JP2001295615A

JP2001295615A - 内燃機関用バルブリフタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001295615A
Application number: JP2000113470A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Ishizaka; 正文石坂; Yoji Fukazawa; 洋二深沢; Iwao Tejima; 巌手島; Susumu Aoyama; 進青山
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】バルブリフタのスカート部の変形量を小さく
しかつスカート部の強度を向上させる。【解決手段】バルブリフタ（１５）の内周面に格子状
のリブ（２３，２４）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用バルブリ
フタ、特に変形量の小さいスカート部を備えた軽量な内
燃機関用バルブリフタ、及びその製造方法とそのための
金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関用バルブリフタ１５は、図５及
び図６に示すように、カムシャフト１３の回転運動をバ
ルブ１６の往復運動に変える機構中に組み込まれた重要
な動弁部品の一つである。従来のバルブリフタ１５は、
冠部１と冠部１の外周縁から軸方向の下方に延び、末端
部４が開口５した円筒状のスカート部３とを有する。冠
部１はカムシャフト１３のカム１２と直接又はシムを挟
んで接触し、冠部１の内面部のほぼ中央にボス状に形成
された当接部２はバルブステム１７と接触する。またス
カート部３外周はシリンダヘッド１１のガイド孔内周面
１４と接触摺動する。

【０００３】近年、内燃機関は、高出力、高効率等の性
能が強く要求され、よって高速化が指向されているが、
その場合、バルブ１６やバルブリフタ１５等の動弁部品
においては慣性力によるエネルギー損失の問題や種々の
不具合が発生する。すなわち、質量の大きなバルブリフ
タ１５を高速運動させると大きな慣性力が発生し、バル
ブ１６の追従性能が低下し、内燃機関として期待する性
能がでなくなるばかりでなく、燃費低下や排気ガスへも
悪影響する等の問題が発生する。また、小型の内燃機関
では、バルブリフタ１５を採用した直動形動弁系は、ロ
ッカーアームを採用した動弁系よりも慣性重量を小さく
でき、また剛性を高く保てるため、バルブ作動の異常現
象である踊り（バウンス、ジャンプ）を高速側にずらす
ことができるので運動特性としては優れているものの、
弁揚程量（バルブリフト）を大きく採ろうとした場合に
は、カムとの接点がバルブリフタからはみ出すため、バ
ルブリフタの径を大きくしなければならない等の軽量化
に逆行する問題も生じる。

【０００４】従って、内燃機関の高速化の観点からは、
バルブリフタの軽量化が望まれ、具体的には材質面で鉄
系材料からアルミニウム系材料への材料変更、形状面で
は冠部又はスカート部の薄肉化が検討されてきた。

【０００５】スカート部の薄肉化は比較的簡単に軽量化
に貢献するが、過度に薄くすると種々の問題が発生す
る。高速で往復運動するバルブリフタでは、シリンダヘ
ッドのガイド孔内でのカムとバルブステムを通した変動
荷重によってスカート部に複雑で大きな変形が生じ、バ
ルブリフタの往復運動を案内するガイド孔内周面との接
触により激しい摩耗を生じる。よって、軽量化と同時
に、これらの変動荷重に耐え得る剛性や強度もあわせ持
っていなければならない。以上のような背景から、内燃
機関の性能を向上させるため、又、動弁系設計の自由度
を向上させるために、軽量化と同時に適正な剛性と強度
をあわせ持つバルブリフタを提供することが強く求めら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような問題の解決
には、比強度の高い材料の使用も一手段ではあるが、形
状的にも種々工夫することが検討されている。例えば、
特許第２６２４４７４号明細書には、強度を維持しつつ
軽量化を図るため、冠部の内面部とスカート部の内周面
に複数の環状リブを形成したバルブリフタが開示されて
いる。また、形状的には剛性と強度に優れた冠部近辺よ
りもスカート部開口端に近づくほど剛性と強度が求めら
れていることから、実開昭６２−１８３０４号公報には
板金部材のプレス加工により製造されるスカート部の開
口端に短い円筒状のリブを付加して補強する薄型バルブ
リフタが提案され、特願平１１−２２８８７２号明細書
にはスカート部の開口端が内側に曲がったテーパ状リブ
を備えたバルブリフタが提案されている。

