JPH07155884A

JPH07155884A - 潤滑性及び耐摩耗性に優れた弁ばね加工用治具、その製法、弁ばね加工用治具の再生法および弁ばね加工法

Info

Publication number: JPH07155884A
Application number: JP5300494A
Authority: JP
Inventors: Takenori Nakayama; 武典中山; Toshiki Sato; 俊樹佐藤; Manabu Miyamoto; 学宮本; Kojiro Kitahata; 浩二郎北畑
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-20

Abstract

(57)【要約】【構成】少なくとも弁ばね材との接触部が、ダイヤモ
ンドおよび／もしくは立方晶窒化硼素を合計で５０容量
％以上含有し、且つ表面粗さがＲ_max で１μｍ以下であ
る硬質皮膜によって被覆された弁ばね加工用治具とその
製法並びに再生法、更には弁ばね加工法を提供する。【効果】鉄基合金製のものはもとより、チタン基合金
製などの如く加工用治具との焼き付きを起こし易い合金
材からなる弁ばねの加工に適用した場合でも、優れた耐
摩耗性と高潤滑性を長時間維持し得る弁ばね加工用治具
が与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や二輪車等のエ
ンジンなどに使用される鉄基合金やチタン基合金等から
なる弁ばねを加工（コイリング等）する為の弁ばね加工
用治具とその製法及び再生法並びに弁ばね加工法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄基合金製弁ばねの加工に用いられる治
具（ワイヤガイドやコイリング治具等）の材料として
は、従来より超硬合金が広く使用されてきた。ところ
が、超硬合金は耐摩耗性が不十分であり、使用時の摩耗
により加工面が粗くなって潤滑性を失ない、弁ばね材で
ある鉄基合金が加工用治具に焼き付く現象がしばしば生
じてくる。そのため、弁ばねコイリングラインを頻繁に
中断して加工用治具の交換を行なわなければならず、生
産性を著しく低下させるという問題が指摘されている。

【０００３】そこで、こうした問題を改善するため、超
硬合金製加工用治具の表面にＴｉＮやＳｉＣ等の硬質皮
膜をコーティングすることによって、加工面の耐摩耗性
を高める方法が実施されているが、必ずしも満足のいく
効果は得られていない。

【０００４】他方、近年の自動車等の軽量化に対する要
請に対応するため、弁ばね材についてもより軽量で且つ
優れた強度特性を示すチタン合金製の弁ばねが開発され
ているが、チタン合金材は鉄基合金材よりも一層加工用
治具との焼き付きを起こし易く、チタン基合金製の弁ば
ね材の加工に適用した場合でも、優れた耐摩耗性と高潤
滑性を発揮し得る様な弁ばね加工用治具の開発が望まれ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、鉄基
合金製のものはもとより、チタン基合金製などの如く加
工用治具との焼き付きを起こし易い合金材からなる弁ば
ねの加工に適用した場合でも、優れた耐摩耗性と高潤滑
性を長時間維持し得る様な弁ばね加工用治具を提供しよ
うとするものであり、更に他の目的は、その様な加工用
治具の製法と再生法及び弁ばね加工法を提供しようとす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る弁ばね加工用治具の構成は、少な
くとも弁ばね材との接触部が、ダイヤモンドおよび／も
しくは立方晶窒化硼素を合計で５０容量％以上含有し、
且つ表面粗さがＲ_max で１μｍ以下である硬質物質から
なるところに要旨を有するものであり、該硬質物質は、
ダイヤモンドおよび／もしくは立方晶窒化硼素主体の焼
結体からなる平均粒子径が１μｍ以上のものが好まし
い。

【０００７】またこの硬質物質は、気相合成法によって
形成されたダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素からなる
硬質皮膜であってもよく、該硬質皮膜の厚さは５μｍ以
上とし、また膜厚方向の断面組織を柱状晶とすることに
より、一段と優れた寿命の弁ばね加工用治具となる。

【０００８】硬質物質が気相合成法によって形成された
ダイヤモンド皮膜である時の治具母材は、超硬合金、高
速度工具鋼、Ｗ、Ｍｏ、窒化珪素、炭化珪素、サイアロ
ンよりなる群から選択される１種以上が好ましく、この
ときの硬質皮膜は、治具母材に対してろう付けされたも
のであってもよい。ろう材を用いて接合するときにおけ
る好ましいろう材層の厚さは１〜１００μｍである。

