JP4840109B2 - Sliding member and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、シール部材が周方向に摺動する長円形状の内周面にCrめっき皮膜が形成された摺動部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sliding member in which a Cr plating film is formed on an inner surface of an ellipse in which a seal member slides in the circumferential direction, and a manufacturing method thereof.
長円形状の内周面にCrめっき皮膜が形成された摺動部材としては、例えばロータリーピストンエンジンのアペックスシールが摺動するロータハウジングが知られている。このようなCrめっき(硬質Crめっき)皮膜は、例えばHv1000程度と硬度が高いことから摩耗が少なく、また、表面がCr酸化皮膜で保護され焼き付きを生じ難いという特徴がある。 For example, a rotor housing in which an apex seal of a rotary piston engine slides is known as a sliding member in which a Cr plating film is formed on an oval inner peripheral surface. Such a Cr plating (hard Cr plating) film has a feature that, for example, the hardness is as high as about Hv 1000, so that the wear is small, and the surface is protected by a Cr oxide film, and seizure hardly occurs.
摺動部材には、上述の耐摩耗性の他、低摩擦特性が要求されるが、Feめっきに関しては結晶配向性の観点から、低摩擦特性を得るという提案が知られている(特許文献1参照)。それは、(hhh)面が摺動面側を向いた(hhh)配向結晶が多くなるように、摺動面における六稜金属結晶の面積率を60%以上にするというものである。
しかし、長円形状の内周面にCrめっき皮膜を形成した摺動部材に関して、結晶配向性の観点から特性の向上を図る研究は未だ充分になされていない。すなわち、Crめっきは上述の如き特徴を有するものの、Crめっき皮膜表面に生成するCr酸化皮膜は例えば鉄系のシール部材(Hv580〜600程度)に対して高硬度(Hv1100〜1400)であり、しかも、Crめっき皮膜本体に強固に結合していることから、このCr酸化皮膜が相手材に対してアブレッシブに(研磨するように)作用し、摩擦係数が高くなっている。 However, regarding the sliding member in which the Cr plating film is formed on the inner surface of the ellipse, there has not yet been sufficiently studied to improve the characteristics from the viewpoint of crystal orientation. That is, although Cr plating has the characteristics as described above, the Cr oxide film formed on the surface of the Cr plating film has, for example, high hardness (Hv 1100 to 1400) with respect to an iron-based seal member (Hv 580 to about 600), and Since the Cr plating film is firmly bonded to the main body, the Cr oxide film acts on the counterpart material in an abrasive manner (so as to be polished), and the friction coefficient is high.
また、かかる長円形状の内周面を有する摺動部材においては、シール部材の摺動速度は通常は一定ではなく、例えば長円形状の短軸側内周面から長軸側内周面に移行するときは摺動速度が漸次上昇し、長軸側内周面から短軸側内周面に移行するときは摺動速度が漸次低下する、というように場所によって摺動速度が変化することが多い。そのため、スティックスリップ現象を生じて、摺動部材やシール部材に段付き摩耗等の異常摩耗を発生し易い。 Further, in such a sliding member having an elliptical inner peripheral surface, the sliding speed of the seal member is usually not constant, for example, from an elliptical short-axis-side inner peripheral surface to a long-axis-side inner peripheral surface. The sliding speed changes gradually depending on the location, for example, the sliding speed gradually increases when transitioning, and the sliding speed gradually decreases when transitioning from the major axis side inner circumferential surface to the minor axis side inner circumferential surface. There are many. Therefore, a stick-slip phenomenon occurs, and abnormal wear such as stepped wear is likely to occur on the sliding member and the seal member.
そこで、本発明は、Crめっき摺動部材を結晶配向性及び摩擦係数の速度依存性の観点から改良して、低摩擦化を図るとともに、異常摩耗を防止することを課題とする。 Therefore, the present invention has an object to improve the Cr plated sliding member from the viewpoint of the crystal orientation and the speed dependency of the friction coefficient to reduce friction and prevent abnormal wear.
本発明は、このような課題を解決するために、Crめっき皮膜における(222)配向結晶の割合を多くするとともに、摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性を示すようにした。 In order to solve such problems, the present invention increases the ratio of (222) -oriented crystals in the Cr plating film, and the speed dependence of the friction coefficient exhibits a positive gradient characteristic.
