專利名稱：內燃機的氣門挺桿的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于內燃機的氣門挺桿。
背景技術：
作為現有的內燃機的氣門挺桿，已知有下面專利文獻I所述的氣門挺桿。對所述氣門挺桿的大致結構說明如下具有圓筒部和冠部，該圓筒部安裝在進氣門的桿端和凸輪軸所具有的旋轉凸輪之間，并且在氣缸蓋的缸孔內滑動自如，該冠部一體地形成在該圓筒部的上端部上，并且具有使所述旋轉凸輪滾動的冠面。為了減少該冠面的摩擦及磨耗，在成為所述高面壓區域的冠面上實施有類金剛石碳膜等硬質碳膜。這種氣門挺桿在通過規定的方法對所述冠面實施了硬質碳膜后，用磨石等對圓筒部和冠部的外周面整體進行精研磨，從而提高外徑的尺寸精度。專利文獻I :(日本)特開2004-338647號公報但是，對所述現有的氣門挺桿而言，在對所述冠面實施硬質碳膜時，硬質碳膜從所述冠面的外周邊緣繞到圓筒部的軸向，即從冠面的外周邊緣繞到冠部外周面側附著而固化。由于該硬質碳膜的硬度比所述研磨用磨石高，因此，如果用磨石研磨冠部的外周面，則磨石在該研磨部位局部磨損，從而有可能縮短磨石壽命。而且，還會帶來被研磨的硬質碳膜的粉體使磨石氣孔堵塞而引起研磨不良的技術課題。
發明內容
本發明是鑒于上述現有的氣門挺桿的實際狀況而提出的，其目的在于提供ー種能夠抑制磨石的壽命縮短和氣孔堵塞的氣門挺桿。第一方面所述的發明提供一種內燃機的氣門挺桿，其具有在形成于內燃機內部的缸孔內滑動的圓筒部、設置在該圓筒部的軸向一端側且一體地具有與凸輪直接抵接的冠面的冠部、形成在該冠部冠面的外周邊緣的錐面狀的倒角部，并且僅對所述冠面和所述倒角部實施有硬質碳膜，其特征在于，將以未實施有所述硬質碳膜的所述圓筒部的外周面為基準的所述倒角部的錐角度設定在26. 5°以下，并且，將該倒角部的從所述冠面至圓筒部側的軸向長度設定在Imm以上。根據本發明，即使對冠面實施有硬質碳膜的氣門挺桿的外周面進行研磨加工，也能夠抑制磨石的壽命縮短和氣孔堵塞。
圖I是應用了本發明ー實施方式的氣門挺桿的內燃機主要部分剖面圖；圖2是表示將本實施方式所提供的氣門挺桿基體材料的成形狀態的縱剖面圖；圖3是圖2的A部放大圖；圖4是表示對氣門挺桿基體材料的冠面側實施有DLC膜的狀態的氣門挺桿的主要、部分放大剖面圖；圖5是表示對氣門挺桿的外周面進行研磨加工后的狀態的主要部分放大剖面圖；圖6是表不在氣門挺桿的誕面上附著DLC碳粒子的エ序的說明圖；圖7是表示倒角部中的DLC膜厚和距冠面的距離之間關系的曲線圖；圖8A是表示導孔內的氣門挺桿的傾斜角度和倒角部之間關系的縱剖面圖，圖8B是其模式圖。附圖標記說明I氣缸蓋
4進氣門5排氣門7,8凸輪軸9，10驅動凸輪11，12氣門挺桿I7套筒部(圓筒部)16導孔(缸孔)18 冠部20 冠面21倒角部22 DLC 膜22a碳粒子22b倒角部側的DLC膜Θ錐角度L倒角部的軸向長度Z倒角部的冠面川的深度P基準線
具體實施例方式下面，對本發明的內燃機的氣門挺桿及該氣門挺桿的制造方法的實施方式進行詳述。圖I是表示應用本發明的氣門挺桿的內燃機的主要部分，該氣門挺桿例如適用于四缸四沖程汽油內燃機的進氣側和排氣側。在圖I中，左側為進氣側，右側為排氣側，每個氣缸所對應的進氣門4和排氣門5各兩個被設置為通過氣門導管6a，6b滑動自如，該進氣門4和排氣門5作為內燃機氣門對形成在氣缸蓋I內部的進氣道2和排氣道3的燃燒室側開ロ端進行開閉。而且，在經由凸輪軸承旋轉自如地支承于氣缸蓋I的上端部的進氣側和排氣側凸輪軸7,8的外周面上，一體地設置有使各所述進氣門4和各所述排氣門5進行開動作的驅動凸輪9，10。各所述進氣門4和各所述排氣門5構成為使氣門桿的下端側所具有的傘部4a，5a離座或者落座于設置在進氣、排氣道2，3的開ロ端的環狀氣門座2a，3a。