JPS61174362A - 耐摩耗・耐焼付性摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐摩耗・耐焼付性摺動部材に関し、詳しくは
、ディーゼルエンジンの動弁系もしくはバキュームポン
プ用のローラ式ロッカアームのすべり摺動部位、及び、
ディーゼルエンジンのバキュームポンプにおけるロッカ
アームとプルロッドとの当接摺動部位、並びに、ピスト
ンリングにおける摺動部位等に好適に通用することので
きる耐摩耗・耐焼付性摺動部材にかかる。

〔従来の技術〕

従来、ディーゼルエンジンにおける動弁系もしくはバキ
ュームポンプ用のロッカアームには、通常、すべり接触
を主体としたパッド式ロッカアームが採用されている。

そして、このパッド式ロッカアームにおいては、早期に
ロッカアームパッドの摩耗・焼付を発生し易いことから
、最近、特に耐摩耗・耐焼付性に対する要求レベルの高
いディーゼルエンジン等においては、ローラ式ロッカア
ームが採用される傾向になってきている。

第５図はディーゼルエンジンの動弁系におけるローラ式
ロッカアームの構造の１例、また、第６図はバキューム
ポンプにおけるローラ式ロッカアームの構造の１例を示
している。

なお、第５図及び第６図において、同一もしくは相当部
分に対しては同一の符合を付することにより両者を同時
に説明する。

即ち、第５図及び第６図において、１はカム。

２はインナローラ、３はアウタローラ、４はピン。

５はロッカアーム、６はロッカシャフトである。

さらに、第５図において、７は油孔、８はエンジンパル
プ、９はアジャストスクリュー、１０はパルプスプリン
グ、１１はパルプリテーナ、１２はパルプコック、１３
はパルプガイド、１４はバルブシート、１５はシリンダ
ヘッドである。

また、第６図において１６はバキュームポンプのプルロ
ッドである。

このように第５図及び第６図において、カム１とアウタ
ローラ３とはころがり接触であることから、カム１とア
ウタローラ３との間においては殆ど摩耗・焼付といった
損傷を発生するという不具合は認められない。

しかし、インナローラ２もしくはアウタローラ３とピン
４とはすべり接触であり、潤滑方法もカム１の回転運動
に伴い飛散する潤滑油に頼っていることから、その接触
面に対して充分な潤滑状態とすることが困難であり、し
ばしば、インナローラ２もしくはアウタローラ３とピン
４との間に摩耗・焼付といった損傷を発生することがあ
る。

このようなインナローラ２もしくはアウタローラ３とピ
ン４との間における、摩耗・焼付といった損傷を発生し
易いという不具合に対する対策として、ローラ２もしく
は３をニードルローラとしたニードルローラタイプや、
ローラ２もしくは３を複数配置させたダブルローラタイ
プ等のローラ式ロッカアームの開発が検討され、ダブル
ローラタイプにおいては、ある程度の耐摩耗性、耐焼付
性に対する改善効果が認められるものの、タクシ−車等
の走行距離の長い車両においては、これでもまだ充分な
耐久性を確保することができず、なお、一層の改良が強
く望まれていた。

また、ディーゼルエンジン用のバキュームポンプは、第
６図に示すようにロッカシャフト６を支点としたロッカ
アーム５がカム１の回転により揺動し、プルロッド１６
を上下動させてバキュームを発生させるものである。

そして、このロッカアーム５とプルロッド１６との当接
摺動部位においては高面圧となるとともに揺動距離が短
く、しかも、その潤滑方法は上述のローラ式ロッカアー
ムにおけるすべり摺動部位と同様に、カム１の回転運動
に伴い飛散する潤滑油に頼っていることから、ロッカア
ーム５及びプルロッド１６には、肌焼鋼の浸炭焼入処理
もしくは鋳鉄のチル処理等の表面硬化処理材を用いてい
るにもかかわらず、ロッカアーム５とプルロッド１６の
当接摺動部位においては潤滑油膜が形成されにくり、摩
耗・焼付といった損傷を発生し易いという不具合がある
。

