JPS6311604A - 耐摩耗性摺動部材の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ１発明の目的 ｆｉｌ　　産業上の利用分野 本発明は、内燃機関用カムシャフト等の耐摩耗性摺動部
材の製造方法に関する。

（２）　　従来の技術 従来、この種部材を製造する場合、耐摩耗性を有する焼
結性金属粉末および合成樹脂バインダよりなる金属粉末
シートを、金属製母材の摺動部形成領域に接着剤を介し
て、またはシート表面を溶剤により溶解して接着し、次
いで金属粉末に焼結処理を施すことが行われている。

（３）　　発明が解決しようとする問題点しかしながら
前記焼結体は、その焼結時における溶着作用でのみ母材
に接合されているので、苛酷な摺動条件の下では接合強
度が十分でないという問題がある。

また焼結体は、合成樹脂バインダの熱分解に伴い気孔率
が高くなるため、高強度を要求される場合には溶浸処理
を施さなければならず、その処理に応じて製造工数およ
び熱エネルギ消費量の増加を来たすという問題もある。

さらに金属粉末シートおよび母材の昇温に伴い接着剤等
による接着機能が低下するため、母材の下面、側面等に
金属粉末シートを接着せざるを得ないような場合には金
属粉末シートがその重量によって母材から剥離するおそ
れがある。

本発明は前記に鑑み、焼結工程においてろう材による溶
浸処理を同時に行うことにより、母材に対する焼結体の
接合強度を向上させると共に製造工数の低減および省エ
ネルギ化を図り、また金属粉末シートの接着位置が母材
の下面、側面等であっても、そのシートを焼結工程にお
いて母材に確実に保持し得るようにした前記製造方法を
提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成 （１）　　問題点を解決するための手段本発明は、金属
製母材の摺動部形成領域に、耐摩耗性を有する焼結性金
属粉末および合成樹脂バインダよりなる金属粉末シート
を、また該金属粉末シート表面の一部にろう材粉末およ
び合成樹脂バインダよりなるろう材粉末シニトをそれぞ
れ接着する工程と；焼結工程における前記金属粉末およ
び溶融した前記ろう材に対して非溶着性であり、また通
気性および耐熱性を持ち、さらにフラックスとして機能
するバンクアンプ体を前記金属粉末シート、ろう材粉末
シートおよび前記母材の表面に連続的に形成して、それ
ら両シートを前記バックアツプ体により前記母材に保持
させる工程と：前記金属粉末を前記ろう材粉末の融点以
上の温度で焼結する工程と；を用いることを特徴とする
。

（２）作　用 焼結工程では、合成樹脂バインダ、接着剤といった有機
物質が熱分解してガス化し、その生成ガスはバンクアッ
プ体の気孔を通じて排出されるので、ガスに起因した欠
陥の無い焼結体が得られる。

その焼結体は合成樹脂バインダの熱分解に伴い気孔率が
高くなるが、それらの気孔には溶融したろう材が毛細管
現象により浸入し、これにより焼結工程において溶浸処
理が同時に行われる。

焼結と同時に焼結体は母材に溶着され、またろう材が母
材に対する接合媒体となるので、焼結体と母材間の接合
強度が高くなる。

この焼結工程では、バックアツプ体の一部が溶融すると
共に、その溶融物が焼結体の気孔を通じ、また直接的に
母材と焼結体間の微小間隙に浸入するので、その溶融物
のフラックスとしての機能により、母材表面が浄化され
ると共に熔融したろう材の表面張力の低下および流動性
の向上が図られ、これにより母材に対する焼結体のろう
接および焼結体に対する溶浸処理が確実に行われる。

さらに、金属粉末シートおよびろう材粉末シートはバン
クアップ体により母材に確実に保持されているので、そ
れらシートの接着位置が母材の下面、側面等であっても
それらシートが母材から剥離することがない。

（３）実施例 第１〜第３図は耐摩耗性摺動部材としての内燃機関用カ
ムシャフト１を示し、その金属製母材としてのカムシャ
フト本体２は、所定の間隔を以て配列された断面卵形を
なす複数のカム構成部３を有する。各カム構成部３のカ
ム面部分３ｂの外周面はベース面部分３ａよりも所定高
さ落ち込むように段差を付されており、その摺動部形成
領域としての段差部分４に耐摩耗性を有する金属製焼結
体Ｓが固着される。この焼結体Ｓとカム構成部３により
カム５が構成され、また焼結体Ｓによりカム５の摺動部
であるカムノーズ外周部５ａが構成される。

