JPS5853612A

JPS5853612A - タペツト

Info

Publication number: JPS5853612A
Application number: JP15053381A
Authority: JP
Inventors: Keiji Nakamura; 啓次中村
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1983-03-30
Also published as: JPS637249B2

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】本発明は内燃機関のカム軸に追従する動弁用タペットに
関するものであり、数種の材料を複合した複合タペット
、中でも焼結合金を複合したタペットに関する０タペットには従来からチル鋳物、合金鋼、浸炭窒化鋼が
用いられ、さらにＣｒメツ曳溶射等の表面被覆や、焼入
れ、窒化の熱処理が施されて用いられていたものであっ
たが、近年の内燃機関の高出力化に伴い焼結合金製のタ
ペット、又は焼結合金と鋳鉄、鋼との複合材料タペット
が注目されている。その理由として焼結合金が成形性に
優れるばかりか空孔が存在することによる潤滑性向上と
硬質微細粒子の存在による耐摩耗性向上がある。

しかしながら焼結合金は通常の鉄系合金粉末を固相焼結
したものでは空孔量が多く、との空孔が構造的に切欠き
として作用し、摺動面面圧の高いタペットや他のカムフ
ォロワ、及びカムでは摺動面の疲労によるクラック及び
割れや欠けを発生しピッチングと称される摩耗を発生し
易い。

かかるピッチングに対しては焼結合金の空孔量を減らし
焼結合金強度を向上させることが有効であるため、例え
ば本出願人の先に提案した特開昭５６−６０８１１号の
如く液相焼結によって複合化と高強度化を達成したタペ
ットや、あるいは実開昭５４−１６９６０７号や実開昭
５６−８３６０７号の如く固相焼結合金表面を緻密化し
て空孔量を調整したタペットが提案されている。

この液相焼結による複合タペットは母材との結合度及び
焼結合金自体の強度においては優れるものの摺動する相
手材料であるカムがチル鋳物や浸炭焼入鋼である場合に
潤滑条件が悪く高負荷である機関ではスカッフィングと
称される金属間融着摩耗を発生し易いだめに、表面に軟
窒化処理が施される。一般的に軟窒化処理層を設けた摺
動部材では比較的低面圧のもの（例えばピストンリング
など）では充分な効果を発揮するが、高面圧で使用され
るタペットにおいては軟窒化に伴う軟化が窒化拡散層下
部に発生しピッチングが発生し易くなる。即ち摺動面表
面には硬質の窒化化合物層が生じ、その下に拡散層が形
成され摺動面から０５朋程度までは硬化されるが、逆に
それより下の層は焼戻された状態となり軟化する。特に
高合金であり、かつ密度の高いタペット用液相焼結合金
では軟窒化層を必要深さく通常０２ｍｍ）設けようとし
たら長時間の処理時間を要するため軟化傾向が著しい。

このことは固相焼結合金を緻密化したタペットでも全く
同一の欠点としてあげられ単に焼結合金の表面空孔量を
調整したり、熱処理することによってのみでは耐スカッ
フィング性と耐ピツチング性を共に満足するタペットは
得られない。

本発明は上記の耐スカッフィング性と耐ピツチング性の
双方に優れると共に生産性にも優れだタペットを目的と
するものであり、以下詳細に説明する。

まず本発明の要旨とするところは下記３つの構成要件に
よるタペットにある。

（１）鋳鉄又は鋼によるタペット本体のカムとの摺動部
にカム当接部を設ける。

（２）　　カム当接部の表面に炭化物を１５〜４０重量
％含むＣｏ基焼結合金による摺動部材を配する。

（３）カム当接部の摺動部材とタペット本体との間にＦ
ｅ基焼結合金を配する。

かかる本発明タペットの一実施例を第１図に示と共に第
１図に従って説明する。

タペットはカム５との摺動面３５排成するカム当接部２
とタペット本体１とによりなり、さらにカム当接部２が
摺動面３５を形成する摺動部材３と中間部材４とによっ
て形成される。タペット本体１はタペットガイド６と摺
動する胴部１６とブツシュロッド７と摺動する座部１７
とが形成される○この胴部１６及び座部１７はカム当接
部２と比較した場合に特別の面圧及び衝撃がなく、耐摩
耗性の要求が厳しいものでないためタペット本体１への
焼入れによって充分な耐摩耗性が得られる。

一方カム５と摺動する摺動部材３に耐スカッフィング性
と耐ピツチング性に著しく優れる炭化物を含んだＣｏ基
焼結合金を用い、タペット本体１と摺動部材３とを結合
しかつ摺動部材３を支承するものとして中間部材４を配
することにより、タペット本体１、中間部材４、摺動部
材３とが強固に結合しタペットとしての強度が充分に得
られる。

