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JPH06172893A - 耐摩耗性に優れた摺接部材及びその製造方法 - Google Patents

耐摩耗性に優れた摺接部材及びその製造方法

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Publication number
JPH06172893A
JPH06172893A JP5038470A JP3847093A JPH06172893A JP H06172893 A JPH06172893 A JP H06172893A JP 5038470 A JP5038470 A JP 5038470A JP 3847093 A JP3847093 A JP 3847093A JP H06172893 A JPH06172893 A JP H06172893A
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JP
Japan
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particles
cylinder liner
wear resistance
weight
carbon
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5038470A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Tanida
芳夫 谷田
Yukihiro Sugimoto
幸弘 杉本
Takatoshi Motonaga
隆勇 元永
Kentaro Nakamura
中村  健太郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MATSUDA MICRON KK
Mazda Motor Corp
Original Assignee
MATSUDA MICRON KK
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MATSUDA MICRON KK, Mazda Motor Corp filed Critical MATSUDA MICRON KK
Priority to JP5038470A priority Critical patent/JPH06172893A/ja
Priority to KR1019930004576A priority patent/KR940007210A/ko
Priority to EP93105281A priority patent/EP0589137A1/en
Publication of JPH06172893A publication Critical patent/JPH06172893A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン粒子およびカーボン粒子保持強度が
高く加工性および耐摩耗性に優れたシリンダライナを容
易に形成することができるシリンダライナの製造方法を
提供する。 【構成】 AC8A合金粉とシリコン粒子とカーボン粒
子との混合物に熱間圧縮成形を施してシリンダライナを
形成する。これにより、シリコン粒子およびカーボン粒
子をシリンダライナ中に均一に分散させる。その際、上
記シリコン粒子およびカーボン粒子として、粒子径1〜
40μmおよび0.1〜40μmのものをそれぞれ用
い、その含有率を、2〜8重量%および1〜27重量%
にそれぞれ設定し、上記熱間圧縮成形をAC8A合金粉
の半溶融状態で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンのシリ
ンダブロックのピストン摺動面に設けられるシリンダラ
イナ等の耐摩耗性に優れた摺接部材およびその製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリンダブロックのピストン摺動面には
耐摩耗性が要求されるが、アルミニウム合金製のシリン
ダブロックにおいては、この耐摩耗性を確保するため、
鋳鉄製のシリンダライナをシリンダブロック本体に鋳ぐ
るんだり圧入したりする工夫が従来よりなされている。
【0003】しかしながら、鋳鉄製のシリンダライナを
用いるとシリンダブロック全体としての重量が大きくな
るのでこれを軽量化することが望まれ、また、この鋳鉄
製のシリンダライナをアルミニウム合金製のシリンダブ
ロック本体に鋳ぐるんだ場合には、十分な密着性が得ら
れないのでガス漏れや冷却水漏れが生じやすい、という
問題がある。
【0004】このため、従来より、シリンダライナをシ
リンダブロック本体と同じアルミニウム系の材料で形成
するとともにこれにシリコンを含有させることにより、
上記問題を解消する工夫がなされている。例えば、特開
昭52−109415号公報には、アルミニウム−シリ
コン合金にSiCと黒鉛とを混合し、これを押出成形し
て、シリンダライナを形成する方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリン
ダライナをシリンダブロック本体と同じアルミニウム系
の材料で形成する際、上記のようにアルミニウム−シリ