カムシャフト本体２は、鋳鉄（例えばＪＩＳＦＣ２５、
Ｆｅ１２等）、鋳ｍ（例えばＪＩＳｓｃ４６）等より構
成される。

前記焼結体Ｓは、耐摩耗性を有する焼結性金属粉末およ
び合成樹脂バインダよりなる金属粉末シートより得られ
、またろう材により溶浸処理を施されており、そのろう
材はカムシャフト本体２に対する焼結体Ｓの接合媒体と
しても機能している。

次に、前記カムシャフト１の製造方法について説明する
。

金属粉末シートは以下の工程を経て製造される。

耐摩耗性を有する焼結性金属粉末として、直径５μｍの
ＷＣ粉末・・・・・・・・・・・・・・・・・・５０重
量％直径１５μｍのＣｒ５Ｃｔ粉末・・・・・・４０重
量％直径３５μｍのＭｏ粉末・・・・・・・・・・・・
・・・・・・５重量％直径１０μｍのＷＳ、粉末・・・
・・・・・・・・・・・・５重量％をＶ−ブレンダによ
り３０分間混合する０次いで、合成樹脂バインダとして
、四フフ化エチレン樹脂エマルジョンおよびアクリル樹
脂エマルシランをｌ：１に混合したものを用意し、この
合成樹脂バインダを前記金属粉末に対し３重量％添加し
てそれらをニーダにより５分間混練する。そして混練物
を１００℃で３０分間乾燥した後、ロール機に通して厚
さ２龍の金属粉末シートを得る。

ろう材粉末シートは以下の工程を経て製造される。

ろう材粉末としての直径３０μｍのＮｉ自溶性合金粉末
に対し前記合成樹脂バインダを３重量％添加してそれら
をニーダにより５分間混練する。

そして混練物を１００℃で３０分間乾燥した後、ロール
機に通して厚さ５１１１のろう材粉末シートを得る。

カムシャフト本体２は、前記形状を持つように鋳鉄（Ｊ
ＩＳ　　Ｆｅ１２）より構成される。

第４図に示すように、幅１５鶴、長さ６０鶏の金属粉末
シートＳｌの表面中央部にその長手方向に沿って幅５鶴
、長さ６０ｍｍのろう材粉末シートＳｔをアクリル樹脂
接着剤により接着し、次いで金属粉末シー）Ｓｔをカム
構成部３の段差部分４にアクリル樹脂接着剤により接着
する。

第５．第６図に明示するように、４０重量％の第１リン
酸ソーダ、４０重量％の第１ケイ酸ソーダおよび２０重
量％の水よりなるスラリを、金属粉末シートＳ１および
ろう材粉末シー）Ｓｔの表面および段差部分４の周囲に
おいてカム構成部３に所定の厚さに塗布し、その後塗布
膜を自然乾燥してカム構成部３に接合された、シェル状
バックアップ体６を得る。このバックアツプ体６は、焼
結工程における金属粉末および溶融したろう材に対して
非溶着性であり、また通気性および耐熱性を持ち、さら
にろう接に際してフラックスとして機能する。このバッ
クアツプ体６によって金属粉末シートＳ１およびろう材
粉末シートＳ２はカム構成部３に確実に保持される。

カムシャフト本体２は、第５図に示すように直立状態で
真空焼結炉に設置され、第７図の加熱−冷却条件の下に
有機物質の分解、ろう材の溶融および金属粉末の焼結が
行われる。

加熱ゾーンＡは１次〜３次加熱ゾーンＡ、　−Ａ、を有
する。

（Ｉ）１次加熱ゾーン（第７図Ａｔ） この加熱ゾーンＡＩは略６５０℃であり、加熱時間は３
０分間である。この加熱ゾーンＡ１では先ず水分が蒸発
し、次いで合成樹脂バインダ中の四フッ化エチレン樹脂
およびアクリル樹脂ならびにアクリル樹脂接着剤が分解
してガス化する。生成ガスはバックアツプ体６の気孔を
通じて外部に排出される。金属粉末シートＳ　＋および
ろう材粉末シートＳｔは、バックアンプ体６によりカム
構成部３に確実に保持されているので、アクリル樹脂接
着剤の接着機能が低下しても両シートＳ＋。

