JPH0255810A - セラミック−金属摺動構造 - Google Patents
セラミック−金属摺動構造Info
- Publication number
- JPH0255810A JPH0255810A JP20324188A JP20324188A JPH0255810A JP H0255810 A JPH0255810 A JP H0255810A JP 20324188 A JP20324188 A JP 20324188A JP 20324188 A JP20324188 A JP 20324188A JP H0255810 A JPH0255810 A JP H0255810A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- sliding
- ceramic
- boride layer
- sliding structure
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- Pending
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- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Taps Or Cocks (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〕
本発明は、産業用の球形弁、内燃機関の摺動・部分等に
使用するのに適したセラミック−金属摺動構造に関する
。
使用するのに適したセラミック−金属摺動構造に関する
。
近年、高温、高面圧、高速等、摺動面間に部分的に流体
分子が介在しかろうじて直接接触しない境界潤滑に近い
状態で使用される摺動部品においては、これまでの金属
材料では、凝膚、溶着といった現象が発生し、異常摩耗
や焼付が生ずるため、該部分を構成する摺動部品として
耐熱・耐摩耗性に優れたセラミックを使用することが試
みられた（例えば特開昭６２−２０６２０６号公報参照
）。
分子が介在しかろうじて直接接触しない境界潤滑に近い
状態で使用される摺動部品においては、これまでの金属
材料では、凝膚、溶着といった現象が発生し、異常摩耗
や焼付が生ずるため、該部分を構成する摺動部品として
耐熱・耐摩耗性に優れたセラミックを使用することが試
みられた（例えば特開昭６２−２０６２０６号公報参照
）。
前記の場合、摺動部品の双方を耐摩耗性のセラミックで
製作すると、次のような現象が生ずる。
製作すると、次のような現象が生ずる。
すなわち、一般的にヤング率および硬度の高いセラミッ
ク同志が接触すると、局部的に高面圧部が形成され、こ
の部分でセラミック材料が摩耗して摩耗粉を生じ、この
硬い摩耗粉の研摩作用とそれに伴う表面粗さの増大によ
シ、摺動部品および相手材の摩耗が促進されるのである
。
ク同志が接触すると、局部的に高面圧部が形成され、こ
の部分でセラミック材料が摩耗して摩耗粉を生じ、この
硬い摩耗粉の研摩作用とそれに伴う表面粗さの増大によ
シ、摺動部品および相手材の摩耗が促進されるのである
。
したがって、上記の問題を解消する丸めに、相手材とし
てヤング率が低く、摩耗粉ｔ−埋収し品い金属材料が要
望される。しかし、摩耗粉を環状し易いような軟質の金
属では、金属自体の摩耗が加速度的に進行してしまうた
め、これまでは適当な相手材が見出だされていなかった
。
てヤング率が低く、摩耗粉ｔ−埋収し品い金属材料が要
望される。しかし、摩耗粉を環状し易いような軟質の金
属では、金属自体の摩耗が加速度的に進行してしまうた
め、これまでは適当な相手材が見出だされていなかった
。
本発明は前記した問題点を解消し、セラミック−金属摺
動構造におけるセラミック摺動部の相手材として適切な
ものを提供することを目的としている。
動構造におけるセラミック摺動部の相手材として適切な
ものを提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は、セラミック−金属
