JPH02145743A - ロッカーアーム - Google Patents

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】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） この発明は、自動車用内燃機関の動弁機構の構成部品と
してカムシャフトやピボットなどと共に利用される高ク
ロム鋳鉄のロッカーアームに関するものである。 （従来の技術） 自動車用内燃機関においては、エンジンのシリンダヘッ
ド部分に設けた吸気バルブおよび排気バルブを開閉させ
るための動弁機構を備えている。 この動弁機構としては種々の構造を有するものがあるが
、一般的にはカムシャフトの回転をカムフォロワとなる
ロッカーアームで往復運動に変換し、この往復運動によ
って吸気バルブおよび排気バルブを往復運動させること
により、吸気バルブおよび排気バルブを開閉する構造の
ものとしている。 従来、この種のロッカーアームとしては、鋳造用アルミ
ニウム合金を用いたアルミダイキャスト品からなるもの
や、高クロム鋳鉄を用いた一体鋳造品からなるものなど
があり、それぞれに一長一短を有しているが、いずれに
しても自動車用内燃機関の高性能化の要請に伴って小型
軽量化、高スｊ命化、メインテナンスフリー化が求めら
れている。 これらのうち、後者の高クロム鋳鉄を用いた−体鋳造品
からなるものとしては、例えば、合金成分として、Ｃｒ
、Ｃ，ＳｆおよびＭｎ等を含有し、その際Ｃｒの含有率
が３０％前後であり、Ｃｒ　／　Ｃｃｙ）組成比が９〜
１３でかッＣｒ　／　Ｃ／Ｓ１の組成比が１５以上であ
る組成を有する３０％系高クロム鋳鉄を用いたものがあ
り、より具体的には、Ｃ：２．４〜３．２％、Ｓｉ：０
．５〜１．０％、Ｍｎ：１．０％未満、Ｃｒ：２５〜３
５％の組成を有する高クロム鋳鉄を用いたものがあった
（特開昭５６−８４４４２号公報）。 （発明が解決しよ゛うとする課題） しかしながら、このような高クロム鋳鉄の一体鋳造品か
らなるロッカーアームでは、Ｃｒ含有着が３０％前後と
かなり多いものとなっており、相手材であるチル鋳鉄製
カム、バルブ軸端部あるいはピボットなどとの摺動表面
において粗大な針状炭化物がまばらに析出すると共に、
軟らかい残留オーステナイトもしくはフェライトが分散
した硬さの低いマルテンサイト母相を有する組織となっ
ていたため、相手材であるチル鋳鉄カム、バルブ軸端部
あるいはピボットなどを大きく摩耗させたり、ロッカー
アーム自身にシビアースカッフィング摩耗を生じたりす
ることがありうるという課題があった。 （発明の目的） この発明はこのような従来の課題にかんがみてなされた
もので、ロッカーアームそれ自身の摩耗量を著しく少な
くすることができると同時に相手材の摩耗量をも著しく
少なくすることが可能である自動車用内燃機関の動弁機
構用ロッカーアームを提供することを目的としているも
のである。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） この発明に係るロッカーア−１・は、高クロム鋳鉄を一
体鋳造することにより形成された高クロム鋳鉄よりなる
ロッカーアームであって、平均粒径が２０Ｂｍ以下とな
る分布をもった微細な硬質炭化物が、Ｈｖ５００以上の
硬さのマルテンサイト母相中に、面積率で３０５以上４
５タロ未満の範囲で析出しており、析出硬質炭化物の外
接円面積に対する析出硬質炭化物の実面積の比率（析出
硬質炭化物の球状化率）の平均値が４０％以上である組
織を有する構成としていることを特徴としており、この
ようなロッカーアームの構成を上述した従来の課題を解
