JPS63255379A

JPS63255379A - 摺動部材の製造方法

Info

Publication number: JPS63255379A
Application number: JP9046787A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Hattori; 服部　敏彦; Kazuhiko Shirai; 和彦白井
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-04-13
Filing date: 1987-04-13
Publication date: 1988-10-21

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、摺動部材の製造方法に関し、特に無潤滑条件
の下で使用されるＩＳ動部材の摺動特性の改良に関する
。

（従来の技術）一般に、自動車等車両用エンジンにおいて摺動部材とし
てのシリンダ内壁には、ピストンの円滑な往復運動を確
保するために潤滑油が供給されている。

一方、潤滑油を１晋動面に供給しないつまり無潤滑条件
の下で使用覆るタイプの１習動部材もあり、このタイプ
のものでは、摺動部材の摺動面を摺動する相手方部材の
外周に例えばポリイミド樹脂等の耐摩耗性樹脂をシール
材として用い、かつ摺動部材として、ピストン等の円滑
な往復運動を阻害しないように耐摩耗性および良好な滑
り特性を備えたものを用いている。

また、アルミニウム合金製の摺動部材として、例えば特
開昭５９−２１２１５１公報に開示されているように、
ニッケル等からなる金属多孔体をアルミニウム合金の溶
湯で鋳ぐるみ、その後、熱処理を施すことにより、上記
金属多孔体とアルミニウム合金との境界に多孔質金属と
アルミニウムとからなる金属間化合物層を形成させ、こ
れにより高温硬度、耐摩耗性および耐ヘタリ性等の物性
の向上を図り得るようにしたものも知られている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上述の如き無潤滑条件の下で使用するタイプ
の！呂動部材を、例えば自動車等車両用のノーマルエン
ジンにおいて、中速域におけるエンジンのトルク損失を
補うべくエンジンの排気脈動を利用して吸気を加圧過給
するようにしたいわゆる簡易過給機に適用することが考
えられる。

しかし、上記無潤滑条件の下で使用するタイプのもので
は、上述の如く耐摩耗性および良好な滑り特性を摺動部
材に付与させるべくその摺動面を精度良く仕上げ加工し
ても、例えば始動時における初期なじみが悪いため摺動
抵抗が高くなって摺動面の摩耗度合の進行が増大したり
、あるいは摩耗粉が摺動面に堆積し、この摩耗粉が開動
抵抗となって摺動面の摩耗度合の進行が増大するととも
にシール性の低下を招く等の不具合がどうしても生ずる
こととなる。このため、初期段階において上記摺動部材
の摺動面に潤滑油を塗布することにより、上記摺動面の
摩耗度合の進行を低下させたり、おるいはシール性の低
下等を抑制することができるが、長期間に亘る使用おる
いはピストン等との摺動熱の影響等により潤滑油が消失
したつづることから、その効果を長期間に亘って持続さ
せることができ難いという問題があった。このことは、
上）ホの如き無潤滑条件の下で使用される簡易過給機の
場合にも同様のことがいえ、摺動特性の向上対策が望ま
れる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、上記の公報におけるが如く金属多孔
体とアルミニウム合金との境界に多孔質金属とアルミニ
ウムとからなる金属間化合物層を形成させる手段を採用
することとし、この場合、上記アルミニウム合金部分に
適切な手段を講することにより、シリンダ等の摺動面に
対する潤滑油の保持性能の向上を図り得、これにより摺
動特性の優れたかつ上記金属間化合物層による耐摩耗性
の優れた摺動面を有する摺動部材を提供せんと覆ること
にある。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、まず
、多孔質金属からなる素材をアルミニウム合金の溶湯で
鋳ぐるむことにより摺動部材本体を形成する。その後、
該摺動部（１本体に熱処理を施すことにより、上記素材
とアルミニウム合金との境界に多孔質金属とアルミニウ
ムとからなる金属間化合物層を形成する。次いで、上記
摺動部材本体の摺動面側のアルミニウム合金部分にエツ
チング処理を施すことにより多数の凹部を形成し、その
後、該各回部に潤滑油を充填する方法にする。

