JP2736631B2 - 摺動面とその表面処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、４サイクルエンジ
ンにおけるロッカーアームの摺動面（カムと擦れ合う
面）などのように他の部材と擦れ合う鋼材上の摺動面、
およびそのような摺動面についての表面処理方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】４サイクルエンジンにおけるロッカーア
ームは、回転するカムと一部を擦れ合わせる（摺動させ
る）ことによって一定の支点を中心に揺動し、その動作
に基づいて他の部分でバルブを押すことにより当該バル
ブの開閉をなす。カムと擦れ合うその摺動面について
は、十分な耐摩耗性を付与する目的で硬質クロムメッキ
が施されることが多い。具体的には、摺動面となる部分
に所定の研磨をかけ（必要なら曲面状に研磨し）、その
まま脱脂処理をしたうえ電解溶液中で当該メッキを行う
のが一般的である。

【０００３】なお、ロッカーアームの摺動面に硬質クロ
ムメッキを施すことは、実開昭６１−１１０８０４号公
報にも記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように硬質クロ
ムメッキが施されたロッカーアームの摺動面は、ごく稀
に、メッキの品質が不安定な場合がある。すなわち、た
とえば極度に劣化した潤滑油を使用してエンジンを長時
間連続的に高速回転させた場合のように特に苛酷な使用
条件下において、その摺動面で摩耗が早期に進行したり
メッキ層が剥がれたりすることがある。

【０００５】メッキが不安定となるこのような現象は、
ロッカーアームにおける摺動面のみには限らず、高速度
で苛酷な摺動を受ける種々の摺動面において、同様に不
都合をきたしているものと考えられる。

【０００６】本発明は、厳しい条件下で他の部材と擦れ
合う鋼材上の摺動面に関して、摩耗が早期に進行したり
メッキ層が剥がれたりすることのないメッキ層を有する
摺動面と、そのための表面処理方法とを提供せんとする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
ある摺動面は、鋼材の一部にあって他の部材と擦れ合う
摺動面であって、浸炭されて焼入れおよび焼もどしをさ
れたのち研磨され、さらにショットピーニングを施され
たうえで硬質クロムメッキ処理されてなるものである。
なお、上記研磨ののち硬質クロムメッキ処理が施される
までに、バリを除去したり角に丸みを付けたりする目的
でさらにバレル等の処理が追加されることも考えられる
が、そのようにされてなるものも、当然に本発明の摺動
面に含まれる。

【０００８】この摺動面は、浸炭され焼入れ・焼もどし
をされることにより高い表面硬度を備えるに至ったうえ
で硬質クロムメッキ処理を施されているので、極めて耐
摩耗性に優れ、通常の使用条件ではかなり苛酷な摺動を
受けても長期間の円滑な使用が可能である。しかしなが
ら、この請求項１の摺動面は、単に浸炭・焼入れ・焼も
どしと硬質クロムメッキとを行ったことのみからは説明
され得ない、際だって優れた耐摩耗性（すなわちメッキ
層の安定性）を発揮する。

【０００９】この摺動面のメッキ層がそのように安定し
ている理由は、浸炭され焼入れ・焼もどしをされて研磨
されたのち硬質クロムメッキを施される前に、その面が
上述のとおりショットピーニングを施されている点にあ
ると考えられる。発明者の試験（後述）によれば、その
時点でショットピーニングを受けた摺動面は、それを受
けなかった摺動面に比べて耐摩耗性が格段に高いからで
ある。かかるショットピーニングが耐摩耗性に好影響を
及ぼす理由は必ずしも明確ではないが、研磨された平滑
面がショットピーニングにより適当に粗くされたことが
メッキ層の密着性を向上させたか、あるいは、ショット
ピーニングによって当該面上に生じることとなる圧縮ぎ
みの（圧縮であるかまたは引張の緩和された）残留応力
が何らかの意味でメッキ層の成長に関係したか−など
と考えられる。いずれにしても、早期摩耗やメッキ層の
剥離は、従来のメッキ仕様なら発生することがある条件
下においても、この発明の摺動面については皆無となっ
た。

【００１０】請求項２の発明である摺動面の表面処理方
法は、鋼材の一部にあって他の部材と擦れ合う摺動面と
なる部分に対し、浸炭をして、焼入れおよび焼もど
しをしたのち、研磨をかけ、さらにショットピーニ
ングを施したうえで、硬質クロムメッキ処理をする
−ことを特徴とする。なお、の研磨ののちの硬質
クロムメッキ処理を施すまでにバレル等の処理を追加す
るような方法等が本発明の範囲内に含まれることは言う
までもない。