而且，在固定于各上端部的桿端4b, 5b的彈簧座圈13a, 13b和氣缸蓋I的上端部的支持孔la, Ib的底面之間，分別彈性地安裝有氣門彈簧14，15，該氣門彈簧14，15的彈簧カ分別對彈簧座圈13a，13b向閉方向施力。如圖I所示，所述驅動凸輪9，10為普通的凸輪，從側面看形成為蛋的形狀，并且被設定為規定的凸輪寬度。另外，在各所述進氣門4、排氣門5和各驅動凸輪9，10之間分別安裝有氣門挺桿11，12。 該各氣門挺桿11，12由鐵系金屬即碳素鋼一體地形成為直接驅動型，如圖I所示，主要包括上下滑動自如地保持在形成于氣缸蓋I的上端部的缸孔即導孔16a，16b內的圓筒狀的圓筒部即套筒部17，17、一體地形成于該套筒部17，17的軸向的一端部即上端部的冠部18，18、一體地設于該冠部18，18的下面大致中央位置且所述桿端4b、5b抵接的圓形狀的凸臺部19，19。由于所述進氣側和排氣側的結構相同，因此，為了便于說明，下面只對進氣側的氣門挺桿11進行詳述。S卩，如圖2所示，在氣門挺桿11中所述套筒部17形成為薄壁圓筒狀，其外周面17a在所述導孔16的內周面上滑動時具有規定的摩擦力。所述冠部18形成為壁較厚，在上表面形成有所述驅動凸輪9的外周面9a滑動的圓形狀的冠面20。如圖3所示,在所述冠部18的外周部，即在所述冠面20的外周邊緣,形成有從冠面20向套筒部17的軸向延伸的錐狀的倒角部21。氣門挺桿11在滑動時因傾動而使所述冠面20的外周邊緣(大致鋭角的角部)ー邊與導孔16的內周面16a接觸一邊進行滑動，此時產生較大的摩擦力，形成該倒角部21的目的在于降低這種摩擦力。而且，如圖3所示，該倒角部21被設置為以所述套筒部17的外周面17a的軸向延長線P為基準的錐角度Θ在約1°以上且約26.5°以下，并且，從所述冠面20至套筒部17方向的軸向長度(距離)L在約Imm以上。在本實施方式中，所述錐角度Θ設定為約26.5°，軸向長度L設定為約1mm。而且，該倒角部21的冠面20外周邊緣側的深度Z，即從以所述套筒部外周面17a的所述延長線P為基準的冠面20外周邊緣至徑向的深度Z設定為O. 02 O. 5mm,在本實施方式中設定為約O. 5mm。如圖4和圖5所示，在所述冠部18中，在其冠面20的整體和周圍，即在冠面20的表面整體和整個所述倒角部21上形成有硬質碳膜。該硬質碳膜通過實施公知的表面處理技術即所謂的類金剛石碳的涂層處理(以下稱為DLC膜。)而形成。由此，所述冠面20和倒角部21被高硬度且低摩擦阻力的DLC膜22覆蓋。該DLC膜22的膜厚W被設定為O. 5 3. O μ m，在本實施方式中被設定為約L O μ m0〔氣門挺桿的制造方法〕下面，對氣門挺桿11的制造方法進行說明。首先，通過鍛造對碳素鋼的氣門挺桿11的基體材料進行成形，如圖2所示，一體地形成所述套筒部17、冠部18及凸臺部19(第
ーエ序)。之后，在所述冠部18的冠面20外周邊緣形成圓環狀的所述倒角部21。S卩，如前述的圖3所示，該倒角部21成形為軸向的長度L約1mm、錐角度Θ約26.5°、深度Z約O. 5mm (第二エ序)。接著，在所述冠面20上，通過電弧離子鍍等方法鍍覆所述DLC膜22而進行表面處
理(第三エ序)。S卩，如圖6所示，使膜原料即碳粒子22a從垂直方向(箭頭方向)飛濺附著在冠面20上。因此，套筒部17的外周面17a的朝向相對于碳粒子22a飛來的方向大致平行，與冠面20相比，有可能被處理為DLC膜22不均勻。因此，為了抑制碳粒子22a向套筒部17的外周面17a附著，采用覆蓋除冠面20以外的套筒部17和冠部18的外周面整體的由橡膠材料等構成的未圖示的遮掩夾具進行處理。但是，為了提高生產性，所述遮掩夾具不與所述套筒部17及冠部18的外周面緊密粘接，而是保持有微小間隙。