JPH094422A - 耐摩耗性の円筒体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒体本体の外周面に特徴的な凹凸を設ける
ことにより、その表面を覆う皮膜の耐剥離性を、方向に
関係なく、大幅に向上させる。 【解決手段】 円筒体本体(タペット本体)１の外周面
に、稜線部に間欠的な凹み２ｃを設けた凸条２ａと、凹
条２ｂとを軸方向に交互に形成し、かつその表面を耐摩
耗性材料からなる皮膜３で覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関に
用いられるアルミニウム合金製のタペットのような、外
周面が硬質皮膜で覆われた耐摩耗性の円筒体、及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関における直動型の動弁機構に用
いられるタペットの本体は、従来、鋼又は鋳鉄等の鉄系
材料により形成するのが一般的であったが、最近では、
動弁系をより軽量化する目的から、アルミニウム合金製
とする傾向にある。

【０００３】しかし、アルミニウム合金製のタペット
は、鉄系材料のものに比して機械的強度が小さく、かつ
耐摩耗性も劣るため、例えば、このタペットを、同系材
質のアルミニウム合金製のシリンダヘッドに組み込む
と、互いの摺動面が早期に摩耗したり、かじり現象等が
発生したりする。

【０００４】この問題を解決するためには、アルミニウ
ム合金製タペットの外周面を、母材と異なる耐摩耗性材
料により被覆するのが効果的である。この際、母材の外
周面が平滑面であると、耐摩耗性材料の密着強度が低く
て、大きな耐剥離性が得られないので、タペットの外周
面全体を粗面とする下地処理が必要となる。

【０００５】粗面とする手段としては、ブラスト処理が
一般的であるが、この処理のためには、専用のブラスト
装置を設置しなければならず、またその処理時間が長く
なって生産性が上がらず、しかもブラスト材の消費量も
多いため、それらが製造コストにはね返って、製品単価
が上昇することとなる。

【０００６】この問題に対処するため、本願出願人は、
特願平６−２８１７２５号において、外周面を簡単な手
段により粗面としたのち、その表面を耐摩耗性材料をも
って被覆したタペットを既に提案している。

【０００７】これは、図１０に示すように、アルミニウ
ム合金製の有頂円筒状のタペット本体(１)の外周面全体
を、多数の凸条(2a)と凹条(2b)とが軸方向に交互に連な
る螺旋状をなす凹凸面(２)としたのち、その表面に耐摩
耗性の金属を溶射して、皮膜(３)を形成したものであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、タペッ
ト本体(１)の外周面全体に、螺旋状の凹凸面(２)を設け
て皮膜(３)を形成したものでは、軸方向(上下方向)には
多数の凹凸が存在するため、皮膜(３)の母材に対する密
着強度が高く、耐剥離性は向上するが、円周方向に対し
ては、平行な凹凸条が存在するのみで、係止もしくは抵
抗となるものがないため、高い耐剥離性は得られず、耐
久性および信頼性において、不安が残る。

【０００９】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、前記凹凸面の形状を改変することにより、
皮膜の母材に対する耐剥離性を、方向に関係なく、大幅
に向上させうるようにした、耐摩耗性の円筒体、及びそ
の製造方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。 (Ａ)耐摩耗性の円筒体の構成を、次のようにする。 (１) 円筒体本体の外周面に、稜線部に間欠的な凹みを
有するほぼ円周方向を向く凸条と、凹条とを、軸方向に
交互に形成し、かつその表面を、耐摩耗性材料からなる
皮膜で覆ったものとする。

【００１１】(２) 上記(１)項において、皮膜を、溶射
により形成する。

【００１２】(Ｂ)上記円筒体の製造方法を、次のように
する。 (１) 円筒体本体の外周面に、ほぼ円周方向を向く凸条
と凹条とを、軸方向に交互に形成するとともに、それと
ほぼ同時に、前記凸条の稜線部に間欠的な凹みを形成
し、その後、前記円筒体本体の外周面を、耐摩耗性材料
からなる皮膜で覆う。

