JP6001365B2 - Valve lifter for internal combustion engine and method for manufacturing the valve lifter - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に適用されるバルブリフター及び該バルブリフターの製造方法に関する。 The present invention relates to a valve lifter applied to an internal combustion engine and a method for manufacturing the valve lifter.
近年、内燃機関のバルブリフターは、カムの摺動回転に伴って高面圧領域となる冠部のフリクションや摩耗を大幅に低減するために、該冠部の冠面にダイヤモンドライクカーボン皮膜(DLC)などの硬質炭素皮膜を施されているものがある。 In recent years, a valve lifter of an internal combustion engine has a diamond-like carbon film (DLC) on the crown surface of the crown portion in order to greatly reduce the friction and wear of the crown portion, which becomes a high surface pressure region with the sliding rotation of the cam. Some have a hard carbon film.
このバルブリフターは、前記冠面の外周縁と円筒状のスカート部の一端外周との間の境界部に面取り部が形成され、前記冠面側から硬質炭素原子を飛ばして、前記冠面と面取り部の全体に硬質炭素皮膜が形成されるようになっている。 In this valve lifter, a chamfered portion is formed at a boundary portion between an outer peripheral edge of the crown surface and an outer periphery of one end of the cylindrical skirt portion. A hard carbon film is formed on the entire portion.
前記バルブリフターは、前記冠面にカムが回転しながら高面圧で接触することに伴いシリンダヘッドに形成されたボア内を傾動しながら上下方向へ摺動して機関弁を開閉作動させるようになっている。 The valve lifter slides up and down to open and close the engine valve while tilting in the bore formed in the cylinder head as the cam rotates on the crown surface and contacts with high surface pressure. It has become.
このため、前記バルブリフターの傾動時に、前記面取り部の前記スカート部との境界にある円環状の角部に施されたDLC皮膜が、前記ボアの内周面に片当たりして該ボアの内周面が摩耗してしまうおそれがある。 For this reason, when the valve lifter is tilted, the DLC film applied to the annular corner portion at the boundary with the skirt portion of the chamfered portion comes into contact with the inner peripheral surface of the bore, and the inside of the bore The peripheral surface may be worn.
本発明は、前記従来のバルブリフターの実状に鑑みて案出されたもので、ボアの内周面の摩耗の発生を十分に抑制できるバルブリフター及び該バルブリフターの製造方法を提供する。 The present invention has been devised in view of the actual state of the conventional valve lifter, and provides a valve lifter that can sufficiently suppress the occurrence of wear on the inner peripheral surface of a bore, and a method of manufacturing the valve lifter.
請求項1記載の発明は、機関内部に形成されたボア内を摺動する円筒部と、該円筒部の軸方向一端側に設けられ、カムが直接当接する冠面を一体に有する冠部と、該冠部の冠面の外周縁に形成されたテーパ面状の面取り部と、前記冠面と面取り部との境界にある第1環状角部と、前記面取り部と前記円筒部との境界にある第2環状角部と、を備えた内燃機関のバルブリフターであって、
前記冠面の全体にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成すると共に、前記第1環状角部及び前記面取り部の前記第1環状角部から第2環状角部に向けて所定の範囲に前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成する一方、前記第2環状角部には前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成しないことを特徴としている。
The invention according to
To form a diamond-like carbon film on the whole of the crown surface, the diamond-like carbon film in a predetermined range toward from said first annular corner of the first annular corner and the chamfered portion to the second annular corner On the other hand, the diamond-like carbon film is not formed on the second annular corner.
この発明によれば、ボアの内周面の摩耗の発生を十分に抑制することができる。 According to this invention, the occurrence of wear on the inner peripheral surface of the bore can be sufficiently suppressed.
以下、本発明にかかる内燃機関のバルブリフター及び該バルブリフターの製造方法の実施形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of a valve lifter for an internal combustion engine and a method for manufacturing the valve lifter according to the present invention will be described in detail.
