JPH1018023A - Production of sliding member - Google Patents

Production of sliding member

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Publication number
JPH1018023A
JPH1018023A JP17482096A JP17482096A JPH1018023A JP H1018023 A JPH1018023 A JP H1018023A JP 17482096 A JP17482096 A JP 17482096A JP 17482096 A JP17482096 A JP 17482096A JP H1018023 A JPH1018023 A JP H1018023A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sliding member
surface roughness
cam
contact surface
oxide film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17482096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Shimoda
健二 下田
Koji Nishida
幸司 西田
Masazumi Onishi
昌澄 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH1018023A publication Critical patent/JPH1018023A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a sliding member capable of securely obtaining a sliding member grinding the sliding face of the mating member into a mirror face and causing no contamination of the environment owing to the good working environment. SOLUTION: The surface roughness of the contact face of a sliding member to be slid and contacted with the mating member 15 regulated to <=0.3mRz, and the thickness of oxidized coating in the contact face is regulated to <=8nm. By an arc type ion plating method, from the contact face finished so as to regulate the surface roughness to <=0.3mRz, the oxidized coating is removed by ion bombarding to form a coating layer having the fine ruggedness of the material having >=1000Hv hardness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はカム等の相手部材に接触
するシム等の摺動部材の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a sliding member such as a shim which comes into contact with a mating member such as a cam.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関の吸気弁あるいは排気弁は、内
燃機関によって駆動されるカム軸に設置されているカム
の形状に応じて変位するシムによって駆動される。従っ
てカムとシムとの間の接触抵抗は内燃機関の損失となる
ため、カムおよびシムの接触面の表面粗さをカムとシム
との接触部に供給される潤滑油によって形成される油膜
の厚さと同程度にまで減少することが必要である。
2. Description of the Related Art An intake valve or an exhaust valve of an internal combustion engine is driven by a shim that is displaced according to the shape of a cam provided on a cam shaft driven by the internal combustion engine. Therefore, since the contact resistance between the cam and the shim causes a loss in the internal combustion engine, the surface roughness of the contact surface between the cam and the shim is reduced by the thickness of the oil film formed by the lubricating oil supplied to the contact portion between the cam and the shim. It is necessary to reduce to the same extent.

【0003】しかしながら油膜の厚さは0.09μm程
度であるのに対し、カムの接触面の表面粗さは周知の加
工技術によれば高々1.6〜3.2μmRzであり十分
に接触抵抗を低減することができなかった。そこで本出
願人は、予め鏡面化したシムの接触面に適当な表面粗さ
となるように例えば窒化チタンであるコーティング層を
設け、初期擦り合わせ運転中にカムのシムとの接触面を
鏡面化するカム接触部構造をすでに提案している(特開
平5ー163909公報参照)。そしてこの初期擦り合
わせをより効率化するため、本出願人は、カムと摺動し
て接触する摺動部材の接触面の表面粗さを0.3μmR
z以下に仕上げ、その接触面にHv硬度1,000以上
の材料の微細な凹凸を有するコーティング層を設けた摺
動部材およびその製造方法を提案している(特開平7ー
118832公報参照)。
However, while the thickness of the oil film is about 0.09 μm, the surface roughness of the contact surface of the cam is at most 1.6 to 3.2 μm Rz according to the well-known processing technology, and the contact resistance is sufficiently high. Could not be reduced. Therefore, the present applicant provides a coating layer made of, for example, titanium nitride so as to have an appropriate surface roughness on the contact surface of the previously mirrored shim, and mirrors the contact surface of the cam with the shim during the initial rubbing operation. A cam contact portion structure has already been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-163909). In order to make the initial rubbing more efficient, the present applicant has set the surface roughness of the contact surface of the sliding member that slides on the cam to 0.3 μmR.
z and a sliding member provided with a coating layer having fine irregularities of a material having an Hv hardness of 1,000 or more on the contact surface thereof and a method of manufacturing the sliding member have been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-118832).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】カムの擦り合わせ作用
は、シムの接触面の微細な凹凸が小さすぎると弱くな
り、シムの接触面の微細な凹凸が大きすぎるとカムの接
触面を粗し摺動抵抗を高める。このため信頼性の高い微
細な凹凸を有するコーティング層の形成が課題となる。
また、摺動部材の製造にあたり、作業環境が良くかつ環
境を悪化しない方法が要請されている。
The rubbing action of the cam is weakened if the fine irregularities on the contact surface of the shim are too small, and the contact surface of the cam is roughened if the fine irregularities on the contact surface of the shim are too large. Increase sliding resistance. Therefore, formation of a highly reliable coating layer having fine irregularities is a problem.
Further, in manufacturing the sliding member, there is a demand for a method that has a good working environment and does not deteriorate the environment.

