JP2001254808A - バルブリフタ用シムおよびその製造方法 - Google Patents
バルブリフタ用シムおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カムとの間の摩擦を大幅に低減することがで
き、カムおよびシム自体の耐久性を大幅に向上させるこ
とができるバルブリフタ用シム、およびこのようなシム
の製造方法を提供する。 【解決手段】 摺動表面に、超仕上研磨を施して極めて
平滑な平面部を形成し、この平面部に、例えば細く絞っ
たレーザ光を照射することにより、微小な凹部を互いに
独立した状態に分散させて形成する。
き、カムおよびシム自体の耐久性を大幅に向上させるこ
とができるバルブリフタ用シム、およびこのようなシム
の製造方法を提供する。 【解決手段】 摺動表面に、超仕上研磨を施して極めて
平滑な平面部を形成し、この平面部に、例えば細く絞っ
たレーザ光を照射することにより、微小な凹部を互いに
独立した状態に分散させて形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レシプロエンジン
の動弁機構において、吸排気バルブの端部に取付けられ
たバルブリフタとカムシャフトのカムとの間に介在し
て、バルブリフタの摩耗を防止するのに用いられるバル
ブリフタ用シムに係わり、とくにカムとの間の摩擦を低
減するのに有効な表面微細形状を備えたシム、およびこ
のようなシムの製造方法に関するものである。
の動弁機構において、吸排気バルブの端部に取付けられ
たバルブリフタとカムシャフトのカムとの間に介在し
て、バルブリフタの摩耗を防止するのに用いられるバル
ブリフタ用シムに係わり、とくにカムとの間の摩擦を低
減するのに有効な表面微細形状を備えたシム、およびこ
のようなシムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レシプロエンジンの動弁機構におけるカ
ムとカムフォロアとの間の摩擦低減技術として、例え
ば、特開平４−３２１７０６号公報には、所定の形状に
研削加工したカムシャフトのカム表面にクロスハッチ状
の加工条痕を残すように仕上げ加工することが記載され
ている。
ムとカムフォロアとの間の摩擦低減技術として、例え
ば、特開平４−３２１７０６号公報には、所定の形状に
研削加工したカムシャフトのカム表面にクロスハッチ状
の加工条痕を残すように仕上げ加工することが記載され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載されたカムシャフトにおいては、加工条痕がク
ロスハッチ状、すなわち連続した溝形状となっているこ
とから、突起部のミクロ的な凝着摩耗が避けられないこ
とと、オイルが接触部から排出され易いことによって、
摩擦係数の大幅な低減には限界があるという問題点があ
り、このような問題点の解決がカム周辺部の摩擦低減技
術における従来の課題となっていた。
報に記載されたカムシャフトにおいては、加工条痕がク
ロスハッチ状、すなわち連続した溝形状となっているこ
とから、突起部のミクロ的な凝着摩耗が避けられないこ
とと、オイルが接触部から排出され易いことによって、
摩擦係数の大幅な低減には限界があるという問題点があ
り、このような問題点の解決がカム周辺部の摩擦低減技
術における従来の課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、従来のカムあるいはカムフォ
ロアにおける上記課題に着目してなされたものであっ
て、カムとの間の摩擦を大幅に低減することができ、カ
ムおよびシム自体の耐久性を大幅に向上させることがで
きるバルブリフタ用シム、およびこのようなシムの製造
方法を提供することを目的としている。
ロアにおける上記課題に着目してなされたものであっ
て、カムとの間の摩擦を大幅に低減することができ、カ
ムおよびシム自体の耐久性を大幅に向上させることがで
きるバルブリフタ用シム、およびこのようなシムの製造
方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
るバルブリフタ用シムは、超仕上研磨により平滑化され
た平面部と、該平面部に互いに独立した状態に分散して
形成された微細な凹部を摺動表面に備えている構成とし
たことを特徴とし、バルブリフタ用シムにおけるこのよ
うな構成を前述した従来の課題を解決するための手段と
している。
るバルブリフタ用シムは、超仕上研磨により平滑化され
た平面部と、該平面部に互いに独立した状態に分散して
形成された微細な凹部を摺動表面に備えている構成とし
たことを特徴とし、バルブリフタ用シムにおけるこのよ
うな構成を前述した従来の課題を解決するための手段と
している。
【０００６】本発明に係わるバルブリフタ用シム実施の
一形態として請求項２に係わるシムにおいては、凹部の
開口面積が１０〜１００平方μｍの範囲である構成、同
じく実施形態として請求項３に係わるシムにおいては、
凹部の最大深さが０．１〜１μｍの範囲である構成、請
求項４に係わるシムにおいてはＳＦ＝（周囲長）２／
（４π×開口面積）と定義される凹部の形状係数ＳＦが
１．５未満である構成、請求項５に係わるシムにおいて
は、摺動表面に対する凹部の合計面積率が５〜３０％の
範囲である構成、請求項６に係わるシムにおいては、摺
動表面における平面部の表面粗さがＲａ０．１μｍ以下
である構成、請求項７に係わるシムにおいては、表面硬
度がＨＲＣ５０以上の浸炭鋼もしくは調質鋼からなる構
