JPH0826762B2 - 改良型セラミックチップ型ピボットロッド及びその製造方法 - Google Patents

改良型セラミックチップ型ピボットロッド及びその製造方法

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JPH0826762B2
JPH0826762B2 JP1246219A JP24621989A JPH0826762B2 JP H0826762 B2 JPH0826762 B2 JP H0826762B2 JP 1246219 A JP1246219 A JP 1246219A JP 24621989 A JP24621989 A JP 24621989A JP H0826762 B2 JPH0826762 B2 JP H0826762B2
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shaft
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シー．ベンツ ジョセフ
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カミンス エンジン カンパニー、インコーポレイテツド
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、燃料噴射管バルブ駆動列及びエンジンシリ
ンダーバルブ駆動列に具備されるタイプのピボットロッ
ドに関し、特に、セラミック材により構成されるピボッ
ト要素が、そのチップ部材として、非セラミック製ロッ
ドに接合されているようなピボットロッド及びその製造
方法に関する。
＜技術的背景＞ 同時係属中の出願であって、同一譲受人に係る、1987
年３月５日付米国特許出願第022、229号において、例え
ば燃料噴射管バルブやシリンダーバルブを駆動するため
のエンジン駆動列において用いられるタイプのプッシュ
管等のピボットロッドは、挿入部が取付軸の軸端より軸
方向にはみ出しており、さらに、取付軸とピボット挿入
部の製作公差があっても、組立時、或は、使用時に、セ
ラミック材の最大引張主応力を超えずに、直接締りばめ
による固着により取付軸の軸端に取り付けられたセラミ
ック製ピボットロッド挿入部を具備している。この結
果、対摩耗セラミック材を使用することとともに、引張
強度が低いピボット用セラミック材の破断の問題を解決
するために高コストの部品精度に頼ることなく、極めて
長い寿命が得られる。
前記同一譲受人に係る出願の実施例においては、セラ
ミックピボット要素は、一片の管状材の中空な内部、ま
たは、一片の一体物ロッド材の一方の端部に加工された
凹所により形成された取付軸の受け入れ空間内に固着さ
れている。第１の場合、及び第２の場合の一形態におい
て、突合せ接合が、セラミックピボット要素の外周肩部
と金属軸の軸端との間に形成されている。そのような場
合、もし、使用時に、通常の設計荷重以上の荷重が加え
られた場合には、荷重がピボット要素からこの突合せ接
合部の軸へと伝達されるため、脆性割れ及びセラミック
の破損が生じることとなる。
しかし、第２の場合、突合せ接合をセラミックピボッ
ト要素の外周肩部と軸端との間に設けるのではなく、セ
ラミックピボット要素の底端と一体物ロッド本体内の軸
の受け入れ空間を形成する凹所の底壁との間に設けるこ
とにより、上記の問題を避けることができる。しかしな
がら、セラミックピボット要素を取付軸に接合する場
合、締りばめ固着によるため、受け入れ空間を形成する
部分で取付軸の周壁が塑性変形し、このため、凹所の周
辺及び底経の接合部で応力集中が起こる。即ち、凹所の
周壁は、径方向に広がることができなくなる。従って、
該部分では、金属軸の有する延性によっても抗すること
ができない、金属軸または接合部の破断をもたらすに足
る過度な応力集中が起こり得る。
特開昭57−13203号公報において、別々の金属製パイ
プにより形成された接合部を介して、セラミック要素の
端部を軸の端部に接合することにより、セラミックチッ
プ要素が間接的に一体物プラスチック（炭素強化樹脂）
製の軸に接合されたプッシュロッドが開示されている。
金属製パイプ継手はロッドの端部を受け入れ、摩擦ばめ
