JPS6342338A - 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係り、更に詳細に
は第一の部材がアルミナ−シリカ系繊維にて複合強化さ
れたアルミニウム合金若しくはマグネシウム合金よりな
る複合材料にて構成され、第二の部材が金属炭化物粒子
分散強化金属複合材料の溶射層にて被覆された金属にて
構成された摺動用部材に係る。

従来の技術 互いに当接して相対的に摺動する二つの部材よりなる摺
動用部材に於ては、二つの部材の組合せ如何によっＣは
それらの部材の何れか又は両方の摩耗量が大きくなり、
早期寿命を来たすことがある。かかる問題に対処すべく
、例えば本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開
昭５８−９３８３８号や特開昭５８−９３８３９号の公
報には、アルミニウム合金やマグネシウム合金をマトリ
ックスとしアルミナ−シリカ繊維の如き無機繊維を強化
繊維とする繊維強化金属複合材料にて一方の部材を構成
し、所定の硬さの鋼にて他方の部材を構成し、これによ
り摺動用部材の摩擦摺動特性を改善する試みが行われて
いる。

発明が解決しようとする問題点 しかし互いに当接して相対的に摺動する二つの部材より
なる摺動用部材に於て、その一方の部材を繊維強化金属
複合材料にて構成した場合には、その他方の部材の材質
によってはその他方の部材の摩耗が増大し、またそれら
の部材の間に於て焼付き等の問題が生じることがある。

本願発明者等は、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於て、第一
の部材がアルミナ−シリカ系繊維を強化繊維とする複合
材料にて構成され、第二の部材が金属にて構成される場
合に、第二の部材を構成する金属が如何なる特徴を有す
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、金属が成る特定の粒子分散強化金属
複合材料の溶射層にて被覆され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研究の結
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、第一の部材がアルミナ−シリカ系繊維を強化繊維
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、第
二の部材が成る特定の粒子分散強化金属複合材料の溶射
層にて被覆された金属にて構成され、それらの両部材の
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４０ｖｔ％以上Ａ　Ｉ　！　０
３、残部実質的に８１０２なる組成を有する体積率３〜
３０％のアルミナ−シリカ系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、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Ｈｖ
１２００以上の硬さを有する体積率２０〜８５％の金属
炭化物粒子を強化材とし鉄、ニッケル、コバルト、及び
それらを主成分とする合金よりなる群より選択された金
属をマトリックスとする粒子分散強化金属複合材料の溶
射層にて被覆された金属にて構成された摺動用部材によ
って達成される。

発明の作用及び効果 本発明によれば、第一の部材の少なくとも第二の部材に
対する摺動面部は、体積率３〜３０％のアルミナ−シリ
カ系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、第二の部材の少なくとも第一の部材に
対する摺動面部は、Ｈｖ１２００以上の硬さを有する体
積率２０〜８５％の金属炭化物粒子を強化材とし鉄、ニ
ッケル、コバルト、及びそれらを主成分とする合金より
なる群より選択された金属をマトリックスとする粒子分
散強化金属複合材料の摺動特性に優れた溶射層にて被覆
された金属にて構成されるので、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である如く、
二つの部材の耐摩耗性及び耐焼付き性に優れた摺動用部
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、金属
炭化物粒子分散強化金属複合材料は上述の如き繊維強化
金属複合材料と組合せて摺動用部材を構成するに適した
材料であるが、使用される金属炭化物粒子の硬さがＨＶ
１２００未満である場合には、溶射層の耐摩耗性が不十
分となり、その結果第二の部材の摩耗量が増大する。従
って本発明に於ては、Ｈｖ１２００以上の硬さを有する
金属炭化物粒子、特にＶＣ粒子（Ｈｖ２８００）、Ｃｒ
５Ｃｐ粒子（Ｈｖ１２００）　、ＴｉＣ粒子（Ｈｖ３２
００）　、ＶＣ粒子（Ｈｖ２８００）、ＳｉＣ粒子（Ｈ
ｖ２７００）　、及びこれらの二種以上の粒子の混合物
よりなる群より選択された粒子が使用される。尚金属炭
化物粒子の硬さが非常に高い値である場合には、溶射層
の相手攻撃性が増大して第一の部材の摩耗量が増大する
ことが考えられるので、金属炭化物粒子の硬さはＨｖ３
５００以下程度であることが好ましいものと考えられる
。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
溶射層を構成する粒子分散強化金属複合材料の金属炭化
物粒子の体積率が小さい値である場合には、溶射層の耐
摩耗性を十分な値に確保することができず、逆に金属炭
化物粒子の体積率が高い値である場合には、溶射層の相
手攻撃性が増大して第一の部材の摩耗量が高い値になっ
てしまう。従って本発明に於ては、粒子分散強化金属複
合材料の金属炭化物粒子の体積率は２０〜８５％、好ま
しくは２５〜８０％に設定される。

