JP2004002912A - 鉄系焼結カムロブ材 - Google Patents
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Abstract
【課題】今後のカムシャフトへの負荷増大に備えて、耐スカッフ性を向上させた鉄系焼結カムロブ材を提供する。
【解決手段】鉄系焼結カムロブ材（１）の母材（２）の外周摺動面に、二流化モリブデン粒子、二流化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜（３）を形成する。この固体潤滑剤被膜の形成により、カムロブ材とカムフォロア間の潤滑性能は著しく向上する。好ましくは、被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下とする。
【選択図】 図１
【解決手段】鉄系焼結カムロブ材（１）の母材（２）の外周摺動面に、二流化モリブデン粒子、二流化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜（３）を形成する。この固体潤滑剤被膜の形成により、カムロブ材とカムフォロア間の潤滑性能は著しく向上する。好ましくは、被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の組立カムシャフトに使用されるカムロブ材、特に外周摺動面の摺動特性を向上させた鉄系焼結カムロブ材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に使用されるカムシャフトのカム部の外周摺動面は、カムフォロアと高速で摺動するため、耐スカッフ性や耐摩耗性等について優れた摺動特性を有するものでなければならない。このため従来から、特に耐スカッフ性を向上させるものとして、鋳造時にカムノーズ部を冷し金を用いて急速凝固させ、このカムノーズ部の表面部分に硬い白鋳鉄組織を形成したチルカムシャフトが知られている。また、耐スカッフ性と耐摩耗性とを向上させるものとして、鉄系焼結カムロブ材をシャフトに結合した組立カムシャフトが実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のカムノーズ部の表面部分に硬い白鋳鉄組織を形成したチルカムシャフトや、鉄系焼結カムロブ材をシャフトに結合した組立カムシャフトであっても、更なるカムシャフトへの負荷増大を考慮すると、耐スカッフ性や耐摩耗性において充分な性能を備えたものとはなっていない。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、今後のカムシャフトへの負荷増大に備えて、特に耐スカッフ性を向上させた鉄系焼結カムロブ材を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、鉄系焼結カムロブ材の母材の外周摺動面に二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜を形成したことにある。この固体潤滑剤被膜の形成により、カムロブ材とカムフォロア間の潤滑性能は著しく向上する。カムロブ材は鉄系焼結材から成るので、固体潤滑剤被膜の密着性に優れている。
【０００６】
好ましくは、固体潤滑剤被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下とする。膜厚が１μｍ未満の場合には薄すぎて、この被膜が充分に効果を発揮する前に摩滅してしまい、膜厚が２０μｍ以上の場合には厚すぎて密着性が低下し、剥離を起こす恐れがある。なお、この被膜効果を長期間持続させるためには、膜厚は１０μｍ以上２０μｍ以下とすることが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るカムロブ材の発明の実施の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。
【０００８】
図１（ａ）は、内燃機関に使用される組立カムシャフトを示し、カムロブ材１がシャフト１０に嵌合されて組み立てられる。図１（ｂ）に示すカムロブ材１は、その母材２が鉄系原料粉末を成形焼結して形成された鉄系焼結カムロブ材である。カムロブ材１の母材２の材質について特に制限はなく、どのようなものであってもよい。
【０００９】
カムロブ材１の母材２の外周摺動面に、二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の固体潤滑剤粒子２を、１００ｍ／ｓ以上２５０ｍ／ｓ以下の高速で噴射することにより機械的に密着させて、固体潤滑剤被膜３を形成する。この固体潤滑剤被膜３の噴射速度が１００ｍ／ｓ未満の場合には、衝突粒子に充分な速度が得られず、形成された被膜の密着性が悪くなる。また、噴射速度が２５０ｍ／ｓを超える場合には、エア圧が高くなりすぎて、設備製作上非常に困難になる。
【００１０】
噴射する固体潤滑剤粒子の平均粒径は、０．４μｍ以上５０μｍ以下とする。平均粒径が０．４μｍ未満の場合には、充分な衝突エネルギが得られず、また平均粒径が５０μｍを超える場合には、密着性が悪くなり、脆い被膜になってしまう恐れがある。
