JPH0978196A - チップ材が高い接合強度を有する内燃機関タペット部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ材が高い接合強度を有する内燃機関タ
ペット部材を提供する。 【解決手段】 タペット部材が、重量％で、Ｃ：０．１
３〜０．５％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：
０．３〜１．２％、Ｃｒ：０．４〜３．５％を含有し、
さらに必要に応じてＮｉ：０．４〜４．５％およびＭ
ｏ：０．１５〜０．７％のうちの１種または２種を含有
し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有する低
合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面に、Ｃｏ：
２５〜３５％、Ｐ：０．１〜１％、Ｃｒ₃ Ｃ₂ ：０．５
〜１０％、さらに必要に応じてＦｅ：０．１〜３％、Ｗ
Ｃ：残り、からなる配合組成の焼結体からなるＷＣ基超
硬合金製チップ材を拡散接合したものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、炭化タングステ
ン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金で構成されたチップ
材を低合金鋼製タペット本体に、強固な接合強度で拡散
接合してなる内燃機関タペット部材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、ヂーゼルエンジンやガソ
リンエンジンなどの内燃機関のタペット部材として、例
えば特開昭６２−１８２４０６号公報に記載され、かつ
図１に概略縦断面図で例示されるように、通常冷間鍛造
で成形加工され、かつ炭素鋼や合金鋼などで構成された
タペット本体１のカム当接面側の頂面１ａに、金属の炭
化物、窒化物、およびほう化物のうちの１種以上とＮｉ
またはＮｉ合金で構成されたチップ材２を、これの液相
焼結と同時に接合してなるタペット部材が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高出力化および高性能化はめざましく、これに伴な
い、これの構造部材であるタペット部材はより一段と苛
酷な条件下での使用を余儀なくされる傾向にあるが、上
記の従来タペット部材においては、タペット本体とチッ
プ材との接合強度が十分でないために、苛酷な使用条件
下では、これら両者間に剥離が発生し易く、信頼性の点
で問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、タペット部材を構成するチップ
材のタペット本体への接合強度の向上をはかるべく研究
を行なった結果、タペット本体を、重量％で（以下、％
は重量％を示す）、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓ
ｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３〜１．２％、
Ｃｒ：０．４〜３．５％、を含有し、さらに必要に
応じて、Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．１５
〜０．７％、のうちの１種または２種、を含有し、残り
がＦｅと不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼に
特定すると共に、これのカム当接面側の頂面に、Ｃｏ：
２５〜３０％、 Ｐ：０．１〜１％、炭化クロム
（以下、Ｃｒ₃ Ｃ₂ で示す）：０．５〜１０％、必要に
応じてＦｅ：０．１〜３％、ＷＣ：残り、からなる配合
組成の焼結体からなるＷＣ基超硬合金製チップ材を拡散
接合すると、この結果のタペット部材においては、タペ
ット本体のＳｉとチップ材を構成するＰの相互作用で拡
散接合時におけるタペット本体へのチップ材のぬれ性が
著しく向上するようになると共に、チップ材の結合相を
構成するＣｏ中に固溶したＣｒ₃ Ｃ₂ の作用でチップ材
のタペット本体への密着性が著しく向上し、チップ材
は、タペット本体にきわめて強固に接合するようにな
り、かつＷＣ基超硬合金が硬質であることから、すぐれ
た耐摩耗性も具備するようになるという研究結果を得た
のである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｃ：０．１３〜０．５％、
Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３〜１．２
％、 Ｃｒ：０．４〜３．５％、を含有し、さらに必
要に応じて、Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．
１５〜０．７％、のうちの１種または２種、を含有し、
残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有する低合金
鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面に、Ｃｏ：２５
〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、Ｃｒ₃ Ｃ₂ ：
０．５〜１０％、必要に応じてＦｅ：０．１〜３％、Ｗ
Ｃ：残り、からなる配合組成の焼結体からなるＷＣ基超
硬合金製チップ材を拡散接合してなる、チップ材が高い
接合強度を有する内燃機関タペット部材に特徴を有する
ものである。

【０００６】つぎに、この発明のタペット部材におい
て、タペット本体の成分組成およびチップ材の配合組成
を上記の通りに限定した理由を説明する。 Ａ．タペット本体の成分組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が０．１３％未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方その含有量が０．５％を越えると
靭性が低下するようになることから、その含有量を０．
１３〜０．５％と定めた。なお、望ましくは０．２〜
０．４％の含有がよい。

【０００７】（ｂ） Ｓｉ Ｓｉ成分には、拡散接合時に、チップ材中のＰとの共存
作用でチップ材とのぬれ性を向上させ、もってチップ材
のタペット本体への密着性を向上させる作用があるが、
その含有量が０．１５％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方その含有量が０．３５％を越えると強
度が低下するようになることから、その含有量を０．１
５〜０．３５％と定めた。望ましくは０．２〜０．３％
の含有がよい。