（作用）上記の構成により、本発明では、摺動部材本体の摺動面
側には多数の凹部がエツチングにより形成され、かつ該
８凹部内には潤滑油が充填されてよ記）１動面に対する
潤滑油の保持性能の向上が図られていることから、摺動
部（Ａを長期間に亘って使用しても潤滑油は四部から流
出することがなく、これにより摺動特性の優れた摺動面
を有する摺動部材が得られることとなる。さらには、上
記摺動面には金属ｒＪ化合物層が形成されていることか
ら、この金属間化合物層の優れた高温硬度等の特性によ
り耐摩耗性の優れた摺動面を有する摺動部材が得られる
こととなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は例えば自動車等車両用のノーマルエンジンにお
いて、中速域におけるエンジンのトルク損失を補うべく
エンジンの排気脈動を利用して吸気を加圧過給するよう
にしたいわゆる簡易過給機を示し、この簡易過給機は無
潤滑条件の下で使用するタイプである。そして、本発明
の実施例に係る摺動部材製造方法を上記簡易過給機のケ
ーシング１に適用した場合を示す。

該ケーシング１の製造要領を説明覆る前に簡易過給機の
構成を説明すると、ケーシング１は隔壁２により左右に
２分割に構成された中空部３．３を備え、かつケーシン
グ１の左右両側壁４，４にはエンジンの排気を導入する
排気導入口５，５が、周壁の上下対向位置には、上記隔
壁２を挟んでエンジンの吸気を導入する一対の吸気導入
口６，６および導入された吸気を加圧した後排出する同
じく一対の吸気排出ロア、７がそれぞれ形成されている
。また、上記隔壁２の中央にはボス状の軸受部２ａが形
成され、該軸受部２ａにはシャフト８が上記中空部３．
３の中心線上に対応するように摺動可能に配置されてい
る。ざらに、上記シャフト８の両端には一対のピストン
９．９が固着され、該両ピストン９，９は各々コイルス
プリング１０゜１０のばね力により互いに近づく方向に
付勢されて、図示の如く上記隔壁２から等しい距離を隔
てて均衡状態を保っている。また、上記各ピストン９の
外周には、ケーシング１の内周面（摺動向）に常時摺接
する例えばポリイミド樹脂等の耐摩耗性樹脂からなるリ
ング状のシール月１１が嵌め込まれている。

そして、エンジンの排気が上記一方の排気導入口５から
導入されると、この排気圧によって上記一方の排気導入
口５側に位置するピストン９が他方のピストン９側のコ
イルスプリング１０のばね力に抗して上記隔壁２側に移
動せしめられ、上記一方の空間部３にあける軸受部２ａ
とピストン９とで構成される空間のｇ積を該ピストン９
の移動により小さくすることにより、上記吸気導入口６
から導入された吸気を加圧して吸気排出ロアより排出す
るようになされている。

このように構成された簡易過給機におけるケーシング１
は、第２図（Ｃ）に拡大詳示するように、ニッケル多孔
質金属からなるケーシング素材１ａをアルミニウム合金
１ｂ、１ｂ、・・・で鋳ぐるみ成形し、かつ上記ケーシ
ング素Ｕ１ａとアルミニウム合金１ｂ、１ｂ、・・・と
の境界にはＮ　１−ＡｆＪの金属間化合物層１ｃ、１ｃ
、・・・が形成され、さらに、本発明の特徴として、ケ
ーシング１の内周面（摺動面）には、上記各アルミニウ
ム合金１ｂ部分をエツチング処理することにより多数の
凹部１ｄ、ｌｄ、・・・が形成されている。そして、上
記各凹部１ｄ内にはシリコンオイル等の潤滑油１２が充
填されている。

次に、上記ケーシング１の製造要領を第２図に基づいて
説明する。

まず、ニッケルの発泡体からなる多孔質金属製のケーシ
ング素材１ａを用意する。このケーシング素材１ａは、
例えば粒状のウレタン樹脂を黒鉛で被覆するとともに、
これを所定形状の型内に充填させた状態でニッケルメッ
キを施し、しかる後、上記ウレタン樹脂を焼失させるこ
とにより得られるものである。

そして、このケーシング素材１ａを金型内にセットし、
アルミニウム合金（Ｊ■ｓ　　ＡＣ８Ａ）１ｂの溶湯を
注入づることにより、第２図（ａ）に示すように、上記
ケーシング素材１ａをアルミニウム合金１ｂで鋳ぐるみ
成形した摺動部材本体としてのケーシング本体Ａを得る
。

