JPH04228548A

JPH04228548A - 内燃機関の動弁機構における摺動部材

Info

Publication number: JPH04228548A
Application number: JP22365891A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Matsubara; 松原　敏彦; Akira Fujiwara; 昭藤原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1992-08-18

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の動弁機構に
おいて、大きな面圧の下で、カムまたは該カムに摺動接
触するロッカアーム（その対カム摺接面部）、バルブ・
リフター等のカム摺動部材の摺動手段に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】高出力化と高速化が図られた内燃機関の動
弁機構では、カムとカム摺動部材とに対し大きな面圧が
加わって高速度でカムが摺動接触しいるため、カムとカ
ム摺動部材間に潤滑油を供給して両者間を潤滑していて
も、高い耐摩耗性が要求される。このため、従来では、
摺動手段は、鍛造鋼、鋳鋼、合金鋳鉄等で作られ、摺接
面に熱処理による表面硬化、浸炭焼入れ処理、チル硬化
、硬質Ｃｒメッキ等の表面処理が施されていた。ところ
が、浸炭焼入れ材は耐スカッフ性（注；スカッフとは、
摩擦面間の凝着が激しく、それによって表面肌が荒れる
現象を言う）に劣り、チル硬化材は耐久性に劣り、硬質
Ｃｒメッキ材は局部当たり伴う剥離あるいは摩耗剥離を
生じることがある等、それぞれに問題を有している。

【０００３】この問題を解決しようとしたものとして、
特公昭５９−７００３号公報、特開昭６０−６３３５０
号公報に記載されたものがあった。前記特公昭５９−７
００３号公報に記載されたものでは、摺接面部がパーラ
イト基地で３０〜４５％の炭化物を含む鋳鉄カムと、該
カムとの摺接面部が鉄系で基地硬度がＨＶ　２５０〜６
５０　を有し、硬質相の体積比が５〜３５％、ＨＶ　８
８０〜１８００の硬質相が全硬質相の６５％以上で、硬
質相の大きさ５〜１５０　μｍ　の硬質相が全硬質相の
８０％以上を占め、空孔率が１０％以下でかつ１２５０
℃の焼結温度で液相焼結を生ぜしむるＰ．Ｂ等の元素を
１種あるいは２種以上を０．２　〜５重量％を含む焼結
合金よりなるカム摺動部材とを組合わせている。また前
記特開昭６０−６３３５０号公報に記載されたカムと摺
接するカム摺動部材では、特定の炭化物からなる３０〜
６０％（重量）の硬質層と、特定の元素を含有した鉄族
金属からなる残部の結合層とから炭化物系焼結合金が形
成され、前記硬質層が０．５　〜１０μｍ　の平均粒子
径を有して分散されるとともに、前記焼結合金がＨＶ　
５００〜１２００望ましくはＨＶ　６００〜１０００の
硬さに形成されている。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかし前記公告公報および公
開公報に記載されたものでは、耐摩耗性に大きな影響を
与える硬質相の硬度、体積比、大きさ、平均粒子径のみ
に注目して、これらの数値を規定しているが、カムおよ
びカム摺動部材間に存在する潤滑油をどのように管理し
て、両者間の潤滑をどのように遂行しようかという考慮
が払われていなかったため、充分な耐摩耗性が得られな
かった。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、カ
ムおよびカム摺動部材の摺動面部の摩耗がどのように行
なわれ、これに関連して両摺動面部間の潤滑油がどのよ
うに潤滑に寄与するかという点に注目して発明がなされ
たものであり、摺動表面層の基地相中に硬質相が分散し
た動弁機構の摺動手段において、前記硬質相の８０％以
上が大きさ４〜１５μｍ　であって、該硬質相が平均粒
子間隔５〜１５μｍ　で分散するとともに、該硬質相の
視野占有面積率が１０〜５０％であることを特徴とする
ものである。

