JPS6150129B2 - - Google Patents
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- JPS6150129B2 JPS6150129B2 JP56191921A JP19192181A JPS6150129B2 JP S6150129 B2 JPS6150129 B2 JP S6150129B2 JP 56191921 A JP56191921 A JP 56191921A JP 19192181 A JP19192181 A JP 19192181A JP S6150129 B2 JPS6150129 B2 JP S6150129B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
本発明は、互いに当接して相対的に摺動する二
つの部材の組合せに係り、更に詳細には一方の部
材が複合材料にて構成され他方の部材が鋼にて構
成された二つの部材を組合せてなる摺動用部材に
係る。 各種機械の構成要素や部材に於ては、部分的に
特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用エンジンに於ては、エンジンの性能
に対する要求が高くなるにつれて、ピストンの如
き部材はその比強度や剛性が優れていることに加
えて、その摺動面が耐摩耗性に優れていることが
強く要請されるようになつてきた。かかる部材の
比強度や耐摩耗性等を向上させる一つの手段とし
て、それらの部材を各種の無機質繊維等を強化材
としアルミニウム合金の如き軽金属をマトリツク
スとする複合材料にて構成することが試られてい
る。かかる繊維強化金属複合材料の一つとしてア
ルミナ質繊維を強化材とし、アルミニウム、マグ
ネシウム、又はそれらの合金をマトリツクスとす
る繊維強化金属複合材料は既に知られており、か
かる繊維強化金属複合材によれば、それらにて構
成された部材の比強度や耐摩耗性等を向上させる
ことができる。 しかし、互いに当接して相対的に摺動する二つ
の部材の組合せに於て、その一方の部材を上述の
如き繊維強化金属複合材料にて構成した場合に
は、その他方の部材の材質によつてはその他方の
部材の摩耗が著しく増大し、従つてそれらを互い
に当接して相対的に摺動する摺動部材の組合せと
して使用することはできない。 本願発明者等は、互いに当接して相対的に摺動
する二つの部材の組合せであつて、その一方の部
材がアルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金
の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強化金属
複合材料にて構成され、その他方の部材が鋼にて
構成された部材の組合せに於て、それら両方の部
材の摩耗量を最小限に抑えるためには、それらの
材質の組合せとしては如何なるものが適切である
かについて種々の実験的研究を行なつた結果、そ
れぞれ特定の組成及び特定の性質を有するもので
なければならないことを見出した。 本発明は、本願発明者等が行なつた上述の如き
実験的研究の結果得られた知見に基き、一方の部
材がアルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金
の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強化金属
複合材料にて構成され、その他方の部材が鋼にて
構成された互いに当接して相対的に摺動する二つ
の部材の組合せであつて、それら両方の部材の互
いに他に対する摺動面に於ける耐摩耗性が改善さ
れた二つの部材の組合せを提供することを目的と
している。 かかる目的は、本発明によれば、互に当接して
相対的に摺動する第一の部材と第二の部材とを組
合せてなる摺動用部材にして、前記第一の部材の
少なくとも前記第二の部材に対する摺動面部は
80wt％以上のアルミナと残部としてのシリカと
よりなりαアルミナ含有率が５〜55wt％である
アルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金又は
マグネシウム合金をマトリツクスとする複合材料
にて構成されており、前記第二の部材の少なくと
も前記第一の部材に対する摺動面部は硬さHv
（10Kg）が250以上の鋼にて構成されていることを
特徴とする摺動用部材によつて達成される。 本発明によれば、互いに当接して相対的に摺動
する二つの部材の組合せであつて、それら両方の
部材の互いに他に対する摺動面は耐摩耗性に優れ
ており、従つてそれら両方の部材のそれぞれの摺
動面に於ける摩耗量を最小限に抑えることがで
き、しかもその一方の部材は比強度や剛性などに
も優れている如き部材の組合せを得ることができ
る。 本発明の一つの詳細な特徴によれば、前記アル
ミナ繊維はそのαアルミナ含有率（アルミナ繊維
中の全アルミナの重量に対するαアルミナの重量
の割合）が10〜45wt％であるのが好ましい。 また本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、
鋼の硬さHv（10Kg）は350以上であることが好ま
しい。 また本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれ
