(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に銀を成膜して摺動面を形成する摺動部材の製造方法であって、
前記基材の表面に樹脂層を形成し、
この樹脂層の表面を膨潤させる溶媒に銀粒子を分散させた懸濁溶液を前記樹脂層上にコーティングし、このコーティングした前記懸濁溶液と前記樹脂層との界面に銀粒子と樹脂とが相互に混合した相互混合層を形成させつつ、前記懸濁溶液、前記樹脂層及び前記基材を加熱して、前記溶媒を除去しながら前記懸濁溶液中の銀粒子同士を融着させて前記摺動面を形成したことを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項２】
前記溶媒中に分散させる前記銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項３】
前記加熱を行う際の加熱温度を１６０℃〜２４０℃としたことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂層として、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記溶媒として、ピロリドン系の溶媒、塩素系の溶媒、アセトン溶媒のいずれかを用いることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂層に銀粒子を分散させていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂層中に分散させる銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂層を形成する前に、前記表面の酸化膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項９】
前記樹脂層を形成する前に、前記表面の少なくとも一部に凹凸を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
前記コーティングは、スクリーン印刷法により行うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
前記摺動部材は、ピストンであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１２】
被摺動部材内を摺動する摺動面を備える摺動部材において、
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に樹脂層を備え、この樹脂層上に前記摺動面を構成する銀皮膜層が形成され、この銀皮膜層と前記樹脂層との界面が、銀と樹脂とが相互に混合された相互混合層となっていることを特徴とする摺動部材。
【請求項１３】
前記樹脂層中に銀粒子が含有されており、前記銀粒子と前記銀皮膜層とを融着させたことを特徴とする請求項１２に記載の摺動部材。
【請求項１４】
前記銀皮膜層の厚みを、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の摺動部材。
【請求項１５】
前記基材の表面に凹凸が形成されており、前記凹凸上に前記樹脂層、前記相互混合層及び前記銀皮膜層が形成されていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項１６】
前記樹脂層が、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に銀皮膜を施して摺動面を形成する摺動部材の製造方法及び摺動部材に関し、特に、基材と銀皮膜との密着性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温暖化ガスである二酸化炭素（ＣＯ２ガス）の排出削減が世界的な課題となりつつあり、二酸化炭素の排出源である自動車においても二酸化炭素の排出削減が強く要請されている。このため、自動車における摺動部材とその相手材である被摺動部材との間のフリクションの低減が図られており、例えば、内燃機関のピストン（摺動部材）の摺動面に表面処理を施すことによって、燃費の向上、焼き付けの防止、及び、異音の発生の防止が可能となることが判明している。
この種の表面処理の手法として、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）基材をエッチング液及び水溶性金属塩（例えば、銀）を含む化成処理液に浸漬して、このエッチング液によりアルミニウム基材の表面に粗面化処理を施すとほぼ同時に、水溶性金属塩を組成する金属がアルミニウム基材の表面に金属皮膜を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術では、アルミニウム基材の表面に、直接、金属皮膜を形成するものであり、アルミニウム基材と金属皮膜との接合力が弱い。このため、この金属皮膜を施したアルミニウム基材を、例えば、内燃機関のピストンなどの過酷な環境下で実際に使用した場合には、アルミニウム基材と金属皮膜との密着性が十分でないことにより、この金属皮膜の剥離が生じてしまうといった問題がある。
