JP2001041008A - ４サイクルエンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力伝達用の部材の耐摩耗性を高く維持しな
がら、軽量化を図り、慣性重量を低減させて高速回転で
きるようにする。 【解決手段】 バルブリフター８をアルミニウム合金に
よって形成する。このバルブリフター８の摺接面（半球
状凹陥部１０、弁押圧面１４、外周面１５）に耐摩耗性
が高い金属からなるめっき層を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カム軸から駆動力
が動力伝達用の部材を介して吸気弁または排気弁に伝達
される４サイクルエンジンの動弁装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、４サイクルエンジンの動弁装置と
しては、カム軸をシリンダヘッドに設け、このカム軸と
吸気弁または排気弁との間にバルブリフターやロッカー
アームなどの動力伝達用の部材を介装したものがある。

【０００３】前記バルブリフターやロッカーアームは、
高速で回転するカムが摺接し、しかも、摺接部分にはバ
ルブスプリングの弾発力が加えられるから、摺接部が摩
耗するのを阻止するために鋼材によって形成することが
多い。

【０００４】このように構成された従来の動弁装置は、
エンジンの高回転・高出力化を図るために、高速で回転
または往復する部材の軽量化を図り、慣性重量を低減さ
せることが要請されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、バルブリフ
ターやロッカーアームを鋼材によって形成しているか
ら、これらの部材の軽量化を図るにも限界があった。こ
のような不具合を解消するためには、これらの部材を鋼
材より軽量な材料によって形成することが考えられる。
しかし、材料を変更することによって摺接面の耐摩耗性
が低下するようなことは避けなければならない。

【０００６】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、動力伝達用の部材の耐摩耗性を高く
維持しながら、軽量化を図り、慣性重量を低減させて高
速回転が可能な４サイクルエンジンの動弁装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明に係る４サイクルエンジンの動弁装置は、動力
伝達用部材をアルミニウム合金によって形成し、この部
材の摺接面に耐摩耗性が高い金属からなるめっき層を形
成したものである。

【０００８】本発明によれば、動力伝達用部材の重量
は、これを鋼材によって形成する場合に較べて低減し、
摺接面はめっき層によって耐摩耗性が向上する。

【０００９】請求項２に記載した発明に係る４サイクル
エンジンの動弁装置は、請求項１に記載した発明に係る
４サイクルエンジンの動弁装置において、微細な網目状
のクラックをめっき層の全域に形成したものである。

【００１０】この発明によれば、摺接面のめっき層がク
ラックによって互いに分離された無数の微細な金属片状
とされる。前記金属片は、動力伝達用の部材が熱膨張し
てもこれに追従することができる。

【００１１】請求項３に記載した発明に係る４サイクル
エンジンの動弁装置は、請求項２に記載した発明に係る
４サイクルエンジンの動弁装置において、微細な網目状
のクラックは、クラックによる各編み目形状の内接円の
直径が１．５mm以下であるものである。

【００１２】この発明による網目形状の内接円の直径が
１．５mm以下になる微細なクラックによる各網目形状の
金属片は、動力伝達用の部材が熱膨張してもこれに追従
することができる。

【００１３】請求項４に記載した発明に係る４サイクル
エンジンの動弁装置は、請求項２に記載した発明に係る
４サイクルエンジンの動弁装置において、網目状のクラ
ックを有するめっき層とアルミニウム合金母材との間
に、耐腐食性が高い金属からなる中間めっき層を形成し
たものである。

【００１４】この発明によれば、クラックに浸入した水
がアルミニウム合金に接触するのを耐腐食性が高い金属
からなる中間めっき層によって阻止することができる。
このため、動力伝達用の部材が腐食されることはなく、
腐食が原因でめっき層が剥離するのを阻止することがで
きる。

【００１５】請求項５に記載した発明に係る４サイクル
エンジンの動弁装置は、請求項１ないし請求項４のうち
何れか一つの発明に係る４サイクルエンジンの動弁装置
において、めっき層を、窒素または窒素と硫黄を表面か
ら浸透させた鉄または鉄を含む合金によって形成したも
のである。

【００１６】この発明によれば、めっき層に窒化処理が
施され、めっき層の硬度が増大するから、めっき層の耐
摩耗性がより一層向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 以下、本発明に係る４サイクルエンジンの動弁装置の一
実施の形態を図１ないし図６によって詳細に説明する。
ここでは、バルブリフターを有する動弁装置に本発明を
適用するときに採る形態について説明する。

【００１８】図１は本発明に係る４サイクルエンジンの
動弁装置を示す断面図、図２はバルブリフタの要部を拡
大して示す断面図、図３はバルブリフタの斜視図で、同
図は軸心を通る破断面で破断した状態で描いてある。図
４はめっき層の構成を示す拡大断面図、図５はめっき層
のクラックを模式的に示す図、図６はバルブリフタにめ
っきを施している状態を示す断面図である。図７はバル
ブリフターの製造方法を説明するための工程図、図８は
めっきの前処理を説明するための工程図である。

【００１９】これらの図において、符号１で示すものは
この実施の形態による４サイクルエンジン用動弁装置で
ある。この動弁装置１は、１気筒当たり２本の吸気弁２
を１本の吸気カム軸３で駆動する構造を採っている。な
お、ここでは吸気弁２を駆動する構造について説明する
が、排気弁も吸気弁２と同一の構造によって駆動する。

【００２０】前記吸気弁２の弁軸２ａにはスプリングリ
テーナー４を装着し、このスプリングリテーナー４とシ
リンダヘッド５との間にバルブスプリング６を弾装して
いる。また、吸気弁２と吸気カム軸３のカム７との間に
は、バルブリフター８を介装している。

【００２１】バルブリフター８は、アルミニウム合金に
よって有底円筒状に形成し、図１および図２に示すよう
に、頂部外面に摺動子９を嵌合させるとともに、頂部内
面に吸気弁２の弁軸先端を当接させ、外周部をシリンダ
ヘッド５のリフター孔５ａに摺動自在に嵌合させてい
る。前記摺動子９は、耐摩耗性が高い金属あるいはセラ
ミックによって半球状に形成し、バルブリフター８の頂
部外面に形成した半球状凹陥部１０に摺動自在に嵌合さ
せている。この摺動子９を介して前記カム７からバルブ
リフター８に駆動力が伝達される。

