JP2732512B2 - Aluminum alloy valve lifter - Google Patents

Aluminum alloy valve lifter

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JP2732512B2
JP2732512B2 JP1284908A JP28490889A JP2732512B2 JP 2732512 B2 JP2732512 B2 JP 2732512B2 JP 1284908 A JP1284908 A JP 1284908A JP 28490889 A JP28490889 A JP 28490889A JP 2732512 B2 JP2732512 B2 JP 2732512B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の動弁機構に用いられるバルブリ
フタに関するものであり、より詳しく述べるならばカム
シャフトの回転によるカムリフト量を直接に吸気バルブ
や排気バルブへ伝える直接駆動式弁機構のバルブリフタ
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve lifter used for a valve mechanism of an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an intake valve that directly determines a cam lift amount due to rotation of a cam shaft. The present invention relates to a valve lifter of a direct drive type valve mechanism for transmitting to a valve or an exhaust valve.

〔従来の技術〕 第3図は、内燃機関で多く使用されている外シム方式
の直接駆動式動弁機構の縦断面図であり、図中、1はバ
ルブリフタ、2はシリンダヘッド、3はバルブスプリン
グ、4は吸排気バルブのステム、5はアジャスティング
シム、6はカムである。
[Prior Art] FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of an outer shim type direct drive type valve operating mechanism often used in an internal combustion engine. In FIG. 3, 1 is a valve lifter, 2 is a cylinder head, and 3 is a valve. 4 is a stem of an intake / exhaust valve, 5 is an adjusting shim, and 6 is a cam.

上記バルブリフタは、従来、耐摩耗性や疲労強度に優
れているクロム鋼やクロムモリブデン鋼に浸炭焼入れを
施したものが多く用いられていた。しかし鋼は比重が7.
8g/cm3と大きいことから、慣性重量が大きくカムリフト
量を、内燃機関の高速運転条件下で正確にバルブに伝達
するにはスプリング荷重を大きくしなければならない。
スプリング荷重の増加は摩擦損失を増加させ燃料消費量
を多くする欠点がある。そこで燃料消費を改善するため
に、バルブリフタを軽量化することによってバルブスプ
リング荷重を低減しようとする目的からバルブリフタを
軽量な材料で製造することが種々提案されている。特に
バルブリフタ本体をアルミニウム合金とする提案が多く
なされている。(特開昭58−101204、特開昭62−10721
3、特開昭62−63105、実開昭62−183005、特開平1−10
6909号など参照)。
Conventionally, as the valve lifter, those obtained by carburizing and quenching chromium steel or chromium molybdenum steel having excellent wear resistance and fatigue strength have been used in many cases. However, steel has a specific gravity of 7.
Since it is as large as 8 g / cm 3 , the inertia weight is large and the spring load must be increased in order to accurately transmit the cam lift amount to the valve under high-speed operation conditions of the internal combustion engine.
Increasing the spring load has the disadvantage of increasing friction loss and increasing fuel consumption. To improve fuel consumption, various proposals have been made to manufacture a valve lifter from a lightweight material for the purpose of reducing the valve spring load by reducing the weight of the valve lifter. In particular, many proposals have been made to make the valve lifter body an aluminum alloy. (JP-A-58-101204, JP-A-62-10721)
3, JP-A-62-63105, JP-A-62-183005, JP-A-1-10
No. 6909).

特に従来提案されているアルミニウム合金製バルブリ
フタの実施例にあるバルク(本体)材質は、特開昭62−
107213号ではJIS 2024BE合金であり、特開昭62−63105
号ではJIS ADC12合金と高ケイ素アルミニウム合金(17
%Si−4.5%Cu−0.55%Mg−0.13%Fe−0.1%Mn−0.1%N
i−0.1%Zn−0.1%Sn−残部A1)である。また実開昭62
−183005号では、JIS A2017合金である。
Particularly, the bulk (body) material in the embodiment of the valve lifter made of aluminum alloy conventionally proposed is disclosed in
No. 107213 is a JIS 2024BE alloy, and JP-A-62-63105
JIS ADC12 alloy and high silicon aluminum alloy (17
% Si-4.5% Cu-0.55% Mg-0.13% Fe-0.1% Mn-0.1% N
i-0.1% Zn-0.1% Sn-balance A1). In addition, Shokai 62
-183005 is a JIS A2017 alloy.

また、バルブリフタの構造を表面処理、溶接、鋳造等
の技術で工夫することも検討されており、特開昭62−63
105号では、カムと接触する側の円板を浸炭焼入れしたS
CM415で構成し、その反対側円板部と胴部をアルミニウ
ム合金の鋳包みにより作成し、円筒部の外周面にFe−P
めっきを施すことが示され、特開昭62−107213号では、
TIGなどによる合金化層をバルブの当たり面に設けるこ
とが示され、さらに特開平1−106909号では、アルミニ
ウム合金製バルブリフタにFe−PめっきあるいはFe−P
めっきの上に鉄系合金電気めっきを施すことが示されて
いる。
Also, it has been considered to devise the structure of the valve lifter by using techniques such as surface treatment, welding, and casting.
In No. 105, the disc in contact with the cam was carburized and quenched.
Constructed of CM415, the opposite disk part and body part are made by casting aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the cylindrical part is Fe-P
It is shown that plating is to be performed, and in JP-A-62-107213,
It has been shown that an alloying layer of TIG or the like is provided on the contact surface of the valve. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-106909 discloses that an aluminum alloy valve lifter is provided with Fe-P plating or
It is shown that iron-based alloy electroplating is performed on the plating.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

アルミニウム合金製バルブリフタを実用するにあたっ
ては次のような問題点を解決する必要がある。
In practical use of an aluminum alloy valve lifter, the following problems must be solved.

アルミニウム合金の強度や靭性不足からくる破壊 通常の外シム方式のバルブリフタは、カムがバルブリ
フタを動作させる時にバルブリフタにはバルブスプリン
グの力とカムからの力とが作用するために、第4図の1a
部に示した部分に応力が集中し且つ繰返して負荷され
る。また動弁系の異常運動時には、衝撃的に大きな応力
が1aの部分に負荷される。このためバルブリフタはこの
部分1aから破壊を生じやすい。
Destruction due to insufficient strength and toughness of aluminum alloy A normal outer shim type valve lifter uses the valve spring force and the cam force to act on the valve lifter when the cam operates the valve lifter.
The stress is concentrated on the portion indicated by the section and is repeatedly applied. In addition, during abnormal movement of the valve train, a large stress is impulsively applied to the portion 1a. For this reason, the valve lifter is easily broken from this portion 1a.

従来検討されているアルミニウム合金は、スチールに
比べて疲労強度が低く、そのため前述のような破壊を防
ぐには肉厚を大きくする必要があった。なお、社団法人
自動車技術会、学術講演会前刷集892 1989−10、97−10
0頁(以下、自動車技術会講演集という)の「強度検
討」においてアルミニウム合金製リフタの肉厚をスチー
ルに比べて厚くすることの必要性に言及している。肉厚
増加のため軽量化の度合いは低いものとなるだけでな
く、カムシャフトの取り付け位置をバルブリフタの肉厚
増加分だけ燃焼室と反対方向にずらすこととなり、機関
の全高が高くなりその分機関の重量が増加する等の問題
が発生する。
Conventionally studied aluminum alloys have a lower fatigue strength than steel, and therefore have to be made thicker to prevent the above-mentioned destruction. The Society of Automotive Engineers of Japan, Academic Lecture Preprint 892 1989-10, 97-10
In "Strength Study" on page 0 (hereinafter referred to as "Automotive Technology Society"), the necessity of increasing the thickness of the aluminum alloy lifter compared with steel is mentioned. Not only is the degree of weight reduction low due to the increase in wall thickness, but also the mounting position of the camshaft is shifted in the direction opposite to the combustion chamber by the thickness increase of the valve lifter, and the overall height of the engine is increased, and the engine This causes problems such as an increase in the weight of the device.