しかしながら、ローラ式ロッカアームにおけるすべり摺
動部位、並びに、バキュームポンプのロッカアーム５と
プルロフト１６との当接摺動部位においては、上述した
ような理由から充分な潤滑状態とすることが困難であり
、しかも、ディーゼルエンジンにおいては潤滑油が古く
なるにつれてディーゼルエンジン特有のカーボンスーツ
が潤滑油中に混入する等、ローラ式ロッカアームにおけ
るすべり摺動部位、並びに、バキュームポンプのロッカ
アーム５とプルロフト１６との当接摺動部位、及び、ピ
ストンリングにおける摺動部位等においては潤滑条件的
に極めて悪条件にさらされていることから、未だ、この
ような摺動部位における摩耗・焼付といった損傷を発生
し易いという不具合に対する充分な解決がなされていな
いのが現状であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来のディーゼルエンジンの動弁
系もしくはバキュームポンプ用に採用されるローラ式ロ
ッカアームのすべり摺動部位、及び、バキュームポンプ
のロッカアームとプルロフトとの当接摺動部位、並びに
、ピストンリングにおける摺動部位等において使用され
ている摺動部材においては、その使用部位に基づく制約
から充分な潤滑状態とすることが困難であり、しかも、
ディーゼルエンジンにおいては潤滑油が古くなるにつれ
てディーゼルエンジン特有のカーボンスーツが潤滑油中
に混入する等極めて悪条件にさらされていることから、
摩耗・焼付といった損傷を発生し易いという不具合があ
るということである。

従って、本発明の技術的課題とするところは、Ｃｒ、、
Ｍｏ、Ｖ、Ｗ等を含有する鋼部材に対して軟窒化処理す
ることによって、ディーゼルエンジンの動弁系もしくは
バキュームポンプ用ローラ式ロフカアームのすべり摺動
部位、及び、バキュームポンプのロッカアームとプルロ
ッドとの当接摺動部位、並びに、ピストンリングにおけ
る摺動部位等といった、摩耗・焼付を発生し易い部位に
用いられる摺動部材に対する耐摩耗・耐焼付性を優れた
ものとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、重
量比率にて、Ｃ、Ｏ，Ｓ〜１．４０％。

ＭｎＨｌ、５０％以下、Ｓｉ；１．０％以下、Ｃｒ；６
．０〜９．０％＋　Ｍ　ｏ　；　０−２〜２．５％、■
及びＷのうち少なくともｉａｔ類以上；０．６％以下、
残部Ｆｅと不可避の不純物からなる組成の鋼部材に対し
、軟窒化処理することによって、前記鋼部材の表面に厚
さ５μ以上の化合物層を形成せしめたことを特徴とする
耐摩耗・耐焼付性摺動部材からなっている。

〔作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

まず、本発明において使用する鋼部材は、軟窒化処理に
より鋼部材の表面に所定の化合物層を形成し易（したも
ので、その化学成分の限定理由について以下に説明する
。

なお、以下の説明において各合金元素の含有量は、いず
れも重量％にて表示している。

まず、本発明の耐摩耗・耐焼付性摺動部材において、Ｃ
は焼入によって必要な硬さを確保するとともに、炭化物
を形成して基地の強度を向上させるために０．８％以上
の含有が必要である。

しかし、含有量が多くなると炭化物の粒径が粗大となっ
て、摺動する相手材に対する損傷性を増大することから
その上限を１．４０％とした。

また、ＣｒはＣと結合して炭化物を形成し基地の強度と
摺動部材としての耐摩耗・耐燃付性を向上させるばかり
でなく、軟窒化処理により窒化物を形成して極めて硬い
化合物層を形成し、摺動部材の表面層硬さを高めるとと
もに硬化深さを増大させる効果を有することから、これ
らの効果を確保するためには５．０％以上の含有量が必
要である。゛しかし、含有量が過多となると軟窒化処理
により形成された化合物層の硬さが高くなり過ぎて、摺
動する相手材に対する損傷性を増大させるばかりでなく
、その摩耗粉によって自身の摩耗量も増大することから
その上限を９．０％とした。

