JP4031188B2 - ロッカアーム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レシプロエンジンにおいてカムの回転により揺動し、シリンダヘッドに設けられている吸排気バルブを押圧してこれらを開閉動作させるためのロッカアームに関する。
【0002】
【従来の技術】
レシプロエンジンのカムと吸排気バルブの間に介在して、カムの回転により揺動してバルブのステムエンドを押圧することによってバルブを開閉させるロッカアームにおいては、一般に、ロッカアームボディに回動自在に支持されたローラに当接するカムが回転することにより、ロッカアームボディが揺動支点を中心として揺動し、このボディ端部に設けられたバルブ受けに摺動接触するバルブのステムエンドが押圧されることによって当該バルブが開閉する。
【0003】
この種のロッカアームにおいては、揺動支点がボディの一端部に設けられるエンドピボットタイプと、ロッカアームボディの中央部に設けられるセンタピボットタイプがあり、エンドピボットタイプでは、通常、ロッアームボディの一端部に設けられたラッシュアジャスタ受けがラッシュアジャスタに当接することによって揺動支点を形成し、この場合、ロッカアームボディの中央部にカムに対して当接するローラが配置され、他端部にバルブ受けが設けられる。また、センタピボットタイプでは、通常、ロッカアームボディの中央部に形成された孔にピボット軸が挿入されて揺動支点を形成するとともに、一端部にカムに対して当接するローラが、他端部にバルブ受けがそれぞれ設けられる。
【0004】
ところで、近年、自動車の燃費および出力を向上させるために、エンジン動弁系における滑り接触部位の低摩擦化が求められている。このような要求に対しては、特に、ロッカアームの滑り接触部位、つまりバルブ受けとバルブステムエンドとの接触部位や、ラッシュアジャスタ受けとラッシュアジャスタとの接触部位における摩擦係数を低減させることが有効である。そのため、従来、ロッカアームにおけるバルブ受けやラッシュアジャスタ受けの表面に対して各種表面処理を施すことが検討されているが、皮膜の磨耗や剥離(密着性)の問題、あるいは相手部材であるバルブのステムエンド等に対する攻撃性の問題が十分に解決されていない。
【0005】
本発明はこのような諸問題点を一挙に解決すべくなされたもので、他部材に対する摺動部位における摩擦係数が低く、しかも長期にわたる使用に際しても摺動部位の磨耗や剥離を生じにくく、また、相手部材を磨耗ないしは磨滅させることのないロッカアームの提供をその目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のロッカアームは、カムの回転により支点を中心として揺動し、エンジンのシリンダヘッドに設けられたバルブのステムエンドを押圧して当該バルブを開閉動作させるロッカアームにおいて、少なくとも上記バルブのステムエンドに対して摺動接触するバルブ受けの表面に、膜厚0.3〜0.7μmのクロム膜が形成され、そのクロム膜の上に複数のタングステンカーバイド膜と複数のダイアモンドライクカーボン膜とがその順に交互に、かつ、最外層にダイアモンドライクカーボン膜が位置するように積層されてなる積層膜が形成されているとともに、その積層膜の膜厚は1.0〜5.0μmであり、かつ、当該積層膜中のタングステンの割合が5〜25at%であることによって特徴づけられる(請求項1)。なお、at%とは原子%であって、ここでは積層膜を形成する全原子中のタングステン原子の含有率を言う。
【0007】
ここで、本発明においては、上記バルブ受けの表面に加えて、ラッシュアジャスタと摺動接触して当該ロッカアームの揺動支点を形成するラッシュアジャスタ受けの表面にも、上記と同じクロム膜を形成し、そのクロム膜の上に上記と同じ積層膜を形成すること(請求項2)が好ましい。
【0008】
本発明は、摩擦係数が鉄系材料であるロッカアーム基体の1/2以下で、しかも磨耗しにくく、かつ、基体に対する密着性が良好で、更には相手部材に対する攻撃性といった諸問題点の対策が比較的容易なダイアモンドライクカーボン膜によってロッカアームの他部材に対する摺動接触部位、特にバルブのステムエンドに当接するバルブ受けの表面(請求項1)、加えてラッシュアジャスタ受けの表面(請求項2)、を被覆することにより、所期の目的を達成しようとするものである。
【0009】
