JP5231980B2

JP5231980B2 - ロッカーアームとその研磨仕上げ方法

Info

Publication number: JP5231980B2
Application number: JP2008334510A
Authority: JP
Inventors: 信百▲崎▼; 亜紀小鯛
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010156247A

Description

本発明は、エンジンにおける動弁系部品の一つで、カムにより駆動されてバルブを作動させるロッカーアームとその研磨仕上げ方法に関するものである。

ロッカーアーム式のエンジンにおいては、ロッカーアームとカムとの摩擦により、ロッカーアームにおけるカムとの摺動面が磨耗して、摺動面のめっき層が剥離がすることがある。この剥離の発生を抑える対策として、浸炭、焼入れ、焼き戻し後に、荒研磨を施し、さらにショットピーニングを施したうえで、クロムめっき処理したものや（特許文献１）、焼結合金をろう付けしたものがある。
特開平９−１７７５１５号公報

しかしながら、近年のエンジンの高出力化に伴い、混合気流量が増大してバルブのリフト量が大きくなり、それに伴って、摺動面に作用する圧力が大きくなる傾向にある。そのため、上記特許文献１による表面仕上げでは、十分とはいえなくなってきた。また、焼結合金をろう付けした場合は、ロッカーアーム側の磨耗を抑えることはできるが、硬い焼結合金によりカムのノーズ部分が磨耗し易くなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、カムとの摺動面の磨耗、およびカムへの影響を抑えることができるロッカーアームとその研磨仕上げ方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の方法は、エンジンの回転軸に連動したカムとの摺動により駆動されて吸気または排気弁を作動させるロッカーアームの研磨仕上げ方法であって、ロッカーアームにおける少なくとも前記カムとの摺動面にクロムめっきを施すめっき工程と、荒バフまたはラッピングにより前記摺動面を荒研磨する荒研磨工程と、布素材のバフに砥粒を付着させたバフ材を用いて前記摺動面をバフ研磨する仕上バフ研磨工程とを備えている。

この構成によれば、荒研磨工程に続いて、布素材のバフに砥粒を付着させたバフ材による仕上バフ研磨工程を実行するので、ロッカーアームにおけるカムとの摺動面の面粗度が改善され、ロッカーアームとカムとの間の摩擦が低減される結果、前記摺動面の磨耗を抑えることができる。また、面粗度を改善するだけで、ロッカーアームの硬さは増大しないので、カムのノーズ部分を磨耗させるような影響をカムに与えることもない。

本発明において、前記布素材は麻であることが好ましい。この構成によれば、面粗度の小さい摺動面が容易に得られる。

本発明に係るロッカーアームは、エンジンの回転軸に連動したカムとの摺動により駆動されて吸気または排気弁を作動させるロッカーアームであって、荒研磨と仕上バフ研磨により、前記ロッカーアームにおける少なくとも前記カムとの摺動面の面粗度Ｒｚが０．５μｍ以下であり、かつ前記摺動面における０．１μｍ以上の凹凸の周期が５０μｍ以上である。

面粗度Ｒｚが小さくなれば摩擦力を低減させることが期待できるが、面粗度Ｒｚを小さくし過ぎると潤滑油の保持性能が低下するので、かえって磨耗が起こり易くなることがある。本件発明者は、実験により、面粗度Ｒｚを０．５μｍ以下とすることで、潤滑油の保持性能を維持しつつ摩擦力を低減して、前記摺動面の磨耗を効果的に抑えることができることを見い出した。さらに、摺動面における０．１μｍ以上の凹凸の周期を５０μｍ以上とすることで、ロッカーアームの摺動面が、カムのノーズ部分を磨耗させるような、カムへの影響を抑制できることも見い出された。

本発明のロッカーアームの製造方法によれば、ロッカーアームにおけるカムとの摺動面の面粗度が改善される結果、前記摺動面の磨耗を抑えることができるうえに、カムに影響を与えることもない。
また、本発明のロッカーアームによれば、潤滑油の保持性能を維持しつつ摩擦を低減して、前記摺動面の磨耗を効果的に抑えることができるうえに、ロッカーアームの摺動面がカムに影響を与えるのを抑えることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は、エンジンの動弁系を示す側面図である。動弁系では、クランクシャフト（図示しない）に歯形ベルトまたはチェーンのような動力伝達機構を介してカムシャフト２が連動して回転しており、このカムシャフト２に設けられたカム４の駆動力が、ロッカーアーム６によりエンジンの吸気または排気弁を構成するバルブ８に伝えられて、バルブ８が作動し、燃焼室の吸排気口を開閉する。

