(57)【要約】【課題】耐摩耗性を高めることができる鋳鉄部材、および、鋳鉄部材の表面処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】ロッカアーム１０は、バルブブリッジ３３と摺設する摺接面１４にチル層１５を有するとともに、ロッカアーム１０の表面全体に軟窒化層１６を有している。ロッカアーム１０に表面処理を行ってチル層１５および軟窒化層１６を形成するためには、まず、摺接面１４に部分的に再溶融硬化処理を施すことにより、チル化を行い、チル層１５を形成させる（チル化工程）。次いで、軟窒化処理によってロッカアーム１０の表層全体に軟窒化層１６を形成させる（軟窒化工程）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄製であって、他の部品に対して摺接する摺接面を有する摺接部を備える鋳鉄部材の表面処理方法であって、
前記摺接面にチル化処理によりチル層を形成するチル化工程と、
前記チル化工程の後に、前記摺接面に軟窒化処理により軟窒化層を形成する軟窒化工程とを含む、鋳鉄部材の表面処理方法。
【請求項２】
前記鋳鉄部材が、揺動可能に軸支され、揺動に伴って車両のエンジンに備えられたバルブを往復駆動するロッカアームである、請求項１に記載の鋳鉄部材の表面処理方法。
【請求項３】
鋳鉄製であって、他の部品に対して摺接する摺接面を有する摺接部を備え、
前記摺接部が、前記摺接面に配されたチル層と、前記チル層の表層部に配された軟窒化層とを備える鋳鉄部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、鋳鉄部材の表面処理方法、および、鋳鉄部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンに用いられるロッカアームのように、他の部品に対して摺接する部分を有する鋳鉄部材は、耐摩耗性が要求される。このような鋳鉄部材の表面処理方法として、鋳造時の急冷、あるいは再溶融硬化処理により、硬度が高いセメンタイトを主体とした金属組織で構成されるチル層を形成されるチル化処理が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、エンジンの高出力化に伴い、上記のような鋳鉄部材についても、より高荷重、高面圧に耐えることが要求されるようになってきており、耐摩耗性をより高めることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書によって開示される鋳鉄部材の表面処理方法は、鋳鉄製であって、他の部品に対して摺接する摺接面を有する摺接部を備える鋳鉄部材の表面処理方法であって、前記摺動面にチル化処理によりチル層を形成するチル化工程と、前記チル化工程の後に、前記摺動面に軟窒化処理により軟窒化層を形成する軟窒化工程とを含む。
【０００６】
また、本明細書によって開示される鋳鉄部材は、鋳鉄製であって、他の部品に対して摺接する摺接面を有する摺接部を備え、前記摺設部が、前記摺接面に配されたチル層と、前記チル層の表層部に配された軟窒化層とを備える。
【０００７】
上記の構成によれば、軟窒化層によって非常に高い表面硬度が得られるとともに、チル層によって、母材部分との境界部での硬度変化を緩やかなものとし、耐ピッチング性を向上させることができる。
【０００８】
上記の構成において、前記鋳鉄部材が、揺動可能に軸支され、揺動に伴って車両のエンジンに備えられたバルブを往復駆動するロッカアームであっても構わない。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書によって開示される鋳鉄部材の表面処理方法、および、鋳鉄部材によれば、耐摩耗性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の動弁装置を示す概略図
【図２】チル層が形成されたロッカアームの部分拡大図
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図
【図４】チル層と軟窒化層とが形成されたロッカアームを図２のＡ−Ａ線と同位置で切断して示す断面図
