JPH0286907A - 耐ピッチング疲労摩耗性に優れた摺動部材 - 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、耐ピッチング疲労摩耗性に優れた摺動部材に
係り、更に詳しくは高面圧を受けながら摺動する際に耐
久性の良い摺動部材に関する。

（従来技術と課題） 近年、カムシャフトの使用するカムの数を減らしたり、
高回転化に伴ってフォロワをカムに押しつける力を大き
くしたりするエンジンの設計要求があり、結果としてカ
ム、カムフォロワ間にがかる面圧が高まり、これまで多
く使用されてきた高クロムチル鋳鉄では摩耗が多く耐久
性に問題が生じてきた。この要求に対して焼結合金のフ
ォロワを使用することが多くなってきているが、焼結合
金のフォロワが摩耗しない替わりにチルド化した相手カ
ムノーズを攻撃し易い傾向にあり、面圧が高くなるとカ
ムノーズとのスカッフィングを起し易い傾向にある。又
、焼結合金製パッドをロッカーアームに接合させるコス
トおよび被研削性に劣るため加工コストが高いという短
所がある。そこで前述した問題点の解消のため、本発明
者等は「伝動装置」　（特願昭６３−１３２３９４号）
として、１〜１００μｍのＣｒ−Ｎ膜等のイオンブレー
ティング皮膜処理をしたカムフォロワを例とした出願を
している。しかし、フォロワ面に受けるヘルツ応力が８
０　ｋ　ｇ／ｍｍ２を超える要求にあっては、皮膜厚さ
が１１０７ｚ以下ではヘルツ応力のかかる深さの母材の
疲労強度が劣るとピッチング疲労摩耗を起すおそれがあ
る。

（発明の目的） 本発明は上記に鑑みてなされたもので、金属窒化物又は
金属炭化物の皮膜厚さが１０μｍ以下でも耐ピッチング
疲労摩耗性に優れた摺動部材を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、鉄基母材の表面に金属窒化物又は金属炭化物
皮膜層を形成した摺動部材であって、前記皮膜層直下の
母材硬さがＨｍＶ４００以上である耐ピッチング疲労摩
耗性に優れた摺動部材である。

鉄基母材としては、炭素鋼、浸炭用鋼、窒化用鋼等が挙
げられる。

金属窒化物又は金属炭化物の表面層は、反応性イオンブ
レーティングによって形成させる。

反応性イオンブレーティングによって形成する表面層の
種類としては代表的なものとしては、クロムの窒化物が
挙げられる。クロムの窒化物としてはＣｒ２Ｎ、ＣｒＮ
等が考えられＣｒＮはＣｒ、Ｎよりも硬度が高く耐摩耗
性は優れているが皮膜の柔軟性が劣り密着性が比較的劣
る傾向があるが実用的には問題がない（特願昭６２−３
１５７５１号、同６２３１６９６５号）。過酷な条件に
おいて更に密着性を上げる必要がある場合には素材表面
に先ず金属クロムの層を形成し次にＣｒ２Ｎ−次いでＣ
ｒＮの皮膜を形成する方法が取られ密着性が良くしかも
耐摩耗性が優れた皮膜とすることができる。あるいは金
属クロム、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮの超微細な混合組織とする
こともできる（特願昭６１−２７７７２号、同５９−２
０７９８６号）。

表面層を構成する成分をクロムとその窒化物との積層構
造とする理由は、反応性イオンブレーティングにより素
材金属表面に形成されるクロム相が素材金属との密着性
が良好であり、又その熱膨張係数が前記素材金属の熱膨
張係数に近く、従って使用中に表面層が前記金属素材か
ら剥離することが防止できるためである。又、表面層の
構成成分としてクロムを採用する理由は、イオンブレー
ティングによる金属クロムの蒸着速度が他の金属のそれ
よりも大であり生産性の点から極めて有利であるためで
ある。