また金属炭化物粒子の大きさが大き過ぎる場合には、第
一の部材に異常摩耗が生じたり、粒子の脱落に起因して
第一の部材の摩耗量が過大になり、逆に金属炭化物粒子
の大きさが小さ過ぎる場合には、溶射層の耐摩耗性を十
分に向上させることが困難であり、また溶射により第二
の部材の表面に粒子分散強化金属複合材料の溶射層を形
成する際に非常に微細な金属炭化物粒子が使用されると
、金属炭化物粒子がマトリックス中に溶は込んでしまい
、溶射層を構成する材料が適正な粒子分散強化金属複合
材料ではなくなってしまう。従って本発明に於ては、溶
射前の金属炭化物粒子の大きさは５〜１００μ、特に１
０〜６０μ程度であることが好ましく、溶射層中の金属
炭化物粒子の大きさは２〜５０μ、特に５〜２０μ程度
であることが好ましい。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
第二の部材の摺動面部が上述の如き粒子分散強化金属複
合材料の溶射層にて被覆された金属にて構成される場合
には、溶射層の表面の粗さが比較的大きい場合にも、第
二の部材が溶射層にて被覆されていない金属にて構成さ
れる場合に比して、第−及び第二の部材の摩耗量を低減
することができるが、溶射層の表面粗さが特に１．２μ
Ｒｚ以下の場合に二つの部材の摩耗量を小さい値に抑え
ることができる。従って本発明の他の一つの詳細な特徴
によれば、溶射層の表面粗さは１゜２μＲＺ以下に設定
される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
第一の部材の摺動面が電解エツチングされることにより
アルミナ−シリカ系繊維の一部が摺動面に露出し、摺動
面に露出するアルミナ−シリカ系繊維の間のマトリック
スの表面に凹部が形成される場合には、第−及び第二の
部材の耐摩耗性及び耐焼付き性を更に一層向上させるこ
とができる。従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴
によれば、第一の部材はその摺動面が電解エツチングさ
れることによりアルミナ−シリカ系繊維の一部が摺動面
に露出しており、摺動面に露出するアルミナ−シリカ系
繊維の間のマトリックスの表面に四部が形成された状態
にて使用される。

また粒子分散強化金属複合材料の溶射層の厚さが小さす
ぎる場合には、摩耗により該溶射層がなくなって第二の
部材の金属が露出してしまい、逆に溶射層の厚さが大き
すぎる場合には、溶射に要する時間が長くなり、また粒
子分散強化金属複合材料が必要以上に使用されることに
なり、摺動用部材が高コストになる。従って粒子分散強
化金属複合材料の溶射層の厚さは５μ以上、特に５〜２
００μ、更には１０〜１５０μであることが好ましい。

本発明の一つの具体的実施例に於ては、摺動用部材は内
燃機関であり、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。

また本発明の他の一つの具体的実施例に於ては、摺動用
部材は内燃機関であり、第一の部材はピストンであり、
第二の部材はピストンリングである。

内筒−の部材の複合材料の強化繊維としてのアルミナ−
シリカ系繊維、即ちＡＩ　２０３及び５１０２を主成分
とする繊維のＡＩ　２０３含有量が４Ｏｖｔ％未満の場
合には、複合材料の耐摩耗性を十分に向上させることが
できない。従って本発明に於てはＡＩ　、０３含宵量が
４０ｖｔ％以上のアルミナ−シリカ系繊維が使用される
。このアルミナ−シリカ系繊維は長繊維又は短繊維の何
れであってもよく、平均繊維径は１００μ以下、特に１
〜４０μ程度であることが好ましい。

またアルミナ−シリカ系繊維の体積率が５％未満、特に
３％未満の場合には、繊維強化金属複合材料の耐摩耗性
等を十分に向上させることができず、逆にアルミナ−シ
リカ系繊維の体積率が１５％、特に３０％を越えると、
繊維強化金属複合材料及び第二の部材の摩耗量が増大す
る。従ってアルミナ−シリカ系繊維の体積率は３〜３０
９６　、好ましくは３〜１５％に設定される。更にアル
ミナ−シリカ系繊維の配向は一方向配向、二次元ランダ
ム配向、三次元ランダム配同等任意の配向であってよい
が、特に一方向配向及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。