【図５】チル化処理のみを行った試験片、軟窒化処理のみを行った試験片、および、チル化処理の後に軟窒化処理を行った試験片について、表面からの深さと硬さとの関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態を、図１〜図４を参照しつつ説明する。本実施形態のロッカアーム１０（鋳鉄部材に該当）は、自動車のエンジンに設けられ、燃焼室に燃料混合気を供給するためのバルブ３０の開閉を行う動弁装置１に用いられる部品である。
【００１２】
動弁装置１は、図１に示すように、カム２０とカムシャフト２１、およびロッカシャフト１８とロッカアーム１０を備えている。
【００１３】
エンジンのシリンダヘッド４０には、ロッカシャフト１８が、軸線を水平に向けた姿勢で取り付けられている。このロッカシャフト１８には、ロッカアーム１０が支持されている。
【００１４】
ロッカアーム１０は、鋳鉄製であって、ロッカシャフト１８の軸線方向と交差方向に延びる細長い部材である。このロッカアーム１０の概ね中央位置には、シャフト嵌合孔１１が貫通形成されている。そして、このシャフト嵌合孔１１にロッカシャフト１８が挿通されることにより、ロッカアーム１０がロッカシャフト１８に軸支され、ロッカアーム１０が、ロッカシャフト１８を中心として、一方の端部と他方の端部とが交互に上下動するように揺動することが可能となっている。
【００１５】
ロッカアーム１０の一方の端部（カム側端部１２：摺接部に該当）には、バルブクリアランスの調整のためのアジャストスクリュ１７がねじ付けられている。アジャストスクリュ１７の下端部はカム側端部１２から下方に突出し、ここには、プッシュロッド２２の上端部が当接している。プッシュロッド２２の下端部には、カム２０が当接されるようになっている。カム２０は、略卵型をなしており、ロッカシャフト１８と平行に配されたカムシャフト２１に固定されている。カムシャフト２１とカム２０とは、エンジンに設けられたクランクシャフト（図示せず）からの出力により一体的に回転するようになっている。
【００１６】
ロッカアーム１０の他方の端部（バルブ側端部１３）の下方には、バルブブリッジ３３が配されており、バルブブリッジ３３の下方には、２つのバルブ３０が配されている。バルブブリッジ３３によって、エンジンの燃焼のタイミングに合わせて２つのバルブ３０を同期的に開閉させることができるようになっている。
【００１７】
バルブ３０は、円板状の弁部材３１と、この弁部材３１の上面から上方に延びる丸棒状のバルブステム３２とを備えている。
【００１８】
シリンダヘッド４０の内部には、バルブステム３２を貫通させる貫通孔４１が設けられている。この貫通孔４１には、筒状のバルブガイド４２が組み込まれている。バルブステム３２は、バルブガイド４２に対して摺動可能に保持されている。
【００１９】
バルブステム３２の上端部は、バルブガイド４２を貫通してシリンダヘッド４０の上方へ突出しており、バルブブリッジ３３に下側から当接している。バルブステム３２の上端よりもやや下方には、円板状のばね押さえ４３が固着されている。一方、シリンダヘッド４０の上面において貫通孔４１の開口縁の周辺部は、ばね受け部４４とされており、ばね押さえ４３とばね受け部４４との間には、バルブスプリング４５が圧縮状態で組み込まれている。このバルブスプリング４５のばね力によって、バルブ３０は、常には上方向に、すなわち弁部材３１がポート４６を閉塞するように付勢されている。
【００２０】
カム２０及びカムシャフト２１の回転により、プッシュロッド２２が上下方向に往復運動し、この往復運動によって、ロッカアーム１０が、ロッカシャフト１８を支点としてシーソー状に揺動する。この揺動によってバルブブリッジ３３が上下に往復動し、この往復動によって、２つのバルブ３０が、バルブスプリング４５の付勢に抗して開弁方向（下方向）に変位する動作と、バルブスプリング４５の付勢にしたがって閉弁方向（上方向）に変位する動作とを交互に繰り返す。これにより、弁部材３１が、シリンダヘッド４０に設けられてシリンダと吸気通路または排気通路を連通するポート４６を開閉可能となっている。
【００２１】
バルブ側端部１３は、ロッカアーム１０の揺動に伴って、バルブブリッジ３３に対して摺動する。バルブ側端部１３の下面は、バルブブリッジ３３に対して摺接する摺接面１４となっている。
【００２２】
ロッカアーム１０は、図４に示すように、摺接面１４にチル層１５を有するとともに、ロッカアーム１０の表面全体に軟窒化層１６を有している。
【００２３】
