JPH03180456A - 間隙調整皮膜層用コーティング材料 - 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、間隙調整皮膜層用コーティング材料に関し、
詳しくは、互いに近接して相対的に移動する可動部材及
び固定部材がこれらの間隙を運転中にＯに近づけるため
の皮膜層に用いられるコーティング材料に関する。

［従来の技術］ 互いに近接して相対的に移動する可動部材及び固定部材
として、例えば第６図に示す自動車用ターボチャージャ
を例にとり説明する。このターボ決ヤージャは、可動部
材としてターボロータ１００とインペラー２００とをも
ち、固定部材としてターボハウジング１０１とコンプレ
ッサハウジング２０１とをもつものである。かかるター
ボチャージャは、ターボロータ１００がエンジン（図示
せず）の排気エネルギによって回転してシャフト３００
を回転させ、シャフト３００の回転によってインペラー
２００が回転してエンジンに空気を過給する作用を行な
う。

ところで、これらターボロータ１００とターボハウジン
グ１０１との間隙Ｃ１００やインペラ２００とコンプレ
ッサハウジング２０１との間隙Ｃ２００をなるべく小さ
くすれば、ターボチャージャの効率が上がることが知ら
れている。しかし、これらの間隙Ｃ１００，Ｃ２００を
小さくすると、シャフト３００の製造時におけるわずか
な偏心等によって、運転時にターボロータ１００がター
ボハウジング１０１と接触又は衝突したり、インペラー
２００がコンプレッサハウジング２０１と接触又は衝突
したりするため、ターボロータ１００やインペラー２０
０が破損する恐れがあった。このため、従来のターボチ
ャージャにあっては側間隙Ｃ１００，Ｃ２００の縮小化
に限界を有し、効率上不十分であった。

このように互いに近接して相対的に移動する可動部材及
び固定部材をもつターボチャージャやジェットエンジン
等にあっては、可動部材と固定部材との間隙をなるべく
小さくして効率の改善ができ、かつ可動部材の破損を防
止できる技術の開発が望まれていた。そして、近年、固
定部材の可動部材と近接する部分に溶射によって皮膜層
を形成し、この皮膜層を可動部材の相対移動によって被
削することにより、可動部材の破損を防止しつつ、固定
部材と可動部材との間隙をＯに近づけるという間隙調整
皮膜層が実用化されつつある。

かかる従来の間隙調整皮膜層用の溶射材料としては、特
公昭５２−４４９４号公報に開示されている耐熱ポリエ
ステルプラスチック（商品名エコノール）とＡ１との混
合粉末、特公昭６０−１８７４６号公報に開示されてい
るＮｉ−グラフフィト粉末やＡＩ−グラファイト粉末の
ように、軟質金属と潤滑性のある樹脂又はグラファイト
とからなる溶射材料が知られている。これらの溶射材料
は、航空機用ジェットエンジンのコンプレッサやシュラ
ウドカバー等において既に実施されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来の間隙調整皮膜層用の溶射材料は主に
航空機用ジェットエンジンを対象に開発されたものであ
るため以下のような不具合がある。

すなわち、これらの溶射材料は硬さ口Ｖ２Ｏ０程度のＴ
ｉ合金等のように比較的硬質の可動部材で被削可能な皮
膜層を形成するものであるため、硬さ口１２０程度のＡ
１合金や硬さロＶ７０程度のＭｇ合金等のようにＴ１合
金と比較して軟質の可動部材でその皮膜層を被削すると
、可動部材が破損されやすく、かつ被削の初期段階にお
いて大きなトルクを必要とする。

また、これらの溶射材料は少量生産品及び注文生産品向
けに溶射で皮膜層を形成するものであるため、材料費及
び溶鋼設備費がかさむとともに溶射時の被覆効率も悪く
、皮膜層の形成がコスト高となってしまう。

