JP2009257306A - ラッシュアジャスタ - Google Patents

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栄二 前野
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Abstract

【課題】長期間使用したときに圧力側フランク間の摩擦係数が低下しにくいラッシュアジャスタを提供する。
【解決手段】内周に雌ねじ17を有するナット部材10と、雌ねじ17にねじ係合する雄ねじ18を外周に有するアジャストスクリュ11と、そのアジャストスクリュ11をナット部材10から突出する方向に付勢するリターンスプリング12とを有し、アジャストスクリュ11をナット部材10に押し込む方向の軸方向荷重を負荷したときに、その軸方向荷重を雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21で受けるラッシュアジャスタ1において、雄ねじ18の圧力側フランク19を梨地とし、その梨地の表面硬度を雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高くする。
【選択図】図1

Description

この発明は、エンジンの動弁装置に組み込まれるラッシュアジャスタに関する。
エンジンの吸気ポートまたは排気ポートに設けたバルブを動作させる動弁装置として、上下にスライド可能に支持されたバルブリフタをカムで押し下げ、そのバルブリフタでバルブステムを押し下げるようにしたもの(ダイレクト式動弁装置)や、中央部を支点として揺動可能に支持されたアームの一端部をカムで押し上げ、そのアームの他端部でバルブステムを押し下げるようにしたもの(ロッカアーム式動弁装置)、一端部を支点として揺動可能に支持されたアームの中央部をカムで押し下げ、そのアームの他端部でバルブステムを押し下げるようにしたもの(スイングアーム式動弁装置)などが知られている。
これらの動弁装置は、エンジン作動中、動弁装置の構成部材間に生じる熱膨張差によって、動弁装置の構成部材間の隙間が変化し、その隙間の変化によって異音や圧縮漏れを生じるおそれがある。また、動弁装置の摺動部が摩耗しても、動弁装置の構成部材間の隙間が変化し、その隙間の変化によって異音を生じるおそれがある。
この異音や圧縮漏れを防止するため、一般に、動弁装置にはラッシュアジャスタが組み込まれ、そのラッシュアジャスタで動弁装置の構成部材間の隙間の変化を吸収する。
このようなラッシュアジャスタとして、上記ダイレクト式動弁装置においては、シリンダヘッドに形成されたガイド孔に上下にスライド可能に挿入されるリフタボディと、そのリフタボディに固定されたナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合する雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、そのアジャストスクリュを前記ナット部材から下方に突出する方向に付勢するリターンスプリングとを有し、前記アジャストスクリュのナット部材からの突出端で動弁装置のバルブステムを押圧するものが知られている(特許文献1)。
また、上記ロッカアーム式動弁装置においては、カムの回転に応じて揺動するアームの下面に開口した収容穴に挿入されるナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合する雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、そのアジャストスクリュを前記ナット部材から下方に突出する方向に付勢するリターンスプリングとを有し、前記アジャストスクリュのナット部材からの突出端で動弁装置のバルブステムを押圧するものが知られている(特許文献2)。
また、上記スイングアーム式動弁装置においては、シリンダヘッドの上面に開口した収容穴に挿入されるナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合する雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、そのアジャストスクリュを前記ナット部材から上方に突出する方向に付勢するリターンスプリングとを有し、前記アジャストスクリュのナット部材からの突出端で動弁装置のアームを揺動可能に支持するものが知られている(特許文献3)。
これらのラッシュアジャスタにおいて、カムの回転によりアジャストスクリュをナット部材に押し込む方向の荷重が負荷されたときは、アジャストスクリュの雄ねじの圧力側フランクが、ナット部材の雌ねじの圧力側フランクで受け止められ、アジャストスクリュの軸方向位置が固定される。
また、動弁装置の熱膨張などによって、アームとバルブステムの相対位置が変化したときは、その位置変化に応じて、アジャストスクリュがナット部材内を回転しながら軸方向に移動し、動弁装置の構成部材間の隙間の変化を吸収する。
ところで、上記ラッシュアジャスタは、長期間の使用によって、アジャストスクリュの雄ねじの圧力側フランクとナット部材の雌ねじの圧力側フランクが摩耗すると、その圧力側フランクの表面が平滑化し、圧力側フランク間の摩擦係数が小さくなる。そのため、カムの回転により押し込み方向の荷重が負荷されたときに、圧力側フランク間の滑りによってアジャストスクリュが押し込み方向に移動し、バルブリフト量が小さくなるおそれがあった。
そこで、長期間の使用による圧力側フランク間の摩擦係数の低下を抑制するため、雄ねじの圧力側フランクと雌ねじの圧力側フランクのうち、一方の圧力側フランクを梨地としたラッシュアジャスタが提案されている(特許文献4)。
このようにすると、梨地の凹凸高さは摩耗量と比較して大きいので、長期間の使用によって、雄ねじの圧力側フランクと雌ねじの圧力側フランクが摩耗したときにも、圧力側フランク間の摩擦係数が低下しにくい。
特開2003−227318号公報 特開2006−132426号公報 特開2005−273510号公報 特開2005−127189号公報
しかし、一方の圧力側フランクを梨地としても、その表面硬度が他方の圧力側フランクの表面硬度と同程度、あるいはそれ以下であれば、梨地の摩耗が進行しやすく、圧力側フランク間の摩擦係数の低下を十分に抑制できない可能性があった。
また、上記の各ラッシュアジャスタは、エンジン設計の自由度を高めるため、軸方向長さを短縮することが求められている。しかし、ラッシュアジャスタの軸方向長さを短縮すると、雄ねじと雌ねじの噛み合い長さが短くなり、その結果、雄ねじと雌ねじの圧力側フランク間に作用する面圧が高くなって、雄ねじと雌ねじの摩耗が進行しやすくなるという問題があった。
