JPH055908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は組合せ摺動部材に関し、詳しくは両方
の母材がアルミニウム合金（以下「アルミ合金」
と略称する）でなる組合せ摺動部材に関するもの
である。 〔従来の技術〕 自動車等に用いられる摺動部材は軽量化を計る
ために母材としてアルミ合金を用いることが要請
されている。ところでアルミ合金自体は、摺動部
材として使用するには耐摩耗性が劣るという欠点
を有している。この欠点を補う方法として陽極酸
化処理により、表面にアルマイト皮膜を形成させ
ることが知られている（「機械設計」第29巻第15
号、77〜86頁、1985年）。このアルマイト皮膜形
成により、母材がアルミニウム合金であるにも拘
わらず耐摩耗性がかなり向上する。 しかし一対の組合せ摺動部材の両方がともにア
ルマイト材であると同種材が摺動することとなる
ため摩耗が多くなり、むしろそれよりもアルマイ
ト材とアルミ合金からなる組合せ摺動部材の方が
摩耗が少ない。 前記のようにアルミ合金が耐摩耗性に劣るため
に、従来の例えばピストン型式の軽量摺動部材と
しては、アルミ合金に陽極酸化処理してアルマイ
ト材としたものをボデイ側部材とし、耐摩耗性に
優れた銅や熱処理された銅をバルブ側部材とした
組合せ摺動部材が用いられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら該組合せ摺動部材がピストン型式
で使用されるとなると、潤滑油の温度変化によつ
て生じる以下のような問題点があつた。 即ち、ボデイ側（アルミニウム合金＋アルマイ
ト層）とバルブ側（鉄系材）とでは熱膨張係数が
異なるために、低温時には摺動部位のクリアラン
スが小さくなりステイツク（バルブ摺動不良）が
発生し、また高温時にはクリアランスが大きくな
つて油洩れが発生するという問題があつた。更
に、高温で使用された後に放冷されることによつ
て、潤滑油回路中の異物がバルブとボデイ間に残
り、ステイツクを起こすという問題もあつた。 その対策として、ボデイ側、バルブ側ともに熱
膨張係数が出来るだけ同じである部材を用いれば
よいことは勿論であり、そのためバルブ側にもア
ルマイト化したアルミ合金を用いることが考えら
れ、一部実用化されている。この組合せによると
上記のクリアランス変化等による不具合は発生し
ないが、前述した通りアルマイト層どうしの摺動
では耐摩耗性に劣るという問題がある。 ところでアルミニウム系部材の耐摩耗性の向上
方法としては、前記の陽極酸化処理（アルマイト
化）の他に次の方法が知られている。 Fe（鉄）メツキを施して表面を硬化する方法
（日刊工業新聞社発行「めつき技術便覧）昭
46.7.25初版、270頁参照）、 一方のアルミ合金に電解研摩を施し、他方の
アルミ合金にメツキ層を形成させる方法（特開
昭58−146763号参照）、 一方のアルミ合金には電解研摩又は化学研摩
によるエツチング処理を施し、他方のアルミ合
金にはSiC粒子等を分散させたメツキ層を形成
させる方法（特開昭60−165389号参照）。 しかしこれらの方法はある程度の改善効果はみ
られるものの決して満足できるものではない。 本発明は上記諸問題を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、温度によるク
リアランス変化を来たさない共に母材がアルミ合
金でなる組合せ摺動部材であつて、しかも耐摩耗
性、耐燒付性の優れた組合せ摺動部材を提供する
ことである。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成し得る本発明の組合せ摺動部材
は、共にアルミニウム合金を母材とする一対の摺
動部材であつて、一方の部材の摺動面にアルマイ
ト層が形成され、他方の部材の摺動面には熱処理
により硬さをHv650以上としたNi−２〜13％Ｐ
合金メツキ層が形成されていることを特徴とす
る。 本発明は上記のように組合せると驚ろくべきこ
とに従来に比べ耐摩耗性、耐焼付性が格段に向上
した摺動部材となり得ることを知見しなされたも
ので、以下に更に詳しく説明する。 一方の部材であるアルマイト層形成部材は常法
に従い、アルマイト層を形成し得るアルミ合金を
電解浴、例えば硫酸浴、シユウ酸浴、これらの混
酸浴等を用い、陽極側で処理することにより得ら
れる。このアルマイト皮膜の硬さはHv150以上で
あればよい。それ以下ではアルマイト層の摩耗が
急増する。 他方の部材は、Ni：Ｐ＝98〜87：２〜13とな
るメツキ液でアルミ合金を常法に従つてメツキ処
理し、次いで熱処理を行うことにより得られる。 Ni−Ｐ合金メツキは無電解・化学メツキが簡
便である。これは接触触媒反応によつて溶液中の
ニツケル陽イオンを還元させ、含燐ニツケル層を