図1は本発明に係るバルブリフターが適用される内燃機関の要部を示し、例えば4気筒4サイクルガソリン機関の吸気側と排気側に適用したものである。 FIG. 1 shows a main part of an internal combustion engine to which a valve lifter according to the present invention is applied. For example, it is applied to an intake side and an exhaust side of a four-cylinder four-cycle gasoline engine.
図1中、左側が吸気側、右側が排気側であって、シリンダヘッド1の内部に形成された吸気ポート2と排気ポート3の燃焼室側開口端を開閉する機関弁である1気筒当たり2つの吸気弁4と排気弁5がバルブガイド6a、6bを介して摺動自在に設けられている。また、シリンダヘッド1の上端部にカム軸受を介して回転自在に支持された吸気側と排気側カムシャフト7,8の外周面には、前記各吸気弁4と各排気弁5とを開作動させる駆動カム9,10が一体に設けられている。
In FIG. 1, the left side is the intake side, the right side is the exhaust side, and 2 per cylinder, which is an engine valve that opens and closes the combustion chamber side open ends of the
前記各吸気弁4と排気弁5は、バルブステムの下端側に有する傘部4a、5aに吸気、排気ポート2,3の開口端に設けられた環状のバルブシート2a、3aに離着座するようになっている。また、各上端部のステムエンド4b、5bに固定されたスプリングリテーナ13a、13bとシリンダヘッド1の上端部の支持孔1a、1bの底面との間に、それぞれ弾装されたバルブスプリング14,15のばね力によってそれぞれ閉方向に付勢されている。
The
前記駆動カム9,10は、図1に示すように、一般的なものであって、側面からみて卵形状に形成されていると共に、所定のカム幅に設定されている。
As shown in FIG. 1, the
また、前記各吸気弁4,排気弁5と各駆動カム9,10との間には、バルブリフター11、12が介装されている。
Further,
この各バルブリフター11,12は、鉄系金属である炭素鋼によって一体に形成された直動型であって、図1に示すように、シリンダヘッド1の上端部に形成されたボアであるガイド孔16a、16b内に上下摺動自在に保持された円筒状の円筒部であるスカート部17、17と、該スカート部17、17の軸方向の一端部である上端部に一体に形成された冠部18、18と、該冠部18、18の下面ほぼ中央位置に一体に設けられて、前記ステムエンド4b、5bが当接する円形状のボス部19、19と、から主として構成されている。
Each of the
前記吸気側と排気側では同じ構造であるから以下では、説明の便宜上、吸気側のバルブリフター11について詳述する。
Since the intake side and the exhaust side have the same structure, the intake
すなわち、バルブリフター11は、図1及び図2に示すように、前記スカート部17が薄肉円筒状に形成されて、この外周面17aが前記ガイド孔16aの内周面に所定のフリクションをもって摺動案内されるようになっている。
That is, in the
前記冠部18は、比較的肉厚に形成され、上面には前記駆動カム9の外周面9aが摺動する円形状の冠面20が形成されている。
The
前記スカート部17と前記冠面20の境界位置には、途中工程で発生し得るバリやかえりを抑制するために、図3に示すように、テーパ状の面取り部21が全周に亘って形成されている。
As shown in FIG. 3, a
この面取り部21は、図3に示すように、前記スカート部17の外周面17aの軸方向延長線Pを基準としたテーパ角度θが約45°±3°、つまり42°〜48°の角度範囲に設定されており、この実施形態では、約45°に設定されている。
As shown in FIG. 3, the
また、この面取り部21と前記冠面20との境界位置には、第1環状角部21aが全周に亘って形成されていると共に、面取り部21とスカート部17の外周面17aとの境界位置には、第2環状角部21bが全周に亘って形成されている。
Further, a first
