JPH11280419A - シムとカムの組合せ体 - Google Patents
シムとカムの組合せ体Info
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- JPH11280419A JPH11280419A JP10084800A JP8480098A JPH11280419A JP H11280419 A JPH11280419 A JP H11280419A JP 10084800 A JP10084800 A JP 10084800A JP 8480098 A JP8480098 A JP 8480098A JP H11280419 A JPH11280419 A JP H11280419A
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- F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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- F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 相手部材との固体接触で塑性変形や潤滑油中
に混入する種々の不純物による腐食等で、面粗度が劣化
し難いシム部材を選択し、カム部材の表面に油膜保持機
能を設けて摺動面の流体潤滑を維持し、発生トルクと摺
動部の摩耗を最小化する。 【解決手段】 往復動機構部に用いるシム５とカム１の
組合せにおいて、前記シム５は、前記カム１摺動面より
高硬度な材料から成り、前記シム５摺動面は十点平均表
面粗さＲZ０．０７〜０．２μｍの面粗度範囲に仕上げ
られ、前記カム１の摺動面には開口気孔１ｂを設ける。
に混入する種々の不純物による腐食等で、面粗度が劣化
し難いシム部材を選択し、カム部材の表面に油膜保持機
能を設けて摺動面の流体潤滑を維持し、発生トルクと摺
動部の摩耗を最小化する。 【解決手段】 往復動機構部に用いるシム５とカム１の
組合せにおいて、前記シム５は、前記カム１摺動面より
高硬度な材料から成り、前記シム５摺動面は十点平均表
面粗さＲZ０．０７〜０．２μｍの面粗度範囲に仕上げ
られ、前記カム１の摺動面には開口気孔１ｂを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関の動弁機構や燃料圧送ポンプの燃料噴射弁の駆動機構
に用いられるシムとカムの組合せ体であって、摺動摩擦
抵抗や摩耗量の低減を図り機構部品の耐久性を向上する
技術に関する。
関の動弁機構や燃料圧送ポンプの燃料噴射弁の駆動機構
に用いられるシムとカムの組合せ体であって、摺動摩擦
抵抗や摩耗量の低減を図り機構部品の耐久性を向上する
技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車エンジンの機械損失を低減
して燃費の向上を図る有効な手段として、エンジン機構
部の摩擦損失を低減させる技術が提案されている。中で
も、摺動速度が高く、且つ、高負荷となる動弁機構にお
けるシムとカムの摩擦損失を低減させることは、燃費を
向上させる上で極めて有効である。
して燃費の向上を図る有効な手段として、エンジン機構
部の摩擦損失を低減させる技術が提案されている。中で
も、摺動速度が高く、且つ、高負荷となる動弁機構にお
けるシムとカムの摩擦損失を低減させることは、燃費を
向上させる上で極めて有効である。
【０００３】一方、燃焼室内に直接ガソリンや軽油を噴
射する筒内直接噴射エンジンでは、燃料の圧送圧力を得
るために往復動機構部に用いられるシムとカムも同様に
過酷な摺動部品であり、この摩擦損失を低減させること
は、燃料噴射弁の性能と耐久性を向上させる上で重要な
技術である。特に、筒内直接噴射エンジン用の燃料噴射
弁では、従来の鋼材から成るカムとカムローラを介した
ころがり摩擦方式から、シムとカムの材質を改良したす
べり摩擦方式へ変更することにより、部品点数の削減や
小型軽量化を達成して製造コストを低減することが求め
られている。
射する筒内直接噴射エンジンでは、燃料の圧送圧力を得
るために往復動機構部に用いられるシムとカムも同様に
過酷な摺動部品であり、この摩擦損失を低減させること
は、燃料噴射弁の性能と耐久性を向上させる上で重要な
技術である。特に、筒内直接噴射エンジン用の燃料噴射
弁では、従来の鋼材から成るカムとカムローラを介した
ころがり摩擦方式から、シムとカムの材質を改良したす
べり摩擦方式へ変更することにより、部品点数の削減や
小型軽量化を達成して製造コストを低減することが求め
られている。
【０００４】そして、ころがり摩擦方式からすべり摩擦
方式への変換は、摩擦界面における部材間の摩擦仕事の
最小化を図ることにより達成される。摩擦仕事は、往復
動機構部が潤滑材雰囲気中に存在するとすれば、一般的
に、部材間の最小隙間または最小油膜厚さと摺動面の性
状が、摺動特性と摩擦損失に影響を与えるとされてい
る。
方式への変換は、摩擦界面における部材間の摩擦仕事の
最小化を図ることにより達成される。摩擦仕事は、往復
動機構部が潤滑材雰囲気中に存在するとすれば、一般的
に、部材間の最小隙間または最小油膜厚さと摺動面の性
状が、摺動特性と摩擦損失に影響を与えるとされてい
る。
【０００５】前記摩擦仕事は、次の（１）式で定量化さ
れる。 Ｆ＝Ａ｛αＳｍ＋（１−α）Ｓｔ｝……（１） 但し、Ｆ：摩擦仕事、Ａ：摺動面積、α：油膜の破断面
積率、Ｓｍ：相手摺動部材が固体接触する場合の部材の
剪断強さ、Ｓｔ：油膜の剪断強さを示し、αＳｍの項
は、油膜が全く存在しないしない場合の摩擦仕事（境界
潤滑下での摩擦仕事）を、（１−α）Ｓｔの項は、完全
に油膜が存在する場合の摩擦仕事（流体潤滑下での摩擦
仕事）を表す。ここで、摩擦仕事Ｆを小さくするのに
