JP2000327484A - Tappet - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸排気
弁を開閉駆動させるための、カムと摺動するタペットに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tappet that slides on a cam for opening and closing an intake / exhaust valve of an internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】直打式動弁機構において、タペットは、
カムシャフトのカムによって回転されている最中、中間
部上面を押され、これによって吸気あるいは排気バルブ
を開閉操作する。バルブは外周に配置されたスプリング
によって常時上方に押されている。したがって、バルブ
の開動作はカムシャフトのカムにおける突出部がタペッ
トの中間部上面を押圧した時のみ行われ、カムシャフト
の回転数が速くなると、摺動速度の増加が生じ、より過
酷な使用条件となる。2. Description of the Related Art In a direct-acting valve train, a tappet is
During rotation by the cam of the camshaft, the upper surface of the intermediate portion is pushed, thereby opening and closing the intake or exhaust valve. The valve is constantly pushed upward by a spring arranged on the outer periphery. Therefore, the opening operation of the valve is performed only when the protruding portion of the cam of the camshaft presses the upper surface of the intermediate portion of the tappet. When the rotation speed of the camshaft increases, the sliding speed increases, resulting in more severe operating conditions. Becomes
【０００３】従来から、一般的に、タペットは浸炭材を
研削仕上げしたものが用いられている。また、特開平３
−１７２５０４号公報には、カムと摺動するバルブリフ
タ（タペットと同義）の鋼製平坦部に、金属クロムとク
ロム窒化物との混合被膜を特定の厚みで形成させること
により、耐摩耗性及び耐焼付性を向上させる技術が記載
されている。また、特開平６−２９４３０７号公報に
は、表面に最大表面粗さ（Ｒmax）が２．０μm以下であ
るダイヤモンド被膜を有するアジャスティングシムを、
タペットとカムの間に置くことにより、カムやタペット
の摩耗を少なくする技術が記載されている。また、特開
平７−１１８８３２号公報には、シムの表面を０．３μ
mRz程度にまで仕上げた後、アーク式イオンプレーティ
ング法によって窒化チタンによるコーティングを形成さ
せることが開示されており、このシムをタペットとカム
の間に置き、カムとの摺り合わせ運転を行うと、窒化チ
タン上のドロップレットの効果でシム表面も基材と同レ
ベルの０．０１〜０．３μmRzにまで鏡面化することが
記載されている。[0003] Conventionally, tappets generally obtained by grinding a carburized material have been used. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No.
Japanese Patent No. 172504 discloses abrasion resistance and resistance by forming a mixed coating of chromium metal and chromium nitride on a steel flat portion of a valve lifter (synonymous with tappet) sliding on a cam to a specific thickness. A technique for improving seizure is described. JP-A-6-294307 discloses an adjusting shim having a diamond coating having a maximum surface roughness (Rmax) of 2.0 μm or less on the surface.
There is described a technique for reducing abrasion of a cam or a tappet by placing the tappet between the cam and the cam. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-18832 discloses that the surface of a shim is 0.3 μm.
After finishing to about mRz, it is disclosed that a coating made of titanium nitride is formed by an arc ion plating method, and this shim is placed between a tappet and a cam, and a sliding operation with the cam is performed. It is described that the shim surface is mirror-finished to 0.01 to 0.3 μmRz, which is the same level as the base material, by the effect of droplets on titanium nitride.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】内燃機関の燃費を向上
させ、省資源化を図るためには、動弁機構の場合、タペ
ットのカム等との摺動部での摩擦抵抗を小さくし摩擦損
失を最小限に抑えることが必要であるが、従来から用い
られている浸炭材製のタペットでは摩擦損失を小さくす
ることに限界がある。また、カム、タペット及びシリン
ダーヘッドのタペットと摺動する穴の内面の耐久性を向
上させるには、摺動部での耐摩耗性や耐焼付性を向上さ
せる必要があるが、従来から用いられている浸炭材製の
タペットはカム及びシリンダーヘッドの穴の内面を摩耗
させやすく、摺動部の耐摩耗性等の向上に限界がある。In order to improve the fuel efficiency of the internal combustion engine and save resources, in the case of a valve train, the frictional resistance at the sliding portion of the tappet with the cam or the like is reduced to reduce the friction loss. However, the conventional carburized tappet has a limitation in reducing the friction loss. Also, in order to improve the durability of the inner surface of the hole that slides with the cam, tappet, and tappet of the cylinder head, it is necessary to improve the wear resistance and seizure resistance of the sliding portion. The tappet made of carburizing material tends to wear the cam and the inner surface of the hole of the cylinder head, and there is a limit in improving the wear resistance of the sliding portion.
