JPH0649917B2 - 内燃機関の動弁機構部材 - Google Patents

内燃機関の動弁機構部材

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JPH0649917B2 JP61149095A JP14909586A JPH0649917B2 JP H0649917 B2 JPH0649917 B2 JP H0649917B2 JP 61149095 A JP61149095 A JP 61149095A JP 14909586 A JP14909586 A JP 14909586A JP H0649917 B2 JPH0649917 B2 JP H0649917B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、内燃機関の動弁機構を構成する部材のうち、
カムと摺接する部材で高度の耐摩耗性を必要とするロッ
カーアーム、バルブリフターなどに特に好適な鉄系焼結
合金に関するものである。
[従来の技術およびその問題点] 内燃機関に対する要求のうちで、高速化、高出力化がま
すます高水準になるに伴って、動弁系の摩耗の問題、特
にロッカーアームのパッドおよびバルブリフターの摺接
面の耐久性に対する要求が極めて厳しくなりつつあり、
これに堪える合金の開発が強く望まれている。これらの
カムと摺接する部材は、その部材自身の耐摩耗性が高い
ことはもとより、相手部材のカムを摩耗させないことが
特に重要である。
従来、これらの部材は、一般に鋼材、合金鋳鉄などで作
られ、耐摩耗性を高めるために、カムとの当り面に熱処
理による表面硬化、チル硬化、硬質クロムめっき、ある
いは自溶性合金溶射などを施して用いられていたが、浸
炭焼入れ材は耐スカッフィング性が劣り、チル硬化した
ものは耐久性が劣り、硬質クロムめっきの場合は局部当
りに伴う剥離あるいは摩耗剥離を生じることがあるなど
の品質上の問題があり、自溶合金溶射の場合は、生産工
数の増加および高価な材料の使用によるコスト面の不利
や、溶射工程における品質の不安定さなどの問題点があ
った。
このような従来の材料に対して、近年、焼結合金からな
る各種組成の耐摩耗性部材が提案されており、本発明者
らも、先に、特公昭60-34624号、特公昭60-34626号およ
び特公昭60-35983号に示される内燃機関の動弁機構部材
を提供した。これらの部材は、従来の材料に比べて、カ
ムおよびこれと摺接する相手材のそれぞれの摩耗並びに
総合摩耗を著しく減少させるものであり、動弁機構の長
寿命化に寄与することが可能であるが、更に高性能化す
ることを目的として研究を行なった結果、本発明に到達
したものである。
[問題点を解決するための手段] 前記の問題点を解決するための本発明の動弁機構部材に
おいては、その部材全体または少なくともカムとのあた
り面を、 C… 1〜4%、 Cr… 5〜30%、 Mo…1〜5%、 Ni…5.5〜10%、 Sn…0.2〜5%、 WおよびVの少なくとも1種…0.1〜4%、 PおよびBの少なくとも1種…0.05〜5%、 Feおよび不可避の不純物…残部 からなる組成の焼結合金により形成する。
本発明の部材の組成は下記の知見に基づいて成された。
(a)C、Cr、Mo、V、W、Pを含有するFe基焼結合
金において、この合金組成にNiを添加すると、材料自
体の耐摩耗性が向上すると共に、相手材の摩耗が少なく
なるという効果が得られ、約5%Niのときに最も良好
であること、および(b)上記(a)項のFe基焼結合
金に、Snを添加すると更に耐摩耗性が向上し、Niが約
7〜9%で、かつSnが約2%のときに最も良好であるこ
とである。
すなわち、NiとSnの両方を添加することにより大幅な
耐摩耗性の改善が可能となる。
上記に関し、本発明の合金を含む各種のFe基焼結合金
をロッカーアームに適用し、摩耗試験を行なった。その
結果を第1図から第3図に示す。以下に、同図に示す結
果に基づき本発明を更に詳細に説明する。なお部材の試
験に際しては、カムとの当り面以外のロッカーアーム本
体は低合金鋼で作り、当り面の部分にFe基焼結合金か
らなるパッドを接合して供試試料とした。
まず、供試試料の作製と、台上試験条件について説明す
る。
黒鉛粉、ニッケル粉、錫粉、鉄−リン合金粉、各種合金
鉄粉を準備し、第1表および第2表に示す組成になるよ
うに配合した。なお、第1表の試料Aおよび試料Bにお
いて、Ni量は無添加および2〜12%の範囲であり、
またSn量は無添加および0.2〜7%の範囲で各種組成
の混合粉を調製した。
次いで、これらの混合粉を、6t/cm2で所定のパッド形
状に成形し、これに下記の条件で焼結および熱処理を施
して試料を作製した。
焼結雰囲気:真空(1×10-3mmHg) 焼結温度 :1120〜1200゜C 焼結時間 :60分 焼入条件 :900゜C、油焼入れ 焼戻し条件:180゜C 次に、これらのパッドをロッカーアームに接合して水冷
直列4気筒1800ccエンジンに組込み、台上試験によりパ
ッドとカムの摩耗状況を調べた。なお、相手カムは低合
金鋳鉄製でカムトップ部をチル化したものを用いた。試
験条件はSAE10W30のエンジン油を45±5゜Cに
保って、回転数650rpmで連続運転し、250時間後
に分解して、各部材の摩耗量を測定し、各摩耗量の和を
総合摩耗量とした。
第1図は、試料Aに係る測定結果でNiとSnの添加効
果を表すものである。Snを無添加としてNiの添加量
を増加すると、約5%Niのときに摩耗量が最小にな
り、それ以上Niを添加すると却って摩耗量が増加す
る。この試料にSnを添加すると、摩耗量の最小値は小
さくなり、かつ、Ni量の多い側に移行する。Snの添
加は0.2%で効果を表わし、2%のときに最も良い結果
を示すが、5%を超えると却って悪化する。また、第1
図中に点線で示すように、Sn無添加材の総合摩耗量の