ば、前記他方の部材はピストンリングであり、前
記一方の部材は該ピストンリングを受入れるリン
グ溝部が繊維強化金属複合材料にて構成されたエ
ンジン用ピストンであつてよい。かかるピストン
とピストンリングとの組合せによれば、ピストン
のリング溝壁面及びピストンリング上下面両方の
摩耗量を最小限に押えることができ、これにより
長期に亙りエンジンの正常な作動を確保すること
ができる。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 まず、互いに当接して相対的に摺動する二つの
部材の組合せであつて、その一方の部材がアルミ
ナ繊維を強化材としアルミニウム合金の如き軽金
属をマトリツクスとする繊維強化金属複合材料に
て構成されており、その他方の部材が鋼にて構成
された部材の組合せに於て、それぞれの部材の材
質が如何なるものであるのが適切であるかについ
て本願発明者等が行なつた摩耗試験について説明
する。 αアルミナ含有率がそれぞれ0wt％、5wt％、
30wt％、55wt％、70wt％である繊維径3.0μのア
ルミナ繊維（95wt％Al2O3、5wt％SiO2）を準備
し、これら５種類のアルミナ繊維をそれぞれ別個
にコロイダルシリカ中に均一に分散させ、これよ
り真空成形法により80×80×20mmの繊維成形体を
形成し、これを600℃にて焼成することにより
個々の強化繊維をシリカにて結合させ、かくして
得られた繊維成形体を鋳型のモールドキヤビテイ
内に配置し、モールドキヤビテイ内にアルミニウ
ム合金（JIS規格AC8A）の溶湯を注湯し、該溶
湯を鋳型に嵌合するフランジヤにより1000Kg/cm2
の圧力に加圧し、この加圧状態を溶湯が完全に凝
固するまで保持し、かくして得られたカサ密度
0.15ｇ/cm3にて無作為に配向されたアルミナ繊維
にて強化された複合材料を製造し、これにより機
械加工によつて16×６×10mmなる寸法を有し、そ
の一つの面（16mm×10mm）を試験面とする５種類
のブロツク試験片を作成した。また同時に比較用
として、繊維にて強化されていないアルミニウム
合金（JIS規格AC8A）のみよりなる上記ブロツ
ク試験片と同一寸法のブロツク試験片を作成し
た。 これらの試験片を順次摩擦摩耗試験機にセツト
し、相手部材である外径35mm、内径30mm、幅10mm
の鋼（JIS規格SUS420J2）製の円筒試験片の外周
面と接触させ、それら試験片の接触部に常温の潤
滑油（キヤツスルモータオイル5W―30）を供給
しつつ、押圧力60Kg、回転数160rpmにて円筒試
験片を１時間回転させる摩耗試験を行なつた。尚
この摩耗試験に於ては、熱処理により円筒試験片
の硬さHv（10Kg）を200、250、350、500の４段
階に設定し、以下の表１に示すブロツク試験片と
円筒試験片との組合せＡ〜Ｉについて試験を行な
つた。
つの部材の組合せに係り、更に詳細には一方の部
材が複合材料にて構成され他方の部材が鋼にて構
成された二つの部材を組合せてなる摺動用部材に
係る。 各種機械の構成要素や部材に於ては、部分的に
特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用エンジンに於ては、エンジンの性能
に対する要求が高くなるにつれて、ピストンの如
き部材はその比強度や剛性が優れていることに加
えて、その摺動面が耐摩耗性に優れていることが
強く要請されるようになつてきた。かかる部材の
比強度や耐摩耗性等を向上させる一つの手段とし
て、それらの部材を各種の無機質繊維等を強化材
としアルミニウム合金の如き軽金属をマトリツク
スとする複合材料にて構成することが試られてい
る。かかる繊維強化金属複合材料の一つとしてア
ルミナ質繊維を強化材とし、アルミニウム、マグ
ネシウム、又はそれらの合金をマトリツクスとす
る繊維強化金属複合材料は既に知られており、か
かる繊維強化金属複合材によれば、それらにて構
成された部材の比強度や耐摩耗性等を向上させる
ことができる。 しかし、互いに当接して相対的に摺動する二つ
の部材の組合せに於て、その一方の部材を上述の
如き繊維強化金属複合材料にて構成した場合に
は、その他方の部材の材質によつてはその他方の
部材の摩耗が著しく増大し、従つてそれらを互い
に当接して相対的に摺動する摺動部材の組合せと
して使用することはできない。 本願発明者等は、互いに当接して相対的に摺動
する二つの部材の組合せであつて、その一方の部
材がアルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金
の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強化金属
複合材料にて構成され、その他方の部材が鋼にて
構成された部材の組合せに於て、それら両方の部
材の摩耗量を最小限に抑えるためには、それらの
材質の組合せとしては如何なるものが適切である
かについて種々の実験的研究を行なつた結果、そ
れぞれ特定の組成及び特定の性質を有するもので
なければならないことを見出した。 本発明は、本願発明者等が行なつた上述の如き
実験的研究の結果得られた知見に基き、一方の部
材がアルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金
の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強化金属
