摺動部材
【課題】厳しい潤滑条件下においても、耐摩耗性及び低摩擦性が得られるように摺動部材を構成する。
【解決手段】相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材であって、第１部材の摺動面が、Ｃｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒを含有するメッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が、窒化ケイ素によって形成されている。
【解決手段】相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材であって、第１部材の摺動面が、Ｃｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒを含有するメッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が、窒化ケイ素によって形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性及び低摩擦性に優れた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、その他の機器の摺動面に、その耐摩耗性向上のために、Ｃｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させたＣｒ含有メッキ皮膜を形成することは知られている。例えば特許文献１には、有機スルフォン酸を含有するメッキ浴を用いてワークにＣｒＭｏメッキ皮膜を形成し、このメッキ皮膜にエッチング処理によって長さ１ｃｍあたり４００本以上１３００本以下のクラックを形成した後、このメッキ皮膜の表面を研削加工することにより、潤滑性が高い低摩擦の摺動面とすることが記載されている。特許文献２には、有機スルフォン酸を含有するメッキ浴を用いてワークにＣｒＭｏメッキ皮膜を形成するにあたり、有機スルフォン酸の添加量を調整することにより、ＣｒＭｏメッキ層表面での（２２２）配向結晶の該存在率を６０％以上８０％以下とし、耐摩耗性と低摩擦性とを有するメッキ皮膜とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１９７５６号公報
【特許文献２】特開２００７−２９１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
摺動部材には一般に耐摩耗性及び低摩擦性が要求され、例えば自動車エンジンのピストンや動弁系の摺動部材では、エンジンの信頼性を確保するために耐摩耗性に優れていること、燃費性能向上のために低い摩擦係数を発現することが求められる。ロータリピストンエンジンの例で言えば、その作動室を形成するロータハウジングのトロコイド面に硬質ＣｒＭｏメッキ皮膜が形成され、このトロコイド面を摺動するアペックスシールにはチル鋳鉄が採用されて、上記要求を満たすようにされている。
【０００５】
しかし、硬質ＣｒＭｏメッキ皮膜の硬さはＨＶ１０００程度であるのに対し、アペックスシールに採用されているチル鋳鉄の硬さはＨＶ６５０程度であるため、潤滑オイルが極少量であるなど、潤滑条件が厳しい場合には、アペックスシールの摩耗量が一方的に増加していく現象を生ずる場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、厳しい潤滑条件下においても、耐摩耗性及び低摩擦性が得られるように摺動部材を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、相互に摺動する２つの部材の摺動面材質として高速Ｃｒメッキと窒化ケイ素とを組み合わせた。
【０００８】
すなわち、本発明の一つの観点は、相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材であって、第１部材の摺動面が、Ｃｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒを含有するメッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が、窒化ケイ素によって形成されていることを特徴とする。
【０００９】
第１部材の摺動面を形成するＣｒ含有メッキ皮膜は、有機スルフォン酸がメッキ析出速度を高める触媒として働いて形成されており、いわゆる高速メッキ皮膜である。このＣｒ含有メッキ皮膜は、その硬さは従来の硬質Ｃｒメッキと同等レベル（ＨＶ１０００程度）であるが、メッキ浴への有機スルフォン酸の添加により、ミラー指数（２２２）の結晶面が皮膜表面側を向いた（２２２）配向Ｃｒ結晶（ＢＣＣ）の存在率が高くなっており、また、圧縮残留応力も高くなっている。
【００１０】
そうして、第１部材の摺動面は、上述の如きＣｒ含有メッキ皮膜によって形成されているから、第２部材の摺動面がＨＶ１５００前後の硬い窒化ケイ素で形成されていても、当該摺動による摩耗が少なくなる。また、第２部材の窒化ケイ素によって形成された摺動面も、第１部材の摺動面が上述の如きＣｒ含有メッキ皮膜によって形成されているために、摩耗が少なくなる。また、このようなＣｒ含有メッキ皮膜と窒化ケイ素との組み合わせにより、第１部材の摺動面と第２部材の摺動面との摩擦特性も改善される（摩擦係数が低くなる）。
【００１１】
好ましい実施形態では、上記メッキ皮膜は、Ｘ線回折分析により特定される（２２２）面が表面側を向いた（２２２）配向結晶の、該メッキ皮膜表面での存在率が６０％以上８０％以下である。
【００１２】
上記（２２２）面は、Ｃｒ結晶の原子が最密充填された結晶面であり、結晶格子間隔が最も狭い。従って、窒化ケイ素摺動面との相対的な摺動によって外力が作用したときに生ずる結晶の歪みが大きくなる。このため、（２２２）配向のＣｒ結晶の存在率が高い当該メッキ皮膜は、元来高い圧縮残留応力を有するところ、外力によってその内部圧縮応力の高まる度合いが大きい。
【００１３】
そうして、Ｃｒ結晶の酸化は、酸素がＣｒメッキ皮膜表面から内部に拡散することによって生じ、その結果として、このＣｒメッキ皮膜表面にＣｒ酸化皮膜が形成される。ところが、上述の如く圧縮応力が高いＣｒメッキ皮膜においては、結晶格子間隔が狭められていることから、酸素の拡散を生じ難くなっている。このため、通常の使用環境で生ずるＣｒ酸化皮膜は薄くなり、該皮膜の表面から内部に向かう内部応力の勾配が急になる。
【００１４】
その結果、第１部材と第２部材との相対的な摺動時に、上記Ｃｒ酸化皮膜が剥離し易くなり、或いはＣｒ酸化皮膜内部での劈開を生じて部分的に欠けやすくなり、摩擦力、換言すれば摺動抵抗が小さくなる。すなわち、摺動時にＣｒ酸化皮膜と窒化ケイ素とが部分的に凝着し、その凝着部分をＣｒ酸化皮膜或いはＣｒメッキ皮膜から剥がすために必要なせん断力が摩擦力となるところ、上述の如くＣｒ酸化皮膜が薄く、剥離ないしは内部劈開を生じ易いことから、固体潤滑剤的な作用を生じて摩擦力が小さくなるものである。