成としたことを特徴としている。また、請求項８に係わ
るシムにおいては、摺動表面に固体潤滑剤がコーティン
グしてある構成とし、さらに請求項９に係わるシムにお
いては、前記固体潤滑剤が二硫化モリブデン，ＰＴＦＥ
およびグラファイトのうちの少なくとも１種を含んでい
る構成とし、さらに請求項１０に係わるシムにおいて
は、摺動表面に硬質炭素被膜がコーティングしてあり、
該炭素被膜に凹部が形成されている構成としたことを特
徴としている。
一形態として請求項２に係わるシムにおいては、凹部の
開口面積が１０〜１００平方μｍの範囲である構成、同
じく実施形態として請求項３に係わるシムにおいては、
凹部の最大深さが０．１〜１μｍの範囲である構成、請
求項４に係わるシムにおいてはＳＦ＝（周囲長）２／
（４π×開口面積）と定義される凹部の形状係数ＳＦが
１．５未満である構成、請求項５に係わるシムにおいて
は、摺動表面に対する凹部の合計面積率が５〜３０％の
範囲である構成、請求項６に係わるシムにおいては、摺
動表面における平面部の表面粗さがＲａ０．１μｍ以下
である構成、請求項７に係わるシムにおいては、表面硬
度がＨＲＣ５０以上の浸炭鋼もしくは調質鋼からなる構
成としたことを特徴としている。また、請求項８に係わ
るシムにおいては、摺動表面に固体潤滑剤がコーティン
グしてある構成とし、さらに請求項９に係わるシムにお
いては、前記固体潤滑剤が二硫化モリブデン，ＰＴＦＥ
およびグラファイトのうちの少なくとも１種を含んでい
る構成とし、さらに請求項１０に係わるシムにおいて
は、摺動表面に硬質炭素被膜がコーティングしてあり、
該炭素被膜に凹部が形成されている構成としたことを特
徴としている。
【０００７】本発明の請求項１１に係わるバルブリフタ
用シムの製造方法においては、超仕上研磨した平滑な摺
動表面に、レーザ光により凹部を形成する構成とし、当
該バルブリフタ用シムの製造方法の実施形態として請求
項１２に係わるシムの製造方法においては、レーザ光に
よる凹部の形成に際して凹部周辺に生じる環状の微小凸
部を超仕上研磨して除去する構成とし、バルブリフタ用
シムの製造方法におけるこのような構成を前述した従来
の課題を解決するための手段としたことを特徴としてい
る。
用シムの製造方法においては、超仕上研磨した平滑な摺
動表面に、レーザ光により凹部を形成する構成とし、当
該バルブリフタ用シムの製造方法の実施形態として請求
項１２に係わるシムの製造方法においては、レーザ光に
よる凹部の形成に際して凹部周辺に生じる環状の微小凸
部を超仕上研磨して除去する構成とし、バルブリフタ用
シムの製造方法におけるこのような構成を前述した従来
の課題を解決するための手段としたことを特徴としてい
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係わるバルブリフタ用シ
ムにおいては、摺動表面に、例えばラッピングテープな
どによる超仕上研磨が施された平滑な平面部と、微細な
凹部が分散して形成されており、微細凹部がオイル溜り
として機能すると共に、これら微細凹部が互いに独立し
ているので摺動表面からオイルが排出されにくく、摩擦
係数が大幅に低減することになる。
ムにおいては、摺動表面に、例えばラッピングテープな
どによる超仕上研磨が施された平滑な平面部と、微細な
凹部が分散して形成されており、微細凹部がオイル溜り
として機能すると共に、これら微細凹部が互いに独立し
ているので摺動表面からオイルが排出されにくく、摩擦
係数が大幅に低減することになる。
【０００９】本発明において、摺動表面の平面部に形成
する凹部のサイズとしては、請求項２に記載しているよ
うに、その開口部の面積を１０〜１００平方μｍの範囲
とすることが望ましい。すなわち、開口面積が１００平
方μｍを超えたときには、カムとの摺動時に発生するヘ
ルツ接触面圧に十分耐えることができずに、凹部を起点
とした微細クラックの形成によるピッチングと、これに
伴うスカッフィングを生じることにより、摺動表面の粗
さが悪化する結果、摩擦低減効果が減少する可能性があ
ることによる。一方、開口面積が１０平方μｍに満たな
いときには、オイル溜りとしての機能が得られず、摩擦
低減効果が少なくなる。
する凹部のサイズとしては、請求項２に記載しているよ
うに、その開口部の面積を１０〜１００平方μｍの範囲
とすることが望ましい。すなわち、開口面積が１００平
方μｍを超えたときには、カムとの摺動時に発生するヘ
ルツ接触面圧に十分耐えることができずに、凹部を起点
とした微細クラックの形成によるピッチングと、これに
伴うスカッフィングを生じることにより、摺動表面の粗
さが悪化する結果、摩擦低減効果が減少する可能性があ
ることによる。一方、開口面積が１０平方μｍに満たな
いときには、オイル溜りとしての機能が得られず、摩擦
低減効果が少なくなる。
【００１０】また、凹部のサイズとして、請求項３に記
載しているように、その最大深さを０．１〜１μｍの範
囲とすることができる。これは、凹部の最大深さが１μ
ｍを超えると、カムとの摺動時に発生するヘルツ接触面
圧の繰り返し負荷による疲労に十分に耐えることができ
ずに、凹部を起点とした微細クラックの形成からピッチ
ングを生じることがあり、最大深さが０．１μｍを下ま
わると、十分なオイルを保持できなくなるので、十分な
摩擦低減効果が得られなくなることによる。
載しているように、その最大深さを０．１〜１μｍの範
囲とすることができる。これは、凹部の最大深さが１μ
ｍを超えると、カムとの摺動時に発生するヘルツ接触面
圧の繰り返し負荷による疲労に十分に耐えることができ
