JP5653412B2 - エンジンバルブトレイン用タペットの製造方法及びそれによるタペット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンバルブトレイン用タペットの製造方法に関し、特に、カムの回転運動に連動してロッカーアームを作動させてバルブを開閉させるタペットのカムと接触する表面にレーザ加工装備を用いて潤滑溝のパターンを形成することでタペットを製造する方法に関する。

また、本発明は、カム接触面に潤滑溝のパターンを有するエンジンバルブトレイン用タペットに関する。

一般に、エンジンのバルブを開閉するバルブトレインは、各シリンダの吸気バルブと排気バルブを、点火順通りに設計した時期に合わせて開閉作用を行うもので、バルブの配置と燃焼室の形状によって、サイドバルブタイプ、オーバーヘッドバルブ（ＯＨＶ）タイプ、オーバーヘッドカムシャフト（ＯＨＣ）タイプなどがある。

中でも、オーバーヘッドバルブ（ＯＨＶ）は、図１に概略的に示すように、バルブ１がシリンダヘッド２上に設けられ、下端部がカム３と接触し、上端部は、ロッカーアーム５に接触したプッシュロッド４がカムの回転運動に連動して上下運動することで、バルブ１が開閉するようになっている。カムに接触する前記プッシュロッドの下端部には、タペット６が設けられている。このようなタペットは、カムの回転運動を上下運動に転換させてロッカーアーム及びプッシュロッドに動力を伝達する役割を果たす。

なお、前記タペット６は、カムと接触し、プッシュロッド４とロッカーアーム５に動力を伝達してバルブ１を開閉させるようにし、この時、前記カム３とタペット６とが接触して摩擦運動をするようになるが、タペットとカムの摩擦損失を最小化することが重要である。タペットがカムとの摩擦により摩耗または破損されると、バルブ作動の正確性が低下し、さらには、バルブトレイン自体の作動ができなくなって多気筒エンジンの制御ができなくなるためである。従って、タペットのカム接触面が摩耗または破損することなく、摩擦損失を最小化することが非常に重要である。

前記タペットを製造する従来の技術には、鋳造にてタペットを製造し、また、カム接触面を強化させるため、チラーをカム接触面に接触させて緻密な組織を形成させて強度を高める方法がある。

しかし、この方法では、タペットの耐摩耗性、耐摩擦性、耐荷重性の改善に限界があり、エンジンの持続的な性能改善などによる高出力化、高性能化によるエンジンの作動環境悪化によって、その使用に限界があるという短所があった。

また、このような問題を解決するため、鋳鉄または鋼などの金属材でタペット母材を製作し、カム接触面に熱処理またはコーティングを施す方法からなるタペットの製造方法がある。

しかし、この方法は、また、タペットの加工工程に多くの時間及びコストがかかるという短所があり、コーティング方法によっては、耐摩擦性の低下が生じることがあり得るという問題点があった。

また、鋳鉄または鋼などの金属材料でタペット母材を製作し、カム接触面に硬質の金属を接合する方法でタペットを製造することが行われているが、この方法は、やはりタペット加工工程に多くの時間とコストが必要となるという短所があり、また、製造工程が複雑であるという短所があった。

本発明は、上記のような従来のタペット製造方法の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、カムと接触するタペットの表面に予め設定したパターンで微細な潤滑溝を形成することにより、カムとタペットの潤滑特性、耐摩耗性及び耐荷重性が改善したタペットの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上述の製造方法によってカム接触面に予め設定された潤滑溝のパターンを有するエンジンバルブトレイン用タペットを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るタペットの製造方法は、エンジンバルブを開閉するバルブトレインのタペット製造方法において、タペット加工品を作業台上に載置して固定し、制御装置を通じて移送装置を制御してレーザ発振装置をタペット加工品のカム接触面に潤滑溝のパターンを加工し得る適切な位置に配置する第１のステップ（Ｓ１）、前記制御装置に予め入力して設定した移送速度でタペットのカム接触面に潤滑溝の加工位置に配置されたレーザ発振装置を予め設定した出力とパルスでレーザを照射しながら移動することでタペットのカム接触面に予め入力したパターンの潤滑溝を加工する第２のステップ（Ｓ２）、及び、前記第２のステップにおける加工の完了したタペットのカム接触面に生成されたバリを除去する第５のステップ（Ｓ５）を含んでなる。

