JP2005291085A - エンジン用チタン合金製バルブリフタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量で，且つ高強度であり，その上，優れた摺動特性を有するエンジン用チタン合金製バルブリフタを提供する。
【解決手段】 バルブリフタ１６は，筒状部１９および端壁状部２０を持ち，且つチタン合金よりなるバルブリフタ本体２１と，動弁カムと摺動する摺動面を形成すべく，端壁状部２０外面に形成された第１の硬化層２３と，エンジン本体のガイド孔を摺動する摺動面を形成すべく，筒状部１９外周面に形成された第２の硬化層２５とを有する。第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ が５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１であり，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ が３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１である。
【選択図】 図２

Description

本発明はエンジン用チタン合金製バルブリフタおよびその製造方法に関する。

自動車等のエンジンにおいて，そのバルブリフタをチタン合金より構成すれば，その軽量化と高強度化を達成することができるのであるが，耐摩耗性については問題が残る。

そこで，バルブリフタとして，筒状部およびその筒状部の一端を閉鎖する端壁状部を持ち，且つチタン合金よりなるバルブリフタ本体と，動弁カムと摺動する摺動面を形成すべく，端壁状部外面に取付けられた，炭素鋼，ステンレス鋼等の硬質金属よりなるアジャスティングシムとを有し，またエンジン本体のガイド孔を摺動する摺動面を形成すべく，筒状部外周面を酸化膜により覆ったものが開発されている（特許文献１参照）。
特開平７−１３９３１４号公報

しかしながら，前記のように硬質金属，例えば鋼よりなるアジャスティングシムを用いると，バルブリフタの軽量化の目的が損なわれるだけでなく，そのバルブリフタの製造工数および製造コストの上昇を来たす，という問題を生じた。

本発明は，軽量で，且つ高強度であり，その上，優れた摺動特性を有する，つまり良好な耐摩耗性を持つと共に相手材である動弁カムおよびガイド孔の孔壁に対する攻撃性の低い前記バルブリフタおよびその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため第１発明によれば，筒状部およびその筒状部の一端を閉鎖する端壁状部を持ち，且つチタン合金よりなるバルブリフタ本体と，動弁カムと摺動する摺動面を形成すべく，前記端壁状部外面に形成された第１の硬化層と，エンジン本体のガイド孔を摺動する摺動面を形成すべく，前記筒部外周面に形成された第２の硬化層とを有し，前記第１の硬化層のビッカース硬さＨ₁ が５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１であり，前記第２の硬化層のビッカース硬さＨ₂ が３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１であるエンジン用チタン合金製バルブリフタが提供される。

また第２発明によれば，前記チタン合金は，０．３０ｗｔ％≦Ｆｅ≦１．５０ｗｔ％，０．２０ｗｔ％≦Ｏ≦０．７０ｗｔ％および不可避不純物を含む残部Ｔｉよりなる，エンジン用チタン合金製バルブリフタが提供される。

さらに第３発明によれば，エンジン本体のガイド孔内に挿入される筒部およびその筒部の一端を閉鎖して動弁カムと対向する端壁部を持つチタン合金製バルブリフタ本体用素材に，大気中にて１次酸化処理を施して，前記バルブリフタ本体用素材全面に１次酸化処理後の硬化層を形成された第１の中間体を得る工程と，前記筒部外周面に機械加工を施して第２中間体を得る工程と，前記第２中間体に，大気中にて２次酸化処理を施して，前記端壁部外面に第１の硬化層を形成し，前記筒部外周面に第２の硬化層を形成する工程とを用いて，前記第１の硬化層のビッカース硬さＨ₁ が５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１であり，前記第２の硬化層のビッカース硬さＨ₂ が３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１であるチタン合金製バルブリフタを得る，エンジン用チタン合金製バルブリフタの製造方法が提供される。

さらにまた第４発明によれば，１次酸化処理を施す際の加熱温度Ｔ₁ をＴ₁ ≧６５０℃に設定し，２次酸化処理を施す際の加熱温度Ｔ₂ を４００℃＜Ｔ₂ ＜６５０℃に設定する，エンジン用チタン合金製バルブリフタの製造方法が提供される。