ずに、凹部を起点とした微細クラックの形成からピッチ
ングを生じることがあり、最大深さが０．１μｍを下ま
わると、十分なオイルを保持できなくなるので、十分な
摩擦低減効果が得られなくなることによる。
【００１１】さらに、前記凹部のサイズに関連して、請
求項４に記載しているように、ＳＦ＝（周囲長）２／
（４π×開口面積）と定義される凹部の形状係数ＳＦが
１．５未満であることが望ましい。つまり、この形状係
数ＳＦは、凹部の開口形状が真円形から離れるほど大き
くなり、１．５以上になると凹部の開口縁部にシャープ
なエッジが形成されることになり、上記同様にカムとの
摺動時に発生するヘルツ接触面圧による疲労に十分に耐
えることができず、凹部を起点とした微細クラックから
ピッチングを生じることがあることによる。
求項４に記載しているように、ＳＦ＝（周囲長）２／
（４π×開口面積）と定義される凹部の形状係数ＳＦが
１．５未満であることが望ましい。つまり、この形状係
数ＳＦは、凹部の開口形状が真円形から離れるほど大き
くなり、１．５以上になると凹部の開口縁部にシャープ
なエッジが形成されることになり、上記同様にカムとの
摺動時に発生するヘルツ接触面圧による疲労に十分に耐
えることができず、凹部を起点とした微細クラックから
ピッチングを生じることがあることによる。
【００１２】本発明に係わるバルブリフタ用シムの摺動
表面における上記凹部の分布については、請求項５に記
載しているように、独立したそれぞれの凹部の開口面積
の合計が、摺動表面の面積に対して５〜３０％の範囲と
することができる。すなわち凹部の合計面積率が５％に
満たない場合には、オイル溜りとして実質的に機能せ
ず、摩擦低減効果が十分に得られなくなり、合計面積率
が３０％を超えた場合には、カムとの摺動時に発生する
ヘルツ接触面圧に十分耐えることができずに、スカッフ
ィングを生じることにより摺動表面の粗さが悪化する結
果、これに伴って摩擦が急増する可能性がある。
表面における上記凹部の分布については、請求項５に記
載しているように、独立したそれぞれの凹部の開口面積
の合計が、摺動表面の面積に対して５〜３０％の範囲と
することができる。すなわち凹部の合計面積率が５％に
満たない場合には、オイル溜りとして実質的に機能せ
ず、摩擦低減効果が十分に得られなくなり、合計面積率
が３０％を超えた場合には、カムとの摺動時に発生する
ヘルツ接触面圧に十分耐えることができずに、スカッフ
ィングを生じることにより摺動表面の粗さが悪化する結
果、これに伴って摩擦が急増する可能性がある。
【００１３】一方、本発明に係わるシムの摺動表面にお
ける平面部については、請求項６に記載しているよう
に、その表面粗さを中心線平均粗さＲａで０．１μｍ以
下とすることが望ましい。すなわち、表面粗さＲａが
０．１μｍを超えると、カムとの摺動時に発生するヘル
ツ接触面圧に十分に耐えきれなくなって、スカッフィン
グが生じ、摺動表面の粗さが悪化することによって、同
様に摩擦が急増してしまう傾向がある。
ける平面部については、請求項６に記載しているよう
に、その表面粗さを中心線平均粗さＲａで０．１μｍ以
下とすることが望ましい。すなわち、表面粗さＲａが
０．１μｍを超えると、カムとの摺動時に発生するヘル
ツ接触面圧に十分に耐えきれなくなって、スカッフィン
グが生じ、摺動表面の粗さが悪化することによって、同
様に摩擦が急増してしまう傾向がある。
【００１４】本発明に係わるバルブリフタ用シムの材料
としては、請求項７に記載しているように、表面硬度が
ＨＲＣ５０以上の浸炭鋼もしくは調質鋼を用いることが
でき、これによって十分な耐摩耗性が確保されることに
なる。
としては、請求項７に記載しているように、表面硬度が
ＨＲＣ５０以上の浸炭鋼もしくは調質鋼を用いることが
でき、これによって十分な耐摩耗性が確保されることに
なる。
【００１５】また、摩擦の低減を図るために、請求項８
に記載しているように、摺動表面に固体潤滑剤、例え
ば、請求項９に記載されているような二硫化モリブデ
ン，ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン），グラフ
ァイトなどをコーティングしてもよい。
に記載しているように、摺動表面に固体潤滑剤、例え
ば、請求項９に記載されているような二硫化モリブデ
ン，ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン），グラフ
ァイトなどをコーティングしてもよい。
【００１６】さらに、請求項１０に記載しているよう
に、摺動表面に硬質炭素被膜をコーティングし、該硬質
炭素からなるコーティング被膜に凹部を形成することも
できる。すなわち、硬質炭素被膜においては、微細硬質
粒子を用いたショットピーニングやレーザによって凹部
を形成するに際して凹部の周縁部に生じる微小な凸部
（隆起）が、素材鋼に凹部を直接形成する場合に較べて
生成されにくく、しかも硬質炭素被膜による平面部の耐
摩耗性と摩擦特性が向上することから、摩擦がより一層
低減することになる。
に、摺動表面に硬質炭素被膜をコーティングし、該硬質
炭素からなるコーティング被膜に凹部を形成することも
できる。すなわち、硬質炭素被膜においては、微細硬質
粒子を用いたショットピーニングやレーザによって凹部
を形成するに際して凹部の周縁部に生じる微小な凸部
（隆起）が、素材鋼に凹部を直接形成する場合に較べて
生成されにくく、しかも硬質炭素被膜による平面部の耐
摩耗性と摩擦特性が向上することから、摩擦がより一層