前記第２のステップにおいて、潤滑溝の加工は、加工される潤滑溝が予め設定した深さとパターンを有するように、レーザ照射を繰り返して行うことが好ましい。

また、前記レーザ発振装置の移動速度は、レーザを照射せずに移動する時の移動速度と同じであることが好ましい。

さらに、本発明に係るエンジンバルブトレイン用タペットは、上述のタペット製造方法によって、レーザ発振装置で予め設定された所定の深さに加工された、予め設定されたパターンの潤滑溝をカム接触面に有する。

本発明によって、カムと接触するタペットのカム接触面に潤滑溝を形成して製造することにより、カムとタペットの潤滑特性が改善され、耐摩耗性と耐荷重性が増加する効果が得られ、従来、タペットのカム接触面にコーティングまたは熱処理を施してタペットを製造する従来の技術に比べて、タペットの製造工程時間が短縮され、製造コストが節減される効果が得られる。

従来のエンジンバルブトレインの概略的な構成図である。 本発明のエンジンバルブトレイン用タペットの製造方法に使用されるレーザ加工装備構成の概略的なブロック図である。 本発明によってタペットのカム接触面に形成する潤滑溝の例示的なパターンである。 本発明によってタペットのカム接触面に形成する潤滑溝の例示的なパターンである。 図２のレーザ加工装備を用いて本発明に係るバルブトレイン用タペットのカム接触面の潤滑溝を形成するタペットの製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を示した添付の図面を参照して本発明の詳細を説明する。

図２には、本発明によるタペットの製造方法において、カムと接触するタペットの表面に微細な潤滑溝を形成するために使用するレーザ加工装備の構成が概略的に示されている。

本発明において使用するレーザ加工装備は、タペットのカム接触表面に求められるパターンでレーザ加工を行うようにレーザを発振するレーザ発振装置１０、前記レーザ発振装置１０をタペットのカム接触表面に対向した潤滑溝の加工位置に移送させるための移送装置１１、タペットを載置して固定する作業台１２、冷却及び集塵装置は、レーザ加工を行いながら、温度が高くなったレーザ発振装置を冷却し、発生した有害なガス及び粉塵を吸収するための冷却／集塵装置１３、及び、タペットのカム接触面に、潤滑溝に求められるパターンで潤滑溝を加工する作業を行うレーザ発振装置１０と移送装置１１を制御し、所望のパターンでタペットの潤滑溝をレーザ加工させる加工条件とパターンを入力してレーザ発生装置１０と移送装置１１を制御する制御装置１４を備える。なお、前記加工条件には、照射されるレーザの出力、パルス幅、レーザ休止時間及びレーザ絞り値が含まれる。

前記移送装置１１は、レーザ発生装置を所望の位置へ移送させるように、好ましくは、３つの直線上を移動して、レーザ発生装置が加工前に焦点の合う正確な位置へ移動できるようにし、前記制御装置１４に入力された移送速度に応じて移動しながら加工を補助する装置である。必要によっては、前記作業台１２または作業台の一部を回転させることができる。

前記レーザ発生装置１０は、制御装置１４の制御による出力及びパルスに合わせてレーザを発生させるように、レーザ発振器、レンズ、ミラーなどを含み、制御装置１４の制御に応じて移動される。

図３及び図４は、タペットのカム接触面２０に本発明の方法によって形成される潤滑溝のパターンを示す例示図であって、潤滑溝２１等は、ディンプル（ｄｉｍｐｌｅ）形状が格子状に配列されたパターンで加工され、または、斜線状の凹溝２２等が一定の間隔をおいて配列されたパターンで加工されることが好ましいが、このようなパターン形状に限定されない。

図５は、前記レーザ加工装備を用いて本発明によってタペットのカム接触面に潤滑溝のパターンを形成する方法を示すフローチャートである。

本発明のタペット製造方法により潤滑溝を形成するためのタペット加工品は、鋳鉄材料で鋳造して製造後、加工及び研磨により製作されるが、必要によっては、鋼または他の合金材料からなるものを加工して製作することができ、本発明の製造方法において、タペット材が限定されない。

本発明に係るタペット製造方法の第１のステップ（Ｓ１）では、前記タペット加工品を作業台１２上に載置して固定した後、制御装置１０を通じて移送装置１１を制御してレーザ発振装置１０をタペット加工品のカム接触面に潤滑溝のパターンを加工し得る適切な位置に配置する。

