JP2008248791A - 密封型ラッシュアジャスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 過酷な条件下で機能を確保できるとともに、低温時に必要なリフトロスも確保でき、同時に摺動部の発熱による作動油の損傷や摺動部の磨耗を好適に抑制できる密封型ラッシュアジャスタを提供する。
【解決手段】 密封型ラッシュアジャスタ１００は、機能上必要となる所定の動粘度特性を有するメチルフェニルシリコーン油を作動油として有するとともに、プランジャ２の摺動面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜が形成されている。このメチルフェニルシリコーン油は所定の動粘度特性として、動粘度が１３０℃で２０ｃｓｔ以上、且つ−３５℃で２０００ｃｓｔ以下になる動粘度特性を有している。ＤＬＣ被膜はＳｉを含有している。Ｓｉ含有量は１ａｔ％以上、２０ａｔ％以下である。
【選択図】 図３

Description

本発明は密封型ラッシュアジャスタに関する。

従来、内燃機関の吸排気弁とシリンダヘッドとの間に設けられたバルブクリアランスを自動的に略零に調整するラッシュアジャスタが実用化されている。このラッシュアジャスタによれば、機能面では吸排気弁とシリンダヘッドとの干渉で発生する打音が解消されるとともに、メンテナンス面ではバルブクリアランスを定期的に点検調整する作業が不要化される。ラッシュアジャスタには、例えばエンジンオイルを利用する外部給油型がある。この外部給油型ラッシュアジャスタの場合、エンジンオイルの注入量が不適切であったり、劣化したオイルがそのまま使用されていたりするとエアや異物がオイルに混入する虞が増大し、これらの要因によりラッシュアジャスタの機能が損なわれる場合がある。すなわち、外部給油型ラッシュアジャスタにおいては、エンジンオイルのメンテナンスの良否によってラッシュアジャスタの機能が左右されてしまう。

これに対して、ラッシュアジャスタには作動油が密封された密封型ラッシュアジャスタがあり、係る密封型ラッシュアジャスタによれば、上述の機能阻害要因を排除できる。密封型ラッシュアジャスタとしては、具体的には例えば特許文献１で開示されているものがある。また、密封型ラッシュアジャスタの作動油として、ジメチルシリコーン油やアルキル変性シリコーン油を用いることが特許文献２で提案されている。

特開２００１−２５４６０９号公報 特開昭６３−２９５８１０号公報

ところで密封型ラッシュアジャスタでは、カムの緩衝部高さを超えるようなリフトロス（縮み量）の増加は、動弁系の打音やバルブステムの過大応力発生の原因となる。しかしながら、このとき正常な着座を保証するために緩衝部高さを過度に大きくすることは、エンジン性能の低下や燃費の悪化を招くことになる。これに対してリフトロスを小さくするために、特許文献２で提案されているようなシリコーン油を作動油に適用することは容易に想到できると考えられる。これは、シリコーン油は一般に温度に対する粘度変化が少ないためである。

一方、リフトロスはボディとプランジャとの間のクリアランスを小さくすることでも小さくできる。このためリフトロスを小さくするためには、クリアランスを製造上、可能な範囲内で極力小さく設定したほうが好ましい。ところが、このクリアランスを小さくすると、高温雰囲気下での摺動部の発熱がより顕著となる。そして係る過酷な条件下においては従来提案されていたシリコーン油では、耐熱性が不足することから油の高粘度化や固化が誘発される結果（作動油の損傷）、摺動部の磨耗が促進され、ラッシュアジャスタの機能が損なわれる虞があることがわかった。さらに、ラッシュアジャスタにはエンジン冷間始動時にある程度のリフトロスが必要とされる。このため、密封型ラッシュアジャスタの作動油は、上記のような過酷な条件下での耐熱性だけでなく、同時に低温時に必要なリフトロスを確保できるものでなければならない。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、過酷な条件下で機能を確保できるとともに、エンジン冷間始動時など低温時に必要なリフトロスも確保でき、同時に摺動部の発熱による作動油の損傷や摺動部の磨耗を好適に抑制できる密封型ラッシュアジャスタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の密封型ラッシュアジャスタは機能上必要となる所定の動粘度特性を有するメチルフェニルシリコーン油を作動油として有するとともに、プランジャの摺動部にダイヤモンドライクカーボン被膜が形成されていることを特徴とする。ここでメチルフェニルシリコーン油とは、図６に示すようにジメチルシリコーン油のメチル基の一部がフェニル基に置換されたものであり、一般にフェニル基が多いものは耐熱性に優れ、少ないものは耐寒性に優れるという性質を有している。これに対して本発明は、このメチルフェニルシリコーン油の性質に着目し、メチルフェニルシリコーン油であれば、上記課題を解決すべく機能上必要となる所定の動粘度特性を有することができることを見出したメチルフェニルシリコーン油の用途発明である。

