JPS5891314A - ロツカ−ア−ムおよびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に高速回転エンジンに用い（優れた性能を
発揮する軽−化ロッカーアームに関する。

近鋒、燃費効率の向上を目的として自動車の軽量化が課
題となっており、この観点から部品であるロッカーアー
ムについても材料を従来の鋳鉄から炭素繊維強化合成樹
脂（ＣＦＲＰ）に代えることが検討され、すでに本発明
者等の一部もＣＦＲＰ製の軽量化されたロッカーアーム
を提案している。（実開昭５６−１０３６１０号公報） ロッカーアームは、バルブ側部と、カム側部がらなりロ
ッカーシャフト用孔部を有し、バルブ側部の腹面にはエ
ンジンのパルプを押圧するアジヤスティングスクリュー
を取付ける部分があり、カム側部の腹面にはカム接面が
ある（ｊｌＩ１図参照）。ロッカーアームでは使用時応
力がロッカーシＶフトを支点としてアジヤスティングス
クリュー取付部とカム接面に負荷される。前記の提案考
案においては、一方向プリプレグや織物等のシート状炭
素繊維集合体が用いられ、そのシート面が応力の方向に
対し垂直、つまりロッカーシャフト軸に対し平行になる
よう積層されている。このロッカーアームは、所要の強
度を具備し何よりも軽量化の目的を果たし、一般にエン
ジンに使用されて有用なものであった。しかし、本発明
者等のその後の検討によると、前記のように積層された
ロッカーアームは、これを特に負荷の大きい高速回転エ
ンジンに用いると、時に積層面にクラックを生ずること
があり、強度が必ずしも十分でないことが判明した。そ
して、この問題はプリプレグの積層に際し積層面内で繊
維の配向角度を変えたり、また、炭素繊維自体の強度や
樹脂に対する炭素繊維含有比率を蛮えてみても解決する
ことができなかった。そこで引続き検討した結果、この
問題を解決することに成功し、本発明を完成するに至っ
た。

本発明は、炭素繊維チョツプドストランドで強化された
合成樹脂からなるエンジン用ロッカーアームであって、
下記構成のものである（第２〜４図参照）すなわら、ロ
ッカーアームにおいてロッカーシャフト用孔の中心軸を
ｌ軸とし、バルブ側部及びカム側部の背面における各稜
線にそれぞれ平行で２軸と交わる軸をＹ軸、Ｙ′軸とし
、Ｙ軸とＹ′軸の交差角の２１分線に平行でｌ軸と交わ
る軸をＸ軸とした場合に、ＸＹ又はＸＹ−面に投影した
ときのＹ軸又はＹ′軸に対する炭素繊維の平均配向角β
の絶対値が５度以上であり、ＺＹ又はＺＹ′面に投影し
たときのＹ軸又はＹ′軸に対する炭素繊維の平均配向角
αの絶対値が３０度以下であることを特徴どづるもので
ある。

また、本発明は、炭素繊維チョツプドストランドで強化
された合成樹脂からなるエンジン用ロッカーアームの−
造法であって、下記構成のものである。

すなわら、炭素繊維チョツプドストランドをロッカーア
ームの金型に入れるに当り、ロッカーアームのＸＹ及び
ＸＹ′而にチョツプドストランドをランダムに詰めるこ
とによってＸＹ又は×Ｙ′面に投影したときの炭素繊維
の平均配向角βをＹ軸又はＹ′軸に対し５痕以上にし、
ｌ軸方向より加圧し加熱成形することを特徴とするもの
である。

本発明のロッカーアームにあっては、炭素繊維の平均配
向角α及びβをそれぞれ所定の角度にすることにより強
度が一段と向上しており、これを負荷の大きい高速回転
エンジンに用いた場合にも積層面にクラックを生ずるこ
とがない。

また、本発明の１造法によれば、そこに示された手段に
より平均配向角βを所定のものにすると同時に平均配向
角αも所定のものにすることができ、優れた強度のロッ
カーアームを得ることができる。

