JPH07178492A

JPH07178492A - 摺動面の作成方法

Info

Publication number: JPH07178492A
Application number: JP5322447A
Authority: JP
Inventors: Chikatoshi Maeda; 千芳利前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-18
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JP3186389B2

Abstract

(57)【要約】【目的】摺動面自身の耐摩耗性が高く、かつ、摺動の
相手側の部材を摩耗させる量も少ない摺動面を作成す
る。【構成】マトリックス１２中に硬質粒子１４を含有す
る素材からなる面（２０）に対して、ローラ３０を押圧
しつつ転動させることによって、摺動に適した面２０を
作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、摺動に適した面を作
成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、硬質粒子が分散した金属材料に摺
動に適した面を作成する方法として、砥石等で研摩する
のみのものがある。また、耐摩耗性を有する面の作成方
法としては、特開平４−２９４９３１号公報に開示され
ているものがある。その製造方法は、硬質粒子を含有す
る金属母材（マトリックス）を圧縮加工し、所望の寸法
となるように機械加工した後に、その表面を硬質粒子よ
りも金属母材の方が腐食しやすい条件下でエッチング処
理して硬質粒子の一部を露出させるものである。この方
法によると、圧縮加工によって金属組織が緻密になって
硬度が高くなるとももに、エッチング処理によって硬質
粒子の一部が突出するようにして露出するため、その耐
摩耗性が向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
単に研摩するのみの場合においては次のような欠点があ
る。すなわち、自身の強度向上のためにマトリックス中
に硬質粒子を含有する素材を用いて、その面を研摩して
摺動面を作成した場合は、図１に示すように、軟らかい
マトリックス１２が優先的に研摩されるので、マトリッ
クス１２の表面１２ａから硬質粒子１４が突出した状態
となる。その際、硬質粒子１４の突出部分１６の表面の
うち前面部１６ａはもちろんのことそれ以外の部分（脇
部）１６ｂも露出した状態であって、硬質粒子１４の角
部も露出した状態となり、摺動の際に摺動の相手側の部
材を大きく摩耗させてしまうこととなる。また、上記公
報記載の方法でも、その面自身の耐摩耗性は向上する
が、単に研摩するのみの場合以上に硬質粒子が露出して
突出することとなり、摺動面に適用させると、単に研摩
するのみの場合以上に摺動の相手側の部材を摩耗させて
しまうこととなる。

【０００４】そこで、本発明は、摺動面自身の耐摩耗性
が高く、かつ、摺動の相手側の部材を摩耗させる量、す
なわち相手攻撃性も少ない摺動面を作成する方法を提供
することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明に係る摺動面の作成方法は、金属マトリック
ス中に硬質粒子を含有する素材からなる面に対して、ロ
ーラを押圧しつつ転動させることによって、摺動に適し
た面を作成することを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明においては、マトリックスよりも硬質粒
子の方が降伏強度が大きいため、摺動面に対するローラ
の押圧転動によって、硬質粒子が弾性圧縮されつつマト
リックスが塑性圧縮されて硬質粒子がマトリックスに若
干埋まるようになり、その後ローラによる押圧が解除さ
れると、硬質粒子の弾性圧縮が復元するとともに、硬質
粒子の脇側に位置していたマトリックスも硬質粒子に引
きずられるようにして復元方向に移動する。これが繰り
返されることによって、硬質粒子のうちのマトリックス
の表面からの突出部分の表面のうちの前面部以外の部分
（脇部）が、マトリックスに滑らかに覆われた構造とな
り、硬質粒子の角部（エッジ部）もマトリックスに覆わ
れることとなる。そのため、摺動の相手側の部材に対し
ても穏やかに接触することとなる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１に示すように、この摺動部材１０は、マト
リックス１２中に硬質粒子１４が含有されている。マト
リックス１２としては、アルミニウムを６％，バナジウ
ムを４％含むチタン合金を使用した。また、硬質粒子１
４としては、ほう化チタン（ＴｉＢ）が分散されてい
る。硬質粒子１４のマトリックス１２に対する割合は、
体積率で約１０％である。