次に、該ケーシング本体Ａに対し、例えば５３０℃×４
時間の条件下における溶体化処理と、例えば１７０’Ｃ
ｘ１０Ｒ間の条件下における人工時効硬化処理とを連続
して行うＴ６処理と称せられる熱処理を施す。このよう
な熱処理が施されることによって、上記ケーシング本体
Ａにおけるアルミニウム合金１ｂ、１ｂ、・・・部分が
硬化されるとともに、第２図（ｂ）に示すように、多孔
質金属からなるケーシング素材１ａとアルミニウム合金
１ｂ、、ｌｂ、・・・との境界には、ニッケルとアルミ
ニウムとにより生成された高温硬度の優れた合金層（Ｎ
ｉ−Ａρ金属間化合物居）１０．ＩＣ，・・・が形成さ
れる。このＮ　ｉ−Ａ、Ｑ金属間化合物層１ｃ、’ｌｃ
、・・・は、実際にはＮｉＡりとＮｉ３Ａ、ｌｌとＮｉ
ｚＡｆ１３との共存層である。

その後、上述の如く上記ケーシング本体Ａに熱処理を施
した後、これを例えば水酸化ナトリウム水溶液に２〜３
０分間浸漬するエツチング処理を施づことにより、第２
図（Ｃ）に示すように、ケーシング１の１８動面となる
べきケーシング本体Ａ内周面のアルミニウム合金１ｂ、
１ｂ、・・・を除去し、多数の凹部１ｄ、１ｄ、・・・
を形成する。このようにして形成された各凹部１ｄ内周
面には、図示しないが潤滑油保持性能の向上を図り得る
のに好適な微細な凹凸が形成されている。

しかる後、所定の機械加工を施したのち該各凹部１ｄに
シリコンオイル等の潤滑油１２を充填することにより、
最終製品としてのアルミニウム合金製のケーシング１を
１ｑる。この場合、該ケーシング１の摺動面には、上記
ニッケルとアルミニウムとでなる高温硬度の優れたＮｒ
−へρ金属間化合物層１ｃ、１ｃ、・・・が現われるこ
ととなる。

このようにして得たケーシング１の１晋動特性のテスト
データを第３図および第４図に示づ。

第３図はケーシング摺動面における多孔質金属の体積率
Ｖｆと摩耗量との関係を表わすデータでおり、データ中
、破線に層中を付して表わすものは本実施例（第２図（
Ｃ）に示す状態のもの）であることを、破線に口中を付
して表わすものは本実施例のものから潤滑油１２を除い
た比較例■であることを示す。また、実線に・印を付し
て表わすものはエツチング処理を施さないもの（第２図
（ｂ）に示す状態のもの）の摺動面に潤滑油１２を塗布
した比較例■であることを、実線にＯ印を付して表わす
ものは比較例■のものから潤滑油１２を除いた比較例■
′であることを示プ。さらに、一点鎖線にム印を付して
表わすものは熱処理を施さないもの（第２図（ａ）に示
す状態のもの）の摺動面に潤滑油１２を塗布した比較例
■であることをζ一点鎖線にΔ印を付して表わすものは
比較例■のものから潤滑油１２を除いた比較例■′であ
ることを示ず。また、このときのテスト条件は、上記ケ
ーシング１の摺動面と同一条件に設定したターンテーブ
ルを水平に支持し、その上面にシール材１１と同一材質
のチップを面圧５　Ｋｇ／　ｃｒｔｔでもって押圧した
状態で上記ターンテーブルを周速７ｍ／ＳｅＣで１時間
回転させたものである。

このデータによると、潤滑油１２を塗布しているもの（
本実施例、比較例■および比較例■）と、ぞうでないも
のく比較例工、比較例■′および■′）とを比較すると
、潤滑油１２を塗布しているものの方がそうでないもの
よりも摩耗量が少ないことが判る。また、それぞれにお
ける摩耗度合は、熱処理を施していないもの（比較例■
、比較例■′）から熱処理後にエツチング処理を施して
いないもの（比較例■、比較例■′）、エツチング処理
を施したちのく本実施例、比較例工）の順番に少なくな
っていることが判る。しかも、全体から判断しても本実
施例のものが他の比較例■〜■′に比べて一段と摩耗が
少なく、耐摩耗性が優れていることが判る。