【０００７】しかしながら、スカート部の内周面に形成
された環状リブは円周方向の強度を向上させるのに効果
的であるが、軸方向の強度向上には十分ではなく、また
軸方向に垂直な複数のリブは互いに分離した状態である
ため、強度は軸方向に一様でなく、まだ実用に供するレ
ベルに至っていないというのが実状である。バルブリフ
タに加わる変動荷重は、スカート部の曲げや捻り又はガ
イド孔内面を往復運動するときの摩擦力として作用する
ので、円周方向の剛性や強度の大きいことも重要である
が、軸方向の剛性や強度の大きいことも同時に大切な要
求特性である。

【０００８】従って、本発明の目的は、スカート部の薄
肉化により軽量化を図り、且つ円周方向の剛性や強度だ
けでなくスカート部全体の強度を一様に向上させ、よっ
て変形量の小さいスカート部を備えた内燃機関用バルブ
リフタ、及びその製造方法とそのための金型を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、スカート部全
体の強度をより一様に高めることを目的として、スカー
ト部内周面に格子状リブを設けたことを特徴とする。も
ちろん、前述の先行技術として開示されているスカート
部開口端の環状リブを加えてもよい。一般に、環状リブ
を形成するためには切削加工又は研削加工などの複雑な
加工を必要とし、製造コストを引き上げるという欠点が
ある。また、スカート部の開口端にリブを後付けする方
法でも、コスト上昇及びリブ取り付け時の変形等の問題
が生じる。本発明者らは、鋭意研究の結果、リブ形状を
転写可能な形状に仕上げた金型を用いた鍛造加工によっ
て、スカート部内周面に格子状リブを設けることができ
るということに想到した。

【００１０】すなわち、本発明は、内燃機関用バルブリ
フタにおいて、スカート部内周面に格子状のリブを設け
たことを特徴とする。格子状リブはバルブリフタの軸方
向に平行及び垂直なリブから構成されても、又、軸方向
に所定の角度を持ったリブから構成されてもよい。もち
ろん、これとスカート部開口端の環状リブと組み合わせ
てもよい。ここで、スカート部開口端の環状リブの代わ
りに、格子状リブにおいてスカート部開口端の該リブの
幅寸法が冠部付近の該リブの幅寸法よりも大きな形状の
格子状リブとすることもできる。スカート部開口端のリ
ブ幅寸法を大きくしていった究極の形状は、いわゆる連
続した環状リブとなる。リブ幅寸法をスカート部開口端
に向かって大きくする代わりに、リブの高さ寸法を大き
くしていっても同様の効果が得られるが、バルブリフタ
の仕様上及び製法上限界がある。リブの断面形状は、矩
形又は半円形若しくは半楕円形とすることができるが、
応力集中を緩和し亀裂の発生や破壊を防止する観点で
は、半円形又は半楕円形が好ましい。

【００１１】また、本発明は、スカート部内周面に、格
子状リブを鍛造加工によって形成することを特徴とする
内燃機関用バルブリフタの製造方法とそのための金型を
提供することを目的とする。すなわち、焼鈍し、潤滑処
理を加えた材料を、所定寸法に仕上げ、プレス機に組み
付けられた下型内に挿入し、リブ形状を転写可能な形状
に仕上げ分割構成された上パンチにより鍛造成形を行っ
て、スカート部内周面に所定のリブを形成する。その
後、冠部（冠面）、スカート外周部、スカート端部、及
びバルブステム当接部（ボス部）について、切削加工、
研磨加工等を施すことにより最終製品寸法を持つバルブ
リフタを提供することができる。もちろん必要に応じて
熱処理や表面処理を施すことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のバルブリフタ１５を図１
の（ａ）〜（ｇ）に示す。バルブリフタ１５は冠部１と
スカート部３とからなり、スカート部３の内周面に格子
状のリブ２３、２４を形成する。図１の（ａ）及び
（ｂ）の例は格子軸がバルブリフタ軸と垂直／平行で、
（ａ）の例はスカート部開口端４において環状リブ２５
を備え持ったバルブリフタである。（ｃ）の例は格子状
のリブ２４の軸線がバルブリフタ軸に対して４５°傾い
た例で、（ｄ）及び（ｅ）の例は格子状リブ２３の軸方
向リブにおいて、リブ幅をスカート部開口端４において
大きくした（ｌ＜ｍ）例を示している。図１の（ｆ）
は、リブ２３の高さ（ｔ_n−ｔ）をスカート部開口端４
において大きくした（ｔ₁−ｔ＜ｔ₂−ｔ、ここでｔはス
カート厚さ）例である。図示していないが、もちろん、
リブ幅とリブ高さの両方をスカート部開口端において大
きくしてもよい。図１の（ｇ）は、リブの横断面形状の
１例を示す。

