(57)【要約】【課題】互いに接触し関連して運動する２つの部品、例えば、ディーゼルエンジンの動弁系のバルブブリッジとロッカーアームなどの摩耗を減少させて、その部品の寿命を延ばす。【解決手段】２つの部品（図はバルブブリッジ１とロッカーアーム２）の接触部に耐摩部材３を介在する。その耐摩部材３の底面を平坦度０．０５μｍ以上、２０μｍ以下の外周側が反り上がる凸形状の面にしてこの底面の接触部に対する潤滑油の供給性を向上させ、この耐摩部材３をバルブブリッジ１に設けた凹部４にその凹部からの脱落が防止される状態にして凹部内での回転と底面に平行な方向の移動が許容される状態に挿入し、この耐摩部材３の上面にロッカーアーム２を接触させる構造にした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに関連して動く２つの部品と、両部品の接触部に介在する耐摩部材とを有し、前記耐摩部材の底面を、平坦度０．０５μｍ以上、２０μｍ以下の外周側が反り上がる凸形状の面にし、この耐摩部材を一方の部品に設けた凹部にその凹部からの脱落が防止される状態にして凹部内での回転と底面に平行な方向の移動が許容される状態に挿入し、この耐摩部材の底面を前記凹部の底面に、他方の部品を耐摩部材の上面に各々接触させて前記２つの部品を運動させるようにした耐摩摺動部品。
【請求項２】
前記耐摩部材の底面の平坦度を前記凹部の底面の平坦度よりも大きくした請求項１に記載の耐摩摺動部品。
【請求項３】
前記耐摩部材を窒化珪素セラミックスで形成した請求項１又は２に記載の耐摩摺動部品。
【請求項４】
互いに関連して動く２つの部品がディーゼルエンジンの動弁系のバルブブリッジとロッカーアームであり、バルブブリッジの上部に設けた凹部に前記耐摩部材が挿入され、その耐摩部材の頂部にロッカーアームを接触させるように構成された請求項１乃至３のいずれかに記載の耐摩摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジンの動弁系部品などとして使用する耐摩摺動部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ディーゼルエンジンのＮＯｘ性能向上のためのＥＧＲの採用、エンジン性能の向上などのために同エンジンのバルブブリッジとロッカーアームなどには、一層の耐摩耗性改善が要求されている。
【０００３】
この要求に応えるために、互いに関連して動く２つの部品の一方、例えばバルブブリッジのロッカーアーム当接部に凹部を設けてその凹部に耐摩部材を嵌め、この耐摩部材に他方の部品（ロッカーアーム）を接触させて部品接触部（摺動面）の摩耗を減少させることが考えられており、下記特許文献１等にその耐摩部材を採用した耐摩摺動部品が示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９６３２４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１が示している耐摩摺動部品は、耐摩耗性の改善を耐摩部材の特性のみに依存して行なっており、耐摩部材の能力を超えた摩耗抑制効果は期待できない。この特許文献１の耐摩摺動部品は、凹部に一体成形した弾性部材を凹部に嵌めた耐摩部材の胴部に圧接させて耐摩部材を凹部の中に固定しているが、これはセラミックス製の耐摩部材をチッピングや残留応力による耐久性の悪化等を生じさせずに簡単に、外れないように取り付けるための工夫であって、接触面の耐摩耗性をさらに高める効果はない。
【０００６】
バルブブリッジとロッカーアームなどは、互いに関連して運動するときの接触摺動範囲が限られており、耐摩部材としてセラミックス等を使用しても局所摩耗が発生し、部品の寿命が短くなる。
【０００７】
