JP2001140608A - Tappet - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の給排気
弁を開閉駆動するためのタペットおよびその製造方法に
関する。The present invention relates to a tappet for opening and closing a supply / exhaust valve of an internal combustion engine and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関、特に４サイクル機関の動弁機
構はクランク軸の回転と同期して給排気を制御する必要
があるため、クランク軸と同期して回転するカムとカム
に押されて往復運動するタペットを設けて、タペットが
直接あるいは突き棒を介して連結された吸気弁または排
気弁を開閉することにより、クランク軸と同期した駆動
を行っている。従って、タペットのカム当たり面はエン
ジンの燃焼サイクルごとにカムに強く押されながらカム
表面で擦られ、タペットの側面はシリンダヘッドに設け
られる案内孔内を摺動しなければならない。2. Description of the Related Art A valve mechanism of an internal combustion engine, particularly a four-cycle engine, needs to control air supply and exhaust in synchronization with rotation of a crankshaft. A reciprocating tappet is provided, and the tappet opens or closes an intake valve or an exhaust valve connected directly or via a push rod, thereby performing driving synchronized with the crankshaft. Therefore, the cam contact surface of the tappet is rubbed against the cam surface while being strongly pressed by the cam in each combustion cycle of the engine, and the side surface of the tappet must slide in a guide hole provided in the cylinder head.
【０００３】従来、タペットとして浸炭材を研削仕上げ
して製作されたものを用いるのが普通である。従来の浸
炭材製のタペットは、カム当たり面と側面の摩耗が大き
く寿命が限られるようになるばかりでなく、摺動部の摩
擦損失の低減に限界があり、内燃機関の燃費向上が難し
い。[0003] Conventionally, tappets usually manufactured by grinding and finishing a carburized material are used. The conventional carburized tappet has not only a large wear on the cam contact surface and side surfaces and a limited life, but also has a limit in reducing friction loss of the sliding portion, and it is difficult to improve the fuel efficiency of the internal combustion engine.
【０００４】なお、特開平３−１７２５０４号公報に
は、鋼製タペットのカムと摺動する平坦部に金属クロム
とクロム窒化物との混合被膜を形成して耐摩耗性および
耐焼付き性を向上させる技術が開示されている。しか
し、このような被膜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いので装置としての寿命を十
分延長することはできず、摩擦抵抗も大きく低減させる
ことはできない。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-172504 discloses that a mixed film of chromium metal and chromium nitride is formed on a flat portion of a steel tappet that slides on a cam to improve wear resistance and seizure resistance. A technique for causing this to occur is disclosed. However, such coatings have high abrasion resistance on their own,
Since the sliding partner material is easily worn, the life of the device cannot be sufficiently extended, and the frictional resistance cannot be greatly reduced.
【０００５】また、特開平６−２９４３０７号公報に
は、表面にダイヤモンド被膜を有するアジャスティング
シムを介在させることにより、カムやタペットの摩耗を
減少させる技術が開示されている。しかし、シムを用い
る方法はタペットが大きくなり重量が重くなるため、動
力損失が避けられない。また、この方法ではタペットと
案内孔の間の摩擦損失を小さくすることができない。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-294307 discloses a technique for reducing abrasion of cams and tappets by interposing an adjusting shim having a diamond coating on the surface. However, in the method using the shim, since the tappet becomes large and the weight becomes heavy, power loss is inevitable. Also, this method cannot reduce the friction loss between the tappet and the guide hole.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明が解決し
ようとする課題は、タペットの摺動面における摩擦係数
を小さくすることにより、内燃機関の燃費を向上させて
省資源化を図り、かつ内燃機関運転時のタペットとカム
の間の摩耗を抑え長寿命化することができるタペットと
その製造方法を提供することにある。The problem to be solved by the present invention is to reduce the coefficient of friction on the sliding surface of the tappet, thereby improving the fuel efficiency of the internal combustion engine and conserving resources. An object of the present invention is to provide a tappet capable of suppressing the wear between the tappet and the cam during operation of the engine and extending the life of the tappet, and a method of manufacturing the tappet.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のタペットは、カム当たり面にケイ素を含有
させたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で被覆層
を形成したことを特徴とする。また、シリンダーヘッド
に設けた案内孔と摺動する側面部にケイ素を含有させた
ＤＬＣで被覆層を形成したものであってもよい。さら
に、カム当たり面と案内孔と摺動する側面部の両方にケ
イ素を含有させたＤＬＣで被覆層を形成したものであっ
てもよい。In order to solve the above problems, a tappet of the present invention is characterized in that a coating layer is formed on a cam contact surface with diamond-like carbon (DLC) containing silicon. Further, a coating layer may be formed by DLC containing silicon on a side surface sliding with a guide hole provided in a cylinder head. Further, the coating layer may be formed by DLC containing silicon on both the cam contact surface and the side surface sliding with the guide hole.
