JPS59145756A

JPS59145756A - 内燃機関の動弁機構部材用焼結合金の製造方法

Info

Publication number: JPS59145756A
Application number: JP58020292A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikenoue; 池ノ上　寛; Hiroyuki Endo; 弘之遠藤; Tadao Hayasaka; 早坂　忠郎
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1983-02-08
Publication date: 1984-08-21
Also published as: JPH0114983B2; US4588441A

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】この発明は、内燃機関の動弁機構を構成する各部材、特
にロッカーアーム、バルブリフターなど耐摩耗性を要す
る部材に適する鉄系焼結合金に関するものである。

これらの部材は相手部材と高血圧下に摺動するため、そ
れ自体の耐摩耗性はもとより、相手部材を摩耗させない
ことが重要である。従来これらの部材は鋼材や鋳鉄を基
材とし、それにチル化、自溶性合金溶射または硬質クロ
ム鍍金などを施して耐摩耗性を向上させていたが、コス
トおよび性能の点で問題があり、より優れた材料の開発
が望まれていた。

ところで、このような用途にはいわゆる分散硬化型の焼
結合金、即ち、金属のマトリックス中に基地よりも硬い
相を分散させた焼結合金が優れた適性を示すことがある
が、この種の合金は基地の材質および密度比（換言すれ
ば空孔率〉、硬化相の成分および分布量等によってその
特性が大きく変動するものであり、所要の特性を有する
合金を安定して製造することが困難であった。

発明者らは種々研究の結果、基材となる鉄系焼結合金は
その空孔率が５〜１５％の範囲にあり、月つ、この基地
中に硬化相としてＦｅ−ＭＯ金属間化合物が面積比で５
〜２５％分散している場合に最良の耐摩耗性を示ターこ
とを見出し、この合金の製造法に関し以下の発明をなし
たものである。

即ちこの発明は上記合金の原料として粒径３０μ以下の
微細鉄粉に銅粉または銅合金粉、含すン合金粉、炭素粉
およびＦｅ−ＭＯ台金粉の各所定量を配合するにあたり
、鉄粉を単味もしくは他の粉末と共に造粒して見掛けの
粒径が３０〜２００μの造粒粉として用いるとともに、
この配合粉を圧粉密度が密度比で７５〜８５％の圧粉体
に成形し、還元性雰囲気中１０３０〜１１３０℃の温度
で焼結することを骨子とするものである。

この発明においては鉄の原料として例えばカーボニル鉄
粉の如き、粒径３０μ以下の微細鉄粉を用いることが一
つの特徴になっている。粉末冶金で通常使用されている
噴霧鉄粉や還元鉄粉では、密度比が８５％以下（即ち空
孔量が１５％以上）の焼結体しか得られず、（後掲第３
表の試料Ｎｏ。

３１参照）耐摩耗性の点で満足すべき結果が得られない
。以下本明細書の実験は、微細鉄粉としてカーボニル鉄
粉を用いて行なっている。

ただし、カーボニル鉄粉はその粒径が３０μ以下の微粉
で成形時の流動性が悪く、また偏析を生じ易いためにそ
のまま使用することは問題で、見掛けの粒径が３０〜２
００μの大きさに造粒して用いる必要がある。この造粒
は流動性の改善が目的なので、カーボニル鉄粉単味を造
粒しても良いし、他の添加成分の粉末と一緒に造粒して
も支障はない。なお、カーボニル鉄はこの合金の主成分
で、全体の５０％ａ４を占めることになる。

以下、自動車エンジンのロッカーアームパッドに適用し
た例によりこの発明の詳細な説明する。

１）　試料の作成天然黒鉛粉２％、　ＣＵ−１０３ｎの青銅粉末１０％、
　Ｆｅ−（３２Ｍｏ合金粉１０％、　Ｆｅ　−２５Ｐ合
金粉２％、ステアリン酸亜鉛０．５％および造粒済みの
カーボニル鉄粉（造粒前の平均粒径５μ）残部からなる
混合粉を用意して成形金型に入れ、機械的性質の各試験
片およびロッカーアームパッドの所定の形状で圧粉密度
６−４ａ／ｃａの圧粉体多数を成形したのち、還元性雰
囲気中温度１０５０℃で２０　ｆ）間焼結して試１１Ｎ
ｏ、１を作成した。これらの焼結体の空孔率は１０％、
その基地中に分散したＦｅ−Ｍｏ金属間化合物（硬化相
）は、面積比で１４％であった。

次に上記と同様にして、第１表〜第３表の各欄に示す組
成および製造条件に従い、試料Ｎｏ、２〜Ｎ０．３３の
各試料を作成した。これらの試料中でこの発明の実施例
に該当するものは備考欄に＊印を、その中でも最良の結
果を示す試料Ｎ０９１には＊＊印を付けである。