また第二の部材の溶射層の金属炭化物粒子分散強化金属
複合材料のマトリックスとしてのＦｅを主成分とする合
金、Ｎｌを主成分とする及びＣ。

を主成分とする合金は、炭素鋼（例えばＪＩＳ規格ＳＷ
ＲＭ１〜４）　、低合金鋼（例えばＪＩＳ規格５ＵＪ２
）、ステンレス鋼（例えばＪＩＳ規格５ＵＳ３０４）　
、Ｎ１−Ｃｒ合金、Ｎｉ自溶合金（例えば７２％Ｎ１−
３％Ｂ−４％Ｓ　１−２０％Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｐ合金の如
き任意のＦｅ合金、Ｎ１合金、及びＣｏ合金であってよ
い。

更に第二の部材を構成する金属は上述の粒子分散強化金
属複合材料にて溶射により彼覆し得る金属である限り任
意の金属であってよい。

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摺動する二つの部材よりなる摺
動用部材であって、その一方の部材がアルミナ−シリカ
繊維を強化繊維としアルミニ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ており、その他
方の部材が粒子分散強化金属複合材料の溶射層にて被覆
された金属にて構成された摺動用部材について行われた
摩耗試験及び焼付き試験を、他の材質の組合せよりなる
摺動用部材について行われた摩耗試験及び焼付き試験と
対比して説明する。

まず平均繊維径２，８μ、平均繊維長６■のアルミナ−
シリカ繊維（５５ｗｔ％Ａｌ　２０３、残部実質的にＳ
ＩＯ！りが実質的に三次元ランダムにて配向された繊維
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（溶湯の温度７３０”Ｃ１溶湯に対する加圧力５ｏｏ
ｋｇ／ｃ１１２）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Ａ
Ｃ８Ａ）をマトリックスとする複合材料を製造した。次
いでこの複合材料より大きさが１６Ｘ６Ｘ１０＋ａｍで
あり、その一つの面（１６Ｘ６ｍｍ）を試験面とする平
板試験片を多数作成した。また比較用としてアルミナー
シリカ繊維にて強化されていないアルミニウム合金（Ｊ
ＩＳ規格ＡＣ８Ａ）のみよりなり、上述の平板試験片と
同一の寸法を有する平板試験片を多数作成した。

次いでこれらの平板試験片を順次摩擦摩耗試験機にセッ
トし、相手部材である外径３５ａ＋＋ａ、内径３０　ｍ
ｍ、幅１０ｍｍの球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７０
）又は厚さ１５０μのプラズマ溶射層にて被覆された球
状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７０）製の円筒試験片の
端面と接触させ、それらの試験片の接触部に温度１５０
°Ｃの潤滑油（キャッスルモータオイル５Ｗ−３０）を
供給しつつ、荷重６０　ｋｇ、回転数１６　Ｏｒｐｍに
て円筒試験片を１時間回転させる摩耗試験を行った。

尚平板試験片と円筒試験片との組合せは下記の表１に記
されている通りであり、表１（その他の表に於ても同じ
）の「・・・−・・・溶射」の表示に於ける−の前の部
分及び後の部分はそれぞれ各溶射層を構成する粒子分散
強化金属複合材料のマトリックス及び金属炭化物粒子を
示しており、各溶射層のＦｅは純鉄ではなく、０．８ｗ
ｔ％Ｃ，０，３ｖｔ％Ｓ、Ｏ，ＯＩＰ、残部Ｆｅなる組
成を有するＦｅ合金であり、Ｎ１及びＣｏは純ニッケル
（純度９９．５ｖｔ％）、純コバルト（純度９９．５ｖ
ｔ％）であった（他の実施例についても同じ）。また各
溶射層は、円筒試験片の一方の端面をショツトブラスト
により清浄化した後、ＭＥＴＣＯ社製のプラズマ溶射装
置（３ＭＢ）を用いて、それぞれ下記の表２に示された
条件にてプラズマ溶射を行い、これにより厚さ２５０μ
の溶射層を形成し、該溶射層の表面を厚さ１００μに亙
り研削することにより形成された。また表１に於て、各
円筒試験片の被試験面の表面粗さは全て１．２μＲｚで
あり、表面粗さは被試験面に対する研削条件を変更する
ことにより調整された。更に表１の組合せＡ４−Ａｇ及
びＡ　１４〜Ａ　Ｉ６の円筒試験片の溶射層中の各金属
炭化物粒子の平均粒径は約６μであった。