また内燃機関では燃料消費量を低減させるため希薄燃
焼化の方向にあり、燃焼温度は上昇する方向にある。そ
のようなエンジンでは、バルブリフタの温度は最高150
℃程度にまで上昇する場合がある。このような温度にて
長時間使用されると前記のようなアルミニウム合金で
は、過時効現象が起きて強度や硬度の低下をきたす。強
度低下の対策のためにはバルブリフタの肉厚を更に厚く
設計しなければならない。また硬度の低下は、シムとの
摺動面の摩耗を引起こしてしまう。
Further, in the internal combustion engine, lean combustion is performed in order to reduce fuel consumption, and the combustion temperature is rising. In such engines, the valve lifter temperature can be up to 150
It may rise to about ° C. If the aluminum alloy is used for a long time at such a temperature, an overaging phenomenon occurs in the above-mentioned aluminum alloy, resulting in a decrease in strength and hardness. In order to reduce the strength, the valve lifter must be designed to have a greater thickness. Further, the decrease in hardness causes wear of the sliding surface with the shim.

前掲特開昭62−63105号は、アルミニウム製バルブリ
フタの強度面の問題の対策として、第5図に示すような
形状のバルブリフタが提案されている。図中7は耐摩耗
性に優れた鉄系材料であり、8はアルミニウム合金、9
はアルミニウム合金上の耐摩耗性と耐焼付性のために設
けた表面処理層である。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-63105, a valve lifter having a shape as shown in FIG. 5 has been proposed as a countermeasure against the problem of strength of an aluminum valve lifter. In the figure, 7 is an iron-based material having excellent wear resistance, 8 is an aluminum alloy, 9 is
Is a surface treatment layer provided for abrasion resistance and seizure resistance on the aluminum alloy.

しかし、このような形状では、アルミニウム合金製リ
フタ本体部に負荷される応力は、鉄系材料7を設けたこ
とにより軽減されるされるものの、エンジンにバルブリ
フタを組みつける時に、バルブクリアランスの調整を行
なうにはバルブリフタごと変更する必要があり、従来の
アジャスティングシムを用いた外シム式のものに比べバ
ルブクリアランスの調整に時間がかかることとなる。
However, in such a shape, although the stress applied to the aluminum alloy lifter main body portion is reduced by providing the iron-based material 7, when the valve lifter is assembled to the engine, the valve clearance needs to be adjusted. In order to perform this, it is necessary to change every valve lifter, and it takes more time to adjust the valve clearance as compared with a conventional outer shim type using an adjusting shim.

アジャスティングシムとの摺動する部分の摩耗 第4図に1bで示す部分のリフタはアジャスティングシ
ムの底面と摺動し、1cで示す部分のリフタはアジャステ
ィングシムの外周部と摺動する。アジャスティングシム
は通常浸炭焼入れされた鋼からなっているため、長期間
の使用において、叩かれと摺動によってこれらの部分1
b,1cで摩耗が進行する。1bの摩耗はバルブクリアランス
を増加させるため、エンジン騒音に繋がりまたバルブリ
フトのタイミングが変化してしまう。1c部の摩耗は極端
な場合にはシムがバルブリフタ上部から外れエンジンを
破壊する原因になる。このため、アジャスティングシム
によって摩耗させられることなく、またアジャスティン
グシムを摩耗させないアルミニウム合金が必要である。
前掲自動車技術会講演集は、これらの摩耗につき検討を
加えアルミニウム合金への鉄系溶射が最適であるとして
いる。
Wear of the sliding part of the adjusting shim The lifter of the part shown by 1b in FIG. 4 slides on the bottom surface of the adjusting shim, and the lifter of the part shown by 1c slides on the outer peripheral part of the adjusting shim. Adjusting shims are usually made of carburized and quenched steel, so that these parts can
Wear progresses at b and 1c. Since the wear of 1b increases the valve clearance, it leads to engine noise and changes the valve lift timing. In extreme cases, wear of the 1c part may cause the shim to come off the top of the valve lifter and damage the engine. Therefore, there is a need for an aluminum alloy that is not worn by the adjusting shim and does not wear the adjusting shim.
The above-mentioned collection of lectures by the Society of Automotive Engineers of Japan considers these wears and considers that iron-based thermal spraying on aluminum alloys is optimal.

前述のようなリフター用公知合金は、150℃程度の温
度でも長時間さらされると過時効の現象により硬度が低
下する。このため摩耗がいっそう促進される。このよう
な摩耗は溶射によりある程度は妨げられるが、過時効が
起こると溶射の下地が軟化するために摩耗が起こり易く
なり、下地の軟化防止が根本的な解決であると考えられ
る。
The above-mentioned known alloys for lifters have a reduced hardness due to overaging when exposed for a long time even at a temperature of about 150 ° C. This further promotes wear. Such abrasion is hindered to some extent by thermal spraying. However, if overageing occurs, the thermal spraying base softens and wear tends to occur, and it is considered that prevention of softening of the base is a fundamental solution.

シリンダヘッドとの摺動によるトラブル バルブリフタはシリンダヘッドに設けられた穴部内を
往復運動するために、第4図の1dに示すリフタ外周面で
は、摩耗と焼付のトラブルが発生しやすい。シリンダヘ
ッドは、軽量化の目的から鋳鉄からアルミニウム合金に
ほとんど切換わっている。アルミニウム合金製のシリン
ダヘッドとアルミニウム合金製バルブリフタとの組合せ
では、焼付が発生しやすい。特開昭62−63105では、バ
ルブリフタの外周部に硬質クロムめっき、Ni−Pめっ
き、Fe−Pめっき、Ni−SiCめっきを施すか、陽極酸化
処理や潤滑剤入り陽極酸化処理を施す提案がなされてい
る。また、Fe−P系のめっきの下地として、陽極酸化し
その上にFe−Pのめっきをする提案(実開昭62−18300
5)や、同様に薄いNi−Pめっきの上に厚いFe−Pめっ
きをする提案(実開昭62−18303)がある。これらの提
案の背景からも分かるようにアルミニウム合金のシリン
ダーとの摺動面への表面処理は摩耗対策として不可欠と
考えられる。そこで、各種表面処理の特徴と欠点につき
考察することにする。
Troubles due to sliding with the cylinder head Since the valve lifter reciprocates in a hole provided in the cylinder head, abrasion and seizure troubles are likely to occur on the outer peripheral surface of the lifter shown in 1d of FIG. Almost all cylinder heads have been switched from cast iron to aluminum alloys for the purpose of weight reduction. Seizure is likely to occur in the combination of an aluminum alloy cylinder head and an aluminum alloy valve lifter. JP-A-62-63105 proposes to apply hard chrome plating, Ni-P plating, Fe-P plating, Ni-SiC plating to the outer periphery of a valve lifter, or to perform anodizing treatment or anodizing treatment with a lubricant. ing. Also, as an underlayer for Fe-P-based plating, it is proposed that anodization be performed and then Fe-P plating be performed thereon (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 62-18300).
5) Also, there is a proposal to similarly apply a thick Fe-P plating on a thin Ni-P plating (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 18303/1987). As can be seen from the background of these proposals, surface treatment of the sliding surface of the aluminum alloy with the cylinder is considered to be indispensable as a measure against wear. Therefore, features and disadvantages of various surface treatments will be considered.

陽極酸化処理による皮膜は摩擦係数が高く、焼付を
発生しやすいので、バルブリフタへの適用には問題があ
る。二硫化モリブデンやふっ素樹脂のような潤滑剤を陽
極酸化皮膜の中に存在させても、摩擦係数低下に関し若
干の効果は認められるものの、やはり摩擦係数が高く焼
付やすい性質には大きな変化はない。
Since the film formed by the anodizing treatment has a high coefficient of friction and is liable to cause seizure, there is a problem in application to a valve lifter. Even if a lubricant such as molybdenum disulfide or fluororesin is present in the anodic oxide film, a slight effect on the reduction of the friction coefficient is recognized, but there is no significant change in the property of high friction coefficient and easy seizure.

