JP4141473B2 - 窒化バルブリフタおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の動弁系部品であって窒化を施したバルブリフタ及びその製造方法に関する。更に、バルブリフタとカムの組み合わせに関する。
図10に示すように、内燃機関の直打式動弁機構10においてカム11の回転動作をバルブ12の往復運動に変換するバルブリフタ１は、シリンダブロック14との往復運動による摺動に加え、カム11と当接するシム３又は冠面部２（図１参照）が高面圧での摺動および衝撃力を受けるため、優れた耐摩耗性及び耐衝撃性が要求されている。一方、カム11は、耐摩耗性及び耐衝撃性を有する材質とし、バルブリフタ１への攻撃性低減のため、及び潤滑形態が不安定な境界潤滑とならないようにするため、摺動部表面の表面粗さを向上させる必要がある。 バルブリフタ１の耐摩耗性向上の簡単な手段として、窒化処理が一般に用いられているが、窒化によって最外表面部に形成される化合物層（当業者の間では白層とも呼ばれる。）は、高硬度である一方で非常に脆い性質があることから、従来は研削，研磨等により除去され、窒化拡散層のみを残す状態で用いられてきた。
ところが、近年における内燃機関の高出力化や低燃費化の要求への対応として、窒化による化合物層の高硬度且つ低摩擦係数である特性が着目され、カム11と摺動するバルブリフタ１の冠面部２におけるフリクション低減の手段として、研磨後も化合物層を残した仕様の摺動部品及びその製造方法が提案され、例えば特開2002-97563号公報に示されている。
しかし、上記の特開2002-97563号公報における摺動部品及びその製造方法においては、従来の窒化処理方法が用いられており、窒化処理時に化合物層が比較的厚く（５〜15μm）形成され、表面が脆い層となる上に、処理品の変形も大きく、表面粗さも低下する。このためにその後の工程では、化合物層を残しながら、なおかつ表面粗さの調整もおこなう必要を生じ、薄い化合物層を更に薄く加工する非常に難しく安定しない研磨処理を必要としている。
化合物層を形成させるための一般に行われているガス軟窒化等の処理では、10μm程度の化合物層の形成を目標として、570℃前後の温度で数時間の処理を行っている。しかし、このような処理方法では、ポーラス層が発生し、脆くなったε相（Fe2〜3N）を生じるばかりでなく、処理品の変形も大きくなると共に表面粗さも大幅に悪化するという問題がある。また、前記の従来の窒化処理における化合物層は、最外層のポーラスなε相（Fe2〜3N）、並びにその下の緻密なγ’相（Fe4N）および／又はε相とγ’相の混合相からなり、これらは表面にほぼ垂直に配向した比較的粗大な柱状結晶を形成している。
このような窒化処理では、表面粗さが相手材の摩耗に大きく影響することから、相手材への攻撃性を低減する意味においても窒化後における研磨処理が不可欠となっているが、ポーラス層の厚さが不均一であるため研磨代を比較的多く設定する必要がある。更に、硬度バラツキ等により均一な研磨が困難であるために、研磨後にポーラス層が残る可能性もある。高面圧での摺動と衝撃を受けるバルブリフタ冠面においては、研磨後にポーラス層が残った状態では、ポーラス層が剥離脱落し、トラブル発生の原因となる。
特開2002-97563号公報において、ポーラス層除去、化合物層厚さおよび表面粗さの調整の手段として、バフ等の研磨手段を用いることが示されているが、前述のように化合物層はε相（Fe2〜3N）並びに緻密なγ’相（Fe4N）および／又はε相とγ’相の混合相からなり、各相の分布状態や硬度バラツキなどによって研磨量が均一とならないことから、同一の研磨面において化合物層が全て除去された部分やポーラス層が残存する部分などが生じやすく、均一な化合物層が得られない。このため、耐摩耗性にバラツキや摩擦トルク低減効果が得られない問題がある。
また、特開2002-97563号公報に示されるように、表面のうねりに沿うように研磨して均一な化合物層としても、表面粗さの改善に問題を生ずる。更に、上記の研磨処理は非常に高コストとなる問題がある。