チル層１５は、鋳鉄製の部材において急冷により炭化物（セメンタイト）が晶出し、高硬度となった層であって、再溶融硬化処理などの公知のチル化処理によって形成させることができる。
【００２４】
軟窒化層１６は、鋳鉄製の部材に窒素、炭素を同時に浸入、拡散させて形成された鉄の炭窒化物を含む層であって、ガス軟窒化、塩浴軟窒化などの公知の軟窒化処理によって形成させることができる。
【００２５】
ロッカアーム１０に表面処理を行ってチル層１５および軟窒化層１６を形成する手順は、例えば以下のようである。
【００２６】
まず、摺接面１４に部分的に再溶融硬化処理を施すことにより、チル化を行い、チル層１５を形成させる（チル化工程：図２および図３参照）。次に、チル層１５形成後の摺接面１４に研磨加工を施して所定の粗さ、寸法精度を得る。次いで、軟窒化処理によってロッカアーム１０の表層全体に軟窒化層１６を形成させる（軟窒化工程：図４参照）。
【００２７】
一般に、チル化によって形成されるチル層の深さは、軟窒化処理によって形成される軟窒化層の深さよりも大きい。したがって、チル化処理と軟窒化処理とが重複して行われる領域においては、チル層１５の表層部に軟窒化処理が施され、軟窒化層１６が形成された形態となる。
【００２８】
また、一般に、軟窒化処理によって得られる軟窒化層は、非常に硬度の高い硬化層となるが、軟窒化層とその周囲の軟窒化されていない部分（母材部分）との境界部で硬度が急激に変化するため、剥離（ピッチング）が起きやすい。一方、チル化によって得られるチル層は、軟窒化層に比べると硬度が小さいが、チル層から母材部分への硬度勾配は比較的緩やかである。このため、チル化処理と軟窒化処理とが重複して行われる領域においては、軟窒化層１６によって非常に高い表面硬度が得られるとともに、チル層１５によって、母材部分との境界部での硬度変化を緩やかなものとし、耐ピッチング性を向上させることができる。
【００２９】
＜試験例＞
チル化処理のみを行った試験片、軟窒化処理のみを行った試験片、および、チル化処理の後に軟窒化処理を行った試験片について、硬度分布を測定した結果を、図５に示した。なお、試験片としては、球状黒鉛鋳鉄品（ＦＣＤ−５００）を用いた。また、硬さ測定はマイクロビッカース硬さ試験機を用いて、試験力２５ｇで行った。
【００３０】
図５より、軟窒化処理のみを行った試験片では、最大で約１１００ＨＶの硬さが得られたが、深さ０．０２ｍｍから０．０４ｍｍの間で急激に硬さが低下しており、軟窒化層とその周囲の母材部分との境界部で硬度が急激に低下することが分かる。また、チル化のみを行った試験片では、チル層の硬さは最大で約８００ＨＶと、軟窒化処理のみを行った試験片よりも小さいが、表面から深さ０．１ｍｍに至るまで、緩やかに硬度が低下していることが分かる。
【００３１】
チル化処理の後に軟窒化処理を行った試験片では、深さ０．０２ｍｍで約１１００ＨＶの硬さが得られており、深さ０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍに至るまで、緩やかに硬度が低下していることが分かる。このように、チル化処理の後に軟窒化処理を行うことによって、チル化と軟窒化との相乗効果によって、軟窒化層１６によって非常に高い表面硬度が得られるとともに、チル層１５によって、母材部分との境界部での硬度変化を緩やかなものとし、耐ピッチング性を向上させることができる。
【００３２】
＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では、軟窒化層１６がロッカアーム１０の表面全体に形成されていたが、軟窒化層は、例えば、面圧が低いシャフト挿通孔の内周面を除く面に形成されていても構わない。あるいは、摺接面のみに形成されていても構わない。
【００３３】
（２）上記実施形態では、鋳鉄部材がロッカアームであったが、鋳鉄部材は、他の部品に対して摺接する摺接面を有する部材であればよく、例えば、ロッカシャフト、カム、タペットなどであっても構わない。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ロッカアーム（鋳鉄部材）
１２…カム側端部（摺接部）
１４…摺接面
１５…チル層
１６…軟窒化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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