【００１３】例えば、外形（Ｄ１）が３２φでスカート
部３の長さと肉厚が、それぞれ、２２mm、１．２５mmの
バルブリフタ１５において、スカート部３の肉厚を１mm
まで薄肉化し、スカート部開口端のリブに加え、環状リ
ブを２本、軸方向リブを１２本の格子状リブを設けた場
合、重量が同じ条件でＲ１、Ｒ２、Ｗ１、Ｄ２、Ｄ３の
関係について述べる。この場合のリブ幅Ｒ１とリブ高さ
｛（Ｄ２−Ｄ３）／２｝との関係を表１と図２に示す。
ここで、Ｒ１はリブ幅、Ｒ２はスカート部開口端のリブ
幅、Ｗ１はスカート部内周のリブのない凹部の幅、Ｄ２
はスカート部内周面の内径、Ｄ３はスカート部リブ面の
内径を示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】上記の計算結果から理解できるように、リ
ブ幅Ｒ１とリブのない内周凹部の幅Ｗ１とを３．５mmに
設定した場合、リブ高さは０．３３mmとなり、リブ部全
体の高さ、すなわち（リブ高さ＋スカート肉厚）は１．
３３mmとなる。リブのない場合は肉厚１．２５mmである
ので、本発明による格子状リブの形成による剛性と強度
の向上は明らかである。しかし、リブ高さがこれよりも
少ない場合は効果が少なくなるので、リブのない内周凹
部の幅Ｗ１は、リブ幅Ｒ１よりも大きくすることとす
る。同じ軽量化効果を得る場合、リブ幅Ｒ１を小さくす
ればそれだけリブ高さを大きくすることができるが、Ｒ
１を極端に小さくすることは製造上制約も多く実質的に
実施困難となるため、リブ幅Ｒ１は約１mm以上とする。

【００１６】本発明では、格子状のリブを設けることに
よってスカート部の円筒面全体における剛性と強度を一
様に向上させており、又、該格子状リブに組み合わせて
スカート部開口端において環状リブ若しくはリブの断面
積をスカート部開口端に近づくほど大きくすることによ
ってスカート部開口端を強化しているので、本発明によ
るバルブリフタは、スカート部の薄肉化による重量の軽
減が可能となる。

【００１７】また、本発明は、前記の内燃機関用バルブ
リフタのスカート部内周面に形成するリブ形状を製造す
るのに好適な方法である。すなわち、リブ形状の成形
は、焼鈍し、潤滑処理を加えた材料をプレス機に組み付
けられた下型内に挿入し、センターパンチ及びリブ形状
を転写可能な形状に仕上げた割パンチに分割構成された
上パンチにより鍛造することによって行うことを特徴と
している。軸方向リブは分割構成された割パンチの合わ
せ目を利用することもできる。

【００１８】このリブ形状成形工程は、一般に冷間鍛造
では「しごき」と呼ばれているが、１例を図３の（ａ）
〜（ｄ）に模式的に示す。図３の（ａ）の第１過程で
は、材料３４を下型３１に投入し、センターパンチ３２
と割パンチ３３で材料３４の底部を押す。