は、通常ＳｍはＳｔに比べ大きいから、流体潤滑下での
摩擦仕事の項を増やしてαを小さくする必要がある。
れる。 Ｆ＝Ａ｛αＳｍ＋（１−α）Ｓｔ｝……（１） 但し、Ｆ：摩擦仕事、Ａ：摺動面積、α：油膜の破断面
積率、Ｓｍ：相手摺動部材が固体接触する場合の部材の
剪断強さ、Ｓｔ：油膜の剪断強さを示し、αＳｍの項
は、油膜が全く存在しないしない場合の摩擦仕事（境界
潤滑下での摩擦仕事）を、（１−α）Ｓｔの項は、完全
に油膜が存在する場合の摩擦仕事（流体潤滑下での摩擦
仕事）を表す。ここで、摩擦仕事Ｆを小さくするのに
は、通常ＳｍはＳｔに比べ大きいから、流体潤滑下での
摩擦仕事の項を増やしてαを小さくする必要がある。
【０００６】さらに、完全な流体潤滑状況を維持するた
めには、相手摺動部材の摺動面の性状を制御することが
重要である。潤滑の尺度を示す油膜パラメータΛは、
（２）式で定量化される。このΛの値を大きくすること
が、流体潤滑を維持するのには有効である。
めには、相手摺動部材の摺動面の性状を制御することが
重要である。潤滑の尺度を示す油膜パラメータΛは、
（２）式で定量化される。このΛの値を大きくすること
が、流体潤滑を維持するのには有効である。
【０００７】 Λ＝ｈｍｉｎ／√（Ｒｒｍｓ１2＋Ｒｒｍｓ２2）……（２） 但し、ｈｍｉｎ：相手摺動部材間の最小隙間または最小
油膜厚さ、Ｒｒｍｓ１：一方の摺動部材の表面の自乗平
均粗さ、Ｒｒｍｓ２：他方の摺動部材の表面の自乗平均
粗さを示す。従って、相手摺動部材の表面粗さを微細に
すれば流体潤滑を維持するのに有効であることが判る。
油膜厚さ、Ｒｒｍｓ１：一方の摺動部材の表面の自乗平
均粗さ、Ｒｒｍｓ２：他方の摺動部材の表面の自乗平均
粗さを示す。従って、相手摺動部材の表面粗さを微細に
すれば流体潤滑を維持するのに有効であることが判る。
【０００８】前述の技術的背景を基に特開平７−９８０
５２号公報では、窒化ケイ素またはサイアロンを含むセ
ラミックスから成るシムの摺動面粗さを、十点平均粗さ
ＲZ０．１μｍ以下とし、鋳鉄から成るカムの表面をチ
ル硬化した上、リン酸塩被膜を形成したシムとカムの組
合せ体の技術が提案されている。
５２号公報では、窒化ケイ素またはサイアロンを含むセ
ラミックスから成るシムの摺動面粗さを、十点平均粗さ
ＲZ０．１μｍ以下とし、鋳鉄から成るカムの表面をチ
ル硬化した上、リン酸塩被膜を形成したシムとカムの組
合せ体の技術が提案されている。
【０００９】この従来技術によれば、慣らし運転中又は
運転初期にカムの表面粗さを向上させて境界潤滑となる
部分の摩擦抵抗を下げて、シムとカム間の摺動特性を改
善しカムシャフト駆動トルクを大幅に低減できる。ま
た、慣らし運転中にカムの表面粗さを向上させることが
できるので、複雑形状のカムの表面に特別な超精密仕上
げ加工を行わなくても摩擦損失を低減させることが可能
であり、経済的にも極めて有効であると説明している。
運転初期にカムの表面粗さを向上させて境界潤滑となる
部分の摩擦抵抗を下げて、シムとカム間の摺動特性を改
善しカムシャフト駆動トルクを大幅に低減できる。ま
た、慣らし運転中にカムの表面粗さを向上させることが
できるので、複雑形状のカムの表面に特別な超精密仕上
げ加工を行わなくても摩擦損失を低減させることが可能
であり、経済的にも極めて有効であると説明している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】すべり摩擦方式を採用
するに当たっては、例え潤滑油雰囲気中でも部材間の面
圧が高くなると、発生し易い境界潤滑を極力抑制できる
シムとカムの材質を選択する必要がある。つまり、相手
部材との固体接触で塑性変形や潤滑油中に混入する種々
の不純物による腐食等で、表面粗さが劣化し難いＳｍ特
性の材質を選択すべきである。分けても平坦な摺動面を
有するシムは、高硬度な材質を選択しても超精密加工に
よる微細な表面粗さを得易いので、このｈｍｉｎ特性を
安定して維持する手段を附加すべきである。さらに、カ
ム部材の表面にはｈｍｉｎ特性を助勢する手段を附加す
れば、流体潤滑を維持するのに有効である。本発明は、
これ等の課題を解決する技術を提案する。
するに当たっては、例え潤滑油雰囲気中でも部材間の面
圧が高くなると、発生し易い境界潤滑を極力抑制できる
シムとカムの材質を選択する必要がある。つまり、相手
部材との固体接触で塑性変形や潤滑油中に混入する種々
の不純物による腐食等で、表面粗さが劣化し難いＳｍ特
性の材質を選択すべきである。分けても平坦な摺動面を
有するシムは、高硬度な材質を選択しても超精密加工に
よる微細な表面粗さを得易いので、このｈｍｉｎ特性を
安定して維持する手段を附加すべきである。さらに、カ
ム部材の表面にはｈｍｉｎ特性を助勢する手段を附加す
れば、流体潤滑を維持するのに有効である。本発明は、
これ等の課題を解決する技術を提案する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】往復動機構部に用いるシ
ムとカムの組合せにおいて、前記シムは、前記カム摺動
面より高硬度な材料から成り、前記シム摺動面を十点平
均表面粗さＲZ０．０７〜０．２μｍの範囲に仕上げ、
前記カムの摺動面については、前記カム部材の表面に存
在する開口気孔を利用して、流体潤滑条件を維持する。
ムとカムの組合せにおいて、前記シムは、前記カム摺動
面より高硬度な材料から成り、前記シム摺動面を十点平
均表面粗さＲZ０．０７〜０．２μｍの範囲に仕上げ、
前記カムの摺動面については、前記カム部材の表面に存
在する開口気孔を利用して、流体潤滑条件を維持する。
【００１２】シム部材に窒化ケイ素又はサイアロンから
成るセラミックスを選択し、カム部材に鉄基合金焼結体
を用いて焼結体内部に分散している空孔を利用すること
で、カムの摺動面において、面積率で２〜６％、最大径