【０００５】また、タペットの摺動部に金属クロムとク
ロム窒化物との混合被膜等を形成させる場合、金属クロ
ムとクロム窒化物との混合被膜等は、それ自身の耐摩耗
性は大きいが、摺動相手材を摩耗させやすく、また、摩
擦抵抗の低減にも限界がある。また、シムにコーティン
グを施し、タペットとカムとの間の摺動特性を改善させ
る方法では、タペットとカムの間のタペット上にシムを
置くので、タペット全体の大きさを小さくすることがで
きず、タペットの重量増大の原因となり、動力損失につ
ながる。また、タペットとシリンダーヘッドの穴との摩
擦損失の低減は図れない。また、ダイヤモンド被膜や金
属クロムとクロム窒化物との混合被膜や窒化チタン被膜
をコーティングすると、基材の表面粗さよりもコーティ
ング後の表面粗さの方が悪くなる。Further, when a mixed film of chromium metal and chromium nitride is formed on the sliding portion of the tappet, the mixed film of chromium metal and chromium nitride has a high abrasion resistance. The sliding partner material is easily worn, and there is a limit in reducing the frictional resistance. In the method of coating the shim to improve the sliding characteristics between the tappet and the cam, since the shim is placed on the tappet between the tappet and the cam, the size of the entire tappet cannot be reduced. This causes an increase in the weight of the tappet and leads to power loss. Further, the friction loss between the tappet and the hole in the cylinder head cannot be reduced. Further, when a diamond film, a mixed film of metallic chromium and chromium nitride, or a titanium nitride film is coated, the surface roughness after coating is worse than the surface roughness of the substrate.
【０００６】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、タペットのカムとの摺動面（及び
シリンダーヘッドの穴との摺動面）に、摩擦抵抗が小さ
く耐久性に優れ、適度な靱性及び密着性を有するダイヤ
モンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜をコーティングする
ことにより、摩擦損失を最小限に抑えて内燃機関の燃費
を向上させ省資源化を図ることができ、かつ、摺動部で
のタペット及び摺動相手材の摩耗を低減させて耐久性を
向上させることができ、しかも、内燃機関内の過酷な摺
動条件でもはく離や割れ等が生じることがなく、また、
コーティングによって表面仕上げ粗さが悪くならないタ
ペットを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a low friction resistance and low durability on a sliding surface of a tappet with a cam (and a sliding surface with a hole of a cylinder head). By coating a diamond-like carbon (DLC) film with excellent toughness and moderate toughness and adhesion, friction loss can be minimized, fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved, and resources can be saved. It is possible to improve the durability by reducing the abrasion of the tappet and the sliding partner material in the sliding portion, and further, there is no peeling or cracking even under severe sliding conditions in the internal combustion engine,
It is an object of the present invention to provide a tappet whose surface finish roughness is not deteriorated by coating.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のタペットは、内燃機関の吸排気弁を開閉
駆動させるための、カムと摺動するタペットにおいて、
タペットのカムとの摺動面及びシリンダーヘッドの穴と
の摺動面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を
コーティングしてなる構成とされている（図２参照）。
また、本発明のタペットは、内燃機関の吸排気弁を開閉
駆動させるための、カムと摺動するタペットにおいて、
タペットのカムとの摺動面にダイヤモンドライクカーボ
ン（ＤＬＣ）膜をコーティングしてなることを特徴とし
ている（図１参照）。To achieve the above object, a tappet of the present invention is a tappet that slides on a cam for opening and closing an intake / exhaust valve of an internal combustion engine.
The sliding surface of the tappet with the cam and the sliding surface of the cylinder head with the hole are coated with a diamond-like carbon (DLC) film (see FIG. 2).
Further, the tappet of the present invention is a tappet that slides with a cam for opening and closing an intake / exhaust valve of an internal combustion engine.
The slide surface of the tappet with respect to the cam is coated with a diamond-like carbon (DLC) film (see FIG. 1).
