JPH02102306A

JPH02102306A - スプリングリテーナ

Info

Publication number: JPH02102306A
Application number: JP25428488A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Yatabe; 矢田部　満; Tadao Hirano; 忠男平野; Haruo Shiina; 治男椎名; Masami Hoshi; 星　雅巳
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Showa Denko KK
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-10-08
Filing date: 1988-10-08
Publication date: 1990-04-13
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2709097B2

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）本発明はエンジン機関に係り、さらに詳しくはエンジン
機関の動弁系に組込まれるスプリングリテーナに関する
ものである。

〔従来の技術および課題〕

従来のエンジン機関のバルブ機構は例えば第３図のよう
になっている。すなわちシリンタヘッド６にはハルツガ
イド２か設けられ、バルブカイト２にはバルブステム３
か上下刃向に摺動可能に支持されている。バルブステム
３の下端にはバルブフェース４か備えられ、バルブフェ
ース４は吸・排気ボートのバルブシート５と接離されて
吸・排気ボートを開閉するようになっている。

ハルツステム３の上端にはコツター７を介してスプリン
グリテーナ１か固定されている。スプリングリテーナｌ
とシリンダへラド６の上面との間にはハルツスプリンタ
８か介装され、ハルツスプリング８はバルブフェース４
をバルブシート５に着座させる方向に付勢している。

またシリンタヘット６の上方には潤滑油か送油される中
空軸状のロッカーシャフト１０か設けられ、ロッカーシ
ャフト１０にはロッカーアームｌｌか揺動可能に取付け
られている。ロッカーアーム１１の一端部はバルブステ
ム３の上端部に当接し、ロッカーアームの他端部はバル
ブリフタ（図示せず）の動きを伝達するブツシュロッド
１２に当接されている。すなわちブツシュロッド１２に
よってロッカーアーム１１の他端部な突き上げるとハル
ツステム３は押し下げられ、バルブフェース４はバルブ
シート５から離間され吸・排気ボートが開かれる。ブツ
シュロット１２の下降時にはハルツスプリング８の作用
てスプリングリテーナｌを押し上げると、コツター７を
介して接続されているハルツステム３か上昇し、吸・排
気ボートは閉じられる。

さてこのようなスプリングリテーナｌは従来はＪＴＳ　
　Ｇ４１０５に規定されているクロムモリブデン鋼など
の強靭鋼か使用されてきた。ところか上述したスプリン
グリテーナｌの機能からも分かるようにバルブリテーナ
はハルブースプリング系統から発生する熱を速やかに放
散させるために熱伝導率の大きいこと、およびハルツ、
スプリンタの負担を軽くするため慣性質量の小さいもの
が望まれていた。

〔課題を解決するための手段〕

そごて上述の課題を解決するためにアルミニウム合金（
熱伝導率は鋼の約４倍、質量は鋼の約１／３）か考えら
れる。このため本件発明者は最近開発されたＦｅ、　Ｍ
ｎを含む高Ｓｉアルミニウム合金粉末に角のない球状セ
ラミック粒子あるいはセラミック粒子のうちても比較内
軟かいものを上記アルミニウム合金に配合すると耐摩耗
性も向上し、相手材も摩耗することなく、優れたスプリ
ングリテーナになることを確認し、提案した（特願昭６
３８６８４２）。本願発明は先の発明の改良にかかわり
、耐久性と潤滑性を一層向上させたものである。

すなわち本件発明の要旨は、第１は重量比でＳｉ１０．
０〜３０．０％と、Ｆｅ　０．５〜７．０％とＭｎ　０
．５〜４．０％とを含有し、残部か不可避的不純物を含
むＡｌ合金から成るマトリックス中に、平均粒径２〜３
０ｊＬｍのＡｌ２Ｏ３ＸｒＯ２Ｓｉ０２系セラミック粒
子を、重量比て　１〜１０％分散させてなるスプリング
リテーナであり、第２は重量比でＳｉ１０．０〜３０．
０％と、Ｆｅ　０．！＋−７．０％とＭｎ　０．５〜４
．０％とを含有し、さらにＣｕ　０．５〜５．０％およ
びＭｇ　０．２〜３．０を含み、残部か不可避的不純物
を含むＡｌ合金から成るマトリックス中に、平均粒径２
〜３０ＪＬｍのＡｌ２０ｉ−７ｒ０２−　ＳｉＯ□系セ
ラミック粒子を、重量比て　１〜１０％分散させてなる
スプリングリテーナにある。