【００１１】
固体潤滑剤被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下とする。膜厚が１μｍ未満の場合には薄すぎて、この被膜が充分に効果を発揮する前に摩滅してしまい、膜厚が２０μｍ以上の場合には厚すぎて密着性が低下し、剥離を起こす恐れがある。この被膜効果を長期間持続させるためには、最小膜厚を１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００１２】
このように形成したカムロブ材１は、外周摺動面の固体潤滑剤被膜の潤滑作用により、耐スカッフ性が著しく向上する。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明のカムロブ材を、２種の公知比較例と３種の実施例について実施したスカッフ試験によって説明する。
【００１４】
比較例
（比較例１）
成分組成（質量％）が、Ｔ．Ｃ：３．４％、Ｓｉ：２．２％、Ｍｎ：０．７％、Ｃｒ：０．６％、Ｍｏ：０．１５％、Ｎｉ＋Ｃｕ：０．１５％となるように各元素を溶融し、これを冷し金を有する鋳型に流し込み急冷凝固させてチル鋳鉄を形成し、それを研磨して比較例１を得た。
（比較例２）
焼結後の成分組成（質量％）が、Ｃ：１．０％、Ｃｒ：１２．０％、Ｍｏ：０．５％、Ｓｉ：０．５％となるように各元素を鉄粉中に添加して原料粉末を調整し、これに潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合した。この混合原料粉末に４９０〜６８６ＭＰａ（５〜７ｔ／ｃｍ２）の面圧により１回目のプレス成形を行って圧粉体を形成した後、真空焼結炉中で７００〜９００°Ｃの温度で仮焼結を行って仮焼結体を形成した。次いで、６８６〜９８０ＭＰａ（７〜１０ｔ／ｃｍ２）の面圧により２回目のプレス成形を行って２次成形体を形成した後、真空焼結炉中で１１００〜１２００°Ｃの温度で本焼結を行って比較例２の焼結部材を得た。
【００１５】
実施例
（実施例１）
比較例２と同様にして本焼結体を形成し、その外周面に以下の表１に示すショットブラスト条件により二硫化モリブデン粒子を噴射し、実施例１の焼結部材を得た。
（実施例２）
比較例２と同様にして本焼結体を形成し、その外周面に以下の表１に示すショットブラスト条件により二硫化タングステン粒子を噴射し、実施例２の焼結部材を得た。
（実施例３）
比較例２と同様にして本焼結体を形成し、その外周面に以下の表１に示すショットブラスト条件により金属錫粒子を噴射し、実施例３の焼結部材を得た。
スカッフ試験
図２に示す平面接触型摩擦摩耗試験機により、各試験片のスカッフ限界面圧を測定した。一定速度で回転する回転片１２の回転面に、各比較例および各実施例の試験片１１を一定時間所定の面圧で圧接し、スカッフが発生した時の面圧を限界面圧とした。潤滑油は、回転片１２と試験片１１との接触面に滴下した。
【００１６】
試験条件は、次のとおりである。
滑り速度：５ｍ／ｓｅｃ
潤滑油：エンジンオイル１０Ｗ３０
油温：８０°Ｃ
油量：２×１０−４ｍ３ ／ｍｉｎ
面圧：２分毎に１００ＭＰａずつ増加させる。
回転片：ＳＭＣ４１５材に浸炭焼き入れしたもの
判定方法：摩擦係数の急激な増加点を限界面圧として、各試験片を比較する。
【００１７】
測定結果は図３に示すとおりであり、比較例１及び比較例２のスカッフ限界面圧はともに１５００ＭＰａであったのに対し、実施例１のスカッフ限界面圧は１７００ＭＰａ、実施例２のスカッフ限界面圧は１７５０ＭＰａ、そして実施例３のスカッフ限界面圧は１７５０ＭＰａであった。このように、実施例１ないし実施例３は、比較例１及び比較例２よりもスカッフ限界面圧が明らかに上回っている。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のカムロブ材は、鉄系焼結カムロブ材の母材の外周摺動面に二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜を形成したから、固体潤滑剤による被膜形成によりカムロブ材とカムフォロア間の潤滑性能が改善され、耐スカッフ性を著しく向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（ａ）は、本発明に係るカムロブ材１を示す斜視図であり、（ｂ）は、カムロブ材１の縦断面図である。
【図２】
スカッフ試験に用いた平面接触型摩擦摩耗試験機を示す略図である。
【図３】
スカッフ試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ カムロブ材
２ 母材
３ 固体潤滑剤被膜
１０ シャフト
１１ 試験片
１２ 回転片