５０μｍ以下の開口気孔を酸によるエッチング処理にて
制御し油膜保持機能を向上する。
成るセラミックスを選択し、カム部材に鉄基合金焼結体
を用いて焼結体内部に分散している空孔を利用すること
で、カムの摺動面において、面積率で２〜６％、最大径
５０μｍ以下の開口気孔を酸によるエッチング処理にて
制御し油膜保持機能を向上する。
【００１３】シム部材は金属合金材料の表面にＣｒ、Ｔ
ｉの窒化物又は炭化物であるセラミックスの被覆膜、或
いは、ダイヤモンド又はＤＬＣの被覆膜を施し、カム部
材は鉄基合金焼結体を用いることで熱処理によるカム部
材硬度の硬質化を図って、双方の耐摩耗性を向上させ
る。
ｉの窒化物又は炭化物であるセラミックスの被覆膜、或
いは、ダイヤモンド又はＤＬＣの被覆膜を施し、カム部
材は鉄基合金焼結体を用いることで熱処理によるカム部
材硬度の硬質化を図って、双方の耐摩耗性を向上させ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に好適の実施態様
を詳細に説明する。図１に、本発明のシムとカムの組合
せ体を内燃機関の動弁機構に用いた適用例を、図２に、
燃料噴射弁への適用例を示す。
を詳細に説明する。図１に、本発明のシムとカムの組合
せ体を内燃機関の動弁機構に用いた適用例を、図２に、
燃料噴射弁への適用例を示す。
【００１５】図１において、直接駆動式の吸・排気弁
は、カム１の回転に伴いエンジンの燃焼室に対し、カム
１のプロフィールに沿ってバルブ２を往復動させる。シ
リンダブロック３に支持されるバルブリフター４の端面
には、シム５の着座する凹部４ａが設けられている。シ
ム５は、厚さを調整することでカム１やバルブリフター
４等の部品の集積誤差を相殺して、バルブ２の開閉弁動
作の精度を維持する部材である。従って、凹部４ａの側
壁４ｂに拘束されて着座するか、カシメて嵌合するか、
鑞付け等にて接合されてもよい。スプリングリティーナ
６にコッター７にて固定されているバルブ２の端面は、
スプリング８にて常時付勢され、バルブリフター４の内
部に当接している。
は、カム１の回転に伴いエンジンの燃焼室に対し、カム
１のプロフィールに沿ってバルブ２を往復動させる。シ
リンダブロック３に支持されるバルブリフター４の端面
には、シム５の着座する凹部４ａが設けられている。シ
ム５は、厚さを調整することでカム１やバルブリフター
４等の部品の集積誤差を相殺して、バルブ２の開閉弁動
作の精度を維持する部材である。従って、凹部４ａの側
壁４ｂに拘束されて着座するか、カシメて嵌合するか、
鑞付け等にて接合されてもよい。スプリングリティーナ
６にコッター７にて固定されているバルブ２の端面は、
スプリング８にて常時付勢され、バルブリフター４の内
部に当接している。
【００１６】従って、カム１の回転に伴いバルブ２が往
復動してエンジンの吸・排気をする際には、カム１とシ
ム５の接触部は、極部的に高い面圧で互いに摺動するか
ら耐摩耗性と耐熱性を要求されると共に、摩擦による機
械損失の少ない材質を選択する必要がある。
復動してエンジンの吸・排気をする際には、カム１とシ
ム５の接触部は、極部的に高い面圧で互いに摺動するか
ら耐摩耗性と耐熱性を要求されると共に、摩擦による機
械損失の少ない材質を選択する必要がある。
【００１７】一方、図２に示す原理的な燃料噴射弁にお
いて、カム２１の回転に伴い往復動するプランジャー２
２は、シリンダーボディ２３に摺動自在に収納され、シ
ム２４は、プランジャー２２のフランジ２２ａに設けら
れる凹部２２ｂに着座する。スプリングリティーナ２５
とフランジ２２ａの間にスプリング２６が縮装されてい
て、カム２１のプロフィールにシム２４を、常時当接さ
せるべく付勢されている。別途の経路より圧送されてく
る燃料は、燃料ポート２７から環状室２８に至る。プラ
ンジャー２２の先端に配置する吐出孔２９と環状室２８
が連絡すると、燃料は噴射ノズル３０から燃焼室内に噴
射される。
いて、カム２１の回転に伴い往復動するプランジャー２
２は、シリンダーボディ２３に摺動自在に収納され、シ
ム２４は、プランジャー２２のフランジ２２ａに設けら
れる凹部２２ｂに着座する。スプリングリティーナ２５
とフランジ２２ａの間にスプリング２６が縮装されてい
て、カム２１のプロフィールにシム２４を、常時当接さ
せるべく付勢されている。別途の経路より圧送されてく
る燃料は、燃料ポート２７から環状室２８に至る。プラ
ンジャー２２の先端に配置する吐出孔２９と環状室２８
が連絡すると、燃料は噴射ノズル３０から燃焼室内に噴
射される。
【００１８】カム２１の下死点では、吐出孔２９と環状
室２８は遮断されるから燃料の噴射は停止する。現実的
な燃料噴射弁としては、噴射量を制御するガバナ機構や
噴射時期を制御するタイマ機構等の補機が必要である
が、カム２１とシム２４の関係位置の説明には不必要で
あるから省く。いずれにしても、該燃料噴射弁に用いる
シムとカムの組合せ体は、図１のシム５とカム１と同様
の要求特性を満足させる必要がある。以下は、主として
図１の動弁機構に用いられる場合を例にとって説明す
る。
室２８は遮断されるから燃料の噴射は停止する。現実的
な燃料噴射弁としては、噴射量を制御するガバナ機構や
噴射時期を制御するタイマ機構等の補機が必要である
が、カム２１とシム２４の関係位置の説明には不必要で
あるから省く。いずれにしても、該燃料噴射弁に用いる
シムとカムの組合せ体は、図１のシム５とカム１と同様
の要求特性を満足させる必要がある。以下は、主として
図１の動弁機構に用いられる場合を例にとって説明す
る。
【００１９】シム５とカム１は、相手部材との固体接触
で塑性変形や摩耗を進行させないよう可能なかぎり硬い
ことが望ましい。特にシム５は、単純な形状であるから
カム１より高硬度の材質を選択しても、流体潤滑を維持