【０００６】カムまたはカム摺動部材の摺接部が摩耗す
ると、硬質相に比べて基地相が摩耗され易く、基地相の
表面が硬質相の表面より凹み、基地相表面の潤滑油層が
硬質相表面の潤滑油層より厚くなるが、本発明では、硬
質相の大きさ、平均粒子間隔および視野占有面積率が前
記したように設定されているため、硬質相の粒子形状が
どのような形状であっても、基地相表面の厚い潤滑油層
中の潤滑油が、カム表面の摺動により同じ方向に流動し
て、硬質相表面の薄い潤滑油層に流入し、該硬質相表面
およびこれに摺接している相手側の摺接面部にも充分な
潤滑が行なわれ、前記カム摺動部材の硬質相表面のみな
らず、カムの硬質相表面の摩耗が可及的に抑制されると
ともに、前記硬質相表面でカムの押込み荷重を充分に負
担して、前記基地相に加わるカムの押込み荷重を軽減し
、該基地相の摩耗量も抑制され、カム摺動部材およびカ
ムの耐久性が著しく向上する。

【０００７】ここで留意すべきは、単にそれ等の因子を
規定するだけでは本来の意味で規定したことにはならず
、炭化物の存在形態を測定する方法を明確に定義しなけ
ればならない点である。

【０００８】そこで、本発明者等の採用した測定方法は
下記の通りである。■炭化物の大きさ（粒子径）：ＪＩ
Ｓ−Ｇ−０５５２“鋼のフェライト結晶粒度試験方法”
における切断法を応用したものであり、試料の切断断面
を研磨仕上げして腐蝕し、腐蝕面を顕微鏡で視察するか
、または顕微鏡写真に撮影して、一定の長さの直交する
二本の線分で切断される炭化物粒子の数と長さの総和か
ら、次式によって平均粒子径を求める。

【０００９】

【数１】各粒子の線分による切断長の総和／粒子数＝平
均粒子径

【００１０】なお、線分の両端にあって一部分しか切断
されない炭化物粒子は、その一方だけを数え、切断され
ない炭化物粒子が線分の一端だけの場合には、これを数
えないこととする。また、一本の線分で切断される炭化
物粒子の数は、一視野で少なくとも１０個以上になるよ
うに顕微鏡の倍率を選定し、総計５０個以上になるよう
に複数視野測定する。測定例：　　第１図によれば、

【
００１１】

【数２】平均粒子径＝ｄ１　＋ｄ２　…＋ｄ７　／７

【
００１２】■炭化物の平均粒子間隔：前記■項に順じ、
一定の長さの直交する二本の線分で切断される隣接炭化
物粒子相互の間隔長の平均値を次式によって求める。

【００１３】

【数３】粒子間間隔長の和／粒子間の数＝平均粒子間隔

【００１４】なお、線分の両端がそれぞれ炭化物粒子の
一部分を切断する場合には、一方の炭化物粒子について
のみ、その隣接粒子との間の長さを勘定し、線分の一端
だけが炭化物粒子の一部分を切断する場合には、その隣
接粒子との間の長さを勘定に入れないこととする。また
、一本の線分で切断される炭化物粒子相互の間隔部分の
数は、一視野で少なくとも１０個以上になるように顕微
鏡の倍率を選定し、総計５０以上になるように複数視野
測定する。測定：　　第１図によれば、下記のようにな
る。

【００１５】

【数４】平均粒子間隔＝ｌ１　＋ｌ２　＋…ｌ５　／５

【００１６】■炭化物の量（視野占有面積率）：試料の
切断断面を研磨仕上げして腐蝕し、腐蝕面を顕微鏡写真
に撮影して、第２図に示す線分法により視野占有面積率
を求める。一定面積の矩形の視野を定め、炭化物粒子の
大きさに見合う所定間隔長（ｄ０　）で、平行な走査線
１を引き、各炭化物粒子２との交線の長さをｌ１　，ｌ
２　，…ｌｎ　とし、走査線１の長さをＬとして、次式
により視野占有面積率を求める。