この摺動面３５を形成する摺動部材３にＣＯ基焼結合金
を用いる理由として次の事項があげられる０まず耐スカ
ッフィング性については、本発明のＣｏ基焼結合金が炭
化物粒子とＣｏ基合金基地の相乗効果を有することによ
り達成される。即ちＷ、Ｃｙ　、　’ｌ’ｉ　、　Ｎｂ
の炭化物は硬度ＨＶ１５００以上と著しく高いものであ
り、かつ基地中に分散していることにより摺動面間でベ
アリング効果をなし潤滑性及び耐摩耗性に寄与する。た
だし１５重量％未満であると炭化物粒子量が過少であり
上記の効果がなく、４０重量％を超えた場合には炭化物
粒子に比べこれを支承する基地量が過少となって焼結合
金の強度が脆くなりピッチングを発生し易いばかりか、
相手材であるカムに対して硬度が高すぎ、これを著しく
摩耗させるため１５〜４０重量％の範囲で選択せねばな
らない。一方摺動部材の基地はＣｏ基合金によって形成
されるため一般的には鋳鉄又は鋼、又は鉄系焼結合金で
あるカムに対して全く異種材料であり、かつＣｏ基合金
硬度が高いため金属間融着を起こし難く、スカッフ・イ
ンクが発生する可能性は極めて低い。さらにＣｏ基合金
はＦｅ基合金に比し溶融点が低く後記する中間部材であ
るＦｅ基焼結合金の液相温度にて液相を多く発生し、焼
結合金密度が向上し、空孔がほとんど消滅されるだめ焼
結完了後の強度は高いものとなり耐ピツチング性におい
ても優れたものである。

かかる摺動部材に用いる焼結合金は炭化物としてはＷＸ
Ｃｒｓ　’ｒｔ　、　Ｎｂが摺動条件に優れる理由とし
て選ばれるが、実用的には耐摩耗性と強度を満たすもの
として２５〜３５重量％の範囲で選択されることが望ま
しい。又焼結合金にはこれら炭化物の他に重量％にてＣ
１，０〜４．０　％、Ｃｒ６〜１８％、Ｗ２〜１０チ、
残実質的にＣＯの成分組成であることが望ましい。Ｃｒ
、Ｗについては基地組織の強化と共にＣｏ−Ｃｒ−Ｗ−
Ｃの微細な炭化物を上記しあるが、Ｃｒ　６４未満、Ｗ
２％未満ではその効果が少なく、Ｃｒ１８％、Ｗ１０％
を超えた場合に基地が脆化するためそれぞれＣｒ　６〜
１８％、Ｗ２〜１０％で選択されることが望ましい０又
ＣについてはＣｏ基合金の溶融温度を下げると共に炭化
物形成元素として作用するが、Ｃ１，０４未満ではその
効果がなく、４．０％を超えた場合に炭化物量が多大と
なって脆くなるため１．０〜４０チで選択されることが
好まある鋳鉄又は鋼に拡散結合すると同時に、摺動部材
であるＣｏ基焼結合金とも一体的に焼結されるものであ
るが、さらに焼結以前及び焼結以後も摺動部材であるＣ
ｏ基焼結合金を支承する効果をも有する。即ち上記した
如きＣＯ基焼結合金は原料が極めて高価であるため非実
用的なものであるが、これを肉盛、あるいは溶射しよう
とした場合には肉盛にも多量の材料を要し、溶射は剥離
し易い欠点があり実現不可能なものである。これに対し
て本発明では摺動部材を構成するＣＯ基焼結合金と、そ
れを支承するＦｅ基焼結合金とを焼結する以前に粉末を
積層した複合圧粉体より焼結することによってＣＯ基焼
結合金量を著しく低減することが可能となる。即ち第２
図（イ）〜に）に示す如く粉末圧粉体が形成されること
による。

