JPWO2015118924A1

JPWO2015118924A1 - 摺動機構

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Publication number: JPWO2015118924A1
Application number: JP2015560912A
Authority: JP
Inventors: 伊澤　佳典; 佳典伊澤; 馬渕　豊; 豊馬渕
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2017-03-23
Also published as: US20160348545A1; EP3106533A1; CN105940127A; WO2015118924A1; EP3106533A4; US10590812B2; CN105940127B

Abstract

摺動機構（１）は、第１摺動部材（１０）と、第１摺動部材（１０）と相対的に摺動する相手部材である第２摺動部材（２０）とを備える。第１摺動部材（１０）は、母材相（１１）と母材相（１１）より硬質である硬質相（１３）とを有し、母材相（１１）が硬質相（１３）を分散した状態で含む。第２摺動部材（２０）は、基体（２１）と、基体（２１）の摺動面（２０ａ）に形成され、母材相（１１）より硬質である表面処理層（２３）とを有する。

Description

本発明は、摺動機構に関する。更に詳細には、本発明は、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立し得る摺動機構に関する。

従来、内燃機関のバルブガイドやバルブシートなどに適用される高温摺動部材として、高温において強度、耐摩耗性および耐蝕性に優れた耐熱銅合金が提案されている（特許文献１参照。）。
そして、この耐熱銅合金は、例えば、Ｚｎを１８〜３５重量％、Ｍｎを１〜５重量％、Ａ１を０．３〜５重量％、Ｓｂを０．００１〜０．５重量％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち１種以上を０．１〜４重量％含有し、残りがＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有する。
また、この耐熱銅合金においては、Ｆｅを素地であるＣｕに固溶させ、合金結晶粒を微細化して、強度の向上を図っている。

日本国特開平５−２３０５６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された耐熱銅合金においては、鉄系焼結体と比較すれば熱伝導率は高いが、銅に亜鉛などを固溶させているため、熱伝導率が６０〜１１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度となり、純銅と比較すると熱伝導率が著しく低いという問題点があった。
また、銅に亜鉛などを固溶させているため、純銅と比較すると融点が低く、高温環境下では相手部材に凝着し易く、高温耐摩耗性が劣るという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立し得る摺動機構を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の第１摺動部材と、第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である所定の第２摺動部材と、を備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の摺動機構は、第１摺動部材と、第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である第２摺動部材と、を備えたものである。
そして、第１摺動部材は、母材相（黄銅系合金及び青銅系合金を除く。）と母材相より硬質である硬質相とを有し、母材相が硬質相を分散した状態で含む。
また、第２摺動部材は、母材相より硬質である。

本発明によれば、第１摺動部材と、第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である第２摺動部材と、を備えた摺動機構において、第１摺動部材が、母材相（黄銅系合金及び青銅系合金を除く。）と母材相より硬質である硬質相とを有し、母材相が硬質相を分散した状態で含み、第２摺動部材が、母材相より硬質である構成とした。
そのため、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立し得る摺動機構を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構の一例を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構の他の一例を模式的に示す断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構における第１摺動部材の一例の摺動面を模式的に示す平面図である。図４は、本発明の第２の実施形態に係る摺動機構の一例を模式的に示す断面図である。図５は、本発明の第３の実施形態に係る摺動機構の一例を模式的に示す断面図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６における第１摺動部材の金属組織写真である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例７における第１摺動部材の金属組織写真である。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例８における第１摺動部材の金属組織写真である。図９は、摩耗試験の要領を示す斜視説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る摺動機構について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構の一例を模試的に示す断面図である。図１に示すように、本例の摺動機構１は、第１摺動部材１０と、第２摺動部材２０とを備えたものである。ここで、第２摺動部材２０は、第１摺動部材１０と相対的に摺動する相手部材である。
そして、第１摺動部材１０は、母材相１１と、母材相１１より硬質である硬質相１３とを有する。また、母材相１１は、硬質相１３を分散した状態で含んでいる。換言すれば、独立した複数の硬質相１３が連続する母材相１１中に含まれている。更に、本例においては、硬質相１３が摺動面１０ａに露出し、更に突出し、第１摺動部材１０の摺動面１０ａが凹凸形状を有する。
また、第２摺動部材２０は、基体２１と、基体２１の摺動面２０ａに形成された表面処理層２３とを有する。更に、表面処理層２３は、第１摺動部材１０より硬質である。

