JP2004204762A - Sliding part and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン動弁系の構成部品であるタペット等に代表される摺動部品及びその摺動部品の製造方法に係る。特に、本発明は、摺動面の耐摩耗性の向上を図るための対策に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジンの動弁系としては、カムシャフトとロッカアームとの間にタペット及びプッシュロッドが配設されている。つまり、カムシャフトの回転がタペット及びプッシュロッドの往復動に変換され、これによりロッカアームを揺動させてバルブの開閉動作が行われるようになっている。
【0003】
この種の動弁系に備えられる上記タペットは、動弁系の慣性力及び弁バネによる荷重を受け、またシリンダ内圧を受ける。このため、特に、開弁リフト時には、タペットとカムシャフトとの互いの摺動面同士の間で高い面圧が発生し、タペットの摺動面が摺動摩耗してしまう可能性がある。
【0004】
これまで、上記タペットは、摺動摩耗を抑制するべく、耐摩耗性の高いチル鋳鉄により作製されていた。つまり、タペットを鋳造する際、鋳型内の摺動面成形部分にチラーと呼ばれる金属を配設しておき、このチラーに接触する部分(タペットの摺動面部分)を急冷することによって、摺動面及びその周辺部のみをチル化して硬度を部分的に高めるといった製法が行われていた。
【0005】
また、上記摺動面の更なる耐摩耗性の向上を図ってタペットの耐久性を向上するものとして、摺動面に硬質皮膜を付与することが提案されている。例えば、タペットの基材を工具綱とし、CrN(窒化クロム)やTiN(窒化チタン)等の材料をPVD(Physical Vapor Deposition)法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって被覆することが提案されている。また、これに関連する技術として、下記の特許文献1には、PVD法によってタペットの摺動面に硬質皮膜(カーボン膜)を付与することが開示されている。
【0006】
ここでいうPVD法とは、一般に、500℃程度の温度で基材表面に強固な膜を成形する表面処理技術であって、コーティング物質を蒸発させた後に窒素ガス等と反応させて基材表面に成膜する手法である。このPVD法は、物理的蒸着とも呼ばれ、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等が含まれる。
【0007】
一方、CVD法とは、気相メッキ法、化学蒸着法、化学気相析出法と呼ばれ、メッキしようとする物質が加熱気化したベーパーをキャリアガスとともに基材の周辺に送り、加熱(1000℃程度に加熱)された基材の表面でベーパーとキャリアガスとを高温化学反応させることでメッキ物質を基材表面上に析出させる手法である。
【0008】
更に、摺動面の耐摩耗性の向上を図るための他の手法として、図4(a)に示すように、タペットaとは別体で作製しておいた工具綱製のプレート材bの表面に上記の硬質皮膜cを被覆し、このプレート材bをタペットaの摺動部分にろう付けしたり、図4(b)に示すように超硬質な焼結材dをタペットaの摺動部分に銀ろう付けすることも提案されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2000−327484号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ディーゼルエンジンの低公害化、低燃費化、高出力化等の要求が高まっており、このような要求に応えるため、マルチバルブ化やバルブハイリフト化等の採用が進められている。それに伴いタペットの摺動面の過酷度はますます高くなってきており、上述したこれまでの対策では十分な耐摩耗性を得ることが難しく、タペットの耐久性を向上するには限界があった。
【0011】
特に、船舶用の高出力エンジンの場合、従来の耐摩耗性向上対策ではタペットの摺動面の耐摩耗性が不足することになり、タペット調整の頻度の増大を招いたり、バルブの開閉タイミングのズレを招いてしまう可能性があった。
【0012】
また、上記PVD法やCVD法は、処理温度が500℃以上の非常に高い温度で行われるため、タペットとして使用可能な材料には制約があり、具体的には、高速度工具綱(例えばSKH51)や合金工具綱(例えばSKD11)といった焼き戻し温度が比較的高いものに限られてしまっており、材料の選択の自由度が極めて低いものであった。
【0013】
例えば、材料コストの低減を図るためには鋳鉄を採用することが有効であるが、これまでの手法は高温度の環境下で硬質皮膜の成形処理が行われるため、鋳鉄を採用した場合、その軟化を招いてしまい、塑性変形により皮膜の密着性が十分に得られなくなったり、タペットの形状変化を招いたりするといった不具合が生じてしまう。
【0014】
以上の説明は、エンジン動弁系の構成部品であるタペットを例に掲げて説明したが、その他の摺動部品、例えば上記カムシャフトやコンプレッサのベーン等にあっても同様の課題を有している。
【0015】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、相手側部品に接触して摺動する摺動面を備えた摺動部品に対し、高速度工具綱や合金工具綱を採用した場合と同等の高い耐摩耗性を得ることができ、且つ構成材料の選択の自由度を高めることができる摺動部品及びその摺動部品の製造方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、摺動部品の摺動面をチル鋳鉄で構成すると共に、このチル鋳鉄に対して比較的低温度のPVD処理によりCrNやTiNで成る硬質皮膜を成形している。これにより、摺動部品の構成材料を鋳鉄としながらも、従来の高速度工具綱や合金工具綱に対してPVD法やCVD法によって硬質皮膜を成形する場合と同等の高い耐摩耗性を得ることができるようにしている。
【0017】
