KR100246706B1

KR100246706B1 - 세라믹 슬라이딩 부품

Info

Publication number: KR100246706B1
Application number: KR1019970701250A
Authority: KR
Inventors: 마사미치 야마가와; 타카오 니시오카; 히사오 타케우치; 아키라 야마카와
Original assignee: 구라우치 노리타카; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2000-04-01
Also published as: US5809842A; EP0778398A1; JP2897428B2; KR970705692A; CN1081291C; CN1155918A; WO1997001696A1; EP0778398A4

Abstract

배출가스성분에 의해 오염된 오일을 사용해도 상대금속슬라이딩부품의 이상마모나 편마모를 방지할 수 있는 슬라이딩부재를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 슬라이딩면재의 질화규소계재료와 슬라이딩면재료보다도 열팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 또한, 슬라이딩면재료의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성되고, 이 크라우닝형상부의 중심선에 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량(da, db)의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10%이상, 50%이하인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.

Description

세라믹슬라이딩부품

자동차엔진부품으로 대표되는 기계슬라이딩부품은, 편마모, 한쪽닿기를 방지하기 위하여 슬라이딩부품의 조합의 한쪽에 볼록형의 크라우닝형상을 형성하는 경우가 많다. 예를 들면 일본국 특개소 63-225728에는 슬라이딩면에 접합모재보다도 열팽창률이 작은 내마모성부재를 가열접합하고, 열팽창차에 의해 슬라이딩면에 크라우닝형상을 형성하는 것을 개시하고 있다. 이것은 연마 등의 기계가공에 의하지 않고 크라우닝형상을 형성하고, 슬라이딩할때의 한쪽닿기를 방지할 수 있는 슬라이딩부품을 저코스트로 제공할 수 있는 제법을 개시한 것이다. 또, 당해 특허에는 내마모성부재로서 질화규소, 탄화규소, 사이얼론 등의 세라믹재료를 사용하는 것도 개시하고 있다.

한편, 최근 지구환경문제 때문에 자동차의 배출가스에 관한 규제강화가 급선무로 되고 있으며, 특히 디젤엔진에 있어서는 NOx(질소산화물) 및 P/M(Particulate matters)의 배출저감이 검토되고 있다. 그 대응책으로서 EGR(배출가스순환)기구를 엔진배기계에 부속시켜 NOx저감이 검토되고 있으나, 배출가스성분의 순환으로부터 엔진오일의 화학적열악화나 P/M혼입에 의해 오일이 오염되어, 이것이 엔진슬라이딩 부품의 이상마모를 발생시키는 문제로 되고 있다.

이들 문제를 해결하기 위하여, 완만한 크라우닝을 형성하는 것이 제안되었으나, 충분하지는 않았다. 예를들면 내마모성이 높은 질화규소세라믹재료 등을 슬라이딩면 재료로서 사용한 경우, 상대슬라이딩부품인 금속재료보다 경도가 높기 때문에, 크라우닝형상이 그 중심선에 대해서 변형한 경우, 슬라이딩할때의 접촉면이나 접촉면압이 변동하고, 특히 상대슬라이딩금속부품의 편마모나 피팅(pitting), 프레팅(fretting) 등의 피로마모가 발생한다.

여기서 중심선이란, 이 슬라이딩부품이 사용할 때에 회전하는 경우에는 회전축이 된다.

본 발명은, 상기 편마모나 피로마모를 발생하지 않는 크라우닝형상을 가진 세라믹슬라이딩부품을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 자동차엔진의 밸브구동계부품, 캠종동자나 로커암 등의 슬라이딩부재, 및 엔진내의 유압회로와 구동부품사이에 배치되는 슬라이딩부재, 특히 금속모재와 세라믹스슬라이딩부재를 접합한 구조로 이루어진 태핏이나 엔진의 구동계를 이용한 유압회로의 피스톤에 사용한 경우에 그 효용을 발현한다.

제1도는 본 발명을 적용한 디젤상용차의 밸브구동계 OHV방식의 태핏 및 캠의 설명도이다.

제2도는 본 발명을 적용한 태핏의 슬라이딩부재의 부분확대도이다.

제3도는 본 발명을 적용한 태핏의 설명도(단면도)이다.

제4도는 본 발명을 적용한 피스톤의 설명도(단면도)이다.

제5도는 본 발명을 적용한 슬라이딩부품의 설명도(단면도)이다.

제6도는 본 발명을 적용한 태핏의 설명도(단면도)이다.

제7도는 실시예 1 및 2에 있어서의 태핏의 슬라이딩부재의 부분확대도이다.

제8도는 캠의 마모상황의 설명도[(a)는 정면도, (b)는 측면도]이다.

제9도는 본 발명을 적용한 태핏의 설명도(단면도)이다.

