JP5551256B2 - 摺動部材の製造方法及び摺動部材 - Google Patents

Description

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。

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）。

特開２００５−３０５３９５号公報

しかしながら、上記した従来技術は、アルミニウム基材と金属皮膜との接合力が弱いため、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。

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、前記基材はピストンスカートであり、極性溶媒中に平均粒径を３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内とした銀粒子を分散させた懸濁溶液を前記ピストンスカートの表面にコーティングし、このコーティングした懸濁溶液及び前記ピストンスカートを加熱し、当該懸濁溶液中の前記溶媒を除去するとともに、前記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、基材の表面にコーティングされた銀粒子を融着させることにより銀皮膜を形成することができ、この銀皮膜と基材とが分子間力により接合されるため、これら銀皮膜と基材との密着性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、溶媒に極性を持たせることにより、溶媒と水との親和性が向上するため、この溶媒を用いた懸濁溶液を基材の表面にコーティングする際に、この基材の表面に吸着している水分子とも親和性が高いことにより、特に、湿度コントロールされない作業環境化においても、均質な皮膜を形成することが可能となる。

また、銀皮膜と基材との接合力は、銀粒子の平均粒径と密接に関連するものであり、銀粒子の平均粒径が大きくなるほど上記した接合力が大きくなる傾向にある。このため、銀粒子の平均粒径が小さくなると、接合力が低下して銀皮膜の剥離が生じやすくなる。一方、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３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたことにより、基材と銀皮膜との接合力を高くできるとともに、この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、銀皮膜の密着性と熱伝導性とを兼ね備えた摺動部材を形成することができる。

また、本発明は、上記構成において、前記コーティングを施す前に、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。この構成によれば、基材の表面にアルミニウムもしくはアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面と銀皮膜との密着性が向上する。

また、本発明は、上記構成において、前記コーティングを施す前に、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、基材の表面積を増大させることができ、この基材と銀皮膜の密着性をより一層向上させることができる。

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、前記基材はピストンスカートであり、前記ピストンスカートの表面に平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内とした銀粒子を含有する樹脂層を形成し、極性溶媒中に平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内とした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、前記樹脂層及び前記ピストンスカートを加熱して、前記樹脂層中の銀粒子と前記懸濁溶液中の銀粒子、及び当該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、懸濁溶液中の銀粒子を樹脂層中の銀粒子と融着させて銀皮膜を形成しているため、この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、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（銀純度）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、熱伝導度の高いピストンスカートを形成することができる。

また、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。

また、本発明は、上記構成において、前記樹脂層は、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、前記表面の酸化膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする。この構成によれば、基材の表面にアルミニウムもしくは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との密着性が向上する。

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。

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℃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。

また、本発明は、上記構成において、前記極性溶媒として、アルコール系溶媒、水系溶媒、ケトン系溶媒のいずれかを用い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基材の表面上に簡単にコーティングすることができる。

また、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ピストンスカートの表面に平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内とした銀粒子を含有する樹脂層を備え、この樹脂層上に前記摺動面を構成する銀皮膜層を形成するとともに、この銀皮膜層の銀粒子が前記樹脂層中の銀粒子と融着されていることを特徴とする。

この構成によれば、銀皮膜と基材とが樹脂層を介して接合されるとともに、この樹脂層中の銀粒子を銀皮膜に融着させることにより、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。

また、本発明は、上記構成において、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。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。

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。

本発明によれば、基材であるピストンスカートの表面にコーティングされた銀粒子を融着させることにより銀皮膜を形成することができ、この銀皮膜と基材とが分子間力により接合されるため、これら銀皮膜と基材との密着性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、銀粒子の融着により形成された銀皮膜と基材であるピストンスカート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、懸濁溶液中の銀粒子を樹脂層中の銀粒子と融着させて銀皮膜を形成しているため、この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、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ピストンスカートの表面に平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内とした銀粒子を含有する樹脂層を備え、この樹脂層上に前記摺動面を構成する銀皮膜層を形成するとともに、この銀皮膜層の銀粒子が前記樹脂層中の銀粒子と融着されていることにより、これらピストンスカート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ピストンスカートを簡単に形成することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るピストンの側面図である。 図２は、ピストンの皮膜層を示す側断面図である。 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。 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。 図６は、銀粒径と銀純度及び接合強度比との関係を示すグラフである。 図７は、第２実施形態に係るピストンの側面図である。 図８は、ピストンの皮膜層を示す側断面図である。 図９は、銀粒径と銀純度との関係を示すグラフである。 図１０は、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１１は、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。

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。
［第１実施形態］
図１は、本発明にかかる摺動部材としてのピストン１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。

