JPH0249956A - セラミック材料から成る相対摺動部材 - Google Patents
セラミック材料から成る相対摺動部材Info
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- JPH0249956A JPH0249956A JP63197151A JP19715188A JPH0249956A JP H0249956 A JPH0249956 A JP H0249956A JP 63197151 A JP63197151 A JP 63197151A JP 19715188 A JP19715188 A JP 19715188A JP H0249956 A JPH0249956 A JP H0249956A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
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。
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〕
この発明は、セラミック材料を摺動部材としたシリンダ
ライナとピストンリング等の相対摺動部材に関する。
ライナとピストンリング等の相対摺動部材に関する。
従来、セラミック材料を用いたエンジンにおけるシリン
ダライナについては、例えば、セラミックわ〕体層に流
体による高圧を冷間で等方的に加えて成形する冷間等方
加ニブレス即ちＣＩ Ｐ （ｃｏｌｄｉｓｏｓｔａｔｉ
ｃａｌ ｐｒｅｓｓ ） 、或いはセラミック泥漿を多
孔質の石膏型に注入して製作するスリップキャスティン
グ等によって成形し、次いで焼成して機械加工して製作
している。セラミック材から成るシリンダライナの構造
については、例えば、実開昭５８−７９０４０号公報に
開示されている。該実開昭５８−７９０４０号公報に開
示されたセラミックス製シリンダライナについて、第４
図を参照して説明する。該セラミックス製シリンダライ
すは、内燃機関のシリンダライナにおいて内側シリンダ
ライナ３１と外側シリンダライナ３２との二重構造とし
、内側シリンダライナ３１を低熱伝導率のセラミックス
から構成し、外側シリンダライナ３２を高強度のセラミ
ックスから構成したものであり、詳しくは、内側シリン
ダライナ３１の材質をＺｒ（ｈ又は２Ｍｇ０ ・２Ａ
ｂＯｉ ・５ＳｉＯｔで製作し、外側シリンダライナ３
２の材質をＳ＊ｓＮ４で製作したものである。
ダライナについては、例えば、セラミックわ〕体層に流
体による高圧を冷間で等方的に加えて成形する冷間等方
加ニブレス即ちＣＩ Ｐ （ｃｏｌｄｉｓｏｓｔａｔｉ
ｃａｌ ｐｒｅｓｓ ） 、或いはセラミック泥漿を多
孔質の石膏型に注入して製作するスリップキャスティン
グ等によって成形し、次いで焼成して機械加工して製作
している。セラミック材から成るシリンダライナの構造
については、例えば、実開昭５８−７９０４０号公報に
開示されている。該実開昭５８−７９０４０号公報に開
示されたセラミックス製シリンダライナについて、第４
図を参照して説明する。該セラミックス製シリンダライ
すは、内燃機関のシリンダライナにおいて内側シリンダ
ライナ３１と外側シリンダライナ３２との二重構造とし
、内側シリンダライナ３１を低熱伝導率のセラミックス
から構成し、外側シリンダライナ３２を高強度のセラミ
ックスから構成したものであり、詳しくは、内側シリン
ダライナ３１の材質をＺｒ（ｈ又は２Ｍｇ０ ・２Ａ
ｂＯｉ ・５ＳｉＯｔで製作し、外側シリンダライナ３
２の材質をＳ＊ｓＮ４で製作したものである。
一般に、内燃機関のシリンダライナとピストンリング及
びピストンとの摺動による摩擦量は、内燃機関中で約５
０％以上を占めている。従って、この部分のフリクショ
ンを減少させると、全体の摩擦量を減らすことになり、
エンジンの燃費を著しく改善できることになる。
びピストンとの摺動による摩擦量は、内燃機関中で約５
０％以上を占めている。従って、この部分のフリクショ
ンを減少させると、全体の摩擦量を減らすことになり、
エンジンの燃費を著しく改善できることになる。
しかしながら、いたずらにセラミック材料を用いたとし
ても摩擦力が減少することはない。一般に、面粗さが摩
擦係数に影響を与えると言われている。ところで、摺動
材料のセラミック材料としては、窒化珪素（シリコンナ
イトライド： ５ｉＪｎ）、部分安定化ジルコニア（Ｐ
ＳＺ）、炭化珪素等が優れていると言われるが、多くの
論文等の結果では、その値は大幅に異なり、摩擦係数μ
も大変ことなる。しかし、−ａ的にセラミック材料は、
低い摩擦係数μを持っているため、摺動材料として掻め
て有用な材料であるが、材料の製造条件により千差万別
の特性を持つので、相対的に摺動する２つの摺動部材即
ち相対摺動部材を、両者共にセラミックスで製作しても
必ずしもフリクション即ち摩擦力を低減できるものでは
ない。
ても摩擦力が減少することはない。一般に、面粗さが摩
擦係数に影響を与えると言われている。ところで、摺動
材料のセラミック材料としては、窒化珪素（シリコンナ