複合材料にて構成され、その他方の部材が鋼にて
構成された互いに当接して相対的に摺動する二つ
の部材の組合せであつて、それら両方の部材の互
いに他に対する摺動面に於ける耐摩耗性が改善さ
れた二つの部材の組合せを提供することを目的と
している。 かかる目的は、本発明によれば、互に当接して
相対的に摺動する第一の部材と第二の部材とを組
合せてなる摺動用部材にして、前記第一の部材の
少なくとも前記第二の部材に対する摺動面部は
80wt％以上のアルミナと残部としてのシリカと
よりなりαアルミナ含有率が５〜55wt％である
アルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金又は
マグネシウム合金をマトリツクスとする複合材料
にて構成されており、前記第二の部材の少なくと
も前記第一の部材に対する摺動面部は硬さHv
（10Kg）が250以上の鋼にて構成されていることを
特徴とする摺動用部材によつて達成される。 本発明によれば、互いに当接して相対的に摺動
する二つの部材の組合せであつて、それら両方の
部材の互いに他に対する摺動面は耐摩耗性に優れ
ており、従つてそれら両方の部材のそれぞれの摺
動面に於ける摩耗量を最小限に抑えることがで
き、しかもその一方の部材は比強度や剛性などに
も優れている如き部材の組合せを得ることができ
る。 本発明の一つの詳細な特徴によれば、前記アル
ミナ繊維はそのαアルミナ含有率（アルミナ繊維
中の全アルミナの重量に対するαアルミナの重量
の割合）が10〜45wt％であるのが好ましい。 また本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、
鋼の硬さHv（10Kg）は350以上であることが好ま
しい。 また本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれ
ば、前記他方の部材はピストンリングであり、前
記一方の部材は該ピストンリングを受入れるリン
グ溝部が繊維強化金属複合材料にて構成されたエ
ンジン用ピストンであつてよい。かかるピストン
とピストンリングとの組合せによれば、ピストン
のリング溝壁面及びピストンリング上下面両方の
摩耗量を最小限に押えることができ、これにより
長期に亙りエンジンの正常な作動を確保すること
ができる。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 まず、互いに当接して相対的に摺動する二つの
部材の組合せであつて、その一方の部材がアルミ
ナ繊維を強化材としアルミニウム合金の如き軽金
属をマトリツクスとする繊維強化金属複合材料に
て構成されており、その他方の部材が鋼にて構成
された部材の組合せに於て、それぞれの部材の材
質が如何なるものであるのが適切であるかについ
て本願発明者等が行なつた摩耗試験について説明
する。 αアルミナ含有率がそれぞれ0wt％、5wt％、
30wt％、55wt％、70wt％である繊維径3.0μのア
ルミナ繊維（95wt％Al2O3、5wt％SiO2）を準備
し、これら５種類のアルミナ繊維をそれぞれ別個
にコロイダルシリカ中に均一に分散させ、これよ
り真空成形法により80×80×20mmの繊維成形体を
形成し、これを600℃にて焼成することにより
個々の強化繊維をシリカにて結合させ、かくして
得られた繊維成形体を鋳型のモールドキヤビテイ
内に配置し、モールドキヤビテイ内にアルミニウ
ム合金（JIS規格AC8A）の溶湯を注湯し、該溶
湯を鋳型に嵌合するフランジヤにより1000Kg/cm2
の圧力に加圧し、この加圧状態を溶湯が完全に凝
固するまで保持し、かくして得られたカサ密度
0.15ｇ/cm3にて無作為に配向されたアルミナ繊維
にて強化された複合材料を製造し、これにより機
械加工によつて16×６×10mmなる寸法を有し、そ
の一つの面（16mm×10mm）を試験面とする５種類
のブロツク試験片を作成した。また同時に比較用
として、繊維にて強化されていないアルミニウム
合金（JIS規格AC8A）のみよりなる上記ブロツ
ク試験片と同一寸法のブロツク試験片を作成し
た。 これらの試験片を順次摩擦摩耗試験機にセツト
し、相手部材である外径35mm、内径30mm、幅10mm
の鋼（JIS規格SUS420J2）製の円筒試験片の外周
面と接触させ、それら試験片の接触部に常温の潤
滑油（キヤツスルモータオイル5W―30）を供給
しつつ、押圧力60Kg、回転数160rpmにて円筒試
験片を１時間回転させる摩耗試験を行なつた。尚
この摩耗試験に於ては、熱処理により円筒試験片
の硬さHv（10Kg）を200、250、350、500の４段
階に設定し、以下の表１に示すブロツク試験片と
円筒試験片との組合せＡ〜Ｉについて試験を行な
つた。
【表】
【表】
上述の摩耗試験の結果を第１図に示す。尚第１
図に於て、上半分はブロツク試験片の摩耗量（摩
耗痕深さμ）を表しており、下半分は相手材であ
る円筒試験片の摩耗量（摩耗減量mg）を表してお
り、記号Ａ〜Ｉはそれぞれ上掲の表１に於ける試
験片の組合せＡ〜Ｉに対応している。 この第１図より、アルミニウム合金のみよりな
るブロツク試験片（Ｉ）はその摩耗量が非常に大
きいのに対し、強化繊維にて強化されたアルミニ
ウム合金よりなるブロツク試験片（Ａ〜Ｈ）は、
何れもアルミニウム合金のみよりなるブロツク試