一方、バルブリフタと摺動するカムは、摺動面に研磨加工を施して用いられるが表面粗さは比較的粗く、潤滑形態が境界潤滑となり、脆い化合物層を有する前記バルブリフタ冠面の表面粗さを増大させる。このため、運転初期から摩擦トルクを抑制し、潤滑形態が不安定な境界潤滑とならないようにするためには、一般的な研磨加工に加えてペーパーラップ仕上げ加工などの高価な設備と長い加工時間を要する高コストな手段を必要とする問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するもので、窒化処理の段階において表面部に均一で緻密な耐摩耗性の高い化合物層を形成し、且つ、窒化処理における表面粗さの増大および処理物の変形が小さく、耐摩耗性向上や表面粗さと寸法精度改善のための研磨処理を要さないバルブリフタとその製造方法を提供することを目的とする。更に、カム表面にペーパーラップ仕上げなどを必要とせずにカムと組み合わせて用いることができるバルブリフタを提供することを目的とする。
一般に、窒化層においては、窒素濃度の相対的に低い拡散層と、窒素濃度の高い化合物層とが層状に形成される。窒化処理温度が高いと化合物層が厚く形成され、最外表面が脆いポーラス状となるので、これをできるだけ少なくするためには処理温度を低く設定すればよいが、その場合には拡散層も薄くなってしまう。バルブリフタにおいては、拡散層厚さを50〜100μm必要とされるため、50〜100μmの前記拡散層と高硬度で低摩擦係数を示す緻密で所定の表面粗さの化合物層を得ることが望まれている。
そこで、本発明者等は鋭意研究の結果、窒化前のバルブリフタ冠面の表面粗さを小さくし、且つ、窒化による化合物層の厚さを薄く抑えることによって、窒化後の冠面の表面粗さも小さく、耐摩耗性に優れたバルブリフタを得ることができるということを見いだした。更に、前記のバルブリフタをカムと組み合わせることで、ペーパーラップなどの高コストな仕上げ加工を必要とせずに、ならし運転によりカムの表面粗さを小さくさせ、総合的に耐摩耗性に優れ且つ摩擦トルクを低減したバルブリフタとカムの組合せを実現することができ、併せて低コスト化も実現できることを見出した。
すなわち、本発明による少なくとも冠面にガス窒化又はガス軟窒化を施したバルブリフタは、最外表面に窒化による化合物層が１〜５μm形成され、形成された該化合物層の表面粗さがRa0.05μm以下であり、該化合物層の表面に、該ガス窒化又はガス軟窒化により形成された平均径0.5μm以下の多数の突起を有していることを特徴とする。これらの突起は、カムと組み合わせて摺動したときに、その磨き機能によりカムの表面粗さをRa0.02μm以下まで向上させ、バルブリフタ自身の表面粗さを増大させることなく離脱して表面にディンプルを残すことができる。上記多数の突起は、炭化物，窒化物，硫化物或いは酸化物、又は前記化合物の２種以上からなるのが好ましい。尚、特開平6-2511にはカムと摺動する摺動面の表面粗さを0.2 Rz乃至0.7 Rzとした窒化珪素とすることが示されているが、0.2 Rz以下では表面粗さの改善効果が無いことが示され、構成が異なるものである。
また、本発明によるバルブリフタの製造方法は、窒化前の冠面の表面粗さをRa0.01〜0.03μmに研磨加工し、窒化処理温度を500〜560℃とし、厚さ１〜５μmの窒化による化合物層を最外表面に形成し、かつ該化合物層の表面に、前記ガス窒化又はガス軟窒化により平均径0.5μm以下の多数の突起を形成することを特徴とする。研磨加工したバルブリフタを窒化処理し、表面化合物層厚さが１〜５μmとなる窒化条件を選択することにより、高硬度で低摩擦係数の窒化化合物層を冠面の最外表面に有し且つ表面粗さRa0.05μm以下になるバルブリフタを得る。窒化処理温度が500℃未満では窒化速度が遅く十分な窒素化合物層が形成されず、また560℃を超えるとポーラス層が形成されて窒化処理後に除去のための研磨が必要となる。