アルミニウム合金への硬質クロムめっきは、比較的
良好な密着性を示すが、潤滑油の濡れ性が悪く、そのた
め耐焼付性が不十分である。また脆い性質があるため、
応力の高い円筒部で剥離しやすい。
Hard chromium plating on aluminum alloys shows relatively good adhesion, but poor lubricity of the lubricating oil, and therefore poor seizure resistance. Also, because of its brittle nature,
It is easy to peel off at the cylindrical part with high stress

アルミニウム合金へのFe−Pめっき膜は密着性が悪
いという問題がある。めっき浴の管理に関し、Feは2価
と3価のイオンとなる性質があるため、めっき浴中での
pH管理が非常に困難で不良率が高いという問題がある。
また通常はこのようなめっきは、めっき後300〜400℃の
温度で保持することで燐とFeの化合物を形成することで
硬度が上昇し耐摩耗性や耐焼付性を発揮する。しかしア
ルミニウム合金本体はこの温度では過時効となり硬度や
強度が著しく低下する。このためめっき後の温度は100
〜150℃で短時間の保持をするしかない。そのような温
度では、めっき層の硬度が低いため摩耗しやすく、また
耐焼付性も不十分である。摩耗対策として厚いめっき膜
とすることは、めっきの応力によってめっき膜が剥がれ
やすくなる。
There is a problem that the adhesion of the Fe—P plating film to the aluminum alloy is poor. Regarding the control of the plating bath, Fe has the property of becoming divalent and trivalent ions,
There is a problem that pH management is very difficult and the defective rate is high.
In general, such plating is maintained at a temperature of 300 to 400 ° C. after plating to form a compound of phosphorus and Fe, thereby increasing hardness and exhibiting wear resistance and seizure resistance. However, the aluminum alloy body is overaged at this temperature, and the hardness and strength are significantly reduced. Therefore, the temperature after plating is 100
There is no choice but to hold at ~ 150 ° C for a short time. At such a temperature, the hardness of the plating layer is low, so that the plating layer is liable to wear and the seizure resistance is insufficient. When a thick plating film is used as a measure against abrasion, the plating film is easily peeled off due to plating stress.

このようなめっき上の問題の対策案として、耐摩耗性
のためにFe−P+陽極酸化のように皮膜を2層を設ける
ことは高価となり、また前述の硬度不足による摩耗や焼
付の対策とはならず、また厚いめっき膜につきまとう剥
離の完全な対策とはならない。また、最外面に施した鉄
系のめっきは錆びやすく、部分的に発生した錆が切り欠
き作用を起こし、応力集中が原因となって使用時に、Fe
−Pめっきが剥離しシリンダヘッドと焼付を発生するこ
とがある。
As a countermeasure against such plating problems, it is expensive to provide two layers of coating such as Fe-P + anodizing for abrasion resistance. In addition, it is not a complete measure against peeling that accompanies a thick plating film. In addition, the iron-based plating applied to the outermost surface is easily rusted, and the rust generated partially causes the notch action, and due to stress concentration,
-P plating may peel off and cause seizure with the cylinder head.

アルミニウム合金へのNi−Pめっき膜は、Fe−Pめ
っきの場合と同様に、密着性が悪く、100〜150℃の短時
間保持しか出来ないという問題がある。一方、Niめっき
は錆びにくく、めっき浴管理も容易である。従来のNi主
体のめっきでは、8〜12%のPを含むものが良く知られ
ているが、従来公知のアルミニウム合金に単にNi−P系
めっきをしたバルブリフタはシリンダヘッド材との摺動
では容易に焼付を発生する。
As in the case of Fe-P plating, the Ni-P plating film on an aluminum alloy has a problem that it has poor adhesion and can only be kept at 100 to 150 ° C. for a short time. On the other hand, Ni plating does not easily rust, and the plating bath is easily managed. It is well known that conventional Ni-based plating contains 8 to 12% of P. However, a valve lifter obtained by simply plating a known aluminum alloy with Ni-P plating is easy to slide with a cylinder head material. Seizure occurs.

溶射法によってバルブリフタの外周部にモリブデン
や鉄又は鉄系合金の皮膜を形成する方法は高価なものと
なる他に密着性が低くまた寸法精度も悪くなるので、溶
射後センタレス研磨で仕上加工を必要とする。また溶射
皮膜には微小な孔が存在するため、硬質の異物が内燃機
関の吸気に伴って、バルブリフタとシリンダヘッドの摺
動面に飛込んできた場合には、溶射皮膜の微小な孔に硬
質の異物は象眼されたような状態で取込まれ、摺動相手
のシリンダヘッド穴の表面を著しく摩耗させやがて焼付
に至る現象を引起こす。
The method of forming a film of molybdenum, iron, or an iron-based alloy on the outer periphery of a valve lifter by thermal spraying is not only expensive, but also has low adhesion and poor dimensional accuracy. And Also, since fine holes are present in the thermal spray coating, if hard foreign matter enters the sliding surface between the valve lifter and the cylinder head with the intake of the internal combustion engine, the hard holes will The foreign matter is taken in as if inlaid, causing the surface of the cylinder head hole of the sliding partner to wear significantly, causing a phenomenon that eventually causes seizure.

バルブステムとの摩耗 第4図において示すバルブリフタの1e部は、バルブス
テムとの接触面であり、この部分は硬度の高いバルブス
テムの端部と接触するためアルミニウム合金では摩耗や
変形をきたすためその対策が必要である。荷重が比較的
高くしかもアルミニウム合金で軟質の場合には、薄い皮
膜ではその対策とはならない。このような場合には、軟
質材に部分的に耐摩耗性に優れた部材を溶接、圧入、か
しめ、鋳ぐるみ等の手段で接合し一体化することが常套
手段である。従って、バルブリフタの場合も同様の手段
が必要であるが、バルブリフタへの応力集中を避けて且
つ経済的な手段で一体化したものとする必要がある。な
お、前掲自動車技術会講演集でもスチール製パッドをバ
ルブステムとの接触部にかしめ装着している。
Wear with Valve Stem The part 1e of the valve lifter shown in FIG. 4 is the contact surface with the valve stem, and this part comes into contact with the end of the valve stem having high hardness. Measures are needed. In the case where the load is relatively high and the aluminum alloy is soft, a thin film cannot be a countermeasure. In such a case, it is common practice to join a member which is partially excellent in wear resistance to the soft material by welding, press-fitting, caulking, casting, or the like and integrate them. Therefore, the same means is required for the valve lifter, but it is necessary to avoid stress concentration on the valve lifter and to integrate the valve lifter by economical means. In addition, in the above-mentioned lecture book of the Automotive Engineering Society, a steel pad is caulked and attached to the contact portion with the valve stem.

以上の4点に関し本発明の目的は次のような事項を達
成することである。
With respect to the above four points, an object of the present invention is to achieve the following items.

アルミニウム合金の強度や靭性を改良すること:外シ
ム式の形状で使用できるような高温の熱履歴を受けても
高い強度を維持し、しかも動弁系の異常運動時にかかる
衝撃的な応力に耐えるために靭性も優れたアルミニウム
合金を提供すること。
Improve the strength and toughness of aluminum alloy: Maintain high strength even under high temperature heat history that can be used in outer shim type shape, and withstand shocking stress applied during abnormal movement of valve train To provide an aluminum alloy with excellent toughness.

アジャスティングシムとの摺動する部分の摩耗:高温
において鋼により叩かれ摩耗する状況下に置かれた時
に、優れた耐摩耗性を有するアルミニウム合金を提供す
ること。
Abrasion of sliding parts with adjusting shims: To provide an aluminum alloy with excellent wear resistance when subjected to high temperature hitting and abrasion by steel.

シリンダヘッドとの摺動によるトラブル:従来提案さ
れているめっき皮膜や陽極酸化、また溶射皮膜に代わる
安価で摺動特性に優れた表面処理を選択すること。すな
わち皮膜形成後の温度上昇は100〜150℃の温度履歴だけ
ですみ、かつ膜の寸法精度が高く、膜表面が平滑となる
ことによって、処理後はそのまま又は加工に伴う応力が
軽度であるバレル研磨程度で仕上られ、摩擦係数が低く
て焼付や摩耗に対する性能の優れた表面処理であるこ
と。
Trouble due to sliding with the cylinder head: Select an inexpensive surface treatment with excellent sliding characteristics that can replace the plating film, anodic oxidation, and thermal spray coating that have been conventionally proposed. In other words, the temperature rise after film formation is only a temperature history of 100 to 150 ° C, and the dimensional accuracy of the film is high and the surface of the film is smooth, so that the barrel after processing or with little stress due to processing Finished to a degree of polishing, with a low coefficient of friction and excellent surface treatment against seizure and wear.