第２のステップ（Ｓ２）では、制御装置１４に予め入力して設定した移送速度でタペットのカム接触面に潤滑溝の加工位置に配置されたレーザ発振装置１０を予め設定した出力とパルスでレーザを照射しながら移動することでタペットのカム接触面に予め入力したパターンの潤滑溝を１列加工する。

第３のステップ（Ｓ３）では、前記潤滑溝パターン１列の加工が終了した後、移送装置によりレーザ発振装置１０を潤滑溝パターンの次の列の加工開始位置へ移動させて配置した後、上述の第２のステップ（Ｓ２）を繰り返して行う。なお、前記移送装置によりレーザ発振装置１０を移送させる形態、即ち「己」字状またはジグザグ状、或いは他の移動経路の形態を取ることもできる。レーザ発振装置の移送時の速度は、前記第２のステップ（Ｓ２）においてレーザを照射せずに移動する時の移送速度と同じである。

第４のステップ（Ｓ４）では、上述の第２のステップ（Ｓ２）と第３のステップ（Ｓ３）を通じた潤滑溝パターンの各列の加工が完了したタペットのカム接触面の潤滑溝全体に対して前記第２及び第３のステップを繰り返しながらレーザを照射して予め設定した深さの潤滑溝を予め設定したパターンで加工する。前記第２及び第３のステップの繰り返し回数は、１〜５回が好ましく、このような繰り返し加工をしない場合は、加工された潤滑溝の底面形状が不均一で、潤滑溝の深さが一様でないという問題が生じ、５回を超えて加工をする場合は、レーザ照射量が過大になってタペットのカム接触面にバリ（ｂｕｒｒ）が多く生成し、加工面が滑らかでなくなるという問題が生じ、この場合、後述の第５のステップにおいてバリを除去する工程に時間がかかって作業効率が低下する。また、前記繰り返し回数の増加に伴い、加工誤差により潤滑溝形状が不均一になる可能性が高くなるという問題が生じる。

第５のステップ（Ｓ５）は、第１〜第４のステップにおける加工の完了したタペットのカム接触面に生成されるバリを制御（除去）するステップである。前記第１〜第４のステップにおける加工で生成されるバリは、タペットのカム接触面を荒らし、加工時に発生する摩耗粉により加工された潤滑溝が埋められ、潤滑溝の効果が半減する。バリの除去は、サンドペーパー、研磨布、研磨液などのような通常の研磨手段を用いたあらゆる方法を使用することができるが、バリの除去中、潤滑溝を損傷しない必要がある。

前述のように、レーザ加工装備を用いてタペットのカム接触面に予め設定したパターンの潤滑溝を形成して製造したタペットは、タペットのカム接触面にコーティングまたは熱処理を施すという従来技術に比べて、より向上した潤滑特性と耐摩耗性を有する。

本発明に係るタペットの製造方法は、従来、カム接触面へのコーティングまたは熱処理に代えて、タペットのカム接触面における潤滑特性や耐摩耗性の向上がより効率よく得られるようにエンジンバルブトレイン用タペットの製造方法に適用することができる。

１０：発振装置、１１：移送装置、１２：作業台、１３：冷却／集塵装置、１４：制御装置。

Claims (3)

1. エンジンバルブを開閉するバルブトレインのタペット製造方法において、
   タペット加工品を作業台１２上に載置して固定し、制御装置１４を通じて移送装置１１を制御してレーザ発振装置１０をタペット加工品のカム接触面に潤滑溝のパターンを加工し得る適切な位置に配置する第１のステップ（Ｓ１）、
   前記制御装置１４に予め入力して設定した移送速度でタペットのカム接触面に潤滑溝の加工位置に配置されたレーザ発振装置１０を予め設定した出力とパルスでレーザを照射しながら移動することでタペットのカム接触面に予め入力したパターンの潤滑溝を加工する第２のステップ（Ｓ２）、
   前記第２のステップにおける加工の完了したタペットのカム接触面に生成されたバリを除去する第５のステップ（Ｓ５）、を含み、
   前記第２のステップにおいて、潤滑溝の加工は、加工される潤滑溝が予め設定した深さとパターンを有するように、レーザ照射を繰り返して行うことを特徴とするエンジンバルブトレイン用タペットの製造方法。
2. 前記レーザ発振装置１０の移動速度は、レーザを照射せずに移動する時の移動速度と同じであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンバルブトレイン用タペットの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法によって製造されるエンジンバルブトレイン用タペット。