そこで、この発明の発明者は、雄ねじと雌ねじの噛み合い長さが短い場合にも、雄ねじと雌ねじの摩耗を抑制することが可能なラッシュアジャスタを検討し、雄ねじと雌ねじの間のバックラッシの大きさが互いに異なる多数のラッシュアジャスタについて実機試験を行なった。
この発明が解決しようとする課題は、長期間使用したときに雄ねじと雌ねじの圧力側フランク間の摩擦係数が低下しにくいラッシュアジャスタを提供すること、およびそのラッシュアジャスタの雄ねじと雌ねじの摩耗を抑制することである。
上記の課題を解決するため、内周に雌ねじを有するナット部材と、前記雌ねじにねじ係合する雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、そのアジャストスクリュを前記ナット部材から突出する方向に付勢するリターンスプリングとを有し、前記アジャストスクリュをナット部材に押し込む方向の軸方向荷重を負荷したときに、その軸方向荷重を前記雄ねじと雌ねじの圧力側フランクで受けるラッシュアジャスタにおいて、前記雄ねじの圧力側フランクと前記雌ねじの圧力側フランクのうちの一方の圧力側フランクを梨地とし、その梨地の表面硬度を他方の圧力側フランクの表面硬度よりも高くしたのである。なお、ここで言う梨地とは、不規則に並んだ凹凸からなる面のことである。
前記リターンスプリングは、前記アジャストスクリュを軸方向に押圧する圧縮コイルばねや、前記アジャストスクリュにナット部材から突出する方向の回転力を付与するねじりばねを採用することができる。リターンスプリングとして圧縮コイルばねを採用する場合は、前記雄ねじと雌ねじを、前記圧力側フランクのフランク角が遊び側フランクのフランク角よりも大きい鋸歯状とすることができる。
前記梨地の表面粗さは、Ra1.6〜12.5の範囲に設定することができる。また、前記梨地は、放電加工やレーザ加工によって形成してもよいが、ショットピーニングにより形成すると、圧力側フランクを硬化させてその耐久性を高めることができる。梨地の圧力側フランクの表面硬度は、例えば、硬質皮膜のコーティングによって他方の圧力側フランクよりも高めることができ、前記硬質皮膜としては、窒化チタン膜や、窒化クロム膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、セラミック膜を採用することができる。また、浸炭窒化処理やWPC処理によっても、梨地の圧力側フランクの表面硬度を他方の圧力側フランクよりも高めることができる。
また、この発明の発明者は、雄ねじと雌ねじの間のバックラッシが互いに異なる多数のラッシュアジャスタについて実機試験を行なった結果、雄ねじと雌ねじの間のバックラッシを0.1〜0.4mmの範囲に設定すると、バックラッシを0.4mmよりも大きくした場合と比較して、雄ねじと雌ねじが極めて摩耗しにくくなることを見出した。
上述した各構成は、例えば、次のラッシュアジャスタに適用することができる。
1)前記ナット部材は、シリンダヘッドに形成されたガイド孔に上下にスライド可能に挿入されるリフタボディに固定され、前記アジャストスクリュは、ナット部材からの突出端で動弁装置のバルブステムを押圧するダイレクト式動弁装置のラッシュアジャスタ。
2)前記ナット部材は、カムの回転に応じて揺動するアームの下面に開口した収容穴に挿入され、前記アジャストスクリュは、ナット部材からの突出端で動弁装置のバルブステムを押圧するロッカアーム式動弁装置のラッシュアジャスタ。
3)前記ナット部材は、シリンダヘッドの上面に開口した収容穴に挿入され、前記アジャストスクリュは、ナット部材からの突出端で動弁装置のアームを揺動可能に支持するスイングアーム式動弁装置のラッシュアジャスタ。
この発明のラッシュアジャスタは、長期間の使用によって、雄ねじの圧力側フランクと雌ねじの圧力側フランクが摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きいので、梨地の圧力側フランクの表面が平滑になりにくく、圧力側フランク間の摩擦係数が低下しにくい。また、梨地の圧力側フランクの表面硬度が他方の圧力側フランクの表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタは、雄ねじの圧力側フランクと雌ねじの圧力側フランクのうちの一方の圧力側フランクが梨地なので、雄ねじと雌ねじの圧力側フランク同士が接近するときに、その圧力側フランク間にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。そのため、潤滑油の粘性が高い低温時においても、アジャストスクリュに負荷される軸方向荷重をナット部材の雌ねじで速やかに受け止めることができる。
さらに、前記硬質皮膜として、窒化チタン膜、窒化クロム膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、セラミック膜のいずれかを採用すると、有機モリブデンを添加したオイルを潤滑油に用いた場合にも、二硫化モリブデンを含む潤滑皮膜が硬質皮膜の表面に形成されにくく、雄ねじと雌ねじの圧力側フランク間で滑りが生じるのをより確実に防止することができる。
また、前記雄ねじと前記雌ねじの間のバックラッシを0.1〜0.4mmの範囲に設定したものは、バックラッシを0.4mmよりも大きくした場合と比較して、雄ねじと雌ねじが極めて摩耗しにくい。そのため、雄ねじと雌ねじの噛み合い長さを短く設定することができ、ラッシュアジャスタの軸方向長さを短縮することが可能である。
図1に、この発明の第1実施形態のラッシュアジャスタ1を組み込んだ動弁装置を示す。この動弁装置は、シリンダヘッド2の吸気ポート3に設けられたバルブ4と、そのバルブ4に接続されたバルブステム5とを有する。バルブステム5は、バルブ4から上方に延びており、バルブステム5の上部外周には環状のスプリングリテーナ6が固定されている。スプリングリテーナ6は、バルブスプリング7によって上方に付勢され、その付勢力によってバルブ4をバルブシート8に着座させている。
ラッシュアジャスタ1は、リフタボディ9と、ナット部材10と、アジャストスクリュ11と、リターンスプリング12とを有する。リフタボディ9は、シリンダヘッド2に形成されたガイド孔13に上下にスライド可能に挿入されている。
リフタボディ9は、筒部9aと、筒部9aの上端を閉塞する端板9bとからなる。リフタボディ9の上方には、カムシャフト14に固定されたカム15が設けられている。カム15は、カムシャフト14が回転すると、ベースサークル15aに対して隆起したカム山部15bが、端板9bの上面を押圧してリフタボディ9を押し下げるようになっている。