これに加えてさらに本発明によれば、プランジャの摺動部に形成したダイヤモンドライクカーボン（以下、単にＤＬＣとも称す）被膜で摺動部の発熱を抑制できることから、酸化によるメチルフェニルシリコーン油の高粘度化（ゲル化）をより好適に抑制できる。このため本発明によれば、過酷な条件下でも機能を確保できるとともに、低温時に必要なリフトロスも確保でき、同時に摺動部の発熱による作動油の損傷や摺動部の磨耗を好適に抑制できる。なお、ＤＬＣ被膜はＳｉを含有することが好適である。この場合には摺動部の摩擦係数をさらに低摩擦係数にすることもできることから、摺動部の発熱による作動油の損傷や摺動部の磨耗をさらに好適に抑制できる。

なお、本発明は機能上必要となる所定の動粘度特性を有することを規定しているが、これは、メチルフェニルシリコーン油を単に有するだけでは必ずしも密封型ラッシュアジャスタに適したものにはならず、そのメチルフェニルシリコーン油が所定の動粘度特性を有することで初めて密封型ラッシュアジャスタに適したものとなる点に鑑みたものである。すなわち上記規定は、密封型ラッシュアジャスタに適さないメチルフェニルシリコーン油までもが本発明に含まれることを概念上、除外する趣旨である。

本発明によれば、過酷な条件下で機能を確保できるとともに、低温時に必要なリフトロスも確保でき、同時に摺動部の発熱による作動油の損傷や摺動部の磨耗を好適に抑制できる密封型ラッシュアジャスタを提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は密封型ラッシュアジャスタ（以下、単にラッシュアジャスタと称す）１００の構成を示す図である。このラッシュアジャスタ１００は、直打方式の動弁機構のほか、ローラロッカ式やスイングアーム式などの動弁機構にも使用できる。ラッシュアジャスタ１００は、ボディ１と、プランジャ２と、チェック弁３と、プランジャスプリング４と、リテーナ５と、ボールプラグ６と、リザーバキャップ７とを有して構成されている。

ボディ１は上端側が開口した円筒部を有し、円筒部の内部にはプランジャ２が中心軸線と平行な方向で摺動自在に嵌挿されている。ボディ１及びプランジャ２の素材としては、例えばクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）が用いられる。ボディ１とプランジャ２の摺動面（摺動部）の間には、オイルの流れを許容するクリアランスＬが確保されている。このクリアランスＬは製造上、可能な範囲内で十分小さく設定されており、これによりリフトロスを小さくすることができる。またプランジャ２の摺動面にはＤＬＣ被膜が形成されている。プランジャ２には作動油を封入するための封入孔２ａが形成されており、さらにこの封入孔２ａは封入した作動油を密封するためのボールプラグ６で密封されている。本実施例ではこの作動油にメチルフェニルシリコーン油が適用されている。

ボディ１の上端部にはリザーバキャップ７が配設されている。リザーバ室１０はボディ１、プランジャ２及びリザーバキャップ７とで囲われた空間として形成されている。一方、プランジャ２の下端側にはボディ１とプランジャ２とで囲われた空間として高圧室１１が形成されている。リザーバ室１０と高圧室１１とは、プランジャ２に形成された連通孔２ｂを介して連通しており、ともにメチルフェニルシリコーン油で満たされている。高圧室１１にはリテーナ５が配設されており、リテーナ５はプランジャスプリング４によってプランジャ２に向けて付勢されている。リテーナ５内にはチェック弁３が配設されている。チェック弁３はプランジャ２が突出する方向に移動する際に連通孔２ｂを開いて、リザーバ室１０から高圧室１１への作動油の移動のみを許容し、その逆の移動を遮断する。

