JP5783398B2 - Swing and rotary cam lifter and overhead valve engine - Google Patents
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Description
この発明は、オーバーヘッドバルブ(OHV:Over Head Valve)エンジンにおいて、タイミングカムに摺接される揺動回転式のカムリフタに関する。また、このカムリフタを用いたOHVエンジンに関する。 The present invention relates to a swing-rotating cam lifter that is slidably contacted with a timing cam in an overhead valve (OHV) engine. The present invention also relates to an OHV engine using this cam lifter.
発電機、ポンプ、刈払機などの汎用エンジンには構造が単純で整備が容易であり、軽量、コンパクトなOHVエンジンが用いられている。特に、刈払機などの小型OHVエンジンでは、さらに軽量、コンパクト化が可能な揺動回転式カムリフタを備えたOHVエンジンが用いられている。 General-purpose engines such as generators, pumps, and brush cutters have a simple structure and are easy to maintain, and are lightweight and compact OHV engines. In particular, in a small OHV engine such as a brush cutter, an OHV engine provided with a rocking and rotating cam lifter that can be further reduced in weight and size is used.
上記のOHVエンジンは、燃焼室の上方に位置する吸・排気バルブと、クランクシャフトの近傍に位置し、クランクシャフトからの回転動力伝達によって回転するタイミングカムと、該タイミングカムに摺接される揺動回転式カムリフタと、該カムリフタと吸・排気バルブのそれぞれを連設するプッシュロッドとを備えている。この構成において、タイミングカムの回転により、これと摺接する揺動回転式カムリフタが揺動回転し、該カムリフタの揺動回転に伴う開閉動力がプッシュロッドを介して吸・排気バルブに伝達されて各バルブの開閉動作を行なう。 The above OHV engine includes an intake / exhaust valve positioned above the combustion chamber, a timing cam positioned near the crankshaft, and rotated by transmission of rotational power from the crankshaft, and a swinging slidable contact with the timing cam. A dynamic rotary cam lifter and a push rod for connecting the cam lifter and intake / exhaust valves are provided. In this configuration, by the rotation of the timing cam, the oscillating rotation type cam lifter slidingly contacting the oscillating rotation is oscillated, and the opening / closing power accompanying the oscillating rotation of the cam lifter is transmitted to the intake / exhaust valves via the push rod. Open and close the valve.
従来、上記のような揺動回転式カムリフタを備えたOHVエンジンに関するものとして、カムリフタと単一のカムにより吸・排気バルブを作動でき、さらに構成部材の連接部のガタをなくしたエンジンの動弁装置(特許文献1参照)や、カムリフタと単一のカムを用いて吸・排気バルブの開弁速度を合目的的に異なったものとできる携帯型作業機用の弁駆動装置(特許文献2参照)などが開示されている。その他、同様の構成を有する直接レバー式オーバーヘッドバルブ装置が開示されている(特許文献3参照)。これら従来のOHVエンジンの弁駆動装置では、揺動回転式カムリフタ(これに相当するものを含む)は金属製であり、金属製のタイミングカムと摺接されている。 Conventionally, as an OHV engine equipped with the above-described oscillating rotation type cam lifter, the valve of the engine in which the intake / exhaust valve can be operated by the cam lifter and the single cam and the backlash of the connecting portion of the constituent members is eliminated. Device (see Patent Document 1), or a valve drive device for a portable work machine that uses a cam lifter and a single cam to make the valve opening speeds of intake and exhaust valves different in purpose (see Patent Document 2) ) Etc. are disclosed. In addition, a direct lever type overhead valve device having a similar configuration is disclosed (see Patent Document 3). In these conventional OHV engine valve drive devices, the swing-rotating cam lifter (including the corresponding one) is made of metal and is in sliding contact with the metal timing cam.
OHVエンジンにおける上記摺接部などに対する潤滑方式として、クランクシャフトの回転軸に設けたスクレーパによりオイルパンに貯留されているオイルを掻き上げて、クランク内およびバルブロッカ室をミスト状オイルで充満させる飛沫潤滑方式や、オイルを上記摺接部にオイルポンプにより圧送供給する強制潤滑方式などがある。また、キャブレタからシリンダヘッドの吸気弁に至る吸気通路と、この吸気通路の底面から分岐された逆止弁を備えた通路とを有することで、混合燃料(オイルとガソリン)と空気との混合ガスが動弁機構部に流れ、該混合ガスに含有するオイルをシリンダやピストン、タイミングカムやカムリフタなどに付着させて潤滑させているものがある(特許文献4参照)。 As a lubrication method for the sliding contact part etc. in the OHV engine, the oil stored in the oil pan is scraped up by a scraper provided on the rotating shaft of the crankshaft, and the inside of the crank and the valve rocker chamber are filled with mist oil. There are a system and a forced lubrication system that supplies oil to the sliding contact portion by an oil pump. Further, by having an intake passage from the carburetor to the intake valve of the cylinder head and a passage having a check valve branched from the bottom surface of the intake passage, a mixed gas of mixed fuel (oil and gasoline) and air Flows to the valve mechanism, and the oil contained in the mixed gas adheres to a cylinder, piston, timing cam, cam lifter or the like and is lubricated (see Patent Document 4).
