(57)【要約】【課題】  摺動部材において油溜まりの潤滑油の保持性を向上し、もって低摩擦性、耐磨耗性を向上すること。【解決手段】  摺動面をめっき皮膜で被覆した摺動部材において、前記めっき皮膜には、独立した空洞部が分散状態にて内在されていると共に、前記めっき皮膜の表面付近に分布する前記空洞部が前記めっき皮膜表面に開口していることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面をめっき皮膜で被覆した摺動部材において、
前記めっき皮膜には、独立した空洞部が分散状態にて内在されていると共に、前記めっき皮膜の表面付近に分布する前記空洞部が前記めっき皮膜表面に開口していることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記めっき皮膜の表面における前記空洞部の開口面積率が１０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記めっき皮膜は、前記空洞部を形成する樹脂マイクロカプセルが分散されたニッケル−リン複合めっき皮膜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。
【請求項４】
摺動面をめっき皮膜で被覆した摺動部材の製造方法において、
前記めっき皮膜として、樹脂マイクロカプセルが分散されているめっき皮膜を形成する工程と、
前記めっき皮膜の表面に分布する前記樹脂マイクロカプセルを焼失させる焼失工程と、
を備えたことを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記焼失工程では、前記めっき皮膜の硬度を高める温度にて行なう熱処理であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動部材の摺動面の表面処理技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関に用いられるピストンリング等の摺動部材の摺動面にめっき皮膜を形成することで耐磨耗性を確保することが広く行なわれている。また、摺動面の潤滑性を高めるためにめっき皮膜表面に油溜まりを形成することが知られている。例えば、特許文献１にはＣｒめっき浴中で正電、逆電とを交互に周期的に行なうことにより、油溜まりとなるクラックを生じさせることが記載されている。また、特許文献２には摺動面にショットピーニングで油溜まりとなる凹部を形成することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４８１５５号公報
【特許文献２】特開平７−１８８７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のような逆電エッチングにより得られるクラックは網目状をなすため、潤滑油が保持されずに流れ出てしまい、潤滑油の保持性が必ずしもよくない。また、特許文献２のようなショットピーニングにより形成される凹部は底が浅いためにやはり潤滑油の保持性が必ずもよくなく、磨耗が進行すれば更に底が浅くなって潤滑油の保持性が悪化する。また、摺動面の表面粗さが粗くなって低摩擦特性が得られ難い。
【０００５】
従って、本発明の目的は、摺動部材において油溜まりの潤滑油の保持性を向上し、もって低摩擦性、耐磨耗性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、摺動面をめっき皮膜で被覆した摺動部材において、前記めっき皮膜には、独立した空洞部が分散状態にて内在されていると共に、前記めっき皮膜の表面付近に分布する前記空洞部が前記めっき皮膜表面に開口していることを特徴とする摺動部材が提供される。
【０００７】
本発明によれば、前記めっき皮膜表面に開口した前記空洞部が潤滑油の油溜まりとなる。前記空洞部は前記めっき皮膜に分散状態にて内在しているので、前記めっき皮膜表面に開口する前記空洞部は多様な空洞となり、深さの深いもの、開口面積よりも前記めっき皮膜表面下に存する部分の断面積が広いもの、が形成される。また、前記空洞部は独立しているので複数の前記空洞部が連通して潤滑油が流れ出ることもない。従って、油溜まりの潤滑油の保持性を向上し、もって低摩擦性、耐磨耗性を向上することができる。また、長期間の使用により前記めっき皮膜表面の磨耗が進行しても、新たな前記空洞部が当該表面に開口し、長期間に渡って潤滑油の保持性を維持できる。