ナット部材10は、図2に示すように、端板9bの下面に止め輪16で固定されており、ナット部材10の内周に形成された雌ねじ17が、アジャストスクリュ11の外周に形成された雄ねじ18とねじ係合している。雄ねじ18は、アジャストスクリュ11をナット部材10に押し込む方向の軸方向荷重を負荷したときに圧力を受ける圧力側フランク19のフランク角が、遊び側フランク20のフランク角よりも大きい鋸歯状に形成されている。雌ねじ17も、アジャストスクリュ11をナット部材10に押し込む方向の荷重を負荷したときに圧力を受ける圧力側フランク21のフランク角が、遊び側フランク22のフランク角よりも大きい鋸歯状に形成されている。
アジャストスクリュ11のナット部材10からの突出端は、スペーサ23に接触している。スペーサ23は、止め輪16で固定されたリテーナ24でナット部材10に対して回り止めされ、かつ、リテーナ24に形成された切欠き25の範囲内で上下に移動可能となっている。
リフタボディ9の端板9bには、上下に貫通する通油孔26が形成されており、端板9bの上面に供給された潤滑油が、通油孔26を通ってナット部材10内に導入されるようになっている。ナット部材10内に導入された潤滑油は、雄ねじ18と雌ねじ17を潤滑する。
図3に示すように、アジャストスクリュ11の雄ねじ18はショットピーニングを施した上に硬質皮膜27がコーティングされ、これにより、雄ねじ18の圧力側フランク19は梨地となっており、かつ、その表面硬度が雌ねじ17の圧力側フランク19の表面硬度よりも高められている。ここで、梨地の表面粗さは、Ra1.6〜12.5の範囲に設定すると、梨地の凹凸高さを摩耗量と比較して確実に大きくすることができる。硬質皮膜27としては、窒化チタン(TiN)膜、窒化クロム(CrN)膜、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜、セラミック膜を挙げることができる。
一方、雌ねじ17の圧力側フランク21は、雄ねじ18の圧力側フランク19よりも表面粗さが小さくなるように形成されている。また、図5に示すように、雄ねじ18と雌ねじ17の間にはバックラッシb(軸方向隙間)が設けられており、そのバックラッシbは、0.1〜0.4mmの範囲に設定されている。
図2に示すように、リターンスプリング12は圧縮コイルばねであり、軸方向に圧縮された状態でアジャストスクリュ11とリフタボディ9の端板9bの間に組み込まれている。このリターンスプリング12は、上端が端板9bで支持され、下端がアジャストスクリュ11を軸方向に押圧しており、その押圧によって、アジャストスクリュ11をナット部材10から下方に突出する方向に付勢している。アジャストスクリュ11のナット部材10からの突出端は、図1に示すように、スペーサ23を介してバルブステム5の上端を押圧している。
次に、ラッシュアジャスタ1の動作例を説明する。
エンジンの作動によりカムシャフト14が回転して、カム15のカム山部15bがリフタボディ9の端板9bを押し下げると、バルブ4がバルブシート8から離れて、吸気ポート3を開く。このとき、アジャストスクリュ11に押し込み方向の荷重が負荷されるが、雄ねじ18の圧力側フランク19が雌ねじ17の圧力側フランク21で受け止められるので、アジャストスクリュ11は軸方向位置が固定される。
さらに、カムシャフト14が回転して、カム山部15bが端板9bの位置を過ぎると、バルブスプリング7の付勢力によってバルブステム5が上昇し、バルブ4がバルブシート8に着座して、吸気ポート3を閉じる。
なお、厳密には、カム15のカム山部15bがアームを押し下げるとき、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21との間で微小な滑りが生じるが、カム山部15bが端板9bの位置を通り過ぎてから再び端板9bの位置に来るまでの間、アジャストスクリュ11に負荷される押し込み方向の荷重が解除されるので、リターンスプリング12の付勢力によってアジャストスクリュ11の位置は元に戻る。
また、エンジン作動中に、シリンダヘッド2、バルブステム5など、動弁装置の構成部材間に熱膨張差が生じ、カム15とリフタボディ9の間の距離が大きくなったときは、カム15のカム山部15bがリフタボディ9を押し下げるときのアジャストスクリュ11の押し込み量よりも、更にカム15が回転して押し込み方向の荷重が解除されたときのアジャストスクリュ11の突出量が大きくなる。その結果、カム15が回転するごとに、アジャストスクリュ11が突出方向に徐々に移動するので、カム15のベースサークル15aとリフタボディ9の端板9bの間に隙間が生じない。
反対に、バルブ4とバルブシート8の接触面が摩耗したときは、カム15のベースサークル15aがリフタボディ9の端板9bの位置にあるときにも、バルブスプリング7の付勢力がアジャストスクリュ11に作用するため、カム15のカム山部15bがリフタボディ9を押し下げるときのアジャストスクリュ11の押し込み量よりも、更にカム15が回転して押し込み方向の荷重が解除されたときのアジャストスクリュ11の突出量が小さくなる。その結果、カム15が回転するごとに、アジャストスクリュ11が押し込み方向に徐々に移動し、バルブステム5が上昇するので、バルブ4とバルブシート8の接触面間に隙間が生じない。
このラッシュアジャスタ1は、長期間の使用によって、雄ねじ18の圧力側フランク19が摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きいので、雄ねじ18の圧力側フランク19の表面が平滑になりにくく、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21間の摩擦係数が低下しにくい。そのため、カム15の回転によりアジャストスクリュ11に押し込み方向の荷重が負荷されたときに、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21間で過大な滑りが生じるのを防止することができる。
また、このラッシュアジャスタ1は、梨地とした雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度が、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク19,21間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタ1は、雄ねじ18の圧力側フランク19が梨地なので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21同士が接近するときに、その圧力側フランク19,21間にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。そのため、潤滑油の粘性が高い低温時においても、アジャストスクリュ11に負荷される軸方向荷重をナット部材10の雌ねじ17で速やかに受け止めることができる。