低減することになる。
【００１７】そして、本発明に係わるこのようなバルブ
リフタ用シムは、請求項１１に記載しているように、細
く絞ったレーザ光を超仕上研磨した平滑な摺動表面に照
射して凹部を形成することによって製造することができ
る。また、このとき、凹部の周縁部に、環状の微小凸部
が生じるので、請求項１２に記載しているように、この
微小凸部を超仕上研磨して除去するようになすことによ
り、さらなる摩擦の低減と耐久性の向上を図ることがで
きる。なお、本発明に係わるバルブリフタ用シムにおけ
る微小凹部は、レーザ光のみならず、上記のように微細
硬質粒子を用いたショットピーニングによっても形成す
ることが可能である。
リフタ用シムは、請求項１１に記載しているように、細
く絞ったレーザ光を超仕上研磨した平滑な摺動表面に照
射して凹部を形成することによって製造することができ
る。また、このとき、凹部の周縁部に、環状の微小凸部
が生じるので、請求項１２に記載しているように、この
微小凸部を超仕上研磨して除去するようになすことによ
り、さらなる摩擦の低減と耐久性の向上を図ることがで
きる。なお、本発明に係わるバルブリフタ用シムにおけ
る微小凹部は、レーザ光のみならず、上記のように微細
硬質粒子を用いたショットピーニングによっても形成す
ることが可能である。
【００１８】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わるバルブリフタ
用シムは、その摺動表面に、超仕上研磨による平面部
と、互いに独立した微小な凹部とを備えたものであるか
ら、微細凹部がオイル溜りとして機能し、しかもオイル
が摺動表面から容易に排出されないので、カムとの間の
摩擦を大幅に低減することができ、カムおよび当該シム
の耐久性を向上させることができるという極めて優れた
効果をもたらすものである。
用シムは、その摺動表面に、超仕上研磨による平面部
と、互いに独立した微小な凹部とを備えたものであるか
ら、微細凹部がオイル溜りとして機能し、しかもオイル
が摺動表面から容易に排出されないので、カムとの間の
摩擦を大幅に低減することができ、カムおよび当該シム
の耐久性を向上させることができるという極めて優れた
効果をもたらすものである。
【００１９】本発明の請求項２に係わるバルブリフタ用
シムにおいては、上記凹部の開口面積を１０〜１００平
方μｍの範囲とし、請求項３に係わるバルブリフタ用シ
ムにおいては、上記凹部の最大深さを０．１〜１μｍの
範囲とし、請求項４に係わるバルブリフタ用シムにおい
ては、凹部の形状係数ＳＦを１．５未満とし、請求項５
に係わるバルブリフタ用シムにおいては、摺動表面に対
する凹部の合計面積率を５〜３０％の範囲としたもので
あるから、カムとの摺動時に発生するヘルツ接触面圧に
十分に耐え、凹部を起点とするクラックやこれによるピ
ッチングも生じることがなく、凹部による摩擦低減効果
を確実なものとすることができる。
シムにおいては、上記凹部の開口面積を１０〜１００平
方μｍの範囲とし、請求項３に係わるバルブリフタ用シ
ムにおいては、上記凹部の最大深さを０．１〜１μｍの
範囲とし、請求項４に係わるバルブリフタ用シムにおい
ては、凹部の形状係数ＳＦを１．５未満とし、請求項５
に係わるバルブリフタ用シムにおいては、摺動表面に対
する凹部の合計面積率を５〜３０％の範囲としたもので
あるから、カムとの摺動時に発生するヘルツ接触面圧に
十分に耐え、凹部を起点とするクラックやこれによるピ
ッチングも生じることがなく、凹部による摩擦低減効果
を確実なものとすることができる。
【００２０】本発明の請求項６に係わるバルブリフタ用
シムにおいては、平面部の表面粗さをＲａ０．１μｍ以
下としたものであるから、摺動時に発生するヘルツ接触
面圧に十分に耐えることができ、スカッフィングによる
表面粗さの劣化を防止して、摩擦係数を低く保持するこ
とができ、請求項７に係わるバルブリフタ用シムにおい
ては、素材鋼としてＨＲＣ５０以上の浸炭鋼や調質鋼を
用いているので、シムとしての硬さ、剛性を保持して耐
摩耗性を確保することができる。
シムにおいては、平面部の表面粗さをＲａ０．１μｍ以
下としたものであるから、摺動時に発生するヘルツ接触
面圧に十分に耐えることができ、スカッフィングによる
表面粗さの劣化を防止して、摩擦係数を低く保持するこ
とができ、請求項７に係わるバルブリフタ用シムにおい
ては、素材鋼としてＨＲＣ５０以上の浸炭鋼や調質鋼を
用いているので、シムとしての硬さ、剛性を保持して耐
摩耗性を確保することができる。
【００２１】さらに、請求項８に係わるバルブリフタ用
シムにおいては、摺動表面に、例えば請求項９に記載し
ているような二硫化モリブデン，ＰＴＦＥ，グラファイ
トなど固体潤滑材がコーティングされているので、さら
なる摩擦低減を図ることができ、請求項１０に係わるバ
ルブリフタ用シムにおいては、摺動表面に硬質炭素被膜
がコーティングされており、この硬質炭素被膜層に微小
凹部が形成されているので、炭素被膜自体の特性によっ
て摩擦特性が改善されると同時に、凹部の形成に際し
て、凹部の周縁部に環状の微小凸部が形成されないこと
から、より一層の摩擦低減が可能になるというさらに優
れた効果がもたらされる。
シムにおいては、摺動表面に、例えば請求項９に記載し
ているような二硫化モリブデン，ＰＴＦＥ，グラファイ
トなど固体潤滑材がコーティングされているので、さら
なる摩擦低減を図ることができ、請求項１０に係わるバ
ルブリフタ用シムにおいては、摺動表面に硬質炭素被膜
がコーティングされており、この硬質炭素被膜層に微小