そして、上記データから明らかなように、本実施例およ
び各比較例■〜■−共に、・多孔質金属の体積率Ｖｆが
５％未満になるとつまり気孔率が９５％を越えると摩耗
量が急増する傾向にある。なお、比較例■および比較例
■′においては、もともと摩耗量が多いことから上記本
実施例および各比較例工〜■′程の摩耗量の急増はみら
れなかった。このことは、多孔質金属の体積率Ｖｆが５
％未満になるとシール材１１を受ける面積が少なくなっ
て摩糺し易くなったり、あるいは潤滑油１２が流出し易
くなることによるものである。゛そして、上記比較例■
〜■′に比べて摩耗量の少ない本実施例においても、ケ
ーシング摺動面の摩耗量が約１０μｍ以上になり、その
結果、シール材１１のシール性が低下して吸気に対する
加振力か弱くなったり、ざらには、シール性の低下によ
り排気が吸気に混入してケーシング１内部が高温になっ
て変形を誘発するおそれがあることなどから、下限を５
％以上に設定することが好ましい。なｄ３、多孔質金属
の体積率Ｖｆが増大するとつまり気孔率が減少するとア
ルミニウム合金１ｂが十分に浸透せず、金゛属間化合物
層１Ｃを形成し難くなることなどを考慮して一般にはそ
の上限を４０％以下に設定することが好ましい。

また、第４図はケーシング摺動面における各凹部１ｄの
深さと摩耗量との関係を表わすデータであり、データ中
、実線に○印を付して表わすものは多孔質金属の体積率
Ｖｆが３０％に設定されたものでおることを、実線にΔ
印を付して表わすものは体積率Ｖｆが５％に設定された
ものであることをそれぞれ示づ。また、上記両者におい
ては共に各凹部１ｄ内に潤滑油１２を充填している本実
施例でおる。

そして、このデータから明らかなように、両者共各凹部
１ｄの深さが２μ７ｎより浅くなると、潤滑油１２が流
出し易くなってケーシング摺動面の摩耗が激しくなるこ
とから好ましくなく、一方、各凹部１ｄの深さが３０Ｌ
ＩＴｒＬを越えると、摺動面に露出しているＮ１−Ｐの
金属間化合物１Ｃを保持しているアルミニウム合金１ｂ
が欠は易くなってｔＳ勅阻害を誘発するｄ３それがある
から、各凹部１ｄの深さを２〜３０μｍの範囲に設定す
ることが好ましいといえる。

なお、本実施例の溶体化処理により形成されるＮ　１−
ＡｆＪの金属間化合物＠１Ｃの層厚は、第５図に実線に
て示すデータから明らかなように約１７μｍでめった。

なあ、破線にて示すデータは溶体化処理温度が５００’
Ｃのものである。

このように本実施例では、ニッケル多孔質金属からなる
ケーシング素材１ａをアルミニウム合金１ｂの溶湯で鋳
ぐるんだケーシング本体Ａの上記ケーシング素材１ａと
アルミニウム合金１ｂとの境界にＮ　ｉ−Ａ、ｌｌの金
属間化合物層１Ｃを形成し、かつ上記ケーシング本体Ａ
の１習動面側のアルミニウム合金１ｂ部分に多数の凹部
１ｄ、１ｄ、・・・を形成し、その後、該各凹部１ｄに
潤滑油１２を充填したことから、ケーシング摺動面に対
する潤滑油１２の保持性能の向上を図り得て、上記各凹
部１ｄに充填された潤滑油１２はケーシング１を艮明間
に亘って使用しても各凹部１ｄから流出することがなく
、よって摺動特性の優れた摺動面を有するケーシング１
を得ることができる。ざらには、上記ケーシング摺動面
にはＮ　ｉ−Ａ、ｌｌの金属間化合物Ｈ１Ｃが形成され
ていることから、この金属間化合物層１Ｃの高温硬度等
の特性によりケーシング１の摺動面に優れた耐摩耗性を
付与することができる。