バルブステムとの摩耗:これを防止するために適切な
対策をとること。
Wear with valve stem: Take appropriate measures to prevent this.

[課題を解決するための手段] 上記技術的課題を解決するために、本発明のアルミニ
ウム合金製バルブリフタは、 Cu:3〜8%、 Mg:0.5〜2.5%、 Si:0.2〜1.5%、 Mn,Fe,Cr,Ni,Co,V,Zr,Tiの1種又は2種以上を合計量
で3〜10%含有し、残部が実質的にアルミニウムの組成
を有するアトマイズ粉末中にMg2Siを析出させるととも
に、前記アトマイズ粉末よりなる基地中に平均粒径が2
〜30μmの硬質粉末を体積率で2〜10%分散させた複合
材料からなる本体と、シリンダヘッドと摺動する部分に
おいて、P:1〜3重量%を含有し、残部がNiからなる基
地中にSi3N4が面積率で10〜25%分散しためっき層が施
された外周面と、前記本体に接合した鉄系合金片より構
成されるバルブステムとの接触面にとを含んでなること
を特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above technical problems, the valve lifter made of an aluminum alloy according to the present invention comprises Cu: 3 to 8%, Mg: 0.5 to 2.5%, Si: 0.2 to 1.5%, Mn. , Fe, Cr, Ni, Co, V, Zr, Ti, containing at least 3 to 10% in total amount of Mg 2 Si in an atomized powder having a substantially aluminum composition. While being precipitated, the average particle size is 2 in the matrix composed of the atomized powder.
A base made of a composite material in which hard powder of about 30 μm is dispersed in a volume ratio of 2 to 10%, and a part which slides with the cylinder head contains P: 1 to 3% by weight, and the balance is made of Ni. And an outer peripheral surface provided with a plating layer in which Si 3 N 4 is dispersed at an area ratio of 10 to 25%, and a contact surface with a valve stem formed of an iron-based alloy piece bonded to the main body. It is characterized by the following.

本発明のバルブリフタの構成を第1図を例として以下
に詳細に説明する。
The structure of the valve lifter of the present invention will be described in detail below with reference to FIG.

本発明のアルミニウム合金製バルブリフタにあって
は、リフタの破壊を防止ししかも軽量化を図るため、10
のリフタ本体を高温強度と靭性に優れた新規なアルミニ
ウム合金としている。その化学組成は Cu:3〜8%、 Mg:0.5〜2.5%、 Si:0.2〜1.5%、 Mn,Fe,Cr,Ni,Co,V,Zr,Tiの内一種を、または2種以上
を合計して、3〜10%含有し、残部が実質的にアルミニ
ウムからなる合金を基地とし、アジャスティングシムに
よる摩耗を防ぐために、前記のアトマイズアルミニウム
合金粉末の基地中に平均粒径が2〜30μmの硬質粒子10
aを体積率で2〜10%分散させている。このように基地
と異質な硬質粒子が基地に分散することによっても強度
や靭性の低下がないように基地の合金組成が前述の如く
定められている。
In the aluminum alloy valve lifter of the present invention, in order to prevent breakage of the lifter and to reduce the weight,
Is a new aluminum alloy with excellent high-temperature strength and toughness. The chemical composition is Cu: 3-8%, Mg: 0.5-2.5%, Si: 0.2-1.5%, one or more of Mn, Fe, Cr, Ni, Co, V, Zr, Ti A total of 3 to 10% is contained, and the balance is based on an alloy substantially consisting of aluminum. In order to prevent wear by the adjusting shim, the average particle size of the atomized aluminum alloy powder is 2 to 30 μm in the matrix. Hard particles of 10
a is dispersed in a volume ratio of 2 to 10%. The alloy composition of the matrix is determined as described above so that the strength and toughness do not decrease even when the hard particles different from the matrix are dispersed in the matrix.

シリンダヘッドとの摺動で発生しやすい焼付や摩耗を
防ぐ目的で、第1図の10bのリフタ外周面には、密着性
の良いNiを主成分とするめっき層を設けている。
In order to prevent seizure and abrasion that are likely to occur due to sliding with the cylinder head, a plating layer mainly composed of Ni with good adhesion is provided on the outer peripheral surface of the lifter 10b in FIG.

バルブステムと接触する部分の摩耗を防止するため、
リフタのバルブステムとの接触面には、第1図の10cに
示す凹部に鉄系合金からなるチップ10dがアルミニウム
合金製リフタ本体に取り付けられている。
In order to prevent wear of the part that contacts the valve stem,
On the contact surface of the lifter with the valve stem, a chip 10d made of an iron-based alloy is attached to the aluminum alloy lifter body in a concave portion shown in 10c in FIG.

本発明のリフタ本体を構成するアルミニウム合金の製
法は以下のとおりである。上記組成の粉末を、100メッ
シュまたは150メッシュのフルイを通して、アトマイズ
中の冷却速度の遅い粗大な粉末を除去する。その合金粉
末に、平均粒径が2〜30μmの硬質粉末を体積率で2〜
10%となるように配合し均一な分散状態となるように充
分な混合を行なう。混合粉末はゴム型に充填して冷間静
水圧成形によって押出用のビレットとする。次にこのビ
レットを450〜500℃に高純度のアルゴンガス中で加熱保
持し、アルミニウム合金粉末表面の物理的、化学的吸着
水を除去したのち熱間押出機のコンテナ中に挿入し、押
出比15以上の条件で丸棒状態に押出す。押出材を所定寸
法に切断し、必要に応じて軟化処理(O処理)を施すか
或いはそのままで、リフタ本体形状に近い型で冷間もし
くは熱間で鍛造する。その後T7の熱処理を行なった後に
最終リフタ本体形状に切削加工し、めっき治具にセット
し脱脂、酸洗、下地処理、めっき処理を順次施し、外周
面にNiを主成分とし、P、Si3N4などのセラミックスな
どが分散しためっき層を設けベーキング処理を施す。
The manufacturing method of the aluminum alloy constituting the lifter body of the present invention is as follows. The powder having the above composition is passed through a 100-mesh or 150-mesh sieve to remove coarse powder having a slow cooling rate during atomization. A hard powder having an average particle size of 2 to 30 μm in a volume ratio of 2 to 30 is added to the alloy powder.
It is blended so as to be 10%, and sufficiently mixed so as to be in a uniform dispersion state. The mixed powder is filled in a rubber mold and formed into a billet for extrusion by cold isostatic pressing. Next, this billet is heated and held at 450 to 500 ° C. in a high-purity argon gas to remove physically and chemically adsorbed water on the surface of the aluminum alloy powder, and then inserted into a container of a hot extruder, and extruded at a specific ratio. Extrude into a round bar under 15 or more conditions. The extruded material is cut into a predetermined size and subjected to a softening treatment (O treatment) as necessary or forged cold or hot in a mold close to the shape of the lifter body as it is. Then, after heat treatment of T7, it is cut into the final lifter main body shape, set in a plating jig, and sequentially subjected to degreasing, pickling, base treatment, and plating treatment, and the outer peripheral surface is mainly composed of Ni, P, Si 3 and ceramics such as N 4 is subjected to a baking treatment is provided a plating layer dispersed.

バルブステムとの摺接部に、鉄系合金からなるチップ
を挿入する凹部は機械加工で設けても良いが、鍛造工程
で形成することが強度面と製造費低減の面からみて望ま
しい。リフタ本体の前記凹部に鉄系合金からなるチップ
を圧入もしくはカシメによって一体化し、その後機械加
工によって最終リフタ形状に仕上られる。
A concave portion for inserting a chip made of an iron-based alloy may be provided in the sliding contact portion with the valve stem by machining, but it is desirable to form the concave portion by a forging process from the viewpoint of strength and reduction of manufacturing cost. A chip made of an iron-based alloy is integrated into the concave portion of the lifter main body by press-fitting or caulking, and then finished into a final lifter shape by machining.

