JP2827909B2 - チップ材が高い接合強度を有する内燃機関タペット部材 - Google Patents

チップ材が高い接合強度を有する内燃機関タペット部材

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利治 松井
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、炭化タングステン
（以下、ＷＣで示す）基超硬合金で構成されたチップ材
を、これの液相焼結と同時に低合金鋼製タペット本体
に、強固な接合強度で接合してなる内燃機関タペット部
材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、ヂーゼルエンジンやガソ
リンエンジンなどの内燃機関のタペット部材として、例
えば特開昭６２−１８２４０６号公報に記載され、かつ
図１に概略縦断面図で例示されるように、通常冷間鍛造
で成形加工され、かつ炭素鋼や合金鋼などで構成された
タペット本体１のカム当接面側の頂面１ａに、金属の炭
化物、窒化物、およびほう化物のうちの１種以上とＮｉ
またはＮｉ合金で構成されたチップ材２を、これの液相
焼結と同時に接合してなるタペット部材が知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高出力化および高性能化はめざましく、これに伴な
い、これの構造部材であるタペット部材はより一段と苛
酷な条件下での使用を余儀なくされる傾向にあるが、上
記の従来タペット部材においては、タペット本体とチッ
プ材との接合強度が十分でないために、苛酷な使用条件
下では、これら両者間に剥離が発生し易く、信頼性の点
で問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来タペット部材に着目
し、これを構成するチップ材のタペット本体への接合強
度の向上をはかるべく研究を行なった結果、タペット本
体を、重量％で（以下、％は重量％を示す）、Ｃ：０．
１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍ
ｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５％、
を含有し、さらに必要に応じて、Ｎｉ：０．４〜４．５
％、 Ｍｏ：０．１５〜０．７％、のうちの１種また
は２種、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる
組成を有する低合金鋼に特定すると共に、これのカム当
接面側の頂面に、焼結と同時に接合されるチップ材の焼
結前の圧粉体の配合組成を、Ｃｏ：２５〜３０％、
Ｐ：０．１〜１％、炭化クロム（以下、Ｃｒ3 Ｃ2
で示す）：０．５〜１０％、必要に応じてＦｅ：０．１
〜３％、ＷＣ：残り、からなるものに特定すると、チッ
プ材の焼結時に、タペット本体のＳｉとチップ材を構成
するＰの相互作用でタペット本体へのチップ材のぬれ性
が著しく向上するようになると共に、チップ材の結合相
を構成するＣｏ中に固溶したＣｒ3 Ｃ2の作用でチップ
材のタペット本体への密着性が著しく向上し、この結果
焼結後のチップ材は、タペット本体にきわめて強固に接
合するようになり、かつ実質的にＷＣ基超硬合金で構成
されるようになることから、すぐれた耐摩耗性も具備す
るという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｃ：０．１３〜０．５％、
Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３〜１．２
％、 Ｃｒ：０．４〜３．５％、を含有し、さらに必
要に応じて、Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．
１５〜０．７％、のうちの１種または２種、を含有し、
残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有する低合金
鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面に、チップ材と
して、Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１
％、Ｃｒ3 Ｃ2 ：０．５〜１０％、必要に応じてＦｅ：
０．１〜３％、ＷＣ：残り、からなる配合組成の圧粉体
を液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有
する内燃機関タペット部材に特徴を有するものである。
【０００６】つぎに、この発明のタペット部材におい
て、タペット本体の成分組成およびチップ材の配合組成
を上記の通りに限定した理由を説明する。 Ａ．タペット本体の成分組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が０．１３％未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方その含有量が０．５％を越えると
靭性が低下するようになることから、その含有量を０．
１３〜０．５％と定めた。なお、望ましくは０．２〜
０．４％の含有がよい。
【０００７】（ｂ） Ｓｉ Ｓｉ成分には、チップ材の焼結時に、チップ材中のＰと
の共存作用でチップ材とのぬれ性を向上させ、もってチ
ップ材のタペット本体への密着性を向上させる作用があ
るが、その含有量が０．１５％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が０．３５％を越え
ると強度が低下するようになることから、その含有量を
