(57)【要約】【課題】バルブリフタのスカート部とボアとの間の良好な潤滑性も確保し得る内燃機関のバルブリフタを提供する。【解決手段】シリンダヘッドのガイド孔を摺動するスカート部１７と、スカート部の軸方向一端側に設けられ、冠面１８ａを一体に有する冠部１８と、を備え、前記スカート部の外周面１７ａの軸方向の中央領域部位にくびれ状の凹状部２０を形成すると共に、前記冠面と該冠面の外周縁の面取り部１８ｂ及びスカート部の外周面の凹状部の表面にリン酸マンガン被膜２１を形成した。【選択図】図２
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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状のスカート部と、該スカート部の軸方向一端側に一体に設けられ、カムの外周面が摺動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であって、
前記スカート部の外周面軸方向の中央領域部位に凹状部を形成すると共に、前記スカート部の外周面のうち少なくとも前記凹状部の表面に、リン酸マンガン被膜を形成したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
【請求項２】
機関内部に形成されたボア内を摺動する円筒状のスカート部と、該スカート部の軸方向一端側に一体に設けられ、カムの外周面が摺動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であって、
前記スカート部の外周面に、前記冠部の外径よりも小径な円筒状の小径部を形成すると共に、スカート部の外周面のうち少なくとも小径部の外面に、リン酸マンガン被膜を形成したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
【請求項３】
機関内部に形成されたボア内を摺動する円筒状のスカート部と、該スカート部の軸方向一端側に一体に設けられ、カムの外周面が摺動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の製造方法であって、
前記スカート部の内部から径方向外側に向けて押圧する押圧行程と、
該押圧行程によって外側に膨出した前記スカート部の外面を切削または研磨などの加工方法によりスカート部外面に凹状部を成形する凹状部成形行程と、
スカート部の外周面のうち少なくとも前記凹状部の表面にリン酸マンガン被膜を形成する被膜成形行程と、
前記スカート部の凹状部を除く外周面を切削または研削などで加工する外周面処理行程と、
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と該バルブリフタの製造方法及びバルブリフタの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の内燃機関のバルブリフタとしては、以下の特許文献１に記載された直動式のものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、前記バルブリフタは、鋼材によって一体に成形され、シリンダヘッドの内部に形成されたボア内を摺動する円筒状のスカート部と、該スカート部の上端部に一体に形成されて、カムの外周面が常時摺動する冠面を有する冠部と、から主として構成されている。
【０００４】
そして、前記カムの回転力やバルブスプリングのばね力を介して前記冠部の外周面とスカート部の外周面が前記ボア内を摺動して、吸気弁や排気弁の機関弁を開閉作動させるようになっている。
【０００５】
このように、前記バルブリフタは、前記冠面にカムの外周面が常時摺動して機関弁に開作動力を付与するようになっていることから、前記冠面にリン酸マンガン被膜を形成して潤滑油を保持させることにより、前記カムと冠面との間のフリクションを低減させる技術が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１３０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記冠面にリン酸マンガン被膜を形成する方法としては、一般にバルブリフタをリン酸マンガン液に浸漬して、バルブリフタ全体にリン酸マンガン被膜を形成した後に、前記ボアとの間の隙間精度を確保するために、前記スカート部の外周面を研磨などによってストレート形状またはバレル形状に仕上げ加工を行っている。このため、前記スカート部の外周面に施されたリン酸マンガン被膜が前記研磨などによってほとんどが削り落とされてしまう。
【０００８】
したがって、前記スカート部の外周面とボアの内周面との間の潤滑性が改善されず、フリクションの上昇を抑制できない。
【０００９】