【０００８】ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏ
ｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）は、非常に低い摩擦係
数を有しており、摺動相手材を摩耗させにくく、また、
自身も摩耗しにくい性質を有している。構造的には、炭
素が四配位の結合（ＳＰ3結合）を持ってはいるが、部
分的にＳＰ2結合や水素との結合を含むために長距離秩
序的には決まった結晶構造を持たないアモルファス構造
となっている。したがって、特性的には、多くの点でダ
イヤモンドと類似しているが、膜表面が極めて平滑であ
ること等の点でダイヤモンドとの違いがある。[0008] Diamond-like carbon (Diamo
nd Like Carbon) has a very low coefficient of friction, makes it less likely to wear the sliding partner, and
It also has the property of being hardly worn. Structurally, carbon has a four-coordinate bond (SP 3 bond), but it has a long-range ordered crystal structure because it partially contains an SP 2 bond and a bond with hydrogen. It has an amorphous structure without it. Therefore, although it is similar in characteristics in many respects to diamond, it differs from diamond in that the film surface is extremely smooth.
【０００９】上記の本発明のタペットにおいて、ダイヤ
モンドライクカーボン膜がコーティングされるタペット
は、例えば、浸炭焼入れを施された鋼材である。また、
これらの本発明のタペットにおいて、ダイヤモンドライ
クカーボン膜のコーティング層は、０．５〜２μmの厚
さ、望ましくは、１μm程度の厚さを有している。ＤＬ
Ｃ膜のコーティング層を０．５〜２μmの厚さとした理
由は、０．５μm未満の厚さでは、被膜としての特性を
十分に発揮できないからである。一方、２μmを越える
厚さとしても、被膜特性は向上せず、製造時間と製造費
用の面で不利になり、また、膜内残留応力の増加により
密着性の低下が生じかえって被膜特性が劣化するからで
ある。また、これらの本発明のタペットにおいて、ダイ
ヤモンドライクカーボン膜がコーティングされるタペッ
トの面は、ダイヤモンドライクカーボン膜の膜厚と同程
度以下の粗面とすることが好ましい。すなわち、ＤＬＣ
膜がコーティングされるタペットは、コーティング前に
ＤＬＣ膜の膜厚と同程度以下の粗さにされている。例え
ば、ＤＬＣ膜のコーティング層が１μm程度の厚みを有
する場合、コーティングされるタペットは、コーティン
グ前にＲmax（最大表面粗さ）１μm程度以下の粗さにさ
れている。In the above tappet of the present invention, the tappet coated with the diamond-like carbon film is, for example, a steel material subjected to carburizing and quenching. Also,
In these tappets of the present invention, the coating layer of the diamond-like carbon film has a thickness of 0.5 to 2 μm, preferably about 1 μm. DL
The reason why the thickness of the coating layer of the C film is 0.5 to 2 μm is that if the thickness is less than 0.5 μm, the characteristics as a coating film cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, even if the thickness exceeds 2 μm, the coating characteristics are not improved, and the production time and the production cost are disadvantageous. In addition, the adhesion is reduced due to the increase in the residual stress in the film, and the coating characteristics are deteriorated. Because. Further, in these tappets of the present invention, it is preferable that the surface of the tappet coated with the diamond-like carbon film has a rough surface not more than the thickness of the diamond-like carbon film. That is, DLC
The tappet on which the film is coated is made less than or equal to the thickness of the DLC film before coating. For example, when the coating layer of the DLC film has a thickness of about 1 μm, the coated tappet has a roughness of about 1 μm or less of Rmax (maximum surface roughness) before coating.
【００１０】また、これらの本発明のタペットにおい
て、コーティングされたダイヤモンドライクカーボン膜
は、スクラッチ試験においてき裂やはく離によって生じ
るＡＥ（アコースティックエミッション）の発生荷重が
１５N以上である、十分な靱性及び密着性を有してい
る。なお、スクラッチ試験は、先端半径０．２mm、先端
角１２０゜のダイヤモンド圧子をＤＬＣコーティング面
に垂直に、０Nから１００N／minの割合で荷重を増加さ
せながら負荷を加えていき、同時にＤＬＣコーティング
面を水平方向に１０mm／minの速度で移動させ、き裂や
はく離が生じる際に発生するＡＥを検出することで行
う。[0010] In the tappet of the present invention, the coated diamond-like carbon film has a sufficient toughness and adhesion with an AE (acoustic emission) generation load of 15 N or more caused by cracking or peeling in a scratch test. It has nature. In the scratch test, a diamond indenter having a tip radius of 0.2 mm and a tip angle of 120 ° was applied perpendicularly to the DLC coating surface while increasing the load at a rate of 0 N to 100 N / min while simultaneously applying a load to the DLC coating surface. Is moved in the horizontal direction at a speed of 10 mm / min, and AE that occurs when a crack or peeling occurs is detected.