第２図（イ）は、ダイＤを上げてＦｅ基焼結合金の粉末
Ｆを充填したところを示し従来と変わらないが、第２図
（ロ）に示すようにダイＤを止めたまま上ノくンチＵに
より粉末Ｆの上方部のみを圧粉し、次いでダイＤを圧粉
された高さまでおろし、ＣＯ基焼結合金の粉末Ｃのフィ
ーダＡをセットし、次いでダイＤを上げ粉末Ｃを充填す
る。（第２図（ハ）の状態）従って粉末Ｃは高さ方向が
うすくとも均一な厚さで充填されることとなる。後の工
程は従来と同じく第２図に）に示す如く上バンチＵを下
げると同時にダイＤを下げ、上下パンチＵ、Ｌから同量
圧粉した後にダイＤを下げて圧粉体をとり出す０このよ
うにして成形された圧粉体は粉末Ｃと粉末Ｆとが強く圧
接されるために相対的に粉末Ｆ厚さを大きくとることで
粉末Ｃ厚さが薄くとも圧粉体が取り出し時のスプリング
バック力や後工程での取扱いに際して破損することがな
い。

この圧粉体は別に用意されたタペット本体と組付けられ
てＦｅ基焼結合金が液相を生ずる温度にて焼結される。

この液相焼結によってＦｅ基焼結合金に存在する空孔は
量が減少せられ高密度の焼結合金が得られると共に、液
相発生と同時に焼結合金中の元素のタペット本体への拡
散が進行し、タペット本体とＦｅ基焼結合金は冶金学的
な拡散結合が達成される。それと同時にＦｅ基焼結合金
より液相発生温度の低いＣｏ基焼結合金ではＦｅ基焼結
合金への冶金学的拡散結合が達成されており、焼結完了
後はこれら３つの部材が冶金学的に完全に結合される。

かかるＦｅ基焼結合金は焼結完了後もＣｏ基焼結合金を
支承する必要があるため強度及び剛性に優れなくてはな
らない。そのため重量％にてｃｌ、５〜４．０チ、（Ｐ
％　ＢＮ　ｓｔ　）のうち一種又は二種以上を０．２〜
５．０％、Ｃｕ　１．０〜５．０　％を含む合金である
ことが望ましい。Ｐ　Ｎ　Ｂ　Ｎ　Ｓｌは少量で液相温
度を低下させるために添加されるが０．２４未満では効
果がなく、５．０俤を超えた場合に基地の脆化が著しい
ため０．２〜５．０　％で選択される。Ｃは基地組織の
調整及び液相発生温度低化のため添加されるが、１．５
チ未満では基地のツユライト量が多く剛性が低くなり、
４．０％超ではセメントタイトが過大となって脆化する
ため１．５〜４．０　％で選択される。又Ｃｕは基地の
強化のため添加されるが、１．０チ未満でることが好ま
しい。その理由として通常の機関では面圧圧力を受けて
かつすべり接触するタペ７）では表面の０．１〜０．６
　ｉｎ付近に最も応力が集中し、この部分の強度が低い
とピッチング発生の原因となるものであるが、本発明に
おいてはＣｏ基焼結合金とＦｅ基焼結合金とが冶金学的
に拡散結合しているため、この結合部が最も強度に優れ
た層となる。

即ちＣＯ基焼結合金中の炭化物粒子が存在せず、かつＦ
ｅ基焼結合金中にＣｏ、Ｃｒ、Ｗ等が拡散してなる結合
層はＦｅ基焼結合金以上の基地強度が達成される。従っ
てＣｏ基焼結合金の厚さは摺動面表面より０．１〜１．
Ｏ１ｍの範囲で選択することにより耐ピツチング性の効
果をより向上しうる。尚かかる薄い焼結合金層を得よう
とした場合に、みかけ上の粉末量を増すためＣｏ基焼結
合金粉末に気化性の粉末又は液体を混ぜてＦｅ基焼結合
金粉末上へ充填するか、又は塗布するかによって２層の
圧粉体を形成することも場合によってなされる。又ピッ
チングに対して特別苛酷でない通常の機関にあってはＣ
。

基焼結合金は０５〜１．５　ｔｔｔｘ程度の比較的に肉
厚の厚いものであっても充分に耐えうる。

又焼結炉中での位置ずれ等を防止するために第３図に示
す如＜　Ｆｅ基焼結合金４にフランジ部４１を設けたり
、タペット本体に焼結合金の掛止突起又は溝を設けるこ
とも可能である。

以上記した如く本発明タペットは耐スカッフィング性及
び耐ピツチング性に優れるのみ外らず、製造も容易なも
のであるが、以下の如く製造したタペットの試験結果を
示す。

ＣＯ基焼結合金として、ＷＣ粉、Ｃｒ　Ｃ粉及びＣｏ　
−Ｃ−Ｗ合金粉末とＣ粉を混合し、Ｆｅ基焼結合金とし
て、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ粉とＣ粉、Ｃｕ紛を混合しそれぞれ２
層に充填後６ｔ／ｃｒｌでプレス成形し、ＳＣＭ種の鋼
によるタペット本体と組合せ環元性雰囲気中で１２４０
℃にて焼結した後、焼入焼戻を行い最終寸法加工し、次
のタペットを得た。