一方、アルミニウム基材の表面に銀皮膜を施す手法として、アルミニウム基材を銀シアン化カリウムめっき液に浸漬するとともに、このアルミニウム基材を陰極として通電し、当該基材の表面に銀皮膜を形成する電気めっき法が行われている。しかし、一般的に電気めっきを用いて皮膜を形成する場合、専用の電源装置が必要となり、設備が大掛かりとなることに加え、シアン塩を用いることから廃水処理に多大なコストが発生する。さらに、アルミニウム基材に化成皮膜を形成する場合には、不純物が多く含有されることになり、皮膜の純度が低下し、皮膜の熱伝導性が低下するため、摺動特性の低い膜になってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面と銀皮膜との密着性の向上を図った摺動部材及びこの摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、摺動に最適な純度の高い銀皮膜を簡易な手法で形成するとともに高い密着性を確保し、かつ、製造プロセスから有害物質の使用を排除することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に銀を成膜して摺動面を形成する摺動部材の製造方法であって、前記基材の表面に樹脂層を形成し、この樹脂層の表面を膨潤させる溶媒に銀粒子を分散させた懸濁溶液を前記樹脂層上にコーティングし、このコーティングした前記懸濁溶液と前記樹脂層との界面に銀粒子と樹脂とが相互に混合した相互混合層を形成させつつ、前記懸濁溶液、前記樹脂層及び前記基材を加熱して、前記溶媒を除去しながら前記懸濁溶液中の銀粒子同士を融着させて前記摺動面を形成したことを特徴とする。
この構成によれば、銀粒子の融着により形成された銀皮膜と基材とが樹脂層を介して接合されるため、これら基材と銀皮膜との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。さらに、懸濁溶液中の溶媒が樹脂層の表面を膨潤させることにより、懸濁溶液と樹脂層との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層が形成され、この相互混合層により銀皮膜と樹脂層とが密着されるため、当該銀皮膜と樹脂層との接合力を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明は、上記構成において、前記溶媒中に分散させる前記銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことを特徴とする。銀粒子の平均粒径が大きくなると、これら銀粒子間の隙間が大きくなり、銀粒子を熱融着した際の銀皮膜中に存在する空隙が大きくなる。このため、単位体積当たりの銀皮膜に存在する銀金属の体積の比率（本明細書では、この比率を銀純度という）が小さくなり、銀皮膜の熱伝導度が低下することとなる。本構成では、銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜中の銀純度を所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高い摺動部材を形成することができる。
【０００７】
また、本発明は、上記構成において、前記加熱を行う際の加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたことを特徴とする。例えば、ナノサイズに調整された銀粒子は１６０℃以上に加熱すると熱融着する。一方、２４０℃以上に加熱すると、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の比強度（単位重量あたりの強度）が低下する。このため、本構成では、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズの銀粒子を熱融着させることができる。
【０００８】
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層として、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかを用いることを特徴とする。また、前記溶媒としてピロリドン系の溶媒、塩素系の溶媒、アセトン溶媒のいずれかを用いることを特徴とする。この構成によれば、このピロリドン系の溶媒、塩素系の溶媒、もしくは、アセトン溶媒がイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかを用いて形成された樹脂層の表面を膨潤させることができるため、懸濁溶液と樹脂層との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層を容易に形成することができる。
【０００９】
