JP6142862B2 - Sliding structure - Google Patents
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Description
本発明は、自動車の内燃機関(ロータリピストンエンジン)等における、複数の摺動部材が組み合わされた摺動構造に関するものである。 The present invention relates to a sliding structure in which a plurality of sliding members are combined in an internal combustion engine (rotary piston engine) of an automobile.
従来より、例えばロータリピストンエンジンにおけるアペックスシールとアペックスシールを収めるロータ頂部に形成された溝部との組合せ、コンプレッサにおけるベーンとベーンを収めるロータ溝との組合せ、あるいは往復動式エンジンにおけるピストン溝とピストンリングの組合せ等において、双方の耐摩耗性を向上させる技術開発が進められてきた。 Conventionally, for example, a combination of an apex seal in a rotary piston engine and a groove formed on the top of the rotor that stores the apex seal, a combination of a vane in the compressor and a rotor groove that stores the vane, or a piston groove and a piston ring in a reciprocating engine In the combination of the above, technological development for improving both wear resistance has been advanced.
例えば、特許文献1には、Ti−6Al−4V合金製ロータを640℃〜800℃で酸化熱処理してTiO2皮膜を形成し、鋳鉄製アペックスシールとの組合せにおいて双方の耐摩耗性を確保する技術が記載されている。また、特許文献2には、鋳鉄製ロータを熱処理してアペックスシールを収容する溝部の耐摩耗性を上げる技術が記載されている。 For example, in Patent Document 1, a Ti-6Al-4V alloy rotor is oxidized and heat treated at 640 ° C. to 800 ° C. to form a TiO 2 film, and both wear resistance is ensured in combination with a cast iron apex seal. The technology is described. Patent Document 2 describes a technique for improving the wear resistance of a groove portion that accommodates an apex seal by heat-treating a cast iron rotor.
しかしながら、特許文献1に記載のものでは、高価なTi合金をロータとするとともに高温での熱処理が必要となりコスト面等において現実的ではない。 However, the one described in Patent Document 1 is not practical in terms of cost because an expensive Ti alloy is used as a rotor and heat treatment at high temperature is required.
また、特許文献1に実施例として記載されている鋳鉄製アペックスシールは、ロータハウジングのトロコイド面を形成するCrめっき層との摺動もあるため、鋳鉄製アペックスシールの耐摩耗性を確保することが困難である。 Moreover, since the cast iron apex seal described as an Example in patent document 1 also has sliding with the Cr plating layer which forms the trochoidal surface of a rotor housing, it ensures the wear resistance of a cast iron apex seal. Is difficult.
この点、鋳鉄製アペックスシールについて、前記トロコイド面のCrめっき層と摺動する断面R状の頂部近傍をチル化して高硬度にすることが行われている。 In this regard, the cast iron apex seal is made to have a high hardness by chilling the vicinity of the top of the R-shaped section that slides with the Cr plating layer on the trochoidal surface.
そうすると、チル化処理により、前記トロコイド面のCrめっき層との摺動についてはアペックスシールの耐摩耗性は確保される一方、アペックスシールの鋳鉄組織からなる基部と、チル化処理されたチル部の両方が、ロータ溝と摺動することになり、基部とチル部両方に対するロータ溝の耐摩耗性を確保する必要性が生じる。 Then, by the chilling treatment, the wear resistance of the apex seal is ensured for sliding with the Cr plating layer of the trochoid surface, while the base portion made of the cast iron structure of the apex seal and the chilled chill portion Both of them slide with the rotor groove, and it becomes necessary to ensure the wear resistance of the rotor groove with respect to both the base portion and the chill portion.
さらに近年、エンジンの軽量化が重要な課題となっており、特にロータリピストンエンジンでは主要構成部品であるロータを軽量化すれば、従来よりも大幅に回転数を高めることができ、エンジン性能(トルク/出力/燃費)を向上させることができる。従って、特許文献1,2に記載の、これまで量産されてきた鋳鉄製ロータに代えて、アルミニウム合金製ロータの実用化が求められている。 Furthermore, in recent years, weight reduction of the engine has become an important issue. Especially in the case of a rotary piston engine, if the weight of the rotor, which is the main component, is reduced, the engine speed (torque) can be increased. / Output / fuel consumption) can be improved. Therefore, in place of the cast iron rotor described in Patent Documents 1 and 2 that have been mass-produced so far, there is a demand for practical use of an aluminum alloy rotor.
しかしながら、アルミニウム合金は鋳鉄に比べ硬度が低く、例えば鋳造材のAC4B材をT6処理した高硬度のものでも硬度(ビッカース硬さ)Hv130程度である。従って、ロータとして単にアルミニウム合金製の基材を採用すると、上述のごとく鋳鉄組織の基部(Hv400程度)とチル化処理されたチル部(Hv600程度)とを有するアペックスシールとの摺動により、ロータ溝の摩耗が進み、ガスシール性が悪化する懸念がある。このため、ロータ溝のより高い耐摩耗性を確保する必要がある。 However, the aluminum alloy has a lower hardness than cast iron. For example, even a high hardness alloy obtained by treating the cast AC4B material with T6 has a hardness (Vickers hardness) of about Hv130. Therefore, when a base material made of an aluminum alloy is simply used as the rotor, as described above, the rotor slides with the apex seal having the base portion (about Hv400) of the cast iron structure and the chilled chill portion (about Hv600). There is a concern that the wear of the groove progresses and the gas sealability deteriorates. For this reason, it is necessary to ensure higher wear resistance of the rotor groove.
以上より、本発明は、アルミニウム合金製ロータ等の第1摺動部材と、そのロータ溝に収容されるアペックスシール等の第2摺動部材とを組み合わせた摺動構造において、耐摩耗性を向上させ、高い耐久信頼性を確保することを課題とする。 As described above, the present invention improves wear resistance in a sliding structure in which a first sliding member such as an aluminum alloy rotor is combined with a second sliding member such as an apex seal housed in the rotor groove. And ensuring high durability and reliability.
上記課題を解決するため、本発明では、第1摺動部材の基材表面であって、第2摺動部材との摺接面に、TiO2よりなる皮膜を形成した。 In order to solve the above problems, in the present invention, a coating made of TiO 2 is formed on the surface of the base material of the first sliding member and on the sliding contact surface with the second sliding member.
すなわち、ここに開示する摺動構造は、アルミニウム合金製の基材を有する第1摺動部材と、該第1摺動部材に対して摺動する鋳鉄製の第2摺動部材とが組み合わされた構造であって、前記第1摺動部材は、前記基材の表面で前記第2摺動部材との摺接面にTiO2よりなる皮膜を有してなり、前記第2摺動部材は、鋳鉄組織からなる基部と、前記鋳鉄組織がチル化処理されてなるチル部とを備えたことを特徴とする。 That is, the sliding structure disclosed here is a combination of a first sliding member having a base material made of an aluminum alloy and a second sliding member made of cast iron that slides relative to the first sliding member. The first sliding member has a coating made of TiO 2 on the sliding contact surface with the second sliding member on the surface of the base material, and the second sliding member And a base portion made of a cast iron structure and a chill portion formed by chilling the cast iron structure.