제10도는 본 발명을 적용한 피스톤의 설명도(단면도)이다.

제11도는 피스톤의 사용상황의 설명도이다.

제12도는 본 발명을 적용한 태핏의 설명도(단면도)이다.

제13도는 실시예 5에 있어서의 금속제본체의 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 슬라이딩면재 2 : 캠

3 : 금속제본체 4 : 오일구멍

5 : 접합면 6 : 슬라이더부

7 : 갓부분 8 : 금속제본체

9 : 금속제본체 외주슬라이딩부(태핏)

10 : 금속제본체 안바닥구형상 오목부슬라이딩부(푸시로드슬라이딩부)

11 : 금속제본체외주슬라이딩부(피스톤)

12 : 피스톤 13 : 엔진블록

14 : 금속제본체(태핏) 14a : 금속제본체 상반부분

14b : 금속제본체 하반부분

[발명의 개시]

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 특허청구의 범위에 기재한 바와 같은 슬라이딩부품이다. 슬라이딩면에 질화규소계재료와, 슬라이딩면재료보다도 열팽창률이 큰 금속제본체를 접합하고, 슬라이딩면 재료의 슬라이딩면에 크라우닝형상을 형성한 슬라이딩부품에 있어서, 이 크라우닝형상의 중심선에 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10%이상, 50%이하이다. 이것을 도 1에 표시한 디젤 OHV방식엔진의 태핏부품에서 설명을 한다.

도 1에서는 질화규소계 재료로 이루어진 슬라이딩면재(1)는 소정의 시프트량을 가지고 슬라이딩하는 상대캠(2)에 의해 회전력이 가해지고, 슬라이딩면재의 크라우닝형상의 중심선을 축으로 해서 회전운동함으로써 편마모나 한쪽닿기를 방지하는 태핏부품의 기본구조를 표시하고 있다. 또 도 2에는 이 슬라이딩면의 확대도를 표시한다. 본 발명에서는 도 2중에 표시한 크라우닝형상의 중심선에 대하여 축대칭의 임의의 2점, A,B에 있어서의 크라우닝량da 및 db의 차이(da-db)의 절대치가, 2점의 크라우닝량의 평균치(da+db)/2에 대해서, 다음의 식①의 관계를 만족하는 것이 필요하다.

여기서, 식①에 있어서 당해치가 50%를 넘으면 회전중에 캠면과의 접촉면이나 접촉면적이 변동하는 일이나, 접촉면압의 변동에 의해, 특히 캠면에 편마모나 피팅, 프레팅마모등이 발생하여 바람직하지 않다. 한편, 당해 치 10%미만으로 규정하기 위해서는, 당해 크라우닝의 편차의 형상정밀도를 확보하기 위하여, 접합정밀도의 향상(예를들면 통상의 경랍(硬

)접합가공의 경우에는, 경랍재두께의 균일화에 의한 정밀도향상 등을 생각할 수 있다)이나 특수한 기계가공(예를들면 크라우닝 형상정밀도를 전사한 총형다이아몬드연마석에 의한 NC연삭가공 등을 생각할 수 있다)이 필요하게 되고, 제조원가증대 등, 경제성의 점에서 문제가 있다. 또 이 제조원가에 비교해서 상대금속슬라이딩부재의 내마모성은 현저하게는 변화하지 않기 때문에, 소위 대가격성능비의 점에서 뒤떨어지기 때문에 바람직하지 않다.

특히, 슬라이딩부품에서는 윤활조건이 엄하기 때문에 윤활유를 슬라이딩부에 공급할 필요가 있고 접합면부근에 도 3과 같이 오일구멍(4)을 형성하는 경우가 있다. 이 경우, 금속제본체에 오일구멍이 형성되면 그 부분에서 강성이 국소적으로 변화하고 크라우닝이 변형하므로 형성된 오일구멍은, 오일구멍의 직경 d와 오일구멍의 수n(n≥1)이

1. 금속제본체 직경D와 d²×n/D=0.07∼1.4의 범위에 있다.

2. 금속제본체 전체길이 L과 d²×n/L=0.05∼1.05의 범위에 있다.

3. 오일구멍이 형성되어 있는 개소의 금속제본체의 최수두께 W와 d²×n/W=1.3∼26의 범위에 있다.

4. 접합되는 슬라이딩부재의 두께t의 관계가 d²×n/t=1∼20의 범위에 있다.

5. 금속제본체의 접합면으로부터 오일구멍중심까지의 거리A의 관계가 d²×n/A=0.2∼4.2의 범위에 있다는 것이 바람직하다.

