(57)【要約】【課題】冠部の冠面と面取り部にＤＬＣ被膜が施されたバルブリフタの外周面を研磨加工する砥石の寿命を低下と目詰まりの発生を抑制し得る。【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２０を一体に有する冠部１８と、冠面の外周縁に形成されたテーパ面状の面取り部２１と、を備え、冠面と面取り部のみにＤＬＣ皮膜２２を施すと共に、ＤＬＣ皮膜が施されないスカート部の外周面１７ａを基準とした前記面取り部のテーパ角度を、２６．５°以下に設定すると共に、該面取り部の冠面から円筒部側の軸方向の長さＬを１ｍｍ以上に設定することによって、バルブリフタの外周面を研磨加工する砥石が面取り部のＤＬＡ皮膜２２ｂに非接触となるように構成した。【選択図】図５
2012219709.tif 000002
【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、カムに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、前記冠面と面取り部のみに硬質炭素皮膜が施された内燃機関のバルブリフタであって、
前記硬質炭素皮膜が施されない前記円筒部の外周面を基準とした前記面取り部のテーパ角度を、２６．５°以下に設定すると共に、該面取り部の前記冠面から円筒部側の軸方向の長さを１ｍｍ以上に設定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部と、該円筒部の軸方向一端側に設けられ、カムに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、前記冠面と面取り部のみに硬質炭素皮膜が施された内燃機関のバルブリフタであって、
前記面取り部の表面に施された前記硬質炭素皮膜の外面は、前記円筒部の外周面の軸方向延長線と同一平面上、あるいは前記軸方向延長線よりも内側の位置に配置形成され、前記面取り部の前記冠面の外周縁に施された硬質炭素皮膜の外面を非研磨面と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部と、該円筒部の軸方向一端側に設けられ、カムに直接当接する冠面を一体に有する冠部が一体に形成された内燃機関のバルブリフタの製造方法であって、
前記円筒部と冠部とを一体に成形した後に、前記冠面の外周縁を含む冠部の外周面に、前記円筒部の外周面を基準としたテーパ角度が２６．５°以下で、かつ前記冠面側から円筒部方向の長さを１ｍｍ以上に設定した面取り部を成形する工程と、
前記冠部の外周面にマスキングを施した状態で前記冠面に向かって炭素粒子を付着させることによって硬質炭素皮膜を施す工程と、
前記円筒部の外周面を研磨する工程と、
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及び該バルブリフタの製造方法に関する。
【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、吸気弁のステムエンドとカムシャフトに有する回転カムとの間に介装され、シリンダヘッドのボア内に摺動自在な円筒部と、該円筒部の上端部に一体に形成され、前記回転カムが転動する冠面を有する冠部とを備えている。前記高面圧領域となる冠面には、該冠面の摩擦及び摩耗を低減するために、いわゆるダイヤモンドライクカーボン皮膜などの硬質炭素皮膜が施されている。
【０００４】
そして、このようなバルブリフタは、前記冠面に硬質炭素皮膜を所定の方法で施した後に、円筒部と冠部の外周面全体を砥石などで仕上げ研磨して外径の寸法精度を高めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３８６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来のバルブリフタにあっては、前記冠面に硬質炭素皮膜を施した際に、前記冠面の外周縁から円筒部の軸方向、つまり冠面の外周縁から冠部外周面側に硬質炭素皮膜が回り込んで付着固化してしまう。
【０００７】
この硬質炭素皮膜は、前記研磨用砥石よりも硬度が高いことから、冠部の外周面を砥石で研磨すると、この研磨部位で砥石が部分的に摩耗してしまい、砥石寿命が低下するおそれがある。また、研磨された硬質炭素皮膜の粉体によって砥石に目詰まりが発生して研磨不良を引き起こすといった技術的課題を招来している。
【０００８】
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、砥石の寿命を低下と目詰まりの発生を抑制し得るバルブリフタ及び該バルブリフタの製造方法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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、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、カムに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、前記冠面と面取り部のみに硬質炭素皮膜が施された内燃機関のバルブリフタであって、