本発明のロッカーアームを図面によって説明する。

第１図はロッカーアームの斜視図を示したものである。

このロッカーアームはカム側部（図の右側部分）とバル
ブ側部（図の左側部分）からなり、側面１（一方のみ図
示）と腹面２及び背面２′を有し、側面の中央部にロッ
カーシャフト用孔ｌがあ【プられている。バルブ側部の
腹面にアジヤスティングスクリュー（エンジンのパルプ
を押圧づるもの）用ねじ孔５を有し、カム側部の腹面に
カム接面６を有している。ロッカーアームは炭素繊Ｎ３
からなる積層されたプリプレグ４によって強化されてい
る。

本発明のロッカーアームにおいて、ｘＹ又はＸＹ′面に
投影したときのＹ軸又はＹ′軸に対する炭素繊維の平均
配向角βの絶対値は５度以上、好ましくは５〜６０度で
あり、ｚＹ又はＺＹ′面に投影したときのＹ軸又はＹ′
軸に対する炭素繊維の平均配向角αの絶対値は３０度以
下、好ましくは０〜１５度である。

Ｘ、Ｙ、Ｙ＝、Ｚ軸と配向角α及びβの関係はｖ８２〜
４図に示されている。ここにＺ軸はロッカーシャフト用
孔１の中心軸であり、Ｙ、Ｙ−軸はそれぞれバルブ側部
及びカム側部の背面の稜線８．９に平行で２軸と交点Ｏ
で交わる軸であり、Ｘ軸は交点０における角ＹＯＹ　　
の２等分線に平行でＺ軸と交わる軸である。平均配向角
βはバルブ側部においてはＹ軸に対する角度とし、カム
側部においてはＹ−軸に対する角度とする。

平均配向角α及びβの測定方法を図面によって説明する
。第５．６図において、１０は測定用試料であり、これ
はＸ、Ｙ（ＹｉＺ軸に関しそこに示すごとき条件でロッ
カーアームから切出されたものである。

１１はＸ線の入射方向、１２はＸ線用フィルム、１３は
Ｘ線回折パターンである。第７図の曲線Ｇ、ｔ　Ｘ線回
折強度Ｉ（α）又はＩ（β）と角度α又１よβとの一係
を示している。

Ｘ線回折強度は前記第５．６図で得られた２θ−２５，
５度（θは入射角）のＸ線回折パターンの円弧にそって
α（又はβ）−０〜９０度の間で測定し、空気散乱、非
晶部分散乱の影響を補正した値である。このＸ、線回折
強度！（α）、Ｉ（β）から平均配向角α、βを次式に
より求める、ことができる。

ここでωは成形に使用した炭素繊維について同様に測定
した炭素繊維の繊維軸に対する炭素繊維中の炭素結晶の
平均配向度である。

本発明の平均配向度α、βは１つのロッカーアームの少
なくとも２０点について測定した値の平均値とする。

本発明においては、前述のようにして測定された平均配
向角α、βの絶対値がそれぞれ３０度以下、５度以上で
あることが必要である。αの絶対値が３０度より大にな
ると剛性が不足し、大きい負荷が働いたときの変位が大
となりエンジンの性能が低下する。またβの絶対値が５
度より小になると大きな負荷が働いた場合にＺＹ又はＺ
Ｙ＝平面に平行な面でクランクが発生する。

βはあまり大きくなるとやはり剛性の低下を招くので、
６０度以下が好ましい。

本発明ではα、βが所定の条件を満足すれば炭素繊維が
実質的に一端、から他端まで連続する必要は必ずしもな
り、５〜１０ｍ−の如く短い炭素繊維であってもよい。

この点は本発明の大きな特徴の一つで、この場合にはプ
リプレグを積層する場合より成形性が大幅に向上しコス
ト低下にも寄与する。

本発明における炭素繊維のチョツプドストランドとは、
通常、炭素繊維のフィラメントが例えば１０００．３０
００．６０００．１２　、０００．２４，０００本とま
とまった束であり、その長さは通常５−―から１００１
のものである。取扱性や物性の面で１０−から５０−の
ものが好ましい。