【００１１】また、これらの本発明のタペットにおい
て、コーティングされたダイヤモンドライクカーボン膜
は、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ（化学気相蒸着）、スパ
ッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤ（物理気
相蒸着）などの方法で作製される。また、これらの本発
明のタペットにおいて、コーティングされたダイヤモン
ドライクカーボン膜は、超硬合金上でヌープ硬さ１００
０〜２０００kg／mm2の硬度で、靱性を有している。ま
た、これらの本発明のタペットにおいて、タペットの摺
動面とダイヤモンドライクカーボン膜のコーティング層
との間に、Ｓｉを含む中間層を形成させておくことで高
い密着性を有するようにする。In these tappets of the present invention, the coated diamond-like carbon film can be formed by CVD (chemical vapor deposition) such as plasma CVD or PVD (physical vapor deposition) such as sputtering or ion plating. Produced by the method. In these tappets of the present invention, the coated diamond-like carbon film has a Knoop hardness of 100 on the cemented carbide.
It has a hardness of 0 to 2000 kg / mm 2 and has toughness. Further, in these tappets of the present invention, an intermediate layer containing Si is formed between the sliding surface of the tappet and the coating layer of the diamond-like carbon film so as to have high adhesion.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１、図２は、本発明の実施の形態による
タペットを示している。図１は、浸炭材製のタペット本
体１０のカムとの摺動面１２に、ダイヤモンドライクカ
ーボン（ＤＬＣ）膜のコーティング層１４を形成させた
ものである。また、図２は、浸炭材製のタペット本体１
０のカムとの摺動面１２及びシリンダーヘッドの穴との
摺動面１６に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
膜のコーティング層１８を形成させたものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications. . 1 and 2 show a tappet according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a case in which a coating layer 14 of a diamond-like carbon (DLC) film is formed on a sliding surface 12 of a carburized tappet body 10 with a cam. FIG. 2 shows a tappet body 1 made of a carburized material.
0 on the sliding surface 12 with the cam and the sliding surface 16 with the hole of the cylinder head.
The coating layer 18 of the film is formed.
【００１３】図１において、ＤＬＣ膜は、例えば、原料
にＣＨ4（メタン）を用いて、高周波プラズマＣＶＤ法
により、タペットのカムとの摺動面にコーティングされ
る。同様に、図２において、ＤＬＣ膜は、例えば、原料
にＣＨ4（メタン）を用いて、高周波プラズマＣＶＤ法
により、タペットのカムとの摺動面及びシリンダーヘッ
ドの穴との摺動面の両方にコーティングされる。高周波
プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜のコーティングは、密
閉容器内で、電極上に浸炭材製タペットを配置し、例え
ば、密閉容器内を１０-4〜１Torr程度の減圧状態にし、
成膜温度が２００℃以下になるようにして、原料ガスで
あるメタン及び水素（３０〜４０atm％）を導入すると
ともに、高周波電源により電極間にプラズマを発生させ
ることにより行う。高周波プラズマＣＶＤ法によるＤＬ
Ｃ膜の成膜では、成膜面積が広くとれるために量産が可
能であり、また、表面粗度及び摺動特性に優れたＤＬＣ
コーティング層が得られる。In FIG. 1, a DLC film is coated on a sliding surface of a tappet with a cam by, for example, a high frequency plasma CVD method using CH 4 (methane) as a raw material. Similarly, in FIG. 2, the DLC film is formed on both the sliding surface with the cam of the tappet and the sliding surface with the hole of the cylinder head by high frequency plasma CVD using, for example, CH 4 (methane) as a raw material. To be coated. In the coating of the DLC film by the high-frequency plasma CVD method, a carburized tappet is arranged on the electrode in a closed container, and for example, the inside of the closed container is evacuated to about 10 -4 to 1 Torr,
The film formation temperature is set to 200 ° C. or less, methane and hydrogen (30 to 40 atm%) as source gases are introduced, and plasma is generated between electrodes by a high frequency power supply. DL by high frequency plasma CVD
In the formation of a C film, a large area can be obtained, and mass production is possible. In addition, DLC with excellent surface roughness and sliding characteristics
A coating layer is obtained.