【０００９】また本発明に係る弁ばね加工用治具の製法
は、弁ばね加工用治具における少なくとも弁ばね材との
接触部に対応した形状を有し、表面粗さがＲ_max で１μ
ｍ以下である基板に、ダイヤモンドを５０容量％以上含
有する硬質皮膜を気相合成法によって形成し、該硬質皮
膜の解放面側を、弁ばね加工用治具母材の少なくとも弁
ばね材との接触部にろう付けすると共に、該ろう付けの
前または後に前記基板を除去するところに要旨を有し、
またその他の製法では、少なくとも弁ばね材との接触部
の表面粗さがＲ_max で１μｍ以下である弁ばね加工用治
具母材を使用し、該治具母材の表面に気相法によって立
方晶窒化硼素を５０容量％以上含有する硬質皮膜を形成
するところに要旨を有している。

【００１０】更に、硬質物質が気相合成法によって形成
されたダイヤモンド皮膜であり、且つ該硬質皮膜がろう
材によって接合したものである場合は、弁ばね加工処理
により該硬質皮膜が摩耗した時の再生法として、該摩耗
部における硬質皮膜接合用ろう材を、薬剤によって溶解
すると共にダイヤモンド含有皮膜を除去し、次いで、露
出した治具母材表面にダイヤモンドを含有する硬質皮膜
をろう付けすれば、簡単に再生することができる。そし
て、上記弁ばね加工用治具を使用すると、鉄基合金はも
とよりチタン基合金の様な焼付きを起こし易い合金製の
弁ばねを加工する時でも、焼付き等を生じることなく優
れた潤滑性と加工精度の下で効率よく加工することがで
きる。

【００１１】

【作用】上記の様に本発明に係る弁ばね加工用治具は、
少なくとも弁ばね材との接触部にダイヤモンドおよび／
もしくは立方晶窒化硼素を主体とする硬質物質を形成し
てなり、該硬質物質の表面粗さをＲ_max で１μｍ以下と
することにより、高耐摩耗性と高潤滑性を与えたもので
あり、また本発明の他の構成では、上記の様な加工用治
具を得るための方法及び再生法並びに該治具を用いた弁
ばね加工法を提供するものである。

【００１２】以下、本発明の構成および作用効果並びに
様々の変形態様について詳細に説明する。ダイモンドや
立方晶窒化硼素は、現存する物質の中でも最も高い硬度
を有しているばかりでなく、摩擦係数が小さくて潤滑性
においても非常に優れたものである。そして、こうした
特徴を実用面で有効に活用する場合、通常は焼結体とし
て使用されるが、ダイヤモンド焼結体の製造に当たって
は、焼結触媒としてコバルトや種々の無機物質が使用さ
れ、また立方晶窒化硼素焼結体においても、バインダー
として種々の炭化物や窒化物が使用されるので、それら
焼結体の中には相当量の不純物が含まれており、これら
の不純物は、焼結体の硬度や耐摩耗性に悪影響を及ぼ
す。

【００１３】そのため、本発明でダイヤモンドおよび／
または立方晶窒化硼素の焼結体を硬質物質として利用す
る場合は、該硬質物質中に占めるダイヤモンドおよび／
または立方晶窒化硼素の含有量を合計で５０容量％以上
とする必要があり、それらの含有量が５０容量％未満で
は、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素本来の特性が十分に
発揮されなくなり、満足のいく耐摩耗性が得られなくな
るばかりでなく、弁ばね加工時のばね材の焼き付きが起
こり易くなり、本発明で意図する目的が達成できなくな
る。

【００１４】また、該硬質物質の摩擦係数はその表面粗
さによっても顕著な影響を受け、該表面粗さがＲ_max で
１μｍ以下でなければ、弁ばね材との焼き付きを有効に
防止することができない。更に、該硬質物質の摩耗特性
は、該被膜を構成するダイヤモンドや立方晶窒化硼素の
粒径によっても影響を受け、平均粒径が１μｍ以上であ
るものは、耐摩耗性において一段と優れた効果を発揮す
る。それより平均粒径が小さいものでも、一般的な超硬
合金に比べるとはるかに優れた耐摩耗性を有している
が、平均粒径が１μｍ未満のものでは硬質物質内におけ
る粒界が多くなって硬質粒の脱落が起こり易くなるの
で、１μｍ以上の粗粒物からなる硬質物質に比べると、
耐摩耗性はかなり劣るものとなる。