験片（Ｉ）に比べその摩耗量が非常に小さいこと
が解る。また相手材としての円筒試験片の摩耗に
ついては、αアルミナ含有率がそれぞれ0wt％、
70wt％である組合せＡ及びＥの円筒試験片及び
鋼の硬さの低い組合せＨの円筒試験片は、組合せ
Ｉの円筒試験片よりその摩耗量が大きいのに対
し、αアルミナ含有率が5wt％、55wt％であり硬
さHv（10Kg）が500である組合せＢ及びＤ、及び
αアルミナ含有率が30wt％であり硬さHv（10
Kg）がそれぞれ500、350、250である組合せＣ，
Ｆ，Ｇの円筒試験片の摩耗量は、組合せＩの場合
と同等若しくはそれよりも極く僅かに大きい程度
に抑えられていることが解る。 また、80wt％以上のアルミナと残部としての
シリカとよりなる種々のαアルミナ組成のアルミ
ナ繊維を強化材とし、マグネシウム合金
（ASTM規格EZ33A）をマトリツクスとする複合
材料にてブロツク試験片を作成し、また機械構造
用炭素鋼（JIS規格S45C）などにて円筒試験片を
作成して、上述の摩耗試験と同様の要領により摩
耗試験を行なつたところ、第１図に示す結果と実
質的に同様の傾向を示す試験結果を得た。 表２は上記のマグネシウム合金をマトリツクス
とする試験に於ける試験片の組合せを先のアルミ
ニウム合金をマトリツクスとする試験片について
の表１と同様の要領により示す表である。 この表に於て、１〜５はそれぞれ下記の如きα
アルミナ含有率を有するものである。 １αアルミナ含有率0wt％ ２αアルミナ含有率5wt％ ３αアルミナ含有率30wt％ ４αアルミナ含有率55wt％ ５αアルミナ含有率70wt％ 尚表２に於ける円筒試験片は機械構造用炭素鋼
（JIS規格S45C）を焼入れしたものである。摩耗
試験の結果を第５図に示す。第５図に於ても、上
半分はブロツク試験片の摩耗量（摩耗痕深さμ）
を表わしており、下半分は相手材である円筒試験
片の摩耗量（摩耗減量mg）を表わしており、記号
Ａ〜Ｉはそれぞれ表２に於ける試験片の組合せＡ
〜Ｉに対応している。
図に於て、上半分はブロツク試験片の摩耗量（摩
耗痕深さμ）を表しており、下半分は相手材であ
る円筒試験片の摩耗量（摩耗減量mg）を表してお
り、記号Ａ〜Ｉはそれぞれ上掲の表１に於ける試
験片の組合せＡ〜Ｉに対応している。 この第１図より、アルミニウム合金のみよりな
るブロツク試験片（Ｉ）はその摩耗量が非常に大
きいのに対し、強化繊維にて強化されたアルミニ
ウム合金よりなるブロツク試験片（Ａ〜Ｈ）は、
何れもアルミニウム合金のみよりなるブロツク試
験片（Ｉ）に比べその摩耗量が非常に小さいこと
が解る。また相手材としての円筒試験片の摩耗に
ついては、αアルミナ含有率がそれぞれ0wt％、
70wt％である組合せＡ及びＥの円筒試験片及び
鋼の硬さの低い組合せＨの円筒試験片は、組合せ
Ｉの円筒試験片よりその摩耗量が大きいのに対
し、αアルミナ含有率が5wt％、55wt％であり硬
さHv（10Kg）が500である組合せＢ及びＤ、及び
αアルミナ含有率が30wt％であり硬さHv（10
Kg）がそれぞれ500、350、250である組合せＣ，
Ｆ，Ｇの円筒試験片の摩耗量は、組合せＩの場合
と同等若しくはそれよりも極く僅かに大きい程度
に抑えられていることが解る。 また、80wt％以上のアルミナと残部としての
シリカとよりなる種々のαアルミナ組成のアルミ
ナ繊維を強化材とし、マグネシウム合金
（ASTM規格EZ33A）をマトリツクスとする複合
材料にてブロツク試験片を作成し、また機械構造
用炭素鋼（JIS規格S45C）などにて円筒試験片を
作成して、上述の摩耗試験と同様の要領により摩
耗試験を行なつたところ、第１図に示す結果と実
質的に同様の傾向を示す試験結果を得た。 表２は上記のマグネシウム合金をマトリツクス
とする試験に於ける試験片の組合せを先のアルミ
ニウム合金をマトリツクスとする試験片について
の表１と同様の要領により示す表である。 この表に於て、１〜５はそれぞれ下記の如きα
アルミナ含有率を有するものである。 １αアルミナ含有率0wt％ ２αアルミナ含有率5wt％ ３αアルミナ含有率30wt％ ４αアルミナ含有率55wt％ ５αアルミナ含有率70wt％ 尚表２に於ける円筒試験片は機械構造用炭素鋼
（JIS規格S45C）を焼入れしたものである。摩耗
試験の結果を第５図に示す。第５図に於ても、上
半分はブロツク試験片の摩耗量（摩耗痕深さμ）
を表わしており、下半分は相手材である円筒試験
片の摩耗量（摩耗減量mg）を表わしており、記号
Ａ〜Ｉはそれぞれ表２に於ける試験片の組合せＡ
〜Ｉに対応している。
【表】
【表】
第５図より、マトリツクス金属がマグネシウム
合金である場合にも、ブロツク試験片の摩耗量及
び円筒試験片の摩耗量はそれぞれ先のアルミニウ
ム合金をマトリツクスとする摩耗試験の場合の摩
耗量より全体として幾分増大はしているが、強化
繊維中のαアルミナ含有率に対する摩耗量の変化
の特性は、アルミニウム合金をマトリツクスとす
る先の摩耗試験に於て得られた特性と一致するこ
とが理解されよう。 これらの摩耗試験の結果より、互いに当接して
相対的に摺動する二つの部材の組合せであつて、
その一方の部材がアルミナ繊維を強化材とし、ア
ルミニウム合金又はマグネシウム合金をマトリツ
クスとする複合材料にて構成されており、その他
方の部材が鋼材にて構成されている如き二つの部
材の組合せに於ては、前記一方の部材を構成する