【００１５】
なお、当該メッキ皮膜表面における上記（２２２）配向結晶の存在率が８０％を超えると、さらに応力が高まることにより、酸化の進行を抑制するように作用する。その結果、摺動面に形成されるＣｒ酸化皮膜の厚さが過度に薄くなり、相手材との摺動に伴い、これら酸化皮膜の欠落が増加する。これに伴い、下地のメッキ皮膜本体の露出が顕著となり、金属同士の凝着を引き起こすため、好ましくない。
【００１６】
上述の薄く剥離ないしは内部劈開を生じ易いＣｒ酸化皮膜が形成されるようにするためには、上記Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力を２０ＭＰａ以上、さらには４０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【００１７】
また、上記Ｃｒ酸化皮膜の厚さは上記（２２２）配向結晶の平均結晶子径よりも小さくなっていることが好ましい。すなわち、Ｃｒ酸化皮膜の厚さが（２２２）配向結晶子のサイズと略同程度か、それよりも厚くなってしまっている場合、それは、当該（２２２）配向結晶子全体が酸化されていることに他ならない。そうなると、摺動時に該結晶子が脱落し易くなって、過剰摩耗の原因になってしまう。
【００１８】
但し、Ｃｒ酸化皮膜の厚さが当該結晶子径が比して薄くなり過ぎているケースも好ましいものではない。このケースは、当該結晶子径が過度に大きいときに生ずるが、それは、Ｃｒ酸化皮膜が一つの結晶子に対して広い面積で結合した状態になっていることを意味し、該Ｃｒ酸化皮膜が当該メッキ皮膜から剥離し難くなる、つまり、摩擦係数が大きくなる。従って、Ｃｒ酸化皮膜は、上記結晶子径の例えば１／５以上１／１未満の厚さになることが好ましい。
【００１９】
本発明の別の観点は、相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材において、第１部材の摺動面が、Ｃｒを含有し２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するメッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が窒化ケイ素によって形成されていることである。
【００２０】
すなわち、上述の如く、Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力が高くなると、通常の使用環境で生ずるＣｒ酸化皮膜は薄くなり、該Ｃｒ酸化皮膜の剥離性ないし劈開性が高くなる。このため、当該第１部材の圧縮残留応力が高いＣｒ含有メッキ皮膜よりなる摺動面と、第２部材の窒化ケイ素よりなる摺動面との組み合わせにおいては、互いの摺動面の摩耗が少なくなり、低摩擦特性の確保にも有利になる。上記Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力は４０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。圧縮残留応力の上限は１２０ＭＰａとすることが好ましい。
【００２１】
このような圧縮残留応力が高いＣｒ含有メッキ皮膜は、上述の有機スルフォン酸を触媒とする高速メッキ法によって得ることができるが、フッ化物など他の触媒をメッキ浴に添加して析出速度を高めることによっても得ることができる。
【００２２】
以上に述べた第１部材の摺動面を形成するＣｒ含有メッキ皮膜は、Ｃｒの多結晶体で形成する他、Ｃｒを主成分とするＣｒＭｏ合金メッキで形成するようにしてもよい。Ｍｏの添加によりメッキ皮膜の結晶の微細化、強度の向上、耐熱性の向上が図れ、潤滑性の向上、低摩擦化（摩擦係数の低減）、焼き付き防止に有利になる。Ｍｏ共析量は０．３％以上１．０％以下が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材において、第１部材の摺動面が、有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒ含有メッキ皮膜によって形成され、或いは２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するＣｒ含有メッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が窒化ケイ素によって形成されているから、第１部材及び第２部材の摺動面の摩耗が少なくなるとともに、摩擦特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用したロータリピストンエンジンを概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る摺動部材のＣｒ含有メッキ皮膜表面部の構造を模式的に示す図である。
【図３】Ｃｒ含有メッキ皮膜の（２２２）面存在率と内部応力との関係を示すグラフ図である。
【図４】摩擦摩耗特性試験機を概略的に示す図（（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図）である。
【図５】種々の摺動面材質の組み合わせでピンオンディスク摩擦摩耗試験を行なったときのピン高さ摩耗量を示すグラフ図である。
【図６】種々の摺動面材質の組み合わせでピンオンディスク摩擦摩耗試験を行なったときのディスク摩耗量を示すグラフ図である。
【図７】種々の摺動面材質の組み合わせでピンオンディスク摩擦摩耗試験を行なったときの摩擦係数の経時変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２６】
図１は実施形態に係るロータリーピストンエンジンの簡略図であり、第１部材としてのロータハウジング１のトロコイド面（摺動面）２を、出力軸３を回転させるロータ４の各頂部に装着された第２部材としてのアペックスシール５の頂面（摺動面）が摺動するようになっている。このエンジンでは、吸気口６からオイルを含む燃料が空気と共に作動室７に吸入され、ロータ４の回転に伴って圧縮されつつ矢印８の方向に移動した燃料が点火プラグ９Ａ，９Ｂにより着火されて膨張し、燃焼ガスの圧力によって出力軸３に回転を与えた後、排気口１０から排気される、という一連の行程が繰り返されることになる。
【００２７】
ロータハウジング１は、トロコイド面２が形成された例えば高張力鋼板製のライナーをアルミ合金に鋳ぐるむなどして製作される。そのトロコイド面２は、アペックスシール５が摺動するため、高い耐熱性、耐摩耗性、低摩擦性が要求される。そのため、トロコイド面２には高速メッキ法によるＣｒ含有メッキ皮膜が形成されている。一方、アペックスシール５は、窒化ケイ素によって形成されている。