【０００８】そして、まず砥石等によって、摺動部材１
０の摺動面２０が１０点平均粗さで３〜１０μｍＲｚ程
度の滑らかさになるまで、摺動面２０を研摩する（図１
はその研摩後の状態である）。すると、硬質粒子１４は
硬いため研摩されにくく、マトリックス１２は硬質粒子
１４と比べて柔らかいため研摩されやすいことから、摺
動面２０は、マトリックス１２の表面１２ａ上から硬質
粒子１４が一部露出した状態となる。マトリックス１２
の表面１２ａはほぼ平面状であり、硬質粒子１４につい
ては、マトリックス１２の表面１２ａから突出した突出
部分１６の表面のうちの前面部１６ａはもちろんそれ以
外の部分（脇部）１６ｂも露出した状態となる。そのた
め、硬質粒子１４の角部（エッジ部）も露出した状態で
ある。なお、面粗さが粗い場合、マトリックス１２の表
面１２ａが平面状とはならず、波立った状態となり、一
部の硬質粒子１４がマトリックス１２に埋まった状態と
なることはある。しかし、ラップ仕上げ等を行うと図１
のような状態となる。

【０００９】そして、次に、図２に示すように、摺動面
２０に対してローラ３０を押圧しつつローラ３０を転動
させる（バニッシュ加工）。これを何度も繰り返させ
る。すると、マトリックス１２よりも硬質粒子１４の方
が降伏強度が大きいため、マトリックス１２は塑性変形
を起こす。すなわち、ローラ３０による押圧によって硬
質粒子１４が弾性圧縮しつつ、マトリックス１２（特に
硬質粒子１４の背後側の部分）が塑性圧縮されて硬質粒
子１４がマトリックス１２に若干埋まるようになる。そ
して、その後ローラ３０による押圧が解除されると、硬
質粒子１４の弾性圧縮が復元するとともに、硬質粒子１
４が埋まっていた際に硬質粒子１４の側面部１６ｂに位
置していたマトリックス１２が、硬質粒子１４の弾性復
元に伴って復元方向へ移動する。これが繰り返されるこ
とによって、図３に示すように、硬質粒子１４のうちの
マトリックス１２の表面１２ａからの突出部分１６のう
ちの脇部１６ｂは、マトリックス１２に滑らかに覆われ
た構造となる。このため、硬質粒子１４の角部（エッジ
部）はマトリックス１２に覆われることとなる。そのた
め、摺動面２０は、摺動の相手側の部材に対しても穏や
かに接触することとなり、摺動の相手側の部材を摩耗さ
せる量が低く抑えられることとなるのである。

【００１０】次に、図４(a),(b) に基づいて、上記の方
法を応用して軸材７０（直径６mm，長さ９０mm）の側面
７１を加工する方法を説明する。その際には、図示の工
具７２を用いる。工具７２は、円筒状の本体部７４を有
し、本体部７４の内側面７５に対して、それぞれの径が
６mmの６つのローラ７６が、本体部７４と平行に設けら
れている。各ローラ７６は各自の中心軸線を中心に回転
可能に設けられており、かつ、各ローラの側面７７の一
部は、本体部７４の内側面７５から少し突出している。
その内径は軸材７０の外径より小さくされており、その
差がバニッシュ量となり、本実施例では５０μｍであ
る。そして、工具７２を軸回り方向に回転させながら
（800rpm）、工具７２を軸材７０に嵌合させた状態で、
工具７２を軸材７０の一端から他端へと約５秒間で通過
させる。すると、相対的に、軸材７０の側面７１がロー
ラ７６によって押圧転動されたこととなり、前述の方法
と同様に、軸材７０の側面７１（摺動面）の加工が行わ
れるのである。