−解決手段−
具体的には、相手側部品に対して摺動する摺動面を備えた摺動部品を前提とする。この摺動部品に対し、少なくとも上記摺動面をチル鋳鉄で構成する。そして、この摺動面に、100℃〜200℃の範囲内の処理温度でのPVD処理により硬質皮膜を成形している。
【0018】
具体的に、上記硬質皮膜の成形材料としては、CrNまたはTiNが採用される。
【0019】
これら特定事項により、摺動部品の基材として安価な鋳鉄材料(チル鋳鉄)を採用しながらも、この摺動部品の摺動面に硬度の高い硬質皮膜を成形することができる。また、この硬質皮膜の成形処理は、100℃〜200℃といった比較的低い処理温度でのPVD処理により行われるため(従来のPVD処理は500℃程度の高い処理温度であった)、鋳鉄材料の軟化を防止することができる。チル鋳鉄の焼き戻し温度は一般には180℃〜200℃であるため、PVD処理の処理温度が100℃〜200℃であれば軟化することはない。このため、軟化に伴う塑性変形による皮膜の密着性の劣化を回避することができる。また、摺動部品の形状変化を防止することもできる。尚、上記処理温度範囲の設定の根拠としては、処理温度が200℃を越えてしまうと鋳鉄材料の軟化が促進され、処理温度が100℃を下回ったのでは摺動面に成形された硬質皮膜の密着性が急激に劣化するからである。また、上記PVD処理の温度としては150℃〜200℃が好ましい。
【0020】
また、本解決手段では、摺動部品の摺動面に直接的に硬質皮膜を成形することができる。このため、摺動部品とは別体で作製しておいた硬質皮膜処理したプレート材を摺動部品にろう付けする従来の手法に比べて素材コストの低減及び作製工程の簡素化を図ることができ、製造コストの削減が図れる。
【0021】
特に、硬質皮膜の成形材料として上記の材料を採用した場合には、摺動部品の摺動面として、1800〜2000HV程度の非常に高い硬度を得ることができ、また、この種の材料による皮膜は滑り性が良好であるので相手攻撃性(摺接する相手側部品に対する攻撃性)を低く抑えることができ、摺動部品ばかりでなく相手側部品の耐久性の向上も図ることができる。
【0022】
上記解決手段に加えて、硬質皮膜の膜厚を1〜30μmに設定している。これは、この膜厚が30μmを越えてしまうと硬質皮膜内の内部応力が急激に増大し安定した硬質皮膜が成形できず、膜厚が1μmを下回ったのでは、硬質皮膜の膜厚不足により、十分な耐摩耗性が得られないからである。また、上記硬質皮膜の膜厚としては1〜10μmが好ましい。
【0023】
更に、上記解決手段に加えて、硬質皮膜が成形される前の摺動面の面粗さを1μmRy以下に設定し、この摺動面に対して上記PVD処理により硬質皮膜が成形されている。これは、摺動部品の相手攻撃性に鑑みたものである。つまり、硬質皮膜が成形される前の摺動面の面粗さが大きい場合には、硬質皮膜の表面は摺動面の面粗さがそのまま反映されてしまい、その硬質皮膜の表面の面粗さも大きくなってしまう。これでは、所謂「やすり効果」によって相手攻撃性が著しく高くなってしまって相手側部品の耐久性を大幅に低下させてしまう。このため、硬質皮膜が成形される前の摺動面の面粗さを小さくしておき、硬質皮膜の表面の面粗さを小さくすることで相手攻撃性を低く抑えるようにしている。また、摺動面の面粗さが1μmRyを越えてしまうと相手攻撃性が急激に高くなってしまって相手側部品の耐久性を大幅に低下させてしまうことになるため、この面粗さを1μmRy以下に設定している。また、この面粗さはできる限り低い方が良いが、その下限値としては例えば0.1μmRyが掲げられる。
【0024】
上記摺動部品が摺動する相手側部品として具体的には以下のものが採用される。つまり、摺動部品の摺動面が接触する相手側部品として、炭素鋼で構成され且つ表面が高周波焼き入れされたものを採用し(この場合の硬度は600HV程度)、この相手側部品に対して摺動面(硬度は1800〜2000HV)が摺動するよう摺動部品を配設している。
【0025】
この解決手段は、特に、摺動部品の摺動面の摩耗を殆ど生じさせないようにするためのものである。例えば、摺動部品の摺動面の面積と相手側部品の摺動面の面積とが同等である場合、摺動面間の面圧が著しく高くなって摩耗が生じる状況では、相手側部品の摺動面が摩耗することになり、摺動部品の摺動面は殆ど摩耗することはない。つまり、摺動部品を保護するための構成として本解決手段は採用することができる。一方、摺動部品の摺動面の面積よりも相手側部品の摺動面の面積の方が大きい場合、摺動面間の面圧が著しく高くなって摩耗が生じる状況では、摺動部品の摺動面と相手側部品の摺動面との摩耗量を略均等にすることもできる。これによれば、片方の部材のみが一方的に摩耗してしまって交換頻度が高くなってしまうといった状況を回避することができるので、メンテナンス頻度を低減するための構成としても本解決手段は採用することができる。
【0026】
尚、上記各解決手段に係る摺動部品を製造するための製造方法も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、溶融金属を鋳造して所定の部品形状に成形する際に摺動部品の摺動面部分を急冷することによりこの摺動面部分をチル化するチル化処理動作と、このチル化した摺動面に対して、100℃〜200℃の範囲内の処理温度でのPVD処理により硬質皮膜を成形する被膜成形動作とを備えた製造方法である。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本形態は、ディーゼルエンジンの動弁系部品であるタペット(摺動部品)に本発明を適用した場合について説明する。
【0028】
先ず、このタペットの構成について説明する。図1に示すように、このタペット1は、一端がカムシャフトのカム部に摺接(摺動)するカム摺動部2となっており、他端がプッシュロッドに摺接するプッシュロッド摺接部3となっている。
【0029】
