JPS5877556A - カムシャフトとカムフォロワの組合せ - Google Patents

カムシャフトとカムフォロワの組合せ

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JPS5877556A
JPS5877556A JP17371081A JP17371081A JPS5877556A JP S5877556 A JPS5877556 A JP S5877556A JP 17371081 A JP17371081 A JP 17371081A JP 17371081 A JP17371081 A JP 17371081A JP S5877556 A JPS5877556 A JP S5877556A
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JP
Japan
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layer
cam follower
cam
camshaft
sintered alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP17371081A
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English (en)
Inventor
Takeshi Hiraoka
武 平岡
Shigeru Urano
浦野 茂
Kazuo Shimizu
一夫 清水
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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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】 本発明は内燃機関用のロノカアーム、タペツトなどのカ
ムフォロワに関するものであり、特にチルド化されてさ
らに軟窒化されたカムノーズを有するカムシャフトと組
合されて効果を発揮するものである。
内燃機関、中でもディーゼル機関ではカムシャフトとカ
ムフォロワ間の摺動部負荷が大きく特別な耐摩耗性が要
求される。従って材料的な組合せが重要な課題となり、
さらに種々の表面処理が通常用いられる。
一般的にはカムシャフトにはカムノーズ部をチルド化し
たものか、合金鋳鉄に焼入れをして用いられるが゛、カ
ムフォロワには焼結合金が用いられるものである。焼結
合金をかかるカムフォロワに用いた場合にはカムシャフ
トに対して焼結合金の硬度が高く、カムフォロワは摩耗
せず、カムノーズが著しく摩耗する傾向にある0又面圧
強度を高くするために高密度の焼結合金を用いた場合に
カムノーズとのスカッフィングを生じ易いものである。
そこで耐摩耗性、なじみ性を向上する表面処理として軟
窒化処理をカムシャフトに施ずξとがなされるが、酬ス
カッフィング性の向上のため使用されるカムノーズをチ
ルド化したカムシャフトでは軟窒化を施してもその効果
がnとんどない。
本発明は」二記問題に鑑みなされたものであり、その要
旨とするところは下記3つの構成要件によりなるカムフ
ォロワにある。
(1)  カムノーズがチルド化され、さらに軟窒化処
理層を表面に有するカムシャフトと組合わされること。
(2)  カムフォロワのカムシャフトとの摺動面を形
成する摺動部が液相焼結合金であり、カムフォロワ本体
が鋼又は鋳鉄であること。
(3)カムツメロワ摺動部表面には軟窒化層を有するこ
と。
かかる本発明のカムツメロワを第1図に刈くずと共に、
第1図に従い以下詳細に説明する。
ifカムシャフト3はカムノーズ31に鋳造時に冷し金
にてチルド化層32が形成されており、カムシャフト全
体に軟窒化層4が形成される。
軟窒化層はカムノーズ31においては面・1摩耗性と耐
スカッフィングの向上効果を有し、カムシャフト自体に
対しても疲労強度を高める。
カムノーズにチルド化層を設ける本発明カムシャフトで
はチルド化層表面のセメンタイト量は30〜55%の面
積比であることが望ましい。その理由としてセメンタイ
ト量が55俤を超えた場合には軟窒化層の量が過少とな
ってなじみ性が低下する一方、セメンタイト量が30係
未満であると耐摩耗性に寄与する高硬度粒子であるセメ
ンタイト量の過少となり面・1摩耗性が劣化する。又基
地組織は好ましくはパーライトであることが而」摩耗性
向上の効果に優れるが、比較的負荷の大きい機関では基
地組織はベイナイトであってもか1わない。
かかるカムシャフトとしては重量係でTe3.8〜36
%、Si1.5〜2.5、Mn 0.5〜1.5、PO
93係以下、801%以下、Mo 0.3〜2.0 %
、Cr 03〜1.6%、残火質的にFefある鋳鉄を
鋳造時に冷し金にてチルド化して使用されることが好」
、しい。Si、Mn、P、S量については通常の鋳鉄に
必ず含有されるもので従来一般に用いら7する範囲で添
加されるが、Cr、Moは基地強化作用と炭化物形成に
効果を生ずる。特にMa il−高+fi+ l’E強
度を得るものであり0.3%未/lf’、lでは効果が
なく、20係を超えた場合に脆化が進むもので03〜2
.0%で選択されるものである。一方CrはCr炭化物
を形成する一方、Cr炭化物周囲に軟窒化層が形成され
ることで耐摩耗性向」−作用をなし、f)、 3 %未
満ではその効果がなく、16%超では基地が脆化する。
Cはセメンタイト及び炭化物形成ノ:基地のパーライト
化に作用し、28係未6MiでVJ[効果がなく、36
%超ではセメンタイト量が過大どなるものである。
さらに好ましくはNiを0.1〜10%とNi量を多く
することによりより効果を上げることかり能であり、C