前記冠部18は、図4に示すように、その冠面20の全体と周囲、つまり冠面20の表面全体と前記面取り部21の第1環状角部21aに渡って硬質皮膜が形成されているが、第2環状角部21bには硬質皮膜が形成されていない。この硬質皮膜は、周知の表面処理技術であるアークイオンプレーティングなどの蒸着工法によって表面処理されたダイヤモンドライクカーボン皮膜(以下、DLC皮膜という。)22によって構成されている。これによって、前記冠面20全体と面取り部21の第1環状角部21aが高硬度でかつ低摩擦抵抗のDLC皮膜22に被覆された状態になっている。
As shown in FIG. 4, the
このDLC皮膜22は、その膜厚Wが0.5〜3.0μmに設定され、本実施形態では、例えば約1.0μmに設定されている。
The
〔バルブリフターの製造方法〕
以下、バルブリフター11の製造方法について説明する。まず、炭素鋼のバルブリフター11の母材を鍛造によって成形して、図2に示すような、前記スカート部17と冠部18及びボス部19を一体に形成する(第1工程)。
[Manufacturing method of valve lifter]
Hereinafter, a method for manufacturing the
その後、前記冠部18の冠面20外周縁に、円環状の前記面取り部21を切削加工によって形成する。この面取り部21は、前述の図3に示したように、約45°のテーパ面状に形成される(第2工程)。
Thereafter, the
続いて、前記冠面20上に、前記DLC皮膜22をアークイオンプレーティングなどの蒸着工法によって表面処理を行う(第3工程)。
Subsequently, the
すなわち、図5に示すように、冠面20の上方から膜原料である炭素原子22aを垂直方向(矢印方向)に向かって放射して付着させる。このとき、炭素原子22aが飛来する方向に対して、前記冠面20全体の他に、前記面取り部21の全体も向き合う形になることから、面取り部21全体、つまり第1、第2環状角部21a、21bを含む面取り部21全体にもDLC皮膜22が形成処理されてしまうおそれがある。
That is, as shown in FIG. 5,
そこで、面取り部21の第2環状角部21bへの炭素原子22aの付着を防止するために、冠面20と面取り部21の第1環状角部21a以外のスカート部17と第2環状角部21bの外周面全体を覆うようなマスキング部材であるマスキング治具23が予め設けられている。
Therefore, in order to prevent the
前記マスキング治具23は、図5に示すように、例えばステンレス製の金属材によって形成されて、バルブリフター11が収容保持される保持孔23aを有すると共に、該保持孔23aの上端開口部23cの孔縁に環状の突起部23bが一体に設けられている。
As shown in FIG. 5, the masking
前記保持孔23aは、内径dが前記スカート部17の外径よりも僅かに大きく設定されて、バルブリフター11全体を下方から内部へ僅かなフリクションをもって収容可能になっている。また、保持孔23aの下方内部には、内部に収容されたバルブリフター11を下方から保持する図外の支持部材を有している。
The holding
前記突起部23bは、円環板状に形成されて、内方へほぼ水平方向に沿って突設され、内方への突出量αが前記保持孔23aの内周面から前記面取り部21の径方向ほぼ中央位置までの長さに設定されている。つまり、突起部23bの下部先端縁23dが前記面取り部21の径方向のほぼ中央位置に当接して、スカート部17の外周面17aと前記第2環状角部21bの全体を覆う長さに設定されている。
The
したがって、図5に示すように、まず、バルブリフター11の上方から保持孔23aを介して前記マスキング治具23を被せて位置決めセッティングする(第3工程)と、前記マスキング治具23の突起部23bの下部先端縁23dが面取り部21の径方向ほぼ中央位置に当接しつつこの外周側、つまり第2環状角部21bとスカート部17の外周面17aを覆った状態になる。
Therefore, as shown in FIG. 5, first, when the masking
よって、この状態で前記炭素原子22aを、マスキング治具23の上端開口部23cの上方側から前記冠面20に向かって垂直方向へ放射する(第4工程)。
Therefore, in this state, the
そうすると、前記炭素原子22aは、図4に示すように、冠面20の全体と面取り部21の第1環状角部21aの表面のみに付着して、この部位のみにDLC皮膜22が形成されて、前記面取り部21の第2環状段部21bの表面やスカート部17の外周面17aには、DLC皮膜22が形成されないことになる。
Then, as shown in FIG. 4, the