【0005】本発明はこれら課題を解決するものであ
る。
[0005] The present invention solves these problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の摺動部材の製造
方法は、相手部材と摺動して接触する摺動部材の接触面
の表面粗さを0.3μmRz以下に仕上げる前処理工程
と、アーク式イオンプレーティング法により表面粗さを
0.3μmRz以下に仕上げられたその接触面にHv硬
度1,000以上の材料の微細な凹凸を有するコーティ
ング層を形成するコーティング工程とを含む摺動部材の
製造方法であって、前記前処理工程は前記摺動部材の接
触面の表面粗さを0.3μmRz以下でありかつその接
触面の酸化膜厚を8nm以下とする工程であり、前記コ
ーティング工程は前記アーク式イオンプレーティング法
によるイオンボンバードにより前記酸化膜を除去する酸
化膜除去処理を含む工程である、ことを特徴とする。
A method of manufacturing a sliding member according to the present invention comprises a pretreatment step of finishing the surface roughness of a contact surface of a sliding member which slides and contacts a mating member to 0.3 μmRz or less. Forming a coating layer having fine irregularities of a material having an Hv hardness of 1,000 or more on its contact surface finished to a surface roughness of 0.3 μm Rz or less by an arc ion plating method. The method of manufacturing a member, wherein the pretreatment step is a step of setting a surface roughness of a contact surface of the sliding member to 0.3 μmRz or less and an oxide film thickness of the contact surface to 8 nm or less. The step is a step including an oxide film removing process for removing the oxide film by ion bombardment by the arc ion plating method.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の摺動部材の製造方法は前
処理工程とコーティング工程とからなる。前処理工程
は、後のコーティング工程により所定の特性を備えたコ
ーティング層が確実に得られるようにするための工程で
ある。この前処理工程で摺動部材を形成する基体の少な
くとも摺動面となる表面は表面粗さを0.3μmRz以
下でかつその表面を形成する酸化皮膜の厚さを8nm以
下とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method for manufacturing a sliding member according to the present invention comprises a pretreatment step and a coating step. The pretreatment step is a step for ensuring that a coating layer having predetermined characteristics is obtained by a later coating step. In the pretreatment step, at least the surface serving as the sliding surface of the substrate forming the sliding member has a surface roughness of 0.3 μmRz or less and an oxide film forming the surface has a thickness of 8 nm or less.

【0008】表面粗さが0.3μmRzを越えるような
粗面となると摺動抵抗(摩擦係数)が大きくなり好まし
くない。酸化皮膜はコーティング層の密着強度を確保す
るために除去すべきものである。しかし、基体に表面荒
らさの小さい鏡面加工を施したり、脱脂を行う工程で必
然的に酸化膜が形成される。発明者は図1に示すよう
に、酸化膜の厚さが8nm以下である場合には、後のコ
ーティング工程で形成されるコーティング層の密着強度
を大きくさげることがないことを見いだした。酸化皮膜
が8nmより厚くても、後のコーティング工程で行われ
るイオンボンバードで除去することは可能である。しか
し、その場合、微少な凹凸を形成するドロップレットが
多量に発生し、目的とする摺動部材の特性が得られな
い。そのため本発明では8nm以下に制限している。こ
の点については、後に詳述する。
A rough surface having a surface roughness exceeding 0.3 μm Rz is not preferable because the sliding resistance (coefficient of friction) increases. The oxide film should be removed to secure the adhesion strength of the coating layer. However, an oxide film is inevitably formed in the step of performing mirror finishing with a small surface roughness on the substrate or performing degreasing. The inventor has found that, as shown in FIG. 1, when the thickness of the oxide film is 8 nm or less, the adhesion strength of a coating layer formed in a subsequent coating step is not greatly reduced. Even if the oxide film is thicker than 8 nm, it can be removed by ion bombardment performed in a later coating step. However, in this case, a large amount of droplets forming minute unevenness are generated, and the desired characteristics of the sliding member cannot be obtained. Therefore, in the present invention, it is limited to 8 nm or less. This will be described in detail later.

【0009】なお、前処理工程は基体の表面の表面粗さ
が0.3μmRz以下でかつその表面を形成する酸化皮
膜の厚さが8nm以下とするものであれば特定の前処理
方法に限らない。なお、基体表面のより好ましい表面粗
さは0.1μmRz以下である。しかしながら基体の表
面の表面粗さが0.3μmRz以下でかつその表面を形
成する酸化皮膜の厚さが8nm以下とするのは極めて困
難である。
The pretreatment step is not limited to a specific pretreatment method as long as the surface roughness of the surface of the substrate is 0.3 μm Rz or less and the thickness of the oxide film forming the surface is 8 nm or less. . The more preferable surface roughness of the substrate surface is 0.1 μmRz or less. However, it is very difficult to make the surface roughness of the substrate less than 0.3 μm Rz and the thickness of the oxide film forming the surface less than 8 nm.

【0010】基体の表面の表面粗さを0.3μmRz以
下とする方法としてバフ研磨が考えられる。しかしバフ
研磨は生産性が低い。推奨される方法として砥石による
機械研磨である。砥石による機械研磨は図2に示すよう
に砥石圧力により達成される表面粗さと酸化膜厚さが影
響され、砥石圧力を低くすると酸化膜の厚さを低くする
ことができるが表面粗さは荒くなる。逆に砥石圧力を高
くすると表面粗さを低くすることが出来るが、酸化膜厚
さが厚くなる。
As a method of reducing the surface roughness of the substrate surface to 0.3 μmRz or less, buffing can be considered. However, buff polishing has low productivity. The recommended method is mechanical polishing with a grindstone. As shown in FIG. 2, the mechanical polishing using a grindstone is affected by the surface roughness and oxide film thickness achieved by the grindstone pressure. When the grindstone pressure is reduced, the thickness of the oxide film can be reduced, but the surface roughness is rough. Become. Conversely, increasing the grindstone pressure can lower the surface roughness, but increases the oxide film thickness.