【０００８】ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
は、構造的には炭素のダイヤモンド結合（ＳＰ3結合）
を持つが部分的にグラファイト結合（ＳＰ2結合）や水
素との結合を含むため、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。従っ
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、特に膜の表面が極めて平滑で低い摩擦係数を示す点
が異なる。このため、ＤＬＣ膜を使用すると、摺動相手
材を摩耗させにくくし、また自身も摩耗しにくい特長が
ある。[0008] Diamond-like carbon (DLC)
Is structurally a diamond bond of carbon (SP 3 bond)
However, since it partially includes a graphite bond (SP 2 bond) and a bond with hydrogen, it has an amorphous structure that does not have a fixed crystal structure in long-range order. Therefore, although the properties are similar to diamond in many respects, they differ in that the surface of the film is extremely smooth and exhibits a low coefficient of friction. Therefore, when the DLC film is used, there is a feature that the sliding partner material is less likely to be worn, and that itself is hardly worn.
【０００９】このようなＤＬＣ膜にケイ素を含有させる
ことにより、さらに摩擦係数が低下し、また母材との親
和性が高まって剥離が起こりにくくなるので、摺動体に
適用すると大きな効果を発揮する。本発明のタペット
は、摺動面にケイ素含有ＤＬＣ被膜を形成しているた
め、通常のＤＬＣ被膜と比較してもさらに低い摩擦係数
を示す。また、タペット自体も摩耗しないばかりか、摺
動相手部材も摩耗しない。このため、動弁機構の長寿命
化を図ることができる。また、摩擦損失が減少するので
内燃機関の燃費も改善される。By including silicon in such a DLC film, the coefficient of friction is further reduced, and the affinity with the base material is increased, so that peeling is unlikely to occur. . Since the tappet of the present invention has a silicon-containing DLC coating formed on the sliding surface, it exhibits a lower friction coefficient than a normal DLC coating. Further, not only the tappet itself does not wear, but also the sliding partner does not wear. Therefore, the life of the valve mechanism can be prolonged. Further, the fuel consumption of the internal combustion engine is improved because the friction loss is reduced.
【００１０】なお、これらタペットは、ケイ素含有ＤＬ
Ｃ被覆層の下にケイ素の酸化物（ＳｉＯｎ）、窒化物
（ＳｉＮｎ）もしくは炭化物（ＳｉＣｎ）のいずれかで
形成された中間層を有するようにすることがより好まし
い。このような中間層が介在することにより、母材と被
覆層の密着性が向上し硬質な低摩擦被膜が剥離すること
を防ぐことができる。[0010] These tappets are made of silicon-containing DL.
More preferably, an intermediate layer formed of any of silicon oxide (SiOn), nitride (SiNn) or carbide (SiCn) is provided below the C coating layer. The presence of such an intermediate layer improves the adhesion between the base material and the coating layer and prevents the hard low-friction coating from peeling off.
【００１１】さらに、本発明のタペット製造方法は、浸
炭焼き入れした鋼材により母材を形成し、その母材を電
子ビーム励起プラズマＣＶＤ装置にセットし、第１のケ
イ素流量比で炭素含有原料ガスとケイ素含有原料ガスを
導入してカム当たり面もしくは側面に母材との密着性が
よいケイ素含有ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
中間層を形成した後に、さらに第２のケイ素流量比で両
原料ガスを導入して摩擦係数が小さいケイ素含有ダイヤ
モンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティング層を形成
することを特徴とする。Further, in the tappet manufacturing method of the present invention, a base material is formed from a carburized and quenched steel material, the base material is set in an electron beam excited plasma CVD apparatus, and a carbon-containing raw material gas is supplied at a first silicon flow rate ratio. Silicon-containing diamond-like carbon (DLC) with good adhesion to the base material on the cam contact surface or side surface by introducing silicon-containing raw material gas
After the formation of the intermediate layer, both raw material gases are further introduced at a second silicon flow ratio to form a silicon-containing diamond-like carbon (DLC) coating layer having a small friction coefficient.
【００１２】本発明のタペット製造方法では、原料制御
が容易で堆積速度の大きい電子ビーム励起プラズマＣＶ
Ｄ装置を用いるため、良質な表面処理を容易に施せる
上、タペットの製造にかかる時間が短縮され生産性が向
上する。また、工程を中断することなく中間層とコーテ
ィング層を連続して形成させることができることも生産
性の向上に大きく寄与する。According to the tappet manufacturing method of the present invention, the electron beam excited plasma CV is easy to control the raw material and has a high deposition rate.
Since the D apparatus is used, high-quality surface treatment can be easily performed, and the time required for manufacturing a tappet is reduced, thereby improving productivity. Further, the ability to form the intermediate layer and the coating layer continuously without interrupting the process also greatly contributes to improvement in productivity.