범위의 하한을 하회하면, 오일구멍의 직경이 작아지고, 점성을 가진 윤활유가 흐르기 어렵게 되고 윤활에 지장을 가져오고, 금속제본체나 슬라이딩부재의 마모나 녹아붙음(seizure)등이 발생하거나, 구멍형성가공이 어렵게 되어 제조코스트상 바람직하지 않다. 범위의 상한을 상회하면, 오일구멍의 직경이 커지고, 금속제본체의 강성이 부분적으로 변화하므로 크라우닝이 변형하고 정밀도를 유지할 수 없게 되고, 상대슬라이딩금속부품의 편마모등이 발생한다. 오일구멍의 직경과 개수는, 본 발명에서 규정함 범위내에서 적시에 선택하면 되고, 오일구멍을 크게 하고 싶은 경우에는 범위의 상한부근이 되도록 하거나, 개수를 적게하므로써 대응하면 된다. 단, 구멍직경을 작게해서 구멍수를 늘이는 것은, 범위내에서도 구멍을 가공할때의 공정수의 증가로부터 제조코스트의 상승을 초래하여 바람직하지 않다.

오일구멍을 형성하는 것은, 구멍을 형성함으로써 얻어지는 크라우닝의 축대칭정밀도가 본 발명의 범위내이면, 슬라이딩면재료를 접합하는 전후어느쪽이든 상관없으나, 접합후에는 접합에 의해 균형잡힌 접합체의 강성을 국소적으로 변화시키므로, 접합공정전에 형성하기 보다 크라우닝에 대한 영향이 크므로, 접합전에 형성하는 편이 바람직하다.

또, 오일구멍(4)이 복수개 있는 경우에는 전부슬라이딩면재(1)와 금속제본체(3)와의 접합면(5)으로부터 등거리에 있는 편이 바람직하나, 크라우닝정밀도에 영향을 주지 않으면, 반드시 등거리가 아니어도 된다. 오일구멍직경도, 크라우닝정밀도에 영향을 주지 않으면 동일직경이 아니어도 된다. 제조상은 전부 동일한 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 금속제본체의 구조가 슬라이딩면의 직경방향에 대해서 2회 대칭이상인 것에 의해 달성된다. 크라우닝은, 접합된 금속제본체와 슬라이딩부재의 강성의 균형에 의해 형성되기 때문에, 대칭성이 불충분하면 대칭성을 흐트러뜨리고 있는 부분에서 크라우닝이 변형한다.

따라서, 오일구멍을 형성하는 경우에는 금속성본체의 대칭성을 유지하기 위하여 2개이상의 오일구멍을 형성하는 것이 보다 바람직하다.

구멍직경이나 개수는 본 발명의 범위이면 된다.

한편, 유압회로의 피스톤이나 태핏등과 같이 도 4에 표시한 바와 같은 버섯형상일 경우에는 금속제본체(8)의 슬라이더부(6)의 직경(D2)과 갓부분(7)의 직경(D1)과의 치수비D2/D1이 0.5이상이고, 또한 슬라이더부의 직경(D2)과 갓부분최대두께(A2)와의 치수비D2/A2가 6.5이상으로 하는 것이 좋다. D2/D1이 0.5미만에서는, 금속제본체의 갓부분플랜지가 커지기 때문에, 변형이 크고 크라우닝이 안정되지 않고, 축대칭정밀도를 유지할 수 없게 된다. 이 치수비는 0.625를 넘는 것이 더욱 바람직하다. 금속제본체가 버섯형상이기 때문에, 상한은 1미만이 된다. D2/A2가 6.5미만일 경우에도, 슬라이더부의 직경이 작아지므로, 위의 경우와 마찬가지로 갓부분플랜지가 커져서 바람직하지 않다. 또한, 갓부분최대두께는 슬라이딩면재료와의 접합면으로부터 슬라이더부와 동일한 직경이 되는 개소까지의 두께를 의미한다.

또, 슬라이더부의 길이(L1)는, 슬라이딩개소이기 때문에 기능상 적당한 길이를 가진 것이 필요하나, 갓부분최대두께(A2)의 10배미만에서는 금속제본체의 강성이 작고, 변형이 커져서 바람직하지 않다.

갓부분과 슬라이더부를 잇는 개소의 형상은, 슬라이딩부품의 사용상황에 따라 다르지만, 도 5(a)(b)와 같이 평탄해도, 테이퍼가 붙어있어도 된다. 갓부분을 스톱퍼로서 사용하는 피스톤 도 5(a)등에서는 평탄하게 할 필요가 있고, 태핏 도 5(b)와 같이 그 필요가 없으면, 테이퍼를 붙여도 된다.

또, 슬라이딩면재료의 두께(A1)가 1mm미만이면 슬라이딩중에 발생하는 슬라이딩면에 가해지는 충격력이 슬라이딩면재료의 충격파괴강도를 넘어, 파괴에 이른다.

