JPH01159350A

JPH01159350A - 内燃機関の動弁系部材

Info

Publication number: JPH01159350A
Application number: JP31651687A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kadota; 門田　幸男
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、内燃機関の動弁系部材に関し、詳しくは自動
車等に使用される内燃機関の動弁機構を構成する動弁系
部材において、カム等との摺動部において優れた耐摩耗
性が要求されるロッカアーム、バルブリフタ等の内燃機
関の動弁系部材に係る。

［従来の技術］内燃機関の動弁機構において、カムの回転運動をバルブ
の上下運動に変換するロッカアーム、バルブリフタ等の
内燃機関の動弁系部材においては、曲げ、引張り、圧縮
等の複雑に作用する応力に耐えるべく充分な機械的性質
が必要なことはもちろんのこと、他部品（カム、バルブ
等）との摺動部においては、特に、耐摩耗性、引掻き摩
耗に耐える特性、いわゆる耐スカッフィング性に優れ、
しかも摺動する相手材に対する損傷性の少ないことが必
要とされている。

そこで、従来、ロッカアーム、バルブリフタ等といった
内燃機関の動弁系部材には、一般に炭素鋼、合金鋼等の
鋼部材でその本体部位を製作し、そのカムとの摺動面に
対しては耐摩耗性を向上させるために、浸炭焼入処理、
チル硬化処理、硬質クロムメツキ処理、自溶性合金の溶
射処理等を実施して使用するのが通常であった。

［発明が解決すべき問題点］しかしながら、浸炭焼入処理品においては耐スカッフィ
ング性が劣り、またチル硬化処理品においては摺動部材
としての耐久性に劣る。

また、硬質クロムメツキ処理品においては、内燃機関の
作動時における局部当りに伴い硬質クロムメツキの剥離
や摩耗剥離を発生することがあり、また、自溶性合金の
溶射処理品においては摺動する相手材に対する損傷性が
増大してカムの摩耗が激しくなる等、従来の内燃機関の
動弁系部材としての上記の材料・処理にはそれぞれ問題
点があり、より優れた内燃機関の動弁系部材の開発が望
まれている。

上記の問題点を解決するために特開昭６０−１９４０４
８＠公報には、還元後の組成がＣ：１〜４％、ＭＯ＝１
０〜４０％、Ｃｒ：３〜２０％、ＣＯ：１〜１０％、残
部実質的にＦｅかうなる組成の焼結合金の開示がある。

また特開昭６０−２０８４５６号公報には還元後の組成
がＣ：１〜４％、ＭＯ：１０〜４０％、Ｃｒ：３〜２０
％、ｃｏ＝１〜１０％およびＷ：０，３〜５％、■：０
゜１〜３％、Ｎｂ：０．０５〜１％のうち少なくとも１
種を含有し、残部が実質的にＦｅからなる組成の焼結合
金の開示があるがいずれも不十分である。

そこで本発明は、この問題点をより良く解決するために
なされたもので、特に相手攻撃性の改良を図るため、予
め還元後の特定組成となすべき各金属元素を含有する微
細な金属酸化物、特に炭素を微粒で分布させる効果のあ
るチタンを配合した、混合粉末に、黒鉛粉末を加えて還
元して生成した合金粉末を、成形・焼結することにより
、耐摩耗性、耐スカッフィング性に優れ、しかも摺動す
る相手材に対する損傷性特にカム摩耗の少ない内燃機関
の動弁系部材を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の内燃ｎ閏の動弁系部材は、還元後の組成が四憬
比で、Ｃ：１〜４％、ＭＯ＋１０〜４０％、Ｃｒ：３〜
２０％、Ｃｏ：１〜１０％、Ｔｉ：０．１〜３％の少な
くとも１種を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、前
記各金属元素を含有する微細な金属酸化物粉末を配合し
た混合粉末に、黒鉛粉末を混合還元して生成した合金粉
末を、成形・焼結してなる金属焼結体であることを特徴
とする。

