JPS62243905A - 内燃機関用ロツカア−ム - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明Ｌ±−窩而午面か九ス自動市田肉機増閏の構成
部品として利用される摺動部材に関し、特にカムシャフ
トのカム部との間で高面圧で摺動接触する内燃機関用ロ
ッカアームに関するものである。

（従来の技術） 近年、車両の高性能化ならびにメンテナンスフリー化が
進展し、それに伴って自動車用内燃機関の構成部品であ
るロッカアームのカムシャフトとの摺動面部分に要求さ
れる摺動特性はますます厳しくなってきている。そのた
め、ロッカアームをロッカアーム本体とロッカアームチ
ップとから構成し、ロッカアームチップの材料としてこ
れまでにチル鋳物、炭化物分散型鉄系焼結合金、超硬合
金、セラミックス等のいろいろな材料が使用されてきた
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらのうちチル鋳物や炭化物分散型鉄
系焼結合金についてはいまだそれ自身の耐摩耗性が十分
でなく、超硬合金は相手材に対する攻撃性が大きく、セ
ラミックスはコスト的に高くかつ衝撃的な力が加わるこ
とによる破損や脱落の恐れがあるなどの問題点があり、
それゆえ超硬合金やセラミックスよりも安価でかっ＃摩
耗性に優れしかも相手材に対する攻撃性の小さなロッカ
アームチップを有するロッカアームの開発が要望されて
いる。

この発明はこうした実情に鑑みてなされたもので、特公
昭５６−８９０４号、特公昭５６−１５７７３号および
特開昭５８−６７８４２号の各公報に開示されたＦｅを
含むＭ　ｏ　＋　Ｃｒ　＊　Ｗ　＋Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｏなどの硼化物形成元素の１種以上
の硼化物および／または複硼化物からなる硬質相に着目
し、ロッカアームの摺動面を前記硬質相がマルテンサイ
ト系ステンレス鋼系の結合相中に均一に分散した組織を
有する焼結合金とし、硼化物および／または複硼化物の
もつ優れた耐摩耗性、なじみ性およびマルテンサイト系
ステンレス鋼系結合相のもつ優れた耐食性ならびにマル
テンサイト系ステンレス鋼系結合相と硼化物および／ま
たは複硼化物との強固な密着力を最大限に活用すること
によって、前記問題点の解決を図り、超硬合金やセラミ
ックスよりも安価でかつ耐摩耗性に優れしかも相手材に
対する攻悠性の小さいロッカアームを提供することを目
的としている。

し発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明による内燃機関用ロッカアームは、少なくとも
カムシャフトとの摺動面となる部位に、Ｆｅを含むＭ　
ｏ　、　Ｗ　、　Ｃｒ　、　Ｔ　ｉ　、　Ｖ　、　Ｎ　
ｂ　。

Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｏなどの硼化物形成元素の１種以
上の硼化物および／または複硼化物からなる硬質相が、
マルテンサイト系ステンレス鋼系の結合相中に均一に分
散した焼結合金を用いたものであって、前記焼結合金中
の硼素含有量が３．０〜５．０重量％、硬質相の割合が
４０〜６２重量％、硼化物および／または複硼化物の最
大粒径が５０ｇｍ以下、硬さがＨＲＡ８０以上、抗折力
が１７５ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることを特徴としてい
る。

この発明による内燃機関用ロッカアームは上記の構成を
有するものであり、とくにディーゼルエンジン用ロッカ
アームとして極めて優れた特性を有するものである。す
なわち、近年、ディーゼルエンジンは排気ガス中の有害
成分であるＮＯｘを低減するため排気ガス還流装置（以
下、「ＥＧＲ」とする、）の導入が検討されているが、
このＥＧＲ化によりロッカアームチップおよびカムシャ
フトの摩耗が増大するので何らかの対策が必要とされて
いる。

そこで、本発明者らはロッカアームチー２プおよびカム
の摩耗に及ぼすＥＧＲのＪ＃響を種々検討した結果、Ｅ
ＧＲ化によるロッカアームチップとカムの摩耗量増大の
主要因は、エンジンオイル中に混入したすすによる耐摩
耗保護被膜の剥離と、ブローバイガス中のＳＯｘガスに
よる摺動部金属新生面における腐食との相乗作用にある
という新しい知見を見い出した。

この発明は、このような新たな知見に基づいて初めて可
能となったものであり、すすによる耐摩耗性保護被膜の
剥離に対しては、硬質相の種類を従来の炭化物系よりも
金属とのなじみ性に優れた硼化物および／または複硼化
物とすることによってカム・チップ間の金属接触による
摩耗を低減し、〜方、ブローバイガス中のＳＯｘガスに
よる摺動部金属新生面における腐食に対しては、マトリ
ックス組織を耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレ
ス鋼系マトリックスとして腐食摩耗を低減することによ
り、ＥＧＲを付加してもロッカアームのチップ部のみな
らず相手材であるカムの摩耗量をも極めて低いレベルに
おさえることができるという従来のロッカアームになか
った優れた特性を付与することに成功した。

以下、この発明についてさらに詳細に説明する。

この発明による内燃機関用ロッカアームにおいてそのカ
ムシャフトとの摺動面となる部位に用いる焼結合金は、
上記したように、鉄を含む硼化物形成元素の硼化物およ
び／または複硼化物よりなる硬質相がマルテンサイト系
ステンレス鋼系の結金相中に均一に分散していることを
特徴とするものである。

