WO2007116852A1

WO2007116852A1 - 摺動材料及びその摺動材料を用いた摺動部材

Info

Publication number: WO2007116852A1
Application number: PCT/JP2007/057365
Authority: WO
Inventors: Motoharu Tanizawa; Kyoichi Kinoshita; Motoji Miyamoto
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US8252733B2; US20090305917A1; DE112007000885T5

Abstract

本発明は、ショットブラスト処理によって摺動材料の表面粗さをあまり変えずに摺動部品の要求に応じて表面の摺動特性を改質できる摺動材料及びその摺動材料を用いた摺動部材を提供する。本発明の摺動材料は、金属基材と、前記金属基材の摺動表面に前記金属基材より軟質で且つ摩擦係数の小さい金属粒子をショットブラストすることにより前記金属基材の摺動表面の少なくとも８％以上を覆うように機械的に付着形成された付着金属と、を有することを特徴とする。

Description

明細書摺動材料及びその摺動材料を用いた摺動部材技術分野

本発明は、一部表面が摺動面となるエンジンプロック、油圧ポンプ、コンプレッサ一部品、軸受け等に使用できる摺動材料及びその摺動材料を用いた所定形状を有する摺動部材に関する。

背景技術

往復、回転運動を行う各種機械には、一般的に摺動部材が不可欠である。例えば、エンジンやコンプレッサー等にも様々な摺動部材が使用されている。

一般的に、摺動面においては、擦による摩耗量を減らすには、摺動面は鏡面となっているのが望ましい。しかし摺動面が鏡面となっていると、鏡面仕上げした金属同士はオイルを介して擦り合わせられると摩擦抵抗は低く押さえられる力ある程度の熱が発生するため、焼き付きのおそれがある。そのため、摺動面は適当な表面粗さを持たせたものや、摺動面にめっき等の表面処理を施して表面の摺動特性を改質するものがそれぞれの用途に合わせて要求される。 '·

また一般的に、摺動面には、適正な潤滑剤を供給し、摩擦力や摩耗又は他の形の表面損傷を軽減させることが行われている。十分な油膜厚さを確保するために、摺動面は潤滑剤を適正量保持する必要がある。潤滑剤を適正量保持するために、例えば摺動面にクロスハッチと呼ばれるバッ状の条痕を付け、条痕内に潤滑剤が保持されるようにする手法が古くから行われている。

特許文献 1には、 5〜5 0重量％の T i C Nと、残りが鉄系合金からなる摺動面の表面から l mm深さまでの表面部における空孔率を 7〜 2 0体積％とし、内部空孔率をこれより減少させた鉄系摺動材料について記載されている。特許文献 1に記載の鉄系摺動材料は、潤滑油の存在する条件で用いると表面部の空孔に潤滑油が含浸されて、摩擦摩耗が大幅に改善できることが開示されている。

特許文献 2には、焼結合金中に C a、 S r、 B aの酸化物、炭化物、硫化物およびこれらの相互固溶体またはカーボンの中の少なくとも一種以上の分散相と、周期律表の 4 a、 5 a , 6 a属金属の炭化物、窒化物おょぴこれらの相互固溶体の中の少なくとも 1種の硬質相、残りフェライト、オーステナイト、マルテンサイトまたは F eを主成分として含む合金でなる結合相とからなる鉄系焼結合金の表面部から該分散相が除去されて微細孔が形成された鉄系焼結合金について記載されている。特許文献 2に記載の鉄系焼結合金は、表面部に形成された微細孔の中に、潤滑物質を含浸でき、摩擦係数を低下させることが開示されている。特許文献 3には、摺動部材の摺動面（材質：炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼）に、粒径 0 . 6〜1 . O mmのショットを用いてショットピー-ング処理を施すことによって、摺動初期の摩擦係数を低減するように（ショット後の表面形状の尖端が丸くなつた凸形状になるように）摺動面の表面形態を変化させることが開示されている。摺動初期の摩擦係数を低減させることによって、摩擦発熱を抑制し、潤滑グリスの劣化を抑制出来ることが開示されている。

またショットプラストによって表面を改質する方法は、摺動材料を摺動部材として形成した後でも加工できることや、圧縮による残留応力の付与が出来るためその目的に応じて幾つか検討されている。

例えば摺動の相手材の摩耗を抑えるために特許文献 4には、金属炭化物等の硬質粒子を多量に分散させた機械部品の表面研磨処理を行った研磨面に、ショット粒を用いてショット噴射処理を施すことによって、研磨面のバリ等に起因するェッジを取り除く（丸め、削り取り、或いは先端部を欠かす）方法が開示されている。エッジを取り除くことによって摺動時の相手材の摩耗を効果的に抑制出来ることが開示されている。