複合材料は80wt％以上のアルミナと残部として
のシリカとよりなりαアルミナ含有率が５〜
55wt％、好ましくは10〜45wt％であるアルミナ
繊維を強化材とし、アルミニウム合金又はマグネ
シウム合金をマトリツクスとする複合材料であ
り、前記他方の部材を構成する鋼はその硬さHv
（10Kg）が250以上、好ましくは350以上の鋼であ
ることが好ましいことが解る。 尚アルミニウム合金及びマグネシウム合金をマ
トリツクス金属とする上記二つの摩耗試験に於て
は、複合材料中に於けるアルミナ繊維のカサ密度
は0.15ｇ/cm3とされているが、上記の摩耗試験に
よつて得られたアルミナ繊維中のαアルミナ含有
率がブロツク試験片の摩耗量と円筒試験片の摩耗
量の変化に及ぼす影響は、複合材料中のアルミナ
繊維のカサ密度の変化によつては実質的な影響は
受けないものである。 アルミナ繊維にて強化された複合材料が相手材
と摺り合わされる時には、アルミナ繊維の硬度は
マトリツクスを構成するアルミニウム合金又はマ
グネシウム合金の硬度より高いので、複合材料の
摩耗が進行するにつれてその表面はマトリツクス
の層よりアルミナ繊維が幾分突き出た状態とな
る。そして更に複合材料の摩耗が進行すると、マ
トリツクスの層よりアルミナ繊維が突き出る高さ
は更に増大するが、その高さが或る高さに達する
と、アルミナ繊維は相手材との摺り合わせに際し
てそれに作用する曲げモーメントに耐え切れなく
なつて折損し、アルミナ繊維がマトリツクス層よ
り突き出る高さは再び低減される。かかる現象の
繰返しによつて摺り合わせによる複合材料と相手
材の摩耗が進行するが、かかるアルミナ繊維の新
たな露出と折損の繰返しを伴う摩耗のメカニズム
そのものは、強化繊維カサ密度が上記の実施例に
於ける如く0.15ｇ/cm3（体積率にして約4.5％）程
度ないし高々１ｇ/cm3（体積率にして約27％）程
度の範囲にある時には、強化繊維カサ密度によつ
ては殆ど影響されない。このことは本件出願と同
日に本件出願の出願人と同一の出願人によつて出
願された特願昭56−191923号に於て試験結果によ
つて実証されている。従つてアルミナ繊維にてア
ルミニウム合金又はマグネシウム合金を強化して
複合材料を製造する場合に一般に実施される体積
率にして数パーセントないし十数パーセントの繊
維混合率の範囲に於ては、アルミナ繊維中のαア
ルミナ含有率に関する好ましい範囲の条件は繊維
含有率には影響されないものである。 次にエンジン用ピストンとピストンリングとの
組合せに対し適用された本発明による部材の組合
せの具体的実施例について説明する。 第２図は上述の繊維を示す解図的縦断面図、第
３図はその要部を示す解図的拡大部分縦断面図、
第４図はピストンリング（トツプリング）を拡大
して示す解図的部分縦断面図である。これらの図
に於て、１はピストンであり、アルミニウム合金
（JIS規格AC8A）にて構成されている。ピストン
１の側部外周面２には、燃焼ガスがピストン１と
シリンダブロツク３のシリンダ壁面との間を経て
エンジンの燃焼室より漏洩するのを防止するコン
プレツシヨンリング４及び５を受入れる二つのリ
ング溝６及び７と、余分のオイルを掻落すオイル
リング８を受入れるリング溝９とが形成されてい
る。図示の実施例に於ては、ピストン１の側部外
周面２に沿うピストンヘツド１０よりトツプリン
グ溝６の下面１１の下方までの部分は、繊維径
3.0μ、αアルミナ含有率30wt％のアルミナ繊維
（95wt％Al2O3、5wt％SiO2）をカサ密度0.15ｇ/cm3
にて無作為に配向してなる繊維成形体を強化材と
し、ピストン１の他の部分を構成するアルミニウ
ム合金（JIS規格AC8A）をマトリツクスとする
複合材料１２にて構成されている。この複合材料
１２はトツプリングを受入れるトツプリング溝６
の壁面を郭定しており、またピストンの側部外周
面２に露出する部分にてトツプランド１３及びセ
カンドランド１４の一部を郭定している。 尚、かかるピストンはそれぞれを鋳造するため
の鋳型のモールドキヤビテイ底壁上に繊維成形体
を載置し、その鋳型内に溶融アルミニウム合金を
注湯し、その鋳型に液密的に嵌合するプランジヤ
によりアルミニウム合金を加圧しつつ凝固させて
ピストン予成形体とし、それを熱処理（T6処
理）した後所定の寸法に加工し、更にリング溝
６，７，９を形成することによつて製造されてよ
い。 上述の如きピストン１と互いに当接して相対的
に摺動するトツプリング４は、ステンレス鋼
（JIS規格SUS420J2、硬さHv（10Kg）＝420）にて
構成されている。特に図示の実施例は７゜のキー
ストリングとして構成されており、そのシリンダ
ブロツク３のシリンダ壁面との摺動面部にモリブ
デン溶射層１５が形成されたものである。 上述の如く構成されたピストンとピストンリン
グとを４気筒４サイクルデイーゼルエンジンに組
込み、下記の表３に示す試験条件にて摩耗試験を
行なつた。 表３：試験条件 使用エンジン： ４気筒サイクル デイーゼルエンジン シリンダボア径： 90mm ストローク： 86mm 圧縮比： 21.5 排気量： 2188c.c. 使用燃料： 軽油 エンジン回転数： 5200rpm エンジン負荷： フルロード 試験時間： 500時間 この摩耗試験の結果、トツプリング溝６の上面
１６及び下面１１の摩耗量は共に4.5μであり、
トツプリング４の下面１７の摩耗量は４μである
