(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１摺動部材と、該第１摺動部材に対向して配設される第２摺動部材とによりお互いに摺動される摺動部材において、
前記第１摺動部材は、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記第２摺動部材は、少なくともＳｉ、Ｆｅの元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、
前記第１摺動部材のＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
第１摺動部材と、該第１摺動部材に対向して配設される第２摺動部材とによりお互いに摺動される摺動部材において、
前記第１摺動部材は、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記第２摺動部材は、少なくともＳｉ：１６〜１８重量％、Ｆｅ：２〜６重量％の元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、
前記第１摺動部材のＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフト先端部に固定された内部ロータと、該カムシャフト及び内部ロータに所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータとからなる回転伝達部材と、前記内部ロータに一体あるいは組付けたベーンと、前記外部ロータに組付けたロックピンとを備えた内燃機関の吸気弁又は排気弁を制御するために使用される弁開閉時期制御装置であって、
前記外部ロータは、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記内部ロータあるいは前記ベーンは、少なくともＳｉ、Ｆｅの元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、
前記外部ロータのＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
【請求項４】
内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフト先端部に固定された内部ロータと、該カムシャフト及び内部ロータに所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータとからなる回転伝達部材と、前記内部ロータに一体あるいは組付けたベーンと、前記外部ロータに組付けたロックピンとを備えた内燃機関の吸気弁又は排気弁を制御するために使用される弁開閉時期制御装置であって、
前記外部ロータは、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記内部ロータあるいは前記ベーンは、少なくともＳｉ：１６〜１８重量％、Ｆｅ：２〜６重量％の元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、
前記外部ロータのＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材がお互いに摺動される摺動部材に関し、特に内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト先端部に固定された内部ロータと外部ロータとからなる回転伝達部材と、この内部ロータに一体あるいは組付けたベーンと、外部ロータに組付けたロックピンとを備えた内燃機関の吸気弁又は排気弁を制御するために使用される弁開閉時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明が使用される摺動部材が使用される車両用弁開閉時期制御装置の従来技術としては、特開平１１−１５９３１１号公報、特開平１１−０１３４３２号公報、及び特開平１１−１０１１０７号公報がある。
【０００３】
特開平１１−１５９３１１号公報は、内燃機関の調整装置は、同機関の始動時、発電機（スタータモータを兼ねる）によりクランクシャフトを逆方向に強制回転せしめてバルブタイミング変更機構（ＶＶＴ）１１を構成するハウジング２８とベーン体３１との相対回転を進角側に調整するもので、ＶＶＴ１１、オイルコントロールバルブ１６、電子制御装置１７等から構成される。ハウジング２８及びカバー３８は、鉄系の焼結金属材料によって形成され、ベーン体３１は鉄系の焼結金属材料より熱膨張係数の大きい材料、例えばアルミニウムによって形成される。（上記数字は特開平１１−１５９３１１号公報での数字）