上述の構成で、次にメチルフェニルシリコーン油について詳述する。メチルフェニルシリコーン油は前述の通り、図６に示すような構造を有している。ここで例えばフェニル含有量が４モル％であるとは、図６に示すジフェニルシロキサン単位（Ｙで表される値）が全体の重合度（Ｘ＋Ｙの値）に対して４％であることをいう。メチルフェニルシリコーン油の動粘度特性は、全体の重合度とフェニル含有量とで決定され、これら２つのファクターのバランスを取ることでコントロールできる。なお、基本的には重合度が大きくなれば高粘度のオイルとなり、またフェニル含有量が大きくなれば、この場合も同様に高粘度のオイルとなる。逆にこれら夫々の値が小さくなれば低粘度のオイルとなる。

ここで、シリコーン油は一般的に１５０℃以下の場合には空気中にあっても酸化による影響がほとんどないといわれている。ところが、１８０℃以上になると酸化が促進され、メチル基の酸化生成物であるホルムアルデヒド、ぎ酸などが発生するとともに粘度が上昇し、長時間の加熱ではゲル化に至る。これに対してメチルフェニルシリコーン油の動粘度特性は、具体的には例えば動粘度が１３０℃で２０ｃｓｔ以上、且つ−３５℃で２０００ｃｓｔ以下になる特性であることが好ましく、またこのときのメチルフェニルシリコーン油のフェニル含有量が、４モル％乃至１２モル％であることが好ましい。さらに好ましくはこのときのフェニル含有量が５モル％であると、低温での流動性をより好適に確保できる。

また動粘度が２５℃で２２５ｃｓｔになるようにすれば、フェニル含有量を４モル％乃至１２モル％にすることで、動粘度が１３０℃で２０ｃｓｔ以上、且つ−３５℃で２０００ｃｓｔ以下になる動粘度特性を有するメチルフェニルシリコーン油を得ることもできる。これにより、過酷な条件下で機能を確保できるとともに、低温時に必要なリフトロスも確保でき、同時に摺動面の発熱による作動油の損傷や摺動面の磨耗を抑制できる。

なお、機能上必要となる上記動粘度特性は最大リフトロス要求値及び最小リフトロス要求値を満たすべく、極低温では上限粘度を上回らず、高温側では下限粘度を下回らないようにするといった観点から定められている。最大リフトロス要求値は、高温時にリフトロス増加に伴い発生するタペット音を許容範囲内に収めることができる値に決定される。一方最小リフトロス要求値は、エンジン冷間始動時にプランジャ２が少なくとも吸排気弁が膨張する分は縮む必要があることから、この縮み量により決定される。ラッシュアジャスタ１００はボディ１とプランジャ２の間のクリアランスＬと、封入する油の動粘度特性とを要件として、最大リフトロス要求値及び最小リフトロス要求値を満足する必要がある。参考として、ラッシュアジャスタ１００に要求されるリフトロスと、要求動粘度特性と、クリアランスＬとの関係を図２に模式的に示す。

次にプランジャ２の摺動面に形成されたＤＬＣ被膜（非晶質硬質炭素膜ともいう）について詳述する。このＤＬＣ被膜はＳｉを含有することが好ましく（以下、Ｓｉを含むＤＬＣ被膜を単にＤＬＣ−Ｓｉ被膜とも称す）、さらにＳｉ含有量が１ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることが好ましい。またＤＬＣ被膜の表面粗さはＲｚｊｉｓ０．５μｍ以下であることが好ましい。またＤＬＣ被膜はボディ１とプランジャ２の摺動面双方には施さず、プランジャ２の摺動面にのみ形成する（図３参照）。これは次に述べる試験結果に基づくものである。

図４はボディ１とプランジャ２の摺動面について行った耐久試験の試験結果を摺動面の最大磨耗深さで示す図である。この耐久試験ではエンジン回転数を４,０００ｒｐｍ一定で運転し、ラッシュアジャスタ１００を１２０℃雰囲気下で３,０００万回作動させた。またこの耐久試験で用いた供試仕様は図４中の表に示す通りであり、仕様１としてプランジャ２の摺動面にのみＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成したものを用意し、仕様２としてボディ１とプランジャ２の摺動面双方にＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成したものを用意した。また比較のためにボディ１とプランジャ２の摺動面双方にＤＬＣ−Ｓｉ被膜形成処理をしなかったものも用意した。