【００１７】

【数５】（ｌ１　ｌ２　…ｌｎ　）×ｄ（炭化物粒子全
面積）／Ｌ×ｄ０　×（ｍ＋１）（視野面積）＝視野占
有面積率（ただし、ｍは走査線１の本数である。）

【０
０１８】なお、この手法は、画像解析装置によって実行
することも可能である。

【００１９】試　　験　　例ロッカアームの対カム摺接面部に貼着される部片（摺動
部材）、およびカムを、下記■、■の方法で用意した。

【００２０】■摺動部材の目標組成を、Ｃ　　−　　２
．５　％，　　　　　　Ｃｒ　　−　　１７．０％Ｍｏ
　　−　　３．０　％，　　　　　　Ｗ　　−　　０．
１３％Ｖ　　−　　０．１５％，　　　　　　Ｍｎ　　
−　　０．３　％Ｓｎ　　−　　０．８　％，　　　　
　　Ｐ　　−　　０．２５％Ｎｉ　　−　　３．０　％
，　　　　　　Ｆｅ　　−　　残　　部（以上、いずれ
も重量％）とし、２５０　〜３５０　メッシュの粉末が１５〜２５
体積％含まれるＦｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｖ−Ｍｎ−
Ｓｎ　　合金粉末に、Ｃ，Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｐ合
金の各粉末を添加、混合して圧搾成形した後、真空また
アンモニアガス雰囲気中にて、温度１１９０℃、時間６
０分なる条件で焼結を行なった。

【００２１】次に、焼結品をロッカアームの対カム摺接
面部にろう付けした後、浸炭焼入れ、焼戻しを行い、研
磨して、摺動部材Ａを得た。また、焼結品をロッカアー
ムの対カム摺接面部にろう付けした後、浸炭焼入れ、焼
戻しを行い、研磨して、更に塩浴軟窒化処理（温度　　
５８０　℃、時間７０分）を施して摺動部材Ｂを得た。摺動部材Ａの基地相の硬度はＨＶ　６００〜９００　、
炭化物硬度はＨＶ　１，０００〜１，３００　、密度は
７．６５〜７．７０ｇ／ｃｍ３　であった。また、前記
測定方法によって摺動部材における炭化物存在形態を調
べたところ、平均粒子径　４．５μｍ　、平均粒子間隔
１１μｍ　、視野占有面積率３０％であった。なお、焼
結によって得た摺動部材は、マルテンサイトの基地相に
硬質な金属炭化物を分散させたものであり、自身の耐摩
耗性向上を計るとともに、炭化物の種類、量、大きさ、
分散状態の適切な選択によって相手材であるカムの摩耗
を少なくすることができる。

【００２２】各元素の添加理由は下記の通りである。Ｃ
ｒは、基地相を強化すると共に、Ｃと反応して硬質の炭
化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。ただし、その添
加量が５重量％未満では所要の硬化を期待できず、３０
重量％を越えて添加すると、相手カムを摩耗させ易くな
り総合摩耗量が大きくなる他、焼結性が著しく低下する
等の不利を生じる。Ｍｏは、Ｃｒと同様に基地相を強化
すると共に、Ｃと反応して硬質の炭化物を形成し、耐摩
耗性を向上させる。ただし、添加量１重量％未満では所
望の効果が得られず、５重量％を越えて添加すると材料
の脆化を招く。Ｗ，Ｖは、いずれもＣと反応してＭＣ型
（ただし、Ｍは金属元素記号を示す）の硬質炭化物を形
成し、耐摩耗性の向上に寄与する。両者のうち少なくと
も１種の成分の添加量が０．１　重量％以上でなければ
所望の効果が得られず、添加量４重量％を越えると切削
性が低下し、また相手材を摩耗させ易くなる。Ｓｎは、
基地相中に拡散固溶し、Ｎｉによるオーステナイト化を
抑制する作用がある。添加量が０．２　重量％未満では
効果が認められず、５重量％より多く添加すると炭化物
粒子を粗大化させ、機械的強度を低下させて耐摩耗性が
悪化する。Ｎｉは、基地相を強化し炭化物の脱落を防止
する。また、焼結性を向上させ、相手カムとのなじみ性
を良くする作用をも有する。さらに、Ｓｎを伴わずに５
重量％を越えて添加すると、基地相中にオーステナイト
相が生じ、耐摩耗性が低下するが、Ｓｎ量が上述の範囲
においては、Ｎｉ　５．５〜１０重量％の添加量で良好
な耐摩耗性を示す。Ｃは、基地相を強化すると共に、Ｃ
ｒ、その他の添加成分と反応して硬質相を析出させ、耐
摩耗性を向上させる。ただし、１重量％未満では所望の
効果が得られず、４重量％を越えると靱性の低下を招く
。Ｐ，Ｂは、焼結を促進させる作用を有し、焼結部材を
高密度化させる元素であり、少なくともその一方を添加
すればよい。添加量が、０．０５重量％未満では所望の
効果を得られず、５重量％を越えて添加すると、焼結時
に過剰の液相を生じて寸法変化率が大きくなり好ましく
ない。

