(57)【要約】【課題】カムとの摺動による摩耗を減少させることができ、また、油膜形成能力が向上して、カムのトルクを低減できるタペット用シムを提供する。【解決手段】内燃機関のタペット７とカム２７との摺動部に配設されるタペット用シムである。少なくともカム摺動面Ｓに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設ける。くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内である。Ｓｋ値が−１．６以下である。これにより、摺動面Ｓが高い油膜形成能力を奏し、長寿命を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のタペットとカムとの摺動部に配設されるタペット用シムにおいて、少なくともカム摺動面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とするタペット用シム。
【請求項２】
内燃機関のタペットとカムとの摺動部に配設されるタペット用シムにおいて、少なくともカム摺動面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とするタペット用シム。
【請求項３】
内燃機関のタペットとカムとの摺動部に配設されるタペット用シムにおいて、少なくともカム摺動面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とするタペット用シム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のタペット用シムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の内燃機関の動弁機構においては、吸気及び排気を行うための吸気バルブ及び排気バルブがカムによって開閉駆動される。バルブはスプリングによって上方へ付勢されており、また、バルブの上方にはタペットが配設されている。そして、タペットの上方に配設されたカムによって、タペットが下方に押圧されて、バルブが開状態となる。また、カムによる下方への押圧が解除されれば、前記スプリングの付勢力によって閉状態となる。
【０００３】
そして、タペット上部に、カムが摺動するシムが付設されている。すなわち、タペット用シムによって、カムによってタペットの上部が摩耗しないようにしている。このため、タペット用シムとしては耐摩耗性に優れる必要がある。
【０００４】
従来には、セラミック部材にてカム摺動面を構成するようにしたものがある（特許文献１）。さらに、この特許文献１には、カム摺動面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａ：０．０５μｍ〜０．５μｍとすることが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−１５７９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鋼製の材料で構成したタペット用シムに、前記特許文献１のセラミック部材の表面性状を適用することができない。このため、従来の鋼製の材料のものでは、潤滑油の油量が少なくなったり、油が劣化したりするおそれがある。このような場合には、カムとタペット用シムに摩耗が発生することがある。
【０００６】
本発明の課題は、カムとの摺動による摩耗を減少させることができ、また、油膜形成能力が向上して、カムのトルクを低減できるタペット用シムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明のタペット用シムは、内燃機関のタペットとカムとの摺動部に配設されるタペット用シムにおいて、少なくともカム摺動面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする。
【０００８】
パラメータＲｙniとは、基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。
【０００９】
また、パラメータＳｋとは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量である。ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。
【００１０】
上記のように、本発明では、くぼみを設けた面（カム摺動面）の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、カム摺動面のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００１１】
また、本発明の他のタペット用シムは、内燃機関のタペットとカムとの摺動部に配設されるタペット用シムにおいて、少なくともカム摺動面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
上記のように、本発明の他のタペット用シムでは、カム摺動面のくぼみの平均面積を３０〜１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の別のタペット用シムは、内燃機関のタペットとカムとの摺動部に配設されるタペット用シムにおいて、少なくともカム摺動面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１４】
上記のように、本発明の別のタペット用シムでは、カム摺動面のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５〜２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によると、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、カム摺動面が微小粗面となって油膜が形成しやすくなる。しかもこのくぼみが油溜まりとなるため、すべり面の油膜形成が確実に行える。このため、カムとの摺動による摩耗を減少させることができ、また、油膜形成能力が向上して、カムのトルクを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１はタペット用シムを使用した内燃装置の簡略断面図を示し、この内燃装置は、通気路２と燃焼室３とが設けられたシリンダヘッド４を備え、このシリンダヘッド４に動弁装置５が配設されている。動弁装置５は、バルブ６と、バルブ６の上方に配置されるタペット（バルブリフタ）７と、タペット７を上方に付勢するコイルスプリング等の弾発部材８を備える。
【００１８】