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層に銀粒子を分散させていることを特徴とする。この構成によれば、樹脂層中の銀粒子が懸濁溶液中の銀粒子と融着して銀皮膜が形成されるため、この銀皮膜と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層中に分散させる銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことを特徴とする。樹脂層中の銀粒子の平均粒径が４μｍよりも小さい場合には、この銀粒子と銀皮膜との接触面積が小さくなるため、樹脂層と銀皮膜との接合力が低下する。一方、樹脂層中の銀粒子の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合には、この銀粒子が樹脂層中に分散しにくくなる。このため、本構成では、樹脂層中の銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂層中の銀粒子と銀皮膜との接合力を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層を形成する前に、前記表面の酸化膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする。また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層を形成する前に、前記表面の少なくとも一部に凹凸を形成することを特徴とする。この構成によれば、凹凸を形成することにより、基材の表面と樹脂層との接触面積が増大するとともに、この樹脂層が凹部に侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、基材と樹脂層との密着性を向上することができる。
【００１１】
また、本発明は、上記構成において、前記コーティングは、スクリーン印刷法により行うことを特徴とする。この構成によれば、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂層上に簡単にコーティングすることができる。また、本発明は、上記構成において、前記摺動部材は、ピストンであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、被摺動部材内を摺動する摺動面を備える摺動部材において、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に樹脂層を備え、この樹脂層上に前記摺動面を構成する銀皮膜層が形成され、この銀皮膜層と前記樹脂層との界面が、銀と樹脂とが相互に混合された相互混合層となっていることを特徴とする。
この構成によれば、銀皮膜層と基材とが樹脂層を介して接合されるとともに、この樹脂層と銀皮膜層との界面に銀と樹脂とが相互に混合された相互混合層が設けられているため、これら基材と銀皮膜層との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。
【００１３】
また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層中に銀粒子が含有されており、前記銀粒子と前記銀皮膜層とを融着させたことを特徴とする。この構成によれば、樹脂層中の銀粒子が銀皮膜層と融着するため、この銀皮膜層と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
【００１４】
また、本発明は、上記構成において、銀皮膜層の厚みを、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたことを特徴とする。本構成では、銀皮膜層の厚みを、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、安価な構成で、銀皮膜層によるフリクションの小さい摺動面を備えた摺動部材を形成することができる。
【００１５】
また、本発明は、上記構成において、前記基材の表面に凹凸が形成されており、前記凹凸上に前記樹脂層、前記相互混合層及び前記銀皮膜層が形成されていることを特徴とする。この構成によれば、凹凸を形成することにより、基材の表面と樹脂層との接触面積が増大するとともに、この樹脂層が凹部に侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、基材と樹脂層との密着性を向上することができる。また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層が、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、銀粒子の融着により形成された銀皮膜と基材とが樹脂層を介して接合されるため、これら基材と銀皮膜との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。さらに、懸濁溶液中の溶媒が樹脂層の表面を膨潤させることにより、懸濁溶液と樹脂層との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層が形成され、この相互混合層により銀皮膜と樹脂層とが密着されるため、当該銀皮膜と樹脂層との接合力を向上させることができる。
また、本発明によれば、銀粒子の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜中の銀純度を所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高い摺動部材を形成することができる。