【００１３】(２) 上記(１)項において、円筒体本体
を、その軸回りに回転させつつ、その外周面に尖先状の
切削工具を押しつけて、軸方向に移動させることによ
り、円筒体本体の外周面に、螺旋状の凸条と凹条とを順
次刻設し、その際に、切削工具による各周回の切削幅Ｗ
の一部が互いに重合するように、切削工具の切り込み深
さＨと、切削工具の刃先の開き角θと、円筒体本体の１
回転当たりの切削工具の軸方向の送り量であるピッチＰ
との関係を定めることにより、刻設される凸状の稜線部
に間欠的な欠落を生じさせて、凹みを形成する。

【００１４】(３) 上記(２)項において、切削工具の切
り込み深さＨと、切削工具の刃先の開き角θと、ピッチ
Ｐとの関係を、Ｈtanθ/2≧Ｐ/2とする。

【００１５】(４) 円筒体本体の外周面に、ほぼ円周方
向を向く凸条と凹条とを、軸方向に交互に形成した後、
前記凸条の稜線部を円周方向に適宜の長さずつ切り欠く
ことにより、間欠的な凹みを形成し、その後、前記円筒
体本体の外周面を、耐摩耗性材料からなる皮膜で覆う。

【００１６】(５) 円筒体本体を、その軸回りに回転さ
せつつ、その外周面に尖先状の切削工具を押しつけて、
軸方向に移動させることにより、円筒体本体の外周面
に、螺旋状の凸条と凹条とを順次刻設し、次いで、切削
工具をそれまでとは逆方向に移動させることにより、す
でに刻設された凸状の稜線部に、切削工具により間欠的
な凹みを形成する。

【００１７】(６)円筒体本体の外周面に、任意の凹みを
形成しておき、次いで、円筒体本体を、その軸回りに回
転させつつ、その外周面に尖先状の切削工具を押しつけ
て、軸方向に移動させることにより、円筒体本体の外周
面に、稜線部に間欠的な凹みを有する螺旋状の凸条と凹
条とを形成し、その後、前記円筒体本体の外周面を、耐
摩耗性材料からなる皮膜で覆う。

【００１８】

【作用】凸条に間欠的に設けた凹み内に、耐摩耗性材料
が食い込んで密着するため、皮膜の円周方向への引っ掛
かり効果が大となり、高い耐剥離性が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
基づいて説明する。なお、従来と同様の部材には、同じ
符号を付して説明する。

【００２０】図１(Ａ)及び(Ｂ)は、本発明の方法を工程
順に示すものである。有頂円筒状をなすタペット本体
(円筒体本体)(１)は、従来と同様、アルミニウム合金
(例えばＡl−Ｓi−Ｃu系)により成形されており、その
上面には、耐摩耗性金属材料よりなるシム(図示略)を嵌
入するための円皿状の凹部(1a)が形成されている。

【００２１】図１(Ａ)に示すように、まずタペット本体
(１)の外周面全体を、従来と同様、所定ピッチの螺旋状
の凸条(2a)と凹条(2b)とからなる凹凸面(２)とするとと
もに、図２〜図４に拡大して示すように、各凸条(2a)の
稜線部に、円周方向に適宜の間隔(例えば0.1〜３ｍｍ程
度)で、多数の凹み(2c)を間欠的に形成する。

【００２２】このような凸条(2a)及び凹条(2b)と、凹み
(2c)とを形成するには、次のような方法がある。

【００２３】第１の方法は、凸条(2a)及び凹条(2b)と、
凹み(2c)とをほぼ同時に形成する方法である。すなわ
ち、図５に拡大して示すように、旋盤のチャック(図示
略)により水平に把持したタペット本体(１)を、一定の
速度で回転させつつ、通常のねじ切り加工と同様に、タ
ペット本体(１)の一側方に配設した尖先状のバイト(切
削工具)(４)をタペット本体(１)の外周面に押しつけ
て、タペット本体(１)の軸方向である矢印方向に移動さ
せることにより、タペット本体(１)の表面を切削し、螺
旋状の凸条(2a)と凹条(2b)とを形成する。