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に密着される銀皮膜層２１を備える。
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、銀皮膜層２１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。

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の表面積を増大させるものであり、これにより、本体１０と銀皮膜層２１との接触面積が増大するため、これら本体１０と銀皮膜層２１との密着性をより一層向上させることができる。
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る。この場合、アセトン溶液に浸漬した後に、本体１０をアルカリ性もしくは酸性の溶液中に浸漬することで本体１０の外周面１１に生成された酸化膜（酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃））を除去するのが望ましい。酸化膜を除去（もしくは膜厚を薄く）することで、本体１０と銀皮膜層２１との密着性を向上させることができるためである。

次に、本体１０の外周面１１に銀皮膜層２１を形成する。この銀皮膜層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本体１０の外周面１１に塗布して加熱し、これら銀粒子と本体１０とを接合するとともに、当該銀粒子同士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極性溶媒であるテルピネオールに分散させ、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、このスラリーを本体１０の外周面１１上にコーティング（塗布）する。本実施形態では、上記スラリーを４００メッシュのスクリーン（不図示）を用いたスクリーン印刷法によって本体１０の外周面１１上に塗布している。
そして、このスラリーを塗布した状態で、当該スラリーおよび本体１０を加熱し、スラリー中のテルピネオール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。

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、温度が上昇すると比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、加熱温度が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同士を融着させて銀皮膜層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、本体１０（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。

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、極性溶媒であるテルピネオールの溶媒重量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本体１０の外周面１１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、極性溶媒としてテルピネオールを用いており、このテルピネオールは、図５に示すように、常温環境下での重量変化は少ない。このため、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、テルピネオールは、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。また、本構成では、極性溶媒であるテルピネオールを用いて銀粒子のスラリーを形成している。テルピネオールは、極性を有することにより、水との親和性が向上するため、テルピネオールを用いたスラリーを本体１０の外周面１１上にコーティングする際に、この外周面１１に吸着している水分子とも親和性が高いことにより、特に、湿度コントロールされない作業環境化においても、均質な銀皮膜層２１を形成することが可能となる。

本実施形態では、極性溶媒としてアルコール系溶媒であるテルピネオールを用いているがこれに限るものではなく、同じくアルコール系溶媒であるノナノールやエチレングリコール、水系溶媒であるＰＧＭＥＡ（propyleneglycol monomethyl ether acetate）、または、ケトン系溶媒であるメチルエチルケトンを用いることもできる。この場合、いずれの溶媒を使用しても、常温下ではほとんど蒸発せずに、銀皮膜層２１を生成するための加熱温度である１６０℃〜２４０℃に加熱した際にほとんどすべて蒸発している特性を備えている。

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、銀粒径と銀純度及び接合強度比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。また、接合強度比とは、所定の平均基準粒径（本構成では２０ｎｍ）の銀粒子で形成された基準の銀皮膜層と、平均粒径を異ならせた銀粒子で形成された各銀皮膜層との接合力の比を示すものである。本構成では、タンブリング試験後にテープ剥離試験を行い、その際に本体から剥離されてテープの接着面に付着した銀皮膜の面積をそれぞれ比較することにより接合強度比を求めている。テープに付着した銀皮膜の面積が当該テープの面積に対して小さければ、その分、接合力（機械的強度）が強いこととなる。一般に、ピストン等の過酷な環境下で使用される部材では、テープに付着した銀皮膜の面積比は１０％以下となるように調整されている。また、タンブリング試験とは、円筒容器内に直径２〜５ｍｍの鋼球を数ｋｇ分と、評価用のワーク（ここでは銀皮膜が施された本体１０）とを入れた後、円筒容器を５０〜１００ｒｐｍで２０〜３０ｍｉｎ回転させ、鋼球をワークの表面に叩きつけて銀皮膜に意図的にダメージを与える試験である。
銀純度及び接合強度比は、いずれも銀粒子２３の平均粒径と密接に関連する。銀純度は、銀粒子２３の平均粒径が大きくなるほど低下する傾向にある。銀粒子２３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層２１中に存在する空隙が大きくなる。このため、銀純度が小さくなり、銀皮膜層２１の熱伝導度が低下して摺動性が悪化することとなる。
従って、摺動に適した所定の熱伝導度を確保するためには、銀純度を所定の閾値（銀純度９０％）以上とする必要がある。このため、本構成では、銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内とすることにより、熱伝導性の高い銀皮膜層２１を形成することができる。