また、本発明によれば、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズの銀粒子を熱融着させることができる。
また、本発明によれば、溶媒としてピロリドン系の溶媒、塩素系の溶媒、アセトン溶媒のいずれかを用いるため、このピロリドン系の溶媒、塩素系の溶媒、もしくは、アセトン溶媒が、例えば、イミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂のいずれかを用いて形成された樹脂層の表面を膨潤させることができ、懸濁溶液と樹脂層との界面に銀と樹脂とが相互に混合した相互混合層を容易に形成することができる。
また、本発明によれば、樹脂層中に銀粒子を分散させているため、この樹脂層中の銀粒子が懸濁溶液中の銀粒子と融着して銀皮膜が形成されることにより、この銀皮膜と樹脂層との接合力をより一層向上させることができる。
また、本発明によれば、樹脂層中の銀粒子の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂層中の銀粒子と銀皮膜との接合力を向上させることができる。
また、本発明によれば、樹脂層を形成する前に、前記表面の少なくとも一部に凹凸を形成するため、基材の表面と樹脂層との接触面積が増大するとともに、この樹脂層が凹部に侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、基材と樹脂層との密着性を向上することができる。
また、本発明は、コーティングは、スクリーン印刷法により行うため、銀粒子を分散させた懸濁溶液を樹脂層上に簡単にコーティングすることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、被摺動部材内を摺動する摺動面を備える摺動部材において、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に樹脂層を備え、この樹脂層上に前記摺動面を構成する銀皮膜層が形成され、この銀皮膜層と前記樹脂層中との界面が、銀と樹脂とが相互に混合された相互混合層としたため、銀皮膜層と基材とが樹脂層を介して接合されるとともに、この樹脂層と銀皮膜層との界面に銀と樹脂とが相互に混合された相互混合層が設けられているため、これら基材と銀皮膜層との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施された摺動部材を簡単に形成することができる。
また、本発明によれば、銀皮膜層の厚みを、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、安価な構成で、銀皮膜層によるフリクションの小さい摺動面を備えた摺動部材を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るピストンの側面図である。
【図２】ピストンの皮膜層を示す側断面図である。
【図３】図３Ａは、スラリー中に分散された銀粒子を示す模式図であり、図３Ｂは、銀粒子同士が融着して形成された銀皮膜層を示す模式図である。
【図４】アルミニウム合金の比強度と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図５】銀粒子を含むスラリーの加熱温度の変化に対するスラリー重量および発生熱量の変化を示すグラフである。
【図６】銀粒径と銀純度との関係を示すグラフである。
【図７】ピストンの皮膜層を示す顕微鏡写真である。
【図８】別の実施形態にかかるピストンの皮膜層を示す側断面図である。
【図９】樹脂層内の銀粒子の粒径と銀皮膜層−樹脂層間の接合力との関係を示すグラフである。
【図１０】樹脂層内の銀粒子と銀皮膜層とが融着している状態を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明にかかる摺動部材としてのピストン１の一実施形態を示す側面図である。図１は皮膜層２の一部を破断して描かれている。図２は、ピストン１の皮膜層２を示す側断面図である。図２は、ピストン１が往復運動するシリンダボア３の一部を合わせて描かれている。
【００２０】
ピストン（摺動部材）１は、図１に示すように、アルミニウム合金製の本体（基材）１０を備える。この本体１０はランド部１０Ａとスカート部１０Ｂとを備えて略円筒形状に形成され、スカート部１０Ｂにおける本体１０の外周面（表面）１１に皮膜層２が形成されている。この皮膜層２は、図２に示すように、本体１０の外周面１１に密着される樹脂層２０と、この樹脂層２０の外周面（表面）２０Ａに密着される銀皮膜層２１とを備え、この銀皮膜層２１と樹脂層２０との間には、銀皮膜層２１の銀と樹脂層２０の樹脂材とが、相互に物理的に混合された状態で存在する相互混合層２６が形成されている。この相互混合層２６では、銀と樹脂材とが化学的に結合するものではなく、樹脂層２０の外周面２０Ａを、例えば膨潤させる等して当該外周面２０Ａ上に凹凸を形成し、この凹凸に銀を侵入させることにより、いわゆるアンカー効果を生じさせるものである。