表　　１（その１） 表　　１（その２） 表　　１（その３） 注：　　１）Ｈｖ１７００　　２）Ｈｖ１５００３）Ｈ
ｖ　　５５０　　４）ＨｖｌｌｌＯ５）Ｈｖｌｏｏｏ　
　　６）Ｈｖ　　９５０７）Ｈｖｌｌｏｏ　　　８）Ｈ
ｖ１２１０９）Ｈｖ１２００ 表　　２ （プラズマ溶射条件） Ａｒガス流量：　　２３００１／ｈｒ Ｈ２ガス流量：　　４５０ｉ／ｈｒ 供給電流＝　４５０〜５００Ａ 混合粉末の平均粒径：　２０〜５０μ 混合粉末の供給Ｑ：　　４０ｇ／１ａ１ｎ溶射距離：　
　１００ｍ１ｎ この摩耗試験の結果を第１図に示す。尚第１図に於て、
上半分は平板試験片の摩耗量（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
耗域ｆｆ１ａ＋ｇ）を表わしている（後述の第２図〜第
６図に於ても同じ）。

第１図より、組合せＡｌｌ””’ＡＩ８の平板試験片の
摩耗量は非常に高い値であり、特に組合せＡ　１８の場
合には円筒試験片の摩耗量も比較的高い値であることが
解る。また組合せＡｌ−Ａ１３ｓ特に組合せＡ４〜Ａ９
の平板試験片の摩耗量は組合せＡ　ＩＩ〜Ａ　ＩＩＩの
平板試験片の摩耗量に比して遥かに小さい値であり、ま
たこれらの組合せＡ４−Ａｇの円筒試験片の摩耗量は組
合せＡ　１Ｇ及びＡ　Ｉ８よりも遥かに小さく、また組
合せＡ１−Ａ３よりもかなり小さい値であることが解る
。かくしてアルミナ−シリカ繊維にて強化されたアルミ
ニウム合金よりなる平板試験片と金属炭化物粒子分散強
化金属複合材料の溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄よ
りなる円筒試験片との組合せＡ４〜Ａ９の場合には、平
板試験片及び円筒試験片両方の摩耗量が他の組合せの場
合に比して小さいことが解る。

また上掲の表１に示された試験片の組合せＡ１〜Ａ　Ｉ
８について、平板試験片と円筒試験片との接触部に常温
の潤滑油（キャッスルモータオイル５Ｗ−３０）を供給
し、円筒試験片を回転数１０００「ｐｌこで回転させつ
つ平板試験片に対する円筒試験片の押圧荷重を１０ｋｇ
より７００　ｋｇまで増加させ、これにより焼付き限度
荷重を測定する焼付き試験を行った。

この試験の結果、組合せＡ４〜Ａ９の焼付き限度荷重は
他の何れの組合せよりも高く、従ってこれらの組合せは
耐焼付き性にも優れていることが確認された。

実施例２ 上述の実施例１の場合と同一の要領にて、体積率８％に
て実質的に三次元ランダムにて配向されたアルミナ−シ
リカ繊維（実施例１に於て使用されたアルミナ−シリカ
繊維と同一）を強化繊維とし、マグネシウム合金（ＪＩ
Ｓ規格ＭＣ２）をマトリックスとする複合材料を高圧鋳
造（溶湯の温度７００℃、溶湯に対する加圧力８００　
ｋｇ／　ｃｍ”　）にて製造し、該複合材料より実施例
１の場合と同一の寸法の平板試験片を多数作成した。

次いでこれらの平板試験片について、下記の表３に示さ
れた試験片の組合せにて実施例１の場合と同一の要領及
び条件にて摩耗試験及び焼付き試験を行った。尚下記の
表３に示された組合せＢ。

〜Ｂ６の円筒試験片はそれぞれ上掲の表１に示された組
合せＡ４〜Ａ９と同一の要領及び条件にて溶射層が形成
され表面粗さが調整されたものであり、組合せＢＴの円
筒試験片の被試験面の表面粗さは１，２μＲｚであった
。

表　　３ この摩耗試験の結果を第２図に示す。第２図より、組合
せＢＴの場合に比して組合せＢ、〜Ｂ６の摩耗量は平板
試験片及び円筒試験片の何れ（こついても低い値であり
、従ってアルミナーシＩＪ力繊維にて強化されたマグネ
シウム合金よりなる複合材料と金属炭化物粒子分散強化
金属複合材料の溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄との
組合せも面手摩耗性に優れていることが解る。

また図には示されていないが、焼付き試験の結果、アル
ミナ−シリカ繊維にて強化されたマグネシウム合金より
なる複合材料と金属炭化物粒子ｌＪ）散強化金属複合材
料の溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄との組合せは耐
焼付き性にも優れて０ることか確認された。

