JPH03113175A - 摺動部材の表面構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、エンジンのシリンダ内壁。

ピストン等の耐摩耗性が要求される部分に採用される摺
動部材の表面構造に関し、特に母材の表面から金属粒子
を露出させて摺動面を構成した場合の、該金属粒子の保
持力を向上して、該金属粒子が脱落したり、陥没したり
するのを防止できるようにした表面構造に関する。

〔従来の技術〕

例えば、エンジンのシリンダの内周壁及びピストンの外
周壁は、高速で摺動し、かつ高温、高圧にさらされるこ
とから、耐摩耗性が高く、かつ熱膨張率の低い高シリコ
ンアルミ合金が採用されている。この高シリコンアルミ
合金は、熱膨張係数の小さいアルミ合金からなる母材に
、これより硬質のシリコン粒子を混在させて構成されて
いる。

また、上記高シリコンアルミ合金の表面、つまり摺動面
に潤滑性を向上させるためにオイル溜まりを形成する場
合がある。このオイル溜まりはアルミ合金の表面からシ
リコン粒子の一部を露出させて段差を形成し、この段落
ちしたアルミ合金の表面部分にオイルを介在させること
によって構成されている。このようなオイル溜まりは、
従来、第５図に示す構造をなしており、これは化学的、
電気化学的なエツチング方法によって形成されている。

即ち、高シリコンアルミ合金ｌの摺動面１ａを研削加工
によりフラット状に形成し、この摺動面１ａをシリコン
腐食量よりアルミ腐食量の大きいエツチング液に浸漬し
、該摺動面１ａのアルミ合金２の表面部分のみを１〜３
μ陶程度の深さｔになるよう浸食してシリコン粒子３の
一部をアルミ合金２表面レベルから突出させ、これによ
りオイル溜まり４を形成するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の高シリコンアルミ合金からな
る摺動部材の表面構造は、第６図に示すように、アルミ
合金２表面の、シリコン粒子３との境界部分６がえぐり
取られていることから、それだけシリコン粒子３の保持
力が弱く、場合によっては摩擦力によりシリコン粒子３
が脱落したり陥没したりし易く、その結果耐摩耗性、潤
滑性が低下するという問題点がある。これは、上記境界
部分６は高電解密度となり易く、しかもエツチング液に
より攻撃を受は易い条件下にあることから、他の表面部
分より浸食され易いことに起因している。

本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたも
ので、シリコン粒子の保持力を向上して脱落等を回避で
き、ひいては耐摩耗性、潤滑性を向上できる摺動部材の
表面構造を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、金属母材の表面から該母材より硬質の
金属粒子の一部を露出させてなる摺動部材の表面構造に
おいて、上記母材の表面に硬質被膜、又は硬化処理層の
少なくとも一方を形成して上記金属粒子を保持したこと
を特徴としている。

ここで、上記硬質被膜はアルマイト処理又はメツキ処理
等により母材の表面に金属被膜を生成することにより実
現でき、また上記硬化処理層はイオン注入法又はレーザ
焼入れ法等により母材の表面部分を硬化させることによ
り実現できる。

また、本発明の摺動部材には、アルミ合金を母材とし、
これにシリコン粒子を混在させてなる高シリコンアルミ
合金を採用するのが好ましい、しかし本発明の適用範囲
は、上記高シリコンアルミ合金に限られるものではなく
、他に５ＫＤＩＩ（スチール工具ダイス鋼）や５ＫＨ６
の表面からＣｒＣを露出させてなる合金にも適用でき、
要は金属母材の表面にこれより硬質の金属粒子を露出さ
せてなる構造のものであれば適用できる。

〔作用〕

本発明に係る摺動部材の表面構造によれば、母材の表面
に硬質被膜、硬化処理層を形成したので、この硬！被膜
により、母材表面の金属粒子の周辺部分が埋められ、又
はさらに固められることとなり、また上記硬化処理層に
より、上記母材表面の粒子周辺部分が固められることと
なる。その結果、上記金属粒子は上記硬質被膜、硬化処
理層によって保持されることとなり、従来のエツチング
処理による保持力の低下を補償でき、その結果金属粒子
の脱落、陥没の問題を回避して耐摩耗性、潤滑性を向上
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例による摺動部材の
表面構造を説明するための図であり、本実施例はエンジ
ンのシリンダの内壁に採用される高シリコンアルミ合金
の場合を例にとって説明する。

図において、１は本実施例の高シリコンアルミ合金から
なるシリンダ内壁であり、これは母材としてのアルミ合
金２に、該合金２より硬質のシリコン粒子３　（粒径２
０〜５０μｍ）を混在させてなるものである。このシリ
ンダ内壁ｌの表面、即ち、摺動面１ａは上記アルミ合金
２の表面２ａからシリコン粒子３の一部が露出している
。