銀皮膜層２１は、被摺動部材としての鋳鉄製のシリンダボア３の内壁３Ａとの摺動面２２を形成し、この摺動面２２は、ピストン１（スカート部１０Ｂ）が矢印Ｘ方向に移動した際に、潤滑油（不図示）を介して、シリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触（摺動）する。
銀は、一般に、硬度が軟らかく、熱伝導性に優れた金属である。このため、銀皮膜層２１をピストン１の摺動面２２として形成することにより、この銀皮膜層２１が初動時にシリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触する際に容易に磨滅（初期磨滅）して変形するため、内壁３Ａとのフリクションを低減した摺動特性に優れた摺動面２２を簡易に実現できる。さらに、銀皮膜層２１に伝達された熱を、潤滑油を介して、早期に外部に放出することができ、本体１０の冷却効率を高めることができる。なお、この図２は、皮膜層２を模式的に表したものであるため、樹脂層２０、銀皮膜層２１もしくは相互混合層２６の厚み、および、凹部１１Ａの大きさ（深さ）がそれぞれ相対的な関係を示すものではない。
【００２１】
本体１０（スカート部１０Ｂ）の外周面１１には、微細な凹部１１Ａが形成されている。具体的には、凹部１１Ａは、外周面１１に向けて所定の粒径（例えば、１０μｍ）に調整された投射材を圧縮空気等で投射するショットブラスト法により形成される。この凹部１１Ａは、本体１０の外周面１１と樹脂層２０との接触面積を増大させるためのものである。これにより、本体１０の外周面１１に樹脂層２０を形成した際に、この樹脂層２０が凹部１１Ａに侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、本体１０と樹脂層２０との密着性を向上することができる。
本体１０は、アセトン溶液内に浸漬された状態で所定時間（１０分間）超音波洗浄が施されて、外周面１１に付着した油脂分が除去されたのち、この外周面１１に樹脂層２０が形成される。また、本構成では、樹脂層２０を形成する前に、外周面１１に形成された酸化膜の少なくとも一部を除去することが望ましい。これによれば、本体１０の外周面１１にアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面と樹脂層２０との密着性が向上する。
【００２２】
樹脂層２０は、耐熱性に優れた熱硬化性の樹脂材料であるポリアミドイミド樹脂２４で形成されたものであり、このポリアミドイミド樹脂２４を本体１０の外周面１１に塗布して硬化させることにより樹脂層２０が形成される。この樹脂層２０は、基材であるピストン１の本体１０と摺動面２２となる銀皮膜層２１とを密着させる中間接合層として機能するものであり、当該樹脂層２０の厚みｔ１は１μｍ〜６μｍに設定される。この範囲に設定される理由は、樹脂層２０の厚みｔ１が６μｍよりも大きくなると、温度変化に伴う収縮により樹脂層２０にひび割れ等が生じやすくなるためである。
本実施形態では、樹脂材料としてポリアミドイミド樹脂を用いているがこれに限るものではなく、同じくイミド系樹脂であるポリイミドや、エポキシ系樹脂であるエポキシ、または、ナイロン系樹脂であるナイロン６、ナイロン６,６を用いることもできる。
【００２３】
銀皮膜層２１は、所定のナノサイズの平均粒径（１ｎｍ〜８０ｎｍ）に調整された銀粒子をそれぞれ融着させて形成される。具体的には、上記した平均粒径の銀粒子を溶媒であるＮ−メチルピロリドンに分散させて所定の粘度（例えば１０ｃｐ）に調整したスラリー（懸濁溶液）を作成し、このスラリーをスクリーン印刷法によって樹脂層２０の外周面２０Ａ上にコーティング（塗布）する。本実施形態では、４００メッシュのスクリーンを介してスラリーを樹脂層２０の外周面２０Ａ上に塗布している。
ここで、Ｎ−メチルピロリドンは、上記したポリアミドイミド樹脂２４を含むイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、または、ナイロン系樹脂と接触すると、これら樹脂に吸収されて表面を膨潤させる性質を有する。このため、このピロリドン中に銀粒子を分散させたスラリーを樹脂層２０の外周面２０Ａ上にコーティングすると、この樹脂層２０の外周面２０ＡにＮ−メチルピロリドンが接触し、この外周面２０Ａを膨潤させる。これにより、樹脂層２０の外周面２０Ａ上に膨潤によって凹凸が形成され、この凹凸にスラリー（銀粒子）が侵入することで、樹脂層２０とスラリーとの界面３０に相互混合層２６が形成される。
そして、この状態で、スラリー、樹脂層２０および本体１０を加熱し、スラリー中のＮ−メチルピロドリンを蒸発させるとともに、当該スラリー中の銀粒子を融着させる。具体的には、図３Ａに示すように、スラリー中の銀粒子２３は、それぞれ他の銀粒子２３と接点２３Ａで接した状態で存在する。このスラリーを加熱すると、図３Ｂに示すように、銀粒子２３同士が接点２３Ａにて融着して一体化し、銀皮膜層２１が形成される。
相互混合層２６では、ポリアミドイミド樹脂２４と混合された状態で存在した銀粒子２３がスラリー中の銀粒子２３とともに融着されて銀皮膜層２１が形成されることにより、この相互混合層２６に侵入した銀が、いわゆるアンカー効果を生じ、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性を高めている。なお、この銀皮膜層２１と樹脂層２０との間に形成される相互混合層２６の厚みｔ３（図２）は、０．５μｍ〜１μｍに調整されている。