〔作用〕[Action]

本発明において、リフタ本体を構成するアルミニウム
合金の基地組成を上記のように限定したのは次の理由に
よる。
In the present invention, the base composition of the aluminum alloy constituting the lifter body is limited as described above for the following reason.

Cuを添加したアルミニウム合金は、時効硬化によって
硬度や強度が上昇する。かかるAl−Cu系合金は高温で長
時間保持されると、過時効となり硬度や強度は著しく低
下する傾向を示すが150℃ではその低下度合は少ない。C
u含有量が3%未満では、強度や硬度が不十分であり、
他方8%を越えると、金属間化合物が著しく粗大なもの
となり、材料の靭性を極端に低下させてしまう。金属間
化合物はCu2Alの他にFeやMn等の遷移元素を含む複雑な
化合物となっている。強度と靭性のバランスから最適な
Cu含有量範囲は4〜6%である。
Hardness and strength of an aluminum alloy to which Cu is added increase due to age hardening. When such an Al-Cu alloy is kept at a high temperature for a long time, it tends to overage and its hardness and strength tend to decrease significantly, but at 150 ° C, the degree of decrease is small. C
If the u content is less than 3%, the strength and hardness are insufficient,
On the other hand, if it exceeds 8%, the intermetallic compound becomes extremely coarse, and the toughness of the material is extremely reduced. The intermetallic compound is a complex compound containing transition elements such as Fe and Mn in addition to Cu 2 Al. Optimal from the balance of strength and toughness
The Cu content range is 4-6%.

MgはSiと共存することにより時効硬化により強度を更
に高める。しかし、150℃以上の温度で長時間保持され
ると、過時効となり硬度や強度は著しく低下する傾向が
現れるが、150℃以下の温度ではその低下度合は少な
い。Mgは0.5%未満では、強度への寄与率が低く、また
2.5%を越えると靭性を低下させる。
Mg further increases the strength by age hardening when coexisting with Si. However, if it is kept at a temperature of 150 ° C. or more for a long time, it tends to be overaged, and the hardness and strength tend to be remarkably reduced. If Mg is less than 0.5%, the contribution to strength is low, and
If it exceeds 2.5%, the toughness decreases.

SiはMgとの共存でMg2Siを析出して材料の強度を高め
るが、その量は0.2未満では効果が少なく、1.5%を越え
ると材料の靭性を低下させる。
Si precipitates Mg 2 Si in coexistence with Mg to increase the strength of the material, but if the amount is less than 0.2, the effect is small, and if it exceeds 1.5%, the toughness of the material is reduced.

Mn,Fe,Cr,Ni,Co,V,Zr,Tiの元素は通常の溶解法による
製造方法では、多量に添加すると粗大な金属間化合物を
析出し、材料を著しく脆くする。しかし、アトマイズ法
のように合金の溶湯を微細な液滴状として凝固させて粉
末とする場合では、冷却速度が非常に早いので、これら
の元素は過飽和固溶体を形成したりあるいは微細な金属
間化合物となって基地中に分散する。このような合金粉
末から出発したアルミニウムの合金では、合金元素の添
加は強度を高めるのに有効であり、その強化は過時効現
象とは無関係である。本発明では、Mn,Fe,Cr,Ni,Co,V,Z
r,Tiの1種を単独量で、または2種以上をあわせた合計
量で3〜10%添加することによって、強度を高いものと
している。特に150℃で長時間保持された後も強度の低
下が少ない。その量は1種または2種以上をあわせて3
%未満では強度向上の効果が少なく、他方10%を越える
と粉末中に粗大な金属間化合物を晶出し著しく材料を脆
くする。このため上記の範囲とする。特に上記合金元素
の中でアルミニウム溶湯中への溶解のしやすさから利用
しやすい元素は、Fe,Cr,Mn,Co,Niである。しかしCoは価
格が高い問題がある。また特に好ましい範囲は4〜8%
である。
When the elements of Mn, Fe, Cr, Ni, Co, V, Zr, and Ti are added in a large amount in a usual dissolution method, a coarse intermetallic compound is precipitated and the material becomes extremely brittle. However, when the molten alloy is solidified into fine droplets and solidified into powder, as in the atomization method, the cooling rate is extremely high, so these elements form supersaturated solid solutions or form fine intermetallic compounds. And disperse throughout the base. In aluminum alloys starting from such alloy powders, the addition of alloying elements is effective in increasing the strength, and the strengthening is independent of the overaging phenomenon. In the present invention, Mn, Fe, Cr, Ni, Co, V, Z
The strength is increased by adding one of r and Ti alone or in a total amount of 3 to 10% of a combination of two or more. In particular, the strength is less reduced even after being kept at 150 ° C. for a long time. The amount is one or two or more in total.
If it is less than 10%, the effect of improving the strength is small, and if it exceeds 10%, a coarse intermetallic compound is crystallized in the powder, and the material becomes extremely brittle. Therefore, the above range is set. In particular, among the above-mentioned alloy elements, elements that are easy to use because of their ease of dissolution in molten aluminum are Fe, Cr, Mn, Co, and Ni. But Co has the problem of high price. A particularly preferred range is 4 to 8%.
It is.

上記粉末をフルイにかけた後、平均粒径が2〜30μm
の硬質粉末を体積率で2〜10%となるように配合し均一
な分散状態となるように充分な混合を行なう。硬質粒子
としては炭化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、ホウ化物
の粉末や合金粉末で硬度がHv600〜2500のものが最適で
ある。
After sieving the powder, the average particle size is 2 to 30 μm
Is mixed in a volume ratio of 2 to 10%, and the mixture is sufficiently mixed so as to be in a uniform dispersion state. As the hard particles, powders of carbides, oxides, nitrides, silicides, borides and alloy powders having a hardness of Hv 600 to 2500 are most suitable.

その大きさは平均粒径が2μm以下では、シムとの間
の耐摩耗性や耐焼付性が不十分であり、30μmを越える
と内部切り欠きとして作用し材料の疲労強度や靭性を低
下させ、またリフタ仕上加工時の切削性を阻害したり、
リフタ外周部へのめっきの密着性を阻害するようにな
る。よって上記範囲の粒径のものとする。特に良好な粒
径は5〜10μmである。
When the average particle size is 2 μm or less, the abrasion resistance and seizure resistance with the shim are insufficient, and when the average particle size exceeds 30 μm, it acts as an internal notch, lowering the fatigue strength and toughness of the material, In addition, it hinders machinability during lifter finishing,
This hinders the adhesion of the plating to the outer periphery of the lifter. Therefore, the particle size is in the above range. Particularly good particle sizes are 5 to 10 μm.

上記粒径の硬質粒子はアルミニウム合金基地中に体積
率で2〜10%とするが、2%未満では、シムとの間の耐
摩耗性や耐焼付性が不十分であり、10%を越えると材料
の強度や伸びの低下が著しくなるほか、リフタ仕上加工
時の切削性を阻害し、外周部のめっきの密着性を阻害す
る。特に好ましい範囲は3〜5%である。
The hard particles having the above particle diameter are set to a volume ratio of 2 to 10% in the aluminum alloy matrix, but if it is less than 2%, the abrasion resistance and seizure resistance with the shim are insufficient, and exceed 10%. In addition, the strength and elongation of the material are significantly reduced, and the machinability during lifter finishing is hindered, and the adhesion of the plating on the outer peripheral portion is hindered. A particularly preferred range is 3-5%.

次にめっき皮膜の限定理由について記す。 Next, the reasons for limiting the plating film will be described.

めっき層の主体となる成分をNiとするのは、防錆や製
造工程での安定化の面で鉄系のめっきよりも優れてお
り、またリフタ本体の耐摩耗性改良によりNiを主とする
公知のめっきでも十分な耐摩耗性をシリンダに対して示
すリフタを提供可能であるからである。
Ni as the main component of the plating layer is superior to iron-based plating in terms of rust prevention and stabilization in the manufacturing process, and is mainly made of Ni by improving the wear resistance of the lifter body This is because a known lifter can provide a lifter showing sufficient wear resistance to the cylinder.

