JPS62228439A - 摺動用部材 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、互いに当接して相対的にＷ！動する第一の部
材と第二の部材とよりなる摺動用部材に係り、更に詳細
には第一の部材が繊維強化金属複合材料にて構成され第
二の部材が鋼にて構成された１習動用部材に係る。

従来の技術 繊維強化金属複合材料の耐摩耗性や耐焼付き性を改善す
べく、本願出願人は本願出願人と同一の出願人の出願に
かかる特願昭６１− 号明細ｍに於て、無Ｒ質Ｕ＆紺を強化繊維としアルミニ
ウム合金若しくはマグネシウム合金をマトリックスとす
る繊維強化金属複合材料の特定の表面が電解エツチング
されることにより形成され、前記強化８１ｉ随の一部が
前記特定の表面に露出しており、前記特定の表面に露出
する前記強化繊維の間の前記マトリックスの表面に凹部
を有し、前記凹部の平均深さが１．５μ以上であり、前
記凹部の間口径に対する深さの比の平均値が０．０１以
−Ｆである繊維強化金属複合材料を提案した。

発明が解決しようとする問題点 上述の複合材料は耐摩耗性や耐焼付き性に優れているが
、互いに当接して相対的にＷＩ肋する二つの部材よりな
るＩＷ　Ｉ両部材の一方の部材に上述の複合材料が適用
される場合には、伯の部材の材質によっては該他の部材
の摩耗量が増大する虞れがある。

本願発明名等は、互いに当接して相対的に贋初する第一
の部材と第二の部材とよりなる摺動用部材であって、第
一の部材が」上述の如き複合材料にて構成され、第二の
部材が鋼にて構成される場合に於て、鋼が如何なる性質
を有するものであることが適切であるかについて種々の
実験的研究を行った結果、鋼が成る特定の節回の硬度を
有していることが好ましいことを見出した。

本発明は、本願発明者等が行った種々の実験的ω１究の
結果得られた知見に基づき、互い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よりなる摺動用部材で
あって、第一の部材が１習動面に強化繊維が露出し且摺
動而のマトリックスの表面に凹部を有する繊維強化金属
複合材料にて構成され、第二の部材が鋼にて構成され、
それら両部材の耐摩耗性及び耐焼付き性等に優れた摺動
用部材を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、互いに当接して相
対的に摺動する第一の部材と第二の部材とよりなるｊ習
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無機質４ＪＩＮを強化繊維と
しアルミニウム合金若しくはマグネシウム合金をマトリ
ックスとする繊維強化金属複合材料にて構成され、唐肋
面が電解エツチングされることにより前記強化繊維の一
部が前記摺動面に露出しており且前記１ｆ！ｌ初而に露
出する前記強化繊維の間の前記マトリックスの表面に凹
部が形成されており、前記凹部の平均深さが１゜５μ以
上であり、Ｏｆｆ記凹部の間口径に対する深さの比の平
均値が０．０１以上であり、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り、ｔｔｌす（−１
ｖ　　（１０ｋｇ＞が４ｏＯ〜９０Ｏである鋼にて構成
されたＷ！ｌ１７Ｊ用部材によって達成される。

発明の作用及び効果 本発明によれば、（習肋面が電解エツチングされること
により強化繊維の一部が摺動面に露出しており且ＷＩ初
面に露出する強化繊維の間のマトリックスの表面に凹部
が形成されており、凹部の平均深さが１．５μ以上であ
り、凹部の間口径に対する深さの比の平均値が０．０１
以上である繊維強化金属複合材料にて第一の部材が構成
され、第二の部材が硬さＩ−１ｖが４００〜９００であ
る鋼にて構成され、）２１動而に露出する強化繊維によ
りマトリックスが直接第二の部材に接触する度合が低減
され、また凹部が油溜りとして作用することにより複合
材料の保油性が確保されるので、後に説明する本願発明
者等が行った実験的研究の結果より明らかぐある如く、
二つの部材の耐摩耗性及び耐焼付き性等に優れた摺動用
部材を得ることができる。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、複合
材料の特定の表面に於ける強化１３１１ｔ＃の露出高さ
の平均値が１μを越えると、複合材料の表面より露出す
る強化繊維により相手材が過剰に擦過されることにより
却って摩耗量が増大し、また強化繊維の脱落に起因する
異常摩耗が発生し易くなる。従って本発明の一つの詳細
な特徴によれば、第一の部材を構成する複合材料の摺動
面に於【プる強化繊維の露出高さの平均値は１μ以下に
設定される。