因此，如圖4 圖6所示，所述碳粒子22a的一部分22b進入所述微 小間隙并稍微附著在所述冠部18的外周面上。之后，對如圖4所示的氣門挺桿11的套筒部17的外周面17a(雙點劃線)整體，利用規定的磨石進行研磨精加工，如圖5所示，最終提高套筒部17的外周面17a的外徑d的尺寸精度。由此，氣門挺桿11的成形結束，使所述外徑d和所述導孔16的內徑D相適合。圖7是表示對通過所述電弧離子鍍處理方法附著在氣門挺桿的冠部18的外周面上的DLC膜22b的膜厚進行測定的結果。需要說明的是，在該圖中，如果是微小的附著，則不易測定DLC膜22b的膜厚自身，而且容易產生測定誤差，因此，測定DLC的主成分即碳(C)量再換算為膜厚。縱軸表示DLC膜22b的膜厚，橫軸表示距冠面20的距離。從結果可以看出，附著在所述倒角部21的外表面上的碳量分布如下在冠面20附近最多(約I. 00 μ m),而隨著從冠面20向套筒部17側的軸向離開，則減少，例如，如果距冠面20的距離為O. 5mm,則DLC膜22b的膜厚變約為O. 7 μ m，如果離開1mm，則變成一半的約O. 35 μ m。S卩，通常冠面20的外周邊緣在所述倒角部21的軸向上的距離L約為O. 3mm，在較大的情況下有O. 5mm程度。在圖7中，在將連接各所述測定值的最大膜厚點的曲線設為各點的DLC最大膜厚的情況下,距離O. 5mm點的膜厚約為O. 7 μ m,與此相對,在距離Imm點的膜厚變為其一半約O. 35 μ m。這樣，為了使倒角部21中的DLC膜22b的附著膜厚減半，優選將冠部18的外周面在倒角部21的軸向上的距離設定在Imm以上，因此，在本實施方式中被設定為約1mm。另外，通過使所述倒角部21的深度Z及軸向長度(距離)L増大，能夠抑制碳粒子向冠部18的外周面附著，如果過度擴大該倒角部21，則會導致所述冠面20的外徑縮小，或者套筒部17的外徑擴大，無論在哪種情況下，都會對氣門挺桿的功能產生影響。因此，在本實施方式中，不改變倒角部21的深度Z及軸向長度(距離)L，而是通過將所述倒角部21的錐角度Θ設定為26. 5°，相對于套筒部17的外周面17a形成鋭角。S卩，如圖8A所示，通過形成所述倒角部21，并使其下端邊緣21a與所述導孔16接觸，能夠降低摩擦力，但在倒角部21的各錐角度Θ與氣門挺桿11的傾斜角度Θ I相比過小的情況下，倒角部21的下端邊緣21a與導孔16接觸，結果產生與沒有形成倒角部21的情況相同的較大的摩擦力。因此，需要將倒角部21的最小角度Θ設定為能夠實現原本的摩擦力降低功能的角度，只要該角度在氣門挺桿11能夠傾動于導孔16內的最大傾斜角度Θ I以上，就能夠實現功能。該氣門挺桿11的最大傾斜角度Θ I在如下情況時產生，即導孔16較小，導孔16和氣門挺桿11之間的間隙D較大，且如圖SB所示，氣門挺桿11的除倒角部21以外的軸向長度LI較短。所述倒角部21的最小角度Θ能夠通過下述公式計算。a = tan_1(d/L) β = ηΚ IX) = ηιD+ d2)θ = β -α在此，例如在導孔16的內徑D為最小20. 0mm、氣門挺桿11的除倒角部21以外的軸向長度LI為最小10mm、間隙AD為最大O. Imm的條件下,成為Θ I < O. 58° ,因此,如果 最小角度Θ被設在1°以上，則功能上不存在問題。d為氣門挺桿11的外徑，是從導孔10的內徑D減去間隙D的值。從這一點來看，不影響氣門挺桿11的功能而想要使DLC膜22b的附著減半，優選將倒角部21的錐角度Θ設定為1° 26. 5°。而且，為了滿足各所述條件，在本實施方式中，將所述倒角部21的錐角度Θ設定為26. 5°，并且，將倒角部21向所述套筒部17側的軸向的長度設定為1mm，其結果，冠面20向徑向的深度Z為O. 5mm。