【００２８】
図２はＣｒ含有メッキ皮膜１０を模式的に示すものであり、同図において、１１はＸ線回折分析により特定される（２２２）面が皮膜表面側を向いた（２２２）配向Ｃｒ結晶、１２は結晶配向が異なるその他のＣｒ結晶である。このＣｒ含有メッキ皮膜１０の表面に、（２２２）配向Ｃｒ結晶１１及び他のＣｒ結晶１２の部位に生成した酸化物１１ａ，１２ａよりなるＣｒ酸化皮膜１３が形成されている。Ｃｒ含有メッキ皮膜１０の表面における（２２２）配向Ｃｒ結晶１１の存在率は６０％以上８０％以下であり、また、Ｃｒ含有メッキ皮膜１０は２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有する。
【００２９】
このようなＣｒ含有メッキ皮膜１０は、メッキ浴及びメッキ条件の調整により形成することができる。
【００３０】
＜Ｃｒ含有メッキ皮膜の形成方法＞
Ｃｒ成分、硫酸及び触媒としての有機スルフォン酸を含み、さらに必要に応じてＭｏ成分を含むメッキ浴にライナーを入れて所定温度に予熱し、数分間の逆電処理によってライナー表面を洗浄した後、数分間のストライクメッキ処理（正電処理）及び所定時間の本メッキ処理（正電処理）を順に行なうことによって、トロコイド面にＣｒ含有メッキ皮膜を形成する。
【００３１】
Ｃｒ成分としては、無水クロム酸ＣｒＯ３が好ましく、必要に応じてＣｒ２Ｏ３を添加する。Ｍｏ成分としては、モリブデン酸ナトリウムやモリブデン酸アンモニウムを採用することができる。有機スルフォン酸としては、ＨＳＯ３Ｒで表され、Ｒが、メチル基、エチル基等の炭素数１０以下の脂肪族炭化水素基、パラ位置にメチル基を有するトルエン、不飽和炭化水素基を有するスチレンなど１つの芳香環に非環式炭化水素が結合した芳香族炭化水素基であることが好ましい。Ｒは他の芳香族炭化水素基であってもよいし、スルフォン酸基（ＨＳＯ３）は複数個あってもよい。具体的にはメタンスルフォン酸、メタンジスルフォン酸等が挙げられる。
【００３２】
メッキ浴は、例えば、無水クロム酸を２４０ｇ／Ｌ以上２８０ｇ／Ｌ以下、硫酸イオン量を２．５ｇ／Ｌ以上３．３ｇ／Ｌ以下、有機スルフォン酸量を１０ｍｌ／Ｌ以上３５ｍｌ／Ｌ以下、モリブデン酸ナトリウム量を５０ｇ／Ｌ以上６５ｇ／Ｌ以下とすればよい。メッキ浴温度は例えば５０℃以上６０℃以下に調整する。
【００３３】
洗浄用逆電処理の電流密度は、５０Ａ／ｄｍ２以上６０Ａ／ｄｍ２以下、ストライクメッキ処理の電流密度は４０Ａ／ｄｍ２以上５５Ａ／ｄｍ２以下、本メッキ処理の電流密度は３０Ａ／ｄｍ２以上４０Ａ／ｄｍ２以下とすればよい。仕上げ研削加工はホーニング等により行ない、メッキ皮膜表面が例えばＲａ２．０μｍ以下となるようにすることが好ましい。
【００３４】
Ｃｒ含有メッキ皮膜における（２２２）配向結晶の存在率及び圧縮残留応力は上記有機スルフォン酸の添加量によって調整することができる。
【００３５】
すなわち、有機スルフォン酸をメッキ浴に添加すると、メッキ析出速度が高まるとともに、（２２２）配向結晶の存在率が高くなり、また、圧縮残留応力が高くなる。これは、有機スルフォン酸は極性が強いことから、ワーク表面に吸着し易く、そのことによって、Ｃｒの析出ポイントが従来とは異なるものになり、Ｃｒ含有メッキの結晶配向性が（２２２）面を増加させるように働くと考えられる。有機スルフォン酸の濃度が高くなるほど、（２２２）配向結晶の割合は増加する。それに伴って、Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力が増大する。
【００３６】
＜実施例及び比較例＞
メッキ浴における触媒（有機スルフォン酸）の添加量を変化させて鋼製ワークの表面にＣｒＭｏメッキ皮膜を形成した。メッキ浴組成は表１の通りであり、触媒添加量を０ｍｌ／Ｌから３０ｍｌ／Ｌで変化させた。触媒、すなわち、有機スルフォン酸としては、アトテック社製のHeef２５−Ｒを用いた。メッキ条件は表２に示す通りである。表２において、「Ａ／ｄｍ2 」は電流密度、時間は処理時間を表している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
−触媒添加量と（２２２）配向結晶の存在率との関係−
上記触媒添加量が異なる各ＣｒＭｏメッキ皮膜の、表面側を向いた各結晶面の存在率をＸ線回折分析によって測定した。測定は、供試材のＣｒＭｏメッキ面の仕上げ研削加工後に理学電機株式会社製Ｘ線回折装置ＲＵ−２００を用いて表３に示す条件で行なった。結果を表４に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
表４によれば、触媒として有機スルフォン酸を添加した実施例１〜３では、同触媒を添加していない比較例よりも、（２２２）配向結晶の存在率が高くなり（６０％以上）、また、触媒添加量が多くなるに従って（２２２）配向結晶の存在率が高くなっている。
【００４３】
−触媒添加量と内部応力及び平均結晶子径との関係−
上記実施例１〜３及び比較例各々について、上記研削加工後のＣｒＭｏメッキ皮膜の内部応力をＸ線応力測定法によって測定した。その測定は、理学電機株式会社製ストレインフレックスＰＳＰＣ／ＭＳＦ−２Ｍを用いて表５に示す条件で行なった。ＣｒＭｏメッキ皮膜平均結晶子径については、上記Ｘ線回折装置によって得られたＸ線回折パターンに基いて、シェラーの式（結晶子径Ｄ（ｈｋｌ）＝０．９λ／（β１／２・cosθ），ここで、ｈｋｌはミラー指数、λは特性Ｘ線の波長（オングストローム）、β１／２は（ｈｋｌ）面の半価幅（ラジアン）、θはＸ線反射角度である。）により求めた。結果を（２２２）配向結晶の存在率と共に表６に示す。
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
表６の内部応力に関し、プラス値は引張応力であり、マイナス値は圧縮応力である。表６によれば、実施例１〜３ではＣｒＭｏメッキ皮膜が圧縮残留応力を有し、触媒添加量が多くなるほど圧縮残留応力が大きくなることがわかる。圧縮残留応力が高くなると、メッキ皮膜表面から内部への酸素の拡散を生じ難くなるため、メッキ皮膜表面に形成されるＣｒ酸化皮膜は薄くなる。
【００４７】
すなわち、実施例の場合、有機スルフォン酸の添加により、表４に示すようにＣｒ結晶（ＢＣＣ）の原子が最密充填され結晶格子間隔が狭い（２２２）面の存在率が高く、ＣｒＭｏメッキ皮膜の圧縮残留応力が高くなっている。また、研削加工によってＣｒＭｏメッキ皮膜に対してその表面に沿う方向の外力が加わると、Ｃｒ結晶格子に歪みを生ずるが、（２２２）面は結晶格子間隔が狭いことから、その格子が変形されて生ずる結晶の歪みが大きくなり、そのことによって、圧縮残留応力がさらに高まる。そうして、Ｃｒ酸化皮膜は、酸素がＣｒメッキ層表面から内部に拡散することによって生ずるが、上述の如く圧縮応力が高い実施例のＣｒメッキ層においては、結晶格子間隔が狭められて酸素の拡散を生じ難くなっているから、Ｃｒ酸化皮膜の厚さが薄くなるものである。