また本願発明名等が行った実験的研究の結果によれば、
凹部の面積＊、即ち複合材料の摺動面の任意の領域の全
面積に対する凹部の間口面積の合計の比が５％未満の場
合には複合材料の表面に十分な間の潤滑油を保持させる
ことができず、凹部の面積率が４０％を越えると凹部に
保有される潤滑油の伍が却って少なくなり、また複合材
料の表面に露出する強化４Ｊ！４Ｍを保持するマトリッ
クスの強度が低下し、そのため強化繊維が脱落し易くな
って複合Ｈ判の摩耗量が増大する。従って本発明の伯の
一つの詳細な特徴によれば、凹部の面積率は５〜４０％
に設定される。

本発明の一つの実施例に於ては、本発明のＶｌ！Ｉ勤用
部材用部材機関であり、第一の部材はシリンダライナで
あり、第二の部材はピストンリングである。

尚本発明の繊維強化金属複合材料に於ける強化繊維は、
アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維の如きセラミック
繊維、炭素繊維、種々の金属繊維の如く任意の無機質繊
維であってよく、長繊維又は短繊維の何れであってもよ
い。また強化繊維の平均繊維径は゛１００μ以下、特に
１〜４０μ程度であることが好ましく、強化繊組の体積
率は３０％以下、特に３〜１５％程度であることが好ま
しい。更に強化繊維の配向は一方向配向、二次元ランダ
ム配向、三次元ランダム配向等任意の配向であってよい
が、特に一方向配向及び二次元ランダム配向の場合には
、摺動面が一方向配向の方向又は二次元ランダム配向平
面に対しできるだけ垂直又はこれに近い角度をなすよう
設定されることが好ましい。

またアルミニウム合金及びマグネシウム合金は電解エツ
チング可能なものであれば任意の組成のものであってよ
いが、特にケイ素を含有するアルミニウム合金の如く、
それ自身耐摩耗性に優れたアルミニウム合金やマグネシ
ウム合金であることが好にシい。

更に本発明に於ける電解エツチングの電解液は硝酸水溶
液又は塩化ナトリウム水溶液であってよく、硝酸水溶液
が使用される場合にはその濃度、電位差、通電ＩＩｌが
それぞれ８０〜１６０ｍｌ／ｌ、４．５〜６．ＯＶ、２
００〜４５０り−ｏ７／ｄｍ２に設定されることが好ま
しく、塩化ナトリウム水溶液が使用される場合にはその
濃度、電位差。

通電ｆｆｉカ８０〜１６０　（１／Ｉ　、　３．０〜４
．０Ｖ。

１００−４００クーロン／　ｄｌｌ１２に設定されるこ
とが好ましい。

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。

実施例１ 互いに当接して相対的にＩＦＪＭする二つの部材Ｊ：り
なる）ガ妨用部材であって、その一方の部材が電解エツ
チングされた繊維強化金民復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搭動用部材に於て
、鋼の硬さが如何なる範囲であることが適切であるかに
ついての焼付き試験を行った。

まず平均繊維径２．８μ、平均繊維長５ｍｍのア／Ｌ／
　ミー１−−　シＩＪ　力繊Ｍ（５５ｗｔ％Ａ＋２０３
、残部実質的に５ｔｏｐ）が実質的に三次元ランダムに
て配向されたｍ組成形体を形成し、該繊維成形体を用い
て行われる高圧鋳造により、体積率８％のアルミナ−シ
リカ繊維を強化繊維としアルミニウム合金（ＪＩＳ規格
ＡＤＴ４）をマトリックスとする接合材料を製造した。

