JPH03105003A - タペットの製造方法 - 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、エンジンの動弁機構をａ成するタペットを
製造するのに利用されるタペットの製造方法に関するも
のである。 （従来の技術） エンジンの動弁機構においては、種々の構造のものが採
用されているが、例えば、エンジンのクランクシャフト
の回転と回期してカムシャフトを回転させ、このカムシ
ャフトの回転によってタペットの往復動に変換し、この
タペットの油圧機構部分のブランジャ一端部を介してエ
ンジンバルプを往復動させる構造としたものがある。 第１０図はエンジンの動弁機構の一例を部分的に示すも
のであって、油圧タペットを用いた動弁機構を示してい
る． 第ｌＯ図において、１１はシャフ｝１１ａの途中に複数
のカムｆｉｂを形成したカムシャフト、１２は前記カム
ｌｌｂと接触するタペット冠面１２ａ，タペット軸部１
２ｂおよびタペット抽圧機構のプランジャ一端部１２ｃ
を有するタペット１３はタペットガイド、１４はエンジ
ンバルブ（ステム）である。 このような動弁機構において、バルブ開閉の際の動力伝
達は、カムシャフト１１の回転がカム１１ｂからタペッ
ト冠面１２ａに伝わり、タベー２ト油圧機構のプランジ
ャ一端部１２ｃを介してエンジンバルブ（ステム）１４
へと行われる。 この場合、カムシャフト１１のカムｌｌｂには、通常、
２〜７′程度の傾斜角αが設けてあり、球面仕上げを行
ったタペット冠面１２ａと接触している． したがって、傾斜したカム１１ｂと球面をなすタペット
冠面１２ａとの接触位置Ａはタペット中心Ｃに対してオ
フセット量Ｄだけオフセットされることとなり、カムシ
ャフト１１の回転に伴ってタペット１２が目転し、タペ
ット冠面１２ａの摩耗が一様なものとなるようにしてあ
る。 従来、このようなタペット１２を製造するに際しては、
タペット素材に対して冷間鍛造および機械加工を行って
タペット形状をなすタペット粗材とし、このタペット粗
材に対して高濃度の浸炭ないしは浸炭窒化処理および焼
入れ●焼もどし処理を施し、タペット軸部１２ｂの内外
面の仕上加工を行ったのちタペット冠面１２ａの球面仕
上研磨を行うようにしており、タペット油圧機構のブラ
ンジャ一端部１２ｃなどと共に組み立てて油圧タペット
としていた。 このほか、タペット冠而１２ａにおいて球面仕上研磨を
行わず、平面仕上研磨を行う場合も多いが、この場合に
は自転による摩耗の不利を考慮して使用する素材の程度
をより優れたものにしているのが一般的である． （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のタペットの製造方法に
あっては、タペット冠面を球面化するための球面仕上研
磨を行うようにしており、また球面化しない場合であっ
ても平面仕上研磨を行うようにしていることから、熱処
理時の歪も加わって、研磨代で最低３０ｐｍ程度が削り
取られてしまうこととなり、表面より炭素が拡散した＃
摩耗性に優れた炭化物層が削り取られてしまうこととな
るため、＃摩耗性が低下したタペット冠面とならざるを
えなかった．それゆえ、高面圧下での使用にあっては、
スカッフィング摩耗およびピッチング摩耗が生じやすい
という課題があった。 また、製造面においても、球面仕上研磨や平面仕上研磨
では、炭化物が析出した硬い層を研磨するためコストの
上昇をもたらす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
たものであって、高濃度の浸炭ないしは浸炭窒化処理に
よって形成されたタペット冠面における炭化物多量析出
層をそのまま活かすことにより、＃摩耗性のより優れた
ものとしてスカッフィング摩耗やピッチング摩耗の発生
を少なくし、球面仕上研磨や平面仕上研磨を行うことに
よる＃摩耗性の低下やコストの上昇を回避すると共に、
熱処理により形成されるタペット冠面の凸形状部で相手
カムと接触させることによって前記相手カムとの接触位
置をタペット中心に対してオフセットさせ、カムの回転
とともにタペットの自転を生じさせることによりタペッ
ト冠面の摩耗を平均化できるようにすると同時に潤滑油