これらのうち、硬質相は、前記したように、Ｆｅを含む
Ｍ　ｏ　、　Ｃｒ　、　Ｗ　、　Ｔ　ｉ　、　Ｖ　、　
Ｎ　ｂ　。

Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｏ等の硼化物形成元素のうちいず
れか１種以上よりなる硼化物および／または複硼化物に
よって形成されているものである。

この場合、硼化物はＭＢあるいはＭ２　Ｂ　（Ｍは金属
）、複硼化物はＭＸＮＹＢ２（Ｍ、Ｎは金属）等いろい
ろな形態があるが、なかでも特にＭｏ２ＦｅＢ２型、　
Ｗ　Ｆ　ｅ　Ｂ型およびＷ２ＦｅＢ２型の複硼化物が主
体となる場合において、抗折力および硬さが安定的に高
くなることからより好ましい、ここで、Ｍｏ２ＦｅＢ２
型。

Ｗ　Ｆ　ｅ　Ｂ型あるいはＷ２ＦｅＢ２型の複硼化物に
ついては、ＭｏとＷは相互に、またＦｅがＣｒ。

Ｎｉ、Ｃｏと部分的に置換した形であっても同じく良好
な特性を有する。

次に、硼化物形成元素としてＦ　ｅ　、　Ｍ　ｏ　、　
Ｗ　。

Ｃｒ、Ｔｉ　、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ　、Ｚｒ、Ｃ。

などを選定した理由について述べる。

ＦｅはこのＦｅを含む硼化物および／または複硼化物が
十分に高い硬度と靭性を示すこと、ＣｒやＮｉなどの適
量添加によって結合相をステンレス鋼系として優れた耐
食性を示すこと、Ｆｅを主体とする硼化物および／また
は複硼化物は工業的に容易に得やすくかつ安価であるこ
となどから、この発明のロッカアームの摺動面となる部
位に用いる焼結合金については、耐摩耗性、耐食性など
の特性の許す範囲内でできるだけ多く含むようにするこ
とが好ましい。

Ｍｏ、Ｗは周期律表でＶｌａ族の元素であり、いずれも
高硬度の硼化物および／または複硼化物を形成し、特に
前述したＭｏ２ＦｅＢ２型。

Ｗ　Ｆ　ｅ　Ｂ型、　Ｗ２　Ｆ　ｅ　Ｂ　２型の複硼化
物形成のために必要不可欠である。また、Ｍｏ、Ｗは結
合相の抗折力、耐摩耗性、耐食性の向上にも顕著な効果
がある。

Ｃｒはこれも安定な硼化物および／または複硼化物を形
成する元素であり、特にＣｒを硬質相として添加した場
合に硬質相の耐食性を著しく改善することができる。ま
た、Ｃｒは結合相においてＦｅと結びつき、結合相をス
テンレス鋼系として耐食性の向上を図るためにも不可欠
の元素である。

Ｔｉは周期律表でＶａ族、■は同じ＜Ｖａ族の元素であ
り、いずれも安定でかつ高硬度の硼化物および／または
複硼化物を形成する。また、これらは前述したＭｏ２Ｆ
ｅＢ２型、　Ｗ　Ｆ　ｅ　Ｂ型。

Ｗ２ＦｅＢ２型の複硼化物のＭＯもしくはＷと置換され
かつ一部が結合相中で合金化され、硬度を向上させるば
かりでなく液相焼結時の結晶粒の粗大化を防止する効果
を持つ、なお、Ｔｉと同じＶａ族に属するＺｒ、Ｈｆお
よびＶと同じＶａ族に属するＮｂ、ＴａもそれぞれＴｉ
、Ｖと同様の効果が期待できる。

Ｃｏは安定な硼化物および／または複硼化物を形成する
元素であって、硬質相に添加することにより耐摩耗性を
改善する効果を与える。また、このＣｏは特に前述した
ように、Ｍｏ２ＦｅＢ２型、　Ｗ　Ｆ　ｅ　Ｂ型、　Ｗ
２　Ｆ　ｅ　Ｂ２１Ｊｆ）複硼化物のＦｅの−・部と置
換した形態のときにその効果が顕著である。

一方、以上述べてきた元素と結びついて硼化物および／
または複硼化物を形成するＢの添加量としては、３．０
重量％未満では硬質相の割合が少なすぎて耐摩耗性が不
足し、５．０重量％超過では結合相の割合が少なすぎて
抗折力や衝撃値が低下してしまうことから、Ｂ添加量は
３．０〜５．０重量％が好ましい、また、硬質相の割合
は、上記Ｂ量が３．０重量％のときに４０重量％になり
、Ｂ量が５．０重量％のときに６２重量％になるので、
４０〜６２重量％が好ましい。

他方、硼化物および／または複硼化物の粒径については
、これが５０μｍを超えるような大きさでは当該硼化物
および／または複硼化物の凝集が起きやすくなって分布
が不均一となり、硬さのばらつきも増大する傾向にある
。その結果、抗折力や衝撃値のような機械的特性だけで
はなく耐摩耗性も低下するため、硼化物および／または
複硼化物の粒径としては５０ＪＬｍ以下が好ましい。

この発明によるロッカアームの摺動面となる部位を形成
する焼結合金の特徴の一つは、前記したように、結台相
力ｔマルテンサイト系ステンレス鋼系から成っているこ
とにある。このマルテンサイト系ステンレス鋼系のマト
リックスは硬質相である硼化物および／または複硼化物
との結合力が強く、また耐食性にも優れているだけでな
く、　Ｃ。