決するための手段としている。 この発明に係るロッカーアームのおいては、上述したよ
うに、平均粒径が２０ｇｍ以下となる分布をもった微細
な硬質炭化物が、Ｈｖ５００以上の硬さのマルテンサイ
ト母相中に、面積率で３０％以上４５％未満の範囲で析
出しており、析出硬質炭化物の外接円面積に対する析出
硬質炭化物の実面積の比率（析出硬質炭化物の球状化率
）の平均値が４０％以上である組織を有するものとして
いるが、この場合、硬質炭化物の平均粒径が２０ｇｍを
超える分布をもったものであると、析出硬質炭化物の脱
落を生じたり、相手材であるチル鋳鉄製カム等に大きな
摩耗先生じさせたりするので好ましくなく、また、マル
テンサイト母相の硬さがＨｖ５００よりも低いと耐凝着
性に劣ったものとなり、スカッフィング摩耗を生じてロ
ッカーアーム自身および相手材である鋳鉄製カム等の摩
耗量を増大させることとなるので好ましくなく、さらに
、Ｈｖ５００以上の硬さのマルテンサイト母相中に析出
する平均粒径が２０ｇｍ以下となる分布をもった微細な
硬質炭化物の析出量が面積率で３０％よりも少ないと、
析出炭化物がまばらに存在した組織となり、ロッカーア
ーム自身の耐摩耗性が不十分なものとなることから、そ
の結果として相手材の摩耗量をも増大させることとなる
ので好ましくなく、反対に面積率で４５％以上となると
ロッカーアームの強度が低下してロッカーアームの全体
が脆いものとなると共に、相手材に対する攻撃性も大さ
くなるので好ましくなく、さらにまたマルテンサイト母
相中に析出する析出硬質炭化物の球状化率の平均値が４
０％よりも少ないと針状の炭化物による相手材に対する
攻撃性が大きくなり、相手材の摩耗量を増大してしまう
こととなるので好まｌ、＜ない。 この発明に係るロッカーアームは、上述した構成を有す
るものであるが、そのより望ましい実施態様においては
、高クロム鋳鉄の化学組成が、重量％で、Ｃ：２．５〜
３．７％、Ｓｉ：１゜Ｏ〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜！
、０％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｎｉ：０．３〜０．７％
、Ｐ：０．３％以下、Ｓ：０．１％以下の範囲であり、
必要に応じて、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ　、Ｂ
（Ｑうちから選ばれる１種または２種以上の合計＝３〜
ｌＯ％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる
ものとするのがよい。 この場合、Ｃはロッカーアームの耐摩耗性を向−１ニさ
せるのに有効な元素であるが、このＣ含有量が少なずざ
ると、硬質炭化物の析出量が面積率で３０％よりも少な
くなってコツカーアーム自身の耐摩耗性が不十分なもの
となり、その結果として相手材の摩耗量をも増大させて
しまうこととなるので、Ｃ含有量は２．５％以上とする
のが望ましく１反対にＣ含有量が多すぎると硬質炭化物
の析出量が面積率で４５％よりも多くなり、強度が低下
してロッカーアームの全体が脆いものとなるので、Ｃ含
有量は３．７％以下とするのが望ましい。 また、Ｓｔの添加量は、１．０％未満では溶湯の融点が
高くなり、鋳込みの際に湯回りが悪くなるので好ましく
なく、２．０％を超えると炭化物の形成を阻害して黒鉛
が析出するので耐摩耗性が低下することから、Ｓｔは０
．１〜２．０％の範囲とすることが望ましい。 さらに、Ｍｎは一部が炭化物を形成し、一部は基地に固
溶［７て基地組織のパーライト化を促進すると共に焼入
性を向上させる作用がある。しかし、０．５％未満では