また、Ni−Pめっきを使用する場合は、めっき中のP
量を1〜4%にすることが好ましい。P含有量が1%よ
り少ないと、耐焼付性が不充分であり、また、P含有量
が3%より多いとめっき膜の靭性が低下し、応力の高い
リフタの円筒部で剥離しやすくなる。
If Ni-P plating is used, P
Preferably, the amount is between 1 and 4%. If the P content is less than 1%, the seizure resistance is insufficient, and if the P content is more than 3%, the toughness of the plating film is reduced, and it is easy to peel off at the cylindrical portion of the lifter having high stress. .

従来、平均粒径が3〜10μm程度の大きさのSiCをNi
−Pめっきに分散させた皮膜も公知であるが、相手シリ
ンダヘッド材を摩耗させる傾向があり、さらに密着性が
不良であるため、従来のアルミニウム合金との組合わせ
で使用するには問題がある。まためっき面が粗くなり、
センタレス研磨等の機械加工による仕上が必要となる欠
点がある。センタレス研磨を行なうと、アルミニウム合
金リフタはヤング率が鋼材に比べ半分以下であり、弾性
限応力も低いのでリフタの円筒部の肉厚が薄いと変形を
起こしてしまい、寸法精度が悪くなる。このため、セン
タレス研磨をする場合には円筒部の肉厚を厚くする必要
があり、折角アルミニウム合金をバルブリフタ本体に使
用した利点を活用することができなくなる。このことも
従来のアルミニウム合金製リフタでは軽量化が不十分な
ものとならざるを得ない原因であった。このような事情
を考慮のうえ、本発明においてはSi3N4を最良の分散材
とする。Si3N4はSiCよりも硬度が低いことから相手のシ
リンダヘッド材を摩耗させないことと、耐焼付性が優れ
ていること特長とする。上記の粒径のSi3N4の分散量を
面積率で10〜25%としたのは、10%より少ないと焼付や
摩耗の面での性能が不十分であり、25%を越えると膜が
脆くなりカケやはく離を生じやすくなる他に、めっき後
の表面粗さが非常に粗くなるからである。好ましい結果
がえられるのは、15〜20%の範囲である。
Conventionally, SiC with an average particle size of about 3 to 10 μm
Films dispersed in -P plating are also known, but they tend to wear the mating cylinder head material and have poor adhesion, so there is a problem when used in combination with conventional aluminum alloys. . Also, the plating surface becomes rough,
There is a disadvantage that finishing by mechanical processing such as centerless polishing is required. When the centerless polishing is performed, the Young's modulus of the aluminum alloy lifter is less than half of that of the steel material, and the elastic limit stress is low. Therefore, if the thickness of the cylindrical portion of the lifter is thin, deformation occurs, and the dimensional accuracy is deteriorated. For this reason, in the case of performing centerless polishing, it is necessary to increase the thickness of the cylindrical portion, and the advantage of using the bent aluminum alloy for the valve lifter main body cannot be utilized. This was also a cause that the weight reduction of the conventional aluminum alloy lifter had to be insufficient. In consideration of such circumstances, Si 3 N 4 is used as the best dispersing material in the present invention. Since Si 3 N 4 has a lower hardness than SiC, it is characterized by not abrading the mating cylinder head material and by being excellent in seizure resistance. The reason why the dispersion amount of Si 3 N 4 having the above particle size is set to 10 to 25% in terms of area ratio is that if it is less than 10%, the performance in terms of seizure and wear is insufficient, and if it exceeds 25%, the film becomes This is because, in addition to being brittle, chipping and peeling are likely to occur, and the surface roughness after plating becomes extremely rough. Good results are obtained in the range of 15-20%.

またSi3N4分散めっき層は、従来公知のNi−P−SiC膜
のように高温(350〜400℃)で保持することによってNi
3Pを析出させて硬度を高めなくても、Si3N4の分散によ
って充分優れた摺動特性を発揮する。このため、めっき
処理後170〜180℃に短時間保持するだけで、充分な性能
が得られる。従ってアルミニウム合金からなるリフタ本
体が過時効となることもない。Si3N4分散めっき層は摺
動特性が優れるため、めっきの膜厚は5〜10μmで充分
であり、そのため寸法精度が極めて良好であり、膜表面
が平滑であることもあって、めっき後はそのままで使用
可能であり、あるいは振動バレル等でリフタを集団で表
面の平滑化処理をするだけで使用可能である。この結
果、従来は溶射やFeめっきのように厚い表面皮膜を設
け、次に寸法と表面粗さを良好にするためにセンタレス
研削を行う方法も行われていたが、本発明ではセンタレ
ス研削も不要になり、そのためにリフタの円筒部の肉厚
を厚くする必要も無い。
Further, the Si 3 N 4 dispersed plating layer is formed by maintaining Ni at a high temperature (350 to 400 ° C.) like a conventionally known Ni—P—SiC film.
Even if the hardness is not increased by precipitating 3 P, sufficiently excellent sliding characteristics are exhibited by the dispersion of Si 3 N 4 . For this reason, sufficient performance can be obtained only by maintaining the temperature at 170 to 180 ° C. for a short time after the plating process. Therefore, the lifter body made of the aluminum alloy does not overage. Since the Si 3 N 4 dispersed plating layer has excellent sliding characteristics, the plating film thickness of 5 to 10 μm is sufficient. Therefore, the dimensional accuracy is extremely good, and the film surface may be smooth. Can be used as it is, or it can be used simply by subjecting the lifters to a group by a vibration barrel or the like and smoothing the surface. As a result, conventionally, a method of providing a thick surface coating such as thermal spraying or Fe plating, and then performing centerless grinding to improve dimensions and surface roughness was also performed, but the present invention does not require centerless grinding Therefore, it is not necessary to increase the thickness of the cylindrical portion of the lifter.

本発明の請求項2では、Si3N4の粒径を0.5〜2μmと
したのは、この範囲内で相手シリンダヘッド材の摩耗を
防止する他に、熱膨張や機械的応力を受けたときに応力
を分散させ、めっき皮膜の剥離を起こしにくいからであ
る。また、平均粒径が0.5μmより小さいと摺動特性が
劣り、他方2μmより大きいと、めっき皮膜の表面が粗
くなり仕上加工を必要とする他に応力分散効果が低下
し、めっきの剥離やカケを生じやすくなる。
In claim 2 of the present invention, the grain size of Si 3 N 4 is set to 0.5 to 2 μm, in addition to preventing wear of the mating cylinder head material within this range, when thermal expansion or mechanical stress is applied. This is because the stress is dispersed in the film and the plating film is hardly peeled off. On the other hand, if the average particle size is smaller than 0.5 μm, the sliding characteristics are poor. On the other hand, if the average particle size is larger than 2 μm, the surface of the plating film becomes rough and requires finishing, and the stress dispersion effect is reduced. Tends to occur.

さらに、0.5μmより小さいと、細かすぎて摺動特性
が良好でないことと、コストが高くなるためであり、他
方2μmより大きいと均一な分散が得られにくいこと
と、めっき後の膜の表面が粗くなりセンタレス研磨によ
る仕上加工が必要となることがあるため、円筒部を厚肉
化することで軽量化を阻害する。好ましいSi3N4の粒径
は0.8〜1.5μmである。特に良好な結果は0.5〜1μm
の平均粒径で得られた。
Further, if it is smaller than 0.5 μm, it is too fine and the sliding characteristics are not good, and the cost increases. On the other hand, if it is larger than 2 μm, uniform dispersion is difficult to obtain, and the surface of the film after plating is In some cases, the finish becomes coarse, and finishing by centerless polishing is required. Therefore, increasing the thickness of the cylindrical portion hinders weight reduction. The preferred particle size of Si 3 N 4 is 0.8 to 1.5 μm. Particularly good results are 0.5-1 μm
Was obtained with an average particle size of

リフタのバルブステムと摺接する部分を鉄系材料で構
成する理由は、アルミニウム合金は強度が鉄系材に比べ
て低いので、変形を起こしてしまうためである。鉄系材
料の中でも、硬度がHRC50以上の材質が最適である。例
えば、SCM420の浸炭焼入れ材や、クロムを多く含有する
液相焼結した鉄系焼結材料が最適である。
The reason that the portion of the lifter that is in sliding contact with the valve stem is made of an iron-based material is that an aluminum alloy is deformed because its strength is lower than that of an iron-based material. Among iron-based materials, a material having a hardness of HRC 50 or more is optimal. For example, a carburized and quenched material of SCM420 or a liquid phase sintered iron-based sintered material containing a large amount of chromium is most suitable.