０．１５〜０．３５％と定めた。望ましくは０．２〜
０．３％の含有がよい。
【０００８】（ｃ） Ｍｎ Ｍｎ成分には、素地に固溶して靭性を向上させる作用が
あるが、その含有量が０．３％未満では所望の靭性向上
効果が得られず、一方その含有量が１．２％を越えると
強度が急激に低下するようになることから、その含有量
を０．３〜１．２％と定めた。望ましくは０．７〜１％
の含有がよい。
【０００９】（ｄ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地に固溶して耐熱性を向上させる作用
があるが、その含有量が０．４％未満では所望の耐熱性
向上効果が得られず、一方その含有量が３．５％を越え
ると靭性が低下するようになることから、その含有量を
０．４〜３．５％と定めた。望ましくは１〜３％の含有
がよい。
【００１０】（ｅ） ＮｉおよびＭｏ これらの成分には、素地に固溶して強度を一段と向上さ
せる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その
含有量が、それぞれＮｉ：０．４％未満およびＭｏ：
０．１５％未満では所望の強度向上効果が得られず、一
方その含有量がＮｉ：４．５％およびＭｏ：０．７％を
越えると靭性が低下するようになることから、その含有
量をＮｉ：０．４〜４．５％、Ｍｏ：０．１５〜０．７
％と定めた。なお、望ましくはＮｉ：２〜３％、Ｍｏ：
０．３〜０．５％の含有がよい。
【００１１】Ｂ．チップ材の配合組成 （ａ） Ｃｏ Ｃｏ成分には結合相を形成して強度および靭性を向上さ
せる作用があるが、その割合が、２５％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その割合が３５％を越
えると硬さが急激に低下し、耐摩耗性の低下が避けられ
ないことから、その割合を２５〜３５％と定めた。な
お、望ましくは２８〜３２％の割合がよい。
【００１２】（ｂ） Ｐ Ｐ成分には、焼結性を向上せしめて液相焼結を可能なら
しめると共に、タペット本体のＳｉとの共存作用でチッ
プ材のタペット本体へのぬれ性を向上させる作用がある
が、その割合が０．１％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方その割合が１％を越えると脆化現象が
現われるようになることから、その割合を０．１〜１％
と定めた。なお、望ましくは０．３〜０．７％の割合が
よい。
【００１３】（ｃ） Ｃｒ3 Ｃ2 Ｃｒ3 Ｃ2 成分には、結合相に固溶し、タペット本体の
Ｓｉおよびチップ材のＰによるぬれ性向上効果と相まっ
て、チップ材のタペット本体への密着性を著しく向上さ
せる作用があるが、その割合が０．５％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その割合が１０％を越
えると強度が低下するようになることから、その割合を
０．５〜１０％と定めた。望ましくは４〜８％の割合が
よい。
【００１４】（ｄ） Ｆｅ Ｆｅ成分には、結合相に固溶して、これの硬さを向上さ
せる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その
割合が０．１％未満では所望の硬さ向上効果が得られ
ず、その割合が３％を越える強度が低下するようになる
ことから、その割合を０．１〜３％と定めた。望ましく
は０．３〜１％の割合がよい。
【００１５】
【実施例】つぎに、この発明のタペット部材を実施例に
より具体的に説明する。まず、いずれも冷間鍛造加工に
より図１に示される形状および外径：３１mm×長さ：５
１mmの寸法を有し、かつそれぞれ表１に示される成分組
成の低合金鋼で構成されたタペット本体Ａ〜Ｐを用意
し、またチップ材を形成するために、原料粉末として、
いずれも粒度が１００メッシュ以下のＷＣ粉末、Ｃｒ3
Ｃ2 粉末、Ｃｏ−Ｐ合金（Ｐ：３５％含有）粉末、Ｆｅ
−Ｐ合金（Ｐ：２５％含有）粉末、Ｆｅ粉末、Ｃｏ粉
末、および黒鉛粉末を用い、これら原料粉末を表２に示
される配合組成に配合し、混合した後、５ton ／cm2 の
圧力で直径：３１mmφ×厚さ：３mmの寸法をもった圧粉
体ａ〜ｑをプレス成形し、これらの圧粉体ａ〜ｑを、そ
れぞれ表３に示される組合せでタペット本体Ａ〜Ｐのカ
ム当接面側の頂面上に図示の通り載置し、この状態で、
真空中、１２００〜１３００℃の範囲内の所定の温度に
６０分間保持の条件で前記圧粉体を焼結してチップ材と
すると共に、これをタペット本体に接合することにより
本発明タペット部材１〜１５および比較タペット部材１
〜５をそれぞれ製造した。
【００１６】なお、比較タペット部材１〜５は、タペッ
ト本体とチップ材の接合強度に影響を及ぼす成分、すな
わちペレット本体のＳｉ並びにチップ材のＰおよびＣｒ
3 Ｃ2 のうちのいずれかの含有割合が、この発明の範囲
から低い方に外れたものである。
【００１７】つぎに、この結果得られた各種のタペット
部材について、チップ材のビッカース硬さを測定すると
共に、これを６気筒１２バルブ、８２００cc、２１０馬
力のディーゼルエンジンに組込み、回転数：３０００r.
p.m.、運転時間：２００時間の高速回転条件で実機試験
を行ない、チップ材のカム摺動面における最大摩耗深さ
を測定すると共に、タペット本体へのチップ材の接合強
度を評価する目的で、これら両者の接合面を外周にそっ
て観察し、剥離が原因の割れ発生数を測定した。さらに
接合強度を評価する目的で、前記接合面の剪断強度も測
定した。これらの測定結果を表３に示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】
【発明の効果】表１〜３に示される結果から、本発明タ
