JP2006046123A

JP2006046123A - バルブリフタの表面処理方法

Info

Publication number: JP2006046123A
Application number: JP2004226230A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tsuruta; 誠次鶴田; Shinichi Ishii; 真一石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16
Also published as: KR20060049014A; DE102005036253A1; DE102005036253B4; CN1734064A; US20060027200A1

Abstract

【課題】カムとの摺動による潤滑油供給孔の拡径部における表面処理層の剥離が防止されて、該拡径部の耐摩耗性を向上できる。
【解決手段】カムが摺接する冠部１４の外周部側に潤滑油供給孔１６が穿設されているバルブリフタの表面処理方法である。前記カムが摺接する冠面１４ａに前記潤滑油供給孔を穿設する工程と、該潤滑油供給孔のカムが摺接する側の開口縁の周囲にアール面状の拡径部１６ａを加工する工程と、前記冠面全体にダイヤモンドライクカーボン処理によって表面処理層１７を施す工程とを備え、該表面処理層１７の形成工程を、前記拡径部を形成した後とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブリフタの表面処理方法に関し、とりわけ、カムシャフトに設けられたカムが摺接するバルブリフタの冠面やシムの表面処理方法に関する。

内燃機関の直動式のバルブリフタは、機関の作動時に冠部下面のボス部と吸気弁のステムエンドとの間に大きな摩擦抵抗が発生することから、例えば特許文献１に記載されている技術のように、前記両者間に潤滑油を積極的に供給するために、バルブリフタの冠部に潤滑油供給孔を穿設したものが提供されている。

また、バルブリフタの冠部上面に有する凹溝内に嵌着されたシムを交換する際、つまり、シムを凹溝から取り外す際に、前記凹溝底面とシム下面との間にエアーを吹き込むための空気孔をシムに穿設しているものもある。

これら潤滑油供給孔や空気孔は、冠部やシムの外周部側に形成されているものの、例えば吸気弁の高いリフト量を確保するために、カムシャフトのカムは前記冠面やシムの上面の径方向のほぼ全体に亘って摺接して前記潤滑油供給孔や空気孔の開口孔縁にも摺接する。このように、潤滑油供給孔や空気孔の上部開口縁にカムが当接すると、該各開口縁の面圧が高くなってしまうおそれがある。

そこで、前記潤滑油供給孔や空気孔の上端開口縁に、いわゆる面取りを行って拡径部を形成して面圧を下げる工夫を行っている。

また、前記冠面やシムの上面には前記カムが激しく回転摺動することから、これらの摺動摩擦抵抗の低下や耐摩耗性を確保するために、前記冠面やシムの上面に表面処理を施して高硬度な表面処理層を形成することも行われている。
特開２００１−３４２８１０号公報

ところが、前述のように、バルブリフタの冠面やシムの上面に高硬度な表面処理層を施すものにあっては、かかる表面処理を施した後に、前記潤滑油供給孔や空気孔の上端開口縁に拡径部を形成するようになっていることから、該拡径部の表面処理層が薄肉化してしまう。

このため、図９に示すように、例えば冠面上部の凹溝内に嵌着された円板状のシム２１の上面を前記カムが継続的に摺動していると、潤滑油供給孔２２の拡径部２２ａから表面処理層２３が部分的に剥離されてしまうおそれがある。

この結果、該表面処理層２３の剥離部分２４から摩耗が発生し易くなり、バルブリフタの耐久性が低下してしまう。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、カムが摺接する部位に孔が穿設されたバルブリフタの表面処理方法であって、前記カムが摺接する部位に前記孔を開ける工程と、前記孔のカムが摺接する側の開口縁の周囲に拡径部を加工する工程と、前記カムが摺接する側の全面に表面処理を施す工程とを備えたことを特徴としている。

この発明によれば、開口縁の周囲に拡径部を形成した後に、摺動面全体を表面処理を施して表面処理層を形成するようにしたため、前記拡径部の表面処理層の薄肉化が防止される。

この結果、カムとの継続的な摺動があっても、かかる拡径部の開口縁における表面処理層の剥離が防止されて、該拡径部の耐摩耗性が向上する。

請求項２に記載の発明は、表面処理の領域を、前記カムの摺接面全体と共に、前記孔の開口縁の拡径部から孔の中まで施したことを特徴としている。

この発明によれば、孔の中まで表面処理層が形成されていることから、カムから表面処理層に剪断力が発生したとしても該表面処理層の剥離を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、前記拡径部をアール面状に形成したことを特徴としている。