次いでこの複合材料より外径２５．６１１１＋１．内径
２０．０１１１ｍ、、　ｉさ１６ＴｌｌＩ１１の寸法を
有し一方の端面を被試験面とする円筒試験片を多数作成
し、各試験片の被試験面の而粗さを研削により０．６μ
ＲＺに仕上げた。

次いでｌｉｒ！酸水溶液を用いて行われる電解エツチン
グにより被試験面のマトリックスの表面に凹部を形成し
た。第１図はかくして形成された試験片の被試験面近傍
の断面を示す模式図であり、図に於て１は強化４Ｖ雑と
してのアルミナ−シリカ繊維を示してＪ３す、２はマト
リックスとしてのアルミニウム合金を示しており、３は
凹部を示している。

尚この場合電解エツチングの条件を適宜に設定すること
により、被試験面の任意の断面に現われる凹部３の深さ
Ｄｉの平均値Ｄｉが１．８μであり、凹部３の間口径に
対する深さの比の平均値、即ち被試験面の任意の断面に
現われる凹部３の開口部長さＷｉに対する深さＤｉの比
の平均（ａ「／Ｗｉが０．０２であり、複合材料の表面
４よりのアルミナ−シリカ繊維の露出高さ１」１の平均
値Ｈ＋　Ｉｆｉｏ、５μであり、凹部の面積率、即ち複
合材料の任意の断面の成る基準長さしに対する凹部３の
開口部長さＷｉの合計の比の百分率が２０％である６個
の円筒試験片Ａ＋−Ａａを形成した。

次いでこれらの円筒試験片及び電解エツチングが行われ
ず、従って凹部の深さ、アルミナ−シリカ繊維の露出高
さ及び凹部の面積率がＯである複合材料よりなる円筒試
験片Ａｏを順次摩擦摩耗試験機にセットし、種々の硬さ
の鋼よりなり、大きさが３０　Ｘ　３０　ｘ　５　ｌ１
１ｍであり、その一つの而（３０Ｘ３０ｎｍ）を被試験
面とする平板試験片の被試験面と接触させ、それらの試
験片の接触部に常温の潤滑油（キャッスルモータオイル
５ＡＥ３０）を供給し、円筒試験片を回転数１１００Ｏ
ｒｐにて回転させつつ、平板試験片に対する円筒試験片
の押圧荷重を１０ｋｇより７００ｋａまでｊ曽加させ、
これにより焼付き限度荷重を測定ザる焼付き試験を行っ
た。尚この焼付き試験に於ける円筒試験片とｉＶ板試験
片との組合せは下記の表１に示寸通りひあった。

注：１）ＪＩＳ規格５ＷＯ８Ｃ−Ｖ　（焼戻し）２）Ｊ
ＩＳｍ格Ｓ［ＪＪ２ ３）Ｊ　Ｉｓ規格５ＫＨ９ ４）ＪＩＳ規格５ＵＳ４２０Ｊ２ 上述の焼付き試験の結果を第２図に示す。この第２図よ
り、電解エツチングされていない複合材料よりなる円筒
試験片が使用された組合せＡｏ及び平板試験片の硬さＨ
ｖが２５０である相合ｌ！Ａ重の焼付き限度荷重は低い
圃であることが解る。

また平板試験片の構成材料がガス窒化されたステンレス
鋼及びＯｒめっきされた軸受鋼である組合Ｕ△５及びＡ
６の焼付き限度荷重も比較的低い値であるのに対し、平
板試験片の硬さ１−ＩＶが４００〜９００である組合せ
Ａ２−Ａ４の焼付き限度荷重は池の何れの組合せよりも
高い値であることが解る。

この焼付き試験の結果より、電解エツチングされたｓｉ
帷強化金滴複合材料に当接して相対的に摺動する相手材
としての鋼の硬さＨＶは、焼付き限度荷重を高くするた
めには、４００〜９００であることが好ましいことが解
る。

実施例２ １掲の表１に示された試験片の組合せＡｏ＝Ａ６につい
て、荷重を２００　ｋｇ（一定）に設定して上述の焼付
き試験と同様の要領の摩耗試験を１時間に亙り行った。

