JP4227718B2

JP4227718B2 - ロッカアームの製造方法

Info

Publication number: JP4227718B2
Application number: JP2000087293A
Authority: JP
Inventors: 修一江崎; 勝芳平澤
Original assignee: Toyota Motor Corp; Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001271615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁系機構を構成するロッカアームの製造方法に関し、特にバルブステムガイド部がアーム本体と一体に形成されたロッカアームの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロッカアームは周知のように、内燃機関の動弁系機構にあって、その一端が枢支されるとともに、カムの回転に応じた他端の揺動に基づいて機関バルブを開閉駆動するものである。そして従来、上記バルブステムガイド部がアーム本体と一体に形成されたロッカアームとしては、例えば特開平４―２５９６１１号公報に記載されたものが知られている。この公報に記載されたロッカアームでは、その揺動端の先端部にアーム本体と一体に形成されて下方に突出する一対のバルブステムガイドを有し、この一対のバルブステムガイド間に機関バルブのバルブステムエンドが位置するようにして、同ロッカアームの左右方向へのふらつきを規制している。図６に、同公報に記載のロッカアームについて、その揺動端先端部の断面形状を示す。
【０００３】
同図６に示すように、このロッカアームにおいて、その揺動端の先端部２０１は、板状の成形素材２００が断面略Ｗ形状に折り曲げ加工されたものとして形成される。詳しくは、同成形素材２００を機関バルブのステムエンドが当接されるステムエンド受け部２０２の両端でその下方にそれぞれ折り曲げて一対のバルブステムガイド２０３を形成している。更に、この一対のバルブステムガイド２０３を上記ステムエンド受け部２０２から所定の高さＨだけ離間した部分でそれぞれ外方に折り返して、アーム本体となる一対の側片２０４を形成している。
【０００４】
ここで、前記バルブステムガイド２０３の内幅Ｌ５は通常、上記機関バルブのステムエンドの直径に応じて、同ロッカアーム自身の左右方向へのふらつきを規制し得る幅に設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ロッカアーム揺動端の先端部２０１にバルブステムガイド２０３を設けることで、機関バルブの開閉駆動に際し、ロッカアーム自身の左右方向へのふらつきを規制することができるようになる。しかも、同バルブステムガイド２０３をアーム本体と一体に形成することで、部品点数の削減も図れるようになる。
【０００６】
ただし、この従来のロッカアームでは、その揺動端先端部を上述のように折り曲げて形成しているために、同先端部の質量増加が避けられない。また、この折り曲げによって、アーム本体となる一対の側片２０４の対向面間の内幅Ｌ６は、前記バルブステムガイド２０３の対向面間の内幅Ｌ５よりも大きくなってしまい、ロッカアーム全体としての大型化や剛性の低下も避けられなかった。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、十分な剛性を確保しつつ、その軽量化及び小型化を図ることのできるロッカアームの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、一端が枢支されるとともに、カムの回転に応じた他端の揺動に基づいて機関バルブを開閉駆動するロッカアームを製造する方法であって、板状の成形素材の少なくとも揺動端となる前記他端についてこれを上方に開口する断面略Ｕ形状に折り曲げ加工する第１の工程と、前記断面略Ｕ形状に折り曲げ加工された成形素材に対してその両側部の広がりを制限しつつ、同Ｕ形状の内幅が第１の治具の幅と同等の幅となるように前記両側部の板厚を増大せしめるプレス加工を行う第２の工程と、該第２の工程の後に、前記断面略Ｕ形状に折り曲げ加工された成形素材の両側部の広がりを制限しつつ、同成形素材の底部に第１の治具を当て、且つその背面に第２の治具を当てた状態で当該成形素材上方の２つの先端辺を前記第２の治具側に押圧することにより、同成形素材を断面略Ｈ形状に押出し加工する第３の工程とを備え、前記第３の工程で用いる前記第２の治具としてその幅が前記機関バルブのステムエンド径に対応した幅のものを用い、前記第１の治具としてその幅が前記第２の治具の幅よりも狭い幅のものを用いることを要旨とする。
