特許 6387295 ロッカーアームの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6387295

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】ロッカーアームの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F01L 1/18 20060101AFI20180827BHJP

【ＦＩ】

   F01L1/18 M

   F01L1/18 N

   F01L1/18 H

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-254728(P2014-254728)

(22)【出願日】2014年12月17日

(65)【公開番号】特開2016-113995(P2016-113995A)

(43)【公開日】2016年6月23日

【審査請求日】2017年11月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】390023032

【氏名又は名称】田中精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077012

【弁理士】

【氏名又は名称】岩谷 龍

(72)【発明者】

【氏名】井澤 勝

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第５８１９６９４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００３７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平５−０４７３０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−２０５２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｌ １／００−１／３２，

１／３６−１／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロッカーアームに設けられたローラに当接するカムが回動することによりロッカーアームの一端側に設けられた摺動部材に当接する弁棒が上下動することにより吸気弁または排気弁を開閉する構造を有する内燃機関の動弁装置の当該ロッカーアームの製造方法であって、上記ロッカーアームに設けられた溝部に摺動部材を配置し、当該摺動部材の下面側に金型を配置し、当該摺動部材の上面側に拘束部材を配置し、当該摺動部材を、上面側に配置した拘束部材と下面側に配置した金型と溝部のロッカーアームとで拘束した状態でロッカーアーム側方から加圧することによって、溝部のロッカーアームを変形させて摺動部材を両側から挟みこんで保持するように、上記弁棒をガイドするためのステムガイドを形成することを特徴とする内燃機関の動弁装置のロッカーアームの製造方法。

【請求項2】

摺動部材に上方に向けて突出させたスリッパ軸を溝部の上部に設けたスリッパ孔に挿入して溝部に固定した状態で摺動部材を配置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置のロッカーアームの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の動弁装置において、耐摩耗性を有する摺動部材が装着されたロッカーアームの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一端部がカムシャフトのカムに接触し、他端部が内燃機関の吸気弁または排気弁（吸排気弁）と連携して、上記カムの作用により中間部を支点として揺動することによって吸排気弁を開閉するロッカーアームの材料として、動弁装置の軽量化のためにアルミニウム合金等の鉄鋼材料よりも軽量の材料が用いられることが多い。しかし、ロッカーアームは鉄鋼材料からなるカムと接触して揺動する構造であるため、鉄鋼材料よりも強度の低いアルミニウム合金等からなるロッカーアームの摺動部では摩耗が進行しやすい。そのために、ロッカーアームの摺動部には耐摩耗性に優れた部材が採用されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、図６に示すように、ロッカーアーム３１のバルブステムとの当たり面にセラミック体３２を固着する構造であって、プッシュロッドとの当たり面に浸炭焼き入れした鋼製の受け部材３３をねじ止めし、セラミック体３２の嵌合軸は、ロッカーアーム３１の嵌合孔３４に圧入される構造のロッカーアームが開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、図７に示すように、軽合金であるアルミニウム合金製のロッカーアーム本体４１と、このロッカーアーム本体４１の回動端に設けられ、カム軸と摺接によりカム係合する耐摩耗性のある焼結合金製の係合体４２とを有し、ロッカーアーム本体４１には上下方向に貫通する貫通孔４３が形成され、係合体４２には貫通孔４３に嵌入される支軸４４が上下方向に向かって一体的に突設され、支軸４４の外周面には全周にわたって結合溝たる周溝４５が形成され、ロッカーアーム本体４１が上方から加圧されることによって生じた貫通孔４３内周面の塑性変形部分が周溝４５に嵌りこみ、これによって貫通孔４３内周面に支軸４４が固着され、この固着で係合体４２がロッカーアーム本体４１に固着される構造のロッカーアームが開示されている。

【0005】

さらに、特許文献３には、図８に示すように、アルミニウム系の粉末冶金合金材からなるロッカーアーム本体５１にＳＣｒ材からなるチップ５２の脚部５３を埋め込む構造のロッカーアームを模した試験片が開示されている。

