(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブとバルブ駆動カムとの間に配置されるバルブリフタであって、
前記バルブリフタの頂面には底面に微小溝が形成された扇状のくぼみが同心円の市松模様状に配置されたことを特徴とするバルブリフタ。
【請求項２】
前記扇状のくぼみに形成された前記微小溝は、前記バルブリフタの中心に対して同心円状に形成された請求項１に記載されたバルブリフタ。
【請求項３】
前記扇状のくぼみに形成された前記微小溝は、前記バルブリフタの中心に対して放射状に形成された請求項１に記載されたバルブリフタ。
【請求項４】
前記頂面には、
前記バルブリフタの中心に対して、同心円状に形成された微小溝を有する扇状のくぼみと、
前記バルブリフタの中心に対して、放射状に形成された微小溝を有する扇状のくぼみとが、混在する請求項１に記載されたバルブリフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの動弁系の構成用品であるバルブリフタに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関（以後「エンジン」とも呼ぶ）の効率を高め、燃費を向上させるたには、エンジン内部で動く部材が引き起こす損失、いわゆるメカロスを低減する必要がある。なかでも、動弁系に関しては、さまざまな改善が行われてきた。例えば、燃焼室内に吸気を送り、また燃焼後のガスを排気するバルブは、長いプッシュロッドを有するＯＨＶ方式から、カムシャフトを燃焼室の上部に配置したＯＨＣ方式へと進化してきた。ＯＨＣ方式は、カムシャフトをクランク軸からのチェーンによる回転運動で駆動させるので、質量のあるプッシュロッドを線運動させる場合より損失低減しやすい。
【０００３】
ＯＨＣ方式でも、カムがバルブを直接に駆動する方式（ダイレクト方式）では、カムやバルブを軽量化でき、エンジンの高回転、低損失を実現しやすい。一方、カムとカムからの動力をバルブに伝達するバルブリフタとの間の摺動摩擦（フリクション）が、メカロスの原因となる。従来は、このバルブリフタの頂面を鏡面に仕上げるといった方法でフリクションの低減を行っていた。
【０００４】
ところで、近年、摩擦と摩耗と潤滑を一括してあつかうトライボロジーが盛んに研究され、実用的な局面に応用されている例も多い。エンジンにおける摺動部分への応用も見受けられる。特許文献１は、摺動受部材全般に応用できる摩擦低減の技術を開示している。特に、バルブリフタへの応用も開示されている。
【０００５】
ここでは、タペット（バルブリフタ）の冠面（頂面）の少なくとも中心Ｃから離れた部位に位置する環状帯部分には円形状のくぼみを多数形成すると共に、冠面の少なくとも中心部分には一方の対向辺が（カムの）摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみを同心円状に多数形成した構成が開示されている。
【０００６】
特許文献１では、摺動部材の摺動速度が遅くそして両者間の潤滑油膜厚さが薄い摺動部材の折り返し点ないしその近傍の摺動端近傍部分では、矩形状のくぼみよりも円形状のくぼみの方がフリクションを低減するうえで有効であり、一方、摺動部材の摺動速度が速い部分では、円形状のくぼみよりも矩形状のくぼみの方がフリクションを低減する上で有効であると教示している。
【０００７】
また、特許文献１では、この理由として、潤滑油膜厚さが薄い領域では、メタルコンタクトが発生するので、矩形状のくぼみよりも円形状のくぼみの方がくぼみ段差を垂直に乗り越えやすく、摺動速度が速い領域では潤滑油膜厚さが十分に厚いのでメタルコンタクトが減るし、摺動方向に対して垂直な辺が多いほど、くぼみ段差に乗り上げる際の油圧増幅効果によってより一層くぼみ効果が得られやすいので矩形状のくぼみがよいとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−４６６６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
摩擦の低減は、さまざまな試みや研究がされているが、全ての局面に対応できる考え方は少なく、ケース毎に試行錯誤される場合が多い。バルブリフタの場合も、特許文献１のようなくぼみの形成で対応できる範囲もあるかもしれないが、カムの幅、バルブリフタの径、さらには、エンジンの排気量や高回転型若しくは低回転型といった、そのエンジンに付与したいエンジン特性によっても摩擦状態は変化する。
【００１０】
また、バルブリフタの頂面の摩擦の低減は、エンジン全体のメカロスの低減に非常に効果的である。従って、バルブリフタの頂面の摩擦低減には、より細かな制御が要望されるところである。
【００１１】