上述のごとく、アルミニウム合金は鋳鉄に比べて硬度が低いため、前記第2摺動部材が摺動することにより前記第1摺動部材が摩耗する。従って、本発明によれば、第1摺動部材における、第2摺動部材との摺接面に硬度の高いTiO2皮膜を形成することにより、第2摺動部材の基部とチル部双方との摺動に対して、第1摺動部材の耐摩耗性を向上させることができ、耐久信頼性の高い摺動構造を得ることができる。 As described above, since the aluminum alloy has a lower hardness than cast iron, the first sliding member wears when the second sliding member slides. Therefore, according to the present invention, by forming a hard TiO 2 film on the sliding surface of the first sliding member with the second sliding member, both the base portion and the chill portion of the second sliding member With respect to the sliding, the wear resistance of the first sliding member can be improved, and a sliding structure with high durability and reliability can be obtained.
なお、前記皮膜の膜厚は、好ましくは5μm以上15μm以下であり、特に好ましくは5μm以上10μm以下である。また、前記皮膜の硬さは、好ましくはHv500以上Hv800以下であり、特に好ましくはHv600以上Hv800以下である。そして、好ましい態様では、前記皮膜の膜厚は5μm以上15μm以下であり且つ前記皮膜の硬さはHv500以上Hv800以下である。特に好ましい態様では、前記皮膜の膜厚は5μm以上10μm以下であり且つ前記皮膜の硬さはHv600以上Hv800以下である。これにより、第1摺動部材の優れた耐摩耗性を確保しつつ、相手攻撃性の高まりを抑えて双方のバランスに優れた摺動構造をもたらすことができ、摺動構造の耐久信頼性をより向上させることができる。 The film thickness of the film is preferably 5 μm or more and 15 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 10 μm or less. Further, the hardness of the film is preferably Hv500 or more and Hv800 or less, particularly preferably Hv600 or more and Hv800 or less. In a preferred embodiment, the film thickness is 5 μm or more and 15 μm or less, and the film hardness is Hv500 or more and Hv800 or less. In a particularly preferred embodiment, the film thickness is 5 μm or more and 10 μm or less, and the film hardness is Hv600 or more and Hv800 or less. Thereby, while ensuring the excellent wear resistance of the first sliding member, it is possible to bring about a sliding structure excellent in the balance between both by suppressing the increase in the attacking of the opponent, and improving the durability reliability of the sliding structure. It can be improved further.
前記皮膜の気孔率は、5.5%以上10%以下であり、より好ましくは6.0%以上9.5%以下、特に好ましくは6.4%以上9.2%以下である。これにより、TiO2皮膜のオイル保持性が良好に保たれ、摺接面に対するオイル供給性が高まるため、前記摺動構造の耐摩耗性が効果的に向上する。 The porosity of the pre-Symbol coating 5. It is 5% or more and 10% or less, more preferably 6.0% or more and 9.5% or less, and particularly preferably 6.4% or more and 9.2% or less. As a result, the oil retaining property of the TiO 2 film is kept good and the oil supply property to the sliding contact surface is increased, so that the wear resistance of the sliding structure is effectively improved.
別の態様では、前記皮膜の表面粗さは、Ra0.4μm以上Ra1.2μm以下であり、特に好ましくはRa0.4μm以上Ra1.0μm以下である。これにより、良好なオイル供給性を保ちつつ、前記第2摺動部材への相手攻撃性を効果的に抑制することができる。 In another embodiment, the surface roughness of the pre-Symbol film, not less than R a0.4μm Ra1.2μm, particularly preferably not more than Ra1.0μm least Ra0.4Myuemu. Thereby, the other party aggression property to the said 2nd sliding member can be suppressed effectively, maintaining favorable oil supply property.
なお、好ましい態様では、前記第2摺動部材のチル部が、第3摺動部材に対しても摺動する構成とすることができる。 In a preferred embodiment, the chill portion of the second sliding member can slide with respect to the third sliding member.
本発明は、ロータリピストンエンジン、往復動式エンジン、コンプレッサ等における摺動部材が組み合わされてなる摺動構造に適用することができる。特に好ましくは、ロータリピストンエンジンの摺動構造、すなわちアペックスシールとアペックスシールを収めるロータ頂部の溝部との組合せに適用することができる。 The present invention can be applied to a sliding structure formed by combining sliding members in a rotary piston engine, a reciprocating engine, a compressor, and the like. Particularly preferably, the present invention can be applied to a sliding structure of a rotary piston engine, that is, a combination of an apex seal and a groove on the top of the rotor that houses the apex seal.
従って、好ましい態様では、前記第1摺動部材は、頂部に溝部を有するロータリピストンエンジンのロータであり、前記第2摺動部材は、前記溝部に収容されたアペックスシールである。 Therefore, in a preferred embodiment, the first sliding member is a rotor of a rotary piston engine having a groove at the top, and the second sliding member is an apex seal housed in the groove.
また、前記第3摺動部材は、好ましくは前記ロータリピストンエンジンのロータハウジングである。 The third sliding member is preferably a rotor housing of the rotary piston engine.
なお、第2摺動部材の基部及びチル部は、鋳鉄組織よりなる単一部材のうちの一部がチル化処理されてチル部を形成する構成であってもよく、また鋳鉄組織からなる部材とチル組織からなる別部材が一体的に接合された構成であってもよい。 The base and chill part of the second sliding member may be configured such that a part of a single member made of cast iron structure is chilled to form a chill part, or a member made of cast iron structure And another member made of a chill structure may be integrally joined.
以上述べたように、本発明によると、第1摺動部材における、第2摺動部材との摺接面に硬度の高いTiO2皮膜を形成することにより、第2摺動部材の基部とチル部双方との摺動に対して、第1摺動部材の耐摩耗性を向上させることができ、耐久信頼性の高い摺動構造を得ることができる。また、前記TiO2皮膜の膜厚を調節することにより、皮膜の硬さ、皮膜表面の気孔率及び/又は表面粗さを制御することができるため、第1摺動部材の耐摩耗性を向上させるとともに、第2摺動部材に対する第1摺動部材の相手攻撃性の高まりを抑えて、より耐久信頼性の高い摺動構造を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the base of the second sliding member and the chill are formed by forming a hard TiO 2 film on the sliding contact surface of the first sliding member with the second sliding member. With respect to sliding with both parts, the wear resistance of the first sliding member can be improved, and a sliding structure with high durability and reliability can be obtained. Further, by adjusting the film thickness of the TiO 2 film, the hardness of the film, the porosity and / or the surface roughness of the film surface can be controlled, so the wear resistance of the first sliding member is improved. In addition, it is possible to obtain a sliding structure with higher durability and reliability by suppressing an increase in the attacking property of the first sliding member relative to the second sliding member.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
図1は本実施形態に係るロータリピストンエンジンの簡略図であり、ロータハウジング(第3摺動部材)1のトロコイド面2を、出力軸3を回転させるロータ(第1摺動部材)4の各頂部に装着されたアペックスシール(第2摺動部材)5の頂面が摺動するようになっている。このエンジンでは、吸気口6からオイルを含む燃料が空気と共に作動室7に吸入され、ロータ4の回転に伴って圧縮されつつ矢印8の方向に移動した燃料が点火プラグ9A,9Bにより着火されて膨張し、燃焼ガスの圧力によって出力軸3に回転を与えた後、排気口10から排気される、という一連の行程が繰り返されることになる。 FIG. 1 is a simplified view of a rotary piston engine according to the present embodiment. Each of the rotors (first sliding members) 4 that rotate the output shaft 3 on the trochoidal surface 2 of the rotor housing (third sliding member) 1. The top surface of the apex seal (second sliding member) 5 mounted on the top is slid. In this engine, fuel containing oil is sucked into the working chamber 7 together with air from the intake port 6, and the fuel moved in the direction of the arrow 8 while being compressed as the rotor 4 rotates is ignited by the spark plugs 9 </ b> A and 9 </ b> B. A series of steps of expanding and exhausting from the exhaust port 10 after the output shaft 3 is rotated by the pressure of the combustion gas is repeated.