のさし回りをより一層十分なものとすることができるよ
うにしたタペットを製造することが可能であるタペット
の製造方法を提供することを目的としている．

【発明の構戒】

（課題を解決するための手段） この発明に係わるタペットの製造方法は、タペット形状
をなすタペット粗材に対して高濃度の浸炭ないしは浸炭
窒化処理を施してタペット冠面における析出炭化物量を
２３％以上にするとともに前記タペット冠面から内部に
向かって析出炭化物量が漸減するものとして当該タペッ
ト冠面の平面研磨および球面研磨を施すことなく前記タ
ペット冠面の析出炭化物量を維持させた＃摩耗性のタペ
ット冠面に形或すると共に、熱処理によって相手カムと
の接触位置をタペット中心よりオフセットさせる凸形状
部を形成する構成としたことを特徴としており、このよ
うなタペットの製造方法の構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている． 本発明に係わるタペットの製造方法によって製造される
タペットとしては、マッシュルーム型，キャップ型など
のものがあるが、とくに限定されず、また、油圧タペッ
ト構造のものに適用されるタペットの製造も当然に含ま
れる． この発明に係わるタペットの製造方法において用いられ
るタペットの素材としては、高濃度の浸炭ないしは浸炭
窒化処理に適するものが使用され、例えば、クロム鋼（
ＳＣｒ），クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ），軸受鋼（Ｓ
ＵＪ）等が使用される。 そして、このようなタペット素材を用いて、冷間鍛造，
切削加工，仕上加工などの適宜の加工手段によってタペ
ット形状をなすタペット粗材に形成されるが、このタペ
ット形状をなすタペット粗材に対して施される高濃度の
浸炭ないしは浸炭窒化処理としては、雰囲気ガスとして
メタン（ＣＨ４），ブロバン（Ｃ３Ｈ８），ブタン（Ｃ
４　Ｈｌ　ｏ　）などのごとく吸熱形ガスを用いたもの
や、浸炭後にエンリッチガスとしてアンモニア（ＮＨ３
　）などを用いて浸窒処理を行うものなどが採用されう
る。 そして、このような浸炭ないしは浸炭窒化処理を施すこ
とによって、タペット冠面における析出炭化物量が２３
％以上となるようにするとともに前記タペット冠面から
内部に向かって析出炭化物量が漸減したものにする．こ
の場合、タペット冠面における析出炭化物量が２３％よ
りも少ないと、耐摩耗性不足となってスカツフイング摩
耗やピッチング摩耗を多く発生するようになるので好ま
しくない． かくして、タペット冠面に炭化物を析出させるとともに
タペット冠面から内部に向かって析出炭化物量が漸減し
たものとして当該タペット冠面の平面研磨および球面研
磨を施すことなく前記タペット冠面の析出炭化物量を維
持させた耐摩耗性の潰れたタペット冠面に形戊する． また、これと同時に熱処理によって相手カムとの接触位
置をタペット中心よりオフセットさせる凸形状部を意図
的に形成させるようにする． この場合の凸形状部は、機械加工後熱処理前におけるタ
ペット粗材の形状，肉厚，熱処理条件などを組み合わせ
ることによって熱処理後に形成されるものであり、凸形
状部の形或は、加工歪，熱処理の際の加熱速度，浸炭処
理時間にはあまり影響されないが、焼入れ時の冷却速度
には大きく影響されることがわかった． （発明の作用） この発明に係わるタペットの製造方法は、前述した構成
を有するものであるから、高濃度の浸炭ないしは浸炭窒
化処理によってタペット冠面に形成された高濃度炭化物
析出層がそのまま活用され、スカッフィング摩耗やピッ
チング摩耗の少ないタペット冠面になると共に，熱処理
によって形成された凸形状部において相手カムと接触す
るので、相手カムとの接触位置がタペット中心に対して
オフセットすることにより、カムの回転とともにタペッ
トが自転し、潤滑油のさし回り性がより一層良好なもの
になると共に接触面積が増大して耐摩耗性が向上し、正
常摩耗を生ずるとしてもタペット冠面における摩耗が平
均化したものになるという作用がもたらされる． （実施例） 実施例１ この実施例１では、マッシュルーム型の油圧タペット素
材として、０．１７重量％Ｃ−０　．５重量％Ｓｉ−２