【００２４】
次に、銀皮膜層２１を形成する際の加熱温度条件について説明する。
図４は、アルミニウム合金の比強度と加熱温度との関係を示すグラフである。この図４では、０〜２００℃までのアルミニウム合金の比強度（単位重量あたりの強度）を１．０として２００℃以上の範囲の変化を示している。アルミニウム合金の強度は、ロックウェル硬さ試験により算出している。
本体１０を形成するアルミニウム合金は、加熱温度が上昇すると比強度（単位重量あたりの強度）が低下する傾向にあることが判明している。具体的には、図４に示すように、０〜２００℃までの範囲では、比強度が１．０のまま低下することなく推移するが、２００℃以上になると次第に低下する傾向にある。一般に、内燃機関のピストンなどの過酷な環境下では、基材となるアルミニウム合金に最低限の強度が要求される。このため、出願人は、アルミニウム合金をピストン等に用いる場合に、当該アルミニウム合金の比強度の下限値を社内基準で定めており、この下限値は、０〜２００℃の比強度１．０に対して、０．８５に設定されている。これにより、本実施形態では、アルミニウム合金の加熱温度は、比強度の下限値０．８５よりも大きな比強度０．９に対応する２４０℃以下に設定されている。
図５は、銀粒子を含むスラリーの加熱温度の変化に対するスラリー重量および発生熱量の変化を示すグラフである。この図５に示すように、スラリーの発生熱量は、１８５℃をピークとして１６０℃〜２００℃の間で大きくなっている。これは、この温度帯において、スラリー中の銀粒子が融着（重合）する際の反応熱が生じていることを示し、言い換えれば、この１６０℃〜２００℃の温度に加熱することにより、スラリー中の銀粒子を融着して銀皮膜層２１を形成することができる。
このため、本構成では、加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内、より望ましくは１６０℃〜２００℃の範囲内とすることにより、基材の比強度を低下させることなく、ナノサイズに調整された銀粒子を熱融着させることができる。
また、本実施形態では、樹脂材料としてポリアミドイミド樹脂を用いており、このポリアミドイミド樹脂は、１６０℃〜２００℃の温度に加熱して銀粒子を融着させる時間内に熱硬化が完了する。従って、本構成では、液状の樹脂材料の上に銀粒子が分散されたスラリーをコーティングし、これらを加熱することにより、樹脂材料を硬化させて樹脂層２０を形成する工程と、この樹脂層２０の外周面２０Ａに銀皮膜層２１を形成（焼成）する工程とを、一の工程にて実現することができるため、処理工程及び製造時間の短縮を図ることができる。
【００２５】
一方、スラリーの重量は、加熱温度が８０℃程度から減少し、１４０℃付近で減少度が小さくなるものの、１８０℃付近で再び減少して２００℃付近で略横ばいとなっている。この減少分は、溶媒であるＮ−メチルピロリドンの溶媒重量Ｗであり、加熱温度を２００℃とした際にほとんどすべての溶媒が蒸発しているのが望ましい。また、本構成では、スラリーを常温下で樹脂層２０上にコーティングするため、この常温下では蒸発しにくいものが望ましい。本実施形態では、溶媒としてＮ−メチルピロリドンを用いており、このＮ−メチルピロリドンは、図５に示すように、常温での重量変化は少ないため、コーティング作業工程中にスラリー中の溶媒が蒸発して、スラリーの粘度や濃度が変化することが少ないため、コーティング工程でのむらが小さくなり、安定した品質のコーティングを行うことができる。また、Ｎ−メチルピロリドンは、２００℃に加熱した状態では、ほぼすべて蒸発しているため、銀皮膜層２１中の銀の比率を高めることができる。
【００２６】
本実施形態では、溶媒としてピロリドン系の溶媒であるＮ−メチルピロリドンを用いているがこれに限るものではなく、同じくピロリドン系溶媒であるポリビニルピロリドンや、イミド系樹脂、ポキシ系樹脂、または、ナイロン系樹脂を膨潤させる他の溶媒としてトリクロロエチレン、四塩化炭素等の塩素系の溶媒やアセトン溶媒を用いることもできる。
【００２７】
次に、スラリー中の銀粒子の粒径について説明する。
図６は、銀粒径と銀純度との関係を示すグラフである。ここで、銀純度とは、単位体積当たりの銀皮膜層２１に存在する銀金属の体積の比率をいう。上述したように、銀皮膜層２１は、銀粒子２３を加熱して融着させることにより形成している。このため、銀粒子２３の平均粒径が大きくなると、図６に示すように、銀粒子２３間の空隙が大きくなることにより銀純度が低下する傾向にある。
銀純度が低下すると、これに伴い銀皮膜層２１の熱伝導度が低下して摺動性が悪化するため、摺動に適した所定の熱伝導度を確保するためには、所定の閾値（銀純度９０％）以上とする必要がある。このため、銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜層２１中の銀純度を摺動に適した所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高いピストン１を形成することができる。