【００２２】吸気カム軸３は、カム７を有するカム軸本
体１１と、このカム軸本体１１の一方の軸端部に装着し
た支持軸１２とを備えている。これら両部材の軸端部に
は、カム軸変位装置１３を装着している。

【００２３】カム軸本体１１はシリンダヘッド５に回転
自在かつ軸線方向に移動自在に支持させ、支持軸１２は
シリンダヘッド５に軸線方向への移動が阻止される状態
で回転自在に支持させている。また、カム７は、３次元
カムであり、カム面の位置がカム軸本体１１の径方向に
変化するとともに、軸線方向に対して傾斜するように形
成している。このカム面に前記摺動子９の平坦面を摺接
させている。

【００２４】前記カム軸変位装置１３は、カム軸本体１
１を軸線方向に移動させてバルブタイミングあるいは及
びバルブリフト曲線を変化させる構造を採っており、動
弁装置１は可変動弁機構となっている。

【００２５】このように構成した動弁装置１において
は、カム軸変位装置１３でカム軸本体１１を軸線方向に
移動させることによって、カム面の突出量が変化し、吸
気弁２の開度と開閉時期とを変化させることができる。
このとき、摺動子９がバルブリフター８の半球状凹陥部
１０に嵌合した状態でカム面に追従するように傾斜する
から、カム７の位置が変化してもバルブリフター８に駆
動力を伝達することができる。

【００２６】バルブリフター８は、各摺接面、すなわち
前記摺動子９が嵌合する半球状凹陥部１０と、吸気弁２
の弁軸２ａが当接する弁押圧面１４と、リフター孔５ａ
に嵌合する外周面１５とに耐摩耗性が高い金属からなる
めっき層を形成している。このめっき層を図４および図
５中に符号１６で示す。

【００２７】前記めっき層１６は、Ｆｅ，Ｆｅ−Ｃｒ合
金，Ｃｒ，Ｎｉなどの耐摩耗性が高い金属からなり、バ
ルブリフター８に電解めっきを施すことによって形成し
ている。このめっき層１６には、図４および図５に示す
ように、微細な網目状のクラック１７をめっき形成範囲
の全域に形成している。このようにクラック１７を形成
することにより、バルブリフター８の前記摩擦面に、ク
ラック１７によって互いに分離された微細な金属片１６
ａが多数形成される。

【００２８】次に、上述したように構成したバルブリフ
ター８を製造する方法を図７および図８によって詳細に
説明する。バルブリフター８は、アルミニウム合金から
なる母材を所定の形状に成形し、この母材に電解めっき
を施すことによって形成する。

【００２９】すなわち、先ず、図７中にステップＳ１で
示すように、溶解したアルミニウム合金をノズル（図示
せず）から所定半径の標的に向けて噴霧状に噴射させ、
生成されるアルミニウム合金の噴霧滴を冷気あるいは常
温空気中を通過させることにより途中で冷却させて半凝
固状態とし、この半凝固状態のアルミニウム合金の噴霧
滴を所定半径の略円柱状に積み上げさせるスプレーフォ
ーミングにより、アルミニウム合金粒が固まった状態の
円柱を形成する。

【００３０】ステップＳ２において、このアルミニウム
合金粒円柱を所定の長さに切断する。次に、ステップＳ
３でプリ鍛造によって前記円柱体を圧縮して有底円筒体
を作製する。この有底円筒体がビュレットである。

【００３１】このビュレットをステップＳ４で示す鍛造
工程で前記有底円筒体をバルブリフター８の完成形状に
近い形状に成形する。このとき、表面硬度がＨ_RE＝５５
〜８８程度になるようにする。そして、ステップＳ５で
Ｔ６処理、すなわち溶体化温度の５００℃に４時間保持
した後に水冷する溶体化処理と、続いて２００〜３００
℃に４時間保持した後に空冷する時硬化処理を行い、表
面および内部硬度がＨ _RE＝９０〜１００程度とする。

【００３２】ステップＳ６の粗加工により、内外形加
工、半球状凹陥部１０の加工を行う。このとき、摺接
面、すなわち半球状凹陥部１０、弁押圧面１４および外
周面１５は研磨前の表面粗さとしてＲａ２５μｍ程度に
下加工を施しておく。ステップＳ７の仕上げ加工におい
て前記摺接面を表面粗さがＲａ１〜３．５μｍ程度とな
るまで研磨する。仕上げ加工が終了した後、ステップＳ
８で示すようにめっき工程に移行する。

【００３３】めっき工程Ｓ８では、先ず、図８に示すよ
うにバルブリフター８の母材にめっき前処理を施し、そ
の後、電解めっきを実施する。

【００３４】めっき前処理は、一般的に実施されている
電解めっき時の前処理と同等の処理内容で、図８中にス
テップＰ１で示す脱脂工程と、ステップＰ２で示す酸洗
い工程と、ステップＰ３で示すアルカリエッチング工程
と、ステップＰ４で示す酸活性工程と、ステップＰ５で
示す亜鉛置換工程と、ステップＰ６で示す硝酸浸漬工程
と、ステップＰ７で示す亜鉛置換工程と、これらの各工
程間およびステップＰ７の亜鉛置換工程の後に実施する
水洗工程とによって実施する。

【００３５】なお、ステップＰ１〜Ｐ７の各工程におい
ては、表２に示す通り、所定の組成を含有する処理液
（ベースは水）を収容し所定の浴温に保持される各浴槽
に、バルブリフター８を所定の処理時間浸漬して行う。
これらの前処理を施すことにより、次工程のめっき処理
におけるめっき層と母材であるアルミニウム合金層との
密着性を向上させている。