また、ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成して基地の強度
を向上させるとともに焼もどし軟化抵抗を増大させ、し
かも、軟窒化処理により摺動部材の表面に形成される窒
化層の硬さを高めて耐摩耗・耐焼付性を向上させるため
に有効であることから０．２％以上の含有が必要である
。

しかし、含有量が過多となると摺動する相手材に対する
損傷性を増大させ、その摩耗粉によって自身の摩耗量も
増大することからその上限を２．５％とした。

また、■及びＷはＭｏと同様に焼もどし軟化抵抗を増大
させるとともに炭化物の微細化に有効であり、しかも、
軟窒化処理による摺動部材の表面への窒化物の形成を促
進して表面層硬さを高めることから有効であるものの、
０．６％を越えて含有させると硬質な炭化物を形成する
とともに、炭化物が粗大化することにより摺動する相手
材に対する損傷性を増大することから、その上限を０．
６％とした。

また、Ｓｔは精錬時においてＭｎとともに脱酸元素とし
て添加されるものであるが、１．０％を越えて含有する
と軟窒化処理時においてＮの拡散を妨げる弊害を有する
ことからその上限を１．０％とした。

また、ＭｎはＳｉと同様に脱酸元素として添加されるほ
かに、焼入性をも向上させることから有効であるが、１
．５％を越えて含有させると機械加工性を低下させるこ
とからその上限を１．５％とした。

次に、本発明の耐摩耗・耐焼付性摺動部材において、軟
窒化処理することによって上述の組成の鋼部材の表面に
厚さ５μ以上の化合物層を形成させることとしているの
は、本発明の耐摩耗・耐焼付性摺動部材の表面層の硬さ
をＨＶ６００〜９００とし、しかも、基地の炭化物の大
きさを１０μ以下９面積率を０．５〜４．０％として、
摺動する相手材に対する損傷性と自身の耐摩耗性との優
れたバランスを確保するためである。

なお、軟窒化処理前に■焼入焼もどし処理、もしくは■
焼入処理（軟窒化処理により焼もどしを兼ねる）等の熱
処理を施こすことは、本発明材の特性をさらに向上する
観点から望ましいことである。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

（実施例■） 第１図は、本発明にかかる耐摩耗・耐焼付性摺動部材を
用いたローラ式ロッカアームにおけるローラ部形状を示
す実施例である。

これらの実施例において用いた本発明材としては、重量
比率にて１．２８％Ｃ−０，３１％５ｉ−０゜３５％Ｍ
ｎ−７，９０％Ｃｒ　−０，８９％Ｍ　ｏ　−０，２３
％Ｖ−ＢａｌＦｅの組成からなる鋼部材を用いて、熱処
理として９５０℃×１時間加熱後油焼入＋５７０℃×１
時間加熱後水冷の焼もどし処理を実施した後、５７０℃
×５時間のガス軟窒化処理して油冷却したものである。

まず、第１図（ａ）に示す第１実施例においては、ダブ
ルローラタイプの実施例としてインナローラ２を上述の
本発明材、アウタローラ３をＪＩＳ規格５Ｃｒ４２０の
浸炭焼入処理材、ピン４をＪＩＳ規格５４８Ｃの高周波
廃人材もしくはＪＩＳ規格５Ｃｒ４２０の浸炭焼入処理
材としたものである。

また、第１図（ｂ）に示す第２実施例においては、シン
グルローラタイプの実施例としてローラ２ａを本発明材
、ピン４をＪＩＳ規格５４８Ｃの高周波廃人材もしくは
ＪＩＳ規格５Ｃｒ４２０の浸炭焼入処理材としたもので
ある。

また、第１図（Ｃ１に示す第３実施例においては、第２
実施例と同様にシングルローラタイプの実施例としてロ
ーラ２ａをＪＩＳ規格５Ｃｒ４２０の浸炭焼入処理材、
ピン４を本発明材としたものである。

そして、上述の材料組合せのローラ２．３もしくは２ａ
とピン４を用いて、ディーゼルエンジンにより回転数；
　５４００　ｒｐｍ　、油温；１３０℃として全負荷に
て台上耐久試験を実施し、ローラ２゜３もしくは２ａと
ピン４の間における焼付発生までの耐久試験時間を測定
した。