本発明は、上記従来の不具合に鑑みてなされたものであ
って、低いトルクで比較的軟質の可動部材でも被削可能
な皮膜層を低いコストで形成できる間隙調整皮膜用コー
ティング材料を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の間隙調整皮膜層用コーティング材料は、セラミ
ック材料からなる中空バルーン２０〜８０体積％と、該
中空バルーンを結合する樹脂を含むマトリックス残部と
からなることを特徴とするものである。

中空バルーンはセラミック材料からなる。この中空バル
ーンとしては、シリカバルーン、アルミナバルーン、マ
グネシアバルーン、ガラスバルーン、ジルコニアバルー
ン、炭素バルーン、５パーライト等を採用することがで
きる。

中空バルーンは間隙調整皮膜層用コーティング材料中２
０〜８０体積％を占める。２０体積％未満では中空バル
ーンが被削されにくいため皮膜層の被削性の向上が充分
ではなく、８０体積％を超えると中空バルーンが結合さ
れにくいため皮膜層の強度に欠ける。

中空バルーンの粒径は３〜２００μ机が好ましい。３μ
汎未満ではマトリックス中に中空バルーンが強固に結合
されるため皮膜層の被削性の向上が充分ではなく、２０
０μ仇を超えると相手攻撃性が大きくなるため相手材た
る可動部材を破損しやすくなる。

中空バルーンの殻厚さは０．５〜５μ虱が好ましい。０
．５μ汎未満では中空バルーンの強度に欠けるため皮膜
層の強度に欠け、５μ汎を超えると相手攻撃性が大きく
なるため可動部材を破損しやすくなる。

マトリックスは間隙調整皮膜層用コーティング材料中残
部を占める。このマトリックスは中空バルーンを結合す
る樹脂を含む。樹脂は中空バルーンの硬度より低い硬度
を有するものであり、耐熱性、結合力、中空バルーンの
種類等によって選択される。例えば、ポリメチルフェニ
ルシロキサン等のシロキサン系樹脂、ポリフェニレンサ
ルファイド（ＰＰＳ）　、ポリエーテルサルホン（ＰＥ
Ｓ）、エチレン四フッ化エチレン共重体（ＰＥＴＦＥ）
等の樹脂を採用することができる。

マトリックス中にはガラス繊維等の強化材を樹脂に対し
て３０体積％未満で含有させることもできる。３０体積
％を超えると強化材が被削性及び相手攻撃性に悪影響を
及ぼしやすい。

本発明における間隙調整皮膜層用コーティング材料は、
互いに近接して相対的に移動する可動部材と固定部材と
をもつ自動車用ターボチャージャや航空機用ジェットエ
ンジン等に適用可能である。

なお、可動部材と固定部材との相対移動は回転移動でも
直線移動でもよい。

本発明の間隙調整皮膜層用コーティング材料を固定部材
の可動部材と近接する部分にコーティングすることによ
り皮膜層が形成される。コーティングは、マトリックス
を溶解する有機溶媒を用い、スプレーやデイピング等の
方法により行なうことができる。かかるコーティングは
、固定部材の可動部材と近接する部分に直接側なっても
よいが、皮膜層と固定部材との密着性を向上させるため
、ショツトブラスト等の方法により固定部材のその部分
に表面処理を施した後又は／及び固定部材のその部分に
上記樹脂を中間層として被覆した後で行なうことが好ま
しい。コーティングの後、自然蒸発により上記樹脂の有
機溶媒を除去して皮膜層を形成してもよいが、所定の温
度で加熱することにより有機溶媒を強制除去すればポー
ラスな皮膜層が形成されやすいのでより被削性が向上す
る。

［作用］ 本発明の間隙調整皮膜層用コーティング材料で形成した
皮膜層では、マトリックス中に弱い力で破壊される中空
バルーンが存在し、破壊された中空バルーンがマトリッ
クスを削りつつ分離されると考えられる。このため、本
発明のコーティング材料では比較的軟質の可動部材でも
低いトルクで被削可能な皮膜層を形成できると考えられ
る。また、本発明ではコーティングを採用しているため
、溶射と比較して低いコストで皮膜層を形成できる。