【０００８】（ｃ） Ｍｎ Ｍｎ成分には、素地に固溶して靭性を向上させる作用が
あるが、その含有量が０．３％未満では所望の靭性向上
効果が得られず、一方その含有量が１．２％を越えると
強度が急激に低下するようになることから、その含有量
を０．３〜１．２％と定めた。望ましくは０．７〜１％
の含有がよい。

【０００９】（ｄ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地に固溶して耐熱性を向上させる作用
があるが、その含有量が０．４％未満では所望の耐熱性
向上効果が得られず、一方その含有量が３．５％を越え
ると靭性が低下するようになることから、その含有量を
０．４〜３．５％と定めた。望ましくは１〜３％の含有
がよい。

【００１０】（ｅ） ＮｉおよびＭｏ これらの成分には、素地に固溶して強度を一段と向上さ
せる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その
含有量が、それぞれＮｉ：０．４％未満およびＭｏ：
０．１５％未満では所望の強度向上効果が得られず、一
方その含有量がＮｉ：４．５％およびＭｏ：０．７％を
越えると靭性が低下するようになることから、その含有
量をＮｉ：０．４〜４．５％、Ｍｏ：０．１５〜０．７
％と定めた。なお、望ましくはＮｉ：２〜３％、Ｍｏ：
０．３〜０．５％の含有がよい。

【００１１】Ｂ．チップ材の配合組成 （ａ） Ｃｏ Ｃｏ成分には結合相を形成して強度および靭性を向上さ
せる作用があるが、その割合が、２５％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その割合が３５％を越
えると硬さが急激に低下し、耐摩耗性の低下が避けられ
ないことから、その割合を２５〜３５％と定めた。な
お、望ましくは２８〜３２％の割合がよい。

【００１２】（ｂ） Ｐ Ｐ成分には、焼結性を向上せしめて液相焼結を可能なら
しめると共に、タペット本体のＳｉとの共存作用で拡散
接合時におけるチップ材のタペット本体へのぬれ性を向
上させる作用があるが、その割合が０．１％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方その割合が１％を
越えると脆化現象が現われるようになることから、その
割合を０．１〜１％と定めた。なお、望ましくは０．３
〜０．７％の割合がよい。

【００１３】（ｃ） Ｃｒ₃ Ｃ₂ Ｃｒ₃ Ｃ₂ 成分には、結合相に固溶し、拡散接合時にお
けるタペット本体のＳｉおよびチップ材のＰによるぬれ
性向上効果と相まって、チップ材のタペット本体への密
着性を著しく向上させる作用があるが、その割合が０．
５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の割合が１０％を越えると強度が低下するようになるこ
とから、その割合を０．５〜１０％と定めた。望ましく
は４〜８％の割合がよい。

【００１４】（ｄ） Ｆｅ Ｆｅ成分には、結合相に固溶して、これの硬さを向上さ
せる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その
割合が０．１％未満では所望の硬さ向上効果が得られ
ず、その割合が３％を越える強度が低下するようになる
ことから、その割合を０．１〜３％と定めた。望ましく
は０．３〜１％の割合がよい。

【００１５】また、この発明のタペット部材は、一般
に、上記の低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂
面に、上記のＷＣ基超硬合金製チップ材を載置した状態
で、これに真空中または還元性雰囲気中、あるいは非酸
化性雰囲気中、１２００〜１３００℃の温度に３０〜１
２０分間保持後冷却の条件で拡散接合処理を施し、つい
で通常の滲炭ガス雰囲気中、８５０〜９００℃の温度に
１５０〜２００分間保持後、油温：１２０〜１４０℃の
油中に浸漬の油焼入れと、大気中、１５０〜２００℃の
温度に１００〜１５０分間保持の焼戻しの熱処理を施す
ことによって製造される。

【００１６】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明のタペット部材
を実施例により具体的に説明する。まず、いずれも冷間
鍛造加工により図１に示される形状および外径：３１mm
×長さ：５１mmの寸法を有し、かつそれぞれ表１に示さ
れる成分組成の低合金鋼で構成されたタペット本体Ａ〜
Ｐを用意し、またチップ材を形成するために、原料粉末
として、いずれも粒度が１００メッシュ以下のＷＣ粉
末、Ｃｒ₃ Ｃ₂ 粉末、Ｃｏ−Ｐ合金（Ｐ：３５％含有）
粉末、Ｆｅ−Ｐ合金（Ｐ：２５％含有）粉末、Ｆｅ粉
末、Ｃｏ粉末、および黒鉛粉末を用い、これら原料粉末
を表２に示される配合組成に配合し、混合した後、５to
n ／cm² の圧力で直径：３１mm^φ×厚さ：３mmの寸法を
もった圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、１×
１０^-2torrの真空中、１２００〜１３００℃の範囲内の
所定の温度に６０分間保持の条件で焼結して、いずれも
９５％以上の理論密度比を有する焼結体からなるＷＣ基
超硬合金で構成されたチップ材ａ〜ｑをそれぞれ製造し
た。ついで、これらのチップ材ａ〜ｑをそれぞれ表３に
示される組合せでタペット本体Ａ〜Ｐのカム当接面側の
頂面上に図示の通りに載置し、この状態で、１×１０^-2
torrの真空中、温度：１２５０℃に８０分間保持後、窒
素ガス吹付けによる強制冷却の拡散接合処理を行ない、
ついで通常の滲炭ガス雰囲気中、温度：８８０℃に１８
０分保持後、油温：１３０℃の油中に浸漬の油焼入れ
と、大気中、温度：１８０℃に１２０分保持の焼戻しの
熱処理を施すことにより本発明タペット部材１〜１５お
よび比較タペット部材１〜５をそれぞれ製造した。

