JPH0573203U - Valve rocker shaft - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 厳しい腐食摩耗環境でのバルブロッカシャ
フトの摩耗を低減する。 【構成】 エンジン動弁系部品であるバルブロッカシ
ャフト（１）の摺動表面に厚さ１〜１０μｍの硬質イオ
ンプレーティング皮膜（１０）を形成する。 (57) [Summary] (Correction) [Purpose] To reduce wear of valve rocker shaft in severe corrosive wear environment. [Structure] A hard ion plating film (10) having a thickness of 1 to 10 μm is formed on a sliding surface of a valve rocker shaft (1) which is an engine valve system component.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、内燃機関の動弁系に使用されるバルブロッカシャフトに関し、さら に詳しく述べるならば、鉄系バルブロッカシャフトの耐摩耗性を向上させたバル ブロッカシャフトに関する。 The present invention relates to a valve rocker shaft used in a valve train of an internal combustion engine, and more specifically to a valve blocker shaft having improved wear resistance of an iron-based valve rocker shaft.

【０００２】 近年、内燃機関の動弁系の高出力・高回転化に伴い、動弁機構に使用されるカ ムシャフトは回転数が高くなり、ＯＨＣ・バルブロッカアームタイプの内燃機関 ではバルブロッカアームがバルブロッカシャフトを中心として揺動する回転数が 上昇し、バルブロッカシャフト外周面とバルブロッカアームのシャフト穴内周面 との摺動速度が増し、その結果、バルブロッカシャフトの摩耗が早く進行し、耐 久性に問題が生じてきた。In recent years, as the output power and rotation speed of the valve train of internal combustion engines have increased, the rotational speed of camshafts used in valve trains has increased, and in OHC / valve rocker arm type internal combustion engines, the valve rocker arms have valve valves. The rotation speed that swings around the rocker shaft increases, and the sliding speed between the outer surface of the valve rocker shaft and the inner surface of the shaft hole of the valve rocker arm increases, resulting in rapid wear of the valve rocker shaft and durability. I'm having problems with sex.

【０００３】 図１は、ＯＨＣタイプの４サイクルエンジンの一部を示す図面である。図にお いて符号３は図示しない駆動系によってクランクシャフトの回転が伝達されて、 該クランクシャフトと同期して回転されるカムシャフトであり、符号１は本考案 が対象とするバルブロッカシャフトである。FIG. 1 is a diagram showing a part of an OHC type four-cycle engine. In the drawings, reference numeral 3 is a camshaft which is rotated in synchronization with the crankshaft by rotation of a crankshaft transmitted by a drive system (not shown), and reference numeral 1 is a valve rocker shaft to which the present invention is directed. ..

【０００４】 カムシャフト３の回転中カムシャフトのカムはバルブロッカアーム２の先端の カムフォロアー面２ａを押すので、バルブロッカアーム２はバルブロッカシャフ ト１を軸にシーソー運動を行い、これによって吸気および排気バルブ４を開閉操 作する。吸気および排気バルブ４は、外周に配置されたスプリング５によって常 時上方に付勢されている。While the camshaft 3 is rotating, the cam of the camshaft pushes the cam follower surface 2 a at the tip of the valve rocker arm 2, so that the valve rocker arm 2 makes a seesaw motion about the valve rocker shaft 1 as a shaft, thereby inhaling and exhausting air. Open and close valve 4. The intake and exhaust valves 4 are normally urged upward by a spring 5 arranged on the outer circumference.

【０００５】 したがって、バルブの開動作はカムシャフト３のカム駒における突出部３ａが バルブロッカアーム２のカムフォロワ面２を押圧した時に行われる。上記のバル ブ作動機構からカムシャフト３の回転数が高くなると、バルブロッカアーム２の シーソー運動が速くなり、バルブロッカアーム２の揺動中心となるバルブロッカ シャフト１外周面とバルブロッカアーム２のシャフト穴内周の摺動条件が過酷と なることが理解できよう。Therefore, the opening operation of the valve is performed when the protruding portion 3 a of the cam piece of the cam shaft 3 presses the cam follower surface 2 of the valve rocker arm 2. When the rotational speed of the camshaft 3 increases from the above valve actuating mechanism, the seesaw motion of the valve rocker arm 2 becomes faster, and the outer peripheral surface of the valve rocker shaft 1 and the inner circumference of the shaft hole of the valve rocker arm 2 which are the swing centers of the valve rocker arm 2 become faster. It can be understood that the sliding conditions become severe.