【０００９】
上述のように、ロッカアームの揺動端を断面略Ｈ形状に加工する際には治具を用いた押出し加工が用いられるが、上記請求項１に記載の製造方法は、断面略Ｈ形状の揺動端の連結部と機関バルブのステムガイドを形成するその下方の両端片とによる凹部の内幅Ｌ１、及び同連結部とその上方の両側片とによる凹部の内幅Ｌ２について、Ｌ１＞Ｌ２なる関係が満たされるかたちで同押出し加工を行うものであり、その加工時に懸念されるせん断やひけ等の発生は好適に回避されるようになる。また、その製造プロセスにおいて、第３の工程に先立ち、第１の工程を経て断面略Ｕ形状に折り曲げ加工された成形素材に対して第２の工程のような前処理を施すことで、第３の工程にかかる押出し加工をより円滑に行うことができるようになる。さらに、こうして製造されるロッカアームは、同ロッカアームとしての剛性を確保しつつ、その揺動端の軽量化、並びに小型化を図ることができるようにもなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるロッカアーム及びその製造方法の一実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。まず、図１を参照して本実施の形態のロッカアームが適用される内燃機関の動弁系機構の概略について説明する。
【００１７】
同図１に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１１には、この内燃機関の各気筒毎に複数の機関バルブが備えられている。この機関バルブのステム１２はシリンダヘッド１１に形成された貫通孔１３にバルブガイド１４等を介して挿通され、その軸方向にのみ揺動可能である。また、それらバルブステム１２はバルブスプリング１５の付勢力により常に機関バルブが閉弁される側に押圧されている。
【００１８】
シリンダヘッド１１の上部には図示しないカムシャフトが回動可能に軸支され、このカムシャフトには各バルブステム１２と対応する位置にカム１６が備えられている。また、これらバルブステム１２とカム１６との間にはそれぞれロッカアーム１７が備えられている。
【００１９】
このロッカアーム１７は、その一端がシリンダヘッド１１に対して枢支される基端部１８と、他端がバルブステム１２の終端であるステムエンド１２ａに当接しつつカム１６の回転に応じて揺動する揺動端としてのステムエンド受け部１９と、これら基端部１８及びステムエンド受け部１９の間に配設されて回動可能に軸支されるローラ２１等とを有して構成されている。そして、ローラ２１とカム１６とが転がり接触をしつつ、そのカム１６の回動に伴う押圧力が周期的に付与されることでロッカアーム１７の揺動端が揺動してステムエンド受け部１９にもその押圧力が伝達される。このステムエンド受け部１９に伝達される押圧力に基づきバルブステム１２の先端側にある図示しない機関バルブが開閉駆動される。
【００２０】
一方、ロッカアーム１７の基端部１８のほぼ中央部には、円形の貫通孔１８ｂが形成されるとともに、その下面には貫通孔１８ｂと同径の円筒部１８ａが下方に向かって突出形成されている。この円筒部１８ａの内周面にはねじ山が形成されており、このねじ山と係合するねじ山を有するアジャストスクリュー２２がナット２３及び座金２４を介して円筒部１８ａ内に螺入されている。アジャストスクリュー２２の先端部には半球形のピボット２５が設けられ、シリンダヘッド１１の突部１１ａには、その頭部にピボット２５の球面部が係入可能な半球形の凹部を有するボルト２６が設けられている。これにより、ロッカアーム１７はピボット２５の球面部を上記揺動の中心として揺動する。また、アジャストスクリュー２２を回動させることでロッカアーム１７が僅かに上下方向に移動可能であり、カム１６とローラ２１との隙間の調整、すなわちタペット調整を行うことができる。そして、ナット２３及び座金２４によりアジャストスクリュー２２に対してロッカアーム１７が固定される。
