(57)【要約】【課題】特に、金属基複合材料の摺動面の耐摩耗性評価が精度良く行え、耐摩耗性の他に摺動面の摩擦抵抗や耐スカッフィング性も同時に評価可能な摺動面評価方法を提供する。【解決手段】シリコン８０の領域内の山８１〜８５の高さｈ１〜ｈ５の大きい方から５つの山の高さの平均値を算出してシリコン突出し高さＨＰＳとし、被測定面１７ａの山の高さの度数分布の度数が最大になる基準高さＨＳからシリコン突出し高さＨＰＳまでの間に面積計算しきい値ＨＴを設定し、この面積計算しきい値ＨＴよりも高い部分であってシリコン８０の領域内に存在する山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５の部分の被測定面１７ａに平行な面９１への投影面積Ｓ１〜Ｓ６を算出し、この総面積を被測定面１７ａの面積で除してシリコン突出し面積率を算出し、シリコン突出し高さＨＰＳ及びシリコン突出し面積率を各基準値と比較して摺動面の耐久性の合否を判定する。【選択図】図７
2008051553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射してこの反射光の輝度が互いに異なる母材とこの母材に混入された摺動材とからなる複合材料に形成された摺動面の相手材に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価方法であって、
前記摺動面の一部を被測定面としてこの被測定面に光を照射して前記被測定面で反射された反射光を検出することで、前記被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、前記母材と前記摺動材とのそれぞれの輝度に基づいて前記母材の領域と前記摺動材の領域とをグレーレベル信号として得る工程と、
前記摺動材領域内の前記山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値を摺動材突出し高さとする工程と、
前記被測定面の前記山の高さの度数分布を求める工程と、
この度数分布の度数が最大になる高さから前記摺動材突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であって前記摺動材領域内に存在する山の部分の前記被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積を摺動材突出し面積とする工程と、
この摺動材突出し面積を、前記被測定面の面積で除して摺動材突出し面積率を算出する工程と、
これらの摺動材突出し高さ及び摺動材突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで前記摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、
を備えることを特徴とする摺動面評価方法。
【請求項２】
シリコン含有アルミニウム合金又はシリコン含有マグネシウム合金からなる複合材料に形成された摺動面の相手材に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価方法であって、
前記摺動面の一部を被測定面としてこの被測定面に光を照射して前記被測定面で反射された反射光を検出することで、前記被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、前記アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、前記シリコンとのそれぞれの輝度に基づいて前記アルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域と前記シリコンの領域とをグレーレベル信号として得る工程と、
前記シリコン領域内の前記山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さとする工程と、
前記被測定面の前記山の高さの度数分布を求める工程と、
この度数分布の度数が最大になる高さから前記シリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であって前記シリコン領域内に存在する山の部分の前記被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とする工程と、
このシリコン突出し面積を、前記被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出する工程と、
これらのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで前記摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、
を備えることを特徴とする摺動面評価方法。
【請求項３】
シリコン含有アルミニウム合金又はシリコン含有マグネシウム合金からなる複合材料に形成された摺動面の相手材に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価装置であって、
前記摺動面の一部を構成する被測定面に光を照射する照射部と、
前記被測定面で反射された反射光を検出する光検出部と、
この光検出部で検出された反射光信号に基づいて、前記被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、前記アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、前記シリコンとのそれぞれの輝度に基づいて前記アルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域と前記シリコンの領域とをグレーレベル信号として得る被測定面性状演算部と、
前記シリコン領域内の前記山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さとするシリコン突出し高さ算出部と、
前記被測定面の山の高さの度数分布を求め、この度数分布の度数が最大になる高さから前記シリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であって前記シリコン領域内に存在する山の部分の前記被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とし、このシリコン突出し面積を、前記被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出するシリコン突出し面積率算出部と、
これらのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで前記摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする摺動面評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動面評価方法及び摺動面評価装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのシリンダ内面等の摺動面の状態を、製造直後に非接触、例えば光学的に測定して、エンジンを運転することなしに摺動面の耐久性を評価する摺動面評価方法及び摺動面評価装置として、自動車用エンジンを構成するシリコン含有アルミニウム合金（金属基複合材料（ＭＭＣ））の耐摩耗性を評価するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−２００５０号公報