凹部が形成されているので、炭素被膜自体の特性によっ
て摩擦特性が改善されると同時に、凹部の形成に際し
て、凹部の周縁部に環状の微小凸部が形成されないこと
から、より一層の摩擦低減が可能になるというさらに優
れた効果がもたらされる。
【００２２】そして、本発明の請求項１１に係わるバル
ブリフタ用シムの製造方法においては、超仕上研磨した
摺動表面にレーザ光を照射して凹部を形成するようにし
ているので、本発明に係わる上記バルブリフタ用シムを
容易に得ることができ、請求項１２に係わるバルブリフ
タ用シムの製造方法においては、レーザ光による凹部形
成に際して凹部の周縁部に生じる環状の微小凸部を超仕
上研磨によって除去するようにしているので、さらに優
れた摩擦特性と耐久性を備えたシムを得ることができ
る。
ブリフタ用シムの製造方法においては、超仕上研磨した
摺動表面にレーザ光を照射して凹部を形成するようにし
ているので、本発明に係わる上記バルブリフタ用シムを
容易に得ることができ、請求項１２に係わるバルブリフ
タ用シムの製造方法においては、レーザ光による凹部形
成に際して凹部の周縁部に生じる環状の微小凸部を超仕
上研磨によって除去するようにしているので、さらに優
れた摩擦特性と耐久性を備えたシムを得ることができ
る。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて、本発明を
さらに具体的に説明する。
さらに具体的に説明する。
【００２４】実施例１〜５ まず、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４２０（ＪＩＳ Ｇ
４１０５該当）に浸炭焼入れ・焼戻しを施し、通常の研
磨を施すことによって製造された量産品のシム（硬さ：
ＨＲＣ６０，表面粗さＲａ：０．３μｍ）の摺動表面
に、ラッピングテープを用いた超仕上研磨を施すことに
よって、非常に微細な研磨溝が交差状に形成されたＲ
ａ：０．０８μｍ前後という極めて平滑な平面部を得
た。
４１０５該当）に浸炭焼入れ・焼戻しを施し、通常の研
磨を施すことによって製造された量産品のシム（硬さ：
ＨＲＣ６０，表面粗さＲａ：０．３μｍ）の摺動表面
に、ラッピングテープを用いた超仕上研磨を施すことに
よって、非常に微細な研磨溝が交差状に形成されたＲ
ａ：０．０８μｍ前後という極めて平滑な平面部を得
た。
【００２５】次に、この平面部に、エキシマレーザを用
いて、ビーム径，出力密度，照射時間，照射回数および
照射位置を各々変化させてパルス状のレーザ光線を照射
し、表１に示すようなサイズおよび密度（面積率）の凹
部を備えたバルブリフタ用シムを作成した。
いて、ビーム径，出力密度，照射時間，照射回数および
照射位置を各々変化させてパルス状のレーザ光線を照射
し、表１に示すようなサイズおよび密度（面積率）の凹
部を備えたバルブリフタ用シムを作成した。
【００２６】このようにして形成されたシムにおける摺
動表面の凹部ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察結果の一
例を図１ないし図３に示す。なお、形成された凹部のデ
ィンプル形状については、図４に示す要領により、凹部
Ｄの開口面積Ａ，最大深さｄ，凹部周縁の環状微小凸部
Ｐの際剤高さｈなどを測定した。また、凹部Ｄの合計面
積率については、５００倍のＳＥＭ像を用いた画像解析
により求めた。
動表面の凹部ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察結果の一
例を図１ないし図３に示す。なお、形成された凹部のデ
ィンプル形状については、図４に示す要領により、凹部
Ｄの開口面積Ａ，最大深さｄ，凹部周縁の環状微小凸部
Ｐの際剤高さｈなどを測定した。また、凹部Ｄの合計面
積率については、５００倍のＳＥＭ像を用いた画像解析
により求めた。
【００２７】このようなシムを仕様ごとにそれぞれ１６
個ずつ用意して、後述するエンジンモータリング試験を
実施し、摩擦特性を評価した。
個ずつ用意して、後述するエンジンモータリング試験を
実施し、摩擦特性を評価した。
【００２８】実施例６〜７ 上記実施例５と同様に作成したシムの摺動表面に、二硫
化モリブデンとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）を主体とする固体潤滑剤をそれぞれコーティング
し、同様のエンジンモータリング試験に供した。
化モリブデンとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）を主体とする固体潤滑剤をそれぞれコーティング
し、同様のエンジンモータリング試験に供した。
【００２９】実施例８ 上記実施例５と同様に作成したシムの摺動表面にガイヤ
モンドバフ研磨を施すことによって、レーザ照射により
凹部を形成させた際に凹部の周囲に生じた環状の微小凸
部を除去して、同様にエンジンモータリング試験に供し
た。この場合の摺動表面のＳＥＭ観察結果を図５および
図６に示す。
モンドバフ研磨を施すことによって、レーザ照射により
凹部を形成させた際に凹部の周囲に生じた環状の微小凸
部を除去して、同様にエンジンモータリング試験に供し
た。この場合の摺動表面のＳＥＭ観察結果を図５および
図６に示す。
【００３０】なお、この環状微小凸部を除去するための
研磨方法としては、凹部の外周縁を削り落さない限り、
他の種々のラッピング方法を適用することができる。
研磨方法としては、凹部の外周縁を削り落さない限り、