この発明によれば、拡径部をアール面状に形成したことによって周囲に角部が全くなくなるので、カムの摺動時の高い面圧の発生を抑制できる。

以下、本発明にかかるバルブリフタの表面処理方法の実施形態を図面に基づいて詳述する。

すなわち、図５は本発明にかかる内燃機関の動弁機構を示すものであり、シリンダヘッド１の内部に形成された吸気ポート１ａと排気ポート１ｂの開口端を開閉する吸気弁２及び排気弁３と、シリンダヘッド１の上端部に軸受を介して回転自在に支持された吸入側及び排気側カムシャフト４、４と、該各カムシャフト４、４の外周に一体に設けられた相手部材である駆動カム５、６と、シリンダヘッド１に形成された小径ボア１ｃ、１ｄにそれぞれ摺動自在に保持されて、前記駆動カム５，６の回転力を往復運動に変換して前記吸気弁２と排気弁３に往復運動として伝達する摺動部材であるバルブリフタ７，８とを備えている。

前記吸気弁２と排気弁３は、シリンダヘッド１に固定された円筒状のバルブガイド９，１０を介して摺動自在に支持されていると共に、各バルブステムの上端部に設けられたスプリングリテーナ１１、１１と前記ボア１ｃ、１ｄの底面との間に弾装されたバルブスプリング１２，１３によって閉方向に付勢されている。

前記吸気、排気側のカムシャフト４，４は、図外のクランクシャフトから駆動スプロケット及び従動スプロケットを介してタイミングチェーンにより回転駆動力が伝達され、これによってそれぞれの駆動カム５，６により吸気弁２と排気弁３とを開方向に作動させるようになっている。

前記各駆動カム５，６は、チルド鋳鉄などによって雨滴状に形成され、外周面に前記各バルブリフタ７，８の上面（冠面）にそれぞれ摺動するカム面５ａ、６ａが形成され、このカム面５ａ、６ａは、表面が研磨加工によって超仕上げ加工され、その後、ショットブラスト処理によって所定の滑らかな表面粗さに加工されている。

前記各バルブリフタ７，８は、便宜上、吸気側について説明すれば、図２、図３にも示すように、鉄系金属材によって一体に形成され、円形状の上壁部である冠部１４と、該冠部１４の外周縁に一体に有する円筒状のスカート部１５とから主として構成されている。

前記冠部１４は、上面が僅かに球面Ｒ形状に形成された冠面１４ａと、該冠面１４ａの下面中央に前記吸気弁２のステムエンドと当接するほぼ円柱状のボス部１４ｂとを有し、円周方向の外周側所定位置には、駆動カム５のカム面５ａなどを伝って冠面１４ａ上に付着した潤滑油を内部に導く潤滑油供給孔１６が貫通形成されていると共に、該潤滑油供給孔１６の上端開口縁に面取りされた拡径部１６ａが形成されている。

また、前記冠面１４ａの表面全体には、ダイヤモンドライクカーボン処理が施されて硬質な表面処理層１７が形成されていると共に、該ダイヤモンドライクカーボン処理後にラップ処理がなされている。

すなわち、バルブリフタ７全体の成形工程を説明すれば、まず、鉄系金属の母材を冷間鍛造によって有底円筒状のバルブリフタ７の基本形状に成形する。

次に、冠部１４やスカート部１５の内外周面の表面加工を行うと共に、冠部１４の外周側の所定位置に前記潤滑油供給孔１６を孔開け加工する。なお、この潤滑油供給孔１６は、前記冷間鍛造時に同時に形成することも可能である。

続いて、バルブリフタ７を、浸炭や浸炭窒化あるいは窒化などによる熱処理を行い、その後、ボス部１４ｂやスカート部１５の外径を、ステムエンドの外径やボア１ｃ、１ｄの内周面との摺動精度を確保するために表面の研磨加工を行う。

続いて、冠面１４ａの表面を約０．１μmの超仕上げ加工を行うと共に、該冠面１４ａの表面外周側をラップ砥粒加工やバレル加工、ショットブラスト加工などによって約０．２μｍのＲ加工を行う。なお、表面加工は、前記研磨加工時に同時行うことも可能である。