【００４８】
透過電子顕微鏡による観察によれば、実施例３では、Ｃｒ酸化皮膜は、厚さが６．６ｎｍ、層数が７９層であり、表面が平滑になっていた。これに対して、比較例では、Ｃｒ酸化皮膜は、厚さが５２．９ｎｍ、層数が６３４層であり、表面が凸凹になっていた。なお、層数は、上記Ｘ線回折分析で観測された（２２２）面の回折角度から、ブラッグの式（２ｄsinθ＝ｎλ，ここで、ｄ；格子面間隔，θ；回折角度，λ；Ｍｏ-Ｋαの波長，ｎ＝１）により、結晶格子面間隔０．０８３４ｎｍを求め、Ｃｒ酸化皮膜の厚みをこの結晶格子面間隔で除して得た。
【００４９】
また、実施例３及び比較例の（２２２）配向の結晶子径は１５ｎｍ程度であり、実施例３の場合、Ｃｒ酸化皮膜は結晶子径の半分以下の厚さになっている。これに対して、比較例ではＣｒ酸化皮膜の厚さは当該結晶子径の数倍の厚さになっている。
【００５０】
図３は（２２２）配向結晶の存在率と内部応力との関係をグラフ化したものである。ＣｒＭｏメッキ皮膜の（２２２）配向結晶の存在率が高くなるに従って、その圧縮残留応力が高くなること、（２２２）面の存在率を６０％以上にすると、圧縮残留応力が２０ＭＰａ以上になることがわかる。
【００５１】
＜摩擦摩耗特性評価試験＞
相互に摺動する２つの部材の摺動面に適用する種々の摺動面材質の組み合わせについて、図４に示すピンオンディスク摩擦摩耗試験機を用いて、摩擦摩耗特性を評価した。図４において、２１は回転台２２に支持されたディスク、２３はディスク２１の周方向に１２０度の角度間隔をおいてディスク２１の上に配置されたピンである。
【００５２】
ディスク２１には、３個のピン２３に対応する位置を巡るように高速ＣｒＭｏメッキ皮膜又は普通ＣｒＭｏメッキ皮膜を環状に形成した。ここに、高速ＣｒＭｏメッキ皮膜は、上記実施例３のメッキ条件（有機スルフォン酸添加量３０ｍｌ／Ｌ）に係るものであり、普通ＣｒＭｏメッキ皮膜は、上記比較例３のメッキ条件（有機スルフォン酸添加量０ｍｌ／Ｌ）に係るものである。ピン２３は、窒化ケイ素、チル鋳鉄、ジルコニア（ＰＳＺ）、炭化ケイ素又は超硬（ＷＣ−Ｃｏ）にて形成した。
【００５３】
摩擦摩耗試験は、潤滑状態で行ない、荷重は５４０Ｎ、ピン２３の周速は１ｍ／秒、時間は６０分とし、潤滑油としては無添加タービン油を用いた。
【００５４】
図５はピン摩耗量の試験結果を示す。ピンを窒化ケイ素で形成した場合は、ディスクのメッキが高速ＣｒＭｏメッキ及び普通ＣｒＭｏメッキのいずれであっても、チル鋳鉄やジルコニア（ＰＳＺ）の場合よりも、ピン摩耗量が格段に少ない。さらに、窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせの方が、窒化ケイ素−普通ＣｒＭｏメッキの組み合わせの場合よりも、ピン摩耗量が少ない。
【００５５】
図６はディスクのメッキ摩耗量の試験結果を示す。窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、チル鋳鉄−高速ＣｒＭｏメッキ、チル鋳鉄−普通ＣｒＭｏメッキ、及びジルコニア(ＰＳＺ)−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせと同程度に、メッキ摩耗量が少なく、窒化ケイ素−普通ＣｒＭｏメッキの組み合わせのみが極端にメッキ摩耗量が多いという結果になっている。
【００５６】
なお、炭化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキ、及び超硬（ＷＣ−Ｃｏ）−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせでは、スカッフ（焼き付き）発生のために摩耗試験を中止した。
【００５７】
図７は各種の摺動面材質の組み合わせでの摩擦係数の経時変化を示す。チル鋳鉄−普通ＣｒＭｏメッキ、チル鋳鉄−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせでは、試験開始から数分ないし十数分で摩擦係数が比較的高い値になっている。窒化ケイ素−普通ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、摩擦係数は試験開始後しばらくは低いものの、２０分を経過した頃から上昇し始めている。これに対して、窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、試験開始から摩擦係数が比較的低い値を保った試験終了に至っている。
【００５８】
なお、ジルコニア(ＰＳＺ)−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、摩擦係数が低くなっているが、これは、図５からわかるように、ピンが多量に摩耗して面圧が下がった結果である。また、炭化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキ、及び超硬（ＷＣ−Ｃｏ）−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせでは、スカッフ発生のために摩擦試験を中止した。
【００５９】
以上のように、窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせによれば、ピン摩耗量及びディスクのメッキ摩耗量が共に少なく、また、良好な低摩擦特性を示すことから、エンジンなど各種機器の摺動部材に当該組み合わせを採用すると、厳しい潤滑条件下でも、機器の作動に高い信頼性が得られることがわかる。
【符号の説明】
【００６０】
１ ロータハウジング（第１部材）
２ トロコイド面（摺動面）
５ アペックスシール（第２部材）
１０ Ｃｒ含有メッキ皮膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性及び低摩擦性に優れた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、その他の機器の摺動面に、その耐摩耗性向上のために、Ｃｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させたＣｒ含有メッキ皮膜を形成することは知られている。例えば特許文献１には、有機スルフォン酸を含有するメッキ浴を用いてワークにＣｒＭｏメッキ皮膜を形成し、このメッキ皮膜にエッチング処理によって長さ１ｃｍあたり４００本以上１３００本以下のクラックを形成した後、このメッキ皮膜の表面を研削加工することにより、潤滑性が高い低摩擦の摺動面とすることが記載されている。特許文献２には、有機スルフォン酸を含有するメッキ浴を用いてワークにＣｒＭｏメッキ皮膜を形成するにあたり、有機スルフォン酸の添加量を調整することにより、ＣｒＭｏメッキ層表面での（２２２）配向結晶の該存在率を６０％以上８０％以下とし、耐摩耗性と低摩擦性とを有するメッキ皮膜とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１９７５６号公報