窒化後の化合物層厚さが１μm以下では耐摩耗性や摩擦トルク低減効果が得られず、５μm以上ではポーラス層の形成や表面粗さの増大、並びに化合物層が厚いことによる使用時の化合物層剥離の問題が生じるため上限を５μmとしている。また、一般に、表面粗さは、Ra0.05μm以下であれば摺動部品として問題なく使用することができる。表面粗さがRa0.05μm以上では、相手材攻撃性が大きくなり、摩擦トルク低減効果も得られないことから本発明では冠面の表面粗さはRa0.05μm以下としている。表面粗さは、Ra0.045μm以下において、相手材カムを磨く機能を有し、よって摩擦トルクを低減する効果が得られるためより好ましい。
また、本発明によるバルブリフタにおいては、窒化後の化合物層の空孔率が５％以下であるのが好ましい。例えば図３に示すように、SEMによる倍率8000倍での観察において表面部にポーラス層は認められず、比較的緻密な化合物層を形成している。一般に、空孔率が５％以下であればバルブリフタのような摺動部品としては十分緻密である。空孔率が５％以上では表面粗さに影響するため、耐摩耗性や摩擦トルク低減効果が得られない。
本発明に係るバルブリフタと組み合わせる相手材カムには、一般的にカムシャフトに用いられる鋳鉄、鋳鋼およびそれらのチル、浸炭、焼入などの処理を施したものや、鉄系焼結材およびそれに焼入処理などを施したものを使用することができる。
本発明によるバルブリフタの製造方法では、窒化処理において、バルブリフタに有害なポーラス層を生じない。バルブリフタの表面には１〜５μmのγ’相及び／又はγ’相とε相の混合相からなる均一で緻密な等軸結晶を含む窒素化合物層を形成するのが好ましい。加えて、冠面の表面粗さはRa0.05μm以下であり変形も殆どない。このため窒化処理後の研磨を必要としないばかりでなく、研磨によってポーラス層を取り除く場合に起こる、ポーラス層の研磨残りや、必要な窒素化合物層の研磨による取りすぎも無い。また、窒化により形成された均一な厚さで緻密な化合物層により、前記バルブリフタは冠面の表面硬度が均一にHv660以上であるのが好ましい。
前記に加え本発明のバルブリフタの製造方法においては、窒化処理の雰囲気を適切に調節することによりバルブリフタ冠面にγ’相及び／又はγ’相とε相の混合相を形成するのが好ましい。そして、窒化化合物層は等軸結晶を含んでなるのが好ましい。
前記のバルブリフタにおいて、母材としては一般にバルブリフタに用いられている機械構造用炭素鋼，合金鋼，工具鋼などを用いることができる。
また、上記材料に用いられる窒化処理法には、ガス窒化，ガス軟窒化以外にも、イオン窒化，ラジカル窒化や塩浴窒化などが挙げられるが、イオン窒化，ラジカル窒化法は１回の処理量が非常に少なくコスト面でのメリットがないこと、塩浴窒化法は環境問題と面粗度の確保が困難であることから好ましくなく、本発明においてはガス窒化およびガス軟窒化が適している。
ガス窒化及びガス軟窒化処理はNH3を使用する方法が一般的であるが、鋼材に対して窒化作用を示す雰囲気を形成する尿素などの物質を使用してもかまわない。また、本発明では雰囲気の調節用にN2ガスを使用しているが、NH3の分解ガス，変成ガス（RXガス），N2ガス等を単体又は混合して必要量を供給しても良い。さらに本発明では軟窒化用のガスとしてCO2ガスを使用しているが、変成ガス等のCOを含むガスを使用する方法でもかまわない。また窒化処理に属する酸窒化、浸硫窒化等の窒素化合物層中に第三の元素を含む場合であっても、表面に形成された窒素化合物層がγ’相及び／又はγ’相とε相の混合した相で有れば本発明の効果を示す。
本発明の窒化バルブリフタにおいては、ガス窒化およびガス軟窒化法を用いて、窒化処理温度，時間，雰囲気等を調整し、窒化処理後においてポーラス層が無く、空孔率が５％以下の緻密な窒化化合物層を形成できる。窒化前後を比較し、表面粗さの増大が殆どなく、窒化処理による歪みや変形も極めて小さい。よって、窒化後の化合物層厚さの調整，表面粗さの調整およびポーラス層除去のための研磨を必要とせずに均一な厚さの化合物層が得られ、これにより安定した耐摩耗性を確保できる。また、高コストな研磨処理を必要としないため、低コストで高性能なバルブリフタを得ることができる。更に、カムと組み合わせて摺動したときに、バルブリフタ自身の表面粗さを増大させることなく、その磨き機能によりカムの表面粗さを向上させることができる。