ロータハウジング1は、トロコイド面2が形成された例えば鋼板製のライナーをアルミ合金に鋳ぐるむなどして製作される。そのトロコイド面2は、上述のごとく、アペックスシール5が押し付けられながら摺動するため、高い耐熱性、耐摩耗性、低摩擦性が要求される。このため、トロコイド面2にはCr含有メッキ皮膜が形成されている。 The rotor housing 1 is manufactured by casting, for example, a steel plate liner having a trochoidal surface 2 formed in an aluminum alloy. Since the trochoid surface 2 slides while the apex seal 5 is pressed as described above, high heat resistance, wear resistance, and low friction are required. For this reason, a Cr-containing plating film is formed on the trochoid surface 2.
ロータ4は、回転軸心の方向から見て各辺の中央部が外側に膨出する略三角形状のブロック体からなり、アルミニウム合金製の基材を有する。 The rotor 4 is formed of a substantially triangular block body in which the central portion of each side bulges outward as viewed from the direction of the rotation axis, and has a base material made of an aluminum alloy.
アルミニウム合金材としては、例えば、JIS規格に規定されるAC2B材、AC4B材、AC4D材、AC8A材等、又はAA(アメリカアルミニウム協会)規格に規定されるA390材等を用いることができる。また、特に好ましくは鋳造性に優れるAC4B材を使用することができる。 As the aluminum alloy material, for example, an AC2B material, an AC4B material, an AC4D material, an AC8A material, or the like specified in JIS standards, or an A390 material specified in AA (American Aluminum Association) standard can be used. Moreover, it is particularly preferable to use an AC4B material having excellent castability.
ロータ4の略三角形状の各頂部には、アペックスシール5を収容するための溝部41が設けられている。 A groove 41 for accommodating the apex seal 5 is provided at each of the approximately triangular tops of the rotor 4.
図2(a)は、ロータ頂部の拡大図である。図2(a)に示すように、アペックスシール5は、スプリング(図示せず)を介してロータ頂部の溝部41に収容されている。 FIG. 2A is an enlarged view of the top of the rotor. As shown in FIG. 2A, the apex seal 5 is housed in the groove 41 at the top of the rotor via a spring (not shown).
アペックスシール5は、ロータ回転時、前記スプリング、燃焼ガス圧、及び慣性力によりロータハウジング1のトロコイド面2に押し付けられるため、ロータ溝部41内で上下にスライドする。また、ロータ4の回転方向に押し付けられて傾くことから、ロータ4とアペックスシール5のエッジが強く押し付けられる。この結果、ロータ頂部の溝部41の例えば図2に示す位置A1,A2において、摩耗すると考えられる。 Since the apex seal 5 is pressed against the trochoidal surface 2 of the rotor housing 1 by the spring, combustion gas pressure, and inertia force when the rotor rotates, the apex seal 5 slides up and down within the rotor groove 41. In addition, since the rotor 4 is pressed and tilted in the rotation direction, the edges of the rotor 4 and the apex seal 5 are strongly pressed. As a result, it is considered that the groove 41 at the top of the rotor is worn, for example, at positions A1 and A2 shown in FIG.
ここで、上述のごとく、ロータハウジング1のトロコイド面2にはCr含有めっき皮膜が形成されており、これに摺動するアペックスシール5の耐摩耗性も向上させる必要がある。従って、アペックスシール5の頂部(A3)近傍は、鋳鉄組織がチル化処理された構成となっている。すなわち、アペックスシール5は、図2(b)に示すように、鋳鉄組織からなる鋳鉄部51(基部)と、この鋳鉄組織がチル化処理されてなるチル部52とを備えた構成となっている。 Here, as described above, the Cr-containing plating film is formed on the trochoidal surface 2 of the rotor housing 1, and it is necessary to improve the wear resistance of the apex seal 5 that slides on the Cr-containing plating film. Accordingly, the vicinity of the apex (A3) of the apex seal 5 has a structure in which the cast iron structure is chilled. That is, as shown in FIG. 2B, the apex seal 5 includes a cast iron part 51 (base part) made of a cast iron structure and a chill part 52 formed by chilling the cast iron structure. Yes.
これにより、例えば図2(a)のA2に示す、ロータ頂部のエッジには、アペックスシール5のチル部52が摺動する可能性があり、溝部41の耐摩耗性を向上させる必要がある。 Thereby, for example, the chill portion 52 of the apex seal 5 may slide on the edge of the rotor top portion shown in A2 of FIG. 2A, and the wear resistance of the groove portion 41 needs to be improved.
そこで、本発明は、ロータ4のアルミニウム合金製基材の表面であってアペックスシール5との摺接面にTiO2よりなる皮膜を有することを特徴とする。 Therefore, the present invention is characterized in that a coating made of TiO 2 is provided on the surface of the aluminum alloy base material of the rotor 4 and on the sliding contact surface with the apex seal 5.
TiO2皮膜は、硬度がHv500程度以上であり、上述の鋳鉄及びチル化処理された鋳鉄の硬度と同程度である。従って、摺接面にTiO2皮膜を形成することにより、ロータ溝部41とアペックスシール5を含む摺動構造の耐摩耗性を向上させることができる。 The TiO 2 film has a hardness of about Hv 500 or more, which is about the same as the hardness of the cast iron and cast iron that has been chilled. Therefore, the wear resistance of the sliding structure including the rotor groove 41 and the apex seal 5 can be improved by forming the TiO 2 film on the sliding contact surface.
TiO2皮膜は、図3に示すように、プラズマ電解析出法によりアルミニウム合金製基材の摺接面表面に形成する。 As shown in FIG. 3, the TiO 2 film is formed on the surface of the sliding surface of the aluminum alloy substrate by plasma electrolytic deposition.