カム摺動部2は、他の部分よりも大径に形成されている。そして、このカム摺動部2の先端面(図1における下端面)が摺動面21となっており、この摺動面21に本発明が特徴とする硬質皮膜22が成形されている。この硬質皮膜22については後述する。
【0030】
一方、プッシュロッド摺接部3の先端面(図1における上端面)にはプッシュロッドが嵌り込む凹部31が形成されている。この凹部31の周辺部は高周波焼き入れなどの焼き入れ処理が施されている。
【0031】
次に、本実施形態の特徴とする部分である摺動面21及びこの摺動面21に成形されている硬質皮膜22について説明する。
【0032】
上記摺動面21の周辺部分は、チル化処理が施されている。具体的な処理方法としては、タペット1を鋳造する際、鋳型内の摺動面成形部分にチラーと呼ばれる金属を配設しておき、このチラーに接触する部分(タペット1の摺動面部分)を急冷することによって、摺動面21及びその周辺部のみをチル化(チル化処理動作)して硬度を部分的に高めるといった製法でタペットが作製されている。尚、この摺動面21の形状としては、平坦面であってもよいし、クラウン形状であってもよい。
【0033】
また、このような鋳造作業によって成形されたタペット1の摺動面21は、硬質皮膜22の成形処理に先立って研磨処理が行われ、面粗さが1μmRy以下に設定される。具体的に、本形態のものでは、面粗さが0.1μmRyに設定される。
【0034】
このようにして成形及び表面処理されたタペット1の摺動面21に対して、100℃〜200℃の範囲内の処理温度でのPVD処理により硬質皮膜22が成形されている。
【0035】
この硬質皮膜22の成形処理動作について以下に説明する。本形態では処理温度を180℃に設定し、硬質皮膜22の材料としてCrNを採用している。つまり、摺動面及びその周辺環境を180℃とした状態で、Crを蒸発させ、その蒸発物質を窒素ガスと反応させて摺動面にCrNの薄膜を成膜する(被膜成形動作)。そして、ここで成膜されるCrNの硬質皮膜22の膜厚としては1〜30μmに設定される。具体的に、本形態のものは5μmに設定されている。本形態ではPVD処理として、アーク式イオンプレーティング法を採用した(例えば、アーク電流160A、窒素ガス流量1000sccm、バイアス電圧20V、処理時間30min×4回)。これに限らず、マグネトロンスパッタ法、アンバランスマグネトロンスパッタ法などを採用することも可能である。これら手法については周知であるので、ここでの説明は省略する。また、硬質皮膜22の材料としてはCrNに限らずTiNであってもよい。
【0036】
以上の如く作製されたタペット1にあっては、基材として安価な鋳鉄材料(チル鋳鉄)を採用しながらも、このタペット1の摺動面21に硬度の高い硬質皮膜22が成形されている。このため、タペット調整の頻度の増大を招いたり、バルブの開閉タイミングのズレを招いてしまうといった不具合を回避することができる。また、この硬質皮膜22の成形処理は、100℃〜200℃といった比較的低い処理温度でのPVD処理により行われるため、鋳鉄材料の軟化を防止することができる。その結果、軟化に伴う塑性変形による硬質皮膜22の密着性の劣化を回避することができる。また、タペット1の形状変化を防止することもできる。
【0037】
また、摺動面21に対して直接的に硬質皮膜22を成形することができるので、別体で作製しておいたプレート材を摺動面にろう付けする従来の手法に比べて素材コストの低減及び作製工程の簡素化を図ることができ、製造コストの削減が図れる。
【0038】
また、本形態では、硬質皮膜22が成形される前の摺動面21の面粗さを小さくすることで硬質皮膜22の表面の面粗さを小さくすることができ、相手攻撃性を低く抑えることが可能である。これにより、相手側部品の耐久性の向上を図ることができる。
【0039】
更に、硬質皮膜22の材料としてCrNやTiNを採用したことで、硬質皮膜22の滑り性を良好に得ることができ、相手攻撃性を低く抑えることができるばかりでなく、摺動部分のメカニカルロスを低減することもできる。
【0040】
−実験例−
次に、本発明に係るタペットの機械的性能を確認するために行った実験例について説明する。ここでは、以下に述べるスクラッチ試験及びすべり摩擦摩耗試験を行った。
【0041】
スクラッチ試験では、本発明品として上述した実施形態に係るタペットと、比較品として高速度工具綱(SKH51)に対してPVD処理によりCrNを成膜した従来構造のものとを作製し、それぞれについて剥離強度を測定した。その結果を図2に示す。
【0042】
この図2に示す結果から明らかなように、本発明品は、比較品と同等の剥離強度(80N以上)が確保できており、密着度の高い安定した硬質皮膜が得られていることが判る。つまり、チル鋳鉄には軟化が生じておらず、軟化に伴う塑性変形による皮膜の密着性の劣化は生じていないことが判る。
【0043】
すべり摩擦摩耗試験(一方向すべり摩擦摩耗試験)では、以下の3タイプのタペットを作製し、それぞれについてカムシャフトに対して摺動させて、タペットの摺動面及びカムシャフトの摺動面のそれぞれについての摩耗比率を計測した。尚、この試験で採用したカムシャフトは、炭素鋼を高周波焼き入れしたものである。
【0044】
第1タイプのタペットは、チル鋳鉄で構成され、摺動面に硬質皮膜が成形されていないものである(チル鋳鉄でタペットを作製する場合の従来品)。
【0045】
第2タイプのタペットは、本発明に係る製法により作製されたタペットであって、摺動面の面粗さを3μmRyとしたものである。
【0046】
第3タイプのタペットも、本発明に係る製法により作製されたタペットであって、摺動面の面粗さを0.6μmRyとしたものである。
【0047】
この図3に示す結果から明らかなように、第1タイプのタペットに比べて、第2タイプのタペットでは、タペットの摺動面及びカムシャフトの摺動面のそれぞれにおいて摩耗比率が低下している。特に、タペットの摺動面の摩耗比率は大幅に低下しており、硬度の高い安定した硬質皮膜によって摺動面の耐摩耗性が大幅に向上していることが判る。また、カムシャフトの摺動面の摩耗比率が低下している要因は、硬質皮膜の滑り性が良好であって相手攻撃性が低く抑えられているからである。