また、このラッシュアジャスタ1は、硬質皮膜27として、窒化チタン膜や、窒化クロム膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、セラミック膜を採用すると、モリブデンジチオカーバメイト(MoDTC)やモリブデンジチオフォスフェート(MoDTP)を添加したオイル(いわゆるFMオイル)を潤滑油に用いた場合にも、二硫化モリブデン(MoS)を含む潤滑皮膜が硬質皮膜27の表面に形成されにくく、雄ねじ18の圧力側フランク19と雌ねじ17の圧力側フランク21の間で滑りが生じるのをより確実に防止することができる。
また、このラッシュアジャスタ1は、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシbが0.4mm以下の大きさなので、バックラッシbを0.4mmよりも大きくしたものと比較して、雄ねじ18と雌ねじ17が極めて摩耗しにくい。そのため、雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さを短く設定することができ、ラッシュアジャスタ1の軸方向長さを抑えることが可能である。
また、このラッシュアジャスタ1は、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシbが0.1mm以上の大きさなので、バックラッシbを0.1mmよりも小さくしたものと比較して、押し込み方向の荷重が解除されたときのアジャストスクリュ11の回転が円滑であり、安定した性能を発揮可能である。
上記実施形態では、雄ねじ18に硬質皮膜27をコーティングすることにより、雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度を、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高めているが、雄ねじ18に浸炭窒化処理を施すことにより、雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度を高めてもよい。
また、アジャストスクリュ11の雄ねじ18にWPC処理を施すことにより、雄ねじ18の圧力側フランク19を梨地としてもよい。ここで、WPC処理は、雄ねじ18の表面温度をA3変態点以上に上昇させるショットピーニングであり、例えば、20〜200μmのショットを雄ねじ18の表面に向けて50m/分以上の速度で噴射する処理である。この処理により、雄ねじ18の表面の残留オーステナイトのマルテンサイト化や、雄ねじ18の表面組織の再結晶・微細化が行なわれるので、雄ねじ18の表面硬度を、雌ねじ17の圧力側フランク21よりも高めることができる。
雄ねじ18は、図3に示すように、その表面全体にショットピーニングを施した上に硬質皮膜27をコーティングすることができる。このようにすると、雄ねじ18の遊び側フランク20も梨地となり、その梨地の表面硬度が雌ねじ17の遊び側フランク22の表面硬度よりも高くなるので、長期間の使用によって、雄ねじ18の遊び側フランク20が摩耗したときにも、雄ねじ18と雌ねじ17の遊び側フランク20,22間の摩擦係数を維持することができる。
なお、上記梨地は、放電加工やレーザ加工によっても形成することができるが、上記実施形態で示すようにショットピーニングで形成すると、圧力側フランク19を硬化させてその耐久性を高めることができる。
上記実施形態では、雄ねじ18の圧力側フランク19と雌ねじ17の圧力側フランク21のうち、雄ねじ18の圧力側フランク19を梨地とし、その梨地の表面硬度を雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高くしたが、図4に示すように、ショットピーニングを雌ねじ17に施すことで、雌ねじ17の圧力側フランク21を梨地とし、かつ、その表面硬度を雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度よりも高くしてもよい。この場合も、雌ねじ17は、その表面全体にショットピーニングを施した上に硬質皮膜27をコーティングすることができる。これにより、長期間の使用によって、雌ねじ17の遊び側フランク22が摩耗したときにも、雄ねじ18と雌ねじ17の遊び側フランク20,22間の摩擦係数を維持することができる。
図6に、この発明の第2実施形態のラッシュアジャスタ31を組み込んだ動弁装置を示す。以下、第1実施形態と対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
この動弁装置は、中央部を支点軸32で揺動可能に支持されたアーム33を有する。アーム33の一方の端部にはローラ34が取り付けられ、他方の端部にはラッシュアジャスタ31が組み込まれている。ローラ34には、カムシャフト14に固定されたカム15が接触しており、カムシャフト14が回転するとアーム33が揺動するようになっている。
ラッシュアジャスタ31は、ナット部材35と、アジャストスクリュ36と、リターンスプリング37とを有する。ナット部材35は、アーム33を上下に貫通する収容穴38に挿入されており、ナット部材35の内周に形成された雌ねじ17が、アジャストスクリュ36の外周に形成された雄ねじ18とねじ係合している。
雄ねじ18の圧力側フランク19は、第1実施形態と同様、ショットピーニングによって梨地となっており、その梨地の表面硬度は、硬質皮膜27を雄ねじ18にコーティングすることによって、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高められている。また、雄ねじ18と雌ねじ17の間にはバックラッシbが設けられており(図7参照)、そのバックラッシbは、0.1〜0.4mmの範囲に設定されている。
ナット部材35の上端は、アーム33の上面から突出しており、その突出部分に有底筒状のキャップ39が、締め代をもって嵌め合わせて固定されている。キャップ39は、収容穴38の上縁に係止して、ナット部材35が収容穴38から下方に脱落するのを防止する。また、キャップ39には、上下に貫通する通油孔40が形成されており、アーム33の上面に供給された潤滑油が、通油孔40を通ってナット部材35内に導入されるようになっている。
