(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの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を提供する。【解決手段】シリンダヘッドのガイド孔１６ａ内を摺動するスカート部１７と、スカート部の軸方向上端側に設けられ、冠面２０を一体に有する冠部１８と、冠面の外周縁に形成されて約４５°のテーパ面状の面取り部２１と、を備え、冠面と面取り部の第１環状角部２１ａのみにＤＬＣ皮膜２２を施して、スカート部１７の外周面１７ａとの境界にある第２環状角部２１ｂには施さずに金属母材が露出した状態とした。これによって、作動中にバルブリフターが傾動しても前記ガイド孔には第２環状段部による摩耗の発生を抑制できるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、を備えた内燃機関のバルブリフターであって、
前記冠面の全体に硬質皮膜を形成すると共に、前記冠面と前記面取り部との境界にある第１環状角部にのみに硬質皮膜を形成して、前記面取り部と前記円筒部との境界にある第２環状角部には硬質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。
【請求項２】
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部に形成された面取り部と、を備えた内燃機関のバルブリフターであって、
前記冠面の全体に硬質皮膜を形成すると共に、少なくとも前記面取り部と前記円筒部との境界にある環状角部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。
【請求項３】
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、を備えた内燃機関のバルブリフターの製造方法であって、
前記円筒部と冠部を一体に成形した後、前記冠面と円筒部の境界部に面取り部を形成する工程と、
前記円筒部全体を覆い、前記冠面の外径よりも大径で前記円筒部の外径よりも小径の開口部を有するマスキング部材を、前記冠面側から装着する工程と、
前記マスキング部材の開口部から冠面に向かって皮膜形成物質を放射することによって、前記冠面全体と該冠面と前記面取り部との境界にある環状角部のみに硬質皮膜を形成する工程と、
を有す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０４６１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、とりわけ、前記冠面の全体に硬質皮膜を形成すると共に、前記冠面と前記面取り部との境界にある第１環状角部にのみに硬質皮膜を形成して、前記面取り部と前記円筒部との境界にある第２環状角部には硬質皮膜を形成しないことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るバルブリフターの第１実施形態が適用された内燃機関の要部断面図である。
【図２】本実施形態に供されるバルブリフターの母材を成形した状態を示す縦断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】バルブリフターの冠面と面取り部の第１環状角部側にＤＬＣ皮膜が施された状態を示すバルブリフターの要部拡大断面図である。
【図５】マスキング治具によってバルブリフターの所定箇所にＤＬＣ皮膜を形成する状態を示す要部縦断面図である。
【図６】本実施形態のバルブリフターの作用を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す要部断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態を示す要部断面図である。
【図９】従来におけるバルブリフターに対するＤＬＣ皮膜の形成状態を示す要部断面図である。
【図１０】同従来のバルブリフターの作用を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
〔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）。
【００２７】
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）。
【００２８】
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）。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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