JPS6150130B2 - - Google Patents
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- JPS6150130B2 JPS6150130B2 JP56191922A JP19192281A JPS6150130B2 JP S6150130 B2 JPS6150130 B2 JP S6150130B2 JP 56191922 A JP56191922 A JP 56191922A JP 19192281 A JP19192281 A JP 19192281A JP S6150130 B2 JPS6150130 B2 JP S6150130B2
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- Japan
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- alumina
- piston
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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
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鋳鉄にて
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
として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料によれば、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てアルミニウム合
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、その他方の部材が鋳鉄
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
らの組成及び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、それぞれ特定の特徴を有するものでな
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てアルミニウム合金
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、その他方の部材が鋳鉄に
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鋳鉄にて構
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、
前記第二の部材の前記第一の部材に対する摺動面
はリン酸塩皮膜処理されていることが好ましく、
また前記第二の部材の前記摺動面部を構成する鋳
鉄は球状黒鉛鋳鉄であることが好ましい。 本発明の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
ピストンであつたよい。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
最小限に抑えることができ、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、本発明の実施例
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、その他方の部材が鋳鉄にて構
成された部材の組合せに於て、それぞれの部材の
組成や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％、65wt％である繊維径3.0μのア
ルミナ繊維（95wt％Al2O3、5wt％iO2）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、これに
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
の球状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD70）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
高温（150℃）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けるブロツ
ク試験片と円筒試験片との組合せは下記の表１に
示す通りであつた。
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鋳鉄にて
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
として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料によれば、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てアルミニウム合
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、その他方の部材が鋳鉄
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
らの組成及び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、それぞれ特定の特徴を有するものでな
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てアルミニウム合金
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、その他方の部材が鋳鉄に
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鋳鉄にて構
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、
前記第二の部材の前記第一の部材に対する摺動面
はリン酸塩皮膜処理されていることが好ましく、
また前記第二の部材の前記摺動面部を構成する鋳
鉄は球状黒鉛鋳鉄であることが好ましい。 本発明の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
ピストンであつたよい。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
最小限に抑えることができ、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、本発明の実施例
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、その他方の部材が鋳鉄にて構
成された部材の組合せに於て、それぞれの部材の
組成や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％、65wt％である繊維径3.0μのア
ルミナ繊維（95wt％Al2O3、5wt％iO2）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、これに
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
の球状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD70）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
高温（150℃）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けるブロツ
ク試験片と円筒試験片との組合せは下記の表１に
示す通りであつた。
【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〜Ｋは上掲の表１に於ける試験片の組
合せＡ〜Ｋ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（G.H及びＫ）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〜
F.I及びＪ）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（G.H及びＫ）に比べその
摩耗量が非常に小さく、特にリン酸塩皮膜処理さ
れた円筒試験片に対するブロツク試験片（Ａ〜
Ｅ）は硬質クロムめつきされた円筒試験片に対す
るブロツク試験片（Ｆ）よりもその摩耗量が小さ
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、組合せＡ，Ｅ，Ｆの円筒試験片
の摩耗量は、組合せＧ，Ｈ及びＫの場合よりも大
きいのに対し、本発明に係る組合せＢ，Ｃ，Ｄの
円筒試験片の摩耗量は組合せＧ及びＨ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、またねずみ鋳
鉄（JIS規格FC25）にて円筒試験片（リン酸塩皮
膜処理したものとしないものの両方）を作成し、
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（但しこの場合の円筒試験片の摩耗量は球
状黒鉛鋳鉄の場合よりも僅かに大きい）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65wt％ ２αアルミナ含有率55wt％ ３αアルミナ含有率30wt％ ４αアルミナ含有率5wt％ ５αアルミナ含有率0wt％ 摩耗試験の結果を第６図に示す。第６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〜Ｋはそれぞれ表２に於ける試験片の
組合せＡ〜Ｋ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〜Ｋは上掲の表１に於ける試験片の組
合せＡ〜Ｋ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（G.H及びＫ）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〜
F.I及びＪ）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（G.H及びＫ）に比べその
摩耗量が非常に小さく、特にリン酸塩皮膜処理さ
れた円筒試験片に対するブロツク試験片（Ａ〜
Ｅ）は硬質クロムめつきされた円筒試験片に対す
るブロツク試験片（Ｆ）よりもその摩耗量が小さ
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、組合せＡ，Ｅ，Ｆの円筒試験片