本発明にお番ブる合成樹脂はエポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエスシ′ル樹脂等の
熱硬化性樹脂又はポリスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂で
ある。このうち特にロッカーアームの使用環境が高温下
であることから、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリスルホン樹脂等が好ましい。

本発明の炭素繊維強化合成樹脂製ロッカーアームは、炭
素繊維体積含有率が通常３０〜８０％であり、特に４５
〜７５％のものが好ましい物性を与える。

本発明のロッカーアームには、カム側部のカム接面、バ
ルブ側部のアジヤスティングスクリュー取付部、ロッカ
ーシャフト用孔部のいずれか、又はすべてに金属部材を
インサートすることができる。例えばロッカーアームと
の接点では高負荷が作用し高速運動が行われる関係上、
カム接面には硬度及び耐摩耗性の高い鋳鉄製等の金属部
材が用いられ、第８図のカムパッド１４はこれを示して
いる。

またロッカーアームはロッカーシャフトを軸として高速
運動する関係上、ロッカーシャフト用孔にそつてシャフ
トを包むように耐摩耗性の高い金属部材（第８図の１５
）を用いるのがよい。

アジヤスティングスクリュー用ねじ孔にそって金属部材
（第８図の１６）をインサートすることもできる。

これらの金属部材は、炭素繊維チョツプドストランドを
金型に詰める時にセットして加熱加圧することにより樹
脂の硬化と同時にインサートすることができる。

本発明の製造法は、炭素繊維チョツプドストランドをロ
ッカーアームの金型に入れるに当り、ロッカーアームの
ＸＹ及びＸＹ−面にチョツプドストランドをランダムに
詰めることによってＸＹ又はＸＹ′面に投影したときの
炭素繊維の平均配向角βをＹ軸又はＹ′軸に対して５度
以上にし、Ｚ軸方向より加圧し加熱成形し、炭素繊維チ
ョツプドストランドで強化された合成樹脂からなるエン
ジン用ロッカーアームを得るものである。

本発明の方法によって平均配向角βを所定のものにする
と同時に平均配向角αも所定のものにすることができ、
βが５度以上でαが３０度以下であるロッカーアームが
顎造される。

本製造法においては予め樹脂を含浸させた炭素繊維チョ
ツプドストランドプリプレグを金型に詰めてもよく、ま
たチョツプドストランドを金型に詰めた後に樹脂を注入
含浸させてもよい。

以下に本発明を実施例をもって説明するとともに比較例
を掲る。

実施例１゜ フィラメント６．０００本が束になった炭素繊維ストラ
ンド（東邦ベスロン社−ＨＴＡ　−７−６０００）にエ
ポキシ樹脂を含浸させてストランド状のプリプレグを作
興した。

このものの樹脂含有率は４２＠量％であった。

このプリプレグを長さ３Ｇ−に切断してチョツプドスト
ランドプリプレグとなし、このものを６゜ｇロッカーア
ーム用金型にロッカーアームのＺ軸方向からＸＹ及びＸ
Ｙ＝ｌｉｒランダムになるように詰めホットプレスにセ
ットした。硬化は、１３０℃で６０分間接触圧でプレキ
ュア−し続いて１８０℃に昇温しｚ軸方向から７Ｋｇ／
ｃｌ”の圧力を加えながら１２０分間行った。