実施例３ 上述の実施例１の場合と同一の要領番こて、体積率６％
にて実質的に三次元ランダム３ごて配向されたアルミナ
繊維（９５ｖｔ％Ａｔ　２０３　、残部実質的にＳｉＯ
ｘ、平均繊維径３．２μ、平均ｍ傘１を長８　ａｍ）を
強化繊維とし、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣＩ
Ｏ）をマトリックスとする複合材料を高圧鋳造（溶湯の
温度７４０℃、溶湯に対する加圧力５００　ｋｇ／　ｃ
ｍ”　）にて製造し、該複合材料より実施例１の場合と
同一の寸法の平板試験片を多数作成した。

次いでこれらの平板試験片について、下記の表４に示さ
れた試験片の組合せにて実施例１の場合と同一の要領及
び条件にて摩耗試験及び焼付き試験を行った。尚下記の
表４に示された組合せ０１〜Ｃ６の円筒試験片はそれぞ
れ玉揚の表１に示された組合せＡ４〜Ａ９と同一の要領
及び条件にて溶射層が形成され表面粗さが調整されたも
のであり、組合せＣＩの円筒試験片の被試験面の表面粗
さは１．２μＲｚであった。

表　　４ この摩耗試験の結果を第３図に示す。第３図より、組合
せＣｙの場合に比して組合せＣ，−ｃ。

の摩耗量は平板試験片及び円筒試験片の何れについても
低い値であり、従ってアルミナ繊維にて強化されたアル
ミニウム合金よりなる複合材料と金属炭化物粒子分散強
化金属複合材料の溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄と
の組合せも耐摩耗性に優れていることが解る。

また図には示されていないが、焼付き試験の結果、アル
ミナ繊維にて強化されたアルミニウム合金よりなる複合
材料と金属炭化物粒子分散強化金属複合材料の溶射層に
て被覆された球状黒鉛鋳鉄との組合せは耐焼付き性にも
優れていることが確認された。

実施例４ 上述の実施例１の場合と同一の要領にて、体積率６％に
て実質的に三次元ランダムにて配向されたアルミナ繊維
（実施例３に於て使用されたアルミナ繊維と同一）を強
化繊維とし、マグネシウム合金（ＪＩＳ規格ＭＣ２）を
マトリックスとする複合材料を高圧鋳造（溶湯の温度７
００℃、溶湯に対する加圧力８００ｋｇ／Ｃ１１２）に
て製造し、該複合材料より実施例１の場合と同一の寸法
の平板試験片を多数作成した。

次いでこれらの平板試験片について、下記の表５に示さ
れた試験片の組合せにて実施例１の場合と同一の要領及
び条件にて摩耗試験及び焼付き試験を行った。尚下記の
表５に示された組合せＤ１〜Ｄ６の円筒試験片はそれぞ
れ玉揚の表１に示された組合せＡ４〜Ａ９と同一の要領
及び条件にて溶射層が形成され表面粗さが調整されたも
のであり、組合せＢＴの円筒試験片の被試験面の表面粗
さは１．２μＲｚであった。

表　　５ 二の摩耗試験の結果を第４図に示す。第４図より、組合
せＤＩの場合に比して組合せＤ１〜Ｄ６の摩耗口は平板
試験片及び円筒試験片の何れについても低い値であり、
従ってアルミナ繊維にて強化されたマグネシウム合金よ
りなる複合材料と金属炭化物粒子分散強化金属複合材料
の溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄との組合せも耐摩
耗性に優れていることが解る。

また図には示されていないが、焼付き試験の結果、アル
ミナ繊維にて強化されたマグネシウム合金よりなる複合
材料と金属炭化物粒子分散強化金属複合材料の溶射層に
て被覆された球状黒鉛鋳鉄との組合せは耐焼付き性にも
優れていることが確認された。

実施例５ 実施例１の試験片の組合せＡ４に対応する試験片の組合
せに於て、円筒試験片の溶射層に対する研削条件を変化
させることにより、円筒試験片の溶射層の表面粗さを０
．４μＲｚ、０．８μＲｚ。

１．０μＲｚ、１．２μＲｚ、１．４μＲｚ、２゜０μ
Ｒｚに設定し、平板試験片の表面粗さを１．６μＲｚに
設定して、上述の実施例１の場合と同一の要領及び条件
にて摩耗試験を行った。この摩耗試験の結果を第５図に
示す。

第５図より、円筒試験片の溶射層の表面粗さが１．２μ
Ｒｚ以下の場合に平板試験片及び円筒試験片両方の摩耗
量が小さい値であり、従って溶射層の表面粗さは１，２
μＲｚ以下であることが好ましいことが解る。