一方、接合強度比は、銀粒子２３の平均粒径が大きくなるほど大きくなる傾向にあり、銀粒子２３の平均粒径が小さくなると、本体１０との接合力が低下して銀皮膜層２１の剥離が生じやすくなる。シリンダボア３内を往復運動するピストン１のように、過酷な環境下で摺動する部品に形成される銀皮膜層２１は機械的強度（接合強度）に優れたものが要求される。従って、本構成では、銀粒子２３の平均粒径を３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内とし、接合強度比の高い銀皮膜層２１を実現している。この範囲内の銀粒子２３を用いることにより、本体１０と銀皮膜層２１との接合力を高くできるとともに、この銀皮膜層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、銀皮膜層２１の密着性と熱伝導性とを兼ね備えたピストン１を形成することができる。
さらに、本実施形態では、平均粒径が３０ｎｍと８０ｎｍの銀粒子を配合したスラリーを用いて銀皮膜層２１を形成している。これによれば、平均粒径が３０ｎｍの銀粒子が熱伝導性を高めるとともに、平均粒径が８０ｎｍの銀粒子が接合力の高めるため、銀皮膜層２１の密着性と熱伝導性とをより一層向上させたピストン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ｔが１μｍ〜２０μｍの範囲に設定されている。この銀皮膜層２１の厚みｔ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が露出して摺動面２２が平滑に形成されないとなるためである。一方、銀皮膜層２１の厚みｔ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ｔ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ｔ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。

以上、説明したように、第１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、テルピネオール中に銀粒子２３を分散させたスラリーを本体１０の外周面１１にコーティングし、このコーティングしたスラリー及び本体１０を加熱し、当該スラリー中のテルピネオールを除去するとともに、銀粒子２３同士を融着させて摺動面２２を形成したため、この銀皮膜層２１を簡単に形成することができるとともに、当該銀皮膜層２１と本体１０とが分子間力により強固に接合される。このため、従来の電気めっき法のように製造プロセスにおいて有害物質を使用することなく、銀皮膜層２１と本体１０との密着性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、銀粒子２３をテルピネオールに分散させることにより、均質な銀皮膜層２１を形成することができる。

また、第１実施形態によれば、銀粒子２３の平均粒径を３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としたため、本体１０と銀皮膜層２１との接合力を高くできるとともに、この銀皮膜層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、銀皮膜層２１の密着性と熱伝導性とを兼ね備えたピストン１を形成することができる。

また、第１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。
また、第１実施形態によれば、コーティングを施す前に、本体１０の外周面１１の酸化膜の少なくとも一部を除去するため、この外周面１１にアルミニウム合金の新生面が形成されるため、この新生面と銀皮膜層２１との密着性が向上する。

また、第１実施形態によれば、コーティングを施す前に、外周面１１の少なくとも一部に凹部１１Ａが形成されているため、本体１０の表面積を増大させることができ、この本体１０と銀皮膜層２１との密着性をより一層向上させることができる。

また、第１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本体１０の外周面１１上に簡単にコーティングすることができる。

また、第１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に摺動面２２を構成する銀皮膜層２１を備え、この銀皮膜層２１は、テルピネオール中に銀粒子２３を分散させたスラリーを本体１０の外周面１１にコーティングし、このコーティングしたスラリー及び本体１０を加熱し、当該スラリー中のテルピネオールを除去するとともに、銀粒子２３同士を融着させて形成されているため、この銀皮膜層２１を簡単に形成することができるとともに、当該銀皮膜層２１と本体１０とが分子間力により強固に接合される。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、これら銀皮膜層２１と本体１０との密着性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、銀粒子２３をテルピネオールに分散させることにより、均質な銀皮膜層２１を形成することができる。
また、第１実施形態によれば、銀皮膜層２１の厚みｔ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。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態にかかる摺動部材としてのピストン１００を示す側面図である。図７は皮膜層１０２の一部を破断して描かれている。図８は、ピストン１００の皮膜層１０２を示す側断面図である。図８は、ピストン１００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。

ピストン（摺動部材）１００は、図８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１０２が形成されている。この皮膜層１０２は、本体１０の表面に密着される樹脂層１２０と、この樹脂層１２０の外周面（表面）１２０Ａに密着される銀皮膜層１２１とを備え、この銀皮膜層１２１が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１２２を形成する。この摺動面１２２は、ピストン１００（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。なお、この図８は、皮膜層１０２を模式的に表したものであるため、樹脂層１２０や銀皮膜層１２１の厚み、凹部１１Ａの大きさ（深さ）、および、樹脂層１２０内の銀粒子１２５（後述する）の粒径がそれぞれ相対的な関係を示すものではない。