その後、バルブリフター11のスカート部17の外周面17a全体を、所定の砥石によって研磨仕上げ加工を行って(第5工程)、最終的に、スカート部17の外周面17aの外径の寸法精度を高め、これによって、前記スカート部17の外径を前記ガイド孔16aの内径に適合させるようになっている。
Thereafter, the entire outer
したがって、この実施形態によれば、機関が駆動して駆動カム9がバルブリフター11の冠面20を高面圧で押圧すると、バルブリフター11は、ガイド孔16a内を傾動しながら上下に摺動することになるため、図6に示すように、スカート部17付近の面取り部21の第2環状角部21bがガイド孔16aの内周面と直接摺動してDLC皮膜22とは非接触状態になる。このため、前記ガイド孔16aの内周面の摩耗の発生を十分に抑制することが可能になる。
Therefore, according to this embodiment, when the engine is driven and the
すなわち、図9に示すように、バルブリフター11の冠面20全体の他に、面取り部21の全体にもDLC皮膜22が形成されている場合には、バルブリフター11がガイド孔16a内で傾動しながら上下摺動すると、図10に示すように、第2環状角部21bの外面に形成されている高硬質のDLC皮膜22がガイド孔16aの内周面を摺接して該内周面が経時的に摩耗してしまうおそれがある。
That is, as shown in FIG. 9, when the
しかし、本実施形態のように、マスキング治具23を利用して面取り部21の第2環状角部21bにはDLC皮膜22を形成しないようにしたことから、作動中にバルブリフター11がガイド孔16a内で傾動した場合であっても、前記ガイド孔16aの内周面にはDLC皮膜22ではなく、第2環状角部21bの鉄系金属母材が直接摺動することになるから、摩耗の発生を十分に抑制することができる。
However, since the
また、前記面取り部21の傾斜角度は、約45°に設定されていることから、前記マスキング治具23の突起部23bの直角状の下部先端縁23d(角縁)が前記面取り部21に対してほぼ垂直方向から当接して第2環状角部21bとスカート部17の外周面17a側を確実に覆うと共に、密着状態に閉止する。このため、放射された炭素原子22aは、前記突起部23bによって効果的に遮断されて第2環状角部21bやスカート部17の外周面17aへの付着を十分に抑制することができる。
Further, since the inclination angle of the chamfered
したがって、前記第2環状角部21bの摺動によるガイド孔16a内周面の摩耗の発生をさらに抑制できることは勿論のこと、前述した第5工程において、スカート部17の外周面17a全体を所定の砥石によって研磨仕上げ加工を行った際に、前記砥石はDLC皮膜22とは非接触状態となる。
Therefore, the occurrence of wear on the inner peripheral surface of the
つまり、前記面取り部21に施されたDLC皮膜22は、第1環状角部21aのみに形成されるだけであって第2環状角部21bやスカート部17の外周面17aには形成されないことから、前記外周面17aの研磨中において砥石がDLC皮膜22に接触することがない。
That is, the
この結果、砥石の部分的な摩耗の発生が抑制されて該砥石の寿命を高めることができる。しかも、研磨された硬質炭素皮膜の粉体による砥石の目詰まりの発生を十分に回避できるので、研磨不良の発生を抑制できる。
〔第2実施形態〕
図7は本発明の第2実施形態を示し、マスキング治具23の構成を変更したものであって、前記環状の突起部23bを横断面ほぼ三角形状に形成して、突起部23bの下面23eを傾斜状に形成し、この下面23e全体が面取り部21の外面に面接触状態で当接させるようにしたものである。
As a result, the occurrence of partial wear of the grindstone is suppressed, and the life of the grindstone can be increased. In addition, the occurrence of clogging of the grindstone due to the polished hard carbon film powder can be sufficiently avoided, so that the occurrence of poor polishing can be suppressed.
