JPH05148566A - 金属部材の組合せ - Google Patents

金属部材の組合せ

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JPH05148566A
JPH05148566A JP21010291A JP21010291A JPH05148566A JP H05148566 A JPH05148566 A JP H05148566A JP 21010291 A JP21010291 A JP 21010291A JP 21010291 A JP21010291 A JP 21010291A JP H05148566 A JPH05148566 A JP H05148566A
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JP
Japan
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sliding surface
metal
fiber
wear
combination
Prior art date
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Application number
JP21010291A
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English (en)
Inventor
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Joji Miyake
譲治 三宅
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化金属複合部材と他の金属部材との組
合せに於て互いに他に対する摩擦摩耗特性を向上させ
る。 【構成】 摺動面にて互いに当接して相対的に摺動する
金属部材の組合せであって、一方の金属部材は少なくと
も摺動面部が強化繊維にて複合強化された金属部材の組
合せ。一方の金属部材の摺動面部に於ける強化繊維2は
該強化繊維の軸線と摺動面1とのなす角が90度であ
り、他方の金属部材の摺動面の硬さHv (10kg)は4
00以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は摺動面にて互いに当接し
て相対的に摺動する金属部材の組合せであって、一方の
金属部材は少なくとも摺動面部が強化繊維にて複合強化
された金属部材の組合せに係る。
【0002】
【従来の技術】各種機械の構成要素や部材に於ては、部
分的に特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用エンジンに於ては、エンジンの性能に対す
る要求が高くなるにつれて、ピストンの如き部材はその
比強度や剛性が優れていることに加えて、その摺動面が
耐摩耗性に優れていることが強く要請されるようになっ
てきた。かかる部材の比強度や耐摩耗性等を向上させる
一つの手段として、それらの部材を各種の無機質繊維等
を強化材としアルミニウム合金の如き軽金属をマトリッ
クスとする複合材料にて構成することが試られている。
かかる繊維強化金属複合部材の一つとして、アルミナ質
繊維を強化材とし、アルミニウム、マグネシウム、又は
それらの合金をマトリックスとする繊維強化金属複合部
材は既に知られており、かかる繊維強化金属複合部材に
よれば、それらの部材の比強度や耐摩耗性等を向上させ
ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし摺動面にて互い
に当接して相対的に摺動する金属部材の組合せに於て、
その一方の金属部材が上述の如き繊維強化金属複合部材
である場合には、その強化繊維の配向や相手部材の性質
によっては、繊維強化金属複合部材又は相手部材の摩耗
量が著しく増大するという問題がある。
【0004】本願発明者は、繊維強化金属複合部材と他
の金属部材との組合せに関する上述の如き不具合に鑑
み、強化繊維の配向及び相手部材の性質と繊維強化金属
複合部材及び相手部材の摩耗量との関係を求める種々の
実験的研究を行なった結果、両部材の摩耗量を低い値に
抑えるためには、繊維強化金属複合部材の摺動面に於け
る強化繊維が或る特定の配向状態にあり且相手部材の摺
動面の硬さが或る特定の値以上でなければならないこと
を見出した。
【0005】本発明は、本願発明者が行なった上述の如
き実験的研究の結果得られた知見に基き、繊維強化金属
複合部材と他の金属部材との組合せであって互いに他に
対する摩擦摩耗特性に優れた金属部材の組合せを提供す
ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる目的は、本発明に
よれば、摺動面にて互いに当接して相対的に摺動する金
属部材の組合せであって、一方の金属部材は少なくとも
摺動面部が強化繊維にて複合強化された金属部材の組合
せに於て、前記一方の金属部材の前記摺動面部に於ける
前記強化繊維は該強化繊維の軸線と前記摺動面とのなす
角θが90度であり、前記他方の金属部材の摺動面の硬
さHv (10kg)は400以上であることを特徴とする
金属部材の組合せによって達成される。
【0007】