また第５発明によれば，前記チタン合金は，０．３０ｗｔ％≦Ｆｅ≦１．５０ｗｔ％，０．２０ｗｔ％≦Ｏ≦０．７０ｗｔ％および不可避不純物を含む残部Ｔｉよりなる，エンジン用チタン合金製バルブリフタの製造方法が提供される。

バルブリフタにおいて，動弁カムとの摺動面に要求される摺動条件はガイド孔との摺動面に要求される摺動条件よりも厳しい。

第１発明においては，動弁カムに対応する第１の硬化層のビッカース硬さＨ₁ を，ガイド孔に対応する第２の硬化層のビッカース硬さＨ₂ よりも高く設定し，また両ビッカース硬さＨ₁ ，Ｈ₂ を前記のように特定したので，良好な耐摩耗性を持つと共に相手材である動弁カムおよびガイド孔の孔壁に対する攻撃性が低い，つまり優れた摺動特性を有する，軽量で，且つ高強度なエンジン用チタン合金製バルブリフタを提供することができる。

このチタン合金製バルブリフタの重量は量産スチール製バルブリフタの６０％に低減される。

ただし，第１の硬化層のビッカース硬さＨ₁ がＨ₁ ≦５００ＨＶ０．１ではその硬化層，つまり動弁カムとの摺動面が摩耗し易くなり，一方，Ｈ₁ ＞８００ＨＶ０．１では第１の硬化層が剥離し易くなる。また第２の硬化層のビッカース硬さＨ₂ がＨ₂ ＜３００ＨＶ０．１ではその硬化層，つまりガイド孔との摺動面が摩耗し易くなり，一方，Ｈ₂ ＞５００ＨＶ０．１ではガイド孔の孔壁が摩耗し易くなる。

第３発明において，前記のように特定された手段を採用すると，前記構成のバルブリフタを容易に製造することができる。また１次および２次酸化処理を大気中にて行うので，処理コストが安価であって，バルブリフタの製造コストを低減する上で有効である。

さらに筒部に機械加工を行った後，その筒部に２次酸化処理を施し，しかもその加熱温度を前記のように１次酸化処理のそれよりも低く設定したので，筒状部に生じるひずみを極力抑制しつつ第２の硬化層を形成して，寸法精度の高いバルブリフタを得ることができる。

このように第２発明によれば，軽量で，且つ高強度であり，その上，優れた摺動特性を有する，つまり良好な耐摩耗性を持つと共に相手材である動弁カムおよびガイド孔の孔壁に対する攻撃性の低いバルブリフタを量産することができる。このバルブリフタの製造コストは，レース用チタン合金製バルブリフタの製造コストの１０分の１以下，また量産スチール製バルブリフタのそれの２〜３倍以内に抑えられ，よって，このバルブリフタは低燃費車やスポーツモデルに十分適用可能である。

この第３発明の実施において，第４発明のような温度管理を行うことは極めて有効である。

第２，第５発明において，このチタン合金は，合金元素としてＡｌを含まないので，特に２次酸化処理において，その加熱温度Ｔ₂ を前記のように低く設定しても高い耐摩耗性と，優れた耐剥離性を有する第２の硬化層を形成することができ，また良好な温間鍛造性を有する。

チタン合金において，Ｆｅは粒界でβ相を形成し，α相結晶粒の粗大化を防ぐと共に，β相自体の変形が容易であることから鍛造性を改善するといった作用をなす。ただし，Ｆｅ含有量がＦｅ＜０．３０ｗｔ％では温間鍛造性が低下して鍛造割れが発生し易くなり，一方，Ｆｅ＞１．５０ｗｔ％では温間鍛造中における変形抵抗が急増するため，素材の変形量が制約を受け，また金型への負荷が大となってその寿命が短くなる。ＯはＴｉに固溶して合金の強度を上げるだけでなく，素材と酸化膜の酸素量の差が小さくなるため，硬化層の剥離を抑制することで，耐摩耗性を向上させるといった作用をなす。ただし，Ｏ含有量がＯ＜０．２０ｗｔ％では前記耐摩耗性が低下する。一方，Ｏ＞０．７０ｗｔ％では温間鍛造中における変形抵抗が急増するため，素材の変形量が制約を受け，また金型への負荷が大となってその寿命が短くなる。