【００１３】なお、中間層を形成するための第１のケイ
素流量比が３０％ないし５０％、コーティング層を形成
するための第２のケイ素流量比が０％から３０％とする
ことが好ましい。また、中間層の厚さを０．１μｍない
し１．０μｍとし、中間層とコーティング層を合わせて
０．５μｍないし５．０μｍの膜厚とすることが好まし
い。It is preferable that the first silicon flow rate for forming the intermediate layer is 30% to 50%, and the second silicon flow rate for forming the coating layer is 0% to 30%. The thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm to 1.0 μm, and the total thickness of the intermediate layer and the coating layer is preferably 0.5 μm to 5.0 μm.
【００１４】さらに、母材のカム当たり面もしくは側面
に、ケイ素含有ＤＬＣ中間層の代りに、ケイ素の酸化物
ＳｉＯｎ、窒化物ＳｉＮｎ、炭化物ＳｉＣｎのいずれか
の中間層を形成することが好ましい。このような処理を
施した母材を用いることにより、表面層との密着性がよ
く耐久性に優れたタペットを生産することができる。Further, it is preferable to form any one of silicon oxide SiOn, nitride SiNn and carbide SiCn on the cam contact surface or side surface of the base material instead of the silicon-containing DLC intermediate layer. By using the base material subjected to such treatment, a tappet having good adhesion to the surface layer and excellent in durability can be produced.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.
【００１６】[0016]
【実施例１】図１は本発明第１実施例のタペットの断面
図である。本実施例におけるタペット１０は、浸炭材で
タペット形状に形成した母材１２を準備し、母材１２端
面におけるカムとの間で摺動する摺動面１４にケイ素含
有ダイヤモンドライク被覆層１６を形成したものであ
る。FIG. 1 is a sectional view of a tappet according to a first embodiment of the present invention. In the tappet 10 in this embodiment, a base material 12 formed in a tappet shape with a carburizing material is prepared, and a silicon-containing diamond-like coating layer 16 is formed on a sliding surface 14 that slides between the base material 12 and a cam at an end surface of the base material 12. It was done.
【００１７】図２は、タペットが普通に使用されている
状態の例を説明する断面図である。タペット１０はシリ
ンダヘッド３０の案内孔３２に摺動可能に配置され、裏
側から弁バネ３６により押し付けられてタペット１０の
端面表面がカム２０に接するようになっている。カム２
０に接する表面にはケイ素含有ＤＬＣの被覆層１６があ
る。吸気弁あるいは排気弁３４は弁バネ３６により引き
上げられて弁座に密接して気流を閉止し、タペット１０
が押し下げられたときに弁座と離れて気流を通ずる。FIG. 2 is a sectional view for explaining an example of a state in which the tappet is normally used. The tappet 10 is slidably disposed in the guide hole 32 of the cylinder head 30, and is pressed from behind by a valve spring 36 so that the end surface of the tappet 10 contacts the cam 20. Cam 2
On the surface in contact with 0 there is a coating layer 16 of silicon-containing DLC. The intake valve or the exhaust valve 34 is lifted up by a valve spring 36 and closes the valve seat to shut off the air flow.
When it is depressed, it separates from the valve seat and passes through the airflow.
【００１８】カム軸は図外のクランク軸と連動してお
り、エンジンサイクルに従って回転するカム２０がタペ
ット１０の端面を高速で摺動するのに伴って、タペット
１０は案内孔３２内を軸方向に高速で往復運動する。し
たがって、従来のタペットを使用する場合は、タペット
端面のカムとの摺動面の摩耗が著しいという問題があっ
た。また摩擦損失の低減に限界があった。しかし、本実
施例のタペットは、カムとの摺動面にケイ素含有ＤＬＣ
被覆層を形成しているためタペットの寿命が延び、かつ
カムの摩耗も防いで動弁機構を長寿命化することができ
る。また、内燃機関の燃費を改善することができる。な
お、突き棒をタペットと弁の間に介在させ、突き棒を介
してカムの動きを弁に伝達する方法もあるが、この場合
にもタペットは同じ動作をするので、本実施例のタペッ
トの効果は同じである。The camshaft is linked to a crankshaft (not shown). As the cam 20 which rotates according to the engine cycle slides at high speed on the end face of the tappet 10, the tappet 10 moves in the guide hole 32 in the axial direction. Reciprocating at high speed. Therefore, when a conventional tappet is used, there is a problem that the sliding surface of the tappet end face with the cam is significantly worn. In addition, there is a limit in reducing the friction loss. However, the tappet of this embodiment has a silicon-containing DLC on the sliding surface with the cam.
Since the coating layer is formed, the life of the tappet can be extended, and the wear of the cam can be prevented, so that the life of the valve train can be extended. Further, the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. There is also a method of interposing a thrust rod between the tappet and the valve and transmitting the movement of the cam to the valve through the thrust rod. In this case, however, the tappet operates in the same manner. The effect is the same.