【００１７】なお、比較タペット部材１〜５は、タペッ
ト本体とチップ材の接合強度に影響を及ぼす成分、すな
わちペレット本体のＳｉ並びにチップ材のＰおよびＣｒ
₃ Ｃ₂ のうちのいずれかの含有割合が、この発明の範囲
から低い方に外れたものである。

【００１８】つぎに、この結果得られた各種のタペット
部材について、チップ材のビッカース硬さを測定すると
共に、これを６気筒１２バルブ、８２００cc、２１０馬
力のディーゼルエンジンに組込み、回転数：３０００r.
p.m.、運転時間：２００時間の高速回転条件で実機試験
を行ない、チップ材のカム摺動面における最大摩耗深さ
を測定すると共に、タペット本体へのチップ材の接合強
度を評価する目的で、これら両者の接合面を外周にそっ
て観察し、剥離が原因の割れ発生数を測定した。さらに
接合強度を評価する目的で、前記接合面の剪断強度も測
定した。これらの測定結果を表３に示した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【発明の効果】表１〜３に示される結果から、本発明タ
ペット部材１〜１５は、いずれも高速運転にもかかわら
ず、チップ材のタペット本体からの剥離現象の発生な
く、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、比較タペット
部材１〜５に見られるように、タペット本体とチップ材
の接合に大きな影響を及ぼすタペット本体のＳｉ並びに
チップ材のＰおよびＣｒ₃ Ｃ₂ のうちのいずれかの含有
割合でもこの発明の範囲から低い方に外れると、これら
に強固な接合強度を確保することができないことが明ら
かである。上述のように、この発明のタペット部材は、
これを構成するチップ材がタペット本体のカム当接面側
の頂面に著しく強固に接合しているので、内燃機関の高
速化および高性能化に十分満足に対応でき、長期に亘っ
てすぐれた性能を発揮するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関のタペット部材を例示する概略縦断面
図である。

【符号の説明】

１ タペット本体 １ａ タペット本体のカム当接面側の頂面 ２ チップ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/44 Ｃ２２Ｃ 38/44 Ｆ０１Ｌ 1/14 Ｆ０１Ｌ 1/14 Ｂ (72)発明者 小林 幹和 神奈川県川崎市中原区大倉町10番地 三菱 自動車工業株式会社内 (72)発明者 松井 利治 神奈川県川崎市中原区大倉町10番地 三菱 自動車工業株式会社内 (72)発明者 宮内 憲一 神奈川県川崎市中原区大倉町10番地 三菱 自動車工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
   ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
   ％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成
   を有する低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面
   に、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の焼結体か
   らなる炭化タングステン基超硬合金製チップ材を拡散接
   合してなる、チップ材が高い接合強度を有する内燃機関
   タペット部材。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
   ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
   ％、を含有し、さらに、 Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．１５〜０．７
   ％、のうちの１種または２種、を含有し、残りがＦｅと
   不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼製タペット
   本体のカム当接面側の頂面に、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の配合組成
   の焼結体からなる炭化タングステン基超硬合金製チップ
   材を拡散接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
   る内燃機関タペット部材。
3. 【請求項３】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
   ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
   ％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成
   を有する低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面
   に、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、Ｆｅ：０．１〜３％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の焼結体か
   らなる炭化タングステン基超硬合金製チップ材を拡散接
   合してなる、チップ材が高い接合強度を有する内燃機関
   タペット部材。
4. 【請求項４】 重量％で、 Ｃ：０．１３〜０．５％、 Ｓｉ：０．１５〜０．３
   ５％、 Ｍｎ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：０．４〜３．５
   ％、を含有し、さらに、 Ｎｉ：０．４〜４．５％、 Ｍｏ：０．１５〜０．７
   ％、のうちの１種または２種、を含有し、残りがＦｅと
   不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼製タペット
   本体のカム当接面側の頂面に、 Ｃｏ：２５〜３５％、 Ｐ：０．１〜１％、 炭化クロム：０．５〜１０％、Ｆｅ：０．１〜３％、 炭化タングステン：残り、からなる配合組成の焼結体か
   らなる炭化タングステン基超硬合金製チップ材を拡散接
   合してなる、チップ材が高い接合強度を有する内燃機関
   タペット部材。