〔実施例〕〔Example〕

成分を調整したアルミニウム合金を溶解し、アトマイ
ズ法にて粉末化し、第1表に示す組成の粉末を得た。こ
の粉末を150メッシュのフルイを通し、フルイ下(−150
メッシュ)の各粉末に平均粒径が5μmのAl2O3粉末を
体積%で3.5%となるように配合し、充分均一となるよ
うに混合する。混合の終了した各粉末を静水圧プレスで
φ90mm、長さが400mmの円柱状のビレットとし、そのビ
レットをアルゴン雰囲気中で450℃に加熱し1.5時間保持
して粉末表面に吸着されている水分を除去したのち、熱
間押出機のコンテナ中に挿入し熱間押出を行ないφ20mm
の丸棒を得た。まず機械的性質を調査する目的で、丸棒
から所定の各試験片形状に削り出し加工し、引張り試験
片、疲労試験片とした。次にその試験片を490℃で2時
間保持し水冷する液体化処理を行ないその後直ちに180
℃で保持し時効効果させるT7処理を施した。
The aluminum alloy whose components were adjusted was melted and powdered by an atomizing method to obtain a powder having the composition shown in Table 1. This powder was passed through a 150 mesh sieve, under the sieve (-150
An Al 2 O 3 powder having an average particle size of 5 μm is blended with each powder of the mesh (mesh) so as to be 3.5% by volume, and mixed so as to be sufficiently uniform. Each mixed powder was made into a cylindrical billet of φ90 mm and 400 mm in length by a hydrostatic press, and the billet was heated to 450 ° C in an argon atmosphere and held for 1.5 hours to remove moisture adsorbed on the powder surface. After removal, insert into the container of hot extruder and perform hot extrusion φ20mm
Was obtained. First, for the purpose of investigating the mechanical properties, a round bar was cut into a predetermined shape of each test piece to form a tensile test piece and a fatigue test piece. Next, the test piece was kept at 490 ° C. for 2 hours and subjected to liquid cooling treatment with water cooling.
T7 treatment was carried out to maintain the temperature at ℃ and effect the aging effect.

引張り試験は、室温での試験と150℃で400時間保持の
熱履歴を与えた後150℃の温度で行なう試験の2通りを
行なった。また疲労試験は、室温での試験と、150℃で4
00時間保持の熱履歴を与えた後150℃の温度で行なう試
験の2通りを行なった。その結果を第3表に示す。
The tensile test was conducted in two ways: a test at room temperature and a test performed at a temperature of 150 ° C. after giving a heat history of holding at 150 ° C. for 400 hours. The fatigue test was conducted at room temperature and at 150 ° C for 4 hours.
Two tests were conducted at a temperature of 150 ° C. after a heat history of holding for 00 hours was given. Table 3 shows the results.

また比較のために2000系合金の中で、最も耐熱性に優
れるとされる2618合金と、鍛造ピストン材等に利用され
る摺動特性と耐熱性に優れた4032系合金をそれぞれ連続
鋳造した後、熱間押出してT7処理した材料を作成した。
第2表にその化学組成を示した。また同様の各種強度試
験を行なった結果を第4表に示す。
For comparison, after continuously casting 2618 alloy, which is considered to be the most excellent in heat resistance among 2000 alloys, and 4032 alloy, which is excellent in sliding properties and heat resistance used for forged piston materials etc. A T7-treated material was prepared by hot extrusion.
Table 2 shows the chemical composition. Table 4 shows the results of similar strength tests.

また各押出材から鍛造素材形状をつくり、それを鍛造
してリフター形状とし、同一のT−7処理を行ない第2
図に示すリフタ本体を切削加工によって作成した。
Also, a forged material shape is made from each extruded material, and the forged material is forged into a lifter shape.
The lifter body shown in the figure was prepared by cutting.

次いで、外周部に平均粒径が0.8μmのSi3N4が面積率
で16.5%、P%が2%残部がNiからなり、硬度がHmv400
〜500のめっき層を厚さで10μm設けた。なおめっき
は、電解法を採用し硫酸ニッケルと塩化ニッケルを主成
分とする液に前述のSi3N4を均一に懸濁させた浴中で浴
温度60℃で処理し、めっき後は130℃で1時間のベーキ
ングを行なった。その後振動バレル研磨機で研磨砥粒と
ともに振動させることで表面の平滑化を行なった。この
時のリフタのめっき処理部の外径は約1μm程度加工前
よりも小さくなった。次に1.8%C−1.0%Si−18%Cr−
2%Mo−1%V−0.5%P−残部鉄からなり、硬度がHRC
58で真密度比が99%の鉄系の焼結合金からなるステム当
接部チップをリフタ本体の凹部にカシメて取り付けた。
その後に、リフタの外シムとの摺接部を旋削仕上し、次
にその面を基準として、ステムの当接部を研磨加工によ
って仕上加工した。なお第2図の各寸法は次の通りであ
る。
Then, Si 3 N 4 having an average particle size of 0.8 μm is 16.5% in area ratio, P% is 2% in the outer peripheral portion, Ni is the remainder, and hardness is Hmv400.
500500 plating layers were provided in a thickness of 10 μm. The plating was performed at a bath temperature of 60 ° C. in a bath in which the above-mentioned Si 3 N 4 was uniformly suspended in a solution containing nickel sulfate and nickel chloride as a main component by using an electrolytic method, and after plating, the temperature was 130 ° C. For 1 hour. Thereafter, the surface was smoothed by vibrating with a polishing abrasive grain using a vibration barrel polishing machine. At this time, the outer diameter of the plated portion of the lifter was about 1 μm smaller than before processing. Next, 1.8% C-1.0% Si-18% Cr-
2% Mo-1% V-0.5% P-balance iron, hardness HRC
At 58, a stem contact portion chip made of an iron-based sintered alloy having a true density ratio of 99% was attached by caulking to the concave portion of the lifter body.
Thereafter, the sliding contact portion of the lifter with the outer shim was turned and then the contact portion of the stem was finished by polishing with reference to the surface. The dimensions in FIG. 2 are as follows.

H=24.1mm h1=2.3mm h2=3.6mm h3=1.2mm φD=31mm φd=27.5mm 以上の各材料でリフタ本体が構成され、シリンダヘッ
ドとの摺動部に表面処理を施し、またステム当接部に鉄
系焼結合金をかしめた各リフタを実機に組込み、冷却水
温度105℃、全負荷で7000回転/分の条件で250時間連続
運転を行ない、テスト後に分解調査したが、いずれも従
来問題であった外シムによる摩耗や、シリンダヘッドと
の摺動面の摩耗や焼付の発生はなかった。またステム当
接部の摩耗もないことが確認された。またリフタ本体に
疲労や衝撃によるクラックも認められなかった。
H = 24.1mm h1 = 2.3mm h2 = 3.6mm h3 = 1.2mm φD = 31mm φd = 27.5mm The lifter body is composed of the above materials. The sliding part with the cylinder head is subjected to surface treatment. Each lifter with an iron-based sintered alloy crimped in the contact part was installed in the actual machine, and the cooling water temperature was 105 ° C, the load was continuously operated for 250 hours under the condition of 7000 rpm, and the disassembly and investigation were performed after the test. There were no abrasion due to the outer shim, and no abrasion or seizure of the sliding surface with the cylinder head, which was a problem in the past. It was also confirmed that there was no wear at the stem contact portion. No cracks due to fatigue or impact were observed in the lifter body.