この弁開閉時期制御装置で使用される焼結金属材料は、耐焼付き性、耐摩耗性、摺動性を維持するため、金属材料のマトリックス中に空孔を有しその空孔が油溜まりとなり、潤滑性が優れる鉄系焼結金属材料を使用していた。また、形状が複雑であることや強度面においても熱処理をすることによって適度な強度が得られることも鉄系焼結金属材料が広く使われる要因となっていた。
【０００４】
また、特開平１１−０１３４３２号公報に示されるように弁開閉時期制御装置においては、カムシャフト１０及び内部ロータ２０に対して外部ロータ３０、フロントプレート４０及びリアプレート５０等回転伝達部材が円滑に相対回転するように組付けることを目的としたものである。（上記数字は特開平１１−０１３４３２号公報での数字）
同様に、特開平１１−１０１１０７号公報に示されるような弁開閉時期制御装置も、主要４部品ハウジング（外部ロータ）３０、ロータ（内部ロータ）２０、ベーン７０、キーロック（ロックピン）８０で構成される。（上記数字は特開平１１−１０１１０７号公報での数字）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−１５９３１１号公報は、比重の重い鉄系材料で構成されていたため応答速度が遅く、引いてはエンジン重量の増加につながり燃費効率向上の妨げになっていた。
【０００６】
また、特開平１１−０１３４３２号公報は、外部ロータ２０と内部ロータ３０の接触部分が軸受け機構を兼ねた構造になっているため、過酷な摺動性能を要求し、単純に鉄系焼結材料をアルミニウムやアルミニウム合金、アルミ系焼結材料に材料置換して使用するだけでは、摺動抵抗が高く凝着摩耗が発生、強度面も劣るため製品として成立しない。
【０００７】
特開平１１−１０１１０７号公報に示されるような構造の弁開閉時期制御装置において、主要４部品（ハウジング、ロータ、ベーン、キーロック）の線膨張係数は同じでなければ、低温や高温時の寸法変化により本来の機能に支障をきたすため、４部品全てを同じ線膨張係数を持つ材料にしなければ製品として成り立たない。
【０００８】
本発明は上記課題を解決したもので、２つの部品がお互いに摺動される摺動部材や、弁開閉時期制御装置の主要構成部品である、ロータ、ベーン、キーロックに耐焼付き性、耐摩耗性、摺動性、強度に優れた特殊なアルミニウム材、ハウジングには改良処理を行ったアルミニウム鋳造材を使用することで、従来のアルミ材同士の摺動では実現し得なかった良好な摺動状態を確保でき、従来の鉄焼結材で製造された材料より耐久性があり、応答性が速く軽量で燃費効率の良いオールアルミ弁開閉時期制御装置を製造することが可能になる弁開閉時期制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項１の発明は、第１摺動部材と、該第１摺動部材に対向して配設される第２摺動部材とによりお互いに摺動される摺動部材において、前記第１摺動部材は、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記第２摺動部材は、少なくともＳｉ、Ｆｅの元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、前記第１摺動部材のＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする摺動部材である。
【００１０】
請求項１の発明により、従来のアルミ材同士の摺動では実現し得なかった良好な摺動状態を確保でき、耐焼付き性・耐摩耗性・摩擦係数とも、従来のアルミ材や鉄焼結材からなる摺動部材より性能が優れる。
【００１１】
ここで、Ｓｉが微細球状化させるためには（特に３μｍ以下）、上記のＳｂ：０．０５〜０．２０％、Ｎａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のうち少なくとも上記数値範囲である１種類の元素を添加すれば得られる。
【００１２】
また、各上記元素の数値範囲より少ないと、Ｓｉの粒径が大きくなる。各上記元素の数値範囲より多いと、Ｓｉの微細球状化効果は変化せず、強度、伸び、靭性が低下する。