他の種々のラッピング方法を適用することができる。
【００３１】実施例９ 上記ＳＣＭ４２０鋼からなる量産品シムの摺動表面に超
仕上研磨を施したのち、ＣＶＤコーティングにより、Ｄ
ＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を３μｍの厚
さに形成したうえで、レーザ照射を行い、摺動表面に形
成された硬質炭素被膜に表１に示すようなサイズおよび
密度の凹部を備えたバルブリフタ用シムを作成し、同様
のエンジンモータリング試験に供した。なお、このバル
ブリフタ用シムの摺動表面のＳＥＭ観察結果を図７ない
し図９に示す。
仕上研磨を施したのち、ＣＶＤコーティングにより、Ｄ
ＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を３μｍの厚
さに形成したうえで、レーザ照射を行い、摺動表面に形
成された硬質炭素被膜に表１に示すようなサイズおよび
密度の凹部を備えたバルブリフタ用シムを作成し、同様
のエンジンモータリング試験に供した。なお、このバル
ブリフタ用シムの摺動表面のＳＥＭ観察結果を図７ない
し図９に示す。
【００３２】実施例１０ 上記実施例９と同様に作成したシムの摺動表面に、さら
にＰＴＦＥを主体とする固体潤滑剤をコーティングし
て、潤滑剤被膜を形成し、同様のエンジンモータリング
試験を実施した。
にＰＴＦＥを主体とする固体潤滑剤をコーティングし
て、潤滑剤被膜を形成し、同様のエンジンモータリング
試験を実施した。
【００３３】実施例１１〜１７ 上記ＳＣＭ４２０鋼からなる量産品シムの摺動表面に上
記実施例および比較例２と同様の超仕上研磨を加えて得
られた平面部に、ビーム径，出力密度，照射時間，照射
回数および照射位置を変化させたパルス状のエキシマレ
ーザ光線を照射して、表１に示すようなサイズおよび密
度の異なる凹部をそれぞれ形成し、同様のエンジンモー
タリング試験に供した。
記実施例および比較例２と同様の超仕上研磨を加えて得
られた平面部に、ビーム径，出力密度，照射時間，照射
回数および照射位置を変化させたパルス状のエキシマレ
ーザ光線を照射して、表１に示すようなサイズおよび密
度の異なる凹部をそれぞれ形成し、同様のエンジンモー
タリング試験に供した。
【００３４】比較例１ 上記ＳＣＭ４２０鋼からなる量産品シムを通常研磨のま
ま、しかも凹部を形成することなく、そのままバルブリ
フタ用シムとして、同様のエンジンモータリング試験に
供した。
ま、しかも凹部を形成することなく、そのままバルブリ
フタ用シムとして、同様のエンジンモータリング試験に
供した。
【００３５】比較例２ 上記ＳＣＭ４２０鋼からなる量産品シムの摺動表面に、
上記各実施例と同様の超仕上研磨を施したのち、凹部を
形成することなく、同様のエンジンモータリング試験に
供した。
上記各実施例と同様の超仕上研磨を施したのち、凹部を
形成することなく、同様のエンジンモータリング試験に
供した。
【００３６】比較例３ 上記ＳＣＭ４２０鋼からなる量産品シムにおける通常研
磨のままの摺動表面に、エキシマレーザ光線を照射し、
表１に示す形状の凹部を形成して、同様のエンジンモー
タリング試験を実施した。
磨のままの摺動表面に、エキシマレーザ光線を照射し、
表１に示す形状の凹部を形成して、同様のエンジンモー
タリング試験を実施した。
【００３７】
【表１】
【００３８】［エンジンモータリング試験要領］上記実
施例および比較例のバルブリフタ用シムを使用ごとに１
６個用意し、エンジンに組み込み、下記条件による試験
を実施し、試験終了時（１時間経過後）の摩擦トルクの
低減率、試験後のカムおよびシムの摺動表面の粗さを調
査すると共に、シム摺動表面の摩耗状況を走査型電子顕
微鏡によって観察した。
施例および比較例のバルブリフタ用シムを使用ごとに１
６個用意し、エンジンに組み込み、下記条件による試験
を実施し、試験終了時（１時間経過後）の摩擦トルクの
低減率、試験後のカムおよびシムの摺動表面の粗さを調
査すると共に、シム摺動表面の摩耗状況を走査型電子顕
微鏡によって観察した。
【００３９】これらの結果を表２に示す。なお、摩擦ト
ルク低減率については、比較例２に係わるシムを組み込
んだ場合の摩擦トルクを１００としたときの低減率
（％）で示した。
ルク低減率については、比較例２に係わるシムを組み込
んだ場合の摩擦トルクを１００としたときの低減率
（％）で示した。
【００４０】 使用エンジン：１．６Ｌ ＤＯＨＣガソリンエンジン 駆動方式：外部モータ駆動 エンジンオイル：５Ｗ−３０ＳＧ オイル温度：８０℃ エンジン回転数：６００ｒｐｍ 試験時間：１時間 カムシャフト：チルド鋳鉄製、表面粗さＲａ：０．１μ
ｍ（超仕上研磨）
ｍ（超仕上研磨）
【００４１】
【表２】
【００４２】表２から明らかなように、実施例１〜１０
においては、後述する比較例２に比べて、１０％以上の
摩擦低減効果が得られると共に、試験終了後のシムおよ
びカムの摺動面は非常に平滑であり、ＳＥＭ観察でもシ
ム表面にマイクロクラックやピットの形成も認めらない
ことから、耐久性も充分であると判断された。特に、固
体潤滑剤被膜をコーティングした実施例６および実施例
７、凹部形成時に生ずる凹部周囲の微小環状凸部を研磨
して除去した実施例８、硬質炭素被膜をコーティングし
たシムに凹部を形成した実施例９、さらにこれに固体潤
滑剤被膜を付与した実施例１０においては、さらに優れ
た摩擦低減効果が得られることが確認された。
においては、後述する比較例２に比べて、１０％以上の
摩擦低減効果が得られると共に、試験終了後のシムおよ