請求項1に係る発明は、表面にCrめっき皮膜が形成された長円形状の内周面を備え、該内周面をシール部材が周方向に摺動する摺動部材であって、
上記内周面には、上記シール部材の摺動速度が漸次上昇する領域Aと、上記シール部材の摺動速度が漸次低下する領域Bとがあり、
上記Crめっき皮膜は、X線回折分析により特定される(222)面(ミラー指数(222)の結晶面)が表面側を向いた(222)配向結晶の存在率が、他の結晶面が表面側に配向している結晶の存在率よりも高く、
上記領域AのCrめっき皮膜は、上記シール部材の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が負勾配の特性(摺動速度が上がるほど摩擦係数が小さくなる特性)を示し、
上記領域BのCrめっき皮膜は、上記シール部材の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性(摺動速度が上がるほど摩擦係数が大きくなる特性)を示すことを特徴とする。
The invention according to
The inner peripheral surface has a region A where the sliding speed of the seal member gradually increases and a region B where the sliding speed of the seal member gradually decreases,
In the Cr plating film, the (222) plane (the crystal plane of the Miller index (222)) specified by X-ray diffraction analysis is directed to the surface side, and the abundance of oriented crystals is the other crystal plane. Higher than the abundance of crystals oriented to the side,
The Cr plating film in the region A shows a characteristic that the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the seal member is a negative gradient (the characteristic that the friction coefficient decreases as the sliding speed increases),
The Cr plating film in the region B is characterized in that the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the seal member exhibits a positive gradient characteristic (characteristic that the friction coefficient increases as the sliding speed increases). To do.
すなわち、上記(222)面は、Cr結晶(BCC)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、シール部材の摺動によってCrめっき皮膜に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)配向結晶の存在率が高い当該Crめっき皮膜は、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。 That is, the (222) plane is a crystal plane in which atoms of Cr crystal (BCC) are closely packed, and the crystal lattice spacing is the narrowest. Accordingly, the crystal distortion generated when an external force is applied to the Cr plating film by sliding of the seal member increases. For this reason, the Cr plating film having a high presence ratio of (222) oriented crystals originally has a high compressive residual stress, but the degree of increase of the internal compressive stress by an external force is large.
そうして、Cr結晶の酸化は、酸素がCrめっき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めっき皮膜表面に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めっき皮膜においては、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。 Thus, the oxidation of the Cr crystal is caused by the diffusion of oxygen from the surface of the Cr plating film, and as a result, a Cr oxide film is formed on the surface of the Cr plating film. However, in the Cr plating film having a high compressive stress as described above, since the crystal lattice spacing is narrowed, it is difficult for oxygen diffusion to occur. For this reason, the Cr oxide film produced in a normal use environment becomes thin, and the gradient of internal stress from the surface of the film toward the inside becomes steep.
その結果、シール部材の摺動時に、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酸化皮膜と相手材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めっき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。 As a result, when the seal member is slid, the Cr oxide film is easily peeled off, or the Cr oxide film is cleaved and partially cracked, and the frictional force, in other words, the sliding resistance is reduced. . That is, the Cr oxide film and the counterpart material partially adhere during sliding, and the shearing force necessary to peel the adhesion part from the Cr oxide film or Cr plating film becomes the frictional force. Since the Cr oxide film is thin and easily peels or cleaves, it acts as a solid lubricant and reduces the frictional force.
そうして、スティックスリップを生ずるか否かは、摺動速度の変化に対する摩擦係数の変化如何に影響されるところ、本発明によれば、シール部材の摺動速度が漸次上昇する領域AのCrめっき皮膜は摩擦係数の速度依存性が負勾配の特性を示すことから、スティックスリップが抑制されることになる。また、シール部材の摺動速度が漸次低下する領域Bでは摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性を示すということは、シール部材が移動していくことに伴って摩擦係数が漸次小さくなっていくということである。このため、スティックスリップの発生が抑制される。 Thus, whether or not stick slip occurs is affected by the change of the friction coefficient with respect to the change of the sliding speed. According to the present invention, the Cr in the region A in which the sliding speed of the seal member gradually increases. Since the plating film has a negative slope characteristic of the speed dependency of the friction coefficient, stick-slip is suppressed. Further, in the region B where the sliding speed of the seal member gradually decreases, the speed dependency of the friction coefficient exhibits a positive gradient characteristic, which means that the friction coefficient gradually decreases as the seal member moves. Is to go. For this reason, generation | occurrence | production of a stick slip is suppressed.
なお、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めっき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。 In order to form a Cr oxide film that is likely to cause thin peeling or internal cleavage as described above, the compressive residual stress of the Cr plating film is preferably 20 MPa or more, and more preferably 40 MPa or more.