【００３６】このめっき前処理を実施した後、ステップ
Ｐ８でバルブリフター８に電解めっきを施す。

【００３７】バルブリフター８に電解めっきを施すため
には、図６に示すように、バルブリフター８をめっき液
槽２１に浸漬し、頂面および外周面１５を有底円筒状の
第１の陽極２２で覆うとともに、頂部内面の弁押圧面１
４に第２の陽極２３を対向させ、バルブリフター８を陰
極として実施する。電源は直流電源である。また、この
めっきは、バルブリフター８に生成されるめっき層１６
の厚みが概略２０μｍあるいはそれ以上となるまで実施
する。

【００３８】なお、このステップＰ８のめっき処理にお
いて、例えばＦｅめっき、あるいはＦｅ−Ｃｒ合金めっ
きを施す場合には、表３に示すめっき処理条件により行
う。すなわち、表示するめっき液組成、液温に保持した
めっき液を満たした静止浴を使い、表３に示す電流密
度、めっき時間でめっきすると、概略表３に示すめっき
膜厚、硬さのめっき層が得られる。めっき膜厚を２０μ
ｍ以上とするためには、電流密度を表中の値より大きく
するか、あいるいは及びめっき時間を表中のものより長
くする。

【００３９】バルブリフター８は、めっき液に浸漬させ
る以前に、バルブリフター８の摩擦面のみにめっき層１
６が形成されるように他の部位にマスク（図示せず）を
設けておいてもよいし、このようなマスクを使用するこ
となく、バルブリフター８の外表面の全域にめっき層１
６を形成してもよい。

【００４０】なお、厚みが少なくとも１０μｍより厚く
なるようにめっき層１６を形成することによって、特別
な処理を施すことなく、めっき層１６に図４および図５
に示すようにクラック１７が発生する。めっき層の膜厚
が１０μｍ程度であると、図５に示すクラック１７内側
のめっき層金属片１６ａに内接する円の直径ｄが大きな
ものでも約１．５mm程度となる。これは、めっき層１６
に縮まろうとする内部応力が発生しているからであり、
膜厚が増加すると、この内部応力によりめっき面に網目
状のクラックが発生するからである。

【００４１】めっき工程が終了したバルブリフター８
は、特別な後加工を施すことなくシリンダヘッド５に装
着する。エンジン始動後に燃焼室で発生する熱でめっき
層１６の温度が高くなると、めっき層１６に較べてアル
ミニウム合金製のバルブリフター８の方が熱膨張係数が
大きく、バルブリフター８の方が伸びようとするが、め
っき層１６のクラック１７の幅が拡がるから、バルブリ
フター８の伸びを阻害することはない。

【００４２】したがって、上述したように構成した動弁
装置１は、バルブリフター８をアルミニウム合金によっ
て形成して軽量化を図ることができるとともに、バルブ
リフター８の摺接面にめっきによって形成した金属で耐
摩耗性を向上させることができるから、軽量化、すなわ
ち慣性重量の低減と、耐摩耗性の向上の両方を実現する
ことができる。

【００４３】なお、クラック１７内側のめっき層金属片
１６ａに内接する円の直径ｄが大きなものでも約１．５
mm程度の場合、仮にクラック１７内側のめっき層金属片
１６ａがそれと接合するバルブリフター８の伸びを阻害
するとしても、めっき層金属片１６ａの大きさは小さ
く、めっき層金属片１６ａの部位に生じる反り、曲がり
等は小さく、局部的に大きな摩擦力が作用し、めっき層
１６とアルミニウム合金母材との接合面に大きな剪断応
力が作用することにはならず、このクラック１７内側の
めっき層金属片１６ａが剥がれることにはならない。ま
た、めっき膜厚が大きくなるにしたがい、めっき時めっ
き面にクラック１７が入っても内部応力が残留し易く、
エンジンの熱によりこのクラック１７内側のめっき層金
属片１６ａがバルブリフター８により拡げられようと
し、めっき層金属片１６ａにさらに微細なクラック１７
が発生する。

【００４４】めっき層１６の膜厚が２０μｍ程度以上あ
ると、このめっき層金属片１６ａへのさらなる微細なク
ラック１７の発生が確実に起きるようになる。この微細
なクラック１７により、より確実にめっき層１６がバル
ブリフター８の伸びを阻害することがなくなり、めっき
層１６の剥がれを無くすことができる。

【００４５】すなわち、めっき層１６の厚さを２０μｍ
程度以上とすることによって、めっき工程で金属層にク
ラック１７を形成し、バルブリフター８を実際に使用す
ることによってめっきによるクラック１７をさらに微細
なクラック１７に移行させる手法を採っているので、め
っきによって形成された金属層に専らクラック１７を形
成するための装置や特別な処理も不要である。

【００４６】また、耐摩耗性を高めるための金属を温度
変化の少ないめっきによって形成しており、めっき装置
は汎用の静止浴タイプのもの、あるいはめっき液を循環
させる高速めっきタイプのものを使用することができ
る。高速めっきを施す場合には、図９および図１０に示
す高速めっき装置を使用する。

【００４７】図９はバルブリフター用高速めっき装置の
断面図、図１０はバルブリフター用高速めっき装置の要
部を拡大して示す断面図である。これらの図に示す高速
めっき装置３１は、バルブリフター８の外側に第１のめ
っき液室３２を形成するための第１の外筒３３と、バル
ブリフター８の内周部側に第２のめっき液室３４を形成
するための第２の外筒３５とを備え、前記第１のめっき
液室３２内に設けた第１の内筒３６と、第２のめっき液
室３４内に設けた第２の内筒３７とからそれぞれめっき
液室３２，３４内にめっき液を供給する構造を採ってい
る。

【００４８】第１の外筒３３は、架台３８に支持部材３
９を介して固定し、バルブリフター８側の端部をバルブ
リフター８に絶縁性を有するシール部材４０を介して接
触させている。シール部材４０は円環板状に形成し、前
記第２の外筒３５に支持させている。第１の外筒３３の
内方の第１のめっき液室３２は、バルブリフター８の半
球状凹陥部１０が室壁の一部をなすように形成してい
る。また、この第１のめっき液室３２は、めっき液をめ
っき液槽４１に戻すための戻り用配管４２を接続してい
る。