すなわち、ダイアモンドライクカーボン膜は潤滑性が高く、しかも固いためにこの種のロッカアームの摺動接触面を被覆して摩擦抵抗を低減するのに適しているとともに、ロッカアーム基体の表面に対してクロム層を介在させた状態で成膜することにより剥離しにくくなる。
【0010】
そして、本発明においては、ダイアモンドライクカーボン膜単体ではなく、ダイアモンドライクカーボン膜ととタングステンカーバイド膜との積層構造を用いることにより、内部応力の緩和を図ることができ、単純なダイアモンドライクカーボン膜の場合のように内部応力に起因する割れの発生を防止して、長期にわたる過酷な条件下での使用にも耐えて低い摺動摩擦係数を維持することができる。
【0011】
また、本発明においてロッカアームのバルブ受け表面ないしはラッシュアジャスタ受けの表面に形成するダイアモンドライクカーボン膜とタングステンカーバイド膜との積層膜は、その全体の膜厚を1.0〜5.0μmとし、好ましくはロッカアーム基体に対する密着性を40N以上とすることによって、実用に供してその性能を長期にわたり維持することのできる皮膜とすることができる。なお、膜厚が1μm未満であると膜全体の応力緩和能力が少ないため、早期に剥離を生じる。一方、膜厚が5μmを越えると効果が飽和し、コスト上昇となる。より好ましい膜厚範囲としては、2.0〜3.5μmである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施の形態の正面図であり、図2はその中央縦断面図で、図3は底面図である。
【0013】
この実施の形態は本発明をエンドピボットタイプのロッカアームに本発明を適用したものであり、ロッカアーム1は、ロッカアームボディ11と、そのロッカアームボディ11の中央部に固定された軸12に対して針状ころ12aを介して回転自在に支持されたローラ13によって構成されている。
【0014】
ロッカアームボディ11の一端部にはラッシュアジャスタ受け14が形成されているとともに、他端部にはバルブ受け15が形成されている。そして、エンジンに対する組込み時においては、ラッシュアジャスタ受け14の下面にラッシュアジャスタ2の上面が接触するとともに、バルブ受け15の下面にバルブのステムエンド3が接触し、また、ローラ13の表面にカムシャフト4aに固定されたカム4が接触する。そして、カムシャフト4aの回転により、ロッカアーム1はラッシュアジャスタ受け14とラッシュアジャスタ2との接触部位を支点として揺動し、この揺動によりバルブ受け15がバルブのステムエンド3を押圧することによって、バルブを開閉させる。
【0015】
さて、この実施の形態における特徴は、図2に示すように、ロッカアームボディ11の一端部に形成されてラッシュアジャスタ2と接触するラッシュアジャスタ受け14の表面(下面)と、同じくロッカアームボディ11の他端部に形成されてバルブのステムエンド3と接触するバルブ受け15の表面(下面)に、それぞれダイアモンドライクカーボン膜を主体とするコーティング膜5が形成されている点である。
【0016】
この各コーティング膜5は、実際には複数の膜体の積層体であって、図4にその模式的断面図を示すように、ロッカアームボディ11の基体Bの表面に、まずクロム膜51が中間層として形成され、その上にタングステンカーバイド膜52とダイアモンドライクカーボン膜53がその順に交互に形成された構造を有している。
【0017】
中間層であるクロム膜51の膜厚は0.3〜0.7μmであり、その上に形成されている複数のタングステンカーバイド膜52とダイアモンドライクカーボン膜53との積層体はその全体が1.0〜5.0μmとされている。タングステンカーバイド膜52とダイアモンドライクカーボン膜53との積層体は、PVDもしくはスパッタリングにより形成され、蒸着源にはタングステンとカーボンが用いられ、これらを交互に成膜することによって、タングステンがカーボンと結合してタングステンカーバイド膜52となり、図4に示した構造の積層体が得られる。この積層体中に占めるタングステンの割合は、5〜25at%の範囲とされる。また、ロッカアームボディ11のコーティング膜5を形成する基体Bの表面粗さは、最大高さ粗さで3.2μm以下とされている。
【0018】