【０００３】
特許文献１の図１及び図３を以下の図１０、図１１で説明する。なお、符号は振り直した。
図１０は従来の摺動面評価装置の構成図であり、摺動面評価装置としての耐摩耗性評価装置２００は、シリンダブロック２０１の筒内の中央部に配置された光源２０２と、シリンダブロック２０１の内面近傍に配置された波長選択フィルタ２０３と、シリンダブロック２０１の内面に対して傾斜して配置された反射鏡２０４と、これらの光源２０２、波長選択フィルタ２０３及び反射鏡２０４を支持する回転テーブル２０６と、この回転テーブル２０６の上方に配置された信号検出装置２０７とを備える。
信号検出装置２０７は、凸レンズ２１１及び受光センサ２１２を含み、受光センサ２１２はコンピュータ２１４及びモニタ２１６に接続されている。
【０００４】
上記の耐摩耗性評価装置２００では、光源２０２でシリンダブロック２０１の内面が照らされ、内面で反射した光は波長選択フィルタ２０３を通過して、反射鏡２０４で光路が変更され、反射光２１８は、凸レンズ２１１を通過して受光センサ２１２で検出されてグレーレベル信号となる。
【０００５】
図１１は従来の摺動面評価装置で得られた信号処理を示す図であり、シリンダブロックの内面を走査することにより、グレーレベル信号が２値化されてアルミニウム合金領域とシリコン領域とに識別された一次元走査データが得られたことを示す。
【０００６】
この２値化されたデータから、シリンダブロックの被測定面のアルミニウム合金領域の幅Ａ１，Ａ２と、シリコン領域の幅Ｓ１，Ｓ２とを測定し、これらの幅Ａ１，Ａ２，Ｓ１，Ｓ２に基づいて２次元ヒストグラム（Ａ，Ｓ）が作成され、この２次元ヒストグラム（Ａ，Ｓ）より耐久性摩耗評価値が算出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記技術は、耐久性摩耗評価値という、アルミニウム合金領域及びシリコン領域の面積に相当する値により評価されるが、被測定面にはミクロ的に見れば山や谷があり、例えば、シリコン領域が谷に存在する場合には、この谷のシリコンは、シリンダ内面と摺動するピストンやピストンリングと接触しないから、シリンダ内面の摩耗には関係しない。従って、上記技術では、摺動面の耐摩耗性の評価が精度良く行えない。
【０００８】
また、シリンダブロックの内面に要求される耐久性能としては、耐摩耗性の他に、摺動面の摩擦抵抗や、耐スカッフィング性（スカッフィング：かききずの組み合わさった局部的な表面損傷）が有り、耐久性の評価を行うのに上記の耐摩耗性だけの評価では不十分である。
耐摩耗性の他に、摺動面の摩擦抵抗や耐スカッフィング性も同時に評価できることが望ましい。
【０００９】
本発明の目的は、特に、金属基複合材料に関して、摺動面の耐摩耗性評価が精度良く行えるとともに、耐摩耗性の他に摺動面の摩擦抵抗や耐スカッフィング性も同時に評価可能な摺動面評価方法及び摺動面評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、光を照射してこの反射光の輝度が互いに異なる母材とこの母材に混入された摺動材とからなる複合材料に形成された摺動面の相手材に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価方法であって、摺動面の一部を被測定面としてこの被測定面に光を照射して前記被測定面で反射された反射光を検出することで、被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、母材と摺動材とのそれぞれの輝度に基づいて母材の領域と摺動材の領域とをグレーレベル信号として得る工程と、摺動材領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値を摺動材突出し高さとする工程と、被測定面の山の高さの度数分布を求める工程と、この度数分布の度数が最大になる高さから摺動材突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であって摺動材領域内に存在する山の部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積を摺動材突出し面積とする工程と、この摺動材突出し面積を、被測定面の面積で除して摺動材突出し面積率を算出する工程と、これらの摺動材突出し高さ及び摺動材突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで、摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
複合材料に形成された摺動面の被測定面に、例えばレーザ光等の光が照射され、被測定面で反射された反射光が検出されて、被測定面の三次元形状が求められ、また、この三次元形状に対応するように、母材と摺動材とのそれぞれの輝度に基づいて母材の領域と摺動材の領域とがグレーレベル信号として得られる。
【００１２】
三次元形状は、被測定面に形成された複数の山及び複数の谷を含み、複数の山の高さの情報を含み、この三次元形状に母材の領域と摺動材の領域とが対応し、例えば、摺動材の領域内に存在する複数の山の形状、山の高さ（山の頂上までの高さ）が求められる。この摺動材領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値が算出される。この平均値が摺動材突出し高さである。
【００１３】
摺動材突出し高さが高ければ、突き出している高い部分に摺動材が多く存在するということであり、相手材と摺動面とが摺動するときに、摺動材の硬度が母材の硬度より大きければ、摺動面の耐摩耗性が向上する。これとともに、摺動材突出し高さが高いということは、この摺動材の山の下方に存在する谷が深いということであり、深い谷には潤滑油がより多く溜まる。従って、潤滑性が向上して摩擦抵抗が低減し、更に、摺動面の油膜を保持しやすくなり、油膜切れが発生しにくくなって耐スカッフィング性が向上する。
摺動材突き出し高さを算出する基になった山は、相手材と実際に摺動する部分であるため、摺動材突出し高さによって、耐摩耗性が精度良く評価可能である。
【００１４】
また、被測定面全体での山の高さの度数分布が求められる。この度数分布の度数が最大になる高さから摺動材突出し高さまでの間に所定高さ位置が設定される。この所定高さ位置は、実際に摺動面に相手材を摺動させて摺動面の耐久性を評価した場合の摺動面の摩耗後の位置に相当する。即ち、摺動面の所定耐久試験を行ったときに耐久試験終了後の山の高さ位置である。
【００１５】
この所定高さよりも高い部分で、且つ摺動材領域の山の部分を、被測定面に平行な面へ投影したときの投影面積が摺動材突出し面積であり、この摺動材突出し面積を被測定面全体の面積で割れば摺動材突出し面積率が求まる。
【００１６】
摺動材領域の山の所定高さよりも高い部分は、摺動によって摩耗する摺動材としての役目をする部分であり、所定高さから下の部分は、摺動初期から油溜まりとして機能し、摺動面が摩耗した後にも潤滑油を溜めることができる部分である。即ち、耐久試験が終了したときには、所定高さまでは潤滑油が溜まることになる。谷が深ければ、この潤滑油の溜まる量が多くなり、耐久試験終了時点でも低い摩擦抵抗や耐スカッフィング性が維持されることになる。
摺動材突出し面積率が大きくなれば、相手材と接触するときの摺動面の面圧が小さくなり、相手材との摺動に対する摺動面の耐摩耗性が向上する。
【００１７】