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention, in which the configuration of the masking
すなわち、前記突起部23bは、その突出量αが第1実施形態と同様に面取り部21の径方向のほぼ中央位置までに設定されていると共に、下面23eが前記面取り部21の外面に倣って約45°の傾斜角度に設定されている。
That is, the
したがって、前記DLC皮膜22を形成する際に、前記保持孔23aを介してマスキング治具23をバルブリフター11上に被せると、前記突起部23bの傾斜状下面23eが前記面取り部21上面の径方向のほぼ中央位置からスカート部17側に掛けて密着状態に当接する。
Accordingly, when the
このため、前記突起部23bによって前記第2環状角部21bとスカート部17の外周面17a側が密着状態に被覆されることから、前記冠面20上方から放射された炭素原子22aは該冠面20全体と面取り部21の第1環状角部21a側のみに付着するが、第2環状角部21bやスカート部17の外周面17aへの付着がさらに抑制される。
For this reason, since the projecting
この結果、第2環状角部21bやスカート部外周面17aへのDLC皮膜22の形成を第1実施形態の場合よりもさらに抑制できるので、バルブリフター11の傾動時におけるガイド孔16aの摩耗の発生を一層効果的に抑制できる。
〔第3実施形態〕
図8は第3実施形態を示し、マスキング治具23をさらに変更したもので、このマスキング治具23は、内部に複数のバルブリフター11を収容可能な金属製の枠状本体24と、該枠状本体24の上端開口縁に蓋状に載置される薄板状のマスキング部材25とによって構成されている。
As a result, the formation of the
[Third Embodiment]
FIG. 8 shows a third embodiment in which the masking
前記枠状本体24は、ほぼ筒状に形成されて、その大きさは処理されるバルブリフター11の数に応じて任意に設定されている。
The frame-shaped
前記マスキング部材25は、金属材によって一体に形成され、各バルブリフター11の配置箇所に円形状の開口部25aがそれぞれ形成されている。この開口部25aの内径d1は、バルブリフター11の外径d2よりも僅かに小さく形成されて、開口縁25bが前記バルブリフター11の面取り部21の径方向のほぼ中央に位置するように形成されている。
The masking
したがって、前述したDLC皮膜23を冠面20側に形成する際には、まずマスキング治具23の枠状本体24の内部所定位置に各バルブリフター11を並べ、その後、前記マスキング部材25を前記枠状本体24の上端部や各バルブリフター11間に載置固定する。
Therefore, when the
この状態では、前記マスキング部材25の開口縁25bが前記各面取り部21の径方向ほぼ中央位置に当接して、各面取り部21の第1環状角部21bとスカート部17を覆う形になる。
In this state, the opening
その後、前記各バルブリフター11の冠面20垂直上方位置から冠面20に向かって炭素原子22aを放射すると、該冠面20の全体と面取り部21の第1環状段部21a周囲にDLC被膜23が形成されるが、第1環状段部21bやスカート部外周面17aにはDLC被膜23が形成されずに金属母材が露出した状態になる。
Thereafter, when
この結果、第1、第2実施形態と同じく、第1環状角部21bによるガイド孔16aに対する摩耗の発生が抑制できる。
As a result, similar to the first and second embodiments, the occurrence of wear on the
しかも、マスキング治具23を枠状本体24とマスキング部材25によって比較的簡単に製造することができるため、製造コストの低減化が図れる。
In addition, since the masking
また、バルブリフター11のDLC皮膜22形成作業を、多数個取りできるのでかかる皮膜形成作業効率が向上する。
In addition, since a large number of
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、マスキング治具23の構造をさらに変更することも可能である。
The present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above. For example, the structure of the masking
また、バルブリフター11の母材として、鉄系金属以外にアルミニウム合金材などでも良い。
The base material of the
また、硬質皮膜としては、前記DLC皮膜22以外に、例えばチタンナイトライド皮膜などであってもよく、非晶質炭素材料を用いることも可能である。
In addition to the
さらに、前記吸気側のバルブリフター11ばかりか前記排気側のバルブリフター12にも適用することもできことは言うまでもなく、また、排気量の異なるいずれの内燃機関にも適用することが可能である。
Furthermore, it can be applied not only to the intake-
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項a〕請求項1に記載の内燃機関のバルブリフターにおいて、
前記面取り部は、前記円筒部に対して約45°の角度で形成されていることを特徴とする内燃機関のバルブリフター。
〔請求項b〕請求項1に記載の内燃機関のバルブリフターにおいて、
前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボンをコーティングによって構成されていることを特徴とする内燃機関のバルブリフター。
〔請求項c〕請求項3に記載の内燃機関のバルブリフターの製造方法において、
前記円筒部の外周面を、砥石によって研磨されることを特徴とする内燃機関のバルブリフターの製造方法。
〔請求項d〕請求項3に記載の内燃機関のバルブリフターの製造方法において、
前記マスキング部材は、前記開口部の内周面に前記傾斜状の面取り部と面接触する傾斜面を有していることを特徴とする内燃機関のバルブリフターの製造方法。
The technical ideas of the invention other than the claims ascertained from the embodiment will be described below.