バルブ６は、バルブフェース部６ａと、バルブステム部６ｂとを有し、バルブステム部６ｂにバルブガイド９が外嵌され、このバルブガイド９がシリンダヘッド４の挿通孔２０に挿通されている。また、バルブ６のバルブステム部６ｂの上端部（先端部）には受け部材２１が設けられ、この受け部材２１と、シリンダヘッド４の受け座２２との間に、前記弾発部材８が介装されている。なお、通気路２の燃焼室側開口部にはバルブシート２３が付設されている。
【００１９】
タペット７は上壁７ａを有する円筒体であって、前記弾発部材８の上端部を覆い、上壁７ａの内面中心部にバルブ６のバルブステム部６ｂの上端が連結されている。また、タペット７はシリンダヘッド４のタペット嵌合孔２４に嵌合している。そして、このタペット７の上壁７ａに、鋼材からなるタペット用シム２６が装着されている。すなわち、上壁７ａの上面に凹部２５を設け、この凹部２５に前記タペット用シム２６が嵌合されている。
【００２０】
また、タペット用シム２６の上方にはカム２７が配置され、このカム２７の回転によって、タペット用シム２６を介してタペット７を下方へ押圧して、バルブ６を押し下げて開状態とする。カム２７は、ベースサークル部２７ａとノーズ部２７ｂとからなり、シャフト２８に固定されている。
【００２１】
前記動弁装置５では、図１に示す状態からシャフト２８を駆動させることによって、カム２７が、そのノーズ部２７ｂがタペット用シム２６に対応するように、タペット用シム２６上を摺動しつつ回転する。これによって、タペット７が下方へ押圧されて、バルブ６が押し下げられ、バルブフェース部６ａがバルブシート２３から離れて開状態となる。また、ノーズ部２７ｂがベースサークル部２７ａに対応するようにカム２７が回転すれば、バルブ６は弾発部材８の付勢力にて、押し上げられ、バルブフェース部６ａがバルブシート２３に当接して、閉状態となる。
【００２２】
このため、タペット用シム２６の上面が、カム２７の外周面が摺動するカム摺動面Ｓとなる。そこで、タペット用シム２６の上面（つまり摺動面Ｓ）に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下に設定する。
【００２３】
また、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内とする。
【００２４】
さらに、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内とする。
【００２５】
なお、前記のような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研摩によると所望の仕上げ面を得ることができるが、これに限らず、例えばショット等を用いてもよい。
【００２６】
上記のように、本発明では、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、カム摺動面ＳのＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００２７】
また、タペット用シム２６の摺動面Ｓのくぼみの平均面積を３０〜１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２８】
さらに、タペット用シム２６の摺動面Ｓのくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５〜２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２９】
従って、本発明のタペット用シム２６は、カム２７との摺動による摩耗を減少させることができる。また、油膜形成能力が向上するため、カム２７のトルクを低減でき、前記動弁装置５のバルブ６の開閉動作を安定して滑らかに行うことができる。
【００３０】
なお、前記実施形態では、タペット用シム２６の上面のみを、本発明の表面形状を満たすように表面処理を施したが、タペット用シム２６の全外面に本発明の表面形状を満たすように表面処理を施すようにしてもよい。
【実施例１】
【００３１】
本発明の有用性を示すために、まず、歯車の寿命評価を行った。歯車の歯面は、相手側の歯面と転がり接触および滑り接触し、その接触は、転がり軸受のレースと軌道輪との接触状態に準じた形態となる。従って、歯車の寿命評価は、転がり軸受の寿命試験評価で評価することができると考えられる。かかる観点から、本発明者らは、後述の条件で転がり軸受の寿命試験を行った。以下に、パラメータＲｙni、Ｒｙmax、Ｓｋ、Ｒｑniの測定方法、条件の一例を示す。これらのパラメータで表される表面性状を、転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601:1994（サーフコム  JIS 1994）
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：５λ
カットオフ波長：０．２５ｍｍ
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）
【００３２】
また、くぼみの定量的測定を行うには、ころ表面を拡大し、その画像から市販されている画像解析システムにより定量化できる。さらには、特開２００１−１８３１２４に開示されている表面性状検査方法及び表面性状検査装置を用いれば、安定して精度良く測定することができる。この方法は、曲率を有する検査表面に光を照射して検査表面をカメラで撮影し、このカメラで撮影された検査表面の画像の輝度を測定して、この測定された輝度の明部と暗部のコントラストで形成される明暗パターンにより、検査表面の表面性状を検査する表面性状検査方法であって、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布がピーク値を示す位置を、カメラの光軸上に一致させるように、検査表面を位置決めすることにより、検査表面の曲率に起因するシェーディング（輝度分布）を抑制するものである。また、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布について、この輝度分布がピーク値を示す位置に相当する検査表面の部位を原点とし、曲率の対称軸を一つの軸とする直交二次元座標で、直交する各座標軸に沿う一次元の輝度分布をそれぞれ近似関数で近似し、これらの近似関数を用いて、画像の輝度分布を除去するように、輝度分布のピーク値を基準値として、座標各位置に相当する測定された画像の輝度を補正し、この補正された輝度の明暗パターンにより検査表面の表面性状を検査することにより、シェーディングのない明暗パターンで表面性状を検査することができる。測定条件はたとえば次のとおりである。また、くぼみの面積率、平均面積を転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、上記のパラメータと同様に、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