【００１９】ケイ素含有ＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ等
の化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、スパッタリング、イオン
プレーティング等の物理気相蒸着法（ＰＶＤ）等の方法
で形成することができる。しかし、原料にメタン（ＣＨ
4）あるいはベンゼン（Ｃ6Ｈ6）とシラン（ＳｉＨ4）あ
るいはテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を用いた電子ビー
ム励起プラズマＣＶＤ法により母材の摺動面にケイ素含
有ＤＬＣをコーティングすることが、品質の管理および
生産性の観点から特に好ましい。The silicon-containing DLC film can be formed by a method such as a chemical vapor deposition method (CVD) such as plasma CVD or a physical vapor deposition method (PVD) such as sputtering or ion plating. However, methane (CH
4 ) Coating the sliding surface of the base material with silicon-containing DLC by an electron beam excited plasma CVD method using benzene (C 6 H 6 ) and silane (SiH 4 ) or tetramethylsilane (TMS) has a high quality. It is particularly preferable from the viewpoint of management and productivity.
【００２０】図３は、本実施例におけるタペットの生産
装置を図式的に表したものである。電子ビーム励起プラ
ズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜のコーティングは、密閉容
器４０内の試料固定治具４２に浸炭材ＳＣＭ４２０製タ
ペット１０を取り付け、容器内をたとえば１０-6Torr台
の減圧状態にし、原料ガス導入孔４４から原料ガスであ
るメタン（ＣＨ4）あるいはベンゼン（Ｃ6Ｈ6）とシラ
ン（ＳｉＨ4）あるいはテトラメチルシラン（ＴＭＳ）
を導入し、容器４０の外部に設置した電子ビーム源５０
でアルゴンプラズマから抽出した大電流の電子ビームを
打ち込むことによりプラズマ５４を発生させて行う。未
反応ガスは排気孔４６から図外の真空ポンプに吸引され
て排出する。なお、成膜温度は、タペットの焼き戻し温
度を考慮して２００℃以下に抑えるようにする。FIG. 3 schematically shows an apparatus for producing a tappet in this embodiment. For coating of the DLC film by the electron beam excited plasma CVD method, the tappet 10 made of the carburizing material SCM420 is attached to the sample fixing jig 42 in the closed container 40, the pressure in the container is reduced to, for example, 10 −6 Torr, Through the holes 44, methane (CH 4 ) or benzene (C 6 H 6 ) as raw material gas and silane (SiH 4 ) or tetramethylsilane (TMS)
And an electron beam source 50 installed outside the container 40
The plasma 54 is generated by implanting a large current electron beam extracted from the argon plasma. The unreacted gas is sucked from the exhaust hole 46 by a vacuum pump (not shown) and discharged. Note that the film formation temperature is controlled to 200 ° C. or less in consideration of the tempering temperature of the tappet.
【００２１】本実施例の電子ビーム励起プラズマＣＶＤ
法では、ガスの衝突電離断面積が最大となる６０ｅＶか
ら１００ｅＶのエネルギーに加速した大電流の電子ビー
ムを、対向電極５２に向けて、タペット母材１０を取り
付けた試料固定治具４２に対して平行に打ち込む。タペ
ット１０にはＲＦによる−４００Ｖから−７００Ｖの自
己バイアスを印加する。成膜は原料ガス導入孔４４から
導入する原料ガスの組成を調整することで制御すること
ができる。表面層と母材の間に、中間層としてケイ素元
素の炭素元素に対する流量比が３０％ないし５０％、た
とえば約３６．５％になるように原料ガスを混合してケ
イ素含有ＤＬＣ層もしくはＳｉＣｎアモルファス層を形
成すると、コーティング層と母材との密着性が向上し剥
離が起きにくい。なお、中間層とコーティング層は、同
じ条件下で、ガス流量比を変化させることにより連続し
て成膜することができる。本実施例では中間層を約０．
３μｍとした。Electron beam excited plasma CVD of this embodiment
In the method, a large current electron beam accelerated from 60 eV to 100 eV, at which the collision ionization cross-sectional area of the gas is maximized, is directed toward the counter electrode 52 and the sample fixing jig 42 on which the tappet base material 10 is mounted. Drive in parallel. A self-bias of -400 V to -700 V by RF is applied to the tappet 10. The film formation can be controlled by adjusting the composition of the source gas introduced from the source gas introduction hole 44. A raw material gas is mixed between the surface layer and the base material so that the flow ratio of silicon element to carbon element becomes 30% to 50%, for example, about 36.5%, as an intermediate layer to form a silicon-containing DLC layer or SiCn amorphous. When the layer is formed, the adhesion between the coating layer and the base material is improved, and peeling hardly occurs. The intermediate layer and the coating layer can be continuously formed under the same conditions by changing the gas flow ratio. In the present embodiment, the intermediate layer is approximately 0.1 mm.
It was 3 μm.
