JPH03149304A - アルミニウム合金製バルブリフタ - 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】 【産業上の利用分野Ｊ 本発明は、内燃機関の動弁機構に用いられるバルブリフ
タに関するものであり、より詳しく述べるならばカムシ
ャフトの回転によるカムリフ、ト量を直接に吸気バルブ
や排気バルブへ伝える直接駆動式弁機構のバルブリフタ
に関するものである。

【従来の技術１ 第３図け、内燃機関で多く使用されている外シム方式の
直接駆動式動弁機構の縦断面図であり、図中、１はバル
ブリフタ、２はシリンダヘッド、３はバルブスプリング
、４は吸排気バルブのステム、５はアジヤスティングシ
ム、６はカムである。

上記バルブリフタは、従来、耐摩耗性や疲労強度に優れ
ているクロム鋼やクロムモリブデン鋼に浸炭焼入れを施
したものが多く用いられていた。

しかし鋼は比重が７　８　ｇ／ｃｍ３と大きいことから
、慣性重量が大きくカムリフト量を、内燃機関の高速運
転条件下で正確にバルブに伝達するにはスプリング荷重
を大きくしなければならない。スプリング荷重の増加は
摩擦損失を増加させ燃料消費量を多くする欠点がある。

そこで燃料消費を改善するために、バルブリフタを軽量
化することによってバルブスプリング荷重を低減しよう
とする目的からバルブリフタな軽量な材料で製造するこ
とが種々提案されている。特にバルブリフタ本体をアル
ミニウム合金とする提案が多くなされている。（特開昭
５８−１０１２０４、特開昭６２−１０７２１３、特開
昭６２−６３１０５、実開昭６２−１８３００５、特開
平１−１０６９０９号など参照）。

特に従来提案されているアルミニウム合金製バルブリフ
タの実施例にあるバルク（本体）材質は、特開昭６２−
１０７２１３号ではＪＩＳ　　２０２４８Ｅ合金であり
、特開昭６２−６３１０５号ではＪＩＳ　　ＡＤＣ１２
合金と高ケイ素アルミニウム合金（１７％Ｓｉ−４，５
％Ｃｕ−０，５５％Ｍｇ−０，１３％Ｆｅ−０，１％Ｍ
　ｎ　−０。

１％ＮＬ−０，１％Ｚｎ−０，１％Ｓｎ−残部Ａ１）で
ある。また実開昭６２−１８３００５号では、ＪＩＳ　
　Ａ２０１７合金である。

また、バルブリフタの構造を表面処理、溶接、鋳造等の
技術で工夫することも検討されており、特開昭６２−６
３１０５号では、カムと接触する側の円板を浸炭焼入れ
したＳＣＭ４１５で構成し、その反対側円板部と胴部を
アルミニウム合金の鋳包みにより作成し、円筒部の外周
面にＦｅ−Ｐめっきを施すことが示され、特開昭６２−
１０７２１３号では、ＴＩＧなどによる合金化層をバル
ブの当たり面に設けることが示され、さらに特開平１−
１０６９０９号では、アルミニウム合金製バルブリフタ
にＦｅ−ＰめっきあるいはＦｅ−Ｐめっきの上に鉄系合
金電気めっきを施すことが示されている。

［発明が解決しようとする課題］ アルミニウム合金製バルブリフタを実用するにあっては
次のような問題点を解決する必要がある。

■アルミニウム合金の強度や靭性不足からくる破壊 通常の外シム方式のバルブリフタは、カムがバルブリフ
タを動作させる時にバルブリフタにはバルブスプリング
の力とカムからの力とが作用するために、第４図のｌａ
部に示した部分に応力が集中し且つ繰返して負荷される
。また動弁系の異常運動時には、衝撃的に大きな応力が
１ａの部分に負荷される。このためバルブリフタはこの
部分１ａから破壊を生じやすい。

従来検討されているアルミニウム合金は、スチールに比
べて疲労強度が低く、そのため前述のような破壊を防ぐ
には肉厚を太きくする必要があった。なお、社団法人自
動車技術会、学術講演会前刷集８９２１９８９−１０．
９フー１００頁（以下、自動車技術会講演集という）の
「強度検討」においてアルミニウム合金製リフタの肉厚
をスチールに比べて厚くすることの必要性に言及してい
る。肉厚増加のため軽量化の度合いは低いものとなるだ
けでなく、カムシャフトの取り付は位置をバルブリフタ
の肉厚増加分だけ燃焼室と反対方向にずらすこととなり
、機関の全高が高くなりその分機関の重量が増加する等
の問題が発生する。