尚、バルブリフタには、バルブリフタ本体上面とカムとの間にシムを組み付けカムと摺動させるシムを使用した仕様のバルブリフタと、シムを用いずにバルブリフタ冠面で直接カムと摺動させるシムレス仕様のバルブリフタがあるが、本発明のバルブリフタおよびその製造方法は両仕様のバルブリフタとも適用が可能である。また、バルブリフタの冠面等に油孔やその他の目的の穴或いは面取，溝等を設けたバルブリフタについても適用できる。更に、本発明のバルブリフタおよびその製造方法による化合物層をバルブのステムエンド等と摺動するバルブリフタのボス部４への適用も可能である。
図１は本発明が適用可能なバルブリフタ（シムレス）の一例の断面図である。
図２は本発明が適用可能なバルブリフタ（シム有）の他の例の断面図である。
図３は本発明によるバルブリフタの窒化後の冠面断面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図４は図３の化合物層を明示する断面図である。
図５は従来技術によるバルブリフタの窒化後の冠面断面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図６は図５のポーラス層を明示する断面図である。
図７は本発明によるバルブリフタの窒化後の冠面表面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図８は従来技術によるバルブリフタの窒化後の冠面表面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図９はカム回転数と摩擦トルクとの関係を示すグラフ図である。
図10はバルブリフタの使用例を示す断面図である。
図11は本発明によるバルブリフタの窒化後における冠面断面のTEM観察写真（30000倍）である。
図12は従来技術によるバルブリフタの窒化後にポーラス層を除去した冠面断面のＴＥＭ観察写真（30000倍）である。
図13は本発明によるバルブリフタの摺動試験後における冠面表面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図14は本発明及び従来技術によるバルブリフタと相手材カムのならし運転前後における表面粗さの変化を示す図である。
図15は本発明によるバルブリフタと相手材カムとの摺動試験前後での表面粗さの変化を示す図である。
図２は本発明が適用可能なバルブリフタ（シム有）の他の例の断面図である。
図３は本発明によるバルブリフタの窒化後の冠面断面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図４は図３の化合物層を明示する断面図である。
図５は従来技術によるバルブリフタの窒化後の冠面断面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図６は図５のポーラス層を明示する断面図である。
図７は本発明によるバルブリフタの窒化後の冠面表面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図８は従来技術によるバルブリフタの窒化後の冠面表面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図９はカム回転数と摩擦トルクとの関係を示すグラフ図である。
図10はバルブリフタの使用例を示す断面図である。
図11は本発明によるバルブリフタの窒化後における冠面断面のTEM観察写真（30000倍）である。
図12は従来技術によるバルブリフタの窒化後にポーラス層を除去した冠面断面のＴＥＭ観察写真（30000倍）である。
図13は本発明によるバルブリフタの摺動試験後における冠面表面の顕微鏡写真（8000倍）である。
図14は本発明及び従来技術によるバルブリフタと相手材カムのならし運転前後における表面粗さの変化を示す図である。
図15は本発明によるバルブリフタと相手材カムとの摺動試験前後での表面粗さの変化を示す図である。
