JPH0617615A - 内燃機関の動弁機構のカム接触部構造 - Google Patents

内燃機関の動弁機構のカム接触部構造

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JPH0617615A
JPH0617615A JP17568792A JP17568792A JPH0617615A JP H0617615 A JPH0617615 A JP H0617615A JP 17568792 A JP17568792 A JP 17568792A JP 17568792 A JP17568792 A JP 17568792A JP H0617615 A JPH0617615 A JP H0617615A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明は内燃機関の動弁機構のカム接触部構
造に関し、シムの表面に硬度の異なる2種類の薄いコー
ティングを設けることによって、カムについてもシムに
ついても長期間摩耗の少ない接触を行わせることを目的
とする。 【構成】 シムはその母材28がHV硬度350-1000の鋼材等
よりその表面粗さを0.1μmRz 以下として形成され、母
材28の表面にHV硬度が1500-7000 の厚みが0.2 μm とい
ったカムの鏡面化後に丁度削り落とされる厚みの第1の
薄膜30と、その下方の第1の薄膜30より相当に厚く、HV
硬度が1500未満の第2の薄膜32とから構成される。組み
付け直後はカムの粗い表面(3.2μm 程度) が固い第1の
薄膜30によって鏡面化され、丁度その頃に第1の薄膜30
は完全に削り落とされ、その下側の第2の薄膜32が露出
され、以後は第2の薄膜32がカム面との接触を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の動弁機構に
おいてカムに対して接触・摺動することによりカムの変
位をバルブタペットやロッカアーム等の相手方部材に伝
達するカム接触部の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の動弁機構、例えば、直接駆動
式動弁機構ではカムは合金鋳鉄の冷し金チル、Tig再
溶融チルした材料にて形成され、また表面あらさは1.
6〜3.2μmRz程度に研磨されている。一方、カム
の相手方となるタペットのカム接触面を構成するバルブ
アジャスティングシムは合金鋼の浸炭焼入れ材料等が使
用され、表面粗さは1.6〜3.2μmRzに研磨さ
れ、その後リン酸マンガン塩皮膜処理等が施され、運転
初期の焼付きに対処している。直接駆動式動弁機構の摩
擦損失の大半はカムとバルブアジャスティングシムとの
間で発生し、摩擦損失を抑制するためシムの表面あらさ
を小さくする必要がある。バルブタペットやロッカアー
ム等のカムフォロワの摺動部の摩擦損失を小さくする技
術としては、摺動部の表面粗さを小さくするものがある
(例えば特開昭61−124581号公報)。
【0003】摩擦損失の低減を図るためカム及びカムに
接触するシムの表面粗さをカムとシム間の油膜の厚さと
同じ程度に小さくする必要がある。即ち、表面粗さを油
膜の厚み程度に近づけることで流体潤滑の占める割合が
増大し、摩擦の低減を期することができるのである。と
ころが、カムとシム間の油膜の厚さは計算値で0.1μ
m程度であり、一方シムは別としてカムの加工表面の粗
さは通常の技術では前述の通り1.6〜3.2μmRz
程度とするのが実用的な技術としてはせいぜいであり、
これでは油膜の厚さに対して粗いため摩擦損失が大きく
なっている欠点があった。
【0004】この欠点を解決するためこの発明の出願人
は先願である特願平3−328794号においてカムと
接触する相手方部材であるシムの母材の表面にHv硬度
が1500から7000の薄膜をコーティングすること
を提案している。動弁機構の組み付け後内燃機関を最初
に作動させるとき硬い材料にて形成されたコーティング
はカムを急速に摩耗させその表面を鏡面化させ、一方コ
ーティング自体もカムとの接触によりその進行はカムと
比較して緩慢ではあるが摩耗される。そしてカムの表面
が丁度鏡面化される頃に厚みの薄いコーティングは摩耗
し尽くされ、母材面が露出し以後は鏡面化されたカム面
と母材面との低摩擦の接触を継続せしめようとしてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記先願ではHv硬度
が1500から7000の固い薄膜がカムを鏡面化した
時点でその薄膜は消滅し、後はカムとシムの母材との鉄
材同士との接触になる。この場合シムの摩耗量が大きい
問題がある。即ち、シムが摩耗すると、カムのベース円
部とシム間のクリアランスが大きくなり、カムとシムが
接触するときの打音の発生につながってしまうのである
が、上記先願ではコーティング層自体が摩耗し尽くされ
てしまうため、シムの母材が露出してしまい、シムの耐