するための超精密加工による微細な摺動面を得ることは
容易である。さらに、潤滑油中に混入する種々の不純物
による腐食を抑止するのにセラミックスは好適の材料で
ある。
で塑性変形や摩耗を進行させないよう可能なかぎり硬い
ことが望ましい。特にシム５は、単純な形状であるから
カム１より高硬度の材質を選択しても、流体潤滑を維持
するための超精密加工による微細な摺動面を得ることは
容易である。さらに、潤滑油中に混入する種々の不純物
による腐食を抑止するのにセラミックスは好適の材料で
ある。
【００２０】特に、８０重量％以上の窒化ケイ素又はサ
イアロンを含むセラミックスは、ＪＩＳ Ｒ １６０１
「ファインセラミックスの曲げ強度試験方法」に準拠し
た曲げ強度の平均値が７００ＭＰａ以上あり、耐衝撃性
も一般のセラミックスより高い。そして、摺動面を十点
平均表面粗さでＲZ０．０７〜０．２μｍに仕上げれば
（１）式の摩擦仕事Ｆを小さくするのに有効である。
イアロンを含むセラミックスは、ＪＩＳ Ｒ １６０１
「ファインセラミックスの曲げ強度試験方法」に準拠し
た曲げ強度の平均値が７００ＭＰａ以上あり、耐衝撃性
も一般のセラミックスより高い。そして、摺動面を十点
平均表面粗さでＲZ０．０７〜０．２μｍに仕上げれば
（１）式の摩擦仕事Ｆを小さくするのに有効である。
【００２１】しかし、セラミックスは、一般的に硬いが
脆いという弱点もある。そこで、これを補うため構造用
炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼等の金属合金材料を母
材としてシム５を形成し、表面の更なる硬質化と耐蝕性
を得るため硬質の被覆膜にてカバーすることも有効であ
る。例えば、ＪＩＳ Ｇ ４１０５「クロムモリブデン
鋼鋼材」に規定されるＳＣＭ４２０を熱処理の上、摺動
面を十点平均表面粗さでＲZ０．０７〜０．２μｍに仕
上げ、膜厚０．５〜５μｍ程度のＣｒ、Ｔｉの窒化物又
は炭化物、或いはダイヤモンド又はＤＬＣをイオンプレ
ーティング等の物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）により被覆すると、母材の表面粗さを損なうこと
なく滑らかで硬質の被覆膜が得られる。尚、これらのセ
ラミックスやダイヤモンド、ＤＣＬの被覆膜は、相手部
材との摺動にて剥離しないように基材との適切な密着強
度を保つべく、被覆膜生成条件を考慮すべきである。
脆いという弱点もある。そこで、これを補うため構造用
炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼等の金属合金材料を母
材としてシム５を形成し、表面の更なる硬質化と耐蝕性
を得るため硬質の被覆膜にてカバーすることも有効であ
る。例えば、ＪＩＳ Ｇ ４１０５「クロムモリブデン
鋼鋼材」に規定されるＳＣＭ４２０を熱処理の上、摺動
面を十点平均表面粗さでＲZ０．０７〜０．２μｍに仕
上げ、膜厚０．５〜５μｍ程度のＣｒ、Ｔｉの窒化物又
は炭化物、或いはダイヤモンド又はＤＬＣをイオンプレ
ーティング等の物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）により被覆すると、母材の表面粗さを損なうこと
なく滑らかで硬質の被覆膜が得られる。尚、これらのセ
ラミックスやダイヤモンド、ＤＣＬの被覆膜は、相手部
材との摺動にて剥離しないように基材との適切な密着強
度を保つべく、被覆膜生成条件を考慮すべきである。
【００２２】一方、カム１に硬質の材料を用い表面粗さ
を微細にして、（２）式の油膜パラメータΛの値を大き
くして流体潤滑を維持するのには大変な工数が掛かる。
カム１の素材として従来技術では、加工工数を低減する
ため鋳鉄をチル化したものを用いているが、本発明では
鉄基合金焼結体を用いる。
を微細にして、（２）式の油膜パラメータΛの値を大き
くして流体潤滑を維持するのには大変な工数が掛かる。
カム１の素材として従来技術では、加工工数を低減する
ため鋳鉄をチル化したものを用いているが、本発明では
鉄基合金焼結体を用いる。
【００２３】周知の粉末冶金法にて成形されるカム１
は、内部に分散している適度な空孔を活用して良好な潤
滑特性が、また、添加金属元素を配合することで機械的
強度が、さらに、熱処理を施すことで適切な硬度が得ら
れる。添加金属元素は、例えば、重量比で１．５％のＭ
ｏ、０．３％のＣｕ、０．８％のＣ及び不可避な元素で
あり、残部がＦｅであるような総添加成分が１０％以下
であるような低合金であることが、粉末圧縮性、経済性
の観点から好ましい。所定の位置にカム軸と嵌合する貫
通孔を有するカム１の焼結体は、鑞付け或いは拡散焼結
接合等によりカム軸と一体化する。
は、内部に分散している適度な空孔を活用して良好な潤
滑特性が、また、添加金属元素を配合することで機械的
強度が、さらに、熱処理を施すことで適切な硬度が得ら
れる。添加金属元素は、例えば、重量比で１．５％のＭ
ｏ、０．３％のＣｕ、０．８％のＣ及び不可避な元素で
あり、残部がＦｅであるような総添加成分が１０％以下
であるような低合金であることが、粉末圧縮性、経済性
の観点から好ましい。所定の位置にカム軸と嵌合する貫
通孔を有するカム１の焼結体は、鑞付け或いは拡散焼結
接合等によりカム軸と一体化する。
【００２４】熱処理は、焼結体を成形する工程中で焼結
体を金型内で圧縮しながら、高温相であるオーステナイ
ト相から急冷して均質な硬度を有するマルテンサイト相
を得た後、焼戻し処理を施せばカム５の表面硬度は、ビ
ッカース硬度５５０〜７００程度に調質され、表面粗さ
はＲZ５μｍ以下に維持される。又、焼結体を金型内で
圧縮しながら熱処理を行うことで、カム１のプロフィー
ルの熱歪みや寸法変化を抑制する効果がある。
体を金型内で圧縮しながら、高温相であるオーステナイ
ト相から急冷して均質な硬度を有するマルテンサイト相