【0011】前処理工程の脱脂においても十分な注意を
必要とする。脱脂工程中および脱脂剤の乾燥中に基体を
加熱することにより厚さが8nmを越える酸化膜が容易
に形成される。フッ素系の溶剤を用いた脱脂では酸化膜
の厚さを増やさず比較的容易に脱脂が可能である。しか
しオゾン破壊物質を含む洗浄剤の使用は好ましくない。
推奨される脱脂方法は炭化水素系の洗浄剤を使用し、比
較的低温で処理する事である。洗浄剤の乾燥には減圧、
それも真空度の高い減圧により洗浄剤の乾燥を達成する
のがよい。通常行われる真空乾燥では、100〜150
℃、5torr程度の条件が用いられるが、このような
条件では酸化膜形成を抑えるのは難しく、より低温、よ
り低圧たとえば50℃以下、0.1torr以下にする
のがよい。
Sufficient care must be taken in the degreasing of the pretreatment step. By heating the substrate during the degreasing step and during the drying of the degreasing agent, an oxide film having a thickness exceeding 8 nm can be easily formed. Degreasing using a fluorine-based solvent enables relatively easy degreasing without increasing the thickness of the oxide film. However, the use of cleaning agents containing ozone depleting substances is not preferred.
The recommended degreasing method is to use a hydrocarbon-based cleaning agent and treat at a relatively low temperature. Decompression for drying the detergent,
It is also preferable to achieve drying of the cleaning agent by reducing the pressure with a high degree of vacuum. In the usual vacuum drying, 100 to 150
Although conditions of about 5 ° C. and 5 ° C. are used, it is difficult to suppress the formation of an oxide film under such conditions, and it is preferable to set the temperature to a lower temperature, a lower pressure, for example, 50 ° C. or less, 0.1 torr or less.

【0012】なお、酸化皮膜を化学的にエッチングする
方法も考えられるが、前処理工程が増加したり、腐食物
質を使用するための悪影響を考慮する必要があり好まし
くない。本発明の摺動部材の製造方法のコーティング工
程は、アーク式イオンプレーティング法により表面粗さ
を0.3μmRz以下に仕上げられた基体の接触面にH
v硬度1,000以上の材料の微細な凹凸を有するコー
ティング層を形成する工程である。このアーク式イオン
プレーティング法は真空室内でターゲットにアークを飛
ばし、アークが飛ぶターゲツト表面にホツトスポツトを
形成しそのスホツトを瞬間的に加熱してターゲツト材料
をイオン化した原子状態あるいはドロップレットとして
放出させ静電力で基板表面に衝突させ、基板表面の酸化
膜を除去するとともに基板表面に粒子状のドロップレッ
トを含むコーティング層を形成する。このドロップレッ
トが微細な凹凸を形成する。
Although a method of chemically etching the oxide film is also conceivable, it is not preferable because the number of pretreatment steps needs to be increased and adverse effects due to the use of corrosive substances need to be considered. In the coating step of the method for manufacturing a sliding member according to the present invention, the contact surface of the substrate finished to have a surface roughness of 0.3 μmRz or less by an arc ion plating method is H.
This is a step of forming a coating layer having fine irregularities of a material having a v hardness of 1,000 or more. In the arc ion plating method, an arc is blown to a target in a vacuum chamber, a hot spot is formed on the surface of the target where the arc flies, and the spot is instantaneously heated to discharge the target material in an ionized atomic state or droplet and statically. The substrate is hit with electric power to remove an oxide film on the substrate surface and form a coating layer containing particulate droplets on the substrate surface. These droplets form fine irregularities.

【0013】具体的に、コーティング材料としてチタ
ン、雰囲気ガスとして圧力20ミリトールの窒素ガスを
使用し、バイアス電圧を−50Vとして50分処すると
図3に表面粗さの測定結果を示す微細な凹凸を有する窒
化チタンからなるコーティング層が形成それる。このコ
ーティング層の凹凸を図4に示す模式図で説明する。図
4(A)は断面図、図4(B)は図4(A)のXーX切
断断面図である。ドロップレット52は基体50上にラ
ンダムに発生し、これらドロップレット52を含め基体
50上に窒化チタン膜51が形成されている。ドロップ
レツト52の大きさ、高さあるいは発生位置を制御する
ことは困難であるが、発生密度は電流によってある程度
制御することが可能である。
More specifically, when titanium is used as a coating material, nitrogen gas at a pressure of 20 mTorr is used as an atmosphere gas, and the bias voltage is set to -50 V for 50 minutes, fine irregularities shown in FIG. The coating layer made of titanium nitride has a deviation. The unevenness of the coating layer will be described with reference to a schematic diagram shown in FIG. 4A is a sectional view, and FIG. 4B is a sectional view taken along line XX of FIG. 4A. The droplets 52 are randomly generated on the substrate 50, and the titanium nitride film 51 is formed on the substrate 50 including the droplets 52. It is difficult to control the size, height or position of the droplets 52, but the density can be controlled to some extent by the current.

【0014】単位面積当たりのドロップレットの数が少
ない場合は擦り合わせ運転中に相手部材の接触面を十分
に鏡面化することができず、逆に数が多い場合は相手部
材の接触面に過度の摩耗を生じる。従って短時間の擦り
合わせ運転で相手部材の接触面の鏡面化が完了するとと
もに、摺動部材自体の鏡面化も完了するためには単位面
積当たりのドロップレットの数を適当な範囲とする必要
がある。
When the number of droplets per unit area is small, the contact surface of the counterpart member cannot be sufficiently mirror-finished during the rubbing operation. Causes wear. Therefore, in order to complete the mirroring of the contact surface of the mating member and the mirroring of the sliding member itself in a short rubbing operation, the number of droplets per unit area needs to be within an appropriate range. is there.