しかしながら、従来の揺動回転式カムリフタを用いたOHVエンジンでは、エンジン初動時などのオイルが十分に供給されていない潤滑作用が不足している状態において、摺動部の摩耗が生じ得る。特に、金属製のカムリフタとタイミングカムとの摺接部の摩耗が著しい。 However, in an OHV engine using a conventional oscillating rotary cam lifter, the sliding portion may be worn in a state where the lubrication action is not sufficient when oil is not sufficiently supplied, such as when the engine is first started. In particular, the wear of the sliding contact portion between the metal cam lifter and the timing cam is remarkable.
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、潤滑作用の不足状態にあっても摩耗を抑制できる揺動回転式カムリフタと、その揺動回転式カムリフタを備えたOHVエンジンを提供することを課題としている。 The present invention has been made to cope with such a problem. An oscillating rotary cam lifter capable of suppressing wear even in a state of insufficient lubrication, and an OHV engine including the oscillating rotary cam lifter. The issue is to provide.
本発明の揺動回転式カムリフタは、OHVエンジンのタイミングカムに摺接される揺動回転式カムリフタであって、該カムリフタは、上記タイミングカムとの摺接面に低摩擦材が被膜形成されてなることを特徴とする。 The swing-rotating cam lifter of the present invention is a swing-rotating cam lifter that is slidably contacted with a timing cam of an OHV engine, and the cam lifter has a low friction material formed on the sliding contact surface with the timing cam. It is characterized by becoming.
上記低摩擦材が、合成樹脂の塗膜であることを特徴とする。また、上記合成樹脂塗膜のマトリックス樹脂が、ポリアミドイミド(以下、PAIと記す)樹脂であることを特徴とする。 The low friction material is a coating film of a synthetic resin. Further, the matrix resin of the synthetic resin coating film is a polyamideimide (hereinafter referred to as PAI) resin.
上記合成樹脂塗膜は、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと記す)樹脂粉末を含むことを特徴とする。また、上記PTFE樹脂粉末が、PTFE樹脂の焼成粉末(以下、PTFE焼成粉末ともいう)であることを特徴とする。 The synthetic resin coating film includes polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) resin powder. The PTFE resin powder is a PTFE resin fired powder (hereinafter also referred to as PTFE fired powder).
上記PTFE焼成粉末が、粒子径150μm以下の粉末であることを特徴とする。また、上記PTFE焼成粉末が、50%粒子径が50μm以下の粉末であることを特徴とする。 The PTFE fired powder is a powder having a particle size of 150 μm or less. The PTFE fired powder is a powder having a 50% particle size of 50 μm or less.
上記PTFE焼成粉末が、PTFE樹脂の焼結体を粉砕した粉砕粉末であることを特徴とする。また、上記PTFE焼成粉末が、アスペクト比3以下の粉末であることを特徴とする。 The PTFE fired powder is a pulverized powder obtained by pulverizing a sintered body of PTFE resin. The PTFE fired powder is a powder having an aspect ratio of 3 or less.
上記合成樹脂塗膜は、上記PTFE樹脂粉末に加えて、黒鉛を含むことを特徴とする。 The synthetic resin coating film is characterized by containing graphite in addition to the PTFE resin powder.
上記合成樹脂塗膜は、マトリックス樹脂100重量部に対して、上記PTFE樹脂粉末を60〜110重量部、上記黒鉛を5〜30重量部を含むことを特徴とする。 The synthetic resin coating film includes 60 to 110 parts by weight of the PTFE resin powder and 5 to 30 parts by weight of graphite with respect to 100 parts by weight of the matrix resin.
上記カムリフタが、焼結金属からなることを特徴とする。 The cam lifter is made of a sintered metal.
本発明のOHVエンジンは、タイミングカムに摺接され、カムシャフトと平行な軸上で揺動する揺動回転式カムリフタを備えてなり、該揺動回転式カムリフタが上記本発明のカムリフタであることを特徴とする。 The OHV engine of the present invention includes a swing-rotating cam lifter that is slidably contacted with a timing cam and swings on an axis parallel to the camshaft, and the swing-rotating cam lifter is the cam lifter of the present invention. It is characterized by.
上記タイミングカムが、合成樹脂の成形体であることを特徴とする。また、上記タイミングカムを形成する合成樹脂が、カーボン繊維またはアラミド繊維を含んでなることを特徴とする。また、上記タイミングカムが、タイミングギヤと一体成形されてなることを特徴とする。 The timing cam is a synthetic resin molded body. In addition, the synthetic resin forming the timing cam includes carbon fiber or aramid fiber. The timing cam is formed integrally with the timing gear.
本発明の揺動回転式カムリフタは、タイミングカムとの摺接面に低摩擦材が被膜形成されているので、潤滑不足の状態であってもカムリフタとタイミングカムとの摩擦トルクが上昇せずカムリフタの摩擦による摩耗が抑制できる。 Since the low-friction material is formed on the sliding contact surface with the timing cam in the swing rotation type cam lifter of the present invention, the friction torque between the cam lifter and the timing cam does not increase even in a state of insufficient lubrication. Wear due to friction can be suppressed.
上記低摩擦材が合成樹脂の塗膜であるので、低摩擦特性、低コスト、製造容易性に優れる。特に、マトリックス樹脂をPAI樹脂とすることで、耐熱性、耐摩耗性および下地(カムリフタ)との結着性に優れ、高温雰囲気となるエンジンに使用することに適する。 Since the low-friction material is a synthetic resin coating film, it has excellent low-friction characteristics, low cost, and ease of manufacture. In particular, when the matrix resin is a PAI resin, it is excellent in heat resistance, wear resistance, and binding property with a base (cam lifter), and is suitable for use in an engine having a high temperature atmosphere.