また特許文献 5には鉄系硬質粒子及びアルミナよりも硬さが低レ、セラミックス粒子の 1種以上である硬質粒子が分散した、珪素とマンガンとマグネシウムとを含む粉末アルミニゥム合金製の摺動部材の摺動面に、二ッケル及びすずの何れかをコーティングした微粒子を用いたショットブラストによって多数の凹部が形成されると共にニッケル被膜及びすず被膜の何れかが形成された粉末アルミニウム合金製摺動部材が開示されている。多数の凹部は油溜まりの役目を果たし摺動面の保油機能を確保することが出来ること、また凝着しゃすいアルミニウム合金の表面に二ッケル或いはすずの被膜が出来ることによつて摩耗しにくくスカツフ防止性を向上させることが出来ること、およぴ摺動面に微粒子を当てることによつて摺動面が加工硬化してそれだけ耐摩耗性が向上することが開示されている。

特許文献 1 ：特公昭 6 3— 1 3 8 3号公報

特許文献 2 ：特開平 6— 2 7 9 9 5 9号公報

特許文献 3 ：特開平 9一 2 6 8 3 1 9号公報

特許文献 4 ：特開平 1 1— 2 0 7 6 2 2号公報

特許文献 5 ：特開 2 0 0 3— 1 3 1 6 3号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

しかしながら、上記摺動面に条痕を付ける方法は、使用時にだんだん条痕が摩耗し、潤滑剤の保持力が低下してくることは、よく知られている。また上記特許文献 1の場合は、プレス成形や焼成工程で空孔の量や大きさを制御するのが困難であり、得られる空孔の大きさゃ空孔率のばらつきが大きいという製造管理上及ぴ品質管理上の問題がある。また上記特許文献 2の場合は、上記のような特殊な物質を含む合金を用いたものである。また上記特許文 3は、摩擦発熱を抑制し、潤滑グリスの劣化を抑制するためにショットビーユング処理を施した'ものであり、潤滑剤の保持を目的としたものではない。

また、摺動表面に要求される特性はその目的とする摺動部品によって様々である。ショットブラストによって表面を改質する方法は、その目的に応じて上記特許文献に示すように検討されているが、摺動部品の要求にあうようにさらに摺動特性を改質できる摺動材料が求められている。 .

また摺動部品はその摺動時の摩耗量を低減するため、表面粗さが規定されているものが多い。例えばエンジンにおけるボアに要求される表面粗さ（R z ) は決まっており、その表面粗さ内で摺動特性を上げることが要求される。

上記特許文献 4におけるショット噴射処理は、バリをとるために用いられており、表面粗さ（R z ) をあまり変えずに、 S m値（平均山間隔）を変えることによって摩耗量を減らしている。また特許文献 5では、ショットプラスト処理を行うことによって表面粗さを 5倍に増加させている。 ' 本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ショットブラスト処理によって摺動材料の表面粗さをあまり変えずに摺動部品の要求に応じて表面の摺動特性を改質できる摺動材料及びその摺動材料を用いた摺動部材を提供することを目的とする。

さらに本発明は、摺動面に微細孔を有し、その微細孔が油溜まりを形成することによって、摺動面における摩擦係数を効果的に低減させることが出来る摺動部材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

そこで、本発明者等はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、金属基材の搢動表面に前記金属基材より軟質で且つ摩擦係数の小さい金属粒子をショットブラストすることにより、金属粒子の一部を金属基材の摺動面に機械的に付着形成させることによって表面粗さをあまり大きくすることなく、摺動表面の摺動特性を改質出来ることを発見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の摺動材料は、金属基材と、前記金属基材の摺動表面に前記金属基材より軟質で且つ摩擦係数の小さい金属粒子をショットプラストすることにより前記金属基材の摺動表面の少なくとも 8.%以上を覆うように機械的に付着形成された付着金属と、を有することを特徴とする。

また前記金属基材は、鉄、鉄系合金、鉄系多孔質材、及び鉄系多孔質材にアルミニゥム、アルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金を铸包み、摺動表面に前記鉄系多孔質材を露出させた複合材のうちのいずれかひとつであり、前記金属粒子は、亜鉛、すず、金、錮及びマグネシウムのちの少なくとも一種を含むことが好ましい。

