JP3234209B2 - 摺動部材の製造方法 - Google Patents

摺動部材の製造方法

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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー表面処理
による摺動部材の製造方法、詳しくは、基材(母材)上
の溶射被膜に点状や線状のパターンでレーザーを照射
し、レーザー非照射部とレーザー照射部との硬度差によ
り、主として、仕上げ加工又は摺動によりゆるやかな凹
凸が生じ、凹部が潤滑油の油だまりとなって保油性を向
上させ、耐焼付き性を向上させる摺動部材の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の摺動部材の製造方法として、例え
ば特開昭60−61187号公報には、軸受メタル板を
裏金の軸穴円周面に嵌合するように環状に成型して固定
し、不活性ガスシールを行いつつ、レーザービームを照
射して軸受メタル板全体を順次再溶融して裏金に溶接
し、かつ急冷して軸受メタルを微細組織化し、軸受の耐
久性向上を図るようにした軸受製造法が記載されてい
る。
【0003】また、特開昭59−133868号公報に
は、鋳鉄部材の摺動面に、レーザーなどの高密度エネル
ギー加熱源を用いて、スポット状に再溶融部を分散させ
スポット状にセメンタイトを晶出させ、再溶融部の周囲
に黒鉛が分布しその部分を油だまりとするようにした内
燃機関シリンダなどの鋳鉄摺動部材及びその製造方法が
記載されている。また、基材に線爆溶射を行い、線爆溶
射後のホーニングによるクロスハッチを油だまりとする
ことも知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭60−6
1187号公報記載の軸受製造法においては、表面層の
全面をレーザーにより溶融凝固して組織を改善してお
り、耐摩耗性の向上はなされているが、厳しい摺動条件
で生じる油膜切れに対しては効果がなく、耐焼付き性に
限界がある。
【0005】また、上記の特開昭59−133868号
公報記載の鋳鉄摺動部材及びその製造方法においては、
レーザーを用いた表面改質であるが、材料が鋳鉄に限ら
れており、耐摩耗性向上などに限界がある。また、ホー
ニングによるクロスハッチを油だまりとすることは、適
正な表面形状を形成するため加工工程管理を厳しくする
必要がある。
【0006】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、レーザー照射部とレーザー非照射
部の硬度差による選択的摩耗で自然に生じる凹凸により
油だまり部分が形成され、保油性を向上させ、耐焼付き
性を向上させるようにした摺動部材の製造方法を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、シリンダボ
ア内面などに複合溶射被膜を用い、レーザー照射部とレ
ーザー非照射部の硬度差による選択的摩耗で自然に生じ
る凹凸により油だまり部分が形成され、保油性を向上さ
せ、耐焼付き性を向上させ、鋳鉄に焼きを入れる以上に
耐摩耗性向上が可能となる摺動部材の製造方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の摺動部材の製造方法は、基材(母材)上
に設けられた溶射被膜に点状、線状などのスポット状の
パターンでレーザーを照射し、部分的に加熱し、望まし
くは加熱、急冷し、組織変化を生じさせて被膜の部分改
質を行い、主として、仕上げ加工時又は摺動時の選択的
摩耗によりレーザー照射部又はレーザー非照射部が凹
み、油だまりとなるようにして、耐焼付き性に優れる摺
動面を形成させるように構成されている(図1〜図3参
照)。この方法において、溶射被膜をAl−Si溶射被
膜とすることが好ましい。この場合、Al−Si溶射被
膜のSi量を20〜40重量%とすることが好ましい。
Si量が20重量%未満の場合は、硬度差が顕著に表わ
れないという不都合があり、一方、40重量%を越える
場合は、溶射被膜作製が困難であるという不都合があ
る。摺動面の一例として、軸受又はシリンダボアの摺動
面を挙げることができる。
【0008】また、本発明の摺動部材の製造方法は、M
oを主成分とする相とFe又は/及びCoを主成分とす
る相が複合相又は層状に重なった状態となった複合溶射
被膜を基材(母材)上に作製し、この溶射被膜に点状、
線状などのスポット状のパターンでレーザーを照射し
て、部分的に加熱し、望ましくは加熱、急冷し、再溶融
凝固させることによりFe又は/及びCoを主成分とす
る相とMoを主成分とする相を合金化して再溶融凝固し