【０００６】[0006]

【従来の技術】[Prior Art]

上述のような過酷な使用条件に対応するために従来より、摺動特性向上の手段 として窒化又は浸炭焼入れした炭素鋼、クロム鋼およびクロモリブデン鋼など、 あるいは摺動部分のみ高周波焼入れなどの表面処理を施したこれらの鉄系バルブ ロッカシャフトが使用されている。 In order to cope with the severe operating conditions described above, carbon steel, chrome steel, and chromolybdenum steel that have been nitrided or carburized as a means of improving sliding characteristics have been conventionally used, or surface treatment such as induction hardening only on the sliding part. These iron-based valve rocker shafts are used.

【０００７】[0007]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

しかしながら、近年の内燃機関では、上記のような表面処理では、摺動特性と しては十分とは言えず、摩耗などの問題が発生してきている。 またアフリカ、東南アジアなどには、鉛やアルコールを混合したガソリンいわ ゆる粗悪ガソリンが燃料として用いられる地域がある。このような粗悪ガソリン の使用によって燃焼生成物の増大ならびに潤滑油の劣化が促進される結果、バル ブロッカシャフトの潤滑環境が悪化し、具体的には固体異物の潤滑油への混入や 潤滑油の粘度低下などによる摩耗が起こり、バルブロッカシャフトが摩耗すると 、動弁系から騒音を発生する、およびバルブ開閉時期の狂いが生じるなどの重大 問題を引起こす。 本考案は、上記に鑑み従来の問題点を解消し、より過酷な条件下においても充 分な耐摩耗性を有するバルブロッカシャフトを提供することを目的とする。 However, in the internal combustion engines of recent years, the surface treatment as described above cannot be said to have sufficient sliding characteristics, and problems such as wear have occurred. In addition, there are regions in Africa, Southeast Asia, etc. where poor gasoline, a mixture of lead and alcohol, is used as fuel. The use of such poor gasoline accelerates the increase of combustion products and the deterioration of the lubricating oil.As a result, the lubrication environment of the valve blocker shaft deteriorates. When the valve rocker shaft is worn due to wear due to a decrease in viscosity, noise will be generated from the valve train and the valve opening / closing timing will be misaligned, causing serious problems. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a valve rocker shaft having sufficient wear resistance even under more severe conditions.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案に係るバルブロッカシャフトは、バルブロッカアームとの摺動面に他の 皮膜と比較して耐摩耗性および密着性に優れたイオンプレーティング皮膜を形成 するものである。 The valve rocker shaft according to the present invention forms an ion plating film on the sliding surface with the valve rocker arm, which has superior wear resistance and adhesion compared to other films.

【０００９】 すなわち本考案は、バルブロッカシャフト本体が鋼で形成され、かつバルブロ ッカシャフト摺動表面に厚さ１〜１０μｍの硬質イオンプレーティング皮膜を被 覆したことを特徴とするバルブロッカシャフトである。バルブロッカシャフトの 本体、すなわち基材としては、炭素鋼、合金鋼などの鋼材またはそれらの鋼材に 窒化処理、浸炭処理、高周波焼入れ処理などを施した物を使用する。すなわち、 硬質イオンプレーティング皮膜を施した鋼材により充分の耐摩耗性が得られるが 、鋼材に予め施された硬化処理はこの性能をさらに高める。 硬質イオンプレーティング皮膜を形成する面は、摺動面を必須とするが、バル ブロッカシャフトの他の部分に形成されてもさしつかえない。イオンプレーティ ングの膜厚は、初期なじみにおける摩耗で表面層が消失する可能性を考慮し、１ μｍ以上としてなじみ以降にも皮膜を残すことが必要であり、また皮膜表面に欠 けや亀裂が生じない良好な密着力を維持するため１０μｍ以下とすることが必要 である。That is, the present invention is a valve rocker shaft, characterized in that the valve rocker shaft main body is made of steel, and the sliding surface of the valve rocker shaft is covered with a hard ion plating film having a thickness of 1 to 10 μm. .. As the main body of the valve rocker shaft, that is, the base material, carbon steel, alloy steel, or other steel material or a material obtained by subjecting these steel materials to nitriding treatment, carburizing treatment, induction hardening treatment, or the like is used. That is, the steel material coated with the hard ion plating film provides sufficient wear resistance, but the hardening treatment applied to the steel material in advance further enhances this performance. The surface on which the hard ion plating film is formed must be a sliding surface, but it may be formed on other parts of the valve blocker shaft. Considering the possibility that the surface layer may disappear due to wear in the initial familiarization, the film thickness of ion plating should be 1 μm or more to leave the film after the familiarization, and the film surface should have no cracks or cracks. It is necessary to set the thickness to 10 μm or less in order to maintain a good adhesion without causing the occurrence of

