JPH0125802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属基体の耐摩耗性が要求される表
面を焼結金属層により構成すると共に、該焼結金
属層表面に油溜りや油溝としての潤滑油用凹部を
形成するようにしてなる耐摩耗性摺動面の形成方
法に関するものである。

（従来技術） 例えば内燃機関のロツカアームにあつては、軽
量化等のためその本体をアルミニウム合金で形成
する一方、カムとの当接部位となる部分には、耐
摩耗性確保のため、鋼材からなるチツプ片を鋳ぐ
るむと共に、該チツプ片のカムに対する当接面側
には、耐摩耗層としての焼結金属層を形成するよ
うにしてある。このような焼結金属層は、例えば
特開昭52―65111号公報に示すように、耐摩耗性
合金粉末と樹脂バインダとの混練物からなる粉末
合金シートを上記チツプ片の表面に接着等した
後、加熱、焼結することにより形成することがで
きる。そして従来は、上記焼結金属層の表面の所
定箇所に対して、潤滑性を良好にするための油溜
りや油溝としての潤滑油用凹部を、切削加工によ
り形成していた。

しかしながら、極めて硬質の焼結金属層に対し
て切削加工することは、切削用バイトの負担が大
きく、かつ切削中に不用意に衝撃を与えると焼結
金属層に割れや欠けが生じるおそれがあるため、
加工上好ましくないものである。とりわけ、潤滑
油用凹部の形状によつては、切削加工がいわゆる
アンダカツトとならざるを得ない場合もあるた
め、この場合は切削加工がより困難となる。

（発明の目的） 本発明は上述のような事情を勘案してなされた
もので、耐摩耗層としての焼結金属層に対して何
等の後加工を施すことなく、該焼結金属層の表面
に油溜りや油溝としての潤滑油用凹部が形成でき
るようにした耐摩耗性摺動面の形成方法を提供す
ることを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、粉末合金シートを半液相焼結温度に
加熱した際、少なからず合金粉末（半液相合金粉
末）に流動性が生じることに着目してなされたも
のである。

具体的には、チツプ片等の金属基体における耐
摩耗性が要求される表面のうち、油溜りや油溝と
しての潤滑油用凹部を形成したい部位に対応した
箇所において沈下用凹部を形成しておき、このよ
うな沈下用凹部を有する金属基体の表面に、耐摩
耗性合金粉末と樹脂バインダとの混練物からなる
粉末合金シートを接着し、この後半液相焼結温度
で加熱することにより、耐摩耗性合金を上記沈下
用凹部内に沈下させて、該沈下用凹部に対応した
部位に油溜りや油溝としての潤滑油用凹部が表出
した耐摩耗層としての焼結金属層を得るようにし
たものである。

（実施例） 本実施例では、ロツカアームのチツプ片表面
に、耐摩耗層としての焼結金属層を形成した場合
を説明する。

第１図において、Ａはロツカアームで、支軸１
を中心として揺動自在とされている。このロツカ
アームＡは、その本体２がアルミニウム合金等の
軽金属で構成され、その一側揺動端部には、例え
ば鋼材からなるチツプ片３が鋳ぐるまれている。
このチツプ片３は、その表面すなわち、カム４に
対する当接面側が球状面とされており、このよう
な表面には、耐摩耗層としての焼結金属層５が形
成されている。そして、この焼結金属層５の表面
には、潤滑油用凹部６が形成されている。

次に、前述した潤滑油用凹部６を有する焼結金
属層５を得る本発明方法について、第２図〜第４
図により説明する。金属基体としての前記チツプ
片３の表面には、第２図に示すように潤滑油用凹
部６を形成したい部位に対応した箇所（実施例で
は中央部分）に、あらかじめ沈下用凹部７が形成
されている。このような沈下用凹部７を有するチ
ツプ片３の表面には、耐摩耗性合金粉末と樹脂バ
インダとの混練物からなる粉末合金シート８が接
着される。この後、このようなチツプ片３と粉末
合金シート８との接着体を加熱炉内に入れて、粉
末合金の半液相焼結温度にまで加熱する。この加
熱により、チツプ片３の表面には、第３図、第４
図に示すように焼結金属層５が形成されることに
なるが、半液相焼結温度での加熱により、合金粉
末は若干流動性を有することとなるため沈下用凹
部７内に沈下されることとなり、この結果、得ら
れた焼結金属層５の表面には、上記沈下に対応し
て潤滑油用凹部６が自動的に形成されることとな
る。なお、最終的には、従来同様、焼結金属層５
の表面（摺動面）を研削等により仕上げればよ
い。