びカムの摺動面は非常に平滑であり、ＳＥＭ観察でもシ
ム表面にマイクロクラックやピットの形成も認めらない
ことから、耐久性も充分であると判断された。特に、固
体潤滑剤被膜をコーティングした実施例６および実施例
７、凹部形成時に生ずる凹部周囲の微小環状凸部を研磨
して除去した実施例８、硬質炭素被膜をコーティングし
たシムに凹部を形成した実施例９、さらにこれに固体潤
滑剤被膜を付与した実施例１０においては、さらに優れ
た摩擦低減効果が得られることが確認された。
【００４３】また、凹部の開口面積Ａが比較的小さい実
施例１１においては、摩擦トルクの低減効果がわずかに
認められ、逆に開口面積Ａが比較的大きい実施例１２に
おいては、試験終了後のＳＥＭ観察により、凹部の縁を
起点とした微細なピットと、その周辺に深いスカッフィ
ング痕が形成されていることが判明したものの、ある程
度の摩擦トルク低減効果が認められた。
施例１１においては、摩擦トルクの低減効果がわずかに
認められ、逆に開口面積Ａが比較的大きい実施例１２に
おいては、試験終了後のＳＥＭ観察により、凹部の縁を
起点とした微細なピットと、その周辺に深いスカッフィ
ング痕が形成されていることが判明したものの、ある程
度の摩擦トルク低減効果が認められた。
【００４４】実施例１３においては、凹部の深さｄが比
較的浅いことから、若干の摩擦トルク低減効果が認めら
れ、逆に凹部の深さｄが１μｍを超える実施例１４にお
いては、試験終了後のＳＥＭ観察の結果、凹部の縁を起
点とした微細なクラックと、その周辺に深いスカッフィ
ング痕が形成されていることが判明したものの、ある程
度の摩擦トルク低減効果が得られることが確認された。
較的浅いことから、若干の摩擦トルク低減効果が認めら
れ、逆に凹部の深さｄが１μｍを超える実施例１４にお
いては、試験終了後のＳＥＭ観察の結果、凹部の縁を起
点とした微細なクラックと、その周辺に深いスカッフィ
ング痕が形成されていることが判明したものの、ある程
度の摩擦トルク低減効果が得られることが確認された。
【００４５】実施例１５においては、凹部の形状係数Ｓ
Ｆ値が１．５を超えており、凹部の外周形状に多少の凹
凸が生じていることから、凹部の外周に微細なクラック
がＳＥＭ像に認められ、耐久性の観点からは必ずしも万
全ではないものの、かなりの摩擦トルク低減効果が認め
られた。
Ｆ値が１．５を超えており、凹部の外周形状に多少の凹
凸が生じていることから、凹部の外周に微細なクラック
がＳＥＭ像に認められ、耐久性の観点からは必ずしも万
全ではないものの、かなりの摩擦トルク低減効果が認め
られた。
【００４６】さらに、実施例１６においては、凹部の合
計面積率が大きいことから、シム自身および相手カムの
摺動面に深いスカッフィング痕を多数形成しているもの
の、摩擦トルクの低減に若干の効果が認められ、逆に凹
部の合計面積率が小さい実施例１７においては、摩擦低
減効果は多少減少するものの、スカッフィング痕はさほ
ど生じないことが確認された。
計面積率が大きいことから、シム自身および相手カムの
摺動面に深いスカッフィング痕を多数形成しているもの
の、摩擦トルクの低減に若干の効果が認められ、逆に凹
部の合計面積率が小さい実施例１７においては、摩擦低
減効果は多少減少するものの、スカッフィング痕はさほ
ど生じないことが確認された。
【００４７】これら実施例に対し、通常研磨のみを施し
た量産品をそのまま使用した比較例１の場合には、表面
粗さが大きいことから、摺動面に深いスカッフィング痕
が形成されると共に、超仕上研磨を施した比較例２に比
べて、高い摩擦トルクを示した。
た量産品をそのまま使用した比較例１の場合には、表面
粗さが大きいことから、摺動面に深いスカッフィング痕
が形成されると共に、超仕上研磨を施した比較例２に比
べて、高い摩擦トルクを示した。
【００４８】比較例２においては、超仕上研磨を施した
ことにより、試験後の摺動面に浅いスカッフィング痕が
形成される程度であるものの、上記実施例に比べて高い
摩擦トルクを示した。
ことにより、試験後の摺動面に浅いスカッフィング痕が
形成される程度であるものの、上記実施例に比べて高い
摩擦トルクを示した。
【００４９】さらに、通常研磨のみを施した量産品に凹
部を形成した比較例３においては、平面部の粗さが大き
いままなので、摺動方向に深いスカッフィング痕が形成
され、凹部を形成しても顕著な摩擦低減効果が得られな
いことが確認された。
部を形成した比較例３においては、平面部の粗さが大き
いままなので、摺動方向に深いスカッフィング痕が形成
され、凹部を形成しても顕著な摩擦低減効果が得られな
いことが確認された。
【００５０】以上説明したように、本発明は、極めて厳
しい潤滑状態にある環境下で摺動するエンジンカムフォ
ロワーにおいて、トライボロジー的な取り組みを鋭意行
ってきた結果、エンジンの燃費向上に直結する大きな効
果が得られる技術を見出だしたものであって、工業的に
極めて有益なものである。
しい潤滑状態にある環境下で摺動するエンジンカムフォ
ロワーにおいて、トライボロジー的な取り組みを鋭意行
ってきた結果、エンジンの燃費向上に直結する大きな効
果が得られる技術を見出だしたものであって、工業的に
極めて有益なものである。
【図１】本発明に係わるバルブリフタ用シムにおける摺
動表面のＳＥＭ観察結果の一例を示す凹凸像（５００
倍）である。
動表面のＳＥＭ観察結果の一例を示す凹凸像（５００
倍）である。
【図２】図１に示した凹部の４０００倍の凹凸像であ
る。
る。
【図３】図２に示した凹部の４０００倍の二次電子像で
