JPS6093162A - 摺動部材 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、摺動部材に関し、詳しくは、互いに当接して
相対的に摺動する２つの部材において、摺動する第１の
部材の摺動面を、硬質クロムメッキ面とし、摺動する第
２の部材の摺動面を、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金、ないし、
高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金と他の合金の混合粉末の、プラズ
マ溶射層面とすることによって、アルコール燃料等のガ
ソリン代替燃料使用時の、耐食・耐摩耗性を改良でき、
従って、ピストンリング等の内燃機関用部品に、好適に
適用できる摺動部材にかかる。

口、従来技術 内Ｊ熱機関において、１！１能を向−Ｌさせる目的での
高回転・高圧縮ＩＬ化、また、軽鼠化・燃費向」二対策
とし、ての軽合金の使用や部品の小型化等の必要性から
、そういった費用にある部品表面に対する耐摩耗性、耐
焼付性、摩擦特性等を、従来にもまして改善する必要性
が晶まっている。

また、ガソリン燃料事情の悪化に伴う、内燃機関用代替
燃料として、アルコール燃料の使用が考慮されており、
この対応策として、アルコール燃料使用時におｔＪる、
耐食・耐摩耗に優れた、ピストンリング等の内燃機関部
品用摺動部材の必要性が高まっており、多くの研究がな
されている。

従来、このような試めの一つとして、摺動部に金属、酸
化物、炭化物を溶射したり、またはメッキにより耐摩耗
性被覆層を形成することは公知であり、その応用例も多
い。

以下、ビス１ンリングに例をとって具体的に説明する。

ピストンリングの摺Φ１１部への耐摩耗性被覆層として
は、鉄系ピストンリングＩＮＪ：　Ｕの摺動部に硬質ク
ロムメッキ、Ｍｏ金属溶射、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金溶射
等、耐摩耗性に優れた被覆層を形成する表面処理が行わ
れている。

硬質クロムメッキピストンリングは、摺動する相手材で
あるシリンダライナ鋳鉄材との耐焼付性がよくないため
、焼付きや、いわゆるスカッフィングと呼ばれる引掻摩
耗を発生しゃずいという欠点がある。

また、摺動外円面に硬質クロムメッキしたピストンリン
グは、摺動する相手材である、シリンダボアの摩耗は少
ないが１、ピストンリング自身の耐摩耗性が劣る欠点が
ある。

また、Ｍｏ金属溶射ピストンリングは、摺動する相手材
である、シリンダライナ鋳鉄材との耐焼付性は良好であ
るが、ピストンリング自身の耐摩耗性に劣ることや、２
５０　’Ｃ以上の熱負荷がかかるエンジンでは、Ｍｏ金
属の酸化により、ピストンリング母材と溶射層の間、お
よび、溶射層内の結合力が劣下し、Ｍｏ金属溶射層が剥
離しやすくなったりする欠点がある。

加えて、Ｍｏ金属自体が高価なため、ピストンリング製
品が高価となる欠点もある。

一方、高炭素鉄−クロＪ、合金溶射においては、硬質り
１：Ｉムメソキ、Ｍｏ金属溶射晶に比べ、摺動部＋４自
身の耐摩耗性に優れ、また、熱負荷による溶１・１層の
酸化劣ドは少なく、剥削等の問題は生じない。

しかし、摺動する相手口であるシリンダボアが、軟かい
昔ｊ１ηの鋳鉄の場合に番：臥シリンダボア側の摩耗が
大きくなる欠点がある。

さらに、最近の内燃機関用ガソリン燃料事情悪化に伴う
、ガソリン代替燃料としてのアルコール燃料使用による
、ピストンリング等の内燃機関用摺動部品の、耐食・耐
耗に対し７てＬｌ、」二連のような従来の摺動部（Ａで
は、１分な対策となっていないという欠点がある。