また内燃機関では燃料消費量を低減させるため希薄燃焼
化の方向にあり、燃焼温度は上昇する方向にある。その
ようなエンジンでは、バルブリフタの温度は最高１５０
℃程度にまで上昇する場合がある。このような温度にて
長時間使用されると前記のようなアルミニウム合金では
、過時効現象が起きて強度や硬度の低下をきたす。強度
低下の対策のためにはバルブリフタの肉厚を更に厚く設
計しなければならない。また硬度の低下は、シムとの摺
動面の摩耗を引起こしてしまう。

前掲特開昭６２−６３１０５号は、アルミニウム製バル
ブリフタの強度面の問題の対策として、第５図に示すよ
うな形状のバルブリフタが提案されている。図中７は耐
摩耗性に優れた鉄系材料であり、８はアルミニウム合金
、９はアルミニウム合金上の耐摩耗性と耐焼付性のため
に設けた表面処理層である。

しかし、このような形状では、アルミニウム合金製リフ
タ本体部に負荷される応力は、鉄系材料７を設けたこと
により軽減されるされるものの、エンジンにバルブリフ
タを組みつける時に、バルブクリアランスの調整を行な
うにはバルブリフタごと変更する必要があり、従来のア
ジヤスティングシムを用いた外シム式のものに比ベバル
ブクリアランスの調整に時間がかかることとなる。

■アジヤスティングシムとの摺動する部分の摩耗 第４図に１ｂで示す部分のりフタはアジヤスティングシ
ムの底面と摺動し、ｌｃで示す部分のりフタはアジヤス
ティングシムの外周部と摺動する。アジヤスティングシ
ムは通常浸炭焼入れされた鋼からなっているため、長期
間の使用において、叩かれと摺動によってこれらの部分
１ｂ、ＩＣで摩耗が進行する。１ｂの摩耗はバルブクリ
アランスを増加させるため、エンジン騒音に繋がりまた
バルブリフトのタイミングが変化してしまう。ＩＣ部の
摩耗は極端な場合にはシムがバルブリフタ上部から外れ
エンジンを破壊する原因になる。このため、アジヤステ
ィングシムによって摩耗させられることなく、またアジ
ヤスティングシムを摩耗させないアルミニウム合金が必
要である。前掲自動車技術会講演集は、これらの摩耗に
つき検討を加えアルミニウム合金への鉄系溶射が最適で
あるとしている。

前述のようなりフタ−用公知合金は、１５０℃程度の温
度でも長時間さらされると過時効の°現象により硬度が
低下する。このため摩耗がいっそう促進される。このよ
うな摩耗は溶射によりある程度は妨げられるが、過時効
が起こると溶射の下地が軟化するために摩耗が起こり易
くなり、下地の軟化防止が根本的な解決であると考えら
れる。

■シリンダヘッドとの摺動によるトラブルバルブリフタ
はシリンダヘッドに設けられた穴部内を往復運動するた
めに、第４図の１ｂに示すリフタ外周面では、摩耗と焼
付のトラブルが発生しやすい。シリンダヘッドは、軽量
化の目的から鋳鉄からアルミニウム合金にほとんど切換
わっている。アルミニウム合金製のシリンダヘッドとア
ルミニウム合金製バルブリフタとの組合せでは、焼付が
発生しやすい。特開昭６２−６３１０５では、バルブリ
フタの外周部に硬質クロムメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｆ
ｅ−Ｐメッキ、Ｎｉ−ＳｉＣメッキを施すか、陽極酸化
処理や潤滑剤入り陽極酸化処理を施す提案がなされてい
る。また、Ｆｅ−Ｐ系のメッキの下地として、陽極酸化
しその上にＦｅ−Ｐのメッキをする提案（実開昭６２−
１８３００５）や、同様に薄いＮｉ−Ｐメッキの上に厚
いＦｅ−Ｐメッキをする提案（実開昭６２−１８３０３
）がある。これらの提案の背景か°らも分かるようにア
ルミニウム合金のシリンダーとの摺動面への表面処理は
摩耗対策として不可欠と考えられる。そこで、各種表面
処理の特徴と欠点につき考察することにする。

■陽極酸化処理による皮膜は摩耗係数が高く、焼付を発
生しやすいので、バルブリフタへの適用には問題がある
。二硫化モリブデンやふっ素樹脂のような潤滑剤を陽極
酸化皮膜の中に存在させても、摩擦係数低下に関し若干
の効果は認めら、れるものの、やはり摩耗係数が高く焼
付やすい性質には大きな変化はない。