Ｓ２がカム構成部３から剥離して落下することがなく、
また合成樹脂バインダが分解した後も、金属粉末および
ろう材粉末はバックアツプ体６内に保持される。

（■）２次加熱ゾーン（第７図Ａｔ） この加熱ゾーンＡ２は略９００℃であり、加熱時間は３
０分間である。この加熱ゾーンＡ２では金属粉末が仮焼
結される。また未分解の有機物質が完全にガス化してバ
ックアツプ体６内より排出される。

（■）３次加熱ゾーン（第７図Ａ３） この加熱ゾーンＡ、は略１１２０℃であり、加熱時間は
１時間である。

この加熱ゾーンＡ３では金属粉末が焼結されて焼結体Ｓ
が得られる。この焼結体Ｓは合成樹脂バインダの熱分解
に伴い気孔率が高くなっているが、この３次加熱ゾーン
Ａ、ではろう材としてのＮｉ目溶性合金（融点：１０７
５〜１０８５℃）が熔融し、その熔融したろう材が焼結
体Ｓの気孔に毛細管現象により浸入するので、焼結と同
時に焼結体Ｓに溶浸処理が施される。

焼結体Ｓは、その焼結と同時に段差部分４に溶着され、
またろう材が段差部分４に対する接合媒体となるので、
焼結体Ｓとカム構成部３間の接合強度が高くなる。

この焼結工程では、バックアツプ体６の一部が溶融する
と共にその溶融物が焼結体Ｓの気孔を通じ、また直接的
に段差部分４と焼結体Ｓ間の微小間隙に浸入するので、
その溶融物中のリン酸ソーダのフラックスとしての機能
により、段差部分４表面の酸化物が溶解されてその表面
が浄化されると共に溶融したろう材表面の酸化物が溶解
されてその表面張力が低下し、同時に熔融物中のケイ酸
ソーダのフラックスとしての機能により溶融したろう材
の流動性の向上が図られ、これにより段差部分４に対す
る焼結体Ｓのろう接および焼結体Ｓに対する溶浸処理が
確実に行われる。

（ｒＶ）冷却ゾーン（第７図Ｂ） この冷却ゾーンＢは、７００℃までの１次冷却ゾーンＢ
１と常温までの２次冷却ゾーンＢｔとに分けられ、１次
冷却ゾーンＢ１では炉冷が行われ、２次冷却ゾーンＢ２
では窒素ガスを用いたガス冷却が行われる。

上記焼結工程を経た後、真空焼結炉よりカムシャフト本
体２を取出し、バックアツプ体６をハンマ等で叩くとそ
れは節単に割れて除去され、また焼結体Ｓ、したがって
カムノーズ外周部５ａに残置されたろう材はそのカムノ
ーズ外周部５ａの研削工程で除去される。

第８図は前記カムシャフト１における焼結体Ｓと段差部
分４との接合部の金属組織を示す顕微鏡写真（１００倍
）であり、バックアツプ体６のフラックス機能により焼
結体Ｓが段差部分４に対して隙間を生じることなく接合
していることが明らかである。

第９図は、フラックス機能を持たないバックアツプ体を
用いた比較例の、焼結体Ｓ′と段差部分４′との接合部
における前記同様の顕微鏡写真を示し、焼結体Ｓ′と段
差部分４′との間に黒色の微小孔が現出しており、十分
な接合強度が得られないことが明らかである。

第１０図は、耐摩耗性摺動部材としてのロッカアーム７
の製造方法を示す。その金属製母材としてのロッカアー
ム本体８は浸炭処理を施した肌焼　　　　　”１ｉ４＜
ＪＩＳ　　ＳＣＭ４２０）よりなり、そのスリッパ面構
成体取付部（摺動部形成領域）８ａに厚さ０．５　ｍｍ
の前記と同様の金属粉末シートＳ、がアクリル樹脂接着
剤により接着され、その上に金属粉末シートＳｌと体積
比が等しい厚さ１龍の前記同様のろう材粉末シートＳｔ
が前記接着剤により接着される。また両シートｓ＋　、
Ｓｔの表面およびスリッパ面構成体取付部８ａに前記と
同様のバッタアップ体６が形成される。

