JPS597779B2 - 動弁機部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関用動弁機部材に係るものである。

周知の如く内燃機関に於る動弁機構は、オーバーヘッド
バルブ方式とオーバーヘッド力ムシャフト方式の２方式
があり、前者はカムシャフトとタペットが組合わされ、
後者はカムシャフトとロツカーアームが組合わされるも
のである。

このタペットやロッカーアーム（以下、動弁機部材と称
する）とカムとの摺動条件は極めて苛酷であり、この摺
動条件に充分満足する耐スカッフイング性、耐ピッチン
グ性をかねそなえた材料が要求されている。

このような状況下にあって、近時、自動車の軽量化にと
もない動弁機部材はアルミ化の一途をたどりつつある。

そのため、動弁機部材に於るカム又はプッシュロツドあ
るいはバルブ端面との摺動個所は耐摩耗性を有するチッ
プを鋳包等の手段をもって結合した動弁機部材が用いら
れるようになってきた。

この耐摩耗性を有するチップは耐スカツフイング性、耐
ピッチング性を考慮し鉄系焼結合金が用いられることが
多い。

しかしながら焼結合金は特有の空孔を有しており、この
空孔は潤滑油の保持と言う観点からして有孔に作用し、
極めて有孔なものと考えられていたが、この動弁機部材
にあっては意に反して使用初期に於いて、悪影響を及ぼ
していた。

それは初期に於いて空孔が相手材と摺動する際にエッチ
的な作用をなし、そのため相手材を切削し、著しく摩耗
させることであった。

この解決方法としては従来焼結合金チップ材の当り，面
に燐酸塩皮膜処理が行なわれていたが、焼結合金チップ
材を鋳包んだアルミニウム合金母材の動弁機部材に於い
ては、アルミニウムが防害イオンとして作用するため実
施することが不可能であった。

このような状態に鑑み本発明は、アルミニウム等の軽合
金母材により焼結合金チップが鋳包まれ、初期に於いて
相手材を切削せずに初期摩耗を著しく少なくし、しかも
極めて苛酷な摺動条件下に於ても良好に作動し得るアル
ミニウム等の軽合金製動弁機部材を提供するものである
。

即ち、本願はアルミニウム等の軽合金製動弁機部材に於
いて、カム又はプッシュロツドあるいはバルブ端面との
当り面に硬質相を形成する元素を１種又は２種以上含み
、かたさＨＶ８００〜１８００の硬質相を面積比にて５
〜７０係、硬質層の大きさを硬質層粒子全体の７０％以
上が１〜１５０μとされ、全体のかたさがＨＶ５００〜
９００を有し、空孔率が０．５〜１０係で且つ１５０μ
以下の空孔を有する鉄系焼結合金チップ材を設け、該鉄
系焼結合金の表面に四三酸化鉄を形成せしめたことを特
徴とするアルミニウム等の軽合金製動弁機部材を提供す
るものである。

以下、本発明動弁機部材について説明する。

本発明動弁機部材の特徴とするところは、カム又はプッ
シュロツドあるいはバルブ端面との当り面にある。

この当り面を構成する部材即ち、鉄系焼結合金製チップ
部材について限定理由を説明する。

チップ材の空孔率は該チップ材の表面に四三酸化鉄層を
形成する際に、チップ材の空孔率が０．５〜１０％の範
囲内にないと動弁機部材として不適当であることが判明
した。

即ち、０．５物末満では前記処理を施したとしても、初
期なじみが終了し、定常摩耗域に入った時は潤滑油の保
持機能をもつ空孔が不足し、スカツフイング等悪影響を
招き耐摩耗性が劣るものであり、一方１０係超では前記
処理を施したとしても相手材を極度に摩耗させてしまう
と共に強度低下をきたすため空孔率は０．５〜１０％に
設定する必要がある。

このことは第３図に示す試験結果からも確認される。

この試験はＶ型１０気筒ディーゼルエンジンによるモー
タリングテスト結果であり、試験条件は下記の如くであ
る。

カム回転数：１０００ｒ．ｐ．ｍ 油温：１３０℃ 潤滑油：劣化油（不溶分６ｗｔ係） バルブギャップ：０．６ｍ＋ｙ＋ 運転時間：１００時間 なお、以下に示す第４〜９図の試験結果の試験条件もこ
れと同一である。