イトライド： ５ｉＪｎ）、部分安定化ジルコニア（Ｐ
ＳＺ）、炭化珪素等が優れていると言われるが、多くの
論文等の結果では、その値は大幅に異なり、摩擦係数μ
も大変ことなる。しかし、−ａ的にセラミック材料は、
低い摩擦係数μを持っているため、摺動材料として掻め
て有用な材料であるが、材料の製造条件により千差万別
の特性を持つので、相対的に摺動する２つの摺動部材即
ち相対摺動部材を、両者共にセラミックスで製作しても
必ずしもフリクション即ち摩擦力を低減できるものでは
ない。
ところで、潤滑油には、酸化防止剤、異物取込み中和剤
、被膜創成剤等の化合物が混入されている。金属材から
成る２物体間の摺動接触の場合には、潤滑油が２物体間
を流れて被膜層が形成され流体潤滑されている。負荷が
大になると両者間に存在する潤滑油の被膜層が切断され
るが、その場合に、被膜層の切断部に潤滑油に混入した
上記化合物が金属材表面に付着して金属材の表面を保護
している。これに対して、セラミック材同士の摺動接触
については、表面被膜層は不要であって境界潤滑となる
ものであり、負荷が大になるとセラミック材を構成する
粒子が脱落し即ち粒子脱落となって潤滑されている。そ
して、セラミック材同士の接触運動即ち摺動運動では、
両者間のフリクションを低減するため、セラミック材の
表面に存在するポロシティ−即ちボア一部に潤滑油即ち
流体を保持することが好ましいものである。
、被膜創成剤等の化合物が混入されている。金属材から
成る２物体間の摺動接触の場合には、潤滑油が２物体間
を流れて被膜層が形成され流体潤滑されている。負荷が
大になると両者間に存在する潤滑油の被膜層が切断され
るが、その場合に、被膜層の切断部に潤滑油に混入した
上記化合物が金属材表面に付着して金属材の表面を保護
している。これに対して、セラミック材同士の摺動接触
については、表面被膜層は不要であって境界潤滑となる
ものであり、負荷が大になるとセラミック材を構成する
粒子が脱落し即ち粒子脱落となって潤滑されている。そ
して、セラミック材同士の接触運動即ち摺動運動では、
両者間のフリクションを低減するため、セラミック材の
表面に存在するポロシティ−即ちボア一部に潤滑油即ち
流体を保持することが好ましいものである。
そこで、断熱エンジンにおいて使用されているセラミッ
ク材料から成るシリンダライナ、ピストンリング等の摺
動部材について、窒化珪素等のセラミック材料で構成し
たシリンダライナの構造を如何にすれば、相対摺動部材
間のフリクションを低減できるかのｉｉｕがある。
ク材料から成るシリンダライナ、ピストンリング等の摺
動部材について、窒化珪素等のセラミック材料で構成し
たシリンダライナの構造を如何にすれば、相対摺動部材
間のフリクションを低減できるかのｉｉｕがある。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
シリンダライナ、ピストンリング等の摺動部材を窒化珪
素等のセラミック材料で製作した場合に、相対摺動部材
間、特に、シリンダライナとピストンリングとの摺動関
係のように、一方の摺動部材が他方の摺動部材の表面上
を往復移動するような相対摺動部材間について、セラミ
ック材料の双方の摺動面の面精度のみならず、気孔率の
相対関係に着眼したものであり、両者の摺動部材の摺動
面における面精度及び気孔率の相対関係を最適条件に選
定することによって、相対摺動部材の好ましい低フリク
ションの摺動特性を得ることであり、耐焼付性に優れ且
つ摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防止できるセラミ
ック材料から成る相対摺動部材を提供することである。
シリンダライナ、ピストンリング等の摺動部材を窒化珪
素等のセラミック材料で製作した場合に、相対摺動部材
間、特に、シリンダライナとピストンリングとの摺動関
係のように、一方の摺動部材が他方の摺動部材の表面上
を往復移動するような相対摺動部材間について、セラミ
ック材料の双方の摺動面の面精度のみならず、気孔率の
相対関係に着眼したものであり、両者の摺動部材の摺動
面における面精度及び気孔率の相対関係を最適条件に選
定することによって、相対摺動部材の好ましい低フリク
ションの摺動特性を得ることであり、耐焼付性に優れ且
つ摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防止できるセラミ
ック材料から成る相対摺動部材を提供することである。
この発明は、上記の課題を解決し、上記の目的を達成す
るために、次のように構成されている。
るために、次のように構成されている。
即ち、この発明は、セラミック材料から成る摺動面移動
側の摺動部材の面精度及び気孔率を、セラミック材料か
ら成る摺動面非移動側の摺動部材の面精度及び気孔率よ
り小さくなるように前記各摺動部材を組せ合わせたこと
を特徴とする相対摺動部材に関する。
側の摺動部材の面精度及び気孔率を、セラミック材料か
ら成る摺動面非移動側の摺動部材の面精度及び気孔率よ
り小さくなるように前記各摺動部材を組せ合わせたこと