摩耗性が十分に確保されなくなるおそれがあった。
【0006】この発明はシムの摩耗を抑制することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、内燃
機関の動弁機構におけるカムに接触する相手方部材は、
その母材が少なくとも0.1μmRzより細かい表面粗
さを有し、カムと接触する前記母材の表面に、カムの鏡
面化達成後に削り取られる厚みの、Hv硬度が1500
から7000の第1の薄膜と、厚みが第1の薄膜より厚
く、その下層における相手方部材の硬度より大きくHv
硬度が1500未満の第2の薄膜とからなる複層の薄膜
をコーティングすることを特徴とする内燃機関の動弁機
構のカム接触部構造が提供される。
【0008】
【作用】組み付け当初において、カムの粗い面はHv硬
度が1500から7000の第1の薄膜と接触すること
により鏡面化され、その鏡面化が丁度完了したころ第1
の薄膜は完全に削り取られ、第2の薄膜が露出し、以後
は鏡面化したカム面が第2の薄膜と接触する。
【0009】
【実施例】図1はこの発明が実施される直接駆動式の動
弁装置を示している。10はカム軸、12はカム、14
はシリンダヘッド、16はバルブステム、18はバルブ
スプリング、20はスプリングシートであり、スプリン
グシート20はコッタ22によってバルブステム16に
固定される。バルブリフタ24はシリンダヘッド14に
形成されるボアを摺動自在に設けられる。アジャスティ
ングシム(以下シム)26がバルブリフタ24の上面に
形成される円形の窪みに嵌合される。シム26はカム1
2に対向するように設けられる。シム26はこの発明に
従ってその表面に複層のコーティング処理が施されてい
る。
【0010】図2はこの発明におけるシム26の構造を
示し、母材28はHv硬度350〜1000の鋼材と
し、その表面は0.1μmRz以下の表面粗さに仕上げ
ると共に、その上面にHv硬度が1500から7000
の第1の薄膜30とその下層における相手方部材の硬度
より大きくHv硬度が1500未満の第2の薄膜32と
からなる複層の薄膜をコーティングしている。
【0011】シムの母材28の表面粗さを0.1μmR
z以下としたのは常用回転域での油膜の厚さが0.1μ
m内外であることに合致させたものである。また、母材
28をHv硬度350以上としたのはこの部位での接触
応力が70kg/mm2と高応力であるため耐ピッチング性が
要求され、耐ピッチング性は鋼材の場合硬さの0.2〜
0.3倍が耐久限といわれており、下限値としはHv硬
度350程度が適当である。硬さは表面あさらを細かく
加工するときの表面ダレ、硬質膜の摩耗時の引きずりに
よる傷、カム中のセメンタイトによる傷付きを考慮すれ
ばあまり硬すぎるよりはHv700〜1000の程度が
好ましい。また硬すぎると靱性値が悪化するのでHv硬
度1000程度が上限である。
【0012】カム12は組み立ての当初は粗いが、シム
26に回転するカム12が接触するときに、シムの表面
上のHv硬度が1500から7000の第1の薄膜30
はカム12のその粗い表面を摩耗させ、カム12の表面
を鏡面化する。この第1の薄膜30の厚みは、カム12
の表面が母材28の表面粗さ0.1μmRz程度の粗さ
となると、第1の薄膜30は丁度摩耗し尽くされるよう
な厚み(例えば0.2μm)とされ、この時点で内側の
第2の薄膜32が表面に露出する。この第2の薄膜32
は母材28と第1の薄膜30との中間の硬度でありカム
12より固いため第2の薄膜32の摩耗され難く、結果
としてシム全体としての摩耗の進行は遅くなる。一方、
カム12との関係では、第2の薄膜32が中間硬度であ
りかつカム自身は鏡面化されていて摩擦が小さくなって
いるので、カム12の摩耗の進行も抑制される。
【0013】上面側のHv硬度が1500から7000
の第1の薄膜30を構成する材質としてはTiC,Ti
N,TiCN,TiAlN,Al2 3 ,CrN,Cr
2 N,CrC等があり、下面側の母材の硬度より大きく
Hv硬度が1500未満の第2の薄膜32としてはNi
−P、Cr、クロム化合物(CrN,Cr2 N)等があ
る。第2の薄膜32はその厚みは薄くなくてもよく、物
理的気相蒸着(PVD) 、化学的気相蒸着(CVD) 等の手法の
他、その材質によってはメッキ等によって形成すること
もできる。PVD によって第2の薄膜32を形成後に、物
理的気相蒸着(PVD)、化学的気相蒸着(CVD)等
の手法によって第1の薄膜30が第2の薄膜32上に形
成される。
【0014】本発明の実施例として、SKD11 材より構成
される母材28の表面にCrNより成る厚さ5μmの第
2の薄膜32がPVD によって付与され、ついで、TiC
より成る厚さ0.2μmの第1の薄膜30が蒸着によっ
て付され、シム26が得られた。このようにして得られ
たシム26を図1のように装着し、摩耗試験を行った。
試験条件は2.0lのエンジン、5W30エンジンオイ
ル、80°Cであった。