そして、上記アルミ合金２の表面２ａ上には、本実施例
の硬質被膜１０が形成されている。この硬質被膜１０は
アルマイト処理によって形成されたもので、上記シリコ
ン粒子３の突出高さの１７２〜２ノ３の厚さに形成され
ている。上記アルマイト処理は、硫酸１．硝酸溶液中で
アルミニュウムを陽極として電解を行い、上記アルミ合
金２の表面に硬質の酸化膜を生成させる処理である。こ
れにより、エツチング処理によって上記アルミ合金２表
面２ａのシリコン粒子３の周辺に生じた凹陥部６は上記
硬質被膜１０により埋められ、かつ固められており、そ
の結果上記シリコン粒子３が硬質皮膜１０及びアルミ合
金２の表面２ａによって強固に保持された構造となって
いる。

なお、上記硬質被膜１０は、アルマイト処理の他にクロ
ムめっき処理により形成することもできる。このクロム
めっき処理は、例えばクロム酸（二酸化クロム）の溶液
中で鉛の陽極を用いて上記溶液中のクロム金属を上記ア
ルミ合金２の表面に電解析出させる処理である。この処
理によって生成されたクロムめっきが上記硬質皮膜１０
と同様の作用を果たし、シリコン粒子を強固に保持する
。

次に、本実施例のシリンダ内壁１の表面構造を実現する
ための製造方法について説明する。

第１工程 上記シリンダ内壁１の内表面１ａ”にまずホーニング加
工による荒加工（ＳＤＩ２／２５　Ｊ５０ＭＫ６）を施
し、続いて仕上げ加工（ＦＢＢ＃１１０００Ｓ。

３０秒）を行い略フラットな摺動面１ａを形成する（第
２図（ａｌ、　（ｂ）参照）、なお、この場合シリコン
粒子３も研削され、これの表面３ａも摺動面１ａを構成
している。

第２工程 次に、上記摺動面１ａにエツチング処理を施す。

このエツチング処理には、従来から採用されている化学
的、又は電気化学的方法を用いる。化学的エツチングに
は、例えば、５０℃〜７０℃のＮａ　Ｃ０ｓ　（３０ｇ
八〇へ液中に３０秒〜１分浸漬したり、あるいはＨＮＯ
ｓ（１３０１０，ＨＣｊ！（１１０＋ｓＪ）、ＨＦ（Ｔ
ｏｗｚ）、Ｈｔ　Ｏ（１，５７りをそれぞれ混合してな
る常温の溶液中に３０秒〜１分浸漬する方法が採用でき
る。

また、電気化学的エツチングには、例えば、８９％のＨ
ｓ　Ｐ　Ｏ＊（２００ｇ／　ｊり　、ＨＮＯｓ（３ｍｌ
／ｊｌ）からなる常温〜５０℃の溶液中に、上記シリン
ダ内壁１を陽極とし、陰極にＳＵＳ、Ｔｉを用い、電流
密度Ｉ　ＯＡ／ｄａ”で２〜１０分電解する方法が採用
できる。

このエツチング処理により、アルミ合金２の表面部分の
み浸食され、シリコン粒子３の上面との間に３〜ｌＯμ
−程度の段差ｔが形成される（第２図（Ｃ１参照）、こ
の場合、上記エツチング処理時において、上記アルミ合
金２のシリコン粒子３周辺部分は、上述のように他の部
分より浸食が大きいことから、該部分がえぐられて凹陥
部６となっている。上述のように、従来の表面構造は該
凹陥部６が発生したままの状態となっていることから、
シリコン粒子３が脱落、陥没し昌いものであった。

第３工程 次に、上記アルミ合金２の表面にアルマイト処理を施す
、この処理は、例えば、硫酸、しゅう酸等の溶液中でア
ルミニュウムを陽極として電解を行うことにより、上記
アルミ合金２の表面にＡｊ酸化膜を生成させるもので、
これにより硬質被膜１０が形成される。この硬質被膜１
０の厚さは、上記シリコン粒子３の露出高さ（段差ｔ）
の１／２〜２ノ３程度となるように設定する。これによ
り、硬質皮膜１０とシリコン粒子表面３ａとの段差部分
がオイル溜まり４となるとともに、シリコン粒子３を強
固に保持できる（第１図参照）、この露出したシリコン
粒子３が耐摩耗性を、段落ちしたオイル溜まり４部分が
潤滑性を受は持つこととなる。