【0015】さらに、前述したようにドロップレットの
大きさあるいは高さは制御することはできないため、大
きいドロップレットが少数存在する摺動部材を使用した
場合にも相手部材の接触面は過度に摩耗するおそれがあ
る。従って単位面積当たりのドロップレットの数ではな
く、基体50の面積に対する一定の高さでドロップレッ
トを切断した時のドロップレットの断面積(図4(B)
の斜線部及び同心円状の点線部の合計面積)を適当な範
囲とすることが必要である。実用上は、ドロップレット
のみの面積を測定することは困難であるため、ドロップ
レット52の断面(図4(B)の斜線部)と、その回り
の窒化チタン膜51の断面(図4(B)の同心円状の点
線部)を含めたものをドロップレットの断面積とする。
Further, since the size or height of the droplet cannot be controlled as described above, the contact surface of the mating member is excessively worn even when a sliding member having a small number of large droplets is used. There is a possibility that. Therefore, not the number of droplets per unit area, but the cross-sectional area of the droplet when the droplet is cut at a certain height with respect to the area of the substrate 50 (FIG. 4B)
(The total area of the diagonal lines and the concentric dotted lines) must be within an appropriate range. Since it is difficult to measure the area of only the droplet in practical use, the cross section of the droplet 52 (the hatched portion in FIG. 4B) and the cross section of the titanium nitride film 51 around it (FIG. 4B The cross-sectional area of the droplet including the concentric dotted line portion of ()) is used.

【0016】本発明においては基体50の表面上0.5
μmにおいて切断したときの基体50の面積に対するド
ロップレットの断面積(以下ドロップレット比と記す)
をもって単位面積当たりのドロップレットの数を規定す
るものとする。最適なドロップレット比を決定するため
にドロップレット比の異なる5種類のシム(摺動部材と
して採用)(ドロップレット比=0.7、3.0、5.
2、7.2、8.0%)を製作し、鏡面化に要する時間
および接触抵抗低減効果の試験を実施した。
In the present invention, 0.5
The cross-sectional area of the droplet with respect to the area of the substrate 50 when cut at μm (hereinafter referred to as droplet ratio)
Defines the number of droplets per unit area. Five types of shims with different droplet ratios (adopted as sliding members) to determine the optimal droplet ratio (droplet ratio = 0.7, 3.0, 5.
2, 7.2, 8.0%), and tests for the time required for mirror finishing and the effect of reducing contact resistance were performed.

【0017】ドロップレット比を変えた5種類およびド
ロップレット比が0%(表面粗さ0.01〜0.30μ
mRz)の合計6種類のシムについて下記の試験を実施
した。図5はドロップレットを有する3種類のシムを適
用した場合のカム(相手部材として採用)の接触面の摩
耗量を表すグラフであって、横軸にドロップレット比
を、縦軸にカム摩耗量をとる。
Five types with different droplet ratios and a droplet ratio of 0% (a surface roughness of 0.01 to 0.30 μm)
The following tests were carried out for a total of six types of mRz) shims. FIG. 5 is a graph showing the amount of wear on the contact surface of the cam (adopted as a mating member) when three types of shims having droplets are applied. The horizontal axis represents the droplet ratio, and the vertical axis represents the cam wear. Take.

【0018】即ちドロップレット比が大である程カム摩
耗量も大となるが、カム摩耗量が過大となると所定のバ
ルブ変位を得ることができず吸排気損失が大となるため
カム摩耗量には上限値が存在する。従ってカム摩耗量を
所定の上限値以下とするためにはドロップレット比を
5.2%以下とすることが必要である。図6は6種類の
シムを適用した場合の接触抵抗低減率を表すグラフであ
って、横軸にドロップレット比を、縦軸に接触抵抗低減
率をとる。このグラフに示されるようにドロップレット
比が0.7%以下である場合には接触抵抗低減率はドロ
ップレット比の増加に応じて増加し、0.7%以上とな
ると接触抵抗低減率は約30%で飽和する。従って表面
粗さ0.2μmRz以下にまで鏡面化するためにはドロ
ップレット比を0.7%以上とすることが必要となる。
That is, as the droplet ratio increases, the cam abrasion increases. However, if the cam abrasion increases, a predetermined valve displacement cannot be obtained, and the intake and exhaust loss increases. Has an upper limit. Therefore, in order to make the cam wear amount equal to or less than the predetermined upper limit, the droplet ratio needs to be adjusted to 5.2% or less. FIG. 6 is a graph showing the contact resistance reduction rate when six types of shims are applied, in which the horizontal axis represents the droplet ratio and the vertical axis represents the contact resistance reduction rate. As shown in this graph, when the droplet ratio is 0.7% or less, the contact resistance reduction rate increases with an increase in the droplet ratio. Saturates at 30%. Therefore, it is necessary to set the droplet ratio to 0.7% or more in order to obtain a mirror surface with a surface roughness of 0.2 μmRz or less.