【００１４】ＤＬＣコーティング膜の摩擦係数は非常に
小さいので、内燃機関の吸排気弁を開閉駆動させるため
にカムと摺動するタペットのカムとの摺動面（及びシリ
ンダーヘッドの穴との摺動面）にＤＬＣ膜をコーティン
グすることで、摺動部での摩擦抵抗を小さくして摩擦損
失を抑えることができ、内燃機関の燃費を向上させ、省
資源化を図るのに非常に効果がある。また、ＤＬＣコー
ティング膜は、凝着を生じにくく、摺動相手材を摩耗さ
せにくく、かつ、自身も摩耗しにくいので、摺動部での
耐摩耗性や耐焼付性を向上させ、タペット及びカムやシ
リンダーヘッドのタペットと摺動する穴の内面の耐久性
を向上させるのに非常に効果がある。Since the coefficient of friction of the DLC coating film is very small, the sliding surface between the cam and the tappet that slides to open and close the intake and exhaust valves of the internal combustion engine (and the sliding surface with the hole of the cylinder head). By coating the surface with a DLC film, the frictional resistance at the sliding portion can be reduced and the friction loss can be suppressed, which is very effective in improving the fuel efficiency of the internal combustion engine and saving resources. . In addition, the DLC coating film hardly causes adhesion, hardly wears a sliding partner material, and hardly wears itself, so that abrasion resistance and seizure resistance in a sliding portion are improved, and a tappet and a cam are used. It is very effective in improving the durability of the inner surface of the hole sliding with the tappet of the cylinder head.
【００１５】また、タペット表面にＤＬＣ膜をコーティ
ングして、タペットの表面を改質できることから、タペ
ットとカムの間に摺動特性を改善したシムを置く必要が
なく、シムをタペットとバルブの間に置くことができる
ので、タペットの大きさを小さくして軽量化を図ること
ができ、動力損失を少なくすることができる。また、図
２に示すように、タペットのシリンダーヘッドの穴との
摺動面にもＤＬＣ膜をコーティングすることで、タペッ
トとシリンダーヘッドの穴との摺動部でも摩擦損失の低
減が図れる。また、ＤＬＣ膜は、基材であるタペット本
体の表面形状にそってコーティングされ、基材の表面粗
さがほぼそのままコーティング後の表面粗さとなる。Further, since the surface of the tappet can be modified by coating the tappet surface with a DLC film, there is no need to place a shim with improved sliding characteristics between the tappet and the cam. , The tappet can be reduced in size and weight, and power loss can be reduced. Also, as shown in FIG. 2, by coating the sliding surface between the tappet and the hole of the cylinder head with the DLC film, the friction loss can be reduced even at the sliding portion between the tappet and the hole of the cylinder head. In addition, the DLC film is coated along the surface shape of the tappet body as a base material, and the surface roughness of the base material becomes almost the same as the surface roughness after coating.