【0006】

そして、特許文献４には、図９に示すように、バルブ側本体６１とカム側本体 ６２とが接合されてなるアーム本体６３を有し、カムシャフトとともに回転するカムに接触してカムの回転運動をアーム本体６３に伝達するカム接触部材としてのカム接触パッド６４を有し、カム接触パッド６４の裏面にはカム側本体６２に形成されたアリ溝に対応するアリ突起が形成され、上記アリ溝にアリ突起が嵌ることでカム接触パッド６４がカム側本体６２に固着される構造のロッカーアームが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】実開平５−４７３０６号公報

【特許文献2】特公平６−８６８０６号公報

【特許文献3】特開昭６３−１８９６０８号公報

【特許文献4】実公平１−３７１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年の内燃機関の高回転に伴い、摺動による負荷が増大する結果、特許文献１と２に記載されたような摺動部材（セラミック体３２と係合体４２）を圧入する方法では、この摺動部材とロッカーアームとの締結力が不足してしまう恐れがある。

【0009】

また、特許文献３と４に開示された摺動部材（チップ５２とカム接触パッド６４）は、先端部に近づくにつれて幅が広くなる凸部と、底部に近づくにつれ幅が狭くなる凹部を圧入により嵌合する構造であるから、圧入方向に対して垂直の方向に対して摺動部材をしっかりと位置決め固定することができる。しかし、実際に摺動部材を正確に位置決め固定するには凸部と凹部を高精度に仕上げ加工する必要がある。ところが、特許文献３と４に開示された複雑な構造の凸部と凹部に対して高精度に仕上げ加工を施す場合、大幅な製造コストの上昇を招いてしまう。

【0010】

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良したものであって、製造コストを増大させることなく、耐摩耗性を有する摺動部材が装着されたロッカーアームの製造方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題を解決するために本願発明は、ロッカーアームに設けられたローラに当接するカムが回動することによりロッカーアームの一端側に設けられた摺動部材に当接する弁棒が上下動することにより吸気弁または排気弁を開閉する構造を有する内燃機関の動弁装置の当該ロッカーアームの製造方法であって、上記ロッカーアームに設けられた溝部に摺動部材を配置し、当該摺動部材の下面側に金型を配置し、当該摺動部材の上面側に拘束部材を配置し、当該摺動部材を、上面側に配置した拘束部材と下面側に配置した金型と溝部のロッカーアームとで拘束した状態でロッカーアーム側方から加圧することによって、溝部のロッカーアームを変形させて摺動部材を両側から挟みこんで保持するように、上記弁棒をガイドするためのステムガイドを形成することを特徴とする内燃機関の動弁装置のロッカーアームの製造方法を第一発明とし、
上記第一発明において、摺動部材に上方に向けて突出させたスリッパ軸を溝部の上部に設けたスリッパ孔に挿入して溝部に固定した状態で摺動部材を配置することを特徴とする内燃機関の動弁装置のロッカーアームの製造方法を第二発明とする。

【発明の効果】

【0012】

本願第一発明によれば、精密な加工を施す必要がなく、低コストで摺動部材の締結力を十分に確保しつつ弁棒をガイドするためのステムガイドを形成することができる。しかも、摺動部材を、上面側に配置した拘束部材と下面側に配置した金型と溝部のロッカーアームとで拘束した状態でロッカーアーム側方から加圧するので、摺動部材の装着位置を高精度で制御するとともに、ステムガイドを高精度で成形することができる。
本願第二発明によれば、ロッカーアームに対して摺動部材を容易に位置決めすることができるので、摺動部材の装着精度およびステムガイドの成形精度を一層向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、内燃機関上部の部分縦断面図である。

【図2】図２（ａ）は吸気ロッカーアーム１３ａの平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は吸気ロッカーアーム１３ａの側面図、図２（ｄ）は吸気ロッカーアーム１３ａの底面図、図２（ｅ）は吸気ロッカーアーム１３ａの端面図である。

【図3】図３（ａ）は摺動部材１７ａの平面図、図３（ｂ）は摺動部材１７ａの側面図、図１７（ｃ）は摺動部材１７ａの端面図、図３（ｄ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【図4】図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｃ）は図５（ｂ）のＸ−Ｘ断面を拡大して示す、ステムガイドの成形過程を概念的に示す図である。図４（ｄ）は図４（ｃ）の一部をさらに拡大して示す図である。

