JPS6043107A - 内燃機関用動弁部材 - Google Patents

内燃機関用動弁部材

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JPS6043107A
JPS6043107A JP15054283A JP15054283A JPS6043107A JP S6043107 A JPS6043107 A JP S6043107A JP 15054283 A JP15054283 A JP 15054283A JP 15054283 A JP15054283 A JP 15054283A JP S6043107 A JPS6043107 A JP S6043107A
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Masayuki Iijima
正幸 飯島
Hidetoshi Akutsu
阿久津 英俊
Kazuyuki Hoshino
和之 星野
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

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、内慾機関の動弁装置を構成するロッカアーム
やタペット等のカムフォロワとして用いる動弁部材に関
する。
一般に、ロッカアームやタペット等のカムの従動部材と
して機能する動弁部材の摺動部には、チルド処理が施さ
れた鋳物や、鉄系焼結材からなるパッド材が設けられて
いる。
ととるで近年、内燃機関に対する高速化、高出力化、高
効率化等の要求に対応して、ターボ等の過給器を備えた
ものや、ディーゼル機関等が普及し、これに伴い前記動
弁部材のノくラド材に対する使用条件が一段と厳しさを
加えてきている。このため、上記パッド材について、そ
の特性を向上させるべく種々の研究、開発がなされ、耐
摩耗性、ピッチング性が改善された材料を得ることが可
能となったが、その反面耐スカッフィング性、初期なじ
み性、相手攻撃性に問題を残しているのが現状である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、優れた耐
摩耗性及びピッチング性を有し、かつ耐スカッフィック
性及び初期なじみ性を向上させ、相手攻撃性を、低下さ
せることができるノζツド材を備えた動弁部材を提供す
ることを目的とする。
本発明者等は、上記の目的を達成するため鋭意研究を重
ねた結果、パッド材としてC−Cr −Mn−81−P
 (B )−(MO% W% Nbs T 1、’1r
sT a%V% Hl、C01CuXSn]−Fe合金
からなる鉄系の粉末焼結材を用い、この焼結体の摺動面
に浸炭層を形成すると共に、この浸炭層の表面に窒化層
、窒化反応層、リン酸塩皮膜等を形成することによって
良好な特性をもったパッド材が得られ、更には前記合金
の最適な組成を見い出して本発明に至ったものである。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の動弁部材は、その摺動面を形成するパッド材が
、表面に浸炭層を有すると共に、この浸炭層の表面に窒
化層、窒化反応層、リン酸塩皮膜のうちの1種以上の皮
膜層を有してなることを特徴とするものである。
本発明の動弁部材は、その本体が鋼あるいは紡鉄等の材
料で形成され、カムに接する摺動部にノ(ラド材が設け
られてなる。本体を従来と同様に鋼等で形成したのは、
充分な機械的強度をもたせ、かつ慣性質量を小さく抑え
るためである。
またパッド材は、鉄系の粉末焼結材料を成形、焼結して
なるもので、その摺動面には、浸炭層が形成されると共
に、この浸炭層の表面に、窒化層、窒化反応層、リン酸
塩皮膜層のうちの1種以上の皮膜層が形成されてなる。
このパッド材は、動弁部材本体に、例えば銅ロウを用い
てロウ付けするか、あるいは焼結後に拡散接合して固定
されている。
前記パッド材を構成する鉄系の粉末焼結材料としては、
C−Cr−Mn−8i −P (B )−(Mo、Wq
 Nbs Tt、Zr、Ta、■、N1、Co、Cu−
Sn )−Fe合金が好適であり、この合金として後に
詳述する組成範囲のものを用いることが、望ましい。
上記パッド材の表面に形成された浸炭層は、その表面忙
