JPS6238810A - 内燃機関用アルミニウム合金製ロツカ−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】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関に係り、更に詳細には内燃機関のア
ルミニウム合金製のロッカーアームに係る。

従来の技術 自動車等の車輌に搭載される内燃機関の動弁系に組込ま
れるロッカーアームは、軽量化の目的で従来より一般に
アルミニウム合金にて形成されている。ロッカーアーム
の一端はカムと常時相対摺動じ、アルミニウム合金は耐
摩耗性の点で不十分であるため、ロッカーアームのカム
との摺動面は、従来より一般に、高クロム鋳鉄の如く耐
摩耗性に優れた材料よりなりロッカーアームの一端に紡
ぐるまれだパッドにより郭定されている。

発明が解決しようとする問題点 ロッカーアームの一端に鋳くるまれるパッドは、　　　
　　−その構成材料が硬くしかも比較的脆弱であり、ま
たパッドの摺動面を郭定する表面等の加工精度が比較的
高いことが必要であるので、従来より精密鋳造法にて製
造されている。そのためパッドの製造コストが高いとい
う問題がある。

また上述の如き鋳ぐるみ法によるロッカーアームの製造
に於ては、ロッカーアーム本体はダイカスト鋳造により
製造されるため、パッドをダイカスト型内に挿入し、ダ
イカスト型内の所定の位置に固定的に配置しなければな
らないため、作業工程が複雑であり、従ってロッカーア
ームを能率よく低廉に製造することが困難である。また
パッドが挿入されるためダイカスト型にはある程度のク
リアランスが必要であり、そのためロッカーアームの周
縁にパリが発生し、従ってパリ取りの後処理が必要であ
るだけでなくダイカスト型の寿命も短く、これらのこと
もロッカーアームのコストアップの要因の一つとなって
いる。

更に高クロム鋳鉄の如き材料は耐摩耗性には優れている
が、比較的比重の高い材料であり、またアルミニウム合
金との密着性が十分ではないため、パッドの厚さはロッ
カーアームの摩耗量よりも遥かに大きくされなければな
らず、そのため摺動面の耐摩耗性を確保する点からは不
必要に大ぎく且重いパッドがロッカーアームの一端に鋳
くるまれなければならず、従って従来のロッカーアーム
に於てはその軽量化を十分に達成することが困難である
。

本発明は、耐摩耗性に優れた材料よりなるパッドが鋳ぐ
るまれた従来のアルミニウム合金製ロッカーアームに於
ける上述の如き問題に鑑み、能率よく且低廉に製造され
得る軽量なロッカーアームであって、カムとの摺動面の
耐摩耗性が高クロム鋳鉄製のパッド等が鋳ぐるまれた従
来のロッカーアームと実質的に同等に優れたアルミニウ
ム合金製ロッカーアームを提供することを目的としてい
る。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、カムとの摺動面を
有し、該摺動面は金属間化合物若しくはセラミックが微
細に分散された複合層により郭定されている内燃機関用
アルミニウム合金製ロッカーアームによって達成される
。

発明の作用及び効果 本発明によれば、カムとの摺動面部は金属間化合物若し
くはセラミックが微細に分散された複合層により郭定さ
れているので、ロッカーアームのカムとの摺動面の耐摩
耗性を高クロム鋳鉄製のパッド等が鋳ぐるまれた従来の
ロッカーアームと同等に確保することができ、また本発
明のロッカーアームの複合層はアルミニウム合金製のロ
ッカーアーム粗材のカムとの摺動面に対応する表面部に
金属間化合物の粉末、セラミックの粉末、又は金属間化
合物を形成する合金元素の粉末を配置し、これらの粉末
及び前記表面部をレーザ、ＴＩＧアーク、電子ビームの
如き高密度エネルギ源にて局部的に加熱溶融し、金属間
化合物等を微細に前記表面部内に分散させることにより
形成されてよいので、本発明のロッカーアームはパッド
が鋳くるまれた従来のロッカーアームに比して能率よく
且低廉に製造され得るものである。