基やＮｉ基の結合相に比較して非常に安価であるという
大きな利点を有する。また、ステンレス鋼系のなかでも
結合相としてはマルテンサイト系のステンレス鋼系のも
のが摺動部材として特に優れた特性を有する。これは結
合相がオーステナイト系やフェライト系のステンレス鋼
系の場合は結合相の凝着性が増大し、その結果として相
手材ならびに自身の摩耗量が増加してしまうのに対して
、マルテンサイト系ステンレス鋼系の結合相の場合は硬
度が高く耐凝着性も良好なためである。また、結合相へ
のＮＬ含有量については、これが多くなりすぎてオース
テナイト系になってしまうと前述したように凝着性が増
大してしまうので好ましくないが、マルテンサイト系に
なる範囲内であればＮｉ含有量が多いほど結合相の耐食
性が向上するため好ましい。

さらに、摺動面を形成する焼結合金の硬さとしては、Ｈ
ＲＡ８０以上であることが好ましい、これはＨＲＡ８０
に満たない硬さでは局部的なスカッフィングを生じやす
く、これが進展して自分自身および相手材両者の摩耗量
が著しく増大してしまうためである。一方、硬さがＨＲ
Ａ９０を超えると摺動面の加工が量産規模では困難とな
るため、硬さの上限としてはＨＲＡ９０とするのが好ま
しい。

さらにまた、摺動面を形成する焼結合金の抗折力は、こ
れが１７５ｋｇｆ／ｍｍ２未満であるとピッティングが
生じやすくなるとともに摩耗量も増大する傾向があるこ
とから１７５ｋｇｆ／ｍｍ′以上とするのが好ましい、
そして特に、この抗折力が１７５ｋｇｆ／ｍｍ’未満の
時にピッティングや摩耗量の増加する傾向は当該摺動面
に加わる面圧が高い時に顕著である。

この発明による丙燃機関用ロッカアームは、少なくとも
カムシャフトとの摺動面となる部位に上記の硼化物およ
び／または複硼化物系焼結合金を用いたことを特徴とす
るものであり、カムシャフトとの摺動面を形成するロッ
カアームチップの全体を前記の硼化物および／または複
硼化物系焼結合金としても、あるいはカムシャフトとの
摺動面のみを薄板状の硼化物および／または複硼化物系
焼結合金とし、これを母材と一体化してロッカアームチ
ップとしても、どちらでもよい。

次に、上記のうちまず、Ｍｏ、Ｗ等の稀少金属の使用量
が少なくてすみ、コスト的に安くなるという利点がある
カムシャフトとの摺動面のみを薄板状の硼化物および／
または複硼化物系焼結合金とし、これを母材と一体化す
るタイプのロッカアームチップについて説明する。

この場合、薄板状の硼化物および／または複硼化物系焼
結合金の厚さとしては、これが０．２ｍｍ未満であると
薄板状焼結合金と母材との界面に剥離を生じたり、使用
中に薄板状焼結合金に微細な割れが生じたりしやすくな
るため好ましくなく、一方、０．８ｍｍを超えるとコス
トが高くなるばかりで耐摩耗性の面では効果があまり変
らないことのほかに、ロッカアームチップとロッカアー
ム本体とをろう付するタイプのものでは、ろう付後の冷
却時に薄板状焼結合金と母材との熱膨張の差から一旦仕
上げた表面の曲率が歪んでしまうという問題を生じやす
い、そのため、ロッカアームチップの摺動面をなす薄板
状焼結合金の厚さとしては０．２〜０．８ｍｍが好まし
い。

また、カムシャフトとの摺動面を形成する硼化物および
／または複硼化物系焼結合金は、従来ロッカアームチッ
プとして用いられてきたチル鋳物や鉄−クロム系焼結合
金に比較すると、表面粗さをより細かくしておかないと
相手材であるカムシャフトの摩耗量を増大させてしまう
傾向にある。そして、特にこの傾向はエンジン回転数の
増減を頻繁に行った場合に顕著である。

この理由については明確ではないが、鉄を含んだ硼化物
および／または複硼化物はいかになじみ性が良くとも、
相手材であるカムシャフトの硬質相（通常はセメンタイ
トもしくはマルテンサイト）に比較すると硬さが高いた
め、表面粗さが粗いとカムシャフトの硬質相を削り取っ
てしまうためだと思われる。

本発明者らは、この硼化物および／または複硼化物系焼
結合金の表面粗さとカムシャフトの摩耗量との関係を調
べた結果、表面粗さがＲｍａｘ２、Ｏｐｍ以下であれば
、ロッカアーム、カムシャフトとも摩耗量が極めて少な
くなること見い出した。このため、硼化物および／また
は複硼化物系焼結合金の表面粗さはＲｍａｘ２．Ｏｐｍ
以下とすることが好ましいことを確かめた。