【００４９】前記第２の外筒３５は、架台３８に支持部
材４３を介して軸線方向に移動可能に支持させ、バルブ
リフター８の内側底面に絶縁性を有するシール部材４４
を介して接触させている。第２の外筒３５の内方の第２
のめっき液室３４は、バルブリフター８の内側の弁押圧
面１４が室壁の一部をなすように形成している。また、
この第２のめっき液室３４は、めっき液をめっき液槽４
１に戻すための戻り用配管４５を接続している。

【００５０】前記第１の内筒３６は、絶縁部材４６を介
して前記第１の外筒３３に支持させ、一端をバルブリフ
ター８が収納されるように形成するとともに、他端をめ
っき液供給用配管４７によってめっき液ポンプ４８の吐
出口に接続している。第１の内筒３６におけるバルブリ
フター８の頂面と対向する部分は、ストッパーゴム３６
ａを介してバルブリフター８に当接させている。ストッ
パーゴム３６ａは、第１の内筒３６とバルブリフター８
との間に形成されるめっき液用の通路を閉塞することが
ないように、第１の内筒３６の周方向に間隔をおいて複
数設けている。前記めっき液ポンプ４８は、めっき液槽
４１に貯留しためっき液を吸い上げて吐出する構造を採
っている。

【００５１】前記第２の内筒３７は、絶縁部材４８と円
板状のキャップ４９を介して前記支持部材４３に支持さ
せ、一端をバルブリフター内側の弁押圧面１４に対向さ
せるとともに、他端をめっき液供給用配管５０によって
前記めっき液ポンプ４８の吐出口に接続している。ま
た、第２の内筒３７を支持する前記キャップ４９には、
第２の外筒３５および第２の内筒３７をバルブリフター
８に対して進退させるための空気シリンダ５１を接続し
ている。すなわち、この空気シリンダ５１で第２の外筒
３５を図９において左側へ移動させることによって、こ
の第２の外筒３５と、前記第１の内筒３６とでバルブリ
フター８を挾持する構造を採っている。

【００５２】このように構成した高速めっき装置３１に
おいては、第１および第２の内筒３６，３７を陽極とす
るとともにバルブリフター８を陰極とし、第１および第
２のめっき液室３２，３４にめっき液を常に循環させた
状態でめっきを行う。第１および第２の内筒３６，３７
とバルブリフター８は、図９中に符号５２で示す制御回
路にそれぞれ接続している。制御回路５２は、整流器５
３を介して交流電源５４に接続している。

【００５３】この高速めっき装置３１を使用して耐摩耗
性が高い金属からなるめっき層１６をバルブリフター８
に形成するためのめっき条件（めっき液組成、電流密
度、液温）は、静止浴めっきを実施するときと同一であ
る。

【００５４】高速めっき装置３１によってバルブリフタ
ー８にめっき層１６を形成すると、めっき時間を著しく
短縮することができる。

【００５５】第２の実施の形態 めっき層１６のクラック１７は、めっき後にめっき層１
６を加熱することによって、エンジンの熱を用いなくて
も微細な網目状に形成することができる。この実施の形
態によるバルブリフター８の製造方法を図１１および図
１２によって詳細に説明する。

【００５６】図１１は加熱によりクラックを形成するバ
ルブリフターの製造方法を説明するための工程図、図１
２はこの実施の形態による製造方法によって形成された
バルブリフターの要部を拡大して示す断面図である。こ
れらの図において、前記図１ないし図１０によって説明
したものと同一もしくは同等の部材については、同一符
号を付し詳細な説明は省略する。

【００５７】加熱によってめっき層１６にクラック１７
を発生させるためには、先ず、図１１中にステップＳ１
〜ステップＳ７で示す工程を経てバルブリフター８を所
定形状に形成し、次いで、ステップＳ８でめっきを施
す。ここでは、耐摩耗性が高いめっき層金属としてＦｅ
−Ｃｒ合金を採用する例を示す。このときの表面金属め
っき処理条件は表３による。なお、このめっき層金属と
しては、Ｆｅ−Ｃｒ合金の他に、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなど
も使用することができる。

【００５８】この実施の形態を採る場合には、めっき
は、めっき層１６の厚みが１０〜１００μｍ程度の範囲
内に入るように行う。めっき方法は第１の実施の形態を
採るときと同様である。第１の実施の形態を採る場合に
はめっき層１６を厚みが２０μｍより厚くなるように形
成しなければならないが、この実施の形態を採る場合に
は、第１の実施の形態を採るときよりめっき層１６の厚
みを薄くしても確実にさらなる微細な網目状のクラック
１７が形成される。

【００５９】めっき工程が終了した後、図１１中にステ
ップＳ９で示すように約５００℃で５時間加熱する。こ
の加熱は、バルブリフター８を加熱炉（図示せず）など
に挿入して行う。この加熱工程でめっき層１６が加熱さ
れることによって、めっき層１６に微細な網目状のクラ
ック１７が形成され、図１２に示すように、バルブリフ
ター８の摺接面に微細なＦｅ−Ｃｒ合金からなる金属片
１６ａがクラック１７によって互いに分離された状態で
多数形成される。

【００６０】この方法によれば、バルブリフター８の全
体を加熱するため、全体が均一に熱膨張し、めっき時の
内部応力によるクラックに加え、より微細かつ均一にク
ラックを発生させることができ、部分的に大きなめっき
層金属片となることがない。このため、めっき層金属片
１６ａの内接円の大きさが大きくばらつくことはない。

【００６１】より微細な網目状のクラック１７を形成す
るためには、母材（アルミニウム合金）とめっき層の熱
膨張率の差から加熱温度を約４００℃以上に設定すれば
よい。この実施の形態で示したように加熱温度を５００
℃に設定すると、めっき層１６を形成するＦｅまたはＣ
ｒの原子が母材へ、バルブリフター８を形成するアルミ
ニウム合金の原子が、クラック１７を有するめっき層へ
互いに拡散し合い、これら両者の間に図１２中に符号６
１で示す拡散層が形成される。拡散層６１は、加熱温度
が約５００℃であれば処理時間５時間程度で形成するこ
とができる。