また、銀皮膜層２１は、図２に示すように、この銀皮膜層２１の厚みｔ２が１μｍ〜２０μｍの範囲に設定されている。この銀皮膜層２１の厚みｔ２を１μｍよりも薄くすることはスクリーン印刷法では困難であるとともに、１μｍよりも薄いと、本体１０もしくは樹脂層２０が露出して摺動面２２が平滑に形成されないためである。一方、銀皮膜層２１の厚みｔ２を２０μｍよりも厚くしても、施工コストが増大するだけで、摺動特性に大きな変化が見られないためである。さらに、銀皮膜層２１の厚みｔ２を上記した範囲では十分に小さなフリクションを実現できることが分かっている。従って、本実施形態では、銀皮膜層２１の厚みｔ２を、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、安価な構成で、銀皮膜層２１によるフリクションの小さい摺動面２２を備えたピストン１を形成することができる。
【００２８】
図７は、上述した製造方法にて製造されたピストン１の断面を拡大して示す顕微鏡写真である。この図７において、下方に位置するのが本体１０であり、この本体１０の外周面（この図７では上面）１１に樹脂層２０と銀皮膜層２１とが積層されている。これら樹脂層２０と銀皮膜層２１との界面は、図７に示すように、凹凸が複雑に形成されて樹脂材と銀とが相互に混在しており、この部分に相互混合層２６が形成される。この相互混合層２６において、樹脂材と銀とが複雑に噛み合うことにより、いわゆるアンカー効果が発揮され、銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性が向上する。
【００２９】
次に、別の実施形態について説明する。
図８は、別の実施形態にかかるピストン１の皮膜層２を示す側断面図である。この実施形態では、樹脂層２０は、ポリアミドイミド樹脂２４内に所定の平均粒径（１μｍ〜３０μｍ）に調整された銀粒子２５を混合したものとして構成され、その他の構成については、上述のものと同じであるため、同一の構成のものには同一の符号を付して説明を省略する。本構成では、銀粒子２５の平均粒径の最大値は、樹脂層２０の厚みｔ１よりも大きく設定されており、図８に示すように、銀粒子２５は、樹脂層２０の外周面２０Ａから突出する。このため、銀皮膜層２１の形成過程で、銀粒子２５は、銀皮膜層２１と融着して当該銀皮膜層２１と樹脂層２０との密着性をより一層高める機能を有する。
図９は、樹脂層２０内の銀粒子２５の粒径と銀皮膜層２１−樹脂層２０間の接合力との関係を示すグラフである。図１０は、相互混合層２６において樹脂層２０内の銀粒子２５と銀皮膜層２１とが融着している状態を示す断面模式図である。
この銀皮膜層２１と樹脂層２０との接合力は、スクラッチ試験という方法を用い、触芯を一定荷重で皮膜へ押し付け、この皮膜を触芯が貫通した状態で、触芯先端からを垂直方向へ触芯を動かした際の触芯変位量から、剥離が発生した力を測定して接合強度を測定している。
上述したように、銀皮膜層２１と樹脂層２０とは、この樹脂層２０中の銀粒子２５が銀皮膜層２１を形成する際にスラリー中の銀粒子２３と融着することにより密着している。具体的には、図１０に示すように、樹脂層２０の外周面２０Ａに露出した銀粒子２５が露出面２５Ａにて銀皮膜層２１（銀皮膜層２１を形成する銀粒子２３）と融着することにより、銀皮膜層２１と樹脂層２０とが密着している。ここで、本実施形態では、樹脂層２０が含有する銀粒子２５の平均粒径は、４μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されている。樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径が４μｍよりも小さい場合には、この銀粒子２５と銀皮膜層２１を形成する銀粒子２３との接触面積が小さくなるため、図９に示すように、樹脂層２０と銀皮膜層２１との接合力が低下する。一方、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合には、この銀粒子２５が樹脂層２０中に分散しにくくなる。このため、本実施形態では、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂層２０中の銀粒子２５と銀皮膜層２１との接合力を向上させることができる。
ここで、銀粒子２５の平均粒径を３０μｍとした場合には、この銀粒子２５が樹脂層２０の外周面２０Ａに形成される銀皮膜層２１の摺動面２２から突出することとなる。この場合、この突出した部分は、初動時にシリンダボア３の内壁３Ａにすべり接触して磨滅（初期磨滅）するため、摺動面２２は、内壁３Ａとのフリクションを低減した面として形成されることとなる。
【００３０】