摺動構造におけるセラミック摺動部の相手材として、耐
摩耗性に優れ（硬度が高い）、摩擦係数が低く（発熱が
抑えられる）、保油性に優れ（発熱が抑えられる）、あ
る程度の摩耗粉の埋収性のある材料として、金属の摺動
表面にＦｅＢおよび／またはＦｅ１Ｂ のような硼化
物層を形成し、摺動性能を向上するため、焼結により多
孔質とした金属材料を用いるものである。
摺動構造におけるセラミック摺動部の相手材として、耐
摩耗性に優れ（硬度が高い）、摩擦係数が低く（発熱が
抑えられる）、保油性に優れ（発熱が抑えられる）、あ
る程度の摩耗粉の埋収性のある材料として、金属の摺動
表面にＦｅＢおよび／またはＦｅ１Ｂ のような硼化
物層を形成し、摺動性能を向上するため、焼結により多
孔質とした金属材料を用いるものである。
ここでセラミック材料としては、８１−〇ＺｒＯ，、日
１Ｃ，ム４０１等が該当する。このセラミック材料と金
属との相性あるいは高温域での使用等を考慮すると、５
ｉｓＮ、が摺動性において最も良好である。また、Ｓｉ
、Ｎ、の中でも比較的表面部にボア（空孔）を有する常
圧下で焼成した窒化珪素よ）も、表面ボアの殆んどない
ガス圧、あるいはｎ工ｐにより形成された窒化珪素が好
ましい。これは、表面部にボアを有すると、硬度、耐摩
耗性の高いセラミックは、ボアのエツジ部分で相手材の
金属を削る作用が生じ、摩耗を促進すること、ボア部分
に相手材金属の摩耗物が入シ込み、結果として金属同志
の摺動状態に近づき、スカッフィングを誘発するためで
ある。
１Ｃ，ム４０１等が該当する。このセラミック材料と金
属との相性あるいは高温域での使用等を考慮すると、５
ｉｓＮ、が摺動性において最も良好である。また、Ｓｉ
、Ｎ、の中でも比較的表面部にボア（空孔）を有する常
圧下で焼成した窒化珪素よ）も、表面ボアの殆んどない
ガス圧、あるいはｎ工ｐにより形成された窒化珪素が好
ましい。これは、表面部にボアを有すると、硬度、耐摩
耗性の高いセラミックは、ボアのエツジ部分で相手材の
金属を削る作用が生じ、摩耗を促進すること、ボア部分
に相手材金属の摩耗物が入シ込み、結果として金属同志
の摺動状態に近づき、スカッフィングを誘発するためで
ある。
逆に、金属材側にボアを有する焼結金属体を用いると、
以下のような利点がある。
以下のような利点がある。
０ 硼化物層を金属表面に形成する場合、硼化物は非常
に硬くて（ＨＶｉ０００以上）脆いが、金属ボアの部分
にしつか）と喰い込む状態で形成されるので剥離し難い
。
に硬くて（ＨＶｉ０００以上）脆いが、金属ボアの部分
にしつか）と喰い込む状態で形成されるので剥離し難い
。
０ 含油軸受と同様の保油機能が期待できる。
０ 初期なじみの際に生ずる摩耗粉の環状作用がある。
０ 母材自体のヤング率が低いので、衝ｓを受ける使用
環境においてもクツション作用がある。
環境においてもクツション作用がある。
なお、焼結金属の気孔率については１〜３０Ｖｏ１．９
６とするのがよく、さらに好ましくは５〜２０ Ｖｏｌ
、係がよい。気孔率が１係未満では、前記したボアの効
果は期待できず、また３０係を越えると、母材強度が著
しく低下するからである。
６とするのがよく、さらに好ましくは５〜２０ Ｖｏｌ
、係がよい。気孔率が１係未満では、前記したボアの効
果は期待できず、また３０係を越えると、母材強度が著
しく低下するからである。
表面に形成する硼化物層厚さは薄すぎると効果がなく、
厚すぎると剥離を招くので２０〜１２０μｍの範囲とす
るのがよい。また、硼化物層は硬いが脆い性質があシ、
母材との熱膨張率の差が太きいと、クラックを発生する
可能性がある。通常硼化処理は９００℃位で行なうが、
ＩＦｅＢ 、 ｌＰｅ１Ｂの９００℃までの熱膨張率
は、それぞれ約１１Ｘ１０−６ ９Ｘ１０−’であり、
金属の熱膨張率が７ｘｔｏｇ以下であると、常温になっ
たとき硼化物層に引張）の残留応力が発生し、剥離し易
くなる。また、金属の熱膨張率が大きい場合には、硼化
物層内に圧縮の残留応力が発生するので、若干条件はよ
いが、それでも１４Ｘ１０−１１以上では剥離し易くな
る。
厚すぎると剥離を招くので２０〜１２０μｍの範囲とす