コン合金を用いるようにした場合には次のような問題が
ある。すなわち、アルミニウム−シリコン合金を構成す
るシリコンのうち、共晶シリコンは粒子径が小さすぎて
耐摩耗性向上に寄与せず、粒子径の大きい初晶シリコン
のみが耐摩耗性向上に寄与することとなるが、この初晶
シリコンの粒子径を製造上コントロールすることは困難
であり、このため粒子径が必要以上に大きい初晶シリコ
ンを含むシリンダライナが形成されてしまうことがあ
る。このようなシリンダライナは、初晶シリコンの保持
強度が十分でなく、また、加工性が悪く、しかも、摺接
する相手側部材であるピストンリングを早期に摩耗させ
る原因となる。さらに、上記初晶シリコン粒子(シリコ
ン粒子)および黒鉛粒子(カーボン粒子)の保持強度を
高めるためには、シリコン粒子およびカーボン粒子を摺
接部材内に均一に分散させることが肝要であるが、この
ような均一分散を行うことは上記従来の製造方法では困
難である。
【0006】このような問題は、シリンダライナに限ら
ず、それ以外の摺接部材(例えば、カーコンプレッサの
ベーン、自動変速機用バルブ、あるいは摺接部を有する
アルミハウジングやアルミケーシング等)においても同
様に存在する問題である。
【0007】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、シリコン粒子およびカーボン粒子の保
持強度が高く加工性および耐摩耗性に優れた摺接部材お
よびこれを容易に形成することができる摺接部材の製造
方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る耐摩耗性に
優れた摺接部材の製造方法は、シリコンおよびカーボン
を粒子状態でアルミニウム系粒子に所定の混合率で混合
し、これを熱間圧縮成形するようにすることにより、上
記目的達成を図るようにしたものである。
【0009】すなわち、請求項1記載に記載したよう
に、アルミニウム系粒子に2〜8重量%のシリコン粒子
と1〜27重量%のカーボン粒子とを混合し、この混合
物を熱間圧縮成形することにより摺接部材を形成する、
ことを特徴とするものである。
【0010】上記「カーボン粒子」は、不定形構造のカ
ーボンからなる粒子のほか、不定形構造のカーボン中に
一部グラファイト化した構造を持つものからなる粒子、
不定形構造のカーボンとグラファイトとを混合したもの
からなる粒子、グラファイトのみからなる粒子をも含む
概念である。
【0011】
【発明の作用および効果】上記構成に示すように、請求
項1記載の発明によれば、アルミニウム系粒子とシリコ
ン粒子とカーボン粒子との混合物に熱間圧縮成形を施し
て摺接部材を形成するようになっているので、シリコン
粒子およびカーボン粒子を摺接部材内に均一に分散させ
ることができ、しかも、このシリコン粒子を耐摩耗性を
向上させる上で好ましい粒子径に、カーボン粒子を潤滑
性を向上させる上で好ましい粒子径に、それぞれ設定す
ることが容易に可能となる。
【0012】上記シリコン粒子は、その含有率が低すぎ
ると耐摩耗性向上効果が小さく、一方、その含有率が高
すぎると相手側部材の摩耗が増大し、その摩耗粉により
自らも摩耗増大することとなるが、シリコン粒子の含有
率は2〜8重量%であるので、相手側部材の摩耗を増大
させることなく耐摩耗性を向上させることができる。
【0013】また、上記カーボン粒子は、自己潤滑性を
有しているが、このカーボン粒子は、その含有率が低す
ぎると潤滑効果が小さく、一方、その含有率が高すぎる
と、潤滑効果は飽和してしまい、かつ熱間圧縮成形性が
低下するとともに成形品の強度が著しく低下することと
なるが、カーボン粒子の含有率は1〜27重量%である
ので、熱間圧縮成形性および成形品の強度の低下を許容
範囲内に抑えた上で潤滑効果を得ることができる。
【0014】したがって、本発明によれば、シリコン粒
子およびカーボン粒子の保持強度が高く加工性および耐
摩耗性に優れた摺接部材を容易に形成することができ、
かつ所要の潤滑効果を得ることができる。
【0015】この場合において、請求項2に記載したよ
うに、上記熱間圧縮成形をアルミニウム系粒子の半溶融
状態で行うようにすれば、シリコン粒子およびカーボン
粒子の脱落が起こりにくい成形品を形成することがで
き、これにより摺接部材の強度(硬度、引張り強さ等)
を向上させることができる。
【0016】また、請求項3に記載したように、上記製
造方法により製造される耐摩耗性に優れた摺接部材がシ
リンダライナである場合には、請求項4に記載したよう
に、シリコン粒子の粒子径を1〜40μm、カーボン粒
子の粒子径を0.1〜40μmとすれば、一層効果的で
ある。すなわち、シリコン粒子の粒子径が大きすぎると
加工性が低下するとともに相手側部材であるピストンリ
ングの摩耗を増大させることとなり、一方、シリコン粒
子の粒子径が小さすぎると耐摩耗性に寄与しなくなる
が、シリコン粒子の粒子径が1〜40μmであるので、
加工性の低下およびピストンリングの摩耗を増大させる
ことなく耐摩耗性を向上させることができる。また、カ
ーボン粒子の粒子径が小さすぎるとカーボン粒子の凝集
によりシリンダライナが脆くなってしまい、一方、カー
ボン粒子の粒子径が大きすぎるとその脱落および粒子の
破壊が生じやすくなるが、カーボン粒子の粒子径が0.