を得た後、焼戻し処理を施せばカム５の表面硬度は、ビ
ッカース硬度５５０〜７００程度に調質され、表面粗さ
はＲZ５μｍ以下に維持される。又、焼結体を金型内で
圧縮しながら熱処理を行うことで、カム１のプロフィー
ルの熱歪みや寸法変化を抑制する効果がある。
【００２５】図３に、シム５とカム１の摺動界面を極部
的に拡大して示す。カム１の焼結体内部に分散している
空孔１ａの内、表面近傍に存在するものは、酸によるエ
ッチング処理で油溜りとしての開口気孔１ｂを形成し、
油膜９の保持機能を向上さすことができる。エッチング
処理により顕在化される開口気孔１ｂは、面積率で２〜
６％、最大開口径５０μｍに制御するのが好ましい。こ
の様な手段にてカム１の表面に開口気孔１ｂを設けれ
ば、（２）式に示す油膜パラメータΛを大きくすること
ができる。
的に拡大して示す。カム１の焼結体内部に分散している
空孔１ａの内、表面近傍に存在するものは、酸によるエ
ッチング処理で油溜りとしての開口気孔１ｂを形成し、
油膜９の保持機能を向上さすことができる。エッチング
処理により顕在化される開口気孔１ｂは、面積率で２〜
６％、最大開口径５０μｍに制御するのが好ましい。こ
の様な手段にてカム１の表面に開口気孔１ｂを設けれ
ば、（２）式に示す油膜パラメータΛを大きくすること
ができる。
【００２６】次に、上述の技術思想に基づいて構成した
シムとカムの組合せ体の評価試験の結果につき説明す
る。図４に、その試験装置の概要図を示す。市販の４気
筒エンジン排気量１８００ｃｃの動弁機構に、カムシャ
フト１０を駆動するモータ１１とシムとカムの組合せ体
の発生トルクを計測するトルクメータ１２を取付け、別
途潤滑油を供給するポンプ（図示せず）を用意して、発
生トルクとカム１の摩耗量を測定した。カム１の摩耗量
は、図５に示すＬを計測した。
シムとカムの組合せ体の評価試験の結果につき説明す
る。図４に、その試験装置の概要図を示す。市販の４気
筒エンジン排気量１８００ｃｃの動弁機構に、カムシャ
フト１０を駆動するモータ１１とシムとカムの組合せ体
の発生トルクを計測するトルクメータ１２を取付け、別
途潤滑油を供給するポンプ（図示せず）を用意して、発
生トルクとカム１の摩耗量を測定した。カム１の摩耗量
は、図５に示すＬを計測した。
【００２７】シムとカムの従来技術の試料として、以下
の仕様のものを準備した。厚さ３ｍｍの６０体積％以上
の窒化ケイ素を含むセラミックスから成るシムを、十点
平均粗さＲZ０．２μｍにダイヤモンド砥石にて研削し
た。鋳鉄から成るカムは、表面をチル硬化した上リン酸
塩被膜を形成し、表面を十点平均粗さＲZ３．２μｍに
機械加工にて仕上げた。
の仕様のものを準備した。厚さ３ｍｍの６０体積％以上
の窒化ケイ素を含むセラミックスから成るシムを、十点
平均粗さＲZ０．２μｍにダイヤモンド砥石にて研削し
た。鋳鉄から成るカムは、表面をチル硬化した上リン酸
塩被膜を形成し、表面を十点平均粗さＲZ３．２μｍに
機械加工にて仕上げた。
【００２８】本発明のシム５は、厚さ３ｍｍの８０重量
％以上の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含むセラミックス
（ＪＩＳ Ｒ １６０１の３点曲げ強度８５０ＭＰａ）
から成るシムを、ダイヤモンド砥石を用いて研削加工の
上、ダイヤモンド砥粒を用いたラッピング、ポリシング
加工を組合せて十点平均粗さＲZ０．４、ＲZ０．２、Ｒ
Z０．１μｍの３種類の表面粗度の試料を準備した。
％以上の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含むセラミックス
（ＪＩＳ Ｒ １６０１の３点曲げ強度８５０ＭＰａ）
から成るシムを、ダイヤモンド砥石を用いて研削加工の
上、ダイヤモンド砥粒を用いたラッピング、ポリシング
加工を組合せて十点平均粗さＲZ０．４、ＲZ０．２、Ｒ
Z０．１μｍの３種類の表面粗度の試料を準備した。
【００２９】さらに、厚さ３ｍｍのＳＣＭ４２０を熱処
理した母材に硬質の被覆膜を蒸着したものを準備した。
熱処理されたＳＣＭ４２０から成るシム５を、同様の超
精密加工により、十点平均粗さＲZ０．４、ＲZ０．２、
ＲZ０．１、ＲZ０．０７μｍの４種類の表面粗度の試料
として準備した。この内、十点平均粗さＲZ０．４、ＲZ
０．２、ＲZ０．１の試料に、Ｃｒ又はＴｉの窒化物を
周知の方法で膜厚３μｍ蒸着したものと、十点平均粗さ
ＲZ０．２、ＲZ０．０７μｍの試料にダイヤモンド又は
ＤＬＣを周知の方法で膜厚１μｍ蒸着したものを準備し
た。
理した母材に硬質の被覆膜を蒸着したものを準備した。
熱処理されたＳＣＭ４２０から成るシム５を、同様の超
精密加工により、十点平均粗さＲZ０．４、ＲZ０．２、
ＲZ０．１、ＲZ０．０７μｍの４種類の表面粗度の試料
として準備した。この内、十点平均粗さＲZ０．４、ＲZ
０．２、ＲZ０．１の試料に、Ｃｒ又はＴｉの窒化物を
周知の方法で膜厚３μｍ蒸着したものと、十点平均粗さ
ＲZ０．２、ＲZ０．０７μｍの試料にダイヤモンド又は
ＤＬＣを周知の方法で膜厚１μｍ蒸着したものを準備し
た。
【００３０】本発明のカム１は、鉄基合金焼結体から成
り焼入れ焼戻しの熱処理によって、均質なマルテンサイ
ト相を有するビッカース硬度６５０の表面硬度のもの
を、所定の機械加工によりカムプロフィールを十点平均
粗さＲZ３．２μｍに仕上げたものである。そして、酸
によるエッチング処理により油溜りとしての開口気孔１
ｂが、面積率で５％、最大開口気孔４０μｍに制御し、
油膜９の保持機能を向上したものを準備した。
り焼入れ焼戻しの熱処理によって、均質なマルテンサイ
ト相を有するビッカース硬度６５０の表面硬度のもの
を、所定の機械加工によりカムプロフィールを十点平均
粗さＲZ３．２μｍに仕上げたものである。そして、酸
によるエッチング処理により油溜りとしての開口気孔１