図１は，エンジンとしてのＤＯＨＣ型エンジン１の排気側を示しており，そのエンジン本体２はシリンダブロック３と，そのシリンダブロック３に結合されたシリンダヘッド４とよりなる。シリンダブロック３にピストン５が摺動可能に嵌合され，ピストン５とシリンダヘッド４との間に燃焼室６が形成される。シリンダヘッド４には，燃焼室６の天井面に開口する排気弁口７と，その排気弁口７に通じる排気ポート８が設けられている。排気弁口７は排気弁９により開閉され，そのステム１０は，シリンダヘッド４に圧入されたガイド筒１１に摺動自在に嵌合される。

ガイド筒１１から突出したステム１０の端部に，二つ割りコッタ１２を介してスプリングリテーナ１３が固定されており，このスプリングリテーナ１３と，それと対向するようにシリンダヘッド４に支持されたばね受部材１４との間に，ステム１０を囲繞するコイル状弁ばね１５が圧縮状態で設けられている。これにより排気弁９が常時閉弁方向に付勢される。

バルブリフタ１６は，弁ばね１５の上部，スプリングリテーナ１３およびステム１０の上部をインナーシムａを介して覆うと共に動弁カム１７およびシリンダヘッド４のガイド孔１８とそれぞれ摺動関係にある。この場合，動弁カム１７はねずみ鋳鉄，合金鋳鉄，鋼（炭素鋼，Ｃｒ鋼，Ｃｒ−Ｍｏ鋼）等より構成され，またシリンダヘッド４，つまりガイド孔１８の孔壁はＡｌ合金より構成される。以上のように排気側についてのみ説明したが，上記構成は吸気側についても同様である。

図２に明示するように，バルブリフタ１６は，シリンダヘッド４のガイド孔１７内に挿入される筒状部（実施例では円筒形）１９およびその筒状部１９の一端を閉鎖する端壁状部２０を持ち，且つチタン合金よりなる。バルブリフタ１６が動弁カム１７と摺動する摺動面，つまりカム摺動面２２には，端壁状部２０外表面に形成された第１の酸化膜２３ａと，第１の酸化膜と素材間に形成される第１の拡散層２３ｂとにより構成される第１の硬化層が形成される。バルブリフタ１６がシリンダヘッド４のガイド孔１８と摺動する摺動面，つまり孔壁摺動面２４には，筒状部１９外周面に形成された第２の酸化膜２５ａと，第２の酸化膜と素材間に形成される第２の拡散層２５ｂとにより構成される第２の硬化層が形成される。実施例ではバルブリフタ１６の内面全体が第１の硬化層２３に形成されており，端壁状部２０内面に在る中央突起２６の端面が第１の硬化層２３を介してインナーシムａに当接する。

第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ と第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ との間にはＨ₁ ＞Ｈ₂ の関係を成立させてある。即ち，第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ は５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１であり，一方，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ は３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１に設定される。

バルブリフタ１６において，動弁カム１７と摺動するカム摺動面２２に要求される摺動条件はガイド孔１８と摺動する孔壁摺動面２４に要求される摺動条件よりも厳しい。そこで，動弁カム１７に対応する第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を，ガイド孔１８に対応する第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ よりも高く設定し，また両ビッカース硬さＨ₁ ，Ｈ₂ を前記のように特定したものであり，これにより良好な耐摩耗性を持つと共に相手材である動弁カム１７およびガイド孔１８の孔壁に対する攻撃性が低い，つまり優れた摺動特性を有する，軽量で，且つ高強度なチタン合金製バルブリフタ１６を提供することができる。

このようなバルブリフタ１６は，図３，図４に示す各工程を経て製造される。

（ａ）工程
図３（ａ）に示すように，チタン合金よりなる丸棒から円盤形ビレット２７を切出し，次いでそのビレット２７に潤滑処理を施す。

（ｂ）工程
ビレット２７を鍛造温度Ｔｆに加熱し，次いでそのビレット２７に温間鍛造を施して，図３（ｂ）に示すバルブリフタ本体用素材２８を得る。その素材２８は，シリンダヘッド４のガイド孔１８内に挿入される筒部２９およびその筒部２９の一端を閉鎖して動弁カム１７と対向する端壁部３０を持つ。この場合，鍛造温度Ｔｆは３００℃≦Ｔｆ≦６００℃に設定される。鍛造温度ＴｆがＴｆ＜３００℃では変形抵抗が高く，金型の負荷が大きい。一方，Ｔｆ＞６００℃では加熱中に表面に酸化膜が生じ，鍛造時にこの酸化膜に発生する亀裂を起点に割れが生じやすくなる。