1〜40μmであるのでこれらの問題が生じるのを防止
することができる。
【0017】さらに、上記シリンダライナにおいては、
その上死点部分においてオイル切れが生じやすいことか
ら、請求項5に記載したように、カーボン粒子の含有率
を高め(12〜27重量%)に設定して潤滑性を向上さ
せるようにしてもよい。
【0018】この場合、上記シリンダライナは、アルミ
ニウム系粒子とシリコン粒子とカーボン粒子との混合物
の熱間圧縮成形により形成されるものであり、部位によ
って組成の異なるシリンダライナも容易に構成すること
ができるので、請求項6に記載したように、上記シリン
ダライナの上死点部分と中間部分との比較において、上
死点部分ではカーボン粒子が多く(12〜27重量
%)、中間部分ではカーボン粒子が少なく(1〜7重量
%)なるように構成してもよく、このようにすれば、オ
イル切れが生じやすい上死点部分では潤滑性を向上させ
ることができるとともに、ピストンおよびピストンリン
グが高速で摺動する中間部分では耐摩耗性を向上させる
ことができる。
【0019】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例について説明する。
【0020】図1は、本発明に係る耐摩耗性に優れた摺
接部材の製造方法の一実施例を示す工程概要図である。
【0021】本実施例においては、摺接部材としてシリ
ンダライナを製造するものであり、まず、原料として、
母材となるAC8A合金粉(アルミニウム系粒子)と、
耐摩耗性付与のための硬質粒子であるシリコン粒子と、
自己潤滑成分であるカーボン粒子(不定形構造のカーボ
ンからなる粒子)とを準備する(図1(a))。上記A
C8A合金粉に代えて、他のアルミニウム合金粉あるい
は純粋なアルミニウム粒子を用いてもよい。上記シリコ
ン粒子は粒子径1〜40μm、上記カーボン粒子は粒子
径0.1〜40μmのものを用いる。
【0022】上記シリコン粒子の粒子径を1〜40μm
としたのは、その粒子径が1μm未満では耐摩耗性に寄
与せず、40μmを超えると加工性が低下するとともに
ピストンリングの摩耗を増大させることとなるからであ
る。上記カーボン粒子の粒子径を0.1〜40μmとし
たのは、0.1μm未満ではカーボン粒子の凝集により
シリンダライナが脆くなってしまい、40μmを超える
とカーボン粒子の脱落を生じてしまうからである。
【0023】次に、上記原料を、シリコン粒子が2〜8
重量%、カーボン粒子が12〜27重量%、残りがAC
8A合金粉となるように混合する(図1(b))。
【0024】上記シリコン粒子の含有率を2〜8重量%
としたのは、図2に示すように、2重量%未満では耐摩
耗性向上効果が小さく、8重量%を超えると、相手側部
材であるピストンリングの摩耗が増大し、その摩耗粉に
よってシリンダライナの摩耗も増大するからである。ま
た、上記カーボン粒子の含有率を12〜27重量%とし
たのは、図3に示すように、12重量%未満では潤滑効
果が小さくシリンダライナの摩耗が増大してしまい、2
7重量%を超えると、潤滑効果は飽和するとともに耐摩
耗性が低下し、さらに上記混合の後に行われる熱間圧縮
成形の成形性が低下するとともに成形品の強度が著しく
低下するからである。
【0025】次に、上記混合物を型に封入して予備加熱
した(図1(c))後、この混合物に熱間圧縮成形を施
し(図1(d))、これにより、シリンダライナを形成
する(図1(e))。
【0026】上記予備加熱は、上記混合物から水分を除
去するとともに、後の熱間圧縮成形の成形時間を短縮す
るために行うものであり、その予備加熱温度は500℃
程度に設定する。
【0027】また、上記熱間圧縮成形は、AC8A合金
粉が半溶融状態となる530〜590℃程度の成形温度
で、500kg/cm2 以上の成形圧力をかけて行う。
上記成形温度を、530〜590℃程度としたのは、5
30℃未満の温度では十分な固化が困難となる一方、5