また本発明によれば、摺動面を郭定する複合層の厚さは
、ロッカーアームが使用される過程に於て生じる摺動面
の摩耗量に実質的に対応する厚さ一５＝ であってよく、複合層中に分散される金属間化合物やセ
ラミックの量は高クロム鋳鉄等と同等にアルミニウム合
金の耐摩耗性を向上させるに足る量であってよいので、
高クロム鋳鉄の如きパッドが鋳くるまれた従来のロッカ
ーアームに比してロッカーアームを軽量化することがで
きる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、複合層のマトリッ
クスはアルミニウム以外の合金元素が固溶されたアルミ
ニウム合金である。かかる構成によれば、マトリックス
としてのアルミニウム合金がアルミニウム以外の合金元
素が固溶されることにより強化されるので、このことに
よってもロッカーアームの摺動面部の耐摩耗性が向上さ
れる。

尚この場合アルミニウム合金中に固溶されるアルミニウ
ム以外の合金元素は金属間化合物を構成する金属元素と
同−又はこれとは異なる元素の何れであッテもよく、例
えばＮ　ｉ　１Ｃｒ　ＳＭ　ｏ　、Ｗ　ｓＣθなどであ
ってよい。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、前記複合層の
厚さは０．５〜２　ｍｍ、好ましくは１〜２６一 ｌｌｌ１ｌである。かかる構成によれば、ロッカーアー
ムの摺動面の十分な耐久性を確保することができ、しか
もこの厚さ以上に亙り金属間化合物等が分散される場合
に比してロッカーアームのコストを低減することができ
る。

尚本発明のロッカーアームに於ける金属間化合物は硬質
であり且アルミニウム合金中にて安定なものであれば任
意の金属間化合物であってよく、例えばＡ１とＮｉ１Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖとの金属間化合物、Ｓｉ　とＣｏ、
Ｎｉ　％　Ｆｅｔ　Ｔｉ　との金属間化合物であってよ
い。またアルミニウム合金中に分散されるセラミックは
、硬質であり且アルミニウム合金中にて安定であれば任
意のセラミックであってよく、例えばＳｔ　、Ｃｒ　、
Ｔｉ　、Ｖ、Ｚｒ　、ＡＩ　、Ｍ（＋　、Ｍｎ　、Ｔａ
　％　Ｗの酸化物、Ｓｉ　％　Ｃｒ　、　Ｔｉ　、Ｚｒ
　ｓ　Ａｔ　Ｎ　Ｍｏ　、Ｍｏ　、Ｔａの窒化物、Ｓｉ
　、Ｏｒ　、Ｔｉ　、Ｖ、ｚｒ　ＳＡｔ、ＭＯ、Ｍｎ　
％　Ｔａ　Ｎ　Ｎｂ　、　Ｗの炭化物等であってよい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 第１図は本発明によるロッカーアームの一つの実施例を
示す正面図、第２図は第１図に示された実施例の要部を
示す拡大部分縦断面図である。これらの図に於て、１は
ロッカーアームを示しており、アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ規格ＡＤＣ−１０）にて形成されている。ロッカーア
ーム１はその中央部にロッカーシャフト挿通孔２を有し
ており、その一端には図には示されていないカムとの摺
動面３が設けられている。図示の実施例に於ては、摺動
面３はマトリックス金属としてのアルミニウム合金４中
にＦｅ−８ｉの金属間化合物５及びＴＩＣのセラミック
６が微細に分散された複合層７にて郭定されている。複
合層７の表面硬さは１ｌｖ＝５５０〜６５０であり、複
合層の厚さ、即ち摺動面３より複合層とロッカーアーム
の主要部１ａとの間の界面８までの距離は約１ｍｍであ
る。

この第１図及び第２図に示されたロッカーアームは以下
の如く製造された。まず第３図に示されている如く、ア
ルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ−１０）よりなり第
１図及び第２図に示されたロッカーアームと実質的に同
一の形状及び寸法のロッカーアーム粗材９をダイカスト
鋳造により形成した。次いで平均粒径２０μのケイ素粉
末（純度９５％）と平均粒径８０μの鉄粉末（純度９９
％）と平均粒径４μのＴｉＣ粉末とを均一に混合し、こ
れによりこれらの粉末の重量比が１：２：１である混合
粉末を形成し、該混合粉末中に粘結剤としてポリビニル
アルコールの５％水溶液を注入することにより、水より
も粘性が高く粘土よりも粘性が低いペーストを形成した
。

次いで第３図に示されている如く、ペースト１０をロッ
カーアーム粗材９の摺動面に対応する表面１１上に幅約
１１Ｉｍの周縁部を除き厚さ約１１１１の層状に配置し
、該ペーストを大気中に於て１００℃に３０分間加熱す
ることによって乾燥させ、これにより表面１１上に混合
粉末層１２を形成した。