【図5】図５（ａ）は吸気ロッカーアーム１３ａに摺動部材１７ａを挿入してステムガイド２１を成形する過程を上方から見た概念図、図５（ｂ）は吸気ロッカーアーム１３ａに摺動部材１７ａを挿入してステムガイド２１を成形する過程を側方から見た概念図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＸ−Ｘ線断面を拡大して示す図である。

【図6】図６は、特許文献１に記載されたロッカーアームの一部を断面にして示す分解正面図である。

【図7】図７は、特許文献２に記載されたロッカーアームの側面断面図である。

【図8】図８は、特許文献３に記載されたロッカーアームを模した試験片の斜視図である。

【図9】図９は、特許文献４に記載されたロッカーアームの正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、様々な変形や修正が可能である。図１において、１は４サイクルエンジンの上部で、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に取り付けられるシリンダヘッド３とを有し、シリンダブロック２内にはシリンダ４が上下摺動自在に装入されている。

【0015】

シリンダヘッド３には、吸気ポート５と排気ポート６とが形成され、吸気ポート５を開閉自在とする吸気弁７と、排気ポート６を開閉自在とする排気弁８とが設けられている。これら吸気弁７、排気弁８はそれぞれ吸気ポート５、排気ポート６を閉じる方向にスプリング９、１０で付勢されている。

【0016】

シリンダヘッド３には、吸気弁７と排気弁８を作動させる動弁装置１１が設けられており、以下に、動弁装置１１について説明する。
シリンダヘッド３には一対のローラ軸１２ａと１２ｂとが支持され、各ローラ軸１２ａ、１２ｂにはそれぞれ吸気ロッカーアーム１３ａ、排気ロッカーアーム１３ｂが上下回動自在に枢支されている。

【0017】

シリンダヘッド３には、図示しないクランク軸に連動して回動する吸気カム１４ａと排気１４ｂが支持されている。吸気カム１４ａは吸気ロッカーアーム１３ａのローラ軸１２ａに嵌着されたローラ１５ａに当接しており、排気カム１４ｂは排気ロッカーアーム１３ｂのローラ軸１２ｂに嵌着されたローラ１５ｂに当接している。

【0018】

クランク軸の回動に伴って吸気カム１４ａが回動すると、ローラ１５ａを介して吸気ロッカーアーム１３ａは枢支部１６ａを支点として上下動し、クランク軸の回動に伴って排気カム１４ｂが回動すると、ローラ１５ｂを介して排気ロッカーアーム１３ｂは枢支部１６ｂを支点として上下動する。吸気ロッカーアーム１３ａの一端側には摺動部材１７ａが装着されており、排気ロッカーアーム１３ｂの一端側には摺動部材１７ｂが装着されている。摺動部材１７ａは吸気弁７の弁棒１８ａに当接しており、摺動部材１７ｂは排気弁８の弁棒１８ｂに当接している。

【0019】

かくして、吸気ロッカーアーム１３ａが枢支部１６ａを支点として上下動すると、これに連動して吸気弁７がスプリング９の弾発力に抗して吸気ポート５を開閉させ、排気ロッカーアーム１３ｂが枢支部１６ｂを支点として上下動すると、これに連動して排気弁８がスプリング１０の弾発力に抗して排気ポート６を開閉させる。

【0020】

図２（ａ）は吸気ロッカーアーム１３ａの平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は吸気ロッカーアーム１３ａの側面図、図２（ｄ）は吸気ロッカーアーム１３ａの底面図、図２（ｅ）は吸気ロッカーアーム１３ａの端面図である。図１から明らかなように、排気ロッカーアーム１３ｂはシリンダ４の上下方向中心軸４ａに対して吸気ロッカーアーム１３ａと線対称の関係にあるので、以下には吸気ロッカーアーム１３ａについて説明するが、同様のことが排気ロッカーアーム１３ｂについてもあてはまる。