〔発明の構成〕

以下本発明を詳しく述べる。

本発明ては高温においても耐摩耗性および強靭性のある
、特開昭６１−２９５３０１号公報記載のアルミニウム
合金粉末を母材として使用する。

本発明における成分限定理由は、下記の通っである。

Ｓｉは１０重量％以下ては分散量が少なく、耐熱性や耐
摩耗性に及ぼす効果か不十分である。ＳｉｌＯ重量％程
度の亜共晶領域では、初晶Ｓｉは晶出せず、微細な共晶
組織を呈するものとなる。Ｓｉ量か増すにしたかってＳ
ｉ初晶か晶出するようになり、耐熱性、耐摩耗性か向上
する。しかしながら、Ｓｉか３０重量％を越えるといか
なる急冷凝固法を採用して粉末化しても、粗大なＳｉ初
晶か消失しなくなる。

急冷速度が１０３℃／秒程度でも、初晶Ｓｉを微細化さ
せるには、Ｓｉ量を２５重量％以下にする必要がある。

粗大なＳｉ初晶組織を有するＡｌ合金粉末の押出成形加
工を行うに当っては、粉末の圧縮性か著しく悪いため、
圧粉体の成形か困難であり、熱間押出加工においても変
形抵抗か大きく、大きな押出力を必要とするほか、押出
ダイスの寿命を著しく短縮する結果をもたらす。

従って、Ｓｉ含有量は１０．０〜３０重量％、好ましく
はＳｉ　１３．０〜２５重量％とするのか良い。

ＦｅおよびＭｎは、本発明においては重要な成分である
。ＦｅおよびＭｎは、Ａｌ中への溶解度か低く、かつ拡
散速度か遅いため、微細な金属間化合物として分散品出
し、材料の高温強度を向上せしめる。

さらに、ＦｅおよびＭｎの重要な役割は、耐応力腐食割
れ性を向上させる点にある。本発明者らか、耐応力腐食
割れ性について詳細に検討した結果、公知のＡｌ合金に
おけるか如く、ＦｅまたはＭｎを単独に添加したのては
、耐応力腐食割れ性に対しては効果か無く、Ｆｅおよび
Ｍｎを一定範囲て共存させると著しい効果かあることを
見出し、本発明に至ったものである。

通常、ＡＩ地金中に存在するＦｅおよびＭｎは、それぞ
れ、せいぜい０．８重量％、０．０３重量％程度であり
、この程度ては、高温強度、耐応力腐食割れ性に対して
不十分である。また、添加量か多過ぎると熱間加工性お
よび靭性か低下するのて好ましくない。

ＦｅおよびＭｎを固溶限界を越えて添加すると、Ａｌ−
Ｆｅ−Ｍｎ−３ｉ系の金属間化合物として析出し、その
形状は、添加量か多いほど、また冷却速度が遅いほと、
粗大化する。この金属間化合物は、分散急冷凝固法によ
る合金粉末においては、棒状組織として存在し、後続の
熱間押出工程において分断され、マトリックス中に微細
に分散する。この化合物は、高温においても安定で、粗
大化成長することもなく、長時間高温保持しても強度の
低下は生じない。

また、この金属間化合物は、Ａｌ−Ｆｅ系、あるいはＡ
ｌ−Ｍｎ系金属間化合物に比して耐応力腐食割れ性に対
して著しい効果を有するものである。

従って、シリンターライナー、ピストン、コンロット、
ロッカーアーム、コンプレッサー用翼体等の高温にさら
され、しかも強度を要求される機械部品用材料として好
適なものとなる。特に応力腐食か問題とされるような長
寿命、高信頼性を要求される機械部品に最適な材料とな
り得る。　ＦｅおよびＭｎの添加量は、Ｆｅ：　　０．
５〜７重量％、Ｍｎ：０．５〜４重量％か適当である。