本発明は、前記従来のバルブリフタの実状に鑑みて案出されたもので、バルブリフタのスカート部とボアとの間の潤滑性も確保し得る内燃機関のバルブリフタ及び該バルブリフタの製造方法、製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、とりわけ、スカート部の外周面軸方向の中央領域に凹状部を形成すると共に、前記スカート部の外周面のうち少なくとも前記凹状部の表面にリン酸マンガン被膜を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、研磨などの仕上げ加工時にも前記凹状部表面のリン酸マンガン被膜は削り取られることがなくなることから、該リン酸マンガン被膜に保持された潤滑油によって、スカート部外周面とボア内周面との間の良好な潤滑性を長期に渡り確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るバルブリフタの第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】第１実施形態に供されるバルブリフタ母材を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】バルブリフタ母材のスカート部に凹状部を形成する手順を示す縦断面であって、Ａは拡径用治具を用いてスカート部を外側に膨出変形させた状態を示し、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面を示し、Ｃは拡径用治具を取り外して凹状部を形成した状態を示している。
【図５】本発明のバルブリフタの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明のバルブリフタの第３実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる内燃機関のバルブリフタ及び該バルブリフタの製造方法、バルブリフタの製造装置の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明に係るバルブリフタ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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の上端部の支持穴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。
【００１７】
前記駆動カム９，１０は、図１に示すように、回転型の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。
【００１８】
また、前記各吸排気弁４，５と各駆動カム９，１０との間には、バルブリフタ１１、１２が介装されている。
【００１９】
この各バルブリフタ１１，１２は、鉄系金属である鋼材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て、上面に前記駆動カム９，１０が摺動する冠面１８ａ、１８ａを有する冠部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。
【００２０】
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１１について詳述する。
【００２１】
すなわち、バルブリフタ１１は、図２及び図３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するようになっている。
【００２２】
前記スカート部１７は、外周面軸方向のほぼ中央領域に冠部１８の外径よりも小径な小径部である凹状部２０が形成されている。この凹状部２０は、スカート部１７の外周面１７ａの円周方向全体に縦断面円弧状に形成されてくびれ状になっていると共に、軸方向の幅長さＷが軸方向全体ではなく、前記冠部１８側の上端部１７ｂの一定幅領域よりも僅かに下側から外周面１７ａの下端部１７ｃの一定幅領域よりも上側の領域全体に形成されている。したがって、スカート部１７は、図３に示すように、その軸方向の肉厚が上端部１７ｂ側の肉厚ｔ１と下端部１７ｃ側の肉厚ｔ３はほぼ同一であるが、前記凹状部２０はその軸方向の上下端から中央部に渡って漸次薄肉に形成されて、中央部では最も薄い肉厚ｔ２に形成されている。
【００２３】
つまり、スカート部１７の通常の肉厚ｔ１、ｔ３は、約１ｍｍ程度であるが、前記凹状部２０の削り深さが最大で約０．１〜０．２ｍｍ程度であるからはこの中央部の最小肉厚ｔ２は０．９〜０．８ｍｍ程度に設定されている。
【００２４】
また、前記凹状部２０の表面には、後述する方法による前記冠面１８ａへの表面処理と同時に施されるリン酸マンガン被膜２１が形成されているが、前記スカート部１７の上端部１７ｂや下端部１７ｃ側の表面には事後的な研磨加工などよって削り取られることからリン酸マンガン被膜２１は形成されていない。
【００２５】
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が回転摺動する円形状の前記冠面１８ａが形成されていると共に、外周部、つまり前記冠面１８ａの外周縁には、冠面１８ａからスカート部１７の軸方向へ延びたテーパ状の面取り部１８ｂが形成されている。この面取り部１８ｂは、バルブリフタ１１の前記ガイド孔１６ａ内での摺動時における傾動によって前記冠面１８ａの外周縁（ほぼ鋭角な角部）がガイド孔１６の内周面１６ａと接触しながら摺動するとき、大きなフリクションとなることから、かかるフリクションを低減するために形成されている。
【００２６】
前記冠面１８ａ及び面取り部１８ｂ外面には、前述したリン酸マンガン被膜２１が施されている。このリン酸マンガン被膜２１は、機関内部に供給された潤滑油を吸着して保持する機能をもち、これによって冠面１８ａに対する駆動カム９の摺動時のフリクションを低減するようになっている。
