JP2002097563A - 摺動部品及びその製造方法 - Google Patents

摺動部品及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで、摺動性及び耐久性に優れた摺動
部品を提供する。 【解決手段】 窒化処理により摺動部品の母材ａ上に拡
散層ｂ及び所定深さの化合物層ｃを形成する。この化合
物層ｃの一部を残すように、化合物層ｃの最外層部のみ
を薄くバフ研磨処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のカムフ
ォロア等に代表される摺動部品及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】実開平４−１２１４０４号公報等にも記
載されているように、内燃機関の吸気弁や排気弁を駆動
するカムに摺接するシム等のカムフォロアは、主にフリ
クションを低減するために、摺動面の表面粗さを十分に
低くすることが要求されるとともに、摺動面の摩耗及び
この摩耗等により面粗さが増してフリクションが増加す
ることを抑制するために、十分な表面硬さが要求され
る。
【０００３】そこで、従来より、カムフォロア等の摺動
部品の母材をラップ仕上げ処理等により高精度に平滑化
した後、この平滑性を維持するために、ＰＶＤ（Physic
al Vapor Deposition；物理蒸着法）により窒化チタン
等の硬質皮膜を保護膜として表面上に形成する技術が知
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＰＶＤ等により硬質皮膜を形成する場合、真空炉に
よる処理を行う必要があり、一度に処理できる数量も少
ないため、カムフォロアの製造コストが非常に嵩むとい
う問題がある。
【０００５】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、フリクションが低く耐久性にも優れた摺
動部品を安価に提供することを一つの目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る摺動部品及
びその製造方法は、窒化処理により摺動部品の母材上に
拡散層及び所定深さの化合物層を形成し、この化合物層
の一部を残すように、化合物層の最外層部のみを薄く研
磨処理する、言い換えると、化合物層の表面を、その表
面うねりに沿うように薄く研磨処理することを特徴とし
ている。
【０００７】上記摺動部品としては、吸排気弁のカムに
摺接するシム，バルブリフタ，ロッカアーム等のカムフ
ォロアの他、ピストンリングや各種軸受部品等が挙げら
れる。しかしながら、本発明では、表面のうねりに沿う
ように薄く研磨しているため、摺動面の平滑性に比して
表面粗さの低減化が重要となるカムフォロア等の摺動部
品が特に適している。
【０００８】摺動部品の母材としては、炭素鋼，合金
鋼，工具鋼等の鋼材又はその鋼材に浸炭処理等を施した
鋼材が挙げられ、代表的にはクロムモリブデン鋼に浸炭
焼入れ焼戻し処理を施したものが挙げられる。また、窒
化処理が行われる表面には、好ましくは適宜な研削，研
磨処理が予め施される。
【０００９】上記の窒化処理は、母材中に窒素を表面か
ら侵入させて硬くする手法であり、窒素のみを浸透させ
る純窒化と、窒素と炭素を同時に浸透させる軟窒化とが
挙げられる。より具体的には、アンモニアガスによるガ
ス窒化，シアン化塩及びシアン酸系塩浴を主成分とする
塩浴を用いた塩浴窒化，シアン酸を用いた液体窒化，ア
ンモニアガスと浸炭性ガスを用いたガス軟窒化，イオン
化した窒素を高速度で母材に衝突させるイオン窒化等が
挙げられる。この中でも、ガス軟窒化処理は、シアンの
出ない無公害な処理法であり、安定して連続的に処理が
可能で、製造コストも比較的低く抑制される点で、本発
明に適している。
【００１０】このような窒化処理により、図３に示すよ
うに、母材ａ上には、Ｎ（窒素）濃度が相対的に低い拡
散層ｂと、Ｎ濃度が高い化合物層ｃとが層状に生成され
る。ここで、Ｎ濃度に応じて硬さが向上する傾向にあ
り、従って、化合物層ｃの硬さは拡散層ｂに比して大き
い。
【００１１】しかしながら、化合物層の深さは極めて小
さい（例えば５〜１５μｍ）ため、例えば表面を均一に
平滑化するラップ仕上げ処理等を行うと、化合物層が全
て取り除かれるか、あるいは部分的に拡散層が表出する
こととなってしまう。
【００１２】そこで本発明では、化合物層の一部を残す
ように、化合物の最外層部のみを研磨している。言い換
えると、化合物層の表面うねりに沿う形で薄く研磨して
いる。これにより、残された化合物層が硬度の高い保護
膜として機能し、低コストで摺動性，耐久性に優れた摺
動部材を得ることができる。
【００１３】このように表面うねりに沿うような表面処
理法として、代表的にはバフ研磨処理が挙げられる。こ
のバフ研磨は、ラッピングと同じように粒を用いて表面
を仕上げる加工法であるが、硬い金属製のラップのかわ
りに布やフェルト，皮等でできたやわらかい弾力性のあ
るバフを用いる点で異なる。従って、上述したように、
表面うねりに沿うように、最外層部のみを薄く研磨する
ことが可能で、本発明に適した研磨処理法である。
【００１４】言い換えると、仮に上記の化合物層に対し
てラップ研磨処理を行った場合、表面が良好に平滑化さ
れるものの、化合物層を薄く均一に残すことが困難であ
り、本発明の効果を得ることができない。
【００１５】再び図３を参照して、上記の化合物層ｃの
最外層部には、一般的に、摺動部材の摺動面としては好
ましくないじん性の低いε相（Ｆｅ2Ｎ−Ｆｅ3Ｎ）が生
成される。しかしながら、本発明では上記の研磨処理に
より、この最外層部が適宜に取り除かれ、その内側に存
在する（ε＋γ’）相又はγ’相が表出することとな