プラズマ電解析出法は、図3に示すように、電解槽11に入れられた電解質を含む電解液12に、アノード13に接続されたアルミニウム合金製基材14が浸漬されており、このアノード13と、アルミニウム合金製基材14から離間されて電解液12に浸漬されたカソード15との間に電圧を印加することにより行うことができる。電解液12には、電解質としてTiO2の前駆体であるチタン(IV)塩16、具体的には例えばTiCl4やH2TiF6等のハロゲン化チタン若しくはTiOCl2等のオキシハロゲン化チタン、又は電解槽11中にチタニル(TiO2+)を生じさせる硫酸チタニル、シュウ酸チタニル等のチタン(IV)化合物が含まれる。また、電解液12には、電解質として、これらチタン(IV)塩等に加え、さらに別の導電性塩が少なくとも1種が含まれ、具体的には例えば、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩等を含む。さらに、電解液12は、電解質に加え、例えばクエン酸塩、酒石酸塩、乳酸塩等の安定化剤、ヒドロキシルアミン等の促進剤、H3PO4等の緩衝剤等を含んでもよい。この電解液12中において両電極13,15間に電圧を印加して酸素プラズマ17を発生させ、アルミニウム合金製基材14の表面にTiO2層18を電解析出させ、TiO2皮膜を形成する。なお、電解液の温度は、好ましくは15℃〜35℃、より好ましくは20℃〜30℃、特に好ましくは23℃〜27℃である。 In the plasma electrolytic deposition method, as shown in FIG. 3, an aluminum alloy base material 14 connected to the anode 13 is immersed in an electrolyte solution 12 containing an electrolyte placed in an electrolytic cell 11. And a cathode 15 that is spaced apart from the aluminum alloy base material 14 and immersed in the electrolyte solution 12. The electrolyte 12 includes a titanium (IV) salt 16 that is a precursor of TiO 2 as an electrolyte, specifically, a titanium halide such as TiCl 4 or H 2 TiF 6 or a titanium oxyhalide such as TiOCl 2 , or The electrolytic cell 11 contains titanium (IV) compounds such as titanyl sulfate and titanyl oxalate that generate titanyl (TiO 2+ ). In addition to the titanium (IV) salt and the like, the electrolytic solution 12 includes at least one other conductive salt as an electrolyte. Specifically, for example, nitrate, sulfate, perchlorate, and the like. Etc. Further, in addition to the electrolyte, the electrolytic solution 12 may include, for example, a stabilizer such as citrate, tartrate, and lactate, an accelerator such as hydroxylamine, and a buffer such as H 3 PO 4 . A voltage is applied between the electrodes 13 and 15 in the electrolytic solution 12 to generate an oxygen plasma 17, and a TiO 2 layer 18 is electrolytically deposited on the surface of the aluminum alloy substrate 14 to form a TiO 2 film. . In addition, the temperature of electrolyte solution becomes like this. Preferably it is 15 to 35 degreeC, More preferably, it is 20 to 30 degreeC, Most preferably, it is 23 to 27 degreeC.
両電極13,15に印加する平均電圧は、好ましくは200〜1000V、特に好ましくは200〜600Vであり、直流電流又は直流パルス電流を使用することが好ましい。平均電流密度は、好ましくは0.02〜100mA/cm2、特に好ましくは0.1〜10mA/cm2である。直流パルス電流を使用する場合は、パルス幅1〜100ms、周波数10〜1,000Hzであることが好ましい。なお、TiO2皮膜の膜厚は、平均電流密度又は電解処理時間等に依存して、これらのパラメータを制御することにより所望の膜厚とすることができる。 The average voltage applied to both electrodes 13 and 15 is preferably 200 to 1000 V, particularly preferably 200 to 600 V, and it is preferable to use a direct current or a direct current pulse current. The average current density is preferably 0.02 to 100 mA / cm 2 , particularly preferably 0.1 to 10 mA / cm 2 . When a DC pulse current is used, it is preferable that the pulse width is 1 to 100 ms and the frequency is 10 to 1,000 Hz. The film thickness of the TiO 2 film can be set to a desired film thickness by controlling these parameters depending on the average current density or the electrolytic treatment time.
また、アルミニウム合金製基材14として、ロータ頂部のみ電解液に浸漬し、ロータ溝部41のアペックスシール5との摺接面表面にのみTiO2皮膜を形成することが好ましい。 Moreover, it is preferable to immerse only the rotor top part in the electrolytic solution as the aluminum alloy base material 14 and form a TiO 2 film only on the sliding surface of the rotor groove 41 with the apex seal 5.
従って、本発明によれば、ロータ溝部41のアペックスシール5との摺接面に硬度の高いTiO2皮膜を形成することにより、アペックスシールの鋳鉄部51とチル部52両者との摺動に対して、ロータ4の耐摩耗性を向上させることができ、耐久信頼性の高い摺動構造を得ることができる。 Therefore, according to the present invention, by forming a high hardness TiO 2 film on the sliding contact surface of the rotor groove 41 with the apex seal 5, the sliding of the cast iron portion 51 and the chill portion 52 of the apex seal is prevented. Thus, the wear resistance of the rotor 4 can be improved, and a sliding structure with high durability and reliability can be obtained.
なお、TiO2皮膜の膜厚は、好ましくは5μm以上15μm以下であり、特に好ましくは5μm以上10μm以下である。また、前記皮膜の硬さは、好ましくはHv500以上Hv800以下であり、特に好ましくはHv600以上Hv800以下である。そして、好ましい態様では、前記TiO2皮膜の膜厚は5μm以上15μm以下であり且つ前記皮膜の硬さはHv500以上Hv800以下である。また、特に好ましい態様では、前記皮膜の膜厚は5μm以上10μm以下であり且つ前記皮膜の硬さはHv600以上Hv800以下である。これにより、ロータ4の優れた耐摩耗性を確保しつつ、相手攻撃性の向上を抑えて双方のバランスに優れた摺動構造をもたらすことができ、摺動構造の耐久信頼性をより向上させることができる。 The film thickness of the TiO 2 film is preferably 5 μm or more and 15 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 10 μm or less. Further, the hardness of the film is preferably Hv500 or more and Hv800 or less, particularly preferably Hv600 or more and Hv800 or less. Then, in a preferred embodiment, the thickness of the TiO 2 coating hardness of it and the film is 5μm or more 15μm or less is Hv500 or more Hv800 or less. In a particularly preferred embodiment, the film thickness is 5 μm or more and 10 μm or less, and the hardness of the film is Hv600 or more and Hv800 or less. As a result, while ensuring the excellent wear resistance of the rotor 4, it is possible to provide a sliding structure with a good balance between the two by suppressing the improvement of the partner's aggression and further improving the durability reliability of the sliding structure. be able to.
また、前記皮膜の気孔率は、好ましくは5.5%以上10%以下であり、より好ましくは6.0%以上9.5%以下、特に好ましくは6.4%以上9.2%以下である。これにより、TiO2皮膜のオイル保持性が良好に保たれ、摺接面に対するオイル供給性が高まるため、前記摺動構造の耐摩耗性が効果的に向上する。 The porosity of the film is preferably 5.5% or more and 10% or less, more preferably 6.0% or more and 9.5% or less, and particularly preferably 6.4% or more and 9.2% or less. is there. As a result, the oil retaining property of the TiO 2 film is kept good and the oil supply property to the sliding contact surface is increased, so that the wear resistance of the sliding structure is effectively improved.
そして、前記皮膜の表面粗さは、好ましくはRa0.1μm以上Ra1.2μm以下であり、より好ましくはRa0.4μm以上Ra1.2μm以下、特に好ましくはRa0.4μm以上Ra1.0μm以下である。これにより、良好なオイル供給性を保ちつつ、アペックスシール5への相手攻撃性を効果的に抑制することができる。 The surface roughness of the film is preferably Ra 0.1 μm or more and Ra 1.2 μm or less, more preferably Ra 0.4 μm or more and Ra 1.2 μm or less, and particularly preferably Ra 0.4 μm or more and Ra 1.0 μm or less. Thereby, the opponent aggression property to the apex seal 5 can be effectively suppressed while maintaining a good oil supply property.