本発明の金属焼結体を構成する合金粉末の組成について
説明する。

ＭＯはＣと反応して炭化物を形成し耐摩耗性を向上させ
るとともに、一部が基地１［１織中に固溶して基地組織
を強化することから有用であるが、含有■が１０％未満
では形成される炭化物の層が少ないため耐摩耗性の向上
が充分でなく基地組織の強度も不充分であることがら動
弁系部材自身の摩耗が多くなり、また４０％を越えると
組織中の炭化物量が過多となり靭性が大幅に低下して、
■胃勤する相手材に対する損傷性を増大させることから
１０〜４０％用いる。

また、ＣｒはＭＯと同様にＣと反応して炭化物を形成し
耐ＩＩ耗性を向上させるとともに、一部が基地組織中に
固溶して基地組織の強度を高めるとともに耐蝕性を向上
させるのに有効であるが、３％未満では組織中の炭化物
形成量が極めて僅かであるため耐摩耗性、耐蝕性が充分
でなく、一方、２０％を越えると形成される炭化物量が
過多となって摺動する相手材に対する損傷性を増大する
とともに、靭性を大幅に低下することから３〜２０％吊
用いる。

また、Ｃは基地組織を強化するとともにＭｏ。

Ｏｒ、と反応しｉ”Ｍｓｃ、Ｍ７Ｃ３、Ｍ２ｓＣ＠、Ｍ
ｚＣ型の炭化物を形成し耐摩耗性を向上させるのに有効
であるが、１％未満では析出する炭化物ｆｉｌが少ない
ことから上述の効果が充分でなく、４％を越えると前記
ｆｖｊｏ、　Ｃｒのほとんどが炭化物を形成して基地組
織中に固溶する前記ＭＯ１Ｃｒが不足して、耐摩耗性、
耐蝕性を低下させることから１〜４％ｍ用いる。

またＣｏは基地ＩＩＲ中に固溶して基地組織を強化する
ので有効であるが、１％未満ではその効果が充分でなく
、１０％を越えるとかえって強度を低下させることから
１〜１０％間用いる。

さらにＴ１は、Ｃと反応して硬質の炭化物を形成して耐
摩耗性を改善すると共に炭化物を微細にする効果がある
が、０．３％未満では析出する炭化物層が少ないためそ
の効果が充分でなく、３％を越えると析出炭化物量が過
多となって摺動する相手材に対する損傷性を増大するこ
とからＴｉは０．１〜３％ｍ用いる。

前記各金属元素の微細な金属酸化物粉末を黒鉛粉末を用
いて還元するのは以下の理由による。

即ち従来の合金粉末の製造方法は、噴霧法、粉砕法、還
元法等が用いられているが、本発明においては、原料で
ある金属酸化物粉末が微細に粉砕されていることから（
平均粒径が３μｍ以下）、還元時の還元温度を比較的低
温（９００〜１０００℃）とすることができ、還元工程
において合金粉末粒子が強固に焼結したり、粒成長する
ことなく相互に弱く結合した状態になり、粉砕によって
容易に粒径１０μｍ以下の微細な合金粉末とすることが
できる。

また、黒鉛粉末の還元により製造された微細な合金粉末
が優れた活性を有していることから焼結性に優れており
、合金化および炭化物形成反応も容易に進行させること
ができる。

従って、前記合金粉末は微細粉末であるにもがかわらず
圧縮成形性に優れており、通常の金型成形法で容易に圧
粉成形することができる。成形体はつづいて通常の条件
により焼結を行なう。すなわち不活性ガス下で１１００
〜１２００’Ｃの範囲で行なうことが好ましい。

したがって本発明の動弁系部材の製造法は所定量の微細
な金属酸化物および黒鉛粉末とを混合して９００〜１０
００℃の濃度に加熱して還元して焼結合金とする第１工
程と、焼結合金を粉砕して１０μｍ以下の合金粉末とす
る第２工程と、合金粉末を加圧成形して不活性ガス下で
焼結する第３工程とにより容易に得られる。