【００１５】また、本発明において弁ばね加工用治具の
表面に形成される硬質物質は、気相合成法によって形成
された硬質皮膜であってもよく、その表面粗さがＲ_max
で１μｍ以下であり、且つ好ましくは該硬質皮膜を構成
するダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素の平均粒子径を
１μｍ以上とすることによって、同様の高潤滑・高耐摩
耗性を確保できる。

【００１６】尚、ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素主
体の硬質皮膜を気相法によって形成する方法は種々知ら
れており、本発明ではその手法に格別の制限はないが、
例えばダイヤモンド主体の硬質皮膜は、水素と炭化水素
を含む原料ガスを熱電子放射材やマイクロ波無電極放電
等により励起分解させて基材表面に化学蒸着させる方法
（ＣＶＤ法）等が、また立方晶窒化硼素主体の硬質皮膜
は、イオンプレーティング法やイオンビーム法による物
理蒸着法（ＰＶＤ法）等が好ましい方法として推奨され
る。

【００１７】そして、気相法により硬質皮膜を形成する
場合は、弁ばね加工用治具母材の潤滑・耐摩耗性必要部
（弁ばねとの接触部）に、ダイヤモンドまたは立方晶窒
化硼素主体の硬質皮膜を気相法によって直接形成すれば
よいが、このとき、加工用治具母材の表面粗さが粗い
と、該粗面の影響が硬質皮膜の表面にまで反映されて硬
質皮膜の表面粗さはＲ_max で１μｍを超えることにな
り、潤滑性や耐焼付き性が悪くなる。従って、気相法に
より表面粗度の小さい硬質皮膜が得られる立方晶窒化硼
素皮膜を形成する場合は、治具母材の硬質皮膜形成部の
表面粗さをＲ_max で１μｍ以下にしておくことが望まれ
る。

【００１８】一方、ダイヤモンド主体の硬質皮膜を気相
法によって形成する場合は、該皮膜はダイヤモンド結晶
粒の成長により気相合成皮膜形成処理のままでは、治具
母材の表面粗さには無関係に粗くなるので、この場合
は、硬質皮膜生成後ダイヤモンドパウダー等を用いた研
磨処理によって表面粗さをＲ_max で１μｍ以下に仕上げ
処理する必要がある。

【００１９】また、上記硬質皮膜の膜厚は、弁ばね材の
加工条件にもよるが、好ましくは５μｍ以上とするのが
よい。しかして該膜厚が５μｍ未満では、弁ばね材の加
工時に加わる力によって硬質皮膜にクラックが生じたり
剥離を起こし易くなり、加工用治具の寿命を十分に高め
にくくなるからである。硬質皮膜の膜厚が５μｍ以上で
あれば、該硬質皮膜の優れた耐摩耗性とも相まって加工
用治具の寿命を著しく高めることができる。また、硬質
皮膜といえども、多数回の使用による摩耗は避けられ
ず、それにより加工精度は低下してくるが、この場合、
硬質皮膜を厚肉に形成しておけば、摩耗部の再研磨によ
って再生することも可能となるので、該膜厚は、経済的
に許容し得る範囲で厚肉にしておくことが望まれる。

【００２０】更に、気相合成ダイヤモンド質皮膜の寿命
は、該ダイヤモンド質皮膜の組織にも依存する。即ち気
相合成ダイヤモンドの断面組織は、合成条件によって柱
状組織あるいは粒状組織にすることが可能であり、いず
れも一般の超硬合金に比べると優れた耐摩耗性を発揮す
るが、両組織を比較すると、粒状組織の方が脱落等によ
って摩耗が進行し易い傾向があるので、長寿命化を一層
増進させるには、断面組織を柱状組織とすることが推奨
される。