なお、耐熱性に優れた樹脂を採用することにより高温下
においても使用可能な皮膜層を形成できる。

［実施例］ 以下、実施例及び比較例を用いた試験１〜４により本発
明を説明する。

く試験１） ここでは本発明のコーティング材料により得られる皮膜
層と、従来の溶射材料により得られる皮膜層との比較を
行なった。

（実施例１） まず、市販のシリカバルーン（住友３Ｍ製、商品名グラ
スバブル）を用意した。このシリカバルーンは、原料、
混合（スラリ化）、乾燥、粉砕、ふるい分け（粒度調整
）、加熱発泡及び回収の各工程からなる一般的な加熱発
泡法により得られたものであり、平均粒径５０〜１００
μ卯、平均殻厚さ１〜３μ卯のものである。また、市販
のガラス繊維を用意した。このガラスｔａ維は、１００
ｗｔ％５ｉＯｚからなり、平均径０．５〜５μ■、平均
長さ１０〜１００μ扉のものである。さらに、下記に化
学式を示すポリメチルフェニルシロキサンを用意した。

これらシリカバルーン５０体積％、ガラスｔａＮ１５体
積％、ポリメチルフェニルシロキサン３０〜３５体積％
をシンナーを溶媒として混合し、スラリーとした。

一方、３４５Ｃ製の平板（３０ｘ５０ｘ５ｍｍ＞を用意
し、この表面に粒径５００〜１５００ａｍの焼成アルミ
ナ粉末でショツトブラスト処理を施し、その後ポリメチ
ルフェニルシロキサンを１０μ卯程度中間層として被覆
した。

上記中間層をもつ平板の表面に上記スラリを０゜５μ卵
の厚さでスプレーガンを用いて被覆した。

この後、これを加熱炉に入れ、２００’Ｃｘ１ｈｒ、大
気中で加熱し、シンナーを除去した。こうして実施例１
の試験片を得た。

（比較例１） 上記平板に実施例１と同様にショツトブラスト処理を施
し、その表面にプラズマ溶射ガン（ＭＥＴＣ０７ＭＢ＞
を用いて、溶射電流：４００Ａ、作動ガス：アルゴン１
８０ｐＳｉ、水素２Ｏｆ）Ｓｉの条件下で６Ｑｗｔ％Ａ
　Ｉ　−３ｉ　＋４０ｗｔ％耐熱ポリエステル（ＭＥＴ
ＣＯ６０１）を溶射した。こうして比較例１の試験片を
得た。

（比較例２） ５４ｗｔ％Ａｌ−３ｉ＋４６ｗｔ％グラフフィト（ＭＥ
ＴＣＯ３１３ＮＳ＞を上記比較例２と同様に溶射した。

こうして比較例２の試験片を得た。

（比較例３〉 ７５ｗｔ％Ｎ　ｉ　＋２５ｗｔ％グラフフィト（ＭＥＴ
ＣＯ３０７ＮＳ＞を上記比較例２と同様に溶射した。こ
うして比較例３の試験片を得た。

（評価） 実施例１の試験片は、第２図に断面を顕微鏡写真で示す
ように、平板上に中間層を有し、ざらに中間層の上に皮
膜層を有している。一方、比較例１〜３の試験片は、平
板上に溶射によって形成された皮膜層をもつものである
。これら実施例１及び比較例１〜３の各試験片における
皮膜層の被削性及び相手攻撃性を評価した。評価は、第
３図に示すように、各試験片１上の皮膜層２に対して外
周歯３を形成したＭ９合金（Ｊ　ｌＳＭＣ２−ＴＧ　）
製の回転盤４を図中矢印の方向から押圧しつつ連続回転
させ、被削性の指標として皮膜被削深ざ（ｍｍ）を調べ
るとともに、相手攻撃性の指標として回転盤の摩耗！（
ｍｇ＞を測定することにより行なった。なお、押圧力は
５０ｇ／ｍｍ２、回転数は”＋ｏｏｏｒｐｍ、試験時間
は６０秒である。