特に、バルブリフタとカムとの間にはメタルコンタクトが必ず存在するので、荷重をささえるためにも、バルリフタの頂面にはくぼみのない部分も必要である。そして特許文献１に開示の技術では、くぼみの総面積を決めてしまうと、くぼみの形状だけでさまざまな摩擦状態に対応せねばならない。したがって、くぼみの総面積が狭ければ、摩擦低減の細かな制御ができにくいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑み想到されたものであり、くぼみの総面積がバルブリフタの頂面の総面積の占める割合が少なくてもカムとバルブリフタの間の摩擦状態を細かく制御することを目的とする。
【００１３】
具体的には、本発明は、
車両用内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブとバルブ駆動カムとの間に配置されるバルブリフタであって、
前記バルブリフタの頂面には底面に微小溝が形成された扇状のくぼみが同心円の市松模様状に配置されたことを特徴とするバルブリフタを提供する。
【００１４】
また、本発明のバルブリフタでは、
前記扇状のくぼみに形成された前記微小溝は、前記バルブリフタの中心に対して同心円状に形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のバルブリフタでは、
前記扇状のくぼみに形成された前記微小溝は、前記バルブリフタの中心に対して放射状に形成されたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のバルブリフタでは、
前記頂面には、
前記バルブリフタの中心に対して、同心円状に形成された微小溝を有する扇状のくぼみと、
前記バルブリフタの中心に対して、放射状に形成された微小溝を有する扇状のくぼみとが、混在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のバルブリフタは、頂面に微小溝を形成した矩形状のくぼみを千鳥格子状に配置したので、潤滑油が微小溝を流れる方向で得る事の出来る動圧によるフリクション低減効果と、潤滑油が微小溝を乗り越える方向で得られるレイリーステップ効果（若しくは油溜り効果）で得られるフリクション低減効果を、単独に若しくは複合させて用いることができるので、エンジン設計に応じて細かなフリクション制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】動弁部分の概略を示す図である。
【図２】本発明のバルブリフタの頂面を例示する図である。
【図３】バルブリフタの頂面に形成されたくぼみを拡大した図である。
【図４】他の形態のくぼみを示した図である。
【図５】バルブの回転と摺動軌跡の関係を説明する図である。
【図６】くぼみによる動圧によって摩擦が低減する様子を説明する図である。
【図７】くぼみの中の微小溝によって摩擦が低減する様子を説明する図である。
【図８】バルブリフタの頂面に形成されたくぼみのバリエーションを示す図である。
【図９】くぼみの他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、バルブ機構の概略を示す。バルブ機構は、内燃機関の吸気もしくは排気口に配置され、吸気もしくは排気を燃焼室から出し入れする際に作動する。皿状のバルブ１００は棒状のバルブステム１０２に連結されている。バルブステム１０２の他方の端はバルブリフタ１にシム１０４を介して当接されている。また、バルブステム１０２とシム１０４の間にはバルブスプリングリテーナ１０６が配置されている。バルブスプリング１０８は、バルブステム１０２に挿入され、シリンダヘッド内の所定壁面１１０とバルブスプリングリテーナ１０６との間に配置される。そして、バルブスプリングリテーナ１０６を上方向（バルブが閉じる方向）に付勢する。
【００２０】
バルブリフタ１は、一方が開口した円筒形をしており、バルブスプリング１０８とバルブステム１０２を内部に入れるように冠着される。バルブリフタ１の頂面４の上部にはカム２が配置されており、カム２がバルブリフタ１を押し下げることによりバルブがバルブスプリング１０８の付勢力に打ち勝って開く。
【００２１】
カム２のベースサークル内にはオイル供給用の油孔が設けられており（図示せず）、カム２とバルブリフタ１の頂面４との間に潤滑油を供給する。
【００２２】
図２には、本発明のバルブリフタの頂面４を示す。本発明のバルブリフタ１の頂面４には、くぼみ６が形成されている。図２ではくぼみを黒の領域で表した。くぼみは、バルブリフタ１の中心に対して同心円状の区画８に形成される。ここで同心円状の区画８とは、所定の幅１０を有した環形状をいう。説明のために、バルブリフタの中心から周縁に向かって順につけた番号を区画番号と呼ぶ。また、同じ区画中でくぼみでない部分を平坦部１２と呼ぶ。図２では、白の部分である。平坦部１２はバルブリフタ１の頂面４の表面である。
【００２３】