【0048】
また、第2タイプのタペットに比べて、第3タイプのタペットでは、タペットの摺動面及びカムシャフトの摺動面のそれぞれにおいて摩耗比率が低下している。特に、カムシャフトの摺動面の摩耗比率は大幅に低下しており、タペットの摺動面の面粗さを小さくしたことで相手攻撃性が大幅に低く抑えられ、カムシャフトの摺動面の摩耗が抑制されていることが判る。
【0049】
−その他の実施形態−
上述した実施形態では、ディーゼルエンジンの動弁系部品であるタペットに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他の摺動部品、例えば上記カムシャフトやコンプレッサのベーン等に対しても同様に適用することが可能である。
【0050】
また、相手側部品であるカムシャフトは、高周波焼き入れしたものに限らず浸炭焼き入れしたものであってもよい。
【0051】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、摺動部品の摺動面をチル鋳鉄で構成すると共に、このチル鋳鉄に対して低温PVD処理によりCrNやTiNで成る硬質皮膜を成形している。これにより、摺動部品の構成材料を比較的安価な鋳鉄としながらも、従来の高速度工具綱や合金工具綱に対してPVD法やCVD法によって硬質皮膜を成形する場合と同等の高い耐摩耗性を得ることができる。
【0052】
また、硬質皮膜の成形処理を比較的低い温度で行っているので鋳鉄材料の軟化を防止することができ、軟化に伴う塑性変形による皮膜の密着性の劣化を回避することができる。また、摺動部品の形状変化を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係るタペットを示す側面図である。
【図2】スクラッチ試験の結果を示す図である。
【図3】すべり摩擦摩耗試験の結果を示す図である。
【図4】従来例を示す図1相当図である。
【符号の説明】
1 タペット(摺動部品)
21 摺動面
22 硬質皮膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sliding component typified by a tappet or the like, which is a component of an engine valve train, and a method for manufacturing the sliding component. In particular, the present invention relates to measures for improving the wear resistance of the sliding surface.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a valve train of a diesel engine, a tappet and a push rod are disposed between a camshaft and a rocker arm. That is, the rotation of the camshaft is converted into the reciprocation of the tappet and the push rod, whereby the rocker arm is swung to open and close the valve.
[0003]
The tappet provided in this type of valve train receives the inertia force of the valve train and the load caused by the valve spring, and also receives the cylinder internal pressure. Therefore, particularly at the time of the valve-opening lift, a high surface pressure is generated between the sliding surfaces of the tappet and the camshaft, and the sliding surface of the tappet may be slid and worn.
[0004]
Heretofore, the tappet has been made of chill cast iron having high wear resistance in order to suppress sliding wear. In other words, when casting a tappet, a metal called a chiller is provided on a sliding surface forming portion in a mold, and a portion (a sliding surface portion of the tappet) in contact with the chiller is rapidly cooled, so that sliding is performed. A manufacturing method has been performed in which only the surface and its peripheral portion are chilled to partially increase the hardness.
[0005]