90℃を超える温度では、加圧により液相のみが流動し
て均一な成形品が得られないからである。つまり、上記
熱間圧縮成形をAC8A合金粉の半溶融状態で行うこと
により、成形品からシリコン粒子およびカーボン粒子の
脱落が起こりにくくして、図4に示すように、シリンダ
ライナの強度(硬度、引張り強さ等)を向上させるよう
にするためである。また、上記成形圧力を500Kg/
cm2 以上としたのは、図5に示すように、シリンダラ
イナに十分な密度および強度を与えるためである。
【0028】こうして形成されたシリンダライナは、そ
の後、ダイカスト鋳造によりアルミニウム製シリンダブ
ロック本体に鋳ぐるまれてシリンダブロックの一部とな
る(図1(f)、(g))。
【0029】以上詳述したように、本実施例によれば、
AC8A合金粉とシリコン粒子とカーボン粒子との混合
物に熱間圧縮成形を施してシリンダライナを形成するよ
うになっているので、シリコン粒子およびカーボン粒子
をシリンダライナ中に均一に分散させることができる。
【0030】その際、上記シリコン粒子およびカーボン
粒子の含有率を上記範囲内に設定したので、ピストンリ
ングの摩耗を増大させることなくシリンダライナの耐摩
耗性を向上させることができるとともに、熱間圧縮成形
性およびシリンダライナの強度の低下を生じさせること
なく潤滑効果を得ることができる。
【0031】しかも、上記製造方法を採用することによ
り、シリンダライナ中のシリコン粒子およびカーボン粒
子の粒子径を任意に設定することが容易となるが、本実
施例においては、これら各粒子径を上記範囲内に設定し
たので、シリンダライナ加工性を低下させることなく、
また、ピストンリングの摩耗を増大させることなく、シ
リンダライナの潤滑性を確保した上で、その耐摩耗性を
向上させることができる。
【0032】したがって、本実施例によれば、シリコン
粒子およびカーボン粒子の保持強度が高く加工性および
耐摩耗性に優れたシリンダライナを容易に形成すること
ができ、かつ所要の潤滑効果を得ることができる。
【0033】上記実施例においては、シリコン粒子およ
びカーボン粒子をシリンダライナ中に均一に分散させる
ようにしたが、シリンダライナの上死点部分においては
オイル切れが生じやすく、シリンダライナの中間部分に
おいてはピストンおよびピストンリングが高速で摺動す
ることに鑑み、上記混合を行う際、上死点部分と中間部
分との比較において、カーボン粒子の含有率が上死点部
分では高く(12〜27重量%)中間部分では低く(1
〜7重量%)なるよう、部位によって組成の異なるシリ
ンダライナを構成するようにしてもよく、これにより、
オイル切れが生じやすい上死点部分の潤滑性を向上させ
るとともに、ピストンリングが高速で摺動する中間部分
の耐摩耗性を向上させることができる。
【0034】すなわち、シリンダライナの中間部分にお
いては、ピストンおよびピストンリングの摺動速度が大
きく、上死点部分に比して油膜の形成が容易なため、接
触面に必要なカーボン粒子の含有率は低くなるが、図6
に示すように、カーボン粒子の含有率が1重量%未満で
はカーボンによる潤滑効果が不足するとともに耐摩耗性
が低下し、一方、7重量%を超えるカーボンを分散させ
ると基地がカーボンを保持しきれずカーボンの欠落が加
速され、その結果として摩耗が増大するので、カーボン
粒子の含有率を1〜7重量%とするのが好ましい。な
お、図6に示す摺動速度1.0m/sは、上死点より少
し下側の部分における摺動速度である。中間部分におい
てはこれよりも大きな摺動速度となるが十分なオイル供
給がなされるため、上記摺動速度での試験結果に基づい
てカーボン粒子の含有率を設定して差支えない。
【0035】これに対し、シリンダライナの上死点部分
においては、ピストンおよびピストンリングの摺動速度
が小さくかつ高温になるので、オイル切れが生じやす
く、このため、適正なカーボン粒子の含有率も高くな
る。すなわち、図3の説明の際に述べたように、上死点