求められた摺動材突出し高さと摺動材突出し高さの基準値とを比較し、求められた摺動材突出し面積率と摺動材突出し面積率の基準値とを比較して、求められた摺動材突出し高さ、求められた摺動材突出し面積率がそれぞれ基準値以上であれば、摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の判定は合格となる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、シリコン含有アルミニウム合金又はシリコン含有マグネシウム合金からなる複合材料に形成された摺動面の相手材に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価方法であって、摺動面の一部を被測定面としてこの被測定面に光を照射して被測定面で反射された反射光を検出することで、被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンとのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とをグレーレベル信号として得る工程と、シリコン領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さとする工程と、被測定面の山の高さの度数分布を求める工程と、この度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であってシリコン領域内に存在する山の部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とする工程と、このシリコン突出し面積を、被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出する工程と、これらのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで、摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
複合材料に形成された摺動面の被測定面に、例えばレーザ光等の光が照射され、被測定面で反射された反射光が検出されて、被測定面の三次元形状が求められ、また、この三次元形状に対応するように、アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンとのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とがグレーレベル信号として得られる。
【００２０】
三次元形状は、被測定面に形成された複数の山及び複数の谷を含み、複数の山の高さの情報を含み、この三次元形状にアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とが対応し、例えば、シリコンの領域内に存在する複数の山の形状、山の高さ（山の頂上までの高さ）が求められる。このシリコン領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値が算出される。この平均値がシリコン突出し高さである。
【００２１】
シリコン突出し高さが高ければ、突き出している高い部分にシリコンが多く存在するということであり、相手材と摺動面とが摺動するときに、摺動面の耐摩耗性が向上する。これとともに、シリコン突出し高さが高いということは、このシリコンの山の下方に存在する谷が深いということであり、深い谷には潤滑油がより多く溜まる。従って、潤滑性が向上して摩擦抵抗が低減し、更に、摺動面の油膜を保持しやすくなり、油膜切れが発生しにくくなって耐スカッフィング性が向上する。
シリコン突き出し高さを算出する基になった山は、相手材と実際に摺動する部分であるため、シリコン突出し高さによって、耐摩耗性が精度良く評価可能である。
【００２２】
また、被測定面全体での山の高さの度数分布が求められる。この度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置が設定される。この所定高さ位置は、実際に摺動面に相手材を摺動させて摺動面の耐久性を評価した場合の摺動面の摩耗後の位置に相当する。即ち、摺動面の所定耐久試験を行ったときに耐久試験終了後の山の高さ位置である。
【００２３】
所定高さ位置は、例えば、度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでを１００％とした場合に、シリコン突出し高さよりも３０％〜７０％低い位置に設定される。これは、複合材料の使用形態（例えば、エンジンのシリンダ用スリーブ、クランクシャフト支持用ベアリング等）により異なる。使用条件（例えば、面圧や潤滑状態等）がより過酷であれば、所定高さ位置は、より高い側（３０％側）に設けられる。例えば、シリンダ用スリーブでは５０％、クランクシャフト支持用ベアリングでは６０％に設定される。
【００２４】
この所定高さよりも高い部分で、且つシリコン領域の山の部分を、被測定面に平行な面へ投影したときの投影面積がシリコン突出し面積であり、このシリコン突出し面積を被測定面全体の面積で割ればシリコン突出し面積率が求まる。
【００２５】
シリコン領域の山の所定高さよりも高い部分は、摺動によって摩耗する摺動材としての役目をする部分であり、所定高さから下の部分は、摺動初期から油溜まりとして機能し、摺動面が摩耗した後にも潤滑油を溜めることができる部分である。即ち、耐久試験が終了したときには、所定高さまでは潤滑油が溜まることになる。谷が深ければ、この潤滑油の溜まる量が多くなり、耐久試験終了時点でも低い摩擦抵抗や耐スカッフィング性が維持されることになる。
シリコン突出し面積率が大きくなれば、相手材と接触するときの摺動面の面圧が小さくなり、相手材との摺動に対する摺動面の耐摩耗性が向上する。
【００２６】
求められたシリコン突出し高さとシリコン突出し高さの基準値とを比較し、求められたシリコン突出し面積率とシリコン突出し面積率の基準値とを比較して、求められたシリコン突出し高さ、求められたシリコン突出し面積率がそれぞれ基準値以上であれば、摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の判定は合格となる。
【００２７】
請求項３に係る発明は、シリコン含有アルミニウム合金又はシリコン含有マグネシウム合金からなる複合材料に形成された摺動面の相手材に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価装置であって、摺動面の一部を構成する被測定面に光を照射する照射部と、被測定面で反射された反射光を検出する光検出部と、この光検出部で検出された反射光信号に基づいて、被測定面の三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンとのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とをグレーレベル信号として得る被測定面性状演算部と、シリコン領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さとするシリコン突出し高さ算出部と、三次元形状に基づいて被測定面に存在する複数の山の高さの度数分布を求め、この度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、シリコン領域内の山の所定高さ位置よりも高い部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とし、このシリコン突出し面積を、被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出するシリコン突出し面積率算出部と、これらのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【００２８】