なお、Ｎｏ、１７〜２１を除く各試料は銅および錫を青
銅粉の形で添加しているのに対して、試料Ｎｏ、３０の
み銅粉、錫粉各単味の所定量を配合している。また、試
料Ｎｏ、３１はカーボニル鉄粉に替えて、通常の粉末冶
金用原料粉である還元鉄粉を用いたものであり、Ｎｏ、
３２およびＮｏ、３３はＮ、ｏ、３１の焼結体に再圧縮
を施して焼結密度を高め、その空孔を機械的に減少させ
たものである。

次に、かくして作成したパッド用試料それぞれからパッ
ド部材１ｂを切り出して、第１図に示プように、鋳鉄製
のロッカーアーム本体１ａの所定の位置に螺接した。

２）　耐摩耗性の試験方法第２図は一般的な自動車エンジン（Ｏｌ−Ｉ　Ｃ型）の
シリンダーヘッド部を示したもので、カム軸と一体で回
転するカム２の回転につれて、ロッカーアーム１がその
支持軸を支点とするシーソー運動を行ない、他の一端が
バルブ３を開閉する機構になっている。なお４はバルブ
ガイド、５はバルブシートである。

このシリンダーヘッドをモータリング試験装置（シミュ
レーション装置の一種で、カム軸をモーターで回転させ
て動弁機構の各種試験を行なう）に取り付け、次の条件
でカムおよびパッドの摩耗試験を行なった。

試験条件使用エンジン：　０ｌ−ＩＣ型、４気筒１８００ｃｃ相
手カム材貿：チル化した鋳鉄拐回　　転　　数　　：　　６５０　　ｒ、ｐ、ｎ＋。

連続運転時間：２００　　Ｈｒ潤　滑　油　：ディーゼル車で約１０，０ＯＯＫ　ｍ走
行した後の、劣化したエンジン油（条件が苛酷になる）３）　材料特性の測定パッド１ｂの摩耗は第３図に示すように、その試験前の
形状（点線）と試験後の形状（実線）を形状測定機で比
較し、矢印で示す摩耗痕の最大値をその試料の摩耗量と
した。また、カムの摩耗は第４図に示すように、試験の
前後におけるカムの長軸方向の長さを比較して、その減
少量をカムの摩耗量とした。

なお、各試料の引張り強さおよび衝撃値をそれぞれ材料
試験機で測定し、摩耗試験の結果と共に第１表ないし第
３表に示した。

４）　　考　　　察以上の実験結果から、試料Ｎ　ｏ、１がパッド自身の摩
耗も少なく、且つ相手部材であるカムの摩耗も著しく少
ない最良の材料であることが明らかである。そこで、こ
の材料に係る諸要因すなわち組成・製造条件などについ
て考察すれば以下の通りである。

先ず基材の空孔量につい−Ｃ述べると、ロッカーアーム
やバルブリフターとして使用される場合、空孔は油溜り
として機能して相互の摩耗を減するが、空孔量が５％以
下ではその効果が小さい。まｌご１５％を越えると基地
を構成する粒子の結合が弱まり、摩耗が増加する傾向を
示す。従って、基材の空孔量は５〜１５％が適当である
。第５図のグラフは、パッドの空孔量が１５％以上にな
るとパッド自身の摩耗が、また５％以下の場合は相手部
材であるカムの摩耗が著しく大きくなることを示してい
る。

ところで、焼結材の空孔量は、主として成形体の圧粉密
度と焼結温度とによって定まるが、この二つの因子は同
時に、焼結材の機械的性質その他の特性にも大きく影響
する。そこでこれらの点を総合すると、成形体の圧粉密
度を密度比で７５〜８５％にし、これを１０３０〜１１
３０℃の温度で焼結した場合に良好な結果が得られる。

（第１表のＮ　ｏ、　１〜Ｎ０．９参照）なお、この空孔量は焼結によって所定の範囲に入ること
が望ましく、焼結後に再圧縮などの機械的手段で空孔量
を調整しても、よい結果は期待できない。（第３表のＮ
０１１〜Ｎｏ、３３参照）次に成分および組成範囲につ
いて述べる。

モリブデン：耐摩耗性の優れた硬質相形成のために必須
の成分であって、十分な耐摩耗性を得るには（第２表の
Ｎｏ、１０〜Ｎ０．１２参照）基地中に面積比で５〜２
５％のＦｅ−ＭＯ金属間化−合物を分散させる必要があ
り、その生成のためには３〜１５％のモリブデンを要す
る。これ以下では硬質相の形成が不十分になって所要の
耐摩耗性が得られず、一方、１５％以上添加してもその
効果がほぼ飽和して差が生じないうえモリブデンが高価
なので、過剰の添加は不得策である。ＭＯは単味よりも
、Ｆｅ−Ｍｏ粉の形で添加することが望ましい。