た部分で硬度を上昇させて耐摩耗性を向上させ、レーザ
ー照射部とレーザー非照射部の硬度の違いにより、主と
して、仕上げ加工時又は摺動時に硬度の低いレーザー非
照射部で選択的に摩耗が生じ、ゆるやかな凹凸を形成し
凹部が油だまりとなるようにして、耐焼付き性に優れる
摺動面を形成させることを特徴としている(図4、図5
参照)。
【0009】この方法において、摺動面の一例として、
軸受又はシリンダボアの摺動面を挙げることができる。
また、これらの方法において、レーザー照射の熱影響を
基材にまで及ぼすことにより、基材と溶射被膜との密着
性を向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図1は本発明の実施の第1形態による摺動
部材の製造方法により製造された摺動部材の断面を示し
ている。また、図2はレーザー照射による部分改質の平
面模式図で点パターンの場合を示し、図3は線パターン
の場合を示している。10は摺動部材、例えば軸受の基
材(母材)であり、この基材10の上に、溶射被膜、例
えばAl−Si溶射被膜12が形成される。
【0011】このAl−Si溶射被膜12上に、レーザ
ーをスポット状に照射する。この場合、レーザー照射部
14は、例えば図2に示すような点パターン、図3に示
すような線パターンなどとすることが好ましい。要は、
溶射被膜12上にレーザー照射部14とレーザー非照射
部16とが交互に形成されるようにすればよい。
【0012】溶射被膜12にレーザーを照射し、部分的
に加熱した後、冷却し組織変化を生じさせて被膜12の
部分改質を行う。この部分改質により、レーザー照射部
14の溶射被膜下面と基材10の上面との密着強度が増
加する。すなわち、レーザー照射部14では基材10ま
で溶融し、溶射被膜12と基材10との密着性が向上す
る。Al−Si溶射被膜12にレーザーを照射すると、
レーザー照射部14の硬度が小さくなり(軟かくな
り)、レーザー非照射部16の硬度が大きくなる(硬く
なる)。すなわち、照射部14は非照射部16より硬さ
が低下する。このため、表面仕上げ加工及び摺動時の選
択的摩耗により照射部14が凹み、潤滑油の油だまりと
なって保油性が向上し、被膜12の耐焼付き性が向上す
る。凹み部の最大深さは約1〜2μm 程度である。Al
−Si溶射被膜12は層状でもよく、混合層(相)でも
よい。また、Al−Si以外の材質の溶射被膜を用いる
ことも可能で、レーザー照射により硬度差が発現できる
ような溶射被膜であればよい。この場合も、軟かい部分
が凹み、油だまりを形成することになる。
【0013】図4は本発明の実施の第2形態で、例え
ば、層状の被膜による摺動部材の製造方法により製造さ
れた摺動部材の断面をしめしている。20は摺動部材、
例えばシリンダボア部の基材(母材)であり、この基材
20上に、例えば密着性の向上が期待されるMoを主成
分とする層31を溶射し、膜との密着性の向上を良くす
る。この層31の上に、例えばレーザー照射により硬化
するFe又はCoを主成分とする層22を溶射する。さ
らにこの層22の上に例えばMoを主成分とする層24
を溶射し、基材との初期馴染みをよくする。このように
溶射被膜26を複合相状態に溶射して形成することで溶
射被膜26に複合的な性質を持たせている。
【0014】この複合溶射被膜26上に、レーザーをス
ポット状に照射する。この場合、レーザー照射部28
は、例えば図2に示すような点パターン、図3に示すよ
うな線パターンなどとすることが好ましい。要は、複合
溶射被膜26上にレーザー照射部28とレーザー非照射
部30とが交互に形成されるようにすればよい。
【0015】溶射被膜26にレーザーを照射し、部分的
に加熱した後、冷却し組織変化を生じさせて被膜26の
部分改質を行う。この部分改質により、レーザー照射部
28の溶射被膜下面と基材0の上面との密着強度が増
加する。すなわち、レーザー照射部28では基材20ま
で溶融し、溶射被膜26と基材20との密着性が向上す
る。複合溶射被膜26にレーザーを照射すると、レーザ
ー照射部28の硬度が大きくなり(硬くなり)、レーザ
ー非照射部30の硬度が小さくなる(軟かくなる)。す
なわち、非照射部30は照射部28より硬さが低下す
る。このため、表面仕上げ加工及び摺動時(主として摺
動時)の選択的摩耗により非照射部30が凹み、潤滑油
の油だまりとなって保油性が向上し、被膜26の耐焼付
き性が向上する。凹み部の最大深さは約1〜2μm 程度
である。複合溶射被膜26は層状でもよく、混合層
(相)でもよい。また、上記の材質以外の材質の溶射被
膜を用いることも可能で、レーザー照射により硬度差が
発現できるような溶射被膜であればよい。この場合も、
軟かい部分が凹み、油だまりを形成することになる。