【0019】即ちドロップレット比を0.7〜5.2%
とすることがよい。図7は1000rpm擦り合わせに
おいてドロップレットによってカム接触面を鏡面化する
のに要する時間を表すグラフである。縦軸に接触抵抗
(N・m)、横軸に時間をとる。破線はドロップレット
比0%のシムの接触抵抗の経時変化であり、実線はドロ
ップレット0.7%のシムの接触抵抗の経時変化であ
る。このグラフに示されるようにドロップレット比0.
7%のシムによれば約10時間の擦り合わせ時間によっ
て接触抵抗は最低値(約1.5N・m)で飽和し、ドロ
ップレット比0%のシム接触抵抗に比較して30%程度
改善される。
That is, the droplet ratio is 0.7 to 5.2%.
It is better to FIG. 7 is a graph showing the time required for making the cam contact surface mirror-finished by the droplet in the rubbing at 1000 rpm. The vertical axis indicates contact resistance (N · m), and the horizontal axis indicates time. The broken line shows the change over time in the contact resistance of a shim with a droplet ratio of 0%, and the solid line shows the change over time with the contact resistance of a shim with a droplet ratio of 0.7%. As shown in this graph, the droplet ratio was 0.1.
According to the shim of 7%, the contact resistance is saturated at the minimum value (about 1.5 N · m) by the rubbing time of about 10 hours, and is improved by about 30% as compared with the shim contact resistance of 0% of the droplet ratio. You.

【0020】即ちドロップレット比0.7%のシムであ
れば短時間の擦り合わせ時間で接触抵抗を低減すること
が可能となる。図8は擦り合わせの効果を表すグラフで
あって、縦軸にカム接触面の表面粗さを、横軸にシム表
面粗さをとる。即ち白丸で示されるようにドロップレッ
ト比0%(表面粗さ0.01〜0.30μmRz)のシ
ムを使用した場合には、擦り合わせによってカム接触面
の表面粗さは2.8μmRzから0.8μmRzに鏡面
化されるものの、200時間以上の擦り合わせ時間を要
する。
That is, if the shim has a droplet ratio of 0.7%, the contact resistance can be reduced in a short rubbing time. FIG. 8 is a graph showing the effect of the rubbing. The vertical axis represents the surface roughness of the cam contact surface, and the horizontal axis represents the shim surface roughness. That is, when shims having a droplet ratio of 0% (surface roughness 0.01 to 0.30 μmRz) are used as shown by white circles, the surface roughness of the cam contact surface is reduced from 2.8 μmRz to 0.8 by rubbing. Although it is mirror-finished to 8 μmRz, a rubbing time of 200 hours or more is required.

【0021】これに対し黒丸で示されるようにドロップ
レット比0.7%(表面粗さ約1.5μmRz)のシム
を使用した場合には、擦り合わせによってカム接触面の
表面粗さは2.8μmRzから0.2μmRz以下に約
10時間の擦り合わせ時間で鏡面化される。同時にシム
の表面粗さも約1.5μmRzからコーティング下地粗
さと同レベルの0.01〜0.30μmRzに鏡面化さ
れる。
On the other hand, when a shim having a droplet ratio of 0.7% (surface roughness of about 1.5 μm Rz) is used as shown by a black circle, the surface roughness of the cam contact surface is 2. It is mirror-finished from 8 μmRz to 0.2 μmRz or less with a rubbing time of about 10 hours. At the same time, the surface roughness of the shim is mirror-finished from about 1.5 μm Rz to 0.01 to 0.30 μm Rz, which is the same level as the coating base roughness.

【0022】以上に述べたように、ドロップレット比に
は、摺動部材としての特性を出すための最適範囲があ
る。また、コーティング層の膜厚にも必要膜厚がある。
膜厚はコーティング工程の成膜条件によって決まる。成
膜条件が決まるとその工程中に発生するドロップレット
量が決まり、上記の最適範囲のドロップレット量とする
ためには、イオンボンバード工程で発生するドロップレ
ット量を制御する必要がある。この場合、酸化皮膜が厚
く、イオンボンバードを長時間行わなければならないと
すると、ドロップレットが多量に発生してしまい、最適
範囲に制御することができなくなる。従って、本発明で
は、摺動部材の特性を出すための処理条件から8nmと
いう数字を規定した。
As described above, the droplet ratio has an optimum range for exhibiting characteristics as a sliding member. In addition, there is a required thickness in the thickness of the coating layer.
The film thickness is determined by the film forming conditions in the coating process. When the film forming conditions are determined, the amount of droplets generated during the process is determined. In order to control the amount of droplets in the above optimum range, it is necessary to control the amount of droplets generated in the ion bombardment process. In this case, if the oxide film is thick and ion bombardment must be performed for a long time, a large amount of droplets will be generated and it will not be possible to control the droplets to an optimum range. Therefore, in the present invention, a numerical value of 8 nm is defined from processing conditions for obtaining the characteristics of the sliding member.

【0023】なお、摺動部材としてシムを相手部材とし
てカムの組み合わせで本発明の摺動部材の製造方法のコ
ーティング工程を説明したが、摺動部材としてシム以外
のものでもシムと同様にしてコーティングすることがで
きる。特に、相手部材をカムのように摺動面が曲面のよ
うに複雑でその鏡面化が困難な相手部材に対して、本発
明の製造方法で得られる摺動部材は最適である。
Although the coating process of the manufacturing method of the sliding member of the present invention has been described by using a combination of a cam as a sliding member and a mating member as the sliding member, the sliding member other than the shim may be coated in the same manner as the shim. can do. In particular, a sliding member obtained by the manufacturing method of the present invention is optimal for a partner member whose sliding surface is complicated like a cam and whose sliding surface is difficult to be mirror-finished, such as a cam.