更に窒、化層、窒化反応層、リン酸塩皮膜等を形成する
際のマトリックスの軟化を防ぎ、その適度な硬さを確保
する作用をする。また、浸炭層は、窒化層やリン酸塩皮
膜と焼結合金との間に介在して、前記窒化層やリン酸塩
皮膜と焼結合金との間での極端な硬さの変化を緩和する
作用をし、これにより窒化層等の焼結合金に対する結合
性を良好に保って窒化層等の剥離現象を防止すると共に
、パッド材の耐久性を向上させる作用をする。
上記浸炭層は、パッド材を焼結合金により形成した後に
周知の固体浸炭、液体浸炭、気体浸炭等の処理方法を適
用して形成することができる。
また、前記窒化層、窒化反応層、リン酸塩皮膜層は、パ
ッド材のカムに対する初期なじみ性及び耐ピツチング性
を大幅に向上させ、かつ相手攻撃性を減する作用をする
。これらの作用は、特にパッド材がカムにより高面圧を
受ける状態で使用される場合に効果が著しい。なお、上
記窒化層等が上記の効果を充分に発揮するには、1μm
以上の厚みを有することが望ましく、1μm以下である
と充分な効果が得られない場合がある。
更に、動弁部材において、そのパッド材がカムにより高
い面圧を受け、かつ高速運転等の過酷な条件下で使用さ
れる場合には、浸炭層の表面に窒化層を形成し、更に窒
化層の表面に重ねてリン酸塩度膜層を形成すると、初期
な゛じみ性、耐ピツチング性の向上及び相・手段撃性の
低減に有効である。
この場合、窒化層は1μm以上、リン酸塩皮膜は0.5
μm以上の厚みをもたせることが望ましい。
上記窒化層及び窒化反応層は、バッド1浸炭暫を形成し
、脱脂処理を施した後に、例えばシアン酸塩と炭酸塩と
の混合物を550〜580°C程度の温度に保った洛中
に浸漬して形成することができ、層の厚さは処理時間を
調整することによって定めることができる。なお、他方
軟窒化処理、イオン窒化処理により窒化層を形成するこ
ともできる。
また、リン酸塩皮膜は、窒化処理と同様に浸炭層を形成
し、脱脂処理を施した後に、例えば浴温度92〜100
°Cに保ったリン酸マンガン系の浴中に1〜10分間程
度浸漬して形成することができる。
次に、本発明に使用するパッド材の焼結材料の組成につ
いて説明する。
上記焼結材料としては、重量%で示すと、Cが1、0〜
3.5%、Crが5.0〜25.0%、Mnが0.1〜
2.0%、Slが0.3〜2.0%、Pを0.1〜1.
0%または/およびBをO,Q 1〜0.5%、M。
が10%以下、WxNb%Ti、Zr% Hf%Ta、
Vからなる群から選択された1種以上の元素をaQ%以
下、N1および/またけCoを5.0%以下、Cuおよ
び/またはSnを15%以下、かつ、前記CrlMo’
、W 、N b s T 1、Z r sHi”sTa
、及びVの合量が30%以下であって、残部Feからな
り、他の不純物が1.5%以下であるものが望ましい。
炭素(C)は、マトリックスに固溶し、マトリックスの
硬さを高めて強化すると共に、61%M。
W s N b s T 1、Z rs ■l f %
’l aq ”Jと炭化物や複炭化物を形成し、耐摩耗
性を向上させる作用がある。含有量が1.0%未満では
上記の作用が充分に発現されず、また、3.5%を越え
ると炭化惣の量が増大し、結晶として成長するため、焼
結合金のマトリックスの靭性が低下し、摺動特性が大幅
に低下すると共に相手攻v性が増大して好ましくない。
Crは、マトリックスに固溶し、素地の強化と耐熱性及
び摺動特性を向上させ、また、Cとの反応によシ生成す
る炭化物や複炭化物が耐摩耗性、耐スカツフインク性及
び初期なじみ性を向上させる作用がある。含有量が40
%未満では、充分な効果が得られず、一方25.0%を
越えると硬度の高い炭化物の生成量が増し、このため摺
動特性が悪化すると共に相手攻撃性が増して好ましくな
い。
また、Mnは、マトリックスに画壇し、素地を強化する
と共に焼入性を向上させ、延いては耐摩耗性及び摺動特
性を著しく向上させる作用をもつ。
更に、焼結時においては、焼結性を向上させると共に低
温度で密度を上昇させる作用をする。とのMnの含有量
が01%未満では、上記作用の充分な効果が得られず、
また2、0%を越えると相手攻撃性が増大して好ましく
ない。
Slは、原料粉末を製造する際に添加されて脱酔剤とし
て作用する。また、焼結状態ではマ) IJラックス強