その試験結果を第２図に示している。

なお、第２図において、比較のために従来のダブルロー
ラタイプの材料組合せとしてインナローラ２をＪ、ＩＳ
規格５４８Ｇのガス軟窒化処理材。

アウタローラ３をＪＩＳ規格５Ｃｒ４２０の浸炭焼入処
理材、ピン４をＪＩＳ規格５４８Ｇの高周波廃人材とし
たもの、及び、従来のシングルローラタイプの材料組合
せとしてローラ２ａをＪＩＳ規格５Ｃｒ４２０の浸炭焼
入処理材、ピン４をＪＩｓ規格５４８Ｃのガス軟窒化処
理材としたものを併せて示している。

第２図から明らかなように、本発明材を第１実施例のよ
うなダブルローラタイプに用いることによって、従来の
シングルローラタイプのローラ２とピン４との材料組合
せに比較して約６倍、ダブルローラタイプのローラ２ａ
とピン４との材料組合せに比較して約３倍に焼付耐久寿
命が向上されていることが理解される。

なお、コスト低減タイプのシングルローラタイプとして
の第２実施例及び第３実施例においても、その焼付耐久
寿命が従来のダブルローラタイプのローラ２とピン４と
の材料組合せと同等以上となっていることが理解される
。

（実施例■） 第３図は、本発明にかかる耐摩耗・耐焼付性摺動部材を
用いたディーゼルエンジンのバキュームポンプにおける
ロッカアーム５とプルロッド１６との当接摺動部位の形
状を示す実施例である。

第３図（ａ）は、本発明の第１実施例を示し、バキュー
ムポンプのロッカアーム５とプルロッド１６との当接摺
動部位の構造は従来のままとし、プルロッド１６に本発
明材、ロッカアーム５にＪＩＳ規格ＳＣＭ４１５の浸炭
焼入処理材を使用したものである。

また、第３図（ｂ）は、本発明の第２実施例を示し、バ
キュームポンプのプルロッド１６のロッカアーム５との
当接摺動部位にスペーサ１７を配置し、ロッカアーム５
にはＪＩＳ規格ＳＣＭ４１５の浸炭焼入処理材、プルロ
ッド１６にはＪＩＳ規格５１０Ｃの浸炭浸窒焼入処理材
の従来と同様な材料とし、スペーサ１７に本発明材を使
用したものである。

なお、これらの実施例において用いた本発明材としては
、重量比率にて１．２８％Ｃ−０，３１％５ｉ−０，３
５％Ｍｎ−７，９０％Ｃｒ−０，８９％ＭＯ−０．２３
％Ｖ−ＢａｌＦｅの組成からなる鋼部材を用いて、熱処
理として９５０℃×１時間加熱後油焼入＋５７０℃×１
時間加熱後水冷の焼もどし処理を実施した後、５７０℃
×５時間のガス軟窒化処理して油冷却したものである。

そして、上述の材料組合せのプルロッド１６とロッカア
ーム５を用いて、ディーゼルエンジンにより回転数：　
５４００　ｒｐ＋ｗ　Ｘ　２００時間、油温；１３０℃
として全負荷にて台上耐久試験を実施し、ロッカアーム
５及びプルロッド１６の摩耗量を測定した。

その試験結果を第４図に示している。

なお、第４図には、比較のために第３図（ａ）に示すよ
うな従来のバキュームポンプの構造のままとして、ロッ
カアーム５とプルロッド１６の材料組合せとしてロッカ
アーム５をＪＩＳ規格ＳＣＭ４１５の浸炭焼入処理材、
プルロッド１６をＪＩＳ窺格５ＩＯＣの浸炭浸窒焼入処
理材とした従来例■、ロッカアーム５をＪＩＳ規格ＳＣ
Ｍ４１５の浸炭焼入処理材、プルロッド１６をＪＩＳ規
格ＳＣＭ４１５の浸炭焼入処理材とした従来例■、ロッ
カアーム５をＪＩＳ規格ＦＣ３０のチル処理材。