鍍着させるもので、直接アルミ合金に施してもよ
いが、密着性を確実なものとするには被処理部を
脱脂、酸洗いした後、或は更に亜鉛置換メツキ処
理した後、Ni−Ｐ合金メツキ液に所望の厚さの
メツキ層が得られるまで浸漬すればよい。なお上
記方法によらず、電解析出法により上記合金メツ
キ層を形成させてもよいことは勿論である。 メツキ層であるNi−Ｐ合金のＰ量は２〜13％
であることが重要であり、これは２％未満では熱
処理を行なつても十分な硬さが得られず、メツキ
層の摩耗量が増加し、13％を越えるＰ量では硬さ
は得られてもメツキ層の靱性が低下するためメツ
キ層の剥離が発生し易くなるからである。 また、上記Ni−２〜13％Ｐ合金メツキ層の硬
さをHv650以上とすることが重要であり、メツキ
処理後の熱処理で達成しうる。該熱処理はNi−
Ｐ合金を加熱することによりNi−Ni₃P共晶体と
し硬化させる処理である。その硬さは熱処理の温
度や時間で調節することができ、例えばHv650と
するには250℃×1hrで熱処理を行なえばよい。 本発明の組合せ摺動部材の母材である両アルミ
合金の熱膨張係数差は３×10^-6／℃以下であるの
が好ましい。これ以上では高温（150℃）で使用
し放冷した場合、潤滑油回路中の異物がボデイと
バルブ間に残りステイツクを起こし易いためであ
り、３×10^-6／℃以下では異物が残つてもボデイ
とバルブ間に若干の引つ掻き痕を生じさせるがス
テイツクが発生することはないからである。 従つて本組合せ摺動部材はピストン型式の摺動
部材として、特にはオートマチツクトランスミツ
シヨンの油路切替装置のボデイ及びバルブ用の組
合せ摺動部材として好適である。 〔実施例〕 以下に本発明の実施例を比較例とともに説明す
るが、これにより本発明は何ら限定されるもので
はない。 実施例 １ アルミ合金（JIS規格ADC12）を用いて大きさ
が外径35mm、内径30mm、巾10mmの円筒片を作成
し、次いでその外周面に硫酸浴を用いて陽極酸化
処理を施すことにより、厚さ10μ、硬さHv300の
酸化皮膜（アルマイト層）を有する円筒試験片を
作成した。 一方、16×６×10mmのアルミ合金鋳物（JIS規
格AC1A）片に硫酸ニツケル、次亜燐酸ソーダ、
アルキルヒドロキシカルボン酸（錯化剤）、アル
キルジカルボン酸（反応促進剤）、安定剤、PH調
整剤を適当に含んでなる浴温90〜95℃のメツキ液
に50分程度浸漬し、厚さ25μのNi−８％Ｐ合金メ
ツキ層を形成させた後、400℃×1hrの熱処理を行
なうことにより、合金メツキ層の硬さをHv950と
したサイコロ試験片（16mm×６mm面を試験面とす
る）を作製した。 該サイコロ試験片と上記円筒試験片を組合せて
下記の摩耗試験に供した。 比較例 １〜４ 一方の円筒試験片及び他方のサイコロ試験片を
第１表に示す部材でなる、各種の組合せ試験片
（比較例１〜４）を作製し、実施例１のと同様に
下記摩耗試験に供した。なお比較例４のサイコロ
試験片は、上記実施例１のサイコロ試験片の作製
過程における熱処理前のものに該当する。

【表】 母材における（ ）内は規格を表わし、表面に
おける（ ）内は膜厚、硬度を表わす。 摩耗試験 実施例１及び比較例１〜４の各組合せ試験片を
順次摩擦摩耗試験機にセツトし、円筒試験片の外
周面とサイコロ試験片の16mm×６mm面を接触さ
せ、それら試験片の接触部に温度25℃の潤滑油
（ATF：商品名「デクスロン」）を供給しなが
ら荷重60Kg、回転数160rpmにて円筒試験片を30
分間回転させる摩耗試験を行なつた。なお円筒試
験片及びサイコロ試験片の表面粗さはそれぞれ
0.8μRz及び1.2μRzである。 この摩耗試験結果を第１図に示す。該図中、上
半分は円筒試験片の摩耗量（摩耗減量mg）を表わ
しており、下半分はサイコロ試験片の摩耗量（摩
耗痕深さμ）を表わしている。 第１図から判るように、実施例１の組合せ試験
片は比較例３のアルマイト化材と鋼材の組合せ試
験片に優るとも劣らない耐摩耗性を示し、母材が
共にアルミ合金でなる組合せの中では格段に優れ
た耐摩耗性を示した。また比較例４との比較か
ら、熱処理によりNi−Ｐ合金メツキ層の硬度を
高めることは、耐摩耗性の向上に大いに役立つこ
とが判る。 参考実施例 Ni−Ｐ合金メツキ層の硬度が耐摩耗性にどの
ような影響を与えるかを調べるため、比較例４の
サイコロ試験片に、処理条件を変えて熱処理を施
すことにより、メツキ層が種々の硬さのサイコロ
試験片を作り、それらを用いて上記と同様の摩耗
試験を行なつた。その結果を第２図に示す。第２
図はメツキ層の硬さ（横軸）と、組合せ試験片の
摩耗量（縦軸）の関係を示すグラフであり、Ni
−Ｐ合金メツキ層はHv650以上の硬さで良好な結
果を与えることが判る。 実施例 ２ 一方が表面にアルマイト層を形成させたアルミ