【００１０】 硬質イオンプレーティング皮膜の構成物質はマイクロビッカース硬さで１２０ ０ＨｍＶ以上の硬さが得られる窒化物、炭化物、ホウ化物などの金属化合物であ る。しかし、密着性の点から考えれば、イオンプレーティング皮膜はクロムと窒 素、チタンと窒素、またはチタンとアルミニウムと窒素からなる窒化物が望まし い。チタンとアルミニウムと窒素による皮膜の場合、チタンに対するアルミニウ ムの比率が多くなると密着力が低下することの点から、アルミニウムはチタンに 対し原子％で８０％以下であることに限定される。またアルミニウムの下限はチ タンに対し原子％で５％であることが好ましい。The constituent material of the hard ion plating film is a metal compound such as a nitride, a carbide, or a boride, which has a micro Vickers hardness of 1200 HmV or more. However, from the viewpoint of adhesion, it is desirable that the ion plating film is a nitride composed of chromium and nitrogen, titanium and nitrogen, or titanium, aluminum and nitrogen. In the case of a film composed of titanium, aluminum, and nitrogen, aluminum is limited to 80% or less in atomic% with respect to titanium from the viewpoint that the adhesive force decreases as the ratio of aluminum to titanium increases. The lower limit of aluminum is preferably 5% in atomic% with respect to titanium.

【００１１】 イオンプレーティングは原理が「金属便覧」（改訂５版）第９０２〜９０３頁 に記載されているとおりの方法である。この中でも反応性イオンプレーティング 法が好ましい。皮膜中の金属と窒素の割合は、金属が４５〜９５原子％、残部が 窒素であることが好ましい。 本説明はＯＨＣタイプのバルブロッカシャフトについておこなったが、ＯＨＶ タイプのバルブロッカシャフトについても本考案が適用できることは明らかであ る。Ion plating is a method whose principle is as described in “Handbook of Metals” (Revised 5th Edition), pages 902 to 903. Among these, the reactive ion plating method is preferable. The ratio of metal to nitrogen in the film is preferably 45 to 95 atom% of metal and the balance is nitrogen. Although the present description has been given for the OHC type valve rocker shaft, it is obvious that the present invention can be applied to the OHC type valve rocker shaft.

【００１２】[0012]

【作用】[Action]

上述した厚さの硬質イオンプレーティング皮膜は、硬さが高く母材との密着性 が良好であるとの理由より耐摩耗性が優れている。また、硬質イオンプレーティ ング皮膜はセラミックスのため化学的安定性が高く、耐腐食性が良好で腐食摩耗 においても優れている。 以下、実施例により本考案を詳しく説明する。 The hard ion plating film having the above-described thickness has excellent wear resistance because it has high hardness and good adhesion to the base material. In addition, the hard ion plating film is ceramics, so it has high chemical stability, good corrosion resistance, and excellent corrosion wear. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

【００１３】[0013]

【実施例】【Example】

図２に示すバルブロッカシャフトの摺動面に硬質イオンプレーティング皮膜１ ０を５μｍ形成させた。 本実施例に使用したバルブロッカシャフトには径φ１８ｍｍ、バルブロッカア ームとの摺動幅（ｗ）が２２ｍｍである炭素鋼を用いた。炭素鋼材を図２の（ａ ）に示すように加工し、バルブロッカアームと摺動する外周部曲面のみを高周波 焼入れした。 A hard ion plating film 10 having a thickness of 5 μm was formed on the sliding surface of the valve rocker shaft shown in FIG. The valve rocker shaft used in this example was made of carbon steel having a diameter of 18 mm and a sliding width (w) with the valve rocker arm of 22 mm. A carbon steel material was processed as shown in FIG. 2 (a), and only the curved surface of the outer peripheral portion that slides on the valve rocker arm was induction hardened.

