JPS5987209A - ロツカ−ア−ム - 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】 この発明は自動車等の内燃薇関に使用されるロッカーア
ームに間するものである。

周知のように内燃様関におけるロッカーアームは、カム
によって駆動されてその運動をバルブに伝達するもので
あり、カムもしくはバルブと接する部分、すなわちＯＨ
Ｃ方式の内燃深間におけるロッカーアームのカムと接す
る部分、あるいはＯＨＶ方式の内燃ｔｉ関におけるロッ
カーアームのバルブと接げる部分には高い耐摩耗性が要
求される。

従来のロッカーアームは、耐摩耗性材料として知られる
高クロム鋳鉄製のものが一般的であったが、全体を高ク
ロム鋳鉄で作ったロッカーアームにおいてはその全体の
重屯が大きく、軽量化や燃費向上に反する問題があり、
また生産性や歩留りが低い欠点もあり、そこで最近では
アルミニウム合金等の軽合金材料製ロッカーアームが多
くなっている。この場合軽合金材料自体では耐摩耗性が
低いから、カムもしくはバルブに当接する部分のみを耐
摩耗性に倒れる高クロムＬ）鉄製のパッド部材で描成し
、この高クロム鋳鉄製パッド部材を基材の軽合金材料で
鋳ぐるむのが］ｍ常である。このような高クロム鋳鉄製
パッド部材詩ぐるみ型の軽合金ロッカーアームの一例を
第１図に示す。第１図において軽合金材料からなる基材
部１の中央には、図示しないロッカーシャツ１−が挿通
されるシッヤフト孔２が形成され、一方の端部にはバル
ブアジャストスクリューが貫通螺合される蟻孔４が形成
され、他方の端部には図示しないカムもしくはバルブに
当接する高クロム鏝鉄製のパッド部材５が鋳くるまれて
いる。

しかるに上述のような高クロム鋳鉄製パッド部材詩くる
み型の軽合金材Ｆｌ製ロッカーアームにおいては、パッ
ド部材と基材との結合が充分ではなく、ロッカーアーム
を使用しているうちにパッド部材と基材との間にガタや
ずれが生じて、早期に使用不可能となる問題がある。す
なわち鋳ぐるみの場合、パッド部材と基材との界面にお
ける結合強度が充分でないのみならず、８クロム鋳鉄と
軽合金どの熱膨張率が大幅に異なるため、ヒートサイク
ルにより熱膨張、熱収縮を繰返すうちにパッド部材と基
材との間に空隙が生じ、また使用中にパッド部材に繰返
し荷重が加わるうちにパッド部材と基材との界面におい
て軟質な基材側にへたつが生じ、それらの結果、パッド
部材と基材との間の空隙が次第に拡大して、パッド部材
のガタやずれが生じるのである。さらにパッド部材に高
クロム鋳鉄を用いたロッカーアームにおいては、全体を
高クロム鋳鉄で作ったものと比較すれば格段に軽量化さ
れるものの、慣性重量は未だ相当に太きく、したがって
内燃脚間の燃費向上には未だ充分ではなかった。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、軽合金
材料を基材としかつ高クロム鋳鉄のパッド部材を鋳くる
んだ従来のロッカーアームの欠点を一掃した新規な構成
のロッカーアームを提供することを目的とするものであ
る。すなわちこの発明は、パッド部のガタやずれが生じ
ないようにするとともに従来よりもより一層軽口化し、
かつまた耐摩耗性もさらに向上させたＤツカ−アームを
提供するものである。

具体的には、この発明は、軽合金材料を基材とするロッ
カーアームおいて、カムもしくはバルブと接触する部分
（パッド部）に軽合金材料よりも熱膨張率が小さい繊維
を複合一体化して、そのパッド部を繊維／軽合金複合材
で（を成し、かつその複合材からなるパッド部の表面に
セラミック溶射層を形成したことを特徴とするものであ
る。

以下この発明のロッカーアームをさらに詳細に説明する
。

第２図はこの発明のロッカーアームの一例を示すもので
あって、その全体形状は従来のものと同様に作られてい
る。すなわちアルミニウム合金もしくはマグネシウム合
金等の軽合金材料からなる基材部１の中央にはシャツ］
・孔２が形成され、一方の端部にはバルブアジャストス
クリュー３が螺合される蟻孔４が形成され、他方の端部
は図示しないカムもしくはバルブに接するパッド部６と
なっている。そしてこの発明のロッカーアームにおいて
は、そのパッド部６における基材の軽合金材料に対して
繊維が複合一体化されて、そのパッド部６が繊維／軽合
金複合材７によって構成されている。そしてそのパッド
部６の表面（パッド面）、すなわち複合材７の表面には
、セラミック溶射層８が形成されている。

