JP2536244Y2 - 内熱機関の動弁機構を構成する摺動部品 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、主に内燃機関の動弁機構を構成するロッ
カーアーム、プッシュロッド、タペット、バルブブリッ
ジ等に好適に用いられる摺動部品に関する。

［従来の技術］ 近年、内燃機関は、高性能化やメインテナンスフリー
化およびEGR（排気再循環装置）の採用に伴い、潤滑条
件が厳しくなる一方で高回転域での耐摩耗性を要求され
る。この要求に答え、内燃機関の動弁機構を構成する摺
動部品には、摺動部に耐摩耗性に優れたセラミックチッ
プを使用する提案が種々なされている。例えば、摺動部
品がロッカーアームの場合、（Ａ）ロッカーアーム主体
部材を鉄材から構成し、この主体部材に対してカムシャ
フトに当接する摺動部にセラミックチップを銀ろう付け
によって固着してなるもの、または、（Ｂ）ロッカーア
ーム主体部材をアルミニウムから構成し、ロッカーアー
ムをダイキャストする時に同時に摺動部材のセラミック
チップを鋳ぐるんでしまうものなどがあり、セラミック
チップを導入することによって耐摩耗性の向上を行って
いる。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の従来例において、ロッカーアー
ム主体部材が鉄材から構成される従来例（Ａ）の場合、
銀ろう付けに際して熱容量の大部分を占めるロッカーア
ーム主体部材全体を昇温せねばならず、炉内占有体積お
よび消費電力が大きく、生産効率が悪かった。また、銀
ろう付けに際して主体部材が焼鈍されて硬度低下を招く
ことのないように特殊な鋼材および特殊な接合技術を要
していた。

また、ロッカーアーム主体部材がアルミニウムから構
成される従来例（Ｂ）の場合、セラミックチップとアル
ミニウム製主体部材との熱膨脹差により使用時にセラミ
ックチップが抜けることがないように、セラミックチッ
プの形状を著しく複雑なものとしなければならず、成形
上のコストが上昇し、またアルミニウムからロッカーア
ーム主体部材をダイキャスト製法によって形成しようと
する時に、この複雑な形状を有するセラミックチップに
対して過大な応力がかかることから、破損を招きやすい
欠点がある。

本考案は、上記の従来例の欠点を改善するものであ
り、その目的は、（あ）摺動部材に耐摩耗性に優れたセ
ラミックチップを用いることにより、高回転域における
耐摩耗性を向上させ、内燃機関の高回転化に対応でき、
（い）摺動部材のセラミックチップの形状を簡単なもの
とすることにより、セラミックチップ成形上の製造コス
トを低くし、（う）主体部材と、セラミックチップと
を、特殊な鋼材および特殊な接合技術を要しない簡単な
接合構造にし、強固に接合することにより、耐久性に優
れるとともに生産効率が向上し、（え）主体部材を軽量
化することによって、慣性重量を小さくし、内燃機関の
高回転化に対応できる摺動部品の提供にある。

［課題を解決するための手段］ その手段は、摺動面を形成するセラミックチップと、
表面に該セラミックチップの一面の全体がろう付けさ
れ、裏面に突出部を有する、中央断面が略Ｔ字形の金属
製の接合部材と、該接合部材の突出部が嵌込まれ固着さ
れた嵌合孔を摺動側面に設けてなる金属製の主体部材と
からなることを特徴とする内燃機関の動弁機構を構成す
る摺動部品である。

また、前記内燃機関の動弁機構を構成する摺動部品
は、前記セラミックチップあるいは前記接合部材のう
ち、少なくとも一方の側面を平面状とし、前記主体部材
の前記摺動側面に、該平面状の側面に対応する段付き部
を突設し、前記側面を前記段付き部に当接させてなるこ
とが好ましい。

また、前記内燃機関の動弁機構を構成する摺動部品
は、前記主体部材が、アルミニウム製またはアルミニウ
ム合金製であることが好ましい。

［作用および考案の効果］ 本考案の内燃機関の動弁機構を構成する摺動部品は、
上記（１）の構成を有するので、 （作用）摺動面を形成するセラミックチップ（摺動部
材）が耐摩耗性に優れているので、 （効果ａ）耐久性が向上し、内燃機関の高回転化に対応
でき、 （作用）予めセラミックチップと接合部材とをろう付け
で接合しておけば、接合部材と主体部材との接合は嵌め
合わせであるから、 （効果ｂ）主体部材が鋼材の場合でも、主体部材が焼鈍
されて硬度低下を招くことはないので、特殊な鋼材およ
び特殊な接合技術を要せず、各種鋼材、アルミニウムあ
るいはアルミニウム合金等主体部材に用いる材料の選択
の自由度が大幅に増加し、軽量でありかつ剛性に優れた
摺動部品を効率良く生産でき、 （効果ｃ）接合工程でセラミックチップに過大な応力が
かからないので、接合工程でのセラミックチップの破損
を防止でき、 （作用）セラミックチップと接合部材との接合面は、平
面でも良いからセラミックチップの形状を単純化できる
ので、 （効果ｄ）セラミックチップの成形上の製造コストを安
くでき、接合工程での破損を防止できる。