作用として、照射部により、複合材料に形成された摺動面の一部の被測定面全体にレーザ光等の光を照射する。
光検出部では、被測定面で反射された反射光を検出し、検出された反射光信号は被測定面性状演算部に出力される。
【００２９】
被測定面性状演算部では、反射光信号に基づいて、被測定面の高さ情報を含む実形状、即ち、三次元形状が求められる。また、反射光信号はアルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンの輝度情報を含むため、この輝度情報から三次元形状に対応するアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とがグレーレベル信号として求められる。
【００３０】
シリコン突出し高さ算出部では、シリコン領域内に存在する山の高さの大きい方から所定数、例えば五つの山の高さの平均値が算出される。この平均値がシリコン突出し高さである。
【００３１】
シリコン突出し高さが高ければ、突き出している高い部分にシリコンが多く存在するということであり、相手材と摺動面とが摺動するときに、摺動面の耐摩耗性が向上する。これとともに、シリコン突出し高さが高いということは、このシリコンの山の下方に存在する谷が深いということであり、深い谷には潤滑油がより多く溜まる。従って、潤滑性が向上して摩擦抵抗が低減し、更に、摺動面の油膜を保持しやすくなり、油膜切れが発生しにくくなって耐スカッフィング性が向上する。
シリコン突き出し高さを算出する基になった山は、相手材と実際に摺動する部分であるため、シリコン突出し高さによって、耐摩耗性が精度良く評価可能である。
【００３２】
シリコン突出し面積率算出部では、被測定面の全体に存在する複数の山の高さの度数分布が求められ、この度数分布の度数が最大になる高さが求められる。また、この高さとシリコン突出し高さとの間に所定高さ位置が設定される。更に、シリコン領域内の山において所定高さ位置よりも高い部分が、シリコン領域内の各山毎に被測定面に平行な面へ投影され、その投影面積が各山毎に算出され、この総面積が算出される。この総面積がシリコン突出し面積である。このシリコン突出し面積を被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率が算出される。
シリコン突出し面積率が大きくなれば、相手材と接触するときの摺動面の面圧が小さくなり、相手材との摺動に対する摺動面の耐摩耗性が向上する。
【００３３】
判定部では、シリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率が、それぞれの基準値と比較され、耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否が判定される。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１に係る発明では、摺動面の一部を被測定面としてこの被測定面に光を照射して前記被測定面で反射された反射光を検出することで、被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、母材と摺動材とのそれぞれの輝度に基づいて母材の領域と摺動材の領域とをグレーレベル信号として得る工程と、摺動材領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値を摺動材突出し高さとする工程と、被測定面の山の高さの度数分布を求める工程と、この度数分布の度数が最大になる高さから摺動材突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であって摺動材領域内に存在する山の部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積を摺動材突出し面積とする工程と、この摺動材突出し面積を、被測定面の面積で除して摺動材突出し面積率を算出する工程と、これらの摺動材突出し高さ及び摺動材突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、を備えるので、被測定面の三次元形状と、この三次元形状に対応させた被測定面の母材の領域及び摺動材の領域とを求めることにより、耐摩耗性を精度良く評価することができ、また、摺動材の領域の山の高さから得られる摺動材突出し高さ及び摺動材突出し面積率によって摺動面の油膜の保持しやすさや摺動抵抗をも予測することができ、実際に相手材を摺動面に摺動させることなしに耐摩耗性と同時に耐スカッフィング性や摺動性を評価することができる。
【００３５】
請求項２に係る発明では、摺動面の一部を被測定面としてこの被測定面に光を照射して被測定面で反射された反射光を検出することで、被測定面の複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンとのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とをグレーレベル信号として得る工程と、シリコン領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さとする工程と、被測定面の山の高さの度数分布を求める工程と、この度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、この所定高さ位置よりも高い部分であってシリコン領域内に存在する山の部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とする工程と、このシリコン突出し面積を、被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出する工程と、これらのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、を備えるので、被測定面の三次元形状と、この三次元形状に対応させた被測定面のアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域及びシリコンの領域とを求めることにより、耐摩耗性を精度良く評価することができ、また、シリコンの領域の山の高さから得られるシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率によって摺動面の油膜の保持しやすさや摺動抵抗をも予測することができ、実際に相手材を摺動面に摺動させることなしに耐摩耗性と同時に耐スカッフィング性や摺動性を評価することができる。
【００３６】