【００１９】下型３１は、その内周面に段部を有する円
筒状のもので、皿状の材料３４がこの段部に係止される
ように下型３１内に挿入される。円筒体を多分割した割
パンチ３３はその外周面にリブ２３，２４（図１参照）
に対応する転写可能な格子溝を有する。第２過程（ｂ）
では、上パンチ３２，３３（センターパンチと割パン
チ）の移動に伴いスカート部３の外形が収縮し流動した
余肉でリブが形成される。即ち、材料３４が下型３１の
段部を通過してその下方の内径の小さい部分に押し込ま
れてくると、スカート部相当部が収縮し、割パンチ３３
の溝内に材料３４の一部が塑性変形しながら入り込み、
格子状リブを作る。第３過程（ｃ）では、上パンチ３
２，３３が下死点に達し、バルブリフタの鍛造成形が終
了する。第４過程（ｄ）では、始めにセンターパンチ３
２が後退し、割パンチ３３外径がリブ高さに対応するバ
ルブリフタ内径より内側に収縮して、内周面から分離す
る。パンチを引き抜いた後、バルブリフタ１５を下型か
ら取り出し成形が完了する。

【００２０】本発明では、焼鈍し、潤滑処理を加えた材
料をプレス機に組み付けられた下型内に挿入し、センタ
ーパンチ及びリブ形状を転写可能な形状に仕上げた割パ
ンチに分割構成された上パンチにより鍛造することによ
って、スカート部内周面にリブ形状を形成することがで
きるので、該リブによってスカート部の剛性及び強度を
低下させることなく、スカート部の薄肉化による重量の
軽減した内燃機関用バルブリフタの製造方法の提供が可
能となる。

【００２１】

【実施例】以下の具体的実施例により本発明をさらに詳
しく説明する。（実施例１及び比較例１）約２０φのクロムモリブデン
鋼（ＳＣＭ４１５Ｈ材）棒材から、４５ｇに切断した素
材を軸線方向に圧縮し、リブ成形前の外径寸法を約３５
mmまで拡大する。８５０℃、３時間の焼鈍後、化学的潤
滑処理を加え、後方押出、しごき処理を行い、外径３２
mm、スカート部長さ２２mm、スカート部肉厚を０．７５
mmとし、リブ幅２mm、リブ高さ０．８mmの矩形断面形状
を持つ、環状リブ２本、軸方向リブ１２本の格子状リブ
を有するバルブリフタを冷間鍛造によって成形した。ま
た、スカート部開口端環状リブについては、リブ幅３．
５mm、リブ高さ０．８mmとした。成形品に外径研磨、冠
面及びスカート端部に切削加工を加え、焼き入れ・焼き
戻し、その他表面処理を施し、仕上研磨の後、最終製品
を得た。比較のために、スカート部肉厚を１．２５mmと
したリブのないバルブリフタも作製した。

【００２２】得られたバルブリフタ１５についてスカー
ト部３の剛性を調べるため、図４に示すように、スカー
ト部開口端４から３mmの位置に、オートグラフ４３を利
用したスラスト荷重１０kgを加え、スカート部３の変位
量を、梃子式ダイヤルゲージ４４を用いて測定した。測
定中、バルブリフタ１５は、ジグ４１にその冠部を固定
させている。スカート部開口端からの距離（mm）と変位
量（μm）の関係を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２から、スカート部肉厚を大幅に薄くし
て軽量化したバルブリフタにも拘わらず、格子状リブ形
状を持つバルブリフタはスカート部の剛性が高く変形量
も小さいことが分かる。

【００２５】実施例１のバルブリフタを動弁系単体試験
機に装着して耐久試験を行ったが、高速運転中にもスカ
ート部の変形は認められなかった。

【００２６】（実施例２〜７）実施例１と同様な方法
で、実施例１と同じ外径、スカート部長さ、スカート部
肉厚を持つ、図１の（ａ）〜（ｆ）に示す矩形断面リブ
形状のバルブリフタを製作した。ここで、図１の（ａ）
〜（ｃ）におけるリブ幅は２．５mm、リブ高さを０．８
mmとし、図１の（ｄ）におけるリブ幅は、冠部からスカ
ート部中央まで２．５mm、スカート部開口端で、３．５
mm、リブ高さを０．８mmとし、図１の（ｅ）において
は、リブ幅を冠部で１．５mm、開口端で３．５mm、リブ
高さを０．８mmとした。図１の（ｆ）においては、リブ
幅２mmで、リブ高さを冠部で０．８mm、スカート部開口
端で２．５mmとした。実施例１と同様なスカート部の剛
性を試験する変位試験を行った。結果を表３に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】いずれも、スカート部肉厚を大幅に薄くし
て軽量化したバルブリフタにも拘わらず、図１の（ａ）
〜（ｆ）に示すリブ形状を持つバルブリフタはスカート
部の剛性が高く変形量も小さいことが分かる。