【0015】第1比較例として先願(特願平3−328
794号)に準じてSKD11 材より構成される母材の表面
にTiCより成る厚さ0.2μmの薄膜が蒸着によって
付してシムを形成し、摩耗試験を行った。第2比較例と
してSKD11 材より構成される母材の表面にTiCより成
る厚さ3μmの薄膜をメッキによって付してシムを形成
し、摩耗試験を行った。
【0016】図3のaは本発明の実施例における運転時
間とシムの中央部の摩耗量との関係を示す。カムが回転
したときシム上の固い第1の薄膜30がカム12の粗い
表面を削り落とし、0.1μmRz程度の表面まで鏡面
化する。丁度この時点で、0.2μmと薄い第1の薄膜
30が削り落とされ、その下の第2の薄膜32が露出さ
れ、この層はカム12の材質より固いためシムの摩耗の
進行は抑制される。一方、カム12の摩耗については図
4のbに示すように最初はシム表面上の固い第1の薄膜
30によって暫時急速に摩耗するが丁度鏡面化された頃
に第1の薄膜30が摩耗し尽くされ、中間硬度の第2の
薄膜32が表面に出てくること、及びこの時点カム12
の表面は鏡面化されて摩擦が小さくなっていることから
カム12の摩耗はこれ以上はあまり進まない。
【0017】図3のcはTiCより成る厚さ0.2μm
の薄膜のみを有した第1比較例のシムの摩耗結果を示
す。カムの回転によってシム上の固い第1の薄膜30が
カム12の粗い表面を削り落とし、0.1μmRz程度
の表面まで鏡面化するが、丁度この時点で、0.2μm
の第1の薄膜30が削り落とされ、母材の地肌が露出さ
れ、この母材は柔らかいためシムはカム12によって削
り落とされ、時間に対するシムの摩耗の進行は著しく進
む。
【0018】図4はTiCより成る厚さ3μmの薄膜を
有した第2比較例のシムによるカムの摩耗を示す。この
場合は薄膜は厚いため完全に削り取られることはない
が、表面が固いためカム12の摩耗は著しく進行する。
【0019】
【発明の効果】内燃機関の動弁機構におけるカムに接触
する相手方部材を、その母材が少なくとも0.1μmR
zより細かい表面粗さを有し、カムと接触する前記母材
の表面に、Hv硬度が1500から7000の0.2μ
m程度の厚みの第1の薄膜とその下層における相手方部
材の硬度より大きくHv硬度が1500未満で第1の薄
膜より厚い第2の薄膜とからなる複層の薄膜をコーティ
ングすることにより、組み付け後短時間の運転でカムの
表面を鏡面化し、かつコーティングの厚みhカム表面の
鏡面化の完了により完全に削り取られ、その後に中間硬
度の第2の薄膜が露出されるため、以後はこの第2の薄
膜がカムと接触するためシム及びカムの双方について摩
耗の進行を防止することができ、かつ製造時にカムに高
度な研磨仕上げを要求されることがなく、製造コストを
低減維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は直接駆動の内燃機関用動弁機構を示す図
である。
【図2】図2はこの発明の実施例におけるアジャスティ
ングシムの側面図である。
【図3】図3は運転時間とシムの摩耗の進行との関係を
示すグラフである。
【図4】図4は運転時間とカムの摩耗の進行との関係を
示すグラフである。
【符号の説明】
10…カム軸 12…カム 14…シリンダヘッド 16…バルブステム 18…バルブスプリング 24…バルブリフタ 26…シム 28…母材 30…第1の薄膜 32…第2の薄膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の動弁機構におけるカムに接触
    する相手方部材は、その母材が少なくとも0.1μmR
    zより細かい表面粗さを有し、カムと接触する前記母材
    の表面に、カムの鏡面化達成後に削り取られる厚みの、
    Hv硬度が1500から7000の第1の薄膜と、厚み
    が第1の薄膜より厚く、その下層における相手方部材の
    硬度より大きくHv硬度が1500未満の第2の薄膜と
    からなる複層の薄膜をコーティングすることを特徴とす
    る内燃機関の動弁機構のカム接触部構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06248915A (ja) * 1993-02-25 1994-09-06 Otix:Kk バルブリフタ用アウターシムの表面処理方法
JP2010180749A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Toyota Motor Corp 内燃機関の動弁機構

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JPH06248915A (ja) * 1993-02-25 1994-09-06 Otix:Kk バルブリフタ用アウターシムの表面処理方法
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