一方、ナット部材35の下端には、アーム33の下面に当接するフランジ41が形成されており、そのフランジ41で、ナット部材35に作用する上向きの力を受け止めるようになっている。
リターンスプリング37は圧縮コイルばねであり、軸方向に圧縮された状態でキャップ39とアジャストスクリュ36の間に組み込まれている。このリターンスプリング37は、上端がキャップ39で支持され、下端がアジャストスクリュ36を軸方向に押圧しており、その押圧によって、アジャストスクリュ36をナット部材35から下方に突出する方向に付勢している。アジャストスクリュ36のナット部材35からの突出端は、バルブステム5の上端を押圧している。
このラッシュアジャスタ31は、第1実施形態と同様、雄ねじ18の圧力側フランク19が摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きく、雄ねじ18の圧力側フランク19の表面が平滑になりにくいので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21間の摩擦係数が低下しにくい。また、梨地とした雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度が、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク19,21間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタ31は、雄ねじ18の圧力側フランク19が梨地となっているので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21同士が接近するときに、その圧力側フランク19,21間にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。
また、このラッシュアジャスタ31は、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシbが0.4mm以下の大きさなので、バックラッシbを0.4mmよりも大きくしたものと比較して、雄ねじ18と雌ねじ17が極めて摩耗しにくい。そのため、雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さを短く設定することができ、ラッシュアジャスタ31の軸方向長さを抑えることが可能である。
また、このラッシュアジャスタ31は、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシbが0.1mm以上の大きさなので、バックラッシbを0.1mmよりも小さくしたものと比較して、押し込み方向の荷重が解除されたときのアジャストスクリュ36の回転が円滑であり、安定した性能を発揮可能である。
図8に、この発明の第3実施形態のラッシュアジャスタ51を組み込んだ動弁装置を示す。以下、第1実施形態と対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
この動弁装置は、一方の端部をラッシュアジャスタ51で揺動可能に支持され、他方の端部がバルブステム5の上端に接触するアーム52を有する。アーム52の上方には、カムシャフト14に固定されたカム15が設けられており、カムシャフト14が回転すると、ラッシュアジャスタ51を支点としてアーム52が揺動するようになっている。
ラッシュアジャスタ51は、ナット部材53と、アジャストスクリュ54と、リターンスプリング55とを有する。ナット部材53は、シリンダヘッド2の上面に開口した収容穴56に挿入されており、ナット部材53の内周に形成された雌ねじ17が、アジャストスクリュ54の外周に形成された雄ねじ18とねじ係合している。
雄ねじ18の圧力側フランク19は、第1実施形態と同様、ショットピーニングによって梨地となっており、その梨地の表面硬度は、硬質皮膜27を雄ねじ18にコーティングすることによって、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高められている。また、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシは、0.1〜0.4mmの範囲に設定されている。
ナット部材53の下端には、底部材57が固定されている。リターンスプリング55は圧縮コイルばねであり、軸方向に圧縮された状態でアジャストスクリュ54と底部材57の間に組み込まれている。このリターンスプリング55は、下端が底部材57で支持され、上端がスプリングシート58を介してアジャストスクリュ54を軸方向に押圧しており、その押圧によって、アジャストスクリュ54をナット部材53から上方に突出する方向に付勢している。アジャストスクリュ54のナット部材53からの突出端は、アーム52の下面に形成された凹部59に嵌合してアーム52を揺動可能に支持している。
このラッシュアジャスタ51は、第1実施形態と同様、雄ねじ18の圧力側フランク19が摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きく、雄ねじ18の圧力側フランク19の表面が平滑になりにくいので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21間の摩擦係数が低下しにくい。また、梨地とした雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度が、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク19,21間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタ51は、雄ねじ18の圧力側フランク19が梨地となっているので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21同士が接近するときに、その圧力側フランク19,21にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。
また、このラッシュアジャスタ51は、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシが0.4mm以下の大きさなので、バックラッシを0.4mmよりも大きくしたものと比較して、雄ねじ18と雌ねじ17が極めて摩耗しにくい。そのため、雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さを短く設定することができ、ラッシュアジャスタ51の軸方向長さを抑えることが可能である。