【００１４】 バルブロッカシャフト摺動面をラッピングおよびポリシングすることにより、 表面の酸化物を除去し、またフロン洗浄し、表面に付着した汚れを取り、充分清 浄化して、イオンプレーティング装置の真空チャンバに挿入した。チャンバ内圧 力が１．３×１０^-2Ｐａになるまで真空引きを行ってから、イオンプレーティン グ装置に内蔵されているヒーターにより３００〜５００℃まで加熱したバルブロ ッカシャフトの内在ガスを放出させ、その後２００℃まで冷却した。チャンバ内 圧力が４×１０^-3Ｐａ以下となった時点で、クロム、チタン、またはチタン−ア ルミニウムからなるターゲットを陰極として、その表面でアーク放電を発生させ 所望する金属イオンを飛び出させた。この際バルブロッカシャフトにはバイアス 電圧を−７００〜−９００Ｖ印加しておき、ターゲットから飛出した金属イオン をバルブロッカシャフトのコーティング面に高エネルギーで衝突させる、いわゆ るボンバードクリーニングによりバルブロッカシャフト表面の酸化物除去と活性 化処理を行った。その後バイアス電圧を低下させ金属イオンをバルブロッカシャ フト表面に堆積させながら、窒素ガスをチャンバ内に導入し、プラズマ内を通過 することにより窒素をイオン化して、クロム−窒素系のコーティングの場合は１ ．３×１０^-1Ｐａ、チタン−アルミニウム−窒素の場合は、１．３Ｐａ程度の圧 力として、またバイアス電圧を−２０〜−１００Ｖ印加してバルブロッカシャフ トにイオンプレーティング皮膜を形成させた。所定の膜厚形成後、真空チャンバ 内で２００℃以下になるまで冷却してから、バルブロッカシャフトをチャンバ外 に取り出した。By lapping and polishing the sliding surface of the valve rocker shaft, oxides on the surface are removed and chlorofluorocarbon cleaning is performed to remove dirt adhering to the surface, and the surface is thoroughly cleaned to remove the vacuum of the ion plating device. Inserted into chamber. Evacuate until the pressure in the chamber reaches 1.3 x 10 ^-2 Pa, then release the internal gas of the valve rocker shaft heated to 300-500 ° C by the heater built into the ion plating device. Then, it cooled to 200 degreeC. When the pressure in the chamber became 4 × 10 ⁻³ Pa or less, a target made of chromium, titanium, or titanium-aluminum was used as a cathode, and arc discharge was generated on the surface of the target to eject desired metal ions. At this time, a bias voltage of -700 to -900 V is applied to the valve rocker shaft, and the metal ions ejected from the target are made to collide with the coating surface of the valve rocker shaft with high energy. By so-called bombard cleaning, the valve rocker shaft is Surface oxide removal and activation treatment were performed. After that, while lowering the bias voltage and depositing metal ions on the surface of the valve rocker shaft, nitrogen gas was introduced into the chamber, and nitrogen was ionized by passing through the plasma, and in the case of chromium-nitrogen based coating, 1. In the case of 3 × 10 ⁻¹ Pa and titanium-aluminum-nitrogen, a pressure of about 1.3 Pa was applied and a bias voltage of −20 to −100 V was applied to form an ion plating film on the valve rocker shaft. . After forming a predetermined film thickness, the valve rocker shaft was taken out of the chamber after cooling in a vacuum chamber to 200 ° C. or lower.

【００１５】 このようにして得られたバルブロッカシャフトを排気量２０００cc、水冷６気 筒の４サイクルエンジンに組込み、エンジン回転数６０００ｒｐｍ、油温１２０ ℃、冷却水温度９０℃、全負荷の条件で２００時間のベンチテストを行った。バ ルブロッカアームはアルミダイキャスト品を組込んだ。燃料はガソリン１リット ルあたり３グラムの鉛と１デシリットルのアルコールを含んだガソリンを使用し た。 試験後のバルブロッカシャフトの摩耗量測定結果を、イオンプレーティング処 理をしなかったバルブロッカシャフトの摩耗量測定結果と併せて、表１に示した 。The valve rocker shaft thus obtained was installed in a 4-cycle engine having a displacement of 2000 cc, a water-cooled 6-cylinder, and an engine speed of 6000 rpm, an oil temperature of 120 ° C., a cooling water temperature of 90 ° C., and a full load condition. A bench test was performed for 200 hours. The ball blocker arm incorporates an aluminum die cast product. The fuel used was gasoline containing 3 grams of lead and 1 deciliter of alcohol per 1 liter of gasoline. Table 1 shows the results of measuring the amount of wear of the valve rocker shaft after the test, together with the results of measuring the amount of wear of the valve rocker shaft that was not subjected to ion plating treatment.