Ｆｅか７重量％を越え、またはＭｎか４重量％を越えた
場合には、硬さや耐摩耗性かかえって低くなり、成形体
を作った場合には材質か脆くなる傾向がある。

Ｆｅに比較してＭｎ含有量を少なくする理由は、熱間加
工性の改善、押出歩留りの向上、応力腐食割の改善、靭
性の改善を計るためである。

また、ＦｅとＭｎは単独添加では耐応力腐食割れ性か認
められず、両者を同時添加する必要がある。

本発明におけるＡｌ合金粉末ては、必要に応してＣｕ、
あるいはＭｇを添加しても良い。Ｃｕ、　Ｍｇは、Ａｌ
合金において、時効硬化性を付与して材質を強化する成
分として広く使用されており、好適な添加量は、Ｃｕは
０．５〜５．０重量％、Ｍｇは０．２〜３．０重量％の
範囲である。本発明においても、溶体化処理温度ての固
溶限度内の範囲て、Ｃｕ、　Ｍｇを添加することは、材
質を強化するために有効である。本発明の合金粉末にお
いては、高温強度を改善する目的で、さらにＴｉ、　Ｚ
ｒ、　Ｍｏ、　Ｖ、　Ｃｏ、　Ｚｎ、　Ｌｉ等を少量添
加することは何ら支障はない。しかし、添加量か多過ぎ
ると、成分管理、溶解温度の上昇等、製造上の問題か生
してくる。

Ａｌ合金粉末中のＳｉ結晶粒の大きさは１５ｇｍ以下が
好ましく、主として、初晶Ｓｉの大きさが１５ｇｍ以上
になると後続の合金粉末の成形加工性か悪くなり、材料
特性か悪化するからである。

本発明のＡｌ合金粉末は、前記目標組成を有する合金溶
湯をアトマイズ法、遠心力による微粉末製造法をもって
０．５ｍｍ以下の粒子サイズに急速分散凝固させること
により得られるものである。粉末化の際における冷却速
度は、１０３℃／秒程度以上であれば十分てあり、合金
成分量か多くなるほど冷却速度を早くしないと、微細組
織は得られない。

かくして得られたＡｌ合金粉末は、大きさが１５ｐｍ以
下のＳｉ結晶と、成長を抑制された金属間化合物品を有
しており、このような組織の合成を鋳造法て得ることは
困難である。

セラミック粒子としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ２−シルコ
ニア（ＺｒＯ２）−シリカ（５Ｉ０２）系のものを使用
する。Ａｌ２Ｏ３−Ｚｒ０２−ｓｉｏ２系セラミックは
Ａｌ２Ｏ３単独粒子よりは軟かくて相手材を傷付ける程
度か小さく、しかも耐摩耗性を向上させるのに充分な硬
さを備えている。セラミックの組成範囲はＡｌ２Ｏ３：
　４５〜５５ｗｔ％、ＺｒＯ２：　２５−３５ｗｔ％、
ＳｉＯ２：１５〜２５ｗｔ％が適当である。Ａｌ２Ｏ３
か４５ｗｔ％以下ては耐摩耗性か改善されず、５５ｗｔ
％以上ては硬すきて相手材を傷付ける。ＺｒＯ２は硬さ
をやわらげる働きをし、Ｓｉｎ２は潤滑性を向上させる
働きをする。

Ａｌ□０３の機能を補足する目的てＺｒＯ□とＳｉＯ□
はセラミック中ておのおの２５〜３５ｗｔ％、１５〜２
５ｗｔ％含まれていることか必要である。このようなセ
ラミック粒子としては昭和電工■製モランタムＡＺが利
用てきる。もちろん球状てあればなお好ましい。