このような構成とすることにより、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができる。なお、本発明において、硬質相が摺動面に露出し、更に突出し、第１摺動部材の摺動面が凹凸形状を有する構成は必ずしも必要ではない。また、本発明において、基体の摺動面に第１摺動部材より硬質である表面処理層が形成されている構成も必ずしも必要ではない。

現時点においては、以下のようなメカニズムにより、その効果が得られていると考えている。
分散した状態で含まれる硬質相は、硬質粒子のように作用し、高温における耐摩耗性を確保する一方で、連続する母材相は優れた熱伝導性を維持するため、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができる。
但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

ここで、各構成について更に詳細に説明する。

上記母材相１１は、熱伝導率が高々１１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、許容し得る摩耗量を確保し得る温度が高々５５０℃程度である亜鉛を２０質量％より多く含む黄銅系合金や青銅系合金を除くものが好ましい。また、母材相は、熱伝導率が高いものであって、かつ、融点が高く、凝着し難いものであることが好ましい。
例えば、純銅が好ましいが、これに限定されるものではなく、亜鉛やスズなどの低融点金属を５〜２０質量％含む純銅系合金でもよい。純銅としては、例えば、タフピッチ銅、リン脱酸銅、無酸素銅などが挙げられる。

上記硬質相１３は、母材相より硬質であり、母材相中に分散した状態で含まれるものであれば、特に限定されるものではない。なお、本発明において、硬質相が母材相中に分散した状態で含まれる態様には、樹木の枝状に硬質相同士が連続しているものも含まれるが、より分散した状態で含まれるものが好ましい。また、硬質相は、母材相に殆ど固溶せずに均一に分散して含まれるもので形成されることが好ましい。更に、硬質相が摺動面に露出し更に突出して、第１摺動部材の摺動面に凹凸形状が形成されていることが、この凹凸形状の凹み部分が例えば潤滑剤溜まりとなり、相手部材との凝着がより抑制されるという観点から好ましい。この凹凸形状は、例えば、硬質相より相対的に軟質である母材相の凝着摩耗によって形成される場合もある。また、第１摺動部材における突出した硬質相は、それ以上の摩耗を抑制することができるため、第２摺動部材との相対的な摺動を安定化させることができるという利点もある。更に、第１摺動部材における突出した硬質相は、相手部材である第２摺動部材の表面に付着した第１摺動部材の母材相に起因する付着物を除去することができるという利点もある。
なお、特に限定されるものではないが、母材相が上述した純銅や純銅系合金である場合には、例えば、融点や硬度差などの観点から、硬質相が鉄合金であることが好ましい。

また、上述のような第１摺動部材１０は、例えば、母材相原料を溶融し、溶製により母材相を形成する際に、母材相に固溶しないほど多く添加することにより別の結晶組織として硬質相を形成する硬質相原料を添加しておくことにより、形成することができる。なお、第１摺動部材はこのような製法によって得られたものに必ずしも限定されるものではない。

更に、上述のような第１摺動部材１０は、例えば、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましい。また、上述のような第１摺動部材１０は、例えば、高温耐摩耗性の指標となる４００℃〜８００℃のような高温における摩耗量が少ないことが好ましい。