次に、具体的に実施した実施例について説明する。 Next, specific examples will be described.
ロータ材の仕様を検討の上、試験片を試作し、ロータとアペックスシールの摺動を模擬したリグ摩耗試験を行い、耐久信頼性を評価した。 After examining the specifications of the rotor material, a test piece was prototyped and a rig wear test simulating the sliding of the rotor and apex seal was performed to evaluate the durability reliability.
表1に、具体的に実施した実施例及び比較例について示す。 Table 1 shows specific examples and comparative examples.
[ロータ材]
表1に示すように、アルミニウム合金製ロータ材に相当するディスク試験片のディスク材を、実施例1〜3及び比較例1,3では、鋳造性に優れるAC4B材を使用し、比較例2では、耐摩耗性に優れる高Si合金のA390材を使用した。両アルミニウム合金の化学成分および硬度を表2に示す。Si含有量の多いA390材は、Si晶出物の量が多いため硬度が高い。
[Rotor material]
As shown in Table 1, the disk material of the disk test piece corresponding to the aluminum alloy rotor material was used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 3, and AC4B material having excellent castability was used. A high-Si alloy A390 material having excellent wear resistance was used. Table 2 shows the chemical composition and hardness of both aluminum alloys. The A390 material having a high Si content has a high hardness due to the large amount of Si crystallized material.
[ディスク試験片の作製]
次に、図4に示すように、ロータ材の試験片としてディスク試験片20を作成した。
[Preparation of disc test piece]
Next, as shown in FIG. 4, a disk test piece 20 was prepared as a test piece for the rotor material.
上述の両ロータ材を砂型のディスク試験片鋳型を用いて重力鋳造した後、T6熱処理を行った。T6熱処理条件は、溶体化処理として500℃で6時間保持した後水冷し、その後、時効処理として160℃で6時間保持した後空冷した。その後、これらを機械加工し、直径20aが60mm(両端カット部の径20bが57mm)、厚さ20cが5mmのディスク試験片20を作製した。 Both rotor materials described above were gravity cast using a sand-type disk test piece mold and then subjected to T6 heat treatment. The T6 heat treatment conditions were a solution treatment at 500 ° C. for 6 hours, followed by water cooling, and an aging treatment at 160 ° C. for 6 hours followed by air cooling. Thereafter, these were machined to produce a disk test piece 20 having a diameter 20a of 60 mm (a diameter 20b of both ends cut portion is 57 mm) and a thickness 20c of 5 mm.
[ディスク試験片の表面処理]
図3に示すプラズマ電解析出法により、実施例1〜3のAC4B材のディスク試験片20の表面にTiO2よりなる金属酸化物層を形成した。
[Surface treatment of disc specimen]
A metal oxide layer made of TiO 2 was formed on the surface of the AC4B disc test piece 20 of Examples 1 to 3 by the plasma electrolytic deposition method shown in FIG.
電解質として、20.0g/LのH2TiF6(60%)及び4.0g/LのH3PO4を含む電解質水溶液に、ディスク試験片を浸漬した。pHはアンモニア水を用いて3.0に調整した。平均電圧290V、平均電流密度8.6mA/cm2、パルス幅25ms、周波数30Hzの直流パルス電流を用いて、25℃の電解質溶液で所定時間電解処理を行った。 The disk specimen was immersed in an electrolyte aqueous solution containing 20.0 g / L H 2 TiF 6 (60%) and 4.0 g / L H 3 PO 4 as the electrolyte. The pH was adjusted to 3.0 using aqueous ammonia. Electrolytic treatment was performed for a predetermined time with an electrolyte solution at 25 ° C. using a DC pulse current having an average voltage of 290 V, an average current density of 8.6 mA / cm 2 , a pulse width of 25 ms, and a frequency of 30 Hz.
TiO2皮膜の膜厚は、電解処理時間により調節した。実施例1,2,3において、電解処理時間は各々1.5分、3分、15分であり、TiO2皮膜の膜厚は各々5μm、10μm、50μmであった。 The film thickness of the TiO 2 film was adjusted by the electrolytic treatment time. In Examples 1, 2, and 3, the electrolytic treatment times were 1.5 minutes, 3 minutes, and 15 minutes, respectively, and the film thicknesses of the TiO 2 films were 5 μm, 10 μm, and 50 μm, respectively.
図5は、各々のTiO2皮膜表面のSEM像である。図5に示すように、TiO2皮膜の表面は気孔を有しており、これによりオイル保持性が高くなっている。また、図6は、各々のTiO2皮膜表面の表面粗さRaを求めたものである。 FIG. 5 is an SEM image of each TiO 2 film surface. As shown in FIG. 5, the surface of the TiO 2 film has pores, which enhances oil retention. FIG. 6 shows the surface roughness Ra of each TiO 2 film surface.
表3に、TiO2皮膜表面の気孔率、硬度及び表面粗さを示す。 Table 3 shows the porosity, hardness, and surface roughness of the TiO 2 film surface.
気孔率は、図5に示すSEM像において、気孔の面積率を求めたものであり、実施例1〜3において4〜10%程度である。これにより、膜厚が薄いほど気孔率が高いことが判る。また、硬さは約Hv500〜Hv800の範囲である。また、表面粗さは、Ra0.7〜Ra1.6程度であり、膜厚が厚くなるほど表面粗さが大きくなることが判る。なお、表面粗さは、基材の粗さを小さくし、膜厚を薄くすることによりRa0.4程度まで低減することができる。 The porosity is obtained by determining the area ratio of the pores in the SEM image shown in FIG. 5 and is about 4 to 10% in Examples 1 to 3. Thereby, it turns out that a porosity is so high that a film thickness is thin. Further, the hardness is in the range of about Hv500 to Hv800. The surface roughness is about Ra 0.7 to Ra 1.6, and it can be seen that the surface roughness increases as the film thickness increases. The surface roughness can be reduced to about Ra0.4 by reducing the roughness of the substrate and reducing the film thickness.
また、表1に示す比較例3では、表面処理として一般的な陽極酸化処理(Al2O3皮膜形成、膜厚5μm)を行った。なお、本比較例については、気孔が小さ過ぎるため、気孔率は計測できなかった。 In Comparative Example 3 shown in Table 1, the general anodization as a surface treatment (Al 2 O 3 film formed, the film thickness 5 [mu] m) were. In this comparative example, the porosity could not be measured because the pores were too small.
なお、表1に示す比較例1では、ロータ材として実施例1〜3と同じAC4B材を使用しているが、表面処理を行わなかった。また、表1に示す比較例2では、ロータ材として耐摩耗性に優れる上述のA390材を使用し、比較例1と同様に表面処理を行わなかった。 In Comparative Example 1 shown in Table 1, the same AC4B material as in Examples 1 to 3 was used as the rotor material, but no surface treatment was performed. Moreover, in the comparative example 2 shown in Table 1, the above-mentioned A390 material excellent in abrasion resistance was used as a rotor material, and the surface treatment was not performed similarly to the comparative example 1.