因此，在所述第四エ序中，在利用規定的磨石對如圖4所示的套筒部17的外周面17a(雙點劃線)及冠部18的外周面進行研磨加工的情況下，如圖5所示，能夠高精度地對各所述外周面進行研磨加工，該研磨加工中的所述磨石與附著固定在所述倒角部21的DLC膜22b的表面處于非接觸狀態。即，被實施于所述倒角部21上的DLC膜22b由于所述倒角部21的特別的結構而成為被內側吸收的形態，因此，研磨中的磨石不與DLC膜22b接觸，從而成為非研磨面。其結果，能夠抑制磨石局部磨損的產生并提高該磨石的壽命。而且，由于能夠充分地避免被研磨的硬質碳膜的粉體引起磨石氣孔堵塞，因此能夠抑制研磨不良的產生。本發明不限定于各所述實施例的構成，不僅適用于所述進氣側的氣門挺桿11，也能夠適用于所述排氣側的氣門挺桿12。另外，作為所述硬質碳膜，也可以使用作為非晶碳材料的除所述DLC膜22以外的材料。另外，本發明也可適用于排氣量不同的任意內燃機。下面，說明除從上述實施方式了解的所述發明以外的發明技術思想。〔發明a〕第一發明至第三發明中任一項所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，將所述倒角部的錐角度設定在1°以上。〔發明b〕第一發明所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，將所述倒角部在所述冠面徑向上的最大深度設定在O. 5mm以下。〔發明C〕第一發明所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，所述硬質碳膜的膜厚設定為O. 5 3. O μ m。〔發明d〕第一發明所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，所述硬質碳膜通過涂覆類金剛石碳而形成。
〔發明e〕第二發明所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，被實施于所述倒角部的所述硬質碳膜的外表面全部為非研磨面。〔發明f〕發明e所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，將以未實施有所述硬質碳膜的所述圓筒部的外周面為基準的所述倒角部的錐角度設定在26. 5°以下。〔發明g〕發明f所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，將所述倒角部在所述圓筒部軸向上的長度設定在Imm以上。〔發明h〕發明g所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干， 將所述倒角部的冠面側的該冠面徑向的最大深度設定在O. 5mm以下。〔發明i〕發明e所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，將所述硬質碳膜的膜厚設定為O. 5 3. O μ m。〔發明j〕發明e所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，所述硬質碳膜通過涂覆類金剛石碳而形成。〔發明k〕第三發明所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，利用磨石進行所述圓筒部的外周面的研磨エ序中的研磨。〔發明I〕發明k所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，所述磨石在所述圓筒部外周面的研磨中，至少與被實施于所述倒角部的所述硬質碳膜的外表面處于非接觸。〔發明m〕第一發明所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在干，所述磨石在所述圓筒部外周面的研磨中，與所述硬質碳膜完全不接觸。