【００１３】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項２の発明は、第１摺動部材と、該第１摺動部材に対向して配設される第２摺動部材とによりお互いに摺動される摺動部材において、前記第１摺動部材は、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記第２摺動部材は、少なくともＳｉ：１６〜１８重量％、Ｆｅ：２〜６重量％の元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、前記第１摺動部材のＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする摺動部材である。
【００１４】
請求項２の発明により、請求項１の効果に加えて、第２摺動部材の材料組成は、Ｓｉは１６〜１８重量％とする。この数値範囲内では、耐摩耗性の向上が図れる。Ｓｉが１６重量％より少ないと耐摩耗性が不足し、凝着摩耗を主とした異常摩耗を引き起こす。Ｓｉが１８重量％より多いと相手攻撃性が大きくなる。またＦｅは２〜６重量％とする。この数値範囲内では、耐焼付き性の向上、耐熱強度の向上が図れる。Ｆeが２重量％より少ないと焼付きを引き起こす。Ｆeが重量６％より多いと針状結晶が析出し相手攻撃性が大きくなる。
【００１７】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項３の発明は、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフト先端部に固定された内部ロータと、該カムシャフト及び内部ロータに所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータとからなる回転伝達部材と、前記内部ロータに一体あるいは組付けたベーンと、前記外部ロータに組付けたロックピンとを備えた内燃機関の吸気弁又は排気弁を制御するために使用される弁開閉時期制御装置であって、前記外部ロータは、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記内部ロータあるいは前記ベーンは、少なくともＳｉ、Ｆｅの元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、前記外部ロータのＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする弁開閉時期制御装置である。
【００１８】
請求項３の発明により、従来のアルミ材同士の摺動では実現し得なかった良好な摺動状態を確保でき、耐焼付き性・耐摩耗性・摩擦係数とも、従来のアルミ材や鉄焼結材からなる弁開閉時期制御装置より性能が優れる。
【００１９】
ここで、Ｓｉが微細球状化させるためには（特に３μｍ以下）、上記のＳｂ：０．０５〜０．２０％、Ｎａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のうち少なくとも上記数値範囲である１種類の元素を添加すれば得られる。
【００２０】
また、各上記元素の数値範囲より少ないと、Ｓｉの粒径が大きくなる。各上記元素の数値範囲より多いと、Ｓｉの微細球状化効果は変化せず、強度、伸び、靭性が低下する。
【００２１】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項４の発明は、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフト先端部に固定された内部ロータと、該カムシャフト及び内部ロータに所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータとからなる回転伝達部材と、前記内部ロータに一体あるいは組付けたベーンと、前記外部ロータに組付けたロックピンとを備えた内燃機関の吸気弁又は排気弁を制御するために使用される弁開閉時期制御装置であって、前記外部ロータは、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記内部ロータあるいは前記ベーンは、少なくともＳｉ：１６〜１８重量％、Ｆｅ：２〜６重量％の元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、前記外部ロータのＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする弁開閉時期制御装置である。
【００２２】