ある。
ある。
【図４】本発明に係わるバルブリフタ用シムの摺動表面
に形成された凹部形状の測定要領を示す概略図である。
に形成された凹部形状の測定要領を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例８に係わるバルブリフタ用シム
における摺動表面のＳＥＭ観察結果を示す凹凸像（５０
０倍）である。
における摺動表面のＳＥＭ観察結果を示す凹凸像（５０
０倍）である。
【図６】図５に示した凹部の４０００倍の凹凸像であ
る。
る。
【図７】本発明の実施例９に係わるバルブリフタ用シム
における摺動表面のＳＥＭ観察結果を示す凹凸像（５０
０倍）である。
における摺動表面のＳＥＭ観察結果を示す凹凸像（５０
０倍）である。
【図８】図７に示した凹部の４０００倍の凹凸像であ
る。
る。
【図９】図８に示した凹部の４０００倍の二次電子像で
ある。
ある。
Ｄ 凹部 Ａ 凹部の開口面積 ｄ 凹部の最大深さ Ｐ 微小凸部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保 田 芳 輝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 坂 根 時 夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 AA06 BA47 BB05 CA05 CA10 DA12 EA03 FA14 FA15 FA21 GA02 3J030 EA21 EB07 EB09 EC01 EC07
Claims (12)
- 【請求項１】 超仕上研磨により平滑化された平面部
と、該平面部に互いに独立した状態に分散して形成され
た微細な凹部を摺動表面に備えていることを特徴とする
バルブリフタ用シム。 - 【請求項２】 凹部の開口面積が１０〜１００平方μｍ
の範囲であることを特徴とする請求項１記載のバルブリ
フタ用シム。 - 【請求項３】 凹部の最大深さが０．１〜１μｍの範囲
であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
バルブリフタ用シム。 - 【請求項４】 ＳＦ＝（周囲長）２／（４π×開口面
積）と定義される凹部の形状係数ＳＦが１．５未満であ
ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか
に記載のバルブリフタ用シム。 - 【請求項５】 摺動表面に対する凹部の合計面積率が５
〜３０％の範囲であることを特徴とする請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載のバルブリフタ用シム。 - 【請求項６】 摺動表面における平面部の表面粗さがＲ
ａ０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１ない
し請求項５のいずれかに記載のバルブリフタ用シム。 - 【請求項７】 表面硬度がＨＲＣ５０以上の浸炭鋼もし
くは調質鋼からなることを特徴とする請求項１ないし請
求項６のいずれかに記載のバルブリフタ用シム。 - 【請求項８】 摺動表面に固体潤滑剤がコーティングし
てあることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいず
れかに記載のバルブリフタ用シム。 - 【請求項９】 固体潤滑剤が二硫化モリブデン，ＰＴＦ
Ｅおよびグラファイトのうちの少なくとも１種を含んで
いることを特徴とする請求項８記載のバルブリフタ用シ
ム。 - 【請求項１０】 摺動表面に硬質炭素被膜がコーティン
グしてあり、該炭素被膜に凹部が形成されていることを
特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の
バルブリフタ用シム。 - 【請求項１１】 超仕上研磨した平滑な摺動表面に、レ
ーザ光により凹部を形成することを特徴とする請求項１
ないし請求項９記載のバルブリフタ用シムの製造方法。 - 【請求項１２】 レーザ光による凹部の形成に際して凹
部周辺に生じる環状の微小凸部を超仕上研磨して除去す
ることを特徴とする請求項１１記載のバルブリフタ用シ
ムの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069045A JP4332977B2 (ja) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | バルブリフタ用シムおよびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069045A JP4332977B2 (ja) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | バルブリフタ用シムおよびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001254808A true JP2001254808A (ja) | 2001-09-21 |
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- 2000-03-13 JP JP2000069045A patent/JP4332977B2/ja not_active Expired - Fee Related
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