上記基体２１は、母材相より硬質であり、高温雰囲気に曝された状態での使用が可能であれば、特に限定されるものではない。また、この基体は、第１摺動部材より硬質であることが好ましい。例えば、従来公知の耐熱鋼を挙げることができる。耐熱鋼としては、例えば、日本工業規格Ｇ４３１１又はＧ４３１２で規定されるＳＵＨ３１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３６、ＳＵＨ３７、ＳＵＨ３８、ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ６６１などのオーステナイト系、ＳＵＨ２１、ＵＨ４０９、ＳＵＨ４０９Ｌ、ＳＵＨ４４６などのフェライト系、ＳＵＨ１、ＳＵＨ３、ＳＵＨ４、ＳＵＨ１１、ＳＵＨ６００、ＳＵＨ６１６などのマルテンサイト系などを挙げることができる。

上記表面処理層２３としては、第１摺動部材より硬質であれば特に限定されるものではなく、例えば、窒化層、浸炭層、クロム（Ｃｒ）めっき層、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜層などを挙げることができ、これらは単独で又は組み合わせて適用することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構の他の一例を模式的に示す断面図である。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、本例の摺動機構１Ａは、第１摺動部材１０における硬質相１３が摺動面１０ａに露出しているのみである構成が、上記の例と相違している。換言すれば、第１摺動部材１０の摺動面１０ａは平坦である。

このような構成とすることによっても、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができる。なお、本発明において、硬質相が摺動面に露出する構成は必ずしも必要ではない。例えば、製造した際に、摺動面に硬質相が露出していなくても、例えば、初期使用に際して、第１摺動部材と第２摺動部材との摺動により相対的に軟質である第１摺動部材の母材相が摩耗すると第１摺動部材の硬質相が摺動面に露出することとなる。ここで、「初期使用」とは、例えば、製造後に行われる試験・検査等でのなじみ運転を意味する。もちろん、通常使用において、初めて硬質相が摺動面に露出する場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。また、本発明において、基体の摺動面に第１摺動部材より硬質である表面処理層が形成されている構成も必ずしも必要ではない。

図３は、本発明の本発明の第１の実施形態に係る摺動機構における第１摺動部材の一例の摺動面を模式的に示す平面図である。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図３に示すように、本例における第１摺動部材１０は、母材相１１に分散した状態で含まれる硬質相１３が摺動面１０ａに露出している。

このような構成とすることによって、より優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができる。特に、硬質相が摺動面に露出し、更に突出し、第１摺動部材の摺動面が凹凸形状を有する構成とすると、この凹凸形状の凹み部分が例えば潤滑剤溜まりとなり、相手部材との凝着がより抑制されるため好ましい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る摺動機構の他の一例を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図４に示すように、本例の摺動機構１Ｂは、第２摺動部材２０が、母材相１１より硬質である基体２２からなる構成が上記の形態と相違している。

このような構成とすることによっても、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができる。

上記基体２２としては、第１摺動部材より硬質であれば、特に限定されるものではない。なお、基体の選択の自由度が高いという観点からは、上述した第１の実施形態の方が本実施形態よりも好ましい。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る摺動機構の一例を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図３に示すように、本例の摺動機構１Ｃは、内燃機関５０のシリンダヘッド５０Ａに圧入などにより組み込まれるバルブガイド５１及びバルブシート５３と、これらと相対的に摺動する相手部材であるバルブ５５とを備えるものである。そして、バルブガイド５１及びバルブシート５３には、上述した第１摺動部材１０が適用され、バルブ５５には、上述した第２摺動部材２０が適用されている。
なお、図５は、排気側に配設された、バルブガイド、バルブシート、バルブなどを示すものである。また、図５中の５５Ａは、バルブに封入された金属ナトリウムを示す。また、図示しないが、本発明は、バルブガイド及びバルブシートのいずれか一方と、バルブとからなる摺動機構に適用することもできる。更に、図示しないが、本発明は、吸気側に配設されるバルブガイド、バルブシート、バルブなどからなる摺動機構に適用することもできる。