請求項４の発明により、請求項３の効果に加えて、第２摺動部材の材料組成は、Ｓｉは１６〜１８重量％とする。この数値範囲内では、耐摩耗性の向上が図れる。Ｓｉが１６重量％より少ないと耐摩耗性が不足し、凝着摩耗を主とした異常摩耗を引き起こす。Ｓｉが１８重量％より多いと相手攻撃性が大きくなる。またＦｅは２〜６重量％とする。この数値範囲内では、耐焼付き性の向上、耐熱強度の向上が図れる。Ｆeが２重量％より少ないと焼付きを引き起こす。Ｆeが重量％より多いと針状結晶が析出し相手攻撃性が大きくなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態（実施例）を図面に基づいて説明する。図１、図２に示した本発明による弁開閉時期制御装置１００の外部ロータ３０と内部ロータ２０およびその関連部材は、次の構成からなる。
【００２６】
内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト１０と、このカムシャフト１０の先端部に締結ボルト１１及びスリーブ１２を介して固定された内部ロータ２０と、カムシャフト１０及び内部ロータ２０に所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータ３０、フロントプレート４０、リアプレート５０からなる回転伝達部材と、内部ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、外部ロータ３０に組付けたロックピン８０等によって構成されている。
【００２７】
内部ロータ２０は、カムシャフト１０に一体的に固着されていて、４枚の各ベーン７０をそれぞれ径方向に取付けるためのベーン溝２１を有するとともに、図１に示した状態、すなわちカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が所定の位相（最遅角位置）で同期したときロックピン８０が所定量嵌入される受容孔２２と、この受容孔２２に進角通路（図示せず）から作動油を給排する通路２３と、各ベーン７０によって区画された進角用油室Ｒ１に進角通路（図示せず）から作動油を給排する通路２４と、各ベーン７０によって区画された遅角用油室Ｒ２に遅角通路１２から作動油を給排する通路２５を有している。
【００２８】
各ベーン７０は、ベーン溝２１の底部に収容したスプリング７１によって径外方に付勢されている。
【００２９】
外部ロータ３０は、その内周にて内部ロータ２０の外周面に所定の隙間（作動油が介在する極少隙間）で相対回転可能に組付けられていている。外部ロータ３０には、各ベーン７０を収容し各ベーン７０によって進角用油室Ｒ１と遅角用油室Ｒ２とに二分される作動油室Ｒｏを内部ロータ２０とによって形成する凹所３２が形成されるとともに、ロックピン８０とこれを内部ロータ２０に向けて付勢するスプリング９１を収容する退避孔３３が外部ロータ３０の径方向に形成されている。
【００３０】
以上の構成を備えた弁開閉時期制御装置において、外部ロータ３０はスプロケット部（外部ロータの外面のギヤ形状）を備えた形状であるため、切削で加工すると高価であり、急冷凝固により成形は使用されず、鋳造や鍛造で成形されている。一方、内部ロータ２０はスプロケット部が形成されおらず、本発明では急冷凝固による成形が行なわれる。
【００３１】
ここで、外部ロータ３０の材料は、ＪＩＳＨ５２０２のＡＣ８Ｃ（Ｃｕ：２．０〜４．０、Ｓｉ：８．５〜１０．５、Ｍｇ：０．５０〜１．５、Ｚｎ：０．５以下、Ｆｅ：１．０以下、Ｍｎ：０．５０以下、Ｎｉ：０．５０以下、Ｔi：０．２０以下、Ｐｂ：０．１０以下、Ｓn：０．１０以下、Ｃｒ：０．１０以下、Ａｌ：残部）に規定される一般的なアルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｉが３μｍ以下になるよう重量％で、Ｓｂ：０．０５〜０．２０％、Ｎａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のうち少なくとも上記数値範囲である１種類の元素を添加し、Ｓｉの微細球状化による改良処理を行った鋳造材料を使用する。以下、この鋳造材料からなる部材を第１摺動部材とする。
【００３２】
なお、Ｓｉが３μｍ以下になるように微細球状化させるためには、上記のＳｂ：０．０５〜０．２０％、Ｎａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％のうち少なくとも上記数値範囲である１種類の元素を添加すれば得られる。
【００３３】
また、各上記元素の数値範囲より少ないと、Ｓｉの粒径が大きくなる。各上記元素の数値範囲より多いと、Ｓｉの微細球状化効果は変化せず、強度、伸び、靭性が低下する。
【００３４】