[アペックスシール材]
アペックスシール材として、表4の成分からなる鋳鉄材料を使用した。
[Apex seal material]
As the apex seal material, a cast iron material composed of the components shown in Table 4 was used.
アペックスシールの鋳放し組織はベイナイトであるが、上述のごとく、ロータハウジング1と摺動する部位を電子ビームにて再溶融し、炭化物を晶出させたチル組織としている。従って、アペックスシールは、ベイナイトの鋳鉄部と、チル組織のチル部の2層の金属組織で構成されている。なお、鋳鉄部及びチル部の硬さは各々Hv410及びHv637である。 The as-cast structure of the apex seal is bainite, but as described above, the portion that slides with the rotor housing 1 is remelted with an electron beam to form a chill structure in which carbides are crystallized. Therefore, the apex seal is composed of a two-layered metal structure of a bainite cast iron part and a chill part of the chill structure. In addition, the hardness of a cast iron part and a chill part is Hv410 and Hv637, respectively.
[ピン試験片の作製]
リグ摩耗試験に用いるピン試験片21の形状を図7に示す。
[Production of pin specimen]
The shape of the pin test piece 21 used for the rig wear test is shown in FIG.
アペックスシールは、上述のごとく、ロータ溝部41内で鋳鉄部51とチル部52の両方の組織が摺動するため、ピン試験片21として、鋳鉄部とチル部に相当する2種類の組織のR部22を有するピン試験片21を作製した。 As described above, since the structures of both the cast iron part 51 and the chill part 52 slide in the rotor groove part 41, the apex seal has R of two kinds of structures corresponding to the cast iron part and the chill part as the pin test piece 21. A pin test piece 21 having a portion 22 was produced.
具体的には、上述の鋳鉄材料から図7に示すピン試験片を採取した。鋳鉄部に相当するピン試験片21は、採取後そのままリグ摩耗試験に使用し、チル部に相当するピン試験片21は、採取後R部22を電子ビームにて再溶融し、炭化物を晶出させてチル組織として、ピン試験片21として使用した。 Specifically, a pin test piece shown in FIG. 7 was collected from the cast iron material described above. The pin test piece 21 corresponding to the cast iron part is used for the rig wear test as it is after sampling, and the pin test piece 21 corresponding to the chill part is remelted by electron beam after sampling to crystallize the carbide. The pin test piece 21 was used as a chill structure.
[リグ摩耗試験条件]
摺動特性を、ピンオンディスク型摩擦摩耗試験機(高千穂精機社製、デュアルマイクロテスター μ―100N)により評価した。図8に示すように、ロータ材としてのディスク試験片20に、アペックスシール材としてのピン試験片21のR部22を押し当てて往復摺動させた。
[Rig wear test conditions]
The sliding characteristics were evaluated by a pin-on-disk type friction and wear tester (manufactured by Takachiho Seiki Co., Ltd., dual micro tester μ-100N). As shown in FIG. 8, the R portion 22 of the pin test piece 21 as the apex seal material was pressed against the disk test piece 20 as the rotor material and slid back and forth.
試験条件は、試験荷重85N、試験温度150℃、ストローク40mm、滑潤油量10mL/分、油温90℃、周波数2.5Hz、試験時間60分であった。なお、潤滑油として、通常のエンジン油に比べ潤滑性の劣る無添加タービンオイル#32(JX日鉱日石エネルギー社製)を使用した。 The test conditions were a test load of 85 N, a test temperature of 150 ° C., a stroke of 40 mm, a lubricating oil amount of 10 mL / min, an oil temperature of 90 ° C., a frequency of 2.5 Hz, and a test time of 60 minutes. As the lubricating oil, additive-free turbine oil # 32 (manufactured by JX Nippon Mining & Energy Corporation), which is inferior in lubricity compared to normal engine oil, was used.
ロータ材の摩耗量は、試験前後のディスク試験片20の重量減少量(ディスク摩耗減量(mg))を測定することにより評価した。また、ロータ材の相手攻撃性として、ピン試験片21のR部22の摺動痕の幅23(ピン摺動痕摩耗幅(mm))を測定することにより評価した。 The amount of wear of the rotor material was evaluated by measuring the weight reduction amount (disc wear reduction (mg)) of the disc specimen 20 before and after the test. In addition, the rotor material was evaluated by measuring the width 23 of the sliding trace of the R portion 22 of the pin test piece 21 (pin sliding trace wear width (mm)) as the opponent of the rotor material.
[リグ摩耗試験結果]
表5、図9及び図10に、リグ摩耗試験の試験結果を示す。
[Rig wear test results]
Table 5, FIG. 9 and FIG. 10 show the test results of the rig wear test.
<ロータ材の耐摩耗性について>
表5及び図9(a)に示すように、アペックスシール5の鋳鉄部51に相当するピン試験片21の摺動に対するディスク摩耗減量は、鋳鉄部51に対するロータ材の耐摩耗性を示している。
<Abrasion resistance of rotor material>
As shown in Table 5 and FIG. 9A, the disk wear reduction with respect to sliding of the pin test piece 21 corresponding to the cast iron portion 51 of the apex seal 5 indicates the wear resistance of the rotor material with respect to the cast iron portion 51. .
ディスク摩耗減量は、比較例1の表面処理を行っていないAC4B材では8.40mg、比較例2のAC4B材よりも耐摩耗性の優れるA390材では表面処理なしの仕様で3.95mgとなった。 The disk wear loss was 8.40 mg for the AC4B material not subjected to the surface treatment of Comparative Example 1 and 3.95 mg for the A390 material having higher wear resistance than the AC4B material of Comparative Example 2 with no surface treatment. .
一方、実施例1〜3のTiO2皮膜を形成したAC4B材では、ディスク摩耗減量は0.15〜0.34mgとなり、全ての膜厚(5〜50μm)で比較例2のA390材よりも優れた耐摩耗性を示した。これにより、比較例1,2の表面処理なしのAC4B材及びA390材に比べ、AC4B材の表面にTiO2皮膜を形成したものでは、ロータ材の耐摩耗性が大幅に向上することが判った。 On the other hand, in the AC4B material on which the TiO 2 film of Examples 1 to 3 was formed, the disk wear loss was 0.15 to 0.34 mg, which was superior to the A390 material of Comparative Example 2 in all film thicknesses (5 to 50 μm). It showed high wear resistance. As a result, it was found that the wear resistance of the rotor material was greatly improved in the case where the TiO 2 film was formed on the surface of the AC4B material as compared with the AC4B material and A390 material without surface treatment of Comparative Examples 1 and 2 . .
また、TiO2皮膜の膜厚が薄いほどディスク摩耗減量は少なく、ロータ材の耐摩耗性が向上することが判った。これは、膜厚が薄いほど気孔率が高いため、オイルの保持性が高かったためと考えられる。 It was also found that the thinner the TiO 2 film, the smaller the disc wear loss and the better the wear resistance of the rotor material. This is presumably because the lower the film thickness, the higher the porosity and the higher the oil retention.