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。 The thickness of the Cr oxide film is preferably smaller than the average crystallite diameter of the (222) oriented crystal. That is, when the thickness of the Cr oxide film is approximately the same as or larger than the size of the (222) oriented crystallite, it means that the entire (222) oriented crystallite is oxidized. It is none other than. If so, the crystallites easily fall off during sliding, which causes excessive wear.
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Crめっき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。 However, the case where the thickness of the Cr oxide film is too thin as compared with the crystallite diameter is not preferable. This case occurs when the crystallite diameter is excessively large, which means that the Cr oxide film is bonded to a single crystallite in a wide area, and the Cr oxide film It becomes difficult to peel from the Cr plating film, that is, the friction coefficient increases. Therefore, the Cr oxide film preferably has a thickness of, for example, 1/5 or more and less than 1/1 of the crystallite diameter.
また、上記Crめっき皮膜は、Crの多結晶体で形成する他、Crを主成分とするCrMo合金めっきで形成するようにしてもよい。Moの添加によりめっき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。 Further, the Cr plating film may be formed by CrMo alloy plating containing Cr as a main component, in addition to the Cr polycrystal. Addition of Mo makes it possible to refine the crystal of the plating film, improve strength, and improve heat resistance, and is advantageous for improving lubricity, reducing friction (reducing the friction coefficient), and preventing seizure. The amount of Mo eutectoid is preferably 0.3% or more and 1.0% or less.
請求項2に係る発明は、請求項1において、
上記領域AのCrめっき皮膜は、上記領域BのCrめっき皮膜に比べて上記(222)配向結晶の存在率が小さいことを特徴とする。
The invention according to
The Cr plating film in the region A is characterized in that the abundance of the (222) oriented crystals is smaller than the Cr plating film in the region B.
すなわち、(222)配向結晶の存在率が大きくなるほど、摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性になり易い。従って、本発明によれば、(222)配向結晶の存在率が小さい領域Aでは摩擦係数の速度依存性を負勾配の特性にし、(222)配向結晶の存在率が大きい領域Bでは摩擦係数の速度依存性を正勾配にする上で有利になる。 That is, as the abundance of the (222) oriented crystal increases, the speed dependency of the friction coefficient tends to become a positive gradient characteristic. Therefore, according to the present invention, in the region A where the presence rate of the (222) oriented crystals is small, the speed dependence of the friction coefficient becomes a negative gradient characteristic, and in the region B where the presence rate of the (222) oriented crystals is large, the friction coefficient is reduced. This is advantageous in making the speed dependence positive slope.
この場合、領域Aでは、(222)配向結晶の存在率を70%未満、特に65%以下にすることが好ましい。下限は50%ないしは55%、或いは60%を目安にすれば良い。領域Bでは、(222)配向結晶の存在率を70%以上、特に80%以上にすることが好ましい。上限は85%ないしは90%程度を目安にすれば良い。 In this case, in the region A, the abundance ratio of (222) oriented crystals is preferably less than 70%, particularly 65% or less. The lower limit may be 50% to 55% or 60% as a guide. In the region B, it is preferable that the abundance ratio of (222) oriented crystals is 70% or more, particularly 80% or more. The upper limit may be about 85% to 90%.
請求項3に係る発明は、シール部材が周方向に摺動するCrめっき皮膜が形成された長円形状の内周面を備え、該内周面には、上記シール部材の摺動速度が漸次上昇する領域Aと、上記シール部材の摺動速度が漸次低下する領域Bとが存在する摺動部材の製造方法であって、
摺動部材用ワークをめっき浴に入れ、正電処理によって、該ワークの内周面に、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)配向結晶の存在率が、他の結晶面が表面側に配向している結晶の存在率よりも高いCrめっき皮膜を形成する工程を備え、
上記工程では、上記Crめっき皮膜を形成するための電流密度を、上記領域Aでは上記領域Bよりも小さくすることにより、上記シール部材の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が、上記領域AのCrめっき皮膜では負勾配の特性となり、上記領域BのCrめっき皮膜では正勾配の特性となるようにすることを特徴とする。
The invention according to
The sliding member workpiece is placed in a plating bath, and the positive electrode treatment is performed to positively treat the inner peripheral surface of the workpiece with the (222) plane specified by X-ray diffraction analysis facing the surface side. Is provided with a step of forming a Cr plating film higher than the abundance of crystals in which other crystal faces are oriented on the surface side
In the step, the current density for forming the Cr plating film is made smaller in the region A than in the region B, whereby the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the seal member is The Cr plating film in the region A has a negative gradient characteristic, and the Cr plating film in the region B has a positive gradient characteristic.