また、その摺動相手となる内部ロータ２０、ベーン７０、ロックピン８０には、急冷凝固法で製造されたＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系（アルミニウム−珪素−鉄系）粉末押出し材を使用する。この押出し材料を第２摺動部材という。
【００３５】
この押出し材は、１０２〜１０４℃／秒の冷却速度で急冷凝固させたアルミ粉末を用いる。
【００３６】
上記アルミ粉末の製造方法は、図３に示すように、マトリックスとするアルミニウムに重量％でＳｉ：１６〜１８％、Ｆｅ：２〜６％、Ｃｕ：１〜５％、Ｍｇ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．２〜１％を添加したアルミ溶湯を容器１００に入れ、その排出口１０１から流出するアルミ溶湯に８０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の高圧ガスを噴射し１０２〜１０４℃／秒の冷却速度で急冷凝固させて粉末成形体Ｐ１が得られる。
【００３７】
まず、図４に示すように、粉末成形体Ｐ２を収納体２００に入れ、冷間静水圧加圧による相対密度６０〜９５％に予備成形を行なう。その予備成形により粉末成形体Ｐ２が得られる。なお静水圧加圧は温間や熱間でもよい。
【００３８】
次に、この成形体Ｐ２をビレットとして、２００〜５５０℃の温度範囲内で熱間押出装置３００で熱間押出し成形して押出し部材Ｐ３が得られる。
【００３９】
図５に示すように、押出し材Ｐ３をベースに鍛造や切削加工を行なうことにより、所望とする内部ロータ２０、ロックピン８０、ベーン７０等の製品Ｐ４が得られる。マトリックス中のＳｉ粒子の平均粒径は、３μｍ以下の球形状Ｓｉ粒子からなる。
【００４０】
ここで、第２摺動部材の材料組成は、Ｓｉは１６〜１８重量％とする。この数値範囲内では、耐摩耗性の向上が図れる。Ｓｉが１６％重量より少ないと耐摩耗性が不足し、凝着摩耗を主とした異常摩耗を引き起こす。Ｓｉが１８重量％より多いと相手攻撃性が大きくなる。
【００４１】
またＦｅは２〜６重量％とする。この数値範囲内では、耐焼付き性の向上、耐熱強度の向上が図れる。Ｆeが２重量％より少ないと焼付きを引き起こす。Ｆeが６重量％より多いと針状結晶が析出し相手攻撃性が大きくなる。
【００４２】
Ｃｕは１〜５重量％とする。この数値範囲内では、機械的性質の向上が図れる。Ｃｕが１重量％より少ないと機械的性質の低下が起こる。Ｃｕが５重量％より多いと伸びの低下が起こる。
【００４３】
Ｍｇは０．２〜２重量％とする。この数値範囲内では、機械的性質の向上が図れる。Ｍｇが０．２重量％より少ないと機械的性質の低下が起こる。Ｍｇが２重量％より多いと伸びの低下が起こる。
【００４４】
Ｍｎは０．２〜１重量％とする。この数値範囲内では、再結晶化の防止、機械的性質の向上が図れる。Ｍｎが０．２重量％より少ないと再結晶化し組織が粗大化し焼付きを引き起こす、機械的性質の低下が起こる。Ｍｎが１重量％より多いとマトリックスの不溶性化合物が析出し摩擦係数が上昇する。
【００４５】
Ｓｉ平均粒子径は３μｍ以下とする。この数値範囲内では、耐摩耗性の向上、耐焼付き性の向上が図れる。３μｍより大きい場合、摩擦係数が高く、焼付きを引き起こし、相手攻撃性が現れる。
【００４６】
本発明は、上記材料構成を用いることにより、以下に示すような材料機能が生まれ、摺動特性が得られる。なおＳｉが１６〜１８重量％、Ｆｅが２〜６重量％とするだけでも良好な摺動特性が得られる。
【００４７】
上記、摺動特性が得られる理由は、Ｓｉ粒子を３μｍ以下の約１〜２μｍに組織制御することにより、摩耗粉が排出されても最小油膜厚さ３μｍより小さいため摺動状態に影響しない。第１摺動部材である鋳造組織のアルミ素地部分のみ先に摩耗するため、その部分が油溜まりとなり流体潤滑を確保でき、焼付きが発生し難いと考えられる。
【００４８】
次に上記摺動特性が得られる理由について、図面に基づいて説明する。本発明実施例における第１摺動部材１０と第２摺動部材２０との摩耗メカニズムは、図７に示すされるように説明される。
【００４９】
図７（a）は、本発明の第１摺動部材１０と第２摺動部材２０とが重なり摺動前の状態を表した図である。図７（ｂ）は第１摺動部材１０が第２摺動部材２０の上を往復作動している摺動後の状態を表した図である。
【００５０】
本発明の第２摺動部材２０はアルミニウム素地に微細のＳｉが均一に分散されている。第１摺動部材１０はアルミニウム素地にＳｉが存在しない部分１１と微細Ｓｉが分散している部分１２とから形成されている。
【００５１】