【０００８】
本発明においては、前記めっき皮膜の表面における前記空洞部の開口面積率が１０％以上５０％以下であることが望ましい。この構成によれば、十分な量の潤滑油を保持しつつ、めっき皮膜の割れや剥離が低減できる。
【０００９】
また、本発明においては、前記めっき皮膜は、前記空洞部を形成する樹脂マイクロカプセルが分散されたニッケル−リン複合めっき皮膜を挙げることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、摺動面をめっき皮膜で被覆した摺動部材の製造方法において、前記めっき皮膜として、樹脂マイクロカプセルが分散されているめっき皮膜を形成する工程と、前記めっき皮膜の表面に分布する前記樹脂マイクロカプセルを焼失させる焼失工程と、を備えたことを特徴とする摺動部材の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、前記樹脂マイクロカプセルにより形成される空洞部であって、前記めっき皮膜表面に開口した空洞部を得られ、この空洞部が潤滑油の油溜まりとなる。前記空洞部を形成する前記樹脂マイクロカプセルは前記めっき皮膜に分散しているので、前記めっき皮膜表面に開口する前記空洞部は多様な空洞となり、深さの深いもの、開口面積よりも前記めっき皮膜表面下に存する部分の断面積が広いもの、が形成される。また、前記空洞部は独立した空洞部となるので複数の前記空洞部が連通して潤滑油が流れ出ることもない。従って、油溜まりの潤滑油の保持性を向上し、もって低摩擦性、耐磨耗性を向上することができる。また、前記空洞部をより簡易に形成できる。
【００１２】
本発明において、前記焼失工程では、前記めっき皮膜の硬度を高める温度にて行なう熱処理である構成を採用できる。この構成によれば、前記樹脂マイクロカプセルの焼失と、前記めっき皮膜表面の熱処理とを同時に行なえ、また、潤滑油の保持性の高い油溜まりと、硬度の高い摺動面とを得られる。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べた通り、本発明によれば、摺動部材において油溜まりの潤滑油の保持性を向上し、もって低摩擦性、耐磨耗性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係るピストンリング１、図１（ｂ）はピストンリング１の摺動面の構造を示す模式図である。本実施形態ではピストンリングを例に挙げるが他の金属部材についても本発明は適用可能である。ピストンリング１はリング状の基材１ａの、摺動面となる外周面にめっき皮膜１ｂが被覆されている。めっき皮膜１ｂとしては、例えば、クロムめっき、ニッケル−リンめっき等のめっき皮膜が挙げられ、特に低摩擦性及び耐磨耗性の点でニッケル−リンめっきが好適である。
【００１５】
めっき皮膜１ｂには樹脂マイクロカプセル１ｃが分散されており、これにより、樹脂マイクロカプセル１ｃに囲包される空洞部１ｄが独立して分散状態にて内在されている。樹脂マイクロカプセル１ｃにより形成される空洞部１ｄのうち、めっき皮膜１ｂの表面付近に分布する空洞部１ｄは、めっき皮膜１ｂ表面に開口していると共に、それらを形成した樹脂マイクロカプセル１ｃは除去されている。樹脂マイクロカプセル１ｃは、例えば、めっき皮膜の厚さや所望の油溜まり率に応じて直径１μｍ〜１００μｍ程度のものを選定でき、樹脂の材料としては、例えば、ポリアミド、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレンが挙げられ、大気中の熱処理で焼失するものが望ましい。
【００１６】
本実施形態によれば、めっき皮膜１ｂ表面に開口した空洞部１ｄが潤滑油の油溜まりとなる。空洞部１ｄはめっき皮膜１ｂに分散状態にて内在しているので、めっき皮膜１ｂ表面に開口する空洞部１ｄは多様な空洞となり、深さの深いもの、めっき皮膜１ｂにおける開口面積よりもめっき皮膜１ｂ表面下に存する部分の断面積が広い、いわば注ぎ口の狭い壷状のもの、が形成される。また、空洞部１ｄは独立しているので複数の空洞部１ｄが連通して潤滑油が流れ出ることもない。従って、油溜まりの潤滑油の保持性を向上し、もって低摩擦性、耐磨耗性を向上することができる。また、長期間の使用によりめっき皮膜１ｂ表面の磨耗が進行しても、新たな空洞部１ｄが当該表面に開口し、長期間に渡って潤滑油の保持性を維持できる。