また、本例の摺動機構１Ｃにおいては、バルブガイド５１やバルブシート５３は、その一部が高温雰囲気に曝された状態で使用される。更に、本例の摺動機構１Ｃにおいては、バルブガイド５１やバルブシート５３の周囲に位置するシリンダヘッド５０Ａ（又はこれと組み合わされる図示しないシリンダブロック）やバルブ５５が、バルブガイド５１やバルブシート５３を直接的又は間接的に冷却する冷却部５７を備えている。なお、冷却部５７は、水（液）冷、油冷及び空冷からなる群より選ばれた少なくとも１種の冷却機能を有するが、本例では空冷による冷却機能を有する。また、バルブに封入された金属ナトリウムもバルブ自体のノッキング抑制に寄与するだけでなく冷却にも寄与する。

つまり、バルブガイド５１、バルブシート５３、バルブ５５、及び図示しない所定の冷却部等が協働して、本例の摺動機構１Ｃとして機能する。

このような構成とすることにより、潤滑油などの潤滑剤が供給されて形成される油膜が維持できず貧潤滑状態で、第１摺動部材であるバルブガイドやバルブシートの一部が高温に曝された場合であっても、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立する摺動機構となる。例えば、このような摺動機構を備えた内燃機関を適用した車両は、その燃費性能を向上させることができる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。

（実施例１）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：６９．３質量％、鉄（Ｆｅ）：２９．２質量％、その他の不可避不純物１．５質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。電子線マクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による分析結果から、第１摺動部材の母材相は、鉄（Ｆｅ）が微量固溶した銅合金からなり、硬質相は鉄合金からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ２１０であった。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体の摺動面を窒化処理し、窒化層を形成して、本例で用いるリング状の第２摺動部材を得た。なお、第２摺動部材の表面処理層の硬さは、Ｈｖ８３０であった。

（実施例２）
実施例１で得た第１摺動部材を本例で用いるブロック状の第１摺動部材とした。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体の摺動面をクロム（Ｃｒ）めっき処理し、クロム（Ｃｒ）めっき層を形成して、本例で用いるリング状の第２摺動部材を得た。なお、第２摺動部材の表面処理層の硬さは、Ｈｖ８５０であった。

（実施例３）
実施例１で得た第１摺動部材を本例で用いるブロック状の第１摺動部材とした。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体の摺動面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜層を形成して、本例で用いるリング状の第２摺動部材を得た。なお、第２摺動部材の表面処理層の硬さは、Ｈｖ１３００であった。

（実施例４）
実施例１で得た第１摺動部材を本例で用いるブロック状の第１摺動部材とした。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体の摺動面を浸炭処理し、浸炭層を形成して、本例で用いるリング状の第２摺動部材を得た。なお、第２摺動部材の表面処理層の硬さは、Ｈｖ８３０であった。

（実施例５）
実施例１で得た第１摺動部材を本例で用いるブロック状の第１摺動部材とした。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体を、その摺動面に対して表面処理せずに、本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。なお、第２摺動部材の硬さは、Ｈｖ３７０であった。

（実施例６）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：６９．３質量％、鉄（Ｆｅ）：２９．２質量％、その他の不可避不純物１．５質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。ＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、純銅系合金からなり、硬質相は鉄合金からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ２１０であった。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体の摺動面を窒化処理し、窒化層を形成して、本例で用いるリング状の第２摺動部材を得た。なお、第２摺動部材の表面処理層の硬さは、Ｈｖ５００であった。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６における第１摺動部材の金属組織写真（倍率：１００）及び（倍率：５００）である。図６に示すように、実施例６における第１摺動部材は、純銅系合金からなり連続する母材相中に、鉄合金からなり独立した複数の硬質相が含まれた構成を有している。

（実施例７）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：８９．７質量％、鉄（Ｆｅ）：９．５質量％、その他の不可避不純物０．８質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。ＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、鉄（Ｆｅ）を微量固溶する銅合金からなり、硬質相は鉄合金からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ２１０であった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例７における第１摺動部材の金属組織写真（倍率：１００）及び（倍率：５００）である。図７に示すように、実施例７における第１摺動部材においても、Ｆｅを微量固溶する銅合金からなり連続する母材相中に、鉄合金からなり独立した複数の硬質相が含まれた構成を有している。