【００２１】
また、ロッカアーム１７の基端部１８には、一方端が基端部１８とナット２３とにより固定されるとともに、他方端がボルト２６とシリンダヘッド１１の突部１１ａとにより固定される断面略Ｕ字形の板ばね２７が配設されている。ロッカアーム１７は板ばね２７の付勢力により常にロッカアーム１７のステムエンド受け部１９がバルブステム１２のステムエンド１２ａに当接する側に押圧されている。
【００２２】
ここで、本実施の形態のロッカアームにあっては、図１のII―II線に沿った断面図として図２に示すように、ロッカアーム１７のステムエンド受け部１９は、断面略Ｈ形状に形成され、その各側片２０には、該ステムエンド受け部１９から下方に突出形成される一対のステムガイド２８が形成されている。このため、このステムエンド受け部１９自身の左右方向へのふらつきが規制されて、機関バルブの安定した開閉駆動が実現されるようになる。
また、この実施の形態のロッカアームでは、同図２に示されるように、断面略Ｈ形状にプレス加工されたステムエンド受け部１９において、上記両側片２０の連結部１９ａと上記両ステムガイド２８とによる凹部の内幅をＬ１、同連結部１９ａとその上方の両側片２０とによる凹部の内幅をＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２なる関係にて形成されている。このため、連結部１９ａと両ステムガイド２８とによる凹部の内幅Ｌ１を確保しつつ、同連結部１９ａとその上方の両側片２０とによる凹部の内幅Ｌ２を小さく設定することができるようになり、ロッカアームとしての剛性を確保しつつ、ロッカアーム１７の揺動端であるステムエンド受け部１９の軽量化及び小型化を図ることができるようになる。
【００２３】
次に、図３及び図４を併せ参照して、この実施の形態のロッカアームの製造方法について説明する。
同ロッカアームの製造に際してはまず、図３（ａ）に示すように、板状の素材からロッカアーム１７を平面に展開した所定の形状の成形素材３０を打ち抜き加工により形成する。この打ち抜き加工により形成される成形素材３０は、上記ロッカアーム１７の基端部１８、ステムエンド受け部１９及びアーム本体となる両側片２０に対応する部分を一体的に備えている。
【００２４】
その後、折り曲げ加工により、成形素材３０の図３（ａ）中に破線にて示す部分を折り曲げて、断面略Ｕ形状に形成する（図３（ｂ））。そして、この折り曲げ加工後、成形素材３０の両側片２０に対応する部分には、ローラ２１を軸支するための貫通孔２９が形成される。
【００２５】
こうして断面略Ｕ形状に形成された成形素材３０はその後、ロッカアーム１７の基端部１８及びステムエンド受け部１９に対応する部分がそれぞれ所定の形状となるように加工される。
【００２６】
ちなみに、ロッカアーム１７の基端部１８においては、その中央部に貫通孔１８ｂとこの貫通孔１８ｂの下方に突出する円筒部１８ａとを形成してその内周面に上記アジャストスクリュー２２のねじ山と係合するねじ山を形成する。
【００２７】
一方、ロッカアーム１７のステムエンド受け部１９は、図４（ａ）に示す態様で、断面略Ｕ形状に形成した後、図４（ｂ）に示すように、まず、上型３５と下型３６とを用いて以下のプレス加工を行う。
【００２８】
上型３５は、基部３５ｂと突部３５ａとから構成される。突部３５ａは基部３５ｂのほぼ中央部に形成され、その幅が成形素材３０の両側片２０の対向面間の内幅Ｌ３（同図４（ａ）参照）よりも小さな幅Ｌ２である。また、突部３５ａの先端部両端は角が落とされた所定の曲率にて形成されている。
【００２９】
一方、下型３６は成形素材３０の外面を覆う断面略Ｕ形状であり、その内面が側壁部３６ａのほぼ中央部から内底面３６ｂに向かうにつれて徐々に幅狭となっている。
【００３０】
そして、上型３５の突部３５ａを成形素材３０の開口部から挿入し、同上型３５を固定した状態で下型３６内に成形素材３０を挿入し、さらに下型３６を上型３５に向けて（同図４（ｂ）中にＡ２にて示す方向に）押圧する。
【００３１】