【００２１】上記硬質物質が形成される弁ばね加工用治
具母材は、加工用治具として必要な強度や靭性などを備
えたものであれば特に限定されないが、硬質物質として
ダイヤモンド質皮膜を形成する場合は、超硬合金、Ｗ、
Ｍｏ、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンまたはそれらの
混合物を母材として使用することが望まれる。しかして
ダイヤモンド質皮膜は、鉄系の金属には析出し難いため
析出基材に一定の制約があり、弁ばね加工用治具として
必要な物性を合わせ考慮すると、上記の金属もしくは合
金が好ましいからである。これに対し立方晶窒化硼素質
の硬質皮膜については、気相法による析出の困難な素材
は特にないので、弁ばね加工用治具に必要な物性さえ満
足し得るものであればどの様な母材を使用してもよい。

【００２２】ところで、気相合成法によりダイヤモンド
質皮膜を弁ばね加工用治具表面に直接形成する場合に
は、前述の如く表面粗さが粗くなるので、ダイヤモンド
焼結体の場合と同様に表面を研磨処理する必要がある。
しかし、ダイヤモンド質皮膜は非常に硬質であるので、
研磨処理が非常に困難で且つ長時間を要する。

【００２３】しかしながら、次に示す様な皮膜形成法を
採用すれば、ダイヤモンド質皮膜の表面研磨処理を行な
わなくとも、Ｒ_max で１μｍ以下の表面粗さのものを容
易に得ることができる。即ち、弁ばね加工用治具におけ
る少なくとも弁ばねとの接触部（高潤滑・高耐摩耗性要
求部）に対応する雄型形状に加工され、且つ表面粗さが
Ｒ_max で１μｍ以下の基板に、気相合成法によってダイ
ヤモンド質皮膜を形成し、次いで該ダイヤモンド質皮膜
の解放面側を弁ばね加工用治具母材の表面にろう材を用
いてろう付けし、該ろう付けの前または後で基板を除去
する方法である。この方法を採用すれば、基板表面の形
状と表面粗さがそのまま硬質皮膜に転写されることにな
り、従って研磨処理を全く要することなく表面粗さがＲ
_max で１μｍ以下の硬質皮膜が形成された加工用治具を
得ることができる。

【００２４】このとき用いられるろう材の平均厚さは１
〜１００μｍの範囲が好ましく、１μｍ未満の薄肉にな
ると接合強度不足によってダイヤモンド質皮膜の剥離等
が起こり易くなり、一方１００μｍを超える厚肉になる
と、ろう材層の強度不足がダイヤモンド質皮膜の表面硬
度にまで悪影響を及ぼして、弁ばね加工時に硬質皮膜が
破損し易くなる。

【００２５】ここで使用される好ましいろう材として
は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｂから選択される１種以上の
金属を主成分とし、これらの金属にＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，
Ｓｉから選ばれる１種以上の元素を含有させた合金が好
ましい。しかしてＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｂは、種々の金
属やセラミックスと反応するため加工用治具との接合性
が良く、またＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｉは、ダイヤモンド
との反応性が良好であるため、ダイヤモンド質皮膜との
接合性に優れたものであるからである。

【００２６】なお、上記の様にろう材を接合材として用
いて硬質皮膜を形成接合した弁ばね形成用治具におい
て、該硬質皮膜が摩耗したときには、下記の様な方法で
再生することができる。即ち、硬質皮膜が摩耗した加工
用治具の前記ろう材を、例えば硝酸、硫酸、塩酸あるい
はこれらの混酸等の薬液によって溶解することによっ
て、残存する硬質皮膜を除去して治具母材表面を露出さ
せ、水洗・乾燥の後再度気相合成法もしくは前述の様な
転写法によって弁ばね材との接触部に硬質皮膜を形成す
れば、高潤滑・高摩耗性の弁ばね加工用治具に再生する
ことができる。尚、この再生法を採用する場合、弁ばね
加工用治具母材としては、上記の様なろう材溶解用薬液
に侵食され難い窒化珪素、炭化珪素、サンアロイ等を使
用することが望まれる。