ハ０発明の目的 本発明は、互いに当接して相対的に摺動する２つの部材
において、摺動する第１の部材の摺動面を、硬質クロム
メッキ面とし、摺動する第２の部材の摺動面を、高炭素
Ｆｅ−Ｃｒ合金、ないし、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金とＮｉ
自溶性合金、Ｆｅ−Ｎｉ自溶性合金、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ
合金、Ｍｏ金属等の合金粉末のうち、少なくとも、一種
類を含む混合粉末の、プラズマ溶射層面とすることによ
って、アルコール燃料等のガソリン代替燃料使用時の、
耐食・耐摩耗性を改良でき、ピストンリング等の内燃機
関用摺動部品に、好適に適用できる摺動部材を提供する
ことを目的としている。

二′１発明の構成 このような目的は、本発明によれば、互いに当接して、
相対的に摺動する摺動部材であって、摺動する第１の部
材の、少なくとも、摺動する第２の部材に対する摺動面
部を硬質クロムメッキ面とし摺動する第２の部材の、少
なくとも、摺動する第１の部材に対する摺動面部を、重
量比率で、Ｃｒ；５５〜７０％、Ｃ；３〜９％、残部実
質的にＦｅからなる組成の、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末
のプラズマ溶射層面としたことを特徴とする摺動部材、
および、摺動する第１の部材の、少なくとも摺動する第
２の部材に対する摺動面部を硬質クロムメッキ面とし、
摺動する第２の部材の、少なくとも、摺動する第１の部
材にｔ、ｉする摺動面部を、重量比率で、Ｃｒ；５５〜
７０％、Ｃ；３〜９％、残部実質的にＦＯからなる組成
の、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末を、全粉末に対し１０％
以−ヒとし、残部をＮｉ自溶性合金、Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ
自溶性合金、低炭素Ｆｅ　−Ｃｒ合金、Ｍｏ金属等の合
金粉末のうち、少なくとも、一種類を含む混合粉末のプ
ラズマ溶射層面としたことを特徴とする摺動部材によっ
て達成される。

ポ、実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

実施例１゜ この実施例でば、本発明の摺動部材をアルコール燃ギ１
１使用時の内燃機関用摺動部品に適用した場合の、摺動
部材としての基礎摩耗特性評価結果について述べる。

鋳鉄、５１　Ｓ規格Ｆ　０２５製の、外径３５１ｍ、内
径３０ｎ＋、幅１０１ｍの円筒試験片の外周面に、試験
片Ａ；高炭素Ｆ８−Ｃｒ合金（組成は重量比率で、Ｆｅ
−６２％Ｃｒ−７％Ｃ−１％５ｉ−０．０２％Ｐ−０．
０３％Ｓ）粉末、試験片Ｂ；７０％高炭素Ｆ高炭素Ｆｅ
−０紺 末と、２１％Ｎｉ基自溶性合金（組成は重量比率で、Ｎ
ｉ−１　５％Ｃ　ｒ　−　０．　２％Ｆ　ｅ−０．　６
％Ｃ−４、０％５ｉ−３．０％Ｂ）粉末と、９％Ｍｏ金
属粉末の混合粉末，試験片Ｃ；３０％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ
合金（組成は試験片Ａと同じ）粉末と、７０％低炭素Ｆ
ｅ−Ｃｒ合金（組成は重量比率で、Ｆｅ−６２％Ｃｒ−
０．０２％Ｃ−０．　５％５ｉ−０．０１％Ｐ−０．０
２％Ｓ）粉末の混合粉末を用いて、各々プラズマ溶射し
て、溶射面を研耗加工仕」二げした。