以上、説明したように、本実施形態によれば、アルミニウム合金からなる本体１０の外周面１１に銀を成膜して摺動面２２を形成するピストン１の製造方法であって、本体１０の外周面１１にポリアミドイミド樹脂を用いて樹脂層２０を形成し、この樹脂層２０の表面を膨潤させるＮ−メチルピロリドンに銀粒子２３を分散させたスラリーを樹脂層２０上にコーティングし、このコーティングしたスラリーと樹脂層２０との界面に銀粒子２３とポリアミドイミド樹脂とが相互に混合した相互混合層２６を形成させつつ、スラリー、樹脂層２０及び本体１０を加熱して、Ｎ−メチルピロリドンを除去しながらスラリー中の銀粒子２３同士を融着させて摺動面２２を形成したため、銀皮膜層２１と本体１０とが樹脂層２０を介して接合される。このため、製造プロセスにおいて有害物質を使用することなく、これら本体１０と銀皮膜層２１との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜層２１が施されたピストン１を簡単に形成することができる。さらに、本実施形態によれば、スラリー中のＮ−メチルピロドリンが樹脂層２０の外周面２０Ａを膨潤させることにより、スラリーと樹脂層２０との界面に銀とポリアミドイミド樹脂とが相互に混合した相互混合層２６が形成され、この相互混合層２６により銀皮膜層２１と樹脂層２０とが密着されるため、当該銀皮膜層２１と樹脂層２０との接合力を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、Ｎ−メチルピロリドン中に分散させる銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたため、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜層２１中の銀純度を摺動に適した所定の基準値以上に保つことができ、熱伝導度の高いピストン１を形成することができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、加熱を行う際の加熱温度を１６０℃〜２４０℃の範囲内としたため、本体１０の比強度を低下させることなく、銀粒子２３を熱融着させて銀皮膜層２１を形成することができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、樹脂層２０に銀粒子２５を分散させているため、この樹脂層２０中の銀粒子２５がスラリー中の銀粒子２３と融着して銀皮膜層２１が形成されることにより、この銀皮膜層２１と樹脂層２０との接合力をより一層向上させることができる。また、本実施形態によれば、樹脂層２０中の銀粒子２５の平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内としたことにより、この樹脂層２０中の銀粒子２５と銀皮膜層２１との接合力を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、樹脂層２０を形成する前に、本体１０の外周面１１の少なくとも一部に凹凸を形成するため、本体１０の外周面１１と樹脂層２０との接触面積が増大するとともに、この樹脂層２０が凹部１１Ａに侵入して、いわゆるアンカー効果を発揮することにより、本体１０と樹脂層２０との密着性を向上することができる。
また、本実施形態によれば、コーティングは、スクリーン印刷法により行うため、銀粒子２３を分散させたスラリーを樹脂層２０上に簡単にコーティングすることができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、シリンダボア３内を摺動する摺動面２２を備えるピストン１において、アルミニウム合金からなる本体１０の外周面１１に樹脂層２０を備え、この樹脂層２０上に摺動面２２を構成する銀皮膜層２１を形成し、この銀皮膜層２１と樹脂層２０との界面が、銀と樹脂とが相互に混合された相互混合層２６となっているため、本体１０と銀皮膜層２１との密着応力を向上させることができ、機械的強度に優れた銀皮膜が施されたピストン１を簡単に形成することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、銀皮膜層２１の厚みｔ２を、１μｍ〜２０μｍの範囲内としたため、安価な構成で、銀皮膜層２１によるフリクションの小さい摺動面２２を備えたピストン１を形成することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、樹脂層２０中に銀粒子２５が含有されており、銀粒子２５と銀皮膜層２１とを融着させたため、この銀皮膜層２１と樹脂層２０との接合力をより一層向上させることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、ピストン１の本体１０をアルミニウム合金にて形成した構成について説明したが、この本体１０をアルミニウム金属で形成したものであってもよいことは勿論である。
また、本実施形態では、摺動部材としてピストン１のスカート部１０Ｂに銀皮膜層２１を形成する構成について説明したが、これに限るものではなく、この銀皮膜層２１をクランクシャフト、軸受メタル、カムシャフト等の摺動面に形成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  ピストン（摺動部材）
２  皮膜層
３  シリンダボア（被摺動部材）
３Ａ  内壁
１０  本体（基材）
１０Ａ  ランド部
１０Ｂ  スカート部
１１  外周面（表面）
１１Ａ  凹部
２０  樹脂層
２０Ａ  外周面（表面）
２１  銀皮膜層
２２  摺動面
２３  銀粒子
２４  ポリアミドイミド樹脂
２５  銀粒子
２５Ａ  露出面
２６  相互混合層
３０  界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図７】
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