（ｃ）工程
バルブリフタ本体用素材２８の筒部２９外周面，端壁部３０外面および筒部２９の環状端面に機械加工を施して，図３（ｃ）に示すように１次酸化処理にて生じる歪みを除去するのに十分な削り代を形成すべく，バルブリフタ完成寸法より外径を大きく設定した所定寸法に仕上げられたバルブリフタ本体用素材２８を製作し，次いでそのバルブリフタ本体用素材２８に洗浄処理を施す。

（ｄ）工程
バルブリフタ本体用素材２８を大気雰囲気下の加熱炉内に設置して，その素材２８に，大気中にて加熱温度Ｔ₁ をＴ₁ ≧６５０℃に設定した１次酸化処理を施し，図４（ｄ）に示すように，バルブリフタ素材２８全面に１次酸化処理後の硬化層３５を形成された第１中間体３１を得る。この場合，１次酸化処理後の硬化層３５は素材２８の全面に形成された酸化膜３５ａと，酸化膜３５ａと素材２８間に形成された拡散層３５ｂとにより構成される。

（ｅ）工程
第１中間体３１をセンタレス研削装置に設置し，次いでその装置を作動させ，図４（ｅ）に示すように，筒部２９外周面側に存する削り代分だけ研削して第２中間体３２を製作し，その後第２中間体３２に洗浄処理を施す。

（ｆ）工程
第２中間体３２を前記の大気雰囲気下の加熱炉内に設置して，その第２中間体３２に，大気中にて，加熱温度Ｔ₂ を４００℃＜Ｔ₂ ＜６５０℃に設定した２次酸化処理を施し，図４（ｆ）に示すように，カム摺動面２２およびバルブリフタ１６の内面全体に第１の硬化層２３を形成し，筒部２９外周面に第２の硬化層２５を形成する。第１の硬化層２３は，１次酸化処理および２次酸化処理により形成された第１の酸化膜２３ａと，第１の酸化膜と素材間に形成される第１の拡散層２３ｂとにより構成される。また，第２の硬化層２５は２次酸化処理により形成された第２の酸化膜２５ａと，第２の酸化膜と素材間に形成される第２の拡散層２５ｂとにより構成される。

前記チタン合金としては，０．３０ｗｔ％≦Ｆｅ≦１．５０ｗｔ％，０．２０ｗｔ％≦Ｏ≦０．７０ｗｔ％および不可避不純物を含む残部Ｔｉよりなるものが好適である。

以下，具体例について説明する。

〔Ａ〕バルブリフタ１６の製造
（ａ）〜（ｃ）工程：０．９６ｗｔ％Ｆｅ，０．２８ｗｔ％Ｏおよび不可避不純物を含む残部Ｔｉよりなるチタン合金より構成された外径Ｄａ ２６mm，高さＨｃ ２１mmのバルブリフタ素材２８を製作．
（ｄ）工程…１次酸化処理；加熱温度Ｔ₁ ≧６５０℃．
（ｅ）工程…センタレス研削条件：筒部２９外周面側に存する削り代分だけ研削．
（ｆ）工程…２次酸化処理：加熱温度Ｔ₂ ４００℃＜Ｔ₂ ＜６５０℃．
〔Ｂ〕ビッカース硬さおよびひずみの測定
バルブリフタ１６の各例について，第１および第２の硬化層２３，２５，つまりカム摺動面２２および孔壁摺動面２４のビッカース硬さ（ＨＶ０．１，試験荷重：０．９８０７Ｎ）Ｈ₁ ，Ｈ₂ をそれぞれ測定し，また第２の硬化層２５を有する筒状部１９のひずみ（第２の硬化層２５外周面の真円度）Δｒを測定した。