を特徴とする相対摺動部材に関する。
また、摺動面移動側の前記摺動部材がシリンダライナで
あり、摺動面非移動側の前記摺動部材がピストンリング
であることを特徴とする相対摺動部材に関する。
あり、摺動面非移動側の前記摺動部材がピストンリング
であることを特徴とする相対摺動部材に関する。
更に、摺動面移動側の前記摺動部材の面精度を、約０．
３μｍ以下に且つ気孔率を１％〜０．１％に構成し、ま
た摺動面非移動側の前記摺動部材の面精度を、約０．８
μｍ以下に且つ気孔率を７％〜２％に構成したことを特
徴とする相対摺動部材に関する。
３μｍ以下に且つ気孔率を１％〜０．１％に構成し、ま
た摺動面非移動側の前記摺動部材の面精度を、約０．８
μｍ以下に且つ気孔率を７％〜２％に構成したことを特
徴とする相対摺動部材に関する。
また、前記各摺動部材を構成するセラミック材料は窒化
珪素であることを特徴とする相対摺動部材に関する。
珪素であることを特徴とする相対摺動部材に関する。
（作用〕
この発明は、上記のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この発明は、セラミック材料から成る
摺動面移動側の摺動部材の面精度及び気孔率を、セラミ
ック材料から成る摺動面非移動側の摺動部材の面精度及
び気孔率より小さくなるように構成したので、摺動部材
の摩擦係数を低下させ、低フリクションの相対摺動部材
を得ることができる。しかるに、摺動部材が互いに摺動
運動を行う時、ピストンリング等の摺動面非移動側の前
記摺動部材は、シリンダライナ等の摺動面移動側の前記
摺動部材に対して線接触に近い状態となって潤滑油を引
張って往復運動するため、摺動面非移動側の前記摺動部
材にはオイル溜め部となるポロシティ−を多く必要とす
るが、往復運動しないシリンダライナ等の摺動移動側の
摺動面の面精度が良いと、ピストンリング等の摺動部材
が往復運動する場合に、摺動部の凸部同士の摺動が避け
られ、摩擦係数を低下させる。
作用する。即ち、この発明は、セラミック材料から成る
摺動面移動側の摺動部材の面精度及び気孔率を、セラミ
ック材料から成る摺動面非移動側の摺動部材の面精度及
び気孔率より小さくなるように構成したので、摺動部材
の摩擦係数を低下させ、低フリクションの相対摺動部材
を得ることができる。しかるに、摺動部材が互いに摺動
運動を行う時、ピストンリング等の摺動面非移動側の前
記摺動部材は、シリンダライナ等の摺動面移動側の前記
摺動部材に対して線接触に近い状態となって潤滑油を引
張って往復運動するため、摺動面非移動側の前記摺動部
材にはオイル溜め部となるポロシティ−を多く必要とす
るが、往復運動しないシリンダライナ等の摺動移動側の
摺動面の面精度が良いと、ピストンリング等の摺動部材
が往復運動する場合に、摺動部の凸部同士の摺動が避け
られ、摩擦係数を低下させる。
以下、図面を参照して、この発明によるセラミック材料
から成る相対摺動部材の実施例を詳述する。
から成る相対摺動部材の実施例を詳述する。
第１図はこの発明によるセラミック材料から成る相対摺
動部材の一実施例を示す断面図である。
動部材の一実施例を示す断面図である。
第１図において、この発明によるセラミック材料から成
る相対摺動部材は、一方の摺動部材をシリンダライナ１
に、他方の摺動部材をピストンリング５とした場合の相
対摺動部材が示されている。
る相対摺動部材は、一方の摺動部材をシリンダライナ１
に、他方の摺動部材をピストンリング５とした場合の相
対摺動部材が示されている。
シリンダボディ２の内周面にシリンダライナ１を配置し
、ピストン３のピストンリング溝４に配置したピストン
リング５を含むものである。この場合に、シリンダライ
ナ１は、その摺動面６上をピストンリング５の摺動面７
が往復運動するものであり、内面がピストンリングと常
に接触状態にない状態であり、言い換えれば、摺動面６
が移動する側即ち摺動面移動側に相当する摺動部材であ
る。
、ピストン３のピストンリング溝４に配置したピストン
リング５を含むものである。この場合に、シリンダライ
ナ１は、その摺動面６上をピストンリング５の摺動面７
が往復運動するものであり、内面がピストンリングと常
に接触状態にない状態であり、言い換えれば、摺動面６
が移動する側即ち摺動面移動側に相当する摺動部材であ
る。
また、ピストンリング５は、その摺動面７が常にシリン
ダライナ１の摺動面６に接触した状態であり、摺動面７
が移動しない側即ち摺動面非移動側に相当する摺動部材
である。シリンダボディ２は、例えば、アルミニウム又
は鉄製の鋳物によって製作しである。シリンダボディ２
の内周面に配置したシリンダライナは、窒化珪素（Ｓｉ
３Ｎ４） 、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料に
よって製作されている。また、ピストン３については、
図ではモノリシック構造に示されているが、ピストンヘ
ッド部８とピストンスカート部９とを別体に構成しても
よいことは勿論である。ピストン３は、例えば、アルミ
ニウム又は鉄製の鋳物によって製作されているが、それ