In addition, it has been proposed to provide a hard coating on the sliding surface to further improve the wear resistance of the sliding surface and improve the durability of the tappet. For example, it has been proposed that a tappet substrate be used as a tool rope and a material such as CrN (chromium nitride) or TiN (titanium nitride) be coated by a PVD (Physical Vapor Deposition) method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. . Further, as a technique related to this,
[0006]
The PVD method referred to herein is a surface treatment technique for forming a strong film on the surface of a substrate at a temperature of about 500 ° C. This is a method for forming a film. This PVD method is also called physical vapor deposition, and includes a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and the like.
[0007]
On the other hand, the CVD method is called a vapor phase plating method, a chemical vapor deposition method, or a chemical vapor deposition method, in which a vapor in which a substance to be plated is heated and vaporized is sent to a periphery of a substrate together with a carrier gas and heated (at 1000 ° C.). This is a technique in which a vapor and a carrier gas are subjected to a high-temperature chemical reaction on the surface of the substrate that has been heated to a certain degree) to deposit a plating substance on the substrate surface.
[0008]
Further, as another method for improving the wear resistance of the sliding surface, as shown in FIG. 4A, a plate material b made of a tool steel, which is manufactured separately from the tappet a, is used. The surface is coated with the hard film c, and the plate material b is brazed to the sliding portion of the tappet a. As shown in FIG. It has also been proposed to silver braze the parts.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-327484 A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, demands for low pollution, low fuel consumption, high output, and the like of diesel engines have been increasing, and in order to meet such demands, adoption of a multi-valve system, a valve high-lift system, and the like are being promoted. As a result, the severity of the sliding surface of the tappet has been increasing, and it has been difficult to obtain sufficient wear resistance with the above-described measures, and there has been a limit in improving the durability of the tappet. .
[0011]
In particular, in the case of high-power engines for ships, conventional measures to improve wear resistance will result in insufficient wear resistance of the sliding surface of the tappet, leading to an increase in the frequency of tappet adjustment and an increase in valve opening / closing timing. There was a possibility that it would cause a gap.