また、上記（２）の構成を有するので、 （作用）主体部材の段付き部により接合部材あるいはセ
ラミックチップが側面から支持されるので、 （効果ｅ）使用中の振動による揺動を防ぎ、嵌合部の回
り止めになり、 （効果ｆ）接合部に側面からの荷重が加わる摺動部品に
適用すれば、接合部に発生する接合面方向の剪断応力が
緩和され、耐久性が向上する。

また、上記（３）の構成を有するので、 （作用）慣性重量が小さいので、 （効果ｇ）内燃機関の高回転化に対応できる。

以上の効果を奏する。

［実施例１］ 次に、本考案にかかる摺動部品を第１図〜第３図に示
す第１実施例（ロッカーアーム）に基づき説明する。

ロッカーアーム100は、頭上カム軸式（OHC）動弁機構
を構成する摺動部品であり、揺動運動をして、カム５の
揚程を弁（バルブ）６の揚程に変換する部品である。

ロッカーアーム100は、アルミニウム製の主体部材１
と、摺動面を形成するセラミックチップ（摺動部材）２
と、両者を接合する金属製の接合部材３とからなる。

ロッカーアーム100は、前記主体部材１の中央部に設
けた軸穴11で回転自在に支持される。またロッカーアー
ム100は、一端ではセラミックチップ２が相手側摺動部
品（この場合はカム）５に当接し、他端では穴12に嵌込
まれたラッシュアジャスター８（空隙の調整機能を担
う）を介して、バルブ６を付勢している。

前記主体部材１は、一端面（摺動側面）13に嵌合孔14
が設けられている。該摺動側面13の一端には、段付き部
15が突設されている。

前記セラミックチップ２は、表面がカム５に当接する
曲面21に、裏面が平面22に形成された、方形板状を呈す
る。

前記嵌合部材３は、方形平板31の裏面に突出部32が設
けられてなり、該突出部32には、ローレット33が形成さ
れている。

本考案の要旨である主体部材１とセラミックチップ２
の接合構造と接合工程を説明する。

ロッカーアーム100の接合工程は、まず接合部材３と
セラミックチップ２が、前記方形平板31の表面と前記平
面22でろう付け（銀ろう）４により接合される。次に、
接合体７と主体部材１は、前記ローレット33が形成され
た突出部32を前記嵌合孔14に嵌込ませ固着することによ
って接合される。また接合体７の一方の側面71が、前記
段付き部15に当接されている。

（第１実施例の作用および効果） 第１実施例において、セラミックチップ２自体は、一
端接合部材３を介して主体部材１に接合されるものであ
り、セラミックチップ２と接合部材３の接合体７を主体
部材１に接合する時には、突出部32と嵌合孔14との嵌込
みを利用して容易に行える。また仮に嵌込み時に、過大
な力がかかっても直接セラミックチップ２への影響がな
くなり、製造時における破損を十分に防止することがで
きる。

接合体７の少なくとも一方の側面71を平面とし、平面
状の該側面71をロッカーアーム主体部材１の摺動側面13
の一端に突設された段付き部15に当接させることによっ
て、使用中の振動による揺動を防ぎ、嵌合部の回り止め
になり、上記第１実施例の様に接合部に側面からの荷重
が加わる摺動部品に適用すれば、接合部の接合面方向の
剪断応力が緩和され、耐久性が向上する。

（耐久試験） 次に上記第一実施例の摺動部品（ロッカーアーム）10
0の製造工程および要部の詳細な寸法と、内燃機関組付
けによる耐久試験の結果を記す。

（製造工程および寸法） 上記ロッカーアーム100のセラミックチップ２は、Si₃
N₄90wt％に対して焼結助剤10wt％を添加した原料粉末
に、成形バインダを加えたものを金型プレスによって成
形した後、窒素雰囲気下で焼結させ、縦15mm×横18mm×
厚さ13mmのSi₃N₄チップを作り、裏面を接合面とするた
め研磨加工を施したものである。

接合部材３は、JIS SNCM630なる鋼材を用いて、鍛造
加工を施し、縦15mm×横18mm×厚さ2mmに径7mm×高さ10
mmの突出部32を設けてなるものである。