【００２７】
前記凹状部２０と冠面１８ａなどに施されたリン酸マンガン被膜２１の膜厚は、約１μｍ〜１０μｍに形成されている。
【００２８】
なお、前記冠部１８の外周部側には、冠面１８ａ上に付着した潤滑油をバルブリフタ１１の内部から前記ボス部１９とステムエンド４ｂとの間に供給する油孔２３が上下に貫通形成されていても構わない。
〔バルブリフタ製造方法及び製造装置〕
以下、前記バルブリフタ１１の製造方法と製造装置について説明する。まず、バルブリフタ１１（母材）全体を例えば鍛造によって成形加工した後、図４Ａに示すように、バルブリフタ１１の内部に、拡径用治具３０をスカート部１７の下側から挿入して該スカート部１７の軸方向のほぼ中央位置に配置する。この拡径用治具３０は、図４Ｂに示すように、周方向を４つに分割して設けられ、軸線Ｐを中心として径方向へ例えば油圧を利用してそれぞれ拡縮移動自在に形成されていると共に、外周面３０ａが上下方向に沿って湾曲状に形成されて軸方向の中央部３０ｂが最大に膨出したバレル状に形成されている。
【００２９】
この拡径用治具３０を、前述のようにスカート部１７内の所定位置に配置した後は、該拡径用治具３０を、図４Ｂに示すように、油圧により拡径方向へ水平移動させて、スカート部１７の軸方向の中央部を外側へ押圧して、外周面１７ａをバレル状に膨出変形させる（押圧行程）。
【００３０】
その後、同じく図４Ｂに示すように、膨出変形されたスカート部１７の外周面１７ａの上端部１７ｂと下端部１７ｃを除く全体を例えば旋盤などの研削工具３１によって約０．１ｍｍ程度削り取る。次に、図４Ｃに示すように、拡径用治具３０を縮径方向に水平移動させて、そのまま下降移動させる。これによって、スカート部の外周面１７ａに前述した凹状部２０が成形される（凹状部成形工程）。
【００３１】
続いて、前記凹状部２０が成形されたバルブリフタ１７全体を、リン酸マンガン溶液中に浸漬して、バルブリフタ１７の内外面全体にリン酸マンガン被膜２１を施す（被膜形成行程）。なお、このリン酸マンガン被膜２１を施すには、一般的に知られた処理条件の下で行われることは勿論である。
【００３２】
その後、バルブリフタ１７の外周面１７ａと前記ガイド孔１６ａの内周面との高いクリアランス精度を得るために、図外の研磨機によって前記スカート部１７の外周面１７ａを研磨により仕上げ加工する。すなわち、この仕上げ加工は、例えばバルブリフタ１７を回転駆動させた状態で、研磨機の砥石をスカート部１７の例えば上端部１７ｂと下端部１７ｃに押し当てて軸方向へ直線状に下降していく。
【００３３】
このとき、研磨機の砥石は、バルブリフタ１７の上端部１７ｂの表面と下端部１７ｃの表面のみを研磨するだけで、凹んだ凹状部２０の表面については研磨しないことから、前記上端部１７ｂと下端部１７ｃの表面にあったリン酸マンガン被膜２１だけが削り取られて、凹状部２０表面のリン酸マンガン被膜２１は、そのまま残存する（外周面処理工程）。
【００３４】
したがって、リン酸マンガン被膜２１は、前記油孔２３のテーパ面２３ａを含む冠面１８ａ全体と面取り部１８ｂ及び凹状部２０の外面に存在することから、このリン酸マンガン被膜２１に吸着、保持された潤滑油によって、前記冠面１８ａと駆動カム９との間のフリクションが低減されると共に、スカート部１７外周面１７ａとガイド孔１６ａの内周面との間のフリクションも十分に低減させることができる。つまり、凹状部２０の表面に存するリン酸マンガン被膜２１に保持された潤滑油は、スカート部１７がガイド孔１６ａで摺動中に凹状部２０の上下位置から滲み出て両者１７ａ、１６ａ間に付着することから潤滑性が向上してフリクションを十分に低減させることが可能になる。
【００３５】
特に、前記凹状部２０は、スカート部１７の外周面１７ａ全周に渡って形成されていることから、ここに表面処理されたリン酸マンガン被膜２１の面積も大きくなるので、潤滑油の吸着、保持量も多くなって高い潤滑性能を長期に渡って維持することができる。
【００３６】
しかも、前記バルブリフタ１１は、スカート部１７に形成された凹状部２０によって全体の軽量化が図れることから慣性質量が小さくなって、摺動性がさらに向上すると共に、吸気弁４や排気弁５の作動応答性も向上する。
【００３７】
さらに、前記スカート部１７は、ガイド孔１６ａの内周面との接触部位である上端部１７ｂと下端部１７ｃの肉厚ｔ１とｔ３は変わらずに比較的大きな肉厚になっていることから、前記接触位置の剛性を維持できる。これによって、ガイド孔１６ａ内での摺動時におけるスカート部１７の径方向の大きな撓み変形を抑制できることから、フリクションの上昇をさらに抑制できる。
【００３８】
また、前記凹状部２０を形成することによって、前記研磨加工を上端部１７ｂと下端部１７ｃのみを行うだけで良いので、加工コストの低減化が図れると共に、砥石の消耗を少なくすることができる。
〔第２実施形態〕
図５は本発明の第２実施形態を示し、前記バルブリフタ１１のスカート部１７に形成される凹状部２０の形成方法を変更したものである。
【００３９】
すなわち、バルブリフタ１１の母材の段階で、スカート部１７に熱処理を行い該スカート部１７の軸方向の中央部を内方へ熱変形させて外周面１７ａに第１実施形態と同様な凹状部２０を形成したものである。
【００４０】
