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JP3794255B2 - 摺動部品及びその製造方法 - Google Patents

摺動部品及びその製造方法 Download PDF

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JP3794255B2 JP2000286497A JP2000286497A JP3794255B2 JP 3794255 B2 JP3794255 B2 JP 3794255B2 JP 2000286497 A JP2000286497 A JP 2000286497A JP 2000286497 A JP2000286497 A JP 2000286497A JP 3794255 B2 JP3794255 B2 JP 3794255B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のカムフォロア等に代表される摺動部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実開平４−１２１４０４号公報等にも記載されているように、内燃機関の吸気弁や排気弁を駆動するカムに摺接するシム等のカムフォロアは、主にフリクションを低減するために、摺動面の表面粗さを十分に低くすることが要求されるとともに、摺動面の摩耗及びこの摩耗等により面粗さが増してフリクションが増加することを抑制するために、十分な表面硬さが要求される。
【０００３】
そこで、従来より、カムフォロア等の摺動部品の母材をラップ仕上げ処理等により高精度に平滑化した後、この平滑性を維持するために、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition；物理蒸着法）により窒化チタン等の硬質皮膜を保護膜として表面上に形成する技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＰＶＤ等により硬質皮膜を形成する場合、真空炉による処理を行う必要があり、一度に処理できる数量も少ないため、カムフォロアの製造コストが非常に嵩むという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、フリクションが低く耐久性にも優れた摺動部品を安価に提供することを一つの目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る摺動部品及びその製造方法は、窒化処理により摺動部品の母材上に拡散層及び所定深さの化合物層を形成し、この化合物層の一部を残すように、化合物層の最外層部のみを薄く研磨処理する、言い換えると、化合物層の表面を、その表面うねりに沿うように薄く研磨処理することを特徴としている。
【０００７】
上記摺動部品としては、吸排気弁のカムに摺接するシム，バルブリフタ，ロッカアーム等のカムフォロアの他、ピストンリングや各種軸受部品等が挙げられる。しかしながら、本発明では、表面のうねりに沿うように薄く研磨しているため、摺動面の平滑性に比して表面粗さの低減化が重要となるカムフォロア等の摺動部品が特に適している。
【０００８】
摺動部品の母材としては、炭素鋼，合金鋼，工具鋼等の鋼材又はその鋼材に浸炭処理等を施した鋼材が挙げられ、代表的にはクロムモリブデン鋼に浸炭焼入れ焼戻し処理を施したものが挙げられる。また、窒化処理が行われる表面には、好ましくは適宜な研削，研磨処理が予め施される。
【０００９】
上記の窒化処理は、母材中に窒素を表面から侵入させて硬くする手法であり、窒素のみを浸透させる純窒化と、窒素と炭素を同時に浸透させる軟窒化とが挙げられる。より具体的には、アンモニアガスによるガス窒化，シアン化塩及びシアン酸系塩浴を主成分とする塩浴を用いた塩浴窒化，シアン酸を用いた液体窒化，アンモニアガスと浸炭性ガスを用いたガス軟窒化，イオン化した窒素を高速度で母材に衝突させるイオン窒化等が挙げられる。この中でも、ガス軟窒化処理は、シアンの出ない無公害な処理法であり、安定して連続的に処理が可能で、製造コストも比較的低く抑制される点で、本発明に適している。
【００１０】
このような窒化処理により、図３に示すように、母材ａ上には、Ｎ（窒素）濃度が相対的に低い拡散層ｂと、Ｎ濃度が高い化合物層ｃとが層状に生成される。ここで、Ｎ濃度に応じて硬さが向上する傾向にあり、従って、化合物層ｃの硬さは拡散層ｂに比して大きい。
【００１１】
しかしながら、化合物層の深さは極めて小さい（例えば５〜１５μｍ）ため、例えば表面を均一に平滑化するラップ仕上げ処理等を行うと、化合物層が全て取り除かれるか、あるいは部分的に拡散層が表出することとなってしまう。
【００１２】
そこで本発明では、化合物層の一部を残すように、化合物の最外層部のみを研磨している。言い換えると、化合物層の表面うねりに沿う形で薄く研磨している。これにより、残された化合物層が硬度の高い保護膜として機能し、低コストで摺動性，耐久性に優れた摺動部材を得ることができる。
【００１３】
このように表面うねりに沿うような表面処理法として、代表的にはバフ研磨処理が挙げられる。このバフ研磨は、ラッピングと同じように粒を用いて表面を仕上げる加工法であるが、硬い金属製のラップのかわりに布やフェルト，皮等でできたやわらかい弾力性のあるバフを用いる点で異なる。従って、上述したように、表面うねりに沿うように、最外層部のみを薄く研磨することが可能で、本発明に適した研磨処理法である。
【００１４】
言い換えると、仮に上記の化合物層に対してラップ研磨処理を行った場合、表面が良好に平滑化されるものの、化合物層を薄く均一に残すことが困難であり、本発明の効果を得ることができない。
【００１５】
再び図３を参照して、上記の化合物層ｃの最外層部には、一般的に、摺動部材の摺動面としては好ましくないじん性の低いε相（Ｆｅ2Ｎ−Ｆｅ3Ｎ）が生成される。しかしながら、本発明では上記の研磨処理により、この最外層部が適宜に取り除かれ、その内側に存在する（ε＋γ’）相又はγ’相が表出することとなり、ε相による悪影響が問題となることはない。
【００１６】
ここで、研磨処理前の化合物層の深さは、５μｍ未満であると研磨処理後に残存する加工物層の厚さを確保することが困難となり、１５μｍを越えると多孔質なポーラス層を生じるおそれがあるため、好ましくは５〜１５μｍである。
【００１７】
また、研磨処理後の化合物層の深さは、２μｍ未満であると使用時に摩減してしまうおそれがあるとともに、上述したε相が残るおそれがあり、１０μｍを越えると、上述したように化合物層の生成時にポーラス層を生じるおそれがあるため、好ましくは２〜１０μｍである。
【００１８】
研磨処理後の化合物層の表面粗さは、Ｒａ０．０１未満の加工は量産が困難であり、Ｒａ０．０５を越えると十分なフリクション低減効果を得ることができないので、好ましくはＲａで０．０１〜０．０５である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低コストで摺動性及び耐久性に優れた摺動部品を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を摺動部品であるカムフォロアとしての内燃機関のバルブリフタに適用した一実施例について説明する。
【００２１】
完成品としてのバルブリフタ１は、図１に示すように、有底円筒状をなし、クランクシャフトと連動して回転するカムシャフトのカムと、吸気弁又は排気弁との間に介装される。そして、このバルブリフタ１の冠面２が、カムシャフトのカムと摺接するカム摺動面となり、この摺動面２に対し、後述する表面処理が施される。
【００２２】
すなわち、ＳＣＭ４２０Ｈを材質とする鍛造成形された母材に対し、表面硬さが５８ＨRＣ以上、有効深さが０．７〜１．１ｍｍとなるように、浸炭焼入れ焼戻し処理を行う。次に、カム摺動面（２）の表面粗さがＲａ０．０２程度となるように、冠面仕上げ研磨処理を行う。次いで、冠面２の表面硬さが６６０Ｈｖ以上、化合物層４の深さが７μｍ以上となるように、ガス軟窒化処理を行う。これにより、図２（ａ）に示すように、母材上に拡散層３及び所定深さの化合物層４が層状に生成される。
【００２３】
次いで、図２（ｂ）に示すように、冠面２の表面粗さがＲａ０．０２以下、残存する化合物層４の深さが２．５μｍ以上となるように、バフ研磨処理を行う。このバフ研磨処理では、２．５〜１０μｍ程度の化合物層４が残されるように、冠面２の表面うねりに沿うようにして、化合物層４の最外層部のみが均一かつ薄く研磨される。つまり、加工代を３〜５μｍ程度の微少量とする。
【００２４】
このようにして製造されるバルブリフタ１では、摺動面２側に硬質な化合物層４が残されているため、例えばラップ処理後にＰＶＤ等により硬質皮膜を別途形成する場合に比して、略同等のフリクション低減効果及び耐久性を得つつ、その製造コストを約１／２程度に低減することが可能である。
【００２５】
また、バルブリフタ１の冠面２をバフ研磨処理することにより、周縁部の角が適宜にまるめられ、別途面取り加工を施す必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のバルブリフタを示す断面図。
【図２】上記バルブリフタのバフ研磨処理前（ａ）及び処理後（ｂ）の要部断面図。
【図３】 ガス軟窒化処理により生成する拡散層及び化合物層を示す断面対応図及び硬さを示す特性図。
【符号の説明】
１…バルブリフタ（摺動部品）
２…冠面（摺動面）
３…拡散層
４…化合物層

