JPH11118046A

JPH11118046A - 摺動部材

Info

Publication number: JPH11118046A
Application number: JP9296147A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Akioka; 雅裕秋岡; Hideo Shimizu; 英男清水; Hiroshi Saegusa; 博三枝
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】心材と摺動層との接合強度の高い摺動部材を
提供する。【解決手段】心材１９と、その心材１９を被覆してそ
れに接合された摺動層２０とをそれぞれＦＲＰより構成
する。心材１９および摺動層２０の少なくとも一方に存
する少なくとも一部の強化用繊維２５，２６が、心材１
９および摺動層２０間の境界２７と交差するように他方
まで延びている。これにより心材１９および摺動層２０
間の線膨脹係数の差を大いに緩和し、また心材１９およ
び摺動層２０の同種または同一マトリックス２３，２４
相互間の高い接合力を得ることができ、境界２７と交差
関係にある各強化用繊維２５，２６による両マトリック
ス２３，２４相互間の剪断防止効果を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は摺動部材、特に、心
材と、その心材を被覆してそれに接合された摺動層とよ
りなる摺動部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】摺動部材としては、例えば各種油圧制御
装置におけるスプールバルブを挙げることができる。こ
の種のスプールバルブには、例えば次のような特性を持
つことが要求される。（ａ）バルブボディよりも若干大きな線膨脹係数を有
すること。これは、高油温時において、バルブボディお
よびスプールバルブ間の円環状隙間を埋めて、そこから
の油漏れを極力抑制するためである。（ｂ）軽量であること。これはスプールバルブの応答
性を高めるためである。（ｃ）自己潤滑性を有すること、これは、特別な表面
処理を不要にするためである。

【０００３】このような特性を有するスプールバルブと
しては、特開平７−１８０７７５号公報に開示されたも
のが公知である。このスプールバルブは、Ａｌ合金より
なるロッド状心材と、その心材の外周面に接合されて、
その軸線方向に並ぶ複数のＦＲＰ製環状摺動体とよりな
る。この場合、バルブボディはＡｌ合金より構成されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のス
プールバルブには次のような問題がある。 (i) 心材と摺動体との線膨脹係数の差に起因してそれ
ら心材および摺動体間に層間剥離を生じ易い。 (ii) 心材を射出成形用金型に設置して、その周囲に摺
動体の成形を行うので、金型との関係で心材には高度な
寸法精度が要求され、その結果、心材の加工コストが高
くなっている。 (iii) 心材と各摺動体との接合性を向上させるため、
その心材を、射出成形用金型に設置する際に、金型と同
温度まで予熱しなければならず、これは生産工数および
生産コストの増加を招いている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は心材と摺動層と
の接合強度が高く、また生産性の良好な前記摺動部材を
提供することを目的とする。

【０００６】前記目的を達成するため本発明によれば、
心材と、その心材を被覆してそれに接合された摺動層と
をそれぞれＦＲＰ（繊維強化プラスチック）より構成
し、前記心材および摺動層の少なくとも一方に存する少
なくとも一部の強化用繊維が、前記心材および摺動層間
の境界と交差するように他方まで延びている摺動部材が
提供される。

【０００７】前記のように構成すると、心材および摺動
層間の線膨脹係数の差を大いに緩和し得ること、心材お
よび摺動層の同種または同一マトリックス相互間の高い
接合力を得ることができること、境界と交差関係にある
各強化用繊維による両マトリックス相互間の剪断防止効
果が得られること、によって心材と摺動層との接合強度
を大いに高めることが可能である。

【０００８】また摺動部材は、その全体をＦＲＰより構
成されているので、優れた強度特性を備え、その上、例
えば心材をＡｌ合金製としたものに比べて軽量であると
共に生産コストが安価である。

【０００９】摺動部材の生産は二色射出成形機を用いて
容易に行われる。その際、成形用金型のキャビティ面に
接触する摺動層の外面側領域では、各強化用繊維は、そ
の繊維軸が材料の流動方向と略平行するように配向す
る。一方、摺動層および心材の両境界側領域では各強化
用繊維がランダム配向となっているので、少なくとも一
方の境界側領域に存する少なくとも一部の強化用繊維が
境界を越えて他方の境界側領域まで延びる、といった現
象が発生する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１，２に示す油圧式制御装置に
おいて、バルブボディ１のシリンダ孔２に、摺動部材と
してのスプールバルブ３が摺動自在に嵌合される。シリ
ンダ孔２の開口にバルブキャップ４が着脱自在に嵌合さ
れ、そのバルブキャップ４と、スプールバルブ３の円筒
部５底面との間にコイルばね６が圧縮状態で配置され
る。バルブボディ１のシリンダ孔２内周面において、バ
ルブキャップ４と反対側の位置に制御ポート７が開口
し、またバルブキャップ４近傍に出入ポート８が開口
し、さらに制御ポート７および出入ポート８間には複数
の切換えポート９が開口している。