によりそれに固着される一方、金属製パイプはセラミッ
クチップ要素の周りに形成された外周凹部に径方向に変
形されることによりセラミックチップ要素に接合されて
いる。この金属パイプは、セラミックチップ要素の破損
防止のため、セラミックチップ要素と炭素繊維強化樹脂
製軸の中間の熱膨張係数を有する。しかし、上記日本国
出願は、金属パイプ要素とセラミックピボット要素との
間を締りばめで接合するという基本的問題に触れておら
ず、また、接合されたセラミックチップ要素に比べ熱膨
張係数が高い金属パイプ（さらに高い樹脂製軸の熱膨張
係数の影響を加えると）を用いているため、高温、或
は、特に高速運転する等、好ましくない動作特性を生ぜ
しめるに足るプッシュロッドの加熱冷却の繰り返しの結
果、チップの接合が緩むという欠点がある。
従って、不要に高い応力集中を生ぜしめず、過度の応
力を受け易いピボットロッドを作らず、さらに、上記日
本国出願に開示された構成に伴う欠点を影響を受けるス
リーブ型取付具に頼らない、前記同一譲受人に係る発明
の効果を実現することが望ましい。
＜発明の開示＞ 前述の問題に鑑み、本発明の目的は、例えば燃料噴射
管やシリンダーバルブを駆動するためのエンジン駆動列
に用いられるタイプのプッシュ管等のピボットロッドで
あって、組立時、或は、使用時に、取付軸及びピボット
挿入部の製作公差があっても、従来のものと比べ可能な
限り、セラミックピボット挿入部または取付軸の破損を
防止できるような、セラミックピボット挿入部が締りば
めにより取付軸に固着されたピボットロッドを提供する
ことにある。
また、取付軸が、荷重がピボット挿入部から取付軸に
直接伝達されるように一体物ロッドで構成し、かつ、端
面接合によりセラミックピボット挿入部に接合できるよ
うにすることも本発明の目的である。
さらに、セラミック材の最大引張主応力を超えること
なく、取付スリーブに取付軸を締りばめにより固着し、
また、取付スリーブが、軸方向の荷重が取付軸からセラ
ミックピボット挿入部に伝達される際に何の影響を及ぼ
さないようにすることにより、セラミックピボット挿入
部を取付軸に接合できるようにし、これにより、セラミ
ックピボット挿入部を破損しにくくすることもまた本発
明の目的である。
さらに、上記目的を実現するためのピボットロッドの
製造方法を提供することも本発明の目的である。
セラミック製ピボット挿入部を有するピボットロッド
の製造方法を提供することは、本発明の特別な目的であ
る。即ち、このピボットロッドは、セラミック製ピボッ
ト挿入部の一部、及び非セラミック製取付軸の軸端を受
け入れる取付スリーブの厚み及び材質が、周壁がセラミ
ック材の最大引張主応力（principal stress）以下の応
力にて塑性変形するようにセラミック材の最大引張主応
力に調整されているため、ピボット挿入部が締りばめに
より取付軸の周壁に固着されても、締りばめ時における
ピボット挿入部と取付軸を受け入れるための受け入れ空
間を規定している取付スリーブの周壁との間の径方向の
締め代のばらつきがあっても、さらに、セラミックピボ
ット挿入部及び取付軸の被挿入部の長さを足した長さ
を、軸方向の荷重が、取付スリーブを介してセラミック
ピボット挿入部と取付軸間で伝達されないようにするこ
とにより取付スリーブの長さより大きくし、プレスばめ
により取付軸の軸端とセラミックピボット挿入部が端面
接合されるようにすることにより、取付軸の周壁がセラ
ミック材の最大引張主応力を超えることなく、ピボット
挿入部が取付軸の周壁に締りばめにより固着されるよう
になっている。
本発明の上記及び他の目的は、前記同一譲受人に係
る、1987年３月５日の米国特許出願第022、229号に開示
された発明により既に決定されている主引張応力との径
方向の締め代との関係を利用する本発明のより好ましい
実施例により実現することができる。従って、これらの
関係の詳細については、本出願においては繰り返さず、
本明細書中で参照されている前記同一譲受人に係る出願
（例えば、同出願中第１図及び第８図の説明）を直接参
照されたい。
本発明は、上記出願第022、229号との関連で開示され
たものと同じ関係を利用することにより、その方法及び
その法方により製造されたピボットロッドを改良するの