강성의 국부적인 변화를 발생시키지 않고 안정된 변형을 얻기 위해서는 금속제본체(8)는 단일재이고, 용접이나 압접등의 접합도 행해지고 있지 않은 편이 바람직하다.

이것은, 금속제본체를 분할한 경우는, 예를 들면,

a. 슬라이딩면재를 접합하기 전에 분할한 금속제본체를 접합하는 경우, 금속제본체를 접합할때에 접합의 불균일이 발생하면, 슬라이딩면재와 금속제본체를 경랍땜했을 때, 금속제본체의 열팽창/수축이 부분적으로 불균일하게 되기 때문에 크라우닝이 부분적으로 변형한다. 또, 금속제본체의 접합시에 발생한 변형이 경랍땜할때에 해방되나, 그 변형도 장소적으로 불균일이 있으므로 크라우닝이 부분적으로 변형한다.

b. 슬라이딩면재를 접합한 후에 분할한 금속제본체를 접합할 경우, 금속제본체하반부(14b)를 접합할때의 변형이 불균일하게 되고, 크라우닝이 부분적으로 변형한다.

c. 이종재료를 접합할 경우는, 특히 금속제본체의 접합후에 슬라이딩면재를 접합하면 이종재료간에 열팽창률이 다르기 때문에 경랍땜할때의 금속제본체의 열팽창/수축이 부분적으로 불균일하게 되기 때문에 크라우닝이 변형한다.

이상의 사실로부터 분할에 의해 금속제본체의 가공이 행하기 쉽게되고 제조코스트를 저감할 수 있어도 슬라이딩부재에 필요한 특성을 얻을 수 없어 바람직하지 않다.

한편, 슬라이딩면재로서 질화규소계재료를 선택한 것은, 탄화규소, 산화알루미늄(알루미나) 및 산화지르코늄(지르코니아) 등의 다른 구조재용 세라믹재료에 비교해서, ①열팽창계수가 작고, 접합시에 비교적 큰 크라우닝형상이 안정되게 형성되는 것, ②강도가 비교적 높고, 크라우닝형상을 형성했을때에 발생하는 인장응력에 대하여, 접합시 및 접합후의 사용할 때에 크랙등이 발생하지 않고, 충분한 내구성을 얻을 수 있는 것, ③경도가 비교적 높고, 내마모성이 뛰어난 것의 3점을 고려했기 때문이다. 그중에서도 강도특성에 대해서는 중요하고, JIS R1601 준거의 3점 굴곡강도로서 980MPa이상, 바람직하게는 1274MPa이상의 질화규소계재료를 사용함으로써, 상기한 문제점을 방지하고, 또 크라우닝형상의 설계(주로 크라우닝량이나 슬라이딩질화규소계부재의 두께 등을 생각할 수 있다)의 자유도가 확대된다.

상기한 크라우닝형상의 축대칭정밀도를 저코스트로 제공하기 위한 일례로서는, 상기와 같이 구멍을 형성하는 이외에 도 1에 표시한 바와 같이, 슬라이딩면(1)에 질화규소계재료와 슬라이딩면재료보다도 열팽창률이 큰 금속제본체(3)를 접합하고, 접합할때의 열팽창차에 의해 슬라이딩면에 미리 베이스가 되는 크라우닝형상을 형성한 후, 이 크라우닝형상을 연삭가공 혹은 유리연마입자가공에 의해 마무리 가공을 행하고, 식①에 표시하는 크라우닝정밀도로 가공하는 방법등이 있다. 이들 방법을 선택한 경우, 그 가공량이 이 크라우닝형상의 중심선에 대하여 최대의 크라우닝량(예를들면 도 2중에 표시한 dmax에 상당한다)에 대해서 20%이하인 것이 바람직하다. 이것은 20%를 넘으면, 당해 가공코스트가 커지고 경제성의 점에서 문제가 있기 때문이고, 이 경우에는 제1공정의 접합공정에서의 크라우닝베이스형상정밀도를 소망근처로 형성할 필요가 있다. 또한 금속제본체의 재질은 특별히 제한은 없으나, 대표적인 것은 JIS의 SCr, SCM, SNCM 강등이 있다.

또, 본 발명의 작용효과를 만족하기 위한 바람직한 부대조건으로서, 슬라이딩재료의 슬라이딩면의 면조도가 JIS에서 규정되는 10점평균높이조도로서 0.4㎛이하인 것을 들 수 있다. 이것은 10점평균높이조도로서 0.4㎛를 넘으면, 상대슬라이딩캠면을 마모시킬 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.