【００１１】この表面処理方法によると、上記した請求
項１の摺動面を容易に得ることができる。上記のうち
およびの工程は硬質クロムメッキ処理を行う場合に必
須のものであり、また・、ならびにこの発明の最大
の特徴であるの工程も、それぞれは特別な困難性をと
もなうものではない。の工程は衆知の装置によって短
時間に完了することができるし、やの工程も衆知で
あって、多数個をまとめて処理することにより１個あた
りの処理時間や所要熱量を削減できるので、本方法を採
用することによってとくにコスト的または工程上の不利
がともなうこともない。

【００１２】請求項３の表面処理方法は、請求項２の方
法において、上記の研磨を、該当面の研磨後の表面粗
さが最大高さで３．２μｍ程度（これ以下が好ましい）
になるように行い、上記のショットピーニングについ
ては、それによる面の表面粗さが最大高さで４．５μｍ
程度（これを限度とするのが好ましい）になるように行
うものである。なお、最大高さとは、ＪＩＳ（日本工業
規格）Ｂ０６０１にいう最大高さＲｙ（旧 Ｒ_max）によ
って表す表面粗さをいう。

【００１３】試作によれば、この程度の粗さになるよう
に上記の研磨とのショットピーニングとを施したう
えで硬質クロムメッキを行うのが、メッキ層の安定性や
メッキ層形成後の仕上げの容易性からして最も適切だと
判断される。この方法によってメッキ層が安定する理由
は、明確ではないもののつぎのように推定される。すな
わち、・による表面粗さをそれぞれ定めれば、メッ
キ直前の表面粗さを一定にするとともにショットピーニ
ングの強さの程度を概ね一定にすることになるが、そう
することは、表面粗さとともに残留応力の程度を好まし
い水準にしたうえでメッキをすることにほかならないの
で、結果として、前述（請求項１について記載）の推論
にしたがいメッキ層の密着性が向上するものと考えられ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】発明の第一実施例を図１および図
２に示す。両図には、発明を実施してなる摺動面３およ
び１３を含むロッカーアーム２および１２が、カム１・
１１ならびにバルブ４・１４とともに吸・排気の手段と
して組み込まれたシリンダヘッド１０を、断面にて示し
ている。なお、このシリンダヘッド１０は、自動二輪車
用のＯＨＣ（オーバーヘッドカム方式）４サイクルエン
ジンの一部である。

【００１５】図１のように、ロッカーアーム２は、シリ
ンダヘッド１０内に設けられた支軸２ａを中心に揺動自
在に取り付けられている。そして、曲面に形成された上
向きの摺動面３を、上部にあるカム１の周面に接触させ
るとともに、先端部２ｂの下面を、スプリング４ａおよ
びリテーナ４ｂ等にて上向きに力を受けるバルブ４の最
上部と接触させている。カムシャフト１ａが、図２にお
けるカムギヤ１ｂ・１１ｂなどを介しクランクシャフト
（図示せず）の回転に同期して回転すると、それととも
に回転するカム１が上記の摺動面３を下方へ押す。カム
１から摺動面３を押されたロッカーアーム２は、支軸２
ａを中心にして下向きに揺動し、図１に示す先端部２ｂ
でバルブ４を押し下げ、それによって吸気ポート１０ａ
を開く。なお、このような関係は、排気ポート１０ｂの
側にあるロッカーアーム１２と、それが有する摺動面１
３、カム１１、およびバルブ１４などについても同様で
ある。

【００１６】カム１および１１の表面とロッカーアーム
２・１２の摺動面３および１３とはそれぞれ、バルブ４
・１４のスプリング４ａ・１４ａに基づく圧力を受けな
がら高速度で摺動し合う。この例のエンジンはＯＨＣタ
イプで、１００００ｒｐｍ前後（カムシャフト１ａ・１
１ａの回転数はその半分）の高速回転域で最高出力を発
揮するものであるため、その摺動の条件はとくに苛酷に
なり得る。