である。即ち、本発明に係るピボットロッドは、セラミ
ック材のピボット挿入部を固定又は保持するだけで、荷
重が伝達されるセラミック部品と取付軸とを突合せ接合
しても、ピボット挿入部又は取付軸に加わる荷重が伝達
されないような取付スリーブに取り付けるようにしてあ
る。さらに、好ましい実施例による設計では、通常の設
計荷重を越えた荷重が加わり、過度の応力が生じた場合
に、セラミックの脆性割れ及び破損をもたらすような狭
い肩部を用いず、また、底部と側壁部との間の接合部で
過度の応力の発生を許す取付ソケットに頼らずに、セラ
ミックビポット挿入部を金属取付軸に設置する構成であ
る。
本発明の上記及び他の特徴並びに効果は以下の詳細な
説明及び添付図面によりさらに明らかになるであろう。
＜発明の最良の実施例＞ 第１図は、本発明のより好ましい実施例によるピボッ
トロッドの説明図であり、このピボットロッドは全体を
通して番号１をもって参照される。このようなピボット
ロッドは、後で判るように、第３図及び第４図とともに
説明されるような駆動列に適用して特に有用なタイプの
ブッシュロッドとして使用されている。ピボットロッド
１は、取付軸５と、一対の取付スリーブ10と、一対のピ
ボット挿入部15、20により構成されてている。前記ピボ
ット挿入部は、各々窒化珪素等のセラミック材でできて
おり、また、取付軸は、標準鋼製ロッド材または鋳鋼片
等の金属製ロッドである。さらに、スリーブ10は、各
々、ASTM Ａ 513に規定される標準寸法、公差、厚み
のMT1020,1021鋼管等の“標準品”のパイプ材でできて
いる。
第２図より明らかなように、ピボットロッド１の通付
軸５は、取付スリーブ10が締りばめで接合されている本
体部5bの互いに対向する両端部で、径が小さくなってい
る両端部5aを具備している。同様に、ピボット挿入部15
の第１の小径部分15a（または、第１図では、一部しか
見ることができない、対応するピボット挿入部20の部分
20a）は、次のパラグラフで述べる理由により、取付ス
リーブが取付軸５に固着された後に、取付スリーブ10の
周壁により規定される受け入れ空間内にプレスばめによ
り固着されている。この点に関し、取付スリーブ10の厚
みｔ及び材質、さらに、（取付スリーブ10の直径Ｄと端
部5aの直径D1との避、及びこれに対応するピボット挿入
部15、20の第１の部分15a,20aに対応する）締り代の範
囲が、同時継続中の出願第022、229号で開示された前記
関係に従って選択されている。即ち、これにより、取付
スリーブ10の周壁は、製作公差による取付スリーブの受
け入れ空間を規定している周壁の内径とピボット挿入部
の第１の部分5aの外径との間の径方向の締り代のばらつ
きがあっても、ピボット挿入部のセラミック材の最大引
張主応力を超えることなく、締りばめ時にピボット挿入
部15、20の第１の部分15a、20aによると同時に、取付軸
５の端部により塑性変形されるようになっている。
さらに、本発明によれば、各々のピボット挿入部の第
１の部分15a,20aの軸方向の長さHPIと取付軸５の端部5a
の軸方向の長さHSIとを足した長さを、取付スリーブ10
の軸方向の長さＬより大きくすることにより、ピボット
挿入部と取付軸５の接合部形成時に脆いピボット挿入部
15、20のセラミック材が損傷を受けないようにするとと
もに、使用時に取付スリーブ10を介してピボット挿入部
15、20と取付軸５との間で軸方向の荷重が伝達されるた
めに起こる破断を防止するようになっている。即ち、第
１の挿入部15a,20aは、次のパラグラフの中で述べる他
の効果を実現しつつ、ピボット表面を最大化するため
に、各々、肩部15c,20cを介して、（凹曲面である）第
２のピボット表面部15b、または、（凸曲面状の凹所20d
が設けられている）20bに接合されている。しかし、こ
のような肩部15c,20cは、締りばめ時にそれが取付スリ
ーブ側の対向する端面10aに衝撃を与えるとするなら
ば、破損するであろう。また、セラミックピボット挿入
部の破損につながる脆い割れが、この肩部、または、該
肩部と第１の部分15a、20aとを接合しているスミ肉部に
過度の圧力が生じた結果、即ち、ちょうど、軸方向の荷