また、このラッシュアジャスタ51は、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシが0.1mm以上の大きさなので、バックラッシを0.1mmよりも小さくしたものと比較して、押し込み方向の荷重が解除されたときのアジャストスクリュ54の回転が円滑であり、安定した性能を発揮可能である。
このラッシュアジャスタ51の雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシを0.4mm以下の大きさにすると、雄ねじ18と雌ねじ17の摩耗が抑制されることを確認するため、次の1)〜3)の各タイプのラッシュアジャスタ51について、雄ねじ18と雌ねじ17の間のバックラッシの大きさが互いに異なる多数のサンプルを準備し、その各サンプルを実際のエンジンに組み込んで耐久試験を行ない、耐久前のバックラッシと耐久後のバックラッシの関係を調べた。
1)雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さが従来と同等のラッシュアジャスタ51
2)雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さが従来の1/2のラッシュアジャスタ51
3)雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さが従来の1/3のラッシュアジャスタ51
試験条件は、次の通りである。
エンジン回転数:6000rpm
エンジン排気量:1500cc
エンジンオイル:0W−20(SAE粘度)
耐久時間 :500時間
その結果、図9に示すように、ねじの噛み合い長さが従来と同等のサンプルについては、初期バックラッシの大きさにかかわらず、耐久試験によるバックラッシの増加が小さいが、図10、図11に示すように、ねじの噛み合い長さが従来の1/2のサンプル、1/3のサンプルについては、初期バックラッシを0.4mm以下の大きさとすると、初期バックラッシを0.4mmよりも大きくした場合と比較して、バックラッシの増加が極めて小さくなることを確認することができた。
よって、ラッシュアジャスタ51の軸方向長さを短縮するために、雄ねじ18と雌ねじ17の噛み合い長さを従来よりも短くした場合にも、初期バックラッシを0.4mm以下の大きさとすることにより、雄ねじ18と雌ねじ17の摩耗を極めて効果的に抑制可能であることが分かる。
なお、初期バックラッシが0.4mm以下の大きさの各サンプルについて、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21間に作用する最大面圧を計測したところ、ねじの噛み合い長さが従来と同等のサンプルでは10MPa、ねじの噛み合い長さが従来の1/2のサンプルでは20MPa、ねじの噛み合い長さが従来の1/3のサンプルでは30MPaであった。
図12、図13に、この発明の第4実施形態のラッシュアジャスタ71を組み込んだ動弁装置を示す。以下、第1実施形態と対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
アジャストスクリュ11は、ナット部材10の内周に形成された雌ねじ72にねじ係合する雄ねじ73を外周に有する。ここで、雄ねじ73と雌ねじ72は、上下対称の台形ねじであり、アジャストスクリュ11をナット部材10に押し込む方向の軸方向荷重を負荷したときに、その軸方向荷重を雄ねじ73と雌ねじ72の圧力側フランク74,75で受けるようになっている。
雄ねじ73の圧力側フランク74は、第1実施形態と同様、ショットピーニングによって、表面粗さがRa1.6〜12.5の梨地となっており、その梨地の表面硬度は、硬質皮膜を雄ねじ73にコーティングすることによって、雌ねじ72の圧力側フランク75の表面硬度よりも高められている。また、雄ねじ73と雌ねじ72の間にはバックラッシが設けられており、そのバックラッシは、0.1〜0.4mmの範囲に設定されている。
アジャストスクリュ11とリフタボディ9の端板9bの間には、ねじりコイルばね76が組み込まれている。ねじりコイルばね76は、その上端が、ナット部材10の上面に形成された係止溝77に差し込んで回り止めされ、下端が、アジャストスクリュ11に形成された係止孔78に係止しており、そのねじり変形によって、ナット部材10から下方に突出する方向の回転力をアジャストスクリュ11に付与している。アジャストスクリュ11のナット部材10からの突出端は、スペーサ23を介してバルブステム5の上端を押圧している。
このラッシュアジャスタ71は、雄ねじ73の圧力側フランクが摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きく、雄ねじ73の圧力側フランクの表面が平滑になりにくいので、雄ねじ73と雌ねじ72の圧力側フランク74,75間の摩擦係数が低下しにくい。また、梨地とした雄ねじ73の圧力側フランク74の表面硬度が、雌ねじ72の圧力側フランク75の表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク74,75間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタ71は、雄ねじ73の圧力側フランクが梨地となっているので、雄ねじ73と雌ねじ72の圧力側フランク74,75同士が接近するときに、その圧力側フランク74,75間にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。
この実施形態では、アジャストスクリュ11にナット部材10から突出する方向の回転力を付与するねじりばねとして、ねじりコイルばね76を採用しているが、ねじりコイルばね76に換えてぜんまいばねを採用してもよい。
図14,15に、この発明の第5実施形態のラッシュアジャスタ91を組み込んだ動弁装置を示す。以下、第2実施形態と対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
ナット部材35は、アーム33の下面に開口した収容穴92に挿入されており、その内周に形成された雌ねじ93が、アジャストスクリュ36の外周に形成された雄ねじ94とねじ係合している。雄ねじ94と雌ねじ93は、上下対称の三角ねじであり、アジャストスクリュ36をナット部材35に押し込む方向の軸方向荷重を負荷したときに、その軸方向荷重を雄ねじ94と雌ねじ93の圧力側フランク95,96で受けるようになっている。