【００６２】なお、拡散速度は処理温度に指数関数的に
比例して増加するので、５００℃より下げて４００℃以
下とすると、逆に拡散速度は低下し拡散層形成に非常な
長時間を要する。一方、処理温度を６００℃以上とする
とアルミニウム合金製のバルブリフター８が部分的に溶
解するようになり、バルブリフター８が変形する不都合
が生じてしまう。また、クラック１７のうちめっき時の
ものは拡散層６１に残留し、加熱による新たなクラック
は主にめっき層に形成される。

【００６３】上述したようにめっき後にめっき層１６を
４００℃以上に加熱することによってめっき層１６に微
細な網目状のクラック１７を形成しても、第１の実施の
形態を採るときと同等の効果を奏する。

【００６４】この実施の形態で示したように、めっき層
１６とバルブリフター８との間に拡散層１７が形成され
るように加熱を行うことにより、めっき層１６の密着強
度を増大させることができる。

【００６５】第３の実施の形態 めっき層１６のクラック１７は、めっき層１６を形成す
る金属に浸硫窒化処理を施すことによっても微細な網目
状に形成することができる。この実施の形態によるバル
ブリフタ８の製造方法を図１３によって詳細に説明す
る。

【００６６】図１３は浸硫窒化処理によってクラックを
形成するバルブリフターの製造方法を説明するための工
程図である。同図において、前記図１ないし図１２によ
って説明したものと同一もしくは同等の部材について
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００６７】この実施の形態によるバルブリフター８の
製造方法を実施するためには、先ず、図１３中にステッ
プＳ１〜ステップＳ７で示す工程を経てバルブリフター
８を所定形状に形成し、次いで、ステップＳ８でめっき
を施す。ここでは、耐摩耗性が高い金属としてＦｅ−Ｃ
ｒ合金を採用する例を示す。なお、この金属としては、
Ｆｅ−Ｃｒ合金の他に、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなども使用す
ることができる。

【００６８】めっきは、めっき層１６の厚みが１０〜１
００μｍ程度の範囲内に入るように行う。めっき方法は
第１の実施の形態を採るときと同様である。第１の実施
の形態を採る場合にはめっき層１６を厚みが２０μｍよ
り厚くなるように形成しなければならないが、この実施
の形態を採る場合には、第１の実施の形態を採るときよ
りめっき層１６の厚みを薄くしてもよい。

【００６９】めっき工程が終了した後、ステップＳ１０
で示すようにガス浸硫窒化処理を実施する。このガス浸
硫窒化処理は、表４に示すガス浸硫窒化処理条件で行
う。すなわち、Ｎ₂，Ｈ₂Ｓ，ＮＨ₃ 混合ガスの雰囲気の
炉中でめっき後のバルブリフター８を加熱することによ
って行う。加熱温度は５００℃±５０℃、加熱時間は約
５時間である。

【００７０】このようにガス浸硫窒化処理を実施するこ
とによって、めっき層１６の金属の硬度を増大させるこ
とができるとともに、ガス浸硫窒化処理時にめっき層１
６が加熱されることによって、めっき層１６に微細な網
目状のクラック１７が形成される。すなわち、第２の実
施の形態を採る場合に較べて硬度が高い微細なＦｅ−Ｃ
ｒ合金製金属片１３ａがクラック１７によって互いに分
離された状態でバルブリフター８に多数形成される。

【００７１】上述したようにめっき後にガス浸硫窒化処
理を実施し、めっき層１６に微細な網目状のクラック１
７を形成しても、第１の実施の形態を採るときと同様に
耐摩耗性が高いとともにめっき層が剥がれ難いという効
果を奏する。

【００７２】また、ガス浸硫窒化処理を実施するときの
温度が第２の実施の形態を採る場合と同様に高温である
ため、めっき層１６を形成するＦｅまたはＣｒの原子と
バルブリフター８を形成するアルミニウム合金の原子と
が互いに拡散し合い、これら両者の間に拡散層６１（図
１２参照）が形成される。このため、めっき層１６の密
着強度を増大させることができる。

【００７３】さらにまた、めっき層１６の硬度を上げる
ことができるので、摩耗し難くなり、耐久時間を延ばす
ことができる。特に、弁押圧面１４はガス浸硫窒化処理
によりめっき層の耐力が増しており、高面圧にもへたる
ことがない。

【００７４】第４の実施の形態 めっき層１６のクラック１７は、めっき層１６にバニッ
シングのような機械的な加工を施すことによっても微細
な網目状に形成することができる。バニッシングでバル
ブリフター８のめっき層１６にクラック１７を形成する
ときの製造方法を図１４によって詳細に説明する。

【００７５】図１４はバニッシングによってクラックを
形成するバルブリフターの製造方法を説明するための工
程図である。同図において、前記図１ないし図１３によ
って説明したものと同一もしくは同等の部材について
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００７６】バニッシングでクラック１７を形成するめ
には、先ず、図１４中にステップＳ１〜ステップＳ７で
示す工程を経てバルブリフター８を所定形状に形成し、
次いで、ステップＳ８でめっきを施す。ここでは、耐摩
耗性が高い金属としてＦｅ−Ｃｒ合金を採用する例を示
す。なお、この金属としては、Ｆｅ−Ｃｒ合金の他に、
Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなども使用することができる。

【００７７】めっきは、めっき層１６の厚みが１０〜１
００μｍ程度の範囲内に入るように行う。めっき方法は
第１の実施の形態を採るときと同様である。第１の実施
の形態を採る場合にはめっき層１６を厚みが２０μｍよ
り厚くなるように形成しなければならないが、この実施
の形態を採る場合には、第１の実施の形態を採るときよ
りめっき層１６の厚みを薄くしてもよい。

【００７８】めっき工程が終了した後、ステップＳ１１
で示すようにバニッシングを実施する。このバニッシン
グは、めっき層１６にローラ（図示せず）を押付けて転
動させることによって行う。