〔Ｃ〕モータリングテスト
バルブリフタ１６の各例を，図１のＤＯＨＣ型エンジン１と同様の構造を有する，１０００ｃｃ，４気筒エンジンに組込んで，低粘度の劣化エンジンオイルを用いて摩耗評価モードでモータリングテストを行い，バルブリフタ１６のカム摺動面２２および孔壁摺動面２４における摩耗の有無ならびに相手部材である動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁における摩耗の有無を調べた。この場合，動弁カム１７はカム山部を鋳造時に冷し金により硬化させた鋳鉄（ＪＩＳ ＦＣ３００）より構成され，またシリンダヘッド４，つまりガイド孔１８の孔壁はＡｌ合金（ＪＩＳ ＡＣ２Ｂ相当）より構成された。

〔Ｄ−１〕バルブリフタの例（１）〜（６）について
表１は，１次酸化処理条件とセンタレス研削前の筒部２９のひずみΔｒを示す。

この〔Ｄ−１〕においては，１次酸化処理の加熱温度Ｔ₁ を例（１）〜（６）について変化させる一方，加熱時間ｔ₁ を例（１）〜（６）について一定とした。

表２は，２次酸化処理条件と２次酸化処理後の筒状部１９のひずみΔｒを示す。

この〔Ｄ−１〕においては，例（１）〜（６）について２次酸化処理の加熱温度Ｔ₂ および加熱時間ｔ₂ をそれぞれ一定とした。この２次酸化処理後の筒状部１９のひずみΔｒはΔｒ≦１０μｍであれば実用上問題は無い。

表３は，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４のビッカース硬さＨ₁ ，Ｈ₂ と，モータリングテストにおけるカム摺動面２２および孔壁摺動面２４ならびに相手部材である動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁の摩耗の有無を示す。

表３から明らかなように，１次酸化処理において，加熱時間ｔ₁ を一定にすると共に加熱温度Ｔ₁ を漸次上昇させると，第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を漸次高くすることができる。また例（１）〜（５）のごとく，第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１に，一方，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１にそれぞれ設定すると，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４の耐摩耗性を向上させると共に動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁に対する攻撃性を低減することができる。

例（６）においては第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ がＨ₁ ＞８００ＨＶ０．１であることから，その硬化層２３がモータリングテスト中に剥離した。この場合，動弁カム１７の摩耗量は測定しなかった。

〔Ｄ−２〕バルブリフタの例（７）〜（１４）について
表４は，１次および２次酸化処理条件と２次酸化処理後の筒状部１９のひずみΔｒを示す。

この〔Ｄ−２〕においては，１次酸化処理の加熱温度Ｔ₁ を例（７）〜（１４）について変化させる一方，加熱時間ｔ₁ を例（７）〜（１４）について一定とし，且つ〔Ｄ−１〕の場合よりも長くした。２次酸化処理の加熱温度Ｔ₂ および加熱時間ｔ₂ はそれぞれ一定とした。ただし，加熱温度Ｔ₂ は〔Ｄ−１〕の場合よりも高い。

表５は，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４のビッカース硬さＨ₁ ，Ｈ₂ と，モータリングテストにおけるカム摺動面２２および孔壁摺動面２４ならびに相手部材である動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁の摩耗の有無を示す。

表５から明らかなように，１次加熱処理の加熱時間ｔ₁ を〔Ｄ−１〕の場合よりも長くすると，同一加熱温度Ｔ₁ において第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を高くすることができる。また２次加熱処理の加熱温度Ｔ₂ を〔Ｄ−１〕の場合よりも高くすると，同一加熱時間ｔ₂ において第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を高くすることができる。さらに，例（８）〜（１３）のごとく，第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１に，一方，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１にそれぞれ設定すると，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４の耐摩耗性を向上させると共に動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁に対する攻撃性を低減することができる。

例（７）においては第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ がＨ₁ ≦５００ＨＶ０．１であることから，その硬化層２３がモータリングテスト中に摩耗した。この場合，動弁カム１７の摩耗量は測定しなかった。また例（１４）においては第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ がＨ₁ ＞８００ＨＶ０．１であることから，その硬化層２３がモータリングテスト中に剥離した。この場合，動弁カム１７の摩耗量は測定しなかった。

〔Ｄ−３〕バルブリフタの例（１５）〜（２０）について
表６は，１次および２次酸化処理条件と２次酸化処理後の筒状部１９のひずみΔｒを示す。〔Ｄ−３〕には例（５）に関するデータも掲載されている。