合金で、他方がNi−0.8P合金メツキ層を形成さ
せたアルミ鋳物よりなる、いずれも外径25.4mm、
内径20mm、長さ10mmの２種の円筒試験片を作製
し、それらを組合わせて下記の焼付試験に供し
た。なおそれらは材質的に第１表のＤの組合せと
同一である。 比較例 ５〜８ 比較例５、６、７及び８として其々第１表の
Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと同一の材質組合せでできた、
いずれも外径24mm、内径20mm、長さ10mmの組合せ
円筒試験片を作成し、実施例２のものと同様に下
記の焼付試験に供した。 焼付試験 実施例２及び比較例５〜８の各組合せ円筒試験
片の円筒端面どうしを接触させ、潤滑油（商品名
「キヤツスルモータオイル」5w−30）を供給し、
回転数を1000rpmにして押圧荷重を10Kgより700
Kgまで段階的に増加させ、これにより焼付限度荷
重を測定する焼付試験を行なつた。その結果を第
２表に示す。

【表】 第２表から判るように実施例に係るものは各比
較例のものに比べ耐焼付性に優れていることが確
認された。 実施例３及び比較例９、10 第３図はオートマチツクトランスミツシヨンに
内蔵される油圧切替装置３を示すものである。そ
のバルブボデイ１を、アルミニウム合金（JIS規
格ADC10）を用いアルマイト化処理して製作し
た。またシフトバルブ２を、第１表に示したＢ、
Ｃ、及びＥの３種類のサイコロ試験片と同じ材質
のもので製作した。これらバルブ２と上記ボデイ
１を組合せて得られた油圧切替装置３を実際に車
両のトランスミツシヨンに取付けて、バルブの
90000サイクル稼動（100hr稼動）後の損傷状況を
比較する耐久試験に付した。なおバルブの外径を
10mm、20℃におけるバルブとボデイのクリアラン
スを40μｍとした。 その結果をまとめて第３表に示す。比較例10の
アルマイト化材と焼入れ鋼の組合せＣで製作され
たものは40000サイクル稼動後にステイツクが生
じてバルブが作動しなくなつた。また比較例９の
アルマイト化材どうしの組合せＢで製作されたも
のは、ステイツクの起こらないもののボデイ及び
バルブとも摩耗が大きかつた。それに比べ実施例
３のアルマイト化材とNi−Ｐ合金メツキ処理材
の組合せＥで製作されたものは第３表から判るよ
うに良好な成績を示した。

〔発明の効果〕

本発明の組合せ摺動部材は、従来のアルミ合金
どうしを組合せた摺動部材と比較して、耐焼付性
で２倍、耐摩耗性では２〜30倍と極めて優れた性
能を示す。 従がつて、苛酷な摺動条件下で置かれるピスト
ン型式の摺動部材として用いることができる。そ
してピストン型式で用いた場合、本発明の組合せ
摺動部材は共に母材がアルミ合金であるため、熱
膨張によるクリアランス変化が少なく、ステイツ
クを発生させない。 その上、アルミ合金と鋼材の組合せ摺動部材よ
りも耐摩耗性、耐焼付性に優れているため、それ
に代えて本組合せ摺動部材を用いることができ、
摺動部品の軽量化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の組合せ摺動部材の摩
耗試験結果を比較例のそれと対比して示すグラ
フ、第２図はNi−Ｐ合金メツキ層の硬さを種々
変えたサイコロ試験片を用いて行なわれた摩耗試
験結果を示すグラフ、第３図はオートマチツクト
ランスミツシヨンに用いられる油路切替装置のピ
ストン型摺動部の構造を示す図である。 図中、１……バルブボデイ、２……シフトバル
ブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共にアルミニウム合金を母材とする一対の摺
   動部材であつて、一方の部材の摺動面にアルマイ
   ト層が形成され、他方の部材の摺動面には熱処理
   により硬さをHv650以上としたNi−２〜13％Ｐ
   合金メツキ層が形成されていることを特徴とする
   組合せ摺動部材。 ２ 一方の部材がボデイ、他の部材がバルブのピ
   ストン型式の摺動部材であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の組合せ摺動部材。 ３ ピストン型式の摺動部材がオートマチツクト
   ランスミツシヨンの油路切替装置のボデイ及びバ
   ルブであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の組合せ摺動部材。 ４ 一方の部材のアルミニウム合金と他方の部材
   のアルミニウム合金の熱膨張係数の差が３×
   10^-6／℃以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項、第２項又は第３項に記載の組合せ摺
   動部材。