝３で測定し、その平均値を測定箇所毎の測定値とする。
【００４７】
算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲＺＪＩＳ、平均高さＲｃ、最大山高さＲｐ及び二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの算出の基礎になる粗さ曲線の測定位置は、特に限定するものではなく、酸化皮膜のどの場所で測定してもよい。粗さ曲線の測定箇所は１つのチタン合金板につき５箇所とすることが好ましい。そして、５箇所において測定された粗さ曲線に基づき算術平均粗さＲａ、（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）及び最大山高さＲｐ及びＲΔｑを求め、これらの平均を用いるとよい。
【００４８】
本実施形態のチタン板の動摩擦係数は、０．１７以下であることが好ましい。動摩擦係数を０．１７以下とすることで、チタン板をプレス成形によって成形加工する際に、金型に凝着するおそれがなく、プレス成形を安定して行うことができる。
【００４９】
チタン板の動摩擦係数は、ピンオンディスク型摩擦・磨耗試験機にて、潤滑剤を用いずに、面圧１ＭＰａ、速度０．１ｍ／ｍｉｎの条件で、日本工業規格Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼鋼材ＳＵＪ２製のピンでチタン板の酸化皮膜表面を摺動したときの動摩擦係数とする。また、酸化皮膜の表面にピンを摺動させる際には、既に摺動させた箇所にはピンを摺動させず、摺動されていない箇所を常にピンで摺動させて測定することとする。
【００５０】
次に、本実施形態のチタン板の製造方法を説明する。
本実施形態のチタン板の製造方法は、チタン板素材の表面を研磨するか、もしくは、ダルロールによりチタン板素材を圧延する第１の工程と、チタン板素材を大気雰囲気中で５５０℃〜９００℃で加熱する第２の工程と、摺動部材によって酸化皮膜の表面を摺動する第３の工程と、を順次行うことにより製造される。
【００５１】
本実施形態の製造方法は、第１の工程においてチタン板の表面を粗面化させ、次いで、第２の工程において粗面化させたチタン板の表面に酸化皮膜を形成する。これにより、酸化皮膜の表面性状が、第１の工程を実施しなかった場合に比べて粗面化される。このように粗面化された酸化皮膜の表面に対して第３の工程において摺動部材を摺動させるによって、酸化皮膜が摩滅され、特に高さが比較的高い凸部表面が摩滅される。これにより、上記（１）〜（３）を満足する酸化皮膜が得られる。
以下、各工程について説明する。
【００５２】
まず、第１の工程で使用するチタン板素材を用意する。チタン板素材は、純チタン板でもよく、チタン合金板でもよい。チタン板素材は、例えば、冷間圧延後に脱スケール処理が施されたチタン板がよい。
【００５３】
用意したチタン板素材に対して、Ｐ８０以上、Ｐ８００以下の研磨材で表面を研磨する。
もしくは、ダルロールによってチタン板素材を圧延する。
【００５４】
チタン板素材を研磨する場合の研磨材は、例えば、ＪＩＳ  Ｒ  ６２５１（２００６年）に規定する研磨布や、ＪＩＳ  Ｒ  ６２５２（２００６年）に規定する研磨紙や、ＪＩＳ  Ｒ  ６２５３（２００６年）に規定する耐水研磨紙を用いることができる。研磨布、研磨紙または耐水研磨紙に使用する研磨材の種類は特に制限はなく、アルミナ質研削材、炭化けい素質研削材、ガーネット、けい石のいずれでもよい。また、研磨剤の粒度は、Ｐ８０〜Ｐ８００の範囲であればよい。
【００５５】
研磨は、湿式研磨で行うことが好ましい。湿式研磨の研磨方向に指定はない。たとえば平行研磨、十字研磨、回転研磨などどの研磨方法を用いてもよい。
【００５６】
チタン板素材を圧延するダルロールは、Ｐ６００以上のアルミナ系、もしくは炭化ケイ素系砥石で下地研磨した後に、Ｐ２５以下の鋳鉄グリット、もしくは高炭素鋳鋼グリットグリットのショットブラストで凹凸を付与したダルロールが好ましい。このようなダルロールは、ロール表面の粗さが算術平均粗さＲａで２〜７μｍ程度の粗さを有する。
【００５７】
第１の工程では、研磨後または圧延後の酸化皮膜の表面性状が、以下の条件を満たすことが望ましい。第１の工程におけるチタン板素材に対する研磨条件及び圧延条件は、第１工程後の酸化皮膜の表面性状が下記（Ａ）及び（Ｂ）の条件を満たすように設定することが好ましい。
【００５８】
（Ａ）算術平均粗さＲａが０．２０〜７．０μｍの範囲であること。
（Ｂ）十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）が０．５μｍ以上であること。