上記合成樹脂塗膜がPTFE樹脂粉末を含むので、該合成樹脂塗膜の自己潤滑性に優れる。特に、PTFE樹脂の焼成粉末とすることで、該合成樹脂塗膜の自己潤滑性、耐熱性、耐摩耗性に優れる。PTFE樹脂粉末は結着性に乏しいため、PAI樹脂などのマトリックス樹脂と併用することによって、その特性が十分に発揮される。 Since the synthetic resin coating film contains PTFE resin powder, the synthetic resin coating film is excellent in self-lubricity. In particular, by using a PTFE resin fired powder, the synthetic resin coating film is excellent in self-lubricity, heat resistance, and wear resistance. Since PTFE resin powder has poor binding properties, its properties are sufficiently exhibited when used in combination with a matrix resin such as PAI resin.
上記PTFE焼成粉末が、粒子径150μm以下であるので、耐摩耗性と自己潤滑性が高次元で優れる。また、上記PTFE焼成粉末が、50%粒子径が50μm以下であるので、さらに耐摩耗性と自己潤滑性が高次元で優れる。 Since the PTFE fired powder has a particle size of 150 μm or less, the wear resistance and self-lubricity are excellent in a high dimension. Moreover, since the PTFE fired powder has a 50% particle size of 50 μm or less, the wear resistance and self-lubricating property are further excellent in a high dimension.
上記PTFE焼成粉末が、PTFEの焼結体を粉砕した粉砕粉末であるので、マトリックス樹脂中での分散性に優れる。また、上記PTFE焼成粉末が、アスペクト比3以下の粉末であるので、マトリックス樹脂中での分散性に特に優れる。これらの結果、揺動回転式カムリフタにおいてタイミングカムとの摺接面に低摩擦材として被膜形成された合成樹脂塗膜は、耐摩耗性と自己潤滑性が優れる。 Since the PTFE fired powder is a pulverized powder obtained by pulverizing a sintered body of PTFE, the dispersibility in the matrix resin is excellent. Further, since the PTFE fired powder is a powder having an aspect ratio of 3 or less, the dispersibility in the matrix resin is particularly excellent. As a result, the synthetic resin coating film formed as a low friction material on the sliding contact surface with the timing cam in the swing-rotating cam lifter is excellent in wear resistance and self-lubrication.
上記合成樹脂塗膜は、上記PTFE樹脂粉末に加えて黒鉛を含むことで、耐摩耗性がさらに優れるようになる。また、上記合成樹脂塗膜において、マトリックス樹脂100重量部に対して、上記PTFE樹脂粉末を60〜110重量部、上記黒鉛を5〜30重量部を含むので、合成樹脂塗膜の下地(カムリフタ)に対する結着性が高く剥がれなどのリスクが小さく、さらに潤滑特性と耐摩耗性が非常に優れる。 The synthetic resin coating film is further improved in wear resistance by containing graphite in addition to the PTFE resin powder. Further, the synthetic resin coating film contains 60 to 110 parts by weight of the PTFE resin powder and 5 to 30 parts by weight of the graphite with respect to 100 parts by weight of the matrix resin. It has a high binding property to the surface, has a low risk of peeling, and has excellent lubrication properties and wear resistance.
上記カムリフタが、焼結金属からなるので、製造が容易になり、合成樹脂塗膜等の低摩擦材被膜との結着性にも優れる。 Since the cam lifter is made of sintered metal, it is easy to manufacture and has excellent binding properties with a low friction material coating such as a synthetic resin coating.
本発明のOHVエンジンは、タイミングカムに摺接され、カムシャフトと平行な軸上で揺動する揺動回転式カムリフタを備えてなり、該揺動回転式カムリフタが上記本発明のカムリフタであるので、初動時などの潤滑条件の悪い状態であってもタイミングカムとカムリフタとが焼き付くことを防止でき、長寿命化が図れる。 The OHV engine of the present invention includes a swinging rotary cam lifter that is slidably contacted with a timing cam and swings on an axis parallel to the camshaft, and the swinging rotary cam lifter is the cam lifter of the present invention. The timing cam and the cam lifter can be prevented from seizing even in a poor lubrication condition such as at the time of initial operation, and the life can be extended.
上記タイミングカムが、合成樹脂の成形体であるので、揺動回転式カムリフタとの摺接が低摩擦化され、さらに軽量化される。特に、このタイミングカムをタイミングギヤと一体成形することで、より軽量化できる。 Since the timing cam is a synthetic resin molded body, the sliding contact with the oscillating and rotating cam lifter is reduced in friction and further reduced in weight. In particular, the weight can be further reduced by integrally molding the timing cam with the timing gear.