【００２３】■ＪＩＳ　Ｇ５５０１−ＦＣ３０（ねずみ
鋳鉄）製カムを用意した。このカムは、カム・ノーズを
中心にして±９０度の角度範囲でチル化されており、該
カムのカム・ノーズを中心にして±３０度の角度範囲に
亘る表面層にプラズマ・トーチを用いて深さ１ｍｍの急
速再溶融処理を施し、その溶融池にＣｒ粉末　１．５重
量％、Ｍｏ粉末１重量％を添加した後、自己冷却により
急冷せしめた。得られたカム３を第３図、第４図に示す
（図中、４はカム・ノーズ、５はチル層、６は再溶融硬
化処理層をそれぞれ示している）。チル層５の硬度はＨ
Ｒ　４５、再溶融硬化処理層６の硬度はＨＲ　６０であ
った。なお、再溶融硬化処理の際に溶融池に添加するＣ
ｒ粉末、Ｍｏ粉末は、炭化物安定化元素であって、この
池、Ｖ，Ｈｂも同様な機能を有する。これ等の元素は、
その単体粉末、それ等相互の合金粉末、あるいは炭素等
の化合物粉末形態として添加され得る。ただし、炭化物
安定元素の添加量が　０．５重量％未満では、再溶融硬
化処理層中の炭化物量が少なくなって耐摩耗性の大幅向
上を期待できず、また、４重量％を越えて添加しても、
耐摩耗性の向上効果が少なく、経済的に不利となる。

【００２４】■前記■項によって得た複数のカム３を用
い、また前記■項と同様の手法で得た炭化物存在状態の
異なる複数の摺動部材Ａを用意し、各摺動部材Ａとカム
とを、内燃機関に組み込み、２０００ｒｐｍ　、　３０
０時間の運転を行ない、各組合せについて摺動部材とカ
ムの摩耗量を調べ、その結果を第５図ないし第７図に示
した。また、摺動部材Ｂについても同様に内燃機関に組
み込み６０００ｒｐｍ　、　４００時間の運転を行い、
その摩耗量を調べ、摺動部材Ａの摩耗量と対比した第８
図に示した。

【００２５】■第５図は、摺動部材（ロッカアーム）Ａ
の組織中に含まれる炭化物の粒子径が摩耗量に及ぼす影
響を示している。第５図によれば、炭化物の平均粒子径
が１５μｍ　を越えるとカムの摩耗量が急増し、平均粒
子径４μｍ　以下については、該粒子性の測定が難しく
、この範囲で、カムの摩耗量が増加する傾向がある。ま
た、摺動部材Ａの摩耗量は、炭化物の平均粒子径が６μ
ｍ　を越えるとやや増大する傾向があるものの、ほぼ一
定である。それ故、カムの摩耗量が７〜２７μｍ　、摺
動部材Ａの摩耗量が６〜１７μｍ　である平均粒子径４
〜１５μｍ　の範囲を選択するのが望ましく、炭化物の
８０％以上が粒子径４〜１５μｍ　であればその範囲に
収まる。