の摩耗量は、組合せＧ，Ｈ及びＫの場合よりも大
きいのに対し、本発明に係る組合せＢ，Ｃ，Ｄの
円筒試験片の摩耗量は組合せＧ及びＨ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、またねずみ鋳
鉄（JIS規格FC25）にて円筒試験片（リン酸塩皮
膜処理したものとしないものの両方）を作成し、
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（但しこの場合の円筒試験片の摩耗量は球
状黒鉛鋳鉄の場合よりも僅かに大きい）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65wt％ ２αアルミナ含有率55wt％ ３αアルミナ含有率30wt％ ４αアルミナ含有率5wt％ ５αアルミナ含有率0wt％ 摩耗試験の結果を第６図に示す。第６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〜Ｋはそれぞれ表２に於ける試験片の
組合せＡ〜Ｋに対応している。
【表】
【表】
第６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
部材が鋳鉄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
％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鋳
鉄はリン酸皮膜処理された鋳鉄、特にリン酸皮膜
処理された球状黒鉛鋳鉄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
せお具体的実施例について説明する。 第２図は上述の実施例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のシリンダ壁画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４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、球状黒鉛鋳鉄
（JIS規格FCD70）にて構成されており、表面処
理としてリユーブラト処理されたものである。特
に図示の実施例は７゜のキーストンリングとして
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（上掲の表１の組合せＣに対応）、及び上掲
の表１の組合せＡ，Ｅ〜Ｈにて構成されたピスト
ンとピストンリングを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
にて実機による摩耗試験を行なつた。 表３：試験条件 使用エンジン： ４気筒４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. シリンダ材質： ねずみ鋳鉄 （JIS規格FC25） 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 この実機による摩耗試験の結果を第５図に示
す。尚第５図に於て、上半分及び下半分はそれぞ
れトツプリング溝下面１１及びトツプリング下面
１７の摩耗量（摩耗痕深さμ）を表わしており、
記号Ａ，Ｃ，Ｅ，F.G，Ｈはそれぞれ上掲の表１
に於ける組合せA.C，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈに対応して
いる。 この第５図より、組合せＡ，Ｃ，Ｅ，Ｆの場合
は組合せＨの場合に比較してピストンのトツプリ
ング溝下面１１、トツプリング下面１７とも摩耗
量が小さく、特に本発明の組合せＣの場合はリン
グ溝下面及びピストンリング下面の摩耗量は何れ
の組合せの場合よりも小さいことが解る。更に本
発明の組合せＣの場合に於けるオイル消費量及び
ブローバイガス量は他の何れの組合せの場合より
も低位に安定していた。 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
部材が鋳鉄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
％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鋳
鉄はリン酸皮膜処理された鋳鉄、特にリン酸皮膜
処理された球状黒鉛鋳鉄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
せお具体的実施例について説明する。 第２図は上述の実施例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のシリンダ壁画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４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、球状黒鉛鋳鉄
（JIS規格FCD70）にて構成されており、表面処
理としてリユーブラト処理されたものである。特
に図示の実施例は７゜のキーストンリングとして
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（上掲の表１の組合せＣに対応）、及び上掲
の表１の組合せＡ，Ｅ〜Ｈにて構成されたピスト
ンとピストンリングを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
にて実機による摩耗試験を行なつた。 表３：試験条件 使用エンジン： ４気筒４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. シリンダ材質： ねずみ鋳鉄 （JIS規格FC25） 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 この実機による摩耗試験の結果を第５図に示
す。尚第５図に於て、上半分及び下半分はそれぞ
れトツプリング溝下面１１及びトツプリング下面
１７の摩耗量（摩耗痕深さμ）を表わしており、
記号Ａ，Ｃ，Ｅ，F.G，Ｈはそれぞれ上掲の表１
に於ける組合せA.C，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈに対応して
いる。 この第５図より、組合せＡ，Ｃ，Ｅ，Ｆの場合
は組合せＨの場合に比較してピストンのトツプリ
ング溝下面１１、トツプリング下面１７とも摩耗
量が小さく、特に本発明の組合せＣの場合はリン
グ溝下面及びピストンリング下面の摩耗量は何れ
の組合せの場合よりも小さいことが解る。更に本
発明の組合せＣの場合に於けるオイル消費量及び
ブローバイガス量は他の何れの組合せの場合より
も低位に安定していた。 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拡大
部分縦断面図、第５図は実機による摩耗試験の結
果を示すグラフ、第６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拡大
部分縦断面図、第５図は実機による摩耗試験の結
果を示すグラフ、第６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しており、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
は鋳鉄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、前記第二の部材の前記第一の部材に対
する摺動面部はリン酸塩皮膜処理されていること
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 |
|---|---|---|---|
| JP19192281A JPS5893840A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 摺動用部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19192281A JPS5893840A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 摺動用部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893840A JPS5893840A (ja) | 1983-06-03 |
| JPS6150130B2 true JPS6150130B2 (ja) | 1986-11-01 |
Family
ID=16282669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19192281A Granted JPS5893840A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 摺動用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5893840A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6013955A (ja) * | 1983-07-04 | 1985-01-24 | Izumi Jidosha Kogyo Kk | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 |
| JPS6013826A (ja) * | 1983-07-04 | 1985-01-24 | Shin Etsu Chem Co Ltd | プラスチツク磁石組成物 |
| JPS6082550U (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-07 | 日産自動車株式会社 | ピストン |
| 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 |
| 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 (3)
| 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 |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP19192281A patent/JPS5893840A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5893840A (ja) | 1983-06-03 |
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