請求項３に係る発明では、摺動面の一部を構成する被測定面に光を照射する照射部と、被測定面で反射された反射光を検出する光検出部と、この光検出部で検出された反射光信号に基づいて、被測定面の三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンとのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とをグレーレベル信号として得る被測定面性状演算部と、シリコン領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さとするシリコン突出し高さ算出部と、三次元形状に基づいて被測定面に存在する複数の山の高さの度数分布を求め、この度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、シリコン領域内の山の所定高さ位置よりも高い部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とし、このシリコン突出し面積を、被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出するシリコン突出し面積率算出部と、これらのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を判定する判定部と、を備えるので、被測定面性状演算部によって、被測定面の複数の山を含む三次元形状と、この三次元形状に対応したアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とを求めるため、単にシリコンの領域の面積による摺動面の耐摩耗性を評価するのではなく、シリコンの領域の山の高さから得られるシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率により摺動面の油膜の保持しやすさや摺動抵抗をも予測することができ、精度の高い耐摩耗性の評価に加えて、耐スカッフィング性及び摺動性の評価を、実際に相手材を摺動面に摺動させることなしに耐摩耗性の評価と同時に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る摺動面評価装置の側面図（一部断面図）であり、摺動面評価装置１０は、ベース部１１と、このベース部１１上に設けられた装置本体１２と、この装置本体１２に対して上下動、進退動及び軸回りの回転動を可能に設けられたヘッド１３と、評価対象としてのシリンダブロック１４を載せるためにベース部１１に対して水平動、鉛直軸回りの回転動を可能に設けられた載置台１６とを備え、ヘッド１３の先端からレーザ光をシリンダブロック１４に備えるスリーブ１７の内面である摺動面１７Ａに当て、その反射光を検出することでスリーブ１７の摺動面１７Ａの性状を計測して耐久性の評価を行う。
スリーブ１７は、シリコン含有アルミニウム合金、即ち、金属基複合材料（ＭＭＣ）製であり、従来の鋳鉄製スリーブに比べて、重量、放熱性の点で優れている。
【００３８】
図２は本発明に係る摺動面評価装置の構成を示す説明図であり、摺動面評価装置１０は、ＹＡＧレーザで構成される光源２１と、この光源２１から放出された１本のレーザ光を二次元的に配列された複数本のレーザ光に変換する回折格子２２と、入射したレーザ光を二つに分ける偏光ビームスプリッタ２３と、レーザ光の１／４波長だけ位相差を生じさせるλ／４板２４と、対物レンズ２６と、２次元的に配列された複数の受光素子からなる光検出器２７と、この光検出器２７から出力された光検出信号に基づいて摺動面の性状（三次元形状及び輝度）を演算・記憶する演算・記憶部２８とを装置本体１２（図１参照）及びヘッド１３（図１参照）内に備える。なお、３１〜３４は全反射ミラー、３６はフーリェ変換レンズ、４１〜４４はリレーレンズ、４６はダイクロイックミラー、４７はスリーブ１７の摺動面１７Ａの一部を構成する被測定面１７ａに対する対物レンズ２６の距離を調整する自動焦点調節装置、４８は空間フィルタである。
【００３９】
光源２１から放出されたレーザ光は、全反射ミラー３１により反射し、回折格子２２に入射し、回折格子２２から放出された複数本のレーザ光はフーリェ変換レンズ３６を介して全反射ミラー３２に入射し、リレーレンズ４１を介して偏光ビームスプリッタ２３に入射する。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ２３を透過したレーザ光は、ダイクロイックミラー４６を透過し、λ／４板２４を介して対物レンズ２６に入射してスポット状に集光され、スリーブ１７の被測定面１７ａに照射される。
【００４１】
被測定面１７ａで反射された反射光は、対物レンズ２６、λ／４板２４を介してダイクロイックミラー４６に入射し、ダイクロイックミラー４６で反射して自動焦点調節装置４７に入射する。
【００４２】
また、ダイクロイックミラー４６を透過した反射光は、偏光ビームスプリッタ２３に入射し、偏光ビームスプリッタ２３の偏光面で反射してリレーレンズ４２、全反射ミラー３３，３４、及びリレーレンズ４３，４４を介して光検出器２７に入射する。
【００４３】
光検出器２７からは演算・記憶部２８へ光検出信号ＳＬが出力され、演算・記憶部２８によって、光検出信号ＳＬに基づいて被測定面１７ａの三次元形状及び輝度が求められた後に最終的に摺動面の耐久性合否が判定される。
【００４４】
図中の光源２１〜対物レンズ２６までの光路の構成、即ち、光源２１、全反射ミラー３１、回折格子２２、フーリェ変換レンズ３６、全反射ミラー３２、リレーレンズ４１、偏光ビームスプリッタ２３、ダイクロイックミラー４６、λ／４板２４及び対物レンズ２６は、被測定面１７ａにレーザ光を照射する照射部４９を構成する部品である。
【００４５】
また、対物レンズ２６〜光検出器２７までの光路の構成、即ち、対物レンズ２６、λ／４板２４、ダイクロイックミラー４６、偏光ビームスプリッタ２３、リレーレンズ４２、全反射ミラー３３，３４、リレーレンズ４３，４４及び光検出器２７は、光検出部５０を構成する部品である。
【００４６】
図３は本発明に係る摺動面評価装置の演算・記憶部を説明するブロック図であり、演算・記憶部２８は、光検出器２７から出力された光検出信号ＳＬに基づいて被測定面の性状として三次元形状及びこの三次元形状に対応した輝度（グレースケール）を演算する被測定面性状演算部５１と、この被測定面性状演算部５１から出力された性状情報ＪＣに基づいて被測定面の表面に存在しているシリコンの山に関する評価項目値を算出するシリコン評価項目値算出部５２と、このシリコン評価項目値算出部５２から出力されたシリコン評価項目値ＳＶと基準値を比較して摺動面の耐久性の合否を判定する判定部５３とからなる。
【００４７】
被測定面性状演算部５１は、被測定面を微小な複数の面に分割し、この分割された面毎に光検出信号から高さを算出して、被測定面全体の三次元形状を求め、上記の複数の面にそれぞれ対応する画素毎に光検出信号からグレースケール（例えば、２５６階調）としての数値を算出して、被測定面の輝度を求めるものである。
【００４８】
シリコン評価項目値算出部５２は、後に詳述するシリコン突出し高さを算出するシリコン突出し高さ算出部５５と、後に詳述するシリコン突出し面積率を算出するシリコン突出し面積率算出部５６とからなる。
【００４９】
判定部５３は、高さ基準値及び面積率基準値を記憶している部分であり、算出されたシリコン突出し高さと高さ基準値とを比較し、算出されたシリコン突出し面積率と面積率基準値とを比較して、算出されたシリコン突出し高さが高さ基準値以上で且つ算出されたシリコン突出し面積率が面積率基準値以上であれば、摺動面の耐久性、耐スカッフィング性及び摺動性を合格と判定し、算出されたシリコン突出し高さが高さ基準値未満又は算出されたシリコン突出し面積率が面積率基準値未満であれば、摺動面の耐久性、耐スカッフィング性及び摺動性を不合格と判定する。
【００５０】
以上に述べた摺動面評価装置による摺動面評価方法を以下に順に説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る摺動面評価方法を示す第１作用図である。
（ａ）は被測定面１７ａの三次元形状を示す斜視図であり、光検出器２７（図２参照）から出力された光検出信号により、被測定面１７ａの複数の山及び複数の谷が含まれる三次元形状が算出される。即ち、被測定面１７ａを微小な複数の面に分割し、これらの微小な面毎に高さ情報が得られる。なお、図中のＡは被測定面１７ａの縦の長さ、Ｂは被測定面１７ａの横の長さである。