くぼみ６は、同心円状の区画８の中に等間隔で形成される。つまり、くぼみ６は正確には扇形状をしている。しかし、小さな面積であるので、矩形状と言ってもよい。さらに、区画番号の前後の区画中に形成されるくぼみは、バルブリフタの中心からの半径にそって連続しては形成されない。すなわち、バルブリフタの頂面４全体でみると、くぼみ６は同心円の市松模様状に配置されている。若しくはダーツの的模様状に配置されているともいえる。
【００２４】
同心円状の区画８は、頂面４の中心から所定の半径の間に形成される。言い換えると、周縁部分にはくぼみが形成されない部分がある。この領域はカムが当接しない部分にあたり、フリクションを低減させる必要がないからである。また、頂面４の中心部分では、くぼみ６が小さくなりすぎ、また、加工も容易でないので、くぼみ６を形成しなくてもよい。
【００２５】
それぞれの区画８の幅１０は同じでなくてもよい。つまり、中心部分と周辺部分で区画の幅を変えてもよい。区画内に形成されるくぼみの大きさを調節することで、フリクション低減の効果が最適になるように調整できるからである。
【００２６】
図３（ａ）には、くぼみ６の１つを拡大した斜視図を示す。図中符号Ｃはバルブリフタ頂面４の中心方向を表し、符号Ｅはバルブリフタ頂面４の周縁方向を示す。くぼみ６の底部には微小溝１４が形成されている。図３（ｂ）には、図３（ａ）のＡ−Ａの断面を示す。微小溝１４はくぼみ６の底部に複数本形成されており、それぞれの微小溝１４の間には畝部１６が形成されている。畝部１６の頂点１８は平坦部１２より少なくとも下に形成されている。平坦部１２から畝部１６の頂点１８までの深さを変えると、後述するフリクション制御を行うことができる。なお、平坦部１２から畝部１６の頂点１８までの深さをくぼみ深さ２０と呼び、畝部１６の頂点１８から溝の底までを溝深さ２２とする。
【００２７】
微小溝の大きさは特に限定されないが、幅が約１μｍ以下の大きさであり、くぼみの大きさは約１〜２ｍｍ程度が好適である。また、このような微小溝付のくぼみは、初めにくぼみを形成してからくぼみの底に微小溝を形成してもよいし、微小溝を連続的に形成し、その結果くぼみが形成されてもよい。これらの微小溝やくぼみは、フォトリゾグラフィを用いたウエットエッチングやスパッタを用いたドライエッチング、またレーザー加工で形成することもできる。
【００２８】
図３（ａ）では、微小溝１４は、バルブリフタ１の中心に対して円周方向に形成されている。しかし、微小溝１４はバルブリフタ１の中心に対して、放射状に形成することもできる。図４には放射状に形成された微小溝１５を有するくぼみ７を例示する。
【００２９】
次に本発明のバルブリフタ１の効果について説明する。図５は、カム２とバルブリフタ１の接触を概説する図である。図５（ｅ）は頂面上での摺動軌跡を示したものである。図５（ａ）を参照して、カム２のベース位置では、カム２とバルブリフタ１は接触していない。図５（ｂ）を参照して、カム２が回転すると頂面上のある位置でカム２がバルブリフタ１に接触する（図５（ｅ）符号２４）。その後カム２の回転が進むと接触する部分はバルブリフタ１の周縁に向かう（図５（ｅ）符号２５）。
【００３０】
そして、図５（ｃ）を参照して、カム山の先端が接触した後は、接触部分はバルブリフタの中心に向かう（図５（ｅ）符号２６）。図５（ｄ）頂面の中心をすぎてからカム山の先端が頂面から離れた後は、接触部は頂面の中心に向かって移動し（図５（ｅ）符号２７）、そして再びカムは離れる。
【００３１】
図６は本発明のバルブリフタの頂面に上記のカムとの摺動軌跡３０を重ねたものである。ここではくぼみの底部に形成した微小溝は頂面の中心に対して同心円状に形成されている場合を示す。くぼみ６には円周方向の微小溝１４が入っていることを示すため、くぼみ６には円周方向の白線３２を付けて示した。
【００３２】
図６の場合、カムの摺動速度の速い頂面の中心に近い部分３４では、微小溝１４はカム２の摺動方向と平行になる。つまり、図６（ｂ）を参照して、潤滑油３８はくぼみ６の中で微小溝１４の方向に流れやすい。微小溝１４の方向に流れた潤滑油はくぼみ６の縁４０にぶつかるので、ここで動圧が発生する。符号４１で示した形状はくぼみ６の上方を通過するカムが受ける圧力を模式的に示したものである。すなわち、頂面の中心部分では動圧により油膜を確保し、フリクションの低下を期待できる。
【００３３】
一方、カム２の摺動速度の遅くなる頂面４の周縁部分では、微小溝１４はカム２の摺動方向に対して直角方向になる。図７（ａ）にはくぼみ６の半径方向断面を示す。符号４２はカム２の摺動方向を示す。また、図７（ｂ）は図７（ａ）の符号４４の部分を拡大した図である。カム２の摺動に従ってくぼみ６の中の潤滑油は畝部１６を乗り越えなければならない。
【００３４】