【００５９】
上記（Ａ）及び（Ｂ）に示すＲａ、ＲＺＪＩＳ及びＲｃは、酸化皮膜の測定断面曲線にカットオフ値λｃ＝０．０８ｍｍの低域フィルタを適用して断面曲線を取得し、更にこの段面曲線に、カットオフ値λｓ＝２．５μｍの高域フィルタを適用することによって得られた粗さ曲線において測定されたものとする。
【００６０】
次に、第２の工程では、第１の工程後のチタン板素材を、大気雰囲気中で５００℃〜９００℃で加熱して、チタン板素材の表面に酸化皮膜を形成する。加熱温度は好ましくは５５０〜８５０℃である。加熱温度は、チタン板素材の機械特性を変化させない程度の温度にすることが好ましい。加熱温度が５００℃未満では酸化皮膜を十分に形成することができないので好ましくない。また、加熱温度が９００℃を超えるとチタン板がβ変態点以上で加熱され、チタン板の機械特性が低下する場合があるので好ましくない。加熱時間は、酸化皮膜の厚みが０．０５μｍ超、好ましくは０．１μｍ以上になるように調整することが好ましい。加熱時間は例えば１０分〜２４時間の間で調整するとよい。
【００６１】
次に、第３の工程では、硬さ６５０ＨＶ以上、算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以下の摺動面を有する摺動部材を、見かけ面圧１．０ＭＰａ以上１０ＭＰａ未満、摺動速度０．００１〜１ｍ／ｍｉｎの条件で、酸化皮膜の表面を摺動させる。摺動部材の摺動は乾式とする。これにより、酸化皮膜のうち、少なくとも、粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する山の領域における、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが２０°以下になる。
【００６２】
摺動部材の摺動面の硬さが６５０ＨＶ未満になると、酸化皮膜を十分に摩滅させることができず、酸化皮膜の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下にすることができなくなるため好ましくない。なお、ルチル型の酸化チタンの硬度は８００〜１０００ＨＶ程度だが、本実施形態の製造方法では、摺動部材の硬度が６５０ＨＶ以上であれば、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下にできることを確認している。
【００６３】
摺動部材の算術平均粗さＲａは、好ましくは、第２の工程後のチタン板の算術平均粗さＲａより小さくする。算術平均粗さＲａが０．１５μｍを超えても、酸化皮膜を十分に摩滅させることができず、酸化皮膜の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下にすることができなくなるため好ましくない。
【００６４】
また、摺動部材の材質は例えば、６５０ＨＶ以上の硬さとなる鋼系材料、もしくはセラミックス材料などとすればよい。摺動部材を純チタンまたはチタン合金とすると、凝着が起きてしまうので好ましくない。
【００６５】
摺動面のビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９年）に従う。測定荷重は５００ｇｆとする。また、摺動面の算術平均粗さＲａは、摺動面の測定断面曲線にカットオフ値λｃ＝０．０８ｍｍの低域フィルタを適用して断面曲線を取得し、更にこの段面曲線に、カットオフ値λｓ＝２．５μｍの高域フィルタを適用することによって得られた粗さ曲線において測定されたものとする。測定長は２．４ｍｍとする。
【００６６】
また、摺動面の大きさに関して、摺動面の摺動方向に沿う長さが２ｍｍ以上にすることで、酸化皮膜に対する加工量が十分になり、酸化皮膜の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを確実に２０°以下にできるようになる。図１には、チタン板１の酸化皮膜２を摺動部材３によって摺動する様子を側面模式図で示している。矢印Ａの方向が、摺動部材の摺動方向である。また、符号３ａは摺動面を示す。摺動面３ａの摺動方向Ａに沿う長さＬを２ｍｍ以上にするとよい。
【００６７】
また、摺動部材を摺動させる際の見かけ面圧が１．０ＭＰａ未満では、酸化皮膜を十分に摩滅させることができず、酸化皮膜の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下にすることができなくなるため好ましくない。また、見かけ面圧が１０ＭＰａを超えると、摺動部材の摺動中に酸化皮膜が剥がれてしまうおそれがある。