そして、前記のように、硼化物および／または複硼化物
系焼結合金を薄板状にして用い、これを母材と一体化し
てロッカアームチップとして使用する場合においては、
後述するように前記母材にはある程度以上の硬　さが要
求されるが、該母材のＣ含有量が０．２５重量％程度以
上の鋼であれば、必要とされる母材硬さが熱処理等によ
り容易にかつ安価に得られる。しかし、前記ＪｉＪ材と
して９　、５　玉；、１％を超えるＣを含有している鋼
を用いた場合には、前記硼化物および／または複硼化物
系焼結合金成形体と、核ｌす材とを組み合わせた後に行
う液相焼結時に、該母材中にＣが硼化物および／または
複硼化物系焼結合金中に過剰に拡散してマルテンサイト
系ステンレス鋼系の結合相中に炭化物を析出させてしま
い、硼化物および／または複硼化物系焼結合金の抗折力
や耐食性を低下させてしまうため、前記母材の材質はＣ
含有量０．２５〜０．５重量％程度の鋼が好ましい。

前述したように、前記ロッカアームチップのＩＩ材には
ある程度以−Ｌの硬さが要求される。これは、前記１１
７材が軟いと使用中に該母材に局部的な座ノｉ：が生じ
てしまい、前記薄板状焼結合金のクラック発生原因とな
ったり、さらにはくり返し応力が働くことによりこの座
Ａ＋ｉが進展してロッカアームチップとしての許容形状
を超えてしまい。

パルプ作動に支障をきたしてしまうことによる。

そこで、この座屈を生じさせないために必要な該母材の
硬さは、ロッカアームチップにがかる面圧、前記薄板状
焼結合金の厚さ、硬さ、抗折力等により変化するが、本
発明者らは種々の実験を行った結果、現在一般的に考え
られるロッカアームに加わる面圧（ヘルツ圧；通常１０
０ｋｇｆ／ｍ　ｍ　’以下、最大１５０ｋｇｆ／ｍｍ２
以下）では該母材の硬さと該薄板状焼結合金の厚さが、
Ｈ≧２８−１５ｔ　　［Ｈ：母材の硬さくＨＲＣ）。

ｔ；薄板状焼結合金の厚さくｍｍ）］の関係を満たして
いれば、該母材の座屈や薄板状焼結合金の微細クラック
等は生じないことが明らかになった。

前記ロッカアームチップを前記ロッカアーム本体と一体
化する方法の代表的なものとしてはろう材を用いたろう
打法がある。このろう打法の場合、ろう付温度に加熱さ
れることによって、熱処理等により高めていた前記ロッ
カアーム母材の硬さが低下して所望の硬さ以下になって
しまうことが生じる。そこで、これを防ぐ意味から、ろ
う打法により該ロッカアームチップとロッカアーム本体
とを一体化する場合には以下に示す方法をとることが好
ましい。

すなわち、ろう材については、銅ろう材はろう付温度が
高いために、ろう付時にロッカアーム本体やロッカアー
ムチップ母材の結晶粒が粗大化してしまうことから、ろ
う付温度がより低い銀ろう材を使用することが好ましい
、前記ロッカアームチップ母材の材質としては、前述し
たようにＣ含有量が０．２５〜０．５重量％程度の機械
構造用低合金鋼が好ましい、これは、Ｃ含有量が０．５
重量％を超えると、前述したように前記薄板状焼結合金
成形体と母材とを組み合わせた後に、前記母材の融点よ
りも低い温度で加熱して薄板状焼結合金を液相焼結させ
ると同時に冶金的結合させてロッカアームチップとなす
ときに、母材中の炭素が拡散により過剰に薄板状焼結合
金中に移行し、結合相中に炭化物を析出して、薄板状焼
結合金の抗折力や耐食性を低下させてしまうため好まし
くない、一方、Ｃ含有量が０．２５重量％未満では後述
するようなろう付後の冷却速度では前記母材が必要な硬
さとならないため好ましくない。

次に、上述の手法で製造したロッカアームチップに対し
ては焼準処理を施すのが好ましい、これは、前記薄板状
焼結合金の液相焼結の際における焼結温度が通常は１２
００℃以上と高いために、前記母材の結晶粒が粗大化し
てしまい、このままではろう打検冷却した場合の母材硬
さのばらつきの原因となるためである。そこで、これを
防ぐために焼準処理を施してろう付の前に前記母材の結
晶粒を微細にしておくことが好ましい。

ろう付時の加熱方式としては加熱炉による方式等もある
が、上記の場合はろう付後の冷却が行われやすいことか
ら高周波誘導加熱方式がより好ましい、また、ろう材と
しては前述したように銀ろう材を用いるのが好ましく、
ろう付温度としては８２０〜８８０℃がより好ましい、
これは、このろう付温度の範囲が上記したロッカアーム
チップ母材の材質として好ましい焼入性を保証した構造
用鋼（Ｈ鋼）の焼入最適温度と合致しており、後述する
冷却速度で安定的に所望の母材硬さが得られるためであ
る。そして、ろう付後の冷却速度としては、これが４０
’Ｃ／ｍｉｎ未満であると安定的に所望の母材硬さが得
られず、また、１２０”Ｑ／ｍｉｎを超える冷却速度で
は冷却速度が大きすぎるため前記薄板状焼結合金と前記
母材との熱膨張の差から一旦仕上げた表面の曲率が歪ん
でしまうため、４０〜ｂ することがより好ましい。