その後、バルブリフタ１１全体にリン酸マンガン被膜２１を施すと共に、スカート部１７の上端部１７ｂと下端部１７ｃの外周面を砥石により研磨してガイド孔１６ａとの隙間精度を高めるようになっている。この研磨によって上端部１７ｂと下端部１７ｃの各表面に施されたリン酸マンガン被膜２１は削り取られるが、凹状部２０の表面には残存した形になる。
【００４１】
したがって、第１実施形態と同様な作用効果が得られるが、特に、この実施形態の方法では、第１実施形態のように、スカート部１７の外周面１７ａを研削して凹状部２０形成するのではなく、熱変形を利用して形成することから、スカート部１７軸方向全体の肉厚ｔをほぼ均一にすることが可能になる。
【００４２】
この結果、凹状部２０を形成しつつスカート部１７の剛性を高く維持できるので、耐久性の向上が図れる。
【００４３】
また、第１実施形態のような砥石による研磨作業がなくなるので、加工作業のコストを低減できる。
〔第３実施形態〕
図６は第３実施形態を示し、凹状部２０をスカート部１７の外周面１７ａの円周方向に複数形成した。
【００４４】
前記各凹状部２０は、スカート部外周面１７ａの一部を研削加工して成形され、上下方向に長い長円形状に形成されていると共に、外周面１７ａの円周方向の等間隔位置に例えば４〜５個形成されて、表面がほぼ球面凹状に形成されている。
【００４５】
また、スカート部外周面１７ａに各凹状部２０が形成された後に、第１実施形態の手順によってバルブリフタ１１全体にリン酸マンガン被膜２１を施し、その後、前述と同じく外周面１７ａを砥石によって研磨する。これによって、リン酸マンガン被膜２１は、図６に示すように、前記油孔２３のテーパ面２３ａを含む前記冠面１８ａ全体と前記面取り部１８ｂに残存していると共に、スカート部１７側では外周面１７ａのものは削り取られて各凹状部２０の球面状の表面にのみに残存している。
【００４６】
したがって、この実施形態もスカート部１７の各凹状部２０の表面に施されたリン酸マンガン被膜２１によってガイド孔１６ａ内周面との間の潤滑性の向上が図れると共に、バルブリフタ１７全体の軽量化が図れる。
【００４７】
しかも、各凹状部２０は、長円状に形成されていると共に、表面がそれぞれ球面状に形成されて、ここにリン酸マンガン被膜２１が形成されていることから、潤滑油の保持性が一層向上し、高い潤滑性能を発揮する。
【００４８】
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、前記吸気側のバルブリフタ１１ばかりか前記排気側のバルブリフタ１２にも適用してあることは前述の通りである。
【００４９】
また、本発明は、前記スカート部外周面１７ａのリン酸マンガン被膜２１を研磨加工によって強制的に削り取った場合を示したが、研磨加工を行うことなくガイド孔１６ａ内で摺動中に削り取られる場合も含まれる。
【００５０】
本発明は、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。
【００５１】
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において、
前記凹状部は、スカート部の軸方向に沿って縦断面円弧状に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。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記凹状部は、スカート部の外周面に複数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。
〔請求項ｃ〕請求項ｂに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記複数の凹状部は、それぞれ球面状に形成されていると共に、前記スカート部の円周方向の等間隔位置に配置されていることを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｄ〕請求項ａに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記凹状部は、前記スカート部の全周に亘って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。
〔請求項ｅ〕請求項１〜ｄのいずれか一項に記載の内燃機関のバルブリフタまたはバルブリフタの製造方法、またはバルブリフタの製造装置において、
前記リン酸マンガン被膜は、前記凹状部の表面の他に、前記冠面にも施したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタまたはバルブリフタの製造方法またはバルブリフタの製造装置。
【符号の説明】
【００５２】
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
９ａ、１０ａ…外周面
１１・１２…バルブリフタ
１７…スカート部（円筒部）
１６ａ…ガイド孔（ボア）
１８…冠部
１８ａ…冠面
１８ｂ…面取り部
２０…凹状部（小径部）
２１…リン酸マンガン被膜
２２…面取り部
３０…拡径用治具
３１…研削工具
【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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