이상에 의해 예를 들면 본 발명은 슬라이딩부품중, OHV방식의 태핏에 사용한 경우, 세라믹슬라이딩면 및 캠면의 편마모를 현저하게 방지할 수 있고, 특히 EGR기 구를 설치한 디젤엔진에 응용한 경우, 현저하게 부품수명을 연장하는 것이 가능하게 된다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

[실시예 1]

시판의 질화규소, 탄화규소, 알루미나, 지르코니아 각 소결체(JIS R1601준거의 3점굴곡강도를 표 1중에 표시한다)로부터, 직경 30mm, 두께 1.5∼3mm의 원반형상소재를 잘라내고, 캠과 슬라이딩하는 면에 대해서는 연마용입자평균직경 7∼11㎛의 다이아몬드연마석에 의해, 면조도를 10점평균높이조도로서 0.3㎛이하가 되도록 마무리연삭가공을 실시했다. 도 6에 표시한 바와 같이 얻어진 슬라이딩면재(1)를 동도면에 표시한 형상의 JIS 규격강철재, SCr420으로 제작한 금속제본체(3)에, Ag를 주성분으로 하는 땜납재를 사용해서, 여러 가지의 지그에 의해 고정하고, 진공중 1시간, 790∼880℃의 범위의 온도에서 접합하고, 목적의 최대크라우닝량이 15, 40㎛의 2종류의 태핏부품을 제작했다. 금속제본체의 전체길이는 40mm이다. 동 본체는 경랍땜접합전에 침탄처리를 실시했다. 또 접합후 레이저담금질에 의해 금속제본체의 외주부(9)와 안바닥구형상오목부(10)를 담금질처리했다. 이중 일부에 대해서는 또 연마용 입자평균입자직경 7∼11㎛의 다이아몬드연마석을 사용한 앵귤러 방식의 연삭가공에 의해 크라우닝형상의 정밀도를 향상시켰다. 이 부품을 시판의 상용차용 OHV방식의 디젤엔진에 짜넣고, 시내주행을 10만km 실시후의 회수엔진오일을 사용해서, 기관회전수 1000rpm에서 500시간의 내구시험을 행하여, 캠면의 마모량을 측정했다. 이상의 결과를 표 1에 표시했다. 표 1중에서 크라우닝의 형상정밀도에 대해서는, 도 7에 표시한 바와 같이 크라우닝의 중심선에 대해서 ψ25mm의 동심원에서의 크라우닝량d에 대해서 상기한 식①에 대입해서 구한 값으로 표시했다.

한편, 마모의 판정에 대해서는 도 8에 표시한 캠노즈의 3점 A,B,C의 높이 Ha, Hb, Hc의 시험전후의 평균마모량(각 점의 마모량을 각각 ha, hb, hc라고 한다)[ha+hb+hc)/3]과 편차(ha, hb, hc중 최대치와 최소치의 차)에 의해서 평가하고, 동 표중에 표시했다. 도 8의 (a)는 캠노즈의 정면도, (b)는 그 측면도이다.

주기)표중의 크라우닝형상의 축대칭정밀도의 표시에서 「균열」이라고 표시한 것은 접합가공시에 슬라이딩부재에 균열이 발생한 것을 표시한다. 따라서, 당해 재료에 대해서는 엔진평가는 행하지 않았다.

이상의 결과로부터 소정의 크라우닝정밀도를 가진 질화규소재료로 이루어진 슬라이딩부재를 사용함으로써, 다른 세라믹부재를 사용한 경우에 비교해서, 상대금속슬라이딩부품의 마모량 및 편마모를 현저하게 저감할 수 있는 것이 명백하게 되었다. 또, 질화규소재료중에서도 강도특성이 뛰어난 재료를 사용함으로써, 더욱 상대금속슬라이딩부품의 마모량 및 편마모를 저감할 수 있는 것이 명백하게 되었다.

[실시예 2]

실시예 1의 표 1에서 표시한 시료중, No. 2, 4, 13, 14, 17, 19, 21, 23, 26, 27에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 엔진에서 6000rpm, 100시간의 내구평가를 실시했다. 평가에 대해서도 실시예 1와 마찬가지로 평가를 행한 결과를 표 2에 표시한다. 여기서 슬라이딩부재에 균열이 발생하는지 아닌지에 대해서는 100시간의 동안에 10시간마다 균열의 유무를 확인하고, 균열이 발생할때까지의 시간에 대해서 동 표중에 표시했다. 또, 균열이 발생한 경우에는 그 시간이전의 마모량을 동 표중에 표시 했다.

주기)표중의 균열의 유무에서 「초기균열」의 표시는 최초의 10시간 경과후에 이미 균열이 발생한 것에 대해서 표시했다. 따라서 본 시료의 마모량의 평가는 행하지 않았다.