【００２２】さらに、原料ガス中のケイ素元素の比率を
所定の値に調整しながらコーティング層を約０．７μｍ
形成する。なお、コーティング層の厚さを０．５μｍ未
満とすると被膜としての特性が十分に発揮できず、５．
０μｍを超える厚さにすると膜内残留応力の増加により
密着性が低下するので、ケイ素含有ＤＬＣコーティング
層の厚さは０．５μｍから５．０μｍの間で選択するこ
とが好ましい。Further, while adjusting the ratio of the silicon element in the raw material gas to a predetermined value, the coating layer is formed to a thickness of about 0.7 μm.
Form. If the thickness of the coating layer is less than 0.5 μm, the characteristics as a coating film cannot be sufficiently exhibited, and
If the thickness exceeds 0 μm, the adhesion decreases due to an increase in the residual stress in the film. Therefore, it is preferable to select the thickness of the silicon-containing DLC coating layer from 0.5 μm to 5.0 μm.
【００２３】電子ビーム励起プラズマＣＶＤ法によるＤ
ＬＣ膜の形成は、ガスの分解効率が高いためにたとえば
３０μｍ／時間程度の高速成膜が可能であり、ケイ素な
ど他の元素を含有させることが容易で組成制御も簡単に
できる点に利点がある。また、一度に処理できる試料数
が多いので大量生産に適している。なお、試料固定治具
は容器内に発生するプラズマの周囲を取り囲むように取
り付け治具を多数連ねるようにして、一度に処理するタ
ペット材料の数を増やし生産の能率をより向上させるこ
とができる。また、タペットを取り付けた治具を回転さ
せて取り付け位置により生成膜にむらができないように
することが好ましい。D by electron beam excited plasma CVD
The formation of the LC film is advantageous in that the gas can be formed at a high speed of, for example, about 30 μm / hour because of high gas decomposition efficiency, and it is easy to contain other elements such as silicon and the composition can be easily controlled. is there. Also, since the number of samples that can be processed at one time is large, it is suitable for mass production. It should be noted that the sample fixing jig is formed by connecting a large number of mounting jigs so as to surround the plasma generated in the container, so that the number of tappet materials to be processed at one time can be increased and the production efficiency can be further improved. Further, it is preferable that the jig to which the tappet is attached is rotated so that the generated film is not uneven depending on the attachment position.
【００２４】このようにして製造されるケイ素含有ＤＬ
Ｃコーティング層の摩擦性能を確認するため、メタンと
シランの混合ガスを原料とし、ケイ素元素比率を変化さ
せて製造した試料について試験した。ダイナミック硬度
測定試験の結果、形成されたケイ素含有ＤＬＣ被覆層の
ダイナミック硬度はケイ素の含有比率が増加するにつれ
て大きくなり、炭素元素に対する比率が１２．５％にな
るあたりで最大値に達しそれ以上では再び低下すること
が判った。The silicon-containing DL thus produced
In order to confirm the friction performance of the C coating layer, a test was performed on a sample manufactured by using a mixed gas of methane and silane as a raw material and changing the silicon element ratio. As a result of the dynamic hardness measurement test, the dynamic hardness of the formed silicon-containing DLC coating layer increases as the silicon content ratio increases, reaches a maximum value when the ratio to the carbon element reaches 12.5%, and exceeds the maximum value. It turned out to fall again.
【００２５】また、回転摩擦摩耗試験機を用いてボール
オンディスク方式により摩擦性能を検査した結果、ケイ
素流量比２．８％から１２．５％で形成したケイ素含有
ＤＬＣ被覆層の摩擦係数が最も小さいことが判った。試
験は、ＳＣＭ４２０浸炭焼入れ焼戻し材からなる試料
と、この浸炭材に電子ビーム励起プラズマＣＶＤにより
ダイヤモンドライクカーボン層を形成したものからなる
試料と、本発明に係るケイ素含有ＤＬＣコーティング層
をケイ素流量比２．８％、１２．５％、３６．４％で形
成したものからなる試料とをディスクとして一定速度で
回転させながら、これに小径のボールを所定の圧力で押
し付けて摩擦係数を算出し、また摩耗の状態を観察する
ことにより行い、試料の摩擦摩耗性能を確認した。Further, as a result of examining the friction performance by a ball-on-disk method using a rotary friction and wear tester, the coefficient of friction of the silicon-containing DLC coating layer formed at a silicon flow rate ratio of 2.8% to 12.5% was the highest. It turned out to be small. The test consisted of a sample consisting of a SCM420 carburized quenched and tempered material, a sample consisting of a carburized material having a diamond-like carbon layer formed by electron beam excited plasma CVD, and a silicon-containing DLC coating layer according to the present invention having a silicon flow ratio of 2 While rotating at a constant speed as a disk with a sample formed at 0.8%, 12.5% and 36.4%, a small-diameter ball was pressed against the disk at a predetermined pressure to calculate a friction coefficient. It was performed by observing the state of wear, and the friction wear performance of the sample was confirmed.
