JPS637350A - 内燃機関の動弁機構部材 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の動弁機構を構成する部材のうち、
カムと摺接する部材で高度の耐摩耗性を必要とするロッ
カーアーム、バルブリフターなどに特に好適な鉄系焼結
合金に関するものである。

［従来の技術およびその問題点コ 内燃機関に対する要求のうちで、高速化、高出力化がま
すます高水準になるに伴って、動弁系の摩耗の問題、特
にロッカーアームのバットおよびバルブリフターの摺接
面の耐久性に対する要求が極めて厳しくなりつつあり、
これに堪える合金の開発が強く望まれている。これらの
カムと摺接する部材は、その部材自身の耐摩耗性が高い
ことはもとより、相手部材のカムを摩耗させないことが
特に重要である。

従来、これらの部材は、−般に鋼材、合金鋳鉄などで作
られ、耐摩耗性を高めるために、カムとの当り面に熱処
理による表面硬化、チル硬化、硬質クロムめっき、ある
いは自溶性合金溶射などを施して用いられていたが、浸
炭焼入れ材は耐スカッフィング性が劣り、チル硬化した
ものは耐久性が劣り、硬質クロムめっきの場合は局部当
りに伴う剥離あるいは摩耗剥離を生じることかあるなど
の品質上の問題があり、自溶合金溶射の場合は、生産工
数の増加および高価な材料の使用によるコスト面の不利
や、溶射工程における品質の不安定さなどの問題点があ
った。

このような従来の材料に対して、近年、焼結合金からな
る各種組成の耐摩耗性部材が提案されており、本発明者
らも、先に、特公昭８０−３４６２４号、特公昭ＥｉＯ
−３４６２８号および特公昭６０−３５９８３号に示さ
れる内燃機関の動弁機構部材を提供した。これらの部材
は、従来の材料に比べて、カムおよびこれと摺接する相
手材のそれぞれの摩耗並びに総合摩耗を著しく減少させ
るものであり、動弁機構の長寿命化に寄与することが可
能であるが、更に高性能化することを目的として研究を
行なった結果、本発明に到達したものである。

［問題点を解決するための手段］ 前記の問題点を解決するための本発明の動弁機構部材に
おいては、その部材全体または少なくともカムとのあた
り面を、 Ｃ・・・　１〜４％、　Ｃｒ−５〜３０％、ＭＯ・・・
　１〜５％、　Ｎｉ・・・５．５〜１０％、Ｓｎ・０．
２〜５％、 ＷおよびＶの少なくとも１種・・・ｏ、ｉ〜４％、Ｐお
よびＢの少なくとも１種・・・０．０５〜５％、Ｆｅお
よび不可避の不純物・・・残部 からなる組成の焼結合金により形成する。

本発明の部材の組成は下記の知見に基づいて成された。

（ａ）Ｃ，Ｃｒ、Ｍｏ、■、ｗ％　ｐを含有するＦｅ基
焼結合金において、この合金組成にＮｉを添加すると、
材料自体の耐摩耗性が向上すると共に、相手材の摩耗が
少なくなるという効果が得られ、約５％Ｎｉのときに最
も良好であること、および（ｂ）上記（ａ）項のＦｅ基
焼結合金に、　Ｓｎ、を添加すると更に耐摩耗性が向上
し、Ｎｉが約７〜９％で、かつＳｎが約２％のときに最
も良好であることである。

すなわち、ＮｉとＳｎの両方を添加することにより大幅
な耐摩耗性の改善が可能となる。

上記に関し、本発明の合金を含む各種のＦｅ基焼結合金
をロッカーアームに適用し、摩耗試験を行なった、その
結果を第１図から第３図に示す。

以下に、同図に示す結果辷基づき本発明を更に詳細に説
明する。なお部材の試験に際しては、カムとの当り面以
外のロッカーアーム本体は低合金鋼で作り、当り面の部
分にＦａ基焼結合金からなるパッドを接合して供試試料
とした。