【００１６】[0016]
【実施例】本発明の実施例として、浸炭材製タペットの
カムと摺動する面のみ、またはカム及びシリンダーヘッ
ドの穴と摺動する面のみに、高周波プラズマＣＶＤ法に
よりＤＬＣ膜をコーティングした場合の特性について示
す。ＳＣＭ４２０浸炭焼入れ焼戻し材からなるタペット
のカムと摺動する面のみ、またはカム及びシリンダーヘ
ッドの穴と摺動する面のみに、高周波プラズマＣＶＤ法
により、ＤＬＣ膜をコーティングした。コーティングし
たＤＬＣは、膜厚が約１μmで、硬度が超硬合金上でヌ
ープ硬さ約１３００kg／mm2であった。また、スクラッ
チ試験においてき裂やはく離によって生じるＡＥの発生
荷重は約２０Nであった。また、ＤＬＣコーティング後
の表面粗さはＲmax約０．６μmであった。以上の特性を
有するタペットを用いて、排気量７５０ccの４気筒４サ
イクルの実車エンジンで回転数１０００〜１４０００rp
mにて耐久試験を行った結果、ＤＬＣ膜をコーティング
したタペットでき裂やはく離は発生せず十分な耐久性を
示した。一方、スクラッチ試験においてき裂やはく離に
よって生じるＡＥの発生荷重が１５N未満のＤＬＣ膜に
対して同条件の耐久試験を行った場合には、ＤＬＣ膜を
コーティングしたタペットではく離が生じ耐久性が不足
していた。EXAMPLE As an example of the present invention, a case in which only a surface of a carburized tappet sliding on a cam or only a surface sliding on a hole of a cam and a cylinder head is coated with a DLC film by a high-frequency plasma CVD method. The characteristics of are shown below. Only the surface of the tappet made of the SCM420 carburized, quenched and tempered material that slides on the cam, or only the surface that slides on the cam and the hole of the cylinder head was coated with the DLC film by the high frequency plasma CVD method. The coated DLC had a film thickness of about 1 μm and a Knoop hardness of about 1300 kg / mm 2 on a cemented carbide. In addition, in the scratch test, the load generated by AE caused by cracking and peeling was about 20N. The surface roughness after DLC coating was Rmax about 0.6 μm. Using a tappet having the above characteristics, a 4-cylinder 4-cycle real-cycle engine with a displacement of 750 cc and a rotation speed of 1000-14000 rp
As a result of a durability test performed at m, the tappet coated with the DLC film showed sufficient durability without cracking or peeling. On the other hand, in a scratch test, when a durability test under the same conditions was performed on a DLC film having an AE generation load of less than 15 N caused by cracks and peeling, the tappet coated with the DLC film was peeled off, resulting in insufficient durability. Was.
【００１７】つぎに、所定の試験材を用いて、カムとタ
ペットとの摺動を模擬した摺動特性評価試験を実施し
た。試験は、図３に示すように、回転摩擦摩耗試験機を
用いたボールオンディスク方式で、ディスク２０とし
て、それぞれ、ＳＣＭ４２０浸炭焼入れ焼戻し材（浸炭
焼入れ材２２）からなる試験材、この浸炭焼入れ材２２
にＤＬＣ、ＴｉＮ、ＣｒＮのいずれかの被膜２４をコー
ティングした３種類の試験材を用い、ボール２６にはφ
１０mmのカム相当材（ＳＵＪ２球、ＨＲＣ６３）を用い
た。低粘度油の供給による潤滑下で、荷重は１０kgf
（ヘルツ面圧２１０kgf／mm2）、摺動速度は３．３m／
s、試験温度は室温（約２５℃）で３０分間試験を行っ
た。２８は、ディスクとボールとの摺動部である。摺動
特性評価試験の結果は、表１に示す通りである。表１の
結果からわかるように、浸炭焼入れ材にＤＬＣ膜をコー
ティングすることで、浸炭焼入れ材のみの場合よりも摩
擦係数及びカム相当材（ボール）の摩耗量が大幅に減少
した。また、ＴｉＮやＣｒＮの膜をコーティングした場
合よりも摩擦係数及びカム相当材の摩耗量が少なく、大
きな効果が得られた。Next, using a predetermined test material, a sliding characteristic evaluation test simulating sliding between the cam and the tappet was performed. As shown in FIG. 3, the test is a ball-on-disk system using a rotary friction and wear tester. As the disk 20, a test material made of SCM420 carburized and quenched and tempered material (carburized and quenched material 22) is used. 22
And three types of test materials coated with any one of DLC, TiN and CrN coatings 24,
A 10 mm cam equivalent material (SUJ2 ball, HRC63) was used. Under lubrication by supplying low viscosity oil, load is 10kgf
(Hertz surface pressure 210 kgf / mm 2 ), sliding speed 3.3 m /
s, The test was conducted at room temperature (about 25 ° C.) for 30 minutes. 28 is a sliding portion between the disk and the ball. Table 1 shows the results of the sliding property evaluation test. As can be seen from the results in Table 1, by coating the carburized and quenched material with the DLC film, the friction coefficient and the wear amount of the cam equivalent material (ball) were significantly reduced as compared to the case of using only the carburized and quenched material. Further, the friction coefficient and the amount of wear of the material equivalent to the cam were smaller than in the case of coating with a TiN or CrN film, and a great effect was obtained.