前記硬質炭素皮膜が施されない前記円筒部の外周面を基準とした前記面取り部のテーパ角度を、２６．５°以下に設定すると共に、該面取り部の前記冠面から円筒部側の軸方向の長さを１ｍｍ以上に設定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、冠面に硬質炭素皮膜を施こしたバルブリフタの外周面を研磨加工するものであっても、砥石の寿命低下と目詰まりの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るバルブリフタの一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の基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】バルブリフタ基材の冠面側にＤＬＣ皮膜が施された状態を示すバルブリフタの要部拡大断面図である。
【図５】バルブリフタの外周面を研磨加工した後の状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】バルブリフタの冠面にＤＬＣの炭素粒子を付着させる工程を示す説明図である。
【図７】面取り部におけるＤＬＣ膜厚と冠面からの距離との関係を示すグラフである。
【図８】Ａはガイド孔内でのバルブリフタの傾き角度と面取り部との関係を示す縦断面図、Ｂはその模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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の実施形態を詳述する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１１、１２が介装されている。
【００１８】
この各バルブリフタ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。
【００１９】
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。
【００２０】
すなわち、バルブリフタ１１は、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１６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。
【００２１】
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。
【００２２】
前記冠部１８の外周部、つまり前記冠面２０の外周縁には、図３に示すように、冠面２０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２１が形成されている。この面取り部２１は、バルブリフタ１１の摺動時における傾動によって前記冠面２０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。
【００２３】
そして、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１°以上で約２６．５°以下に設定されていると共に、前記冠面２０からスカート部１７方向の軸方向長さ（距離）Ｌが約１ｍｍ以上に設定されている。本実施形態では、前記テーパ角度θが約２６．５°に設定されていると共に、軸方向長さＬが約１ｍｍに設定されている。また、この面取り部２１の冠面２０外周縁側の深さＺ、つまり、前記スカート部外周面１７ａの前記延長線Ｐを基準とした冠面２０外周縁から径方向の深さＺが０．０２〜０．５ｍｍに設定されており、本実施形態では約０．５ｍｍに設定されている。
【００２４】
前記冠部１８は、図４及び図５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に渡って硬質炭素皮膜が形成されている。この硬質炭素皮膜は、周知の表面処理技術であるいわゆるダイヤモンドライクカーボンのコーティング処理（以下、ＤＬＣ皮膜という。）が施されることによって形成されている。これによって、前記冠面２０と面取り部２１が高硬度でかつ低摩擦抵抗のＤＬＣ皮膜２２に覆われることになる。
【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、約１．０μｍに設定されている。
【００２６】
〔バルブリフタの製造方法〕
以下、バルブリフタ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１１の基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を形成する。つまり、この面取り部２１は、前述の図３に示したように、軸方向の長さＬが約１ｍｍで、テーパ角度θが約２６．５°、深さＺが約０．５ｍｍとなるように成形される（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工法によって表面処理を行う（第３工程）。
【００２９】
すなわち、図６に示すように、冠面２０上に、膜原料である炭素粒子２２ａを垂直方向（矢印方向）から飛ばして付着させる。このため、炭素粒子２２ａが飛来する方向に対してスカート部１７の外周面１７ａの向きがほぼ平行になり、冠面２０と比較してＤＬＣ被膜２２が不均一に処理されてしまうおそれがある。
【００３０】
そこで、スカート部１７の外周面１７ａへの炭素粒子２２ａの付着を抑制するために、冠面２０以外のスカート部１７と冠部１８の外周面全体を覆うようなゴム材などからなる図外のマスキング治具を施して処理を行うようになっている。しかし、生産性を高めるために、前記マスキング治具は前記スカート部１７及び冠部１８の外周面とは密着させずに微小隙間を介して保持されるようにしてある。このため、図４〜図６に示すように、前記炭素粒子２２ａの一部２２ｂが、前記微小隙間に入って前記冠部１８の外周面に僅かに付着してしまう。