【００１７】
次に、ピストンリング１の製造方法の例について説明する。図２（ａ）乃至（ｃ）はピストンリング１の製造方法の説明図である。まず、ピストンリング１の基材１ａの外周面に樹脂マイクロカプセル１ｃが分散・含有されているめっき皮膜１ｂを形成する。めっき皮膜１ｂは、例えば、樹脂マイクロカプセル１ｃが分散・含有されたニッケル−リン複合めっき液を無電解めっきにより基材１ａの外周面に析出させて形成し、ニッケル−リン複合めっき皮膜として形成することができる。図２（ａ）は樹脂マイクロカプセル１ｃが分散・含有されためっき皮膜１ｂが形成された態様を示す。樹脂マイクロカプセル１ｃの中には、めっき皮膜１ｂの表面から突出しているものも存在する。
【００１８】
次に、めっき皮膜１ｂの表面を研磨する。図２（ｂ）は研磨後の態様を示す。めっき皮膜１ｂの表面は平滑化され、めっき皮膜１ｂの表面付近に分布する樹脂マイクロカプセル１ｃは破壊され、当該樹脂マイクロカプセル１ｃにより形成される空洞部１ｄはめっき皮膜１ｂの表面に開口している。この研磨工程を施すことによりめっき皮膜１ｂの表面を平滑化でき、低摩擦性を向上できる。
【００１９】
次に、めっき皮膜１ｂの表面に分布する樹脂マイクロカプセル１ｃを焼失させる焼失工程を行なう。図２（ｃ）は焼失後の態様を示す。めっき皮膜１ｂの表面付近に分布する樹脂マイクロカプセル１ｃが焼失し、当該樹脂マイクロカプセル１ｃにより形成されていた空洞部１ｄがめっき皮膜１ｂの表面に露出している。この空洞部１ｄと焼失した樹脂マイクロカプセル１ｃのシェルの厚み分とを合わせた空間が油溜まりとなる。
【００２０】
なお、上記の研磨工程を行なわずに焼失工程を行なってもよい。この場合もめっき皮膜１ｂの表面の平滑性を除き、同様の結果が得られる。また、樹脂マイクロカプセル１ｃは、空洞部１ｄがめっき皮膜１ｂの表面に開口することを条件として、必ずしも焼失させる必要はないが、摺動面の特性に影響を与えることも考えられることからここでは焼失させている。
【００２１】
また、上記の焼失工程は、めっき皮膜１ｂの硬度を高める温度にて行なう熱処理であることが望ましい。これにより、樹脂マイクロカプセル１ｃの焼失と、めっき皮膜１ｂ表面の熱処理とを同時に行なえ、また、潤滑油の保持性の高い油溜まりと、硬度の高い摺動面とを得られる。熱処理の温度は、めっき皮膜１ｂの種類及び目的とする表面硬度により異なり、また、樹脂マイクロカプセル１ｃの材料は熱処理の温度以下で焼失するものを使用すればよい。図４（ａ）はリンの含有率が異なるニッケル−りんめっきの硬度（Ｈｖ）と熱処理温度（摂氏）との関係を示す図であり、リンの含有率を１．１質量％〜１２．２質量％の範囲で変化させたものである。同図によれば、摂氏約３００度以上で７５０Ｈｖ以上の硬度が得られる。従って、ニッケル−リンめっきを採用して７５０Ｈｖ以上の表面硬度を得る場合、樹脂マイクロカプセル１ｃとして摂氏約３００度以下で焼失するものを使用すればよいことになる。
【実施例】
【００２２】
めっき皮膜１ｂの表面に開口した空洞部１ｄの総開口面積の、めっき皮膜１ｂの表面積に対する割合（開口面積率）と、摩擦係数及び磨耗量との関係について実験を行なった。図３（ａ）は実験に用いた実験装置Ａの概略図である。実験装置Ａは不図示の加圧装置により下方へ加圧可能なピンプレート１０と、不図示のモータにより回転駆動されるディスク２０と、を備える。ピンプレート１０はその中央に潤滑油の供給孔１１が設けてあり、その下面には複数のピン１２が設けられている。各ピン１２の下面には、上述した樹脂マイクロカプセル１ｃ及び空洞部１ｄを有するめっき皮膜１ｂである試験体３０を形成した。図３（ｂ）はピンプレート１０の平面視図であり、ピン１２は炭素鋼（ＳＫ３）からなり、略等間隔で３つ設けられている。ディスク２０は鋳鉄（ＦＣＨ１）からなる。
【００２３】