（実施例８）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：４９．５質量％、鉄（Ｆｅ）：４９．３質量％、その他の不可避不純物１．２質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。ＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、純銅系合金からなり、硬質相は鉄合金からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ２１０であった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

図８（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例８における第１摺動部材の金属組織写真（倍率：１００）及び（倍率：５００）である。図８に示すように、実施例８における第１摺動部材においても、純銅系合金からなり連続する母材相中に、鉄合金からなり独立した複数の硬質相が含まれた構成を有している。

（比較例１）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：５８．２質量％、亜鉛（Ｚｎ）：３６．７質量％、マンガン（Ｍｎ）：１．５質量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．６質量％、アルミニウム（Ａｌ）：１．５質量％、その他の不可避不純物１．５質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。ＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、黄銅系合金からなり、硬質相は金属間化合物であるＭｎ_５Ｓｉ_３化合物（以下「ＭｎＳｉ」と記載することがある。）からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ１５０であった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

（比較例２）
比較例１で得た第１摺動部材を本例で用いるブロック状の第１摺動部材とした。
一方、実施例２で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

（比較例３）
比較例１で得た第１摺動部材を本例で用いるブロック状の第１摺動部材とした。
一方、ＳＵＨ３５からなるリング状の基体を、その摺動面に対して表面処理せずに、本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。なお、第２摺動部材の硬さは、Ｈｖ３７０であった。

（比較例４）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：６２．３質量％、亜鉛（Ｚｎ）：２９．３質量％、マンガン（Ｍｎ）：３．１質量％、ケイ素（Ｓｉ）：１質量％、アルミニウム（Ａｌ）：２．９質量％、クロム（Ｃｒ）：０．１５質量％、その他の不可避不純物１．２５質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。組織観察及びＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、黄銅系合金からなり、硬質相は金属間化合物であるＭｎＳｉからなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ１２０であった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

（比較例５）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：６８．５質量％、スズ（Ｓｎ）：２８．７質量％、その他の不可避不純物２．８質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。組織観察及びＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、青銅系合金からなり、硬質相は硫化銅などの化合物（以下「硫化物系」と記載することがある。）からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ１５０であった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

（比較例６）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：５２質量％、亜鉛（Ｚｎ）：２９．３質量％、マンガン（Ｍｎ）：０．８質量％、アルミニウム（Ａｌ）：１質量％、鉄（Ｆｅ）：１５．３質量％、その他の不可避不純物１．６質量％を含む母材相原料と硬質相原料との混合物を溶製して、本例で用いるブロック状の第１摺動部材を得た。組織観察及びＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材の母材相は、黄銅系合金からなり、硬質相はＭｎＳｉ及び鉄合金からなることが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、Ｈｖ１３０であった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

（比較例７）
表１に示すように、銅（Ｃｕ）：９８．２質量％、その他の不可避不純物１．８質量％を含む原料を溶製し、その際、更に表面にディンプルを形成して、本例で用いるリング状の第１摺動部材を得た。組織観察及びＥＰＭＡによる分析結果から、第１摺動部材は、純銅系合金からなり、硬質相は形成されていないことが分かった。なお、第１摺動部材の硬さは、８０ＨＲＢであった。
一方、実施例６で得た第２摺動部材を本例で用いるリング状の第２摺動部材とした。

上記各例の第１摺動部材と第２摺動部材とからなる摺動機構の仕様を表１に示す。

［性能評価］
各例の第１摺動部材と第２摺動部材とからなる摺動機構について、下記の試験条件下でブロックオンリング摩擦摩耗試験機を用いた摩耗試験を行った。具体的には、図９に示すように、ブロック状の第１摺動部材１０上でリング状の第２摺動部材２０を相手部材である第１摺動部材１０に矢印Ｌで示す方向の荷重で押し付けつつ、第２摺動部材２０を矢印Ｒで示す方向に回転させて、試験後の摩耗量を測定した。