また、比較例3のAl2O3皮膜を形成したAC4B材のディスク摩耗減量は2.9mgであり、比較例2のA390材よりも耐摩耗性は優れるものの、TiO2皮膜の耐摩耗性には及ばないことが判った。Al2O3皮膜はTiO2皮膜に比べ、硬度が低いこと、微細な気孔を有しているものの、比較的大きな気孔が分散したTiO2皮膜の方がオイルの保持性が高かった可能性が考えられる。 Further, the AC4B material formed with the Al 2 O 3 film of Comparative Example 3 has a weight loss of 2.9 mg, which is superior to that of the A390 material of Comparative Example 2, but the wear resistance of the TiO 2 film. It was found that it was not possible. Although the Al 2 O 3 film has a lower hardness than the TiO 2 film and has fine pores, the TiO 2 film in which relatively large pores are dispersed may have higher oil retention. Conceivable.
表5及び図9(b)に示すように、アペックスシール5のチル部52に相当するピン試験片21の摺動に対するディスク摩耗減量は、チル部52に対するロータ材の耐摩耗性を示している。 As shown in Table 5 and FIG. 9B, the disk wear loss due to sliding of the pin test piece 21 corresponding to the chill portion 52 of the apex seal 5 indicates the wear resistance of the rotor material against the chill portion 52. .
ディスク摩耗減量は、比較例1の表面処理なしのAC4B材では4.80mg、比較例2のA390材では1.05mgとなった。 The disc wear loss was 4.80 mg for the AC4B material without surface treatment of Comparative Example 1 and 1.05 mg for the A390 material of Comparative Example 2.
一方、実施例1〜3のTiO2皮膜を形成したAC4B材のディスク摩耗減量は、0.9〜1.25mgであり、実施例1,2の薄膜(5μm)と中間膜(10μm)では比較例2のA390材よりも優れた耐摩耗性を示した。 On the other hand, the disk wear loss of the AC4B material on which the TiO 2 film of Examples 1 to 3 is formed is 0.9 to 1.25 mg, and the thin film (5 μm) and the intermediate film (10 μm) of Examples 1 and 2 are compared. The wear resistance was superior to that of the A390 material of Example 2.
また、鋳鉄部の場合と同様に、TiO2皮膜の膜厚が薄いほどディスク摩耗減量は少なく、ロータ材の耐摩耗性が向上することが判った。 Further, as in the case of the cast iron part, it has been found that the thinner the TiO 2 film is, the smaller the disc wear loss is and the more the wear resistance of the rotor material is improved.
また、比較例3のAl2O3皮膜のディスク摩耗減量は2.40mgであり、比較例2のA390材よりも耐摩耗性が劣る結果となった。 The disk wear loss of Al 2 O 3 film of Comparative Example 3 is 2.40Mg, resulted in wear resistance inferior A390 material of Comparative Example 2.
以上より、TiO2皮膜を形成したAC4B材のロータ4は、アペックスシール5の鋳鉄部51とチル部52の両方に対して、A390材やAl2O3皮膜よりも優れた耐摩耗性を示すことが判った。 From the above, the rotor 4 of the AC4B material on which the TiO 2 film is formed exhibits higher wear resistance than both the A390 material and the Al 2 O 3 film with respect to both the cast iron part 51 and the chill part 52 of the apex seal 5. I found out.
[ロータ材の相手攻撃性について]
上述のごとく、ロータ材の表面にTiO2皮膜を形成することにより、ロータ材の耐摩耗性を効果的に向上させることができる。しかし、これによりロータ4の硬度が高くなっていることから、相手攻撃性が高まり、相手材であるアペックスシール5を摩耗させる可能性が考えられる。そこで、上記実施例1〜3及び比較例1〜3において、ロータ材の相手攻撃性を評価した。すなわち、前述のディスク試験片の相手材であるピン試験片の摺動痕摩耗幅により、ロータ材の相手攻撃性を評価した。表5と図10にリグ摩耗試験の試験結果を示す。
[On the opponent attack of the rotor material]
As described above, the wear resistance of the rotor material can be effectively improved by forming the TiO 2 film on the surface of the rotor material. However, since the hardness of the rotor 4 is increased by this, the attacking ability of the opponent is enhanced, and the apex seal 5 that is the counterpart material may be worn. Therefore, in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 described above, the opponent attack of the rotor material was evaluated. That is, the aggression of the rotor material was evaluated based on the sliding mark wear width of the pin test piece which is the counterpart material of the disk test piece. Table 5 and FIG. 10 show the results of the rig wear test.
表5及び図10(a)に示すように、比較例1の表面処理なしのAC4B材、比較例2のA390材、及び比較例3のAl2O3皮膜を形成したAC4B材に対する、鋳鉄部のピン試験片の摺動痕摩耗幅は、各々0.39mm、0.75mm、及び0.39mmであった。 As shown in Table 5 and FIG. 10 (a), the cast iron part for the AC4B material without surface treatment of Comparative Example 1, the A390 material of Comparative Example 2, and the AC4B material with the Al 2 O 3 film of Comparative Example 3 formed. The sliding scar wear widths of the pin test pieces were 0.39 mm, 0.75 mm, and 0.39 mm, respectively.
これに対し、実施例1〜3に示すTiO2皮膜を形成したAC4B材に対する、鋳鉄部のピン試験片の摺動痕摩耗幅は、0.34〜0.60mmであり、全ての膜厚(5〜50μm)で比較例2のA390材よりも相手攻撃性が小さい結果となった。しかし、比較例1,3に比べて、実施例1は相手攻撃性が小さいものの、実施例2,3は相手攻撃性が大きい結果となった。これは、TiO2皮膜を形成したAC4B材の硬度が高いことが影響していると考えられる。 On the other hand, the sliding trace wear width of the pin test piece of the cast iron part for the AC4B material on which the TiO 2 film shown in Examples 1 to 3 is formed is 0.34 to 0.60 mm, and all film thicknesses ( 5 to 50 μm), and the opponent aggression was smaller than the A390 material of Comparative Example 2. However, compared to Comparative Examples 1 and 3, Example 1 has a smaller opponent aggression, but Examples 2 and 3 have a greater opponent aggression. This is thought to be due to the high hardness of the AC4B material on which the TiO 2 film is formed.
しかしながら、比較例1,3では、ロータ材の耐摩耗性が実施例1〜3に比べ大きく劣ることから、耐摩耗性と相手攻撃性とのバランス面を考慮すると、実施例1〜3のTiO2皮膜を形成したAC4B材が優れていると言える。 However, in Comparative Examples 1 and 3, since the wear resistance of the rotor material is greatly inferior to that of Examples 1 to 3, considering the balance between wear resistance and opponent attack, the TiO of Examples 1 to 3 It can be said that the AC4B material having two coatings is excellent.
なお、TiO2皮膜の膜厚が薄いほどピン摺動痕摩耗幅が小さくなっており、これはTiO2皮膜の膜厚が薄いほど表面粗さが小さくなるため、相手材への研削作用が小さかったためと考えられる。 Note that the thinner the TiO 2 film is, the smaller the pin sliding scar wear width is. The thinner the TiO 2 film is, the smaller the surface roughness is, so the grinding action on the mating material is small. It is thought that it was because of.
また、表5及び図10(b)に示すように、比較例1の表面処理なしのAC4B材、比較例2のA390材、及び比較例3のAl2O3皮膜を形成したAC4B材に対する、チル部のピン試験片の摺動痕摩耗幅は、各々0.18mm、0.50mm、及び0.18mmであった。 Moreover, as shown in Table 5 and FIG. 10 (b), the AC4B material without surface treatment of Comparative Example 1, the A390 material of Comparative Example 2, and the AC4B material with the Al 2 O 3 coating film of Comparative Example 3 formed thereon, The sliding mark wear widths of the chilled pin test pieces were 0.18 mm, 0.50 mm, and 0.18 mm, respectively.