リフタ本体がNo.5からなり、前述のめっき処理された
リフタから焼付試験用のテストピースを作成し、また現
在実用化されている鉄溶射膜を設けたリフタから同様に
テストピースを作成し、ピン−ディスク型摩擦試験機
で、シリンダヘッド材(AC4)で作成したディスクを相
手として耐焼付性の評価試験を行なった。試験条件は、
速度2m/sec、潤滑油はエンジンオイル#30、潤滑油温度
は90℃とし、初期に20Kg/cm2で10分のならし運転を行な
い、その後5Kg/cm2きざみで荷重を増加しその荷重で3
分保持しさらに5Kg/cm2増加することを繰返す試験で摩
擦係数が急上昇する荷重点を焼付値とする試験である。
この試験では、従来の鉄溶射膜に比べて、前述のめっき
膜は約2〜3倍の荷重まで焼付を発生しなかった。
The lifter body is made of No.5, and a test piece for a baking test is created from the above-described plated lifter, and a test piece is similarly created from a lifter provided with an iron-sprayed film that is currently in practical use, An evaluation test for seizure resistance was performed with a pin-disk type friction tester against a disk made of a cylinder head material (AC4). The test conditions are
Speed 2m / sec, lubricating oil engine oil # 30, the lubricating oil temperature was 90 ° C., initially subjected to running-in 10 minutes at 20 Kg / cm 2, increasing the load in the subsequent 5Kg / cm 2 increments the load 3
In this test, the load point at which the friction coefficient sharply rises is determined as a seizure value in a test in which the friction coefficient is rapidly increased by 5 kg / cm 2 .
In this test, the above-mentioned plating film did not cause seizure up to about 2 to 3 times the load as compared with the conventional iron sprayed film.

また現在実用化されている鉄溶射膜を設けたリフタの
円筒部からねじり試験用のテストピースを作成し、リフ
ト本体がNo.5からなり、前述のめっき処理されたリフタ
の円筒部からも同一形状のテストピースを作成し、ねじ
り試験によって各表面処理膜がリフタ本体から剥離が始
るねじり角度を比較した。その結果鉄溶射膜の剥離が始
る圧縮代の2倍以上のねじり角度を与えてもめっきの剥
離は生じなかった。
In addition, a test piece for torsion test was created from the cylindrical part of the lifter provided with the iron spray coating currently in practical use, the lift body was made of No. 5, and the same from the above-described plated lifter cylindrical part. A test piece having a shape was prepared, and a torsion test was performed to compare the torsion angles at which the surface treatment films began to peel off from the lifter body. As a result, even if a twist angle of twice or more of the compression allowance at which the peeling of the iron sprayed film started was given, the peeling of the plating did not occur.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、本発明のリフタは本体を構成するアル
ミニウム合金の疲労強度が高くまた高温で長時間保持さ
れても強度が低下が少ないので、同一形状の場合には破
壊に対する信頼性が高いものとなる。また同一の信頼性
とする場合には、本体の薄肉化によって軽量化をさらに
はかることができる。また外シムとの摺動においても、
合金基地中に分散する硬質粒子と、基地の高温での強度
が高いので長時間高温にさらされても耐摩耗性低下は少
ない。
As described above, the lifter of the present invention has high fatigue strength of the aluminum alloy constituting the main body and has a small decrease in strength even when held at a high temperature for a long time. Becomes In the case of the same reliability, the weight can be further reduced by reducing the thickness of the main body. Also in sliding with the outer shim,
Since the hard particles dispersed in the alloy matrix and the strength of the matrix at a high temperature are high, a decrease in wear resistance even when exposed to a high temperature for a long time is small.

シリンダヘッドとの摺接部のめっき層は、耐焼付性と
密着性にすぐれ、めっき処理後は軽度の仕上加工ですむ
製造上の利点をも有している。またセタンレス研磨仕上
が不要となるため、リフタの円筒部の肉厚を更に減じて
軽量化をはかることができる利点をも有している。
The plating layer in the sliding contact portion with the cylinder head has excellent seizure resistance and adhesion, and has an advantage in production that only requires a slight finishing after plating. Further, since the cetane-less polishing finish is not required, there is also an advantage that the thickness of the cylindrical portion of the lifter can be further reduced and the weight can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例のリフタを示す断面図、第2図
は本発明の実施例の寸法を示すリフタの断面図、 第3図は内燃機関の動弁部の断面図、 第4図はリフタの断面図、 第5図は、公知のアルミニウム合金を使用したリフタの
断面図である。 1……リフタ 5……外シム 1a……リフタの破壊しやすい部分 1b,1c……外シムによって摩耗しやすいリフタの部分 1d……リフタの外周面 1e……リフタのステムとの当接面 10……リフタ本体の基地 10a……基地中に分散する硬質粒子 10b……めっき層 10c……リフタの凹部 10d……鉄系材料のチップ
FIG. 1 is a sectional view showing a lifter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a lifter showing dimensions of the embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view of a valve train of an internal combustion engine, The figure is a sectional view of a lifter, and FIG. 5 is a sectional view of a lifter using a known aluminum alloy. 1 ... Lifter 5 ... Outer shim 1a ... Parts that are easily broken by the lifter 1b, 1c ... Parts of the lifter that are easily worn by the outer shim 1d ... ... Outer peripheral surface of the lifter 1e ... ... Contact surface with the stem of the lifter 10: Base of the lifter body 10a: Hard particles dispersed in the base 10b: Plating layer 10c: Concavity of the lifter 10d: Chip of iron-based material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−9607(JP,A) 特開 平1−106909(JP,A) 特開 昭60−86250(JP,A) 特開 昭59−96295(JP,A) 特開 昭63−312901(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-63-9607 (JP, A) JP-A-1-106909 (JP, A) JP-A-60-86250 (JP, A) JP-A 59-86 96295 (JP, A) JP-A-63-31901 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Cu:3〜8%、 Mg:0.5〜2.5%、 Si:0.2〜1.5%、 Mn,Fe,Cr,Ni,Co,V,Zr,Tiの1種又は2種以上を合計量で
3〜10%含有し、残部が実質的にアルミニウムの組成を
有するアトマイズ粉末中にMg2Siを析出させるととも
に、前記アトマイズ粉末よりなる基地中に、平均粒径が
2〜30μmの硬質粉末を体積率で2〜10%分散させた複
合材料からなる本体と、シリンダヘッドと摺動する部分
において、P:1〜3重量%を含有し、残部がNiからなる
基地中にSi3N4が面積率で10〜25%分散しためっき層が
施された外周面と、前記本体に接合した鉄系合金片より
構成されるバルブステム接触面とを含んでなることを特
徴とするアルミニウム合金製バルブリフタ。
(1) Cu: 3 to 8%, Mg: 0.5 to 2.5%, Si: 0.2 to 1.5%, and one or more of Mn, Fe, Cr, Ni, Co, V, Zr and Ti in total Hard powder having an average particle size of 2 to 30 μm in a matrix composed of the atomized powder, while precipitating Mg 2 Si in the atomized powder having an amount of 3 to 10% with the balance being substantially aluminum. Of a composite material in which 2 to 10% is dispersed by volume, and a portion that slides with the cylinder head, contains P: 1 to 3% by weight, and the remainder is made of Si 3 N 4 in a matrix composed of Ni. Characterized by comprising an outer peripheral surface provided with a plating layer having an area ratio of 10 to 25% dispersed therein, and a valve stem contact surface composed of an iron-based alloy piece joined to the main body. Valve lifter.
【請求項2】前記外周面のめっき層に分散されたSi3N4
の平均粒径が0.5〜2μmであることを特徴とする請求
項1記載のアルミニウム合金製バルブリフタ。
2. The Si 3 N 4 dispersed in the plating layer on the outer peripheral surface.
The aluminum alloy valve lifter according to claim 1, wherein the average particle diameter of the aluminum alloy is 0.5 to 2 m.
【請求項3】前記バルブステムの接触面が、真密度比が
95%以上の鉄系焼結合金より構成されることを特徴とす
る請求項1又は2記載のアルミニウム合金製バルブリフ
タ。
3. The contact surface of the valve stem has a true density ratio.
3. The valve lifter made of an aluminum alloy according to claim 1, wherein the valve lifter is made of 95% or more of an iron-based sintered alloy.
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