【特許文献２】特開２００７−２９１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
摺動部材には一般に耐摩耗性及び低摩擦性が要求され、例えば自動車エンジンのピストンや動弁系の摺動部材では、エンジンの信頼性を確保するために耐摩耗性に優れていること、燃費性能向上のために低い摩擦係数を発現することが求められる。ロータリピストンエンジンの例で言えば、その作動室を形成するロータハウジングのトロコイド面に硬質ＣｒＭｏメッキ皮膜が形成され、このトロコイド面を摺動するアペックスシールにはチル鋳鉄が採用されて、上記要求を満たすようにされている。
【０００５】
しかし、硬質ＣｒＭｏメッキ皮膜の硬さはＨＶ１０００程度であるのに対し、アペックスシールに採用されているチル鋳鉄の硬さはＨＶ６５０程度であるため、潤滑オイルが極少量であるなど、潤滑条件が厳しい場合には、アペックスシールの摩耗量が一方的に増加していく現象を生ずる場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、厳しい潤滑条件下においても、耐摩耗性及び低摩擦性が得られるように摺動部材を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、相互に摺動する２つの部材の摺動面材質として高速Ｃｒメッキと窒化ケイ素とを組み合わせた。
【０００８】
すなわち、本発明の一つの観点は、相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材であって、第１部材の摺動面が、Ｃｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒを含有するメッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が、窒化ケイ素によって形成されていることを特徴とする。
【０００９】
第１部材の摺動面を形成するＣｒ含有メッキ皮膜は、有機スルフォン酸がメッキ析出速度を高める触媒として働いて形成されており、いわゆる高速メッキ皮膜である。このＣｒ含有メッキ皮膜は、その硬さは従来の硬質Ｃｒメッキと同等レベル（ＨＶ１０００程度）であるが、メッキ浴への有機スルフォン酸の添加により、ミラー指数（２２２）の結晶面が皮膜表面側を向いた（２２２）配向Ｃｒ結晶（ＢＣＣ）の存在率が高くなっており、また、圧縮残留応力も高くなっている。
【００１０】
そうして、第１部材の摺動面は、上述の如きＣｒ含有メッキ皮膜によって形成されているから、第２部材の摺動面がＨＶ１５００前後の硬い窒化ケイ素で形成されていても、当該摺動による摩耗が少なくなる。また、第２部材の窒化ケイ素によって形成された摺動面も、第１部材の摺動面が上述の如きＣｒ含有メッキ皮膜によって形成されているために、摩耗が少なくなる。また、このようなＣｒ含有メッキ皮膜と窒化ケイ素との組み合わせにより、第１部材の摺動面と第２部材の摺動面との摩擦特性も改善される（摩擦係数が低くなる）。
【００１１】
好ましい実施形態では、上記メッキ皮膜は、Ｘ線回折分析により特定される（２２２）面が表面側を向いた（２２２）配向結晶の、該メッキ皮膜表面での存在率が６０％以上８０％以下である。
【００１２】
上記（２２２）面は、Ｃｒ結晶の原子が最密充填された結晶面であり、結晶格子間隔が最も狭い。従って、窒化ケイ素摺動面との相対的な摺動によって外力が作用したときに生ずる結晶の歪みが大きくなる。このため、（２２２）配向のＣｒ結晶の存在率が高い当該メッキ皮膜は、元来高い圧縮残留応力を有するところ、外力によってその内部圧縮応力の高まる度合いが大きい。
【００１３】
そうして、Ｃｒ結晶の酸化は、酸素がＣｒメッキ皮膜表面から内部に拡散することによって生じ、その結果として、このＣｒメッキ皮膜表面にＣｒ酸化皮膜が形成される。ところが、上述の如く圧縮応力が高いＣｒメッキ皮膜においては、結晶格子間隔が狭められていることから、酸素の拡散を生じ難くなっている。このため、通常の使用環境で生ずるＣｒ酸化皮膜は薄くなり、該皮膜の表面から内部に向かう内部応力の勾配が急になる。
【００１４】
その結果、第１部材と第２部材との相対的な摺動時に、上記Ｃｒ酸化皮膜が剥離し易くなり、或いはＣｒ酸化皮膜内部での劈開を生じて部分的に欠けやすくなり、摩擦力、換言すれば摺動抵抗が小さくなる。すなわち、摺動時にＣｒ酸化皮膜と窒化ケイ素とが部分的に凝着し、その凝着部分をＣｒ酸化皮膜或いはＣｒメッキ皮膜から剥がすために必要なせん断力が摩擦力となるところ、上述の如くＣｒ酸化皮膜が薄く、剥離ないしは内部劈開を生じ易いことから、固体潤滑剤的な作用を生じて摩擦力が小さくなるものである。
【００１５】
なお、当該メッキ皮膜表面における上記（２２２）配向結晶の存在率が８０％を超えると、さらに応力が高まることにより、酸化の進行を抑制するように作用する。その結果、摺動面に形成されるＣｒ酸化皮膜の厚さが過度に薄くなり、相手材との摺動に伴い、これら酸化皮膜の欠落が増加する。これに伴い、下地のメッキ皮膜本体の露出が顕著となり、金属同士の凝着を引き起こすため、好ましくない。
【００１６】
上述の薄く剥離ないしは内部劈開を生じ易いＣｒ酸化皮膜が形成されるようにするためには、上記Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力を２０ＭＰａ以上、さらには４０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【００１７】
また、上記Ｃｒ酸化皮膜の厚さは上記（２２２）配向結晶の平均結晶子径よりも小さくなっていることが好ましい。すなわち、Ｃｒ酸化皮膜の厚さが（２２２）配向結晶子のサイズと略同程度か、それよりも厚くなってしまっている場合、それは、当該（２２２）配向結晶子全体が酸化されていることに他ならない。そうなると、摺動時に該結晶子が脱落し易くなって、過剰摩耗の原因になってしまう。
【００１８】
但し、Ｃｒ酸化皮膜の厚さが当該結晶子径が比して薄くなり過ぎているケースも好ましいものではない。このケースは、当該結晶子径が過度に大きいときに生ずるが、それは、Ｃｒ酸化皮膜が一つの結晶子に対して広い面積で結合した状態になっていることを意味し、該Ｃｒ酸化皮膜が当該メッキ皮膜から剥離し難くなる、つまり、摩擦係数が大きくなる。従って、Ｃｒ酸化皮膜は、上記結晶子径の例えば１／５以上１／１未満の厚さになることが好ましい。
【００１９】