【００１６】[0016]

【表１】 番号３、４、５の皮膜の種類欄中のチタンとアルミニウムの比率は原子％を表 す。[Table 1] The ratio of titanium to aluminum in the coating type column of Nos. 3, 4, and 5 represents atomic%.

【００１７】 表１のように、クロム−窒素系、チタン−窒素系、チタン−アルミニウム−窒 素系皮膜をイオンプレーティングしたバルブロッカシャフトは、いずれもコーテ ィングなしのバルブロッカシャフトと比較して、耐摩耗性に優れている。As shown in Table 1, the valve rocker shafts having the chromium-nitrogen based, titanium-nitrogen based, and titanium-aluminum-nitride based coatings ion-plated are all compared with the uncoated valve rocker shafts. It has excellent wear resistance.

【００１８】[0018]

【考案の効果】[Effect of the device]

以上説明したように、従来のバルブロッカシャフトでは耐摩耗性に問題があっ たが、硬質イオンプレーティング皮膜を設けることにより、耐摩耗性に優れたバ ルブロッカシャフトを提供することができ、内燃機関のより高出力化、高回転化 が可能となった。 As described above, the conventional valve rocker shaft had a problem in wear resistance, but by providing a hard ion plating film, it is possible to provide a ball blocker shaft with excellent wear resistance, and to improve internal combustion. Higher engine output and higher engine speed have become possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】バルブロッカシャフトおよび周辺機構を説明す
るためのＯＨＣタイプの動弁機構断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an OHC type valve mechanism for explaining a valve rocker shaft and a peripheral mechanism.

【図２】本考案に係るバルブロッカシャフトの斜視図お
よび断面図である。FIG. 2 is a perspective view and a sectional view of a valve rocker shaft according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ バルブロッカシャフト ２ バルブロッカアーム ３ カムシャフト ４ バルブ ５ バルブスプリング ６ スプリングリテーナー ７ コッター １０ 硬質イオンプレーティング皮膜 1 valve rocker shaft 2 valve rocker arm 3 camshaft 4 valve 5 valve spring 6 spring retainer 7 cotter 10 hard ion plating film

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項１】 エンジン動弁系部品であるバルブロッカ
シャフト（１）において、鋼製バルブロッカシャフトの
摺動表面に厚さ１〜１０μｍの硬質イオンプレーティン
グ皮膜（１０）を形成したことを特徴とするバルブロッ
カシャフト。1. A valve rocker shaft (1) as an engine valve system component, characterized in that a hard ion plating film (10) having a thickness of 1 to 10 μm is formed on a sliding surface of a steel valve rocker shaft. Valve rocker shaft to be. 【請求項２】 硬質イオンプレーティング皮膜（１０）
がクロムと窒素からなることを特徴とする請求項１記載
のバルブロッカシャフト。2. A hard ion plating film (10)
2. The valve rocker shaft according to claim 1, wherein the valve rocker shaft comprises chromium and nitrogen. 【請求項３】 硬質イオンプレーティング皮膜（１０）
がチタンと窒素からなることを特徴とする請求項１記載
のバルブロッカシャフト。3. A hard ion plating film (10)
2. The valve rocker shaft according to claim 1, wherein the valve rocker shaft comprises titanium and nitrogen. 【請求項４】 硬質イオンプレーティング皮膜（１０）
がチタン、アルミニウム及び窒素からなり、皮膜中のチ
タンとアルミニウムの合計量に対するアルミニウムの比
率が原子％にて多くても８０％であることを特徴とする
請求項１記載のバルブロッカシャフト。4. A hard ion plating film (10)
2. The valve rocker shaft according to claim 1, wherein said valve rocker shaft comprises titanium, aluminum and nitrogen, and the ratio of aluminum to the total amount of titanium and aluminum in the coating is at most 80% in atomic%.