【００２６】ボールにはＳＵＪ２の直径５ｍｍの球を用
い、油潤滑下で、荷重を０．２ｋｇｆ（ヘルツ面圧９０
ｋｇｆ／ｍｍ2）、摺動速度を０．１ｍ／秒、室温（約
２５℃）で５０分間摺動させた。この結果、浸炭焼入れ
材、浸炭焼入れ材にＤＬＣ層を形成したもの、ケイ素流
量比２．８％、１２．５％、３６．４％で形成した本実
施例のケイ素含有ＤＬＣコーティング層の摩擦係数は、
それぞれ０．１０、０．０８５、０．０７５、０．０７
０、０．０９５となり、浸炭焼き入れ材よりＤＬＣ膜を
コーティングしたものの摩擦係数が小さく、ケイ素流量
比２．８％から１２．５％で形成したケイ素含有ＤＬＣ
コーティング膜の摩擦係数がさらに小さいことがはっき
り判った。なお、いずれの試料においても、摩耗は検出
限界以下であった。The ball used was a SUJ2 ball having a diameter of 5 mm and a load of 0.2 kgf (90 Hz Hertz pressure) under oil lubrication.
kgf / mm 2 ), the sliding speed was 0.1 m / sec, and the sliding was performed at room temperature (about 25 ° C.) for 50 minutes. As a result, the friction coefficient of the carburized and quenched material, the DLC layer formed on the carburized and quenched material, and the silicon-containing DLC coating layer of the present example formed with the silicon flow rate ratio of 2.8%, 12.5% and 36.4% Is
0.10, 0.085, 0.075, 0.07 respectively
0, 0.095, and the coefficient of friction was small although the DLC film was coated from the carburized and quenched material, and the silicon-containing DLC was formed at a silicon flow ratio of 2.8% to 12.5%.
It was clear that the coefficient of friction of the coating film was even smaller. In each of the samples, the wear was below the detection limit.
【００２７】さらに、ケイ素流量比２．８％で形成した
ケイ素含有ＤＬＣコーティング層を対象として、回転摩
擦摩耗試験機を用いてボールオンディスク方式によりカ
ムとタペットの摺動状態を模擬することにより、摩擦摩
耗性能を確認した。直径１０ｍｍのＳＵＪ２球を用い、
荷重を１０ｋｇｆ（ヘルツ面圧２１０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2）、摺動速度を３．３ｍ／秒で３０分間摺動させた
結果では、試験開始後２分までの摩擦係数がＳＣＭ４２
０浸炭焼入れ材で０．３３に対しケイ素含有ＤＬＣコー
ティング層は０．０５５、また２４分から３０分の間で
は０．１１に対して０．０５０と非常に低い値が得られ
ている。また、光学顕微鏡による摺動痕の観察の結果、
浸炭焼入れ材では広範囲に焼付きが発生していたのに対
して、ケイ素含有ＤＬＣ被覆層には焼付きの痕跡はな
く、また剥離は殆ど見られなかった。また、相手材摩耗
痕直径は浸炭焼入れ材で４．９ｍｍあったのに対して、
ケイ素含有ＤＬＣ被覆層では０．６０ｍｍと小さかっ
た。Further, for the silicon-containing DLC coating layer formed at a silicon flow rate ratio of 2.8%, the sliding state of the cam and the tappet is simulated by a ball-on-disk system using a rotary friction and wear tester. The friction and wear performance was confirmed. Using SUJ2 sphere of 10mm in diameter,
Load 10kgf (Hertz contact pressure 210kgf / m
m 2 ) and the sliding speed at 3.3 m / sec for 30 minutes shows that the friction coefficient up to 2 minutes after the start of the test was SCM42.
The DLC coating layer containing silicon has a very low value of 0.055 compared to 0.33 in the case of 0 carburized quenching material, and 0.050 to 0.11 in the period of 24 to 30 minutes. In addition, as a result of observation of sliding traces with an optical microscope,
While a wide range of seizures occurred in the carburized and quenched material, there was no sign of seizure in the silicon-containing DLC coating layer, and almost no peeling was observed. In addition, while the diameter of the wear mark of the counterpart material was 4.9 mm for the carburized and quenched material,
The silicon-containing DLC coating layer was as small as 0.60 mm.
【００２８】なお、母材中の鉄成分と馴染み性がよいケ
イ素の酸化物（ＳｉＯｎ）、窒化物（ＳｉＮｎ）もしく
は炭化物（ＳｉＣｎ）の層を母材表面に形成しておくこ
とにより母材とケイ素含有ダイヤモンドライクカーボン
コーティング層との密着性能によい結果をもたらす。By forming a silicon oxide (SiOn), nitride (SiNn) or carbide (SiCn) layer on the surface of the base material, which has good compatibility with the iron component in the base material, Good results are obtained in the adhesion performance with the silicon-containing diamond-like carbon coating layer.