すなわち、Crめっき皮膜における(222)配向結晶の存在率は、Crめっき時の電流密度によって変化し、その電流密度が大きくなるほど(222)配向結晶の存在率が大きくなる。従って、本発明によれば、Crめっき皮膜を形成するための電流密度を、領域Aでは領域Bよりも小さくなるようにしたから、領域Aでは領域Bよりも(222)配向結晶の存在率を小さくし、摩擦係数の速度依存性を、領域AのCrめっき皮膜では負勾配の特性とし、領域BのCrめっき皮膜では正勾配の特性とすることができる。 That is, the abundance of (222) oriented crystals in the Cr plating film varies depending on the current density during Cr plating, and the abundance of (222) oriented crystals increases as the current density increases. Therefore, according to the present invention, the current density for forming the Cr plating film is set to be smaller in the region A than in the region B. Therefore, in the region A, the abundance of the (222) oriented crystals is larger than in the region B. The speed dependency of the coefficient of friction can be reduced, and a negative gradient characteristic can be obtained in the Cr plating film in the region A, and a positive gradient characteristic can be obtained in the Cr plating film in the region B.
以上のように、請求項1及び請求項2の各発明によれば、Crめっき皮膜における(222)配向結晶の存在率を他の配向の結晶の存在率よりも高くするとともに、シール部材の摺動速度が漸次上昇する領域AではCrめっき皮膜の摩擦係数の速度依存性が負勾配の特性を示し、シール部材の摺動速度が漸次低下する領域BではCrめっき皮膜の摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性を示すようにしたから、摺動特性の低摩擦化に有利になるとともに、スティックスリップを抑制して異常摩耗を防止することができる。 As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the abundance of the (222) -oriented crystals in the Cr plating film is made higher than the abundance of crystals of other orientations, and the seal member slides. In the region A where the moving speed gradually increases, the speed dependency of the friction coefficient of the Cr plating film shows a negative gradient characteristic, and in the region B where the sliding speed of the seal member gradually decreases, the friction coefficient of the Cr plating film depends on the speed. Since it exhibits positive gradient characteristics, it is advantageous for reducing friction of the sliding characteristics, and it is possible to prevent abnormal wear by suppressing stick slip.
請求項3に係る発明によれば、(222)配向結晶の存在率が他の配向の結晶の存在率よりも高いCrめっき皮膜を形成するにあたり、電流密度を、上記領域Aでは領域Bよりも小さくなるようにしたから、領域Aでは領域Bよりも(222)配向結晶の存在率を小さくし、摩擦係数の速度依存性を、領域AのCrめっき皮膜では負勾配の特性とし、領域BのCrめっき皮膜では正勾配の特性とすることができる。
According to the invention of
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は実施形態に係るロータリーピストンエンジンの概略図である。同図において、1は摺動部材としてのロータハウジング、2は内部流体(ガス)をシールする流体シール部材としてのアペックスシールである。ロータハウジング1のトロコイド状内周面(長円形状内周面)3を、出力軸を回転させるロータ5の各頂部に装着されたアペックスシール2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5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。
FIG. 1 is a schematic view of a rotary piston engine according to an embodiment. In the figure, 1 is a rotor housing as a sliding member, and 2 is an apex seal as a fluid seal member for sealing an internal fluid (gas). The
ロータハウジング1は、図2に示すように、トロコイド状内周面3が形成された例えば高張力鋼板製のライナー11の背面に目立てが施され、このライナー11がアルミ合金製ハウジング本体に鋳ぐるまれるなどして製作される。そのライナー11の内周面3は、アペックスシール2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、内周面3には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Cr結晶の存在率が、他の結晶面が表面側に配向している結晶の存在率よりも高いCrめっき皮膜又はCrMo合金めっき皮膜が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図3はCrめっき皮膜を模式的に示すものであり、同図において、12は(222)配向Cr結晶、13は結晶配向が異なるその他のCr結晶である。このCrめっき皮膜の表面に、(222)配向Cr結晶12及び他のCr結晶13の部位に生成した酸化物12a,13aよりなるCr酸化皮膜14が形成されている。この摺動部材は、Crめっき皮膜表面における(222)配向Cr結晶12の存在率が高いことを特徴とし、そのため、Cr酸化皮膜14の厚さが(222)配向Cr結晶12の平均結晶子径よりも小さく、つまり薄くなっている。
FIG. 3 schematically shows a Cr plating film. In FIG. 3, 12 is a (222) -oriented Cr crystal, and 13 is another Cr crystal having a different crystal orientation. On the surface of this Cr plating film, a