■アルミニウム合金への硬質クロムメッキは、比較的良
好な密着性を示すが、潤滑油の濡れ性が悪く、そのため
耐焼付性が不十分である。また脆い性質があるため、応
力の高い円筒部ではく離しやすい。

Ｏアルミニウム合金へのＦｅ−Ｐめっき膜は密着性が悪
いという問題がある。メッキ浴の管理に関し、Ｆｅは２
価と３価のイオンとなる性質があるため、メッキ浴中で
のｐＨ管理が非常に困難で不良率の発生が高いという問
題がある。また通常はこのようなメッキは、メッキ後３
００〜４００℃の温度で保持することで燐とＦｅの化合
物を形成することで硬度が上昇し耐摩耗性や耐焼付性を
発揮する。しかしアルミニウム合金本体はこの温度では
過時効となり硬度や強度が著しく低下する。このためメ
ッキ後の温度は１００〜１５０℃で短時間の保持をする
しかない。そのような温度では、メッキ層の硬度が低い
ため摩耗しやすく、また耐焼付性も不十分である。摩耗
対策として厚いメッキ膜とすることは、メッキの応力に
よってメッキ膜が剥がれやすくなる。

このようなメッキ上の問題の対策案として、耐摩耗性の
ためにＦｅ−Ｐ十陽極酸化のように皮膜を２層を設ける
ことは高価となり、また前述の硬度不足による摩耗や焼
付の対策とはならず、また厚いめっき膜につきまとうは
（離の完全な対策とはならない。また、最外面に施した
鉄系のめっきは錆びやすく、部分的に発生した錆が切り
欠き作用を起こし、応力集中が原因となって使用時に、
Ｆｅ−Ｐめっきがはく離しシリンダヘッドと焼付を発生
することがある。

■アルミニウム合金へのＮｉ−Ｐめっき膜は、Ｆｅ−Ｐ
めっきの場合と同様に、密着性が悪く、１００〜１５０
℃の短時間保持しか出来ないという問題がある。一方、
Ｎｉめっきは錆びにく（、めっき浴管理も容易である。

従来のＮｉ主体のめっきでは、８〜１２％のＰを含むも
のが良く知られているが、従来公知のアルミニウム合金
に単にＮｉ−Ｐ系めっきをしたバルブリフタはシリンダ
ヘッド材との摺動では容易に焼付を発生する。

■溶射法によってバルブリフタの外周部にモリブデンや
鉄又は鉄系合金の皮膜を形成する方法は高価なものとな
る他に密着性が低くまた寸法精度も悪くなるので、溶射
後センタレス研磨で仕上加工を必要とする。また溶射皮
膜には微小な孔が存在するため、硬質の異物が内燃機関
の吸気に伴って、バルブリフタとシリンダヘッドの摺動
面に飛込んできた場合には、溶射皮膜の微小な孔に硬質
の異物は象眼されたような状態で取込まれ、摺動相手の
シリンダヘッド穴の表面を著しく摩耗させやがて焼付に
至る現象を引起こす。

■バルブステムとの摩耗 第４図において示すバルブリフタの１ｅ部は、バルブス
テムとの接触面であり、この部分は硬度の高いバルブス
テムの端部と接触するためアルミニウム合金では摩耗や
変形をきたすためその対策が必要である。荷重が比較的
高くしかもアルミニウム合金で軟質の場合には、薄い皮
膜ではその対策とはならない。このような場合には、軟
質材に部分的に耐摩耗性に優れた部材を溶接、圧入、か
しめ、鋳ぐるみ等の手段で接合し一体化することが常套
手段である。従って、バルブリフタの場合も同様の手段
が必要であるが、バルブリフタへの応力集中を避けて且
つ経済的な手段で一体化したものとする必要がある。な
お、前掲自動車技術会講演集でもスチール製パッドをバ
ルブステムとの接触部にかしめ装着している。

以上の４点に関し本発明の目的は次のような事項を達成
することである。

■アルミニウム合金の強度や靭性な改良すること：外シ
ム式の形状で使用できるような高温の熱履歴を受けても
高い強度を維持し、しかも動弁系の異常運動時にかかる
衝撃的な応力に耐えるために靭性も優れたアルミニウム
合金を提供すること。

■アジヤスティングシムとの摺動する部分の摩耗：高渦
において鋼により叩かれ摩耗する状況下に置かれた時に
、優れた耐摩耗性を有するアルミニウム合金を提供する
こと。