冷却後金型から脱型し、次いでロッカーシャフト用の孔
を超硬ドリルであけてロッカーアームを得た。

このものの炭素ＩＩ雑の平均配向角はβが±２０度、α
が±１５度であった。

製品の性能は下記第１表に示すとおりであり、これによ
れば鋳鉄製の従来品に比し重量は半分以下になり、強度
は大幅に向上していることがわかる。

実施例２゜ フィラメント１２，０００本が束になった炭素繊維スト
ランド（東邦ベスロン社製ＨＴ　Ａ　−７−１２，Ｇｏ
ｏ）を約３ａｍに切断した。このチョツプドストランド
３０ｇをロッカーアーム用金１にロッカーアームの７輪
方向からＸＹ及びＸＹ”ｉｌでランダムになるように詰
め同時にカム側部のカムパッド部に鋳鉄製のカムパッド
を、パルプ側部のアジヤスディングスクリュー取付部に
１径１６Ｉｌｌｌのアルミニウム製丸棒を、更にロッカ
ーアーム用孔部に内径１６ＩｌｌＩｌ、外径２２５ｍの
アルミニウム製パイプをセットした。

この際、バイブは金型に支持された直径１Ｇ＋ｕ＋の丸
棒を挿入することにより、位瞳を固定した。

次いで、硬化剤を混合したエポキシ樹脂を金型内に注入
し炭素ＩＩＭに含浸させた。硬化を実施例１と同じ条件
で行い、成形、冷却後脱型して、金属部材のインサート
されたロッカーアームが得られた。このものの炭素繊維
の平均配向角はβが±１０度、αが±１２度であった。

製品の性能は下記第１表に示すとおりであり、これによ
れば全体が鋳鉄製の従来品に比し重量が約半分になり、
強度は２倍近く大幅に向上したことがわかる。

比較例１ 金型にチョツプドストランドプリプレグをロッカーアー
ムの軸方向からＺＹ及びＺＹ−面でランダムになるよう
に詰めたこと、及び圧力をＸ軸方向から加えて瞼化した
こと以外は実施例１と同様にしてロッカーアームを作っ
た。このものの炭素繊維の平均配向角はβが±　３度、
αが±２０度であり（βが本発明の規定外）、その性能
は下記第１表に示すとおりであった。これによれば、本
比較品は、重量が鋳鉄製の従来品に比し半分以下になっ
たものの非常に低い荷重により賦壊し強度が劣ることが
わかる。これは厚み方向に炭素繊維が配向しなかったた
め、層間剪断による破壊が起ったものである。

比較例２ ±４５度に配列した炭素繊維−エポキシ樹脂プリプレグ
（一方向プリプレグを±４５！ｌｊ［になる如く２枚重
ね合せたもの、東邦ベスロン社製Ｑ−１１０２）をロッ
カーシャフトに平行な面の断面に合わせて切断した。こ
の場合は場所によって厚みが異なるため、所定の厚みに
なるようにプリプレグの形状を徐々に変えて切断し、積
層したときに急激な厚み変化が発生しないように積層し
た。

これを金型に入れホットプレスにセットし、実施例１ど
同様に硬化を行い製品を得た。このロッカーアームの炭
素繊維の平均配向角はαが±４５度、βが０度であり、
　（メ、βが本発明の規定外）、その性能は下記第１表
に示すとおりであった。これによれば、本比較品は重−
が鋳鉄製の従来品に比し半分以下になったものの、非常
に低い荷重により破壊し強度が劣ることがわかる。

第　　１　　表 （注）従来品：鋳鉄製のもの 第１表における製品性能に関する数値は次の測定方法に
より得られたものである。表中負荷時の変位は、第９図
において固定軸１７．１８によりロッカーアームを固定
しＡ点に圧子１９により４００ｋｌＪの負荷をかけ、そ
のときのロッカーアームの変位をダイヤルゲージ２０に
よって測定した数値である。Ｌｌは′２１１−とした。

また表中破壊凋重は、第１０図においてロッカーアーム
を固定軸１１．１８によって固定し、８点に圧子１９に
より徐々に荷重を加え、ロッカーアームが破壊した時の
荷重を測定した数値である。Ｌ２は３５＋ａｇ＋とした
。