【0024】なお、コーティング材料として窒化チタン
について説明したが、窒化チタン以外に、TiCN、C
rN、Al23、ダイヤモンドライクカーボン等が採用
できる。
Although titanium nitride has been described as a coating material, TiCN, C
rN, Al 2 O 3 , diamond-like carbon and the like can be employed.

【0025】[0025]

【作用】本発明の摺動部材の製造方法は、その前処理工
程により摺動部材の接触面の表面粗さを0.3μmRz
以下でありかつその接触面の酸化膜厚を8nm以下とす
る。そしてそのコーティング工程のアーク式イオンプレ
ーティング法によるイオンボンバードにより酸化皮膜が
除去され、酸化皮膜のない基体表面に直接Hv硬度1,
000以上の材料の微細な凹凸を有するコーティング層
が形成される。なお、微細な凹凸はアーク式イオンプレ
ーティング法の実施により母材表面に付着する微細なド
ロップレットにより形成される。
According to the method for manufacturing a sliding member of the present invention, the surface roughness of the contact surface of the sliding member is reduced to 0.3 μm Rz by the pretreatment step.
And the oxide film thickness of the contact surface is 8 nm or less. Then, the oxide film is removed by ion bombardment by an arc ion plating method in the coating process, and the Hv hardness of 1, is directly applied to the surface of the substrate without the oxide film.
A coating layer having fine irregularities of 000 or more materials is formed. The fine irregularities are formed by fine droplets adhering to the surface of the base material by performing the arc ion plating method.

【0026】[0026]

【実施例】図9に本発明により製造されるシムを持つ直
接駆動式動弁装置を有する内燃機関の部分断面図を示
す。この直接駆動式動弁装置はシリンダヘッド10上部
に配設されたは2本のカム軸12および14を持つ。一
方のカム軸12はタイミングプーリおよびタイミングベ
ルト(共に図示せず)を介してクランク軸(図示せず)
によって摺動される。この一方のカム軸12に固定され
た吸気カム16は吸気バルブリフタ18を介して吸気バ
ルブスプリング20に抗して吸気バルブ21を駆動す
る。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of an internal combustion engine having a direct drive valve train having a shim manufactured according to the present invention. This direct drive type valve train has two camshafts 12 and 14 disposed above a cylinder head 10. One camshaft 12 is connected to a crankshaft (not shown) via a timing pulley and a timing belt (both not shown).
Is slid by The intake cam 16 fixed to the one cam shaft 12 drives an intake valve 21 against an intake valve spring 20 via an intake valve lifter 18.

【0027】この一方のカム軸12に固定された歯車2
2は他方のカム軸14に固定された歯車24と歯合し、
他方のカム軸14を駆動する。他方のカム軸14に固定
された排気カム25は排気バルブリフタ26を介して排
気バルブスプリング28に抗して排気バルブ30を駆動
する。吸気バルブリフタ18の吸気カム16との接触面
および排気バルブリフタ26の排気カム25との接触面
にはそれぞれアジャスティングシム(以下シムと記す)
34および36が配置されている。これらシム34およ
び36は本発明の製造方法で作られた摺動部材である。
The gear 2 fixed to the one camshaft 12
2 meshes with a gear 24 fixed to the other camshaft 14,
The other camshaft 14 is driven. An exhaust cam 25 fixed to the other camshaft 14 drives an exhaust valve 30 against an exhaust valve spring 28 via an exhaust valve lifter 26. Adjusting shims (hereinafter referred to as shims) are provided on the contact surface of the intake valve lifter 18 with the intake cam 16 and the contact surface of the exhaust valve lifter 26 with the exhaust cam 25, respectively.
34 and 36 are arranged. These shims 34 and 36 are sliding members made by the manufacturing method of the present invention.

【0028】図10にシム34および35の側断面図を
示す。これらシム34および36は、基体50とこの表
面に形成されたコーティング層51からなる。これらシ
ム34および35の基体50は直径28mm、厚さ3.
0mmの円板状でクロムモリブデン鋼で形成されてい
る。この基体50の一方の面を砥石を使用した機械研削
により第1粗削り、第2粗削りし、最後に仕上げ研磨と
して砥石圧力3.6kg/cm2 で機械研削し、表面粗
さが0.1μmRzの鏡面とした。次に得られた基体5
0を炭化水素系溶剤で脱脂した。なお、この溶剤の乾燥
のために室温で0.1トール以下の真空下で溶剤を乾燥
した。これにより基体50を得た。この基体の摺動面と
なる一方の面の表面粗さは0.1μmRzであり、その
面に形成されていた酸化膜の厚さは4.0nmであっ
た。
FIG. 10 is a side sectional view of the shims 34 and 35. These shims 34 and 36 are composed of a substrate 50 and a coating layer 51 formed on the surface thereof. The base 50 of the shims 34 and 35 has a diameter of 28 mm and a thickness of 3.
It is a 0 mm disk and is made of chromium molybdenum steel. One surface of the substrate 50 is subjected to first roughing and second roughing by mechanical grinding using a grindstone, and finally, is mechanically ground as a final polishing at a grindstone pressure of 3.6 kg / cm 2 , and has a surface roughness of 0.1 μmRz. Mirror surface. Next, the obtained substrate 5
0 was degreased with a hydrocarbon solvent. The solvent was dried at room temperature under a vacuum of 0.1 torr or less. Thus, a base 50 was obtained. The surface roughness of one surface serving as the sliding surface of the substrate was 0.1 μmRz, and the thickness of the oxide film formed on that surface was 4.0 nm.