（実施例） 以下、この発明の実施例を比較例とともに説明する。

まず、最初の実施例においては、１３％Ｂ−５％Ｃｒ−
Ｆｅ残部の粉末に、Ｍｏ粉末５０％。

Ｃｒ粉末５．１％、Ｎｆ粉宋２％、Ｆｅ粉末４％。

黒鉛粉末０．４％とパラフィン５％を混合し、ボールミ
ルで湿式粉砕して乾燥した後、密度比４８％にプレス成
形を行って薄板成形体を得た。

次に、この薄板成形体をあらかじめ所定の形状に仕上げ
られたＳ　０Ｍ４３５！ｍｌ！のロッカアーム母材のう
えにセットした後、１０］Ｔｏｒｒの真空中で１２５０
℃、３０ｍ１　ｎの加熱を行って焼結および接合を同時
に行った（第１表の尚、１参照、）。

次いで、このロッカアームチップに対し９００℃で１時
間の焼準処理を行い、さらに該ロッカアームチップに対
し所定の寸法に機械加工を施すとともにカムシャフトと
の摺動面あらさをＲｍａｘｌ、５〜２．０終ｍとしたも
のを銀ろう材薄片を介して５４ＯＣ製のロッカアーム本
体にセットし、高周波誘導加熱で８５０”Ｃｔに加熱し
てろう付を行った後、直ちにエア吹付けによる強制空冷
によって８０”Ｏ／ｍｉｎの冷却速度で冷却を行い、さ
らに該ロッカアームチップのカムシャフトとの摺動面を
基準として最終仕上加工を行って第２表に示す本発明例
Ｎｂ、　１のロッカアームを得た。

一方、本発明倒動、２〜Ｎ０．１０および比較例＋１＆
）、１１〜Ｎ０．１５の各ロッカアームについては焼結
後に第１表に示す化学組成となるように添加粉末を調製
混合し、ボールミルで湿式粉砕して乾燥した後、それぞ
れ第１表に示す密度比４５〜５０％にプレス成形を行っ
て薄板成形体を得た。

次いで、各薄板成形体をそれぞれ第２表に示したように
、ＳＣＭ４３５製、ＳＣｒ４４５製。

ＳＮ０Ｍ４４７製、ＳＮ０Ｍ４３１製ノロツカアームチ
ツプ母材の上にセットした後、ｘｏ−：１Ｔｏｒｒの真
空中でそれぞれの配合比ごとの最適焼結温度（すなわち
、第１表に示すｌ　２１０”０〜１２８０℃）で３０ｍ
１ｎ加熱して焼結および接合を同時に行った。

次に、各ロッカアームチップに対し９ｏｏ℃でｌｈｒの
焼準処理を行った後、機械加工により所定の寸法にする
とともにカムシャフトとの摺動面あらさをＲｍａｘ２．
ＯＪＬｍ以下としたものを銀ろう材を介して５４ＯＣ製
のロッカアーム本体にセットして第２表に示すそれぞれ
のろう付条件でろう付・冷却を行った後、ロッカアーム
チップのカムシャフトとの摺動面を基準として最終仕上
加工を行って第２表の尚、２〜Ｎｏ、１５に示すそれぞ
れのロッカアームを得た。

次に、第１表および第２表の仕様をもっ崩。

１−＋１Ｊｏ、１５の各ロッカアームに対して第３表に
示す条件で耐摩耗性評価を実施した。この結果を第４表
に示す。

第３表　：　耐摩耗性評価試験条件 第４表：耐摩耗性評価試験結果 第４表より明らかなように、この発明の実施例によるロ
ッカアーム（Ｎｂ、　１〜Ｎｏ、　１０）は、比較例の
ロッカアーム（Ｎｏ、１１−陽、１５）に比較して、ロ
ッカアームチップ十カムシャフトの摩耗量がかなり少な
いだけでなく、カムおよびロッカアーム摺動面のピッテ
ィングも生じておらず、極めて優れた特性を有している
ことがわかる。

次に、この実施例において、硼化物および／または複硼
化物系薄板状焼結合金を鋼製の母材と一体化してロッカ
アームチップとする場合において要件となる当該焼結合
金の厚さと母材の硬さとの関係、ならびにより好ましい
母材中のＣ含有量およびろう付条件について調べた。

まず、第３表の条件でロッカアームチップに加わるヘル
ツ応力を１００ｋｇｆ／ｍｍ’から１５０ｋｇｆ／ｍｍ
２まで変化させた場合のロッカアームチップ母材の硬さ
Ｈ（ＨＲＣ）ならびに硼化物および／または複硼化物系
薄板状焼結合金の厚さｔ　　（ｍｍ）と耐久試験中の前
記母材の座屈の有無との関係を調べた結果を第１図に示
す。

第１Ｎから明らかなように、硼化物および／または複硼
化物系焼結合金を薄板状として鋼製母材を介してロッカ
アーム本体と一体化する場合には、硼化物および／また
は複硼化物系薄板状焼結合金の厚さｔが０．２〜０．８
ｍｍでかつロッカアームチップ母材の硬さＨ（ＨＲＣ）
が。

Ｈ≧２８−１５ｔ の式を満足する範囲であれば、耐久後も母材の座屈や薄
板状焼結合金の微細クラック等も発生せず、またロッカ
アームチップとカムシャフトの摩耗量も少ないことがわ
かった。

次に、化学組成、成形体密度比および焼結温度は第１表
の動、５〜Ｎｏ、　９と同じにし、そのほか母材中のＣ
含有量およびろう付条件等を変化させて前記とほぼ同様
にして第５表に示す仕様のロッカアーム陽、１６〜Ｎｏ
、１９を製作した。そして、引続いて、第５表の尚、１
６〜Ｎｂ、１９のロッカアームに対して前出の第３表に
示した条件で耐摩耗性評価を実施したところ、第６表に
示す結果となった。

