JPS6246601B2

JPS6246601B2 -

Info

Publication number: JPS6246601B2
Application number: JP15285578A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hiraoka; Shigeru Urano
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1978-12-09
Filing date: 1978-12-09
Publication date: 1987-10-02
Also published as: JPS5578117A

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
バーヘツドバルブ方式とオーバーヘツドカムシヤ
フト方式の２方式があり、前者はカムシヤフトと
タペツトが組合わされ、後者はカムシヤフトとロ
ツカーアームが組合わされるものである。

このタペツトやロツカーアーム（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ツフイ
ング性、耐ピツ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つて、近時、自動車の軽
量化にともない動弁機部材は、アルミニウム化の
一途をたどりつつある。そのため、動弁機部材に
おけるカム又はプツシユ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ツプを鋳包
等の手段をもつて結合した動弁機部材が用いられ
るようになつてきているのが現状である。

この耐摩耗性を有するチツプは耐スカツフイン
グ性、耐ピツチング性を考慮し、鉄系焼結合金が
用いられることが多い。

しかしながら、冒頭にも記載した如く動弁機部
材とカムの摺動条件は極めて苛酷なため、要求を
充分満足した鉄系焼結合金製チツプはいまだ開発
されていないのが現状である。

本願は、このような状況に鑑み、極めて塔酷な
摺動条件下に於て非常に良好な作動をし得る動弁
機部材を提供しようとするものである。

即ち本発明は、カム又はプツシユロツドあるい
はバルブ端面との当り面を硬質相を形成する元素
の１種又は２種以上含み、硬さHV800〜1800の硬
質相を面積比にて５〜70％、硬質相の大きさ硬質
相粒子全体の70％以上が１〜150μとし、且つ空
孔率が0.5〜30％を有する鉄系焼結合金の表面に
浸硫処理又は軟窒化処理あるいは浸硫窒化処理を
施して、硬さをHV200〜1300としたことを特徴と
する動弁機部材に存する。

以下、本発明の動弁機部材について説明する。
本発明の動弁機部材の特徴とするところはカム又
はプツシユ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
合金製チツプ部材について限定理由を説明する。

チツプ材は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の硬さを有するものが面積比に５
〜70％存在することが必要である。

即ち、HV800未満では基地硬さと大差がなく、
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
く低下させるためにHV800〜HV1800にする必要
がある。このことは第２図に示す試験結果からも
確認される。この試験はＶ型10気筒デイーゼルエ
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％）バルブギヤツプ：0.6mm 運転時間：100時間なお、第３図〜第７図の試験結果の試験条件も
これと同一である。そして、前記硬質相は面積比
にて、５％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％超では強度的
脆化が急激に進行し、動弁機部材として不適当で
あるため５〜70％にする必要がある。このことは
第３図に示す試験結果からも確認される。

また前記した硬質相の粒子は硬質相全体粒子の
70％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定となり強度、
耐摩耗性に於る均一性が得られず製品の均一性が
得られなくなるため70％以上にする必要がある。
このことは第４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
度劣化が著しく進行するために、１〜150μの範
囲に設定する必要がある。このことは第５図に示
す試験結果からも確認される。

更に、前記鉄系焼結合金において空孔率は0.5
〜30％が必要とされている。

即ち、0.5％未満では、初期なじみが終了し、
定常摩耗域に入つた時に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、
一方30％超では後述する浸硫又は軟窒化あるいは
浸窒化処理による材料の脆化が大きく動弁機部材
として不適当となるために空孔率は0.5〜30％の
範囲内に設定する必要がある。このことは第６図
に示す試験結果からも確認される。

なお、前記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。

本発明の鉄系焼結合金の製造に当つては、硬質
相の硬さをHV800〜1800にするには、成分組成に
硬質相を形成する元素として公知のCr、Mo、
Ｗ、Ｖの単粉又は合金粉と硬質相を形成するに必
要なＣ粉を添加すれば、焼結によつて炭化物が析
出して得られる。又は、前述の硬質相を形成する
元素の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物の粉末
を直接添加して得ることもできる。その硬質相の
面積比を５〜70％にするには、その添加量を希望
する％となるように計算により求めて添加すれば
よい。硬質相粒子全体の70％以上が１〜150μと
するには、使用する粉末のメツシユを選択するこ
とによつて得られるものである。

空孔率を0.5〜30％にするには、圧粉体を得る
ときのプレス圧及び焼結温度、時間を制御するこ
とによつて得られるものである。

以上説明した如く特定された鉄系焼結合金に於
ては、苛酷な使用条件下にあつても優れた耐摩耗
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てしま
い、初期なじみが低下することが判明した。