本発明の揺動回転式カムリフタを図1に基づいて説明する。図1は、揺動回転式カムリフタの斜視図である。図1に示すように、本発明の揺動回転式カムリフタ1は、タイミングカム2(図2参照)との摺接面1bに低摩擦材7が被膜形成されている。低摩擦材7は、カムリフタ1の少なくとも摺接面1bに被膜形成されていればよく、カムリフタ1の全面に形成されていてもよい。また、カムリフタ本体は、金属製であるが、焼結金属製にすることによって、製造が容易になり、合成樹脂塗膜等の低摩擦材被膜との結着性にも有利となるため好ましい。使用できる焼結金属としては、鉄系焼結金属、銅系焼結金属、鉄銅系焼結合金などが挙げられる。
The rocking and rotating cam lifter of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of a swing-rotating cam lifter. As shown in FIG. 1, the swing-rotating
低摩擦材としては、合成樹脂塗膜、Niめっき、Ni−Pめっき、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、モリブデンコートなどの無潤滑条件で摩擦トルクを低下させることができる被膜であれば採用できる。これらの中でも、低摩擦特性、低コスト、製造容易性に優れることから、自己潤滑性を有する合成樹脂の塗膜が好ましい。 As the low friction material, any coating that can reduce the friction torque under non-lubricating conditions such as synthetic resin coating, Ni plating, Ni-P plating, diamond-like carbon (DLC), molybdenum coating, etc. can be adopted. Among these, a coating film made of a synthetic resin having self-lubricating properties is preferable because of its low friction characteristics, low cost, and excellent manufacturability.
カムリフタは、エンジン内部の高温条件下で使用される。このため、上記合成樹脂塗膜におけるマトリックス樹脂としては、使用時に熱劣化することのない耐熱性を有し、合成樹脂塗膜を下地に強固に密着させることのできる耐熱性樹脂であれば使用することができる。また、カムリフタは、添加剤を含む潤滑油と接触する環境で使用されるため、これらの潤滑油に対して耐油性を有する樹脂であることが好ましい。 Cam lifters are used under high temperature conditions inside the engine. For this reason, as the matrix resin in the synthetic resin coating film, any heat-resistant resin can be used as long as it has heat resistance that does not deteriorate during use and can firmly adhere the synthetic resin coating film to the ground. be able to. In addition, since the cam lifter is used in an environment where it comes into contact with the lubricating oil containing the additive, it is preferably a resin having oil resistance to these lubricating oils.
マトリックス樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド(以下、PPSと記す)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(以下、PEEKと記す)樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、PAI樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが例示できる。これらの中でも、耐熱性、耐摩耗性および下地であるカムリフタとの結着性に優れることから、PAI樹脂を用いることが好ましい。また、PAI樹脂は、耐油性にも優れ、使用時において潤滑油により膨潤および溶解しにくい。 Examples of matrix resins include polyphenylene sulfide (hereinafter referred to as PPS) resin, polyether ether ketone (hereinafter referred to as PEEK) resin, polyimide resin, polyamide resin, wholly aromatic polyester resin, PAI resin, epoxy resin, and phenol. Resin etc. can be illustrated. Among these, it is preferable to use a PAI resin because it is excellent in heat resistance, wear resistance, and binding property with a cam lifter as a base. In addition, PAI resin is excellent in oil resistance and hardly swells and dissolves with lubricating oil during use.
PAI樹脂は、高分子主鎖内にアミド結合とイミド結合とを有する樹脂であり、ポリカルボン酸またはその誘導体とジアミンまたはその誘導体との反応により得ることができる。ポリカルボン酸としてはジカルボン酸、トリカルボン酸、およびテトラカルボン酸が挙げられ、PAI樹脂は、(1)ジカルボン酸およびトリカルボン酸とジアミンとの組み合わせ、(2)ジカルボン酸およびテトラカルボン酸とジアミンとの組み合わせ、(3)トリカルボン酸とジアミンとの組み合わせ、(4)トリカルボン酸およびテトラカルボン酸とジアミンとの組み合わせにより得られる。ポリカルボン酸とジアミンとはそれぞれ誘導体であってもよい。ポリカルボン酸の誘導体としては、酸無水物、酸塩化物が挙げられ、ジアミンの誘導体としては、ジイソシアネートが挙げられる。ジイソシアネートはイソシアネート基の経日変化を避けるために必要なブロック剤で安定化したものを使用してもよい。ブロック剤としては、アルコール、フェノール、オキシムなどが挙げられる。また、ポリカルボン酸とジアミンとはそれぞれ芳香族および脂肪族化合物を用いることができる。その他、PAI樹脂のジイソシアネート変性、BPDA変性、スルホン変性、ゴム変性樹脂なども使用できる。 The PAI resin is a resin having an amide bond and an imide bond in the polymer main chain, and can be obtained by reacting a polycarboxylic acid or a derivative thereof with a diamine or a derivative thereof. Examples of the polycarboxylic acid include dicarboxylic acid, tricarboxylic acid, and tetracarboxylic acid. PAI resin includes (1) a combination of dicarboxylic acid and tricarboxylic acid and diamine, and (2) a combination of dicarboxylic acid and tetracarboxylic acid and diamine. A combination, (3) a combination of tricarboxylic acid and diamine, and (4) a combination of tricarboxylic acid and tetracarboxylic acid and diamine. Each of the polycarboxylic acid and the diamine may be a derivative. Examples of the polycarboxylic acid derivative include acid anhydrides and acid chlorides, and examples of the diamine derivative include diisocyanate. Diisocyanate may be used that has been stabilized with a blocking agent necessary to prevent the isocyanate group from changing over time. Examples of the blocking agent include alcohol, phenol and oxime. Moreover, an aromatic and an aliphatic compound can be used for polycarboxylic acid and diamine, respectively. In addition, diisocyanate-modified, BPDA-modified, sulfone-modified and rubber-modified resins of PAI resin can be used.