【００１７】そこで、このエンジンにおいては、カム１
・１１とロッカーアーム２・１２の摺動面３・１３とに
ついて、両者の接触部への潤滑油の供給に関し配慮した
ことはもちろん、摺動をスムーズにして摩耗等を防止す
べく、両者に特別な処置を施している。すなわち、まず
鋳鉄製のカム１・１１に対し窒化を行ってその表面を硬
くするとともに、ロッカーアーム２・１２に関しては、
つぎのような成形および表面処理を施すことにより製造
している。以下、ロッカーアーム２について説明を進め
るが、他方のロッカーアーム１２についても同じであ
る。

【００１８】ロッカーアーム２はまず、はだ焼鋼と呼ば
れる合金鋼、たとえば浸炭用のクロム鋼鋼材（ＳＣｒ）
やクロムモリブデン鋼鋼材（ＳＣＭ）等を材料とし、鍛
造することによって概ねの成形をする。そして支軸２ａ
に嵌まる部分やバルブ４を押す先端部２ｂについて機械
加工をし、摺動面３の部分にも粗加工を施して曲率半径
４０ｍｍの円筒面（円筒の一部をなす曲面）を形成す
る。その後、全面的に深さ０．３〜０．５ｍｍにまで浸
炭をし、徐冷したのち一次・二次の焼入れと焼もどしと
を行う。以上により、ロッカーアーム２には、摺動面３
となる部分を含む全体にわたって、適切な硬度と引張強
さおよび粘さが備わる。

【００１９】以上の工程を経たロッカーアーム２につい
て、摺動面３となる部分には、さらに研磨を行ったのち
ショットピーニングを施す。研磨は、粉末の研磨材を使
用して、上記の曲面に沿う曲面研磨とし、研磨後の表面
粗さが最大高さ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１）で２μｍ程度
（１．５〜２μｍ）になるようにする。またショットピ
ーニングは、たとえばスチール製の無数の小球（ショッ
ト）を圧縮空気で該当面に吹き付けることにより行う
が、同一面に１０分間ほど吹き付けを継続することによ
り、前記表面粗さの面が最大高さ４．５μｍを限度（上
限）とする表面粗さになるようにする。

【００２０】摺動面３となるその面には、以上ののちさ
らに脱脂等の予備処理をしたうえ、電解溶液を用いて３
０〜５０μｍの層厚さに硬質クロムメッキ処理をする。
その後、水素脆化の防止を図るべくロッカーアーム２を
加熱処理（ベーキング）し、さらに必要に応じて仕上げ
のためメッキ層表面にバフ研磨をかけて、表面処理を完
了し、完成した摺動面３を得る。

【００２１】さて、発明者は、こうして得た摺動面３
（および１３）を有するロッカーアーム２（および１
２）を、上に紹介した自動二輪車用４サイクルエンジン
に使用して、その摺動面３の耐久性を試験した。試験
は、摺動面３の摩耗促進を目的として劣化潤滑油を使用
し、６０００〜１１０００ｒｐｍの範囲からサイクリッ
クに設定する回転数で当該エンジンを８時間連続運転
し、それを１パターンとして最大６パターンまで繰り返
すものとする。なお、比較例として、摺動面にショット
ピーニングを行わなかったこと以外は上記と全く同じ工
程を経て製造されたロッカーアームについても、同じ４
サイクルエンジンに使用して同じ条件下で試験をした。

【００２２】試験の結果、ロッカーアーム２（および１
２）の摺動面３（および１３）に関しては、６パターン
の繰り返し後においても、全ピースについてほとんど摩
耗が進んではおらずメッキ層の剥離も皆無であった。こ
れに対し、摺動面にショットピーニングを行うことなく
硬質クロムメッキを施した比較例のロッカーアームのう
ちには、３パターンが終了した段階でメッキ層に数μｍ
〜数十μｍの摩耗が進行し、あるいは部分的にメッキ層
がなくなっているものがあった。すなわち、上述の試験
により、ショットピーニングを含む上記の工程にしたが
って製造され表面処理されたロッカーアーム２の摺動面
３は、メッキ層が極めて安定しており、すぐれた耐摩耗
性を有することが判明した。

【００２３】図３には、他の実施例として、前記（図
１）の摺動面３・１３と同じ工程にしたがって得られた
摺動面を有する物品を紹介する。まず図３(ａ)には、前
記の例と同じくエンジンのロッカーアーム２２を示して
いる。前記のロッカーアーム２とは形状が異なり、１個
のうちに２箇所の先端部２２ｂを有していて２個のバル
ブ２４を同時に押し下げる。カム２１と擦れ合う摺動面
２３は、上記のような先端部２２ｂと支軸２２ａの部分
との間の上向きの部分に１箇所のみ設けてある。この摺
動面２３についても、前述のようにショットピーニング
を含む一連の表面処理を施してあるので、やはりメッキ
層が安定しており耐摩耗性・耐剥離性がすぐれている。