．２重量％Ｃｒ−０．４重量％Ｍ〇−残部Ｆｅよりなる
組戒のクロム●モリブデン系肌焼鋼線材を用いた． そして、このタペット素材に対して、冷間鍛造および機
械加工を行うことによって、タペット形状をなすタペッ
ト粗材（第１図参照）を作製した。このとき、タペット
冠面における粗さは０．２ａ以内とした． 次いで、前記タペ−／　ト粗材に対し高濃度浸炭処理を
施すに際して、析出炭化物の粗大化を避けるために８５
０〜９００℃で実施した。また、雰囲気ガスとしてはブ
タン（Ｃ４　Ｈｌ　ｏ　）を原料とする吸熱型ガスを用
い、ブタン（Ｃ４　Ｈｌ　ｏ　）のエンリッチによりス
ーティング発生限度のカーボンポテンシャル（１．４重
量％Ｃ）で浸炭処理を施したのち、８２０℃に加熱した
後油冷する焼入れおよび１６０℃に加熱した後冷却する
焼もどし処理を施した． 次に、このような表面硬化処理および調質処理からなる
熱処理を施したのち、タペット軸部の内外を機械加工す
ることによって、第１図に部分的に示すような油圧タペ
ット用のマッシュルーム型のタペットを得た。 第１図に示すように、このタペット１は，タペット粗材
の形状，肉厚，熱処理条件などを組み合わせることによ
って、表面硬化処理および調質処理後において、タペッ
ト冠面１ａの周辺部近傍に形成された凸形状部１ｂを有
すると共に、タペット冠面１ａの中心部に形成された凸
形状部ＩＣを有し、さらにはタペット冠面１ａにＮ続し
たタペット軸部１ｄを有するものとなっている． このｉｔ図に示すタペット１において、カムシャフト２
の傾斜したカム２ａと周辺部近傍の凸形状部１ｂとの接
触位置Ａはタペット中心Ｃに対してオフセット量Ｄだけ
オフセットするものとなっており、カムシャフト２の回
転に伴ってタペット１が自転し、・潤滑油のさし回り性
が良好なものとなるようにするとともに、タペット冠面
１ａの摩耗が平均化されたものとなるようにしている。 次に、このようにして得たタペット１のタペー，ト冠而
１ａにおける組織を調べたところ、第２図に示す結果で
あった． 第２図に示すように、表面における析出炭化物量は３０
〜７０％、平均およそ５０％となっていると共に、この
析出炭化物量は内部に向かって漸次減少しており、その
程度は、従来の球面研磨加工代（最低３０ｇｍ程度）に
入った部分で２０％前後に減少するものとなっていた。 また、硬さ分布を調べたところ、第３図に示す結果であ
り、最表面の硬さはＨｖ８００程度のものとなっていた
． さらに、熟処理によってタペット冠面１ａの周辺部近傍
に形成された凸形状部１ｂの高さは、最大９ｐｍ、最小
５ｇｍであり、また、タペット冠面１ａの中心部分に形
成された凸形状部ＩＣの高さは、最大１　２　ｇｍ　，
最小７ｇｍでおさまっており、傾斜角α＝２〜７′で傾
斜したカム２ａとの組合わせでその接触位ｉＡにおける
タペット中心Ｃに対するオフセット量Ｄは９　．８ｍｍ
であって，タペット１はカム２ａの回転とともに自転し
やすいものとなっていた。さらにまた、凸形状部Ｉｂ，
ｌｃの最小曲率半径は５００ｍｍであり、従来の球面研
磨したものに比べて面圧差はさほど大きくないものとな
っていた。 さらに、タペット１を内部の油圧機構部品と共に組立て
たのちエンジンに取付けて、タペット冠面１ａの凸形状
部１ｂにおけるスカツフィング摩耗およびピッチング摩
耗を調べたところ、それぞれ第４図および第５図に示す
結果であった． これらのうち、第４図に示すスカッフィング摩耗量は、
エンジン回転数：４００Ｏｒｐｍ．負荷面圧：　１１０
ｋｇｆ／ｍｍ２　，耐久時間＝８０Ｈの条件で行った場
合の結果を示すものであり，図中の０印は深さ３０ＪＬ
ｍのグラインター研磨を行った場合を示し、Ｏはラッピ
ングを行った場合を示し、●は研磨を行わなかった場合
を示している．また、第５図に示すピッチング摩耗量は
、エンジン回転数：２０００ｒｐｍ，負荷面圧：　１１
０ｋｇｆ／ｍｍ’　，耐久時間：８０Ｈの条件で行った
場合の結果を示すものである． 第４図および第５図に示すように、析出炭化物量を４０
％にすると共に仕上研磨を全〈行わず、表面のスーティ
ングを除去する程度にラッピング加工したタペットでは
、耐摩耗性が著しく優れたものとなっており、第４図に