上記(222)配向Cr結晶の存在率は、内周面3の全体にわたって均一ではなく、場所によってその存在率が異なる。すなわち、アペックスシール2の摺動速度は、内周面3の長軸側内周面3aでは速く、短軸側内周面3bでは遅くなる。このため、図4に示すように、アペックスシール2が短軸側内周面3bから長軸側内周面3aへ摺動していく領域Aでは、その摺動速度が漸次上昇し、アペックスシール2が長軸側内周面3aから短軸側内周面3bへ摺動していく領域Bでは、その摺動速度が漸次低下していく。
The abundance ratio of the (222) oriented Cr crystal is not uniform over the entire inner
この点を踏まえて、上記(222)配向Cr結晶の存在率を、上記摺動速度が漸次上昇する領域Aでは、該摺動速度が漸次低下する領域Bよりも小さくしている。これにより、領域Aでは、アペックスシール2の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が負勾配の特性を示し、領域Bでは同摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性示すようにしている。この(222)配向Cr結晶の存在率と摩擦係数の速度依存性との関係は後にデータに基いて説明する。
In view of this point, the abundance ratio of the (222) oriented Cr crystal is made smaller in the region A where the sliding speed gradually increases than in the region B where the sliding speed gradually decreases. Thus, in region A, the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the
<製法>
上記ロータハウジング1の製法を説明する。
<Production method>
A method for manufacturing the
(製法例1)
ライナー用鋼板にCrめっき皮膜を形成した後、該鋼板をレーザー溶接にて上記トロコイド状内周面を有する長円筒状に加工する。この長円筒状ライナー11をアルミ合金製ハウジング本体に鋳ぐるむ。得られたロータハウジング用ワークの内周面をホーニング研削砥石にて加工することで、所定の粗さに仕上げてロータハウジング1を得る。
(Production Example 1)
After forming the Cr plating film on the liner steel plate, the steel plate is processed into a long cylindrical shape having the trochoidal inner peripheral surface by laser welding. This long
かかる製法において、上記ライナー用鋼板にCrめっき皮膜を形成するにあたり、図5に示すように、ライナー用鋼板11Aの上記領域Aに該当する部位A’では上記(222)配向Cr結晶の存在率が60%以上65%以下になるようにCrめっき処理を行ない、上記領域Bに該当する部位B’では上記(222)配向Cr結晶の存在率が80%以上85%以下になるようにCrめっき処理を行なう。
In forming the Cr plating film on the liner steel plate in such a manufacturing method, as shown in FIG. 5, in the portion A ′ corresponding to the region A of the
以下、Crめっき皮膜の形成方法を具体的に説明する。基本的なCrめっき処理方法は次のとおりである。 Hereinafter, a method for forming the Cr plating film will be specifically described. The basic Cr plating method is as follows.
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成分を含むめっき浴にライナー用鋼板を入れて所定温度に予熱し、数分間の逆電処理によってワーク表面を洗浄した後、数分間のストライクめっき処理(正電処理)及び所定時間の本めっき処理(正電処理)を順に行なうことによって、Crめっき皮膜を形成する。「ストライクめっき」はめっき皮膜のワーク表面への密着力を高めるための短時間めっきである。 A steel plate for liner is put in a plating bath containing a Cr component, sulfuric acid, and an organic sulfonic acid as a catalyst, and if necessary, a Mo component, and preheated to a predetermined temperature, and the work surface is cleaned by a reverse electric treatment for several minutes. Then, a Cr plating film is formed by sequentially performing a strike plating process (positive electric process) for several minutes and a main plating process (positive electric process) for a predetermined time. “Strike plating” is short-time plating to increase the adhesion of the plating film to the workpiece surface.
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、メタン時スルフォン酸等が挙げられる。 As the Cr component, anhydrous chromic acid CrO 3 is preferable, and Cr 2 O 3 is added as necessary. As the Mo component, sodium molybdate or ammonium molybdate can be employed. The organic sulfonic acid is represented by HSO 3 R, and R has an aliphatic hydrocarbon group having 10 or less carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group, toluene having a methyl group at the para position, and an unsaturated hydrocarbon group. An aromatic hydrocarbon group in which an acyclic hydrocarbon is bonded to one aromatic ring such as styrene is preferable. R may be another aromatic hydrocarbon group or a plurality of sulfonic acid groups (HSO 3 ). Specific examples include methanesulfonic acid and methanesulfonic acid.