重が、取付スリーブ10を介して取付軸の肩部5cとピボッ
ト挿入部15、20の各々の肩部15c,20cとの間で伝達され
るように部品が組み立てられている場合に発生するであ
ろうように、発生することも有り得る。さらに、長さH
PI及びHSIは等しい場合もあろうが、必ずしもそうとは
限らない。なぜなら、5a、15a、20aのどの長さについて
も、取付スリーブ10の破損につながる曲げ応力を発生さ
せる程長かったり、或は、取付スリーブ10の留め金具の
長さがスリーブに対して短すぎたりしない限り、製作上
の要件に対して最適であるように一方を他方より長くし
たり、または、短くすることができるからである。
さらに、美観及びその他の理由から、でき得る限り、
一体物ロッドという外観で、ピボットロッド１の最大径
を大きくせず、また、ピボット表面の系を小さくせず
に、ピボットロッドを作ることが望ましい（実際には、
このようなピボットロッドが、全体の駆動列の一部とし
てエンジン機構のボアーを貫通するものであることを念
頭におかなければならない）。従って、取付軸の端部5a
及びセラミックピボット挿入部の第１の部分15a、20aの
径DIは、取付軸の本体部5b及び肩部5c,15c,20cにおいて
ピボット挿入部の第２の部分15b、20bの外径より、取付
スリーブの厚みｔに相応する分であって、取付スリーブ
を軸方向に沿ってほぼ一様に変形させ、変形した外径が
ピボット挿入部の第２の部分及び取付軸の本体部の外径
とほぼ一様に等しくなるように行った締りばめの結果取
付スリーブが変形する分だけ、小さくなっている。この
点に関し、図中、取付スリーブ10の端面10aとピボット
挿入部15、20の肩部15c,20c各々との間の隙間が大きく
なっているが、これは、説明のためにそのように描いた
だけであて、実際には、この隙間は、肩部5cと取付スリ
ーブ側の対向する端部との間に隙間がない取合部と見分
けがつかないように0.5mm以下となっている。
取付軸及びピボット挿入部と取付スリーブ10との締り
ばめによる接合を容易ならしめるために、取付スリーブ
の内縁10bは、面取りされており、Ｒが付けられた、ま
たは、面取りされた外縁ｒが、取付軸の端部5aとピボッ
ト挿入部15、20の第１の部分15a、20aとに設けられてい
る。これにより、挿入される径の大きい部分が、取付ス
リーブ10の受け入れ空間に導入され、これにより、スリ
ーブもまた拡大されることになる。
上記ピボットロッドは、必ずしもそうあるべきではな
いが、第３図及び第４図に示すように、一方の端部が凸
面状に、他方の端部が凹面状に形成されている。尚、こ
れらの図は、ソケット継手に加わる圧縮荷重及びその寿
命を増大させるために、セラミック製のボール及びソケ
ット継手を利用することにより、著しい改良が期待でき
るタイプの駆動列を図示したものである。例えば、第３
図は、ボーム及びソケット継手30が、カム32によりもた
らされる動作を、クロスブリッジ39を介してバルブシー
ト挿入部38に対してバルブを開閉させるために用いるバ
ルブロッカーレバー34に伝達するために、プッシュロッ
ド１の互いに対向する両端部に設けられており、エンジ
ンシリンダーヘッドバルブ列を示している。しかし、こ
の駆動列は、一本の凸面状のピボット挿入部15のみが端
部に設けられているピボットロッド１′をも利用するも
のである。
さらに、第４図の燃料噴射管駆動列においては、ピボ
ットロッド１、１′を介して、カム32からロッカーアー
ム34に力を伝達するための継手30が設けられているのに
加え、ボール及びソケット継手40が、ロッカーアーム34
と噴射管ピストン間で動作するさらに改良されたピボッ
トロッド１″により設けられている。このピボットロッ
ド１″には、両端部が凸面状のピボット挿入部15が設け
られている。同様に、一方の端面が凹面状のピボットロ
ッド、或は、両端面とも凹面状の本発明によるピボット
ロッドを製作して、他に応用することも可能である。
前記に基づいて製作されたピボットロッドは、使用時
または動作中の応力による、ピボット挿入部、または、
挿入部と取付軸間の接合部のセラミック材の応力破壊を
生ぜしめる潜在的領域をつくることなく、著しく寿命を
延長し、さらに、特許出願第022,229号によるピボット
ロッドの製造方法を簡素化するという効果のすべてを実