ことが解つた。この試験結果より、上述の実施例
によるピストンとピストンリングとの組合せによ
れば、現在汎用されているアルミニウム合金
（JIS規格AC8A）製のピストンと鋳鉄製のピスト
ンリング又は上下面がクロムめつきされた鋳鉄製
ピストンリングとの組合せに比較して、リング溝
の摩耗量は1/5に低減され、またピストンリング
上下面の摩耗量は1/2に低減されることが解る。 以上に於ては本発明をピストンとピストンリン
グとの組合せに対し適用された一つの実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、互いに当接して相対的
に摺動する他の部材の組合せにも適用可能である
ことが理解されよう。
合金である場合にも、ブロツク試験片の摩耗量及
び円筒試験片の摩耗量はそれぞれ先のアルミニウ
ム合金をマトリツクスとする摩耗試験の場合の摩
耗量より全体として幾分増大はしているが、強化
繊維中のαアルミナ含有率に対する摩耗量の変化
の特性は、アルミニウム合金をマトリツクスとす
る先の摩耗試験に於て得られた特性と一致するこ
とが理解されよう。 これらの摩耗試験の結果より、互いに当接して
相対的に摺動する二つの部材の組合せであつて、
その一方の部材がアルミナ繊維を強化材とし、ア
ルミニウム合金又はマグネシウム合金をマトリツ
クスとする複合材料にて構成されており、その他
方の部材が鋼材にて構成されている如き二つの部
材の組合せに於ては、前記一方の部材を構成する
複合材料は80wt％以上のアルミナと残部として
のシリカとよりなりαアルミナ含有率が５〜
55wt％、好ましくは10〜45wt％であるアルミナ
繊維を強化材とし、アルミニウム合金又はマグネ
シウム合金をマトリツクスとする複合材料であ
り、前記他方の部材を構成する鋼はその硬さHv
（10Kg）が250以上、好ましくは350以上の鋼であ
ることが好ましいことが解る。 尚アルミニウム合金及びマグネシウム合金をマ
トリツクス金属とする上記二つの摩耗試験に於て
は、複合材料中に於けるアルミナ繊維のカサ密度
は0.15ｇ/cm3とされているが、上記の摩耗試験に
よつて得られたアルミナ繊維中のαアルミナ含有
率がブロツク試験片の摩耗量と円筒試験片の摩耗
量の変化に及ぼす影響は、複合材料中のアルミナ
繊維のカサ密度の変化によつては実質的な影響は
受けないものである。 アルミナ繊維にて強化された複合材料が相手材
と摺り合わされる時には、アルミナ繊維の硬度は
マトリツクスを構成するアルミニウム合金又はマ
グネシウム合金の硬度より高いので、複合材料の
摩耗が進行するにつれてその表面はマトリツクス
の層よりアルミナ繊維が幾分突き出た状態とな
る。そして更に複合材料の摩耗が進行すると、マ
トリツクスの層よりアルミナ繊維が突き出る高さ
は更に増大するが、その高さが或る高さに達する
と、アルミナ繊維は相手材との摺り合わせに際し
てそれに作用する曲げモーメントに耐え切れなく
なつて折損し、アルミナ繊維がマトリツクス層よ
り突き出る高さは再び低減される。かかる現象の
繰返しによつて摺り合わせによる複合材料と相手
材の摩耗が進行するが、かかるアルミナ繊維の新
たな露出と折損の繰返しを伴う摩耗のメカニズム
そのものは、強化繊維カサ密度が上記の実施例に
於ける如く0.15ｇ/cm3（体積率にして約4.5％）程
度ないし高々１ｇ/cm3（体積率にして約27％）程
度の範囲にある時には、強化繊維カサ密度によつ
ては殆ど影響されない。このことは本件出願と同
日に本件出願の出願人と同一の出願人によつて出
願された特願昭56−191923号に於て試験結果によ
つて実証されている。従つてアルミナ繊維にてア
ルミニウム合金又はマグネシウム合金を強化して
複合材料を製造する場合に一般に実施される体積
率にして数パーセントないし十数パーセントの繊
維混合率の範囲に於ては、アルミナ繊維中のαア
ルミナ含有率に関する好ましい範囲の条件は繊維
含有率には影響されないものである。 次にエンジン用ピストンとピストンリングとの
組合せに対し適用された本発明による部材の組合
せの具体的実施例について説明する。 第２図は上述の繊維を示す解図的縦断面図、第
３図はその要部を示す解図的拡大部分縦断面図、
第４図はピストンリング（トツプリング）を拡大
して示す解図的部分縦断面図である。これらの図
に於て、１はピストンであり、アルミニウム合金
（JIS規格AC8A）にて構成されている。ピストン
１の側部外周面２には、燃焼ガスがピストン１と
シリンダブロツク３のシリンダ壁面との間を経て
エンジンの燃焼室より漏洩するのを防止するコン
プレツシヨンリング４及び５を受入れる二つのリ
ング溝６及び７と、余分のオイルを掻落すオイル
リング８を受入れるリング溝９とが形成されてい
る。図示の実施例に於ては、ピストン１の側部外
周面２に沿うピストンヘツド１０よりトツプリン
グ溝６の下面１１の下方までの部分は、繊維径
3.0μ、αアルミナ含有率30wt％のアルミナ繊維
（95wt％Al2O3、5wt％SiO2）をカサ密度0.15ｇ/cm3
にて無作為に配向してなる繊維成形体を強化材と
し、ピストン１の他の部分を構成するアルミニウ
ム合金（JIS規格AC8A）をマトリツクスとする
複合材料１２にて構成されている。この複合材料
１２はトツプリングを受入れるトツプリング溝６
の壁面を郭定しており、またピストンの側部外周
面２に露出する部分にてトツプランド１３及びセ