ぞれの面は、セラミックス等のコーテイング面で被覆さ
れている方が好ましい。
ダライナ１の摺動面６に接触した状態であり、摺動面７
が移動しない側即ち摺動面非移動側に相当する摺動部材
である。シリンダボディ２は、例えば、アルミニウム又
は鉄製の鋳物によって製作しである。シリンダボディ２
の内周面に配置したシリンダライナは、窒化珪素（Ｓｉ
３Ｎ４） 、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料に
よって製作されている。また、ピストン３については、
図ではモノリシック構造に示されているが、ピストンヘ
ッド部８とピストンスカート部９とを別体に構成しても
よいことは勿論である。ピストン３は、例えば、アルミ
ニウム又は鉄製の鋳物によって製作されているが、それ
ぞれの面は、セラミックス等のコーテイング面で被覆さ
れている方が好ましい。
或いは、ピストンヘッド部８とピストンスカート部９と
が別体の場合には、ピストンヘッド部８については、窒
化珪素、炭化珪素等のセラミック材料によって製作され
ている。ピストン３のピストンリング溝４に配置したピ
ストンリング５については、窒化珪素、炭化珪素等のセ
ラミック材料によって製作されている。
が別体の場合には、ピストンヘッド部８については、窒
化珪素、炭化珪素等のセラミック材料によって製作され
ている。ピストン３のピストンリング溝４に配置したピ
ストンリング５については、窒化珪素、炭化珪素等のセ
ラミック材料によって製作されている。
第２図は、シリンダライナ１の摺動面６又はピストンリ
ング５の摺動面７の面精度及びポロシティ−を説明する
ための説明図である。摺動部材の接触面即ち摺動面の面
精度を検出するためのセンサー１１は、摺動面６．７に
存在する凸部１２即ち凹凸、例えば、約０．３μｍ程度
の面精度値Ｌ＋、Ｌｘ、Ｌｚを検出することはできるが
、摺動部材の摺動面６．７に存在している多数のポロシ
ティ−１０を検出することはできない。しかるに、摺動
部材の面精度はミクロン（μｍ）の単位の大きさである
が、摺動部材上に存在するポロシティ−１０はナノ （
ｎ ｍ ）の隼位の大きさである。そこで、この発明で
は、摺動部材の面精度はセンサー１１にて検出し、摺動
部材上に存在するポロシティ−１０の検出については、
摺動部材の摺動面６．７を画像処理し、該摺動面６．７
に形成されているポロシティ−１０を検出して気孔率（
％）を測定する。
ング５の摺動面７の面精度及びポロシティ−を説明する
ための説明図である。摺動部材の接触面即ち摺動面の面
精度を検出するためのセンサー１１は、摺動面６．７に
存在する凸部１２即ち凹凸、例えば、約０．３μｍ程度
の面精度値Ｌ＋、Ｌｘ、Ｌｚを検出することはできるが
、摺動部材の摺動面６．７に存在している多数のポロシ
ティ−１０を検出することはできない。しかるに、摺動
部材の面精度はミクロン（μｍ）の単位の大きさである
が、摺動部材上に存在するポロシティ−１０はナノ （
ｎ ｍ ）の隼位の大きさである。そこで、この発明で
は、摺動部材の面精度はセンサー１１にて検出し、摺動
部材上に存在するポロシティ−１０の検出については、
摺動部材の摺動面６．７を画像処理し、該摺動面６．７
に形成されているポロシティ−１０を検出して気孔率（
％）を測定する。
まず、相対摺動部材間の面精度について説明する。セラ
ミック材料である窒化珪素（ＳｉＪ＜ ）から成る相対
摺動部材について、シリンダライナ１等の摺動面移動側
の摺動面６とピストンリング５等の摺動面非移動側の摺
動面７との面精度をセンサーで検出し、異なった面精度
の摺動部材を組み合わせて摩擦係数μを測定した。測定
の結果は、摺動面移動側のシリンダライナ１等の摺動部
材の面精度を、約０．３μｍ以下に構成し、また、摺動
面非移動側のピストンリング５等の摺動部材の面精度を
、約０．８μｍ以下に構成した場合に、極めて良い摺動
特性を得ることができることが分かつた。このことは、
相対摺動部材については、摺動部材が互いに摺動運動を
行う時、摺動面非移動側のピストンリング５等の摺動部
材は、摺動面移動側のシリンダライナ１等の摺動部材に
対して線接触に近い状態で往復運動をするので、ピスト
ンリング５側の摺動面非移動側の摺動面よりシリンダラ
イナ１等の摺動面移動側の摺動面の面精度を良くするこ
と即ちシリンダライナ１等の摺動面の凸部１２を小さく
することによって、摺動面非移動側のピストンリング５
等の摺動部材が摺動移動側の摺動面上を往復運動する場
合に、シリンダライナ１等の摺動部材の摺動面上に多数
存在する凸部１２同士の摺動が小さいため避けられ、摩
擦係数μを低下させるものである。しかしながら、摺動
面移動側と摺動面非移動側との摺動面の上記条件を、逆
に選定して組み合わせた場合には、フリクションは大き
くなり、好ましくない結果となった。
ミック材料である窒化珪素（ＳｉＪ＜ ）から成る相対
摺動部材について、シリンダライナ１等の摺動面移動側
の摺動面６とピストンリング５等の摺動面非移動側の摺
動面７との面精度をセンサーで検出し、異なった面精度