【0021】

図１に示すように、吸気ロッカーアーム１３ａは枢支部１６ａを支点として上下動するが、図２（ｂ）に示すように、吸気ロッカーアーム１３ａには枢支部１６ａを受け入れるための曲面状の凹部１９が形成されており、吸気ロッカーアーム１３ａの一端側には摺動部材１７ａが装着されている。そして、摺動部材１７ａの下面のスリッパ面２０と弁棒１８ａの端面とが接触することで、図１に示すように、スプリング９の押圧力を受けて吸気ロッカーアーム１３ａに設けられたローラ１５ａが吸気カム１４ａに向けて付勢されている。

【0022】

図１に示すように、吸気ロッカーアーム１３ａは、枢支部１６ａを上下動の支点として、吸気カム１４ａと吸気弁７の弁棒１８ａとで上下から挟みこまれるようにして支持されているだけなので、摺動部材１７ａと弁棒１８ａの端面とのローラ軸１２ａ方向の位置関係がずれないように、図２（ｅ）に示すように、摺動部材１７ａの両側には弁棒１８ａを挟みこむことができるようにステムガイド２１が設けられている。

【0023】

図３（ａ）は摺動部材１７ａの平面図、図３（ｂ）は摺動部材１７ａの側面図、図３（ｃ）は摺動部材１７ａの端面図、図３（ｄ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。摺動部材１７ｂは摺動部材１７ａと同じ働きをするので、以下には摺動部材１７ａについて説明するが、同様のことが摺動部材１７ｂについてもあてはまる。

【0024】

摺動部材１７ａは耐摩耗性および摺動特性に優れた材料、例えば、熱処理や表面処理が施された鉄鋼材料、焼結合金またはセラミックスで製造される。鉄鋼材料としては、浸炭鋼、軸受鋼などを挙げることができ、セラミックスとしては、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３などを挙げることができる。図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、摺動部材１７ａには、中心部に円柱状のスリッパ軸２２が設けられ、吸気ロッカーアーム１３ａの所定の位置に設けられたスリッパ孔（図４（ａ）の２５参照）にスリッパ軸２２を挿入することにより、摺動部材１７ａを吸気ロッカーアーム１３ａに対して位置決めすることができる。

【0025】

図３（ｄ）に示すように、摺動部材１７ａの下面には円弧状のスリッパ面２３が形成されている。図３（ｃ）に示すように、摺動部材１７ａの下部側面は、スリッパ面２３に近づくにつれて幅が減少するように傾斜したテーパ面２４、２４となっている。

【0026】

吸気ロッカーアーム１３ａには、摺動部材１７ａを挟みこんで固定するための溝部（図４（ａ）の２６参照）が設けられている。この溝部に摺動部材１７ａを配置して、所定寸法のステムガイドを成形することができる。

【0027】

次に、摺動部材１７ａを吸気ロッカーアーム１３ａに取り付ける手順について説明する。
（１）図４（ａ）に示すように、摺動部材１７ａのスリッパ軸２２を吸気ロッカーアーム１３ａのスリッパ孔２５に挿入し、吸気ロッカーアーム１３ａの溝部２６に所定寸法の金型２７を挿入して摺動部材１７ａを金型２７上に配置する。この金型２７はスリッパ面２３に対応した円弧形状を備えており、摺動部材１７ａの位置決めを正確に行うことができる。

【0028】

（２）図４（ｂ）に示す矢示方向（ローラ軸方向）に加圧して所定寸法となるまで変形させる。このとき、摺動部材１７ａは、左右から加圧されるとともに、上方に配置された拘束部材２８と下方に配置された金型２７とによって上下方向からも拘束された状態にある。このように、摺動部材１７ａは上下左右から完全に拘束された状態で、ステムガイド２１が成形される（図４（ｃ）参照）。スリッパ軸２２がスリッパ孔２５に挿入された状態で成形されるので偏って成形されることがなく、仮に、吸気ロッカーアーム１３ａの中心と摺動部材１７ａの中心とがステムガイド２１の成形中心に対して平面視でずれた状態にあったとしても、吸気ロッカーアーム１３ａは摺動部材１７ａとともに左右方向に移動させるか、又は吸気ロッカーアーム１３ａはスリッパ軸２２を中心として回転させることにより、ステムガイド２１の成形中心（金型２７の中心）に対して吸気ロッカーアーム１３ａの中心と摺動部材１７ａの中心を合せることができるので、図４（ｃ）に示すように、左右対称形状のステムガイド２１、２１を成形することができる。