また、このとき、前記潤滑油供給孔１６の上端開口縁に半径が０．２〜０．０５ｍｍ程度のアール面状の拡径部１６ａを形成すると共に、該拡径部１６ａの表面を約０．２μｍの仕上げ加工を行う。この拡径部１６ａは、前述の研磨加工時に形成することも可能である。

その後、バルブリフタ７を、炉内に配置して洗浄した後、冠面１４ａ全体にダイヤモンドライクカーボン処理を行い、該冠面１４ａ上に高硬度な表面処理層１７を形成する。このダイヤモンドライクカーボン処理は、冠面１４ａ全体と同時に潤滑油供給孔１６の拡径部１６ａ表面及びこの表面から潤滑油供給孔１６の内部まで施されている。

続いて、この表面処理層１７の表面をダイヤモンド砥粒を用いたブラシラップを行う。つまり、かかるブラシラップによって、該表面処理層１７の表面から所定量のマイクロパーティクル（分子）を取り除く。これによって、表面処理層１７に、冠面１４ａ全体の面積に対して凹率が約５〜３０％となるような複数の微小凹部を形成する。なお、この表面加工方法としては、バレルやショットブラストなどであっても良い。

本願の発明者は、高硬度な表面処理層１７が形成された前記潤滑油供給孔１６の上端開口縁にカム５のカム面５ａを摺動させて、その耐久実験を行った。

この実験は、前記図４に示すようなアール面状の拡径部１６ａがないものと、図１に示すような、あるものに分け、あるものでもその半径長さを種々変化させて、約１００時間の間、エンジンを高速回転させた状態で行った。

この実験結果をみると、拡径部１６ａがないものにあっては、面圧が高くなるなどの原因からからこの拡径部１６ａの表面に摩耗が発生した。

一方、拡径部１６ａを形成したものは、摩耗の発生が少なかったが、特に、半径が０．０５〜０．２ｍｍの範囲に設定したものについては摩耗の発生がなかった。したがって、拡径部１６ａのアール面の半径を０．０５〜０．２ｍｍに設定することが望ましい。

このように、本実施形態では、潤滑油供給孔１６の上端開口縁にアール面状の拡径部１６ａを形成した後に、冠面１４ａ全体にダイヤモンドライクカーボン処理を行って表面処理層１７を形成するようにしたため、前記拡径部１６ａ部位の表面処理層１７の薄肉化が防止される。

この結果、カム面５ａとの継続的な摺動があっても、かかる拡径部１６ａにおける表面処理層１７の剥離が防止されて、該拡径部１６ａの耐摩耗性が向上する。

また、前記ダイヤモンドライクカーボン処理は、潤滑油供給孔１６の内部まで施されていることから、カム５から表面処理層１７に剪断力が発生したとしても該表面処理層１７の剥離を十分に抑制することができる。

しかも、この実施形態では、拡径部１６ａをアール面状に形成したことによって周囲に角部が全くなくなるため、カム面５ａの摺動時の高い面圧の発生を抑制できる。

また、この実施形態では、冠面１４ａの表面にダイヤモンドライクカーボン処理を行って高硬度に形成した後、ラップによって表面の凹率が約５〜３０％の微小凹部を形成したため、該各微小凹部によってカム面５ａとの摩擦抵抗の低減化が図れる。

さらに、前記複数の微小凹部に潤滑油が常時十分に滞留して摺動時におけるカム面５ａとの間に油膜を形成することができることから、カム面５ａとの摩擦抵抗がさらに低減されると共に、耐摩耗性が向上する。

図６は第２の実施形態を示し、潤滑油供給孔１６の上端開口縁の拡径部１６ａをアール面状に代えてテーパ面状に形成したものである。

すなわち、この拡径部１６ａは、ほぼ円錐面状の平坦面に形成されていると共に、該テーパ面状の拡径部１６ａが形成された後に、冠面１４ａとこの拡径部１６ａの表面に前記ダイヤモンドライクカーボン処理が施されている。

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果が得られると共に、この拡径部１６ａが、直線状の円錐面状のテーパ面になっていることから、第１の実施形態におけるアール面状よりも、この成形加工が容易になる。

図７Ａ、Ｂは第３の実施形態を示し、バルブリフタ７の冠部１４の冠面１４ａをほぼＲ曲率の大きな球面状に形成し、該冠面１４ａ上に前記ダイヤモンドライクカーボン処理によって高硬度な表面処理層１７を球面状に形成したものである。