この発明は、互いに接触しながら関連して運動する部品の寿命を延ばすために、上述した局所摩耗を効果的に抑制できるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、互いに関連して動く２つの部品と、両部品の接触部に介在する耐摩部材とを有し、前記耐摩部材の底面を、外周側が反り上がる凸形状の面にし、この耐摩部材を一方の部品に設けた凹部にその凹部からの脱落が防止される状態にして凹部内での回転と底面に平行な方向の移動が許容される状態に挿入し、この耐摩部材の底面を前記凹部の底面に、他方の部品を耐摩部材の上面に各々接触させて前記２つの部品を運動させるようにした。
【０００９】
なお、耐摩部材の底面の凸形状は平坦度で規定する。ただし、ここで言う平坦度は、表面粗さ計による断面形状測定を縦倍率５０００倍で実施して断面曲線の基準面からの面変位の最大値を求め、その面変位の最大値とする。この底面の平坦度は、０．０５μｍ以上、２０μｍ以下とする。
【００１０】
かかる耐摩摺動部品は、耐摩部材の底面の平坦度を、前記凹部の底面の平坦度よりも大きくしておくのがよい。
【００１１】
また、耐摩部材の素材は、Ｆｅ−Ｃｒ系焼結合金、超硬合金、セラミックスなどが挙げられるが、中でも、特に軽量で耐摩耗性に優れるセラミックスが好ましい。セラミックスは、軽量で耐摩耗性に優れる窒化珪素が好ましく、さらに、その窒化珪素は、曲げ強度８００ＭＰａ以上、ビッカース硬度１４００以上あるものが好ましい。
【００１２】
なお、この発明を適用する部品は、ディーゼルエンジンの動弁系のバルブブリッジとロッカーアームに限定されない。２つの部品が間に介在した耐摩部材と接触しながら運動し、その運動によって接触部に摺動摩擦が生じる部品であればこの発明の効果が発揮される。
【００１３】
【作用】
耐摩部材を凹部内での回転と一定平面方向の移動が許容されるようにしておくと、２つの部品が運動するときに一方の部品から接触面に加わる力でこの耐摩部材が底面に平行な方向に移動し、或いは回転するので、２つの部品に対する耐摩部材の接触点が変動し、そのために、局所摩耗が回避されて接触面の摩耗が減少する。
【００１４】
特に、この発明では、耐摩部材の底面を、平坦度０．０５μｍ以上、２０μｍ以下の外周側が反り上がる凸形状の面にしたので、この耐摩部材が凹部内で移動、回転する際に、耐摩部材の底面と凹部の底面との間の界面に外部から潤滑油が入り込み易くなり、潤滑性が向上して耐摩部材の移動、回転がスムーズになる。そのために部品の運動に合わせて接触点が確実に変動し、変動範囲も広がって局所摩耗が効果的に抑制される。
【００１５】
その他の作用・効果や、耐摩部材の底面の平坦度を規定した理由などは次項において説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１はマルチバルブエンジン用の動弁系部品を例に挙げている。図中１はバルブブリッジ、２はロッカーアーム、３は耐摩部材である。
【００１７】
バルブブリッジ１は、シリンダヘッド１０上に立設されたガイドピン１１に案内されて上下に往復運動する。ロッカーアーム２は、ロッカーシャフト１２によって定位置揺動自在に支持されており、このロッカーアーム２の一端がプッシュロッド１３によって突き上げられる。その突き上げと、突き上げの解除がカムシャフト１４の回転に伴って繰り返され、ロッカーアーム２が揺動する。
【００１８】
そのロッカーアーム２の揺動により、ロッカーアーム２の他端に接触したバルブブリッジ１が押し下げられ、バルブブリッジ１にステムを接触させた２つのバルブ１５が同時に開弁する。また、２つのバルブ１５は、ロッカーアーム２による押し下げが解除されるときに閉弁用スプリング１６の力で押し上げられて同時に閉弁し、これに伴いバルブブリッジ１も元の位置に押し戻される。これから分かるように、バルブブリッジ１とロッカーアーム２は、エンジンの燃焼のタイミングに合わせて２つのバルブ１５の開閉を行うための部品である。