PAI樹脂の中でも、イミド結合、アミド結合が芳香族基を介して結合している芳香族系のPAI樹脂が好ましい。芳香族系PAI樹脂であると、下地であるカムリフタとの結着性に優れ、かつ得られる塗膜の耐熱性が特に優れる。 Among the PAI resins, an aromatic PAI resin in which an imide bond and an amide bond are bonded via an aromatic group is preferable. When it is an aromatic PAI resin, it is excellent in binding property with the cam lifter as a base, and the heat resistance of the obtained coating film is particularly excellent.
上記合成樹脂塗膜は、その自己潤滑性を向上させるため、PTFE樹脂粉末を含むことが好ましい。PTFE樹脂としては、−(CF2−CF2)n−で表される一般のPTFE樹脂を用いることができ、また、一般のPTFE樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基(−CpF2p−O−)(pは1−4の整数)あるいはポリフルオロアルキル基(H(CF2)q−)(qは1−20の整数)などを導入した変性PTFE樹脂も使用できる。これらのPTFE樹脂および変性PTFE樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。 The synthetic resin coating film preferably contains PTFE resin powder in order to improve its self-lubricating property. The PTFE resin, - (CF 2 -CF 2) n- in can be used ordinary PTFE resin represented, also generally of PTFE resin perfluoroalkyl ether group (-C p F 2p -O- ) (P is an integer of 1-4) or a modified PTFE resin into which a polyfluoroalkyl group (H (CF 2 ) q- ) (q is an integer of 1-20) or the like is introduced. These PTFE resins and modified PTFE resins may be obtained by employing either a suspension polymerization method for obtaining a general molding powder or an emulsion polymerization method for obtaining a fine powder.
上記PTFE樹脂粉末としては、PTFE樹脂をその融点以上で加熱焼成したPTFE焼成粉末を用いることが好ましい。PTFE焼成粉末は、加熱焼成されていないPTFE樹脂(モールディングパウダー、ファインパウダー)と比較して、均一分散性や耐摩耗性に優れる。 As said PTFE resin powder, it is preferable to use the PTFE baking powder which heat-fired PTFE resin above the melting | fusing point. The PTFE calcined powder is excellent in uniform dispersibility and abrasion resistance as compared with PTFE resin (molding powder, fine powder) that has not been calcined by heating.
上記PTFE焼成粉末は、上記PTFE樹脂の粉末を加熱焼成したものでも、加熱焼成されていないPTFE樹脂を成形体とし、これを融点以上で加熱焼成して焼結体とした後に、粉砕して粉末にしたもののいずれであってもよい。ただし、後者のもののほうが、マトリックス樹脂中での分散性に優れ、形成される合成樹脂塗膜の耐摩耗性と自己潤滑性が優れるため好ましい。 The PTFE fired powder may be a powder obtained by heating and firing the PTFE resin powder, but a PTFE resin that has not been fired and fired is formed into a molded body, which is heated and fired at a melting point or higher to obtain a sintered body, which is then pulverized and powdered Any of these may be used. However, the latter is preferred because it is excellent in dispersibility in the matrix resin and the formed synthetic resin coating film is excellent in wear resistance and self-lubricating property.
上記PTFE焼成粉末は、アスペクト比が3以下の粉末であることが好ましい。アスペクト比が3をこえる場合では、マトリックス樹脂中での分散性に劣り、形成される合成樹脂塗膜の耐摩耗性等が低下するおそれがある。 The PTFE fired powder is preferably a powder having an aspect ratio of 3 or less. When the aspect ratio exceeds 3, the dispersibility in the matrix resin is inferior, and the wear resistance and the like of the formed synthetic resin coating film may be reduced.
また、上記PTFE焼成粉末は、その粒子径が150μm以下の微粒子であることが好ましい。粒子径が150μmをこえると、合成樹脂塗膜の耐摩耗性が低下するおそれがある。また、その50%粒子径が50μm以下の微粒子であることが好ましい。50%粒子径が50μmをこえると、上記同様、合成樹脂塗膜の耐摩耗性が低下するおそれがある。 The PTFE fired powder is preferably fine particles having a particle size of 150 μm or less. When the particle diameter exceeds 150 μm, the abrasion resistance of the synthetic resin coating film may be lowered. Moreover, it is preferable that the 50% particle diameter is a fine particle of 50 μm or less. If the 50% particle diameter exceeds 50 μm, the wear resistance of the synthetic resin coating film may be reduced as described above.
50%粒子径(メディアン径)は、レーザー解析粒度分布測定装置により、粒子径と固体粒子量との粒度分布曲線を求めた場合において、全体固体粒子量に対する積算固体粒子量が50%となる粒子径である。なお、レーザー解析粒度分布測定装置としては、リーズ・アンド・ノースラップ社製マイクロトラックHRAがある。 50% particle diameter (median diameter) is a particle whose accumulated solid particle amount is 50% of the total solid particle amount when a particle size distribution curve of particle size and solid particle amount is obtained by a laser analysis particle size distribution measuring device. Is the diameter. In addition, as a laser analysis particle size distribution measuring apparatus, there is Microtrac HRA manufactured by Leeds & Northrup.
上記PTFE焼成粉末は、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末であってもよい。該処理より、均一分散性がより優れるようになる。 The PTFE fired powder may be a powder obtained by further irradiating a heat-fired powder with γ rays or electron beams. Uniform dispersibility becomes better than this treatment.