この摩耗試験の結果を第３図に示す。尚第３図に於て、
上半分は円筒試験片の摩耗間（摩耗域ｆｆｉ＋ｎｏ）を
表わしており、下半分は平板試験片のＩＩＪ粍量（ＦＪ
耗減吊ｍｏ）を表わしている。

この第３図より、平板試験片の硬さ１−ＩＶが４００〜
９００である組合せＡ２−Ａ４の円筒試験片の摩耗ｍは
他の同れの組合せの場合よりも小さく、また組合せへ２
〜Ａ４の平板試験片の摩耗量は組合せＡ５及びＡ６の場
合よりも大きいが、組合せＡｏ及びＡ１の場合よりも小
さく、従って電解エツチングされた繊維強化金属複合材
料に当接して相対的に震動する鋼の硬さＩ−Ｉ　Ｖは、
両者の摩耗間を低減するためには、４００ヘ−９００で
あることが好ましいことが解る。

実施例３ 凹部の面積率が如何なる範囲であることが適切であるか
の検討を行った。

上）ボの実施例１に於て作成された６周の円筒試験片の
被試験面を種々の条件にて電解エツチングすることによ
り、下記の表２に示されている如き円筒試験片Ｂ１−Ｂ
ｅを形成し、各試験片について実施例１及び２の場合と
同一の要領及び条件にて、シリコンクロムｍ　（Ｈｖ　
４００）を相手材として焼付き試験及び摩耗試験を行っ
た。これらの試験の結果をそれぞれ第４図及び第５図に
示す。

表　　　　２ Ｂ＋　Ｌ５０，０２　０．２　０ Ｂ２１，８０．０２　０．５　２ ３３２．００，０２　０，５　５ Ｂ４２，００，０２　０．５　２０ Ｂｓ　２，００．０２　０，５　４０ ［３６２Ｊ　０００２　０．５　４５ 第４図より、凹部の面積率が５〜４０％程度の場合に焼
付き限度荷重が高くなり、焼き付きが生じ難くなること
が解る。また第５図より、凹部の面積率が５〜４０％程
度の場合に円筒試験片及び平板試験片の摩耗量が低い値
になることが解る。

これらの焼付き試験及び摩耗試験の結果より、凹部の面
積率は５〜４０％であることが好ましいことが解る。

尚強化繊維がアルミナ繊維（９５ｗｔ％Ａ１２０ａ残部
実質的にＳｔＯ＋＋、平均繊維径３．２μ、平均繊維長
８ｍｍ）、炭化ケイ素ホイスカ（平均繊維径０．５μ、
平均繊維長１００μ）、窒化ケイ素小イス力（平均繊維
径０．５μ、平均繊維長２５０μ）ぐある複合材料及び
マトリックスがマグネシウム合金（Ｊ■Ｓ規格ＭＤＣ１
Ａ＞である複合材料についても上述の実施例１〜３と同
様の焼付き試験及び摩耗試験を行ったところ、鋼の硬さ
及び凹部の面積率が上述の範囲にあることが好ましいこ
とが認められた。

実施例４ 上述の実施例１に於て使用されたアルミナ−シリカ繊維
及びアルミニウム合金を用いて、実質的に三次元ランダ
ムにて配向された体積率１２％のアルミナ−シリカ繊維
にて強化されたアルミニウム合金よりなるシリンダライ
ナを高圧＃Ｒ造により製造し、該ライナをグラピディ鋳
造により鋳くるむことにより、シリンダボア径８０ｍｍ
の４気筒４サイクル内燃機関用シリンダブロックを７ｆ
ｔ！ｉｆ形成した。次いで一つのシリンダブロックのシ
リンダボアをホーニング加工によって表面粗さ０．６μ
Ｒｚに仕上げることによりシリンダブロック（強化繊維
の露出高さＯμ、凹部の面積率Ｏ％）を形成した。また
他の残りのシリンダブロックのシリンダボアをホーニン
グ加工によって表面粗さ０゜６μＲＺに仕上げた後、硝
酸水溶液による電解エツチングにより、凹部の平均深さ
１．９μ、凹部の間口径に対する深さの比の平均値０，
０１８、強化繊維の露出高さ゛の平均値０．３μ、凹部
の面積率６％のシリンダブロックを形成した。