【００５１】
（ｂ）は被測定面の輝度分布を示す画像であり、光検出器２７（図２参照）から出力された光検出信号により、（ａ）に示された三次元形状に対応する被測定面１７ａの輝度分布が得られる。白く見える部分はアルミニウム合金の領域、灰色に見える部分はシリコンの領域を示す。
【００５２】
（ｃ）は（ｂ）のＣ部を拡大した図であり、輝度分布を示す画像の各画素は、被測定面１７ａの微小な複数の面にそれぞれ対応し、微小な面の輝度を画素（例えば、画素６１〜６９）のグレースケールとして得ている。図では２５６階調のグレースケールを採用している。
【００５３】
図５は本発明に係る摺動面評価方法を示す第２作用図であり、摺動面の三次元形状からこのような被測定面全体の山の高さのヒストグラムを作成する。ヒストグラムの横軸は山の高さ（の各区間）、縦軸は山の高さの各区間の頻度を表す。
山の高さの頻度は、山の高さがＨＳで最大になる。
【００５４】
図６は本発明に係る摺動面評価方法を示す第３作用図であり、被測定面の輝度情報から
このような被測定面の輝度のヒストグラムを作成する。ヒストグラムの横軸は輝度（階調の値）、縦軸は輝度の頻度（即ち、画素数）を表す。
図中の輝度Ｌ１〜Ｌ２の範囲は、シリコン領域の輝度の範囲（灰色領域）を表し、輝度Ｌ２よりも大きい範囲（最大輝度が階調の値で２５６）は、アルミニウム合金領域の輝度の範囲（白色領域）を表している。これにより、被測定面の全体でアルミニウム合金領域とシリコン領域とが求められる。
図中の輝度Ｌ１よりも小さい範囲（最小輝度が階調の値で１６）は、スリーブのシリンダボアを研磨した際に形成された深い溝の輝度の範囲（黒色領域）を表している。
【００５５】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る摺動面評価方法を示す第４作用図であり、（ａ），（ｂ）共に被測定面の断面形状で説明する。なお、アルミニウム合金７０を複数のドットで表し、シリコン８０をハッチングで表した。左右の幅は測定区間（図４（ａ），（ｂ）に示した被測定面１７ａの横の長さＢ）である。
【００５６】
（ａ）において、山の高さがゼロになる山高さ基準面ＨＺは、スリーブの内面から内方へ複数の垂線を延ばして、これらの垂線が交わった点を通るスリーブの仮想軸線を求めたときに、この仮想軸線から所定半径の円筒状の面であり、スリーブの内面の複数の山の高さ及び複数の谷の深さから最小二乗法により求められる面である。また、基準高さは図５で求められた山の高さＨＳである。
【００５７】
被測定面１７ａに存在するシリコン８０の山のうち、高い方から、例えば、５つを山８１〜８５としたときに、これらの山８１〜８５の基準高さＨＳからの高さｈ１〜ｈ５の平均値をシリコン突出し高さ（Ｓｉ突出し高さ）ＨＰＳとする。
【００５８】
シリコン突出し高さＨＰＳが高ければ、突き出している高い部分にシリコン８０が多く存在するということであり、相手材としてのピストン、ピストンリングと摺動面とが摺動するときに、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。これとともに、シリコン突出し高さＨＰＳが高いということは、このシリコン８０の山の下方に存在する谷が深いということであり、深い谷にはエンジンの潤滑油がより多く溜まる。従って、摺動面の潤滑性を向上させることができて摩擦抵抗が低減し、更に、摺動面の油膜を保持しやすくなり、油膜切れが発生しにくくなって耐スカッフィング性を向上させることができる。
【００５９】
シリコン突き出し高さＨＰＳを算出する基になった山８１〜８５は、ピストン、ピストンリングと実際に摺動する部分であるため、従来のような谷に存在するシリコンが含まれないので、シリコン突出し高さＨＰＳによって、耐摩耗性を精度良く評価することができる。今回、シリコン突出し高さＨＰＳを算出する基になった山は、高い方から５つ採ったが、概ね３つ以上の山であればよく、山の数の上限は、シリコンの分布によって適宜決めればよい。
【００６０】
（ｂ）において、基準高さＨＳからシリコン突出し高さＨＰＳまでの高さの間に所定高さとして面積計算しきい値ＨＴを設定する。この面積計算しきい値ＨＴは、基準高さＨＳからシリコン突出し高さＨＰＳまでの高さを１００％としたときに、シリコン突出し高さＨＰＳから５０％下がった高さ位置にある。
【００６１】
この面積計算しきい値ＨＴは、複合材料の使用形態（例えば、エンジンのシリンダ用スリーブ、クランクシャフト支持用ベアリング等）により３０％〜７０％に設定される。
使用条件（例えば、面圧や潤滑状態等）がより過酷であれば、面積計算しきい値ＨＴは、より高い側（３０％側）に設けられる。例えば、前述のスリーブでは５０％、クランクシャフト支持用ベアリングでは６０％に設定される。
【００６２】
次に、面積計算しきい値ＨＴよりも高いシリコン８０の山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５（黒く塗りつぶした部分である。）の被測定面１７ａに平行な面９１への投影面積Ｓ１〜Ｓ６をそれぞれ算出し、これらの投影面積Ｓ１〜Ｓ６の総面積をシリコン突出し面積（Ｓｉ突出し面積）とする。そして、このシリコン突出し面積を、被測定面１７ａの全体の面積（図４（ａ），（ｂ）で示したＡｘＢである。）で除してシリコン突出し面積率（Ｓｉ突出し面積率）を算出する。
シリコン突出し面積率が大きくなれば、ピストン、ピストンリングと接触するときの摺動面の面圧が小さくなり、摺動面の耐摩耗性が向上する。
【００６３】
次に、以上で求められたシリコン突出し高さＨＰＳ及びシリコン突出し面積率を、図３に示した判定部５３で高さ基準値及び面積率基準値とそれぞれ比較して、摺動面の耐久性（耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性）の合否を判定する。
【００６４】
以上では、説明の都合上、シリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積を被測定面の一つの断面形状に基づいて求めたが、実際には、被測定面１７ａの全体でのシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積を求める。
【００６５】
上記の面積計算しきい値は、実際にエンジンを運転して摺動面にピストン、ピストンリングを摺動させて摺動面の耐久性を評価する場合の摺動面の摩耗後の位置に相当する。即ち、摺動面の所定の耐久試験を行ったときに耐久試験終了後の山の高さである。
【００６６】
従って、シリコン領域の山の面積計算しきい値ＨＴよりも高い部分は、摺動によって摩耗する摺動材としての役目をする部分であり、面積計算しきい値から下の部分は摺動面が摩耗した後に潤滑油を溜める部分である。即ち、耐久試験が終了したときには、面積計算しきい値ＨＴまでは潤滑油が溜まることになる。谷が深ければ、この潤滑油が溜まる量が多くなり、耐久試験終了時点でも低い摩擦抵抗や良好な耐スカッフィング性が維持されることになる。
【００６７】
例えば、エンジンのスリーブの摺動面の耐久性を評価するには、エンジンを実際に運転して、スリーブの摺動面にピストン、ピストンリングを摺動させる耐久試験を行い、耐久試験後に、例えば、摺動面の摩耗量を計測し、この摩耗量が基準値に対して多いか少ないかを比較したり、摺動面にピストン、ピストンリングを摺動させたときの摩擦抵抗を測定したり、摺動面を目視にて観察し、摺動面のスカッフィングの有無を確認する。
【００６８】
