(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転運動又は往復運動をする運動体と摺動し、前記運動体の摺動面よりも滑らかに仕上げられた摺動部材において、
摺動部材の表面硬さが６００Ｈｖ以上とされ、摺動部材の摺動面が面粗度０．４μｍＲｚ以下に研磨されており、研磨された摺動部材の摺動面に粒径０．５〜５μｍのＷＣ，Ｃr3Ｃ2 ，Ｂ4 Ｃ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＮｂＣ，ＺｒＯ2 ，Ａl2Ｏ3の硬質粒子のうちの１種以上が、面積割合２〜２０％になるように付着されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
回転運動又は往復運動をする運動体と摺動する摺動部材の製造方法において、
表面硬さが６００Ｈｖ以上の摺動部材の摺動面を面粗度０．４μｍＲｚ以下に研磨し、次いで粒径０．５〜５μｍのＷＣ，Ｃr3Ｃ2 ，Ｂ4 Ｃ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＮｂＣ，ＺｒＯ2，Ａl2Ｏ3 の硬質粒子のうちの１種以上を、高速フレーム溶射又はプラズマ溶射により面積割合が２〜２０％になるように付着させることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動又は往復運動をする運動体（例えば内燃機関のカム）と摺動する摺動部材（例えばアジャスティングシム）及びその製造方法にに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気弁は、カムの形状に応じて変位するシム（アジャスティングシム）を介して駆動される。カムとシムとの摺動抵抗は内燃機関の摩擦損失となるので、カムとシムとの摺動面の面粗度（表面粗さ）を潤滑油膜の厚み（０．１μｍ）と同程度にして、摩擦損失を低減させることが必要である。
そのために、予めシムの面粗度を鏡面状態にするだけでなく、初期のカムとシムとの擦り合わせ運動により、シムの面粗度のみならずカムの面粗度をも向上させることが知られている（特開平７−１１８８３２号公報参照）。
【０００３】
この従来技術では、カムと摺動するシム（摺動部材）の摺動面の面粗度を、カムの接触面よりも滑らかな０．３μｍＲｚ以下に仕上げ、このシムの摺動面にアーク式イオンプレーティング法（コーティング材料はチタン、雰囲気ガスは窒素ガス）によりＨｖ硬度１０００以上のコーティング層を設ける。このときシムのコーティング層に形成される微細なドロップレットを、コーティンク層表面から高さ０．５μｍで切断した場合の切断面積の割合（ドロップレット面積比）を０．７〜５．２％の範囲内とする。このため、従来技術ではシムとカムとの摺動面の鏡面化に要する時間を短縮することができるという。
【０００４】
従来技術では、アーク式イオンプレーティング法の処理中にアーク放電が変動し、ドロップレットの大きさや高さを制御できないので、カム及びシムの摺動面の適度な鏡面化のため、前記のとおりシムのコーティング層上のドロップレットを切断し、ドロップレット面積比を前記範囲内としている。しかし、それでも大きな面積のドロップレットはチタン金属塊の表面に窒化チタンがコーティグされているだけなので、シムが高面圧でカムと摺動すると内部のチタン金属塊が塑性変形して早期に脱落し、小さな面積のドロップレットはカムへの擦り合わせ作用が弱い。このようにドロップレット面積比が一定の範囲内であっても、各ドロップレットの面積に大小のばらつきがあるので、カムの摺動面の擦り合わせ時間の低減効果にばらつきが生じ、摺動抵抗が十分低減するまでの鏡面化を安定して（程度及び時間がほぼ同一に）確保することは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
回転運動又は往復運動をする運動体（例えば内燃機関のカム）と摺動する摺動部材（例えばシム）については、摩擦損失を低減して伝達効率を向上させることが求められている。例えば、カム機構の伝達効率を向上させるためには、カムとその相手部材（摺動部材，シム）との摺動抵抗を低減させることが必要である。
この摺動抵抗は、この部分の潤滑油の油膜厚み（０．１μｍ）とカム及び摺動部材の面粗度で決定する。すなわち、カム及び摺動部材の合成面粗度が油膜厚みよりも遙かに大きいと、摺動面の突起部が直接接触し、摺動抵抗となる。
【０００６】
摺動面が平面や単純な円筒面であれば、研磨加工が容易であり研磨加工により面粗度を向上させることは可能であるが、カム面のように複雑な形状になると通常の研磨加工を施して面粗度を向上させることができず、あえて特殊な工夫をして研磨加工を施せば非常に高価になる。一般的な仕上げ面粗度（例えば１〜２μｍＲｚ）のカムと摺動部材を擦り合わせて、カムと摺動部材の摺動面を摺動抵抗の低い面とすることが望まれる。