（試験条件）
・ブロック状の第１摺動部材：１０ｍｍ×１０ｍｍ×２０ｍｍ
・リング状の第２摺動部材：φ１００ｍｍ
・試験温度：４００〜８００℃
・荷重方式：２００Ｎ
・試験時間：３０ｍｉｎ

得られた結果を表２に示す。また、第１摺動部材の熱伝導率を表２に併記する。

表１及び表２より、本発明の範囲に属する実施例１〜８は、本発明外の比較例１〜７と比較して、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性を両立することができることが分かる。

また、例えば、実施例１と比較例６とを比較した場合、硬質相としては鉄合金を有していても、低融点金属である亜鉛を含む黄銅系合金からなる母材相を有する第１摺動部材を適用した比較例６は、高温耐摩耗性及び熱伝導性が低いことが分かる。
更に、例えば、実施例１と実施例５とを比較した場合、表面処理層により硬質な窒化層を形成した第２摺動部材を適用した実施例１は、より優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができることが分かる。
また、例えば、実施例１と比較例７とを比較した場合、硬質相を有さず、摺動面にディンプルを形成した純銅系合金からなる第１摺動部材を適用した比較例７と比較すると若干熱伝導性が低いものの、硬質相を有する純銅系合金からなる第１摺動部材を適用した実施例１は、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立することができることが分かる。

更に、例えば、実施例６〜実施例８を比較すると、第１摺動部材における硬質相の割合を多くするにしたがって、熱伝導性が低下することが分かる。
また、表１、表２、及び図６〜図８より、母材相が純銅系合金であり、硬質相が鉄合金である場合には、熱伝導性の観点から、第１摺動部材における銅と鉄の合計質量に対する銅の質量の比が０．５以上０．９５以下であることが好ましいと考えられる。
このような比が０．５未満の場合には、硬質相が分散して存在することにより発揮される高温耐摩耗性が効果的に発揮されない可能性があり、このような比が０．９５超である場合には、硬質相が分散して存在することができなくなるおそれがあり、その場合、母材相が連続しなくなり、熱伝導性が効果的に発揮されない可能性がある。
また、現時点では、高温耐摩耗性の指標である摩耗量が１０ｍｍ^３／３０ｍｉｎ以下であり、熱伝導性の指標である熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である観点から、実施例１〜実施例７が良好な結果をもたらすものと思われる。

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上述した各実施形態や各実施例に記載した構成は、実施形態毎や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、第１摺動部材の母材相の種類や硬質相の種類、第２摺動部材の硬さなどの構成を変更したり、各実施形態や各実施例の構成を上述した各実施形態や各実施例以外の組み合わせにしたりすることができる。

また、例えば、第１摺動部材は、鋳造後、更に伸線加工や鍛造加工などの塑性加工により最終的な部品形状に近いところまで成形した後、機械加工により完成部材としてもよい。また、上述の塑性加工においては、第１摺動部材を加工硬化させることもできる。

１，１Ａ〜１Ｃ摺動機構
１０第１摺動部材
１０ａ摺動面
１１母材相
１３硬質相
２０第２摺動部材
２０ａ摺動面
２１，２２基材
２３表面処理層
５０内燃機関
５０Ａシリンダヘッド
５１バルブガイド
５３バルブシート
５５バルブ
５５Ａ金属ナトリウム
５７冷却部