結果を第１図に示す。

第１図に示されるように、実施例１の試験片は、相手材
が軟質のＭｇ合金であるにも拘らず、回転盤の摩耗量が
小さく、皮膜被削深ざが大きいため、相手材を摩耗しに
くく、被削性に優れた皮膜層をもつことがわかる。一方
、比較例１〜３の試験片は回転盤の摩耗量が大きく、皮
膜被削深ざが小さいため、相手材を摩耗しやすく、被削
性に劣る皮膜層をもつことがわかる。

また実施例１及び比較例１〜３の各試験片の皮膜層の広
ｆｌｉ＋硬さとして、荷重１ｋＣＩのマイクロビッカー
ス硬さ計を用いた複数位置の平均硬さを測定した。この
結果、実施例１の試験片は口ｖ７〜１０、比較例１の試
験片は口Ｖ１５、比較例２の試験片は目ｖ２１、比較例
３の試験片は口Ｖ２５であり、実施例１の試験片が最も
低い口Ｖ値を示していた。

比較例１〜３の試験片における皮膜層は軟質金属と樹脂
あるいはグラファイトとから溶射によって形成されるも
のであってそれほど硬質であるとはいえない。しかし、
実施例１の試験片における皮膜層は、マトリックスを含
んだ見掛は上の硬さが比較例１〜３の皮膜層よりも低く
なっている。

これは、実施例１の皮膜層では、シリカというセラミッ
ク材料からなるにも拘らずそれが破壊されやすい中空バ
ルーンであり、目■３〜６程度のポリメチルフェニルシ
ロキサンを含み、かつ加熱によりシンナーを強制除去し
たため爪で削れる程度軟質のポーラスな皮膜層とされて
いるためであると考えられる。このように、実施例１の
試験片における皮膜層が比較例１〜３の試験片における
皮ＩＩｇ層と比較して軟質であるため、実施例１の試験
片の皮膜層が最も被削性及び相手攻撃性に優れていたと
考えられる。

なお、実施例１の試験片では樹脂としてポリメチルフェ
ニルシロキサンを採用しているため、これが分解する５
００″Ｃ以下程度であれば、耐熱性も明待できる。

く試験２〉 ここではマトリックスに対する中空バルーンの最適配合
量を測定した。

中空バルーンとしての前記シリカバルーンの配合量をＯ
〜９０体積％で種々変化させた以外は〈試験１）の実施
例１と同様に試験片を得、各試験片をく試験１）と同様
に評価した。

この結果、２０体積％未満ではマトリックス分が多くて
相手材が低い摩擦係数により滑りやすく、皮膜被削深ざ
が低下した。逆に８０体積％を超えるとマトリックス分
が少ないため中空バルーンを支えることができず、皮膜
層が剥離し、評価を中止するほどであった。

この結果から、本発明のコーティング材料では、中空バ
ルーンの最適配合量が２０〜８０体積％であると確認で
きた。

く試験３〉 ここでは中空バルーンの最適粒径を測定した。

第１表に示すようにシリカバルーンの粒径を種々変化さ
せた以外はく試験１）の実施例１と同様に実施例２〜９
の試験片を得、各試験片をく試験１）と同様に評価した
。結果を第４図に示す。

第１表及び第４図から、実施例２程度に中空バルーンの
粒径が極端に小さい場合は、皮膜被削深さが小ざくなる
ことがわかる。これは粒径の小さい中空バルーンがマト
リックス中に固着されやすく、相手材の移動により中空
バルーンが分離されにくいためであろう。逆に、実施例
９程度に中空バルーンの粒径が極端に大きい場合は、相
手攻撃性が大きくなることがわかる。これは中空バルー
ンの粒径が大きくなれば、皮膜層の表面に露出す第 表 る中空バルーンの表面積が大きくなって口Ｖ５００〜７
００の硬ざをもつ塊状のシリカのように振舞い、相手材
を摩耗しやすいためであろう。