本発明の別の観点は、相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材において、第１部材の摺動面が、Ｃｒを含有し２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するメッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が窒化ケイ素によって形成されていることである。
【００２０】
すなわち、上述の如く、Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力が高くなると、通常の使用環境で生ずるＣｒ酸化皮膜は薄くなり、該Ｃｒ酸化皮膜の剥離性ないし劈開性が高くなる。このため、当該第１部材の圧縮残留応力が高いＣｒ含有メッキ皮膜よりなる摺動面と、第２部材の窒化ケイ素よりなる摺動面との組み合わせにおいては、互いの摺動面の摩耗が少なくなり、低摩擦特性の確保にも有利になる。上記Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力は４０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。圧縮残留応力の上限は１２０ＭＰａとすることが好ましい。
【００２１】
このような圧縮残留応力が高いＣｒ含有メッキ皮膜は、上述の有機スルフォン酸を触媒とする高速メッキ法によって得ることができるが、フッ化物など他の触媒をメッキ浴に添加して析出速度を高めることによっても得ることができる。
【００２２】
以上に述べた第１部材の摺動面を形成するＣｒ含有メッキ皮膜は、Ｃｒの多結晶体で形成する他、Ｃｒを主成分とするＣｒＭｏ合金メッキで形成するようにしてもよい。Ｍｏの添加によりメッキ皮膜の結晶の微細化、強度の向上、耐熱性の向上が図れ、潤滑性の向上、低摩擦化（摩擦係数の低減）、焼き付き防止に有利になる。Ｍｏ共析量は０．３％以上１．０％以下が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、相互に摺動する摺動面を有する第１部材と第２部材とが組み合わされてなる摺動部材において、第１部材の摺動面が、有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒ含有メッキ皮膜によって形成され、或いは２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するＣｒ含有メッキ皮膜によって形成され、第２部材の摺動面が窒化ケイ素によって形成されているから、第１部材及び第２部材の摺動面の摩耗が少なくなるとともに、摩擦特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用したロータリピストンエンジンを概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る摺動部材のＣｒ含有メッキ皮膜表面部の構造を模式的に示す図である。
【図３】Ｃｒ含有メッキ皮膜の（２２２）面存在率と内部応力との関係を示すグラフ図である。
【図４】摩擦摩耗特性試験機を概略的に示す図（（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図）である。
【図５】種々の摺動面材質の組み合わせでピンオンディスク摩擦摩耗試験を行なったときのピン高さ摩耗量を示すグラフ図である。
【図６】種々の摺動面材質の組み合わせでピンオンディスク摩擦摩耗試験を行なったときのディスク摩耗量を示すグラフ図である。
【図７】種々の摺動面材質の組み合わせでピンオンディスク摩擦摩耗試験を行なったときの摩擦係数の経時変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２６】
図１は実施形態に係るロータリーピストンエンジンの簡略図であり、第１部材としてのロータハウジング１のトロコイド面（摺動面）２を、出力軸３を回転させるロータ４の各頂部に装着された第２部材としてのアペックスシール５の頂面（摺動面）が摺動するようになっている。このエンジンでは、吸気口６からオイルを含む燃料が空気と共に作動室７に吸入され、ロータ４の回転に伴って圧縮されつつ矢印８の方向に移動した燃料が点火プラグ９Ａ，９Ｂにより着火されて膨張し、燃焼ガスの圧力によって出力軸３に回転を与えた後、排気口１０から排気される、という一連の行程が繰り返されることになる。
【００２７】
ロータハウジング１は、トロコイド面２が形成された例えば高張力鋼板製のライナーをアルミ合金に鋳ぐるむなどして製作される。そのトロコイド面２は、アペックスシール５が摺動するため、高い耐熱性、耐摩耗性、低摩擦性が要求される。そのため、トロコイド面２には高速メッキ法によるＣｒ含有メッキ皮膜が形成されている。一方、アペックスシール５は、窒化ケイ素によって形成されている。
【００２８】
図２はＣｒ含有メッキ皮膜１０を模式的に示すものであり、同図において、１１はＸ線回折分析により特定される（２２２）面が皮膜表面側を向いた（２２２）配向Ｃｒ結晶、１２は結晶配向が異なるその他のＣｒ結晶である。このＣｒ含有メッキ皮膜１０の表面に、（２２２）配向Ｃｒ結晶１１及び他のＣｒ結晶１２の部位に生成した酸化物１１ａ，１２ａよりなるＣｒ酸化皮膜１３が形成されている。Ｃｒ含有メッキ皮膜１０の表面における（２２２）配向Ｃｒ結晶１１の存在率は６０％以上８０％以下であり、また、Ｃｒ含有メッキ皮膜１０は２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有する。
【００２９】
このようなＣｒ含有メッキ皮膜１０は、メッキ浴及びメッキ条件の調整により形成することができる。
【００３０】
＜Ｃｒ含有メッキ皮膜の形成方法＞
Ｃｒ成分、硫酸及び触媒としての有機スルフォン酸を含み、さらに必要に応じてＭｏ成分を含むメッキ浴にライナーを入れて所定温度に予熱し、数分間の逆電処理によってライナー表面を洗浄した後、数分間のストライクメッキ処理（正電処理）及び所定時間の本メッキ処理（正電処理）を順に行なうことによって、トロコイド面にＣｒ含有メッキ皮膜を形成する。
【００３１】
Ｃｒ成分としては、無水クロム酸ＣｒＯ３が好ましく、必要に応じてＣｒ２Ｏ３を添加する。Ｍｏ成分としては、モリブデン酸ナトリウムやモリブデン酸アンモニウムを採用することができる。有機スルフォン酸としては、ＨＳＯ３Ｒで表され、Ｒが、メチル基、エチル基等の炭素数１０以下の脂肪族炭化水素基、パラ位置にメチル基を有するトルエン、不飽和炭化水素基を有するスチレンなど１つの芳香環に非環式炭化水素が結合した芳香族炭化水素基であることが好ましい。Ｒは他の芳香族炭化水素基であってもよいし、スルフォン酸基（ＨＳＯ３）は複数個あってもよい。具体的にはメタンスルフォン酸、メタンジスルフォン酸等が挙げられる。