以下、本発明による実施の形態の一例を説明する。図１と図２に示す本発明のバルブリフタ１は、図10に示すように、内燃機関の直打式動弁機構において、カム11とバルブ12との間に介装されてカム11の回転動作をバルブ12の往復運動に変換する摺動部品である。例えば、図１に示すように、バルブリフタ１のカム（図示せず）と摺接する摺動面２に対して、本発明のバルブリフタ１の製造方法が用いられる。尚、図２に示す如き、カムと直接摺接するシム３の摺動面２に対しても本発明は適用される。
本発明によるバルブリフタ１の具体的な実施例を以下に示す。まず、SCM材を鍛造成形した素材を、表面硬さがHRC58以上、有効硬化層深さが約1.0 mmとなるように浸炭焼入焼戻処理を施し、その後、冠面即ち摺動面２の表面粗さを砥石と研磨剤を用いる研削盤を使用し、Ra0.01〜0.03μmに加工するが、好ましくは、摺動面２の表面粗さがRa0.02μmとなるように冠面仕上げ加工を行う。
次いで、摺動面２の表面硬度がHv660以上、化合物層６（図４参照）の厚さが１〜５μmになるように、処理温度520℃、処理時間70分でガス軟窒化処理を行う。ガス軟窒化処理に使用するガスは、NH3とN2およびCO2の混合ガスを使用している。
ガス軟窒化処理では、１〜５μmの範囲で均一に化合物層を形成し、なおかつポーラス層の無い化合物層とするために、さらに変形が少なく表面粗さがRa0.05μm以下とするために、温度の均一性と雰囲気ガスの攪拌に注意して処理をおこなう。また、雰囲気ガスの組成とNH3の分解率を管理することも、１〜５μmの範囲で均一に化合物層を形成し、なおかつポーラス層の無い化合物層を得るために重要である。バルブリフタは、所定のNH3の分解率となった雰囲気中で窒化処理される。NH3の分解率は、ガス交換率（流量）あるいは混合ガスの構成比等で管理することができる。また、他炉にて所定のNH3の分解率に雰囲気調整したガスを用いて窒化処理をおこなってもよい。本実施例におけるNH3の分解率は23％であった。
本実施例においては、前記処理条件でガス軟窒化をおこなっているが、処理温度560℃で処理時間30分、及び処理温度500℃で処理時間150分にても、それぞれ3.5μmと2.5μmのポーラス層の無い化合物層が得られた。なおこのときのNH3の分解率は520℃処理と比較して、処理温度560℃では大きくする必要があったが、500℃では同じであった。NH3の分解率は、窒化処理温度500〜560℃に従って５〜50％の範囲で管理する。また、バルブリフタは治具に整列して並べ、均一に雰囲気ガスに触れるようにガス軟窒化処理をおこなうことで、より変形の少ない均一な化合物層のバルブリフタが得られた。
なお、従来おこなわれているような560℃を超える温度のガス軟窒化処理では、必要とされる１〜５μmの化合物層とするには処理時間が短く、適切な雰囲気に調節することができなかった。NH3の分解が表面で行われた場合のみ窒化に有効に作用することから、NH3の分解率の大きい雰囲気中においては処理品表面のNH3の分解反応は減少し、ポーラス層の無い化合物層が形成されたが化合物層にバラツキを生じ、NH3の分解率の小さい雰囲気中においては処理品表面の窒化が活発に行われ、化合物層にポーラス層を生じた。
窒化処理の温度、時間と雰囲気が管理された前記ガス軟窒化処理によって、バルブリフタの冠面には、図４に示すように母材上に拡散層７及び表面にポーラス層を形成せず空孔率が５％以下の緻密な化合物層６からなる窒化層を形成している。
また、化合物層表面には、図７に示す平均径0.5μm以下の微細な炭化物，窒化物，硫化物或いは酸化物、又は前記化合物の２種以上からなる多数の突起（白い粒状部分）を有している。このときの表面粗さはRa0.05μm以下である。更に、図11に示すように窒素化合物層に0.5μm以下の等軸結晶を含んでいる。このようにして得られた本発明によるバルブリフタは、表面粗さと寸法精度改善のための研磨処理を要さない。
次に、比較例として、前記の本発明による実施例と同一の素材を使用し、窒化前の冠面の表面粗さを異にするが、本発明の窒化処理と同一条件の加工方法によりバルブリフタを作成した。