この図より、第１摺動部材１０のアルミニウム素地の軟質部分だけが初期に摩耗し、その部分が油溜まりとして界面に強制的に油膜を形成するため、流体潤滑状態となる。その結果、第１摺動部材１０と第２摺動部材２０との摩擦係数が低くなり、発熱が少なくなるため焼付きが起きず摩耗も少ない。
【００５２】
また、Ｓｉが摩耗粉となってもＳｉ粒径が油膜厚さより小さく球状であるため、摺動状態に影響しない。
【００５３】
一方、図８は、従来の第１摺動部材と第２摺動部材との摩耗メカニズムを表す概略図である。
【００５４】
（比較例１）：従来のＳｉが大きい場合を図８（ａ）に示す。一般的なＪＩＳＨ５２０２のＡＣ８Ｃ材１００と急冷凝固材２００とから構成された部材においては、アルミニウムマトリックス中のＳｉが３μｍより大きい場合、摩耗粉となったＳｉが理論最小油膜厚さ３μｍより大きいため摺動界面に介在して引っ掛ることにより、摩擦熱が上がり焼付きや摩耗の原因となる。
【００５５】
（比較例２）：図８（ｂ）に示すように、急冷凝固材３００と急冷凝固材４００とから構成された部材においては、急冷凝固材同士の場合、油を保持する部分が無く、摺動界面に油膜が形成され難いため、高荷重域では固体接触が発生し、摩擦係数が上がり、焼付きが発生し易い。
【００５６】
（比較例３）：図８（ｃ）に示すように、本発明で使用される同じ第１摺動部材１０同士の鋳造材においては、アルミニウム素地の軟質部分が局部的に凝着を起こし、その部分から剥離や破壊を繰り返すことで進行性の凝着摩耗状態になってしまう傾向がある。なお、本状態は一般的なアルミ鋳造材やアルミ展伸材でも同様である。
【００５７】
以上のように、本発明は上記の実施例で示した材料構成を用いることにより、以下に示すような材料機能が生まれ、摺動特性が改善される。
【００５８】
Ｓｉ粒子が約１〜２μｍに組織制御することにより、摩耗粉が排出されても最小油膜厚さ３μｍより小さいため摺動状態に影響しない。
【００５９】
鋳造材（本発明の第１摺動部材１０）組織のアルミ素地部分のみ先に摩耗するため、その部分が油溜まりとなり流体潤滑を確保でき、焼付きが発生し難い。
【００６０】
図９は、本発明の実施例と従来の部材との組み合わせ（比較例１：図８（ａ）、比較例２：図８（ｂ）、比較例３：図８（ｃ）、比較例４：従来の鉄焼結部材の組み合わせ）による部材との耐焼付き性の比較を示した実験結果の図である。
【００６１】
上記に示した内容に適合する本発明の第２摺動部材にはロータ、ベーン、キーロックに使い、本発明の第１摺動部材にはハウジングに使った。
【００６２】
その時の試験条件は、「摺動形態：リング・オン・ディスク摩擦摩耗試験機、周速：０．６ｍ／ｓ、荷重：３分毎に０．５ＭＰａづつ荷重上昇させ、焼付くまで荷重負荷する。但し最大２５ＭＰａまで。潤滑油：５Ｗ−３０  ＳＪ級  エンジンオイル、油量：２００ｍｌ、油温：成り行き」で行なった。
【００６３】
この図からわかるように、本発明の材料を使用した部材は比較例１〜４と比較して、耐焼き付き性に優れている。（発明者殿：他に考察すべきことがあれば記載して下さい。
【００６４】
図１０は、同様な部材で本発明の実施例と比較例の耐摩耗性の実験結果を示した図である。その時の試験条件は、「摺動形態：リング・オン・ディスク摩擦摩耗試験機、周速：０．６ｍ／ｓ、荷重：２ＭＰａ一定、試験時間：５時間、摺動距離：１０８００ｍ、潤滑油：５Ｗ−３０  ＳＪ級  エンジンオイル、油量：２００ｍｌ、油温：成り行き」で行なった。
【００６５】
この図からわかるように、本発明は耐摩耗性に優れていることがわかる。
【００６６】
図１１は本発明の実施例と従来の部材との組み合わせによる部材との面圧と摩擦係数（流体潤滑状態を示す係数）との関係を表した図である。試験条件は、「摺動形態：リング・オン・ディスク摩擦摩耗試験機、周速：０．６ｍ／ｓ、荷重：３分毎に０．５ＭＰａづつ荷重上昇させ、焼付くまで荷重負荷する。（但し最大２５ＭＰａ迄）、潤滑油：５Ｗ−３０  ＳＪ級  エンジンオイル、油量：２００ｍｌ、油温：成り行き」で行なった。
【００６７】
この図からわかるように、本発明は摩擦係数に優れていることがわかる。さらに実施例の試験面圧１０ＭＰａ以上では、摩擦係数０．００３といった極めて低い値を示していることから、摺動界面は完全に油膜が形成された流体潤滑状態であることがわかる。
【００６８】
以上、この結果から、本発明の実施例は耐焼付き性・耐摩耗性・摩擦係数とも従来の比較例１〜４より性能が優れ、従来の鉄焼結材及び一般的なアルミでは製品性能を満足できないことを示している。
【００６９】