また前記金属基材は、第 1の多孔質金属基材を前記第 1の多孔質金属基材ょりも軟質の第 2の金属基材を铸包み、摺動表面に前記第 1の多孔質金属基材を露出させた複合材であり、前記金属粒子は前記第 1の多孔質金属基材ょりも軟質で且つ、前記第 2の金属基材よりも硬質であり、前記付着金属は、前記金属粒子をショットプラストすることにより前記第 1の多孔質金属基材の摺動表面に機械的に付着形成されることが好ましい。 ' 特に前記第 1の多孔質金属基材は鉄系多孔質材であり、前記第 2の金属基材はアルミニウム合金であり、前記金属粒子は亜鉛であり、前記付着金属は前記摺動表面の前記鉄系多孔質材面に機械的に付着形成されていることが好ましい。

また前記第 2の金属基材の前記摺動表面は前記金属粒子をショットブラストすることにより凹部を形成されていることが好ましい。

また前記ショットプラストの処理条件は下記条件であるとよい。

金属粒子の粒径： 1 5 0 μ πι以上 8 0 0 以下、エア圧： 0 . I M P a以上 0 . 3 M P a以下、噴射距離： 5 O mm以上 1 5 O mm以下、投射時間： 5秒以上 4 5秒以下。

また本発明の摺動部材は上記摺動材料を用い所定形状を有することを特徴とする。

特に前記摺動部材がシリンダーボアであることが好ましい。発明の効果

金属基材の摺動表面に前記金属基材ょり軟質で且つ摩擦係数の小さい金属粒子をショットブラストすることにより、前記金属粒子の一部は前記金属基材と機械的合金化（メカニカルァロイニング）して機械的に付着される。前記金属粒子は前記金属基材より軟質であるため前記金属基材表面を荒らすことがない。

また前記付着金属は前記基材の摺動表面の少なくとも 8 %以上を覆っていることによって付着した金属粒子の特性が表面特性として表れ、摺動表面の摺動性が改質される。また摺動表面に前記金属基材より摩擦係数の小さい金属粒子が機械的に付着することにより摺動表面の摩擦係数を低減できる。

また前記金属基材は、鉄、鉄系合金、鉄系多孔質材、及び鉄系多孔質材にアルミニゥム、アルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金を錡包んだ複合材のうちのいずれかひとつであることによって、軽量で優れた強度を有する。また前記金属粒子は、亜鉛、すず、金、銅及ぴマグネシウムのうちの少なくとも一種を含むことによって、基材より軟質なそれぞれの金属が持つ特性によって摺動表面の摺動特 1·生が改良される。

また前記金属基材は、第 1の多孔質金属基材に前記第 1の多孔質金属基材ょり 'も軟質の第 2の金属基材を錶包み、摺動表面に前記第 1の多孔質金属基材を露出させた複合材であつてもよい。金属基材を第 1の多孔質金属と第 2の金属との複合材とすることにより、両方の金属の利点を持つ摺動部材となる。

また前記金属粒子は前記第 1の多孔質金属基材ょりも軟質で且つ、前記第 2の金属基材よりも硬質であることにより、前記金属粒子をショットブラストすると、前記金属粒子は前記第 2の金属基材の摺動面には凹部を形成することが出来、且つ前記第 1の多孔質金属基材の摺動表面に機械的に付着形成される。前記凹部は、ショットブラスト処理条件を制御することにより、その量、孔径等が制御される。そのため該凹部は、潤滑剤等を使用した場合、潤滑剤等の油溜まりとなることが出来る。凹部を有することにより、摺動面全体としては傷を付けずに、潤滑剤等の使用時に潤滑剤等を適正量保持でき、低い摩擦係数を持つことが出来る。

そのため複合材である前記金属基材の摺動面は両金属基材の摺動面とも改質され摺動特性を向上できる。

特に前記第 1の多孔質金属基材は鉄系多孔質材であり、前記第 2の金属基材はアルミニウム合金であり、前記金属粒子は亜鉛であることが好ましい。鉄系多孔質材にアルミニウム合金を錶包み、摺動表面に前記第 1の多孔質金属基材を露出させた金属基材は、鉄系材料に比べ軽く、またアルミニウム合金単体よりも強度が高く摺動材料として優れている。また鉄系多孔質材は、多孔質であるため、了ルミ-ゥム合金との密着性を確保できる。

又金属粒子を鉄より軟質でアルミニゥム合金より硬質な亜鉛とすることによつて、アルミニウム合金面は亜鉛のショットブラストによって凹部ができるが、鉄系多孔質材表面には傷が付かないため摺動材料の摺動面の表面粗さ（R z ) をあまり大きくさせない。そして前記凹部は、ショットブラスト処理条件を制御することにより、その量、孔径等が制御される。そのため該凹部は、潤滑剤等を使用した場合、潤滑剤等の油溜まりとなることが出来る。従って、摺動面のアルミ二ゥム合金部分のみに凹部を有することにより、摺動面全体としては傷を付けずに、潤滑剤等の使用時に潤滑剤等を適正量保持でき、そのため低い摩擦係数を持つことが出来る。