【００２９】以上の結果からも明らかなように、本実施
例のケイ素含有ＤＬＣコーティング膜をカムとの摺動面
に有するタペットを用いると、タペットおよびカム面の
摩耗が小さいため動弁機構の寿命が長く、かつ摩擦損失
が小さいため内燃機関の燃費向上が図れる。また、ケイ
素含有ＤＬＣコーティング層は凝着を生じにくく、摺動
部での耐焼付き性を向上させ、タペットとカムの耐久性
を向上させるのに非常に効果がある。また、摺動特性を
改善したシムをタペットとカムの間に介装させる必要が
ないため、タペットを小型にして軽量化を図ることによ
り動力損失を軽減することができる。As is apparent from the above results, when the tappet having the silicon-containing DLC coating film of the present embodiment on the sliding surface with the cam is used, the wear of the tappet and the cam surface is small, so that the life of the valve train is reduced. And the friction loss is small, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, the silicon-containing DLC coating layer is less likely to adhere and is very effective in improving seizure resistance in sliding parts and in improving the durability of tappets and cams. Further, since there is no need to interpose a shim with improved sliding characteristics between the tappet and the cam, power loss can be reduced by reducing the size and weight of the tappet.
【００３０】[0030]
【実施例２】図４は本発明第２実施例のタペットの断面
図である。本実施例におけるタペット１０は、カムとの
間で摺動する端面に加えて、案内孔で摺動する側面１８
にもケイ素含有ダイヤモンドライク被覆層１６を形成し
たものである。ケイ素含有ＤＬＣ被覆層は、摩擦係数が
小さいため摩擦損失が小さく、また自身の摩耗が少ない
ためタペットの寿命が長い利点があるが、さらに摩擦相
手材の摩耗も小さいので、本実施例のタペットを使用す
る場合は案内孔の摩耗が減少し、シリンダヘッド自体の
寿命を延長する効果を有する。なお、シリンダヘッドの
寿命を特に問題にする場合は、タペットの側面にのみケ
イ素含有ＤＬＣ被覆層を形成してもよいことはいうまで
もない。FIG. 4 is a sectional view of a tappet according to a second embodiment of the present invention. The tappet 10 according to the present embodiment has a side surface 18 sliding with a guide hole in addition to an end surface sliding with the cam.
Also, a silicon-containing diamond-like coating layer 16 is formed. The silicon-containing DLC coating layer has the advantage that the friction coefficient is small and the friction loss is small, and the life of the tappet is long because the self-wearing is small. When used, the abrasion of the guide hole is reduced, which has the effect of extending the life of the cylinder head itself. If the life of the cylinder head is particularly problematic, it goes without saying that the silicon-containing DLC coating layer may be formed only on the side surface of the tappet.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のタペットに
よれば、カムとの摩擦及びシリンダヘットの案内孔との
摩擦が減少し、摩擦損失が減少するので内燃機関の燃費
が改善するばかりでなく、タペット、カム、シリンダヘ
ッドなどの寿命が長期化する。また、本発明のタペット
生産方法によれば、均質な低摩擦タペットを大量生産す
ることができる。As described above, according to the tappet of the present invention, the friction with the cam and the friction with the guide hole of the cylinder head are reduced, and the friction loss is reduced. The life of tappets, cams, cylinder heads, etc. is prolonged. Further, according to the tappet production method of the present invention, a homogeneous low friction tappet can be mass-produced.
【図１】本発明の第１実施例におけるタペットの断面図
である。FIG. 1 is a sectional view of a tappet according to a first embodiment of the present invention.
【図２】第１実施例のタペットの使用例を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing an example of use of the tappet of the first embodiment.
【図３】第１実施例のタペットの生産装置を示す概念図
である。FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a tappet production device according to a first embodiment.
【図４】本発明の第２実施例におけるタペットの断面図
である。FIG. 4 is a sectional view of a tappet according to a second embodiment of the present invention.
１０ タペット １２ 母材 １４ 摺動面 １６ ケイ素含有ダイヤモンドライク被覆層 ３０ シリンダヘッド ３２ 案内孔 ３６ 弁バネ ２０ カム ３４ 吸排気弁 ４０ 密閉容器 ４２ 試料固定治具 ４４ 原料ガス導入孔 ４６ 排気孔 ５０ 電子ビーム源 ５４ プラズマ ５２ 対向電極 Reference Signs List 10 Tappet 12 Base material 14 Sliding surface 16 Silicon-containing diamond-like coating layer 30 Cylinder head 32 Guide hole 36 Valve spring 20 Cam 34 Intake / exhaust valve 40 Sealed container 42 Sample fixing jig 44 Source gas introduction hole 46 Exhaust hole 50 Electron beam Source 54 Plasma 52 Counter electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小鯛 亜紀 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 (72)発明者 森 幸隆 千葉県野田市二ツ塚118番地 川重テクノ サービス株式会社関東事業所内 Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BB04 BB06 CA13 EA00 EA03 EA24 FA00 FA16 FA21 GA02 4K030 AA06 AA09 AA10 BA28 BA29 BA37 BA40 BA44 BB13 CA02 FA01 JA01 JA06 LA23 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Aki Kotai 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Inside Akashi Plant (72) Inventor Tadashi Inukai 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Inside the Akashi Factory Co., Ltd. BA29 BA37 BA40 BA44 BB13 CA02 FA01 JA01 JA06 LA23
Claims (10)
ヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の被覆層が形成され
ているタペット。1. A tappet having a coating layer of diamond-like carbon (DLC) containing silicon on a cam contact surface.