【0029】

（３）図４（ｂ）および（ｃ）に示すように、ステムガイド２１の内壁部２１ａは金型２７の側面に押し付けられて成形されるので、正確な寸法が得られるうえ、ステムガイド２１の内壁部２１ａも金型２７の表面粗度に対応した粗さが得られる。

【0030】

（４）図３（ｃ）に示すように、摺動部材１７ａの下部側面には、スリッパ面２３に近づくにつれて幅が減少するように傾斜したテーパ面２４、２４が形成されていて、吸気ロッカーアーム１３ａはこのテーパ面２４に沿った形状に成形されて加締められた状態となっているので、摺動部材１７ａの側面を弾性的に挟み込む状態となる。また、このテーパ面２４によって図４（ｄ）に示す矢示方向の力（締結力）が摺動部材１７ａに作用するので、摺動部材１７ａが吸気ロッカーアーム１３ａに押し付けられ、両者を強力に締結できるうえ、密着性も向上するため、摺動部材１７ａの上下方向の装着精度が向上する。図３（ｃ）に示す傾斜角θを大きくすれば上記締結力を増加させることができ、傾斜角θを小さくすれば上記締結力を減少させることができる。
（５）さらに高い締結力が必要な場合は、スリッパ軸２２端面に加締めを行うことができる。

【0031】

図５（ａ）は吸気ロッカーアーム１３ａに摺動部材１７ａを挿入してステムガイド２１（図２（ｅ）参照）を成形する過程を上方から見た概念図、図５（ｂ）は吸気ロッカーアーム１３ａに摺動部材１７ａを挿入してステムガイド２１（図２（ｅ）参照）を成形する過程を側方から見た概念図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【0032】

図３（ｃ）に示すように、摺動部材１７ａの下部側面はスリッパ面２３に近づくにつれて幅が減少するように傾斜したテーパ面２４となっているが、このテーパ面２４は必ずしも直線状である必要はなく、曲面状であってもよく、要求される形状精度や製造コストや強度などに対応して様々な形状を採用することができる。

【0033】

図４（ａ）に示すスリッパ軸２２とスリッパ孔２５の形状については、スリッパ軸２２を円形断面とするだけでなく、多角形断面とすることもできる。要するに、スリッパ孔２５の形状をスリッパ軸２２の形状に対応させて、吸気ロッカーアーム１３ａの中心と摺動部材１７ａの中心とをステムガイド２１の成形中心に対して平面視で一致させるように、スリッパ軸２２を中心として吸気ロッカーアーム１３ａを回転させることができるものであればよい。

【0034】

ロッカーアームの材料としては、アルミニウム合金等に限らず、鉄系や樹脂材料等が使用された場合であっても、スリッパ面２３が摩耗する恐れがある場合は本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明は、内燃機関の動弁装置の一部を構成するロッカーアームの製造に好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0036】

１ ４サイクルエンジンの上部
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ シリンダ
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 吸気弁
８ 排気弁
９、１０ スプリング
１１ 動弁装置
１２ａ、１２ｂ ローラ軸
１３ａ 吸気ロッカーアーム
１３ｂ 排気ロッカーアーム
１４ａ 吸気カム
１４ｂ 排気カム
１５ａ、１５ｂ ローラ
１６ａ、１６ｂ 枢支部
１７ａ、１７ｂ 摺動部材
１８ａ、１８ｂ 弁棒
１９ 曲面状の凹部
２０ スリッパ面
２１ ステムガイド
２２ スリッパ軸
２３ スリッパ面
２４ 傾斜したテーパ面
２５ スリッパ孔
２６ 溝部
２７ 金型
２８ 拘束部材
３１ ロッカーアーム
３２ セラミック体
３３ 鋼製の受け部材
３４ 嵌合孔
４１ ロッカーアーム本体
４２ 係合体
４３ 貫通孔
４４ 支軸
４５ 周溝
５１ ロッカーアーム本体
５２ チップ
５３ 脚部
６１ バルブ側本体
６２ カム側本体
６３ アーム本体
６４ カム接触パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】