の摺動部材を組み合わせて摩擦係数μを測定した。測定
の結果は、摺動面移動側のシリンダライナ１等の摺動部
材の面精度を、約０．３μｍ以下に構成し、また、摺動
面非移動側のピストンリング５等の摺動部材の面精度を
、約０．８μｍ以下に構成した場合に、極めて良い摺動
特性を得ることができることが分かつた。このことは、
相対摺動部材については、摺動部材が互いに摺動運動を
行う時、摺動面非移動側のピストンリング５等の摺動部
材は、摺動面移動側のシリンダライナ１等の摺動部材に
対して線接触に近い状態で往復運動をするので、ピスト
ンリング５側の摺動面非移動側の摺動面よりシリンダラ
イナ１等の摺動面移動側の摺動面の面精度を良くするこ
と即ちシリンダライナ１等の摺動面の凸部１２を小さく
することによって、摺動面非移動側のピストンリング５
等の摺動部材が摺動移動側の摺動面上を往復運動する場
合に、シリンダライナ１等の摺動部材の摺動面上に多数
存在する凸部１２同士の摺動が小さいため避けられ、摩
擦係数μを低下させるものである。しかしながら、摺動
面移動側と摺動面非移動側との摺動面の上記条件を、逆
に選定して組み合わせた場合には、フリクションは大き
くなり、好ましくない結果となった。
このことは、シリンダライナ１即ち摺動面移動側の摺動
面の凸部１２が、ピストンリング５即ち摺動面移動側の
摺動部材の往復運動を■害したものである。
面の凸部１２が、ピストンリング５即ち摺動面移動側の
摺動部材の往復運動を■害したものである。
第３図は、相対摺動部材としてシリンダライナｌとピス
トンリング５との粗材特性を示すグラフである。まず、
シリンダライナ１等の摺動面移動側の摺動部材として面
精度が約０．３μｍ以下のものを選定し、また、ピスト
ンリング５等の摺動面非移動側の摺動部材として面精度
が約０．８μｍ以下のものを選定する。選定したこれら
の異なった粗材のシリンダライナ１の摺動面６及びピス
トンリング５の摺動面７の気孔率（％）を、それぞれ画
像処理して検出する。ここでは、シリンダライナｌ及び
ピストンリング５は、セラミック材料である窒化珪素（
Ｓｉ：＋Ｎ４）から製作されている。次いで、摺動面移
動側のシリンダライナ１の摺動面６と摺動面非移動側の
ピストンリング５の摺動面７との摺動運動における摩擦
係数μを検出するため、異なった気孔率（％）を有する
シリンダライナ１とピストンリング５とを組合わせ、両
者間に存在する摩擦係数μをそれぞれ測定したものであ
る。摩擦係数μは、２つの物体の接触面に働く摩擦力の
大きさＦと２面を垂直に押し付けている力の大きさＰと
の比（μ−Ｆ／Ｐ）である。横軸には、一方の摺動部材
の摺動面（即ち、接触面）が移動する側、ここでは、シ
リンダライナ１の気孔率（％）をプロットしている。縦
軸には、摩擦係数μをプロットしている。また、グラフ
中に記載された各数値は、他方の摺動部材の摺動面（即
ち、接触面）が移動しない側、ここでは、ピストンリン
グ５の気孔率（％）を示すものである。ここで示す気孔
率は、表面を光学顕微鏡にて撮影し、気孔部を画像処理
したものであり、実際の体積気孔率と比較すると、１０
倍程の大きさに表われる。
トンリング５との粗材特性を示すグラフである。まず、
シリンダライナ１等の摺動面移動側の摺動部材として面
精度が約０．３μｍ以下のものを選定し、また、ピスト
ンリング５等の摺動面非移動側の摺動部材として面精度
が約０．８μｍ以下のものを選定する。選定したこれら
の異なった粗材のシリンダライナ１の摺動面６及びピス
トンリング５の摺動面７の気孔率（％）を、それぞれ画
像処理して検出する。ここでは、シリンダライナｌ及び
ピストンリング５は、セラミック材料である窒化珪素（
Ｓｉ：＋Ｎ４）から製作されている。次いで、摺動面移
動側のシリンダライナ１の摺動面６と摺動面非移動側の
ピストンリング５の摺動面７との摺動運動における摩擦
係数μを検出するため、異なった気孔率（％）を有する
シリンダライナ１とピストンリング５とを組合わせ、両
者間に存在する摩擦係数μをそれぞれ測定したものであ
る。摩擦係数μは、２つの物体の接触面に働く摩擦力の
大きさＦと２面を垂直に押し付けている力の大きさＰと
の比（μ−Ｆ／Ｐ）である。横軸には、一方の摺動部材
の摺動面（即ち、接触面）が移動する側、ここでは、シ
リンダライナ１の気孔率（％）をプロットしている。縦
軸には、摩擦係数μをプロットしている。また、グラフ
中に記載された各数値は、他方の摺動部材の摺動面（即
ち、接触面）が移動しない側、ここでは、ピストンリン
グ５の気孔率（％）を示すものである。ここで示す気孔
率は、表面を光学顕微鏡にて撮影し、気孔部を画像処理
したものであり、実際の体積気孔率と比較すると、１０
倍程の大きさに表われる。
ここで云う気孔率は面積でのパーセントである。
グラフから分かるように、摺動面移動側の摺動面の気孔
率が約０．４％の摺動部材を用いた場合、摺動面非移動
側の摺動面の気孔率が約２．５％の場合にはμ擦係数μ
は約０．０５であり、気孔率が約７％の場合には摩擦係
数μは約０．０４である。しかしながら、摺動面移動側
の摺動面の気孔率が約０゜４％の摺動部材を用いた場合
