JP2001295616A

JP2001295616A - 内燃機関用バルブリフタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001295616A
Application number: JP2000113471A
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】スカート部の薄肉化によりバルブリフタの軽
量化を図る。【解決手段】バルブリフタのスカート部（３）の内周
面に互いに離間しかつ軸線方向に延在する複数個のリブ
（２１）を配す。

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４及
び図５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１７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
けでなく軸方向の剛性や強度も向上させ、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、基本的には、
スカート部において円周方向の剛性や強度だけでなく軸
方向の剛性や強度も向上させることを目的とし、内周面
に冠部から軸方向に延びるリブを設けることを特徴とす
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、内周面に冠部から軸方向に延びるリブを設け
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軸方向に離間して延
在する複数個のリブを設けたことを特徴とする。もちろ
ん、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、
軸方向の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軸方
向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
円形又は半楕円形形状が好ましい。

【００１１】また、本発明は、スカート部内周面に、軸
方向リブ及び／又は軸方向に垂直な環状リブを鍛造加工
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）〜（ｆ）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の内周面に軸方
向に複数個の離間したリブ２１を形成する。図１の
（ａ）の例はスカート部開口端４の環状リブ２２と軸方
向のリブ２１の両方を備え持つバルブリフタであり、
（ｂ）〜（ｄ）の例はリブ幅をスカート部開口端４にお
いて大きくした（１＜ｍ）例で、（ｄ）の例においては
開口端４におけるリブが隣接するリブと繋がった場合を
示している。図１の（ｅ）の例は、リブ高さ(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（ｆ）
の例は、横断面積一定の軸方向リブのみの例である。ま
た、図１の（ｇ）の例は、リブ２１の横断面形状の１例
を示す。

【００１３】例えば、外形が３２φでスカート部３の肉
厚が１．２５mmのバルブリフタ１５において、スカート
部３の肉厚を０．７５mmまで薄肉化し、冠部１側のリブ
２１のリブ幅とリブ高さをそれぞれ１．８mm、０．５５
mmとし、スカート部３の開口端４でのリブ幅とリブ高さ
をそれぞれ２．２mm、０．８５mmとした矩形の横断面形
状を持つリブ２１を円周にそってほぼ等間隔に１２本設
ける場合について述べる。このような形状変更により、
変更後のバルブリフタ１５のスカート部３重量は変更前
の重量の約８０％となる。軸方向に延在するリブ２１の
断面２次モーメントは、スカート部３軸方向のほぼ中央
部で推定すると、リブのない従来例に比し２倍強とな
る。同じ軽量化効果を得る場合、リブ幅を小さくすれば
それだけリブ高さを大きくすることができるが、リブ幅
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、リブ幅は約１mm以上とする。

【００１４】本発明では、軸方向のリブを設けることに
よって軸方向における剛性と強度を向上させる。さらに
スカート部開口端において環状リブを設けること若しく
は軸方向リブの横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。

【００１５】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。

【００１６】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２の（ａ）
〜（ｄ）に模式的に示す。図２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。

【００１７】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２１（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、割パンチの溝内に材料
３４の一部が塑性変形しながら入り込み、リブを作る。
第３過程（ｃ）では、上パンチ３２，３３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３２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。

【００１８】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。

【００１９】

【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とした図１のａに示す形状のリブ幅２mm、リブ高さ
０．８mmの矩形断面形状を持つ軸方向リブ２１を１２本
有するを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２２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１．２
５mmとしたリブのないバルブリフタも作製した。

【００２０】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３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）との関係を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１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、図１の（ａ）
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。

【００２３】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。

【００２４】（実施例２〜６）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（ｂ）〜（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（ｂ）
におけるリブ幅は、冠部で１．５mm、開口端で３．５m
m、リブ高さを０．８mmとし、図１の（ｃ）におけるリ
ブ幅は、冠部からスカート部中央まで１．５mm、スカー
ト部開口端で、３．５mm、リブ高さを０．８mmとし、図
１の（ｄ）におけるリブ幅は、図１の（ｃ）がスカート
部開口端で繋がり、リブ幅３．５mmの環状リブを構成し
た形になっている。図１の（ｅ）においては、リブ幅
１．５mm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。図１の（ｆ）においては、リブ
幅３mm、リブ高さを０．８mm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２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】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（ｂ）
〜（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。

【００２７】実施例２〜６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。

【００２８】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。

【００２９】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例である。

【図２】（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３】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４】バルブリフタの使用例を示す断面図である。

【図５】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２１軸方向リブ２２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 BB04 CA06 CA43 CA44 4E087 CA24 HA67

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軸方向に離
間して延在する複数個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軸方向に離
間して延在する複数個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】リブ断面形状が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軸
方向に離間して延在する複数個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
内周面に軸方向に離間して延在する複数個のリブを転写
可能とさせるバルブリフタ製造用金型。
【請求項９】下型がバルブリフタのスカート部の外径
より大な内径の段部を有し、上型がセンターパンチと割
パンチとからなり、割パンチの外周面にリブに対応する
凹部を有する請求項８に記載の金型。