プランジャ２のみにＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成した仕様１では、処理なしのものと比較して最大磨耗深さがおよそ１／１３以上減少した。一方、ボディ１とプランジャ２双方にＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成した仕様２では、ボディ１側の磨耗を抑制できず、トータルの最大磨耗深さが仕様１のおよそ２．５倍になった。このように仕様１で最大磨耗深さが小さくなったのは、ボディ１の摺動面が押しならされて、平らなプラトー面に形成されることにより、良好な潤滑接触が得られた結果であると考えられる。

ところでＤＬＣ被膜の表面粗さは非常に小さい。このためＤＬＣ被膜を摺動面とした場合、固体間接触による境界摩擦の割合が低減され、潤滑油による潤滑割合が増加する。これにより摺動面の摩擦係数が低減する。
またＤＬＣ被膜は鋼材と比較して硬く、磨耗し難い。このため相手材と摺接しても初期の表面粗さを維持することができる。
このためプランジャ２の摺動面にＤＬＣ被膜を形成することで、摺動面の発熱と磨耗とをより好適に抑制できる。したがって、摺動面の発熱による作動油の損傷もより好適に抑制できる。

さらに本実施例ではプランジャ２の摺動面に形成されたＤＬＣ被膜がＳｉを含むＤＬＣ−Ｓｉ被膜となっている。本発明者の分析によれば、Ｓｉを含むことにより、摺接時にＤＬＣ被膜の表面にシラノール（ＳｉＯＨ）が生成される。このシラノールの生成により、仮に固体同士が接触した場合でも、境界摩擦は大幅に低減すると考えられる。
このようにラッシュアジャスタ１００は、潤滑油による潤滑割合の増加及び境界摩擦の低減の両作用により摺動面の摩擦係数が低摩擦係数となる。このためラッシュアジャスタ１００によれば、摺動面の発熱と磨耗とをさらに好適に抑制できる。したがって摺動面の発熱による作動油の損傷もさらに好適に抑制できる。

またプランジャ２の摺動面に形成されたＤＬＣ被膜は、Ｓｉのほか炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）も含んでおり、Ｓｉ含有量は１ａｔ％以上、２０ａｔ％以下である。ここでＳｉ含有量が１ａｔ％未満の場合には、境界摩擦の低減効果が小さくなる。
この点、境界摩擦をより低減するためには、Ｓｉ含有量を５ａｔ％以上、さらには６ａｔ％以上とすることが好ましい。また実用的な成膜速度を得るという観点では、Ｓｉ含有量を５ａｔ％以上とすることが好ましい。
一方、Ｓｉ含有量が２０ａｔ％を超えると、ＤＬＣ被膜の磨耗量が増加してしまう。この点、耐摩耗性及び耐焼付き性を考慮した場合には、Ｓｉ含有量を９．８ａｔ％以下とすることが好ましい。

またＨ含有量は２０ａｔ％以上、４０ａｔ％以下とするとよい。Ｈ含有量が２０ａｔ％未満の場合にはＤＬＣ被膜の硬さは大きくなるが、密着力や靭性が低下する。この点、Ｈ含有量を２５ａｔ％以上とすると好適である。一方、Ｈ含有量が４０ａｔ％を超えるとＤＬＣ被膜の硬さが小さくなり、耐摩耗性が低下する。この点、Ｈ含有量を３５ａｔ％以下とすると好適である。

またプランジャ２の摺動面に形成されたＤＬＣ被膜は、表面粗さがＲｚｊｉｓ０．５μｍ以下である。表面粗さがＲｚｊｉｓ０．５μｍを超えると、潤滑油による潤滑割合の増加は期待できず、摩擦係数を低減することができない。この点、表面粗さはＲｚｊｉｓ０．４５μｍ以下とすることが好ましく、さらにＲｚｊｉｓ０．３μｍ以下とするとより好適である。表面粗さの算出方法はＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定された方法に従う。

なお、ＤＬＣ被膜の硬さは特に限定されるものではない。例えば耐摩耗性等を考慮した場合には、硬さは１５ＧＰａ以下であるとよい。
また自動車用エンジンの寿命は一般に３０万ｋｍ以上と言われており、エンジンの動弁系部品には高い耐久性が要求される。このため磨耗等を考慮して、ＤＬＣ被膜の膜厚を２μｍ以上とすることが好ましい。この点、５μｍ以上とするとより好適である。