得られた金属焼結体の密度比が９８％未満では残留気孔
が多く成りすぎて、耐ピツチング性、耐摩耗性およびＷ
Ｉ動する相手材に対する損傷性を増大させることから密
度比は９８％以上が望ましい。

また、残留気孔の直径が５μｍを越えると上述の特性が
劣化するので５μｍ以下の小ざい残留気孔とするのが望
ましい。

さらに、残留気孔の形状は球状に近い程耐ピッチング性
に優れ、残留気孔が閉気孔であることがｌｌｌ１滑油の
保持効果を向上して耐スカッフィング性を優れたものに
する。

この金属焼結体において、平均粒径１０μｍ以下の球形
状の炭化物を組織中における面積率にして１０〜４０％
の範囲で均一に分散させることにしているのは、平均粒
径が１０μｍを越えると摺動する相手材に対する損傷性
が増大するからである。　また、炭化物形状を球状とし
ているのは摺動する相手材に対する損傷性を少なくする
ことができるからである。

さらに組織中の炭化物の面積率は、４０％を越えると炭
化物間が過多となって摺動する相手材に対する損傷性を
増大し、１０％未満では炭化物層が少なすぎて耐摩耗性
を低下させるので１０〜４０％とするのが好ましい。

［実施例］以下、実施例により本発明を説明する。

粒径５ｕｍ以下のＦｅｔＯ３粉末、ＭＯＯ３粉末、Ｃｏ
ｏ粉末、Ｃｒ　２　Ｑ３粉末、Ｔｉ０ｚ粉末、Ｃ粉末を
還元後に第１表に示す各試料組成となるように配合し、
ボールミルを用いて溶媒ヘキサン中にて１０時時間式混
合した。

ついで、上記のように配合した微細な金属酸化物粉末の
混合粉末を乾燥し１００メツシユの篩にかけた後、この
混合粉末を露点ニー４０℃のアンモニア分解ガス中にて
１０００℃で２時間遅元して第１表に示すような、各種
組成の海綿状合金を製造した。

ついで、この海綿状合金を粉砕機により粉砕して１００
メツシユの篩にかけた後、この粉砕された微細な合金粉
末を、そのまま使用して５ｔｏｎ／ｃ１の圧力で圧粉成
形し、露点ニー４０℃のアンモニア分解ガス中で１１２
０℃で１時間の焼結を行なった。

第１表において、実施例Ｎｏ、１のＭＯ：１９％、ＣＯ
：６％、Ｏｒ＋１．７％、Ｔｉ：０．５％、Ｃ：１．７
％、残部実質的にＦｅからなる組成の合金粉末を製造す
るには、粒径５μｍ以下のＦｅ　２０３粉末：　：９５
ｑ、ＭＯＯ３粉末＝２８ｃ＋１ｃｏｏ粉末＝８ｇ、Ｃｒ
　ｔ　０３粉末＝９ｇ、Ｃ粉末（黒鉛）：１８Ｇを配合
して、前記の工程により製造した。

実施例Ｎｏ、２〜Ｎｏ、５は、第１表の金属元素の組成
比率に相当するように微細な金ｆｆｉ酸化物粉末を配合
しＮ００１と同様に還元し成形・焼結したものである。

比較例Ｎｏ、１は、ｃｏを添加せず、ＭＯの酢を１０％
未満の６％、Ｃｒを３％未満の１％添加したものであり
得られた焼結体中の炭化物の面積率が１０％未満の場合
である。

比較例Ｎｏ、２は、Ｃを４％以上、Ｃｒを２０％以上添
加したもので得られた焼結体の炭化物の平均粒径が１０
μｍ以上でありまた面積率は４０％以上を有したもので
ある。