面積率：観察視野範囲で２値化閾値（（明部の輝度＋暗部の輝度）／２）よりも小さい画素（黒）の占める割合
平均面積：黒の面積の合計／総数
観察視野：８２６μｍ×６２０μｍ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
【００３３】
図２は供試転がり軸受の一例を示しており、この転がり軸受１０は転動体として針状ころ１２を外輪１３に組み込んだ針状ころ軸受であり、針状ころ１２で相手軸１４を支持するようになっている。針状ころ表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図３に示すように、外径Ｄｒ＝３３ｍｍ、内径ｄｒ＝２５ｍｍ、針状ころ１２の直径Ｄ１＝４ｍｍ、長さＬ＝２５．８ｍｍで、１５本の針状ころを用いた保持器１５付きの軸受である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる３種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受Ａ（比較例）と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｂ（比較例）、軸受Ｃ（参考例）、軸受Ｄ（参考例）とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図４〜図６に示す。具体的には、図４は軸受Ａの表面粗さ、図５は軸受Ｂの表面粗さ、図６は軸受Ｃ及び軸受Ｄの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表１に示す。なお、Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、軸受Ｂ、Ｃ及びＤは１．５以下であり、軸受Ａは１．５前後の値である。また、結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
使用した試験装置は図７に概略図で示したようなラジアル荷重試験機１６で、回転軸１７の両側に試験軸受１０を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース（相手軸）の仕上は研摩仕上のＲa０．１０〜０．１６μｍである。アウタレース（外輪）も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ
回転数：４０００ｒｐｍ
潤滑剤：クリセクオイルＨ８（試験条件で２ｃｓｔ）
【００３６】
図８に油膜パラメータΛ＝０．１３の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸が寿命時間（ｈ）を表している。同図に示すように、軸受Ａが７８ｈ、軸受Ｂが８２ｈであったのに対して軸受Ｃは１０５ｈ、軸受Ｄは１２１ｈであった。このデータから明らかなように、針状ころ表面が本発明に係る表面形状を満たすように表面処理された軸受Ｃ及びＤは、油膜パラメータΛ＝０．１３という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。従って、摺動面Ｓを上記数値範囲に設定した本発明に係るタペット用シムは、高い長寿命効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、図９に示す平歯車疲労試験機を使用して歯車のピッチング試験を実施し、ピッチング強度を評価した。図９において、ドライブ側歯車３１（歯数２９枚）とドリブン側歯車３２（歯数３０枚）は各々の回転軸３３、３４の片側に取付けられており、ドライブ側の軸３３が図示しないモータにより駆動されている。また、ドライブ側の軸３３に取付けてある負荷レバー３５及び重錘３６によりトルクを負荷する構造となっている。ドライブ側歯車３１は、本発明に係る表面処理の有無で２種類を用意した。試験条件等の詳細は、表２のとおりである。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
歯車ピッチング試験のデータを表３、表４及び表５に示す。表３はドライブ側及びドリブン側の何れの歯車にも表面処理を施していない場合（ａ）の結果（比較例）を示し、表４はドライブ側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｂ）の結果（実施例）を示し、表５はドライブ側歯車及びドリブン側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｃ）の結果（実施例）をそれぞれ示す。これらより、ピッチング寿命が、（ａ）の場合に比べ、（ｂ）の場合では２倍以上向上し、（ｃ）の場合では３倍以上向上していることが確認できる。
【００４０】
【表３】
2007177729.tif 000005
【００４１】
【表４】
2007177729.tif 000006
【００４２】
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のタペット用シムを用いた内燃装置の断面図である。
【図２】針状ころ軸受の断面図である。
【図３】寿命試験に用いた針状ころ軸受の断面図である。
【図４】試験軸受Ａにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図５】試験軸受Ｂにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図６】試験軸受Ｃ及びＤにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図７】試験装置の部分断面図である。
【図８】寿命試験結果を示すグラフである。
【図９】平歯車試験機の部分斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
７     タペット
１７    カム
Ｓ    カム摺動面
【図１】
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【図２】
2007177729.tif 000009
【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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