第６表に示すように、母材中の炭素含有量が少ない場合
（Ｎｏ、１６）には母材が必要な硬さとならないため一
部に座屈が発生することがあるので好ましくなく、炭素
含有量が多い場合（Ｎｏ。

１９）には母材中の炭素が拡散により薄板状焼結合金中
に移行して結合相中に炭化物を析出して当該焼結合金の
抗折力や耐食性を低下させるので好ましくない、また、
ろう打検の冷却速度が小さすぎる場合（Ｎｏ、１７）に
は所望の母材硬さが得がたいため一部に座屈が発生する
ことがあるので好ましくなく、冷却速度が大きすぎる場
合（Ｎｏ。

１８）には薄板状焼結合金と母材との熱膨張差から表面
の曲率が歪んでしまうことがあるので好ましくないこと
が確かめられた。

次に、第１表の崩、３に示す仕様のロッカアームにおい
て、その摺動面の表面粗さを種々変化させて第３表に示
した条件で耐久評価を行なった。

その結果を第７表に示す。

第７表より明らかなように、ロッカアームチップ表面の
粗さがＲｍａｘ２．０ｇｍ以下の場合にはロッカアーム
チップ、カムシャフトとも摩耗量は少ないが、表面の粗
さがＲｍａｘ２　、ＯＪＬｍを超えるとカムシャフトの
摩耗量を急激に増加させてしまうことから、表面粗さと
してはＲｍａｘ２．０ｇｍ以下とすることがより好まし
いことが明らかとなった。

次に、２万ｋｍ以上エンジン油を無交換で、しかもこの
ためすすを多量に（５％以上）含んだエンジン油を用い
て実車走行する場合のように１通常よりも厳しい耐久条
件においては、カムシャフトの摩耗はすすによるポリッ
シイング摩耗が主体となるので、このためロッカアーム
チップ焼結合金中のＢ含有量、硬質相の割合、焼結合金
硬さ。

硼化物および／または複硼化物最大粒径、チップのカム
シャフトとの摺動面の表面粗さおよび表面形状を上述し
てきた実施例よりもさらに限定したロッカアームとする
ことが好ましい、すなわち、上述のような厳しい耐久条
件のもとでは、相手材のカムシャフトの摩耗量を特に抑
えるという観点から、焼結合金中のＢ含有量は３．０〜
４．８重量％、硬質相の割合は４０〜５８重量％、硼化
物および／または複硼化物の最大粒径は１０ｇｍ以下、
ロッカアームチップの硬さはＨＲＡ８０〜８６、抗折力
は１７５ｋｇｆ／ｍｍ’以上、摺動面の表面粗さはＲｍ
ａｘｌ、２ｐｍ以下が特に好ましい。

また、チップ摺動面の形状については、カム摺動方向と
直交方向の形状が、中央部において凸形状となるように
形成することが好ましい、なお。

この凸形状を硼化物および／または複硼化物系焼結合金
と低合金鋼との積層チップにより形成することは前記両
金属の熱膨張率が大きく異なるため困難であるので、ロ
ッカアームチップ全体を硼化物および／または複硼化物
系焼結合金にすることが好ましい。

そして、この凸形状として、第２図に示す硼化物および
／または複硼化物系焼結材１（摺動方向と直角方向のチ
ップ断面）の中央部における水平面Ｈからの隆起長さｈ
が５１Ｌｍ未満ではカム攻撃性が若干見られ、ｈが３０
７ｚｍを超えるとカムとの接触面圧が高くなり、カムに
ピッチングを生じる可能性があるので、第２図に示すｈ
は５ｐｍ以上３０鉢ｍ以下が好ましい。

前記のようなｈ寸法を満たすチップ形状を得るには、硼
化物および／または複硼化物系焼結合金チップをロッカ
アーム本体にろう付する時の加熱、冷却条件をコントロ
ールする必要がある。

この場合、ろう付時の加熱方式としては、加熱炉による
方式等もあるが、本発明の場合はろう付後の冷却をコン
トロールしやすいことから高周波誘導加熱方式が好まし
い。

また、ろう材としては銀ろう材を用い、ろう付温度とし
ては８２０℃〜８８０℃が好ましい、そして、ろう付後
の冷却速度としては、ｌＯ℃／ｍｉｎ未満では５ｇｍ以
上のｈ寸法が得られず、また１２０℃／　ｍ　ｉ　ｎを
超える冷却速度では冷却速度が早すぎるため大きな反り
を生じ、ｈ寸法が３０ｇｍを超えてしまうため、１０℃
〜１２０”Ｑ／ｍｉｎの冷却速度とすることが好ましい
。

以上述べてきたより厳しい耐久条件下（すすを多量に含
んだ劣化オイルを用いてＥＧＲ化ディーゼルエンジンで
長距離走行する場合等）で用いるのに好適な、ロッカア
ームチップ全体を硼化物および／または複硼化物系焼結
合金で形成する場合について、以下にさらに詳細に説明
する。

この場合、硼化物および／または複硼化物系焼結合金は
、ポロン源として水またはガスアトマイズによって作成
したＦｅ−ＢまたはＦｅ−Ｂ系合金粉末を使用するか、
場合によってはフェロポロン粉末、　Ｍ　ｏ　、　Ｗ　
、　Ｔ　ｉ　、　Ｃｒ等の各ポライド粉末、もしくはＢ
単体粉を用い、これらとＭＯ。