最小値よりも約20%低い40μm以下の摩耗量になる
Ni量は、0.2%Snのときその最小値は約5.5%Niで
あり、5%Snのときにはその最大値が約10%Niで
ある。なお、2%Snにおいては2.5〜11%Niの範
囲で満足すべき結果が得られる。
第2図は、Cr量が20%の試料Bに係る測定結果を示
す。試料B自体の合金組成の相違に従って、総合摩耗量
が第1図の場合よりも全体的に下方に移行している以外
は、第1図の傾向と同様である。
第3図は、第2表に示した試料Cに係る測定結果であ
り、Crが及ぼす効果を示している。この図から、Cr
量は5〜30%の範囲が好適であることが解る。
[作 用] 次に、本発明の動弁機構部材の各成分の作用について説
明する。本発明に係る部材は基調としてマルテンサイト
のマトリックスに金属炭化物からなる硬質粒子を分散さ
せることにより、部材自身の耐摩耗性を高めたものであ
るが、同時に金属炭化物の種類、量および相互の組み合
わせの適切な選択によって相手材たるカムの摩耗減少に
も寄与している。
Cr:マトリックスを強化すると共に、Cと反応して硬質
の炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。ただし第3
図に示すように、Crの添加量が5%未満では所要の効
果を期待できず、一方、30%を超えて添加すると、相
手カムを摩耗させ易くなり総合摩耗量が大きくなる他、
焼結性が著しく低下するなどの不利を生じる。
Mo:Crと同様にマトリックスを強化すると共に、Cと反
応して硬質の炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。
ただし添加量1%未満では所要の効果が得られず、一
方、5%を超えて添加すると材料を脆性化する。
WおよびV:いずれもCと反応してMC型の硬質炭化物
を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。両者のうち少な
くとも1種の成分の添加量が0.1%以上でなければ所要
の効果が得られず、一方、添加量が4%を超えると被削
性が低下し、また相手材を摩耗させ易くなる。
Sn:マトリックス中に拡散固溶し、Niによるオーステ
ナイト化を抑制する作用がある。添加量が0.2%未満で
は効果が認められず、一方、5%より多く添加すると炭
化物粒子を粗大化させ、機械的強度を低下させて耐摩耗
性が悪くなる。
Ni:鉄マトリックスに拡散してマトリックスを強化し
炭化物の脱落を防止する。また、焼結性も向上し、相手
カムとのなじみ性を良くする作用を呈する。Snを伴わ
ずに5%を超えて添加すると、マトリックス中にオース
テナイト相を生じ、耐摩耗性を低下させるが、Sn量が
上述の範囲においては、5.5〜10%Niの添加量のと
きに良好な耐摩耗性を示す。
C:マトリックスを強化すると共に、上述の如くCrそ
の他の添加成分と反応して硬質相を析出させ、耐摩耗性
を向上させる。ただし1%未満では所要の効果は得られ
ず、一方、4%を超えると靭性の低下を来たす。
PおよびB:焼結を促進する作用を有し、焼結部材を高
密度化させる元素であり、いずれか1種でもよく、また
双方を添加してもよい。添加量は0.05%未満では所要の
効果が得られず、一方、5%を超えて添加すると、過剰
の液相を生じて焼結時の寸法変化率が大きくなり好まし
くない。
[実施例] 次いで、本発明の好ましい実施例により比較例と対比し
ながら説明する。
なお、各供試試料の作製要領は次の通りであるが、台上
試験条件および測定は第1図から第3図における試験条
件と同一である。
実施例−1 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等を Cr…9.9 C …2.5 Mo…3.1 W …0.5 V …0.4 Mn…0.3 Ni…7.0 Sn…2.0 P …0.25 Fe…残部(重量%) なる組成になるように配合して成形圧力6t/cm2で所定
のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結および
熱処理を施して試料を作製した。
焼結雰囲気: 真空(1×10-3mmHg) 焼結温度 : 1130゜C 焼結時間 : 60分 焼入れ条件: 900゜C、油焼入れ 焼戻し条件: 180゜C 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに微細な硬
化物が分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通り
であった。
焼結密度(g/cm3): 7.7 硬 さ( HRC): 57〜62 実施例−2 本材は第2表の試料Cと同一試料である。鉄粉、黒鉛
粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等を Cr…20.3 C …2.5 Mo…2.8 W …0.8 V …1.1 Mn…0.3 Ni…7.0 Sn…2.0 P …0.25 Fe…残部(重量%) なる組成になるように配合して成形圧力6t/cm2で所定
のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結および
熱処理を施して試料を作製した。
焼結雰囲気: 真空(1×10-3mmHg) 焼結温度 : 1190゜C 焼結時間 : 60分 焼入れ条件: 900゜C、油焼入れ 焼戻し条件: 180゜C 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに微細な硬
化物が分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通り
であった。