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１２０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１２０を形成した際に、この樹脂層１２０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１２０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１２０が形成される。また、本構成では、樹脂層１２０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１２０との密着性が向上する。

樹脂層１２０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１２４内に所定の平均粒径（１μｍ〜３０μｍ）に調整された銀粒子１２５を混合したものである。銀粒子１２５を含有するポリアミドイミド樹脂１２４を本体１０の外周面１１に塗布し、このポリアミドイミド樹脂１２４を硬化させることにより樹脂層１２０が形成される。この樹脂層１２０は、基材であるピストン１の本体１０と摺動面１２２となる銀皮膜層１２１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１２０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１２０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１２０にひび割れ等が生じやすくなるためである。本構成では、銀粒子１２５の平均粒径の最大値は、樹脂層１２０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１２５は、樹脂層１２０の外周面１２０Ａから突出する。このため、後述する銀皮膜層１２１の形成過程で、銀粒子１２５は、銀皮膜層１２１と融着して当該銀皮膜層１２１と樹脂層１２０との密着性を高める機能を有する。
第２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。

銀皮膜層１２１は、所定の平均粒径（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たものである。具体的には、上記した平均粒径の銀粒子を極性溶媒であるテルピネオール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１２０の外周面１２０Ａ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１２０の外周面１２０Ａ上に塗布している。
そして、このスラリーを塗布した状態で、当該スラリー、樹脂層１２０および本体１０を加熱し、スラリー中のテルピネオール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。この点は上記した第１実施形態の図３Ａ及び図３Ｂと同一であるため、説明を省略する。

また、この第２実施形態における銀皮膜層１２１を形成する際の加熱温度条件、及び、使用される極性溶媒については、上記した第１実施形態と同一であるため、説明を省略する。

次に、スラリー中の銀粒子の粒径について説明する。
図９は、銀粒径と銀純度との関係を示すグラフである。上記第１実施形態にて説明したように、銀純度が低下すると、これに伴い銀皮膜層１２１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、第２実施形態では、銀粒子２３の平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内に設定している。これにより、最大の平均粒径８０ｎｍに設定したとしても、銀皮膜層１２１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１００を形成することができる。
また、上記した第１実施形態では、平均粒径が小さすぎる場合には、本体１０との接合力が低下して銀皮膜層２１の剥離が生じやすくなるため、３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内としていた。しかし、この第２実施形態では、本体１０と銀皮膜層１２１との間に樹脂層１２０が介在されるため、平均粒径の小さな（１ｎｍ〜３０ｎｍ）の銀粒子２３を用いても、樹脂層１２０により本体１０と銀皮膜層１２１とが強固に接合することができる。
また、銀皮膜層１２１の厚みｔ２は、上記した第１実施形態の銀皮膜層２１の厚みｔと同様に、１μｍ〜２０μｍの範囲に設定されている。

次に、銀皮膜層１２１と樹脂層１２０との接合構造について説明する。
図１０は、樹脂層１２０内の銀粒子１２５の粒径と銀皮膜層１２１−樹脂層１２０間の接合力との関係を示すグラフである。図１１は、樹脂層１２０内の銀粒子１２５と銀皮膜層１２１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１２１と樹脂層１２０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１２１と樹脂層１２０とは、この樹脂層１２０中の銀粒子１２５が銀皮膜層１２１を形成する際にスラリー中の銀粒子２３（図３）と融着することにより密着している。具体的には、図１１に示すように、樹脂層１２０の外周面１２０Ａに露出した銀粒子１２５が露出面１２５Ａにて銀皮膜層１２１（銀皮膜層１２１を形成する銀粒子２３）と融着することにより、銀皮膜層１２１と樹脂層１２０とが密着している。ここで、第２施形態では、樹脂層１２０が含有する銀粒子１２５の平均粒径は、４μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されている。樹脂層１２０中の銀粒子１２５の平均粒径が４μｍよりも小さい場合には、この銀粒子１２５と銀皮膜層１２１を形成する銀粒子２３との接触面積が小さくなるため、図１０に示すように、樹脂層１２０と銀皮膜層１２１との接合力が低下する。一方、樹脂層１２０中の銀粒子１２５の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合には、この銀粒子１２５が樹脂層２０中に分散しにくくなる。このため、第２実施形態では、樹脂層１２０中の銀粒子１２５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１２０中の銀粒子１２５と銀皮膜層１２１との接合力を向上させることができる。
ここで、銀粒子１２５の平均粒径を３０μｍとした場合には、この銀粒子１２５が樹脂層１２０の外周面１２０Ａに形成される銀皮膜層１２１の摺動面１２２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１２２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。