【００２７】

【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。

【００２８】実施例１純度８８容量％のダイヤモンド焼結体の表面を、ダイヤ
モンドパウダーにより研磨し、表面粗さがＲ_max で０．
２μｍ，０．９μｍ、１．２μｍのダイヤモンド焼結体
を作製した。また、純度が８０容量％、５５容量％、３
５容量％の立方晶窒化硼素焼結体を用いて、同様に表面
粗さがＲ_max で０．０２μｍ、０．３μｍ，０．９μ
ｍ，１．３μｍのものを作製した。更に、ダイヤモンド
が９０容量％と立方晶窒化硼素が７容量％であるダイヤ
モンド・立方晶窒化硼素混合焼結体を表面研磨し、表面
粗さがＲ_max で０．０４μｍ，０．６μｍ，１．８μｍ
のものを作製した。

【００２９】また、窒化珪素よりなる２つの基板の表面
にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、下記の条件で
厚さが約１０μｍの気相合成ダイヤモンド皮膜を析出さ
せた。（気相合成条件）原料ガス（流量）：Ｈ₂ ……１００ｃｃ／ｍｉｎＣＨ₄ …１ｃｃ／ｍｉｎ圧力：５０ｔｏｒｒ基板温度：８５０℃ マイクロ波出力：１ｋｗ

【００３０】得られたダイヤモンド質硬質皮膜の表面
は、ダイヤモンド粒の成長により粗面化しており、表面
粗さは両方ともＲ_max で１．８μｍであった。この２つ
のダイヤモンド質硬質皮膜形成物のうち、一方をダイヤ
モンドパウダーで研磨処理して表面粗さをＲ_max で０．
８μｍとした。

【００３１】また、片面の表面粗さがＲ_max で０．１μ
ｍ、他方面の表面粗さがＲ_max で１．５μｍの２つの超
硬合金基板を用意し、これらをイオンプレーティング装
置に装入し、装置内を１×１０^-7ｔｏｒｒまで排気した
後、エレクトロンビーム照射により硼素を蒸発させると
共に、窒素ガスを装置内へ導入して窒素のアーク放電と
ＲＦグロー放電を重畳させることによって、超硬合金表
面に窒化硼素膜を形成した。尚、成膜中の装置内圧力は
１×１０^-3ｔｏｒｒとした。

【００３２】得られた窒化硼素の膜厚は約５μｍであ
り、表面粗さは夫々Ｒ_max で０．１μｍ（超硬合金表面
粗さがＲ_max で０．１μｍの方）および１．６μｍ（超
硬合金の表面粗さがＲ_max で１．５μｍの方）であっ
た。この窒化硼素膜を赤外吸収分析装置および透過型電
子顕微鏡によって分析したところ、この膜は９３容量％
の立方晶窒化硼素と７容量％の非晶質窒化硼素から構成
されていることが確認された。

【００３３】上記方法によって得たダイヤモンド焼結
体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド・立方晶窒化
硼素混合焼結体、気相合成ダイヤモンド、気相合成立方
晶窒化硼素について、ボールオンディスク型摩擦係数測
定装置を用いて、下記の条件で摩擦係数を測定した。ま
た、比較材として超硬合金およびＴｉＮ被覆超硬合金を
使用し、上記と同様にして試験を行なった。結果を表１
に示す。

【００３４】（摩擦係数測定条件）荷重：５００ｇスキャン長：３ｍｍボール材質：ＳＵＳ３０４ボール球径：１０ｍｍスキャン回数：１００回

【００３５】

【表１】

【００３６】表１からも明らかである様に、比較材とし
て用いた超硬合金およびＴｉＮ被覆超硬合金は摩擦係数
が非常に大きく、ＳＵＳ３０４との潤滑性が非常に悪い
ことが分かる。また、ダイヤモンド質または立方晶窒化
硼素質の皮膜であっても、表面粗さがＲ_max で１μｍを
超えるものは摩擦係数が非常に大きく、ＳＵＳ３０４と
の潤滑性が悪い。更に、立方晶窒化硼素含有量が３５容
量％である焼結体は、摩擦係数が大き過ぎて測定できな
かった。

【００３７】これらに対し、表面粗さがＲ_max で１μｍ
以下のダイヤモンド質焼結体、ダイヤモンド・立方晶窒
化硼素混合焼結体、気相合成ダイヤモンド、気相合成立
方晶窒化硼素、および組成が５５容量％，８０容量％で
表面粗さがＲ_max で１μｍ以下の立方晶窒化硼素焼結体
は、いずれも摩擦係数が非常に小さく、ＳＵＳ３０４と
の潤滑性において格段に優れたものであることが分か
る。