焼結密度(g/cm3): 7.7 硬 さ( HRC): 55〜60 また、次に示す条件で作製した試料を比較材とした。
比較例−1 合金鋳鉄製ロッカーアームの当り面に硬質クロムメッキ
を施したものを試料とした。
比較例−2 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等を Cr…6.3 C …1.7 P …0.4 W …1.0 Fe…残部(重量%) なる組成になるように配合して成形圧力6t/cm2で所定
のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結および
熱処理を施して試料を作製した。
焼結雰囲気: 分解アンモニアガス 焼結温度 : 1180゜C 焼入れ条件: 1180゜C、油焼入れ 焼戻し条件: 550゜C 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに硬化物が
網目状に分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通
りであった。
焼結密度(g/cm3): 7.6 硬 さ( HRC): 50〜60 比較例−3 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等を Cr…6.5 V …0.8 P …0.4 Mo…0.3 C …2.0 Fe…残部(重量%) なる組成になるように配合して成形圧力6t/cm2で所定
のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結および
熱処理を施して試料を作製した。
焼結雰囲気: 真空(1×10-3mmHg) 焼結温度 : 1180゜C 焼入れ条件: 1180゜C、油焼入れ 焼戻し条件: 550゜C 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに硬化物が
網目状に分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通
りであった。
焼結密度(g/cm3): 6.7 硬 さ( HRC): 50〜65 比較例−4 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等を Cr…4.3 W …5.0 C …1.7 Mo…1.0 V …0.3 P …0.4 Fe…残部(重量%) なる組成になるように配合して成形圧力6t/cm2で所定
のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結および
熱処理を施して試料を作製した。
焼結雰囲気: 真空(1×10-3mmHg) 焼結温度 : 1200゜C 焼入れ条件: 1200゜C、油焼入れ 焼戻し条件: 550゜C 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに硬化物が
網目状に分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通
りであった。
焼結密度(g/cm3): 7.4 硬 さ( HRC): 50〜65 第4図は上記試料の試験結果を表わすもので、棒グラフ
の白色部分はカムトップ部の摩耗量を、斑点または斜線
を施した部分はロッカーアームの当たり面の摩耗量を表
す。なお、斑点は本発明の部材を、斜線は従来材を表わ
している。
この図から明らかな通り、本発明材に係る試料をパッド
に用いた場合、パッド自身の摩耗が少なく、かつ相手部
材のカムを摩耗させ難いという特徴がある。カムとパッ
ドの総合摩耗量は、従来部材についての比較例1の場合
の約15%に過ぎない。また、焼結合金の比較例2〜4
と比較しても30〜40%に減少していることが解る。
なお、本発明の焼結動弁機構部材に軟窒化、浸硫窒化な
どの表面処理を施すことにより、初期摩耗を少なくし、
更に耐摩耗性を向上させることができる。
[発明の効果] 以上の試験結果から明らかなように、本発明はカムおよ
びこれと摺接する相手部材のそれぞれの摩耗ならびに総
合摩耗を著しく減少させるものであり、動弁機構の長寿
命化を図る上で極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
各図はエンジン台上試験における動弁機構部材の摩耗状
態を示すグラフであり、第1図および第2図は、それぞ
れ所定のCr添加量におけるNi添加量およびSn添加
量と摩耗量との関係を示すグラフ、第3図はCr添加量
と摩耗量との関係を示すグラフ、および第4図は本発明
に係る部材と従来の部材の摩耗比較試験の結果を示すグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池ノ上 寛 千葉県松戸市常盤平3丁目26番地の3 (56)参考文献 特開 昭61−64804(JP,A) 特開 昭58−107470(JP,A) 特開 昭58−113350(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の動弁機構において、カムと摺接
    する部材の少なくとも当り面が、下記組成(重量%)の
    鉄系焼結合金で形成されていることを特徴とする動弁機
    構部材; C… 1〜4%、 Cr… 5〜30%、 Mo…1〜5%、 Ni…5.5〜10%、 Sn…0.2〜5%、 WおよびVの少なくとも1種…0.1〜4%、 PおよびBの少なくとも1種…0.05〜5%、 Feおよび不可避の不純物…残部。
JP61149095A 1986-06-25 1986-06-25 内燃機関の動弁機構部材 Expired - Fee Related JPH0649917B2 (ja)

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