現できるものであることが判った。同様に、本発明によ
るピボットロッドは、熱効果による応力破壊または緩み
にも強い。
＜産業上の利用性＞ 本発明は、特に、シリンダーヘッドバルブやジーゼル
エンジン等のエンジン用燃料噴射型駆動列部品との関係
で有用である。しかし、本発明は、この他、高圧縮応力
が加わるためにセラミック製のボール及びソケット部品
の一方または双方を用いると効果的であるか、同部品を
用いなければならない場合、或は、対摩耗寿命を著しく
延長することのメリットの方が、通常のピボット用金属
材より値段の高いセラミック材を使用することのデメリ
ットより大きい場合にも有用である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のより好ましい実施例によるピボット
ロッドの斜視図である。第２図は、より好ましい実施例
によるピボットロッドのセラミックピボット挿入部、取
付スリーブ、及び取付軸の寸法関係を示す略図であり、
本発明による方法を説明するための、組立前のものであ
る。第３図及び第４図は、各々、本発明によるピボット
ロッドを具備したシリンダーヘッドバルブ及び燃料噴出
管駆動列の略図である。 図中、１……ピボットロッド、５……取付軸、10……取
付スリーブ、15,20……ピボット挿入部、15a,20a……第
１の部分、15b,20b……第２の部分、5c,15c、20c……肩
部。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ａ）取付軸と、 Ｂ）内部に中空の受け入れ空間を有する取付スリーブ
    と、 Ｃ）最大引張主応力を有するセラミック製ピボット挿入
    部と、 Ｄ）ピボット挿入部の第１の部分の第１の締りばめによ
    る固着であって、前記受け入れ空間内に、そこから軸方
    向に突出しているピボット挿入部の第２の部分ととも
    に、その受け入れ空間を規定している前記取付スリーブ
    の周壁に向かって配置されている第１の締りばめによる
    固着において、該第１の締りばめによる固着が、取付ス
    リーブとピボット挿入部の製作公差により前記受け入れ
    空間を規定している周壁の内径と前記ピボット挿入部の
    第１の部分の外径との間の径方向の締り代のばらつきが
    あっても、前記周壁の厚み及び材質を前記最大引張主応
    力未満に調整することにより、前記締りばめによる固着
    時に、前記ピボット挿入部の第１の部分により塑性変形
    した前記周壁を介して、セラミック材の最大引張主応力
    を越えないようにするための手段として構成されている
    ことを特徴とする第１の締りばめによる固着、及び、 Ｅ）前記取付スリーブ内の受け入れ空間内において、前
    記ピボット挿入部の第１の部分の端面と接合関係とから
    なるような前記取付軸の端部の第２の締りばめによる固
    着、 から成ることを特徴とするピボットロッド。
  2. 【請求項２】前記ピボット挿入部が前記第２の部分にお
    いて凸面状の接合面を有する、請求項１に記載のピボッ
    トロッド。
  3. 【請求項３】前記ピボット挿入部が前記第２の部分にお
    いて凹面状の接合面を有する、請求項１に記載のピボッ
    トロッド。
  4. 【請求項４】前記ピボット挿入部が、前記各々の取付ス
    リーブと前記各々のピボット挿入部間の前記締りばめに
    よる固着により、前記取付軸の互いに対向する両端に取
    付けられていることを特徴とする請求項１に記載のピボ
    ットロッド。
  5. 【請求項５】前記ピボット挿入部の第１の部分と取付軸
    の前記端部の外径が、前記第２の部分及び取付軸の本体
    部分の各々の外径より、前記取付スリーブの厚みに相応
    する分であって、該取付スリーブが前記第１及び第２の
    締りばめ固着により変形した結果、該取付スリーブが、
    該ピボット挿入部の第２の部分と取付軸の本体部分の外
    径と等しい、長さ方向にほぼ一様な外径となるような範
    囲だけ、小さくなっていることを特徴とする請求項１に
    記載のピボットロッド。