まず、供試試料の作製と、台上試験条件について説明す
る。

黒鉛粉、ニッケル粉、錫粉、鉄−リン合金粉、各種合金
鉄粉を準備し、第１表および第２表に示す組成になるよ
うに配合した。なお、第１表の試料Ａおよび試料已にお
いて、Ｎｉ量は無添加および２〜１２％の範囲であり、
またＳｎ量は無添加および０．２〜７％の範囲で各種組
成の混合粉を調製した。

次いで、これらの混合粉を、６　ｔ／ｃｍ２で所定のパ
ッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結および熱処
理を施して試料を作製した。

焼結＝囲気：　真空（Ｉ　Ｘ　１０−３ｍｍｌ（ｇ）焼
結温度　：　　１１２０〜ｂ 焼結時間　：　６０分 焼入条件　：　９００℃、　油焼入れ 焼戻し条件：　１８０℃ 次に、これらのパッドをロッカーアームに接合して水冷
直列４気筒１８００ｃｃエンジンに組込み、台上試験に
よりパッドとカムの摩耗状況を調べた。

なお、相手カムは低合金鋳鉄製でカムトップ部をチル化
したものを用いた。試験条件は５ＡＥＩＯＷ３０のエン
ジン油を４５±５℃に保って、回転数６５０　ｒｐｍで
連続運転し、２５０時間後に分解して、各部材の摩耗量
を測定し、各摩耗量の和を総合摩耗量とした。

第　　１　　表 第２表 第１図は、試料Ａに係る測定結果でＮｉとＳｎの添加効
果を表すものである。Ｓｎを無添加としてＮｉの添加量
を増加すると、約５％Ｎｉのときに摩耗量が最小になり
、そ九以上Ｎｉを添加すると却って摩耗量が増加する。

この試料にＳｎｆ！：添加すると、摩耗量の最小値は小
さくなり、かつ、Ｎｉ量の多い側に移行する。Ｓｎの添
加は０．２％で効果を表わし、２％のときに最も良い結
果を示すが、５％を超えると却って悪化する。また、第
１図中に点線で示すように、Ｓｎｔ＃、添加材の総合摩
耗量の最小値よりも約２０％低い４０μｍ以下の摩耗量
になるＮｉ量は、０．２％Ｓｎのときその。

最小値は約５，５％Ｎｉであり、５％Ｓｎのときにはそ
の最大値が約１０％Ｎｉである。なお。２％Ｓｎにおい
ては２．５〜１１％Ｎｉの範囲で満足すべき結果が得ら
れる。

第２図は、Ｃｔ−量が２０％の試料Ｂに係る測定結果を
示す。試料Ｂ自体の合金組成の相違に従って、総合摩耗
量が第１図の場合よりも全体的に下方に移行しているこ
と以外は、第１図の傾向と同様である。

第３図は、第２表に示した試料Ｃに係る測定結果であり
、Ｃ「が及ぼす効果を示している。この図から、Ｃｒｊ
ｌは５〜３０％の範囲が好適であることが解る。

［作用］ 次に、本発明の動弁機構部材の各成分の作用について説
明する。本発明に係る部材は基調としてマルテンサイト
のマトリックスに金属炭化物からなる硬質粒子を分散さ
せることにより、部材自身の耐摩耗性を高めたものであ
るが、同時に金属炭化物の種類、量および相互の組み合
わせの適切な選択によって相手材たるカムの摩耗減少に
も寄与している。

Ｃｒ：　　マトリックスを強化すると共に、Ｃと反応し
て硬質の炭化物を形成し、耐摩耗性を向とさせる。ただ
し第３図に示すように、Ｃｒの添加量が５％未満では所
要の効果を期待できず、−方、３０％を超えて添加する
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などの不利を生じる。

Ｍｏ：　　Ｃｒと同様にマトリックスを強化すると共に
、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％未満では所ると材料を脆性化
する。

ＷおよびＶ：いずれもＣと反応してＭＣ型の硬質炭化物
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％以
上でなければ所要の効果が得られず、−方、添加量か４
％を超えると被剛性か低下し、また相手材を摩耗させ易
くなる。

Ｓｎ：　　マトリックス中に拡散固溶し、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
％未満では効果が認められず、−方、５％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
て耐摩耗性が悪くなる。