めっき浴は、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。めっき浴温度は例えば45℃以上60℃以下に調整する。 The plating bath is, for example, 240 g / L or more and 280 g / L or less of anhydrous chromic acid, 2.5 g / L or more and 3.3 g / L or less of sulfate ion, 10 to 35 ml / L or less of organic sulfonic acid, The amount of sodium molybdate may be 50 g / L or more and 65 g / L or less. The plating bath temperature is adjusted to 45 ° C. or more and 60 ° C. or less, for example.
洗浄用逆電処理の電流密度は、50A/dm2以上60A/dm2以下、ストライクめっき処理の電流密度は40A/dm2以上55A/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、めっき皮膜表面が例えばRa2.0μm以下となるようにすることが好ましい。 The current density of the cleaning reverse current treatment may be 50 A / dm 2 or more and 60 A / dm 2 or less, and the current density of the strike plating treatment may be 40 A / dm 2 or more and 55 A / dm 2 or less. The finish grinding is preferably performed by honing or the like so that the surface of the plating film is, for example, Ra 2.0 μm or less.
(222)配向Cr結晶の存在率は本めっき処理特の電流密度によって調整することができる。すなわち、電流密度が高くなるほど(222)配向Cr結晶の割合が増加する。 The abundance of (222) oriented Cr crystals can be adjusted by the current density specific to the present plating treatment. That is, as the current density increases, the proportion of (222) oriented Cr crystals increases.
部位A’にCrめっき皮膜を形成するときは、他の部位をマスキングし、本めっき処理の電流密度を小さくしてめっき処理を行なう。部位B’にCrめっき皮膜を形成するときは、他の部位をマスキングし、本めっき処理の電流密度を大きくしてめっき処理を行なう。部位A’及びB’以外の部位については例えば部位A’と部位B’との中間の電流密度でめっき処理を行なえばよい。 When the Cr plating film is formed on the part A ′, the other part is masked, and the plating process is performed by reducing the current density of the main plating process. When forming the Cr plating film on the part B ', the other part is masked, and the current density of the main plating process is increased to perform the plating process. For the parts other than the parts A ′ and B ′, for example, the plating process may be performed at an intermediate current density between the parts A ′ and B ′.
領域A用及び領域B用の各鋼板を別個に準備し、領域A用鋼板に(222)配向Cr結晶の存在率が60%以上65%以下のCrめっき処理を行ない、領域B用鋼板に(222)配向Cr結晶の存在率が80%以上85%以下のCrめっき処理を行ない、それら領域A用及び領域B用のCrめっき処理鋼板を接合することにより、長円筒状ライナー11を製作するようにしてもよい。
Each steel plate for region A and region B is prepared separately, and the steel plate for region A is subjected to Cr plating treatment with a (222) orientation Cr crystal abundance ratio of 60% to 65%. 222) A
<実施例及び比較例>
本めっき処理の電流密度25A/dm2、30A/dm2、45A/dm2と変化させてテストピース(鋼板)にCrMoめっき皮膜を形成した。めっき浴組成は表1の通りであり、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。
<Examples and Comparative Examples>
To form a CrMo plating film on the plating
そうして、得られた各テストピースのCrめっき皮膜における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Crめっき面をホーニング加工した後に理学電機株式会社製X線回折装置RU−200を用いて表2に示す条件で行なった。結果を表3に示す。 Then, the abundance ratio of each crystal face facing the surface side in the Cr plating film of each obtained test piece was measured by X-ray diffraction analysis. The measurement was performed under the conditions shown in Table 2 using an X-ray diffractometer RU-200 manufactured by Rigaku Corporation after honing the Cr plated surface of the test material. The results are shown in Table 3.
表3によれば、本めっき処理の電流密度が大きくなるに従って(222)配向Cr結晶の存在率が大きくなることがわかる。 According to Table 3, it can be seen that the abundance of (222) -oriented Cr crystals increases as the current density of the main plating process increases.