図２に示すように、ロッカーアーム６は、基端部６ａに嵌合孔１０を有し、基端部６ａから離れた背面に摺動面１２を有している。基端部６ａの嵌合孔１０が、図１に示すロッカーアームシャフト１４に回動自在に支持され、先端部６ｂがタペット７を介してバルブ８のステム部の先端面８ａを押圧している。カム４には、カムシャフト２の径方向に膨出した曲面であるカムノーズ４ａが形成されている。ロッカーアーム６は、摺動面１２においてカム４と摺動することにより、ロッカーアームシャフト１４を支点に揺動して、バルブ８をその軸心方向に移動させることで開閉作動させる。カム４の外周面と摺動面１２とは線接触している。

図１の左斜め上方から見た斜視図である図３に示すように、摺動面１２のカムシャフト軸方向の幅Ｗ１は、カム４の幅Ｗ２より若干小さく設定されている。カム４およびロッカーアーム６はともに鋼製であり、線接触した状態で、カム４の表面とロッカーアーム６の摺動面１２が高速で擦れ合うので、カム４の表面には摩耗しないようにチル処理や表面硬化熱処理などが施してあり、極めて硬くなっている。

ロッカーアーム６は鍛造により形成され、カム４との摺動面１２に、耐摩耗性の向上や摺動抵抗の低減を目的として、表面改質が施されている。図４に本実施形態における表面仕上げ方法（研磨方法）の工程を示す。図４に示すように、この表面仕上げ方法は、摺動面１２にクロムめっきを施すめっき工程２０と、摺動面１２を荒研磨する荒研磨工程２２と、摺動面１２をバフ研磨する仕上バフ研磨工程２４とを備えている。なお、図示されていないが、めっき工程２０前に、浸炭、焼入れ、焼き戻し、ショットピーニング等の公知の処理が行われる。

荒研磨工程２２とは、ある程度の切削力を有する表面仕上手段により摺動面１２を研磨する工程で、該当する表面仕上手段は、例えば荒バフまたはラッピングである。荒バフの例としては、皮製のバフに研磨剤を付着させたものを用いてバフ研磨するものがある。ラッピングの例としては、平面の台上にロッカーアーム６を置き、この台とロッカーアーム６の摺動面１２との間に、表面に研磨材が塗布された走行テープを挟み、ロッカーアーム６の摺動面１２を押し付けた状態で、走行テープを摺動面１２の摺動方向に走らせることにより研磨するものがあり、このラッピングを、例えば目の粗いラップと目の細かいラップにより２段階で行う。目の粗いラップは＃５００〜＃１０００であり、目の細かいラップは＃２０００〜＃３０００である。

仕上バフ研磨工程２４とは、摺動面１２に施されたクロムめっきの鏡面化を行う工程であり、切削機能はほとんどない。仕上バフ研磨としては、布素材のバフに砥粒を付着させたバフ材を用いてバフ研磨するものがある。一例として、図５に示すように、モータにより駆動される回転軸１６に、円盤状のバフ１７を取り付けたバフ研磨機１８を使用し、バフ材１７の外周面１７ａにロッカーアーム６の摺動面１２を押し付けて研磨する。布素材は例えば、麻または綿であり、砥粒は、例えば、酸化クロムまたはアルミナである。

図６は、荒研磨工程２２において荒バフを行い、仕上バフ研磨工程２４において麻製のバフに砥粒を用いたバフ研磨を行って表面仕上げを施した摺動面１２の凹凸を表すグラフである。図６に示すように、摺動面１２の面粗度Ｒｚが０．５μｍ以下であり、摺動面１２における０．１μｍ以上の凹凸の周期Ｔが５０μｍ以上である。面粗度Ｒｚは、好ましくは０．１〜０．５μｍである。面粗度Ｒｚが０．１よりも小さくなると、摩擦力が小さくなり耐摩耗性や摺動抵抗は改善されるが、潤滑油の保持性の低下が懸念される。面粗度Ｒｚが０．５よりも大きいと、磨耗が増大し剥離を生じ易くなるとともに、カム４の磨耗を増大させる。また、面粗度Ｒｚが同程度の値であっても、周期Ｔが小さいと、摺動面１２の凹凸が鋭角となり、カム４の磨耗を増大させることが懸念される。この周期Ｔを５０μｍ以上とすることで、摺動面１２が平滑化される。