【００１８】[0018]
【表１】 [Table 1]
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） タペットのカムとの摺動面及びシリンダーヘッ
ドの穴との摺動面に、摩擦抵抗が小さく耐久性に優れ、
適度な靱性及び密着性を有するダイヤモンドライクカー
ボン（ＤＬＣ）膜をコーティングすることにより、カム
及びシリンダーヘッドの穴との摺動部での摩擦抵抗を小
さくして摩擦損失を最小限に抑えることができるので、
内燃機関の燃費を向上させ、省資源化を図ることができ
る。なお、タペットのカムとの摺動面のみに、ダイヤモ
ンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜をコーティングする場
合も、カムとの摺動部での摩擦抵抗を小さくして摩擦損
失を抑えることができる。 （２） ＤＬＣコーティング膜は、凝着を生じにくく、
摺動相手材を摩耗させにくく、かつ、自身も摩耗しにく
いので、従来の浸炭材製タペットに比べて摺動部での耐
摩耗性や耐焼付性が大幅に向上し、タペット及びカムや
シリンダーヘッドのタペットと摺動する穴の内面の耐久
性を向上させることができる。 （３） タペット表面にＤＬＣ膜をコーティングして、
タペットの表面を改質できることから、タペットとカム
の間に摺動特性を改善したシムを置く必要がなく、シム
をタペットとバルブの間に置くことができるので、タペ
ットの大きさを小さくして軽量化を図ることができ、動
力損失を少なくすることができる。 （４） 適度な靱性及び密着性を有するＤＬＣ膜を用い
ることにより、内燃機関内の過酷な摺動条件でも、はく
離や割れ等が生じることがない。 （５） ＤＬＣ膜をコーティングすると、基材の表面粗
さがほぼそのままコーティング後の表面粗さになるの
で、コーティング後の表面粗さが基材の表面粗さよりも
悪くなることがない。 （６） タペットの摺動面とＤＬＣ膜のコーティング層
との間にＳｉを含む中間層を形成させる場合は、ＤＬＣ
膜の密着性が高くなる。As described above, the present invention has the following effects. (1) The sliding surface between the tappet cam and the hole on the cylinder head has low frictional resistance and excellent durability.
By coating a diamond-like carbon (DLC) film having appropriate toughness and adhesion, the frictional resistance at the sliding portion between the cam and the hole of the cylinder head can be reduced to minimize the friction loss. So
It is possible to improve the fuel efficiency of the internal combustion engine and save resources. Even when only the sliding surface of the tappet with the cam is coated with the diamond-like carbon (DLC) film, the frictional resistance at the sliding portion with the cam can be reduced to suppress the friction loss. (2) The DLC coating film hardly causes adhesion,
It is hard to wear the sliding partner material and also hard to wear itself, so the abrasion resistance and seizure resistance at the sliding part are greatly improved compared to the conventional carburized tappet, tappets and cams and cylinders The durability of the inner surface of the hole that slides with the tappet of the head can be improved. (3) The surface of the tappet is coated with a DLC film,
Since the surface of the tappet can be modified, there is no need to place a shim with improved sliding characteristics between the tappet and the cam.Since the shim can be placed between the tappet and the valve, the size of the tappet can be reduced. The weight can be reduced, and the power loss can be reduced. (4) By using a DLC film having appropriate toughness and adhesion, peeling and cracking do not occur even under severe sliding conditions in an internal combustion engine. (5) When the DLC film is coated, the surface roughness of the substrate becomes almost the same as the surface roughness after coating, so that the surface roughness after coating does not become worse than the surface roughness of the substrate. (6) When forming an intermediate layer containing Si between the sliding surface of the tappet and the coating layer of the DLC film, use DLC
The adhesion of the film is increased.
【図１】本発明の実施の形態によるタペットの一例を示
す概略断面構成図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a tappet according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態によるタペットの他の例を
示す概略断面構成図である。FIG. 2 is a schematic sectional configuration diagram showing another example of the tappet according to the embodiment of the present invention.
【図３】カムとタペットとの摺動を模擬した摺動特性評
価試験の方法を示す概略構成斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a method of a sliding characteristic evaluation test simulating sliding of a cam and a tappet.