また鉄系多孔質材より軟質な亜鉛は、鉄系多孔質材表面に機械的に付着する。 '亜鉛は鉄系多孔質材に比べ摩擦係数が小さいため、亜鉛が付着することにより鉄系多孔質材の表面の摩擦係数を下げ、ひいては摺動表面全体の摩擦^^数を下げることが出来、焼き付き時間を低減できる。従って鉄系多孔質材とアルミニウム合金の割合を調節することによって、その表面特性を調節することが出来る。また前記ショットブラストの処理条件は上記条件であることによって適正に金属粒子を金属基材に機械的に付着させることが出来る。

また本発明の摺動部材は上記摺動材料を用いることにより良好な摺動特性を持つことが出来る。特に本発明の摺動部材をシリンダーボアに適用することによつて、寸法精度の厳しいシリンダーボアにおいて、摺動面の寸法精度を変えることなく、良好な摺動特性を持つことが出来る。図面の簡単な説明

図 1は試験例の摺動部材の製造方法の一部説明図（断面図）を示す。

図 2は本発明の試験例の摺動部材の内周面表面の E P MAマツビング像を表す。

' 図 3は表面粗さ（R z ) と焼き付き時間（分）とを比較したグラフを示す。

図 4は表面粗さ（ R _Z )と焼き付き前の摩擦係数とを比較したグラフを示す。図 5は本発明の試験例の摺動部材の内周面表面の S E M観察結果を表す。発明を実施するための最良の形態 . 本発明の摺動材料は、金属基材と付着金属とを有する。

また前記付着金属は、前記金属基材の摺動表面に前記金羼基材より軟質で且つ摩擦係数の小さい金属粒子をショットブラストすることにより前記基材の摺動表面の少なくとも 8 %以上を覆うように機械的に付着形成される。

本発明における金属基材は、摺動材料として用いられる金属からなる基材であれば特に限定はない。例えば鉄系金属、アルミニウム系金属、マグネシウム系金属が挙げられる。

特に金属基材として鉄系金属を含むものが強度的に好ましい。例えば鉄、鉄系合金、鉄系多孔質材、及ぴ鉄系多孔質材にアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシゥムまたはマグネシゥム合金を铸包んだ複合材が挙げられる。

また金属基材は、第 1の多孔質金属基材を前記第 1の多孔質金属基材ょりも軟質の第 2の金属基材を铸包んだ複合材であると好ましい。例えば第 1の多孔質金属基材が鉄系金属、第 2の金属基材がアルミニウム系金属とする複合材、第 1の多孔質金属基材が鉄系金属、第 2の金属基材がマグネシゥム系金属とする複合材が挙げられる。

特に金属基材は鉄系多孔質材にアルミニウム合金を铸包んだ複合材であると、軽量で強度にも優れた基材となり好ましい。

金属基材の形状は、特に限定はなく、摺動部材としての用途に合わせたものとなる。例えば本発明の摺動材料は、一部表面が摺動面となるエンジンブロック、油圧ポンプ、コンプレッサー部品、軸受け等に使用できる。

本発明における金属粒子は、用いる金属基材より軟質であり且つ摩擦係数が小さいものであれば特に限定はない。例えば、金属粒子としてアルミニウム、亜鉛、すず、金、銅、マグネシウム及ぴニッケルが用いられてもよい。

また金属粒子は、粒子すべてが同じ金属でも良いし、芯となる金属の表面に他の金属をコーティングしたものでもよい。その場合コーティングされた金属が用いる金属基材より軟質で、摩擦係数が小さいもの、且つ低融点の金属であればよレ、。

また金属基材が複合材の場合は、金属粒子は、前記第 1の多孔質金属基材よりも軟質で且つ、前記第 2の金属基材よりも硬質であることが好ましレ、。例え第 1の多孔質金属基材が鉄系金属、第 2金属基材がアルミニウム系金属の場合、金属粒子としては、亜鉛、銅、すず等が好ましい。

また金属粒子の粒径は 1 5 0 μ m以上 8 0 0 μ m以下が望ましい。この範囲内の粒径であることによって摺動表面にショットプラストされることによって摺動表面に付着形成されやすい。