【００６８】
更に、摺動部材の摺動速度が０．００１ｍ／ｍｉｎ未満では、第３の工程の所要時間が長時間になって、チタン板の生産性が大幅に低下するので好ましくない。また、摺動部材の摺動速度が１ｍ／ｍｉｎを超えると、摺動部材と酸化皮膜の接触状態が安定せず、酸化皮膜の摩滅が不十分になり、酸化皮膜の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを２０°以下にすることができなくなるため好ましくない。
【００６９】
摺動部材による摺動範囲は、酸化皮膜の全面としてもよく、酸化皮膜の一部としてもよい。チタン板をプレス成形する場合、金型が接触し得る面は限られるため、金型が接触し得る箇所の酸化皮膜に対して第３の工程を行ってもよい。
【００７０】
以上の工程を経ることによって、本実施形態のチタン板を製造できる。
【００７１】
本実施形態のチタン板は、酸化皮膜の表面性状が、上記（１）〜（３）に記載した条件を満足するので、動摩擦係数を０．１７以下にすることができる。これにより、チタン板をプレス成形によって成形加工する際に、金型に凝着するおそれがなく、プレス成形を安定して行うことができる。また、従来のように皮膜型の潤滑剤を用いる必要がないため、プレス成形の生産性を向上させることができる。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００７３】
チタン板素材として、ＪＩＳ  Ｈ  ４６００に規定する１種〜４種の純チタン板を用意した。チタン板素材は、熱間圧延した後、スケール除去を施した厚さ５ｍｍのチタン薄板を、板厚０．５ｍｍまで冷間圧延したチタン板を供試材として用いた。
【００７４】
次に、第１の工程として、チタン板素材に対して、Ｐ８０〜Ｐ１０００の研磨紙で表面を湿式研磨した。また、一部のチタン素材（比較例１）に対しては、鏡面研磨を行った。更に、別のチタン素材（実施例６）に対しては、ダルロールによってチタン板素材を圧延した。使用したダルロールは、Ｐ６００以上の砥石で下地研磨した後に、Ｐ２５以下の鋼製グリットのショットブラストで凹凸を付与したダルロールとした。ダルロールのロール面の算術平均粗さＲａは３．２μｍであった。更にまた、比較例２及び比較例３については、第１の工程を実施しなかった。
【００７５】
次に、第２の工程として、第１の工程後のチタン板素材を、大気雰囲気中で４５０℃〜９００℃の加熱温度で１５分〜２４時間の加熱を行った。比較例６に対しては、温度２０℃、濃度２０〜２５ｇ／Ｌのりん酸水溶液中で、３０Ｖで５分間保持する陽極電解処理を行った。
【００７６】
次に、第３の工程として、硬さ５００〜１５００ＨＶ、算術平均粗さＲａ０．０５〜０．２μｍの摺動面を有する摺動部材を用意した。摺動面の形状は、摺動方向に沿う長さを２〜５０ｍｍの範囲とした。摺動部材の材質はＳＵＪ２とした。そして、摺動部材の摺動面を酸化皮膜に接触させて、見かけ面圧０．５〜１０ＭＰａ、摺動速度０．００１〜１０ｍ／ｍｉｎの条件で、酸化皮膜の表面を摺動させた。比較例１０については、第３の工程を実施しなかった。
【００７７】
このようにして、実施例１〜２２及び比較例１〜１２のチタン板を製造した。
【００７８】
得られたチタン板の動摩擦係数を測定した。測定は、ピンオンディスク型摩擦・磨耗試験機にて、潤滑剤を用いずに、面圧１ＭＰａ、速度０．１ｍ／ｍｉｎの条件で、日本工業規格Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼鋼材ＳＵＪ２製のピンでチタン板の酸化皮膜表面を摺動することにより測定した。酸化皮膜の表面にピンを摺動させる際には、既に摺動させた箇所にはピンを摺動させず、摺動されていない箇所を常にピンで摺動させて測定した。
【００７９】
酸化皮膜の物質同定は、薄膜Ｘ線回折法で確認した。Ｘ線源はCo-Kα線とし、入射角は１°とした。
【００８０】
酸化皮膜の厚みは、グロー放電分光分析法（ＧＤＳ）によって測定した。ＧＤＳによって酸化皮膜の表面から深さ方向に向けて、Ｏ（酸素）及びＴｉの深さ方向の分布を分析し、酸化皮膜の最表面から、酸素濃度が最表面の酸素濃度に対して５０％になった深さまでの深さ方向の距離を、酸化皮膜の厚みとした。
【００８１】
酸化皮膜の表面性状を測定した。表面性状は、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の通りとした。
【００８２】
（ｉ）  λｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝０．０８ｍｍのカットオフ値を適用して得た粗さ曲線の算術平均粗さＲａ。