銅または銅合金（青銅）：焼結時にその一部が鉄基地中
に拡散して強度を改善すると同時に、一部は未拡散の状
態で基地中に存在して相手部材との摺動時の馴染み性を
向上させ、特に相手部材の摩耗を防ぐ働きをする。この
ための添加量は５〜２０％が適当であって（第２表の試
料Ｎｏ、１３〜２１参照）、これ以下では上記の効果が
ほとんど無く、また、２０％以上添加した場合には基地
を構成する鉄粒子間の結合が妨げられ、強度おにび耐摩
耗性の著しい低下を生じる。銅合金としてはＣｕ　”−
８ｎが好ましく、銅粉および錫粉各車味もしくは青銅粉
の形で添加される。ただし第３表の試料Ｎｏ、３０とＮ
００１との比較に明らかな如く、青銅粉の方がより良好
な結果を示す。含リン合金粉を兼ねてｃｕ−ｐ合金粉を
用いることもできるが、馴染み性の点からは避けるべき
である。

リン二〇、２〜１．５％量がＦｅ　−Ｐ合金粉またはＣ
ｕ−Ｐ合金粉の形で添加され、基地中に拡散して基地の
強化に役立つが、これ以下ではその効果が乏しく、また
、１．５％以上になると基地が脆くなり、却って悪い結
果を招く。く第２表Ｎｏ、２２〜Ｎｏ、２５参照）炭素：焼結時に鉄基地に固溶して炭化物を形成し、耐摩
耗性を向上させる必須の成分であるが、１％未満ではそ
の効果が小さく、また３％以上になると網目状セメンタ
イトが多量に析出し、相手部材の摩耗を促進するので好
ましくない。

以上詳述したように、この発明によれば耐摩耗性の優れ
た焼結合金の製造が可能になり、動弁系の長寿命化に寄
与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関のロッカーアーム本体１ａにパッド１
ｂを接合した状態を示す図面、第２図はＯＨＣ型エンジ
ンのシリンダーヘッド部を示す図面、第３図はパッド１
ｂの、第４図はカム２の摩耗量の測定方法を説明する図
面、第５図はパッドの空孔率がパッドおよびカムの耐摩
耗性に及ぼす影響を示す図面である。１・・・ロッカーアーム　　１ｂ・・・パッド２・・・
カ　ム　　　　　　　３・・・バルブ４・・・バルブガ
イド　　　　５・・・バルブシート代理人　　増　渕　
邦　彦第５図零Ｓ　　うし　　亭　（％）手続補正書昭和５．８　年　３月　１０日特許庁長官殿事件の表示　　　特願昭５８’−２０２９２号発明の名
称　　　　内燃機関の動弁機構部材用焼結合金の製造方
法補正をする者事件との関係　　　出願　人住　所　　　　２７１千葉県松戸市稔台５２０番地ｔ、
　Ｉｉ日立粉末冶金株式会社代ｌ、ハ倉田博目的代　　理　　人補正により増加する発明の数　Ｏ補正の対象　　　　明細書の発明の詳細な説明の欄補正
の内容　　　　　　明細書第１２〜１３頁：第１〜３表
中、引張強さの欄の単位を、３箇所ともｒｋｏ／−」と
補正します。

Claims

【特許請求の範囲】１　粒径３０μ以下の微粉末鉄粉に銅粉、含リン合金粉
、炭素粉およびＦｅ−Ｍｏ合金粉の各所定量を配合する
にあたり、鉄粉を単味もしくは他の粉末と共に造粒して
見掛けの粒径が３０〜２００μの造粒粉として用いると
ともに、この配合粉を圧粉密度が密度比で７５〜８５％
の圧粉体に成形し、還元性雰囲気中１０３０〜１１３０
℃の温度で焼結することを特徴とする、空孔率５〜１５
％の鉄系焼結合金の鉄基地中に該基地よりも硬質なＦｅ
−ＭＯ金属間化合物相が分散した組織を呈する内燃機関
の動弁機構部材用焼結合金を製造する方法。２　粒径３０μ以下の微粉末鉄粉に、銅粉および錫粉ま
たは青銅粉の少なくとも一方、含リン合金粉、炭素粉お
よびＦｅ−Ｍｏ合金粉の各所定量を配合するにあたり、
鉄粉を単味もしくは他の粉末と共に造粒して見掛けの粒
径が３０〜２００μの造粒粉として用いるとともに、こ
の配合粉を圧粉密度が密度比で７５〜８５％の圧粉体に
成形し、還元性雰囲気中１０３０〜１１３０℃の温度で
焼結することを特徴とする、空孔率５〜１５％の鉄系焼
結合金の鉄基地中に基地よりも硬質なＦｅ　−ＭＯ金属
間化合物相が分散した組織を呈する内燃機関の動弁機構
部材用焼結合金を製造する方法。