また、比較試験片りは、鋳鉄Ｊ　Ｔ　Ｓ規格ＦＣ２５の
ままの円筒試験片を用いた。

上記の各々の試験片を、摩擦摩耗試験機に装着し、相手
材として、大きさがｌ　５鶴Ｘ　６＋ｎＸ　１　０１の
軸受１ｉｉＩＪＴｓ規格ＳＵ’Ｊ２製のブロックに、０
、　］■■の硬質クロムメッキ処理した試験片の、１つ
の面（１６■■×６１）を接触させ、エンジンオイルｌ
０Ｗ−３０に、８００メソシユのＡ７！２０、を０．　
５　ＷＴ％添加したエンジンオイルを供給しながら、回
転数’Ｉ　６　０　ｒｐｍ　、荷重６０ｋｇで、０．５
時間摩耗試験した。

試験結果を第１図に示す。

第１図において、横軸Ｇこ対する−に方の縦軸は、回転
試験片である鋳鉄．１　ｒ　Ｓ規格Ｆ　Ｃ　２　５への
溶」・１品の摩耗量（摩耗減量ｎｖ）を示し，下方の縦
軸は相手材である、硬質クロムメッキ処理したブロック
の摩耗量（１９耗痕深さメ１）を示している。

第１図におりるＡないしｒ）の符号は、上述した試験片
ＡないしＤの符号と一致させてあり、各々の摩耗試験結
果を示１．，ている。

第１図から明らかなように、試験片りの鋳鉄ＪＩｓ規格
ＦＣ２５製円筒試験片の摩耗量に比べて、試験片Ａ，Ｂ
，Ｃの、高炭素Ｆｅ　Ｃ　ｒ合金粉末　。

ないし高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末と他の合金粉末との混
合粉末を、プラズマ溶射した円筒試験片の摩耗量は、大
幅に少なくなっており、相手材の硬質クロムメッキ処理
したブロックの摩耗量も、溶射試験片Ａ，Ｂ，Ｃに対す
る方が、試験片りの鋳鉄ＪＩＳ規格ＦＣ２　５に対する
ものより少なくなっている。

上記結果から明らかなように、摺動部材双方の摺動面の
摩耗は、鋳鉄ＪＩＳ規格ＦＣ２　５面と硬質クロムメッ
キ面の組み合せに比べて、溶射面と硬質クロムメッキ面
の組み合せの方が、著しく少なくなっている。

なお、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金が１０％以下では、摺動部
材自身の摩耗が増加するので、１０％以上がよい。

上述の本発明の摺動部材の適用例として、シリンダポア
内面に硬質クロムメッキ、トップピストンリングに高炭
素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末と他の合金粉末の混合粉末を、プ
ラズマ溶射することにより、シリンダボア摩耗、トップ
ピストンリング摩耗を、ともに減少させることができる
ものである。

実施例２。

０ 実施例１において良好な耐摩耗性を示した、本発明の摺
動部材と従来の摺動部材を用いて、すなわち、本発明材
としては、硬質クロムメッキシリンダボアと高炭素Ｆｅ
−Ｃｒ合金粉末のプラズマ溶射ピストンリング、および
、従来材としては、鋳鉄ＪＩＳ規格Ｆ　Ｃ２５シリンダ
ボアと硬質クロムメソ４−ヒストンリングに、Ｉ−って
、アルコール料を使用した機関を搭載した自動車の、実
車走行試験を行い、試験後のシリンダボアおよびピスト
ンリングの摩耗量を測定した。

試験は、２　０　０　０　ｃｃ、４気筒ガソリン機関を
用い、燃料としてメタノール１００％のアルコールを使
用して、ｌＯ万ｋｍの走行試験を行った。

結果を第２図示す。

第２図から明らかなように、本発明の摺動部材（硬質ク
ロムメッキシリンダボアと高炭素Ｆｅ〜Ｃｒ合金粉末の
プラズマ？１ｆ　Ｍｌピストンリング）を用いた試験品
Ｆ【Ｊ、従来の摺動部材（鋳鉄ＪＩＳ規格ＦＣ２５シリ
ンダボアと硬質クロムメ・７キピストンリング）を用い
た試験品Ｅに１七べ、シリン１ ダボアおよびピストンリング摩耗量ともに、１／３以下
と著しく腐食・摩耗量が低減されていることが理解され
る。