尚この実施例と同様の摩耗試験を実施例１の試験片の組
合せＡ５〜Ａ９についても行ったところ、第５図に示さ
れた結果と同様の結果が得られた。

実施例６ 円筒試験片の表面にプラズマ溶射を行う際のＦｅ合金粉
末とＷＣ扮末との混合比を変化させることにより、円筒
試験片の溶射層のＺｒＯ２粒子含有量がＯｖｏ１％、１
５ｖｏ１％、２５ｖｏ１％、４０ｖｏ１％、５０ｖｏ１
％、７０ｖｏ１％、８０ｖｏ１％、９０ｖｏ１％、１０
０ｖｏ１％となるよう、上述の実施例１の場合と同一の
要領及び条件にてプラズマ溶射を行い、実施例１の試験
片の組合せＡ４の場合と同一の要領及び条件にて摩耗試
験を行った。

この摩耗試験の結果を第６図に示す。

第６図より、平板試験片の摩耗量はＷＣ含有量が２５ｖ
ｏ１％未満及び８０ｖｏ１％を越える場合に、特に２０
ｖｏ１％未満及び８５ｖｏ１％を越える場合に高い値で
あり、また円筒試験片の摩耗量はＷＣ含有量が２５ｖｏ
１％未満、特に２０ｖｏ１％未満の場合及び８０ｖｏ１
％を越える場合に高い値であることが解る。かかる結果
を得たのは、ＷＣ含有量が少ない場合には、溶射層の耐
摩耗性が不十分になって摩耗量が増大し、溶射層の摩耗
に伴って発生する摩耗粉により平板試験片の摩耗量が増
大され、またＷＣ含有量が高い領域に於ては、溶射層の
硬さが高くなり過ぎ、また溶射層よりＷＣ粒子が脱落し
易くなることによるものと考えられる。

第６図に示された結果より、ＷＣ含有量は２０〜８５ｖ
ｏ１％、特に２５〜８０ｖｏ１％であることが好ましい
ことが解る。

尚この実施例と同様の摩耗試験を実施例２〜４の場合と
同一の平板試験片を用いて行ったところ、第６図に示さ
れた結果と同様の結果が得られた。

またＣ　ｒ　３　Ｃ２）Ｔ　Ｉ　ＣＳＶ　０％ＳｉＣも
ＷＣと同様の機能を果たす金属炭化物であるので、金属
炭化物粒子としてこれらの粒子が使用される場合も同様
の結果が得られるものと推測される。

実施例７ 実施例１に於て使用されたアルミナ−シリカ繊維と同一
のアルミナ−シリカ繊維が実質的に三次元ランダムにて
配向された繊維成形体を形成し、該繊維成形体を用いて
行われる高圧鋳造（溶湯の温度７３０℃、溶湯に対する
加圧力５００　ｋｇ／　ｃＩ！！２）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複合
材料を製造した。次いでこの複合材料より外径２５．６
ｍｍ、内径２０．０ｍｍ、長さ１６ｍｍの寸法を有し一
方の端面を被試験部とする円筒試験片を６個形成し、各
試験片の被試験部の表面粗さを研削により０，６μＲｚ
に仕上げた。

次いで硝酸水溶液を用いて行われる電解エツチングによ
り、４個の円筒試験片の被試験面のマトリックスの表面
に凹部を形成した。第７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２
１は強化繊維としてのアルミナ−シリカ繊維を示してお
り、２２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、２３は凹部を示′している。

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２３の深さ
Ｄｌの平均値Ｄ１が１．８μであり、四部２３の開口径
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２３の開口部長さＷｌに対する深さＤｌ
の比の平均値Ｄ１／Ｗｉが０．０２であり、複合材料の
表面２４よりアルミナ−シリカ繊維の露出高さＨｌの平
均値Ｈ１が０．８μ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２３の開
口部長さＷｌの合計の比の百分率が２０％である４個の
円筒試験片が形成された。

次いで電解エツチングが行われた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四部の面積率がＯであ
る複合材料よりなる円筒試験片を順次摩擦摩耗試験機に
セットし、球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣ［）７０）よ
りなり、大きさが３０×３０Ｘ５ｆｆｌ＋１であり、’
ｃ　（７）　−−）　（＋）面（３０ｘ　３０　Ｉｍｍ
）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
１１００Ｏｒｐにて回転させつつ、平板試験片に対する
円筒試験片の抑圧荷重を１０ｋｇより７００ｋｇまで増
加させ、これにより焼付き限度荷重を測定する焼付き試
験を行った。

尚この焼付き試験に於ける円筒試験片と平板試験片との
組合せは下記の表６に示す通りであった。

また各平板試験片の被試験面の表面粗さは全て１゜２μ
Ｒｚであり、組合せＥ、及びＥ４〜Ｅ６の平板試験片に
於ける粒子分散強化金属複合材料の溶射層はそれぞれ１
掲の表２に示された条件と同一の条件のプラズマ溶射に
より形成された。