  6. 【請求項６】前記ピボット挿入部の第１の部分及び前記
    取付軸の端部の軸方向の長さを足した長さが、前記取付
    スリーブを介して該取付軸と該ピボット挿入部間に荷重
    の伝達が行われないように、前記取付スリーブの軸方向
    の長さより大きくなっていることを特徴とする請求項５
    に記載のピボットロッド。
  7. 【請求項７】前記ピボット挿入部の第１の部分の軸方向
    の長さが、前記端部のそれとほぼ等しくなっていること
    を特徴とする請求項６に記載のピボットロッド。
  8. 【請求項８】前記ピボット挿入部の第１の部分及び前記
    取付軸の端部の軸方向の長さを足した長さが、前記取付
    スリーブを介して該取付軸と該ピボット挿入部間に荷重
    の伝達が行われないように、前記取付スリーブの軸方向
    の長さより大きくなっていることを特徴とする請求項１
    に記載のピボットロッド。
  9. 【請求項９】前記ピボット挿入部の第１の部分の軸方向
    の長さが、前記端部のそれとほぼ等しくなっていること
    を特徴とする請求項８に記載のピボットロッド。
  10. 【請求項１０】取付軸及びセラミック材のピボット挿入
    部を有するとともに、一定の最大引張主応力を有するピ
    ボットロッドであって、該ピボット挿入部が、取付軸の
    端部に固着されており、取付軸を受け入れるための内部
    が中空である取付スリーブの受け入れ空間内に配置され
    たその第１の部分と、前記受け入れ空間から軸方向に突
    出しているピボット挿入部の第２の部分の位置に配置さ
    れるようなピボット挿入部を有するピボットロッドの製
    造方法であって、 Ａ）前記取付スリーブの周壁が前記最大引張主応力以下
    の応力で塑性変形するように、受け入れ空間を規定して
    いる取付スリーブの周壁の材質とセラミック材の最大引
    張主応力とを調整するステップと、 Ｂ）前記ピボット挿入部の第１の部分を、製作公差によ
    り前記周壁の内径と該第１の部分の外径との間に径方向
    の締り代のばらつきがあっても、該周壁を前記締りばめ
    時に該ピボット挿入部によって塑性変形させることによ
    り、セラミック材の最大引張主応力を越えることなく、
    前記取付スリーブの周壁に固着させるステップ、及び、 Ｃ）取付軸の端部を、取付スリーブ内の受け入れ空間内
    に、前記ピボット挿入部の第１の部分の端面と接合関係
    になるように固着する締りばめのステップ、 を特徴とするピボットロッドの製造方法。
  11. 【請求項１１】前記ピボット挿入部の第１の部分と前記
    取付軸の端部を足した長さが、前記取付スリーブの軸方
    向の長さより大きくなるように選択するとともに、前記
    ピボット挿入部の第２の部分と取付スリーブの対向面
    が、軸方向に接触しないようにすることにより、ステッ
    プＢ）実行時に、或いは、該取付スリーブを介して、該
    ピボット挿入部と取付軸間に荷重が伝達される結果、第
    ２の部分が破損しないように、ステップＣ）がステップ
    Ｂ）より先に行われるようにしたことを特徴とする請求
    項10に記載の方法。
  12. 【請求項１２】ステップＡ）ないしＣ）が、前記取付ス
    リーブがほぼ等しい範囲で軸方向に変形し、その結果、
    第２の部分及び前記取付軸の本体部の外径とほぼ一様に
    等しい変形外径となるように行われることを特徴とする
    請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項１３】ステップＡ）ないしＣ）が、前記取付ス
    リーブがほぼ等しい範囲で軸方向に変形し、その結果、
    第２の部分及び前記取付軸の本体部の外径にほぼ一様に
    等しい変形外径となるように行われることを特徴とする
    請求項10に記載の方法。
  14. 【請求項１４】ステップＡ）ないしＣ）が、前記取付軸
    の各々対向する両端面に対して行われることを特徴とす
    る請求項10に記載の方法。
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