また、上記実車走行試験後の外観観察によれば試験品Ｅ
は、シリンダボアに錆が発生し、ピストン上死点部で段
イ］摩耗しているのに対し、本発明の摺動部材を用いた
試験品Ｆでは、シリンダボアでの錆の発生は認められず
、しかも、ピストン上死点部での摩耗も少なかった。

へ、発明の作用効果 以上により明らかなように、本発明にかかる摺動部材に
よれば、互いに当接して相対的に摺動する２つの部材に
おいて、摺動する第１の部材の摺動面を、硬質クロムメ
ッキ面とし、摺動する第２の部材の摺動面を、高炭素Ｆ
ｅ−Ｃｒ合金、ないし、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金とＮｉ自
溶性合金、Ｆｅ−Ｎｉ自溶性合金、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ合
金、ＭＯ金金属の合金粉末のうち、少なくとも，一種類
を含む混合粉末の、プラズマ溶射層面とすることによっ
て、アルコール燃料等のガソリン代替燃料使用時の、耐
食・耐摩耗性を改良でき、ピストンリング等の内燃機関
用摺動部品に、好適に適用できる利点がある。

加えて、第１の発明によれば、摺動する第２の部材の摺
動面部を、東−の高炭素Ｆｅ−１’；ｒ合金粉末のプラ
ズマ溶射層面としているこがら、溶射粉末の保管管理が
容易である利点があり、また、第２の発明によれば、摺
動する第２の部材の摺動面部を、高炭素Ｆ８−Ｃｒ合金
粉末と他の合金粉末の混合粉末によるプラズマ溶射層面
としていることから、高炭素Ｆ　ｅ−Ｃ　ｒ合金粉末単
独溶射では得られない、摺動特性，、たとえば、低摩擦
係数等を付加することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ば、本発明の摺動部材の摩耗試験結果を示すグラ
フ、 第２図は、本発明の摺動部）Ａおよび従来の摺動部材を
、シリンダボアおよびピストンリングに適用して，１０
万ｋＩＩ＋走行後の摩耗蓋を示すグラフである。 出願人　トヨタ自動車株式会社 ３ ２ 第２図 １．事件の表示 昭和５８年特許願第２０１６６０号 ２、発明の名称 摺動部材 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　愛知県豐田市Ｉ・ヨタ町１番地　〒４７１昭和５
９年　１月３１日 ５、補正の対象 明細書 ６、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに当接して、相対的に摺動する摺動部材であっ
   て、 摺動する第１の部材の、少なくとも、摺動する第２の部
   材に対する摺動面部を硬質クロムメッキ面とし、摺動す
   る第２の部材の、少なくとも、摺動する第１の部材に対
   する摺動面部を、重量比率で、Ｃｒ；５５〜７０％、Ｃ
   ；３〜９％、残部実質的にＦｅからなる組成の、高炭素
   Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末のプラズマ溶射層面としたことを特
   徴とする摺動部材。 ２、互いに当接して、相対的に摺動する摺動部材であっ
   て、 摺動する第１の部材の、少なくとも、摺動する第２の部
   材に対する摺動面部を硬質クロムメッキ面とし、摺動す
   る第２の部材の、少なくとも、摺動する第１の部材に対
   する摺動面部を、重量比率で、Ｃｒ；５５〜７０％、Ｃ
   ；３〜９％、残部実質的にＦｅからなる組成の、高炭素
   Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末を、全粉末に対し１０％以上とし、
   残部をＮｉ自溶性合金、Ｆｅ−Ｎｉ自溶性合金、低炭素
   Ｆｅ−Ｃｒ合金、ＭＯ金金属の合金粉末のうち、少なく
   とも、一種類を含む混合粉末のプラズマ溶射層面とした
   ことを特徴とする摺動部材。