畝部１６を乗り越える前後において、圧力の上昇および低下が生じるが、潤滑油が油などの非圧縮性溶液では、圧力は液体の蒸気圧より低くはならず、液体中に溶解した気体の飽和気圧より低くならない。そのため、畝部１６を乗り越えた部分で圧力が低下すると、潤滑油中に溶解した気体によって気泡４６が形成され、結果、付加された荷重を支える力が生じる。これがレイリーステップ効果と呼ばれる効果である。符号４７は畝部１６の前後の圧力変化を示す模式図である。
【００３５】
つまり、頂面４の周縁部分では、くぼみ６の底に形成した微小溝１４が発生するレイリーステップ効果によってカム２からの荷重を支える圧力が生じ、フリクション低下に寄与する。
【００３６】
以上のように同心円の市松模様に配置したくぼみ６の底部に形成した微小溝１４がカム２の摺動方向に対して平行か直角かで、それぞれ得られる効果が異なる。従って、動圧を得た方がフリクションが小さくなるか、レイリーステップ効果の方がフリクションを小さくできるかで微小溝１４の形成方向を適宜選択することができる。
【００３７】
図８には、くぼみ７の底に形成した微小溝１５が頂面４の中心に対して放射状に形成されている場合を示す。図８（ａ）では、くぼみ７に放射状の白線を記載してこれを表した。この場合は、頂面４の中央部分では、カムの摺動方向に対して微小溝１５は直角方向となり、頂面４の周縁部分ではカムの摺動方向に対して微小溝１５は平行となる。つまり、微小溝を放射状に形成すると、バルブリフタ頂面の中央部ではレイリーステップ効果を期待でき、周縁部分では動圧による効果を期待できる。
【００３８】
また、くぼみの底部に形成した微小溝の深さと頂面の表面から畝部までの深さによって、得られる動圧とレイリーステップ効果の程度を調整することができるので、バルブやカムの大きさ若しくはエンジンの仕様によってメカロスを低減したい回転領域に応じて適宜設定することができる。
【００３９】
図８（ｂ）には、くぼみの微小溝を同心円状に形成した部分と、放射状に形成した部分を混在させた場合についての例を示す。中心部分に近い領域では微小溝１４を同心円状とし、周縁部分に近い部分は微小溝１５を放射状とした。すなわち、中心部分ではくぼみ６が形成されており、周縁部分ではくぼみ７が形成されている。このようにすると、中心部分でも周縁部分でも動圧によるフリクション低減効果を期待できる。また、中心部分と周縁部分で微小溝の方向を逆にすると、中央部でも周縁部分でもレイリーステップ効果によるフリクション低減効果を期待できる。
【００４０】
なお、本発明で同心円の市松模様状には、区画の円周方向でくぼみ６と平坦部１２の長さを等しくしない場合を排除しない。例えば、図９（ａ）を参照して、同じ区画８内でくぼみ６の長さ５の方が平坦部１２の長さ１１より長い場合を示す。このようにすると、区画の前後でくぼみ６が重なる部分４８が生じる。この場合はレイリーステップ効果への寄与は期待できる。一方、図９（ｂ）では、くぼみ６の長さ５が平坦部１２の長さ１１より短い場合を示す。区画の前後ではくぼみ６でない部分５０が頂面４の中心から放射状に形成されることとなり、メタルコンタクトは増加するものの、荷重の支持は強くなる。
【００４１】
さらに、区画内で半径方向の幅５２が区画幅１０と同一でない場合を排除しない。例えば、図９（ｃ）では、区画の幅１０よりくぼみの幅５２が短い場合を示す。
【００４２】
以上のように本発明のバルブリフタは、カムと摺動する頂面に同心円の市松模様状のくぼみを形成し、くぼみの底には微小溝を形成したので、くぼみによる動圧および微小溝によるレイリーステップ効果を調整することで、細かな摩擦制御が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のバルブリフタは、ＯＨＣのダイレクト方式を採用するエンジンの吸排気バルブに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  バルブリフタ
２  カム
４  バルブリフタの頂面
６  くぼみ（円周方向の微小溝）
７  くぼみ（放射方向の微小溝）
８  区画
１０  区画の幅
１２  平坦部
１４  微小溝（円周方向）
１５  微小溝（放射方向）
１６  畝部
１８  畝部の頂点
２０  くぼみ深さ
２２  溝深さ
２４〜２７  摺動軌跡
３０  摺動軌跡
３２  白線
３４  中心部分
３６  周縁部分
３８  潤滑油の流れ
４０  くぼみの壁
４１  圧力
４２  潤滑油の流れ
４６  気泡
４７  圧力
【図１】
0005495959.tif 000002
【図２】
0005495959.tif 000003
【図３】
0005495959.tif 000004
【図４】
0005495959.tif 000005
【図５】
0005495959.tif 000006
【図６】
0005495959.tif 000007
【図７】
0005495959.tif 000008
【図８】
0005495959.tif 000009
【図９】
0005495959.tif 000010