[Claim a] In the valve lifter for an internal combustion engine according to
The valve lifter for an internal combustion engine, wherein the chamfered portion is formed at an angle of about 45 ° with respect to the cylindrical portion.
[Claim b] In the valve lifter of the internal combustion engine according to
The valve lifter for an internal combustion engine, wherein the hard coating is constituted by a diamond-like carbon coating.
[Claim c] In the method of manufacturing a valve lifter for an internal combustion engine according to
A method for manufacturing a valve lifter for an internal combustion engine, wherein an outer peripheral surface of the cylindrical portion is polished by a grindstone.
[Claim d] In the method of manufacturing a valve lifter for an internal combustion engine according to
The method of manufacturing a valve lifter for an internal combustion engine, wherein the masking member has an inclined surface in surface contact with the inclined chamfered portion on an inner peripheral surface of the opening.
1…シリンダヘッド
4…吸気弁
5…排気弁
7・8…カムシャフト
9・10…駆動カム
11・12…バルブリフター
17…スカート部(円筒部)
16…ガイド孔(ボア)
18…冠部
20…冠面
21…面取り部
21a…第1環状角部
21b…第2環状角部
22…DLC皮膜
22a…炭素粒子
23…マスキング治具
23a…保持孔
23b…突起部
23c…先端縁
θ…テーパ角度
DESCRIPTION OF
16 ... Guide hole (bore)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記冠面の全体にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成すると共に、前記第1環状角部及び前記面取り部の前記第1環状角部から第2環状角部に向けて所定の範囲に前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成する一方、前記第2環状角部には前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成しないことを特徴とする内燃機関のバルブリフター。 A cylindrical portion that slides in a bore formed inside the engine; a crown portion that is provided on one end side in the axial direction of the cylindrical portion and that directly contacts the cam; and a crown portion of the crown portion. A tapered chamfered portion formed on the outer peripheral edge, a first annular corner portion at the boundary between the crown surface and the chamfered portion, and a second annular corner portion at the boundary between the chamfered portion and the cylindrical portion, , a valve lifter of an internal combustion engine equipped with a,
To form a diamond-like carbon film on the whole of the crown surface, the diamond-like carbon film in a predetermined range toward from said first annular corner of the first annular corner and the chamfered portion to the second annular corner while forming, the the second annular corner valve lifter of an internal combustion engine, characterized in that does not form the diamond-like carbon film.
前記冠面の全体にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成すると共に、前記第1環状角部及び前記面取り部の前記第1環状角部から第2環状角部に向けて所定の範囲に前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成し、前記第2環状角部にはバルブリフターの母材が露出していることを特徴とする内燃機関のバルブリフター。 A cylindrical portion that slides in a bore formed inside the engine; a crown portion that is provided on one end side in the axial direction of the cylindrical portion and that directly contacts the cam; and a crown portion of the crown portion. A chamfered portion formed at an outer peripheral edge , a first annular corner portion at the boundary between the crown surface and the chamfered portion, and a second annular corner portion at the boundary between the chamfered portion and the cylindrical portion. A valve lifter for an internal combustion engine,
A diamond-like carbon film is formed on the entire crown surface, and the diamond-like carbon film is formed in a predetermined range from the first annular corner of the first annular corner and the chamfered portion toward the second annular corner. The valve lifter for an internal combustion engine is characterized in that a base material of the valve lifter is exposed at the second annular corner portion .
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