セラミックチップ２と接合部材３は、In-Cu-Ag-Ti系
の活性の高い銀ろうによって、真空中、15分間、790℃
で保持し接合されるものである。

接合体７は、主体部材１に嵌合代60μｍで圧入固定し
たものである。

（耐久試験） この第１実施例の摺動部品（ロッカーアーム）100
を、４気筒のLPGエンジンに組込み、6,000rpm（全負
荷）×200Hrに及ぶ耐久試験を実施したところ、何等異
常が認められなかった。

［実施例２］ 次に、第４図に摺動部品（ロッカーアーム、プッシュ
ロッド、タペット、バルブブリッジ等）により構成され
る内燃機関（大型ディーゼルエンジン）の頭上弁式（OH
V）動弁機構Ａを示すとともに、該動弁機構Ａを構成す
る第２実施例の摺動部品であるロッカーアーム200を第
５図および第６図に基づき説明する。

なお、本実施例において、第１実施例と同等の構成を
有する同等物は同一符号で表す。

ロッカーアーム200は、アルミニウム製の主体部材１
と、摺動部材のセラミックチップ（Si₃N₄製）２と、両
者を接合するSNCM630鋼製の接合部材３とからなる。

ロッカーアーム200は、まず接合部材３とセラミック
チップ２をろう付け（In-Cu-Ag-Ti系活性ろう）４で接
合した後、接合部材３のローレット33が形成された突出
部32を、主体部材１の嵌合孔14に圧入して、造られる。

ロッカーアーム200は、前記主体部材１の中央部に設
けた軸穴11で回転自在に支持され、また、一端ではセラ
ミックチップ２が相手側摺動部品（この場合はバルブブ
リッジ）500のセラミックチップ2Dに当接し、他端では
穴12Aに嵌込まれた受け金具5Aを介して、プッシュロッ
ド300の後端のキャップ5Bを付勢している。

［実施例３］ 次に、第７図に前記動弁機構Ａを構成する第３実施例
の摺動部品（プッシュロッド）300を説明する。

プッシュロッド300は、STKM製で長い筒状の主体部材1
Bと、球面状の先端摺動面21Bを有するセラミックチップ
（Si₃N₄製）2Bと、主体部材1Bの先端で両者を接合するS
NCM616鋼製の接合部材3Bと、後端に嵌合するキャップ5B
からなる。

プッシュロッド300は、まず接合部材3Bとセラミック
チップ2Bをろう付け（In-Cu-Ag-Ti系活性ろう）４で接
合した後、接合部材3Bの突出部32Bを、主体部材1Bの貫
通穴（嵌合孔）14Bに圧入して、造られる。

プッシュロッド300は、先端のセラミックチップ2Bが
タペット400の穴底の窪み12Cに摺動自在に当接し、後端
のキャップ5Bが前記受け金具９に摺動自在に当接してい
る。

なお、キャップ5Bもセラミックチップ2Bと同様にSi₃N
₄製とし、金属製の接合部材を介して主体部材1Bに固定
しても良い。

［実施例４］ 次に、第８図に前記動弁機構Ａを構成する第４実施例
の摺動部品（タペット）400を説明する。

タペット400は、SCM415製で表面が浸炭焼入硬化して
あり閉塞端が摺動側面13Cとなるカップ状の主体部材1C
と、摺動部材のセラミックチップ2Cと、両者を接合する
SNCM439製の接合部材3Cとからなる。カップ状の主体部
材1Cの穴11Cの底に、プッシュロッド300の前記先端摺動
面21Bが摺接する前記窪み12Cが設けられている。

タペット400は、まず接合部材3Cとセラミックチップ2
Cをろう付け（In-Cu-Ag-Ti系活性ろう）４で接合した
後、接合部材3Cのローレット33Cが形成された突出部32C
を、主体部材1Cの嵌合孔14Cに焼き嵌めして、造られ
る。

タペット400は、先端のセラミックチップ2Bがカム5A
に当接し、窪み12Cがプッシュロッド300の前記先端摺動
面21Bに摺接する。

［実施例５］ 次に、第９図に前記動弁機構Ａを構成する第５実施例
の摺動部品（バルブブリッジ）500を説明する。

バルブブリッジ500は、鋳鉄製でＴ字型の主体部材1D
と、摺動部材のセラミックチップ2Dと、両者を接合する
鉄製の接合部材3Dとからなる。

バルブブリッジ500は、まず、接合部材3Dとセラミッ
クスチップ2Dをろう付け（In-Cu-Ag-Ti系活性ろう）４
で接合した後、接合部材3Dのローレット33Dが形成され
た突出部32Dを、Ｔ字型の主体部材1Dの交差部にある嵌
合孔14Dに嵌込んで、造られる。