前記金属粒子はショットブラストされることによって摺動表面に機械的に付着形成される。前記金属粒子は前記金属基材と機械的合金化（メカニカルァロイ二ング）して機械的に付着される。前記金属粒子は前記金属基材より軟質であるため前記金属基材表面を荒らすことがなく、金属基材の表面粗さ（R z ) をあまり大きくしない。

金属基材が複合材の場合、前記金属粒子は、自身よりも硬質である第 1の多孔質金属基材の摺動表面に機械的に付着形成される。また前記金属粒子は自身よりも軟質である第 2の金属基材の摺動表面には凹部を形成させることが出来る。凹部は潤滑油等のある摺動面においては油溜まりとなり、さらに摺動特性を向上させることが出来る。

また前記付着金属は前記基材の摺動表面の少なくとも 8 %以上を覆っている。摺動表面の少なくとも 8 %以上を覆っていることによって、付着した金属粒子の特性が表面特性として表れ、摺動表面の摺動特性が改質される。

また摺動表面に前記金属基材ょり摩擦係数の小さい金属粒子が機械的に付着することにより摺動表面の摩擦係数を低減できる。

特に金属基材が鉄系多孔質材をアルミニウム合金で铸包んだ複合材の場合は、金属粒子は亜鉛が好ましい。

鉄系多孔質材の形状は、特に限定されない。例えば円筒状、リング状、板状、円板状でもよい。

鉄系多孔質材は、空隙率 1 2 %以上 5 0 %以下が望ましい。この範囲の空隙率を持つ多孔質材であれば、アルミユウム合金との密着性と強度とがともに良好な摺動材料となる。

また鉄系多孔質材は、摺動部材の全体に用いられていても良いし、摺動面周辺の一部に用いられていても良い。 . またアルミニウム合金は、 Cu、 Si、 Mg、 Zn、 Fe、 Mn、 Ni、 Sn、 Tiを含むことが出来る。

例えばアルミニウム合金として J I S規格の A 2 0 0 0系及ぴ AD C 1 2、 A C 8 A、 A C 4 C、 A C 2 B等が挙げられる。

鉄系多孔質材にアルミニウム合金を錶包んだ複合材の製造方法は通常の鎵造方法であり、特に限定はない。

例えば目的に応じた所定形状になるように、所定形状の型に、摺動面に鉄系多孔質材が露出する位置に設置し、前記アルミニウム合金を、所定圧力、所定温度で鎳造し、鉄系多孔質材を錶包み、なおかつ多孔質材の孔内まで、アルミニウム合金を鎵包む。

その後、所定温度で冷却し、摺動材料を型から取り出す。

次いで型から取り出した摺動材料の摺動面にホーユング加工を行う。該ホ一二ング加工を施すことにより摺動面は、鉄系多孔質材表面とアルミニウム合金表面の両方が存在する表面となる。

次にホーユング加工を施された摺動面に下記条件でショットブラスト処理を行う。 - ショット粒材質：亜口、、ショット粒の粒径 1 5 0 μ m以上 8 0 0 μ m以下、エア圧： 0 . I M P a以上 0 . 3 M P a以下、噴射距離： 5 0 mm以上 1 5 0 m m以下、投射時間： 5秒以上 4 5秒以下。

上記条件は、鉄系多孔質材を傷つけずに、鉄系多孔質材の表面に亜鉛が機械的に付着形成されることが出来る条件である。

そのため、該摺動部材は、鉄'系多孔質材の摺動表面に新たな傷を付けずに、鉄系多孔質材表面に亜鉛が機械的に付着されることにより、低い摩擦係数を持つことが出来、良好な摺動特性を持つことが出来る。

また上記条件は、鉄系多孔質材を傷つけずに、アルミニウム合金の表面にのみ凹部を形成出来る条件でもある。該形成された凹部は、表面からの深さが 0 . 1 μ ηι〜5 ^ ιη、凹部の直径は、 5 μ π！〜 1 0 0 ^ mである。

このように形成された凹部は、潤滑剤等を使用した場合、潤滑剤等の油溜まりとなることが出来る。そのため、該摺動部材は、表面に新たな傷を付けずに、.潤滑剤等の使用時に潤滑剤等を適正量保持できるため、低レ、摩擦係数を持つことが出来、良好な摺動特性を持つことが出来る。 .