ｂが、面積率で５％、最大開口気孔４０μｍに制御し、
油膜９の保持機能を向上したものを準備した。
【００３１】通常の動弁機構の運転条件としては、摺動
速度はクランクシャフトの回転数換算で１０００〜４０
００ｒｐｍ、潤滑油温度は−４０〜１５０℃であるが、
ここでは、カムシャフト１０を２０００ｒｐｍ、潤滑油
温度８０℃に設定して、運転開始から１時間後と５００
時間後の発生トルクの変動を、従来技術の試料を基準に
％換算して表し、また、５００時間後のカム摩耗量Ｌを
μｍ単位にて表１に記載する。
速度はクランクシャフトの回転数換算で１０００〜４０
００ｒｐｍ、潤滑油温度は−４０〜１５０℃であるが、
ここでは、カムシャフト１０を２０００ｒｐｍ、潤滑油
温度８０℃に設定して、運転開始から１時間後と５００
時間後の発生トルクの変動を、従来技術の試料を基準に
％換算して表し、また、５００時間後のカム摩耗量Ｌを
μｍ単位にて表１に記載する。
【００３２】
【表１】
【００３３】表１の結果を考察すると、従来技術の試料
１は表面粗さをＲZ０．２に仕上げていても、本発明の
同様の表面粗さに仕上げられた試料３、６、８、１０、
１２に比べ、５００時間後のカム摩耗量は大きい。これ
は、本発明のカム１表面に形成されている油溜りとして
の開口気孔１ｂの油膜９の保持機能が発揮された結果と
判断する。
１は表面粗さをＲZ０．２に仕上げていても、本発明の
同様の表面粗さに仕上げられた試料３、６、８、１０、
１２に比べ、５００時間後のカム摩耗量は大きい。これ
は、本発明のカム１表面に形成されている油溜りとして
の開口気孔１ｂの油膜９の保持機能が発揮された結果と
判断する。
【００３４】しかし、本発明のシム５であっても試料２
や５の表面粗さＲZ０．４μｍでは、例えカム１に油溜
り１ｂが存在していても、その効果は半減してしまうこ
とが判る。かといって、シム５を試料４、７、９、１
１、１３の表面粗さＲZ０．０７〜ＲZ０．１μｍにまで
微細な仕上面にしても、その効果は顕著に増加すること
はなく、表面粗さＲZ０．０７μｍ以下に仕上げても投
入加工工数が増加するだけで無駄である。従って、シム
５の表面粗さは、ＲZ０．０７〜０．２μｍに仕上げる
のが好ましい。
や５の表面粗さＲZ０．４μｍでは、例えカム１に油溜
り１ｂが存在していても、その効果は半減してしまうこ
とが判る。かといって、シム５を試料４、７、９、１
１、１３の表面粗さＲZ０．０７〜ＲZ０．１μｍにまで
微細な仕上面にしても、その効果は顕著に増加すること
はなく、表面粗さＲZ０．０７μｍ以下に仕上げても投
入加工工数が増加するだけで無駄である。従って、シム
５の表面粗さは、ＲZ０．０７〜０．２μｍに仕上げる
のが好ましい。
【００３５】次に、カム１表面の開口気孔の数と大きさ
に対する、発生トルクやカム摩耗量の関係につき評価し
た結果を説明する。評価試験には、図４と同様の試験装
置を使用した。試験試料のシム５は、表１の試料４に相
当するものを、また、カム１は、表１の試料２〜１３に
相当する鉄基合金焼結体の表面に、酸によるエッチング
処理で最大開口気孔４０μｍのものを、面積率で１％及
び２〜８％まで２％毎に５種類準備した。
に対する、発生トルクやカム摩耗量の関係につき評価し
た結果を説明する。評価試験には、図４と同様の試験装
置を使用した。試験試料のシム５は、表１の試料４に相
当するものを、また、カム１は、表１の試料２〜１３に
相当する鉄基合金焼結体の表面に、酸によるエッチング
処理で最大開口気孔４０μｍのものを、面積率で１％及
び２〜８％まで２％毎に５種類準備した。
【００３６】試験条件は、カムシャフト１０を２０００
ｒｐｍ、高温になると粘度が低下して油膜の切れ易い潤
滑油温度１５０℃に設定して、運転開始から５００時間
後の発生トルクの変動を、従来技術である表１の試料１
の組合せを基準に％換算して表し、また、５００時間後
のカム摩耗量Ｌをμｍ単位にて図６に記載する。
ｒｐｍ、高温になると粘度が低下して油膜の切れ易い潤
滑油温度１５０℃に設定して、運転開始から５００時間
後の発生トルクの変動を、従来技術である表１の試料１
の組合せを基準に％換算して表し、また、５００時間後
のカム摩耗量Ｌをμｍ単位にて図６に記載する。
【００３７】図６の結果を考察すると、発生トルクの変
動は、カム１の表面の開口気孔１ｂの面積率が２％以下
では、油溜りとしての開口気孔１ｂの分散が不充分であ
るため、油膜９の保持能力が低く、６％以上では潤滑に
必要な油膜保持能力は維持されるものゝ、カム１として
の強度低下、及びこれに伴って誘発される摩耗による表
面粗さの低下から発生トルクの若干の増大が問題とな
る。カム摩耗量については、開口気孔１ｂの面積率が６
％を越えると、カム１自身のアバタ状摺動面にシム５と
の固体接触が増えることで摩耗の進行することが判る。
従って、安定した流体潤滑を維持するために、開口気孔
１ｂは、面積率で２〜６％、最大径５０μｍ以下に制御
されることが好ましい。
動は、カム１の表面の開口気孔１ｂの面積率が２％以下
では、油溜りとしての開口気孔１ｂの分散が不充分であ
るため、油膜９の保持能力が低く、６％以上では潤滑に
必要な油膜保持能力は維持されるものゝ、カム１として
の強度低下、及びこれに伴って誘発される摩耗による表
面粗さの低下から発生トルクの若干の増大が問題とな
る。カム摩耗量については、開口気孔１ｂの面積率が６
％を越えると、カム１自身のアバタ状摺動面にシム５と
の固体接触が増えることで摩耗の進行することが判る。
従って、安定した流体潤滑を維持するために、開口気孔
１ｂは、面積率で２〜６％、最大径５０μｍ以下に制御
されることが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】本発明のシムとカムの組合せ体のシム
は、カムより高硬度の材質を選択して摺動面の面粗さを