比較例Ｎｏ、３は、密度比が９８％未満で平均残留気孔
径が５μ以上を有するものである。

比較例Ｎ０１４は、実施例１においでＴｉを含まない場
合の例であり、比較例Ｎｏ、５は、実施例１においてＴ
ｉを含まずＶを含有する場合の例である。

上記の焼結体をロッカアームにロー付した後、ロッカア
ームパッド形状に加工仕上して第１図に示すように内燃
機関に組み付けて台上耐久試験を行なった。

第１図において１はスウィングアーム式ロッカアームで
あって、バルブ２およびラッシュアジャスタ３に接する
部分を含むロッカアーム本体部１ａは従来のものと同様
に鋼材もしくは合金によつて製作されており、一方、カ
ム４に対して１習動する部分、即ち、ロッカアームパッ
ド部１ｂは前記のような焼結合金で形成されている。

この焼結合金からなるロッカアームパッド部１ｂをロッ
カアーム本体部１ａに固着する手段は任意であり、例え
ば、ロー付、機械的カシメ、もしくは鋳ぐるみ法等を用
いればよい。

なお、この実施例においてはロー付法を用いた。

前記の焼結体の緒特性［硬さ（Ｈｖ）、密度比（％）、
平均残留気孔径（μ）、組１（炭化物粒径、炭化物面積
率）］の測定結果、およびこの台上耐久試験終了侵にお
けるロッカアームパッド部１ｂの摩耗量、カム摩耗量の
測定結果を第１表に示す。

実施例においてはいずれもカム摩耗！！ｋ（相手部材の
摩耗量）が比較例に比べて少ない値を示している。パッ
ド摩耗量（本発明の部材の摩耗量）は比較例ＮＯ１２の
■とＣｒとを多く添加した場合とほぼ同程度で全体のレ
ベルとして向上している。

また比較例ＮＯ６４，５は本実施例より相手部材の損傷
性（カム摩耗ｍ）が劣る。

［発明の効果］本発明にかかる内燃機関の動弁系部材の金属焼結耐は、
還元後の組成となすべく各金属元素を含有する微細な金
１ｉ！Ｉｆｌｌ化物、特に酸化チタンを配合した混合物
を黒鉛粉末により還元して生成した合金粉末を成形焼結
することにより耐摩耗性、耐スカッフィング性に優れ、
しかも摺動する相手材（カム部材）に対する損傷性が少
ないという利点を有する。さらに、本焼結合金はカムと
の当り面を有する他の動弁部材、例えばバルブリフタに
も適用でき動弁系部材の種類や形式によってはカムとの
当り面のみならず他の部品へも適用可能な部材である。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の動弁機構を示す模式図である。１・・・ロッカアーム１ａ・・・ロッカアーム本体部１ｂ・・・ロッカアームパッド部２・・・バルブ３・・・ラッシュアジャスタ４・・・カム特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　　
弁理士　大川　宏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）還元後の組成が重量比で、Ｃ（炭素）：１〜４％
、Ｍｏ（モリブデン）：１０〜４０％、Ｃｒ（クロム）
：３〜２０％、Ｃｏ（コバルト）：１〜１０％、Ｔｉ（
チタン）：０．１〜３％の残部が実質的にＦｅ（鉄）か
らなり、前記各金属元素を含有する微細な金属酸化物粉
末を配合した混合粉末に、黒鉛粉末を混合して還元して
生成した合金粉末を、成形・焼結してなる金属焼結体で
あることを特徴とする内燃機関の動弁系部材。
（２）前記金属焼結体は、密度比が９８％以上で直径５
μｍ以下のほぼ球状の閉気孔が均一に分散している特許
請求の範囲第１項記載の内燃機関の動弁系部材。
（３）前記金属焼結体は、平均粒径が１０μｍ以下で球
状の炭化物が組織中の面積率にして１０〜４０％の範囲
に均一に分散させた特許請求の範囲第１項記載の内燃機
関の動弁系部材。