【００３８】実施例２上記実施例１で用いた試料のうち、表面粗さがＲ_max で
１μｍ以下のものを使用し、Ｔｉピンを被加工材として
下記の条件でピンオンディスク型摩耗試験装置による摩
耗試験を行なった。

【００３９】（摩耗試験条件）荷重：１ｋｇ回転速度：１００ｍｍ／ｓｅｃ回転半径：１０ｍｍピン材質：Ｔｉピン直径：５ｍｍ回転数：１万回摩耗試験の後、Ｔｉが付着した試料については、付着し
たＴｉを硝フッ酸溶液で溶解除去して試料の摩耗深さを
測定した。結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２からも明らかである様に、ダイヤモン
ド質焼結体、８０容量％および５５容量％の立方晶窒化
硼素含有焼結体、ダイヤモンド・立方晶窒化硼素混合焼
結体、気相合成ダイヤモンドおよび気相合成立方晶窒化
硼素よりなる皮膜には、Ｔｉの付着が殆んど認められ
ず、また摩耗量も超硬合金やＴｉＮ被覆超硬合金に比べ
て非常に少ない値を示している。

【００４２】実施例３図１に示す様なＶ型の溝を形成した直径１２ｍｍの２個
１対の超硬合金製円柱１のＶ溝内面に、次の方法で種々
のダイヤモンドおよび／もしくは立方晶窒化硼素を接合
した。

【００４３】(1) ダイヤモンド含有焼結体（９５容量
％）、立方晶窒化硼素含有焼結体（８０容量％）および
ダイヤモンド・立方晶窒化硼素質混合焼結体を、ダイヤ
モンドパウダーにより表面粗さがＲ_max で０．１μｍと
なるまで研磨した後、放電加工によりＶ溝内面の大きさ
に切断し、図２（図中、１は超硬合金製円柱、２はダイ
ヤモンド質焼結体および／もしくは立方晶窒化硼素含有
焼結体、３は超硬合金、４は合金ろう材を夫々示す）に
示す如くＶ溝内面にろう付けした。

【００４４】(2) Ｖ溝内面を表面粗さがＲ_max で０．１
μｍとなるまで研磨した後、該研磨面に気相合成法によ
って夫々厚さ５μｍのダイヤモンド質被膜および立方晶
窒化硼素質皮膜を形成した。その結果、立方晶窒化硼素
皮膜の表面は、基板の表面粗さが反映されてＲ_max で
０．１１μｍであった。これに対し、ダイヤモンド質皮
膜の表面は、ダイヤモンド粒の成長により表面粗さがＲ
_max で１．６μｍになっていることが確認されたので、
ダイヤモンドパウダーを用いて研磨して表面粗さをＲ
_max で０．７μｍとした。

【００４５】(3) 表面粗さがＲ_max で０．０４μｍのシ
リコン基板上に、気相合成法によって厚さ５０μｍのダ
イヤモンド層を形成した後、図３（図中、５はダイヤモ
ンド層、６はシリコン基板、７はＹＡＧレーザー、１，
４は図２と同じ）に示す如く、ＹＡＧレーザー７によっ
てＶ溝の大きさに切断し、シリコン基板６を熱濃水酸化
ナトリウム水溶液で溶解除去してダイヤモンド質の単体
シートを得た。これを、元のシリコン基板側が表面とな
る様にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材４を用いてＶ溝内面
に真空ろう付けした。このときのダイヤモンド質シート
の表面粗さは、元の基板表面粗さが転写されており、Ｒ
_max で０．０４μｍであった。また、ろう材層４の厚さ
は４０μｍであった。

【００４６】上記で得た各Ｖ溝内面被覆処理物を使用
し、図４に示す如く、同種の２個１対の円柱状供試材１
のＶ溝間に直径５ｍｍのＳＵＳ３０４の丸棒８を挟み、
該丸棒８を０．５ｍ／ｓｅｃの速度で回転させながら徐
々に円柱状供試材による丸棒８への押し付け荷重を増加
していき、焼付きが生じるときの荷重を調べた。結果は
表３に示す通りであり、本発明の規定要件に合致するも
のは、超硬合金や種々の硬質膜被覆超硬合金に比べて焼
付き開始荷重が高く、潤滑性に優れたものであることを
確認することができる。