ＲZ０．０７〜０．２μｍに超精密加工したので流体潤
滑を維持することができる。さらに、８０重量％以上の
窒化ケイ素又はサイアロンから成るセラミックスのシム
は、潤滑油中に混入する種々の不純物による腐食を抑止
するのに好適であり、且つ、耐衝撃性にも優れている。
そして金属合金材料から成るシム母材の表面に、Ｃｒ、
Ｔｉの窒化物や炭化物及びダイヤモンド又はＤＬＣの被
覆膜を蒸着して表面硬度と一層の耐衝撃性並びに、耐蝕
性の改善を図ることができる。
は、カムより高硬度の材質を選択して摺動面の面粗さを
ＲZ０．０７〜０．２μｍに超精密加工したので流体潤
滑を維持することができる。さらに、８０重量％以上の
窒化ケイ素又はサイアロンから成るセラミックスのシム
は、潤滑油中に混入する種々の不純物による腐食を抑止
するのに好適であり、且つ、耐衝撃性にも優れている。
そして金属合金材料から成るシム母材の表面に、Ｃｒ、
Ｔｉの窒化物や炭化物及びダイヤモンド又はＤＬＣの被
覆膜を蒸着して表面硬度と一層の耐衝撃性並びに、耐蝕
性の改善を図ることができる。
【００３９】他方カムは、鉄基合金焼結体にて成形し熱
処理を施した上、摺動面に酸によるエッチング処理にて
面積率で２〜６％、最大径５０μｍの開口気孔を設けて
油膜の保持機能を向上したので、安定した流体潤滑条件
を維持できるので、従来技術のシムとカムの組合せに比
べカム摩耗量は２０〜３０％改善できる。
処理を施した上、摺動面に酸によるエッチング処理にて
面積率で２〜６％、最大径５０μｍの開口気孔を設けて
油膜の保持機能を向上したので、安定した流体潤滑条件
を維持できるので、従来技術のシムとカムの組合せに比
べカム摩耗量は２０〜３０％改善できる。
【図１】本発明を内燃機関の動弁機構に用いた実施例で
ある。
ある。
【図２】本発明を内燃機関の燃料噴射弁に用いた実施例
である。
である。
【図３】本発明のシムとカムの摺動界面の極部的な拡大
図である。
図である。
【図４】本発明の評価試験装置の概要図である。
【図５】本発明のカム摩耗量の測定部位の説明図であ
る。
る。
【図６】本発明のカム表面の開口気孔と発生トルク及び
カム摩耗量の関係を示した測定結果である。
カム摩耗量の関係を示した測定結果である。
１、２１：カム ２：バルブ ３：シリンダブロック ４：バルブリフター ５、２４：シム ６、２５：スプリングリティーナ ７：コッター ８、２６：スプリング ９：油膜 １０：カムシャフト １１：モータ １２；トルクメータ ２２：プランジャー ２３：シリンダボディ ２７：燃料ポート ２８：環状室 ２９：吐出孔 ３０：噴射ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｌ 1/16 Ｆ０１Ｌ 1/16
Claims (7)
- 【請求項１】 往復動機構部に用いるシムとカムの組合
せにおいて、前記シムは、前記カム摺動面より高硬度な
材料から成り、前記シム摺動面は十点平均表面粗さＲZ
０．０７〜０．２μｍの範囲に仕上げられ、前記カムの
摺動面には開口気孔を有することを特徴とするシムとカ
ムの組合せ体。 - 【請求項２】 シム部材がセラミックスから成り、カム
部材が鉄基合金焼結体から成ることを特徴とする請求項
１に記載のシムとカムの組合せ体。 - 【請求項３】 シム部材のセラミックスが窒化ケイ素又
はサイアロンであることを特徴とする請求項1又は２に
記載のシムとカムの組合せ体。 - 【請求項４】 シム部材は金属合金材料の表面にＣｒ、
Ｔｉの窒化物又は炭化物であるセラミックスの被覆膜が
施されて成り、カム部材は鉄基合金焼結体から成ること
を特徴とする請求項１に記載のシムとカムの組合せ体。 - 【請求項５】 シム部材は金属合金材料の表面にダイヤ
モンド又はＤＬＣ被覆膜が施されて成り、カム部材は鉄
基合金焼結体から成るであることを特徴とする請求項１
に記載のシムとカムの組合せ体。 - 【請求項６】 鉄基合金焼結体から成るカムの摺動面
が、面積率で２〜６％、最大径５０μｍ以下の開口気孔
を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のシム
とカムの組合せ体。 - 【請求項７】 カムの摺動面に存在するカム部材の開口
気孔は、酸処理によるエッチングにて、表面開口気孔の
数、大きさが制御されていることを特徴とする請求項６
に記載のシムとカムの組合せ体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10084800A JPH11280419A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | シムとカムの組合せ体 |
| US09/280,994 US6367439B1 (en) | 1998-03-31 | 1999-03-30 | Combination body of shim and cam |
| KR1019990011095A KR100320698B1 (ko) | 1998-03-31 | 1999-03-30 | 심 및 캠의 조합체 |
| EP99302537A EP0947671A3 (en) | 1998-03-31 | 1999-03-31 | Combination body of shim and cam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10084800A JPH11280419A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | シムとカムの組合せ体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11280419A true JPH11280419A (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=13840794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10084800A Pending JPH11280419A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | シムとカムの組合せ体 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6367439B1 (ja) |