Ｎｉ：　　鉄マトリックスに拡散してマトリックスを強
化し炭化物の脱落を防止する。また、焼結性も向上し、
相手カムとのなじみ性を良くする作用を呈する。Ｓｎを
伴わずに５％を超えて添加すると、マトリックス中にオ
ーステナイト相を生じ、耐摩耗性を低下させるが、Ｓｎ
量が上述の範囲においては、５．５〜１０％Ｎｉの添加
量のときに良好な耐摩耗性を示す。

Ｃ：マトリックスを強化すると共に、上述の如（Ｃｒ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％未満では所要の効果が得られ
ず、−方、４％を超えると靭性の低下を来たす。

ＰおよびＢ：焼結を促進する作用を有し、焼結部材を高
密度化させる元素であり、いずれか１種でもよく、また
双方を添加してもよい。添加量は０．０５％未満では所
要の効果が得られず、−方、５％を超えて添加すると、
過剰の液相を生して焼結時の寸法変化率が大きくなり好
ましくない。

［実施例］ 次いで、本発明の好ましい実施例により比較例と対比し
ながら説明する。

なお、各供試試料の作製要領は次の通りであるが、台上
試験条件および測定は第１図から第３図における試験条
件と同一である。

実施例−１ 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等をＣｒ・・
・９，９Ｃ・・・２，５ Ｍｏ　　・・・３，１Ｗ　　　・・・０．５Ｖ　　　−
０，４Ｍｎ　　・・・０ ，３Ｎ　ｉ　−−−１，０Ｓｎ　−−−２，０Ｐ　・・
・０．２５　　　Ｆｅ・・・残部（重量％）なる組成に
なるように配合して成形圧力６　ｔ／ｃｍ２で所定のパ
ッド形状に成形し、これに下記の条件て焼結および熱処
理を施して試料を作製した。

焼結雰囲気：　　真空（１ｘ　１０−３ｍｍｔ（ｇ）焼
結温度　：　　　１１３０℃ 焼結時間　＝　　６０分 焼入れ条件：　　９００℃、　油焼入れ焼戻し条件：　
　１８０℃ 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに微細な硬
化物が分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通り
であった。

焼結密度（ｇ／ａｍ３）　：　　　７．７硬　　　さ　
（ｌＩＲｃ）：　　　　　５７〜６２実施例−２ 木材は第２表の試料Ｃ５と同一試料である。

鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等をＣｒ・・
・２０，３Ｃ−２，５ ＭＯ・・・２−８Ｗ　　・・・０． ８Ｖ　　　−−−１，１Ｍｎ−＝　　　０．３Ｎｉ　・
・・７，０５ｎ−２， ０Ｐ　　＝　　０．２５　　　Ｆｅ・＝残部（重量％）
なる組成になるように配合して成形圧力６シ／Ｃ［Ｉ＋
２で所定のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼
結および熱処理を施して試料を作製した。

焼結雰囲気：　　真空（Ｉ　Ｘ　１０−３０］ｍＨｇ）
焼結温度　、　　　１１９０℃ 焼結時間　：　　６０分 焼入れ条件：　　９００℃、　油焼入れ焼戻し条件：　
　１８０℃ 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに微細な硬
化物が分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通り
であった。

焼結密度（ｇ／ｃｍ３）　：　　　７．７硬　　　さ　
（ＨＲＣ）：　　　５５〜６０また、次に示す条件で作
製した試料を比較材とした。

比較例−１ 合金鋳鉄製ロッカーアームの当り面に硬質クロムメツキ
を施したものを試料とした。

比較例−２ 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等をＣｒ−−
−６，３Ｃ−−−１，７ Ｐ　・・・０，４Ｗ　　・・・１．０ Ｆｅ−−−残部（重量％） なる組成になるように配合して成形圧力６シ／Ｃ１ｌ＋
２で所定のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼
結および熱処理を施して試料を作製した。

焼結雰囲気：　　分解アンモニアガス 焼結温度　：　　　１１８０℃ 焼入れ条件：　　　１１８０℃、　油焼入れ焼戻し条件
：　　５５０℃ 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに硬化物が
網目状に分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通
りであフた。