示すようにスカツフィング摩耗量は平均２ｇｍ程度のご
くわずかなものであり、第５図に示すようにピッチング
摩耗は実質的に発生していなかった． また、析出炭化物量が５０％であって表面の研磨を行わ
なかったタペットでは平均３．６ｇｍ程度の正常摩耗で
あり、ピッチング摩耗は生じていなかった． このように、本発明によるタペットにおいて、そのスカ
ッフィング摩耗は従来の研磨加工を行ったものよりも少
なくなっており、表面炭化物量を２３％以上とすること
によって第４図に示すスカッフィング摩耗量および第５
図に示すピッチング摩耗量がともに少なくなっていて耐
摩耗性に優れたものとなっていることが明らかである． そして、耐摩耗性に優れる理由は、析出炭化物量に負う
ところが大きく、析出炭化物量が２３％よりも少ないと
スカツフィングおよびピッチングが発生しやすいものと
なっているが，析出炭化物量が２３％以上の場合には摩
耗量が少ないことが認められた． このような酎摩耗性の向上は、試験前のタペット冠面の
金属組織を示すｒＰＪ６図と、試験後のタペット冠面の
金属組織を示す第７図との比較より明らかなように、浸
炭・調質処理による結晶粒界と粒内でできる凹凸部とが
潤滑油の保持性を増加させたことに起因するためである
と考えられ、油滴下によるぬれ状態の簡単な比較におい
てもその差が認められた． さらに、熱処理によって形成された凸形状部１ｂとカム
２ａとの接触位置Ａにおけるタペット中心Ｃに対するオ
フセット量Ｄは平均９．８ｍｍであり、従来の球面研磨
した場合のオフセットａ２〜３ｍｍに比べて大きなもの
となっており、テスト個数６個のうち６個がすべて自転
しており、この自転による潤滑油のさし回りの増大およ
び接触面積の増加も＃摩耗性の向上に寄与することが確
かめられた。 実施例２ この実施例２では、キャップ型タペット素材として０．
９９重量％Ｃ−０　．２４重量％Ｓｉ−１．４４重量％
Ｃｒ−Ｆｅよりなる組威の軸受鋼を用いた． そして，このタペット素材に対して、冷間鍛造および機
械加工を行うことによって、タペット形状をなすタペッ
ト素材（第８図参照）を作製した． 次いで，前記タペット素材に対して、実施例ｌと同じ雰
囲気中において、９００℃での高濃度浸炭を施したのち
、８００℃に温度を降下させて０．５〜５％ＮＨ３エン
リッチガスによる浸窒処理を施し、同温度から油焼入れ
したあと１６０℃Ｘ２ＨＸＺ回の焼もどしを行った． 次に、このような表面処理および調質処理を施したのち
，タペット軸部の内外を機械加工することによって第８
図に部分的に示すようなキャップ型のタペットを得た． 第８図に示すように、このタペット１はタペット粗材の
形状，肉厚，熱処理条件などを組み合わせることによっ
て，表面硬化処理および調質処理後において、タペット
冠面１ａの周辺部近傍に形成された凸形状部１ｂを有す
ると共に、タペット冠面１ａに連続したタペット軸部１
ｄを有するものとなっている． この第８図に示すタペット１において、カムシャフト２
の傾斜したカム２ｂと周辺部近傍の凸形状部１ｂとの接
触位置Ａはタペー７ト中心Ｃに対してオフセット量Ｄだ
けオフセットするものとなっており、カムシャフト２の
回転に伴ってタペット１が目転し、潤滑油のさし回り性
が良好なものとなるようにするとともに、タペット冠面
１ａの摩耗が平均化されたものとなるようにしている． 次に、このようにして得たタペット１のタペット冠面１
ａにおける組織を調べたところ，表面の析出炭化物量が
３８％であり、表面より３０７ｐｍ入った内部（従来の
最低研磨加工代に相当する部分）における析出炭化物量
が１５％であって、析出炭化物は形状が丸く結晶粒も細
かいものとなっていた． また，硬さ分布を調べたところ、７５９図に示す結果で
あり、最表面の硬さはＨｖ８００程度のものとなってい
た。 さらに、タペット冠面１ａの周辺部近傍に形成された凸
形状部１ｂの高さは最大３．１μｍ，最最小２．２ｇｍ
．平均２．６ｇｍ，最小曲率半径６２０ｍｍとなってお
り、凸形状部１ｂとカム２ｂとの接触位置Ａにおけるタ
ペット中心Ｃに対するオフセット量は９ｍｍと、一般の
球面研磨した場合のオフセット量に比べてより大きなも
のとなっていた。 さらに、このタペット１を内部の油圧機構部品と八に組