[0012]
Further, since the PVD method and the CVD method are performed at a very high processing temperature of 500 ° C. or higher, there are restrictions on the materials that can be used as tappets. Specifically, high-speed tooling ropes (for example, SKH51) ) And alloy tool steels (for example, SKD11), the tempering temperature of which is relatively high, and the degree of freedom in material selection is extremely low.
[0013]
For example, it is effective to use cast iron in order to reduce material costs.However, in the conventional method, a hard coating is formed under a high-temperature environment. This leads to softening, resulting in problems such as insufficient adhesion of the film due to plastic deformation and a change in the shape of the tappet.
[0014]
In the above description, the tappet, which is a component of the engine valve system, has been described as an example, but other sliding components, such as the camshaft and the vane of the compressor, have similar problems. I have.
[0015]
The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a high-speed tool rope or an alloy for a sliding component having a sliding surface that slides in contact with a mating component. An object of the present invention is to provide a sliding component capable of obtaining the same high wear resistance as when a tool rope is employed and increasing the degree of freedom in selecting a constituent material, and a method of manufacturing the sliding component.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
-Summary of the invention-
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a sliding surface of a sliding component made of chill cast iron, and applies a hard coating made of CrN or TiN to the chill cast iron by PVD treatment at a relatively low temperature. Molding. As a result, it is possible to obtain the same high abrasion resistance as in the case of forming a hard coating on a conventional high-speed tool steel or alloy tool steel by a PVD method or a CVD method, while using a cast iron as a constituent material of a sliding part. I can do it.
[0017]
-Solution-
Specifically, it is assumed that the sliding component has a sliding surface that slides with respect to the mating component. For this sliding part, at least the sliding surface is made of chill cast iron. Then, a hard coating is formed on the sliding surface by PVD processing at a processing temperature in the range of 100 ° C to 200 ° C.
[0018]
Specifically, CrN or TiN is employed as a material for forming the hard coating.
[0019]
According to these specific items, a hard coating having high hardness can be formed on the sliding surface of the sliding component while using an inexpensive cast iron material (chill cast iron) as the base material of the sliding component. Moreover, since the forming process of this hard coating is performed by PVD processing at a relatively low processing temperature of 100 ° C. to 200 ° C. (the conventional PVD processing was a high processing temperature of about 500 ° C.), Softening can be prevented. Since the tempering temperature of chill cast iron is generally 180 ° C. to 200 ° C., it does not soften if the PVD processing temperature is 100 ° C. to 200 ° C. For this reason, it is possible to avoid deterioration of the adhesion of the coating due to plastic deformation accompanying softening. In addition, a change in the shape of the sliding component can be prevented. The reason for setting the above-mentioned processing temperature range is that if the processing temperature exceeds 200 ° C., the softening of the cast iron material is promoted, and if the processing temperature falls below 100 ° C., the hard coating formed on the sliding surface This is because the adhesiveness of the material rapidly deteriorates. Further, the temperature of the PVD treatment is preferably from 150 ° C to 200 ° C.
[0020]
Further, according to this solution, a hard coating can be directly formed on the sliding surface of the sliding component. For this reason, it is possible to reduce the material cost and simplify the manufacturing process as compared with the conventional method of brazing a plate material subjected to a hard film treatment, which was manufactured separately from the sliding component, to the sliding component. And the production cost can be reduced.
[0021]
In particular, when the above-described material is employed as a molding material for a hard coating, a very high hardness of about 1800 to 2000 HV can be obtained as a sliding surface of a sliding component. Has good slipperiness, so that the opponent aggressiveness (the aggressiveness of the opposing component in sliding contact) can be kept low, and the durability of not only the sliding component but also the opponent component can be improved.
[0022]
In addition to the above solution, the thickness of the hard coating is set to 1 to 30 μm. This is because if the film thickness exceeds 30 μm, the internal stress in the hard film rapidly increases and a stable hard film cannot be formed. If the film thickness is less than 1 μm, the film thickness of the hard film is insufficient. This is because sufficient abrasion resistance cannot be obtained. The hard coating preferably has a thickness of 1 to 10 μm.