るのがよい。また、硼化物層は硬いが脆い性質があシ、
母材との熱膨張率の差が太きいと、クラックを発生する
可能性がある。通常硼化処理は９００℃位で行なうが、
ＩＦｅＢ 、 ｌＰｅ１Ｂの９００℃までの熱膨張率
は、それぞれ約１１Ｘ１０−６ ９Ｘ１０−’であり、
金属の熱膨張率が７ｘｔｏｇ以下であると、常温になっ
たとき硼化物層に引張）の残留応力が発生し、剥離し易
くなる。また、金属の熱膨張率が大きい場合には、硼化
物層内に圧縮の残留応力が発生するので、若干条件はよ
いが、それでも１４Ｘ１０−１１以上では剥離し易くな
る。
実施例１
本発明の実施例として、カムシャフトを硼素化（ボロナ
イズ）した製品をテストした。カムシャフトは、カムロ
ブの部分にボロンペーストを２〜５ｍ厚に塗布し、窒素
・水素混合ガス（１１ｔ：Ｈ，＝９：１）中で９００℃
４時間処理し、厚さ約７０μｍの硼化物層を形成した。
イズ）した製品をテストした。カムシャフトは、カムロ
ブの部分にボロンペーストを２〜５ｍ厚に塗布し、窒素
・水素混合ガス（１１ｔ：Ｈ，＝９：１）中で９００℃
４時間処理し、厚さ約７０μｍの硼化物層を形成した。
カムＯ相手摺動材としてのロッカーアームには、２０Ｘ
１５Ｘｔ５の８１．鳥チップを、活性金属法によりろう
付けしたものを用意した。テップは金型プレスにより成
形後、ガス圧焼結し、摺動表面は焼結後バレル研摩した
。また、従来例としてカムシャフトはチル鋳鉄、ロッカ
ーア−ムチラグは鉄系焼結合金から形成されているもの
を用いた。
１５Ｘｔ５の８１．鳥チップを、活性金属法によりろう
付けしたものを用意した。テップは金型プレスにより成
形後、ガス圧焼結し、摺動表面は焼結後バレル研摩した
。また、従来例としてカムシャフトはチル鋳鉄、ロッカ
ーア−ムチラグは鉄系焼結合金から形成されているもの
を用いた。
前記３種類の組合せについては第１図に示すように行な
い、第１表の条件で２００時間運転し、摩耗量を比較し
た。その結果を第２表に示す。
い、第１表の条件で２００時間運転し、摩耗量を比較し
た。その結果を第２表に示す。
第 １ 表
第２表
実施例２
本発明のセラミック−金属摺動構造の効果を確認するた
め、第２図に示す球形コックを作成し、弁体、シール体
の材料として第３！ｉ！に示す材料を使用し、後述する
試験１〜４を行った。
め、第２図に示す球形コックを作成し、弁体、シール体
の材料として第３！ｉ！に示す材料を使用し、後述する
試験１〜４を行った。
第２図に示す球形コックは、コック本体１に流路２が設
けられておシ、この流路２の流入口２ａには雌ねじ１ａ
が、ま九流出口２ｂには雄ねじ１ｂが設けられている。
けられておシ、この流路２の流入口２ａには雌ねじ１ａ
が、ま九流出口２ｂには雄ねじ１ｂが設けられている。
また、コック弁体３の軸心は流路２に垂直に設けられて
お）、球形弁体５ａ、流入口２ａと流出口２ｂとを貫通
する通孔３ｂ、操作軸３ｏ。
お）、球形弁体５ａ、流入口２ａと流出口２ｂとを貫通
する通孔３ｂ、操作軸３ｏ。
支持軸３ｄを備える。
環状シール体４ａ、４ｂはそれぞれ流入口２ａ、流出口
２ｂ側で球形弁体３ａと密に接触している。
２ｂ側で球形弁体３ａと密に接触している。
押えナツ）５ａは雌ねじ１ａに、また押えナツ）５１）
は雄ねじ１ｂにそれぞれ螺装されている。
は雄ねじ１ｂにそれぞれ螺装されている。
軸受け６，７はそれぞれ操作軸５ｃ、支持軸３（ｌｔ−
支承し、軸Ｓａ、５ｄとの間にわずかに隙間が設けられ
ている。
支承し、軸Ｓａ、５ｄとの間にわずかに隙間が設けられ
ている。
このコックは環状シール体４ａ、４ｂを球形弁体５ａの
流入側と流出側に押さえナツ）５ａ。
流入側と流出側に押さえナツ）５ａ。
５ｂで締め付けることによシ、環状シール体４ａ、４ｂ
と弁体３ａとを圧接し、環状シール体４ａ、４ｂの持っ
ている弾性によシお互いのシール面を密着させ、シール
性をもたせたものである。
と弁体３ａとを圧接し、環状シール体４ａ、４ｂの持っ
ている弾性によシお互いのシール面を密着させ、シール
性をもたせたものである。
本図では通孔３ｂが流入口２ａに開口しているので、管