이상의 결과로부터, 질화규소재료이외의 세라믹재료를 슬라이딩부재에 사용한 경우, 엔진의 고회전영역에서 초기에 균열이 발생하고, 실용에 이바지하지 않는 것인 것이 명백해졌다. 또, 질화규소재료중에서도 강도특성이 뛰어난 재료를 사용함으로써, 엔진의 고회전영역에 있어서 균열이 발생하지 않는 데다가, 또, 상대금속슬라이딩부품의 마모량 및 편마모를 저감할 수 있는 것이 명백해졌다.

[실시예 3]

도 9에 표시한 금속제본체(3)를 사용하고, 실시예 1에서 사용한 시판의 질화규소(1)를 두께 0.05mm의 Ag-Cu-Ti 경랍에 의해 870℃에서 진공경랍땜을 행하여, 태핏을 제작했다. 금속제본체(3)의 주요치수는, 표 3에 표시한다. 안바닥구형상오목부(10)는 No.29∼48에서는 직경 14mm, No.49∼57에서는 직경 9mm이다. 재료는 SCM435(JIS G4105)를 사용했다.

개구부와 외주면을 잇는 오일구멍은 금속제본체의 접합면으로부터 표 3에 표시한 동오일구멍의 중심선까지의 거리A만큼 떨어지게해서 구멍의 직경, 및 구멍의 개수를 변화시켜 기계가공에 의해 형성했다.

질화규소는 직경을 금속제본체보다 0.5mm작게, 캠슬라이딩면은 10점평균높이조도로서 0.3㎛이하로 가공한 것을 사용했다.

접합후에, 금속제본체의 슬라이딩부(외주부와 안바닥구형상오목부)에 표면담금질을 행하였다. 구체적으로는 외주부(9)에는 고주파담금질을, 안바닥구형상오목부(10)에는 전자빔담금질을 행하였다.

크라우닝의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 단, 측정하는 동심원은, 외경이 Ψ31, 25, 17mm의 경우에 Ψ25.8, 20.8, 14.2mm로 했다. 또한, 크라우닝량은 NO.29∼49에서는 21∼33㎛, NO.4900∼57에서는 18∼38㎛였다. 결과를 표 3에 표시한다.

표중 NO.30, 31, 32, 33, 36, 37을 상용차용 OHV방식의 디젤엔진에 짜넣고, 시내주행을 20만km실시후의 회수엔진오일을 사용해서, 기관회전수 1500rpm에서 200시간의 내구시험을 행한 바, NO.31, 36, 37에서는 금속제본체외주부에 50㎛를 넘는 마모를 볼 수 있었다. NO. 30, 32, 33은 모두 마모 5㎛이하에서 실시예 1에서 표시한 캠노즈의 마모량도 평균 및 편차가 NO. 30에서 각각 14.3㎛, NO. 32에서 각각 12.3㎛, NO. 33에서 각각 10, 2㎛였다.

No. 36에서는, 오일구멍의 직경이 극단적으로 작기 때문에 윤활유가 오일구멍을 원활하게 통과하지 않고 금속제본체의 엔진블록과 슬라이딩하는 개소가 마모했다. 그러나, No.36은 본 발명에 의거한 태핏이기 때문에 실시예 1에서 표시한 캠노즈의 마모량도 평균 및 편차가, 각각 10, 2㎛로서 실시예 1에 표시한 발명범위외인 것에 비해서 우수한 특성을 표시하고 있었다. No. 31, 37은 No. 36에 비해서 오일구멍직경은 크지만 구멍수가 적기 때문에, 금속제본체에 공급되는 윤활유가 충분치 않고, 마찬가지로 마모가 발생했다.

[실시예 4]

도 10에 표시한 금속제본체(8)를 사용하고, 실시예 3에서 사용한 시판의 질화규소(1)를 두께 0.07mm의 Ag-Ti 경랍에 의해 950℃에서 진공경랍땜을 행하고, 피스톤을 제작했다. 금속제본체(8)의 주요치수는, 표 4에 표시한다. 재료는 SCr440(JIS G4101)을 사용했다.

질화규소는 직경을 금속제본체 갓부분과 동일하게 하고, 캠슬라이딩면은 10점평균높이조도로서 0.3㎛이하로 가공한 것을 사용했다.

접합후에 슬라이딩부인 금속제본체외주부(11)에 고주파로 표면담금질을 행하였다.

크라우닝의 측정은 실시예 1과 마찬가지이고 측정하는 동심원은 갓부분직경이 ψ30, 27, 12mm의 경우에서, ψ25, 22.5, 10mm로 했다. 또한, 크라우닝량은 갓 부분직경이 ψ30, 27, 12mm의 경우에서 각각 79∼95㎛, 62∼83㎛, 15∼28㎛였다. 결과를 표 4에 표시한다.