この結果から、本発明のコーティング材料では、中空バ
ルーンの粒径が３〜２００μ扉の範囲でほぼ同程度の被
削性及び相手攻撃性を示すことがわかる。

く試験４〉 ここでは皮膜層の密着性を測定した。

評価は、く試験１）の実施例１及び比較例１〜３の各試
験片を用い、皮膜層が剥離を生じる荷重の大きざをせん
断試験によって測定することにより行なった。

この結果、比較例１〜３の試験片が１〜２ｋｇｆ／ｍｍ
２で皮膜層に剥離を生じたのに対し、実施例１の試験片
では２〜３ｋｏｆ／ｍｍ２でようやく皮膜層に剥離を生
じた。また、実施例１において中間層を設けないで得た
試験片においては１〜２ｋｇｆ／ｍｍ２で剥離を生じ、
比較例１〜３の試験片と同程度の密着性であった。

この結果から、本発明のコーティング材料では中間層を
設けることにより密着性のよい皮膜層を形成できること
がわかる。

なお、本発明の間隙調整皮膜用コーティング材料を例え
ば前記ターボチャージャに適用するのであれば、第５図
に示すように、ターボハウジング１０１のターボロータ
１００と近接する部分Ｐにコーティングによって皮膜層
４００を形成する。

この皮膜層４００は、ターボロータ１００の回転によっ
て被削され、ターボロータ１００の破損を防止しつつ、
ターボハウジング１０１とターボロータ１００との間隙
をＯに近づけることにより効率の向上を図ることができ
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の間隙調整皮膜層用コーテ
ィング材料はマトリックス中に中空バルーンをもつため
、低いトルクで比較的軟質の可動部材でも被削可能な皮
ＷＡｍを低いコストで形成できる。

すなわち、本発明の間隙調整皮膜層用コーティング材料
で形成される皮膜層は、硬さ）−ＩＶ１２０程度のＡ１
合金や硬さＨＶ７０程度のＭｇ合金等のようにｌｉ金合
金比較して軟質の可動部材で被削する場合にも、可動部
材が破損されることなく、かつ被削の初期段階において
も大きなトルクを必要としない。

また、本発明の間隙調整皮膜庖用コーティング材料は、
材料費及び設備費に負担をかけず、かつ被覆効率良く皮
膜層を形成でき、大量生産品及び流通生産品にも適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は試験］に係り、第１図は実施例及び比較例
の試験片における特性を比較するグラフ、第２図は実施
例の試験片の断面を示す２００倍の顕＠鏡写真、第３図
は各試験片の試験方法を示す模式側面図である。第４図
は試験３に係る実施例の試験片における特性を比較する
グラフである。 第５図は皮膜層をもつターボチャージャの要部断面図で
ある。第６図は従来のターボチャージャの縦断面図であ
る。 第６図 手 続 補 正 書 （方 式） ％式％ ２、発明の名称 間隙調整皮膜層用コーティング材料 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 （３２０）ｔ−ヨタ自動車株式会社 代表者　　佐々木　索　部 ４、代理人 〒４５０愛知県名古屋市中村区名駅３丁目３番の４　児
玉ピル（電話（０５２）５８３−９７２０）６、補正の
対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明細書の第１９ページ第１４行に「試験片の断面
を示す」とあるを「試験片の粒子構造を示す」と補正す
る。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック材料からなる中空バルーン２０〜８０
   体積％と、該中空バルーンを結合する樹脂を含むマトリ
   ックス残部とからなることを特徴とする間隙調整皮膜層
   用コーティング材料。