化に効果がある。Slの添加量が0.3%未満であると
、原料粉末を脱酸する効果が少なく、特にMn含有量が
多い場合には充分脱酸処理を行なう必要があり、0.3
%以上の添加が必要である。一方、2.0%を越えると
、焼結時の焼入性が低下して充分な硬さをもった焼結体
が得られず、これに伴って耐摩耗性が低下する◇ P及びBは、とれらのいずれか一方または両方が添加さ
れるが、これらはいずれもマトリックスに固溶し、焼結
時の活性を高め、焼結に際して低温度で一部液相を生成
して焼結を促す作用がある。
Pは0.1%未満、Bは0.01%未満では充分な作用
を発現できない。またPは1.0%、Bは05%を越え
て添加すると、焼結時に生成する液相の量が過大となり
、焼結組織が粗大化して摺動特性が低下する。
また、Moは必要に応じて添加されるもので、マトリッ
クスに固溶し、マトリックスを強化させると共に焼入性
を向上させ、これに伴って焼結体の硬さを向上させる作
用をもつ。またMoが反応して生じる炭化物及び複炭化
物は、耐摩耗性を向上させるのみ々らず、摺動特性の向
上にも有効に作用する。
MOの添加量が10%を越えると、焼結に一件い生成す
る炭化物の量が増え、さらに粒界に針状の炭化物を形成
して焼結体が脆化し、耐摩耗性が低下すると共に相手攻
゛撃性が増大して好ましくない。
また更には、コスト高をも招くため、経済的にも好まし
くない。
W%Nb1T1、Zr%Hf%Ta及び■は、必要に応
じ″″c1種以上が選択され、添加される。
これらの成分は、いずれもC及びその他の成分と反応し
て微細々炭化物及び複炭化物を生成し、これら炭化物等
が耐摩耗性を高める作用をする。これらの成分の添加量
が8%を越えると、焼結に伴って生成するこれらの元素
の炭化物の量が過剰となシ、このため、極めて硬質な上
記炭化物によって相手攻撃性が高まると共に製造が難し
くなって好ましくない。更に、上記Nb%T1等の成分
は、高価であるためコスト高となって好ましくない。
N1及びCOは、いずれか一方または両方を必要に応じ
て添加する。これらの成分は、マ) IJラックス固溶
し、マトリックスを強化させ、特に焼結体の靭性、初期
なじみ性、耐熱性の向上に効果が大きい。N1及び/ま
たはCOは、5%を越えて含有させても著しい効果を得
るととはできず、却ってコスト高を招くことになるため
5%以下に抑えることが必要である。
捷たCu及びSnは、いずれか一方または両方を必要に
応じて添加する。これらの成分は、マトリックスに固溶
し、焼結時に一部が液相を生成して焼結の安定化に寄与
する他、基地の強化及び炭化物の微細化に有効な作用を
する。さらに、Cuまたは/およびSnの未固溶部分は
、焼結体の初期なじみ性、摺動特性の向上に大きな効果
を発揮する。これらCu及びSnは、15%を越えて含
有させると、焼結体の強度を低下させ、また耐摩耗性を
低下させるため好ましくない。
また、前記Cr s Mo s W%N b −T i
、ZrqHfsTa及び■の総量は、重量%で30%以
下とすることが必要である。30%を越えると、得られ
る焼結体の相手攻撃性が増すと共に、靭性が低下して好
ましくない。
更には、上記の組成を有する焼結材料を焼結するにあた
っては、得6れる焼結体の密度比が87%以上となる東
件を選択することが望ましい。上記密度比が、87%よ
り低くなると、特に高圧面下で使用する場合の耐摩耗性
が低下すると共に、窒化処理にあたって所望の窒化層が
得られない場合がある。
しかして、上記のような特定の組成を有する焼結材料を
焼結して形成され、表面に浸炭層が形成されると共に、
この浸炭層の表面に窒化層、窒化反応層、リン酸塩皮膜
層のうちの1種以上が形成されたパッド材は、その基体
となる焼結体が詳述したように特有の組成をもって耐摩
耗性、靭性、初期なじみ性が高められ、かつ相手攻撃性
が低減されており、更に、焼結体の表面の窒化層等゛に
よって耐ピツチング性、耐スカッフィング性、初期なじ
み性が高められ、かつ相手攻撃性が低減されている。こ
のため上記パッド材を備えた本発明の動弁部材は、上記
の焼結体と表面層との良好な特性が相俟って、耐摩耗性
、靭性、初期なじみ性、耐ピツチング性、耐スカッフィ
ング性が高く、かつ相手攻撃性が低い等、カムフォロア
として良好な性質を持っている。更には、前記窒化層、