セラミックの平均粒子径は２〜３０ｇｍのものが好まし
い。平均粒子径か２ｇｍ未満ては細かすぎて耐摩耗性の
効果か余り得られないし、３０ｇｍ以上ては熱間加工か
困難になるとともに強度の低下をまねく。

セラミック粒子の添加量は１〜１０ｗｔ％とする必要か
ある。　１ｗｔ％以下ては添加効果か発揮されず、１０
ｗｔ％を越えると添加効果は飽和し、かえって材質強度
の低下を招くからである。

セラミック粒子の分散のための手段としてはアルミニウ
ム合金溶湯に分散させる方法、アルミニウム合金粉末に
混合し押出す方法のいずれでもよいか合金粉末に混合し
て用いる方か好ましい。その理由はセラミック粒子を多
量に均一分散させるのはアルミニウム合金溶湯てはかな
り困難であるからである。セラミック粒子とアルミニウ
ム合金とからなる成形体を得る方法は例えば次のように
する。

アルミニウム合金溶湯なアトマイズ法や遠心微粉化法な
ど既知の方法によってアルミニウム粉末合金を得る。こ
のアルミニウム粉末合金に所定量のセラミックス粒子を
配合し、Ｖ型コーンミキサー等によって均一に混合する
。そして得られた混合粉を２００〜３５０°Ｃに加熱し
て圧縮成形する。成形圧力は０．５〜３　　ｔｏｎ／ｃ
ｒｎ’程度てよい。そしてつぎに３５０°Ｃ以上の温度
、好ましくは４００〜５００°Ｃの温度て熱間押出しを
行なえばよい。又この成形品は必要に応して焼なまし、
焼入れ、焼もどしなとの熱処理を行って合金の強度を改
善してもよい。最後に熱間鍛造などのわずかな操作て最
終製品であるスプリングリテーナを得る。

次に、本発明の実施例を挙げて説明する。

（実施例　１）Ｓｉ　１４．５％、Ｃｕ　２．５％、Ｍｇ０．５％、Ｆ
ｅ　４．５％、Ｍｎ　２．０％、残部かＡｌである合金
組成を有する高Ｓｉアルミニウム合金溶湯な空気アトマ
イズして冷却速度１０３〜１０４°Ｃ／ｓｅｃて急冷し
て急冷凝固粉末とし、得られた粉末を一６０ｍｅｓｈと
なるようにフルイ分けを行った。

このアルミニウム合金粉末に表１に示す硬質セラミック
粒子を３ｗｔ％添加し、Ｖ型混合器を使用して混合した
後、サンプルａ、ｂについてはプレス成形法（ＣＩＰ法
）により密度比７５％の圧粉体を得た。冷間静水圧プレ
ス成形法においてはゴム製チューブ内に混合粉末を入れ
、圧力１．５〜３．０ｔｏｎ／ｃｎ＋２程度の静水圧下
で成形した。サンプルｃｄについては金型圧縮成形法に
て密度比７５％の圧粉体を得た。金型圧縮成形法ては金
型内に混合粉末を入れ、常温大気中で１．５〜：１．Ｏ
ｔｏｎ／ｃｍ２程度の圧力て成形した。

表　　１このようにして得られた圧粉体を炉内温度４０００Ｃの
均熱炉内に４時間保持し、次いでこの圧粉体に熱間押出
加工を施し、直径２０．５１１１１１１．長さ４００＋
ｎｎ＋の丸棒状の押出棒を得た。

この押出棒に表２に示す熱処理を施した後、引張試験片
、ＳＣＣテスト用試験片を切出し、引張試験、ＳＣＣテ
スト、１５０°Ｃ×２０圓時間大気中に暴露後の引張試
験を行なった。これらの試験結果を表３に示す。

また比較のため従来アルミニウム合金において最大強度
か要求される場合に適用される、Ｔ６　処理、及び熱処
理なしの場合について同様のテストを行なった。これら
のテスト結果を表３に合わせて示した。