これにより、成形素材３０は下型３６の内面形状に沿ってプレス成形される。なお、この際、型内に素材が過不足なく充填されるように成形素材３０の高さＨ１（図４（ａ））が調整されている。また、両側片２０のほぼ中央部からステムエンド受け部１９に向かうにつれて同側片２０の外側面間の幅が徐々に小さくなる。このとき、成形素材３０の上記幅狭とした部分に対応する素材が上型３５の側に押し上げられて両側片２０の厚みが厚くなる。すなわち、成形素材３０のＵ形状の内面も上型３５の外面形状に沿ってプレス成形されて、側片２０の対向面間の内幅がＬ２となるとともに内底面には所定の曲率を有する角部が形成される。
【００３２】
そして最後に、図４（ｃ）に示すように、治具（第１の治具）３７と治具（第２の治具）３８と外型３９と押し型４０とを用いた押出し加工により、成形素材３０の上記ステムエンド受け部１９にあたる部分を断面略Ｈ形状に成形してバルブステムガイド２８を形成する。
【００３３】
ここで、治具３７は、その幅がほぼ上記上型３５の突部３５ａの幅Ｌ２と同寸に形成さた棒体であり、成形素材３０のＵ形状の開口部から連結部１９ａの上面に向けて挿入可能である。また、治具３８は、その幅がＬ１の棒体であり第１の治具３７の幅Ｌ２よりも大きく設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。また、この治具３８の先端部の両側には、上方に突出するとともに、その上面に曲部が形成された突部３８ａがそれぞれ形成されている。また、外型３９は、その側面の一部が成形素材３０の側片２０の外側面と同形状に形成された型である。そして、押し型４０は、その幅が成形素材３０の側片２０の厚みよりも大きく設定された２本の棒状からなる型である。
【００３４】
この押出し加工ではまず、治具３７を成形素材３０のＵ形状の開口部から挿入してその下端面を連結部１９ａの上面に当接させるとともに、治具３８の上端面を同連結部１９ａの下面に当接させる。そして、成形素材３０の両側片２０の外側面にそれぞれ外型３９を当接させてその広がりを規制した状態で、押し型４０により成形素材３０の両側片２０の先端辺を図４（ｃ）中に矢印Ａ３にて示す方向、すなわち治具３８に向かう方向に押圧する。これにより、上記ステムガイド２８となる部分が押出されて、図２に示した断面形状を有するステムエンド受け部１９、すなわち当該ロッカアーム１７の揺動端が形成されるようになる。
【００３５】
なお、押出し加工によってこうした断面略Ｈ形状を有するステムエンド受け部１９を形成するためには、例えば上記治具３７と治具３８とで同一の幅を有する治具を用いることも考えられる。そして、このような同一の幅を有する治具を用いることでも、上記略Ｈ形状となる断面形状を得ることはできる。しかし、この場合には、以下のような不具合が生じることが発明者等によって確認されている。
【００３６】
すなわち図５に示すように、成形素材３０の連結部１９ａを挟むように同一幅の治具１１０、１１１を当接させることとなる。そして、これら治具１１０、１１１により連結部１９ａの移動を規制しながら、成形素材３０の両側片部２０の上端辺を矢印Ａ３の方向に押圧することによりステムガイド２８に相当する部分を押出し成形することとなる。
【００３７】
ところが、このような押出し加工では、上記押し出し時に、連結部１９ａ上面の両端部、すなわち治具１１０の両端部１１０ａに対応する部分（同図５中にＰで示す部分）にせん断応力が集中してしまう。そして、このようにせん断応力が集中する場合には、この図中Ｐで示す部分にせん断が生じたり、同せん断に伴う窪み（いわゆる「ひけ」）が生じたりすることがある。また、このようなせん断やひけは、治具１１０の両端部１１０ａに面取りを施している場合にも、ほぼ同様に生じる。なお、上記幅がＬ１≠Ｌ２となる関係の場合には、せん断力は小さくなり、上記幅がＬ１＜Ｌ２となる関係の場合には、質量の増加につながる。
【００３８】
この点、図４（ｃ）に示したように、上記幅がＬ１＞Ｌ２となる関係で押出し加工を行う本実施の形態の製造方法によれば、こうしたせん断やひけの発生を好適に防止してその質量低減可能であることが発明者等によって確認されている。
【００３９】
以上詳述したように、この実施の形態にかかるロッカアーム及びその製造方法によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
（１）連結部１９ａとステムガイド２８とによる凹部の内幅Ｌ１を確保しつつ、同連結部１９ａとその上方の両側片２０とによる凹部の内幅Ｌ２を小さく設定することができるため、ロッカアームとしての剛性を確保しつつ、ロッカアーム１７のステムエンド受け部１９の軽量化及び小型化を図ることができるようになる。