これらの効果が得られず、１　、０％を超えると炭化物
の析出量が過多となるかあるいは基地がマルテンサイト
のとき炭化物周辺の基地の焼戻し脆性を生じさせ、材料
を脆化させるので、Ｍｎは０．５〜１．０％の範囲とす
ることが望ましい。 さらに、Ｃｒは各種の炭化物を形成すると共にち密な酸
化膜を形成してロッカーアームの耐食性および耐摩耗性
を向」−させるのに有効な元素であるが、このＣｒ含有
量が少なすぎると析出炭化物（Ｆｅ　、Ｃｒ）７　Ｃ３
の量が少なくなり、析出炭化物が母相中にまばらに存在
した組織となって、ロッカーアーム自身の耐摩耗性が不
十分なものとなり、その結果相手材の摩耗量をも増大さ
せることとなるので、Ｃｒ含有量は１５％以上とするの
が望ましく、反対にＣｒ含有量が多すぎると硬さの低い
マルテンサイト母相中に残留オーステナイトや一部フエ
ライトが存在し、ロッカーアーム自身および相手材にシ
ビアースカッフィング摩耗が生じやすくなるので、Ｃｒ
含有量は２０％以下とすることが望ましい。 さらにまた、Ｎｉは靭性および焼入性の向上に寄与する
元素であるが、Ｎｉ含有量が少なすぎると靭性の向上に
対する効果が少ないので０．３％以上とすることが望ま
しく、Ｎｉ含有量が多すぎるとオーステナイト化が進行
して凝着摩耗を生ずるようになるので０．７％以下とす
ることが望ましい。 さらにまた、Ｐは鋳鉄組織中に硬質のステダイ）　（Ｆ
ｅ−Ｆｅ３　Ｃ−Ｆｅ３　Ｆ）として存在してロッカー
アームの耐摩耗性を向上させる作用を有するが、０．３
％を超えるとステダイト中のＦｅ５Ｃが増加して硬くか
つ脆くなるため０．３％以下とするのが好ましく、Ｓも
０．１％以下とするのが好ましい。 さらニｔ、た、Ｗ　、　Ｍ　ｏ　、　Ｖ　、　Ｎ　ｂ　
、　Ｔ　ａ　。 Ｔｉ、Ｂは炭化物を形成して＃摩耗性を向上させ、炭化
物の球状化率を高めて相手材に対する攻撃性を低減する
のに有効な元素であり、このような耐摩耗性向上のため
に必要に応じて合計で３％以上含有させることが望まし
い、しかし、合計で１０％よりも多く含有させるとロッ
カーアーム自身の靭性を低下させることとなるので、こ
れらの元素の合計で必要に応じて３〜１０％の範囲で添
加するのもよい。 このようなより望ましい化学組成を有する高クロム鋳鉄
を素材として一体鋳造によりこの発明に係るロッカーア
ームは製作されるが、鋳造後に焼入れ焼もどし処理を施
してマルテンサイト母相の硬さがＨｖ５００以上である
ようにし、この後機械加工によって仕上げることにより
、耐凝着性の量れたロッカーアームとなるようにしてお
くことが望ましい。 （発明の作用） この発明に係るロッカーアームでは、Ｈｖ５００以上の
硬さのマルテンサイト母相中に、平均粒径が２０ｐｍ以
下となる分布をもった微細な硬質炭化物が、面積率で３
０％以上４５％未満の範囲で析出しており、析出硬質炭
化物の球状化率の平均値が４０％以りである組織を有す
るものとしているから、ロッカーアーム自身の耐摩耗性
を良好なものにしていると同時に相手劇に対する攻撃性
も小さく、相手材の摩耗量も少ないものにするという作
用がもたらされる。 （実施例） 第１表に示す化学組成の高クロム鋳鉄の溶湯を用い、こ
れをそれぞれ精密鋳造することによってロッカーアーム
粗材を得たのち、実施例１〜６および比較例８〜１０，
１２．１３のロッカーアーム粗材に対しては焼入れおよ
び焼もどしの熱処理を施し、次いで熱処理を施さない比
較例７，１２のロッカーアーム粗材をも含めて機械加工
することにより所定形状のロッカーアームを作製した。 次いで、各ロッカーアームにおける硬質炭化物の析出量
１粒径および球状化率を調べると共に、母相の組織およ