み立てたのちエンジンの動弁機構部に組み付けて、ヌカ
ッフィング摩耗およびピッチング摩耗を調べたところ、
次表に示す結果であった。 表に示すところより明らかなように，実施例の場合には
スカツフィング摩耗は発生しておらず、正常庁耗は平均
して３．２１Ｌｍだけわずかに発生しているが、ピッチ
ング摩耗は生じていないことが認められた。また，タペ
ットは全数自転していることが認められた． そして、この実施例２においても従来の研磨加工したも
のに比べて、タペット冠面１ａの析出炭化物量の増加に
よる硬さの向上と焼もどし抵抗の増加、および自転が容
易で潤滑油のさし回りがより良好なものになることと相
まって明らかに摩耗が少なく＃摩耗性に優れたものであ
った．

【発明の効果】

この発明に係わるタペットの製造方法では、タペット形
状をなすタペット粗材に対して高濃度の浸炭ないしは浸
炭窒化処理を施してタペ−／　ト冠面における析出炭化
物量を２３％以上にするとともに前記タペット冠面から
内部に向かって析出炭化物量が漸減するものとして当該
タペット冠面の平面研磨および球面研磨を施すことなく
前記タペット冠面の析出炭化物量を維持させた＃摩耗性
のタペット冠面に形或すると共に、熱処理によって相手
カムとの接触位置をタペット中心よりオフセットさせる
凸形状部を形戊する構或としたから、高濃度の浸炭ない
しは浸炭窒化処理によって形或されたタペット冠面にお
ける炭化物多量析出層をそのまま活かすことにより、耐
摩耗性のより一層優れたものとなってスカッフィング摩
耗やピッチング摩耗の発生を少なくすることができ、球
面仕上げ研磨や平面仕上げ研磨を行うことによる＃摩耗
性の低下やコストの上昇を回避することが可能であると
共に、熱処理によって形成されるタペット冠面の凸形状
部で相手カムと接触させることによって前記相手カムと
の接触位置をタペット中心に対してオフセットさせるこ
とにより、カムの回転とともにタペットの自転を生じさ
せることができるためタペット冠面の摩耗を平均化する
と同時に研磨仕上げを不要とし、潤滑油のさし回り性の
増加および接触面積の増大によって＃摩耗性をより一層
向上させることが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例により製造されたタペット
を用いた動弁機構の要部を示す説明図、第２図は第１図
のタペットのタペット冠面における金属組織を示す金属
顕微鏡写真（４００倍）、第３図は第１図のタペットに
おいてタペット冠面の硬さ分布を調べた結果を示すグラ
フ，第４図は各タペットのタペット冠面における表面炭
化物量とスカッフィング摩耗量との関係を調べた結果を
例示するグラフ，第５図は各タペットのタペット冠面に
おける表面炭化物量とピッチング岸耗量との関係を調べ
た結果を例示するグラフ、第６図および第７図は摩耗試
験前（第６図）および摩耗試験後（第７図）におけるタ
ペット冠面の金属組織を示す金属Ｗ４微鏡写真（いずれ
も１２００倍）、第８図はこの発明の他の実施例により
製造されたタペットを用いた動弁機構の要部を示す説明
図、第９図は第８図のタペットにおいてタペット冠面の
硬さ分布を調べた結果を示すグラフ、第１０図は従来の
タペットを用いた動弁機構の要部を示す説明図である。 １・・・タペット、 １ａ・・・タペット冠面、 １ｂ・・・凸形状部、 ２・・・カムシャフト， ２ｂ・・・カム、 Ａ・・・タペットとカムとの接触位置，Ｃ・・・タペッ
ト中心、 Ｄ・・・オフセット量．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タペット形状をなすタペット粗材に対して高濃度
   の浸炭ないしは浸炭窒化処理を施してタペット冠面にお
   ける析出炭化物量を２３％以上にするとともに前記タペ
   ット冠面から内部に向かって析出炭化物量が漸減するも
   のとして当該タペット冠面の平面研磨および球面研磨を
   施すことなく前記タペット冠面の析出炭化物量を維持さ
   せた耐摩耗性のタペット冠面に形成すると共に、熱処理
   によって相手カムとの接触位置をタペット中心よりオフ
   セットさせる凸形状部を形成することを特徴とするタペ
   ットの製造方法。