雄ねじ94の圧力側フランク95は、第2実施形態と同様、ショットピーニングによって、表面粗さがRa1.6〜12.5の梨地となっており、その梨地の表面硬度は、硬質皮膜を雄ねじ94にコーティングすることによって、雌ねじ93の圧力側フランクの表面硬度よりも高められている。また、雄ねじ94と雌ねじ93の間にはバックラッシが設けられており、そのバックラッシは、0.1〜0.4mmの範囲に設定されている。
アジャストスクリュ36と収容穴92の内底面の間には、ねじりコイルばね97が組み込まれている。ねじりコイルばね97は、その上端が、収容穴92の内底面に形成された貫通孔98に差し込んで回り止めされ、下端が、アジャストスクリュ36に形成された係止孔99に係止しており、そのねじり変形によって、ナット部材35から下方に突出する方向の回転力をアジャストスクリュ36に付与している。アジャストスクリュ36のナット部材35からの突出端は、バルブステム5の上端を押圧している。
また、アーム33の上面にはねかけられたエンジン油は、貫通孔98を通って収容穴92内に導入され、雄ねじ94と雌ねじ93の間を潤滑する。
このラッシュアジャスタ91は、雄ねじ94の圧力側フランク95が摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きく、雄ねじ94の圧力側フランク95の表面が平滑になりにくいので、雄ねじ94と雌ねじ93の圧力側フランク95,96間の摩擦係数が低下しにくい。また、梨地とした雄ねじ94の圧力側フランク95の表面硬度が、雌ねじ93の圧力側フランク96の表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク95,96間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタ91は、雄ねじ94の圧力側フランク95が梨地となっているので、雄ねじ94と雌ねじ93の圧力側フランク95,96同士が接近するときに、その圧力側フランク95,96間にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。
この実施形態では、アジャストスクリュ36にナット部材35から突出する方向の回転力を付与するねじりばねとして、ねじりコイルばね97を採用しているが、ねじりコイルばね97に換えてぜんまいばねを採用してもよい。
図16、図17に、この発明の第6実施形態のラッシュアジャスタ111を組み込んだ動弁装置を示す。以下、第3実施形態と対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
ナット部材53は、下部内周に雌ねじ17を有する。アジャストスクリュ54は、ナット部材53の雌ねじ17にねじ係合する雄ねじ18を外周に有する雄ねじ部材54Aと、ナット部材53内に軸方向にスライド可能に嵌め込まれたピボット部材54Bとからなる。ピボット部材54Bと雄ねじ部材54Aの間には皿ばね112が組み込まれており、その皿ばね112を介して、ピボット部材54Bのナット部材53への挿入端が雄ねじ部材54Aで支持されている。
皿ばね112は、エンジンが冷却して動弁装置の構成部材間に収縮差が生じたときに圧縮して、構成部材間の収縮差を吸収する。そのため、エンジンの再始動時に、動弁装置の構成部材間の収縮差による隙間がバルブ4とバルブシート8の間に生じず、圧縮漏れが生じない。
図3に示すように、雄ねじ18はショットピーニングを施した上に硬質皮膜がコーティングされ、これにより、雄ねじ18の圧力側フランク19は梨地となっており、その梨地の表面粗さがRa1.6〜12.5の範囲となっている。梨地の表面硬度は、硬質皮膜を雄ねじ18にコーティングすることによって、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高められている。
雄ねじ部材54Aとナット部材53の底部113の間には、図17に示すように、ねじりコイルばね114が組み込まれている。ねじりコイルばね114は、その下端が、ナット部材53の底部114に形成された貫通孔115に差し込んで回り止めされ、上端が、雄ねじ部材54Aに形成された係止孔116に係止しており、そのねじり変形によって、ピボット部材54Bがナット部材53から突出する方向の回転力を雄ねじ部材54Aに付与している。
ピボット部材54Bは、図16に示すように、ナット部材53からの突出端117が半球状に形成されており、その突出端117が、アーム52の端部下面に形成された凹部59に嵌合してアーム52を揺動可能に支持している。
収容穴56の内底面には、貫通孔115と連通する排油孔118が形成されている。そのため、ナット部材53の上端面から雄ねじ18と雌ねじ17の隙間を通ってナット部材53内に流れ込んだエンジン油は、貫通孔115と排油孔118とを順に通ってナット部材53から排出される。
このラッシュアジャスタ111は、雄ねじ18の圧力側フランクが摩耗したときにも、その摩耗量と比較して梨地の凹凸高さが大きく、雄ねじ18の圧力側フランク19の表面が平滑になりにくいので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21間の摩擦係数が低下しにくい。また、梨地とした雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度が、雌ねじ17の圧力側フランク21の表面硬度よりも高いので、梨地の摩耗が進行しにくく、圧力側フランク19,21間の摩擦係数の低下を効果的に抑制することができる。
また、このラッシュアジャスタは、雄ねじ18の圧力側フランク19が梨地となっているので、雄ねじ18と雌ねじ17の圧力側フランク19,21同士が接近するときに、その圧力側フランク19,21間にスクイズ効果による油膜が形成されにくい。
この実施形態では、雄ねじ18の圧力側フランク19と雌ねじ17の圧力側フランク21のうち、雄ねじ18の圧力側フランク19を梨地としたが、図4に示すように、ショットピーニングを雌ねじ17に施すことで、雌ねじ17の圧力側フランク21を梨地とし、かつ、その表面硬度を雄ねじ18の圧力側フランク19の表面硬度よりも高くしてもよい。この場合も、雌ねじ17は、その表面のうちの圧力側フランク21のみにショットピーニングを施してもよく、その表面全体にショットピーニングを施してもよい。
この実施形態では、アジャストスクリュ54にナット部材53から突出する方向の回転力を付与するねじりばねとして、ねじりコイルばねを採用しているが、ねじりコイルばねに換えてぜんまいばねを採用してもよい。