したがって、この実施形態によれば、前記表面層１７とカム５のカム面５ａとの接触部位が接点Ｐ状態になることから、カム５との摺動抵抗が小さくなると共に、カム５の傾きによっても接点Ｐ位置の延長線をバルブリフタ７の軸心Ｘ方向に指向させることができるので、該バルブリフタ７とボア１ｃとの摺動抵抗の低減化が図れる。

図８は第４の実施形態を示し、バルブリフタ７の本体が、軽量化を図るためにアルミ合金材によって形成され、冠部１４の上面に円形状の凹溝１９が形成されていると共に、該凹溝１９内に円盤状のシム２０が収容されている。

前記冠部１４は、前記凹溝１９の外周部側の外周部側の所定位置に円環状の油溝１９ａが形成されていると共に、該油溝１９ａの円周方向の所定位置に潤滑油が通流する油孔１９ｂが貫通形成されている。

前記シム２０は、鉄系金属によって形成され、外周部側の前記油溝１９ａの油孔１９ｂに対応する位置に潤滑油供給孔１６が貫通形成されていると共に、該潤滑油供給孔１６の上端開口縁にアール面状の拡径部１６ａが形成されている。

また、カム７が摺動するこのシム２０の上面には、前記ダイヤモンドライクカーボン処理によって施された表面処理層１７が形成されている。

この表面処理層１７は、所定の加工工程によって前記潤滑油供給孔１６や拡径部１６ａが形成された後に、ダイヤモンドライクカーボン処理によって形成されており、拡径部１６ａから潤滑油供給孔１６の内部まで形成されている。

したがって、この実施形態によれば、潤滑油供給孔１６や拡径部１６ａを形成した後に、表面処理層１７形成したことから、第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項（１）前記拡径部のアール面の大きさを、半径０．０５〜０．２ｍｍに設定したことを特徴とする請求項３に記載のバルブリフタの表面処理方法。

アール面の大きさをを前述のように設定したことによって表面処理膜が剥がれにくくなり、面圧を低減することが可能になる。

請求項（２）前記拡径部をテーパー面状に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブリフタの表面処理方法。

この発明によれば、拡径部を直線状の平坦面に形成できることから、該拡径部の加工が容易になる。

請求項（３）前記表面処理はダイヤモンドライクカーボン処理であることを特徴とする請求項１〜（２）のいずれかに記載のバルブリフタの表面処理方法。

請求項（４）前記バルブリフタの冠面を球面状に形成したことを特徴とする請求項１〜（３）のいずれかに記載のバルブリフタの表面処理方法。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、バルブリフタの孔を、前記潤滑油供給孔の他に前記従来技術のような空気孔としてもよく、また、排気弁側のバルブリフタに適用することもできる。

また、バルブリフタの成形加工工程は、少なくとも拡径部１６ａを形成した後に、ダイヤモンドライクカーボン処理を行うことであれが、前述の工程に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態を示すバルブリフタの要部断面図である。本発明の実施形態に供されるバルブリフタの縦断面図である。は同バルブリフタの平面図である。実験に供されるバルブリフタの要部断面図である。同実施形態が適用された内燃機関の動弁装置を示す断面図である。第２の実施形態を示すバルブリフタの要部断面図である。Ａは第３の実施形態に供されるバルブリフタとカムの当接状態を示す縦断面図、ＢはＡのＡ線断面図である。第４の実施形態に供されるバルブリフタの縦断面図である。従来の加工工程によって生じた拡径部でのダイヤモンドライクカーボンの剥離現象を示す要部拡大図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド
４…カムシャフト
５・６…駆動カム
５ａ・６ａ…カム面
７・８…バルブリフタ
１４…冠部
１４ａ…冠面
１６…潤滑油供給孔
１６ａ…拡径部
１７…表面処理層

Claims

カムが摺接する部位に孔が穿設されたバルブリフタの表面処理方法であって、
前記カムが摺接する部位に前記孔を開ける工程と、
前記孔のカムが摺接する側の開口縁の周囲に拡径部を加工する工程と、
前記カムが摺接する側の全面に表面処理を施す工程と、
を備えたことを特徴とするバルブリフタの表面処理方法。
表面処理の領域を、前記カムの摺接面全体と共に、前記孔の開口縁の拡径部から孔の中まで施したことを特徴とする請求項１に記載のバルブリフタの表面処理方法。
前記拡径部をアール面状に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブリフタの表面処理方法。