この〔Ｄ−３〕においては，例（１５）〜（２０）について１次酸化処理の加熱温度Ｔ₁ および加熱時間ｔ₁ をそれぞれ一定とした。それら温度Ｔ₁ および時間ｔ₁ は例（５）の場合と同じである。２次酸化処理の加熱温度Ｔ₂ は例（１５）〜（２０）について変化させる一方，加熱時間ｔ₂ は例（１５）〜（２０）について一定とした。その時間ｔ₂ は例（５）の場合と同じである。

表７は，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４のビッカース硬さＨ₁ ，Ｈ₂ と，モータリングテストにおけるカム摺動面２２および孔壁摺動面２４ならびに相手部材である動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁の摩耗の有無を示す。

表７から明らかなように，２次酸化処理において，加熱時間ｔ₂ を一定にすると共に加熱温度Ｔ₂ を漸次上昇させると，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を漸次高くすることができる。また例（５），（１６），（１７）のごとく，第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１に，一方，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１にそれぞれ設定すると，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４の耐摩耗性を向上させると共に動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁に対する攻撃性を低減することができる。

例（１５）においては第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ がＨ₂ ＜３００ＨＶ０．１であることから，その硬化層２５がモータリングテスト中に摩耗した。この場合，ガイド孔１８孔壁の摩耗量は測定しなかった。また例（１８），（１９），（２０）においては第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ がＨ₂ ＞５００ＨＶ０．１であると共に筒状部１９のひずみΔｒがΔｒ＞１０μであることから，孔壁摺動面２４は摩耗しなかったが，ガイド孔１８孔壁が摩耗した。

〔Ｄ−４〕バルブリフタの例（２１）〜（２４）について
表８は，１次および２次酸化処理条件と２次酸化処理後の筒状部１９のひずみΔｒを示す。この〔Ｄ−４〕には例（１６）に関するデータも掲載されている。

この〔Ｄ−４〕においては，例（２１）〜（２４）について１次酸化処理の加熱温度Ｔ₁ および加熱時間ｔ₁ をそれぞれ一定とした。それら温度Ｔ₁ および時間ｔ₁ は例（１６）の場合と同じである。２次酸化処理の加熱温度Ｔ₂ を例（２２）〜（２４）について一定にする一方，加熱時間ｔ₂ を例（２２）〜（２４）について変化させた。その温度Ｔ₂ は例（１６）の場合と同じである。例（２１）の場合は，加熱温度Ｔ₂ が例（２２）等に比べて低く，加熱時間ｔ₂ は長く，例（２３）と同じである。

表９は，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４のビッカース硬さと，モータリングテストにおけるカム摺動面２２および孔壁摺動面２４ならびに相手部材である動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁の摩耗の有無を示す。

表９から明らかなように，例（１６），（２２）〜（２４）のごとく，第２酸化処理における加熱温度Ｔ₂ を一定にすると共に加熱時間ｔ₂ を漸次長くすると，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を漸次高くすることができる。例（２１）の場合は，加熱温度Ｔ₂ が低いので，加熱時間ｔ₂ を長くしても第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ は高くならない。また例（１６），（２２）〜（２４）のごとく，第１の硬化層２３のビッカース硬さＨ₁ を５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１に，一方，第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ を３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１にそれぞれ設定すると，カム摺動面２２および孔壁摺動面２４の耐摩耗性を向上させると共に動弁カム１７およびガイド孔１８孔壁に対する攻撃性を低減することができる。

例（２１）においては第２の硬化層２５のビッカース硬さＨ₂ がＨ₂ ＜３００ＨＶ０．１であることから，その硬化層２５がモータリングテスト中に摩耗した。この場合，ガイド孔１８孔壁の摩耗量は測定しなかった。

次に，ビレット２７の材質，つまりチタン合金の組成と，温間鍛造性およびカム摺動面の耐摩耗性との関係等を調べるため，各種材質のビレット２７を用いて前記同様の方法で各種バルブリフタ１６を製造した。ただし，１次酸化処理の加熱温度Ｔ₁ は７５０℃に，また加熱時間ｔ₁ は３時間にそれぞれ設定され，一方，２次酸化処理の加熱温度Ｔ₂ は６００℃に，また加熱時間ｔ₂ は１８時間にそれぞれ設定された。