ここで、沈下用凹部７は、例えばチツプ片３の
表面を切削加工することにより形成すればよい
が、チツプ片３の材質は耐摩耗層としての焼結金
属層に比して十分軟らかいために加工上特別の問
題は何等生じないものであり、またチツプ片３の
成形を鍛造等の塑性加工により行なう場合はこの
成形時に合せて形成することができる。勿論、こ
の沈下用凹部７は、所望の潤滑油用凹部５の形状
や合金粉末の沈下するのに合わせて、所定形状、
所定サイズに設定されている。また、粉末合金シ
ート８は、焼結されるまでに若干収縮するため、
チツプ片３の表面の形状に合せてこれよりも若干
大きめのサイズとされている（第２図参照）。さ
らに、粉末合金シート８をチツプ片３の表面に接
着するには、該粉末合金シート８自身の有する自
己接着性（樹脂バインダによる粘着性）を利用し
てもよいが、この自己接着力が不十分な場合は、
別途接着剤（両面接着テープに加工されたものを
含む）を利用してもよい。勿論、潤滑油用凹部６
は溝形状のようなものでもよく（この場合は沈下
用凹部７も溝形状とされる）、またロツカアーム
Ａのチツプ片３以外の部材例えば内燃機関におけ
るタベツトの押圧端面部分に本発明を適用する
（この場合はタベツトが金属基体となる）等、適
宜の部材に本発明を適用できるものである。

さて次に、前記粉末合金シート８としては既知
のものをそのまま利用することも可能であるが、
好ましくは以下に説明するようなものを用いると
よい。

先ず、樹脂バインダとしては、常温で感圧接着
性を有するアクリル系重合体または共重合体から
なるアクリル樹脂を用いるのがよい。このアクリ
ル樹脂は常温で十分な接着性（粘着性）を有して
いて、樹脂バインダとして用いられた場合にもか
なりの高温まで焼失等をおこさずにこの接着性が
維持されており、しかもガス発生が急激でない上
にその拡散がスムーズに行なわれるため、粉末合
金シート８にいわゆる膨れ等の生じ難いものとな
る。このように樹脂バインダとして用いられたア
クリル樹脂は、150℃付近からタール、ピツチ化
し始めて金属基体（実施例ではチツプ片３）に対
する接合力は樹脂から徐々にタール、ピツチ状物
質に肩代りされていくことになり、粉末合金の焼
結が開始される温度まで金属基体に対する接着な
いし接合性を有するものが得られる。すなわち、
金属基体とアクリル樹脂をバインダとする粉末合
金シート８との接着体を搬送しつつ加熱していく
途中で多少の振動等を受けたとしても、該粉末合
金シート８が金属基体に対して位置ずれを生じる
ことがなく、しかも金属基体の傾斜面（垂直面を
含む）に対して粉末合金シート８を接着した場合
にあつてもこの粉末合金シート８が金属基体から
途中で脱落することがない。

このようなバインダとしてのアクリル樹脂は、
３容量％〜15容量％（合金粉末が85容量％〜97容
量％）の範囲にするのが好ましい。すなわち、ア
クリル樹脂が３容量％未満であると粉末合金シー
トの粘着性や可撓性が確保しずらく、また15容量
％を越えると得られた焼結金属層５の気孔率に悪
影響を与え易いと共に金属基体との十分な接合性
が得にくいものとなる。なお、アクリル樹脂は、
よく知られているようにアクリル酸エステルまた
はメタクリル酸エステル類の重合体または共重合
体で、かつ常温で感圧接着性を有するものが採用
し得る。

次に、耐摩耗性合金粉末としては、樹脂バイン
ダによる接着性に限界があるため焼結温度が低い
方が好ましく、このため共晶合金特にコスト等の
点を勘案してFe―Ｍ―Ｃ系の三元共晶合金を用
いるのが好ましい。このFe―Ｍ―Ｃ系のＭとし
てはＰ，Mo，Ｂのうちいずれか一種あるいはこ
れ等の複合物であることが好ましい。このＭとし
てＰを用いた場合は、Ｃと同様に金属基体への拡
散性が強いので好ましく、またFe，Ｃと結合し
て燐共晶を形成して、耐摩耗性を向上させる他、
融点を下げる役割りをなす。このＰは、ある程度
以上の液相量を確保するために0.5重量％以上と
するのがよく、靭性の確保を考慮して2.5重量％
以下であることが好ましい。

上記Fe―Ｍ―Ｃ系におけるＣは、Ｐと共働し
て基地の強化および硬質相の形成を得ると共に、
燐共晶を形成して密度の上昇および金属基体との
接合に役立つものである。このＣの割合は、密度
の上昇と金属基体との接合性を考慮して1.5重量
％以上、また液相量の出現割合が多くなりすぎる
のと靭性に与える影響を考慮して4.0重量％以下
とするのがよい。

Fe―Ｍ―Ｃ系のＭがMoの場合は、基地の強化
および硬質相の形成に寄与すると共に、Fe，Ｃ
と結合して融点を下げるものであり、硬質相が少
なくなり過ぎるのと密度の確保を考慮して2.5重
量％以上とし、靭性を考慮して10.5重量％以下と
するのがよい。

Fe―Ｍ―Ｃ系におけるＭがＢの場合は、Fe，
Ｃと結合して硬質相を形成すると共に融点を下げ
る役割りを行なうが、耐摩耗性を考慮して0.5重
量％以上で、脆性を考慮して3.0重量％以下とす
るのがよい。