【００４０】
（２）ロッカアーム１７の基端部１８及びステムエンド受け部１９が両側片２０に対して一体形成されるため、部品点数の増加や質量の増加を抑えることができる。
【００４１】
（３）ロッカアーム１７のステムエンド受け部１９を断面略Ｈ形状に押出し加工するに際し、内幅のＬ１＞Ｌ２なる関係が満たされるかたちで同押出し加工を行うため、その加工時に懸念されるせん断やひけ等の発生は好適に回避されるようになる。
【００４２】
（４）断面略Ｕ形状に折り曲げ加工された成形素材３０に対して、前処理としてのプレス加工（図４（ｂ））を施すようにしたことで、ステムガイド２８を形成する押出し加工をより円滑に行うことができるようになる。
【００４３】
なお、上記実施の形態は、例えば以下のように適宜変更することもできる。
・上記実施の形態では、ロッカアーム１７の枢支端である基端部１８についてもこれをアーム本体（両側片２０）に一体に形成する例について示したが、同基端部１８は別部品として設けられる構造としてもよい。また、その形状等も任意である。
【００４４】
・上記実施の形態では、その製造に際して用いる各型及び治具３５〜４０を図４に示すような形状としたがこれら各形状に限定されるものではなく、これら各型及び治具３５〜４０の形状を成形素材３０の形状に合わせて適宜変更してもよい。要は、治具３７の幅（Ｌ２）が治具３８の幅（Ｌ１）よりも小さくなるように、すなわちＬ１＞Ｌ２の関係が保たれるようにそれら各治具３７、３８の大きさが設定されるものであればよい。
【００４５】
・上記実施の形態では、上型３５及び下型３６を用いて図４（ｂ）に示すプレス加工、すなわち前加工（前処理）を行うこととしたが、この加工を割愛して、図４（ａ）に示した加工を行った後、直接図４（ｃ）に示した態様での押出し加工を行うようにしてもよい。
【００４６】
・上記実施の形態では、図３に示したように、成形素材３０を薄板状の板体から打ち抜き加工により形成し、次いでその成形素材３０を断面略Ｕ字状に折り曲げ加工して図４に示した態様でステムガイド２８を形成することとした。しかしこれを、例えば鋳造や鍛造等を用いて断面略Ｕ字状に成形素材３０を形成し、その後、同図４に示した方法により同ステムガイド２８を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるロッカアームの一実施の形態についてこれが適用される内燃機関の動弁系機構とともに、その構成の概略を示す断面図。
【図２】同実施の形態のロッカアームの揺動端先端部についてその断面形状を示す断面図。
【図３】同実施の形態のロッカアームの製造工程の一部を示す平面図。
【図４】同実施の形態のロッカアームの製造工程を示す断面図。
【図５】押出し加工の他の例を示す断面図。
【図６】従来のロッカアームの揺動端先端部についてその断面形状を示す断面図。
【符号の説明】
１７…ロッカアーム、１９…ステムエンド受け部、１９ａ…連結部、２０…側片、２８…バルブステムガイド、３０…成形素材、３７…治具（第１の治具）、３８…治具（第２の治具）、４０…押し型。

Claims

一端が枢支されるとともに、カムの回転に応じた他端の揺動に基づいて機関バルブを開閉駆動するロッカアームを製造する方法であって、
板状の成形素材の少なくとも揺動端となる前記他端についてこれを上方に開口する断面略Ｕ形状に折り曲げ加工する第１の工程と、
前記断面略Ｕ形状に折り曲げ加工された成形素材に対してその両側部の広がりを制限しつつ、同Ｕ形状の内幅が第１の治具の幅と同等の幅となるように前記両側部の板厚を増大せしめるプレス加工を行う第２の工程と、
該第２の工程の後に、前記断面略Ｕ形状に折り曲げ加工された成形素材の両側部の広がりを制限しつつ、同成形素材の底部に第１の治具を当て、且つその背面に第２の治具を当てた状態で当該成形素材上方の２つの先端辺を前記第２の治具側に押圧することにより、同成形素材を断面略Ｈ形状に押出し加工する第３の工程とを備え、
前記第３の工程で用いる前記第２の治具としてその幅が前記機関バルブのステムエンド径に対応した幅のものを用い、前記第１の治具としてその幅が前記第２の治具の幅よりも狭い幅のものを用いる
ことを特徴とするロッカアームの製造方法。