【００７９】このようにバニッシングを実施することに
よって、めっき層１６に微細な網目状のクラック１７が
形成される。

【００８０】バニッシングが終了した後、Ｆｅ−Ｃｒ合
金からなるめっき層１６の硬度を増大させるために、図
１４中にステップＳ１０で示すようにめっき層１６にガ
ス浸硫窒化処理を施す。ガス浸硫窒化処理を施すことに
よって、めっき層１６の硬度が増大するばかりか、前記
第３の実施の形態を採るときと同様にクラック１７の微
細化を図ることができるとともに、めっき層１６とアル
ミニウム合金母材との間に拡散層６１（図１２参照）が
形成されてめっき層１６の密着強度が増大する。ガス浸
硫窒化処理の処理条件は第３の実施の形態を採るときと
同様である。

【００８１】なお、バニッシング後は、ガス浸硫窒化処
理の代わりに第２の実施の形態を採るときと同様に加熱
処理を実施することもできる。加熱温度を４００℃以上
に設定することによってクラック１７の更なる微細化を
図ることができる。加熱温度が約５００℃であれば、め
っき層１６とアルミニウム合金母材との間に拡散層６１
が約５時間程度で効率的に形成されてめっき層１６の密
着強度を増大させることができる。

【００８２】上述したようにバニッシングによってめっ
き層１６に微細な網目状のクラック１７を形成しても、
第１の実施の形態を採るときと同等の効果を奏する。

【００８３】第５の実施の形態 めっき層１６とバルブリフター８のアルミニウム合金母
材との間には、別の金属めっき層を形成することができ
る。この実施の形態を図１５および図１６によって詳細
に説明する。

【００８４】図１５はめっき層とバルブリフターのアル
ミニウム合金母材との間に中間めっき層を形成した他の
実施の形態を示す断面図、図１６はめっき工程を説明す
るための工程図である。これらの図において、前記図１
ないし図１３によって説明したものと同一もしくは同等
の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。

【００８５】図１５において、符号６２で示すものは中
間めっき層である。この中間めっき層６２は、この実施
の形態ではバルブリフター８にめっきによって形成して
いる。中間めっき層６２を形成する金属材料は、耐腐食
性が高い金属、例えばＮｉである。この中間めっき層６
２とバルブリフター８のアルミニウム合金母材との間
と、中間めっき層６２と外側のめっき層１６との間には
拡散層６１が形成されている。

【００８６】このバルブリフター８を製造するために
は、第１の実施の形態を採るときと同様にバルブリフタ
ー８を所定の形状に形成し、図１６中にステップＰ１〜
ステップＰ７で示すめっき前処理とその後の水洗を実施
した後に、ステップＰ９で示すようにＮｉめっきを実施
する。

【００８７】このＮｉめっきは、バルブリフター８の外
表面にめっき層１６を形成するために用いるめっき装置
を使用して実施する。めっき条件は、バルブリフター８
の外表面にめっき層１６を形成するときと同様である。

【００８８】Ｎｉめっき工程が終了した後、水洗を行
い、Ｎｉめっき層（中間めっき層６２）とバルブリフタ
ー８との間に前記拡散層６１を形成するために加熱処理
を実施する（ステップＰ１０）。このときの加熱温度も
５００℃以上に設定する。拡散層６１が形成されること
によってＮｉめっき層の密着強度が増大する。

【００８９】中間層としてのめっき膜厚は０．１〜５μ
ｍ程度あれば耐食性上十分で、厚くする必要はない。薄
くすることで、めっき時の内部応力によるクラック発生
もなくまたエンジン運転時の熱による熱膨張に追従する
ことが可能となり、このＮｉめっき層にクラックが発生
してしまうのを阻止することができる。また、Ｎｉは熱
膨張係数がアルミニウム合金に近いため、発生する熱応
力も小さく、クラックはより生じ難い。

【００９０】加熱後、ステップＰ８で示すようにめっき
を実施し、前記Ｎｉめっき層の外面に耐摩耗性が高い金
属からなる例えばＦｅ，Ｆｅ−ＣｒあるいはＣｒ等のめ
っき層１６を形成する。めっき条件は第１の実施の形態
を採るときと同様である。

【００９１】このめっき工程が終了した後、前記第２、
第３の実施の形態を採るときと同様の手順で前記めっき
層１６に微細な網目状のクラック１７を形成するととも
に、このめっき層１６と前記Ｎｉめっき層（中間めっき
層６２）との間に拡散層６１を形成する。

【００９２】この実施の形態で示したように中間めっき
層６２を内部に形成することにより、外表面のめっき層
１６のクラック１７から浸入した水がアルミニウム合金
母材に接触するのを耐腐食性が高い金属（Ｎｉ）からな
る中間めっき層６２によって阻止することができる。

【００９３】このため、バルブリフター８が腐食される
ことはなく、腐食が原因で外表面のめっき層１６が剥離
するのを阻止することができる。しかも、外表面のめっ
き層１６と中間めっき層６２の両方をめっきによって形
成しているから、２種類の金属層を一つのめっき装置に
よって形成することができ、製造コストを低く抑えるこ
とができる。

【００９４】中間めっき層６２を形成するＮｉは、アル
ミニウム合金より熱膨張率が高いものの、鋳鉄などの鉄
系金属に較べて熱膨張率がアルミニウム合金に近いた
め、アルミニウム合金製バルブリフター８が熱膨張する
ときに発生する熱応力は相対的に小さい。このため、中
間めっき層６２を形成したことが原因で表面のめっき層
１６がバルブリフター８から剥離してしまうことはな
い。