さらに、副次的な元素として、Cr，Ｖ，Ｗ，
Nb，Ta，Tiが有効である。すなわち、これらの
元素は、基地の強化、特に靭性の向上に役立ち、
さらにＣと結合して硬質相を形成する上で好まし
いが、10.0重量％以上は上記効果が飽和するので
経済的に必要でない。また、Siは合金粉末製造時
の溶湯の流動性を改善すると共に、接合時に金属
基体とのぬれ性を改善するために用いるとよい
が、耐摩耗性を考慮して5.0重量％以下とするの
がよい。さらに、Ni，Mnは、基地の強化に役立
つが、耐摩耗性を考慮して5.0重量％以下とする
のがよい。

合金粉末の粉末粒度は、焼結層の気孔率に大き
な影響を与える要素であり、耐摩耗性を考慮して
150メツシユ以下とするのが好ましい。

ここで、金属基体と粉末合金シート８との接着
体が特に大きな振動を伴ないやすい場合、例えば
メツシユベルト式やプツシヤー式連続焼結炉や真
空焼結炉等を用いる場合は、粉末合金シート８の
金属基体に対する接着性あるいは接合性をより一
層強固なものとするため、前述のように別途接着
剤を用いてもよい。アクリル樹脂による樹脂バイ
ンダや接着剤によつて粉末合金シート８を金属基
体に接着した後、150℃〜380℃（好ましくは200
℃〜350℃）で５分以上この温度に保持し、その
後所定の焼結温度にまで昇温させるようにすると
よい。このようにすると、120℃付近より接着剤
が揮発し始めて150℃付近からは熱分解重縮合反
応がおこつてタールピツチ状物質が生成され、こ
のタールピツチ状物質による接着性によつて、焼
結温度に至るまでの間粉末合金シート８と金属基
体との接着性ないし接合性が確保される。

前記タールピツチ状物質を得るための温度が
150℃未満では未分解量が多くなるので好ましく
なく、また380℃以上で加熱すると逆に未分解分
が急激に分解してガス化し生成されるタールピツ
チ状物質が少なくなつて、十分な接着性ないし接
合性を得る上で好ましくない。また、前記保持時
間は、熱処理温度によつてその最適時間が異なる
が、５分未満ではタールピツチ状物質の生成量が
少なくて十分な接着性が得られないことになり、
また120分以上の保持はタールピツチ状物質の十
分な生成量を確保する上で不必要である。

さらに、焼結温度までの昇温速度としては、10
℃／分〜40℃／分が好ましく、特に樹脂バインダ
の熱分解が終了される付近の温度までは40℃／分
以下とするのが好ましい。すなわち、40℃／分を
越えると、樹脂バインダ中の低融点分が急激に揮
発するため粉末合金シート８を破損したり接着面
に気泡が生じる等して好ましくない。また10℃以
下の昇温速度であると、液相（金属液相）が現わ
れにくくなる。なお、この液相の出現割合として
は、金属基体との接合性を考慮して10％以上であ
ることが好ましく、また粉末合金シート８の形態
を保持する上では50％以下であることが好まし
く、このような点をも考慮しつつ粉末合金シート
８の流動性をも勘案して該液相の出現割合を適宜
調整するようにすればよい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、
粉末合金シートを加熱して耐摩耗層としての焼結
金属層を得る際に、合せて該焼結金属層の表面に
油溜りや油溝としての潤滑油用凹部を自動的に形
成することができ、この結果、後に硬質の焼結金
属層に対して潤滑油用凹部を形成するための難し
い機械加工を別途行うことが不要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が適用されたチツプ片を備
えたロツカアームを示す側面図。第２図、第３図
は本発明の工程を順に示す断面図。第４図は第３
図の平面図。 ３……チツプ片（金属基体）、５……焼結金属
層、６……潤滑油用凹部、７……沈下用凹部、８
……粉末合金シート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属基体の耐摩耗性を要求される表面のう
   ち、油溜りや油溝としての潤滑油用凹部を形成し
   たい部位に対応した箇所に沈下用凹部を形成する
   工程と、 前記金属基体表面に、耐摩耗性合金粉末と樹脂
   バインダとの混練物からなる粉末合金シートを接
   着する工程と、 前記粉末合金シートを半液相焼結温度で加熱す
   ることにより、前記耐摩耗性合金粉末を前記沈下
   用凹部内へ沈下させて、該沈下用凹部に対応した
   部位に前記潤滑油用凹部が表出した耐摩耗層とし
   ての焼結金属層を得る工程と、 からなることを特徴とする耐摩耗性摺動面の形成
   方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記粉末合
   金シートの樹脂バインダが常温で感圧接着性を有
   するアクリル樹脂とされているもの。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記粉末合
   金シートは、樹脂バインダとしての常温で感圧接
   着性を有するアクリル樹脂が３〜15容量％で前記
   耐摩耗性合金粉末が97〜85容量％とされて、該樹
   脂バインダの粘着性による自己接着性によつて、
   該粉末合金シートを前記金属基体に接着するよう
   にしたもの。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記加熱の
   際に、150℃〜380℃で５分以上保持した後、前記
   半液相焼結温度まで昇温させるようにしたもの。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   か１項において、前記耐摩耗性合金粉末が耐摩耗
   性共晶合金粉末とされているもの。