표중 No. 70∼82를 시판의 압축엔진브레이크부착 직렬6기통 OHV형디젤엔진(배기량: 11000cc, 또한 엔진오일은 시내주행 50만 km를 거친 것을 사용했다)에 짜넣고 기관회전수 2200rpm에서 시험을 행하였다. 도 11에 피스톤(12)을 엔진에 짜넣은 상태를 표시한다. 시험의 결과, 세라믹스두께가 1mm에 못미치는 No. 70, 71 및 77∼79에서는 시험직후에 질화규소에 균열이 발생했다. 한편 No. 72∼76 및 80∼82는 시험후에 있어서도 질화규소에 균열은 없고, 실시예 1에서 표시한 캠노즈의 마모량도 평균 및 편차가, 평균으로서 각각 8, 2㎛였다.

[실시예 5]

도 12에 제작한 태핏을 표시한다.

슬라이딩면재(1)는 실시예 3에서 사용한 시판의 질화규소(1)를 직경 29.5mm, 두께 2mm로 가공하고, 캠슬라이딩면은 10점평균높이조도로서 0.3㎛이하로 연마가공에 의해서 마무리했다.

금속제본체(14)는

① 일단, 도 13(a)에 표시한 바와 같은 형상으로 가공하고, 상반부분(14a)과 하반부분(14b)을 접합한 후에 슬라이딩면재(1)를 접합한다.

② 일단, 도 13(a)에 표시한 바와 같은 형상으로 가공하고, 슬라이딩면재(1)를 접합한 후에 상반부분(14a)과 하반부분(12b)을 접합한다.

③ 도 13(b)에 표시한 바와 같이 일체물로 제작한다.

의 3타입을 제작하고, 또 재료도 ①과 ②의 경우에는 상반부분(14a)과 하반부분(14b)에서 다른 경우, 동일한 경우의 2타입을 여러 가지 재료의 조합으로 제작했다. 금속제본체(14)는, 직경 30mm, 개구부직경 26mm, 전체길이 39mm이다. 구체적으로는 표 5에 표시한 바와 같이 제작했다.

금속제본체의 접합은, 표 5에 표시한 방법에 의해 행하였다.

질화규소와 강철제본체 상반부분(14a)은, 두께 0.06mm의 Ag-Cu-Ti 경랍에 의해, 850℃하에서 진공경랍땜에 의해 행하였다.

No. 87∼89, 91, 93∼95, 98, 100에 대해서는, 태핏형상이 된 시점에서 슬라이딩부(9,10)에 고주파담금질을 실시한 후, 상용차용 OHV방식의 디젤엔진에 짜넣고, 시내주행을 10만km실시후의 회수엔진오일을 사용해서, 기관회전수 3000rpm에서 200시간의 내구시험을 행하였다.

No. 90, 97, 99, 101은 사용한 강철이 경랍땜할때의 냉각시에 경화가되기 때문에 고주파담금질을 행하지 않는다.

No. 92, 96은 상반부분(14a)은 No. 90등과 동일한 강철재를 사용하고, 경랍땜할때에 담금질을 행하고 있고, 경랍땜후에 이미 담금질을 행한 하반부분(14b)을 접합했다.

각 샘플의 크라우닝의 측정은 실시예 3과 마찬가지이고, 측정하는 동심원을 ψ25mm로 했다. 크라우닝의 정밀도는 표 5에 표시한다. 또한, 크라우닝량은 15∼32㎛였다.

내구시험의 결과, 금속제본체를 접합한 No. 87∼97에서는 실시예 1에서 표시한 캠노즈의 마모량의 평균이 전부 실용상문제가 있는 50㎛를 넘었다. 한편, 접합하지 않고 단일한 재료를 사용한 No. 98∼101에서는 9∼18㎛로 마모량은 절반이하였다.

이상의 결과로부터, 금속제본체를 분할하지 않고 단일한 재료로 제작한 본 발명의 태핏은, 뛰어난 내구성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 표중의 침탄이란, 분할된 형상으로 침탄담금질을 실시한 것을 나타내고, 담금질재란 마찬가지로 분할한 형상으로, 오일담금질을 실시한 것을 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 질화규소재료를 슬라이딩면부재로서 사용하고, 또한 특정한 크라우닝형상정밀도를 구비함으로써, 배출가스성분에 의해 오염된 오일을 사용해도, 상대금속슬라이딩부품의 이상 마모하는 현상을 방지해서, 편마모를 방지할 수 있다.