Ｗ、Ｔｉ　、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ　、Ｃｏ等の金属粉
もしくはこれらを２種以上含む合金粉と炭素粉を第８表
の焼結特性を示すように所定の組成に調合した。今回使
用した焼結合金のＢ成分を除いた組成は、第８表の試料
Ｎｏ、　２Ｏ−Ｎｏ、　２９およびＮｏ、　３２〜Ｎｏ
、　３９がＦｅ−３５重量％Ｍ　ｏ　−８重量％Ｃｒ−
３重量％Ｎｉ−２重量％Ｗ−１重量％Ｃｏ　−０、５重
量％Ｖ−０，２重量％Ｔｉ　−０，５重量％ｃであり、
Ｎｏ、３０がＦｅ−２７重量％Ｃｒ−１２重量％ＭＯ−
２重量％Ｗ−０．５重量％Ｖ−０，１重量％Ｃであり、
陽、３１がＦｅ−２０重量％Ｃｒ−２０重量％Ｎｉ−１
２重量％Ｍ　ｏ　−０、５重量％Ｔ　ｉ　−０、１重量
％ｃである。

これらの混合粉を振動ボールミル等を用い有機溶媒中で
湿式粉砕した後、乾燥、造粒を行い、さらに加圧力１０
００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ２で密度比５０〜６０％の
チップ成形体を製作した。

続いて、前記硼化物および／または複硼化物系チップ成
形体を焼結温度に加熱し、液相焼結させてロッカアーム
チップ粗材を製作した。ここで、上記硼化物および／ま
たは複硼化物系チップ成形体の液相焼結条件は、１１５
０℃〜１３５０℃で１５〜９０分加熱が好ましい、つま
り、焼結温度１１５０℃未満では焼結が十分進行せず空
孔の多い焼結体となり、１３５０℃を超えると結晶粒の
粗大化が起こり抗折力の低下を生じる。また、焼結時間
が１５分未満であると前記（ａｌ化物および／または複
硼化物系焼結合金の焼結が十分進行せず、一方９０分を
超えても強度の向上が認められないことによる。

次に、前記ロッカアームチップ粗材を、ロッカアーム本
体にろう付できる所定の寸法に機械加工を施す、このと
き、カムシャフトと摺動するチップ面については最絆形
状に仕上げておく、ここで、カムと摺動する直角方向の
形状は水平にする。続いて、このチップを銀ろう材薄片
を介してロッカアーム本体にセットし、高周波誘導加熱
で８２０〜８８０℃に加熱してろう付を行った後。

直ちに空冷もしくはエア吹付けによる強制空冷により１
０℃／ｍｉｎ　〜１２０℃／ｍ１ｎ（７）冷却速度で冷
却を行い、当該ロッカアームチップのカムシャフトとの
摺動面を基準としてロッカアームチップの最終仕上加工
を行って第８表に示すようなロッカアーム崩、２０〜Ｎ
ｏ、２９を得た。

また、硼化物および／または複硼化物系焼結合金の仕様
、ロッカアームチップ仕様、ろう付条件等を上記ロッカ
アームと変えて別のロッカアームＮｏ、　３０〜Ｎｏ、
　３９を得た。

次いで、これらのロッカアーム勤、２０〜崩、３９に対
して第９表に示す条件で実車走行耐久を実施した。

第９表　：　実車走行耐久試験条件 この耐久後の摩耗量の測定結果を第３図に示す。

Ｗ　、　Ｃｒ　、　Ｔ　ｉ　、　Ｖ　、　Ｃｏなど＋７
）１種以上の硼化物および／または複硼化物からなる硬
質相が、マルテンサイト系ステンレス鋼系の結合相中に
均一に分散した焼結合金であって、該焼結合金の硼素含
有量が３．０〜４．８重量％、硬質相の割合が４０〜５
８重量％、硼化物および／または複硼化物の最大粒径が
１０７１ｍ以下、硬さがＨＲＡ　　　　’８０〜８６．
抗折力が１７５ｋｇｆ／ｍｍ２以上、カムシャフトとの
摺動面の表面粗さがＲｍａｘｌ、２ｐｍ以下であるよう
にした焼結合金によりロッカアームチップを一体に形成
し、さらにこのロッカアームツブのカムとの摺動方向と
直交方向の形状が水平に対し中央で５１Ｌｍ以上３０ｐ
ｍ以下のなだらかな凸形状を有するロッカアームチップ
である試料陽、２０〜Ｎ０．２９の場合は、前記規定範
囲外である試料崩、３０〜Ｉｌ＆）。

３９に比へて厳しい耐久条件下でもロッカアームチップ
の摩耗量が少ないばかりか相手材であるカムへの攻撃性
が少なく、なじみ性も非常に優れてさらに、ルブライズ
処理を行った什様陽、２５と塩浴軟窒化処理を行った崩
、２９のロッカアームにおいては、カムとのなじみ性を
より改善できることがわかる。