【００１１】バルブボディ１に対するバルブキャップ４
の抜止めは次のように構成されている。即ち、バルブキ
ャップ４は、その外端面に小径軸部１０と、その先端に
連なる摘み部１１とを有する。その小径軸部１０に、上
方から逆Ｕ字形抜止め板１２の切欠き溝１３が嵌込ま
れ、その溝１３を形成する両脚部１４の先端部分がバル
ブボディ１の溝１５に挿入される。抜止め板１２の両脚
部１４を繋ぐ連結部１６にはバルブボディ１とは別の押
え部材１７の凹部１８が係合し、これにより抜止め板１
２がバルブボディ１に保持される。バルブボディ１はＡ
ｌ合金より構成されている。

【００１２】図３に明示するように、スプールバルブ３
はロッド状心材１９と、その心材１９を被覆してそれ１
９に接合された摺動層２０とよりなる。心材１９は、そ
の軸線方向に並ぶ複数の大径部２１を有し、摺動層２０
の、各大径部２１を覆う部分の外周面が摺動面２２とし
て機能する。円筒部５は摺動層２０の延長部分であっ
て、その外周面もまた摺動面２２として機能する。

【００１３】図４にも示すように心材１９と摺動層２０
とはそれぞれＦＲＰより構成される。心材１９および摺
動層２０におけるマトリックス２３，２４は、エンジニ
アリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイ
ド（ＰＰＳ）よりなる。ＰＰＳは、優れた耐熱性、耐油
性、自己潤滑性および寸法安定性を有し、また強度およ
び剛性も高い。

【００１４】心材１９における強化用繊維２５として
は、ガラス短繊維およびガラス中繊維の少なくとも一種
が用いられ、その含有量Ａは３０重量％≦Ａ≦７０重量
％に設定される。

【００１５】このように心材１９は高強度ＰＰＳより構
成されるので、経時変化により曲がりを生じたりするこ
となく、優れた寸法安定性を有する。

【００１６】ただし、ガラス短繊維等の含有量ＡがＡ＜
３０重量％では十分な繊維強化能を得ることができず、
一方、Ａ＞７０重量％では心材１９が脆弱になり、その
機械的性質（例えば、衝撃値、伸び）が著しく劣化す
る。

【００１７】心材１９は、材料価格を下げるべく、無機
フィラ、例えば炭酸カルシウムを含有していてもよく、
その含有量Ｂは５重量％≦Ｂ≦５０重量％に設定され
る。この無機フィラの含有に伴いガラス短繊維等の含有
量Ａを５重量％≦Ａ≦５０重量％に減少させる。ただ
し、無機フィラの含有量ＢがＢ＜５重量％では無機フィ
ラを用いることの意義が失われ、一方、Ｂ＞５０重量％
では心材１９の強度劣化を招く。

【００１８】摺動層２０における強化用繊維２６として
は、自己潤滑性であるカーボン繊維が用いられ、その含
有量Ｃ₁は１５重量％≦Ｃ₁≦５０重量％に設定され
る。

【００１９】このように摺動層２０は高潤滑性ＰＰＳよ
り構成されるので、摩擦係数が低く優れた耐摩耗性を有
すると共に優秀な耐焼付き性を有する。

【００２０】ただし、カーボン繊維の含有量Ｃ₁がＣ₁
＜１５重量％では潤滑性および繊維強化能が低く、一
方、Ｃ₁＞５０重量％では摺動層２０が相手材であるバ
ルブボディ１を攻撃して摩耗させ、またカーボン繊維が
高価であることからスプールバルブ３の材料価格が高く
なる。

【００２１】また摺動層２０は、カーボン繊維とポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末とを含んでいて
もよい。この場合、カーボン繊維の含有量Ｃ₂は１５重
量％≦Ｃ₂≦３０重量％に、またＰＴＦＥ粉末の含有量
Ｄは５重量％≦Ｄ≦２０重量％にそれぞれ設定される。
ただし、カーボン繊維の含有量Ｃ₂がＣ₂＜１５重量％
では潤滑性および繊維強化能が低く、一方、Ｃ₂＞３０
重量％では機械的性質が飽和傾向を示し、単に材料価格
を引上げることになる。またＰＴＦＥ粉末の含有量Ｄが
Ｄ＜５重量％ではＰＴＦＥ粉末を含有させることの意義
が失われ、一方、Ｄ＞２０重量％では、ＰＴＦＥ自体が
非粘着性で結合力が弱いので摺動層２０の機械的性質が
低下し、またＰＴＦＥが高価であることから、性能と材
料価格とのバランスが著しく悪化する。