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の組立カムシャフトに使用されるカムロブ材、特に外周摺動面の摺動特性を向上させた鉄系焼結カムロブ材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に使用されるカムシャフトのカム部の外周摺動面は、カムフォロアと高速で摺動するため、耐スカッフ性や耐摩耗性等について優れた摺動特性を有するものでなければならない。このため従来から、特に耐スカッフ性を向上させるものとして、鋳造時にカムノーズ部を冷し金を用いて急速凝固させ、このカムノーズ部の表面部分に硬い白鋳鉄組織を形成したチルカムシャフトが知られている。また、耐スカッフ性と耐摩耗性とを向上させるものとして、鉄系焼結カムロブ材をシャフトに結合した組立カムシャフトが実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のカムノーズ部の表面部分に硬い白鋳鉄組織を形成したチルカムシャフトや、鉄系焼結カムロブ材をシャフトに結合した組立カムシャフトであっても、更なるカムシャフトへの負荷増大を考慮すると、耐スカッフ性や耐摩耗性において充分な性能を備えたものとはなっていない。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、今後のカムシャフトへの負荷増大に備えて、特に耐スカッフ性を向上させた鉄系焼結カムロブ材を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、鉄系焼結カムロブ材の母材の外周摺動面に二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜を形成したことにある。この固体潤滑剤被膜の形成により、カムロブ材とカムフォロア間の潤滑性能は著しく向上する。カムロブ材は鉄系焼結材から成るので、固体潤滑剤被膜の密着性に優れている。
【０００６】
好ましくは、固体潤滑剤被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下とする。膜厚が１μｍ未満の場合には薄すぎて、この被膜が充分に効果を発揮する前に摩滅してしまい、膜厚が２０μｍ以上の場合には厚すぎて密着性が低下し、剥離を起こす恐れがある。なお、この被膜効果を長期間持続させるためには、膜厚は１０μｍ以上２０μｍ以下とすることが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るカムロブ材の発明の実施の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。
【０００８】
図１（ａ）は、内燃機関に使用される組立カムシャフトを示し、カムロブ材１がシャフト１０に嵌合されて組み立てられる。図１（ｂ）に示すカムロブ材１は、その母材２が鉄系原料粉末を成形焼結して形成された鉄系焼結カムロブ材である。カムロブ材１の母材２の材質について特に制限はなく、どのようなものであってもよい。
【０００９】
カムロブ材１の母材２の外周摺動面に、二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の固体潤滑剤粒子２を、１００ｍ／ｓ以上２５０ｍ／ｓ以下の高速で噴射することにより機械的に密着させて、固体潤滑剤被膜３を形成する。この固体潤滑剤被膜３の噴射速度が１００ｍ／ｓ未満の場合には、衝突粒子に充分な速度が得られず、形成された被膜の密着性が悪くなる。また、噴射速度が２５０ｍ／ｓを超える場合には、エア圧が高くなりすぎて、設備製作上非常に困難になる。
【００１０】
噴射する固体潤滑剤粒子の平均粒径は、０．４μｍ以上５０μｍ以下とする。平均粒径が０．４μｍ未満の場合には、充分な衝突エネルギが得られず、また平均粒径が５０μｍを超える場合には、密着性が悪くなり、脆い被膜になってしまう恐れがある。
【００１１】
固体潤滑剤被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下とする。膜厚が１μｍ未満の場合には薄すぎて、この被膜が充分に効果を発揮する前に摩滅してしまい、膜厚が２０μｍ以上の場合には厚すぎて密着性が低下し、剥離を起こす恐れがある。この被膜効果を長期間持続させるためには、最小膜厚を１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００１２】
このように形成したカムロブ材１は、外周摺動面の固体潤滑剤被膜の潤滑作用により、耐スカッフ性が著しく向上する。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明のカムロブ材を、２種の公知比較例と３種の実施例について実施したスカッフ試験によって説明する。
【００１４】
比較例
（比較例１）
成分組成（質量％）が、Ｔ．Ｃ：３．４％、Ｓｉ：２．２％、Ｍｎ：０．７％、Ｃｒ：０．６％、Ｍｏ：０．１５％、Ｎｉ＋Ｃｕ：０．１５％となるように各元素を溶融し、これを冷し金を有する鋳型に流し込み急冷凝固させてチル鋳鉄を形成し、それを研磨して比較例１を得た。
（比較例２）
焼結後の成分組成（質量％）が、Ｃ：１．０％、Ｃｒ：１２．０％、Ｍｏ：０．５％、Ｓｉ：０．５％となるように各元素を鉄粉中に添加して原料粉末を調整し、これに潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合した。この混合原料粉末に４９０〜６８６ＭＰａ（５〜７ｔ／ｃｍ２）の面圧により１回目のプレス成形を行って圧粉体を形成した後、真空焼結炉中で７００〜９００°Ｃの温度で仮焼結を行って仮焼結体を形成した。次いで、６８６〜９８０ＭＰａ（７〜１０ｔ／ｃｍ２）の面圧により２回目のプレス成形を行って２次成形体を形成した後、真空焼結炉中で１１００〜１２００°Ｃの温度で本焼結を行って比較例２の焼結部材を得た。