図７は、荒バフ（荒研磨工程２２）のみを施した摺動面１２の凹凸を表すグラフである。図６と図７を比較すると、荒バフは切削機能をある程度有しているので、図７に示されたように、表面が削られて摺動面１２における０．１μｍ以上の凹凸の周期が５０μｍ未満となっている。その後に、本発明の仕上バフ研磨を行うと、仕上バフ研磨には切削機能がないので、図６に示されたように、表面をさらに深く削ることはなく、表面の凹凸が小さくなり、かつ凹凸の先端が丸くなっており、０．１μｍ以上の凹凸の周期Ｔが５０μｍ以上となる。

荒研磨工程２２でクロムめっきにラッピングまたは荒バフを行うと、めっき層のポーラス（孔）が表面に出ることがあり、ポーラスの顕在化により面粗度が大きくなるという問題があるが、仕上バフ研磨工程２４で仕上バフ研磨を行うことにより、ポーラスの目がつぶれて、表面が平滑化される。

上記構成によれば、クロムめっきを施した摺動面１２に荒バフを行った後に、さらに仕上バフ研磨を行ったことで、ロッカーアーム６におけるカム４との摺動面１２の面粗度Ｒｚが改善され、ロッカーアーム６とカム４との間の摩擦力が低減される結果、摺動面１２の磨耗を抑えることができる。また、面粗度Ｒｚを改善するだけで、ロッカーアーム６の硬さは増大しないので、カム４への影響も抑制できる。

特に、面粗度Ｒｚを０．５μｍ以下とすることで、潤滑油の保持性能を維持しつつ摩擦力を低減して、摺動面１２の磨耗を効果的に抑えることができる。さらに、摺動面１２における０．１μｍ以上の凹凸の周期Ｔが５０μｍ以上とすることで、ロッカーアーム６の摺動面１２がカム４に影響を与えるのを、すなわちカム４が磨耗するのを効果的に抑制することができる。

さらに、仕上バフ研磨工程２４において、麻製のバフを使用することで、面粗度Ｒｚの小さい摺動面１２が容易に得られる。

本発明の効果はベンチテストにより実証された。クロムめっきを施した摺動面１２に荒研磨工程２２のみを実行したロッカーアーム６を備えたエンジンと、さらに仕上バフ研磨工程２４を実行したロッカーアーム６を備えたエンジンについて、回転数を低回転域で繰り返して変動させたときのロッカーアーム６の摺動面１２とカム４のカムノーズ４ａの磨耗量を調べた。摺動面１２の磨耗量は目視観察の結果、荒研磨工程２２のみを行ったケースでは、仕上バフ研磨工程２４まで行ったケースに比べて磨耗量が大きい。

また、カム４の磨耗量については、それぞれ４つの試料においての実験結果を示した図８から分かるように、荒研磨工程２２のみ行ったケースでは、摺動面１２の凹凸が大きく、めっき層のポーラスの先端が鋭角であるから、カム４に影響を及ぼし、カムノーズ４ａの磨耗量が進んでいる。これに対し、仕上バフ研磨工程２４まで行ったケースでは、摺動面１２の凹凸が小さく、めっき層のポーラスの先端も丸みを帯びているから、カムノーズ４ａの磨耗量が抑制されている。

なお、ロッカーアーム６におけるめっき層はカム４との摺動面１２以外にも施してよく、また上記研磨方法をカム４の摺動面に施してもよい。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施形態に係るロッカーアームを備えたエンジンの動弁系を示す側面図である。同ロッカーアームの斜視図である。図１の左斜め上方から見た斜視図である。本発明の一実施形態に係るロッカーアームの表面仕上げ方法の工程を示すフロー図である。同表面仕上げ方法の仕上バフ研磨の一例を示す斜視図である。同ロッカーアームの摺動面の凹凸を表すグラフである。同ロッカーアームにおける仕上研磨を施す前の摺動面の凹凸を表すグラフである。同ロッカーアームを用いたエンジンのカムの磨耗量を表すグラフである。

符号の説明

４カム
６ロッカーアーム
８バルブ
１２摺動面
２０めっき工程
２２荒研磨工程
２４仕上バフ研磨工程
Ｔ周期

Claims

エンジンの回転軸に連動したカムとの摺動により駆動されて吸気または排気弁を作動させるロッカーアームであって、
荒研磨と仕上バフ研磨により、前記ロッカーアームにおける少なくとも前記カムとの摺動面の面粗度Ｒｚが０．５μｍ以下であり、かつ前記摺動面の凹凸を表すグラフにおける０．１μｍ以上の凹凸の周期が５０μｍ以上であるロッカーアーム。
請求項１において、前記面粗度Ｒｚが０．１〜０．５μｍであるロッカーアーム。