１０ タペット本体 １２ カムとの摺動面 １４、１８ ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜
のコーティング層 １６ シリンダーヘッドの穴との摺動面 ２０ ディスク ２２ 浸炭焼入れ材 ２４ 被膜 ２６ ボール ２８ 摺動部Reference Signs List 10 Tappet body 12 Cam sliding surface 14, 18 Coating layer of diamond-like carbon (DLC) film 16 Sliding surface with cylinder head hole 20 Disk 22 Carburizing and quenching material 24 Coating 26 Ball 28 Sliding part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 潔 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 苧野 兵衛 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 犬飼 忠 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 Ｆターム(参考） 3G016 BB04 BB06 CA57 EA00 EA24 FA00 FA21 GA01 GA02 4G077 AA03 AB03 BA03 DA11 DA15 DB16 ED04 EH01 FB06 HA13 4K029 AA02 AA27 BA34 BB02 BC02 BD05 CA03 CA05 EA01 FA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kiyoshi Hasegawa 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Inside the Akashi Plant (72) Inventor Hyoe Ramino 1-1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries Inside the Akashi Factory (72) Inventor Tadashi Inukai 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Inside the Akashi Factory F-term (reference) 3G016 BB04 BB06 CA57 EA00 EA24 FA00 FA21 GA01 GA02 4G077 AA03 AB03 BA03 DA11 DA15 DB16 ED04 EH01 FB06 HA13 4K029 AA02 AA27 BA34 BB02 BC02 BD05 CA03 CA05 EA01 FA01
Claims (9)
めの、カムと摺動するタペットにおいて、タペットのカ
ムとの摺動面及びシリンダーヘッドの穴との摺動面にダ
イヤモンドライクカーボン膜をコーティングしてなるこ
とを特徴とするタペット。1. A tappet which slides on a cam for driving an intake / exhaust valve of an internal combustion engine to open and close, wherein a diamond-like carbon film is formed on a sliding surface of the tappet with the cam and a sliding surface of the cylinder head with a hole. A tappet characterized by being coated.
めの、カムと摺動するタペットにおいて、タペットのカ
ムとの摺動面にダイヤモンドライクカーボン膜をコーテ
ィングしてなることを特徴とするタペット。2. A tappet that slides on a cam for driving an intake / exhaust valve of an internal combustion engine to open and close, wherein a sliding surface of the tappet with the cam is coated with a diamond-like carbon film. .
ィングされるタペットが浸炭焼入れを施された鋼材から
なる請求項１又は２記載のタペット。3. The tappet according to claim 1, wherein the tappet coated with the diamond-like carbon film is made of a carburized and hardened steel material.
ィング層が０．５〜２μmの厚さである請求項１、２又
は３記載のタペット。4. The tappet according to claim 1, wherein the coating layer of the diamond-like carbon film has a thickness of 0.5 to 2 μm.
ィングされるタペットの面が、ダイヤモンドライクカー
ボン膜の膜厚と同程度以下の粗面である請求項１〜４の
いずれかに記載のタペット。5. The tappet according to claim 1, wherein the surface of the tappet coated with the diamond-like carbon film is a rough surface having a thickness equal to or less than the thickness of the diamond-like carbon film.
カーボン膜が、スクラッチ試験においてき裂やはく離に
よって生じるＡＥ（アコースティックエミッション）の
発生荷重が１５N以上である、十分な靱性及び密着性を
有する請求項１〜５のいずれかに記載のタペット。6. The coated diamond-like carbon film has sufficient toughness and adhesion such that an AE (acoustic emission) load generated by cracking or peeling in a scratch test is 15 N or more. The tappet according to any one of the above.
カーボン膜が、プラズマＣＶＤ、スパッタリング及びイ
オンプレーティングのいずれかで形成されてなる請求項
１〜６のいずれかに記載のタペット。7. The tappet according to claim 1, wherein the coated diamond-like carbon film is formed by any one of plasma CVD, sputtering and ion plating.
カーボン膜が、超硬合金上でヌープ硬さ１０００〜２０
００kg／mm2の硬度を有している請求項１〜７のいずれ
かに記載のタペット。8. The coated diamond-like carbon film has a Knoop hardness of 1000 to 20 on a cemented carbide.
The tappet according to claim 1 having a hardness of 00kg / mm 2.
カーボン膜のコーティング層との間にＳｉを含む中間層
が形成されてなる請求項１〜８のいずれかに記載のタペ
ット。9. The tappet according to claim 1, wherein an intermediate layer containing Si is formed between the sliding surface of the tappet and the coating layer of the diamond-like carbon film.
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