r炭化物以」二の硬度であるNi炭化物に5− より硬度を調整することが好ましい。又さらに酬摩耗性
向上のためFe −C−P−Bの特殊ステダイトを形成
するBを0.01〜0.1%加えることも可能である。
この様にセメンタイト及びN1、Crの炭化物とさらに
基地組織に形成される軟窒化層41を有することにより
カムシャフトは耐摩耗性と耐スカッフィング性が向」−
される。
かかるカムシャフトと組合せるに本発明にあっては次の
第1図に示すカムフォロワ1を配する必要がある。
まずカムフォロワ1のカムシャフト3との摺動面を形成
する摺動部2が液相焼結合金であり、がつカムフォロワ
本体10は鋼又は鋳鉄であるカムフォロワ1を用いる。
その理由として一般的に焼結合金は空孔の存在により強
度が低く、鋼又は鋳鉄切材との複合化によって本体強度
を得る必要があり、焼結合金でカムフォロワ全体を形成
しようとするど強度上大型重量化し慣性力が大きくなり
カムフォロワの如き可動部品では摺動面での過剰の負荷
を与えることによる。さらに摺動部に液相6− 焼結合金を配する理由として、一つに液相焼結合金とす
ることによる緻密化が達成さJlて真密度が97係以上
とされ、焼結合金強度、11.!fに1011而11:
強度が向上されピッチングと称さハる疲J+ I’W 
A−[’;に充分耐えることが可能となるもので、(う
り、さらに鉄又は鋳鉄によるカムフォロワ本体ど圧粉体
の状態にて組付けられて後一体面に焼結されることによ
って冶金学的に結合されカム7101〕本体と摺動部結
合強度が完全に得られるブこめであり、高負荷機関に使
用されるだめの強度をイl)ろにで小11rjti的要
件である。
かかる摺動部を形成する液相焼結合金(、順1面圧強度
を得るため真密度97係以1・を夢するが、さらにその
空孔は液相焼結されることに」:すほとんどが独立空孔
として存在するものであり、夕)?孔大きさも200μ
以下の空孔が全体の空孔111の40係以」二でなけれ
ばならない0200μを超える粗大空孔は焼結合金にお
いて切欠きと1〜て作用1〜、疲労強度を著しく低下さ
せるものであり、ト記範囲で選択される。一方焼結合金
には主と17てCrからなる炭化物が分散したベイナイ
ト基地組織であってさらに表面に窒化層が形成されてい
る必要がある。
この焼結合金の成分重量係はC1,5〜3.0.5i0
5〜12、Po、2〜0,8、Ni0.5〜20、MO
o、 5〜2.01Cr 10.0〜]、 3.0、残
臭質的にFeであることが望ましい。かかる成分よりな
る焼結合金では主としてCrを中心とした炭化物が面積
比にて5〜20優形成され、さらに軟窒化層が基地組織
であるベイナイト組織に形成されると共に空孔及びCr
炭化物周囲に軟窒化層が形成されるものであり、硬度の
向上と共に組織の強化が達成されるものであり、さらに
Cr窒化物が最表面に形成されることとなり、Cr窒化
物が表面に介在することによる初期なじみ性が著しく改
善される。かかるCr窒化物の形成のだめにはCr量は
10チ以−ヒを要するものであるが13.0係を超えた
場合に炭化物量が過剰となり組織強度が低下するためC
r1OO〜130%で選択される。又NiはCr炭化物
以上の硬度を有する炭化物とNi −Crの複合炭化物
を形成する元素として添加されるが、NiO,5%未満
での、効果がなく、2()係を超えるとNi炭化物量が
多くカムシャフトに対し硬度が高くなりカムシャフトを
摩耗さぜるものである。Moは基地の強化に寄与し、0
5%未i’iiI+iでは効果がなく、:20係を超え
ると基地の脆化が著しい。Sl、1)←l少量で焼結合
金の液相温度を下げる効果を有するがSi0.5%未満
、Po、2係未満でC1、効果がなく、Si3.2%P
0.8係超では基地の脆化がバージい。又Cは炭化物形
成と共に基地のベイナイト化に寄りするものであるが、
1.5係未満でQ:]、効果がなく、:30係超ではこ
れも基地の脆化が著しいものである。
又本発明においてC]上記焼結合金に軟う;セ化層が形
成されることにより、前記し/ζ如く表層部にIl、な
じみ性に優れるCr窒化物層が形成さJl、その下にF
eの窒化化合物層、その下に窒化拡HH4層が形成され
る。この時本発明における焼結合金中の主としてCrか
らなる炭化物は窒化拡11々層においてはその周囲に窒
化物が形成されて」、・り極めて強脆な組織となり、−
刃室化化合物層ではノ、(地の窒化化合物と共に高硬度
の耐摩耗層を形成する〇−〇− 以上記した如き本発明のカムフォロワでは、まず相手材
であるカムシャフトが、面積係にして30〜55%のセ
メンタイトを主体としてMOで強化されさらに軟窒化層
が形成されたものであるのに対して、カムフォロワ表面
に、なじみ性に優れるCr窒化層を有し、かつその下に
Cr炭化物を含む窒化化合物層を有する高硬度層とさら
にその下にCr炭化物周囲に窒化物層を有する強靭な窒
化拡散層を有することによって、カムシャフトとカムフ
ォロワの双方の面1摩耗性を著しく向上されたものであ
る。
かかる本発明のカムツメロワにつき実機運転した結果を
以下に示す。
(供試機関) ボアXストローク;$84X824気筒
OI−I Cディーゼル機関、 潤滑油;劣化油+5%C1 油温;90℃、0.7at (試験条件) 回転数2000rl1m    200時間連続でのモ
ータリング試験 10− (供試カムシャフト) 0本発明カムシャフト Te3.4%、Si2.1%、Mn 0.65%、])
 +1.05係、80.01%、Mo 0.6 %、C
rO,52%、残Fe にカムノーズチル組織(面積%
44Lfl)Fe 3 C)に塩浴軟窒化処理を施した
。
0比較カムシヤフト 上記カムシャフトに塩浴軟窒化を施さない物。
(供試カムフォロワ);(ロッカアーム)カムフォロワ
母材は    種の鋳鋼で共通0本発明カムフォロワ C2,8%、Si0.84%、Mn 0.2 %、l?