本発明で使用できるPTFE焼成粉末の市販品としては、喜多村社製:KT300M、KT400M、KTL610、KTL450、KTL8N、KTL10N、旭硝子社製:フルオンL169J、L170J、L172J、L173J、住友3M社製:ホスタフロンTF9205、TF9207などが挙げられる。また、加熱焼成後にγ線または電子線等を照射した粉末としては、喜多村社製:KTL610、KTL450、KTL8N、KTL10Nなどが挙げられる。 Examples of commercially available PTFE calcined powders that can be used in the present invention include Kitamura: KT300M, KT400M, KTL610, KTL450, KTL8N, KTL10N, Asahi Glass: Fullon L169J, L170J, L172J, L173J, Sumitomo 3M TF9207 and the like. Examples of the powder irradiated with γ-rays or electron beams after heating and baking include KTL 610, KTL450, KTL8N, KTL10N, and the like.
上記PTFE樹脂粉末の配合割合は、マトリックス樹脂100重量部に対して60〜110重量部であることが好ましい。PTFE樹脂粉末の配合割合が60重量部未満であると、合成樹脂塗膜の自己潤滑性に劣り、初動時などの潤滑条件の悪い状態における摩耗を防止できないおそれがある。PTFE樹脂粉末の配合割合が110重量部をこえると、下地(カムリフタ)に対する結着性に劣り、合成樹脂塗膜が剥がれるなどのおそれがある。 The blending ratio of the PTFE resin powder is preferably 60 to 110 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the matrix resin. If the blending ratio of the PTFE resin powder is less than 60 parts by weight, the synthetic resin coating film is inferior in self-lubricating property and may not be able to prevent wear in a state of poor lubrication conditions such as at the time of initial motion. When the blending ratio of the PTFE resin powder exceeds 110 parts by weight, the binding property to the base (cam lifter) is inferior, and the synthetic resin coating film may be peeled off.
上記合成樹脂塗膜は、その耐摩耗性を向上させるため、PTFE樹脂粉末に加えて、黒鉛を含むことが好ましい。黒鉛粉末は、天然黒鉛と人造黒鉛に大別され、また、形状としては、りん片状、粒状、球状などがあるが、いずれも使用できる。人造黒鉛は製造工程中にできるカーボランダムのため潤滑性能を阻害されることと、黒鉛化の十分に進んだ黒鉛を造ることが難しいため一般的には潤滑剤には適していないとされている。天然黒鉛は完全に黒鉛化されたものが産出されるため、非常に高い潤滑特性を有しており固体潤滑剤として適している。しかし、不純物を多く含み、この不純物が潤滑性を低下させるため、不純物を除去しなければならないが、完全に除去することは困難である。 In order to improve the abrasion resistance, the synthetic resin coating film preferably contains graphite in addition to the PTFE resin powder. Graphite powder is roughly classified into natural graphite and artificial graphite, and there are flakes, granules, spheres, etc., and any of them can be used. Artificial graphite is generally not suitable for lubricants because it is difficult to make graphite with sufficiently advanced graphitization because it is difficult to make artificial graphite because it is carborundum produced during the manufacturing process. . Since natural graphite is produced that is completely graphitized, it has very high lubricating properties and is suitable as a solid lubricant. However, since the impurity contains a lot of impurities and this impurity lowers the lubricity, the impurities must be removed, but it is difficult to completely remove them.
上記黒鉛粉末としては、低摩擦特性を維持したまま合成樹脂塗膜の耐摩耗性の向上を図れることから、固定炭素98.5%以上の人造黒鉛が好ましい。 As the graphite powder, artificial graphite having 98.5% or more of fixed carbon is preferable because the wear resistance of the synthetic resin coating film can be improved while maintaining low friction characteristics.
上記黒鉛の配合割合は、マトリックス樹脂100重量部に対して5〜30重量部であることが好ましい。黒鉛の配合割合が5重量部未満であると、耐摩耗性向上の効果などが十分に得られない。黒鉛の配合割合が30重量部をこえると、下地(カムリフタ)に対する結着性が劣るなどのおそれがある。 The blending ratio of the graphite is preferably 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the matrix resin. When the blending ratio of graphite is less than 5 parts by weight, the effect of improving the wear resistance cannot be sufficiently obtained. When the blending ratio of graphite exceeds 30 parts by weight, the binding property to the base (cam lifter) may be inferior.
上記マトリックス樹脂に上記PTFE樹脂粉末などが配合された樹脂組成物(ワニス)を用いて、スプレーコーティング法、ディップ(浸漬)コーティング法、静電塗装法、タンブラーコーティング法、電着塗装法などにより、カムリフタにおける少なくともタイミングカムとの摺接面に、低摩擦材として合成樹脂塗膜を形成する。塗膜形成後は、加熱処理によって溶媒除去、乾燥、融解、架橋などを行ない完成させる。塗膜形成の過程で、余分に付着したワニスは、ふき取り、遠心分離、エアブローなどの物理的、化学的方法により除去し、所望の厚さに調整することができる。膜厚を増す場合には、重ね塗りをしてもよい。また、塗膜完成後に機械加工やタンブラー処理などを行なうことも可能である。なお、合成樹脂塗膜の膜厚は、10〜50μm であることが好ましい。 Using a resin composition (varnish) in which the above PTFE resin powder is blended with the matrix resin, by spray coating method, dip coating method, electrostatic coating method, tumbler coating method, electrodeposition coating method, etc. A synthetic resin coating film is formed as a low friction material on at least the sliding surface of the cam lifter with the timing cam. After the coating film is formed, the solvent is removed, dried, melted, cross-linked, etc. by heat treatment to complete. In the process of forming the coating film, excess varnish adhered can be removed by physical and chemical methods such as wiping, centrifuging, and air blowing, and adjusted to a desired thickness. When the film thickness is increased, it may be overcoated. It is also possible to perform machining or tumbling after the coating is completed. In addition, it is preferable that the film thickness of a synthetic resin coating film is 10-50 micrometers.