であっても、摺動面非移動側の摺動面の気孔率が約２．
５〜７％の範囲内になく、例えば、気孔率が約１．４の
場合には摩擦係数μは約０．１１ 、気孔率が約０．４
５の場合には摩擦係数μは約０．０９５であり、摩擦係
数μは大きくなる。更に、摺動面非移動側の摺動面の気
孔率が約７％である場合、摺動面移動側の摺動面の気孔
率が約１．５％の場合には摩擦係数μは約０．１、気孔
率が約２．５％の場合には摩擦係数μは約０．１５、気
孔率が約７％の場合には摩擦係数μは約０゜１９となる
。また、摺動面非移動側の摺動面の気孔率が約２．５％
である場合、摺動面移動側の摺動面の気孔率が約２．５
％の場合には摩擦係数μは約０．１７ 、気孔率が約７
％の場合には摩擦係数μは約０．２となる。それ故に、
摺動面移動側の気孔率が約１％以上であれば、摺動面非
移動側の気孔率に関係なく、摩擦係数μは大きくなる。
率が約０．４％の摺動部材を用いた場合、摺動面非移動
側の摺動面の気孔率が約２．５％の場合にはμ擦係数μ
は約０．０５であり、気孔率が約７％の場合には摩擦係
数μは約０．０４である。しかしながら、摺動面移動側
の摺動面の気孔率が約０゜４％の摺動部材を用いた場合
であっても、摺動面非移動側の摺動面の気孔率が約２．
５〜７％の範囲内になく、例えば、気孔率が約１．４の
場合には摩擦係数μは約０．１１ 、気孔率が約０．４
５の場合には摩擦係数μは約０．０９５であり、摩擦係
数μは大きくなる。更に、摺動面非移動側の摺動面の気
孔率が約７％である場合、摺動面移動側の摺動面の気孔
率が約１．５％の場合には摩擦係数μは約０．１、気孔
率が約２．５％の場合には摩擦係数μは約０．１５、気
孔率が約７％の場合には摩擦係数μは約０゜１９となる
。また、摺動面非移動側の摺動面の気孔率が約２．５％
である場合、摺動面移動側の摺動面の気孔率が約２．５
％の場合には摩擦係数μは約０．１７ 、気孔率が約７
％の場合には摩擦係数μは約０．２となる。それ故に、
摺動面移動側の気孔率が約１％以上であれば、摺動面非
移動側の気孔率に関係なく、摩擦係数μは大きくなる。
従って、シリンダライナ１等の摺動面移動側の摺動面の
気孔率が約０．４％の摺動部材を用いた場合、ピストン
リング等の摺動面非移動側の摺動面の気孔率が約２．５
％〜７％の範囲にあれば、摩擦係数μは約０．０５以下
となり、相対摺動部材間の摩擦係数μが低フリクション
になることが分かる。即ち、移動側の気孔率は小さい程
、摩擦係数μは低く、非移動側は限定された範囲の中で
気孔率が大きい程、摩擦係数μが小さい傾向にある。
気孔率が約０．４％の摺動部材を用いた場合、ピストン
リング等の摺動面非移動側の摺動面の気孔率が約２．５
％〜７％の範囲にあれば、摩擦係数μは約０．０５以下
となり、相対摺動部材間の摩擦係数μが低フリクション
になることが分かる。即ち、移動側の気孔率は小さい程
、摩擦係数μは低く、非移動側は限定された範囲の中で
気孔率が大きい程、摩擦係数μが小さい傾向にある。
上記のことより、グラフで示す符号への範囲、言い換え
れば、シリンダライナ等の摺動面移動側の摺動部材の気
孔率を約１％〜０．１％の範囲に構成し、また、ピスト
ンリング５等の摺動面非移動側の摺動部材の気孔率を約
７％〜２％の範囲に構成し、相対摺動部材の各摺動部材
をこの条件内にあるように組み合わせることによって、
シリンダライナ１とピストンリング５との間等の摺動部
材間の１９！擦係数μを低くすること即ち低フリクショ
ンに構成することができ、従って、セラミック材料から
成る相対摺動部材間の摺動特性を極めて好ましい最適状
態にすることができる。このことは、摺動部材が互いに
摺動運動を行う時、摺動面非移動側のピストンリング５
等の摺動部材は、摺動面移動側のシリンダライナ１等の
摺動部材に対して線接触に近い状態となって潤滑油を引
っ張るため、摺動面７に多数のポロシティ−１０即ちオ
イル溜め部が必要であるが、相対摺動部材を上記の条件
に構成すれば、摺動面移動側の摺動面上に存在する多数
のポロシティ−１０がオイル溜め部となる。
れば、シリンダライナ等の摺動面移動側の摺動部材の気
孔率を約１％〜０．１％の範囲に構成し、また、ピスト
ンリング５等の摺動面非移動側の摺動部材の気孔率を約
７％〜２％の範囲に構成し、相対摺動部材の各摺動部材
をこの条件内にあるように組み合わせることによって、
シリンダライナ１とピストンリング５との間等の摺動部
材間の１９！擦係数μを低くすること即ち低フリクショ
ンに構成することができ、従って、セラミック材料から
成る相対摺動部材間の摺動特性を極めて好ましい最適状
態にすることができる。このことは、摺動部材が互いに
摺動運動を行う時、摺動面非移動側のピストンリング５
等の摺動部材は、摺動面移動側のシリンダライナ１等の
摺動部材に対して線接触に近い状態となって潤滑油を引
っ張るため、摺動面７に多数のポロシティ−１０即ちオ
イル溜め部が必要であるが、相対摺動部材を上記の条件
に構成すれば、摺動面移動側の摺動面上に存在する多数
のポロシティ−１０がオイル溜め部となる。
即ち、摺動面非移動側のピストンリング５等の摺動部材