【００２２】心材１９に存する少なくとも一部のガラス
短繊維２５が、心材１９および摺動層２０間の境界２７
と交差するように摺動層２０まで延びている。また同様
に、摺動層２０に存する少なくとも一部のカーボン繊維
２６が、前記境界２７と交差するように心材１９まで延
びている。

【００２３】このようなＦＲＰ製スプールバルブ３の生
産は二色射出成形機を用いて容易に行われる。その際、
成形用金型のキャビティ面に接触する摺動層２０の外面
側領域ａでは、各カーボン繊維２６は、その繊維軸が材
料の流動方向ｂと略平行するように配向する。一方、摺
動層２０および心材１９の両境界側領域ｃ，ｄでは各カ
ーボン繊維２６および各ガラス短繊維２５がランダム配
向となっているので、心材１９の境界側領域ｄに存する
少なくとも一部のガラス短繊維２５が境界２７を越えて
摺動層２０の境界側領域ｃまで延びたり、また摺動層２
０の境界側領域ｃに存する少なくとも一部のカーボン繊
維２６が境界２７を越えて心材１９の境界側領域ｄまで
延びる、といった現象が発生する。

【００２４】この現象は、心材１９および摺動層２０の
一方の境界側領域ｄまたはｃに存する少なくとも一部の
ガラス短繊維２５またはカーボン繊維２６が、他方の境
界側領域ｃまたはｄまで境界２７を越えて延びる、とい
った具合に発生することもある。

【００２５】前記のように構成されたＦＲＰ製スプール
バルブ３は十分な強度特性と良好な摺動特性とを有す
る。

【００２６】また心材１９および摺動層２０間の線膨脹
係数の差を大いに緩和し得ること、心材１９および摺動
層２０のマトリックス２３，２４であるＰＰＳが、二色
射出成形過程において略半溶融状態で接触することから
両マトリックス２３，２４相互間の接合力が極めて高い
こと、心材１９および摺動層２０間の境界２７と交差関
係にある複数のカーボン繊維２６および／または複数の
ガラス短繊維２５により両マトリックス２３，２４相互
間の剪断防止効果が得られること、によって心材１９と
摺動層２０との接合強度を大いに高めることが可能であ
る。

【００２７】さらにスプールバルブ３は、その全体をＦ
ＲＰより構成されているので、例えば心材１９をＡｌ合
金製とした従来のスプールバルブに比べて軽量で応答性
が良好であると共に生産コストが安価である。因に、Ｐ
ＰＳの比重は約１．４でありＡｌ合金のそれは約２．７
である。

【００２８】二色射出成形機の採用により、摺動層２０
の肉厚をその全体に亘り略均一にして、その摺動層２０
における引けの発生を防止すると共に内部応力の分散を
図り、これにより仕上げ加工を行うことなく摺動層２０
の寸法精度を確保することができる。

【００２９】ＦＲＰ製スプールバルブ３はＡｌ合金製バ
ルブボディ１よりも若干大きな線膨脹係数を有するの
で、高油温時においてバルブボディ１およびスプールバ
ルブ３間の円環状隙間ｅ（図１参照）を埋めて、そこか
らの油漏れを極力抑制することができる。因に、ＰＰＳ
の線膨脹係数は約３０×１０^-6であり、Ａｌ合金のそれ
は約２３×１０^-6である。

【００３０】次に、ＦＲＰ製スプールバルブ３の具体例
について説明する。

【００３１】図５に示す二色射出成形機２８は、摺動層
用成形材料を射出すべくスクリュ２９を有する第１射出
ユニット３０と、心材用成形材料を射出すべくスクリュ
３１を有する第２射出ユニット３２と、両射出ユニット
３０，３２を接続するノズル３３と、ノズル３３に着脱
自在の分割式金型３４とを備えている。金型３４はノズ
ル３３側の第１型３５と、それと対向する第２型３６
と、両型３５，３６間に保持された中子３７とよりな
り、両型３５，３６および中子３７によりスプールバル
ブ成形用キャビティ３８が形成される。