する側面部にケイ素を含有させたＤＬＣの被覆層が形成
されているタペット。2. A tappet in which a silicon-containing DLC coating layer is formed on a side surface that slides with a guide hole provided in a cylinder head.
た案内孔と摺動する側面部にケイ素を含有させたＤＬＣ
の被覆層が形成されているタペット。3. A DLC containing silicon on a side surface that slides on a cam contact surface and a guide hole provided in a cylinder head.
Tappet on which a coating layer is formed.
Ｏｎ）、窒化物（ＳｉＮｎ）もしくは炭化物（ＳｉＣ
ｎ）のいずれかで形成された中間層を有する請求項１か
ら３のいずれかに記載のタペット。4. An oxide of silicon (Si) under the coating layer.
On), nitride (SiNn) or carbide (SiC)
The tappet according to any one of claims 1 to 3, further comprising an intermediate layer formed by any of (n).
し、該母材を電子ビーム励起プラズマＣＶＤ装置にセッ
トし、第１のケイ素流量比で炭素含有原料ガスとケイ素
含有原料ガスを導入してカム当たり面もしくは側面にケ
イ素含有ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）中間層
を形成した後に、さらに第２のケイ素流量比で上記原料
ガスを導入してケイ素含有ダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）コーティング層を形成することを特徴とする
タペット製造方法。5. A base material is formed from a carburized and quenched steel material, and the base material is set in an electron beam excitation plasma CVD apparatus, and a carbon-containing source gas and a silicon-containing source gas are introduced at a first silicon flow rate. After forming a silicon-containing diamond-like carbon (DLC) intermediate layer on the cam contact surface or side surface, the raw material gas is further introduced at a second silicon flow rate to form a silicon-containing diamond-like carbon (DLC) coating layer. A tappet manufacturing method characterized by the above-mentioned.
３０％ないし５０％であり、前記第２のケイ素流量比が
炭素に対して０％から３０％であることを特徴とする請
求項５記載のタペット製造方法。6. The method of claim 1, wherein the first silicon flow ratio is between 30% and 50% with respect to carbon, and the second silicon flow ratio is between 0% and 30% with respect to carbon. Item 6. The tappet manufacturing method according to Item 5.
１．０μｍであり、前記中間層と前記コーティング層が
合わせて０．５μｍないし５．０μｍの膜厚となること
を特徴とする請求項５または６記載のタペット製造方
法。7. The intermediate layer has a thickness of 0.1 μm to 1.0 μm, and the total thickness of the intermediate layer and the coating layer is 0.5 μm to 5.0 μm. Item 7. The method for producing a tappet according to item 5 or 6.
し、該母材を電子ビーム励起プラズマＣＶＤ装置にセッ
トし、該母材のカム当たり面もしくは側面にケイ素の酸
化物（ＳｉＯｎ）、窒化物（ＳｉＮｎ）もしくは炭化物
（ＳｉＣｎ）のいずれかの中間層を形成し、所定のケイ
素流量比で炭素含有原料ガスとケイ素含有原料ガスを導
入してカム当たり面もしくは側面にケイ素含有ダイヤモ
ンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティング層を形成す
ることを特徴とするタペット製造方法。8. A base material is formed from a carburized and quenched steel material, and the base material is set in an electron beam excitation plasma CVD apparatus. (SiNn) or carbide (SiCn) is formed, and a carbon-containing raw material gas and a silicon-containing raw material gas are introduced at a predetermined silicon flow rate ratio, and the silicon-containing diamond-like carbon ( DLC) A method for producing a tappet, comprising forming a coating layer.
０％から３０％であることを特徴とする請求項８記載の
タペット製造方法。9. The tappet manufacturing method according to claim 8, wherein the predetermined silicon flow rate ratio is 0% to 30% with respect to carbon.
１．０μｍであり、前記中間層と前記コーティング層が
合わせて０．５μｍないし５．０μｍの膜厚となること
を特徴とする請求項８または９記載のタペット製造方
法。10. The intermediate layer has a thickness of 0.1 μm to 1.0 μm, and the total thickness of the intermediate layer and the coating layer is 0.5 μm to 5.0 μm. Item 10. The tappet manufacturing method according to Item 8 or 9.
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