【００１９】
耐摩部材３は、上部の外径を下部の外径よりも小さくした平面視円形のピースであり、この耐摩部材３を図２、図３に示すように、バルブブリッジ１の上部中央部に形成した凹部４の中に沈み込ませてバルブブリッジ１に取り付けている。
【００２０】
例示の耐摩部材３は、窒化珪素の焼結体で形成されている。この耐摩部材３の底面３ａを平坦度０．０５μｍ以上、２０μｍ以下の外周側が反り上がる凸形状の面にして平坦な底面４ａを有する凹部４に挿入し、凹部４の開口に抜止め部材５を取り付けるなどして耐摩部材３の脱落を防止している。また、抜け止め部材５に代えて凹部４の開口の全周を変形させて抜け止め部としてもよい。開口の全周を内側に突出するように変形させた抜け止め部は、耐摩部材３との干渉が起こらず、耐摩部材３のスムーズな回転移動が阻害されない。
【００２１】
図４に耐摩部材３の底面形状を誇張して示す。底面３ａは、中央が平坦で外周側のみが反り上がる図４（ａ）に示すような面、全体が湾曲した図４（ｂ）に示すような面のどちらであってもよい。
【００２２】
この底面３ａの凸形状は、上述した通り平坦度で規定する。図５に、平坦度の求め方を示す。この図５に示すように、底面３ａの断面形状を縦倍率５０００倍で測定し、基準面Ｐからの面変位の最大値を求めてその最大値を平坦度とする。図６に測定例を表す。このケースでは基準面Ｐからの面変位の最大値がσであり、そのσが平坦度を表す数値となる。
【００２３】
底面３ａの平坦度は、０．１μｍ以上が好ましい。より好ましくは０．３μｍ以上である。これは、耐摩部材３が凹部４の底面上を摺動するときの接触界面に対する潤滑油の供給が平坦度０．１μｍ未満では少ないためである。なお、ここで言う０．１μｍ未満には中央部が凹になった面形状も含まれる。
【００２４】
この平坦度の上限は、２０μｍを超えると耐摩部材３の支持安定性（すわり）が悪くなるので、２０μｍに規定する。
【００２５】
また、凹部４の底面４ａは、機械加工の面から一般的には平面になるが、この底面４ａが凹形の面となる場合には、耐摩部材の底面３ａの平坦度を凹部の底面４ａの平坦度よりも大きくして耐摩部材の底面３ａの中央部が凹部の底面４ａから浮き上がらないようにしておく。その浮き上がりが発生すると接触界面の入口側が閉ざされた状態になり、接触界面に対する潤滑油の供給、耐摩部材の径方向移動に支障がでる。
【００２６】
耐摩部材３の外径Ｄ１と凹部４の内径Ｄ０の差（Ｓ＝Ｄ０−Ｄ１）は、０．０３ｍｍ以上、できれば、０．１ｍｍ以上確保しておくのがよい。径差Ｓが０．０３ｍｍ未満では耐摩部材３の移動量が少なく、発明の効果が発現しない。また、径差Ｓが０．０３ｍｍ未満では凹部４に対する耐摩部材３の装填がし難くなり、加工管理も面倒になってコスト高の要因となる。なお、径差Ｓの上限は特にないが、耐摩部材３の外径Ｄ１の１０％程度に抑えると耐摩部材３が必要以上に大きくならなくてよい。
【００２７】
なお、耐摩部材３は、曲げ強度８００ＭＰａ以上、ビッカース硬度１４００以上の窒化珪素焼結体を用いている。曲げ強度が８００ＭＰａ以上の窒化珪素焼結体は使用時に割れ、欠けが発生し難い。また、ビッカース硬度を１４００以上とすると耐摩耗性に優れ、摩耗が進行し難い。
【００２８】
この窒化珪素焼結体は、例えば、平均粒径５μｍ以下、かつ、α結晶化率５０％以上の窒化珪素粉末と、平均粒径５μｍ以下のＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉの酸化物又はそれらの複合酸化物の少なくとも１種からなる焼結助剤粉末５〜１５重量％とを混合し、この原料混合粉末を相対密度が４５％以上となるように成形して１０００℃以下の大気雰囲気下で前処理し、続いて前処理した成形体を不活性雰囲気中で相対密度が９９％以上となるまで焼結する方法で製造される。
【００２９】
−実施例−