【００１５】
実施例
（実施例１）
比較例２と同様にして本焼結体を形成し、その外周面に以下の表１に示すショットブラスト条件により二硫化モリブデン粒子を噴射し、実施例１の焼結部材を得た。
（実施例２）
比較例２と同様にして本焼結体を形成し、その外周面に以下の表１に示すショットブラスト条件により二硫化タングステン粒子を噴射し、実施例２の焼結部材を得た。
（実施例３）
比較例２と同様にして本焼結体を形成し、その外周面に以下の表１に示すショットブラスト条件により金属錫粒子を噴射し、実施例３の焼結部材を得た。
図２に示す平面接触型摩擦摩耗試験機により、各試験片のスカッフ限界面圧を測定した。一定速度で回転する回転片１２の回転面に、各比較例および各実施例の試験片１１を一定時間所定の面圧で圧接し、スカッフが発生した時の面圧を限界面圧とした。潤滑油は、回転片１２と試験片１１との接触面に滴下した。
【００１６】
試験条件は、次のとおりである。
滑り速度：５ｍ／ｓｅｃ
潤滑油：エンジンオイル１０Ｗ３０
油温：８０°Ｃ
油量：２×１０−４ｍ３ ／ｍｉｎ
面圧：２分毎に１００ＭＰａずつ増加させる。
回転片：ＳＭＣ４１５材に浸炭焼き入れしたもの
判定方法：摩擦係数の急激な増加点を限界面圧として、各試験片を比較する。
【００１７】
測定結果は図３に示すとおりであり、比較例１及び比較例２のスカッフ限界面圧はともに１５００ＭＰａであったのに対し、実施例１のスカッフ限界面圧は１７００ＭＰａ、実施例２のスカッフ限界面圧は１７５０ＭＰａ、そして実施例３のスカッフ限界面圧は１７５０ＭＰａであった。このように、実施例１ないし実施例３は、比較例１及び比較例２よりもスカッフ限界面圧が明らかに上回っている。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のカムロブ材は、鉄系焼結カムロブ材の母材の外周摺動面に二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜を形成したから、固体潤滑剤による被膜形成によりカムロブ材とカムフォロア間の潤滑性能が改善され、耐スカッフ性を著しく向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（ａ）は、本発明に係るカムロブ材１を示す斜視図であり、（ｂ）は、カムロブ材１の縦断面図である。
【図２】
スカッフ試験に用いた平面接触型摩擦摩耗試験機を示す略図である。
【図３】
スカッフ試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ カムロブ材
２ 母材
３ 固体潤滑剤被膜
１０ シャフト
１１ 試験片
１２ 回転片
Claims (2)
- 鉄系焼結カムロブ材（１）の母材（２）の外周摺動面に二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子の中から選択された１種類の粒子を噴射することにより固体潤滑剤被膜（３）を形成したことを特徴とする鉄系焼結カムロブ材。
- 前記被膜（３）の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の鉄系焼結カムロブ材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002158630A JP2004002912A (ja) | 2002-05-31 | 2002-05-31 | 鉄系焼結カムロブ材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002158630A JP2004002912A (ja) | 2002-05-31 | 2002-05-31 | 鉄系焼結カムロブ材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004002912A true JP2004002912A (ja) | 2004-01-08 |
Family
ID=30428767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002158630A Pending JP2004002912A (ja) | 2002-05-31 | 2002-05-31 | 鉄系焼結カムロブ材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004002912A (ja) |
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- 2002-05-31 JP JP2002158630A patent/JP2004002912A/ja active Pending
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