上記各テストピースについて、ホーニング加工後、図6に示す試験器を用いて摩擦試験を行ない、摩擦係数の速度依存性を調べた。同図において、21は円板状のテストピース、22はチル鋳鉄製摺動片23を固定した円板状の回転支持台である。テストピース21の下面に周縁近傍を周回するようにCrめっき層24が環状に設けられている。テストピース21の中心部には該テストピース21を貫通するエア供給孔25が形成されている。テストピース21の周縁近傍にはCrめっき層24の部位で該テストピース21を貫通する潤滑油供給孔26が形成されている。回転支持台22には3個の摺動片23が周方向に120度の角度間隔をおいて固定され、各摺動片23の上端が支持台22より上方へ突出している。この3個の摺動片23にテストピース21が載せられている。
About each said test piece, after the honing process, the friction test was done using the test device shown in FIG. 6, and the speed dependence of the friction coefficient was investigated. In the figure, 21 is a disk-shaped test piece, and 22 is a disk-shaped rotation support base to which a chilled
摩擦試験は、エア供給孔25から2.5kg/cm2 の圧力でエアを供給し且つ潤滑油供給孔26から温度100℃の潤滑油を供給しながら行なった。潤滑油としては、0W−20のエンジンオイルを用いた。そして、摺動片23の周速を変化させ、各摺動速度での摩擦係数を測定した。結果を図7に示す。
The friction test was performed while supplying air at a pressure of 2.5 kg / cm 2 from the
同図において、Aは表3の実施例A面、Bは同じく実施例B面、比較例は同じく比較例の各データである。(222)配向Cr結晶の存在率が小さい実施例A面では、摺動速度が増大するにつれての摩擦係数が小さくなっている。すなわち、摩擦係数の速度依存性は負勾配の特性を示している。実施例A面よりも(222)配向Cr結晶の存在率が大きい実施例B面では、摺動速度が増大するにつれての摩擦係数が大きくなっている。すなわち、摩擦係数の速度依存性は正勾配の特性を示している。比較例はさらに(222)配向Cr結晶の存在率が小さく、主たる配向面が(222)面から(211)面になっている。そのため、実施例A面と同じく摩擦係数の速度依存性は負勾配の特性を示しているものの、摩擦係数が高くなっている。 In the same figure, A is Example A surface of Table 3, B is Example B surface, and a comparative example is each data of a comparative example. On the surface of Example A where the abundance of (222) oriented Cr crystals is small, the coefficient of friction decreases as the sliding speed increases. That is, the speed dependence of the friction coefficient shows a negative gradient characteristic. In Example B surface where the abundance of (222) -oriented Cr crystals is larger than that in Example A surface, the friction coefficient increases as the sliding speed increases. That is, the speed dependency of the friction coefficient indicates a positive gradient characteristic. In the comparative example, the abundance ratio of the (222) oriented Cr crystal is small, and the main orientation plane is changed from the (222) plane to the (211) plane. Therefore, like the surface of Example A, the speed dependency of the friction coefficient shows a negative gradient characteristic, but the friction coefficient is high.
<製法例2>
本例は、ライナーをハウジング本体に鋳ぐるんでロータハウジング用ワークを形成した後に、このワークにCrめっき処理を施す例である。めっき浴に当該ワークを入れ、予熱、逆電処理によるワーク表面の洗浄及びストライクめっき処理を行なった後、図8に示すように、Crめっき処理用電極15とロータハウジング用ワーク1AのA領域の内周面との間に遮蔽板17を配置して本めっき処理(正電処理)を施す。電極15とワーク1Aの内周面との距離は全周にわたって略同一である。
<Production Example 2>
In this example, a rotor housing work is formed by casting a liner on the housing body, and then the work is subjected to Cr plating. After the workpiece is put in the plating bath, preheating, cleaning of the workpiece surface by reverse electric treatment, and strike plating treatment are performed, as shown in FIG. 8, the
遮蔽板17は、図9に示すようにロータハウジング軸方向に長くなった短冊状のものであり、図8に示すようにワーク1Aの長軸側の円弧状内周面の法線に対して傾斜して配置される。図9左側は遮蔽板17を法線方向に配置した場合、図9右側は遮蔽板17を法線方向に対して傾斜させて場合をそれぞれ模式的に示す。遮蔽板17を法線方向に対して傾斜させて配置すると、遮蔽板17が邪魔になって通電経路が長くなることで浴抵抗が増加し、遮蔽板17を法線方向に配置した場合に比べて、電流密度が小さくなる。
As shown in FIG. 9, the shielding
すなわち、製法例2によれば、ワーク1Aの領域Aでは、遮蔽板17が配置されて正電処理が行なわれることにより、領域Bに比べて電流密度が小さくなる。従って、遮蔽板17を配置していない領域Bに(222)配向Cr結晶の存在率が80%以上85%以下のCrめっき皮膜が形成されるように通電量を調整して正電処理を行なうことにより、領域Aでは(222)配向Cr結晶の存在率が60%以上65%以下のCrめっき皮膜を形成することができる。
That is, according to the manufacturing method example 2, in the region A of the
領域Aでの電流密度は、遮蔽板17の枚数、高さ、幅或いは法線に対する傾斜角度を適宜調整することにより、最適な値にすることができる。
The current density in the region A can be set to an optimal value by appropriately adjusting the number of shielding
なお、本発明はロータリーピストンエンジンのロータハウジングに限らず、シール部材が摺動する長円形状内周面を有し且つ摺動負荷が長軸側内周面と短軸側内周面とで相異なる油圧ポンプやコンプレッサのハウジングにも適用することができる。 The present invention is not limited to a rotor housing of a rotary piston engine, and has an oval inner peripheral surface on which a seal member slides, and a sliding load is generated between a long axis side inner peripheral surface and a short axis side inner peripheral surface. It can also be applied to different hydraulic pumps and compressor housings.