また必要な面に部分的にショットプラスト処理を行うことが出来るので、従来から行われている電解腐食処理に比べ、低コストで簡便に処理を行うことが出来る。 '

本発明の摺動部材は、上記摺動材料を用いたものである。本発明における摺動部材は、所定の形状を有する。所定形状は、特に限定はなく、摺動部材としての用途に合わせたものとなる。例えば本発明の摺動部材は、一部表面が摺動面となるエンジンブロック、油圧ポンプ、コンプレッサー部品、軸受け等に使用できる。実施例

以下に、摺動部材の試験例を説明する。試験例として金属基材は鉄系の多孔質材にアルミニウム合金を铸包んだものを用いた。図 1に試験例の摺動部材の製造方法の一部説明図（断面図）を示す。

鉄系の多孔質材である、空隙率 1 8 %の円筒状の鉄系多孔質焼結体 1を用意した。鉄系多孔質焼結体 1の材質は、純鉄（K I P 4 4 0 B ) を用いた。鉄系多孔質焼結体 1の形状は直径 8 6 mmの円筒形状であり、高さ 1 6 O mm、筒の厚み 5 mmのものを用いた。

図 1に示すように、上記鉄系多孔質焼結体 1をシリンダープロックの金型 2に、摺動面に鉄系多孔質焼結体 1が面するように設置した。金型 2はシリンダープロックの金型であり、図 1に示すような筒状の形状となっている。

この金型 2にアルミニウム合金（A D C 1 2 ) を、鉄系多孔質焼結体 1の外周面側と底面から注湯した。このときの錡造条件は、溶湯温度 6 8 0 °C、型温 2 5 0 °C、鉄基多孔質焼結体 1の予熱 8 0 0 °C、溶湯圧力 8 3 M P aとした。

このようにして、アルミニウム合金溶湯を、鉄系多孔質焼結体 1の外周面側と底面から内部へ铸包んだ。このようにして得られたシリンダーボア 3の摺動内周面を、ホーユングマシンでホーユング加工した。

上記のように製造されたシリンダーボア 3を用いて各種条件でショットブラスト処理を行いその表面観察を行った。 . ショットブラスト処理は、前記シリンダーボア 3の摺動面である筒の内面にショットブラスト装置 4を用いて行った。ショットプラスト装置は、新東ブレータ一社製を用いた。

表 1に実施したショットブラスト処理条件を示す。また図 2に表 1に示した条件でショットブラスト処理を行った一部のシリンダーボアの摺動内周面表面の E P M Aマツピング像（ E P M A：電子線プローブマイクロアナライザ一）を示す。 '〔表 1〕

図 2には表 1の No. 8 (記載 No. 2-4) である金属粒子として亜鉛を用いたものの表面の E PMAマッピングを記載した。 EP'MAは、島津製作所製 E PMA- 1600を用いて行った。図 1の左上図は各組成金属の元素分布像を示し、右上、右下、左下図はそれぞれアルミニウム、亜鉛、鉄の元素分布像を示す。各 4図はどれも同一場所をマッピングしたものである。左上図は、金属の各組成をマッピングしたものであり、比重が重い金属が白く記載され、軽い金属が黒く記載される。この場合黒で表されているのがアルミニウム合金、白く表されたものが亜鉛、白っぽい灰色で記載されたものが鉄を表す。

同様に右上図はアルミニウムの元素分布像を示し、右上図において'白い部分がアルミニウムを示す。左下図は鉄の元素分布像を示し、白く示される部分が鉄を示す。また右下図は亜鉛の元素分布像を示し、白く見える部分が亜鉛を示す。この 4図から、亜鉛はアルミニゥムではなく鉄部分に付着していることが分かる。

各ショットブラスト処理条件で行った各試料の表面粗さを接触式表面粗さ計で測定し表 1の R z (μπι) の欄に記載した。

表 1の No. 1 (記載 No. 0) (以下 No. は記載 No. を用いて説明する）は、ホーユングマシンでホーユング加工し、ショットブラスト処理を行わなかつたものである。

表 1の記載 N o . 1は、ショット粒子をアルミナ砥粒 # 80 (株式会社新東ブレーター製、品番 A F 80中心粒径約 190 μ m (粒径範囲 1 50〜212 /^πι) とし表 1に記載の条件でショットブラスト処理を行ったものである。表 1に見られるように表面粗さ（R z ) は 1 6. 9 ^ mと大きなものとなっている。

表 1の記載 N o . 2、 2— 1、. 2— 2はショット粒子をスチール（株式会社新東ブレーター製、品番 S B— 3、中心粒径約 3 0 0 μ m (粒径範囲 1 8 0〜 5 0 O u m) ) とし、表 1に記載のショット条件でショットブラスト処理を行ったものである。

スチールのショット粒子を用いているため、ショットブラスト処理により全体的にアルミニウム合金も鉄系多孔質焼結材も表面が削られ、表 1に見られるように表面粗さ R z力 S8. 8 /i m以上と大きな値となった。