部分においては、カーボン粒子の含有率を12〜27重
量%とするのが好ましい。なお、図3に示す摺動速度
0.1m/sは、極めて小さい速度であり、上死点部分
における摺動速度として採用するのに適当な速度であ
る。
【0036】上記実施例においては、シリンダライナの
上死点部分と中間部分とでシリコン粒子の含有率を同一
としたが、シリコン粒子の含有率を上死点部分で低く中
間部分で高くするようにしてもよい。これにより、ピス
トンリングが高速で摺動する中間部分での耐摩耗性を確
保することができるとともに、カーボン粒子の含有率を
上死点部分で高く中間部分で低くなるよう調製すること
が容易に可能となる。
【0037】上記実施例におけるカーボン粒子は、不定
形構造のカーボンからなる粒子であるが、これに代え
て、不定形構造のカーボン中に一部グラファイト化した
構造を持つものからなる粒子、不定形構造のカーボンと
グラファイトとを混合したものからなる粒子、あるい
は、グラファイトのみからなる粒子とすれば、一層効果
的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る耐摩耗性に優れた摺接部材の製造
方法の一実施例を示す工程概要図
【図2】上記実施例における、シリコン粒子の含有率と
比摩耗量との関係を示すグラフ
【図3】上記実施例における、カーボン粒子の含有率と
比摩耗量との関係を示すグラフ
【図4】上記実施例における、成形温度とシリンダライ
ナの硬度および引張り強さとの関係を示すグラフ
【図5】上記実施例における、成形圧力とシリンダライ
ナの硬度との関係を示すグラフ
【図6】上記実施例の変形例を示す、図3と同様の図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 元永 隆勇 広島県東広島市高屋町大字郷676番地 マ ツダミクロン株式会社内 (72)発明者 中村 健太郎 広島県東広島市高屋町大字郷676番地 マ ツダミクロン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム系粒子に2〜8重量%のシ
    リコン粒子と1〜27重量%のカーボン粒子とを混合
    し、この混合物を熱間圧縮成形することにより摺接部材
    を形成する、ことを特徴とする耐摩耗性に優れた摺接部
    材の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記熱間圧縮成形を前記アルミニウム系
    粒子の半溶融状態で行う、ことを特徴とする請求項1記
    載の耐摩耗性に優れた摺接部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記摺接部材がシリンダライナである、
    ことを特徴とする請求項1または2記載の製造方法によ
    り製造される耐摩耗性に優れた摺接部材。
  4. 【請求項4】 前記シリコン粒子の粒子径が1〜40μ
    m、前記カーボン粒子の粒子径が0.1〜40μmであ
    る、ことを特徴とする請求項3記載の耐摩耗性に優れた
    摺接部材。
  5. 【請求項5】 前記シリコン粒子の含有率が2〜8重量
    %、前記カーボン粒子の含有率が12〜27重量%であ
    る、ことを特徴とする請求項3または4記載の耐摩耗性
    に優れた摺接部材。
  6. 【請求項6】 前記シリンダライナの上死点部分におけ
    る前記シリコン粒子の含有率が2〜8重量%、前記カー
    ボン粒子の含有率が12〜27重量%であり、前記シリ
    ンダライナの中間部分における前記シリコン粒子の含有
    率が2〜8重量%、前記カーボン粒子の含有率が1〜7
    重量%である、ことを特徴とする請求項3または4記載
    の耐摩耗性に優れた摺接部材。
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