【００９５】第６の実施の形態 ロッカーアームを有する動弁装置に本発明を適用すると
きに採る一実施の形態を図１７ないし図１９によって詳
細に説明する。

【００９６】図１７はロッカーアームを有する動弁装置
の断面図、図１８はロッカーアームの斜視図、図１９は
ロッカーアームにめっきを施している状態を示す断面図
である。これらの図において、符号７１はロッカーアー
ムを示し、７２はロッカーシャフトを示し、７３はカム
軸、７４は吸・排気弁、７５はスプリングリテーナ、７
６はバルブスプリングを示す。また、ロッカーアーム７
１の先端部には、ステンレス鋼製で外周にタッピング雄
ねじを形成した円筒状インサート部材７７と、アジャス
トスクリュー７８とを装着している。アジャストスクリ
ュー７８にはロックナット７９を螺着している。

【００９７】この実施の形態によるロッカーアーム７１
は、アルミニウム合金によって形成し、カム軸７３のカ
ム８０との間に摺動子８１を介装している。この摺動子
８１は、耐摩耗性が高い金属あるいはセラミックによっ
て半球状に形成し、球面をロッカーアーム７１の半球状
凹陥部８２に摺動自在に嵌合させている。前記カム軸７
３は、前記第６の実施の形態を採るときと同様にカム８
０を軸線方向に移動させるカム軸変位装置（図示せず）
を備えている。このため、カム８０は三次元カムであ
る。すなわち、本実施の形態の動弁装置も可変動弁機構
を成している。

【００９８】ロッカーアーム７１の摺接面、すなわち前
記半球状凹陥部８２の内壁面と、ロッカーシャフト７２
が嵌合するロッカーシャフト孔８３の孔壁面に、耐摩耗
性が高い金属からなるめっき層１６を形成している。

【００９９】このめっき層１６をロッカーアーム７１に
形成するためには、図１９に示すように、めっき液槽８
４にロッカーアーム７１を浸漬させ、半球状凹陥部８３
に第１の陽極８５を対向させるとともにロッカーシャフ
ト孔８３内に棒状の第２の陽極８６を臨ませ、ロッカー
アーム７１を陰極としてめっき処理を実施する。電源は
直流電源である。

【０１００】めっき条件は、第１の実施の形態を採ると
きと同一である。すなわち、表３で示した条件でＦｅめ
っきまたはＦｅ−Ｃｒめっきを実施する。

【０１０１】このように耐摩耗性が高い金属からなるめ
っき層１６をロッカーアーム７１の前記摺接面に形成し
た後、第２の実施の形態を採るときのようにロッカーア
ーム７１を加熱したり、第３の実施の形態を採るときの
ようにガス浸硫窒化処理を施す。この加熱処理またはガ
ス浸硫窒化処理を施すことによって、めっき層１６の全
域に図４，５に示したように微細な網目状のクラック１
７が形成される。

【０１０２】したがって、この実施の形態によれば、ロ
ッカーアーム７１をアルミニウム合金によって形成して
軽量化を図ることができるとともに、ロッカーアーム７
１の摺接面にめっきによって形成した金属で耐摩耗性を
向上させることができるから、軽量化、すなわち慣性重
量の低減と、耐摩耗性の向上の両方を実現することがで
きる。

【０１０３】

【実施例】バルブリフター８や、ロッカーアーム７１を
形成するアルミニウム合金としては、例えば、下記の表
１中に合金１〜合金３として示したものを使用すること
ができる。

【０１０４】

【表１】

【０１０５】表１に示す合金１を使用することにより強
度が高くなり、合金２，３を使用することによって耐熱
性が高くなる。すなわち、一般的なアルミニウム合金で
上述した各部材を形成すると、エンジン運転時の温度上
昇により強度が低下して容易に変形が生じる。このた
め、Ｆｅ，Ｚｒを添加し、強度、耐熱性を向上させた。
また、バルブリフター８やロッカーアーム７１の母材の
製造は、スプレーフォーミングによるビュレット作製に
よる。これは、金属組成中の結晶粒径を微細化（１μｍ
以下）とし、強度向上を図っている。これら合金は、鋳
造による成形はできない。溶かすと粗大なＡｌ−Ｆｅの
金属間化合物が晶出するため脆くなってしなう。そこ
で、鍛造により成形を行う。

【０１０６】各実施の形態を採るときに実施するめっき
前処理は、下記の表２に示した条件で実施した。

【０１０７】

【表２】

【０１０８】バルブリフターの摺接面、ロッカーアーム
の摺接面にＦｅめっきまたはＦｅ−Ｃｒ合金めっきを施
す場合のめっき条件を下記の表３に示す。

【０１０９】

【表３】

【０１１０】表３中に示す各項目には、Ｆｅめっき、Ｆ
ｅ−Ｃｒめっきとも膜厚が２０μｍになり、Ｆｅめっき
の硬度がＨＶで３００〜４００、Ｆｅ−Ｃｒめっきの硬
度がＨＶで６００〜７００になるようにめっきを実施す
る場合の値を記載している。

【０１１１】めっき層１６に形成される微細な網目状の
クラック１７は、幅が１〜１０μｍになり、クラック密
度が１０〜３０ｍｍ／ｍｍ² である。このとき、クラッ
ク１７による網目形状の内接円の直径ｄはほとんどのも
のが１．５mm以下となる。クラック密度とは、めっき表
面１ｍｍ² 当たりのクラック１７の長さ（ｍｍ）を合計
したもののことである。拡散層６１は、厚みが１〜５０
μｍ程度である。中間めっき層６２は、材料金属がＮｉ
の場合には厚みが０．１〜５μｍ程度である。

【０１１２】ガス浸硫窒化処理は、下記の表４に示す条
件で実施した。

【０１１３】

【表４】

【０１１４】表４で示す条件によってガス浸硫窒化処理
を実施すると、Ｆｅめっきの場合には硬度がＨＶで７５
０程度（７００〜８００）になり、Ｆｅ−Ｃｒ合金めっ
きの場合には硬度がＨＶで１２５０程度（１１００〜１
３５０）になる。

【０１１５】なお、上述した各実施の形態では、カム軸
変位装置を有する動弁装置のバルブリフター８やロッカ
ーアーム７１に本発明を適用する例を示したが、カム軸
変位装置を装備していない動弁装置のバルブリフターや
ロッカーアームにも本発明を適用できることはいうまで
もない。また、バルブリフター８やロッカーアーム７１
とは別の動力伝達用の部材にも本発明を適用することが
できる。