以上のコーティング膜5は、ダイアモンドライクカーボン膜53によってその滑り摩擦係数は約0.2となり、鉄系材料からなるロッカアームボディ11の基体Bの滑り摩擦係数の1/2以下となる。また、中間層としてのクロム膜51の存在と、応力緩和層としてのタングステンカーバイド膜52の存在により、基体Bに対する密着性は従来のダイアモンドライクカーボン膜単体の場合に比して2倍以上の40N以上となるとともに、内部応力による割れ等も発生することがなく、更に、耐荷重性について調査すべく、油欲潤滑のもとに材質SUJ2からなる直径3/8”のボールをコーティング膜5の表面に押圧しつつ1200rpmで回転させた実験を行った結果、3.4GPaの押圧力のもとに108 回転させてもなお、剥離や磨耗等の兆候を見いだすことができず、十分に実用に供し得ることが確かめられた。また、コーティング膜5が形成されるロッカアームボディ11の表面粗さを最大高さ粗さ3.2μm以下としているが故に、コーティング膜5の表面に大きな凸部が存在せず、従って摺動相手部材であるバルブのステムエンド3やラッシュアジャスタ2に対する攻撃性も弱く、これらの相手部材を磨耗させることもない。
【0019】
なお、以上の実施の形態においては、本発明をエンドピボットタイプのロッカアームに適用した例を示したが、本発明は、センタピボットタイプのロッカアームに適用し得ることは勿論であり、この場合、ラッシュアジャスタは損咲いてないので、ダイアモンドライクカーボン膜を主体とするコーティング膜はバルブ受けの表面に形成すれば足りる。
【0020】
ただし、本発明においては、バルブ受けやラッシュアジャスタ受けのほか、例えばローラ13の端面にも上記したコーティング膜5を形成してもよく、この場合、ロッカアームボディ11に対する接触抵抗を軽減することができる。
【0021】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロッカアームボディのバルブ受けの表面、あるいはラッシュアジャスタ受けの表面にダイアモンドライクカーボン膜を機能膜とするコーティングを施しているため、バルブのステムエンド、あるいはラッシュアジャスタとの摺動摩擦係数をロッカアーム基体のままとする場合に比して半分以下に低減させることができ、自動車の燃費や出力向上に寄与するところ大である。
【0022】
しかも、ダイアモンドライクカーボン膜はタングステンカーボン膜との積層膜としているため、膜体の内部応力を緩和して割れ等の発生を防止することができる。また、ロッカアームの基体と上記積層膜の間に中間層としてクロム膜を介在させているため、積層膜の基体に対する密着性が大きく向上する。更に、上記積層膜を機能膜とするコーティング膜の厚さを1.0〜5.0μmとしているため、実用に供して十分に耐え得る強度および寿命を揺するコーティング膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の正面図である。
【図2】 図1の中央縦断面図である。
【図3】 図1の底面図である。
【図4】 本発明の実施の形態で用いるコーティング膜5の構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
1 ロッカアーム
11 ロッカアームボディ
12 軸
13 ローラ
14 ラッシュアジャスタ受け
15 バルブ受け
2 ラッシュアジャスタ
3 バルブのステムエンド
4 カム
4a カムシャフト
5 コーティング膜
51 クロム膜
52 タングステンカーバイド膜
53 ダイアモンドライクカーボン膜
B ロッカアームボディ11の基体
Claims (2)
- カムの回転により支点を中心として揺動し、エンジンのシリンダヘッドに設けられたバルブのステムエンドを押圧して当該バルブを開閉動作させるロッカアームにおいて、
少なくとも上記バルブのステムエンドに対して摺動接触するバルブ受けの表面に、膜厚0.3〜0.7μmのクロム膜が形成され、そのクロム膜の上に複数のタングステンカーバイド膜と複数のダイアモンドライクカーボン膜とがその順に交互に、かつ、最外層にダイアモンドライクカーボン膜が位置するように積層されてなる積層膜が形成されているとともに、その積層膜の膜厚は1.0〜5.0μmであり、かつ、当該積層膜中のタングステンの割合が5〜25at%であることを特徴とするロッカアーム。 - 上記バルブ受けの表面に加えて、ラッシュアジャスタと摺動接触して当該ロッカアームの揺動支点を形成するラッシュアジャスタ受けの表面に、上記クロム膜が形成され、そのクロム膜の上に上記積層膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のロッカアーム。
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