| EP (1) | EP0947671A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11280419A (ja) |
| KR (1) | KR100320698B1 (ja) |
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| JP2009047048A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Hitachi Ltd | カム部材及び該カム部材の製造方法、該カム部材が用いられた内燃機関の動弁装置 |
| US7628129B2 (en) | 2003-12-12 | 2009-12-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Camshaft, method of manufacturing cam for camshaft, and method of manufacturing shaft for camshaft |
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| JP2004340128A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-12-02 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 内燃機関の動弁装置 |
| JP3891433B2 (ja) * | 2003-04-15 | 2007-03-14 | 日産自動車株式会社 | 燃料噴射弁 |
| EP1482190B1 (en) | 2003-05-27 | 2012-12-05 | Nissan Motor Company Limited | Rolling element |
| JP2005023830A (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐摩摺動部品 |
| DE102004043550B4 (de) * | 2004-09-09 | 2012-02-16 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Verschleißfeste Beschichtung, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung derselben |
| JP4541941B2 (ja) * | 2005-03-16 | 2010-09-08 | 川崎重工業株式会社 | チタン合金製タペット等の部品とその製造方法 |
| DE102007014860B4 (de) * | 2007-03-26 | 2010-04-01 | Repower Systems Ag | Verbindung von Bauteilen einer Windenergieanlage |
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| DE3942091C1 (ja) | 1989-12-20 | 1991-08-14 | Etablissement Supervis, Vaduz, Li | |
| EP0484699B1 (de) | 1990-11-05 | 1993-08-18 | Detlev Dr. Repenning | Reibpaarung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
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| JPH0798052A (ja) | 1993-09-29 | 1995-04-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | セラミックス系摺動部材 |
| JP2832800B2 (ja) * | 1993-10-22 | 1998-12-09 | 日立建機株式会社 | すべり軸受組立体 |
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1998
- 1998-03-31 JP JP10084800A patent/JPH11280419A/ja active Pending
-
1999
- 1999-03-30 US US09/280,994 patent/US6367439B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-30 KR KR1019990011095A patent/KR100320698B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1999-03-31 EP EP99302537A patent/EP0947671A3/en not_active Withdrawn
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