最後に、上記シリンダ内壁１の摺動面１ａをダイヤモン
ド、ボラゾン砥石により研削加工し、これにより所定の
寸法に仕上げる。

このように本実施例によれば、アルミ合金２の表面２ａ
をエツチング処理して段差ｔを形成した後、この表面に
硬質被膜ｌＯを形成したので、この硬質被膜１０により
アルミ合金２の凹陥部６を埋めてシリコン粒子３を保持
でき、エツチングによるシリコン粒子の脱落、陥没の問
題を回避でき、その結果シリンダ内壁１の潤滑性、耐摩
耗性を向上できる。また、上記硬質被膜ｌＯはアルマイ
ト処理、めっき処理により容易に形成でき、しかもシリ
コン粒子周辺は高電解密度となりめっきが付き易いこと
から、エツチングによる凹陥部６部分を埋めることに対
し、好都合である。

なお、上記実施例では、アルミ合金２の表面２ａに硬質
被膜１０を形成してシリコン粒子３を保持した場合を例
にとって説明したが、本発明の表面構造はこれに限られ
るものではなく、第３図及び第４図に示す構造のもので
もよい、第３図は、アルミ合金２の表面部分に硬質処理
層２０を形成してシリコン粒子３を保持した例である。

この硬化処理層２０は、イオン注入法、レーザ焼入れ法
。

あるいは高周波焼入れ法により、アルミ合金２表面を硬
化させて形成されたもので、この場合も上記実施例と同
様の効果が得られる。また、第４図は、硬化処理層２０
の表面に硬質被膜ｌＯを形成し、この両方でシリコン粒
子３を保持するようにした例であり、この場合はさらに
保持力を向上できる効果が得られる。

また、上記実施例では、高シリコンアルミ合金を例にと
って説明したが、本発明は、例えば５ＫＤｌｌや５ＫＨ
６にＣｒＣ粒子を混合してなる合金、あるいはパウダメ
タル、Ｃｕにシリコン粒子を混合してなる合金等にも適
用でき、要は金属母材の表面にこれより硬質の金属粒子
を露出させてなる構造のものであればいずれにも適用で
きる。

さらにまた、上記実施例では、エツチングによりアルミ
合金２からシリコン粒子３を露出させた場合を例にとっ
て説明したが、このシリコン粒子３を露出させる方法と
しては、例えば、上記アルミ合金２のみを研削する弾性
砥石（例えばＦＢＢ砥石、ＧＣ砥石）を用いてシリコン
粒子を露出させるようにした場合においても勿論通用で
きる。

ここで上記ＦＲＢ砥石は、−船釣に超仕上げの鏡面加工
する場合に用いられるもので、＃６００〜１０００、粒
径３１〜４５μ霧の砥粒をポリビニールアルコールとフ
ェノール樹脂とからなる軟質ボンドで結合して構成され
ている。このＦＢＢ砥石は非常に柔らかく、かつ砥粒が
落ち易いことから高硬度の粒子は切れ難いので、アルミ
合金２の表面だけが切削され、該合金２より硬質のシリ
コン粒子３はこれの角部が削られる程度となる。従って
、上記ＦＲＢ砥石で約１分間研削加工することにより、
アルミ合金２の表面とシリコン粒子３とに段差が生じる
。そしてこの場合、このＦＲＢ砥石は柔軟性があること
から、アルミ合金２の粒子周辺部分はあまり切削されず
に、隅Ｒ状に残ることとなり、これによりシリコン粒子
３を支える土手状の保持部が形成される。その後硬質皮
膜等を設けることによって保持力がさらに向上する。

また、上記実施例ではエンジンのシリンダの内壁を例に
とったが、本発明の適用範囲はこれに限られるものでは
なく、ピストン、クラッチハウジング等のような耐摩耗
性が要求される摺動面に適用すればよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る摺動部材の表面構造によれば
、金属母材の表面に金属粒子を保持する硬質被膜、硬化
処理層の少なくとも一方を形成したので、金属粒子の保
持力を向上でき、該金属粒子の脱落、陥没による耐摩耗
性、潤滑性の低下を回避できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるシリンダ内壁の表面構
造を示す断面図、第２図ｔａ＋ないし第２図（Ｃ１はそ
れぞれその製造工程を示す断面図、第３図及び第４図は
上記実施例の他の実施例を示す断面図、第５図（５）、
　（ｂｌ及び第６図はそれぞれ従来の表面構造を示す断
面図である。 図において、１はシリンダ内壁（摺動部材）、１ａは摺
動面（表面）、２はアルミ合金（母材）、３はシリコン
粒子（金属粒子）、ＩＯは硬質被膜、２０は硬化処理層
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属母材の表面から該母材より硬質の金属粒子の
   一部を露出させてなる摺動部材の表面構造において、上
   記母材の表面に硬質被膜，又は硬化処理層の少なくとも
   一方を形成して上記金属粒子を保持したことを特徴とす
   る摺動部材の表面構造。
2. （２）上記母材がアルミ合金であり、上記金属粒子がシ
   リコン粒子であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の摺動部材の表面構造。