【００３２】ノズル３３の供給路３９は金型３４のゲー
ト４０に連通し、そのゲート４０はキャビティ３８に連
通する。

【００３３】ノズル３３内に中空の外側ニードル４１と
中実の内側ニードル４２とが同心状に配設される。外側
ニードル４１において、先端側の弁部４３は供給路３９
に対向し、基端側のピストン４４はシリンダ４５内に摺
動自在に嵌合される。これらピストン４４およびシリン
ダ４５は、供給路開閉用作動機構４６を構成する。内側
ニードル４２において、先端側の弁部４７は、外側ニー
ドル４１の弁部４３に形成された弁孔４８に対向し、基
端側のピストン４９は外側ニードル４１の基端側に形成
されたシリンダ部５０に摺動自在に嵌合される。これら
ピストン４９およびシリンダ部５０は弁孔開閉用作動機
構５１を構成する。

【００３４】外側ニードル４１はその弁部４３に連なる
テーパ状外周面を有し、そのテーパ状外周面とノズル３
３内周面との間に、外側通路５２が形成される。その外
側通路５２の一端は供給路３９に、他端はノズル３３の
通孔５３を介して第１射出ユニット３０にそれぞれ連通
するようになっている。また外側ニードル４１はその基
端側にストレート状外周面を有し、その外周面により通
孔５３を閉じることができる。

【００３５】内側ニードル４２はその弁部４７に連なる
テーパ状外周面を有し、そのテーパ状外周面と外側ニー
ドル４１内周面との間に内側通路５４が形成される。そ
の内側通路５４の一端は弁孔４８に、他端は外側ニード
ル４１およびノズル３３の通孔５５，５６を介して第２
射出ユニット３２にそれぞれ連通するようになってい
る。また内側ニードル４２はその基端側にストレート状
外周面を有し、その外周面により通孔５５を閉じること
ができる。

【００３６】ＦＲＰ製スプールバルブ３の製造に当り、
次のような諸工程を順次行った。 (i) 摺動層用成形材料Ｍ₁として、３０重量％のカー
ボン繊維と残部ＰＰＳとよりなるものを調製し、また心
材用成形材料Ｍ₂として、６０重量％のガラス短繊維と
残部ＰＰＳとよりなるものを調製した。 (ii) 図５における第１射出ユニット３０に摺動層用成
形材料Ｍ₁を装入して溶融状態に保持し、また第２射出
ユニット３２に心材用成形材料Ｍ₂を装入して溶融状態
に保持した。 (iii) 図６に示すように、外側通路５２が「連通」、内
側通路５４が「遮断」の状態において、第１射出ユニッ
ト３０の作動下で摺動層用成形材料Ｍ₁を供給路３９、
ゲート４０を通じ金型３４のスプールバルブ成形用キャ
ビティ３８内に射出した。 (iv) 図７に示すように、第１射出ユニット３０の作動
下で外側通路５２の供給路３９側を弁部４３により絞
り、また内側通路５４が「連通」の状態において、第２
射出ユニット３２の作動下で心材用成形材料Ｍ₂を射出
して、その心材用成形材料Ｍ₂を供給路３９、ゲート４
０およびキャビティ３８内の摺動層用成形材料Ｍ₁内に
流入させると共にそれら摺動層用成形材料Ｍ₁および心
材用成形材料Ｍ₂をキャビティ３８内に流動させ、次い
で第２射出ユニット３２の作動を停止させた。 (v) 図８に示すように、外側通路５２が「連通」、内
側通路５４が「遮断」の状態において、第１射出ユニッ
ト３０の作動下で摺動層用成形材料Ｍ₁により供給路３
９およびゲート４０内に存する摺動層用および心材用成
形材料Ｍ₁，Ｍ₂をキャビティ３８内に押出すことによ
り心材１９および摺動層２０を成形し、次いで第１射出
ユニット３０の作動を停止させた。 (vi) 外側および内側通路５２，５４が「遮断」の状態
において、金型３４をノズル３３から離間し、次いで型
開きを行ってＦＲＰ製スプールバルブ３を得た。

【００３７】ＦＲＰ製スプールバルブ３の心材１９にお
いて、そのガラス短繊維２５の体積分率ＶｆはＶｆ＝４
８％であり、一方、摺動層２０において、そのカーボン
繊維２６の体積分率ＶｆはＶｆ＝３０％であった。

【００３８】図９はＦＲＰ製スプールバルブ３における
心材１９と摺動層２０との界面２７およびその近傍の組
織を示す顕微鏡写真である。図９より摺動層２０に存す
る２本のカーボン繊維２６が境界２７と交差するように
心材１９まで延びていることが判る。