【００３２】
メッキ浴は、例えば、無水クロム酸を２４０ｇ／Ｌ以上２８０ｇ／Ｌ以下、硫酸イオン量を２．５ｇ／Ｌ以上３．３ｇ／Ｌ以下、有機スルフォン酸量を１０ｍｌ／Ｌ以上３５ｍｌ／Ｌ以下、モリブデン酸ナトリウム量を５０ｇ／Ｌ以上６５ｇ／Ｌ以下とすればよい。メッキ浴温度は例えば５０℃以上６０℃以下に調整する。
【００３３】
洗浄用逆電処理の電流密度は、５０Ａ／ｄｍ２以上６０Ａ／ｄｍ２以下、ストライクメッキ処理の電流密度は４０Ａ／ｄｍ２以上５５Ａ／ｄｍ２以下、本メッキ処理の電流密度は３０Ａ／ｄｍ２以上４０Ａ／ｄｍ２以下とすればよい。仕上げ研削加工はホーニング等により行ない、メッキ皮膜表面が例えばＲａ２．０μｍ以下となるようにすることが好ましい。
【００３４】
Ｃｒ含有メッキ皮膜における（２２２）配向結晶の存在率及び圧縮残留応力は上記有機スルフォン酸の添加量によって調整することができる。
【００３５】
すなわち、有機スルフォン酸をメッキ浴に添加すると、メッキ析出速度が高まるとともに、（２２２）配向結晶の存在率が高くなり、また、圧縮残留応力が高くなる。これは、有機スルフォン酸は極性が強いことから、ワーク表面に吸着し易く、そのことによって、Ｃｒの析出ポイントが従来とは異なるものになり、Ｃｒ含有メッキの結晶配向性が（２２２）面を増加させるように働くと考えられる。有機スルフォン酸の濃度が高くなるほど、（２２２）配向結晶の割合は増加する。それに伴って、Ｃｒ含有メッキ皮膜の圧縮残留応力が増大する。
【００３６】
＜実施例及び比較例＞
メッキ浴における触媒（有機スルフォン酸）の添加量を変化させて鋼製ワークの表面にＣｒＭｏメッキ皮膜を形成した。メッキ浴組成は表１の通りであり、触媒添加量を０ｍｌ／Ｌから３０ｍｌ／Ｌで変化させた。触媒、すなわち、有機スルフォン酸としては、アトテック社製のHeef２５−Ｒを用いた。メッキ条件は表２に示す通りである。表２において、「Ａ／ｄｍ2 」は電流密度、時間は処理時間を表している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
−触媒添加量と（２２２）配向結晶の存在率との関係−
上記触媒添加量が異なる各ＣｒＭｏメッキ皮膜の、表面側を向いた各結晶面の存在率をＸ線回折分析によって測定した。測定は、供試材のＣｒＭｏメッキ面の仕上げ研削加工後に理学電機株式会社製Ｘ線回折装置ＲＵ−２００を用いて表３に示す条件で行なった。結果を表４に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
表４によれば、触媒として有機スルフォン酸を添加した実施例１〜３では、同触媒を添加していない比較例よりも、（２２２）配向結晶の存在率が高くなり（６０％以上）、また、触媒添加量が多くなるに従って（２２２）配向結晶の存在率が高くなっている。
【００４３】
−触媒添加量と内部応力及び平均結晶子径との関係−
上記実施例１〜３及び比較例各々について、上記研削加工後のＣｒＭｏメッキ皮膜の内部応力をＸ線応力測定法によって測定した。その測定は、理学電機株式会社製ストレインフレックスＰＳＰＣ／ＭＳＦ−２Ｍを用いて表５に示す条件で行なった。ＣｒＭｏメッキ皮膜平均結晶子径については、上記Ｘ線回折装置によって得られたＸ線回折パターンに基いて、シェラーの式（結晶子径Ｄ（ｈｋｌ）＝０．９λ／（β１／２・cosθ），ここで、ｈｋｌはミラー指数、λは特性Ｘ線の波長（オングストローム）、β１／２は（ｈｋｌ）面の半価幅（ラジアン）、θはＸ線反射角度である。）により求めた。結果を（２２２）配向結晶の存在率と共に表６に示す。
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
表６の内部応力に関し、プラス値は引張応力であり、マイナス値は圧縮応力である。表６によれば、実施例１〜３ではＣｒＭｏメッキ皮膜が圧縮残留応力を有し、触媒添加量が多くなるほど圧縮残留応力が大きくなることがわかる。圧縮残留応力が高くなると、メッキ皮膜表面から内部への酸素の拡散を生じ難くなるため、メッキ皮膜表面に形成されるＣｒ酸化皮膜は薄くなる。
【００４７】
すなわち、実施例の場合、有機スルフォン酸の添加により、表４に示すようにＣｒ結晶（ＢＣＣ）の原子が最密充填され結晶格子間隔が狭い（２２２）面の存在率が高く、ＣｒＭｏメッキ皮膜の圧縮残留応力が高くなっている。また、研削加工によってＣｒＭｏメッキ皮膜に対してその表面に沿う方向の外力が加わると、Ｃｒ結晶格子に歪みを生ずるが、（２２２）面は結晶格子間隔が狭いことから、その格子が変形されて生ずる結晶の歪みが大きくなり、そのことによって、圧縮残留応力がさらに高まる。そうして、Ｃｒ酸化皮膜は、酸素がＣｒメッキ層表面から内部に拡散することによって生ずるが、上述の如く圧縮応力が高い実施例のＣｒメッキ層においては、結晶格子間隔が狭められて酸素の拡散を生じ難くなっているから、Ｃｒ酸化皮膜の厚さが薄くなるものである。
【００４８】
透過電子顕微鏡による観察によれば、実施例３では、Ｃｒ酸化皮膜は、厚さが６．６ｎｍ、層数が７９層であり、表面が平滑になっていた。これに対して、比較例では、Ｃｒ酸化皮膜は、厚さが５２．９ｎｍ、層数が６３４層であり、表面が凸凹になっていた。なお、層数は、上記Ｘ線回折分析で観測された（２２２）面の回折角度から、ブラッグの式（２ｄsinθ＝ｎλ，ここで、ｄ；格子面間隔，θ；回折角度，λ；Ｍｏ-Ｋαの波長，ｎ＝１）により、結晶格子面間隔０．０８３４ｎｍを求め、Ｃｒ酸化皮膜の厚みをこの結晶格子面間隔で除して得た。
【００４９】
また、実施例３及び比較例の（２２２）配向の結晶子径は１５ｎｍ程度であり、実施例３の場合、Ｃｒ酸化皮膜は結晶子径の半分以下の厚さになっている。これに対して、比較例ではＣｒ酸化皮膜の厚さは当該結晶子径の数倍の厚さになっている。
【００５０】
図３は（２２２）配向結晶の存在率と内部応力との関係をグラフ化したものである。ＣｒＭｏメッキ皮膜の（２２２）配向結晶の存在率が高くなるに従って、その圧縮残留応力が高くなること、（２２２）面の存在率を６０％以上にすると、圧縮残留応力が２０ＭＰａ以上になることがわかる。
【００５１】
＜摩擦摩耗特性評価試験＞
相互に摺動する２つの部材の摺動面に適用する種々の摺動面材質の組み合わせについて、図４に示すピンオンディスク摩擦摩耗試験機を用いて、摩擦摩耗特性を評価した。図４において、２１は回転台２２に支持されたディスク、２３はディスク２１の周方向に１２０度の角度間隔をおいてディスク２１の上に配置されたピンである。
【００５２】
ディスク２１には、３個のピン２３に対応する位置を巡るように高速ＣｒＭｏメッキ皮膜又は普通ＣｒＭｏメッキ皮膜を環状に形成した。ここに、高速ＣｒＭｏメッキ皮膜は、上記実施例３のメッキ条件（有機スルフォン酸添加量３０ｍｌ／Ｌ）に係るものであり、普通ＣｒＭｏメッキ皮膜は、上記比較例３のメッキ条件（有機スルフォン酸添加量０ｍｌ／Ｌ）に係るものである。ピン２３は、窒化ケイ素、チル鋳鉄、ジルコニア（ＰＳＺ）、炭化ケイ素又は超硬（ＷＣ−Ｃｏ）にて形成した。