そのため本発明にあつては、この欠陥を解決す
べく後処理が施される。

前記した特定の鉄系焼結合金を製作した後に浸
硫処理又は軟窒化処理あるいは浸硫窒化処理を施
し、化合物層及び拡散層を形成するものである。

前記の如く、本発明の動弁機部材に於ては摺動
部のみに設けられる焼結合金に対し、浸硫、軟窒
化、あるいは浸硫窒化層が形成されることによつ
て、空孔が浸硫および浸硫窒化層を形成した場合
には化合物によつて封じられる。

一方、軟窒化層を形成した場合には化合物形成
の過程に於て空孔が小さくなると共に空孔のエツ
ヂ部が丸みをおびる。

そして、これら処理層の形成によつて表面の摩
擦係数が極めて小さくなる。これらのことが有効
に作用し本発明動弁機部材にあつては、相手材を
空孔のエツヂによつて切削し、極度に摩耗させる
ことが顕著に防止される。

また、上記鉄系焼結合金の表面に前記、浸硫処
理又は軟窒化処理あるいは浸硫窒化処理を施して
硬さHV200〜1300にする必要がある。

即ち、HV200未満では、表面の硬さとして不充
分であり、短時間で摩耗が進行してしまい、初期
なじみの点で好ましくなく、HV1300超では、硬
質相の量が多くなり、靭性が低下してしまい好ま
しくなく、加工性の点でも良好とは言えないため
HV200〜1300に設定する必要がある。このことは
第７図に示す試験結果からも確認される。

以上の説明から明らかなように、本発明の動弁
機部材は、初期なじみが極めて良好であり、しか
も定常摩耗域に於ては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
較試験の結果を提示する。

先ず、Ｐ量25％のFe−Ｐ粉（−100メツシユ）
２％、Ni粉（−100メツシユ）１％、Ｃ粉（平均
粒径0.7μ）1.5％、ステアリン酸亜鉛0.8％、及び
12％Cr−１％Mo−残Feの合金粉（−100メツシ
ユ）を残部として配合し、これをＶ型混合機を用
いて20分間混合した。この混合粉を油圧プレスに
てプレス（5t／cm²）して圧粉体を得た。この圧粉
体を分解アンモニアガス雰囲気炉で1140℃にて90
分間焼結して試料（15mm×20mm×７mm）を３個作
成した。この試料の硬質相の硬さはHV1100〜
1300で面積比は30％であり、硬質相粒子全体の70
％以上が１〜150μ（40μを中心として）で空孔
率は７％であつた。この３個の試料を、試料１は
無処理、試料２は浸硫処理を施し本発明品を得、
試料３は軟窒化処理を施し本発明品をそれぞれ得
た。

このように作成した試料１、２、３を回転式摩
耗試験機を用い、かかる試料を固定片としこの固
定片を鋳鉄材（C3.2、Si2.0、Mn0.8％残Fe）の
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
の円板状試料においてスカツフイングが発生する
限界面圧を測定した。

試験条件潤滑油：SAE＃30＋白灯油（１：１）潤滑油量：0.2／min 油温：50℃ すべり速度：５ｍ／sec 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、３は極
めて優秀性を有することが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較摩耗試験の結果を示したものであ
る。第２図〜第７図は試験結果を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１カム又はプツシユロツドあるいはバルブ端面
との当り面を硬質相を形成する元素としてCr、
Mo、Ｗ、Ｖの１種又は２種以上含み、硬さ
HV800〜1800の硬質相を面積比にて５〜70％有
し、硬質相の大ささを硬質相粒子全体の70％以上
が１〜150μとし、且つ空孔率が0.5〜30％を有す
る鉄系焼結合金の表面に、浸硫処理を施して、硬
さをHV200〜1300としたことを特徴とする動弁機
部材。２カム又はプツシユロツドあるいはバルブ端面
との当り面を硬質相を形成する元素としてCr、
Mo、Ｗ、Ｖの１種又は２種以上含み、硬さ
HV800〜1800の硬質相を面積比にて５〜70％有
し、硬質相の大きさを硬質相粒子全体の70％以上
が１〜150μとし、且つ空孔率が0.5〜30％を有す
る鉄系焼結合金の表面に、軟窒化処理を施して、
硬さをHV200〜1300としたことを特徴とする動弁
機部材。３カム又はプツシユロツドあるいはバルブ端面
との当り面を硬質相を形成する元素としてCr、
Mo、Ｗ、Ｖの１種又は２種以上含み、硬さ
HV800〜1800の硬質相を面積比にて５〜70％有
し、硬質相の大きさを硬質相粒子全体の70％以上
が１〜150μとし、且つ空孔率が0.5〜30％を有す
る鉄系焼結合金の表面に、浸硫窒化処理を施し
て、硬さをHV200〜1300としたことを特徴とする
動弁機部材。