又空孔１個の大きさが１５０μ超では前記処理を施した
としても空孔を小さ《できず相手材を極度に摩耗させて
しまうことになるので空孔は１５０μ以下とする。

このことは第４図に示す試験結果からも確認される。

前述の如くアルミニウム等の軽合金製動弁機部材の鉄系
焼結合金チップ材の表面に四三酸化鉄層を形成すると、
空孔は四三酸化鉄粒子により部分的に埋込まれた状態と
なり空孔が小さくなり、従って四三酸化鉄層の良好な保
油性とあいまって、本発明動弁機部材にあっては運転初
期に於いて相手材を空孔のエツヂによって切削せしめる
ことな《極度の摩耗を防止し、なじみが良好となるばか
りでなく、初期のなじみに於いて空孔のエッチが良好に
丸みをおびるため定常域でのスカツフイングが顕著に防
止されるものである。

又チツプ部材はＣｒ ，Ｍｏ ，Ｗ，Ｖ等の硬質相を形
成する元素の１種又は２種以上を含み、この硬質相は、
ＨＶ８００〜１８００のかたさを有するものが面積比に
て５〜７０％存在することが必要である。

即ち、ＨＶ８００未満では基地かたさと犬差がなく、硬
質相としての効果が期待できず、ＨＶ１８００超では硬
質相としての炭化物、リン化物、窒化物、硼化物等が尖
角状となり耐スカツフイング性を著し《低下させるため
にＨＶ８００〜ＨＶ１８００にする必要がある。

このことは第５図に示す試験結果からも確認される。

そして、前記硬質相は面積比にて５係未満では良好な耐
摩耗性が得られず動弁機部材として不適当であり、７０
−％超となると強度的脆化が急激に進み動弁機部材とし
て不適当となるために５〜７０優にする必要がある。

このことは第６図に示す試験結果からも確認される。

また、前記した硬質相の粒子は硬質相全体粒子の７０係
以上が１〜１５０μである必要がある。

即ち、７０％未満では、粒度が不安娘となり強度、耐摩
耗性に於る均一性が得られず、製品の均一性が得られな
《なるため、７０饅以上にする必要がある。

このことは第７図に示す試験結果からも確認される。

そして、硬質相粒子の大きさは１μ未満では表面あらさ
と同程度になり、そのため良好な耐摩耗性が発揮されな
くなり、一方、１５０μ超では、強度劣化が著し《進む
ために１μ〜１５０μの範囲内に設定する必要がある。

このことは第８図に示す試験結果からも確認される。

更に、全体のかたさはＨＶ５００〜９００とする必要が
ある。

即ち、ＨＶ５００未満では硬質相の量も少く必要とされ
る耐摩耗性が得られず、ＨＶ９００超では、硬質相の量
が多くなり、靭性が低下するばかりでなく、加工性が著
しく低下するため全体のかたさはＨＶ５００〜９００に
する必要がある。

このことは第９図の試験結果からも確認される。

なお、前記した鉄系焼結合金は鉄を主体にＣｒ，Ｍｏ
，Ｖ，Ｗ，Ｐ，Ｂ，Ｎｉ ，Ｃｕ ，Ｃ等を含むも
のである。

以上説明した如く特定された鉄系焼結合金チップ材に於
ては、苛酷な使用条件下にあっても優れた耐摩耗性を発
揮するのであるが、使用初期に於る欠陥を有していた。

即ち、焼結合金特有の空孔が使用初期に於て相手材を切
削し、極度に相手材を摩耗させることが判明した。

そのため、本発明にあっては、この欠陥を解決すべ《後
処理が施される。

前記した特定の鉄系焼結合金チップ材を当り面に設けた
アルミニウム合金製動弁機部材を製作した後に該焼結合
金チップ材の表面に四三酸化鉄を形成するものである。

このようにして、極めて保油性に富んだ四三酸化鉄を形
成することによって、空孔を四三酸化鉄粒子で埋め、あ
るいは表面を四三酸化鉄で覆って相手材を切削し、極度
に摩耗させることを顕著に防止したものである。