表 1の記載 N o . 3、 2— 3、 2— 4はショット粒子を亜鉛（株式会社新東ブレーター製、品番 AD— 4、中心粒径約 4 0 0 i m (粒径範囲 2 9 7〜7 1 0 μ m) ) とし、表 1に記載のショット条件でショットブラスト処理を行ったものである。

表 1に記載のように表面粗ざは 5 μ m未満と小さなものとなつた。亜鉛のショット粒子は、アルミニウム合金より硬く鉄系多孔質焼結材より軟らかいため、鉄を傷つけずアルミニゥム合金部分を選択的に切削することが出来るため表面粗さ (R z) をあまり大きくしなかったと考えられる。

また図 5に表 1に示した条件でショットプラスト処理を行った一部のシリンダ一ボアの摺動内周面表面の S EM観察結果を示す。また表 1に記載の記載 No.は図 5の S EM写真の数字に対応する。

表 1、図 5の N o . 1 (記載 N o . 0) (以下 N o . は記載 N o . を用い説明する）は、ホーエングマシンで鏡面加工し、ショットプラスト処理を行わなかつたものである。図 5の記載 N o. 0の S EM写真に見られるように試料表面は、ホーユング加工のクロスハッチ条痕が見られるが S EM写真上で黒く見られるはずの凹部は観察されなかった。

鏡面加工されたシリンダーボアの摺動内周面を観察すると、鉄系多孔質焼結体の空隙部にアルミニゥム合金が入り込んだ表面が観察された。従って表面には、鉄系多孔質焼結体表面とアルミニゥム合金表面の両者が存在していた。

図 5の記載 N o . 1は、ショット粒子をアルミナ（株式会社新東ブレーター製、品番 A F 8 0粒子径約 2 0 0 μ ηι) とし、表 1に記載の条件でシヨットブラスト処理を行ったものの表面 S EM写真を表す。

アルミナは鉄及ぴアルミニウム合金よりも固いため図 5の記載 No. 1にみられるように、表面はアルミニウム合金も鉄系多孔質焼結材も全体的にアルミナ粒子によって削られ、表面は全体的に大きな凹凸ができているのが観察される。また表 1に見られるように表面粗さ（R z) は 16. 9 μιηと大きなものとなっている。

図 5の記載 No. 2— 2はショット粒子を鉄（株式会社新東ブレーター製、品番 S B— 3、粒子径約 300 / m) とし、表 1に記載のショット条件でショットプラスト処理を行ったものの表面 S EM写真を表す。

鉄のショット粒子を用いているため、ショットブラスト処理により全体的にァルミニゥム合金も鉄系多孔質焼結材も表面が削られ、表 1に見られるように表面粗さ R zが 8. 8 m以上となった。

表面粗さは大きい値となるが、図 5の記載 No. 2— 2に見られるように、表面に細かい回部は少ない。

図 5の記載 N o. 2— 4はショット粒子を亜鉛（株式会社新東ブレーター製、品番 AD— 4、粒子径約 400 μπι) とし、表 1に言己載のショット条件でショットブラスト処理を行ったものの表面 SEM写真を表す。

表 1に記載のように表面粗さは 5 μ m未満であり、図 5の記載 N o. 2— 4に見られるように表面に細かい凹部が多数存在することが観察された。凹部は様々な形状が見られるが、略円形状とすると直径 2 ！〜 20 Atm程度の凹部が観察された。

亜鉛のショット粒子は、アルミニウム合金より硬く鉄系多孔質焼結材より軟らかいため、鉄を傷つけずアルミニウム合金部分を選択的に切削することが出来るため表面粗さ（R z) をあまり大きくせず、細かい凹部を多数形成出来たと考えられる。

上記条件で作製した各シリンダーボア試料を用いて摺動実験を行った。

摺動実験は、摺動させる相手材をピストンリング（窒化 SUS) とし、往復摺動試験機を用いて、ストローク ·速度： 40 mm * 500 c pm、荷重： 3 k g f 、面圧最大へルツ応力： 20 k g f /mm², 試験温度： 70°Cの条件で摺動試験を行い、焼付前の摩擦係数と焼き付き時間（分）を測定した。潤滑油として

CC級ディーゼル用 Eノ Gオイル、塗布： 0. 13m g/ cm²を用いた。

表 2に、各試料の焼付前の摩擦係数と焼き付き時間を表した。また図 3に表面粗さ（Rz) と焼き付き時間（分）とを比較したグラフ、図 4に表面粗さ（Rz) と焼き付き前の摩擦係数とを比較したグラフを示す。