1 ロータハウジング(摺動部材)
1A ワーク
2 シール部材
3 内周面
12 (222)配向のCr結晶
12a (222)配向のCr結晶部位に生成した酸化物
13 他のCr結晶
13a 他のCr結晶部位に生成した酸化物
14 Cr酸化皮膜
15 電極
17 遮蔽板
1 Rotor housing (sliding member)
Claims (3)
上記内周面には、上記シール部材の摺動速度が漸次上昇する領域Aと、上記シール部材の摺動速度が漸次低下する領域Bとがあり、
上記Crめっき皮膜は、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)配向結晶の存在率が、他の結晶面が表面側に配向している結晶の存在率よりも高く、
上記領域AのCrめっき皮膜は、上記シール部材の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が負勾配の特性を示し、
上記領域BのCrめっき皮膜は、上記シール部材の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が正勾配の特性を示すことを特徴とする摺動部材。 A sliding member having an oval inner peripheral surface with a Cr plating film formed on the surface, the seal member sliding in the circumferential direction on the inner peripheral surface,
The inner peripheral surface has a region A where the sliding speed of the seal member gradually increases and a region B where the sliding speed of the seal member gradually decreases,
In the Cr plating film, the abundance of (222) oriented crystals with the (222) plane facing the surface side specified by X-ray diffraction analysis, and the abundance of crystals with other crystal planes oriented on the surface side Higher than
The Cr plating film in the region A shows a characteristic that the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the seal member has a negative gradient,
The Cr plating film in the region B is characterized in that the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the seal member exhibits a positive gradient characteristic.
上記領域AのCrめっき皮膜は、上記領域BのCrめっき皮膜に比べて上記(222)配向結晶の存在率が小さいことを特徴とする摺動部材。 In claim 1,
The Cr plating film in the region A has a smaller abundance of the (222) oriented crystal than the Cr plating film in the region B.
摺動部材用ワークをめっき浴に入れ、正電処理によって、該ワークの内周面に、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)配向結晶の存在率が、他の結晶面が表面側に配向している結晶の存在率よりも高いCrめっき皮膜を形成する工程を備え、
上記工程では、上記Crめっき皮膜を形成するための電流密度を、上記領域Aでは上記領域Bよりも小さくすることにより、上記シール部材の摺動速度の変化に対する摩擦係数の速度依存性が、上記領域AのCrめっき皮膜では負勾配の特性となり、上記領域BのCrめっき皮膜では正勾配の特性となるようにすることを特徴とする摺動部材の製造方法。 The seal member includes an oval inner peripheral surface formed with a Cr plating film on which the seal member slides in the circumferential direction. The inner peripheral surface includes a region A where the sliding speed of the seal member gradually increases, and the seal A method for manufacturing a sliding member having a region B where the sliding speed of the member gradually decreases,
The sliding member workpiece is placed in a plating bath, and the positive electrode treatment is performed to positively treat the inner peripheral surface of the workpiece with the (222) plane specified by X-ray diffraction analysis facing the surface side. Is provided with a step of forming a Cr plating film higher than the abundance of crystals in which other crystal faces are oriented on the surface side
In the step, the current density for forming the Cr plating film is made smaller in the region A than in the region B, whereby the speed dependency of the friction coefficient with respect to the change in the sliding speed of the seal member is A method for manufacturing a sliding member, wherein the Cr plating film in the region A has a negative gradient characteristic and the Cr plating film in the region B has a positive gradient characteristic.
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