【００３９】前記製造方法によれば、ＦＲＰ製スプール
バルブ３を容易に量産することが可能であり、これによ
りその製造コストを低減することができる。また１回の
成形作業後において、供給路３９内は摺動層用成形材料
Ｍ₁により満たされているので、次回の成形作業がスム
ーズに開始され、その際、摺動層用成形材料Ｍ₁と心材
用成形材料Ｍ₂とが混ざり合うことがない。

【００４０】図１０は、前記ＦＲＰ製スプールバルブ
（ＰＰＳの線膨脹係数約３０×１０^-6）、Ａｌ合金製
スプールバルブ（線膨脹係数約２３×１０^-6）および
鋼製スプールバルブ（線膨脹係数約１１．７×１
０^-6）に関する油温と円環状隙間ｅからの油漏れ量との
関係を示す。この場合、バルブボディ１はＡｌ合金（線
膨脹係数約２３×１０^-6）よりなり、また作動油とし
てはＡＴＦ（自動車用自動変速機油）を用いた。図１０
より、ＦＲＰ製スプールバルブ３によれば、高油温時に
おける前記油漏れ量を大いに抑制し得ることが判る。

【００４１】図１１は、Ａｌ合金（ＪＩＳＡ６０６
１）よりなり、且つアルマイト処理を施されたスプール
バルブおよび前記ＦＲＰ製スプールバルブに関する面圧
と動摩擦係数との関係を示す。これはチップオンディス
ク摩擦試験を行うことによって求められたものである。
試験条件は次の通りである。ディスクの材質：Ａｌ合金
（ＪＩＳＡＤＣ１２相当材）；ディスクの回転速度：
２５．５ｍ／sec ；給油量（滴下）：１６cc／min ；
油：ＡＴＦ；チップの摺動面の面積：１．０cm²．

【００４２】図１１から明らかなように、ＦＲＰ製スプ
ールバルブにおいては面圧の上昇に伴い動摩擦係数が減
少し、したがってこのバルブは良好な摺動特性を有す
る。Ａｌ合金製・アルマイト処理スプールバルブの場合
は、面圧０．８ＭＰａにて焼付きを発生し、それ以後の
試験は続行不能であった。

【００４３】また前記ＦＲＰ製スプールバルブおよびＡ
ｌ合金製・アルマイト処理スプールバルブに関しチップ
オンディスク摩耗試験を行ってそれらの摩耗量を求め
た。試験条件は次の通りである。ディスクの材質：Ａｌ
合金（ＪＩＳＡＤＣ１２相当材）；ディスクの回転速
度：６．２ｍ／sec ；給油量（滴下）：１６cc／min ；
油：ＡＴＦ；試験時間：１２０分（摺動距離４４６０
０ｍ）；チップの摺動面の面積：１．０cm²；チップに
対する面圧：０．１ＭＰａ．

【００４４】ＦＲＰ製スプールバルブにおける摩耗量は
１．７μｍであったが、Ａｌ合金製・アルマイト処理ス
プールバルブにおける摩耗量は７．６μｍであって、Ｆ
ＲＰ製スプールバルブの約４．５倍であった。

【００４５】なお、本発明はスプールバルブ以外の摺動
部材、例えば電子式燃料噴射装置の可変抵抗式スロット
ル開度センサ用ブラッシュホルダシャフト、ＥＧＲリフ
トセンサ用ブラッシュホルダシャフト等にも適用され
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことによって、軽量であると共に優れた強度特性を備
え、また心材と摺動層との接合強度が高く、その上、生
産性の良好な摺動部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧式制御装置の断面図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【図３】スプールバルブの断面図である。

【図４】図３の要部拡大図である。

【図５】二色射出成形機の要部断面図である。

【図６】第１の工程図である。

【図７】第２の工程図である。

【図８】第３の工程図である。

【図９】（ａ）は心材と摺動層との界面およびその近傍
の組織を示す顕微鏡写真、（ｂ）は（ａ）の概略写図で
ある。

【図１０】油温と円環状隙間からの油漏れ量との関係を
示すグラフである。

【図１１】面圧と動摩擦係数との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

３スプールバルブ（摺動部材）１９心材２０摺動層２３，２４マトリックス２５ガラス短繊維（強化用繊維）２６カーボン繊維（強化用繊維）２７境界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】心材（１９）と、その心材（１９）を被
覆してそれ（１９）に接合された摺動層（２０）とをそ
れぞれＦＲＰより構成し、前記心材（１９）および摺動
層（２０）の少なくとも一方に存する少なくとも一部の
強化用繊維（２５，２６）が、前記心材（１９）および
摺動層（２０）間の境界（２７）と交差するように他方
まで延びていることを特徴とする摺動部材。