このときの摺動面２における、窒化処理前と後での表面粗さの変化の例を表１に示す。表面粗さRaの単位はμmとする。本発明の実施例では窒化前の摺動面の表面粗さをRa0.012〜0.028μmに研磨加工してあることから、窒化後の摺動面の表面粗さをRa0.024〜0.045μmとさせ得ることがわかる。これに対し比較例１、２、３では、窒化処理前の摺動面の表面粗さがRa0.03μmを超えた場合、窒化処理後の表面粗さでRa0.05μmを超えてしまう。
図５、図12および図８は、従来技術による比較例４のバルブリフタについて窒化後の断面および表面を示したものである。
従来技術による比較例４のバルブリフタは、一般的な570℃でガス軟窒化されていて、柱状晶を含む化合物層６が厚く形成され、粗大なポーラス層８を有している（図６参照）。また、変形が大きく面粗度も悪化しているので、後工程のバフ研磨によりポーラス層の除去が必要となっている。図12にポーラス層を加工により取り除いたバルブリフタ断面のTEM組織を示しているが、表面からほぼ垂直に配向した比較的粗大な柱状結晶を有している。
表２に、実施例２および比較例４のバルブリフタの窒化前後における寸法精度の変化および化合物層，ポーラス層の厚さを示す。表面粗さRaの単位はμmとする。変形は、窒化前のバルブリフタ冠面形状に対し、外周部を基準として窒化後の最大変位を示す。本発明によるバルブリフタは、窒化処理後において、表面粗さの増大がなく変形も非常に少なく、更に化合物層にポーラス層が形成されていない。これにより、後加工としての研磨を要しないため研磨による化合物層厚さにバラツキが生じることがない。
［実験例］
前記した本実施例の本発明によるバルブリフタと比較例４の従来技術によるバルブリフタおよびカム部をチル化したチルカムをエンジンに組付け、回転数1000〜4000 rpmでモーターリング試験を行ない、摺動時の摩擦トルクを測定した。図14は、本発明と従来技術によるバルブリフタのならし運転前後でのバルブリフタの冠面及び摺動相手材のカム（カムノーズ部）の表面粗さの変化を示している。本発明によるバルブリフタは、自身の表面粗さの増大を起こすことなく、その磨き機能によりカム側の表面粗さを向上（低減）させることができる。一方、従来技術によるバルブリフタは、ならし運転前後でバルブリフタ自身の表面粗さが大幅に増大する。
前記した本実施例の本発明によるバルブリフタと比較例４の従来技術によるバルブリフタおよびカム部をチル化したチルカムをエンジンに組付け、回転数1000〜4000 rpmでモーターリング試験を行ない、摺動時の摩擦トルクを測定した。図14は、本発明と従来技術によるバルブリフタのならし運転前後でのバルブリフタの冠面及び摺動相手材のカム（カムノーズ部）の表面粗さの変化を示している。本発明によるバルブリフタは、自身の表面粗さの増大を起こすことなく、その磨き機能によりカム側の表面粗さを向上（低減）させることができる。一方、従来技術によるバルブリフタは、ならし運転前後でバルブリフタ自身の表面粗さが大幅に増大する。
また、図15は、本発明によるバルブリフタのならし運転前から耐久評価後のバルブリフタの冠面と相手材のカム（カムノーズ部）の表面粗さの変化を示している。本発明によるバルブリフタの冠面の表面粗さは殆ど変化がなく、一方相手材のカム側の表面粗さをその磨き機能によりRaで0.02μmまで向上させている。また、バルブリフタとカムの総合摺動評価として用いられている表面粗さの二乗平均からも収束の傾向である。図13は耐久評価後の本発明のバルブリフタの摺動表面を示している。摺動前の表面に見られた突起は、カムと組み合わせて摺動したときに、その磨き機能によりカムの表面粗さをRaで0.02μm以下まで向上させ、バルブリフタ自身の表面粗さを増大させることなく保油効果を向上させるディンプルを残して離脱している。
図９は回転数と摩擦トルクの関係を示したグラフである。この結果、本発明によるバルブリフタは、ならし運転前後及び耐久評価での自己の表面粗さの変化が殆どなく、且つ、磨き機能によりカム側の表面粗さを向上させ、摩擦トルクが従来技術によるものより低く、摺動抵抗においても優位であることがわかる。