【００２４】この際、バイト(４)による各周回の切削幅
(Ｗ)の一部が互いに重合するように、すなわち、図５に
示すような重なり代(Ｌ)が形成されるように、タペット
本体(１)の表面よりのバイト(４)の切込み深さ(Ｈ)、バ
イト(４)のノーズの開角(切削工具の刃先の開き角)
(θ)、及びタペット本体(１)の１回転当たりのバイト
(４)の軸方向の送り量、すなわち凸条(2a)又は凹条(2b)
のピッチ(Ｐ)等を適宜に設定しておくことにより、凹凸
面(２)の切削に伴い、凸条(2a)の稜線部(2d)が、バイト
(４)の送り方向と反対方向に不規則に欠落し、不連続の
多数の凹み(2c)が形成される。

【００２５】このような重なり代(Ｌ)が形成されるよう
にするためには、上述の切込み深さ(Ｈ)とノーズの開角
(θ)とピッチ(Ｐ)との関係を、Ｈtanθ/2≧Ｐ/2とする
のがよい。

【００２６】本願の発明者は、上記バイト(４)のノーズ
の開角(θ)を30〜90゜、同じく重なり代(Ｌ)を0.05〜0.
35mm、すくい角を20゜、前逃げ角を25゜とするととも
に、凹凸条のピッチ(Ｐ)を0.10〜1.00mm、切込み深さ
(Ｈ)を0.25〜0.80mmの範囲に設定して、直径20〜50mmの
タペット本体(１)の外周面に凹凸面(２)を形成したとこ
ろ、上記凹み(2c)が容易に形成されることを確認してい
る。

【００２７】これは、上述のように、ピッチ(Ｐ)を通常
のねじ切り加工に比し小さくして、バイト(４)の切削幅
(Ｗ)に適宜の重なり代(Ｌ)を設けると、凸条(2a)の稜線
部(2d)の軸方向の厚さが極めて薄くなることに加えて、
ピッチ(Ｐ)に対する切込み深さ(Ｈ)の割合を大きくし
て、凸条(2a)の稜線の直径を、タペット本体(１)の表面
の直径よりも小とすると、バイト(４)に、切削抵抗によ
る送りと反対方向の反力が作用するため、タペット本体
(１)が、靱性の小さいアルミニウム合金製であると、稜
線部(2d)が反力により押圧されて、円周方向にむしり取
られるように欠け、凹み(2c)が形成されるものと考えら
れる。

【００２８】このように、タペット本体(１)の外周面を
粗面としたのち、図１(Ｂ)に示すように、粗面とした外
周面に、例えば鉄系(Ｆe系)の耐摩耗性金属材料を溶射
して、皮膜(３)を形成する。

【００２９】以上説明した要領により皮膜(３)を形成す
ると、皮膜(３)の軸方向の耐剥離性だけでなく、円周方
向の耐剥離性も極めて高いタペットが得られる。

【００３０】すなわち、従来は、円周方向に対する皮膜
(３)の密着強度が低いという問題があったが、本発明に
よると、図４及び図６に示すように、凸条(2a)に形成さ
れた多数の凹み(2c)内に溶射材が食い込んで密着するた
め、皮膜(３)の円周方向への引っ掛かり効果が大となっ
て、高い耐剥離性が得られる。

【００３１】特に、稜線部(2d)を欠落させて形成した凹
み(2c)の表面は、機械加工した表面のように滑らかでな
く、不規則に荒れており、その表面に溶射した皮膜(３)
との耐剥離性がきわめてよいという利点がある。

【００３２】第２の方法は、先に凸条(2a)と凹条(2b)と
を形成した後、凸条(2a)の稜線部(2d)を円周方向に適宜
の長さずつ切り欠くことにより、間欠的な凹みを後から
形成する方法である。