には多くのオイル溜め部が形成されることになり、フリ
クションが低減され、摺動特性を向上させるものである
。
には多くのオイル溜め部が形成されることになり、フリ
クションが低減され、摺動特性を向上させるものである
。
この発明によるセラミック材料から成る相対摺動部材は
、以上のように構成されているので、次のような効果を
奏する。即ち、このセラミック材料から成る相対摺動部
材は、セラミック材料から成る摺動面移動側の摺動部材
の面精度及び気孔率を、セラミック材料から成る摺動面
非移動側の摺動部材の面精度及び気孔率より小さくなる
ように構成したので、摩擦係数を低下させることができ
る。しかるに、前記各摺動部材が互いに摺動運動を行う
時、ピストンリング等の摺動面非移動例の前記摺動部材
はシリンダライナ等の摺動面移動側の前記摺動部材に対
して線接触に近い状態となり、潤滑油を引っ張るため、
オイル溜め部となるポロシティ−を多く必要とするが、
シリンダライナ等の摺動移動側の摺動面の面精度が良い
と、ピストンリング等の前記摺動部材が移動する場合に
、前記摺動部材の摺動面上の凸部同士の摺動が避けられ
、摩擦係数を低下させる。更に、このような条件の摺動
面を有するシリンダライナとピストンリング等の相対摺
動部材は、極めて優れた摺動特性を有するものとなる。
、以上のように構成されているので、次のような効果を
奏する。即ち、このセラミック材料から成る相対摺動部
材は、セラミック材料から成る摺動面移動側の摺動部材
の面精度及び気孔率を、セラミック材料から成る摺動面
非移動側の摺動部材の面精度及び気孔率より小さくなる
ように構成したので、摩擦係数を低下させることができ
る。しかるに、前記各摺動部材が互いに摺動運動を行う
時、ピストンリング等の摺動面非移動例の前記摺動部材
はシリンダライナ等の摺動面移動側の前記摺動部材に対
して線接触に近い状態となり、潤滑油を引っ張るため、
オイル溜め部となるポロシティ−を多く必要とするが、
シリンダライナ等の摺動移動側の摺動面の面精度が良い
と、ピストンリング等の前記摺動部材が移動する場合に
、前記摺動部材の摺動面上の凸部同士の摺動が避けられ
、摩擦係数を低下させる。更に、このような条件の摺動
面を有するシリンダライナとピストンリング等の相対摺
動部材は、極めて優れた摺動特性を有するものとなる。
また、摺動面移動側の前記摺動部材がシリンダライナで
あり、摺動面非移動側の前記摺動部材がピストンリング
である場合には、前記シリンダライナと前記ピストンリ
ングとのフリクションを低域し、エンジンの回転過渡状
態でも焼付き等の発生を防止し、低粘度の潤滑油の使用
を可能にし、それ故、エンジンの燃費を向上させること
ができる。
あり、摺動面非移動側の前記摺動部材がピストンリング
である場合には、前記シリンダライナと前記ピストンリ
ングとのフリクションを低域し、エンジンの回転過渡状
態でも焼付き等の発生を防止し、低粘度の潤滑油の使用
を可能にし、それ故、エンジンの燃費を向上させること
ができる。
更に、摺動面移動側の前記摺動部材の面精度を、約０，
３ μｍ以下に且つ気孔率を約１％〜０，１％に構成し
、また摺動面非移動側の前記摺動部材の面精度を、約０
．８μｍ以下に且つ気孔率を約７％〜２％に構成するこ
とによって、相対摺動部材間の摺動特性を最適状態、例
えば、摩擦係数μを０．０６以下に低減することができ
る。
３ μｍ以下に且つ気孔率を約１％〜０，１％に構成し
、また摺動面非移動側の前記摺動部材の面精度を、約０
．８μｍ以下に且つ気孔率を約７％〜２％に構成するこ
とによって、相対摺動部材間の摺動特性を最適状態、例
えば、摩擦係数μを０．０６以下に低減することができ
る。
また、セラミック材料として窒化珪素を選定すると、低
フリクションの相対摺動部材を構成することができる。
フリクションの相対摺動部材を構成することができる。
第１図はこの発明によるセラミック材料から成る相対摺
動部材の一実施例を示す断面図、第２図は第１図の摺動
部材の摺動面を示す説明図、第３図は摺動面移動側及び
摺動面非移動側の摺動部材の摺動面の気孔率と摩擦係数
との関係を示すグラフ、及び第４図は従来のセラミック
ス製シリンダライナを示す断面図である。 １−・−・−シリンダライナ、５− ピストンリング
、６・・−−−−−シリンダライナ（摺動面移動側）の
摺動面、７−・−−−−ピストンリング（摺動面非移動
側）の摺動第 フ 図 第 図 ポロシティ−１１ センサー Ｌ３−・−・−・−面精度値。
動部材の一実施例を示す断面図、第２図は第１図の摺動
部材の摺動面を示す説明図、第３図は摺動面移動側及び
摺動面非移動側の摺動部材の摺動面の気孔率と摩擦係数
との関係を示すグラフ、及び第４図は従来のセラミック
ス製シリンダライナを示す断面図である。 １−・−・−シリンダライナ、５− ピストンリング
、６・・−−−−−シリンダライナ（摺動面移動側）の
摺動面、７−・−−−−ピストンリング（摺動面非移動
側）の摺動第 フ 図 第 図 ポロシティ−１１ センサー Ｌ３−・−・−・−面精度値。
Claims (4)
- （１）セラミック材料から成る摺動面移動側の摺動部材