【図面の簡単な説明】

第１図はロッカーアームの斜視図である。第２〜１図は
采発明における平均配向角α及びβの測定方法説明図で
ある。第８図は本発明のロッカーアームの一実施態様例
を示す。第９図、第ｉｏ＠は実施例及び比較例の製品に
関する性能試験説明図である。 １：ロッカーアームの側面、２二ｌ！面、２′：背面、
３：炭素繊維、４：積層されたプリプレグ、５ニアジヤ
ステイングスクリユー用ねじ孔、６；カム接面、７：ロ
ッカーシャフト用孔、８及び９；背面の稜線、１０：測
定用試料、１４：力ムパッド、１５：ロッカーシャフト
凡用金属インサー１〜．１６：アジヤステイングスクリ
ユ一部金属インナート、１７．１８　：固定軸、１９：
圧子特許出願人　　東邦へスロ：／神式会社特許出願人
　　トヨタ自動車工業株式会社代理人弁理士　　土　居
　三　部 第１　図 第７図 角度（メ又１β） 手続補正書 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５６年特許願第１８９７６２号 ２、発明の名称 ロッカーアームおよびその鞍造法 ３、補正をする者 名　称　　　東邦ベスロン株式会社　（−ト１名）代表
者　　　ＩＩ　　浅　誠　也 ４、代理人　〒１０５ 住　所　　　東京都港区西新橋１丁目１０番８号昭和５
７年３月５日（発送日　昭和５７年３月３０日）６、補
正の対象　　願書および明細書 ７、補正の内容　　別紙の通り（浄書、内容に変更なし
）記 １４ＸＩｌ口畑由笹　０百１−Ｅ）小ぜん冷の如ど訂正
する一特許庁長官　殿 １、事件の表示 昭和５６４特許願第１８９７６２号 ２、発明の名称 ロッカーアームおよびその製造法 代表者　　　湯　浅　誠　也 ５、補正命令の日付　　自発補正 ６、補止の対象　　　　明細書の発明の詳細な説明の欄
７、補正の内容　　　　別紙の通り （１）明相ｗｉ；ｒｈ只工ｅｔｕノエ’ｂＫ（Ａ’）％
ｌＩ＼０ＪｊＬｊ−ｃｄａ以　　上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロッカーアームにおいてロッカーシャフト用孔の
   中心軸を２軸とし、バルブ側部及びカムＩｌｌの背面に
   おける各稜線にそれぞれ平行で２軸と交わる軸をＹ軸、 Ｙ′軸とし、Ｙ軸とＹ′軸の交差角の２等分線に平行で
   Ｚ軸と交わる軸をＸ軸とした場合に、＝ＸＹ又はＸＹ′
   面に投影したときのＹ軸又はＹ′軸に対する炭素繊維の
   平均配向角βの絶対値が５度以上であり、ＺＹ又はＺＹ
   ”面に投影したときの７輪又はＹ　軸に対する炭素繊維
   の平均配向角αの絶対値が３０度以下であることを特徴
   とする炭素繊維チョツプドストランドで強化された合成
   樹脂からなるエンジン用ロッカーアーム。
2. （２）ロッカーアームにおいてカム側部のカム接面、パ
   ルプ側部のアジヤスティンゲスクリｌ−取付部、ロッカ
   ーシャフト用孔部に金属部材をインサートしてなる特許
   請求の範囲（１）のロッカーアーム。
3. （３）炭素繊維チョツプドストランドをロッカーアーム
   の金型に入れるに当り、ロッカーアームのＸＹ及びＸＹ
   −面にチョツプドストランドをランダムに詰めることに
   よってＸＹ又はｘＹ′面に投影したとき（ の炭素繊維の平均配向角βｍＹ軸又は Ｙ′軸に対して５度以上にし、Ｚ軸方向より加圧し加熱
   成形することを特徴とする炭素繊維チョツプドストラン
   ドで強化ξれた合成樹脂からなるエンジン用ロッカーア
   ームの−造法。