【００２６】■第６図は、摺動部材（ロッカアーム）Ａ
の組織中に含まれる炭化物の平均粒子間隔が摩耗量に及
ぼす影響を示している。第６図によれば、炭化物の平均
粒子間隔が１５μｍ　を越えると摺動部材Ａの摩耗量が
増大し、平均粒子間隔が２０μｍ　を越えるとカムの摩
耗量が増え、スカッフ現象が生じる。また、平均粒子間
隔が５μｍ　未満では、摺動部材Ａにおける基地相の強
度が低下して割れが発生し、カムの摩耗も増加する傾向
となる。それ故、カムの摩耗量が９〜１９μｍ　、摺動
部材Ａの摩耗量が５〜１６μｍ　である平均粒子間隔５
〜１５μｍ　の範囲を選択するのが望ましい。

【００２７】■第７図は、摺動部材（ロッカアーム）Ａ
の組織中に含まれる炭化物の視野占有面積率が摩耗量に
及ぼす影響を示しており、また第８図は、炭化物視野占
有面積率と摺動部材Ａ，Ｂの摩耗量との関係を示してい
る。第７図、第８図によれば、視野占有面積率が大きく
なるほど、カムの摩耗量がほぼ直線的に増大し、摺動部
材の摩耗量がほぼ直線的に減少することが判る。また、
視野占有面積率が５０％を越えると、熱処理を行なった
際の割れが生じ易いため、視野占有面積率以下にするの
が望ましい。そして、視野占有面積率１０％未満では炭
化物による効果を期待できないため、視野占有面積率１
０％以上にすべきである。それ故、カムの摩耗量が１２
〜１４．４μｍ　、摺動部材の摩耗量が　３．７〜１１
．０μｍ　である視野占有面積率１０〜５０％の範囲を
選択するのが望ましい。また、塩浴軟窒化処理を施すこ
とにより、摩耗量を更に低減化することができる。

【００２８】さらに前記第一摺動部材たるカム摺接部片
の炭化物の粒子径と炭化物の平均粒子間隔と、炭化物の
視野占有面積率を色々と変えた実施例１〜４と、本実施
例に該当しない比較例との各摩耗量は下記の通りである
。

【００２９】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】合金基地相中に含まれる炭化物の平均粒子径を
測定する方法を示す図

【図２】同じく平均粒子間距離を測定する方法を示す図

【図３】その表面に再溶融硬化処理を施された鋳鉄製カ
ムの断面図

【図４】そのＩＶ−ＩＶ線断面図

【図５】炭化物平均粒子径と、カム、摺動部材（ロッカ
アーム）Ａの摩耗量との関係を示すグラフ

【図６】炭化
物平均粒子間隔と、カムと摺動部材（ロッカアーム）Ａ
の摩耗量との関係を示すグラフ

【図７】炭化物の視野占
有面積率と、カム、摺動部材（ロッカアーム）Ａの摩耗
量との関係を示すグラフ

【図８】炭化物の視野占有面積
率と、カム、摺動部材（ロッカアーム）Ａ，Ｂとの関係
を対比的に示すグラフ

【符号の説明】

１…走査線、２…炭化物粒子、３…カム、４…カム・ノ
ーズ、５…チル層、６…再溶融硬化処理層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　摺動表面層の基地相中に硬質相が分散
した動弁機構の摺動手段において、前記硬質相の８０％
以上が大きさ４〜１５μｍ　であって、該硬質相が平均
粒子間隔５〜１５μｍ　で分散するとともに、該硬質相
の視野占有面積率が１０〜５０％であることを特徴とす
る動弁機構の摺動手段。