■シリンダヘッドとの摺動によるトラブル従来提案され
ているめっき皮膜や陽極酸化、また溶射皮膜に代わる安
価で摺動特性に優れた表面処理を選択すること。すなわ
ち皮膜形成後の温度上昇は１００〜１５０℃の温度履歴
だけですみ、かつ膜の寸法精度が高く、膜表面が平滑と
なることによって、処理後はそのまま又は加工に伴う応
力が軽度であるバレル研磨程度で仕上られ、摩擦係数が
低くて焼付や摩耗に対する性能の優れた表面処理である
こと。

■バルブステムとの摩耗：これを防止するために適切な
対策をとること。

［課題を解決するための手段］ 上記の技術的課題を解決するために、本発明のアルミニ
ウム合金合金製リフタは Ｃｕ：３〜８％、 Ｍｇ：０．５〜２．５％、 Ｓｉ：０．２〜１．５％、 Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、　Ｎｔ、Ｃｏｓ　ＶｓＺｒ、Ｔｉの
一種をまたは２種以上を合計量で３〜１０％含有し、残
部が実質的にアルミニウムからなる組成の基地中に、平
均粒径が２〜３０ＩＬ＠の硬質粉末を体積率で２〜１０
％分散させた複合材料から本体と、シリンダヘッドと摺
動する部分において、Ｎｉを主成分とするめつき層が施
された外周面と、バルブステムとの接触面においで、前
記本体に接合した鉄系合金片より構成されるバルブステ
ム接触面と、を含んでなることな特徴とする。

本発明のバルブリフタの構成を第１図を例として以下に
詳細に説明する。

■本発明のアルミニウム合金製バルブリフタにあっては
、リフタの破壊を防止ししかも軽量化に図るため、１０
のリフタ本体を高温強度と靭性に優れた新規なアルミニ
ウム合金としている。その化学組成は Ｃｕ：３〜８％、 Ｍｇ：０．５〜２．５％、 Ｓｉ：０．２〜１．５％、 Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ。

Ｚｒ、Ｔｉの内二種を、または２種以 上を合計して、３〜１０％含有し、残部が実質的にアル
ミニウムからなる合金を基地とし、アジヤスティングシ
ムによる摩耗を防ぐために、前記のアルミニウム合金の
基地中に平均粒径が２〜３０μｍの硬質粒子１０ａを体
積率で３〜１０％含有させている。このように基地と異
質な硬質粒子が基地に分散することによっても強度や靭
性の低下がないように基地の合金組成が前述の如く定め
られている。

■シリンダヘッドとの摺動で発生しやすい焼付や摩耗を
防ぐ目的で、第１図の１０ｂのすブタ外周面には、密着
性の良いＮｉを主成分とするめつき層を設けている。

■バルブステムと接触する部分の摩耗を防止するため、
リフタのバルブステムとの接触面には、第１図の１０ｃ
に示す凹部に鉄系合金からなるチップ１０ｄがアルミニ
ウム合金製リフタ本体に取り付けられている。

本発明のりフタ本体を構成するアルミニウム合金の製法
は以下のとおりである。上記組成の粉末を、１００メツ
シュまたは１５０メツシュのフルイな通して、アトマイ
ズ中の冷却速度の遅い粗大な粉末を除去する。、その合
金粉末に、平均粒径が２〜３０μｍの硬質粉末を体積率
で２〜１０％となるように配合し均一な分散状態となる
ように充分な混合を行なう。混合粉末はゴム型に充填し
て冷間静水圧成形によって押出用のビレットとする。次
にこのビレットを４５０〜５００℃に高純度のアルゴン
ガス中で加熱保持し、アルミニウム合金粉末表面の物理
的、化学的吸着水を除去ルたのち熱間押出機のコンテナ
中に挿入し、押出比１５以上の条件で丸棒状態に押出す
。押出材を所定寸法に切断し、必要に応じて軟化処理（
０処理）を施すか或いはそのままで、リフタ本体形状に
近い型で冷間もしくは熱間で鍛造する。その後Ｔ７の熱
処理を行なった後に最終りフタ本体形状に切削加工し、
めっき治具にセットし脱脂、酸洗、下地処理、めっき処
理を順次施し、外周面にＮｉを主成分とし、必要により
Ｐ等の非金属、Ｓｉ３Ｎ４などのセラミックスなどが分
散しためっき層を設はベーキング処理を施す。

バルブステムとの摺接部に、鉄系合金からなるチップを
挿入する凹部は機械加工で設けても良いが、鍛造工程で
形成することが強度面と製造費低減の面からみて望まし
い、リフタ本体の前記凹部に鉄系合金からなるチップを
圧入もしくはカシメによって一体化し、その後機械加工
によって最終リフタ形状に仕上られる。