先に述べたように、本発明によるバルブリフタは、窒化後の化合物層厚さが１〜５μmであり、且つ、窒化後の冠面の面粗度がRa0.05μm以下であり、更に化合物層表面部にポーラス層が形成されないことを特徴としているため、基本的にバフ研磨処理を必要としない。このようにして製造されるバルブリフタ１では、窒化処理後に高コストな研磨処理を基本的に必要とせず、摺動面２に高硬度且つ低摩擦係数な化合物層を均一に存在させることができるため耐摩耗性も安定しており、高性能を維持しつつ製造コストを大幅に低減することが可能である。更に、相手材のカムと組み合わせて摺動させることでバルブリフタ自身の表面粗さの増大を起こすことなく、その磨き機能によりカム側の表面粗さを向上させることができるため、相手材のカムについてもペーパーラップ仕上げ加工などの高価な設備と長い加工時間を要する高コストな手段を必要としない。
以上のように、本発明によるバルブリフタでは、ポーラス層の無い１〜５μmの緻密で硬い窒化化合物層を形成し、窒化前後で表面粗さの増大が殆どなく、更に歪み変形が極めて小さいガス窒化処理をおこなうことで、表面粗さの調整およびポーラス層の除去など、窒化処理後の化合物層を調整する研磨を必要としない。これにより表面性状が均一で安定した耐摩耗性を確保できる。
また、均一な化合物層が得られることにより、従来技術によるバルブリフタに比べて摩擦トルクを低減することができる。更に高コストな研磨処理を必要としないため、低コストなバルブリフタを得ることができる。
更に、カムと組み合わせて摺動させることでバルブリフタ自身の表面粗さの増大を起こすことなく、その磨き機能によりカム側の表面粗さを向上させることができるため、耐摩耗性及び摩擦トルクの向上に加え、カム側の低コスト化も実現できる。
Claims (8)
- 内燃機関用バルブリフタの少なくとも冠面にガス窒化又はガス軟窒化を施したバルブリフタにおいて、最外表面に窒化による化合物層が１〜５μm形成され、該化合物層の表面粗さがRa0.05μm以下であり、該化合物層の表面に、該ガス窒化又はガス軟窒化により形成された平均径0.5μm以下の多数の突起を有していることを特徴とするバルブリフタ。
- 該化合物層がγ’相及び／又はγ’相とε相の混合相からなることを特徴とする請求項１に記載のバルブリフタ。
- 該化合物層が等軸結晶を含んでなることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブリフタ。
- 該化合物層の空孔率が５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のバルブリフタ。
- 該化合物層の表面の突起が、窒化物、或いは炭素、酸素、イオウ及びこれらの化合物のうち少なくとも１種類を含む窒化物であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載のバルブリフタ。
- バルブリフタ冠面の表面硬度が、Hv660以上であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のバルブリフタ。
- バルブリフタ冠面がカムとの摺動によりカムの表面粗さを向上させ、且つ、バルブリフタ自身の表面粗さを増大させることのないことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のバルブリフタとカムの組み合わせ。
- 内燃機関用バルブリフタの少なくとも冠面にガス窒化又はガス軟窒化を施すバルブリフタの製造方法において、窒化前の冠面の表面粗さをRa0.01〜0.03μmに研磨加工し、窒化処理温度を500〜560℃とし、厚さ１〜５μmの窒化による化合物層を最外表面に形成し、かつ該化合物層の表面に、前記ガス窒化又はガス軟窒化により平均径0.5μm以下の多数の突起を形成することを特徴とするバルブリフタの製造方法。
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