【０００２】
［０００５］
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立し得る摺動機構を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の第１摺動部材と、第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である所定の第２摺動部材と、を備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
［０００７］
すなわち、本発明の摺動機構は、第１摺動部材と、第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である第２摺動部材と、を備えたものである。
そして、第１摺動部材は、母材相と母材相より硬質である硬質相のみからなり、母材相が硬質相を分散した状態で含む。母材相は、銅又は銅合金（黄銅系合金及び青銅系合金を除く。）であり、硬質相は、鉄合金である。
また、第２摺動部材は、母材相より硬質である。
発明の効果
［０００８］
本発明によれば、第１摺動部材と、第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である第２摺動部材と、を備えた摺動機構において、第１摺動部材が、母材相と母材相より硬質である硬質相のみからなり、母材相が硬質相を分散した状態で含み、母材相が、銅又は銅合金（黄銅系合金及び青銅系合金を除く。）であり、硬質相が、鉄合金であり、第２摺動部材が、母材相より硬質である構成とした。
そのため、優れた高温耐摩耗性と熱伝導性とを両立し得る摺動機構を提供することができる。
図面の簡単な説明
［０００９］
［図１］図１は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構の一例を模式的に示す断面図である。
［図２］図２は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構の他の一例を模式的に示す断面図である。
［図３］図３は、本発明の第１の実施形態に係る摺動機構における第１摺動部材

従来、内燃機関のバルブガイドやバルブシートなどに適用される高温摺動部材として、高温において強度、耐摩耗性および耐蝕性に優れた耐熱銅合金が提案されている（特許文献１参照。）。
そして、この耐熱銅合金は、例えば、Ｚｎを１８〜３５重量％、Ｍｎを１〜５重量％、Ａｌを０．３〜５重量％、Ｓｂを０．００１〜０．５重量％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち１種以上を０．１〜４重量％含有し、残りがＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有する。
また、この耐熱銅合金においては、Ｆｅを素地であるＣｕに固溶させ、合金結晶粒を微細化して、強度の向上を図っている。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る摺動機構の一例を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、本例の摺動機構１Ｃは、内燃機関５０のシリンダヘッド５０Ａに圧入などにより組み込まれるバルブガイド５１及びバルブシート５３と、これらと相対的に摺動する相手部材であるバルブ５５とを備えるものである。そして、バルブガイド５１及びバルブシート５３には、上述した第１摺動部材１０が適用され、バルブ５５には、上述した第２摺動部材２０が適用されている。
なお、図５は、排気側に配設された、バルブガイド、バルブシート、バルブなどを示すものである。また、図５中の５５Ａは、バルブに封入された金属ナトリウムを示す。また、図示しないが、本発明は、バルブガイド及びバルブシートのいずれか一方と、バルブとからなる摺動機構に適用することもできる。更に、図示しないが、本発明は、吸気側に配設されるバルブガイド、バルブシート、バルブなどからなる摺動機構に適用することもできる。

Claims

第１摺動部材と、該第１摺動部材と相対的に摺動する相手部材である第２摺動部材と、を備え、
上記第１摺動部材が、母材相と該母材相より硬質である硬質相とを有し、該母材相が該硬質相を分散した状態で含み、
上記第２摺動部材が、上記母材相より硬質である
ことを特徴とする摺動機構。
上記第１摺動部材が、該第１摺動部材の摺動面に露出した硬質相を有することを特徴とする請求項１に記載の摺動機構。
上記母材相が、銅又は銅合金（亜鉛を２０質量％より多く含む黄銅系合金、及び青銅系合金を除く。）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動機構。
上記硬質相が、鉄合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の摺動機構。
上記第２摺動部材、又は上記第２摺動部材の摺動面に形成された表面処理層が、上記第１摺動部材より硬質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の摺動機構。
上記表面処理層が、窒化層、浸炭層、クロムめっき層及びダイヤモンドライクカーボン被膜層からなる群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項５に記載の摺動機構。
上記第１摺動部材の周囲に該第１摺動部材を直接的又は間接的に冷却する冷却部を備え、
上記冷却部が、水冷、油冷及び空冷からなる群より選ばれた少なくとも１種の冷却機能を有し、
上記第１摺動部材の一部が、高温雰囲気に曝された状態で使用される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の摺動機構。
上記第１摺動部材が、内燃機関のバルブガイド及びバルブシートの少なくとも一方として使用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の摺動機構。