［作用１ 本発明において、リフタ本体を構成するアルミニウム合
金の基地組成を上記のように限定したのは次の理由によ
る。

Ｃｕを添加したアルミニウム合金は、時効硬化によって
硬度や強度が上昇する。かかるＡｌ−ＣＵ系合金は高温
で長時間保持されると、過時効となり硬度や強度は著し
く低下する傾向を示すが１５０℃ではその低下度合は少
ない。Ｃｕ含有量が３％未満では、強度や硬度が不十分
であり、他方８％を越えると、金属間化合物が著しく粗
大なものとなり、材料の靭性を極端に低下させてしまう
。金属間化合物はＣ＋ｇＡ１の他にＦｅやＭｎ等の遷移
元素を含む複雑な化合物となっている。強度と靭性のバ
ランスから最適なＣｕ含有量範囲は４〜６％である。

ＭｇはＳＬと共存することにより時効硬化により強度を
更に高める。しかし、１５０℃以上の温度で長時間保持
されると、過時効となり硬度や強度は著しく低下する傾
向が現れるが、１５０℃以下の温度ではその低下度合は
少ない。Ｍ　ｇは０゜５％未満では、強度への寄与率が
低く、また１゜５％を越えると靭性を低下させる。

ＳｉはＭｇとの共存でＭｇａＳｉを析出して材料の強度
を高めるが、その量は０．２未満では効果が少なく、１
．５％を越えると材料の靭性を低下させる。

Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、Ｚｒ。

Ｔｉの元素は通常の溶解法による製造方法では、多量に
添加すると粗大な金属間化合物を析出し、材料を著しく
脆くする。しかし、アトマイズ法のように合金の溶湯を
微細な液滴状として凝固させて粉末とする場合では、冷
却速度が非常に早いので、これらの元素は過飽和固溶体
を形成したりあるいは微細な金属間化合物となって基地
中に分散する。このような合金粉末から出発したアルミ
ニウムの合金では、合金元素の添加は強度を高めるのに
有効であり、その強化は過時効現象とは無関係である。

本発明では、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ。

Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉの１種を単独量で、または
２種以上をあわせた合計量で３〜１０％添加することに
よって、強度を高いものとしている。特に１５０℃で長
時間保持された後も強度の低下が少ない。その量は１種
または２種以上をあわせて３％未満では強度向上の効果
が少なく、他方１０％を越えると粉末中に粗大な金属間
化合物を晶出し著しく材料を脆くする。このため上記の
範囲とする。特に上記合金元素の中でアルミニウム溶湯
中への溶解のしやすさから利用しゃすい元素は、Ｆｅ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉである。しかしＣｏは価格が高
い問題がある。また特に好ましい範囲は４〜８％である
。

上記粉末をフルイにかけた後、平均粒径が２〜３０μｍ
の硬質粉末を体積率で２〜１０％となるように配合し均
一な分散状態となるように充分な混合を行なう。硬質粒
子としては炭化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、ホウ化
物の粉末や合金粉末で硬度がＨｖ６００〜２５００のも
のが最適である。

その大きさは平均粒径が２μｍ以下では、シムとの間の
耐摩耗性や耐焼付性が不十分であり、３０μｍを越える
と内部切り欠きとして作用し材料の疲労強度や靭性な低
下させ、またリフタ仕上加工時の切削性を阻害したり、
リフタ外周部へのめっきの密着性を阻害するようになる
。よって上記範囲の粒径のものとする。特に良好な粒径
は５〜１０μｍである。

上記粒径の硬質粒子はアルミニウム合金基地中に体積率
で２〜１０％とするが、２％未満では、シムとの間の耐
摩耗性や耐焼付性が不十分であり、１０％を越えると材
料の強度や伸びの低下が著しくなるほか、リフタ仕上加
工時の切削性を阻害し、外周部のめっきの密着性を阻害
する。特に好ましい範囲は３〜５％である。

次にめっき皮膜の限定理由について記す。

めっき層の主体となる成分なＮｉとするのは、防錆や製
造工程での安定化の面で鉄系のめっきよりも優れており
、またリフタ本体の耐摩耗性改良によりＮｉを主とする
公知のめっきでも十分な耐摩耗性をシリンダに対して示
すリフタを提供可能であるからである。