路の流体を流入口２ａから流出口２ｂへ流すことができ
るが、操作軸３ａ ｆｔ９０゜回すと、通孔３１）Ｆｉ
同図の仮想線のように流入口２ａと絶縁され、管路の流
体を上記シール性により漏洩なしにとめることができる
。
路の流体を流入口２ａから流出口２ｂへ流すことができ
るが、操作軸３ａ ｆｔ９０゜回すと、通孔３１）Ｆｉ
同図の仮想線のように流入口２ａと絶縁され、管路の流
体を上記シール性により漏洩なしにとめることができる
。
また、上記コックに対して行った試験は以下の通シであ
）、試験結果す口表に記す。
）、試験結果す口表に記す。
試験１： ２５０℃、３０気圧の流体を流し、コック
弁体３を９Ｘ１０”回回す。
弁体３を９Ｘ１０”回回す。
試験２： 流体を、常温、常圧と２５０℃、３０気圧と
の間で、１時間に６回の割合で変化させつつ、コック弁
体３を９Ｘ１０’回回す。
の間で、１時間に６回の割合で変化させつつ、コック弁
体３を９Ｘ１０’回回す。
試験５： ２５０℃、３０気圧の流体に対し、コック
弁体３を回転嘔せて流体を止めてから、［１５時間後に
再びコック弁体３を回転させて流体を流す。この動作を
１０４回繰シ返す。
弁体３を回転嘔せて流体を止めてから、［１５時間後に
再びコック弁体３を回転させて流体を流す。この動作を
１０４回繰シ返す。
ｍ２図に示す球形コック１において、コック弁体３、コ
ックシール体４ａ、４ｂの各材料を第３表の組合せで構
成し、その結果を示す。
ックシール体４ａ、４ｂの各材料を第３表の組合せで構
成し、その結果を示す。
列１は、Ｆｓｓ−Ｎｉ−Ｃｏ 系合金のコパールをシ
ール体形状に加工した後ボロン粉末中に埋没し、９００
℃で５時間ボロン化処理を施こし、表面に８０μｍＯ硼
化物層が形成されたものを用いた。例２は、ｌＰｅ−Ｎ
ｉ合金であるインバー合金をガス噴霧法によシ粉末化し
、この粉末を加圧成形した後焼結して、気孔率２０％の
インバー焼結合金体を製作した。機械加工後、９００℃
で五５時間ボロン化処理を行ない、表面に５０μｍの硼
化物層を形成した。比較例は、例１で用いたコパールシ
ール体を、表面処理なしで使用した。
ール体形状に加工した後ボロン粉末中に埋没し、９００
℃で５時間ボロン化処理を施こし、表面に８０μｍＯ硼
化物層が形成されたものを用いた。例２は、ｌＰｅ−Ｎ
ｉ合金であるインバー合金をガス噴霧法によシ粉末化し
、この粉末を加圧成形した後焼結して、気孔率２０％の
インバー焼結合金体を製作した。機械加工後、９００℃
で五５時間ボロン化処理を行ない、表面に５０μｍの硼
化物層を形成した。比較例は、例１で用いたコパールシ
ール体を、表面処理なしで使用した。
上記列のように、シール性を要求される使用目的に対し
ては、窒化珪素の熱膨張率が２．５×１０″′４ （〜
３５０℃）と小さいため、使用温度域でシール体素材の
熱膨張率が小さいことが必要であるのでボロナイズする
温度域（９００℃）では熱膨張率が比較的大きく、使用
温度域では小さい金属材料を選定することが望ましい。
ては、窒化珪素の熱膨張率が２．５×１０″′４ （〜
３５０℃）と小さいため、使用温度域でシール体素材の
熱膨張率が小さいことが必要であるのでボロナイズする
温度域（９００℃）では熱膨張率が比較的大きく、使用
温度域では小さい金属材料を選定することが望ましい。
本発明は上記のように構成されているため、耐摩耗性の
セラミック−金属摺動構造として、容易に製作が可能で
あシ、しかも充分に使用目的に耐えるという効果が奏さ
れる。
セラミック−金属摺動構造として、容易に製作が可能で
あシ、しかも充分に使用目的に耐えるという効果が奏さ
れる。
第１図は本発明による、各摺動部品を組合せた側面図で
あシ、第２図は本発明の他の具体例を示す説明図である
。
あシ、第２図は本発明の他の具体例を示す説明図である
。
Claims (3)
- （１）摺動部材のうち一方がセラミックで形成され、他
方が摺動表面に硼化物層を有する金属で構成されたセラ
ミック−金属摺動構造。 - （２）セラミックがＳｉ＿３Ｎ＿４であり、金属が多孔
質焼結体よりなる請求項１に記載のセラミツク−金属摺