以上説明から明らかなように、本発明動弁機部材は初期
なじみ性が良好に行なわれるために摩耗が少なく更に特
定された優れた耐摩耗性材料より構成されているため、
使用初期より長期にわたり優れた耐摩耗性を発揮するも
のである。

以下、本発明の優秀性を立証すべく下記の如く比較試験
を提出する。

先ず、Ｃｒ −Ｍｏ −Ｎｉ −Ｐ系焼結合金（空孔率
５係）の試料（１５調×２０閏×７門）を２ヶ作成し、
無処理（試料１）、四三酸化鉄形成本発明品（試料２）
をそれぞれ作成した。

このように作成した試料１，２を回転式摩耗試験機を用
い、かかる試料を片とし、この固定片を鋳鉄材（ Ｃ
３．２ ， Ｓｉ ２．０ ， Ｍｎ ０．８ ％
）からなる円板状試料上面にそれぞれ圧接し、その圧接
面に対し常時潤滑油を供給しつつ、円板状試料を回転さ
せ運転後の円板状試料の摩耗量を測定した。

試験条件 潤滑油 ： ＳＡＥ＃３０ 潤滑油量 ： ０． ２ １７ ｍ ｉ ｎ油温
：８０℃ 面圧 ： ５ ０ ｋｇ／ｃｍ すべり速度：６７？Ｚ／ｓｅｅ 時間 ＝５時間 上記、試験結果は第１図に示す如くであり、試料１の無
処理のものに比し、本発明の試料２は相手材を摩耗させ
ることが極めて少ないことが確認された。

前述した比較試験に於いては、鉄系焼結合金チップ材の
摩耗試験片を行ったが、本願アルミニウム等の軽合金製
動弁機部材を作成する方法を第２図に示す実施例により
説明する。

第２図はロッカーアームの実施例を示すものηあり、ア
ルミニウム合金製ロッカーアーム１の当り面に設けた鉄
系焼結合金チップ材２に四三酸化鉄を形成する場合、ロ
ッカーアーム１の母材であるアルミニウム合金の融点の
関係から全体を加熱して鉄系焼結合金チップ材の表面に
四三酸化鉄を形成することが困難である。

従ってアルミニウム合金母材の部分を加熱しないように
第２図に示す如く、アルミニウム合金母材よりなるロッ
カーアーム１の母材部分を水等の冷却剤３中に浸漬して
チップ材２を上方からバーナー４等により加熱して水蒸
気処理をして四三酸化鉄を形成するものである。

尚、第２図に示す実施例以外としてはアルミニウム合金
製ロッカーアーム１の母材部分のみマスキングを施した
後処理することも可能であり、又チツプ材１が表面に出
るだけの穴を設けた治具を用いてアルミニウム合金製ロ
ッカーアーム１の母材部分に熱がかからないようにして
実施することもできる。

本願に於いては動弁機部材の母材にアルミニウム等の軽
合金製を用いたが、母材を鉄系金属として用いても本願
と同様の効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較摩耗試験の結果を示すグラフである。 第２図は本願を製造する場合に於ける実施例の断面図で
ある。 第３図〜第９図は試験結果を示すグラフである。 符号の説明、１・・・・・・ロッカーアーム、２・・・
・・・チツプ材、３・・・・・・冷却剤、４・・・・・
・バーナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミニウム等の軽合金製動弁機部材に於いて、カ
   ム又はプッシュロツドあるいはバルブ端面との当り面に
   硬質相を形成する元素を１種又は２種以上含み、かたさ
   ＨＶ８００〜１８００の硬質相を面積比にて５〜７０係
   、硬質層の大きさを硬質層粒子全体の７０係以上が１〜
   １５０μとされ、全体のかたさがＨＶ５００〜９００を
   有し、空孔率が０．５〜１０％で且つ、１５０μ以下の
   空孔を有する鉄系焼結合金チップ材を設け、該鉄系焼結
   合金の表面に四三酸化鉄を形成せしめたことを特徴とす
   るアルミニウム等の軽合金製動弁機部材。