本発明では、エンジンを実際に運転することなしに、上記した摺動面の摩耗量の計測、摩擦抵抗の計測及び摺動面のスカッフィングの有無の確認に代わるものとして、シリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率で摺動面の耐摩耗性、摩擦抵抗及び耐スカッフィング性を評価する。
【００６９】
耐久試験後に摩耗量を評価することは、耐久試験後での耐久性をクリアする摩耗量が分かっていれば、耐久試験前に摺動面にその摩耗量に相当する高さ以上の高さがあれば良いから、耐久試験前に山の高さを評価することに置き換えられる。この山の高さがシリコン突出し高さである。
【００７０】
但し、同じ山の高さでも、尖った山とならだかな山とでは摩耗の速さが異なる（尖った山はなだらかな山よりも速く摩耗する）から、単に、シリコン突出し高さのみの評価では不十分である。本発明では、更に、山の形状に関わらず山の摩耗量を評価するために、山の所定高さ位置での断面積（即ち、投影面積）を評価項目とした。所定の耐久試験を行えば、山の所定高さ位置から山の頂上までの高さと断面積とから求められる山の体積が常に一定に摩耗することになる。断面積が大きければ、山の高さは低くなりにくい。この断面積がシリコン突出し面積であり、山の所定高さ位置が面積計算しきい値である。
シリコン突出し高さがより高く、且つシリコン突出し面積がより大きければ、耐摩耗性が向上する。
【００７１】
また、耐久試験後に、摩擦抵抗を測定したり摺動面のスカッフィングの有無を確認することは、摩擦抵抗が摺動面の油膜厚さに起因し、スカッフィングが摺動面の油膜切れに起因することから、耐久試験後に摺動面に潤滑油が保持されているかどうかを見ればよいので、耐久試験前に摺動面の潤滑油を溜める谷の状態（例えば、深さ）を評価することに置き換えられる。摺動面の谷の深さは、摺動面の山の高さで決まるから、摺動面の山の高さを評価すればよい。この山の高さが前述のシリコン突出し高さである。山の高さが高ければ、谷の深さが深くなり、潤滑油が溜まる量が多くなり、油膜を保持し易くなる。従って、耐スカッフィング性が向上するとともに摩擦抵抗が小さくなる。
【００７２】
図８は本発明に係る摺動面評価方法の流れを示すフローチャートであり、図４〜図７で説明した内容を再度説明する。なお、ＳＴＸＸはステップ番号を表す。
ＳＴ０１…摺動面の一部を被測定面として、この被測定面に光を照射して被測定面で反射された反射光を検出する。
【００７３】
ＳＴ０２…被測定面の三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金又はマグネシウム合金と、シリコンとのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金又はマグネシウム合金の領域とシリコンの領域とをグレーレベル信号として求める。
【００７４】
ＳＴ０３…シリコン領域内の山の高さの大きい方から所定数の山の高さの平均値を算出する、即ち、シリコン突出し高さを算出する。
ＳＴ０４…三次元形状に基づいて被測定面に存在する複数の山の高さの度数分布を求める。
【００７５】
ＳＴ０５…度数分布の度数が最大になる高さからシリコン突出し高さまでの間に所定高さ位置を設定し、シリコン領域内の山の所定高さ位置よりも高い部分の被測定面に平行な面への投影面積を各山毎に算出し、この総面積であるシリコン突出し面積を算出する。
【００７６】
ＳＴ０６…シリコン突出し面積を、被測定面の面積で除してシリコン突出し面積率を算出する。
ＳＴ０７…シリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値と比較することで、摺動面の耐久性（耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性）の合否を判定する。
【００７７】
以上の図４〜図８で説明したように、本発明は第１に、シリコン含有アルミニウム合金又はシリコン含有マグネシウム合金からなる複合材料（即ち、アルミニウム合金又はマグネシウム合金を母材とし、シリコンを摺動材とする複合材料）としてのスリーブ１７に形成された摺動面１７Ａの相手材（ピストン、ピストンリングである。）に対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価方法であって、摺動面１７Ａの一部を被測定面１７ａとしてこの被測定面１７ａに光を照射して被測定面１７ａで反射された反射光を検出することで、被測定面１７ａの複数の山を含む三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金７０又はマグネシウム合金と、シリコン８０とのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金７０又はマグネシウム合金の領域とシリコン８０の領域とをグレーレベル信号として得る工程と、シリコン８０の領域内の山の高さの大きい方から所定数として、例えば５つの山８１〜８５の高さｈ１〜ｈ５の平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さＨＰＳとする工程と、被測定面１７ａの山の高さの度数分布を求める工程と、この度数分布の度数が最大になる高さ（基準高さＨＳ）からシリコン突出し高さＨＰＳまでの間に所定高さ位置としての面積計算しきい値ＨＴを設定し、この面積計算しきい値ＨＴよりも高い部分であってシリコン８０の領域内に存在する山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５の部分の被測定面１７ａに平行な面９１への投影面積Ｓ１〜Ｓ６を各山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とする工程と、このシリコン突出し面積を、被測定面１７ａの面積（ＡｘＢ）で除してシリコン突出し面積率を算出する工程と、これらのシリコン突出し高さＨＰＳ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値である高さ基準値、面積率基準値と比較することで、摺動面１７Ａの耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する工程と、を備えることを特徴とする。
【００７８】
これにより、被測定面１７ａの三次元形状と、この三次元形状に対応させた被測定面１７ａのアルミニウム合金７０又はマグネシウム合金の領域及びシリコン８０の領域とを求めることにより、耐摩耗性を精度良く評価することができ、また、シリコン８０の領域の山８１〜８５の高さｈ１〜ｈ５から得られるシリコン突出し高さＨＰＳと、面積計算しきい値ＨＴよりも高い山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５の投影面積Ｓ１〜Ｓ６から得られるシリコン突出し面積率とによって、摺動面１７Ａの油膜の保持しやすさや摺動抵抗をも予測することができ、実際にピストン、ピストンリングを摺動面１７Ａに摺動させることなしに耐摩耗性と同時に耐スカッフィング性や摺動性を評価することができる。
【００７９】