（ｉｉ）  上記の粗さ曲線の十点平均粗さＲＺＪＩＳと輪郭曲線要素の平均高さＲｃとの差（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）。
（ｉｉｉ）  上記の粗さ曲線の最大山高さＲｐの０．８倍以上を満足する領域に対して、λｓ＝０μｍ及びλｃ＝０ｍｍの条件で測定した二乗平均平方根傾斜ＲΔｑ。
【００８３】
また、酸化皮膜の表面性状の測定は、例えば、株式会社キーエンス製のレーザー顕微鏡ＶＫ９７００を用いて５００倍（２８４．７×２００μｍ）の視野で測定した。カットオフ値は、λｓ＝２．５μｍ、λｃ＝０．０８ｍｍとした。粗さ曲線の方向は、酸化皮膜の表面に研磨目がある場合は、研磨目と直行する方向とした。１箇所における測定はＮ＝２で測定し、その平均値を測定箇所毎の測定値とした。ＲΔｑについては、１箇所における測定をＮ＝３で測定し、その平均値を測定箇所毎の測定値とした。
【００８４】
算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲＺＪＩＳ、平均高さＲｃ、最大山高さＲｐ及び二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの算出の基礎になる粗さ曲線の測定位置は、酸化皮膜の任意の５箇所とした。そして、５箇所において測定された粗さ曲線に基づき算術平均粗さＲａ、（ＲＺＪＩＳ−Ｒｃ）及び最大山高さＲｐ及びＲΔｑを求め、これらの平均を用いた。
【００８５】
摺動部材の摺動面のビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９年）に準拠して測定した。測定荷重は５００ｇｆとした。また、摺動面の算術平均粗さＲａは、摺動面の測定断面曲線にカットオフ値λｃ＝０．０８ｍｍの低域フィルタを適用して断面曲線を取得し、更にこの段面曲線に、カットオフ値λｓ＝２．５μｍの高域フィルタを適用することによって得られた粗さ曲線において測定した。測定長は２．４ｍｍとした。
結果を表１Ａ及び表１Ｂに示す。
【００８６】
表１Ａ及び表１Ｂに示すように、実施例１〜２２のチタン板は、いずれも本発明の製造条件を満たし、かつ、酸化皮膜の表面性状が本発明の範囲を満たしており、摩擦係数が０．１７以下になり、優れた潤滑性を有していた。
【００８７】
一方、比較例１〜４は、第１の工程の条件を満足せず、第１工程後のチタン板の表面粗さが所望の粗さにならなかった。このため、第２の工程後の酸化皮膜の算術表面粗さＲａに比較して摺動部材の算術表面粗さＲａが大きくなり、最大山高さＲｐ×０．８以上を満足する領域を磨滅しきれなかった。このため、ＲΔｑが２０°を超えてしまい、摩擦係数が高くなった。
【００８８】
比較例５は、第２の工程の加熱温度が低く、酸化皮膜の厚みが薄くなったため、摩擦係数の測定時に酸化皮膜が剥離し、露出した地金と摺動ピンが凝着したため摩擦係数が高くなった。
【００８９】
比較例６は、陽極酸化法によって酸化皮膜を形成したが、アナターゼ型のＴｉＯ２が形成された。アナターゼ型のＴｉＯ２は軟質であるため、第３の工程における酸化皮膜表面に対する磨滅の効果が小さく、摩擦係数が高くなった。
【００９０】
比較例７は、摺動部材のビッカース硬さが低く、酸化皮膜を十分に磨滅させることができなかった。そのため、ＲΔｑが大きくなり、摩擦係数が高くなった。
【００９１】
比較例８は、摺動部材の算術平均粗さＲａが大すぎたため、最大山高さＲｐ×０．８以上を満足する領域を磨滅しきれなかった。そのためＲΔｑが大きくなり、摩擦係数が高くなった。
【００９２】
比較例９は、摺動部材の摺動速度が速すぎたため、摺動部材と酸化皮膜との接触が安定せず、酸化皮膜を十分に磨滅させることができなかった。そのため、ＲΔｑが大きくなり、摩擦係数が高くなった。
【００９３】
比較例１０は、第３の工程を行わなかったため、ＲΔｑが大きくなり、摩擦係数が高くなった。
【００９４】
比較例１１は、摺動部材の面圧が低すぎるため、酸化皮膜を十分に磨滅させることができなかった。そのため、ＲΔｑが大きくなり、摩擦係数が高くなった。
【００９５】
比較例１２は、摺動部材の面圧が高すぎるため、摺動時に酸化皮膜が剥離して地金が露出した。そして、摩擦係数の測定時に、露出した地金と摺動ピンが凝着したため摩擦係数が高くなった。
【００９６】
【表１Ａ】
2020183551.tif 000002
【００９７】
【表１Ｂ】
2020183551.tif 000003
【図１】
2020183551.tif 000004