これに対し、実施例1〜3に示すTiO2皮膜を形成したAC4B材に対する、チル部のピン試験片の摺動痕摩耗幅は、0.34〜0.44mmで、上述の鋳鉄部と同様に、比較例2のA390材よりも相手攻撃性が小さい。しかし、比較例1,3に比べると、実施例1〜3全てにおいて相手攻撃性が大きい結果となった。 On the other hand, the sliding mark wear width of the pin test piece of the chill portion with respect to the AC4B material on which the TiO 2 film shown in Examples 1 to 3 is formed is 0.34 to 0.44 mm, which is the same as the cast iron portion described above. Moreover, the opponent aggression is smaller than the A390 material of Comparative Example 2. However, as compared with Comparative Examples 1 and 3, the results of the opponent attack were large in all of Examples 1 to 3.
しかしながら、鋳鉄部の場合と同様に、比較例1,3では、ロータ材の耐摩耗性が実施例1〜3に比べ大きく劣ることから、耐摩耗性と相手攻撃性とのバランス面を考慮すると、実施例1〜3のTiO2皮膜を形成したAC4B材が優れていると言える。 However, as in the case of the cast iron part, in Comparative Examples 1 and 3, since the wear resistance of the rotor material is greatly inferior to that of Examples 1 to 3, the balance between wear resistance and opponent attack is taken into consideration. It can be said that the AC4B material on which the TiO 2 films of Examples 1 to 3 are formed is excellent.
以上の試験結果から、TiO2皮膜は、チル部と鋳鉄部の両方でA390材やAl2O3皮膜よりも優れた相手攻撃性を示すこと、一般的なAl2O3陽極酸化皮膜に比べ相手攻撃性はやや劣位にあるが、耐摩耗性と相手攻撃性とのバランスに優れることがわかる。 From the above test results, the TiO 2 film shows better opponent attack than the A390 material and the Al 2 O 3 film in both the chill part and the cast iron part, compared with a general Al 2 O 3 anodized film The opponent's aggression is somewhat inferior, but it can be seen that the balance between wear resistance and opponent's aggression is excellent.
本発明は、第1摺動部材における、第2摺動部材との摺接面に硬度の高いTiO2皮膜を形成することにより、第2摺動部材の基部とチル部双方との摺動に対して、第1摺動部材の耐摩耗性を向上させることができ、耐久信頼性の高い摺動構造を得ることができるので、極めて有用である。また、前記TiO2皮膜の膜厚を調節することにより、皮膜の硬さ、皮膜表面の気孔率及び/又は表面粗さを制御することができるため、第1摺動部材の耐摩耗性を向上させるとともに、第2摺動部材に対する第1摺動部材の相手攻撃性の高まりを抑えて、より耐久信頼性の高い摺動構造を得ることができるので、極めて有用である。 In the first sliding member, the slidable contact surface with the second sliding member is formed with a high hardness TiO 2 film so that both the base portion and the chill portion of the second sliding member slide. On the other hand, the wear resistance of the first sliding member can be improved, and a sliding structure with high durability and reliability can be obtained, which is extremely useful. Further, by adjusting the film thickness of the TiO 2 film, the hardness of the film, the porosity and / or the surface roughness of the film surface can be controlled, so the wear resistance of the first sliding member is improved. In addition, since it is possible to obtain a sliding structure with higher durability and reliability by suppressing an increase in the attacking property of the first sliding member relative to the second sliding member, it is extremely useful.
1 ロータハウジング(第3摺動部材)
4 ロータ(第1摺動部材)
41 溝部
5 アペックスシール(第2摺動部材)
51 鋳鉄部(基部)
52 チル部
1 Rotor housing (third sliding member)
4 Rotor (first sliding member)
41 Groove 5 Apex seal (second sliding member)
51 Cast iron part (base)
52 Chill part
Claims (6)
前記第1摺動部材は、前記基材の表面で前記第2摺動部材との摺接面にTiO2よりなる皮膜を有してなり、
前記第2摺動部材は、鋳鉄組織からなる基部と、前記鋳鉄組織がチル化処理されてなるチル部とを備え、
前記皮膜の気孔率が5.5%以上10%以下である
ことを特徴とする摺動構造。 A sliding structure in which a first sliding member having a base material made of an aluminum alloy and a second sliding member made of cast iron sliding with respect to the first sliding member are combined,
The first sliding member has a coating made of TiO 2 on the sliding contact surface with the second sliding member on the surface of the base material,
The second sliding member includes a base made of a cast iron structure and a chill part formed by chilling the cast iron structure ,
The sliding structure, wherein a porosity of the film is 5.5% or more and 10% or less .
前記第1摺動部材は、前記基材の表面で前記第2摺動部材との摺接面にTiO 2 よりなる皮膜を有してなり、
前記第2摺動部材は、鋳鉄組織からなる基部と、前記鋳鉄組織がチル化処理されてなるチル部とを備え、
前記皮膜の表面粗さがRa0.4μm以上Ra1.2μm以下である
ことを特徴とする摺動構造。 A sliding structure in which a first sliding member having a base material made of an aluminum alloy and a second sliding member made of cast iron sliding with respect to the first sliding member are combined,
The first sliding member has a coating made of TiO 2 on the sliding contact surface with the second sliding member on the surface of the base material ,
The second sliding member includes a base made of a cast iron structure and a chill part formed by chilling the cast iron structure,
The sliding structure characterized in that the surface roughness of the coating is Ra 0.4 µm or more and Ra 1.2 µm or less .
前記皮膜の膜厚が5μm以上15μm以下であり、
前記皮膜の硬さがHv500以上Hv800以下である
ことを特徴とする摺動構造。 In claim 1 or claim 2 ,
The film thickness is 5 μm or more and 15 μm or less,
A sliding structure characterized in that the film has a hardness of Hv500 or more and Hv800 or less.
前記第2摺動部材のチル部は、第3摺動部材に対しても摺動することを特徴とする摺動構造。 In any one of Claim 1 thru | or 3 ,
The chill portion of the second sliding member slides also on the third sliding member.
前記第1摺動部材は、頂部に溝部を有するロータリピストンエンジンのロータであり、
前記第2摺動部材は、前記溝部に収容されたアペックスシールである
ことを特徴とする摺動構造。 In any one of Claim 1 thru | or 3 ,
The first sliding member is a rotor of a rotary piston engine having a groove at the top,
The sliding structure, wherein the second sliding member is an apex seal housed in the groove.
前記第1摺動部材は、頂部に溝部を有するロータリピストンエンジンのロータであり、
前記第2摺動部材は、前記溝部に収容されたアペックスシールであり、
前記第3摺動部材は、前記ロータリピストンエンジンのロータハウジングである
ことを特徴とする摺動構造。 In claim 4 ,
The first sliding member is a rotor of a rotary piston engine having a groove at the top,
The second sliding member is an apex seal housed in the groove;
The third sliding member is a rotor housing of the rotary piston engine.
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