表３表２（実施例　２）Ｓｉ　　１４．５　　％、Ｃｕ　　２．２％、Ｍｇ　０
．４％、Ｆｅ　　４．５％、Ｍｎ　　２．０％、残部が
Ａｌである合金組成を有する高Ｓｉアルミニウム合金溶
湯を空気アトマイズして急冷凝固粉末とし、得られた粉
末を一６０ｍｅｓｈとなるようにフルイ分けを行った。

次いで平均粒径１０ｇｍ組成Ａｌ２Ｏ３：　５０．６％
、ＺｒＯ２：　３１．１％、Ｓｉｎ□：　１６．８％、
Ｆｅ、、０．、　　：　　０．１％、ＴｉＯ２：　　１
．１％の組成を有する昭和電工■製のモランダムＡＺ粒
子を　５重量％になるように前記急冷凝固粉末に配合し
、Ｖ型コーンミキサーを使用して窒素ガス封入下で均一
に混合した。これらの混合粉を２５０°Ｃに１時間加熱
した後、同温度に加熱された金型中に充填し上下パンチ
にて圧縮成形してビレウドとした。次に該ビレットをＡ
ｒカス中て４５０°Ｃて３０分間加熱した後熱間押出し
によって丸棒を得た。その後、約４３０°Ｃに加熱され
たスプリングリテーナ成形用金型に鍛造用ブランクを配
置し、上下より加圧することにより熱間鍛造にてスプリ
ングリテーナ素材を形成した。この素材なＴ６処理した
のち、材料試験を行ったところ、引張強さ４３．２ｋｇ
ｆ　／　ｍｍ’、　０．２％耐力３８ｆ／ｍｍ’、伸び
０．６％、硬さ（ＨＲＢ）　９：ｌ、シャルピー衝撃値
　０．５０　ｋｇｆ／ｍｍ’であった。

（摩耗試験）このようにして作ったアルミニウム合金−セラミックス
複合材の摩耗試験を行った。

試験は第２図て示す方法で実施した。試験片１３を試験
片ホルタ１４て保持し、相手方回転円板１５の外周面に
一定圧力て圧接させ、潤滑油供給管Ｉ６から潤滑油を供
給しながら摺動させる。試験片は５×５×２０１１ＩＩ
１１の角柱状を呈し、先端摺動面には半径６ｍｍの丸み
か封せられ、研磨仕上げか施されている。相手円板１５
はＡＡ規格３９０番のアルミニウム合金（Ｓｉ１７％、
Ｃｕ　４．５％、Ｍｇ０　、５５％残部かＡ文）のＴ６
処理（４８０℃焼入れ後１２０°Ｃ×２４時間焼もどし
）したものでＯＲＢ　８０の硬さを有し、外径４４．２
ｍｍて、摺動外周面は表面粗さ約１．５７ｚｍに研磨仕
上げが施されている。このような装置によって相手円板
１５を３ｍ／秒の周速て回転させ、８０±１℃に加熱さ
れたコンプレツーサオイル（スニソ５ＧＳ）を５００ｍ
１／ｍｉｎの割合て供給管から給油しながら試験片１３
を相手円板１５の外周面に３ｋｇ／ｍｒｎ’の押圧力て
押付け、摩擦距離を１５０１ｏｎとして試験片１３と相
手円板１５とを摺動させた。

この摩耗特性試験の結果を第４表に示す。

（以下余白）第４表第１表より明らかなように本発明品はスプリングリテー
ナとしての現用材であるクロモリ鋼に近い特性を有する
。

このスプリングリテーナ素材に対して研削などの機械加
工を行って第１図に示されているスプリングリテーナ１
を製作した。このスプリングリテーナｌは長さ９ｍｍ、
外径３２ｍｍ、筒状部１７の外径１５１１１１１、円錐
面１８の大径端部の直径１１ｍｎ＋、円錐面１８の傾斜
角１５°、フランジ部１９の厚さ４ｍｍである。

このスプリングリテーナについての性能を評価すべく、
実際のカッリンエンジンに組込み試験を行ったところ十
分な耐久性を有するものであることか確認された。又ス
プリングリテーナおよびハルツスプリングにも実質的な
摩耗は生しなかった。