（Ｃｏ基焼結合金）−摺動部材成分重量％、ＷＣ８，１％、Ｃｒ　Ｃ２０，３％、Ｃｒ
　１２．２　％、Ｗ５．５％、Ｃ３，０％、残Ｃ。

肉厚（１２６１１１Ｎ表面硬度Ｈ％／６５０　　密度８
．２１（Ｆｅ基焼結合金）−中間部材成分重量％、Ｃ３，４％、Ｐ　Ｏ，６％、Ｓｉ　１．１
％、Ｃｕ　３．２　％、残Ｆｅ肉厚２．６１１Ｎ中間部硬度ＨＶ２００　　密度７．５
Ｉ（寸法）摺動部外径ｆｆ３０、重量１５０ｇ（試験装置）上記タペットをカムシャフトと組付け、回転数を電動機
直結の変速機にて変え、荷重をタペットに加えるバネ力
で変える。

（比較タペット）成分重量％、Ｃ２，８’Ｌ　Ｓｉ　Ｏ，６７％、Ｐｏ、
４５％、Ｎｉ　１．１　％、Ｃｒ　ｔ２．８％、Ｍｏ　
１．２　’％　、残Ｆｅの液相焼結合金複合タペット表面２硬度）（Ｖ２Ｏ３密度７．５１（相手材カムシャフト）成分重量％、ＴＣ３，２％、Ｓｉ　２．２　％、Ｍｎ　
０．８　％、Ｎｉ　Ｏ，３％、Ｃｒ　１．２　％、Ｍｏ
　０．４　’％、残Ｆｅの舒改に焼入れし表面硬度ＨＲ
Ｃ５４（試験１．　　スカッフィング試験）回転数を２０００ｒ９”とし荷重を５分毎に１０ｋｌ？
づつ上げてスカッフィング発生荷重とする。

（試験２．　ピッチング試験）回転数を１０００ｒｐｌとし荷重を２５ｋｇづつ上げて
１０　　サイクルでピッチング限界荷重とする。

（試験結果）　　　　　　　　　単位　ｋｇこの実験結
果によっても明らかな如く本発明タミソトは耐ピツチン
グ性と耐スカッフィングの双方に同時に優れるものであ
り高負荷高速の機関であり、かつ潤滑条件の劣る苛酷な
機関にも充分に耐えうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図；本発明タペット実施例断面図。第２図；本発明タペットの製造を示す断面図。第３図；本発明の他の実施例断面図。付号の説明１：タペット本体　２：カム当接部３：摺動部材　　　４：中間部材特許出願人日本ピスト／す／グ株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋳鉄又は鋼によるタペット本体１のカムとの摺接
部に異種材料によるカム当接部２を配してなるタペット
において、前記カム当接部の表面に、炭化物を重量優にして１５〜
４０％含むＣｏ基焼結合金による摺動部材３を配し、該
摺動部材３と前記タペット本体１間に液相焼結されたＦ
ｅ基焼結合金による中間部材４を配したことを特徴とす
るタペット。
（２）前記摺動部材３が、（ＷＮ　Ｃｒ　Ｎ　Ｔｉｚ　
Ｎｂ）炭化物のうち一種又は二種以上を合計で２ト３５
重量％含むＣＯ基焼結合金であり、かつ厚さが０．１〜
１．０酊であることを特徴とする特許１項記載のタペット〇
（３）前記摺動部材３が、（Ｗ，　Ｃｒ　、　Ｔｔ　Ｘ
Ｎｂ　）炭化物のうち一種又は二種以上を合計で２ト３
０％、Ｃ　１．０〜４．０％、Ｃｒ６〜１８％、Ｗ２−
１０％、残実質的にＣｏによりなることを特徴とする前
記特許請求の範囲第１項記載のタペット。
（４）前記中間部材４が重量チにて、Ｃ１，θ〜４Ｄ％
、（Ｐ％　Ｂ％　Ｓｔ）のうち一種又は二種以上を０２
〜５０チ、Ｃｕ　１．０　〜５．０　％、残実質的にＦ
ｅよりなることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
記載のタペット。
（５）前記摺動部材３と中間部材４とがそれぞれの粉末
を積層した複合圧粉体より焼結されてなることを特徴と
する前記特許請求の範囲第１項記載のタペット。
（６）前記タペット本体１と中間部材４とが中間部材４
中の元素の拡散により冶金学的に結合されてなることを
特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載のタペット。