動構造。 - （３）金属材料の９００℃までの熱膨張率が７〜１４×
１０＾−＾６である請求項１または２に記載のセラミツ
ク−金属摺動構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20324188A JPH0255810A (ja) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | セラミック−金属摺動構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20324188A JPH0255810A (ja) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | セラミック−金属摺動構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0255810A true JPH0255810A (ja) | 1990-02-26 |
Family
ID=16470773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20324188A Pending JPH0255810A (ja) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | セラミック−金属摺動構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0255810A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005003522A1 (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 耐摩摺動部品およびそれを用いた摺動装置 |
| KR101876094B1 (ko) * | 2016-12-16 | 2018-07-06 | 현대자동차주식회사 | 통합 유량 제어밸브 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS612970A (ja) * | 1984-06-18 | 1986-01-08 | Ngk Insulators Ltd | エンジン用カムシヤフト |
| JPS62243905A (ja) * | 1986-04-14 | 1987-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関用ロツカア−ム |
-
1988
- 1988-08-17 JP JP20324188A patent/JPH0255810A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS612970A (ja) * | 1984-06-18 | 1986-01-08 | Ngk Insulators Ltd | エンジン用カムシヤフト |
| JPS62243905A (ja) * | 1986-04-14 | 1987-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関用ロツカア−ム |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005003522A1 (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 耐摩摺動部品およびそれを用いた摺動装置 |
| KR101876094B1 (ko) * | 2016-12-16 | 2018-07-06 | 현대자동차주식회사 | 통합 유량 제어밸브 |
| US10465593B2 (en) | 2016-12-16 | 2019-11-05 | Hyundai Motor Company | Coolant control valve |
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