次いで第４図に示されている如く、レーザガン１３の先
端よりシールドガスとしてのアルゴンを放出させ、これ
により表面１１上の溶融部をアルゴンにてシールドしつ
つ、混合粉末層１２に対しレーザ１４を照射し、その状
態にてレーザガンを表面１１の上方にて往復動さけるこ
とにより、下記の表１に示された条件にて３ｉ粉末、Ｆ
ｅ粉末及び表面１１の一部を局部的に加熱して溶融させ
、これにより３ｉとＦｅとの間にて化合反応を行わせる
ことによりＦｅ−３ｉの金属間化合物を形成し、かくし
て形成された金属間化合物及びＴｉＣのセラミック粉末
を溶融された表面１１直下のアルミニウム合金中に分散
させ、これによりＦｅ　−３ｉの金属間化合物及びＴｉ
Ｃのセラミックが微細に分散されたアルミニウム合金よ
りなる複合層１５を形成した。次いで複合層１５の表面
に対し研削を行い、これにより第１図及び第２図に示さ
れている如きロッカーアームとした。

表　　１ パワー密度：　　６００Ｗ／ＩＩＩＩＩＩＱ工ネルギ密
度：　　１１０Ｊ／ｍｍｎ ビード幅：３．２ＩｌｌＩ１１ ビードの重なりしろ：１．Ｏｗ＋ｍ レーザの走査速度：　　１０ｍｍ／ｓｅｃアルゴンの流
量：　　１Ｑｌ／ｗｉｎ 上述の如く製造されたロッカーアームの性能を評価すべ
く、最終荷重６．３ｋａ、滑り速１０．３１１Ｉｌ／５
ｅＣ１滑り距離２００ｍの条件にてチル鋳鉄を相手材と
する大越式摩耗試験を行い、摺動面３の摩耗量（摩耗長
さｌ）を測定した。また比較の目的で高クロム鋳鉄製の
パッドが鋳くるまれた従来のロッカーアームについても
同一の条件にて摩耗試験を行った。これらの摩耗試験の
結果を第５図に示す。

第５図より、上述の如く製造されたロッカーアームの摺
動面の耐摩耗性は比較例のロッカーアームよりも優れて
いることが解る。またこの実施例及び比較例の重量を比
較したところ、実施例のロッカーアームは比較例のロッ
カーアームよりも２０％軽量であることが認められた。

第６図は上述の如く製造されたロッカーアームの複合層
及び主要部（母材）の断面組織を１００倍にて示す光学
顕微鏡写真である。図に於て、複合層として示された領
域に於ける黒色の部分はＴｉＣのセラミックが微細に分
散されたアルミニウム合金よりなる部分であり、白色の
針状の部分はＦｅ−３ｉの金属間化合物の部分である。

この第６図より、非常に微細で均一な大きさのＴＩＣ及
び比較的微細で比較的均一な大きさのＦｅ　−３ｉがマ
トリックス金属としてのアルミニウム合金中に均一に分
散されており、複合層と母材との一体性も良好であり、
気孔等の不良は全く発生していないことが解る。尚複合
層中に於けるＴｉＣ及びＦｅ−８ｔの体積率はそれぞれ
５％、１５％であり、これらとマトリックスとの密着も
良好であることが認められた。

実施例２ 混合粉末として重量比が３：４：３であるＮｉ粉末（平
均粒径８０μ、純度９９．９％）とＣｕ粉末（平均粒径
５５μ、純瓜９９．９％）と３ｉ粉末（平均粒径２０μ
、純度９５％）との混合粉末が使用され、混合粉末層の
厚さがＱ、５ｍｍに設定され、レーザによる処理条件が
下記の表２に示された条件に設定された点を除き、上述
の実施例１と同様の要領にて、アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ規格ＡＤＣ−１０）にて形成され、カムとの摺動面を
郭定する複合層がＣｕ−８１の金属間化合物及びＮｉ−
３ｉの金属間化合物が微細に分散され且Ｑｕ及びＮｉが
固溶されたアルミニウム合金よりなるロッカーアームを
製造した。尚複合層の表面硬さはＨＶ＝４７０〜５５０
であり、複合層の厚さは約Ｑ、５＋＋＋ｍであった。