【０１１６】また、上記の各実施の形態におけるバルブ
リフター８やロッカーアーム７１を鍛造ではなくダイカ
ストで形成してもよい。すなわち、図７、図１１、図１
３および図１４のステップＳ１ないしステップＳ１４の
代わりに、アルミニウム合金の溶湯を高圧で金型内に注
入した後冷却し、湯口の切断や湯バリ取りを行った後、
ステップＳ５のＴ６処理に進めるようにする。なおま
た、ガス浸硫窒化処理の代わりにＮ₂，ＮＨ₃の混合ガス
を使い、加熱温度５００±５０℃、加熱時間約５時間の
ガス窒化処理を実施するようにしてもよい。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明説明したように本発明によれ
ば、動力伝達用部材の重量は、これを鋼材によって形成
する場合に較べて低減し、摺接面はめっき層によって耐
摩耗性が向上する。

【０１１８】したがって、動力伝達用の部材の耐摩耗性
を高く維持しながら、軽量化を図り、慣性重量を低減さ
せて高速回転が可能な４サイクルエンジンの動弁装置を
提供することができる。

【０１１９】請求項２記載の発明によれば、摺接面のめ
っき層がクラックによって互いに分離された無数の微細
な金属片状とされる。前記金属片は、動力伝達用の部材
が熱膨張してもこれに追従することができる。このた
め、めっき層を形成した動力伝達用の部材に熱応力が発
生することがないから、熱応力によって動力伝達用部材
が変形したり、めっき層が剥離することがなく、高精度
で信頼性が高い４サイクルエンジン用動弁装置を提供す
ることができる。

【０１２０】請求項３記載の発明によれば、網目形状の
金属片は、動力伝達用の部材が熱膨張してもこれに追従
することができるから、熱応力の発生を確実に阻止する
ことができ、より一層高精度で信頼性が高い４サイクル
エンジン用動弁装置を提供することができる。

【０１２１】請求項４記載の発明によれば、クラックに
浸入した水がアルミニウム合金に接触するのを耐腐食性
が高い金属からなる中間めっき層によって阻止すること
ができるから、腐食が原因でめっき層が剥離するのを阻
止することができる。

【０１２２】請求項５記載の発明によれば、めっき層に
窒化処理あるいは浸硫窒化処理が施され、めっき層の硬
度が増大するから、動力伝達用の部材の耐摩耗性が高い
４サイクルエンジンの動弁装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る４サイクルエンジンの動弁装置
を示す断面図である。

【図２】 バルブリフタの要部を拡大して示す断面図で
ある。

【図３】 バルブリフタの斜視図である。

【図４】 めっき層の構成を示す拡大断面図である。

【図５】 めっき層のクラックを模式的に示す図であ
る。

【図６】 バルブリフタにめっきを施している状態を示
す断面図である。

【図７】 バルブリフターの製造方法を説明するための
工程図である。

【図８】 めっきの前処理を説明するための工程図であ
る。

【図９】 バルブリフター用高速めっき装置の断面図で
ある。

【図１０】 バルブリフター用高速めっき装置の要部を
拡大して示す断面図である。

【図１１】 加熱によりクラックを形成するバルブリフ
ターの製造方法を説明するための工程図である。

【図１２】 バルブリフターの要部を拡大して示す断面
図である。

【図１３】 浸硫窒化処理によってクラックを形成する
バルブリフターの製造方法を説明するための工程図であ
る。

【図１４】 バニッシングによってクラックを形成する
バルブリフターの製造方法を説明するための工程図であ
る。

【図１５】 めっき層とバルブリフターのアルミニウム
合金母材との間に中間めっき層を形成した他の実施の形
態を示す断面図である。

【図１６】 めっき工程を説明するための工程図であ
る。

【図１７】 ロッカーアームを有する動弁装置の断面図
である。

【図１８】 ロッカーアームの斜視図である。

【図１９】 ロッカーアームにめっきを施している状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１…動弁装置、３…吸気カム軸、８…バルブリフター、
７１…ロッカーアーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 7/00 Ｃ２５Ｄ 7/00 Ｃ Ｆ０１Ｌ 1/18 Ｆ０１Ｌ 1/18 Ｍ Ｆターム(参考） 3G016 AA02 AA06 AA19 BB04 BB09 EA02 EA08 FA22 GA01 GA02 4K023 AA11 AA12 AA14 AB18 BA06 CA09 CB03 CB13 4K024 AA02 AA03 AA04 AA15 AB01 AB02 BA06 BB04 BC10 CA01 CA02 CB01 CB02 CB13 CB15 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 DA08 DB01 DB10 4K028 AA02 AB02 AB06 AC08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カム軸から駆動力が動力伝達用の部材を
   介して吸気弁または排気弁に伝達される４サイクルエン
   ジンの動弁装置において、前記動力伝達用部材をアルミ
   ニウム合金によって形成し、この部材の摺接面に耐摩耗
   性が高い金属からなるめっき層を形成したことを特徴と
   する４サイクルエンジンの動弁装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の４サイクルエンジンの動
   弁装置において、めっき層は、微細な網目状のクラック
   が全域に形成されていることを特徴とする４サイクルエ
   ンジンの動弁装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の４サイクルエンジンの動
   弁装置において、微細な網目状のクラックは、クラック
   による各編み目形状の内接円の直径が１．５mm以下であ
   ることを特徴とする４サイクルエンジンの動弁装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の４サイクルエンジンの動
   弁装置において、網目状のクラックを有するめっき層と
   アルミニウム合金母材との間に、耐腐食性が高い金属か
   らなる中間めっき層を形成したことを特徴とする４サイ
   クルエンジンの動弁装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のうち何れか一
   つの４サイクルエンジンの動弁装置において、めっき層
   を、窒素または窒素と硫黄を表面から浸透させた鉄また
   は鉄を含む合金によって形成したことを特徴とする４サ
   イクルエンジンの動弁装置。