本発明は第２に、図１〜図３及び図７で説明したように、シリコン含有アルミニウム合金又はシリコン含有マグネシウム合金からなるスリーブ１７に形成された摺動面１７Ａのピストン、ピストンリングに対する耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性を評価するための摺動面評価装置１０であって、摺動面１７Ａの一部を構成する被測定面１７ａに光を照射する照射部４９と、被測定面１７ａで反射された反射光を検出する光検出部５０と、この光検出部５０で検出された反射光信号としての光検出信号ＳＬに基づいて、被測定面１７ａの三次元形状を求めるとともに、この三次元形状に対応させて、アルミニウム合金７０又はマグネシウム合金と、シリコン８０とのそれぞれの輝度に基づいてアルミニウム合金７０又はマグネシウム合金の領域とシリコン８０の領域とをグレーレベル信号として求める被測定面性状演算部５１と、シリコン８０の領域内の山８１〜８５の高さの大きい方から所定数、例えば５つの山８１〜８５の高さｈ１〜ｈ５の平均値を算出し、この平均値をシリコン突出し高さＨＰＳとするシリコン突出し高さ算出部５５と、三次元形状に基づいて被測定面１７ａに存在する複数の山の高さの度数分布を求め、この度数分布の度数が最大になる高さとしての基準高さＨＳからシリコン突出し高さＨＰＳまでの間に面積計算しきい値ＨＴを設定し、シリコン８０の領域内の山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５の面積計算しきい値ＨＴよりも高い部分の被測定面１７ａに平行な面９１への投影面積Ｓ１〜Ｓ６を各山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５毎に算出し、この総面積をシリコン突出し面積とし、このシリコン突出し面積を、被測定面１７ａの面積（ＡｘＢ）で除してシリコン突出し面積率を算出するシリコン突出し面積率算出部５６と、これらのシリコン突出し高さＨＰＳ及びシリコン突出し面積率を、それぞれの基準値である高さ基準値、面積率基準値と比較することで耐摩耗性、耐スカッフィング性及び摺動性の合否を判定する判定部５３と、を備えることを特徴とする。
【００８０】
これにより、被測定面性状演算部５１によって、被測定面１７ａの複数の山を含む三次元形状と、この三次元形状に対応したアルミニウム合金７０又はマグネシウム合金の領域とシリコン８０の領域とを求めるため、単にシリコンの領域の面積による摺動面の耐摩耗性を評価するのではなく、シリコン８０の領域の山８１〜８５の高さｈ１〜ｈ５から得られるシリコン突出し高さＨＰＳと、面積計算しきい値ＨＴよりも高い山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５の投影面積Ｓ１〜Ｓ６から得られるシリコン突出し面積率とにより摺動面１７Ａの油膜の保持しやすさや摺動抵抗をも予測することができ、精度の高い耐摩耗性の評価に加えて、耐スカッフィング性及び摺動性の評価を、実際にピストン、ピストンリングを摺動面１７Ａに摺動させることなしに耐摩耗性の評価と同時に行うことができる。
【００８１】
図９は本発明に係るシリコン突出し面積率の算出方法の別実施形態を示す作用図であり、被測定面１７ａの断面形状で説明する。ここでは、シリコン含有アルミニウム合金９５を複数のドットで表す。
面積計算しきい値ＨＴよりも高いシリコン含有アルミニウム合金９５の山１０１，１０２，１０３，・・・Ｎ（黒く塗りつぶした部分である。）のそれぞれの被測定面１７ａに平行な面９１への投影面積Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，・・・ＳＮを算出し、これらの総面積をシリコン突出し面積とし、このシリコン突出し面積を、被測定面１７ａの面積で除してシリコン突出し面積率を算出する。
【００８２】
そして、以上で求められたシリコン突出し高さ及びシリコン突出し面積率を、それぞれ高さ基準値及び面積率基準値と比較して、摺動面の耐久性の合否を判定する。
【００８３】
この実施形態では、シリコン含有アルミニウム合金９５についての山１０１，１０２，１０３，・・・Ｎの投影面積Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，・・・ＳＮを求めるだけなので、例えば、図７（ｂ）に示したシリコン含有アルミニウム合金中のシリコン８０についての山８１，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ，８５の投影面積Ｓ１〜Ｓ６を求めるのに比べて、シリコン含有アルミニウム合金９５の中からシリコンを判別する時間を省くことができ、処理時間を短縮することができる。
【００８４】
尚、本実施形態では、シリコン含有アルミニウム合金について説明したが、これに限らずシリコン含有マグネシウム合金製、あるいは、シリコンを摺動材とし他の金属を母材とする金属基複合材料や、他の材料を摺動材としアルミニウム合金又はマグネシウム合金を母材とする金属基複合材料からなるスリーブの摺動面の評価に、本発明の摺動面評価方法及び摺動面評価装置を適用してもよい。
【００８５】
更に、本発明の摺動面評価方法及び摺動面評価装置を、薬液等の中で使用されるプラスチックベアリングであって窒化ケイ素等を含有したベアリングにおいて、その母材とシリコン等の摺動材とに輝度の違いがある場合に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の摺動面評価方法及び摺動面評価装置は、エンジンのスリーブの評価に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る摺動面評価装置の側面図である。
【図２】本発明に係る摺動面評価装置の構成を示す説明図である。
【図３】本発明に係る摺動面評価装置の演算・記憶部を説明するブロック図である。
【図４】本発明に係る摺動面評価方法を示す第１作用図である。
【図５】本発明に係る摺動面評価方法を示す第２作用図である。
【図６】本発明に係る摺動面評価方法を示す第３作用図である。
【図７】本発明に係る摺動面評価方法を示す第４作用図である。
【図８】本発明に係る摺動面評価方法の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明に係るシリコン突出し面積率の算出方法の別実施形態を示す作用図である。
【図１０】従来の摺動面評価装置の構成図である。
【図１１】従来の摺動面評価装置で得られた信号処理を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…摺動面評価装置、１７…複合材料（スリーブ）、１７Ａ…摺動面（内面）、１７ａ…被測定面、４９…照射部、５０…光検出部、５１…被測定面性状演算部、５３…判定部、５５…シリコン突出し高さ算出部、５６…シリコン突出し面積率算出部、７０…母材（アルミニウム合金）、８０…摺動材（シリコン）、９１…被測定面に平行な面、９５…シリコン含有アルミニウム合金、ＨＰＳ…シリコン突出し高さ、ＨＳ…度数分布の度数が最大になる高さ（基準高さ）、ＨＴ…所定高さ位置（面積計算しきい値）、Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１１〜ＳＮ…投影面積、ＳＬ…反射光信号（光検出信号）。
【図１】
2008051553.tif 000003
【図２】
2008051553.tif 000004
【図３】
2008051553.tif 000005
【図４】
2008051553.tif 000006
【図５】
2008051553.tif 000007
【図６】
2008051553.tif 000008
【図７】
2008051553.tif 000009
【図８】
2008051553.tif 000010
【図９】
2008051553.tif 000011
【図１０】
2008051553.tif 000012
【図１１】
2008051553.tif 000013