次にＤＬＣ−Ｓｉ被膜の形成方法について詳述する。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜の形成は図５に示す直流プラズマＣＶＤ（ＰＶＤ）成膜装置２０を用いて行った。図５に示すように、直流プラズマＣＶＤ成膜装置２０は、ステンレス製の容器２１と、基台２２と、ガス導入管２３と、ガス導出管２４とを備えている。ガス導入管２３はバルブ（図示省略）を介して各種ガスボンベ（図示省略）に接続されている。ガス導出管２４は、バルブ（図示省略）を介してロータリーポンプ及び拡散ポンプ（図示省略）に接続されている。

まず、容器２１内に設置された基台２２の上に基材２６を配置した。基材２６は例えばＳＣＭ材であり、この基材２６としてプランジャ２を適用できる。
次に容器２１を密閉し、ガス導出管２４に接続されたロータリーポンプ及び拡散ポンプにより、容器２１内のガスを排気した。容器２１内にガス導入管２３から水素ガスを１５ｓｃｃｍ導入し、ガス圧を約１３３Ｐａとした。
その後、容器２１の内側に設けたステンレス製陽極板２５と基台２２との間に２００Ｖの直流電圧を印加して、放電を開始した。
そして、基材２６の温度が５００℃になるまでイオン衝撃による昇温を行った。
次にガス導入管２３から窒素ガス１２０ｓｃｃｍ及び水素ガス４８０ｓｃｃｍを導入し、温度５００℃でプラズマ窒化処理を６０ｍｉｎ行った。
基材２６の断面組織を観察したところ、窒化深さは１００μｍであった。

プラズマ窒化処理後、ガス導入管２３から水素ガスとアルゴンガスとを２００ｓｃｃｍずつ導入し、温度５００℃で６０ｍｉｎスパッタリングし、基材２６の表面に微細な凹凸を形成した（凹凸形成処理）。凸部の幅は６０ｎｍ、高さは３０ｎｍであった。
次にガス導入管２３から反応ガスとしてＴＭＳガスを６ｓｃｃｍ、及びメタンガスを１００ｓｃｃｍ導入し、さらに水素ガスとアルゴンガスとを６０ｓｃｃｍずつ導入し、温度５００℃で４０ｍｉｎ成膜した。このとき膜厚は３μｍであった。

このようにして形成されたＤＬＣ−Ｓｉ被膜の組成は、Ｓｉ：６ａｔ％、Ｃ：６４ａｔ％、Ｈ：３０ａｔ％であった。またこのようにして形成されたＤＬＣ−Ｓｉ被膜と基材２６との密着力はいずれも３０Ｎであった。またこのようにして形成されたＤＬＣ−Ｓｉ被膜の硬さはいずれも２０ＧＰａであった。

ＤＬＣ−Ｓｉ被膜中のＳｉ含有量は、電子プローブ微小部分析法（ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により定量した。
またＨ含有量は、弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）により定量した。なお、ＥＲＤＡは、２ＭｅＶのヘリウムイオンビームを被膜表面に照射して、被膜からはじき出される水素を半導体検出器により検出し、被膜中の水素濃度を測定する方法である。以上により、過酷な条件下で機能を確保できるとともに、低温時に必要なリフトロスも確保でき、同時に摺動部の発熱による作動油の損傷や摺動部の磨耗を好適に抑制できるラッシュアジャスタ１００を実現できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

ラッシュアジャスタ１００の構成を示す図である。 ラッシュアジャスタ１００に要求されるリフトロスと、要求動粘度特性と、クリアランスＬとの関係をグラフで模式的に示す図である。 ＤＬＣ被膜形成部位を模式的に示す図である。 ボディ１とプランジャ２の摺動面について行った耐久試験の試験結果を摺動面の最大磨耗深さで示す図である。 直流プラズマＣＶＤ（ＰＶＤ）成膜装置２０を模式的に示す図である。 メチルフェニルシリコーン油の構造を示す図である。

符号の説明

１ ボディ
２ プランジャ
１０ リザーバ室
１１ 高圧室
２０ 直流プラズマＣＶＤ（ＰＶＤ）成膜装置
１００ 密封型ラッシュアジャスタ

Claims (1)

1. 機能上必要となる所定の動粘度特性を有するメチルフェニルシリコーン油を作動油として有するとともに、プランジャの摺動部にダイヤモンドライクカーボン被膜が形成されていることを特徴とする密封型ラッシュアジャスタ。
   
   

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