リン酸塩皮膜等が焼結体に形成された浸炭層の表面に形
成されているため、浸炭層により前記表面層を形成する
に際してマトリックスの軟化を防止することができると
共に、表面層と焼結合金(マトリックス)との結合性が
高められ、従って動弁部材として耐久性に優れている等
の長所を有するものである。
次に、実施例を示して本発明を更に具体的に説明する。
〔実施例〕
以下に示す■〜■の乙種の粉末焼結材料を調整し、これ
らにN1、Co%Cu、Sn、Cu−12%Sn、C粉
末を下記の表に示す割合(焼結材料に対する重量%)で
混合し、それぞれをタペットのパッド材として成形焼結
し、これらのバッド材を5Cr420製のタペット本体
に銅ロウによりロウ付けを行った。次いで、パッド材表
面に浸炭処理を施し、その表面に窒化層を形成し、更に
試料の一部にはリン酸塩皮膜を形成してタペットを作成
した。
また比較のために浸炭処理を施さずに窒化層または/お
よびリン酸塩皮膜を形成したパッド材を作成し、5Cr
42o製のタペット本体に固定して比較用タペットを作
成した。
上記のタペットを、ディーゼルエンジンのリフターバル
ブに組み付け、カムとしてSCM−浸炭焼入品を用いて
特殊劣化油中で、荷重200kg、回転数150Orp
m の条件1300時間運転し、タペットの状態及びカ
ムの摩耗量を調べた。その結果を表中に示しである。
0 粉末焼結材料(重量%) ■ 3.5%C−r −0,5%M n −1,0%5
1−Q、 5 :、 p−残部F e s ■ 12.0%Cr −0,5%M n −1,0%S
1−α5%P−残部F e s ■ 12.0%Cr −0,5%M n −1,0% 
S i −1,5%MO−五〇%Nb−[L5%P−残
部 e s ■ 12ff1% Cr −0,8%M n −” 1
.0%S i −5,01M o −2,0%Nb−1
,0%T1−2.0%Ta−1,0%Z r −1,0
%Hf −1,0%V−4.0%W−15%P−残部p
 e % ■ 12.0%Cr −2,0%M n −2,0%8
1−0.5%P−残部Fθ、 ■ 25%Cr −0,1%M11−0.3%Si 1
.5゛%C−0,1%P−残部Fe 表に示したように、本発明の動弁部材は、耐ピツチング
性に優れ、またカムの一耗量が比較例に比べて極めて小
さいことから、初期なじみ性が高く、相手攻撃性が小さ
いことが分かる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 動弁部材本体に摺動面を形成Jるバット材が設け
    られてなる内燃機関用動弁部材において、前記パッド材
    が粉末焼結材からなり、とのバット材は、表面に浸炭層
    を有すると共に、この浸炭層の表面に窒化層、窒化反応
    層、及びリン酸塩皮膜のうちの1種以上の皮膜層を有し
    てなるととを特徴とする内燃機関用動弁部材。 2 前記パッド材は、前記浸炭層の表面に厚さ1μm以
    上の窒化層または窒化反応層を有し、かつこの窒化層ま
    たは窒化反応層の表面KO15μm以上のリン酸塩皮膜
    が形成されてなる特許請求の範囲第1項記載の内燃機関
    用動弁部材。 & 前記パッド材は、重量%で、− C: 1.0〜&5%、 Cr:5.0−25.0%、 Mn: 0.1〜2. Q %、 Sl: [lL3〜2.0%、 P : 0.1〜1.0%または/およびB:Q、01
    〜0.5%、 Mo: 10%以下、 W%Wb、’r1、Z r’s Hfs T a、 V
    からなる群から選択された1種以上の元素を80%以下
    、N1および/またはCO:5゜0%以下、Cuおよび
    /またはSn:15%以下、不純物を1.5%以下、 
    − かつ前記Cr、 Wio、Ws Nbt T 1、Z 
    r 5)(fxTa及び■の合量が30%以下であって
    、残部Feから彦る焼結材料から焼結されて々る特許請
    求の範囲第1項または第2項記載の内燃機関用動弁部材
JP15054283A 1983-08-18 1983-08-18 内燃機関用動弁部材 Granted JPS6043107A (ja)

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