【0016】図5は本発明の実施の第3形態を示してい
る。図4は層状の場合を示しているが、図5に示すよう
に、複合層とすることも可能である。32は複合層で、
Moを主成分とする層34とFe又はCoを主成分とす
る層36とからなっている。38はレーザー照射部であ
る。他の構成及び作用は実施の第2形態の場合と同様で
ある。
【0017】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 (1) レーザー照射部とレーザー非照射部との硬度差
により、主として、仕上げ加工時又は摺動によりゆるや
かな凹凸が生じ、凹部が潤滑油の油だまりとなり、保油
性を向上させ、耐焼付き性の向上を図ることができる。 (2) 溶射被膜を複合相状態に溶射する場合は、上記
(1)の効果に加えて、溶射被膜に複合的な性質を持た
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による摺動部材の製造
方法により製造された摺動部材の断面模式図である。
【図2】レーザー照射による部分改質の一例を示す平面
模式図である。
【図3】レーザー照射による部分改質の他の例を示す平
面模式図である。
【図4】本発明の実施の第2形態による摺動部材の製造
方法により製造された摺動部材の断面模式図である。
【図5】本発明の実施の第3形態による摺動部材の製造
方法により製造された摺動部材の断面模式図である。
【符号の説明】
10、20 基材(母材) 12 Al−Si溶射被膜 14、28、38 レーザー照射部 16、30 レーザー非照射部 22、36 Fe又は/及びCoを主成分とする層 24、31、34 Moを主成分とする層 26 複合溶射被 32 複合
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F16J 10/04 F16J 10/04 // C22C 21/02 C22C 21/02 (72)発明者 苧野 兵衛 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 昭63−14853(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 4/18 C23C 4/08

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材上に設けられた溶射被膜に点状、線
    状などのパターンでレーザーを照射し、部分的に加熱し
    組織変化を生じさせて被膜の部分改質を行い、主とし
    て、仕上げ加工時又は摺動時の選択的摩耗によりレーザ
    ー照射部又はレーザー非照射部が凹み、油だまりとなる
    ようにして、耐焼付き性に優れる摺動面を形成させるこ
    とを特徴とする摺動部材の製造方法。
  2. 【請求項2】 溶射被膜がAl−Si溶射被膜である請
    求項1記載の摺動部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 Al−Si溶射被膜のSi量を20〜4
    0重量%とする請求項2記載の摺動部材の製造方法。
  4. 【請求項4】 摺動面が軸受又はシリンダボアの摺動面
    である請求項1、2又は3記載の摺動部材の製造方法。
  5. 【請求項5】 Moを主成分とする相とFe又は/及び
    Coを主成分とする相の複合相状態又は層状に重なった
    状態となった複合溶射被膜を基材上に作製し、この溶射
    被膜に点状、線状などのパターンでレーザーを照射し
    て、部分的に加熱し再溶融凝固させることによりFe又
    は/及びCoを主成分とする相とMoを主成分とする相
    を合金化して再溶融凝固した部分で硬度を上昇させて耐
    摩耗性を向上させ、レーザー照射部とレーザー非照射部
    の硬度の違いにより、主として、仕上げ加工時又は摺動
    時に硬度の低いレーザー非照射部で選択的に摩耗が生
    じ、ゆるやかな凹凸を形成し凹部が油だまりとなるよう
    にして、耐焼付き性に優れる摺動面を形成させることを
    特徴とする摺動部材の製造方法。
  6. 【請求項6】 摺動面が軸受又はシリンダボアの摺動面
    である請求項5記載の摺動部材の製造方法。
  7. 【請求項7】 レーザー照射の熱影響を基材にまで及ぼ
    すことにより、基材と溶射被膜との密着性を向上させる
    請求項1〜6のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
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