【００３３】その第２の方法の中の一は、図５に示した
方法と同様にして、タペット本体(１)を、一定の速度で
回転させつつ、尖先状のバイト(４)をタペット本体(１)
の外周面に押しつけて、タペット本体(１)の軸方向に移
動させることにより、タペット本体(１)の外周面に螺旋
状の凸条(2a)と凹条(2b)とを形成した後、バイト(４)
を、図７に示すように、それまでの移動方向(図７の破
線の矢印)とは逆方向(図７の実線の矢印)に移動させる
ことにより、すでに刻設された凸条(2a)の稜線部(2d)
に、バイト(４)により間欠的な凹み(図示略)を形成する
方法である。

【００３４】このバイト(４)の戻りのピッチは、最初の
往行時のピッチ(Ｐ)と同一としてもよいが、それより著
しく大とするのがよい。

【００３５】また、往行時における上述の切込み深さ
(Ｈ)、ノーズの開角(θ)、及びピッチ(Ｐ)の関係を、上
述のものと同様に、Ｈtanθ/2≧Ｐ/2としておくと、凸
条(2a)の削出と同時に、凸条(2a)の稜線部(2d)に上述と
同様の不規則な凹み(2c)が形成され、さらに、バイト
(４)の復行時に、稜線部(2d)にバイト(４)による深さの
深い凹みが形成されるので、その浅深２種類の凹みによ
り、その後に溶射される皮膜の円周方向の耐剥離性がさ
らによくなる。

【００３６】第２の方法の別の実施形態としては、上述
と同様に、タペット本体(１)を、一定の速度で回転させ
つつ、尖先状のバイト(４)をタペット本体(１)の外周面
に押しつけて、タペット本体(１)の軸方向に移動させる
ことにより、タペット本体(１)の外周面に螺旋状の凸条
(2a)と凹条(2b)とを形成した後、図８に示すように、凹
凸面(２)が形成されたタペット本体(１)の外周面に、外
周面に軸方向(またはそれと交差する方向)を向く複数の
山形の凸条(5a)を円周方向に等間隔に配設した押圧ロー
ラ(５)を、タペット本体(１)と平行として押圧し、その
押圧ローラ(５)とタペット本体(１)とを、周速が同一と
なるようにして、互いに逆方向に回転させることによ
り、押圧ローラ(５)の凸条(5a)により、凸条(2a)の稜線
部(2d)に間欠的な凹み(図示略)を形成する方法がある。

【００３７】この方法によると、凸条(2a)の稜線部(2d)
を押圧ローラ(５)の凸条(5a)により押し潰して凹みを形
成するので、その際に凹みの縁にばり(図示略)が形成さ
れ、そのばりが、その後に溶射される皮膜が剥離するの
を阻止する作用をし、皮膜の耐剥離性が向上するという
利点がある。

【００３８】凸条(2a)の稜線部(2d)に凹みを形成する方
法としては、上述の押圧ローラ(５)を用いるものの他
に、例えば薄肉とした砥石車やフライス工具等を凸条(2
a)と直交する軸方向に移動させて行う方法があり、その
いずれの方法を採用してもよい。

【００３９】第３の方法は、タペット本体(１)の外周面
に、任意の凹みを予め形成しておき、その後に、タペッ
ト本体(１)を、その軸回りに回転させつつ、その外周面
に尖先状の切削工具を押しつけて、軸方向に移動させる
ことにより、タペット本体(１)の外周面に、稜線部に間
欠的な凹みを有する螺旋状の凸条と凹条とを形成する方
法である。

【００４０】具体的には、例えば図９に示すように、タ
ペット本体(１)の外周面に、回転砥石またはフライス盤
等(図示略)の機械加工により、軸方向を向くＶ溝状の複
数の凹み(６)を、円周方向に適宜の間隔で予め形成して
おき、その後に、タペット本体(１)を、図５に示すもの
と同様に、その軸回りに回転させつつ、その外周面に尖
先状のバイト(４)を押しつけて、軸方向に移動させるこ
とにより、タペット本体(１)の外周面に、稜線部(2d)に
間欠的な凹み(６)を有する螺旋状の凸条(2a)と凹条(2b)
とを形成する。