【００１１】次に、その実験結果を示す。図５に示すよ
うに、鋳鉄ＦＣ２０からなる長さ４５mm，内径６mmの円
筒状の軸受材５０を、円筒形の内側面５２ａを有する支
持部材５２内にセットする。また、前述したチタン合金
（アルミニウムを６％，バナジウムを４％含むもの）の
マトリックス中にほう化チタンの硬質粒子が分散した材
料からなる直径６mmの丸棒状の軸材５４を軸受材５０に
挿入し、軸受材５０の内側面５０ａと軸材５４の外側面
５４ａ（摺動面）との間に潤滑油（米国自動車技術会が
定める粘度分類７．５Ｗ−３０のエンジンオイル）を滴
下し、オイルシール５６を施す。そして、支持部材５２
の側面に対して１５０Ｎの押圧力を加えた状態で、軸材
５４を１分間に１２００回のペースで往復摺動させる。
すなわち、軸受材５０の内側面５０ａと軸材５４の外側
面が、圧力が加わった状態で摺動する。そして、その後
の軸材５４の外側面５４ａ（摺動面）と、軸受材５０の
内側面５０ａの摩耗度合いを測定する。各部材の摩耗度
合いは、各部材とも複数箇所の摩耗度合いを測定してそ
の平均をとる。軸受材５０の測定箇所は、オイルシール
５６との接触面からの距離で５mm，１０mm，２０mm，３
０mm，４０mmの５点である。軸材５４はストローク１０
mmで往復動させるので、長さ９０mmのうち中央部の６５
mmが摺動部となるが、摺動部の両端から各５mmの位置
と、中央部の３ヶ所で軸径を測定している。この実験の
場合、軸受材５０の内側面５０ａは単に研摩しただけの
ものを用い、軸材５４の外側面５４ａ（摺動面）は、単
にラップ研摩しただけの場合（従来品１）と、上記の加
工を施した場合（本実施例）とを用いた。なお、軸材５
４の外側面５４ａ（摺動面）は、従来品１も本実施例
も、ともに、１０点平均表面粗さは０．５μｍＲｚであ
り、マトリックスの表面からの硬質粒子の突出量は０．
１μｍであった。また、ラップ研摩条件を変えて１０点
平均表面粗さを０．５μｍＲｚとして、マトリックスの
表面からの硬質粒子の突出量を０．０２μｍとしたもの
を従来品２とした。その結果、図６のグラフに示すよう
に、本実施例の軸受部の内側面５０ａ（摺動の相手側）
の摩耗量は従来品１，２に比べて格段に減少しているこ
とがわかる。また、軸材５４の外側面５４ａの摩耗量も
従来品１，２と比べて減少していることがわかる。な
お、グラフの縦軸は従来品１の軸材の摩耗量を１とした
ときの摩耗量の比である。

【００１２】また、表面粗さが同じ程度となるまで加工
する際に要する時間を比較しても、本実施例は従来の方
法と比較して優れており、短時間で優れた摺動特性が得
られることがわかった。すなわち、１０点平均表面粗さ
がともに０．５μｍＲｚとなるまで加工する際、従来の
方法では、例えばまず１０点平均表面粗さが１０μｍＲ
ｚとなるまで粗研摩し、ついで３μｍＲｚとなるまで中
研摩し、ついで１μｍＲｚとなるまで精研摩し、さらに
０．５μｍＲｚとなるまでラップ仕上げする必要があっ
た。それに比べ、本実施例では、従来の方法と同様に粗
研摩及び中研摩して１０点平均表面粗さがともに３μｍ
Ｒｚとなった後に、上述のバニッシュ加工をすればよ
い。そのため、その各方法の加工時間をグラフにする
と、図７のように、本実施例では従来の方法と比べて加
工時間が短かくて済むことがわかる（図７では本実施例
の場合を１として示す）。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る方法
によれば、硬質粒子のうちのマトリックスの表面からの
突出部分の表面のうちの前面部以外の部分（脇部）は、
マトリックスに滑らかに覆われた構造となり、硬質粒子
の角部（エッジ部）もマトリックスに覆われることとな
る。そのため、硬質粒子を含有することによって自身の
強度が向上するとともに、その硬質粒子を含む摺動面が
摺動の相手側の部材に対しても穏やかに接触することと
なり、摺動の相手側の部材を摩耗させる量が減少される
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による摺動面の作成の途中の
状態を示す断面図である。砥石による研摩後であって、
ローラによって押圧転動される前の状態を示す。また、
従来の研摩の例をも示す。

【図２】図１の状態の後において、ローラによって押圧
転動される状態を示す断面図である。

【図３】図２の加工が終了した後の状態を示す断面図で
ある。

【図４】軸材に対して加工する方法を示す図である。
(a) はその加工に用いる工具の平面図であり、(b) はそ
の実際の加工を示す斜視図である。

【図５】本実施例の効果を確認する実験方法を説明する
図である。

【図６】本実施例及び比較例（従来品）の摩耗量につい
ての実験結果のグラフを示す図である。

【図７】本実施例及び比較例（従来方法）の加工時間に
ついての実験結果のグラフを示す図である。

【符号の説明】

１２マトリックス１４硬質粒子２０摺動面３０ローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属マトリックス中に硬質粒子を含有す
る素材からなる面に対して、ローラを押圧しつつ転動さ
せることによって、摺動に適した面を作成することを特
徴とする摺動面の作成方法。