[0023]
Further, in addition to the above solution, the surface roughness of the sliding surface before the hard film is formed is set to 1 μmRy or less, and the hard film is formed on the sliding surface by the PVD process. This is in view of the aggressiveness of the sliding component. In other words, if the surface roughness of the sliding surface before the hard coating is formed is large, the surface of the hard coating reflects the surface roughness of the sliding surface as it is, and the surface roughness of the surface of the hard coating is large. It gets bigger. In this case, the opponent aggressiveness is significantly increased due to the so-called “rasp effect”, and the durability of the opponent component is greatly reduced. For this reason, the surface roughness of the sliding surface before the hard coating is formed is reduced, and the surface roughness of the hard coating is reduced to reduce the opponent aggressiveness. Further, if the surface roughness of the sliding surface exceeds 1 μmRy, the aggressiveness of the partner increases sharply, and the durability of the partner component is greatly reduced. It is set to 1 μmRy or less. The surface roughness is preferably as low as possible, but the lower limit is, for example, 0.1 μmRy.
[0024]
The following components are specifically adopted as mating components on which the sliding components slide. In other words, as the mating component with which the sliding surface of the sliding component comes into contact, a component made of carbon steel and having a surface induction hardened is employed (in this case, the hardness is about 600 HV). The sliding parts are arranged so that the sliding surface (the hardness is 1800 to 2000 HV) slides.
[0025]
This solution is particularly intended to minimize the wear of the sliding surface of the sliding component. For example, when the area of the sliding surface of the sliding component is equal to the area of the sliding surface of the mating component, in a situation where the surface pressure between the sliding surfaces becomes extremely high and wear occurs, the mating component has The sliding surface is worn, and the sliding surface of the sliding component is hardly worn. That is, the present solution can be adopted as a configuration for protecting the sliding component. On the other hand, when the area of the sliding surface of the mating component is larger than the area of the sliding surface of the sliding component, in a situation where the surface pressure between the sliding surfaces becomes extremely high and wear occurs, the The amount of wear between the sliding surface and the sliding surface of the mating component can be made substantially equal. According to this, it is possible to avoid a situation in which only one member is unilaterally worn and the replacement frequency is increased, so that the present solution is adopted as a configuration for reducing the maintenance frequency. can do.
[0026]
Note that the manufacturing method for manufacturing the sliding component according to each of the above-described solving means is also included in the technical idea of the present invention. That is, when the molten metal is cast and formed into a predetermined component shape, the sliding surface portion of the sliding component is rapidly cooled to chill the sliding surface portion, and the chilled sliding operation is performed. And a film forming operation of forming a hard film by PVD processing at a processing temperature in the range of 100 ° C. to 200 ° C. on the moving surface.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In this embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a tappet (sliding component) which is a valve train component of a diesel engine.
[0028]
First, the configuration of the tappet will be described. As shown in FIG. 1, the
[0029]
The
[0030]
On the other hand, a
[0031]
Next, the sliding
[0032]
The peripheral portion of the sliding
[0033]
Further, the sliding
[0034]
The
[0035]
The operation of forming the
[0036]
In the
[0037]
In addition, since the
[0038]
Further, in this embodiment, the surface roughness of the
[0039]
Further, by adopting CrN or TiN as the material of the
[0040]
-Experimental example-
Next, an experimental example performed for confirming the mechanical performance of the tappet according to the present invention will be described. Here, a scratch test and a sliding friction wear test described below were performed.
[0041]
In the scratch test, a tappet according to the embodiment described above as a product of the present invention and a conventional product having a CrN film formed by PVD processing on a high-speed tool rope (SKH51) as a comparative product were produced, and each of them was peeled off. The strength was measured. The result is shown in FIG.
[0042]
As is clear from the results shown in FIG. 2, the product of the present invention can secure the same peel strength (80 N or more) as the comparative product, and it can be seen that a stable hard film with high adhesion is obtained. . That is, it is understood that softening did not occur in the chill cast iron, and deterioration of the adhesion of the film due to plastic deformation accompanying the softening did not occur.
[0043]
In the sliding friction and wear test (one-way sliding friction and wear test), the following three types of tappets were prepared, each of which was slid against the camshaft, and the sliding surface of the tappet and the sliding surface of the camshaft, respectively. The wear ratio for was measured. The camshaft used in this test was obtained by induction hardening carbon steel.
[0044]
The first type of tappet is made of chill cast iron and has no hard film formed on the sliding surface (a conventional product when a tappet is made of chill cast iron).
[0045]
The tappet of the second type is a tappet manufactured by the manufacturing method according to the present invention, and has a sliding surface having a surface roughness of 3 μmRy.
[0046]
The tappet of the third type is also a tappet manufactured by the manufacturing method according to the present invention, and has a sliding surface having a surface roughness of 0.6 μmRy.