本発明の揺動回転式カムリフタを備えたOHVエンジンの一例を図2および図3に基づき説明する。図2および図3に示すように、OHVエンジンのバルブ駆動装置は、一個のタイミングカム2と、該タイミングカム2に当接した一対の揺動回転式カムリフタ1とからなる。一対の揺動回転式カムリフタ1は、ともにカムリフタ軸部1aを中心として回転するように構成されている。タイミングカム2とタイミングギヤ3は、カムシャフトで同軸に回転自在に支持されている。このカムシャフトと上記カムリフタ軸部1aのシャフトとは平行である。タイミングカム2のタイミングギヤ3は、クランク4におけるクランクギヤ4bと噛み合うように形成されている。また、一方の揺動回転式カムリフタ1は、排気バルブ用のプッシュロッド5に、他方の揺動回転式カムリフタ1は吸気バルブ用のプッシュロッド5にそれぞれ連設されている。なお、6は吸気通路である。
An example of the OHV engine provided with the swing rotation type cam lifter of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the valve drive device for the OHV engine includes a
上記OHVエンジンのバルブ駆動装置の使用状態について説明する。クランク4のクランクシャフト4aを回転させることにより、クランクギヤ4bと噛み合うタイミングギヤ3を回転させる。これにより、タイミングカム2を回転させ、タイミングカム2に当接する一対の揺動回転式カムリフタ1の一方を、リフタ軸部1aを中心として回転させ、排気バルブ用のプッシュロッド5を介して排気バルブを開かせる。次に、さらにタイミングカム2を回転させると、タイミングカム2に当接する他の一方の揺動回転式カムリフタ1が、リフタ軸部1aを中心として回転し、吸気バルブ用のプッシュロッド5を介して吸気バルブを開かせる。所定の時期に排気バルブを閉じ、さらに、吸気バルブを閉じることによってバルブの作動を完了する。この構成では、一個のタイミングカム2により、一対の揺動回転式カムリフタ1を回転させるので、タイミングカム2の軸方向の長さを小さくすることになり、単一のタイミングカムで済むので重量も軽量となる。
The usage state of the valve drive device for the OHV engine will be described. By rotating the crankshaft 4a of the
本発明のOHVエンジンにおける潤滑方式としては、従来の任意の形式を採用できる。本発明では揺動回転式カムリフタ1において、タイミングカム2との摺接部1bに上述の低摩擦材7が形成されているので、いずれの潤滑形式を採用しても、該摺接部における摩耗を防止できる。
As a lubrication method in the OHV engine of the present invention, any conventional type can be adopted. In the present invention, since the
本発明のOHVエンジンにおいて、タイミングカム2を合成樹脂の成形体とすることもできる。タイミングカム2が合成樹脂製であると、さらに軽量化が図れるため刈払機など携帯使用されるOHVエンジンに好適である。
In the OHV engine of the present invention, the
タイミングカム2を形成する合成樹脂としては、例えば、PPS樹脂、PEEK樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂などが挙げられる。また、タイミングカム2を上記合成樹脂製とする場合、該タイミングカムとタイミングギヤとを一体成形することが好ましい。この場合、より軽量化が図れる。
Examples of the synthetic resin forming the
タイミングカムなどを合成樹脂製とする場合、機械的強度を向上させるため、上記合成樹脂に、カーボン繊維、アラミド繊維などの繊維状強化材を配合することが好ましい。ただし、揺動回転式カムリフタの合成樹脂塗膜を攻撃するおそれがあるため、繊維状強化材としてガラス繊維の使用は望ましくない。 When the timing cam or the like is made of a synthetic resin, it is preferable to add a fibrous reinforcing material such as carbon fiber or aramid fiber to the synthetic resin in order to improve mechanical strength. However, it is not desirable to use glass fibers as the fibrous reinforcing material because there is a risk of attacking the synthetic resin coating film of the swing-rotating cam lifter.
タイミングカムを形成する合成樹脂に配合する繊維状強化材は、合成樹脂100重量部に対して5〜40重量部とすることが好ましい。繊維状強化材が5重量部より少ないと、タイミングカムの強度向上効果が少ない。一方、繊維状強化材が40重量部をこえると、表面平滑性が低下することから、カムリフタとの摺接に対して合成樹脂塗膜の耐摩耗性を低下させる要因となり得る。 The fibrous reinforcing material blended in the synthetic resin forming the timing cam is preferably 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the synthetic resin. When the fibrous reinforcing material is less than 5 parts by weight, the effect of improving the strength of the timing cam is small. On the other hand, when the fibrous reinforcing material exceeds 40 parts by weight, the surface smoothness is lowered, which may be a factor of reducing the wear resistance of the synthetic resin coating film against sliding contact with the cam lifter.