以Ｅ説明してきたように、この発明による内燃機関用ロ
ッカアームは、カムシャフトとの摺動面となる部位に、
鉄を含む１種以上の硼化物および／または複硼化物から
なる硬質層がマルテンサイト系ステンレス鋼系の結合相
中に均一に分散した焼結合金を用いたものであり、この
焼結合金をロッカアームチップとしてロッカアーム本体
に一体化させたり、前記焼結合金を薄板化して、この薄
板状焼結合金を鋼製の母材と共にロッカアームチップと
してロッカアーム本体に一体化させたものであって、ロ
ッカアームチップ摩耗量およびカムシャフト摩耗量とも
著しく少ない非常に優れた特性を有するものである。こ
れは、すでに説明したように、ディーゼルエンジンのＥ
ＧＲ化によるロッカアームチップおよびカムシャフトの
摩耗量増大の要因は、エンジンオイル中に混入したすす
によるオイル添加成分からなる耐摩耗保護被膜の剥離と
、ブローパイガス中のＳＯｘガスによる摺動部金属新生
面における腐食との相乗作用にあるという本発明者らの
解析結果から判明した新しい知見をもとにこの発明を完
成したことによるものであって、すすによる耐摩耗性保
護被膜の剥離に対しては、硬質相の種類を従来の炭化物
系よりも金属とのなじみ性に優れた硼化物および／また
は複硼化物とすることによりカム・チップ間の金属接触
による摩耗を低減し、一方、ブローバイガス中のＳＯｘ
ガスによる摺動部金属新生面における腐食に対しては、
結合相を耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼
系として腐食摩耗を低減することにより、ＥＧＲを付加
したときでもロッカアームのチップ部のみならず相手材
であるカム部の摩耗量をも極めて低いレベルにおさえる
ことに成功したものであり、従来のロッカアームにはな
かった優れた特性を有するものである。

ここで、参考までに第１表の陽、３に示した仕様のロッ
カアームと、従来の各種ロッカアームとを用いて第３表
に示した条件で耐摩耗性評価を行った結果を第１０表に
示す。

また、第８表の陽、２５に示した仕様のロッカアームと
、従来の各種ロッカアームとを用いて第９表に示した条
件で耐摩耗性評価を行った結果を第１１表に示す。

第１０表および第１１表より明らかなように、本発明品
は従来品に比較してロッカアームチップとカムシャフト
との合計の摩耗量が著しく少ないことがわかる。

以上述べた実施例においては、ディーゼルエンジンのう
ちとくにＥＧＲ仕様のものに適するロッカアームについ
て説明してきたが、この発明にょるロッカアームはもち
ろん他のエンジン仕様のロッカアームにも適用可能なだ
けでなく、ロッカアームと同様に一部分だけしか摺動面
とならない他の動弁系部品、例えばバルブリフタまたは
ラッシュアジャスタなどのほか、自動車において摺動の
激しい苛酷な条件下における各種摺動部材にも適用可能
である。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明による内燃機関用ロ
ッカアームは、カムシャフトとの摺動面となる部位に、
Ｆｅを含むＭ　Ｏ、Ｗ　、　Ｃｒ　。

Ｔｉ　、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ　、Ｚｒ、Ｃｏなどの硼
化物形成元素の１種以上の硼化物および／または複硼化
物からなる硬質相が、マルテンサイト系ステンレス鋼系
の結合相中に均一に分散した焼結合金を用いたロッカア
ームであって、前記焼結合金中の硼素含有量が３〜５重
量％、硬質相の割合が４０〜６２ｉｉ量％、硼化物およ
び／または複硼化物の最大粒径が５０μｍ以下、硬さが
ＨｎＡ８０以ト、抗折力が１７５ｋｇｆ／ｍｍ２以上と
したものであるから、ロッカアーム自体および相手材で
あるカムシャフトの摩耗量を著しく低減することが可能
であり、従来のチル鋳物や炭化物分散型鉄系焼結合金の
ようなロッカアーム自体の耐痒耗性の不十分による問題
点を解消し、従来の超硬合金のような相手材への攻撃性
が大きいことによる問題点を解消し、セラミックスのよ
うな耐衝撃特性の低いことによる問題点を解消すること
ができ、超硬合金やセラミックスよりも安価でかつ耐摩
耗性に優れしかも相手材に対する攻撃性の小さい内燃機
関川口ツカアームであるという非常に優れた効果がもた
らされる。

【図面の簡単な説明】

８８１図はロッカアームチップ母材の硬さならびに硼化
物および／または複硼化物薄板状焼結合金の厚さと耐久
試験中の母材の座屈の有無との関係を調べた結果を示す
説明図、第２図はロッカアームチップ全体を本発明の硼
化物および／または複硼化物系焼結合金で形成する場合
において摺動方向と直角方向のロッカアームチップの好
ましい断面形状を示す断面図、第３図は第８表により形
成したロッカアームチップの実車走行耐久後におけるロ
ッカアームチップおよびカムシャフトの摩耗量を示すグ
ラフである。 特許出願人　　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　　小　　塩　　　　豊 第２ｗＩ ｊｌＳ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）カムシャフトとの摺動面となる部位に、Ｆｅを含
   むＭｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ
   、Ｃｏなどの硼化物形成元素の１種以上の硼化物および
   ／または複硼化物からなる硬質相が、マルテンサイト系
   ステンレス鋼系の結合相中に均一に分散した焼結合金を
   用いたロッカアームであって、前記焼結合金中の硼素含
   有量が３．０〜５．０重量％、硬質相の割合が４０〜６
   ２重量％、硼化物および／または複硼化物の最大粒径が
   ５０μｍ以下、硬さがＨ＿ＲＡ８０以上、抗折力が１７
   ５ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とする内燃機
   関用ロッカアーム。