本発明は、回転運動又は往復運動をする運動体（例えば内燃機関のカム）と摺動する摺動部材（例えばアジャスティングシム）及びその製造方法において、擦り合わせにより摺動面の摺動抵抗を安定した時間及び度合で低減させることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転運動又は往復運動をする運動体（例えば内燃機関のカム）と摺動し、前記運動体の摺動面よりも滑らかに仕上げられた摺動部材（例えばシム）において、
摺動部材の表面硬さが６００Ｈｖ以上とされ、摺動部材の摺動面が面粗度０．４μｍＲｚ以下に研磨されており、研磨された摺動部材の摺動面に粒径０．５〜５μｍのＷＣ，Ｃr3Ｃ2 ，Ｂ4 Ｃ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＮｂＣ，ＺｒＯ2 ,Ａl2Ｏ3の硬質粒子のうちの１種以上が、面積割合２〜２０％になるように付着されていることを特徴とする摺動部材である。なお、回転運動又は往復運動をする運動体と摺動する摺動部材とは、シム、リフタ、ロッカアームのみならず、内燃機関、変速機等の輸送機器、電動機、生産設備などにおける摺動部材をいう。
本発明は、回転運動又は往復運動をする運動体と摺動する摺動部材の製造方法において、
表面硬さが６００Ｈｖ以上の摺動部材の摺動面を面粗度０．４μｍＲｚ以下に研磨し、次いで粒径０．５〜５μｍのＷＣ，Ｃr3Ｃ2 ，Ｂ4 Ｃ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＮｂＣ，ＺｒＯ2 ,Ａl2Ｏ3の硬質粒子のうちの１種以上を、高速フレーム溶射又はプラズマ溶射により面積割合が２〜２０％になるように付着させることを特徴とする摺動部材の製造方法である。
【０００８】
本発明のシム（摺動部材）を一般的な仕上げ面粗度のカムの表面と摺動させ擦り合わせると、シムに付着した硬質粒子の突起により、カムの表面が研磨され鏡面化されるばかりでなく、シムの表面も鏡面化され、摺動面の摺動抵抗が低減する。硬質粒子の大きさについては、粒径０．５μｍ未満では研磨効果が低く、粒径５μｍを超えるとカムの摩耗が著しくなり、適当ではない。硬質粒子の面積割合については、２％未満では研磨効果が低く、２０％を超えると、カムの摩耗が著しくなり、適当ではない。
シムの表面硬さを６００Ｈｖ以上にすることで、摺動時の硬質粒子の埋没を防ぐ。シムとカムとの擦り合わせの間に、シムに付着している硬質粒子が磨滅もしくは脱落して、カムを鏡面化させるとともに、シムも鏡面化させるために、溶射前の面粗度を０．４μｍＲｚ以下にする。従って、硬質粒子が存在しないシムの表面は、平滑で潤滑油の油膜程度の面粗度となっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の摺動部材とその製造方法の実施の形態を示す。図１(a) に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１の上部にカムシャフト２が配設され、不図示のクランク軸の回転がタイミングベルト等を介してカムシャフト２に伝えられる。シリンダヘッド１にはエンジンバルブ（吸排気弁）３及びリフタ５が往復動可能な状態に支持され、リフタ５の上面に配置されたシム（摺動部材）６がカムシャフト２のカム７に常に接触するようバルブスプリング４によって付勢されている。カム７の回転運動はシム６・リフタ５の往復運動に変換され、リフタ５の運動に従動してエンジンバルブ３が往復運動を行う。
【００１０】
図１(b),(c) に示すように、クロムモリブデン鋼に浸炭焼入れを施して表面硬さ６００Ｈｖ以上に硬化させたシムの基材61の表面を、研磨により面粗度０．２〜０．４μｍＲｚの摺動面に仕上げる。次に粒径０．５〜５μｍのＷＣ（炭化タングステン）の粉末を、ＴＡＦＡ製のＪＰ５０００高速フレーム溶射装置により溶射して、シムの摺動面上にＷＣ粒子62の突起を形成し、ＷＣ粒子62の面積割合が２〜２０％になるようにする。この高速フレーム溶射は、２０００°Ｃ〜３０００°の可燃性ガスの燃焼炎により、溶射粒子の飛行速度が４００Ｍ／秒以上の条件で溶射粉末を射出することにより行われる。従って、溶射粉末の加熱温度が低く、炭化物の分解が少ない。また、溶射粉末を高速で射出するので、浸炭焼入れをした表面にも粒子が付着する。溶射後のシムの摺動面の面粗度の測定結果を図２に示す。
【００１１】
一般的な仕上げ面粗度１〜２μｍＲｚのカムと粒径０．５〜５μｍのＷＣ粒子の付着した前記のシムとを擦り合わせると、ＷＣ粒子の突起により、カム及びシムの表面が研磨されて鏡面化され、摺動抵抗が低減する。