以上、説明したように、第２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１２２を形成するピストン１００の製造方法であって、本体１０の外周面１１に銀粒子１２５を含有する樹脂層１２０を形成し、テルピネオールに銀粒子２３（図３）を分散させたスラリーを樹脂層１２０上にコーティングし、このコーティングしたスラリー、樹脂層１２０及び本体１０を１６０℃〜２４０℃の範囲に加熱して、樹脂層１２０中の銀粒子１２５とスラリー中の銀粒子２３、及び当該スラリー中の銀粒子２３同士を融着させて摺動面１２２を形成したため、銀皮膜層１２１と本体１０とが樹脂層１２０を介して接合される。このため、従来の電気めっき法のように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１２１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１２１が施されたピストン１００を簡単に形成することができる。さらに、第２実施形態によれば、スラリー中の銀粒子２３を樹脂層１２０中の銀粒子１２５と融着させて銀皮膜層１２１を形成しているため、この銀皮膜層１２１と樹脂層１２０との接合力を向上させることができる。

また、第２実施形態によれば、テルピネオール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１２１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１００を形成することができる。

また、第２実施形態によれば、樹脂層１２０が含有する銀粒子１２５の平均粒径を４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内としたため、この樹脂層１２０中の銀粒子１２５と銀皮膜層１２１との接合力を向上させることができる。

また、第２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１２１を形成することができる。

また、第２実施形態によれば、樹脂層１２０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１２０との接触面積が増大するとともに、この樹脂層１２０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１２０との密着性を向上することができる。
また、第２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１２０上に簡単にコーティングすることができる。

また、第２実施形態によれば、シリンダボア３内を摺動する摺動面１２２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に銀粒子１２５を含有する樹脂層１２０を備え、この樹脂層１２０上に摺動面１２２を構成する銀皮膜層１２１を形成するとともに、この銀皮膜層１２１と樹脂層１２０中の銀粒子１２５とを融着させたため、銀皮膜層１２１と本体１０とが樹脂層１２０を介して接合されるとともに、この樹脂層１２０中の銀粒子１２５を銀皮膜層１２１に融着させることにより、これら本体１０と銀皮膜層１２１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１２１が施されたピストン１００を簡単に形成することができる。

また、第２実施形態によれば、銀皮膜層１２１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１２１によるフリクションの小さい摺動面１２２を備えたピストン１００を形成することができる。

なお、本発明は、上記した第１及び第２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、上記した第１及び第２実施形態では、ピストン１、１００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、第１及び第２実施形態では、摺動部材としてピストン１、１００のスカート部１０Ｂに銀皮膜層２１、１２１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、１２１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。

１、１００ ピストン（摺動部材）
２、１０２ 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
２１、１２１ 銀皮膜層
２２、１２２ 摺動面
２３ 銀粒子
１２０ 樹脂層
１２０Ａ 外周面
１２４ ポリアミドイミド樹脂
１２５ 銀粒子
１２５Ａ 露出面

Claims (14)

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、
   前記基材はピストンスカートであり、
   極性溶媒中に平均粒径を３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内とした銀粒子を分散させた懸濁溶液を前記ピストンスカートの表面にコーティングし、このコーティングした懸濁溶液及び前記ピストンスカートを加熱し、当該懸濁溶液中の前記溶媒を除去するとともに、前記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。
2. 前記コーティングを施す前に、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に記載の摺動部材の製造方法。
3. 前記コーティングを施す前に、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または請求項２に記載の摺動部材の製造方法。
4. 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、
   前記基材はピストンスカートであり、
   前記ピストンスカートの表面に平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内とした銀粒子を含有する樹脂層を形成し、
   極性溶媒中に平均粒径を１ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内とした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、前記樹脂層及び前記ピストンスカートを加熱して、前記樹脂層中の銀粒子と前記懸濁溶液中の銀粒子、及び当該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。
5. 前記樹脂層は、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。
6. 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４または５に記載の摺動部材の製造方法。
7. 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４から６のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。
8. 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４から７のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。
9. 前記極性溶媒として、アルコール系溶媒、水系溶媒、ケトン系溶媒のいずれかを用いることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。
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４から９のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。
11. 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ピストンスカートの表面に平均粒径を４μｍ〜３０μｍの範囲内とした銀粒子を含有する樹脂層を備え、この樹脂層上に前記摺動面を構成する銀皮膜層を形成するとともに、この銀皮膜層の銀粒子が前記樹脂層中の銀粒子と融着されていることを特徴とする摺動部材。
12. 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１１に記載の摺動部材。
13. 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が形成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の摺動部材。
14. 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１１から１３のいずれか一項に記載の摺動部材。
    

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