焼結密度（ｇ／ｃｍ３）　：　　　７．６硬　　　さ　
（Ｈ，Ｃ）：　　　　　５０〜６０比較例−３ 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金銅粉等をＣｒ−−
−６，５Ｖ　　　−−−０，８Ｐ　　・・・０，４Ｍｏ
　　・・・０．３Ｃ・・・２，ＯＦｅ・・・残部（重量
％）なる組成になるように配合して成形圧力６　ｊ／ｃ
ｍ２で所定のパッド形状に成形し、これに下記の条件で
焼結および熱処理を施して試料を作製した。

焼結雰囲気：　　真空（Ｉ　Ｘ　１０−’ｍｍＨｇ）焼
結温度　：　　　１１８０℃ 焼入れ条件：　　　ｔｔｓｏ℃、　油焼入れ焼戻し条件
＝５５０℃ 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに硬化物が
網目状に分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通
りであった。

焼結密度（ｇ／ａｍ３）　：　　　６．７硬　　　さ　
（ＨＲＣ）：　　　　５０〜６５比較例−４ 鉄粉、黒鉛粉、鉄−リン合金粉、合金鋼粉等をＣｒ−４
，３Ｗ　　・＝５．０ Ｃ・・・１．７　　　　Ｍｏ＝４．０ Ｖ　　−０，３Ｐ・・・０．４ Ｆｅ−−−残部（重量％） なる組成になるように配合して成形圧力６　ｊ／ｃｍ２
で所定のパッド形状に成形し、これに下記の条件で焼結
および熱処理を施して試料を作製した。

焼結雰囲気：　　真空（Ｉ　Ｘ　１０−’ｍｍＨｇ）焼
結温度　：　　　１２００℃ 焼入れ条件：　　　１２００℃、　油焼入れ焼戻し条件
＝　　５５０℃ 得られた試料はマルテンサイトマトリックスに硬化物が
網目状に分布する組織を呈し、焼結密度と硬さは次の通
りであった。

焼結密度（ｇ／ｃｍ３）　：　　　７．４硬　　　さ　
（Ｈ，Ｃ）：　　　　５０〜６５第４図は上記試料の試
験結果を表わすもので、棒グラフの白色部分はカムトッ
プ部の摩耗量を、斑点または斜線を施した部分はロッカ
ーアームの当たり面の摩耗量を表す。なお、斑点は本発
明の部材を、斜線は従来材を表わしている。

この図から明らかな通り、本発明材に係る試料をパッド
に用いた場合、パッド自身の摩耗が少なく、かつ相手部
材のカムを摩耗させ難いという特徴がある。カムとパッ
ドの総合摩耗量は、従来部材についての比較例１の場合
の約１５％に過ぎない。また、焼結合金の比較例２〜４
と比較しても３０〜４０％に減少していることが解る。

なお、本発明の焼結動弁機構部材に軟窒化、浸硫窒化な
どの表面処理を施すことにより、初期摩耗を少なくし、
更に耐摩耗性を向上させることができる。

［発明の効果］ 以上の試験結果から明らかなように、本発明はカムおよ
びこれと摺接する相手部材のそれぞわの摩耗ならびに総
合摩耗を著しく減少させるものであり、動弁機構の長寿
命化を図る上で極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

各図はエンジン台上試験における動弁機構部材の摩耗状
態を示すグラフであり、第１図および第２図は、それぞ
れ所定のＣｒ添加量におけるＮｉ添加量およびＳｎ添加
量と摩耗量との関係を示すグラフ、第３図はＣｒ添加量
と摩耗量との関係を示すグラフ、および第４図は本発明
に係る部材と従来の部材の摩耗比較試験の結果を示すグ
ラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の動弁機構において、カムと摺接する部
   材の少なくとも当り面が、下記組成（重量％）の鉄系焼
   結合金で形成されていることを特徴とする動弁機構部材
   ； Ｃ・・・１〜４％、Ｃｒ・・・５〜３０％、Ｍｏ・・・
   １〜５％、Ｎｉ・・・５．５〜１０％、Ｓｎ・・・０．
   ２〜５％、 ＷおよびＶの少なくとも１種・・・０．１〜４％、Ｐお
   よびＢの少なくとも１種・・・０．０５〜５％、Ｆｅお
   よび不可避の不純物・・・残部。