次いで実施例１の組合じ△０〜△６に対応してこれらの
シリンダブロック及び鋼製のピストンリングが組込まれ
た内燃機関を６００　Ｏｒｐｍにて２００時間に亙る高
速耐久試験に供したところ、組合せ△ｏ１△１、Ａ５、
Ａ６シリンダブロツクのシリンダボアにはスカッフィン
グが発生していることが認められたのに対し、組合せＡ
２−Ａ４のシリンダブロックのシリンダボアにはスカッ
フィングの発生は全くルＸめられなかった。また組合せ
Ａ２−Ａ４のシリンダブロックのシリンダボア及びビス
１ヘンリングの外周面の平均摩耗量はそれぞれ２０μ以
下、２０μ以下であるのに対し、他の組合せのシリンダ
ブロックのシリンダボア及びピストンリングの外周面の
平均摩耗量はそれぞれ４０〜８０μ、４０〜７０μであ
り、従って組合せ△２〜△４のシリンダブに１ツク及び
ピストンリングは曲の組合せのシリンダブロック及びピ
ストンリングよりも’＋Ｌかに耐摩耗性に優れているこ
とが認められた。

以上に於ては本発明を本願発明者等が行った実験的研究
の結果との関連に於て詳細に説明したが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内
にて伯の種々の実施例が可能であることは当業者にとっ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による繊維強化金属複合材料の表面部の
断面を示す模式図、第２図及び第３図はそれぞれ相手材
としての鋼の硬さ等をパラメータとして行われた焼付き
試験及び摩耗試験の結果を示づグラフ、第４図及び第５
図はそれぞれ凹部の面積率をパラメータとして行われた
焼付き試験及び摩耗試験の結果を示すグラフである。 １・・・アルミナ−シリカ繊維、２・・・アルミニウム
合金、３・・・凹部、４・・・表面 性　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
理　　　人　　弁理士　明石　昌毅第１図 １アルミナ−シリカ繊維　　　３凹部 第２図 ＡＯＡｔ　　　　Ａ２　　　　Ａ３　　　　Ａ４　　　
　Ａ５　　　　Ａ６第３図 第４図 ＢＩ　　　　Ｂ２　　　　Ｂ３　　　　Ｂ４　　　　Ｂ
ｓ　　　　Ｂ６第５図 （自　発） 手続補正占 昭和６１年４月２８日 特許庁長官　宇　賀　道　部　　殿 週。 １、事件の表示　昭和６１年特許願第７３０９０号２）
発明の名称 摺動用部材 ３、補正をする者 事（′１どの関係　　特許出願人 住　所　　愛知県Ｕ田市トヨタ町１番地名　称　　＜３
２０　）　ｔ−フタ自動車株式会社４、代１ｑ１人 居　所　　＠１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
６、補正の対象　　明細書 ７、補正の内容　　明細書第３頁第２行〜第３行の「特
願昭６１−号」を「特願昭６１−Ｗ号」と ゛＼

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに当接して相対的に摺動する第一の部材と第
   二の部材とより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無機質
   繊維を強化繊維としアルミニウム合金若しくはマグネシ
   ウム合金をマトリックスとする繊維強化金属複合材料に
   て構成され、摺動面が電解エッチングされることにより
   前記強化繊維の一部が前記摺動面に露出しており且前記
   摺動面に露出する前記強化繊維の間の前記マトリックス
   の表面に凹部が形成されており、前記凹部の平均深さが
   １．５μ以上であり、前記凹部の開口径に対する深さの
   比の平均値が０．０１以上であり、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４００〜９００である鋼にて構成された摺
   動用部材。
2. （２）特許請求の範囲第１項の摺動用部材に於て、前記
   摺動面に於ける前記強化繊維の露出高さの平均値は１μ
   以下であることを特徴とする摺動用部材。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項の摺動用部材に
   於て、前記凹部の面積率は５〜４０％であることを特徴
   とする摺動用部材。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの摺動
   用部材に於て、前記摺動用部材は内燃機関であり、前記
   第一の部材はシリンダライナであり、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。