さらにこのスプリングリテーナの重量は１０．１ｇてあ
り、従来のクロムモリブデン鋼製のスプリングリテーナ
は約２０〜３０ｇであるのに対して１／２〜１／３への
軽量化かはかられた。

（実施例３）アルミニウム合金としてＳｉ　１６．５％、Ｆｅ　５．
５％Ｍｎ　２．５％を含む合金を使用し、ＦＯ熱処理し
た以外は実施例２と同様の方法てスリンクリテーナを作
製した。この素材の機械的性質は引張強さ４０．１ｋｇ
ｆ　／　ｍ　ｒｎ’　、　　０．２％耐力　３５．２ｋ
ｇｆ　／ｍｍ’、伸び０．４５％、硬さ（ＨＲＢ）　９
１、シャルピー衝撃値０．４１ｋｇｆ　／　ｍ　ｍ’て
あった。

これらの結果より、本発明によれば従来のアルミニウム
合金ては得られなかった耐熱強度、高剛性、高耐摩耗性
を備え、耐ＳＣＣ性も兼ね備えたアルミニウム合金を提
供することができることか明かとなった。

（発明の効果）本発明に係るスプリングリテーナは（イ）従来の１／２
〜１／３と軽量になること、（ロ）熱伝導率か大きくハ
ルブースプリング系統より発生する熱の放散が容易であ
ること、（ハ）スプリングリテーナの摩耗がないこと、
（ニ）相手材であるハルツスプリングを摩耗させないこ
と、などの効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図。第２図は摩耗
試験機を示す概略図。第３図はスプリングリテーナの作
用を示す概略図。ｌ・・・・・・・・・スプリングリテーナ、２・・・・
・・・・・パルツガイド、３・・・・・・・・・ハルツステム、４・・・・・・・・・バルブフェース、５・・・・・・
・・・バルブシート、１１・・・・・・・・・ロッカーアーム、１３・・・・
・・・・・試験片、１４・・・・・・・・・試験片ホルダ１５・・・・・・・・・回転円板、１７・・・・・・・・・筒状部、１８・・・・・・・・・円錐面、１９・・・・・・・・・フランジ部。

Claims

【特許請求の範囲】（１）重量比でＳｉ１０．０〜３０．０％と、Ｆｅ０．
５〜７．０％とＭｎ０．５〜４．０％とを含有し、残部
が不可避的不純物を含むＡｌ合金から成るマトリックス
中に、平均粒径２〜３０μｍのＡｌ＿２Ｏ＿３−ＺｒＯ
＿２−ＳｉＯ＿２系セラミック粒子を、重量比で１〜１
０％分散させてなることを特徴とするスプリングリテー
ナ。（２）重量比でＳｉ１０．０〜３０．０％と、Ｆｅ０．
５〜７．０％とＭｎ０．５〜４．０％とを含有し、さら
にＣｕ０．５〜５．０％およびＭｇ０．２〜３．０を含
み、残部が不可避的不純物を含むＡｌ合金から成るマト
リックス中に、平均粒径２〜３０μｍのＡｌ＿２Ｏ＿３
−ＺｒＯ＿２−ＳｉＯ＿２系セラミック粒子を、重量比
で１〜１０％分散させてなることを特徴とするスプリン
グリテーナ。（３）セラミック粒子の組成が重量比でＡｌ＿２Ｏ＿３
：４５〜５５％、ＺｒＯ＿２：２５〜３５％、ＳｉＯ＿
２：１５〜２５％、Ｆｅ＿２Ｏ＿３：１．０％以下、Ｔ
ｉＯ＿２：２．５％以下であることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載のスプリングリテーナ。（４）Ａｌ
合金マトリックスがアルミニウム合金粉末成形体である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスプリン
グリテーナ。（５）Ａｌ合金マトリックス中のＳｉ結晶粒の大きさが
１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求
項２記載のスプリングリテーナ。