Claims

질화규소계재료로 이루어진, 슬라이딩면을 가진 슬라이딩면재와 이 슬라이딩면재보다 열팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 슬라이딩면재의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성된 세라믹슬라이딩부품에 있어서, 상기 크라우닝형상부의 중심부에 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10%이상, 50% 이하이고, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍의 직경d와 오일구멍의 수n과 금속제본체직경D의 관계가 d²×n/D=0.07~1.4의 범위에 있는 점을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제1항에 있어서, 금속제본체의 구조(강성)가 슬라이딩면의 직경방향에 대해서 2회 대칭 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제2항에 있어서, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍을 2개이상을 가진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제1항에 있어서, 금속제본체 전체가 단일 및 접합이 실시되고 있지않은 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
질화규소계재료로 이루어진, 슬라이딩면을 가진 슬라이딩면재와 이 슬라이딩면재보다 열팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 슬라이딩면재의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성된 세라믹슬라이딩부품에 있어서, 상기 크라우닝형상부의 중심부에 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10% 이상, 50% 이하이고, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍의 직경d와 오일구멍의 수n과 금속제본체 전체길이L의 관계가 d²×n/L=0.05~1.05의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제5항에 있어서, 금속제본체의 구조(강성)가 슬라이딩면의 직경방향에 대해서 2회 대칭 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제6항에 있어서, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍을 2개이상을 가진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제5항에 있어서, 금속제본체 전체가 단일 및 접합이 실시되고 있지 않은 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
질화규소계재료로 이루어진, 슬라이딩면을 가진 슬라이딩면재와 이 슬라이딩면재보다 열팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 슬라이딩면재의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성된 세라믹슬라이딩부품에 있어서, 상기크라우닝형상부의 중심부에 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10% 이상, 50% 이하이고, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍의 직경d와 오일구멍의 수n과 오일구멍이 형성되어 있는 개소의 금속제본체의 최소두께 W의 관계가 d²×n/W=1.3~26의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제9항에 있어서, 금속제본체의 구조(강성)가 슬라이딩면의 직경방향에 대해서 2회 대칭 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제10항에 있어서, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디내부와 외부를 연결하는 오일구멍을 2개이상을 가진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제9항에 있어서, 금속제본체 전체가 단일 및 접합이 실시되고 있지않은 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
질화규소계재료로 이루어진, 슬라이딩면을 가진 슬라이딩면재와 이 슬라이딩면재보다 열 팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 슬라이딩면재의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성된 세라믹슬라이딩부품에 있어서, 상기 크라우닝형상부의 중심부의 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10% 이상, 50% 이하이고, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍의 직경d와 오일구멍의 수n과 접합되는 슬라이딩부재의 두께t와의 관계가 d²×n/t=1~20의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩 부품.
제13항에 있어서, 금속제본체의 구조(강성)가 슬라이딩면의 직경방향에 대해서 2회 대칭 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제14항에 있어서, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍을 2개이상을 가진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제13항에 있어서, 금속제본체 전체가 단일 및 접합이 실시되고 있지않은 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
질화규소계재료로 이루어진, 슬라이딩면을 가진 슬라이딩면재와 이 슬라이딩면재보다 열팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 슬라이딩면재의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성된 세라믹슬라이딩부품에 있어서, 상기 크라우닝형상부의 중심부의 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10% 이상, 50% 이하이고, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍의 직경d와 오일구멍의 수n과 금속제본체의 접합면으로부터 오일구멍중심까지의 거리 A의 관계가 d²×n/A=0.2~4.2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩 부품.
제17항에 있어서, 금속제본체의 구조(강성)가 슬라이딩면의 직경방향에 대해서 2회 대칭 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제18항에 있어서, 윤활유를 순환시키기 위하여 금속제본체에 형성된 보디 내부와 외부를 연결하는 오일구멍을 2개이상을 가진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제17항에 있어서, 금속제본체 전체가 단일 및 접합이 실시되고 있지 않은 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
질화규소계재료로 이루어진, 슬라이딩면을 가진 슬라이딩면재와 이 슬라이딩면재보다 열 팽창률이 큰 금속제본체가 접합되고, 슬라이딩면재의 슬라이딩면에 크라우닝형상부가 형성된 세라믹슬라이딩 부품에 있어서, 상기 크라우닝형상부의 중심부의 대하여 축대칭의 임의의 2점에 있어서의 크라우닝량의 차이가 2점의 크라우닝량의 평균치에 대해서 10%이상, 50%이하이고, 상기 금속제본체가 엔진블록과 슬라이딩접촉하는 슬라이더부와 그 한쪽의 단부에 갓부분을 가지고, 그 갓부분에 슬라이딩면재가 접합되고, 금속제본체의 슬라이더부의 직경(D2)과 갓부분의 직경(D1)과의 치수비 D2/A1이 0.5이상이고, 또한 슬라이더부의 직경(D2)과 갓부분최대두께(A2)와의 치수비 D2/A2가 6.5이상으로 한 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩 부품.
제21항에 있어서, 슬라이더부의 길이(L1)가 갓부분 최대두께(A₂)의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.
제21항에 있어서, 슬라이딩면재의 두께(A1)가 1mm이상인 것을 특징으로 하는 세라믹슬라이딩부품.