【作用】本発明によれば、一方の金属部材の摺動面部に
於ける強化繊維の軸線と摺動面とのなす角θが90度に
設定されることにより強化繊維の耐摩耗性向上効果が最
大限に発揮され、また相手材としての他方の金属部材の
摺動面の硬さHv (10kg)が400以上に設定される
ことにより該金属部材の耐摩耗性が確保されるので、後
に詳細に説明する本願発明者が行った実験的研究の結果
からも明らかである如く、繊維強化金属複合部材と他の
金属部材との組合せに於て両部材の互いに他に対する摩
擦摩耗特性を向上させることができる。
【0008】
【実施例】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 先ず、一方の金属部材が一方向に配向されたアルミナ繊
維を強化材としアルミニウム合金をマトリックスとする
複合材料よりなり、他方の金属部材が鋼よりなる金属部
材の組合せに於て、アルミナ繊維の配向及び摩擦方向と
その複合材料の摩耗量及び相手材の摩耗量との関係を求
めるべく本願発明者等が行なった摩耗試験について説明
する。
【0009】繊維径20μm のアルミナ繊維(100wt
%Al2 3 )を体積率50%にて一方向に配向した繊
維成形体を強化材とし、アルミニウム合金(JIS規格
AC8A)をマトリックスとする複合材料を製造し、そ
の複合材料より大きさが16×6×10mmであり、その
一つの面(16mm×10mm)を試験面とするブロック試
験片を作成した。この場合図1乃至図3に示されている
如く、試験面1をその試験面に於けるアルミナ繊維2に
対し垂直な方向Tに摩擦するブロック試験片Aと、試験
面1をその試験面に於けるアルミナ繊維2に平行な方向
Lに摩擦するブロック試験片Bと、試験面1をその試験
面に於けるアルミナ繊維2の軸線3に垂直な方向Nに摩
擦するブロック試験片Cとを作成した。
【0010】また比較用として、図には示されていない
が、アルミナ繊維にて複合強化されていないアルミニウ
ム合金(JIS規格AC8A)のみよりなる同一寸法の
ブロック試験片Dも作成した。
【0011】これらのブロック試験片A〜Dを順次摩擦
摩耗試験機にセットし、相手部材である外径35mm、内
径30mm、幅10mmの浸炭焼入れされたクロム鋼(JI
S規格SCr 22H、硬さHv (10kg)=700)製
の円筒試験片の外周面と接触させ、それら試験片の接触
部に常温の潤滑油(キャッスルモータオイル10W−3
0)を供給しつつ、押圧力200kg、回転数160rpm
にて円筒試験片を1時間回転させる摩耗試験を行なっ
た。
【0012】この摩耗試験の結果を図4に示す。尚図4
に於て上半分はブロック試験片の摩耗量(摩耗痕深さμ
m )を表わしており、下半分は相手部材である円筒試験
片の摩耗量(摩耗減量mm)を表わしており、記号A〜D
はそれぞれ上述の試験片A〜Dに対応している。
【0013】図4より、ブロック試験片の摩耗量はアル
ミナ繊維にて複合強化することによりかなり大幅に低減
されることが解る。また複合材料よりなるブロック試験
片A〜Dのなかでも、アルミナ繊維2の軸線3に対し垂
直に摩擦されたブロック試験片Cの摩耗量は他のブロッ
ク試験片A及びBの摩耗量の約1/2程度であることが
解る。また相手部材としての円筒試験片の摩耗量も、ア
ルミナ繊維2の軸線3に対し垂直に摩擦する場合(C)
の方が他の場合(A、B)の場合よりも少なく、アルミ
ニウム合金のみよりなるブロック試験片Dを摩擦する場
合と実質的に同等の摩耗量であることが解る。
【0014】またこの実施例に於て各ブロック試験片A
〜Cの摩擦係数を測定したところ、ブロック試験片A及
びBのそれぞれT方向及びL方向の摩擦係数がμ=0.
12であったのに対し、ブロック試験片CのN方向の摩
擦係数はμ=0.08と低い値であることが確認され
た。実施例2 繊維径3.0μm のアルミナ−シリカ繊維(55wt%A
2 3 、45wt%SiO2 )を体積率10%にて一方
向に配向した繊維成形体を強化材とし、アルミニウム合
金(JIS規格AC8A)をマトリックスとする複合材
料を製造し、以下実施例1と同様の要領にてブロック試
験片A′〜C′を作成し、押圧力を60kgとした点を除
き上述の実施例1に於けると同様の摩耗試験を行なっ
た。
【0015】その結果ブロック試験片A′及びB′の摩
耗量は30μm であったのに対し、ブロック試験片C′
の摩耗量は20μm と低い値であった。尚円筒試験片の
摩耗量は何れの場合も3mgであった。
【0016】この実施例2に於ける摩耗試験の結果よ
り、強化繊維にて複合強化された複合材料の摩耗量及び
相手部材の摩耗量は、強化繊維やマトリックスの種類及
び強化繊維の体積率には関係なく、他の部材が強化繊維
の軸線に対し垂直な方向に摺動するよう強化繊維が配向
されている場合に、最も低い値となることが解る。実施例3 上述の実施例1に於けるブロック試験片A〜Dと同様の
ブロック試験片A″〜D″を作成し、相手部材としてス
テンレス鋼(JIS規格SUS420J2)よりなり硬
さHv (10kg)がそれぞれ700、500、400、
350、300である5種類の円筒試験片を作成し、そ
れぞれのブロック試験片及び円筒試験片について上述の
実施例1に於ける摩耗試験と同様の摩耗試験を行なっ
た。
【0017】この摩耗試験の結果ブロック試験片A″〜