表　　６ この焼付き試験の結果を第８図に示す。第８図より、組
合せＥ、及びＥ４の焼付き限度荷重は組合せＥ２）Ｅ５
及びＥｌｌの焼付き限度荷重よりも遥かに高く、特に組
合せＥ４に於ては焼付きが発生せず、従ってアルミナ−
シリカ繊維にて強化されたアルミニウム合金よりなる複
合材料と金属炭化物粒子分散強化金属複合材料の溶射層
にて被覆された球状黒鉛鋳鉄との組合せ、及びアルミナ
−シリカ繊維にて強化されたアルミニウムー合金よりな
り電解エツチングされた複合材料と金属炭化物粒子分散
強化金属複合材料の溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄
との組合せは耐焼付き性に優れていることが解る。また
特に組合せＥ、とＥ４との比較より、複合材料に電解工
・ソチングを施して強化繊維を露出させると共に、複合
材料の表面の強化繊維の間に四部を形成すれば耐焼付き
性が更に向上することが解る。

内因には示されていないが、上掲の表６の試験片の組合
せＥ、及びＥ４の平板試験片として、表１の組合せＡ５
〜Ａ９の円筒試験片と同様、Ｃｒ３Ｏ２粒子分散強化Ｆ
ｅ、ＷＣ粒子分散強化Ｎｉ、Ｃｒ５（，２粒子分散強化
Ｎｉ、ＷＣ粒子分散強化Ｇｏ、Ｃｒ３Ｃ：粒子分散強化
Ｃｏの溶射層にて被覆された球状黒鉛鋳鉄を使用して同
様の焼付き試験を行ったところ、これらの場合にも実施
例７の場合と同様の良好な結果が得られた。また上掲の
表６に示された試験片の組合せについて実施例１の場合
と同一の要領にて摩耗試験を行ったところ、組合せＥｌ
及びＥ４、特に組合せＥ４は耐摩耗性にも優れているこ
とが確認された。

実施例８ 第９図は内燃機関のピストンとピストンリングとの組合
せよりなる本発明による摺動用部材の具体的実施例を示
す解図的縦断面図、第１０図はその要部を示す解図的拡
大部分縦断面図、第１１図はピストンリング（トップリ
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
リンダプロ・ツク３のシリンダプロとの間を経て内燃機
関の燃焼室より漏洩するのを防止するコンプレ・ソショ
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
うピストンヘッド１０よりト・ンプリング溝６の下面１
１の下方までの部分は、実施例１（こ於て使用されたア
ルミナ−シリカ繊維と同一のアルミナ−シリカ繊維が体
積率８％にて実質的１こ三次元ランダムに配向された繊
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・
ソ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はトップリング４を受入れるト・ツブ１ノン
グ溝６の壁面を郭定しており、またピストンの（１１１
１部外周面２に露出する部分にてト・ツブランド１３及
びセカンドランド１４の一部を郭定して（する。

尚、かかるピストンはそれを鋳造するための鋳型のモー
ルドキャビティ底壁土に繊維成形体を載置し、その鋳型
内にアルミニウム合金の溶湯を注湯し、その鋳型に液密
的に嵌合するプランジャ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粗材とし、それを熱処理（Ｔ
６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って製造されてよい。

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
るトップリング４は、ステンレス鋼（ＪＩｓ規格５ＵＳ
４２０Ｊ２）にて構成されており、図には示されていな
いが下面１７は厚さ５μのＷＣ粒子分散Ｆｅの溶射層（
ＷＣ含有ｆｆ１４２ｖｏ１％、ＷＣ粒子の平均粒径２μ
、表面粗さ０．８μＲｚ）にて被覆されている。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、そのシリンダブロック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とを４
気筒４サイクルデイ一ゼル機関に組込み、機関回転数５
４００ｒｐｍ、機関負荷フルロードの試験条件にて５０
０時間に亙る耐久試験を行なった。また比較の目的で、
球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規ｔｌｓ　Ｆ　ＣＤ　７０　）に
て形成され、下面１７が金属炭化物粒子分散強化金属複
合材料の溶射層にて被覆されていないピストンリングに
ついても同一の条件にて耐久試験を行った。

試験の結果、球状黒鉛鋳鉄製のピストンリングの場合に
は、リング溝の下面１１の摩耗量が２０Ｕであり、ピス
トンリングの下面１７の摩耗量が１５μであったのに対
し、下面１７が金属炭化物粒子分散強化金属複合材料の
溶射層にて被覆されたピストンリングの場合には、リン
グ溝の下面１１の摩耗量が２．５μであり、ピストンリ
ングの下面１７の摩耗量が０．８μであり、従って実施
例のピストン及びピストンリングは比較例よりも遥かに
耐摩耗性に優れていることが認められた。