【００４１】その後に、タペット本体(１)の外周面に、
皮膜を溶射等により形成することは上述の場合と同様で
ある。

【００４２】この第３の方法によると、第２の方法の場
合とほぼ同様の効果を奏することができる。

【００４３】本発明は、上記実施例のみに限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では、凸条(2a)と凹条
(2b)とを螺旋状としたが、互いに平行をなすリング状と
し、そのリング状の凸条(2a)に凹み(2c)を形成してもよ
い。

【００４４】また、凹み(2c)の円周方向の長さや間隔
は、ランダムでもよい。

【００４５】皮膜(３)を、上記溶射に代えて、メッキ又
はコーティング手段により形成することもある。

【００４６】本発明は、アルミニウム合金製のタペット
の外、例えばエアシリンダまたは油圧シリンダのピスト
ンや内燃機関のピストン等にも適用しうる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を得る
ことができる。 (ａ) 請求項１記載の発明によると、円筒体本体の軸方
向だけでなく、円周方向に対しても、皮膜の耐剥離性が
向上するので、耐久性、及び信頼性が増し、例えばタペ
ットのような常時高速度で摺動運動する部材に適用し
て、その効果を十分に発揮することができる。

【００４８】(ｂ) 請求項２記載の発明のようにする
と、皮膜の形成が容易で経済的であるとともに、溶射材
の凹み内への付着性がよくなる。

【００４９】(ｃ) 請求項３〜８記載の製造方法による
と、従来のようなブラスト処理が不要となるので、タペ
ットの製造が容易となり、コスト低減が図れる。

【００５０】(ｄ) 請求項３〜５記載の製造方法による
と、円筒体本体の外周面への凸条及び凹条の形成と同時
に、凸条の稜線部に間欠的な凹みが形成されるので、凹
みを形成するための特別の加工工程を設ける必要がなく
なるとともに、加工時間を短縮することができ、生産性
が向上し、安価に製造することができる。

【００５１】(ｅ) 特に、請求項４及び５記載の製造方
法によると、凸条の稜線部を欠落させて形成した凹みの
表面は、機械加工した表面のように滑らかでなく、不規
則に荒れており、その表面に溶射した皮膜との耐剥離性
がきわめてよいという利点がある。

【００５２】(ｅ) 請求項５記載の製造方法によると、
凸条の稜線部を容易に欠落させることができ、凹みを簡
単に形成することができる。

【００５３】(ｆ) 請求項６〜８記載の製造方法による
と、凹みを確実に形成することができ、信頼性が増す。

【００５４】(ｇ) 特に、請求項７記載の製造方法によ
ると、切削工具を１往復させるだけで、その往行時に、
円筒体本体の外周面に螺旋状の凸条と凹条とを形成し、
かつ復行時に、すでに形成された凸条の稜線部に凹みを
引き続いて形成することができ、加工が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の製造方法の実施要領を工程順に
示すもので、(Ａ)は、タペット本体の外周面に螺旋状の
凹条と凸条とを交互に形成した状態を示す一部切欠縦断
正面図、(Ｂ)は、さらにその外周面に皮膜を溶射した状
態を示す一部切欠縦断正面図である。