り、ε相による悪影響が問題となることはない。
【００１６】ここで、研磨処理前の化合物層の深さは、
５μｍ未満であると研磨処理後に残存する加工物層の厚
さを確保することが困難となり、１５μｍを越えると多
孔質なポーラス層を生じるおそれがあるため、好ましく
は５〜１５μｍである。
【００１７】また、研磨処理後の化合物層の深さは、２
μｍ未満であると使用時に摩減してしまうおそれがある
とともに、上述したε相が残るおそれがあり、１０μｍ
を越えると、上述したように化合物層の生成時にポーラ
ス層を生じるおそれがあるため、好ましくは２〜１０μ
ｍである。
【００１８】研磨処理後の化合物層の表面粗さは、Ｒａ
０．０１未満の加工は量産が困難であり、Ｒａ０．０５
を越えると十分なフリクション低減効果を得ることがで
きないので、好ましくはＲａで０．０１〜０．０５であ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低コス
トで摺動性及び耐久性に優れた摺動部品を得ることがで
きる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を摺動部品であるカ
ムフォロアとしての内燃機関のバルブリフタに適用した
一実施例について説明する。
【００２１】完成品としてのバルブリフタ１は、図１に
示すように、有底円筒状をなし、クランクシャフトと連
動して回転するカムシャフトのカムと、吸気弁又は排気
弁との間に介装される。そして、このバルブリフタ１の
冠面２が、カムシャフトのカムと摺接するカム摺動面と
なり、この摺動面２に対し、後述する表面処理が施され
る。
【００２２】すなわち、ＳＣＭ４２０Ｈを材質とする鍛
造成形された母材に対し、表面硬さが５８ＨRＣ以上、
有効深さが０．７〜１．１ｍｍとなるように、浸炭焼入
れ焼戻し処理を行う。次に、カム摺動面（２）の表面粗
さがＲａ０．０２程度となるように、冠面仕上げ研磨処
理を行う。次いで、冠面２の表面硬さが６６０Ｈｖ以
上、化合物層４の深さが７μｍ以上となるように、ガス
軟窒化処理を行う。これにより、図２（ａ）に示すよう
に、母材上に拡散層３及び所定深さの化合物層４が層状
に生成される。
【００２３】次いで、図２（ｂ）に示すように、冠面２
の表面粗さがＲａ０．０２以下、残存する化合物層４の
深さが２．５μｍ以上となるように、バフ研磨処理を行
う。このバフ研磨処理では、２．５〜１０μｍ程度の化
合物層４が残されるように、冠面２の表面うねりに沿う
ようにして、化合物層４の最外層部のみが均一かつ薄く
研磨される。つまり、加工代を３〜５μｍ程度の微少量
とする。
【００２４】このようにして製造されるバルブリフタ１
では、摺動面２側に硬質な化合物層４が残されているた
め、例えばラップ処理後にＰＶＤ等により硬質皮膜を別
途形成する場合に比して、略同等のフリクション低減効
果及び耐久性を得つつ、その製造コストを約１／２程度
に低減することが可能である。
【００２５】また、バルブリフタ１の冠面２をバフ研磨
処理することにより、周縁部の角が適宜にまるめられ、
別途面取り加工を施す必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のバルブリフ
タを示す断面図。
【図２】上記バルブリフタのバフ研磨処理前（ａ）及び
処理後（ｂ）の要部断面図。
【図３】ガス軟窒化処理により生成するび拡散層及び化
合物層を示す断面対応図及び硬さを示す特性図。
【符号の説明】
１…バルブリフタ（摺動部品） ２…冠面（摺動面） ３…拡散層 ４…化合物層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化処理により摺動部品の母材上に拡散
    層及び所定深さの化合物層を形成し、この化合物層の一
    部を残すように、化合物層の最外層部のみを薄く研磨処
    理してなる摺動部品。
  2. 【請求項２】 窒化処理により摺動部品の母材上に拡散
    層及び所定深さの化合物層を形成し、この化合物層の一
    部を残すように、化合物層の表面を、その表面うねりに
    沿うように薄く研磨処理してなる摺動部品。
  3. 【請求項３】 窒化処理により摺動部品の母材上に拡散
    層及び所定深さの化合物層を形成し、この化合物層の一
    部を残すように、化合物層の最外層部のみを薄く研磨処
    理することを特徴とする摺動部品の製造方法。
  4. 【請求項４】 上記研磨処理がバフ研磨処理であること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部品
    又はその製造方法。
  5. 【請求項５】 上記摺動部品が、内燃機関の吸気弁又は
    排気弁を駆動するカムに摺接するカムフォロアであるこ
    とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の摺動部
    品又はその製造方法。
  6. 【請求項６】 上記研磨処理前の化合物層の深さが５〜
    １５μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
    かに記載の摺動部品又はその製造方法。
  7. 【請求項７】 上記研磨処理後の化合物層の深さが２〜
    １０μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
    かに記載の摺動部品又はその製造方法。
  8. 【請求項８】 上記研磨処理後の化合物層の表面粗さが
    Ｒａ０．０１〜０．０５であることを特徴とする請求項
    １〜７のいずれかに記載の摺動部品又はその製造方法。
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