この発明の第1実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁装置を示す正面図 図1に示すラッシュアジャスタの拡大断面図 図2に示すアジャストスクリュの表面近傍の拡大断面図 図3に示す硬質皮膜をナット部材の雌ねじにコーティングした変形例を示す拡大断面図 図1に示すラッシュアジャスタの雄ねじと雌ねじの間のバックラッシを示す拡大断面図 この発明の第2実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁装置を示す正面図 図6に示すラッシュアジャスタの雄ねじと雌ねじの間のバックラッシを示す拡大断面図 この発明の第3実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁装置を示す正面図 ねじの噛み合い長さが従来と同等のサンプルについて、耐久前後のバックラッシの関係を示す図 ねじの噛み合い長さが従来の1/2のサンプルについて、耐久前後のバックラッシの関係を示す図 ねじの噛み合い長さが従来の1/3のサンプルについて、耐久前後のバックラッシの関係を示す図 この発明の第4実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁装置を示す正面図 図12に示すラッシュアジャスタの拡大断面図 この発明の第5実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁装置を示す正面図 図14に示すラッシュアジャスタの拡大断面図 この発明の第6実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁装置を示す正面図 図16に示すラッシュアジャスタの拡大断面図
符号の説明
1 ラッシュアジャスタ
2 シリンダヘッド
5 バルブステム
9 リフタボディ
10 ナット部材
11 アジャストスクリュ
12 リターンスプリング
13 ガイド孔
15 カム
17 雌ねじ
18 雄ねじ
19 圧力側フランク
20 遊び側フランク
21 圧力側フランク
22 遊び側フランク
27 硬質皮膜
31 ラッシュアジャスタ
33 アーム
35 ナット部材
36 アジャストスクリュ
37 リターンスプリング
38 収容穴
51 ラッシュアジャスタ
52 アーム
53 ナット部材
54 アジャストスクリュ
55 リターンスプリング
56 収容穴
76 ねじりコイルばね
b バックラッシ

Claims (13)

  1. 内周に雌ねじ(17)を有するナット部材(10)と、前記雌ねじ(17)にねじ係合する雄ねじ(18)を外周に有するアジャストスクリュ(11)と、そのアジャストスクリュ(11)を前記ナット部材(10)から突出する方向に付勢するリターンスプリング(12)とを有し、前記アジャストスクリュ(11)をナット部材(10)に押し込む方向の軸方向荷重を負荷したときに、その軸方向荷重を前記雄ねじ(18)と雌ねじ(17)の圧力側フランク(19,21)で受けるラッシュアジャスタ(1)において、前記雄ねじ(18)の圧力側フランク(19)と前記雌ねじ(17)の圧力側フランク(21)のうちの一方を梨地とし、その梨地の表面硬度を他方の圧力側フランク(19,21)の表面硬度よりも高くしたことを特徴とするラッシュアジャスタ。
  2. 前記リターンスプリング(12)は、前記アジャストスクリュ(11)を軸方向に押圧する圧縮コイルばねであり、前記雄ねじ(18)と雌ねじ(17)は、前記圧力側フランク(19,21)のフランク角が遊び側フランク(20,22)のフランク角よりも大きい鋸歯状である請求項1に記載のラッシュアジャスタ。
  3. 前記リターンスプリングは、前記アジャストスクリュ(11)にナット部材(10)から突出する方向の回転力を付与するねじりばね(76)である請求項1に記載のラッシュアジャスタ。
  4. 前記梨地の表面粗さをRa1.6〜12.5の範囲に設定した請求項1から3のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  5. 前記梨地をショットピーニングにより形成した請求項1から4のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  6. 硬質皮膜(27)のコーティングによって、梨地の圧力側フランク(19)の表面硬度を他方の圧力側フランク(21)よりも高めた請求項1から5のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  7. 前記硬質皮膜(27)が、窒化チタン膜、窒化クロム膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、セラミック膜のいずれかである請求項6に記載のラッシュアジャスタ。
  8. 浸炭窒化処理によって、梨地の圧力側フランク(19)の表面硬度を他方の圧力側フランク(21)よりも高めた請求項1から5のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  9. WPC処理によって、梨地の圧力側フランク(19)の表面硬度を他方の圧力側フランク(21)よりも高めた請求項1から5のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  10. 前記雄ねじ(18)と前記雌ねじ(17)の間のバックラッシ(b)を0.1〜0.4mmの範囲に設定した請求項1から9のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  11. 前記ナット部材(10)は、シリンダヘッド(2)に形成されたガイド孔(13)に上下にスライド可能に挿入されるリフタボディ(9)に固定され、前記アジャストスクリュ(11)は、ナット部材(10)からの突出端で動弁装置のバルブステム(5)を押圧する請求項1から10のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  12. 前記ナット部材(35)は、カム(15)の回転に応じて揺動するアーム(33)の下面に開口した収容穴(38)に挿入され、前記アジャストスクリュ(36)は、ナット部材(35)からの突出端で動弁装置のバルブステム(5)を押圧する請求項1から10のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
  13. 前記ナット部材(53)は、シリンダヘッド(2)の上面に開口した収容穴(56)に挿入され、前記アジャストスクリュ(54)は、ナット部材(53)からの突出端で動弁装置のアーム(52)を揺動可能に支持する請求項1から10のいずれかに記載のラッシュアジャスタ。
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