の面精度及び気孔率を、セラミック材料から成る摺動面
非移動側の摺動部材の面精度及び気孔率より小さくなる
ように前記各摺動部材を組せ合わせたことを特徴とする
相対摺動部材。 - （２）摺動面移動側の前記摺動部材はシリンダライナで
あり、摺動面非移動側の前記摺動部材はピストンリング
であることを特徴とする請求項１に記載の相対摺動部材
。 - （３）摺動面移動側の前記摺動部材の面精度を、約０．
３μｍ以下に且つ気孔率を１％〜０．１％に構成し、ま
た摺動面非移動側の前記摺動部材の面精度を、約０．８
μｍ以下に且つ気孔率を７％〜２％に構成したことを特
徴とする請求項１に記載の相対摺動部材。 - （４）セラミック材料は窒化珪素であることを特徴とす
る請求項１に記載の相対摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197151A JP2764935B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | セラミック材料から成る相対摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197151A JP2764935B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | セラミック材料から成る相対摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0249956A true JPH0249956A (ja) | 1990-02-20 |
| JP2764935B2 JP2764935B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=16369616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197151A Expired - Lifetime JP2764935B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | セラミック材料から成る相対摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764935B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140245987A1 (en) * | 2011-05-27 | 2014-09-04 | Mahle International Gmbh | Element provided with at least one slide surface for use on an internal combustion engine |
| JPWO2015029985A1 (ja) * | 2013-08-26 | 2017-03-02 | 日本碍子株式会社 | 内燃機関 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60108740U (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-24 | 三井造船株式会社 | 内燃機関 |
-
1988
- 1988-08-09 JP JP63197151A patent/JP2764935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60108740U (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-24 | 三井造船株式会社 | 内燃機関 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140245987A1 (en) * | 2011-05-27 | 2014-09-04 | Mahle International Gmbh | Element provided with at least one slide surface for use on an internal combustion engine |
| US9181870B2 (en) * | 2011-05-27 | 2015-11-10 | Mahle Metal Leve S/A | Element provided with at least one slide surface for use on an internal combustion engine |
| JPWO2015029985A1 (ja) * | 2013-08-26 | 2017-03-02 | 日本碍子株式会社 | 内燃機関 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2764935B2 (ja) | 1998-06-11 |
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