カンドランド１４の一部を郭定している。 尚、かかるピストンはそれぞれを鋳造するため
の鋳型のモールドキヤビテイ底壁上に繊維成形体
を載置し、その鋳型内に溶融アルミニウム合金を
注湯し、その鋳型に液密的に嵌合するプランジヤ
によりアルミニウム合金を加圧しつつ凝固させて
ピストン予成形体とし、それを熱処理（T6処
理）した後所定の寸法に加工し、更にリング溝
６，７，９を形成することによつて製造されてよ
い。 上述の如きピストン１と互いに当接して相対的
に摺動するトツプリング４は、ステンレス鋼
（JIS規格SUS420J2、硬さHv（10Kg）＝420）にて
構成されている。特に図示の実施例は７゜のキー
ストリングとして構成されており、そのシリンダ
ブロツク３のシリンダ壁面との摺動面部にモリブ
デン溶射層１５が形成されたものである。 上述の如く構成されたピストンとピストンリン
グとを４気筒４サイクルデイーゼルエンジンに組
込み、下記の表３に示す試験条件にて摩耗試験を
行なつた。 表３：試験条件 使用エンジン： ４気筒サイクル デイーゼルエンジン シリンダボア径： 90mm ストローク： 86mm 圧縮比： 21.5 排気量： 2188c.c. 使用燃料： 軽油 エンジン回転数： 5200rpm エンジン負荷： フルロード 試験時間： 500時間 この摩耗試験の結果、トツプリング溝６の上面
１６及び下面１１の摩耗量は共に4.5μであり、
トツプリング４の下面１７の摩耗量は４μである
ことが解つた。この試験結果より、上述の実施例
によるピストンとピストンリングとの組合せによ
れば、現在汎用されているアルミニウム合金
（JIS規格AC8A）製のピストンと鋳鉄製のピスト
ンリング又は上下面がクロムめつきされた鋳鉄製
ピストンリングとの組合せに比較して、リング溝
の摩耗量は1/5に低減され、またピストンリング
上下面の摩耗量は1/2に低減されることが解る。 以上に於ては本発明をピストンとピストンリン
グとの組合せに対し適用された一つの実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、互いに当接して相対的
に摺動する他の部材の組合せにも適用可能である
ことが理解されよう。
第１図は本願発明者等が行なつた摩耗試験の結
果を示すグラフ、第２図はピストンとピストンリ
ングとの組合せに対し適用された本発明による部
材の組合せの一つの実施例を示す解図的縦断面
図、第３図は第２図に示された実施例の要部を示
す解図的拡大部分縦断面図、第４図はピストンリ
ング（トツプリング）を拡大して示す解図的部分
縦断面図、第５図はマトリツクスがマグネシウム
合金の場合についての第１図と同様のグラフであ
る。 １…ピストン、２…側部外周面、３…シリンダ
ライナ、４…トツプリング、５…セカンドリン
グ、６…トツプリング溝、７…セカンドリング
溝、８…オイルリング、９…リング溝、１０…ピ
ストンヘツド、１１…トツプリング溝の下面、１
２…複合材料、１３…トツプランド、１４…セカ
ンドランド、１５…モリブデン溶射層、１６…ト
ツプリング溝の上面、１７…トツプリングの下
面。
果を示すグラフ、第２図はピストンとピストンリ
ングとの組合せに対し適用された本発明による部
材の組合せの一つの実施例を示す解図的縦断面
図、第３図は第２図に示された実施例の要部を示
す解図的拡大部分縦断面図、第４図はピストンリ
ング（トツプリング）を拡大して示す解図的部分
縦断面図、第５図はマトリツクスがマグネシウム
合金の場合についての第１図と同様のグラフであ
る。 １…ピストン、２…側部外周面、３…シリンダ
ライナ、４…トツプリング、５…セカンドリン
グ、６…トツプリング溝、７…セカンドリング
溝、８…オイルリング、９…リング溝、１０…ピ
ストンヘツド、１１…トツプリング溝の下面、１
２…複合材料、１３…トツプランド、１４…セカ
ンドランド、１５…モリブデン溶射層、１６…ト
ツプリング溝の上面、１７…トツプリングの下
面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 互に当接して相対的に摺動する第一の部材と
第二の部材とを組合せてなる摺動用部材にして、
前記第一の部材の少なくとも前記第二の部材に対
する摺動面部は80wt％以上のアルミナと残部と
してのシリカとよりなりαアルミナ含有率が５〜
55wt％であるアルミナ繊維を強化材としアルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金をマトリツクス
とする複合材料にて構成されており、前記第二の
部材の少なくとも前記第一の部材に対する摺動面
部は硬さHv（10Kg）が250以上の鋼にて構成され
ていることを特徴とする摺動用部材。 ２ 特許請求の範囲第１項の摺動用部材にして、
前記アルミナ繊維のαアルミナ含有率は10〜
45wt％であることを特徴とする摺動用部材。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項の摺動用部
材にして、前記鋼の硬さHv（10Kg）は350以上で
あることを特徴とする摺動用部材。 ４ 特許請求の範囲第１項〜第３項の何れかの摺
動用部材にして、前記第一の部材はエンジン用ピ
ストンであり、前記第二の部材はピストンリング