表１０はビレット２７の材質と，温間鍛造性およびカム摺動面の耐摩耗性との関係を示す。

表１０から明らかなように，ビレット２７の例（３）〜（１０）のごとく，Ｆｅ含有量を０．３０ｗｔ％≦Ｆｅ≦１．５０ｗｔ％に，またＯ含有量を０．２０ｗｔ％≦０≦０．７０ｗｔ％に設定すると，良好な温間鍛造性および耐摩耗性が得られる。ビレットの例（１２）はＯ含有量が０＜０．２０ｗｔ％であることから耐摩耗性が低下する。

ＤＯＨＣ型エンジンの要部断面図である。 バルブリフタの断面図である。 バルブリフタの製造工程前半の説明図である。 バルブリフタの製造工程後半の説明図である。

符号の説明

２……………エンジン本体
１６…………バルブリフタ
１７…………動弁カム
１８…………ガイド孔
１９…………筒状部
２０…………端壁状部
２２…………カム摺動面
２３…………第１の硬化層
２４…………孔壁摺動面
２５…………第２の硬化層
２８…………バルブリフタ素材
２９…………筒部
３０…………端壁部
３１…………第１中間体
３２…………第２中間体

Claims (5)

1. 筒状部（１９）およびその筒状部（１９）の一端を閉鎖する端壁状部（２０）を持ち，且つチタン合金よりなるバルブリフタ本体（２１）と，動弁カム（１７）と摺動する摺動面を形成すべく，前記端壁状部（２０）外面に形成された第１の硬化層（２３）と，エンジン本体（２）のガイド孔（１８）を摺動する摺動面を形成すべく，前記筒状部（１９）外周面に形成された第２の硬化層（２５）とを有し，前記第１の硬化層（２３）のビッカース硬さＨ₁ が５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１であり，前記第２の硬化層（２５）のビッカース硬さＨ₂ が３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１であることを特徴とするエンジン用チタン合金製バルブリフタ。
2. 前記チタン合金は，０．３０ｗｔ％≦Ｆｅ≦１．５０ｗｔ％，０．２０ｗｔ％≦Ｏ≦０．７０ｗｔ％および不可避不純物を含む残部Ｔｉよりなる，請求項１記載のエンジン用チタン合金製バルブリフタ。
3. エンジン本体（２）のガイド孔（１８）内に挿入される筒部（２９）およびその筒部（２９）の一端を閉鎖して動弁カム（１７）と対向する端壁部（３０）を持つチタン合金製バルブリフタ本体用素材（２８）に，大気中にて１次酸化処理を施して，前記バルブリフタ本体用素材（２８）全面に１次酸化処理後の硬化層（３５）を形成された第１の中間体（３１）を得る工程と，前記筒部（２９）外周面に機械加工を施して第２中間体（３２）を得る工程と，前記第２中間体（３２）に，大気中にて２次酸化処理を施して，前記端壁部（３０）外面に第１の硬化層（２３）を形成し，前記筒部（２９）外周面に第２の硬化層（２５）を形成する工程とを用いて，前記第１の硬化層（２３）のビッカース硬さＨ₁ が５００ＨＶ０．１＜Ｈ₁ ≦８００ＨＶ０．１であり，前記第２の硬化層（２５）のビッカース硬さＨ₂ が３００ＨＶ０．１≦Ｈ₂ ≦５００ＨＶ０．１であるチタン合金製バルブリフタを得ることを特徴とする，エンジン用チタン合金製バルブリフタの製造方法。
4. １次酸化処理を施す際の加熱温度Ｔ₁ をＴ₁ ≧６５０℃に設定し，２次酸化処理を施す際の加熱温度Ｔ₂ を４００℃＜Ｔ₂ ＜６５０℃に設定する，請求項３記載のエンジン用チタン合金製バルブリフタの製造方法。
5. 前記チタン合金は，０．３０ｗｔ％≦Ｆｅ≦１．５０ｗｔ％，０．２０ｗｔ％≦Ｏ≦０．７０ｗｔ％および不可避不純物を含む残部Ｔｉよりなる，請求項３または４記載のエンジン用チタン合金製バルブリフタの製造方法。

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