C″の摩耗量は強化繊維にて複合強化されていないブロ
ック試験片D″の摩耗量よりも少ないが、ブロック試験
片C″の摩耗量が他のブロック試験片A″及びB″の摩
耗量よりも少なくなるのは円筒試験片の硬さHv が40
0以上の場合であり、円筒試験片の硬さHv が350、
300の場合には、ブロック試験片C″の摩耗量は他の
ブロック試験片A″及びB″の摩耗量と実質的に同等で
あることが認められた。また同様に円筒試験片の摩耗量
についても、その硬さHv が400以上の場合にブロッ
ク試験片C″との摩擦の場合の方がブロック試験片A″
及びB″との摩擦の場合よりも少ないのに対し、硬さH
v が350、300の場合には摩擦方向による摩耗量の
差異は認められなかった。
【0018】この摩耗試験の結果より、強化繊維がその
軸線が摺動面に対し垂直になるよう配向され且相手部材
の硬さHv (10kg)が400以上である場合に、複合
材料及び相手部材両方の摩耗量が低い値になることが解
る。
【0019】尚強化繊維として体積率10%にて一方向
に配向された繊維径2.8μm のアルミナ−シリカ繊維
(55wt%Al2 3 、45wt%SiO2 )、体積率2
5%にて一方向に配向された繊維径12μm の炭素繊維
(ピッチカーボン)が使用された場合、及び相手部材が
浸炭焼入れされたクロム鋼(JIS規格SCr 22H、
硬さHv (10kg)=720)よりなる場合にも、この
実施例の結果と同様の結果が得られた。
【0020】また一方の金属部材の少なくとも他の金属
部材との摺動面が強化繊維にて複合強化されておれば、
上述の各実施例の場合と同様の効果を得ることができる
ので、本発明による金属部材の組合せの一方の金属部材
はその全ての領域が強化繊維にて複合強化されている必
要はなく、少なくとも他の金属部材との摺動面部が強化
繊維にて複合強化されていればよい。
【0021】また本発明による金属部材の組合せに於て
は、少なくとも他の金属部材との摺動面に於ける強化繊
維が上述の如き特定の配向状態にあればよく、その部材
の他の領域に於ては強化繊維はその部材の形状等に応じ
て任意の配向状態にあってよい。
【0022】更に他方の金属部材の摺動面の硬さは本発
明を実際に適用するに際し使用される強化繊維及びマト
リックス金属に応じてHv (10kg)が400以上の範
囲にて適宜に設定されてよい。
【0023】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。
【0024】
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、一方の金属部材の摺動面部に於ける強化繊
維の軸線と摺動面とのなす角が90度に設定されること
により強化繊維の耐摩耗性向上効果が最大限に発揮さ
れ、また相手材としての他方の金属部材の摺動面の硬さ
Hv (10kg)が400以上に設定されることにより該
金属部材の耐摩耗性が確保されるので、繊維強化金属複
合部材と他の金属部材との組合せであって互いに他に対
する摩擦摩耗特性に優れた金属部材の組合せを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に於て使用されたブロック試験片A及
びその摩擦方向を示す解図的斜視図である。
【図2】実施例1に於て使用されたブロック試験片B及
びその摩擦方向を示す解図的斜視図である。
【図3】実施例1に於て使用されたブロック試験片C及
びその摩擦方向を示す解図的斜視図である。
【図4】実施例1に於ける摩耗試験の結果を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1…試験面 2…アルミナ繊維 3…軸線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】摺動面にて互いに当接して相対的に摺動す
    る金属部材の組合せであって、一方の金属部材は少なく
    とも摺動面部が強化繊維にて複合強化された金属部材の
    組合せに於て、前記一方の金属部材の前記摺動面部に於
    ける前記強化繊維は該強化繊維の軸線と前記摺動面との
    なす角が90度であり、前記他方の金属部材の摺動面の
    硬さHv (10kg)は400以上であることを特徴とす
    る金属部材の組合せ。
JP21010291A 1991-07-26 1991-07-26 金属部材の組合せ Pending JPH05148566A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121868A (en) * 1981-01-22 1982-07-29 Mazda Motor Corp Aluminum composite body and its production

Patent Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121868A (en) * 1981-01-22 1982-07-29 Mazda Motor Corp Aluminum composite body and its production

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