び硬さを調べた。これらの結果を同じく第１表に示す。 さらに、各ロッカーアームをエンジンに組み込み、第２
表に示す条件で耐久試験を行い、耐久試験後のロッカー
アーム自身の摩耗深さおよび相手材であるカムノーズの
トップ部分の摩耗深さをそれぞれ調べた。これらの結果
を第１図に示す。 第１表および第１図に示したように、比較例７のロッカ
ーアームにおいては、Ｃｒ含有量が多いためマルテンサ
イト母相中に残留オーステナイトが存在しており、焼入
れ焼もどしの熱処理を施していないため母材マルテンサ
イトの硬さが低いものとなっていると共に、Ｗ　、　Ｍ
　ｏなどの炭化物形成元素を含んでいないため炭化物の
球状化率が低いものとなっており、炭化物の粒径も大き
なものとなっているため、カムフォロワーであるロッカ
ーアーム自身および相手材であるカムの両方共に大きな
シビアースカッフィング摩耗を生じており、大きな段付
き摩耗を発生していて、耐摩耗性が不十分なものであっ
た。 この比較例７のロッカーアームの断面金属組織を調べた
ところ、ｍ２図に示すものであった。第２図において、
塊状の白色部は炭化物（針状）であり、また塊状の灰色
部は残留オーステナイトであり、マトリックスはマルテ
ンサイトであって、この第２図より明らかなように、Ｃ
ｒを２０％よりも多く含有しているために、軟らかい残
留オーステナイトもしくは一部フエライトが、硬さの低
いマルテンサイト母相中に存在しており、ヌカ−２フイ
ング摩耗を容易に発生させるものとなっていることが認
められた。また、ＷやＭｏ等の炭化物形成元素を全く含
有していないために、析出炭化物（Ｆｅ、Ｃｒ）７Ｃａ
　、（ＦＢ、Ｃｒ）２３Ｃ６が針状でかつ粗大に成長し
ており、炭化物の粒径が大きいと共に球状化率が低いも
のとなっているため、相手材であるチル鋳鉄製のカムを
攻撃してその摩耗量を著しく増大させていることが認め
られた。 また、」二足比較例７のロッカーアームに焼入れ焼もど
しの熱処理を施した比較例８のロッカーアームでは、母
相マルテンサイトの硬さが増大したものとなっているこ
とから、比較例１のロッカーアームに比べれば摩耗量は
少なくなっているものの、母相中に残留オーステナイト
が含まれていると共に炭化物の粒径が大きく炭化物の球
状化率も低いものとなっているため、やはりシビアース
カツフィングをイ〒なって大きく摩耗していることが明
らかであった。このように、比較例８のロッカーアーム
においてもＣｒ含有量が２０％を超えているために、金
相学的に残留オーステナイトが焼入れ後も残存し、その
結果スカッフィングをやはり発生させてしまうものとな
り、また、針状炭化物の相手材カムへの攻撃性は比較例
７と同様に大きいものとなっていた。 次に、比較例９のロッカーアームは、Ｃｒ含有量が２０
％を超えているため、比較例７，８のロッカーアームと
同様に、母相中に残留オーステナイトが存在するものと
なっており、シビアースカッフィング摩耗を生じている
ことが認められた。しかし、炭化物形成元素であるＷと
ＭＯを含有しているために、析出炭化物（Ｆｅ、Ｃｒ）
７Ｃ３、（Ｆｅ　、Ｃｒ）　２３　Ｃ６（７）形状は球
状化していると共に、その粒径も小さなものとなってい
ることから、相手材であるカムへの攻撃性は多少減少し
ているものとなっていた。 また、比較例１０のロッカーアームにおいては、Ｃｒ含
有量が１５％未満と少ないために、析出炭化物（Ｆｅ　
、Ｃｒ）７　Ｃ３の量が少なく、第３図に示す断面金属
組織（塊状の白色部は炭化物、灰色のマトリックスはマ
ルテンサイト）からも、明らかなように析出炭化物がま
ばらに存在した組織となっているため、ロッカーアーム
自身の耐摩耗性が不十分なものとなっており、そのため
に相手材であるカムも大きく摩耗している結果となって