【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。

【図３】同じくＢ部の拡大図である。

【図４】図３におけるIV−IV線に沿う要部の拡大横断平
面図である。

【図５】凸条と凹条と凹みとの形成要領を示す要部の拡
大断面図である。

【図６】図１におけるＣ部の拡大図である。

【図７】本発明の第２の製造方法の実施要領を示す、図
５と同様の部分の断面図である。

【図８】本発明の第２の製造方法における別の凹み形成
方法を示す分解斜視図である。

【図９】本発明の第３の製造方法の実施要領を示す斜視
図である。

【図１０】従来のタペットの製造方法を示す一部切欠縦
断面図である。

【符号の説明】

(１)タペット本体 (1a)凹部 (２)凹凸面 (2a)凸条 (2b)凹条 (2c)凹み (2d)稜線部 (３)皮膜 (４)バイト (５)押圧ローラ (5a)凸条 (６)凹み (Ｈ)切込み深さ (Ｐ)ピッチ (Ｗ)切削幅 (Ｌ)重なり代 (θ)バイトのノーズの開角(切削工具の刃先の開き角）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神崎 辰雄 神奈川県藤沢市円行一丁目22番地の１ フ ジオーゼックス株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒体本体の外周面に、稜線部に間欠的
   な凹みを有するほぼ円周方向を向く凸条と、凹条とを、
   軸方向に交互に形成し、かつその表面を、耐摩耗性材料
   からなる皮膜で覆ったことを特徴とする耐摩耗性の円筒
   体。
2. 【請求項２】 皮膜が溶射により形成されたものである
   請求項１記載の耐摩耗性の円筒体。
3. 【請求項３】 円筒体本体の外周面に、ほぼ円周方向を
   向く凸条と凹条とを、軸方向に交互に形成するととも
   に、それとほぼ同時に、前記凸条の稜線部に間欠的な凹
   みを形成し、その後、前記円筒体本体の外周面を、耐摩
   耗性材料からなる皮膜で覆うことを特徴とする耐摩耗性
   の円筒体の製造方法。
4. 【請求項４】 円筒体本体を、その軸回りに回転させつ
   つ、その外周面に尖先状の切削工具を押しつけて、軸方
   向に移動させることにより、円筒体本体の外周面に、螺
   旋状の凸条と凹条とを順次刻設し、その際に、切削工具
   による各周回の切削幅Ｗの一部が互いに重合するよう
   に、切削工具の切り込み深さＨと、切削工具の刃先の開
   き角θと、円筒体本体の１回転当たりの切削工具の軸方
   向の送り量であるピッチＰとの関係を定めることによ
   り、刻設される凸状の稜線部に間欠的な欠落を生じさせ
   て、凹みを形成することを特徴とする請求項３記載の耐
   摩耗性の円筒体の製造方法。
5. 【請求項５】 切削工具の切り込み深さＨと、切削工具
   の刃先の開き角θと、ピッチＰとの関係を、Ｈtanθ/2
   ≧Ｐ/2とすることを特徴とする請求項４記載の耐摩耗性
   の円筒体の製造方法。
6. 【請求項６】 円筒体本体の外周面に、ほぼ円周方向を
   向く凸条と凹条とを、軸方向に交互に形成した後、前記
   凸条の稜線部を円周方向に適宜の長さずつ切り欠くこと
   により、間欠的な凹みを形成し、その後、前記円筒体本
   体の外周面を、耐摩耗性材料からなる皮膜で覆うことを
   特徴とする耐摩耗性の円筒体の製造方法。
7. 【請求項７】 円筒体本体を、その軸回りに回転させつ
   つ、その外周面に尖先状の切削工具を押しつけて、軸方
   向に移動させることにより、円筒体本体の外周面に、螺
   旋状の凸条と凹条とを順次刻設し、次いで、切削工具を
   それまでとは逆方向に移動させることにより、すでに刻
   設された凸状の稜線部に、切削工具により間欠的な凹み
   を形成することを特徴とする請求項５記載の耐摩耗性の
   円筒体の製造方法。
8. 【請求項８】 円筒体本体の外周面に、任意の凹みを形
   成しておき、次いで、円筒体本体を、その軸回りに回転
   させつつ、その外周面に尖先状の切削工具を押しつけ
   て、軸方向に移動させることにより、円筒体本体の外周
   面に、稜線部に間欠的な凹みを有する螺旋状の凸条と凹
   条とを形成し、その後、前記円筒体本体の外周面を、耐
   摩耗性材料からなる皮膜で覆うことを特徴とする耐摩耗
   性の円筒体の製造方法。