プルロッド１６をＪＩＳ規格５ＩＯＣの浸炭浸窒焼入処
理材とした従来例■、ロッカアーム５をＪＩｓ規格ＦＣ
３０のチル処理材、プルロッド１６をＪＩＳ規格ＳＣＭ
４１５の浸炭焼入処理材とした従来例■を併せて示して
いる。

第４図から明らかなように、本発明材をプルロフト１６
に使用した第１実施例及び本発明材をスペーサ１７に使
用した第２実施例は、従来の材料組合せである従来例■
〜■のいずれと比較しても、ロッカアーム摩耗量及びプ
ルロフト１６の摩耗量の両者においても著しく優れた耐
摩耗性を示していることが理解される。

なお、プルロッド１６におけるロッカアーム５との当接
摺動部位に本発明材にて製造したスペーサ１７を配置し
た第２実施例は、スペーサ１７の回転を伴うことから従
来の構造のままとして、ロッカアーム５に本発明材を使
用した第１実施例に比べてさらに優れた耐摩耗性を示し
ている。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる耐摩耗・耐
焼付性摺動部材によれば、Ｃｒ、Ｍｏ。

Ｖ、Ｗ等を含有する鋼部材に対して軟窒化処理すること
によって、ディーゼルエンジンの動弁系もしくはバキュ
ームポンプ用ローラ式ロッカアームのすべり摺動部位、
及び、バキュームポンプのロッカアームとプルロッドと
の当接摺動部位、並びに、ピストンリングにおける摺動
部位等といった、摩耗・焼付を発生し易い部位に用いら
れる摺動部材に対する耐摩耗・耐焼付性を優れたものと
することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明材を使用したダブルローラタイ
プにおけるローラとピンの材料組合せの第１実施例を示
す図。 第１図山）は、本発明材を使用したシングルローラタイ
プにおけるローラとピンの材料組合せの第２実施例を示
す図。 第１図（Ｃ）は、本発明材を使用したシングルローラタ
イプにおけるローラとピンの材料組合せの第３実施例を
示す図。 第２図は、ディーゼルエンジンによる焼付耐久試験結果
を示す図。 第３図Ｔａ）は、従来のバキュームポンプにおけるロッ
カアームとプルロッドの当接摺動部位の構造を示す図。 第３図（ｂ）は、本発明の第２実施例に用いたバキュー
ムポンプにおけるロッカアームとプルロッドの当接摺動
部位の構造を示す図。 第４図は、ディーゼルエンジンによる台上耐久試験結果
を示す図。 第５図は、エンジンの動弁系に用いられたローラ式ロッ
カアームを示す図。 第６図は、バキュームポンプに用いられたローラ式ロッ
カアームを示す図である。 １−−−−−一カム。 ２−−−−−−インナローラ。 ２ａ−・−ローラ。 ３・−・−アウタローラ。 ４・−−−−−ピン。 ５−−−−−一ロッカアーム。 ６・−・−ロッカシャフト。 ？−−−−−−油孔。 ８−−−−−一エンジンバルプ。 ９−−−−−−アジャストスクリュー。 ｌＯ・−−−一−パルプスプリング。 １１−−−−一・バルブリテーナ。 １２−−−−−−バルブコツタ。 １３−−−−−−バルブガイド。 １４−・−・バルブシート。 １５・−−〜−−シリンダヘッド。 １６−・−プルロッド。 １７−・−・スペーサ。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 （ご） （１））　　　　　　　　　　　　（Ｃ）第１図 （′ａ）　　　　　　　　　　　　（ｔ））第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量比率にて、Ｃ；０．８〜１．４０％、Ｍｎ；１
   ．５０％以下、Ｓｉ；１．０％以下、Ｃｒ；６．０〜９
   ．０％、Ｍｏ；０．２〜２．５％、Ｖ及びＷのうち少な
   くとも１種類以上；０．６％以下、残部Ｆｅと不可避の
   不純物からなる組成の鋼部材に対し、軟窒化処理するこ
   とによって、前記鋼部材の表面に厚さ５μ以上の化合物
   層を形成せしめたことを特徴とする耐摩耗・耐焼付性摺
   動部材。