実施例９ 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１０％のアルミナーンリカ繊維
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
ナを高圧鋳造（溶湯の温度７３０℃、溶湯に対する加圧
力５００　ｋｇ／ｃ１ｍ２）により製造し、該シリンダ
ライナをグラビテイ鋳造により鋳ぐるむことにより、シ
リンダボア径８０ａｕｎの４気筒４サイクル内燃機関用
のシリンダブロックを４個形成し、各シリンダブロック
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、しかる後実施例７の場合と同一の条
件にて電解エツチングを施した。

次いで球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７０）よりなり
、半径方向外側の外周面がプラズマ溶射により厚さ１５
０μのＷＣ粒子分散Ｆｅの溶射層（ＷＣ含有Ｗ　５０　
ｖｏ１％、ｗｅ粒子の平均粒径１０μ、表面粗さ０．８
μＲｚ）にて被覆されたピストンリングと、球状黒鉛鋳
鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７０）よりなり金属炭化物粒子分
散強化金属複合材料の溶射層にて被覆されていない比較
例としてのピストンリングを用意し、これらのピストン
リングと上述のシリンダブロックとを組合せて４気筒４
サイクルデイ一ゼル機関に組込み、機関回転数６０００
ｒｐａ＋、機関負荷フルロードにて２００時間に亙る高
速耐久試験を行った。

この試験の結果、ピストンリングが球状黒鉛鋳鉄製のピ
ストンリングである場合には、シリンダボアにスカッフ
ィングが発生し、シリンダボアの摩耗量は１７μと高い
値であったのに対し、ピストンリングが金属炭化物粒子
分散強化金属複合材料の溶射層にて被覆された球状黒鉛
鋳鉄よりなるピストンリングの場合には、シリンダボア
にスカッフィングは発生しておらず、ピストンリングの
外周面及びシリンダボアの摩耗量が１．６μ以下の非常
に小さい値であり、従って実施例のシリンダライナ及び
ピストンリングは比較例に比して遥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幾つかの実施例について詳細に説
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他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図乃至第６図はそれぞれ実施例１〜６の摩耗試験の
結果を示すグラフ、第７図は本発明よる摺動用部材の第
一の部材を構成す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８図は実施例６の焼付き試験の結果
を示すグラフ、第９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摺動用部材の一つ
の具体的実施例を示す解図的縦断面図、第１０図は第９
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１１図はピストンリング（トップリング）を拡大
して示す解図的部分縦断面図である。 １・・・ピストン、２・・・側部外周面、３・・・シリ
ンダライナ、４・・・トップリング、５・・・セカンド
リング。 ６・・・トップリング溝、７・・・セカンドリング溝、
８・・・オイルリング、９・・・リング溝、１０・・・
ピストンヘッド、１１・・・トップリング溝の下面、１
２・・・複合材料、１３・・・トップランド、１４・・
・セカンドランド、１５・・・モリブデン溶射層、１７
・・・トップリングの下面、２１・・・アルミナ−シリ
カ繊維、２２・・・アルミニウム合金、２３・・・凹部
、２４・・・表面時　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 第２図 第３図 第４図 第５図 托 量 （ｍｇ） 第６図 （ｍｇ） 第７図 ２］フルミアーシリカ纜維　　２３凹部第８図 第９図 第１０図　　　第１１図

Claims (6)

【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４０ｗ
   ｔ％以上Ａｌ＿２Ｏ＿３、残部実質的にＳｉＯ＿２なる
   組成を有する体積率３〜３０％のアルミナ−シリカ系繊
   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、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Ｈｖ１２００以上の硬さを有する体
   積率２０〜８５％の金属炭化物粒子を強化材とし鉄、ニ
   ッケル、コバルト、及びそれらを主成分とする合金より
   なる群より選択された金属をマトリックスとする粒子分
   散強化金属複合材料の溶射層にて被覆された金属にて構
   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
   金属炭化物粒子はＷＣ粒子、Ｃｒ＿３Ｃ＿２粒子、Ｔｉ
   Ｃ粒子、ＶＣ粒子、ＳｉＣ粒子、及びこれらの二種以上
   の粒子の混合物よりなる群より選択された粒子であるこ
   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、前記溶射層の表面粗さは１．２μＲｚ以下である
   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、前記第一の部材の摺動面が電解エッチン
   グされることにより前記アルミナ−シリカ系繊維の一部
   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
   記アルミナ−シリカ系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いることを特徴とする摺動用部材
   。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４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。
6. （６）特許請求の範囲第１項乃至第４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。