【００４７】

【表３】

【００４８】実施例４図５に示す様な弁ばね材通過溝１０を有する弁ばね用コ
イリング治具９を、下記の方法によって作製した。

【００４９】(1) ダイヤモンド質焼結体および／もしく
は立方晶窒化硼素質焼結体被覆コイリング治具図６に示す如く、超硬合金材３の表面に、ダイヤモンド
質焼結体および／もしくは立方晶窒化硼素質焼結体２を
接合し、これを放電加工によってコイリング治具先端の
形状に切断し、コイルが接触通過する半円筒形の内面を
ダイヤモンドパウダーで研磨して表面粗さをＲ_max で
０．３μｍに仕上げ、超硬合金母材上に合金ろう材４を
用いてろう付けしてコイリング治具を作製した。

【００５０】(2) 気相合成ダイヤモンド及び気相合成立
方晶窒化硼素被覆コイリング治具窒化珪素からなるコイリング治具母材における弁ばね素
材との接触部表面を、表面粗さＲ_max で０．１μｍに研
磨した後、前記実施例１の方法に準じて気相合成ダイヤ
モンドおよび気相合成立方晶窒化硼素皮膜を形成した。
膜厚は夫々８μｍと５μｍとした。ここで、ダイヤモン
ド皮膜の表面粗さはＲ_max で１．３μｍと粗かったの
で、ダイヤモンドパウダーを用いて研磨処理することに
より表面粗さをＲ_max で０．７μｍとした。また、気相
合成ダイヤモンドの断面組織を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、柱状組織であることが確認された。一方、
気相合成立方晶窒化硼素皮膜の表面粗さはＲ_max で０．
１２μｍであったので、そのまま性能試験に供した。

【００５１】(3) 気相合成ダイヤモンドろう付けコイリ
ング治具図７に示す如く、コイリング治具先端部の形状に対応す
る形状に加工された表面粗さがＲ_max で０．５μｍのシ
リコン基板１２を用意し、この基板１２上に気相合成ダ
イヤモンド膜５を膜厚２００μｍとなる様に成膜した。
これをフッ酸水溶液に浸漬してシリコン基板１２のみを
溶解し、ダイヤモンド膜５の単体を得た。このダイヤモ
ンド膜５における元のシリコン基板１２面側の形状はコ
イリング治具と同じで形状であるので、これを窒化珪素
よりなる治具母材上にろう付けし、気相合成ダイヤモン
ドろう付けコイリング治具を得た。このコイリング治具
におけるダイヤモンド膜５の表面粗さは、元の基板１２
の表面粗さが転写されてＲ_max で０．５μｍであった。
尚、合金ろう材としては、Ｃｕ−Ｚｒ系ろう材を使用
し、その厚さは２０μｍとした。

【００５２】上記で得た各コイリング治具を使用し、Ｓ
ＵＰ７（ばね鋼）よりなる線材のコイリングを行なった
ところ、これらの治具は、表４に示す如くいずれも従来
の超硬合金製治具に比べて３倍以上の寿命を示した。ま
た、気相合成ダイヤモンドろう付け治具については、寿
命に達した後、硝酸水溶液に浸漬してろう材を溶解除去
すると共にダイヤモンドの残存膜を除去した後、再び前
記と同様の方法で作製した気相合成ダイヤモンド膜をろ
う付けすることによって再生した。この再生物について
再び同様のコイリング試験を繰り返したところ、一回目
と全く同じ性能が得られた。

【００５３】

【表４】

【００５４】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、鉄
基合金製のものはもとより、チタン基合金製などの如く
加工用治具との焼き付きを起こし易い合金材からなる弁
ばねの加工に適用した場合でも、優れた耐摩耗性と高潤
滑性を長時間維持し得る様な弁ばね加工用治具を提供し
得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｖ溝付き超硬合金円筒を示す見取り図である。