【００３１】
その後、図４に示すバルブリフタ１１のスカート部１７の外周面１７ａ（二点鎖線）全体を、所定の砥石によって研磨仕上げ加工を行って、最終的に図５に示すように、スカート部１７の外周面１７ａの外径ｄの寸法精度を高める。これによって、バルブリフタ１１の成形が完了し、前記外径ｄと前記ガイド孔１６の内径Ｄに適合させるようになっている。
【００３２】
図７は前述したアークイオンプレーティング処理方法によってバルブリフタの冠部１８の外周面に付着したＤＬＣ皮膜２２ｂの膜厚を測定した結果を示している。
【００３３】
なお、この図では、微小の付着ではＤＬＣ皮膜２２ｂの膜厚自体を測定することは困難であり、また測定誤差が生じ易いため、ＤＬＣの主成分である炭素（Ｃ）量を測定して膜厚に換算している。縦軸はＤＬＣ皮膜２２ｂの膜厚、横軸は冠面２０からの距離を示している。
【００３４】
この結果をみると、前記面取り部２１の外面に付着する炭素量は、冠面２０付近で最も多く（約１．００μｍ）、冠面２０からスカート部１７側の軸方向へ遠ざかると減少する傾向になり、例えば冠面２０から０．５ｍｍ離れると、ＤＬＣ皮膜２２ｂの膜厚は約０．７μｍになり、１ｍｍ離れると、その半分の約０．３５μｍになることが明らかである。
【００３５】
つまり、一般的に冠面２０の外周縁の前記面取り部２１の軸方向の距離Ｌは約０．３ｍｍであり、大きい場合でも０．５ｍｍ程度である。図７において、前記各測定値の最大膜厚点を結んだ曲線を各点のＤＬＣ最大膜厚とした場合、距離０．５ｍｍ点の膜厚は約０．７μｍとなり、これに対して距離１ｍｍ点での膜厚はその半分の約０．３５μｍになるのである。
【００３６】
このように、面取り部２１でのＤＬＣ皮膜２２ｂの付着膜厚を半減させるためには、冠部１８の外周面の面取り部２１の軸方向の距離を１ｍｍ以上に設定すること望ましく、したがって、本実施形態では、約１ｍｍに設定した。
【００３７】
また、前記面取り部２１の深さＺや軸方向長さ（距離）Ｌを大きくすることによって、冠部１８の外周面への炭素粒子の付着を抑制できるが、この面取り部２１を過度に拡大すると、前記冠面２０の外径の縮小化やあるいはスカート部１７の外径の拡大を招いて、いずれの場合でもバルブリフタの機能に影響を及ぼすことになる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、面取り部２１の深さＺや軸方向長さ（距離）Ｌを変更することなく、前記面取り部２１のテーパ角度θを２６．５°に設定することによってスカート部１７の外周面１７ａに対して鋭角に形成したのである。
【００３９】
すなわち、図８Ａに示すように、前記面取り部２１を形成して、この下端縁２１ａで前記ガイド孔１６に接触させることによってフリクションを低減させることができるが、面取り部２１の各テーパ角度θがバルブリフタ１１の傾き角度θ１よりも浅すぎる場合は、面取り部２１の下端縁２１ａがガイド孔１６に接触してしまい、結果として面取り部２１が形成されていない場合と変わらない大きなフリクションが発生する。
【００４０】
したがって、面取り部２１の最小角度θは、本来のフリクション低減機能を果たせる角度に設定する必要があり、この角度はバルブリフタ１１がガイド孔１６内で傾動することができる最大傾き角度θ１以上であれば機能を果たせることになる。
【００４１】
このバルブリフタ１１の最大傾き角度θ１は、ガイド孔１６が小さく、ガイド孔１６とバルブリフタ１１との間のクリアランスΔＤが大きく、かつ図８Ｂに示すように、バルブリフタ１１の面取り部２１を除いた軸方向長さＬ１が短いときに生じる。
【００４２】
前記面取り部２１の最小角度θは、以下の式によって算出することができる。
【００４３】
α＝ｔａｎ-1（ｄ/L）  β＝ｓｉｎ-1（D/X）＝ｓｉｎ-1D/√（Ｌ１2＋ｄ2）
θ＝β−α
ここで、例えば、ガイド孔１６の内径Ｄが最小２０．０ｍｍ、バルブリフタ１１の面取り部２１を除く軸方向長さＬ１が最小１０ｍｍ、クリアランスΔＤが最大０．１ｍｍの条件下では、θ１＜０．５８°となるため、最小角度θは、１°以上に設定すれば機能上の問題はない。ｄはバルブリフタ１１の外径であって、ガイド孔１０の内径ＤからクリアランスΔＤを差し引いた値になる。
【００４４】
かかる点からして、バルブリフタ１１の機能に影響を及ぼすことなくＤＬＣ皮膜２２ｂの付着を半減させるには、面取り部２１のテーパ角度θは、１°〜２６．５°に設定することが好ましいのである。
【００４５】
そして、前記諸条件を満足するために、本実施形態では、前記面取り部２１のテーパ角度θを２６．５°に設定すると共に、面取り部２１の前記スカート部１７側への軸方向の長さを１ｍｍに設定しており、この結果して、冠面２０の径方向への深さＺが０．５ｍｍになっている。
【００４６】
したがって、前記第４工程で図４に示すスカート部１７の外周面１７ａ（二点鎖線）や冠部１８の外周面を、所定の砥石によって研磨加工を行った場合には、図５に示すように前記各外周面を精度良く研磨加工できることは勿論のこと、この研磨加工中における前記砥石は、前記面取り部２１に付着固定されているＤＬＣ皮膜２２ｂの表面に対して非接触状態となる。すなわち、前記面取り部２１に施されたＤＬＣ皮膜２２ｂは、前記面取り部２１の特異な構造によって内側に吸収された形になるので、研磨中における砥石がＤＬＣ皮膜２２ｂに接触することがないことから非研磨面となる。
【００４７】
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。
【００４８】
本発明は前記各実施例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にも適用することもできる。