バルブブリッジ500は、Ｔ字型の主体部材1Dの横棒部
の両端でバルブ6A、6Bの後端を付勢し、筒状の縦棒部で
摺動するように支持され、交差部に配されたセラミック
チップ2Dが前記ロッカーアーム200のセラミックチップ
２と当接する。

（作用および効果）上記第２実施例〜第５実施例に示す
ごとく、主体部材とセラミックチップの接合は、特殊な
鋼材および特殊な接合技術を要せず、加工上の制約が少
なくなるので、主体部材は、十分な剛性があれば良く、
各種鋼材、アルミニウムあるいはアルミニウム合金等、
使用する材料の選択範囲が広くなる。

（比較耐久試験） 上記第２〜５実施例の各摺動部品200、300、400、500
により第４図の如く構成された動弁機構Ａを排気量12,0
00cc、６気筒の大型ディーゼルエンジンに組込み、エン
ジン回転数2,000rpm（全負荷）の耐久試験を行った（な
お加速試験のため弁ばね荷重をオリジナルの50％増しで
行った）。

200hrに及ぶ耐久試験の後、動弁機構Ａを解体し、各
摺動部品200、300、400、500を点検したところ、どのセ
ラミックチップにもクラック等の異常は全く認められ
ず、またセラミックチップの磨耗は最大でも３μｍであ
った。

一方、オリジナルの動弁機構（ロッカーアームのチッ
プ；焼結金属，バルブブリッジのチップ；超硬金属，プ
ッシュロッドのチップ；焼入鋼，タペットのチップ；ハ
ードナブル鋳鉄）にて同様な耐久試験を行ったところ、
40Hrの後に動弁機構に激しい振動と騒音が発生し始めた
ので、動弁機構を点検したところ、バルブクリアランス
が異常に増大していた。

各摺動部品を点検したところ、カム（鋳鉄製）に激し
いスカッフ傷が認められ120μｍの磨耗が発生し、タペ
ット側摺動面にも60μｍの磨耗が発生していた。また同
様にロッカーアームのチップ、バルブブリッジのチップ
にもそれぞれ30μｍ、15μｍの磨耗が発生していた。

上記比較耐久試験の結果により、本考案の摺動部品
は、内燃機関の高回転化に対応して、耐摩耗性および耐
久性が著しく向上出来ることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる摺動部品の第１実施例を示すロ
ッカーアームの正面図、第２図はそのセラミックチップ
と接合部材の接合体の断面図、第３図はその接合体の背
面図である。第４図は大型ディーゼルエンジンの頭上弁
式（OHV）動弁機構を示す構成図である。第５図および
第６図は本考案にかかる摺動部品の第２実施例を示すも
ので、第５図は動弁機構を構成するロッカーアームの要
部を断面で示す正面図、第６図はセラミックチップと接
合部材の接合体の斜視図、第７図は本考案にかかる摺動
部品の第３実施例を示す動弁機構を構成するプッシュロ
ッドの断面図、第８図は本考案にかかる摺動部品の第４
実施例を示す動弁機構を構成するタペットの断面図、第
９図は本考案にかかる摺動部品の第５実施例を示す動弁
機構を構成するバルブブリッジの断面図である。 図中１、1B、1C、1D……主体部材、２、2B、2C、2D……
セラミックチップ、３、3B、3C、3D……接合部材、４…
…ろう付け、５、5A……カム、６、6A、6B……バルブ、
７……接合体、13、13C……摺動側面、14、14B、14C、1
4D……嵌合孔、15……段付き部、32、32B、32C、32D…
…突出部、33、33C、33D……ローレット、71……一方の
側面、100、200……ロッカーアーム（摺動部品）、300
……プッシュロッド（摺動部品）、400……タペット
（摺動部品）、500……バルブブリッジ（摺動部品）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−106305（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−62735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−43783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−7682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277580（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−85508（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−113904（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−8307（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−190160（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】摺動面を形成するセラミックチップと、表
   面に該セラミックチップの一面の全体がろう付けされ、
   裏面に突出部を有する、中央断面が略Ｔ字形の金属製の
   接合部材と、該接合部材の突出部が嵌込まれ固着された
   嵌合孔を摺動側面に設けてなる金属製の主体部材とから
   なることを特徴とする内燃機関の動弁機構を構成する摺
   動部品。
2. 【請求項２】前記セラミックチップあるいは前記接合部
   材のうち、少なくとも一方の側面を平面状とし、前記主
   体部材の前記摺動側面に、該平面状の側面に対応する段
   付き部を突設し、前記側面を前記段付き部に当接させて
   なることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁機
   構を構成する摺動部品。
3. 【請求項３】前記主体部材は、アルミニウム製またはア
   ルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の内燃機関の動弁機構を構成する摺動部品。