【００２９】実施例２〜７のバルブリフタを動弁系単体
試験機に装着して耐久試験を行ったが、高速運転中にも
スカート部の変形は認められなかった。

【００３０】本発明によるバルブリフタの作用効果を列
挙すれば次の通りである。（１）バルブリフタの十分な剛性を維持できる。（２）作動時の変形の発生を防止できる。（３）スカート部の薄肉化による軽量化が可能となる。（４）動弁系の慣性質量を低減でき、エンジン性能の向
上、燃費向上、許容回転数の引き上げ及び低騒音化が可
能となる。（５）スカート部開放端の剛性が大きいため、加工時の
変形を抑制でき、高精度加工が可能となる。

【００３１】本発明では、スカート部の剛性保持及び薄
肉化による軽量化により、エンジン性能や燃費の向上に
寄与する内燃機関用バルブリフタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例のバルブリフ
タの断面図である。（ｇ）は本発明の実施例のリブの断
面形状の１例を示す部分断面図である。

【図２】リブ幅とリブ高さとの関係を示すグラフ図であ
る。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明のバルブリフタのリブ
成形工程を示す模式図である。

【図４】バルブリフタのスカート部の剛性を試験する変
位試験の模式図である。

【図５】バルブリフタの使用例を示す断面図である。

【図６】従来のバルブリフタの１例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１冠部（冠面）２当接部（ボス部）３スカート部４スカート部開口端５開口部１１シリンダヘッド１２カム１３カムシャフト１４ガイド孔１５バルブリフタ２３，２４格子状リブ２５環状リブ３１下型３２センターパンチ３３割パンチ４１固定ジグ４３オートグラフ４４梃子式ダイヤルゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者手島巌埼玉県熊谷市末広町４丁目14番１号株式会社リケン内 (72)発明者青山進埼玉県熊谷市末広町４丁目14番１号株式会社リケン内Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA19 BB04 CA03 CA07 CA35 CA39 EA02 FA04 GA01 4E087 CB03 EC19 EC37 EC52 HA69

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冠部とスカート部からなる内燃機関用バ
ルブリフタにおいて、スカート部の内周面に格子状のリ
ブを有するバルブリフタ。
【請求項２】スカート部開口端のリブ横断面積が冠部
付近のリブ横断面積より大である請求項１に記載のバル
ブリフタ。
【請求項３】冠部とスカート部からなる内燃機関用バ
ルブリフタにおいて、スカート部の内周面に格子状のリ
ブに加えてスカート部開口端に環状リブを有するバルブ
リフタ。
【請求項４】リブ横断面形状がほぼ半円形又は半楕円
形の請求項１乃至３のいずれかに記載のバルブリフタ。
【請求項５】バルブリフタのスカート部の内周面に格
子状のリブを形成するために、リブ形状を転写可能な形
状に仕上げた金型を用いた鍛造加工による内燃機関用バ
ルブリフタの製造方法。
【請求項６】リブの成形において、センターパンチと
割パンチに分割構成された金型を用いた鍛造加工による
請求項５に記載のバルブリフタの製造方法。
【請求項７】軸方向リブの成形において、分割構成さ
れた割パンチの合わせ目を利用した請求項６に記載のバ
ルブリフタの製造方法。
【請求項８】内燃機関用バルブリフタのスカート部の
内周面に格子状リブ形状を転写可能とさせるバルブリフ
タ製造用金型。
【請求項９】金型がセンターパンチと割パンチとに分
割構成されている上型を有する請求項８に記載の金型。