[0047]
As is clear from the results shown in FIG. 3, the wear ratio of the second type tappet is lower in each of the sliding surface of the tappet and the sliding surface of the cam shaft than in the first type tappet. . In particular, the wear ratio of the sliding surface of the tappet is greatly reduced, and it can be seen that the wear resistance of the sliding surface is significantly improved by the stable hard film having high hardness. Further, the reason why the wear ratio of the sliding surface of the camshaft is lowered is that the hard film has good slipperiness and the opponent aggressiveness is suppressed low.
[0048]
Further, in the third type tappet, the wear ratio of each of the sliding surface of the tappet and the sliding surface of the cam shaft is lower than that of the second type tappet. In particular, the wear ratio of the sliding surface of the camshaft has been significantly reduced, and by reducing the surface roughness of the sliding surface of the tappet, the aggressiveness of the opponent has been significantly reduced. It can be seen that wear is suppressed.
[0049]
-Other embodiments-
In the above-described embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to a tappet which is a valve train part of a diesel engine. The present invention is not limited to this, and can be similarly applied to other sliding parts, such as the camshaft and the vane of the compressor.
[0050]
Further, the camshaft, which is a mating part, is not limited to induction hardened one, but may be carburized hardened one.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the sliding surface of the sliding component is made of chill cast iron, and a hard coating made of CrN or TiN is formed on the chill cast iron by low-temperature PVD processing. This makes it possible to use a relatively inexpensive cast iron as the component material of the sliding parts, but also has a high abrasion resistance equivalent to the case of forming a hard coating on a conventional high speed tooling alloy or alloy tooling steel by the PVD method or the CVD method. Sex can be obtained.
[0052]
In addition, since the forming process of the hard coating is performed at a relatively low temperature, the softening of the cast iron material can be prevented, and deterioration of the adhesion of the coating due to plastic deformation accompanying the softening can be avoided. In addition, a change in the shape of the sliding component can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a tappet according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing the results of a scratch test.
FIG. 3 is a diagram showing the results of a sliding friction and wear test.
FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Tappet (sliding parts)
21 sliding
Claims (6)
少なくとも上記摺動面はチル鋳鉄で構成されていると共に、この摺動面には100℃〜200℃の範囲内の処理温度でのPVD(Physical Vapor Deposition)処理により硬質皮膜が成形されていることを特徴とする摺動部品。A sliding component having a sliding surface that slides with respect to a mating component,
At least the sliding surface is made of chill cast iron, and a hard film is formed on the sliding surface by PVD (Physical Vapor Deposition) processing at a processing temperature within a range of 100 ° C to 200 ° C. Sliding parts characterized by the following.
硬質皮膜は、CrNまたはTiNであることを特徴とする摺動部品。The sliding component according to claim 1,
A sliding component, wherein the hard coating is CrN or TiN.
硬質皮膜の膜厚は1〜30μmに設定されていることを特徴とする摺動部品。The sliding component according to claim 1 or 2,
A sliding component, wherein the thickness of the hard coating is set to 1 to 30 μm.
硬質皮膜が成形される前の摺動面の面粗さは1μmRy以下に設定されており、この摺動面に対して上記PVD処理により硬質皮膜が成形されていることを特徴とする摺動部品。The sliding component according to claim 1, 2 or 3,
A sliding component wherein the surface roughness of the sliding surface before the hard film is formed is set to 1 μmRy or less, and the hard film is formed on the sliding surface by the PVD process. .
摺動面が接触する相手側部品は、炭素鋼で構成され且つ表面が高周波焼き入れされたものであり、この相手側部品に対して摺動面が摺動するよう配設されていることを特徴とする摺動部品。The sliding component according to any one of claims 1 to 4,
The mating part with which the sliding surface contacts is made of carbon steel and the surface is induction hardened, and the sliding surface is arranged to slide with respect to this mating part. Features sliding parts.
溶融金属を鋳造して所定の部品形状に成形する際に摺動部品の摺動面部分を急冷することによりこの摺動面部分をチル化するチル化処理動作と、
このチル化した摺動面に対して、100℃〜200℃の範囲内の処理温度でのPVD処理により硬質皮膜を成形する被膜成形動作とを備えていることを特徴とする摺動部品の製造方法。A manufacturing method for manufacturing the sliding component according to any one of claims 1 to 5,
A chilling operation for chilling the sliding surface portion by rapidly cooling the sliding surface portion of the sliding component when casting the molten metal to form a predetermined component shape,
Producing a sliding part characterized by comprising a coating forming operation of forming a hard coating on the chilled sliding surface by PVD processing at a processing temperature in the range of 100 ° C to 200 ° C. Method.
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