【００４９】
また、前記硬質炭素皮膜としては、非晶質炭素材料としての前記ＤＬＣ皮膜２２以外の材料を用いることも可能である。
【００５０】
また、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１〜３のいずれか一項に記載の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において、
前記面取り部のテーパ角度を１°以上に設定したことを特徴とす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。
〔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、
前記面取り部の前記冠面径方向の最大深さを０．５ｍｍ以下に設定した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１に記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記硬質炭素皮膜の膜厚は、０．５〜３．０μｍに設定した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１に記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記硬質炭素皮膜は、ダイヤモンドライクカーボンをコーティングしてな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２に記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記面取り部に施された前記硬質炭素皮膜の外面は、全て非研磨面としたことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｆ〕請求項ｅに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記硬質炭素皮膜が施されない前記円筒部の外周面を基準とした前記面取り部のテーパ角度を、２６．５°以下に設定したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｇ〕請求項ｆに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記面取り部の前記円筒部軸方向の長さを１ｍｍ以上に設定したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｈ〕請求項ｇに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記面取り部の冠面側の該冠面径方向の最大深さを０．５ｍｍ以下に設定したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｉ〕請求項ｅに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記硬質炭素皮膜の膜厚を０．５〜３．０μｍに設定したことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｊ〕請求項ｅに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記硬質炭素皮膜は、ダイアモンドライクカーボンをコーティングしてなることを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｋ〕請求項３に記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記円筒部の外周面の研磨工程の研磨は、砥石によって行うことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
〔請求項ｌ〕請求項ｋに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記砥石は、前記円筒部外周面の研磨中に、少なくとも前記面取り部に施された前記硬質炭素皮膜の外面に非接触になっ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ｍ〕請求項ｌに記載の内燃機関のバルブリフタにおいて、
前記砥石は、前記円筒部外周面の研磨中に、前記硬質炭素皮膜と全く接触しないことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
【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
１１・１２…バルブリフタ
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
２２…ＤＬＣ皮膜
２２ａ…炭素粒子
２２ｂ…面取り部側のＤＬＣ被膜
θ…テーパ角度
Ｌ…面取り部の軸方向長さ
Ｚ…面取り部の冠面川の深さ
Ｐ…基準線
【図１】
2012219709.tif 000003
【図２】
2012219709.tif 000004
【図３】
2012219709.tif 000005
【図４】
2012219709.tif 000006
【図５】
2012219709.tif 000007
【図６】
2012219709.tif 000008
【図７】
2012219709.tif 000009
【図８】
2012219709.tif 000010