なお、摺動面の表面を硬化させる処理は、焼入れのほかに、窒化なども有効である。また、硬質粒子の溶射方法は、高速フレーム溶射のほかに、酸化物系の材料の場合にはプラズマ溶射も有効である。
【００１２】
【実施例】
実施の形態の実施例と比較例について説明する。溶射前の粒径が０．３；０．５；１．２；５；１２μｍの５種類のＷＣ粒子を使用し、ＷＣ粒子の面積割合が１、２、１２、２０、３０％のシムの実施例及び比較例を製作した。これらの実施例、比較例、従来例のシム（窒化チタン・コーティンイグ）、浸炭焼入れをしたシムを用意し、シムとカムとを擦り合わせ、擦り合わせ１０時間後の摺動抵抗を測定した。ＷＣ粒子の面積割合は、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray microanalyzer ）により測定した。諸元と測定した結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004037143.tif 000002
【００１４】
表１について説明する。本発明の実施例のシム（摺動部材）Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとカムとを擦り合わせることにより、カム及びシムの摺動面の面粗度が向上した。このときの面粗度の変化は、カムが試験前の１．９μｍＲｚから試験後の０．３μｍＲｚ以下になり、シムが試験前（図２の状態）から試験後に０．０３〜０．１５μｍＲｚの範囲の値になった。表１中の本発明の実施例Ｂ及び比較例Ｈの摺動抵抗の測定結果を図３に示す。図３に示すように、擦り合わせ10時間後の摺動抵抗は、実施例Ｂが比較例Ｈに比べて３０％低減しており、実施例Ｂは長時間安定した低い摺動抵抗が得られる。表１から、実施例Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅも、実施例Ｂと同様に長時間安定した低い摺動抵抗が得られ、各実施例の摺動抵抗が比較例の摺動抵抗よりも相当低いことが明らかである。
【００１５】
比較例Ｆは、シムに付着したＷＣ粒子の粒径が小さいため、カムとの擦り合わせ効果が低く、摺動抵抗の低減は小さい。
比較例Ｇは、ＷＣ粒子の面積割合が少ないため、カムとの擦り合わせ効果が低く、摺動抵抗の低減は小さい。
比較例Ｈは、ＷＣ粒子の面積割合が多いため、カムへの相手攻撃性が強く、摺動抵抗の低減には至らない。
比較例Ｉは、ＷＣ粒子の粒径が大きいため、カムへの相手攻撃性が強く、摺動中の面粗度の悪化を招き、摺動抵抗の低減には至らない。
比較例Ｊは、ＷＣ粒子の粒径が大きいため、カムへの相手攻撃性が強く、摺動中の面粗度の悪化を招き、摺動抵抗の低減には至らない。
比較例Ｋ（従来技術）は、窒化チタン・コーティングのドロップレットのカムへの擦り合わせ効果が低いため、摺動抵抗の低減は小さい。
比較例Ｍ（浸炭焼入れ）は、擦り合わせ効果がほとんどなかった。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の摺動部材を一般的な仕上げ面粗度の運動体の表面と擦り合わせると、摺動部材に付着した硬質粒子の突起により、運動体の表面が研磨され鏡面化され摺動抵抗が低減するばかりでなく、摺動部材の表面の硬質粒子が磨滅したり脱落したりして鏡面化され、摺動抵抗が低減する。摺動部材の硬質粒子の粒径は所定の範囲内の好適な大きさに揃っており、かつ硬質粒子が付着した面積割合も所定の範囲内であるので、擦り合わせにより摺動面の摺動抵抗は安定した時間及び度合で低減化させることができる。また、擦り合わせ前に運動体の摺動面を鏡面化させる必要がなく、摺動部材に対する溶射の前処理のショットブラストは不要であり、溶射する硬質粒子の量は少量であるので、非常に安価に摺動面の摺動抵抗の低減化が達成できる。
請求項２の製造方法によれば、請求項１の摺動部材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) は本発明の実施の形態の内燃機関の部分断面図であり、図１(b) はシムの断面図であり、図１(c) はシムの摺動面表面の断面図である。
【図２】図２は、溶射後のシムの摺動面の面粗度測定結果を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施例と比較例との摺動抵抗の経時変化を示す図である。
【図１】
0004037143.tif 000003
【図２】
0004037143.tif 000004
【図３】
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