焼結処理は、両シー）Ｓｌ、Ｓｔを横向きにした多数の
ロッカアーム本体８を重ね合わせた状態で行われる。焼
結条件は、第７図の３次加熱ゾーンＡ、の温度を略１１
８０℃、加熱時間を３０分間とする外は前記と同じであ
る。

このようにして得られた焼結体、したがって摺動部とし
てのスリッパ面構成体はほとんど位置ずれを起こすこと
がな（、また接合強度も高いことが判明した。

前記バックアツプ体６の構成材料であるリン酸塩として
は、第１〜第３リン酸ソーダ、第１〜第３リン酸カリウ
ム等のアルカリ金属のリン酸塩単独またはこれらの混合
物が、またケイ酸塩としてはケイ酸ソーダ、ケイ酸カリ
ウム等のアルカリ金属のケイ酸塩単独またはこれらの混
合物が該当する。

リン酸塩の配合割合は２０〜８０重景％、ケイ酸塩の配
合割合は８０〜２０重量％が最適である。

リン酸塩の配合割合が２０重量％を下回るとフラックス
としての機能が低下し、一方８０重量％を上回ると、両
塩の熔融物の流動性が悪化する。

なお、ろう材としては、Ａｇ系、Ｃｕ系等の、一般的な
ものも使用可能である。また本発明はカムシャフト、ロ
ッカアーム以外の摺動部材の製造にも適用される。

Ｃ０発明の効果 本発明によれば、焼結工程において焼結体にろう材によ
る溶浸処理を施すことができるので、焼結工程後溶浸処
理を行う場合に比べて摺動部材の製造工数を低減し、ま
た省エネルギ化を図ることができる。

さらにろう材は、母材に対する焼結体の接合媒体として
も機能するので、母材への焼結体の溶着と相俟って焼結
体と母材間の接合強度を尚くすることができる。またバ
ックアツプ体のフラックスとしての機能により前記溶浸
処理およびろう接を確実に行うことができる。

さらにまた金属粉末シートおよびろう材粉末シートをバ
ックアツプ体により母材に保持させるので、母材の下面
、側面等に両シートを接着せざるを得ない場合でも、焼
結工程で両シートが母材より剥離するようなことがない
。

【図面の簡単な説明】

第１図はカムシャフトの正面図、第２図は第１図ｎ−ｎ
線断面図、第３図はカムシャフトの要部斜視図、第４図
はカムシャフト本体に金属粉末シートおよびろう材粉末
シートを接着した状態の要部斜視図、第５図はカムシャ
フト本体に金属粉末シートおよびろう材粉末シートを接
着し、それらの上にバックアツプ体を設けた状態の立面
図、第６図は第１図ｎ−ｎ線断面図、第７図は焼結工程
における温度と時間の関係を示すグラフ、第８図は本発
明により得られたカムシャフトの段差部分と焼結体との
接合部における金属組織を示す顕微鏡写真、第９図は比
較例の第８図と同様の顕微鏡写真、第１０図はロッカア
ームの製造を示す要部破断正面図である。 Ｓｌ・・・金属粉末シート、Ｓ、・・・ろう材粉末シー
ト、 ２．８・・・母材としてのカムシャフト本体、ロッカア
ーム本体、４，８ａ・・・摺動部形成領域としての段差
部分、スリッパ面構成体取付部、６・・・バンクアップ
体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属製母材の摺動部形成領域に、耐摩耗性を有する焼結
   性金属粉末および合成樹脂バインダよりなる金属粉末シ
   ートを、また該金属粉末シート表面の一部にろう材粉末
   および合成樹脂バインダよりなるろう材粉末シートをそ
   れぞれ接着する工程と；焼結工程における前記金属粉末
   および溶融した前記ろう材に対して非溶着性であり、ま
   た通気性および耐熱性を持ち、さらにフラックスとして
   機能するバックアップ体を前記金属粉末シート、ろう材
   粉末シートおよび前記母材の表面に連続的に形成して、
   それら両シートを前記バックアップ体により前記母材に
   保持させる工程と；前記金属粉末を前記ろう材粉末の融
   点以上の温度で焼結する工程と；を用いることを特徴と
   する、耐摩耗性摺動部材の製造方法。