ペット部材１〜１５は、いずれも高速運転にもかかわら
ず、チップ材のタペット本体からの剥離現象の発生な
く、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、比較タペット
部材１〜５に見られるように、タペット本体とチップ材
の接合に大きな影響を及ぼすタペット本体のＳｉ並びに
チップ材のＰおよびＣｒ3 Ｃ2 のうちのいずれかの含有
割合でもこの発明の範囲から低い方に外れると、これら
に強固な接合強度を確保することができないことが明ら
かである。上述のように、この発明のタペット部材は、
これを構成するチップ材がタペット本体のカム当接面側
の頂面に著しく強固に接合しているので、内燃機関の高
速化および高性能化に十分満足に対応でき、長期に亘っ
てすぐれた性能を発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関のタペット部材を例示する概略縦断面
図である。
【符号の説明】
１ タペット本体 １ａ タペット本体のカム当接面側の頂面 ２ チップ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ 38/18 38/18 38/44 38/44 (72)発明者 小林 幹和 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 松井 利治 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 宮内 憲一 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭46−4401（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−132806（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−174508（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01L 1/14 C22C 29/08 C22C 38/00 301 C22C 38/18 C22C 38/44

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
    ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
    ％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成
    を有する低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面
    に、チップ材として、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
  2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
    ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
    ％、を含有し、さらに、 Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．１５〜０．７
    ％、のうちの１種または２種、を含有し、残りがＦｅと
    不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼製タペット
    本体のカム当接面側の頂面に、チップ材として、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
  3. 【請求項３】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
    ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
    ％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成
    を有する低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面
    に、チップ材として、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、Ｆｅ：０．１〜３％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
  4. 【請求項４】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
    ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
    ％、を含有し、さらに、 Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．１５〜０．７
    ％、のうちの１種または２種、を含有し、残りがＦｅと
    不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼製タペット
    本体のカム当接面側の頂面に、チップ材として、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、Ｆｅ：０．１〜３％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
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