試験体３０は、リンの含有量が１２．２質量％のニッケル−リンめっきとし、これに分散・含有させる樹脂マイクロカプセルとしてポリアミドからなる直径２μｍ〜５μｍ程度のマイクロカプセルを用いた。また、樹脂マイクロカプセルの焼失を熱処理温度摂氏３５０度で行い、めっき皮膜表面の硬度を７５０Ｈｖとした。
【００２４】
また、試験体３０は空洞部１ｄの開口面積率が、５％、１０％、３０％、５０％、７０％のものをそれぞれ用意した。開口面積率は、めっき皮膜表面にアセトンを滴下後、スンププレートを張り込むことで開口部分の形状をスンププレートに転写し、転写したスンププレートの表面画像を顕微鏡を解してコンピュータに取り込み、画像解析により計測した。なお、樹脂マイクロカプセルのめっき液に対する添加量と開口面積率との関係は、添加量：１０ｍｌ／ｌで開口面積率：１０％で、４０ｍｌ／ｌで３０％、８０ｍｌ／ｌで５０％、であった。
【００２５】
また、比較例としてショットピーニング法による試験体３０と、クラック（マイクロチャンネル）による試験体３０も用いた。ショットピーニング法による試験体３０では、めっき皮膜表面に形成された凹部の輪郭が不鮮明であり開口面積率に相当する面積率は測定できなかった。クラックによる試験体３０は、逆電エッチングによりクラックを網目状に形成し、マイクロチャンネルとしたものであり、開口面積率に相当するクラックの開口面積率は３０％のものを用いた。
【００２６】
しかして、試験体３０を設けたピン１２のディスク２０に対する摺動速度が５ｍ／ｓ、ピンプレート１０のディスク２０に対する押圧荷重が６００Ｎの場合（ＰＶ値：高）と、摺動速度が１ｍ／ｓ、押圧荷重が１００Ｎの場合（ＰＶ値：低）と、の場合でそれぞれ試験を行い、ディスク２０の回転開始直後の摩擦係数と１時間後の摩擦係数、及び、ディスク２０の回転開始から１時間後のめっき皮膜の磨耗量をピン１２の高さ変化から求めた。摩擦係数はモータのトルク（電流値）から算出した。試験中、ピンプレート１０の供給孔１１から試験体３０に対して潤滑油として無添加油を滴下した。
【００２７】
図４（ｂ）はＰＶ値：高の場合の試験結果、図４（ｃ）はＰＶ値：低の場合の試験結果を示す。開口面積率が１０乃至５０％の試験体３０の実施例では、開始直後から１時間後まで安定した低い摩擦係数を示し、磨耗量も小さくなっている。これは空洞部１ｄが潤滑油を保持し、潤滑状態がよいためであると考えられる。但し、開口面積率が５％、７０％の場合は良好な結果が得られていない。これは、前者の場合は潤滑油の保持量が少ないこと、後者の場合は開口率が大きすぎることによるめっき皮膜の割れ、剥離を生じていたものと考えられる。従って、開口面積率は１０％以上５０％以下の範囲が望ましいと言える。
【００２８】
ショットピーニング法による試験体３０の場合で良好な結果が得られていないのは、めっき皮膜の表面が粗く、局部面圧が上昇していること、油溜まりの潤滑油の保持性が悪く、潤滑状態が厳しかったものと思われる。また、マイクロチャンネルの試験体３０の場合はＰＶ値が高い場合に良好な結果が得られていないが、これは面圧が高くなると潤滑油がマイクロチャンネル中を流動して排出されて保持されず、潤滑状態が厳しかったものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るピストンリング１、（ｂ）はピストンリング１の摺動面の構造を示す模式図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）はピストンリング１の製造方法の説明図である。
【図３】（ａ）は実験に用いた実験装置Ａの概略図、（ｂ）はピンプレート１０の平面視図である。
【図４】（ａ）はリンの含有率が異なるニッケル−りんめっきの硬度（Ｈｖ）と熱処理温度（摂氏）との関係を示す図、（ｂ）はＰＶ値：高の場合の試験結果、（ｃ）はＰＶ値：低の場合の試験結果を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１  ピストンリング
１ａ  基材
１ｂ  めっき皮膜
１ｃ  樹脂マイクロカプセル
１ｄ  空洞部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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