前記パッド部６を構成する繊維／軽合金複合材７中の繊
維としては、そのパッド部６の熱膨張、熱収縮を押える
ため、軽合金材料よりも熱膨張率が低いものを選択する
。またこの１ｆｆｌとしては、耐摩耗性、耐熱性、強度
も優れていることが望ましい。ぞしてこの繊維としては
、長繊維、短ｍ雑、ホイスカーのいずれも使用できるが
、具体的には長ｍ紺としては炭素繊維、△Ｑ２ｏ３　（
アルミナ）繊維、５ｉＣ（炭化珪素）繊維、ステンレス
［ｌｉ維等を使用することが望ましく、短ｔＩｌｉＩＩ
ｔとしては炭素繊維、Δ２２０３−３ｉ０２（アルミナ
−シリカ）繊維、△１！２０３　ｍ維等を使用すること
が望ましく、ボイスカーとしてはＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４、
　Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３（チタン酸カリウム）等を使用する
ことが望ましい。

またパッド部６の繊維／軽合金複合材７における４！！
ｉ維の配向は、パッド部６におけるその表面（パッド面
）に平行な面内での熱膨張を抑制するため、例えば長繊
維の場合には平織物をパッド面と平行に積層するか、あ
るいは長繊維をパッド面に平行な面内で交叉積層するこ
とが望ましく、また短繊維もしくはホイスカーを使用す
る場合にはパッド面と平行な面内で２次元ランダムに配
向させることが望ましい。さらに繊維／軽合金複合材７
中における繊維の配合比は、体積割合で５〜５゜％程度
とすることが望ましい。５％未満では、所期の効果、か
なりち熱膨張を抑えがっ基材を強化する効果が充分では
なく、一方５０％を越えて配合してもそれ以上効果は大
きくならず、また軽合金と複合一体化することが工業的
に困難となる。

一方セラミック層８は直接カムもしくはバルブに接触す
るものであるから、この溶射層に使用されるセラミック
材としては可及的に耐摩耗性に優れたものを選択するこ
とが望ましく、その観点から５ｉａＮ４　（窒化珪素）
が最適であり、そのほか５ｉＣ（炭化ケイ素）、ＶＣ（
炭化バナジウム）、ＷＣ（炭化タングステン）、ＮｂＣ
（炭化ニオブ）、ＣｒａＣ２（炭化クロム）　、Ｃｒ２
Ｏ３（Ｍ化りロム）、八〇２０３（アルミナ）、ＴｉＯ
２（酸化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＣｒＮ（窒
化クロム）等を使用することができる。

なおセラミック溶射層８の厚みは、ｏ、ｓｍ＋ｎ〜１　
、５ｍｍ稈度が望ましい。０．５ｍｍ未満では充分な耐
摩耗性が得られず、一方１．５１を越えてセラミック溶
射層８を厚くすることは徒らに溶射に要する時間を長く
して生産性を阻害するだけである。

以上のようなロッカーアームにおいては、カムもしくは
バルブに直接接触して耐摩耗性を発揮するのはパッド面
表面のセラミック溶剤層８である。

そしてそのセラミック溶射層８の下地としてのパッド部
６における繊維／軽合金複合材７は軽合金材料に対しそ
れよりも熱膨張率が小さい繊維を複合一体化されている
から、パッド部６の全体の熱膨張率は軽合金よりも小さ
く、セラミック溶ｒｉ４層に近い値となっている。した
がってヒートサイクルによって熱膨張、熱収縮が繰返さ
れても、セラミック溶剤層８が剥離したり割れたりする
おそれは少ない。なおここでパッド部６におけるｍＨ／
軽合金複合材７中における繊維の配合比を、基材部１の
側からパッド面側すなわちセラミック溶射層８の側へ向
けて連続的もしくは段階的に高くなるように設定してお
けば、基材部１からセラミック溶射層８までの熱膨張率
の変化が急激ではなくなり、その結果熱膨張、熱収縮に
起因するセラミック溶射層８の剥離や割れの発生をより
一層効果的に防止づることができる。

またセラミック溶剤層８は溶射によって形成されたもの
であるから、鋳ぐるみの場合と比較して下地層（この発
明の場合繊維／軽合金複合材７）に対する密Ｍ性、結合
強度が格段に高く、また下地層そのものが泄帷によって
強化されているから、従来の高クロム鋳鉄製パッド面表
面くるみ型のロッカーアームの如く、基材側のへたりに
よって空隙が生じるようなことがない。

さらにセラミック溶剤層８やその下地としてのパッド部
６の繊維／軽合金複合材７は従来の高クロム鋳鉄製パッ
ド部材と比較して格段にＩＩ　ｆｆｌであり、したがっ
てロッカーアームの慣性型口も従来のロッカーアームよ
りも低減される。