〔表 2〕

摺動試験は試料の記載 N o . 0、 1、 3、 2— 3、 2— 4で行った。

ショットブラスト処理を行っていない記載 No. 0の試料は、表面粗さ（R z) が 0. 7 μπιであり、摺動試験において 0. 15分という短時間で焼き付いてしまった。また焼付前の摩擦係数も 0. 64という高いものであった。

またアルミナを用いてショットブラスト処理を行った記載 No. 1の試料は、表面粗さ（Rz) が 16. 9 μπιという高いものであり、 SEM観察において大きな凹凸が見られたものである。記載 No. 1.の試料は、摺動試験において焼付き時間は 29分であり、焼付前の摩擦係数は 0. 3であった。

それに対し亜鉛を用いてショットブラスト処理を行った記載 No.3、 2— 3、 2— 4の試料は、表面粗さ（Rz) が 2〜5 μηιであり、 S ΕΜ観察において多数の凹部が観察されたものである。記載 No. 3、 2— 3、 2— 4の試料は、 R zが低いにもかかわらず、焼き付き時間が他の試料に比べ大幅に向上した。また焼付前の摩擦係数も他の試料に比べ低くなった。

亜をショット粒子に用いた試料は、鉄系焼結体表面を傷つけて表面粗さを大きくすることなく、鉄系焼結体表面に亜鉛が付着形成されたことにより摩擦係数を低減できたと考えられる。またさらに表面に凹部が多数存在することにより、凹部が油溜まりとなって、潤滑油を保持出来たと考えられる。そのため摺動試験において試料全体の摩擦係数を小さくでき、これにより焼き付き時間を長くできたと考えられる。また E P MAマツピングから計算された亜鉛の付着面積が 8 %以上であることにより効果があった。

このように上記摺動部材は、摺動面において摩擦係数の大きな金属面に低摩擦係数の付着金属を 8 %以上付着することが出来たことによって、表面粗さを大きくすることなく、低い摩擦係数を持つことによって、摺動特性を向上させる摺動部材となることが出来る。

またさらにこのように上記摺動部材は、摺動面において上記凹部が油溜まりを形成することによって、潤滑剤等を適正量保持出来、表面を新たに油保持用の傷をつけることなく、低い摩擦係数を持ちながら、油の潤滑効果を活用できる摺動部材となることが出来る。

Claims

請求の範囲

1 . 金属基材と、前記金属基材の摺動表面に前記金属基材より軟質で且つ摩擦係数の小さい金属粒子をショットブラス卜することにより前記金属基材の摺動表面の少なくとも 8 %以上を覆うように機械的に付着形成された付着金属と、を有することを特徴とする摺動材料。

2 . 前記金属基材は、鉄、鉄系合金、鉄系多孔質材、及び鉄系多孔質材にアルミニゥム、アルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金を铸包み、摺動表面に前記鉄系多孔質材を露出させた複合材のうちのいずれかひとつであり、前記金属粒子は、亜鉛、すず、金、銅及ぴマグネシウムのうちの少なくとも一種を含む請求項 1に記載の摺動材料。

3 . 前記金属基材は、第 1の多孔質金属基材に前記第 1の多孔質金属基材よりも軟質の第 2の金属基材を铸包み、摺動表面に前記第 1の多孔質金属基材を露出させた複合材であり、前記金属粒子は前記第 1の多孔質金属基材ょりも軟質で且つ、前記第 2の金属基材よりも硬質であり、前記付着金属は、前記金属粒子をシヨットブラストすることにより前記第 1の多孔質金属基材の摺動表面に機械的に付着形成される請求項 1に記載の摺動材料。 .

4 . 前記第 1の多孔質金属基材は鉄系多孔質材であり、前記第 2の金属基材はアルミニウム合金であり、前記金属粒子は亜鉛であり、前記付着金属は前記摺動表面の前記鉄系多孔質材面に機械的に付着形成されている請求項 3に記載の撂動材料。

5 . 前記第 2の金属基材の前記摺動表面は前記金属粒子^ショットブラストすることにより形成された凹部を有する請求項 3又は 4に記載の摺動材料。

6 . 前記ショットブラストの処理条件は下記条件である請求項 1〜5のいずれかに記載の摺動材料。

金属粒子の粒径 1 5 0 μ m以上 8 0 0 μ m以下

エア圧： 0 . I M P a以上 0 . 3 M P a以下

噴射距離： 5 0 mm以上 1 5 0 mm以下

投射時間： 5秒以上 4 5秒以下 '

7 . 請求項 1〜6のいずれかに記載の摺動材料を用いた所定形状を有する摺動部材。

8 . 前記摺動部材がシリンダーポアである請求項 7に記載の摺動部材。