【0029】次に、周知のアーク式イオンプレーティン
グ法によって基体50の一方の面にコーティング層51
を形成した。本実施例において使用したイオンプレーテ
イング装置の模式的断面図を図11に示す。この装置
は、真空装置の内壁にチタン金属よりなるターゲットが
固定され、このターゲットをアーク電源の陰極側につな
ぐ。そしてターゲットの上下にアーク電極を配置し、ア
ーク電極をアーク電源の陽極側につなぐ。ターゲットと
対向する真空装置の中央部に試料台を配置し、これにバ
イアス電源をつなぐ。また、この真空装置には窒素ガス
の導入孔および排出孔が設けられている。
Next, a coating layer 51 is formed on one surface of the substrate 50 by a well-known arc-type ion plating method.
Was formed. FIG. 11 shows a schematic sectional view of the ion plating apparatus used in this embodiment. In this device, a target made of titanium metal is fixed to an inner wall of a vacuum device, and this target is connected to a cathode side of an arc power supply. Then, arc electrodes are arranged above and below the target, and the arc electrodes are connected to the anode side of the arc power supply. A sample stage is placed at the center of the vacuum device facing the target, and a bias power supply is connected to this. In addition, this vacuum apparatus is provided with a nitrogen gas introduction hole and a nitrogen gas discharge hole.

【0030】この装置を使用し、試料台に基体50を固
定し、真空装置内を8×10-5トールの高真空とし、試
料台に−600〜−800ボルトのバイアス電源をつな
ぎ、アーク電源を接続し、電流として100Aでアーク
電極とターゲツト間にアークを飛ばした。このアーク放
電によりターゲツトのチタンがイオンおよびドロップレ
ットと称する微細塊となって飛び出し、基体50の表面
に衝突する。このチタンイオンの衝突(ボンバードメン
ト)により基体50の表面の酸化膜が除去され、酸化膜
が除かれた基体50の表面にドロップレットが付着し
た。この状態を10分継続した。
Using this apparatus, the base 50 was fixed to the sample table, the inside of the vacuum apparatus was set to a high vacuum of 8 × 10 −5 Torr, a bias power supply of −600 to −800 volts was connected to the sample table, and an arc power supply was connected. Was connected, and an arc was blown between the arc electrode and the target at a current of 100 A. This arc discharge causes the target titanium to fly out as fine lump called ions and droplets, and collide with the surface of the substrate 50. The oxide film on the surface of the substrate 50 was removed by the collision (bombardment) of titanium ions, and droplets adhered to the surface of the substrate 50 from which the oxide film had been removed. This state was continued for 10 minutes.

【0031】この後、窒素ガスの導入孔より窒素ガスを
導入するとともに真空装置内を20ミリトールの窒素雰
囲気とし50ボルトのバイアスを懸けた状態でかつ電流
として140Aでアーク放電を行った。これによりター
ゲツトから飛び出したチタンイオンが基体50上で窒素
と反応し基体50の表面に衝突付着する。またこの時ド
ロップレットも同時に付着する。この状態を50分継続
した。
Thereafter, nitrogen gas was introduced from a nitrogen gas introduction hole, and a vacuum was applied in a vacuum atmosphere of 20 mTorr in a nitrogen atmosphere, a 50-volt bias was applied, and an arc discharge was performed at a current of 140 A. As a result, the titanium ions jumping out of the target react with nitrogen on the substrate 50 and collide with and adhere to the surface of the substrate 50. At this time, the droplets also adhere at the same time. This state was continued for 50 minutes.

【0032】この処理により基体50の一面にコーティ
ング層51を形成した。これにより本実施例の摺動部材
であるシムを製造した。得られたシムのコーティング層
51の表面粗さの測定結果を図3に示す。また、このコ
ーティング層51のドロップレット面積比(基体50の
表面上0.5μmにおいて切断したときの基体50の面
積に対するドロップレットの断面積)は3%であった。
By this treatment, a coating layer 51 was formed on one surface of the substrate 50. Thus, a shim as the sliding member of the present example was manufactured. The measurement results of the surface roughness of the shim coating layer 51 are shown in FIG. The droplet area ratio of the coating layer 51 (cross-sectional area of the droplet with respect to the area of the substrate 50 when cut at 0.5 μm on the surface of the substrate 50) was 3%.

【0033】次に、相手部材として図10に示すカム1
4およびカム16よりなるカムを用意した。このカムは
鋳鉄製でカム面の表面粗さを3.2μmRzとした。そ
してこのカムと実施例で製造されたシムを図10に示す
直接駆動式動弁装置に組付け1000rpm2分の擦り
合わせを行った。これによりシムの表面粗さは0.1μ
mRzの鏡面に、カムのカム面の表面粗さは0.2μm
Rzの鏡面となった。また、この状態でのシムとカムの
摺動摩擦係数は0.08であった。
Next, the cam 1 shown in FIG.
4 and a cam 16 were prepared. This cam was made of cast iron and had a cam surface having a surface roughness of 3.2 μmRz. Then, the cam and the shim manufactured in the example were assembled in a direct drive type valve train shown in FIG. 10 and rubbed for 1000 rpm2. As a result, the surface roughness of the shim is 0.1μ.
The surface roughness of the cam surface of the cam is 0.2 μm on the mRz mirror surface.
It became a mirror surface of Rz. The sliding friction coefficient between the shim and the cam in this state was 0.08.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の製造方法により擦り合わせによ
り相手部材の摺動面を鏡面化する摺動部材を確実に得る
ことができるようになった。また、この摺動部材の製造
方法は作業環境が良くかつ環境を悪化するものではな
い。
According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to surely obtain a sliding member which mirrors the sliding surface of the mating member by rubbing. In addition, the method for manufacturing the sliding member has a good working environment and does not deteriorate the environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 基体の表面酸化膜の厚さとコーティング層と
の密着強度殿関係を示す線図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the thickness of a surface oxide film on a substrate and the adhesion strength between a substrate and a coating layer.