【図２】ダイヤモンド質焼結体または立方晶窒化硼素質
焼結体によるＶ溝付き治具の強化手順を示す説明図であ
る。

【図３】気相合成ダイヤモンドろう付けＶ溝付き治具の
製造例を示す工程説明図である。

【図４】Ｖ溝付き治具による焼付き試験の様子を示す図
である。

【図５】コイリング治具の外観を例示する見取り図であ
る。

【図６】ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化硼素焼結
体によるコイリング治具の作製例を示す工程説明図であ
る。

【図７】気相合成ダイヤモンドろう付けによるコイリン
グ治具の作製例を示す説明図である。

【符号の説明】

１Ｖ溝付き治具母材２ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素焼結体３超硬合金４合金ろう材５気相合成ダイヤモンド６シリコン基板７ＹＡＧレーザー８ＳＵＳ３０４丸棒９コイリング治具１０弁ばね材通過溝１１コイリング治具母材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２３Ｐ 15/00 Ｚ 8916−3ＣＣ０４Ｂ 35/52 ３０１Ｚ 35/583 37/02 ＢＣ３０Ｂ 29/04 Ｘ 8216−4Ｇ (72)発明者北畑浩二郎兵庫県明石市魚住町金ケ崎西大池179番１株式会社神戸製鋼所明石工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも弁ばね材との接触部が、ダイ
ヤモンドおよび／もしくは立方晶窒化硼素を合計で５０
容量％以上含有し、且つ表面粗さがＲ_max で１μｍ以下
である硬質物質からなることを特徴とする潤滑性及び耐
摩耗性に優れた弁ばね加工用治具。
【請求項２】ダイヤモンドおよび／もしくは立方晶窒
化硼素の平均粒子径が１μｍ以上である請求項１に記載
の弁ばね加工用治具。
【請求項３】硬質物質が焼結体からなるものである請
求項１または２に記載の弁ばね加工用治具。
【請求項４】硬質物質が、気相合成法によって形成さ
れたダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素からなる硬質皮
膜である請求項１または２に記載の弁ばね加工用治具。
【請求項５】硬質皮膜の厚さが５μｍ以上である請求
項４記載の弁ばね加工用治具。
【請求項６】硬質皮膜の膜厚方向の断面組織が柱状晶
である請求項４または５に記載の弁ばね加工用治具。
【請求項７】治具母材が、超硬合金、高速度工具鋼、
Ｗ、Ｍｏ、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンよりなる群
から選択される１種以上である請求項４〜６のいずれか
に記載の弁ばね加工用治具。
【請求項８】硬質皮膜が気相合成ダイヤモンドからな
り、該硬質被膜が治具母材に対してろう付けされたもの
である請求項４〜７のいずれかに記載の弁ばね加工用治
具。
【請求項９】ろう材層の厚さが１〜１００μｍである
請求項８に記載の弁ばね加工用治具。
【請求項１０】弁ばね加工用治具における少なくとも
弁ばね材との接触部に対応した形状を有し、表面粗さが
Ｒ_max で１μｍ以下である基板に、ダイヤモンドを５０
容量％以上含有する硬質皮膜を気相合成法によって形成
し、該硬質皮膜の解放面側を、弁ばね加工用治具母材の
少なくとも弁ばね材との接触部にろう付けすると共に、
該ろう付けの前または後に前記基板を除去することを特
徴とする潤滑性及び耐摩耗性に優れた弁ばね加工用治具
の製法。
【請求項１１】少なくとも弁ばね材との接触部の表面
粗さがＲ_max で１μｍ以下である弁ばね加工用治具母材
を使用し、該治具母材の表面に気相法によって立方晶窒
化硼素を５０容量％以上含有する硬質皮膜を形成するこ
とを特徴とする潤滑性及び耐摩耗性に優れた弁ばね加工
用治具の製法。
【請求項１２】請求項８または９に記載された弁ばね
加工用治具を再生する方法であって、硬質皮膜が摩耗し
た弁ばね加工用治具における硬質皮膜接合用ろう材を、
薬剤によって溶解すると共にダイヤモンド含有皮膜を除
去し、次いで、露出した治具母材表面にダイヤモンドを
含有する硬質皮膜をろう付けすることを特徴とする弁ば
ね加工用治具の再生法。
【請求項１３】請求項１〜９のいずれかに記載された
弁ばね加工用治具を使用することを特徴とする弁ばね加
工法。