他に、窒化クロムと窒化チタンからなる複合皮膜（特願
昭６１−２７７７３号）、金属クロムと窒化クロムから
なる下地層と下地層の上に窒化チタンの耐摩耗層からな
る複合皮膜（特願昭６１−１２４６６９号）、炭化チタ
ンと窒化チタンの固溶体でなる表面層（特願昭６０−１
２０５６３号）等が考えられる。窒化チタンは窒化クロ
ムよりも硬度が高く耐摩耗性が優れているが柔軟性が劣
るため剥離の発生が窒化クロムよりも起こり易いが窒化
チタン単独でも実用的には問題がない。

摺動部材としては例えばカムフォロワ、軸受、歯車等で
ある。

硬化処理はイオンブレーティング皮膜処理の前又は後に
行い、硬化処理すべき母材表面層の厚さは皮膜層直下母
材０．１ｍｍ以上である。硬化された硬さはＨｍ　Ｖ　
４００以上で、Ｈｍ　Ｖ　４００未満では本発明の目的
を達成することができない。

以下の実施例で詳細に説明する。

（実施例） 円筒形状（直径３０　ｍ　ｍ、厚さ８　ｍ　ｍ　）の５
４５Ｃ，８０Ｍ４２０素材に各種の硬化処理を行い、外
周面にＣｒＮのイオンブレーティング皮膜を形成し、パ
フ仕上げした後西原式ピッチング摩耗試験に供した。

硬化処理として下記の３種とし、比較例として調質処理
を加えた。

（以下余白、次頁へ続く） 第１表 ℃に加熱される。

試験片の相手材は下記の組成で表面をチル化したもので
試験片と同一形状のものである。

第２表 硬化処理した試験片の外周面に１０μｍのＣｒＮのイオ
ンブレーティング皮膜を形成した後、皮膜直下の母材表
面硬さを測定しその分布を第１図に示す。尚、イオンブ
レーティング時に約４００以上のようにして作製した試
験片で第１図（ａ）、（ｂ）に示すような主機構の試験
装置で試験を行った。

上下部試験片のうち上部試験片には本発明、及び比較例
の試験片とし、下部試験片には相手試験片とした。上部
試験片の回転数は１６６．５ｐｐｍとし、下部試験片の
回転数は１８５ｒｐｍで１０％の滑りを生ずるようにし
た。滑り速度は０．３９　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃで、接触
荷重（ヘルツ最大応力）は８０〜２２０ｋｇ／ｍｍ２と
した。機構上上部試験片に引張り、下部試験片には圧縮
の応力がかかるのでピッチング摩耗は上部試験片に起る
。

ここにヘルツ最大応力ＰＨは次の簡略式で示される。

（効果） 本発明は、イオンブレーティング皮膜直下の母材硬さを
Ｈｍ　Ｖ　４００以上とすることにより、イオンブレー
ティング皮膜厚さが１０μｍ以下でも耐ピッチング摩耗
性の優れた摺動部材を提供することができる。

ここに、Ｗは荷重、Ｌは試験片の厚さ、Ｒは試験片の直
径、Ｒ１は上部試験片の直径、Ｒ２は下部試験片の直径
、Ｅはヤング率、Ｅｌは上部試験片のヤング率、Ｒ２は
下部試験片のヤング率である。

前記４種の試験片の試験を行い第２図のような結果とな
った。

試験結果から明らかなように、本発明のＨｍ　Ｖ　４０
０を超える母材硬さを有するイオンブレーティング皮膜
の耐ピッチング疲労摩耗が優れていることが確認された
。

【図面の簡単な説明】

第１図は西原式ピッチング摩耗試験装置の主機構を示し
くａ）はその正面概略図、（ｂ）はその側面概略図、第
２図は試験片の硬さの分布を示すグラフ、第３図は西原
式ピッチング摩耗試験のＳＮ曲線を示すグラフ。 図中：ｌ・・・上部試験片、２・・・下部試験片、Ｗ・
・・荷重、Ｌ・・・試験片の厚さ、Ｒ□・・・上部試験
片の直径、Ｒ２・・・下部試験片の直径、上部試験片の
ヤング率、Ｒ２・・・下部試験片のヤング率。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　鉄基母材の表面に金属窒化物又は金属炭化物の皮膜
   層を形成した摺動部材であって、前記皮膜層直下の母材
   硬さがＨｍＶ４００以上であることを特徴とする耐ピッ
   チング疲労摩耗性に優れた摺動部材。