【００２４】図３(ｂ)には、さらに形状の異なるロッカ
ーアーム３２を図示している。つまり、揺動支点となる
支軸３２ａとの嵌合部分を中央付近に有し、バルブ２４
を押し下げる先端部３２ｂとカム３１に接する摺動面３
３とがその支軸３２ａをはさむ両端付近に下向きに形成
してある。摺動面３３は１箇所だが、先端部３２ｂは２
箇所にあり、二つのバルブ３４を同時に押し下げるよう
になっている。この摺動面３３についても、ショットピ
ーニングを含む前記と同じ表面処理を施してあるので、
やはりメッキ層の安定性は極めて高い。

【００２５】また図３(ｃ)には、ロッカーアームを介さ
ずにバルブ４４を開閉駆動するためのタペット４５を示
す。タペット４５は、スプリング４４ａなどを含むバル
ブ４４の最上部に装着されており、下方からスプリング
４４ａの力を受けながら、上面を摺動面４６としてカム
４１の周面と擦れ合う。このタペット４５も、まず、は
だ焼鋼に属する合金鋼を鍛造することにより成形し、必
要な部分に粗加工を施したのち、全体に浸炭をし焼入れ
および焼もどしを行っている。そのうえで、摺動面４６
となる部分に、前述と同様の条件で研磨およびショット
ピーニングを施し、そののち硬質クロムメッキ処理を施
している。このようなタペット４５の摺動面４６も、メ
ッキ層が安定しており耐摩耗性等にすぐれている。な
お、以上に示した以外の種々の物品についても、苛酷な
摺動を受ける部分に本発明に従う摺動面を形成できるこ
とは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の摺動面においては、メッキ層
が極めて安定的であり、厳しい条件下で他の部材と擦れ
合う場合にも、従来まれに発生していたメッキ層の早期
摩耗や剥離が発生しにくくなる。

【００２７】請求項２の表面処理方法によると、上記し
た請求項１の摺動面を容易に得ることができ、コスト的
または工程上の不利をともなうこともない。

【００２８】請求項３の表面処理方法は、上記方法のう
ちでも、メッキ層の安定性やメッキ層形成後の仕上げの
容易性の面で最良のメリットをもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明を実施してなる摺動面を含むロッカーアー
ム等とともに、自動二輪車用４サイクルエンジンのシリ
ンダヘッドを断面で示す図面である。

【図２】図１のシリンダヘッドにつき、要部を斜視して
示す図面である。

【図３】図１・図２に示した摺動面と同様の摺動面を含
む物品を例示した図面である。図３(ａ)・(ｂ)・(ｃ)は
それぞれ、図１および図２のものとは形状の異なるロッ
カーアーム、さらに別の形状のロッカーアーム、および
タペットを示す。

【符号の説明】

２・１２・２２・３２ ロッカーアーム ３・１３・２３・３３ 摺動面 ４５ タペット ４６ 摺動面

フロントページの続き (72)発明者 水田 明能 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 高島 顕 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 昭62−253908（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199604（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172504（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−246212（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−283810（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−301567（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−158217（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−78859（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−55065（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材の一部にあって他の部材と擦れ合う
   摺動面であって、 浸炭されて焼入れおよび焼もどしをされたのち研磨さ
   れ、さらにショットピーニングを施されたうえで硬質ク
   ロムメッキ処理されたことを特徴とする摺動面。
2. 【請求項２】 鋼材の一部にあって他の部材と擦れ合う
   摺動面となる部分に対し、 浸炭をして焼入れおよび焼もどしをしたのち研磨をか
   け、さらにショットピーニングを施したうえで硬質クロ
   ムメッキ処理をすることを特徴とする摺動面の表面処理
   方法。
3. 【請求項３】 上記の研磨は、該当面の表面粗さが最大
   高さで３．２μｍ程度になるように行い、上記のショッ
   トピーニングは、その後の面の表面粗さが最大高さで
   ４．５μｍ程度になるように行うことを特徴とする請求
   項２に記載の摺動面の表面処理方法。