であることを特徴とする摺動用部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19192181A JPS5893839A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 摺動用部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19192181A JPS5893839A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 摺動用部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893839A JPS5893839A (ja) | 1983-06-03 |
| JPS6150129B2 true JPS6150129B2 (ja) | 1986-11-01 |
Family
ID=16282653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19192181A Granted JPS5893839A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 摺動用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5893839A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06167015A (ja) * | 1992-12-01 | 1994-06-14 | Kajima Corp | 場所打ちコンクリート杭における杭頭処理用仕切り部材 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6263628A (ja) * | 1985-09-17 | 1987-03-20 | Honda Motor Co Ltd | アルミニウム合金製摺動部材の組合せ |
| JPH0513969Y2 (ja) * | 1986-11-19 | 1993-04-14 | ||
| JPS6386833A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-18 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化軽合金部材 |
| JP3102205B2 (ja) * | 1993-05-13 | 2000-10-23 | トヨタ自動車株式会社 | アルミニウム合金製摺動部材 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4985439A (ja) * | 1972-08-30 | 1974-08-16 | ||
| US3853688A (en) * | 1971-06-23 | 1974-12-10 | Du Pont | Continuous filaments and yarns |
| JPS5527176A (en) * | 1977-03-03 | 1980-02-27 | Int Flavors & Fragrances Inc | Perfume composition*detergent and soap containing said composition |
| JPS5698453A (en) * | 1980-01-08 | 1981-08-07 | Hitachi Metals Ltd | Steel piston ring material |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP19192181A patent/JPS5893839A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3853688A (en) * | 1971-06-23 | 1974-12-10 | Du Pont | Continuous filaments and yarns |
| JPS4985439A (ja) * | 1972-08-30 | 1974-08-16 | ||
| JPS5527176A (en) * | 1977-03-03 | 1980-02-27 | Int Flavors & Fragrances Inc | Perfume composition*detergent and soap containing said composition |
| JPS5698453A (en) * | 1980-01-08 | 1981-08-07 | Hitachi Metals Ltd | Steel piston ring material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06167015A (ja) * | 1992-12-01 | 1994-06-14 | Kajima Corp | 場所打ちコンクリート杭における杭頭処理用仕切り部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5893839A (ja) | 1983-06-03 |
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