 0.5 %、Ni1.0%、Cr12.3%、Mo1
.3%、残Feの真密度982%液相貌結合金に塩浴軟
窒化処理を施す。
0比較カムフオロワ 1 」−記カムフオロワに軟窒化を施さないもの3.0比較
カムフオロワ 2 C2,’1%、Si0.88%、Mn O,(14%、
p 0.65%、Cr 8.2 %、Mo 3.6%、
Nl+1.2%残Feの液相焼結合金 真密度984チ
の液相焼結合金に塩浴軟窒化処理をした物。
0比較カムフオロワ 3 比較カムフォロワ3に塩浴軟窒化処理しない物。
0比較カムフオロワ 4 C1,5%、Cr3.5%、Mo 9.0%、W 1.
5 %、V3.0%、Co6.2% 残Fe  よりな
る液相焼結合金に塩浴軟窒化を施した物。
0比較カムフオロワ 5 比較カムフォロワ5に塩浴軟窒化しないもの。
(摩耗試験方法) 供試機関に前記条件でカムシャフト、カムフォロワ(ロ
ッカアーム)を組付けてカムシャフトの場合はカムノー
ズ頂部の摩耗深さ、カムフォロワ(ロッカアーム)では
カムシャフトとの摺動面で最も摩耗するカムノーズ当り
始点、終点の摩耗床さを測定した。この試験結果が第2
図に示される表であり、試験結果より明らかな如く、本
発明におけるカムシャフトとカムフォロワの組合わせに
おいては従来のものに比し約3〜15倍の耐摩耗性が発
揮されることが確認された。
その理由としては一つにカムシー・フトがセメンタイト
を主体とした基地をMoで強化されているのに対してカ
ムフォロワではCrを主体とした炭化物とFeの窒化化
合物層とで摺動面が形成されることで、カムシャフトと
カムツメロワとの硬度バランスが最適なものにされると
共にスノJノフィングを生じ難くされることにあり、さ
らにカムフォロワが高Cr材料であり表面にCr窒化物
が存在することによるなじみ性の向」−が達ぜられるこ
と、及び抜力強度の要求されるカムツメロワに窒化拡散
層強度を向上する如(Cr炭化物周囲に窒化層が形成さ
れることによる。
【図面の簡単な説明】
第1図二本発明のカムフォロワの使用状態を示す断面図
。 第2図二本発明カムフメロワの+Iy:Ar[:試験結
果を示す図。 イ」号の説明 13− 3:カムシャフト   31:カムノーズ1:カムフォ
ロワ   2: 摺動部 特許出願人 日本ピストンリング株式会社 14− 4/ 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくともカムノーズ部がチルド化されたカムシ
    ャフトにおいて、 カムシャフト表面に軟窒化層を有し、かつカムフォロワ
    かカムシャフトとの摺動面を形成する液相焼結合金製摺
    動部と鋼又は鋳鉄製本体とによりなり、かつ前記摺動部
    表面には軟窒化層を有することを特徴とするカムフォロ
    ワ。
  2. (2)前記カムシャフトが、カムノーズ部においてセメ
    ンタイト量が30〜55係であり、かつ重量係でTC2
    ,8〜3.6 %、Si1.5〜2.5%、Mn 0.
    5〜3.8%、CrO,3〜1.6%、Mo 0.3〜
    1.0 %、残臭質的にFeによりなり、前記カムフォ
    ロワ摺動部の焼結合金には少なくとも重量係でC1,5
    〜30チ、SiO,5〜12チ、Po、2〜08チ、N
    iO,5〜2.0 %、Mo 0.5〜2.0 %、C
    r100〜13.0チ  残臭質的にFeよりなる液相
    焼結合金であり、軟窒化層表面にCr窒化物が形成され
    てなることを特徴とする特許 のカムフォロワ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6138257A (ja) * 1984-07-31 1986-02-24 Mitsubishi Metal Corp ロツカ−ア−ム
WO2012138649A1 (en) * 2011-04-07 2012-10-11 Harris Corporation Compliant cam of composite materials

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