また、ＮＺ−Ｐめっきを使用する場合は、めっき中のＰ
量を１〜３％にすることが好ましい、Ｐ含有量が１％よ
り少ないと、耐焼付性が不充分であり、また、Ｐ含有量
が３％より多いとめっき膜の靭性が低下し、応力の高い
リフタの円筒部ではく離しやすくなる。

上記のめっき膜基地中に硬質粒子を分散させる場合は、
ＳｉＣ，アルミナなども用いることができるが、これら
よりもＳｉ３Ｎ＜が格段に好ましい。従来、平均粒径が
３〜１０ｕＩｍ程度の大きさのＳｉＣをＮｉ−Ｐめっき
に分散させた皮膜も公知であるが、相手シリンダヘッド
材を摩耗させる傾向があり、さらに密着性が不良である
ため、従来のアルミニウム合金との組合わせで使用する
には問題がある。まためっき面が粗くなり、センタレス
研磨等の機械加工による仕上が必要となる欠点かある。

センタレス研磨を行なうと、アルミニウム合金リフタは
ヤング率が鋼材に比べ半分以下であり、弾性限応力も低
いのでリフタの円筒部の肉厚が薄いと変形を起こしてし
まい、寸法精度が悪くなる。このため、センタレス研磨
をする場合には円筒部の肉厚を厚くする必要があり、折
角アルミニウム合金をバルブリフタ本体に使用した利点
を活用することができなくなる。このことも従来のアル
ミニウム合金性リフタでは軽量化が不十分なものとなら
ざるを得ない原因であった。このような事情を考慮のう
え、本発明においてはーＳｉ３Ｎ４を最良の分散材とす
る。ＳｉｉＮ４はＳｉＣよりも硬度が低いことから相手
のシリンダヘッド材を摩耗させないことと、耐焼付性が
優れていること特長とする。上記の粒径のＳｉｉＮ４の
分散量を面積率で１０〜２５％としたのは、１０％より
少ないと焼付や摩耗の面での性能が不十分であり、２５
％を越えると膜が脆くなりカケやは（離を生じやすくな
る他に、めっき後の表面粗さが非常に粗くなるからであ
る。好ましい結果−かえられるのは、１５〜２０％の範
囲である。

またＳｉｉＮ４分散めっき層は、従来公知のＮｉ−Ｐ−
ＳｉＣ膜のように高温（３５０〜４００℃）で保持する
ことによってＮｉｓＰを析出させて硬度を高めなくても
、ＳｉｉＮ４の分散によって充分優れた摺動特性を発揮
する。このため、めっき処理後１７０〜１８０℃に短時
間保持するだけで、充分な性能が得られる。従ってアル
ミニウム合金からなるリフタ本体が過時効となることも
ない。ＳｉｉＮ４分散めっき層は摺動特性が優れるため
、めっきの膜厚は５〜１０μｍで充分であり、そのため
寸法精度が極めて良好であり、膜表面が平滑であること
もあって、めっき後はそのままで使用可能であり、ある
いは振動バレル等でリフタを集団で表面の平滑化処理を
するだけで使用可能である。この結果、従来は溶射やＦ
ｅめつきのように厚い表面皮膜を設け、次に寸法と表面
粗さを良好にするためにセンタレス研削を行う方法も行
われていたが、本発明ではセンタレス研削も不要になり
、そのためにリフタの円筒部の肉厚を厚くする必要も無
い。

本発明の請求項３では、ＳｉｉＮ４の粒径をＯ。

６〜２μｍとしたのは、この範囲内で相手シリンダヘッ
ド材の摩耗を防止する他に、熱膨張や機械的応力を受け
たときに応力を分散させ、めっき皮膜のはく離を起こし
に（いからである。また、平均粒径が０．５μ■より小
さいと摺動特性が劣り、他方２μ鴫より大きいと、めっ
き皮膜の表面が粗くなり仕上加工を必要とする他に応力
分散効果が低下し、めっきのはく離やカケを生じやすく
なる。

さらに、０．５ミーより小さいと、細かすぎて摺動特性
が良好でないことと、コストが高くなるためであり、他
方２μ腸より大きいと均一な分散が得られにくいことと
、めっき後の膜の表面が粗くなりセンタレス研磨による
仕上加工が必要となることがあるため、円筒部を厚肉化
することで軽量化を阻害する。好ましいＳ　ｉ３Ｎ　４
の粒径は０゜８〜１．５μ■である。特に良好な結果は
Ｏ，５〜Ｉｇｍ＋の平均粒径で得られた。

リフタのバルブステムと摺接する部分を鉄系材料で構成
する理由け、アルミニウム合金は強度が鉄系材に比べて
低いので、変形を起こしてしまうためである。鉄系材料
の中でも、硬度がＨＲＣ５０以上の材質が最適である。