この効果をより具体的に説明すると、下記の如くである
。

■　シール材１１との初期なじみに優れ、摺動抵抗に変
化がなくかつ摩耗が少ない。

■　各凹部１ｄに潤滑油１２を保持しているため、無潤
滑条件の下でも潤滑状態を確保することができる。

■　凹部１ｄが多数存在するため、各凹部１ｄから流出
した潤滑油１２をその周りに位置する凹部１ｄ、１ｄ、
・・・に収納し得、これにより上記■の効果を一層確実
にづることができる。

■　各凹部１ｄに微細な摩耗粉が収納されるため、摩耗
粉による摺動抵抗および摩耗の増大を防止することがで
きる。

■　万一、シール材１１が摩滅した場合でおっても、各
凹部１ｄに潤滑油１２が存在するため、焼付きを防止す
ることができる。

■　温度上昇により潤滑油１２の粘度が低下しても潤滑
油１２の洩出が少なくなる。

なお、上記実施例では、金属間化合物層１ｂをＮ１−Ａ
ρで構成したが、これに限らず、例えばＣｕ−ＡｆＪや
ＦＱ−Ａｆｌで構成することも採用可能である。

さらに、上記実施例では、ケーシング］内を１習動する
ピストン９にリング状のシール材１１を嵌合せしめたが
、これに限らず、例えば耐摩耗性樹脂をピストン９外周
に貼着したり、おるいはコーティングしたりしてシール
材１１を形成づることも採用可能である。また、耐摩耗
性樹脂もポリイミド樹脂に限らず、例えばフッ素樹脂等
を用いることも採用可能である。

また、上記実施例では、摺動部材がケーシング１である
場合を示したが、これに限らず、例えば隔壁２に形成さ
れた軸受部２ａに適用し、ピストン９．９を支持するシ
ャフト８との固接による軸受部２ａの焼付きや摩耗を防
止するように覆ることも採用可能でおり、ざらには、自
動車等車両用エンジンに用いる簡易過給機以外のものに
適用することも勿論可能である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、多孔質金属から
なる素材をアルミニウム合金の溶湯で鋳ぐるんだのち熱
処理を施すことにより、上記系＋Ａとアルミニウム合金
との境界に金属間化合物層を形成し、次いで、多数の凹
部をエツチング処理によりアルミニウム合金部分に形成
した後、該各凹部に潤滑油を充填するので、ｌ習動面に
対する潤滑油の保持性能の向上を図り得、よって摺動部
材を長期間に亘って使用しても潤滑油は凹部から流出す
ることがなく、これにより１工勅特性の優れた１言動面
を有する摺動部材を得ることができる。ざらには、上記
摺動面には金属間化合物層が形成されているので、この
金属間化合物層の高温硬度等の特性により摺動部材のＩ
言動面に優れた耐摩耗性を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る摺動部材製造方法をケー
シングに適用した白勤車等車両用のノーマルエンジンに
用いる簡易過給殿の縦断正面図、第２図（ａ）ないし第
２図（Ｃ）はケーシング製造過程における摺動面の金属
組織をそれぞれ模式的に表わす縦断拡大正面図、第３図
はケーシング摺動面における多孔質金属の体積率と摩耗
量との関係を表わすデータ、第４図はケーシング！晋動
面に形成された各凹部の深さとケーシング摺動面の摩耗
量との関係を表わすデータ、第５図は溶体化処理温度が
５３０’Ｃおよび５００℃における溶体化処理時間と金
属間化合物層との関係を表わすデータである。１・・・ケーシング、１ａ・・・ケーシング素材、１ｂ
・・・アルミニウム合金、１Ｃ・・・金属間化合物層、
１ｄ・・パ凹部、１２・・・潤滑油、Ａ・・・ケーシン
グ本体。特　許　出　願　人　　マツダ株式会社代　　　理　　
　人　　前　１）　弘第３図Ｖｆ（’ム）第４図凹吾ｐの憚さくμｍ）第５因珈ヒ蛸時間１「）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多孔質金属からなる素材をアルミニウム合金の溶
湯で鋳ぐるむことにより摺動部材本体を形成し、その後
、該摺動部材本体に熱処理を施すことにより、上記素材
とアルミニウム合金との境界に多孔質金属とアルミニウ
ムとからなる金属間化合物層を形成し、次いで、上記摺
動部材本体の摺動面側のアルミニウム合金部分にエッチ
ング処理を施すことにより多数の凹部を形成した後、該
各凹部に潤滑油を充填することを特徴とする摺動部材の
製造方法。