本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。 The present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples, but is not limited to these examples.
各実施例および各比較例に用いた樹脂組成物の配合材料を以下に示す。
(1)PAI樹脂:ガラス転移温度245℃品
(2)PTFE焼成粉末:喜多村社製;KTL610(最大粒子径63μm、50%粒子径12±3μm(マイクロトラックHRA))
(3)黒鉛粉末:平均粒径10μmの人造品
The compounding material of the resin composition used for each Example and each comparative example is shown below.
(1) PAI resin: Glass transition temperature 245 ° C product (2) PTFE calcined powder: manufactured by Kitamura Co., Ltd .; KTL610 (maximum particle diameter 63 μm, 50% particle diameter 12 ± 3 μm (Microtrack HRA))
(3) Graphite powder: artificial product with an average particle size of 10 μm
実施例1、実施例2、比較例1、および比較例2
各実施例のカムリフタについては以下に示す方法で低摩擦材被膜として合成樹脂塗膜を形成した。N−メチルピロリドンで分散されたPAI樹脂ワニスの固形分に対しPTFE焼成粉末および黒鉛粉末を表1に記載の割合でボールミルで十分に均一分散するまで混合した。混合液を試験用の鉄系焼結合金製カムリフタの表面にスプレー法にてコーティングした。これを乾燥後、240℃で焼成して合成樹脂塗膜を形成した。
Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2
About the cam lifter of each Example, the synthetic resin coating film was formed as a low friction material film by the method shown below. PTFE calcined powder and graphite powder were mixed with the solid content of the PAI resin varnish dispersed with N-methylpyrrolidone at a ratio shown in Table 1 until sufficiently uniformly dispersed by a ball mill. The mixed solution was coated on the surface of a test iron-based sintered alloy cam lifter by a spray method. This was dried and then baked at 240 ° C. to form a synthetic resin coating film.
得られた鉄系焼結合金製カムリフタに対して、直径35mm、偏心3.5mm、厚さ6.5mmのカム(材質は表1参照)を、荷重3kgfで接触させ、3000rpm、無潤滑条件で120分間回転させた。120分後にカムリフタとカムの摺接面を目視により観察した。結果を表1に併記する。 A cam having a diameter of 35 mm, an eccentricity of 3.5 mm, and a thickness of 6.5 mm was brought into contact with the obtained iron-based sintered alloy cam lifter with a load of 3 kgf at 3000 rpm under non-lubricating conditions. Rotated for 120 minutes. 120 minutes later, the sliding surface between the cam lifter and the cam was visually observed. The results are also shown in Table 1.
カムリフタのカムとの摺接面に低摩擦材被膜として合成樹脂塗膜を形成した実施例1および2は、無潤滑条件で120分間回転摺動させた後でも、カムリフタおよびカムの摺接面の摩耗は認められなかった。一方、カムリフタのカムとの摺接面に低摩擦材を被膜形成しなかった比較例1および2は、カムリフタの摺接面に摩耗が認められた。 In Examples 1 and 2 in which a synthetic resin coating film was formed as a low friction material coating on the sliding surface of the cam lifter with the cam, the sliding surface of the cam lifter and the cam was contacted even after being slid and rotated for 120 minutes under non-lubricating conditions. No wear was observed. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the low friction material was not formed on the sliding surface of the cam lifter with the cam, wear was observed on the sliding surface of the cam lifter.
本発明の揺動回転式カムリフタは、潤滑不足の状態であってもカムリフタとタイミングカムとの摩擦トルクが上昇せずカムリフタの摩擦による摩耗が抑制できるので、発電機、ポンプ、刈払機などに使用される、軽量、コンパクトなOHVエンジンの揺動回転式カムリフタとして好適に利用できる。 The swing-rotating cam lifter of the present invention can be used for generators, pumps, brush cutters, etc., because the friction torque between the cam lifter and the timing cam does not increase even when lubrication is insufficient, and the wear due to the cam lifter friction can be suppressed. It can be suitably used as a rocking and rotating cam lifter for a lightweight, compact OHV engine.
1 揺動回転式カムリフタ
2 タイミングカム
3 タイミングギヤ
4 クランク
5 プッシュロッド
6 吸気通路
7 低摩擦材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該カムリフタは、焼結金属製であり、前記タイミングカムとの摺接面であり該焼結金属表面に膜厚10〜50μmの合成樹脂塗膜からなる低摩擦材が被膜形成されてなり、
前記合成樹脂塗膜は、マトリックス樹脂であるポリアミドイミド樹脂と、アスペクト比3以下のポリテトラフルオロエチレン樹脂の焼成粉末と、固定炭素98.5%以上の人造黒鉛の3成分のみからなることを特徴とする揺動回転式カムリフタ。 An oscillating rotary cam lifter that is slidably contacted with a timing cam of an overhead valve engine,
The cam lifter is made of sintered metal, is a sliding contact surface with the timing cam, and a low friction material made of a synthetic resin coating film having a thickness of 10 to 50 μm is formed on the sintered metal surface.
The synthetic resin coating film comprises only three components: a polyamide-imide resin as a matrix resin , a calcined powder of a polytetrafluoroethylene resin having an aspect ratio of 3 or less, and an artificial graphite having a fixed carbon of 98.5% or more. Oscillating and rotating cam lifter.
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