例えば、ＳＣＭ４２０の浸炭焼入れ材や、クロムを多く
含有する液相焼結した鉄系焼結材料が最適である。

〔実施例１ 成分を調整したアルミニウム合金を溶解し、アトマイズ
法にて粉末化し、第１表に示す組成の粉末を得た。この
粉末を１５０メツシュのフルイな通し、フルイ下（−１
５０メツシュ）の各粉末に平均粒径が５μｍのＡＩｔｏ
ｓ粉末を体積％で３゜５％となるように配合し、充分均
一となるように混合する。混合の終了した各粉末を静水
圧プレスでφ９０ｍｍ、長さが４００■Ｉの円柱状のビ
レットとし、そのビレットをアルゴン雰囲気中で４５０
℃に加熱し１．５時間保持して粉末表面に吸着されてい
る水分を除去したのち、熱間押出様のコンテナ中に挿入
し熱間押出を行ないφ２０■ｌの丸棒を得た。まず機械
的性質を調査する目的で、丸棒から所定の各試験片形状
に削り出し加工し、引張り試験片、疲労試験片とした。

次にその試験片を４９０℃で２時間保持し水冷する溶体
化処理を行ないその後直ちに１８０℃で保持し時効効果
させるＴフ処理を施した。

引張り試験は、室温での試験と１５０℃で４００時間保
持の熱履歴を与えた後１５０℃の温度で行なう試験の２
通りを行なった。また疲労試験は、室温での試験と、１
５０℃で４００時間保持の熱履歴を与えた後１５０℃の
温度で行なう試験の２通りを行なった。その結果を第３
表に示す。

また比較のために２０００系合金の中で、最も耐熱性に
優れるとされる２６１８合金と、鍛造ピストン材等に利
用される摺動特性と耐熱性に優れた４０３２系合金をそ
れぞれ連続鋳造した後、熱間押出してＴフ処理した材料
を作成した。第２表にその化学組成を示した。また同様
の各種強度試験を行なった結果を第４表に示す。

（以下余白） また各押出材から鍛造素材形状をつくり、それを鍛造し
てリフター形状とし、同一のＴ−ブ処理を行ない第２図
に示すリフタ本体を切削加工によって作成した。

次いで、外周部に平均粒径が０．８μｍのＳｔ３Ｎ４が
面積率で１６．５％、Ｐ％が２％残部がＮｉからなり、
硬度がＨｍｖ４００〜５００のめっき層を厚さで１０μ
醜設けた。なおめっきは、電解法を採用し硫酸ニッケル
と塩化ニッケルを主成分とする液に前述のＳ　ｔ３Ｎ　
４を均一に懸濁させた洛中で浴温度６０℃で処理し、め
っき−後は１３０℃で１時間のベーキングを行なった。

その後振動バレル研磨機で研磨砥粒とともに振動させる
ことで表面の平滑化を行なった。この時のりフタのめっ
き処理部の外径は約１μ鴎程度加工前よりも小さくなっ
た。次に１．８％Ｃ−１，０％Ｓｉ−１８％Ｃｒ−２％
Ｍ　ｏ　−１％Ｖ−０，５％Ｐ−残部鉄からなり、硬度
がＨＲｃ５８で真密度比が９９％の鉄系の焼結合金から
なるステム当接部チップをリフタ本体の凹部にカシメて
取り付けた。その後に、リフタの外シムとの摺接部を旋
削仕上し、次にその面を基準として、ステムの当接部を
研磨加工によって仕上加工した。なお第２図の各寸法は
次の通りである。

Ｈ＝２４．　１ｍｍ ｈ１＝２．３ｍｍ ｈ２＝３．　６ｍｍ ｈ３＝１．　２　醜論 φＤ＝３１■■ φｄ＝２７．５ｍｍ 以上の各材料でリフタ本体が構成され、シリンダヘッド
との摺動部に表面処理を施し、またステム当接部に鉄系
焼結合金をかしめた各リフタな実機に組込み、冷却水温
度１０５℃、全負荷で７０００回転／分の条件で２５０
時間連続運転を行ない、テスト後に分解調査したが、い
ずれも従来問題であった外シムによる摩耗や、シリンダ
ヘッドとの摺動面の摩耗や焼付の発生はなかった。また
ステム当接部の摩耗もないことが確認された。ま″たリ
フタ本体に疲労や衝撃によるクラックも認められなかっ
た。