表　　２ パワー密度：　　５４０Ｗ／ｍｍＵ エネルギ密度：　　１２０Ｊ／ｍｍΩ ビード幅：３．２ｍｍ ビードの重なりしろ：１．Ｑｍｍ レーザの走査速度：　　ｆ３　ｍｍ／　ｓｅａアルゴン
の流量：　　１ＱＩ／ｍｉｎ かくしてｌＩｌ造されたロッカーアーム（２（固）につ
いて最終荷重６．３ｋｐ、滑り速度０．３１＋／ｓｅｃ
　、滑り距１！ｆｔ２００ｍの条件にてチル鋳鉄を相半
部材とする大越式摩耗試験を行い、摺動面の摩耗量（摩
耗長さＩＩＩＩＩＩ）を測定した。また比較の目的で高
クロム鋳鉄製のパッドが鋳ぐるまれた従来のロッカーア
ーム（２個）についても同一の条件にて摩耗試験を行っ
た。この摩耗試験の結果を第７図に示す。

第７図より、この実施例に於けるロッカーアームの摺動
面の耐摩耗性は比較例のロッカーアームと実質的に同等
であることが解る。またこの実施例及び比較例のロッカ
ーアームの重量を比較したところ、実施例のロッカーア
ームは比較例のロッカーアームよりも２０％軽量なもの
であった。

第８図は上述の如く製造されたロッカーアームの複合層
の断面組織を４００倍にて示す光学顕微鏡写真である。

図に於て、白色の部分はＣｕ及びＮｉが固溶されたアル
ミニウム合金よりなる部分であり、暗灰色の粒状の部分
はＱｕ−８ｉの金属間化合物の部分であり、灰色の粒状
の部分はＮｉ−３ｉの金属間化合物の部分である。この
第８図より微細月均−な大きさのＣｕ−３ｉの金属間化
合物及びＮｉ−３ｉの金属間化合物がマトリックスとし
てのアルミニウム合金中に均一に分散されており、気孔
等の不良は全く発生していないことが解る。尚Ｃｕ−８
ｉ及びＮｉ−３ｉの金属間化合物の体積率はそれぞれ１
０％、８％であり、これらの金属間化合物とマトリック
スとの密着性及び複合層の主要部との一体性も良好であ
ることが認められた。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロッカーアームの一つの実施例を
示す正面図、第２図は第１図に示された実施例の要部を
示す拡大部分縦断面図、第３図はロッカーアーム粗材の
カムとの摺動面に対応する表面に混合粉末のペーストが
配置された状態を示す解団、第４図は混合粉末層に対す
るレーザによる溶融処理の状態を示す解団、第５図は実
施例１に於ける摩耗試験の結果を示すグラフ、第６図は
実施例１のロッカーアームの複合層及び母材の断面組織
を１００倍にて示す光学顕微鏡写真、第７図は実施例２
に於ける摩耗試験の結果を示すグラフ、第８図は実施例
２のロッカーアームの複合層の断面組織を４００倍にて
示す光学顕微鏡写真である。 １・・・ロッカーアーム、１ａ・・・主要部、２・・・
ロッカーシャフト挿通孔、３・・・摺動面、４・・・ア
ルミニウム合金、５・・・金属間化合物、６・・・セラ
ミック。 ７・・・複合層、８・・・界面、９・・・ロッカーアー
ム粗材。 １０・・・ペースト、１１・・・表面、１２・・・混合
粉末層。 １３・・・レーザガン、１４・・・レーザ、１５・・・
複合層特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代
　　　理　　　人　　弁理士　　明石　昌酸第　Ｉ　Ｖ 第　３　図 ｎ 第４図 第　５　図 第６　図 第７図 第　８　図 （ｘ４００）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）カムとの摺動面を有し、該摺動面はアルミニウム
   合金のマトリックス中に金属間化合物若しくはセラミッ
   クが微細に分散された複合層により郭定されている内燃
   機関用アルミニウム合金製ロッカーアーム。
2. （２）特許請求の範囲第１項の内燃機関用アルミニウム
   合金製ロッカーアームに於て、前記マトリックスはアル
   ミニウム以外の合金元素が固溶されたアルミニウム合金
   であることを特徴とする内燃機関用アルミニウム合金製
   ロッカーアーム。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項の内燃機関用ア
   ルミニウム合金製ロッカーアームに於て、前記複合層の
   厚さは０．５〜２ｍｍであることを特徴とする内燃機関
   用アルミニウム合金製ロッカーアーム。