次にこの発明のロッカーアームの製造方法の一例につい
て説明する。

予めｉｆをパッド部６の形状に成形して、繊維成形体を
得る。そしてこの繊維成形体をロッカーアームの形状に
対応するキャビティを有する例えば高圧鋳造用鋳型の所
定位置、すなわちパッド部を形成すべき個所に配置し、
次いで軽合金溶湯を鋳型内に注湯し、かつその溶湯に５
００〜１５００　ｋｇ／　ｃ♂程度の高圧を加える。こ
のように高圧を加えることによって軽合金溶湯が繊維成
形体における繊維間の空隙に充填され、軽合金と繊維と
が複合一体化される。この加圧力を軽合金溶湯か完全に
凝固されるまで保持し、凝固後に鋳型から取出す。得ら
れたロッカーアーム素材は、そのパッド部が繊維／軽合
金複合材で格成されたものとなっている。次いでその複
合材からなるパッド部の表面（パッド面）にプラズマ溶
射、火炎溶射容によってセラミックを溶射すればこの発
明のロッカーアームが得られる。

また場合によっては繊維成形体の片面に予めセラミック
を溶射しておき、その後繊維成形体をセラミック溶ＩＸ
Ｊ層が鋳型内面に接するように高圧鋳造用鋳型の所定位
置に配置し、次いで軽合金溶湯の注湯および加圧を行っ
ても良い。

さらに、前述のように繊維を予め成形しておく代りに、
鋳型のパッド部に対応する内面に予め短１１ｆ［ｔもし
くはボイス力を塗布または吹付けておき、その状態で軽
合金溶湯の注湯および加圧を行い、凝固後に前記同様に
セラミックを溶射しても良い。

以下にこの発明の実施例を記す。

実施例 平均繊維径０．５戸、平均繊維長１３０戸の炭化珪素ホ
イスカーに１５％コロダイルシリ力水溶液を添加し、パ
ッド形状に成形して、［１成形体を得た。但しこの繊維
成形体におけるボイスカーの配向は、パッド面に平行な
面内で２次元ランダムとした。そのｉＨＩ［ｃ成形体を
約８００℃に予熱し、ロッカーアーム高圧鋳造用鋳型の
下型におけるパッド部対応部分に配置した後、上型と下
型を型締めし、直ちに約７４０℃のＪＩＳ　　Ａ０４Ｃ
のアルミニウム合金溶湯を注湯して、加圧プランジャー
により約１０００Ｊ／ｃ♂の圧力で溶湯を加圧し、その
圧力をアルミニウム合金溶湯が凝固するまで保持し、凝
固後に鋳型から取出した。これによってパッド部に炭化
珪素ボイスカーを体積率２０％で複合したロッカーアー
ム素材が得られた。さらにそのロッカーアーム素材のパ
ッド面に、プラズマ溶射法により窒化珪素粉末を厚さ０
．８１１１ｍに溶射し、窒化珪素溶Ｑ１層を形成した。

この実施例により１ｑられたロッカーアームは、窒化珪
素溶射層の下地層が炭化珪素／アルミニウム合金複合材
となっていて、両者の熱膨張率が近いため、溶射層の剥
離や亀裂の発生が有効に防止され、耐用寿命が従来の高
クロム鋳鉄製パッド部甘坊くるみ型のロッカーアームと
比較して格段に長いことが確認された。また従来の高ク
ロム鋳鉄製パッド部甘坊くるみ型のロッカーアームと比
較して慣性重量も軽減された。

以上の説明で明らかなようにこの発明のロッカーアーム
は、従来の高クロム１ｔＪ鉄製パツド部材鋳くるみ型ロ
ッカーアームの如くパッド部材のガタやずれが発生する
ことがなく、また表面の耐摩耗性を発揮するセラミック
溶ｇＡ層の剥離や亀裂の発生が有効に防止され、したが
って従来のロッカーアームよりも耐久性が格段に高く、
しかも軽母であるため内燃機関の燃費向上にも有効であ
る等、名神の優れた長所を右するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロッカーアームの一例を示す側面図、第
２図はこの発明のロッカーアームの一例を示す一部切欠
側面図である。 １・・・基材部、　６・・・パッド部、　７・・・繊維
／′軽合金複合材、　８・・・セラミック溶射層。 出願人　　１〜ヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊　１）武　久 （ほか１名） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軽合金材料を基材とするロッカーアームにおいて、カム
   もしくはバルブに接するパッド部に前記軽合金よりも熱
   膨張率が小さい繊維を複合してそのパッド部を繊維／軽
   合金複合材で構成し、かつパッド部の表面にセラミック
   溶射層を形成したことを特徴どするロッカーアーム。