リフタ本体が＆５からなり、前述のめつき処理されたり
フタから焼付試験用のテストピースを作成し、また現在
実用化されている鉄溶射膜を設けたりフタから同様にテ
ストピースを作成し、ビン−ディスク型摩擦試験機で、
シリンダヘッド材（ＡＣ４）で作成したディスクを相手
として耐焼付性の評価試験を行なった。試験条件は、速
度２ｍ／ｓｅｃ、潤滑油はエンジンオイル＃３０、潤滑
油温度は９０℃とし、初期に２０　Ｋｇ／ｃ■３で°１
０分のならし運転を行ない、その後５　Ｋｇ／ａｍ”き
ざみで荷重を増加しその荷重で３分保持しさらに５Ｋｇ
／ｃ■２増加することを繰返す試験で摩擦係数が急上昇
する荷重点を焼付値とする試験である。この試験では、
従来の鉄溶射膜に比べて、前述のめつき膜は約２〜３倍
の荷重まで焼付を発生しなかった。

また現在実用化されている鉄溶射膜を設けたりフタの円
筒部からねじり試験用のテストピースを作成し、リフタ
本体が翫５からなり、前述のめつき処理されたりフタの
円筒部からも同一形状のテストピースを作成し、ねじり
試験によって各表面処理膜がリフタ本体から剥離が始る
ねじり角度を比較した。その結果鉄溶射膜の剥離が始る
圧縮代の２倍以上のねじり角度を与えてもめっきの剥離
は生じなかった。

〔発明の効果１ 以上のように、本発明のりフタは本体を構成するアルミ
ニウム合金の疲労強度が高くまた高温で長時間保持され
ても強が低下が少ないので、同一形状の場合には破壊に
対する信頼性が高いものとなる。また同一の信頼性とす
る場合には、本体の薄肉化によって軽量化をさらにはか
ることができる。また外シムとの摺動においても、合金
基地中に分散する硬質粒子と、基地の高温での強度が高
いので長時間高温にさらされても耐摩耗性低下は少ない
。

シリンダヘッドとの摺接部のめっき層は、耐焼付性と密
着性にすぐれ、めっき処理後は軽度の仕上加工ですむ製
造上の利点をも有している。またセタンレス研磨仕上が
不要となるため、リフタの円筒部の肉厚を更に減じて軽
量化をはかることができる利点をも有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のりフタを示す断面図、第２図
は本発明の実施例の寸法を示すリフタの断面図、 第３図は内燃機関の動弁部の断面図、 第４図はりフタの断面図、 第５図は、公知のアルミニウム合金を使用したりフタの
断面図である。 ｌ・・・リフタ ５・・・外シム １ａ・・・リフタの破壊しやすい部分 １ｂ、Ｚｃ・・・外シムによって摩耗しゃすいリフタの
部分 １ｄ・・・リフタの外周面 ｌｅ−・・リフタのステムとの当接面 １０−・・リフタ本体の基地 １０ａ・・・基地中に分散する硬質粒子１０　ｂ−・・
めっき層 １０ｃ・・・リフタの凹部 １０ｄ・・・鉄系材料のチップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃｕ：３〜８％、 Ｍｇ：０．５〜２．５％、 Ｓｉ：０．２〜１．５％、 Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、 Ｚｒ、Ｔｉの一種をまたは２種以上を合計 量で３〜１０％含有し、残部が実質的にアルミニウムか
   らなる組成の基地中に、平均粒径が２〜３０μｍの硬質
   粉末を体積率で２〜１０％分散させた複合材料からなる
   本体と、シリンダヘッドと摺動する部分において、Ｎｉ
   を主成分とするメッキ層が施された外周面と、バルブス
   テムとの接触面において、前記本体に接合した鉄系合金
   片より構成されるバルブステム接触面と、を含んでなる
   ことを特徴とするアルミニウム合金製バルブリフタ。 ２、前記外周面のメッキ層が、Ｐ：１〜４重量残部がＮ
   ｉからなる基地中にＳｉ＿３Ｎ＿４が面積率で１０〜１
   ５％分散していることを特徴とする請求項１記載のアル
   ミニウム合金製バルブリフタ。 ３、前記外周面のメッキ層に分散された Ｓｉ＿３Ｎ＿４の平均粒径が０．５〜２μｍであること
   を特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金製バルブ
   リフタ。 ４、前記バルブステム接触面が、真密度比が９５％以上
   の鉄系の焼結合金より構成されることを特徴とする請求
   項１から３までのいずれか１項に記載のアルミニウイム
   合金製バルブリフタ。