なお、表１は本発明の実施例と比較例で使用される各種材料の機械特性を示した表である。この表１から、強度面も従来の材料を凌ぎ、さらに、本発明の弁開閉時期制御装置として約５０％軽量化が可能になった。
【００７０】
【表１】
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なお本発明は、弁開閉時期制御装置での摺動部材にて説明したが、摺動部材を備えた車両のエンジンオイルポンプ、トランスミッションオイルポンプ、パワーステアリングポンプ、ピストンとシリンダー等にも応用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明は、第１摺動部材と、該第１摺動部材に対向して配設される第２摺動部材とによりお互いに摺動される摺動部材において、前記第１摺動部材は、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記第２摺動部材は、少なくともＳｉ、Ｆｅの元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、前記第１摺動部材のＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする摺動部材であるので、従来のアルミ材同士の摺動では実現し得なかった良好な摺動状態を確保でき、耐焼付き性・耐摩耗性・摩擦係数とも、従来のアルミ材や鉄焼結材からなる摺動部材より性能が優れる。
【００７２】
本発明の請求項３の発明は、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフト先端部に固定された内部ロータと、該カムシャフト及び内部ロータに所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータとからなる回転伝達部材と、前記内部ロータに一体あるいは組付けたベーンと、前記外部ロータに組付けたロックピンとを備えた内燃機関の吸気弁又は排気弁を制御するために使用される弁開閉時期制御装置であって、前記外部ロータは、アルミニウム合金鋳物ＡＣ８Ｃをベース材に、Ｓｂ：０．０５〜０．２０重量％、Ｎａ：０．００１〜０．０１重量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５重量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１重量％から少なくとも１種類の元素が添加され、Ｓｉ粒子を含むアルミニウム合金鋳造材料からなり、前記内部ロータあるいは前記ベーンは、少なくともＳｉ、Ｆｅの元素が添加されたアルミニウム合金材料を急冷凝固させた粉末を固化させて得られる材料からなり、前記外部ロータのＳｉ粒子の平均粒径は３μｍ以下であることを特徴とする弁開閉時期制御装置であるので、従来のアルミ材同士の摺動では実現し得なかった良好な摺動状態を確保でき、耐焼付き性・耐摩耗性・摩擦係数とも、従来のアルミ材や鉄焼結材からなる弁開閉時期制御装置より性能が優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による弁開閉時期制御装置の外部ロータと内部ロータおよびその関連部材の正面図。
【図２】本発明による弁開閉時期制御装置の外部ロータと内部ロータおよびその関連部材のＡ−Ａ線縦断面図。
【図３】本発明における急冷凝固された粉末を製造する工程の概略図。
【図４】本発明における静水圧加圧による予備成形を行なう工程の概略図。
【図５】本発明における粉末成形体を熱間押出しする工程の概略図。
【図６】本発明における押出し材をベースに鍛造や切削加工を用いて製品形状に仕上げる工程の概略図。
【図７】本発明における第１摺動部材と第２摺動部材との摩耗メカニズムを表す概略図。
【図８】従来の第１摺動部材と第２摺動部材との摩耗メカニズムを表す概略図。
【図９】本発明の実施例と従来の部材との組み合わせによる部材との耐焼付き性の比較を示した実験結果の図。
【図１０】本発明の実施例と従来の部材との組み合わせによる部材との耐摩耗性の実験結果を示した図。
【図１１】本発明の実施例と従来の部材との組み合わせによる部材との面圧と摩擦係数との関係を表した図。
【符号の説明】
１０・・・カムシャフト
２０・・・内部ロータ
３０・・・外部ロータ
７０・・・ベーン
１００・・・弁開閉時期制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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