Claims (7)

  1. 窒化処理により摺動部品の鋼材上に拡散層及び最外層部にε相が生成された所定深さの化合物層を形成し、
    ε相の内側に存在する少なくともγ’相を含む化合物層の一部を薄く均一に残すように、化合物層の表面を、その表面うねりに沿うように薄く均一にバフ研磨処理して、ε相を取り除き、拡散層を表出させることなく、少なくともγ’相を含む化合物層の一部を表出させることを特徴とする摺動部品の製造方法。
  2. 上記研磨処理前の化合物層の深さが５〜１５μｍであり、研磨処理後の化合物層の深さが２〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品の製造方法。
  3. 上記研磨処理後の化合物層の表面粗さがＲａ０．０１〜０．０５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部品の製造方法。
  4. 上記化合物層には、ε相の内側に（ε＋γ’）相又はγ’相が存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部品の製造方法。
  5. 窒化処理により摺動部品の鋼材上に形成される拡散層と、
    この拡散層が表出することのないように、拡散層上に薄く均一に形成される保護膜と、を有し、
    この保護膜は、上記窒化処理により拡散層上に形成される所定深さの化合物層の表面を、その表面うねりに沿うように薄く均一にバフ研磨処理することにより、化合物層の最外層部に生成されるε相が取り除かれた、ε相の内側に存在する少なくともγ’相を含む化合物層の一部であることを特徴とする摺動部品。
  6. 上記摺動部品が、内燃機関の吸気弁又は排気弁を駆動するカムに摺接するカムフォロアであることを特徴とする請求項５に記載の摺動部品。
  7. 上記カムフォロアが、上記研磨処理によって摺動面の周縁部がまるめられたバルブリフタ又はシムであることを特徴とする請求項６に記載の摺動部品。
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