【００５３】
摩擦摩耗試験は、潤滑状態で行ない、荷重は５４０Ｎ、ピン２３の周速は１ｍ／秒、時間は６０分とし、潤滑油としては無添加タービン油を用いた。
【００５４】
図５はピン摩耗量の試験結果を示す。ピンを窒化ケイ素で形成した場合は、ディスクのメッキが高速ＣｒＭｏメッキ及び普通ＣｒＭｏメッキのいずれであっても、チル鋳鉄やジルコニア（ＰＳＺ）の場合よりも、ピン摩耗量が格段に少ない。さらに、窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせの方が、窒化ケイ素−普通ＣｒＭｏメッキの組み合わせの場合よりも、ピン摩耗量が少ない。
【００５５】
図６はディスクのメッキ摩耗量の試験結果を示す。窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、チル鋳鉄−高速ＣｒＭｏメッキ、チル鋳鉄−普通ＣｒＭｏメッキ、及びジルコニア(ＰＳＺ)−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせと同程度に、メッキ摩耗量が少なく、窒化ケイ素−普通ＣｒＭｏメッキの組み合わせのみが極端にメッキ摩耗量が多いという結果になっている。
【００５６】
なお、炭化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキ、及び超硬（ＷＣ−Ｃｏ）−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせでは、スカッフ（焼き付き）発生のために摩耗試験を中止した。
【００５７】
図７は各種の摺動面材質の組み合わせでの摩擦係数の経時変化を示す。チル鋳鉄−普通ＣｒＭｏメッキ、チル鋳鉄−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせでは、試験開始から数分ないし十数分で摩擦係数が比較的高い値になっている。窒化ケイ素−普通ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、摩擦係数は試験開始後しばらくは低いものの、２０分を経過した頃から上昇し始めている。これに対して、窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、試験開始から摩擦係数が比較的低い値を保った試験終了に至っている。
【００５８】
なお、ジルコニア(ＰＳＺ)−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせでは、摩擦係数が低くなっているが、これは、図５からわかるように、ピンが多量に摩耗して面圧が下がった結果である。また、炭化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキ、及び超硬（ＷＣ−Ｃｏ）−高速ＣｒＭｏメッキの各組み合わせでは、スカッフ発生のために摩擦試験を中止した。
【００５９】
以上のように、窒化ケイ素−高速ＣｒＭｏメッキの組み合わせによれば、ピン摩耗量及びディスクのメッキ摩耗量が共に少なく、また、良好な低摩擦特性を示すことから、エンジンなど各種機器の摺動部材に当該組み合わせを採用すると、厳しい潤滑条件下でも、機器の作動に高い信頼性が得られることがわかる。
【符号の説明】
【００６０】
１ ロータハウジング（第１部材）
２ トロコイド面（摺動面）
５ アペックスシール（第２部材）
１０ Ｃｒ含有メッキ皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面がＣｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒを含有するメッキ皮膜によって形成された第１部材と、該第１部材との摺動面が窒化ケイ素によって形成された第２部材とが組み合わされてなることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１において、
上記メッキ皮膜は、Ｘ線回折分析により特定される（２２２）面が表面側を向いた（２２２）配向結晶の、該メッキ皮膜表面での存在率が６０％以上８０％以下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
摺動面がＣｒを含有し２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するメッキ皮膜によって形成された第１部材と、該第１部材との摺動面が窒化ケイ素によって形成された第２部材とが組み合わされてなることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記メッキ被膜は、Ｃｒを主成分とするＣｒＭｏ合金によって形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項１】
摺動面がＣｒ成分及び有機スルフォン酸を含有するメッキ浴から電解析出させてなるＣｒを含有するメッキ皮膜によって形成された第１部材と、該第１部材との摺動面が窒化ケイ素によって形成された第２部材とが組み合わされてなることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１において、
上記メッキ皮膜は、Ｘ線回折分析により特定される（２２２）面が表面側を向いた（２２２）配向結晶の、該メッキ皮膜表面での存在率が６０％以上８０％以下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
摺動面がＣｒを含有し２０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するメッキ皮膜によって形成された第１部材と、該第１部材との摺動面が窒化ケイ素によって形成された第２部材とが組み合わされてなることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記メッキ被膜は、Ｃｒを主成分とするＣｒＭｏ合金によって形成されていることを特徴とする摺動部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６３８３９（Ｐ２０１１−６３８３９Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４７１１（Ｐ２００９−２１４７１１）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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