図１に示す４バルブディーゼルエンジンのバルブブリッジ１に、底面が平坦な凹部４を設けてその凹部４に窒化珪素焼結体の耐摩部材３を挿入し、その耐摩部材３の上面にロッカーアーム２を接触させた。耐摩部材３は、底面を凸形状にしたものと、底面が平坦なもの（比較例）を用いた。耐摩部材３の底面の平坦度は表１に示す値にした。また、この耐摩部材３はその外径を８．０ｍｍとし、この耐摩部材３を、内径８．１５ｍｍの凹部４に挿入し、抜止め部材５で耐摩部材３の脱落を防止した。耐摩部材３は、凹部４内での回転が許容され、また、凹部４の内径面との間に生じた融通の範囲内での径方向移動も許容される状態になっている。
【００３０】
このように構成したバルブブリッジ１とロッカーアーム２を組合わせてディーゼルエンジンの動弁機構を再現したモータリングにより４８０時間稼働させ、この段階でロッカーアーム２、耐摩部材３、凹部４の接触摺動面の摩耗深さを測定した。その摩耗の合計深さ（摩耗量）を表１に併せて示す。なお、ロッカーアーム２は試験前後の形状変化量を摩耗深さとし、また、耐摩部材３はロッカーアーム２との接触面、凹部４の底面との接触面の形状を粗さ計で計って２つの接触面の形状変化量の和を摩耗深さとした。また、凹部４の底面の摩耗量は、底面の形状変化量を粗さ計で計って求めた。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この試験結果から分かるように、凹部４との間に融通を生じさせて耐摩部材に回転と底面と平行方向の移動の自由度を与えても、耐摩部材の底面が平坦なものは接触面の摩耗が大きくなるのに対し、耐摩部材の底面を凸形状したものは接触面の摩耗が小さく抑えられる。これは、耐摩部材とバルブブリッジの接触界面の潤滑性が向上して耐摩部材がスムーズに移動、回転した結果、接触点が変動したからに他ならない。
【００３３】
なお、ここでの説明は、ディーゼルエンジンの動弁系のバルブブリッジとロッカーアームを例に挙げて行ったが、２つの部品が耐摩部材と接触しながら運動し、その運動によって接触部に摺動摩擦が生じる部品であれば、動弁系部品でなくてもこの発明の効果が発揮される。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明の耐摩摺動部品は、耐摩部材の底面を凸形状の面にし、この耐摩部材を一方の部品に設けた凹部にその凹部からの脱落が防止される状態にして凹部内での回転と底面に平行な方向の移動が許容される状態に挿入し、この耐摩部材の上面に他方の部品を接触させて関連して動く２つの部品を運動させるようにしたので、耐摩部材と凹部の底面との間に潤滑油が良好に供給されて耐摩部材が凹部内でスムーズに移動、回転する。そのために、接触点の変動が確実に起こり、接触面の摩耗が減少して部品の寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用した４バルブディーゼルエンジンのバルブブリッジ摺動部を示す図
【図２】図１のバルブブリッジとロッカーアームの接触部の断面図
【図３】耐摩部材の取り付け部を拡大して示す断面図
【図４】（ａ）耐摩部材の底面形状の一例を示す図
（ｂ）耐摩部材の底面形状の他の例を示す図
【図５】平坦度を規定する断面形状測定方法の模式図
【図６】平坦度を規定する断面形状測定例を示す図
【符号の説明】
１    バルブブリッジ
２    ロッカーアーム
３    耐摩部材
３ａ  底面
４    凹部
４ａ  底面
５    抜止め部材
１０  シリンダヘッド
１１  ガイドピン
１２  ロッカーシャフト
１３  プッシュロッド
１４  カムシャフト
１５  バルブ
１６  スプリング
【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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