【図2】 機械研削による砥石圧力と得られる表面粗さ
および形成される酸化膜の厚さの関係を示す線図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a grinding wheel pressure by mechanical grinding, an obtained surface roughness, and a thickness of a formed oxide film.

【図3】 実施例で得られた摺動部材のコーティング後
の表面粗さの測定結果を示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing measurement results of surface roughness after coating of a sliding member obtained in an example.

【図4】 ドロップレットを説明するための模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a droplet.

【図5】 ドロップレットを有する3種類のシムを適用
した場合のカム接触面の摩耗量を示すドロップレット面
積比とカム摩耗量の関係を示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a droplet area ratio indicating a wear amount of a cam contact surface and a cam wear amount when three types of shims having droplets are applied.

【図6】 4種類のシムを適用した場合のドロップレッ
ト面積比と接触抵抗低減率との関係を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a droplet area ratio and a contact resistance reduction rate when four types of shims are applied.

【図7】 ドロップレットによってカム接触面を鏡面化
するのに要するすり合わせ時間と接触抵抗低減率との関
係を示す線図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a contact time and a contact resistance reduction rate required to mirror a cam contact surface with a droplet.

【図8】 擦り合わせの効果を示すシム面粗度とカム面
粗度との関係を示す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a shim surface roughness and a cam surface roughness showing an effect of rubbing.

【図9】 直接駆動式動弁装置を有する内燃機関の部分
断面図である。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of an internal combustion engine having a direct drive valve train.

【図10】 本実施例の製造方法で得られたシムの断面
図である。
FIG. 10 is a sectional view of a shim obtained by the manufacturing method according to the present embodiment.

【図11】 本実施例において使用したイオンプレーテ
イング装置の模式的断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view of an ion plating apparatus used in this embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50…基体 51…窒化チタン 52…チタ
ン塊
50: Base 51: Titanium nitride 52: Titanium lump

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相手部材と摺動して接触する摺動部材の
接触面の表面粗さを0.3μmRz以下に仕上げる前処
理工程と、アーク式イオンプレーティング法により表面
粗さを0.3μmRz以下に仕上げられたその接触面に
Hv硬度1,000以上の材料の微細な凹凸を有するコ
ーティング層を形成するコーティング工程とを含む摺動
部材の製造方法であって、 前記前処理工程は前記摺動部材の接触面の表面粗さを
0.3μmRz以下でありかつその接触面の酸化膜厚を
8nm以下とする工程であり、 前記コーティング工程は前記アーク式イオンプレーティ
ング法によるイオンボンバードにより前記酸化膜を除去
する酸化膜除去処理と成膜工程とを含む工程である、こ
とを特徴とする摺動部材の製造方法。
1. A pretreatment step of finishing the surface roughness of a contact surface of a sliding member which comes into sliding contact with a mating member to 0.3 μmRz or less, and a surface roughness of 0.3 μmRz by an arc ion plating method. A step of forming a coating layer having fine irregularities of a material having an Hv hardness of 1,000 or more on the contact surface, which is finished as follows. The surface roughness of the contact surface of the moving member is not more than 0.3 μmRz and the oxide film thickness of the contact surface is not more than 8 nm; and the coating is performed by ion bombardment by the arc ion plating method. A method for producing a sliding member, comprising: an oxide film removing process for removing a film; and a film forming process.
【請求項2】 前記前処理工程は前記摺動部材の前記接
触面を機械研磨しその後非ハロゲン系炭化水素で洗浄し
乾燥する工程である請求項1記載の摺動部材の製造方
法。
2. The method for manufacturing a sliding member according to claim 1, wherein said pre-treatment step is a step of mechanically polishing said contact surface of said sliding member, and then washing and drying with a non-halogenated hydrocarbon.
【請求項3】 前記コーティング工程は前記アーク式イ
オンプレーティング法によりチタンをイオンボンバード
しその後窒化チタンをコーテイングするものである請求
項1記載の摺動部材の製造方法。
3. The method for manufacturing a sliding member according to claim 1, wherein said coating step comprises ion-bombarding titanium by said arc-type ion plating method and thereafter coating titanium nitride.
【請求項4】 前記相手部材はカムである請求項1記載
の摺動部材の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the mating member is a cam.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7621244B2 (en) * 2005-03-16 2009-11-24 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Titanium alloy tappet, manufacturing method thereof, and jig used in manufacturing tappet
JP2020121378A (en) * 2019-01-31 2020-08-13 三菱マテリアル株式会社 Surface coated cutting tool

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7621244B2 (en) * 2005-03-16 2009-11-24 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Titanium alloy tappet, manufacturing method thereof, and jig used in manufacturing tappet
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