いた。 さらに、比較例１１のロッカーアームは、ＬＬ７ＩＩｙ
ロム鋳鉄を鋳造したままのロッカーアーム粗材に対して
焼入れ焼もどしの熱処理を施すごとなくそのまま機械加
工してロッカーアームとしているため、焼入れが不−１
−分であり、母相は硬さの低い〜プルテンサイドになっ
ているため、耐凝着性に劣るものとなっており、スカッ
フィング摩耗を伴ないやずく、ロー・カーアームおよび
相手材であるカム共に大きく摩耗してしまう結果どなっ
ていたやさらにまた、比較例１２のロッカーアームにお
いては、Ｗ等の炭化物形成元素の含有量が少ないために
、第４図に示す断面金属組織（塊状の白色部は炭化物、
黒色のマトリックスはマルテンサイト）からも明らかな
ように炭化物が針状（球状化率は２５％）でかつやや粗
大に析出したものとなっており、ロッカーアーム自身の
摩耗量は少ないものの相手材であるカムを著１．　＜摩
耗させる結果となっていた。 七らにまた。比較例１３の口９カーアームでｌ↓、ＣＯ
含有量が少ないために析出炭化物量が面積率で２７％と
少ないものとなっていることから、ロッカーアーム自身
の耐摩耗性が不十分であり、その結果として相手材であ
るカムも大きく摩耗している結果となっＣいた。 これらの比較例７〜１３に対し、実施例１〜６のｏ　７
カーアームにおいては、第５図に例示する実施例４の断
面金属＆！Ｉ　Ｋ”ａのように、平均粒径１６μｍの微
細で球状化し、た硬質炭化物が面積率で３７％の割合で
Ｈｖ７３８のマルテンサイト母相中に析出した組織を有
しＣいるために、ロッカーアーム自身の耐摩耗性に優れ
ているだけでなく、相手材であるカムに対する攻撃性も
小さく、カムの摩耗量をも著しく少ないものとなってい
ることが認められた。

【発明の効果】

この発明に係るロッカーアームは、高クロム鋳鉄を素材
とし、平均粒径が２０ｇｍ以下となる分布をもった微細
な硬質炭化物が、Ｈｖ５００以上の硬さのマルテンサイ
ト母相中に、面積率で３０％以上４５％未満の範囲で析
出しており、析出硬質炭化物の外接円面積に対する析出
硬質炭化物の実面積の比率（析出硬質炭化物の球状化率
）の平均値が４０％以上である組織を有しているものと
なっているので、ロッカーアームそれ自身の摩耗量を著
しく少ないものとすることができると同時に、相手材の
摩耗量をも著しく少ないものとすることができ１例えば
、鋳鉄製のカムとカムフォロワーであるロッカーアーム
との間での面圧が高く、潤滑条件が厳しい高性能エンジ
ンのカムとロッカーアームとの摺動に際してのシビアー
スカッフィングを伴う摩耗を著しく改善することができ
るようになり、動弁機構の高寿命化ならびにメインテナ
ンスフリー化が実現されるようになるという優れた効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例１〜６および比較例７〜１３
のロッカーアームをそれぞれエンジンに組み込んで耐久
試験を行った結果を示すグラフ、第２図、第３図、第４
図および第５図はそれぞれ比較例７．比較例１０．比較
例１２および実施例４のロッカーアームの断面金属組織
を示す金属顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高クロム鋳鉄よりなるロッカーアームであって、
   平均粒径が２０μｍ以下となる分布をもった微細な硬質
   炭化物が、Ｈｖ５００以上の硬さのマルテンサイト母相
   中に、面積率で３０％以上４５％未満の範囲で析出して
   おり、析出硬質炭化物の外接円面積に対する析出硬質炭
   化物の実面積の比率（析出硬質炭化物の球状化率）の平
   均値が４０％以上である組織を有することを特徴とする
   ロッカーアーム。