權利要求
1.一種內燃機的氣門挺桿，其具有在形成于內燃機內部的缸孔內滑動的圓筒部、設置在該圓筒部的軸向一端側且一體地具有與凸輪直接抵接的冠面的冠部、形成在該冠部冠面的外周邊緣的錐面狀的倒角部，并且僅對所述冠面和所述倒角部實施有硬質碳膜，其特征在于， 將以未實施有所述硬質碳膜的所述圓筒部的外周面為基準的所述倒角部的錐角度設定在26. 5°以下，并且，將該倒角部的從所述冠面至該圓筒部側的軸向長度設定在Imm以上。
2.如權利要求I所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于， 將所述倒角部的錐角度設定在1°以上。
3.如權利要求I所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于，將所述倒角部在所述冠面徑向上的最大深度設定在O. 5mm以下。
4.如權利要求I所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于，將所述硬質碳膜的膜厚設定為 O. 5 3. O μ m。
5. 所述硬質碳膜通過涂覆類金剛石碳而形成。
6.一種內燃機的氣門挺桿，其具有在形成于內燃機內部的缸孔內滑動的圓筒部、設置在該圓筒部的軸向一端側且一體地具有與凸輪直接抵接的冠面的冠部、形成在該冠部冠面的外周邊緣的錐面狀的倒角部，并且僅對所述冠面和所述倒角部實施有硬質碳膜，其特征在于， 被實施于所述倒角部的表面的所述硬質碳膜的外表面配置形成于與所述圓筒部的外周面的軸向延長線同一的平面上，或者配置形成于比所述軸向延長線更靠近內側的位置，被實施于所述倒角部的所述冠面的外周邊緣的硬質碳膜的外表面為非研磨面。
7.如權利要求6所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于， 被實施于所述倒角部的所述硬質碳膜的外表面全部為非研磨面。
8.如權利要求7所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于， 將以未實施有所述硬質碳膜的所述圓筒部的外周面為基準的所述倒角部的錐角度設定在26. 5°以下。
9.如權利要求8所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于， 將所述倒角部在所述圓筒部軸向上的長度設定在Imm以上。
10.如權利要求9所述的內燃機的氣門挺桿，其特征在于， 將所述倒角部的冠面側的該冠面徑向上的最大深度設定在O. 5mm以下。
全文摘要
本發明提供一種內燃機的氣門挺桿，其能夠抑制磨石的壽命縮短和氣孔堵塞，該磨石對冠部的冠面和倒角部實施有DLC膜的氣門挺桿的外周面進行研磨加工。該氣門挺桿具有在氣缸蓋的導孔內滑動的套筒部(17)、設置在套筒部的軸向一端側且一體地具有冠面(20)的冠部(18)、形成在冠面的外周邊緣的錐面狀的倒角部(21)，并且僅對冠面和倒角部實施有DLC膜(22)，將以未實施有DLC膜的套筒部的外周面(17a)為基準的所述倒角部的錐角度設定在26.5°以下，此外，將該倒角部的從冠面至圓筒部側的軸向長度L設定在1mm以上，由此對氣門挺桿的外周面進行研磨加工的磨石與倒角部的DLA膜(22b)不接觸。
文檔編號F01L1/14GK102733877SQ20121004314
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月23日 優先權日2011年4月8日
發明者保坂憲臣, 山崎鐵雄, 橋本欽一, 橘篤史, 田中智也 申請人:日立汽車系統株式會社