JP2007309354A - スプリング・リテーナ及びスプリング・システム - Google Patents

Abstract

【課題】コイルばねのセット高さ及び質量をより低減させることを可能とする。
【解決手段】バルブのステム端部１１に取り付けられるリテーナ本体３と、リテーナ本体３に内周部１９が支持されバルブ・スプリング１５の端部１７を弾性的に支持する周回状の板状ばね部５とを備え、板状ばね部５のばね定数Ｋ１をバルブ・スプリング１５のばね定数Ｋ２よりも高めたため、バルブ・スプリング１５の密着後に板状ばね部５が撓み、２段荷重特性を得ることができ、バルブ・スプリング１５自体のセット時の高さ及び密着高さの抑制、質量のさらなる軽減等を図ることができ、スプリング・リテーナ１の高さ及び質量のさらなる軽減等を図ることができ、スプリング・リテーナ１及びバルブ・スプリング１５を組み合わせたスプリング・システムとして、小型、軽量化を図ることができることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブ・スプリング等のコイルばねの支持に供されるスプリング・リテーナ及びコイル・スプリングを組み合わせたスプリング・システムに関する。

従来、バルブ・スプリングの支持に用いられるスプリング・リテーナにおいて、バルブ・スプリングを２重のスプリングで支持した構成が、特許文献１に示されている。

この技術は、内燃機関用バルブ・ローテータに関するものであり、ローテータ本体側に皿ばねと周方向のガーター・スプリングであるコイルばねとを備えている。バルブ・スプリングは、ローテータ本体の凹溝内に収容され、皿ばねの上面に当接している。皿ばねの下面に、バルブ・スプリングが当接支持されている。

皿ばねが上向きに撓むとバルブ・スプリングが押圧されて周方向へ倒れ、この倒れに連動してローテータ本体がバルブ軸回りに回転し、バルブが強制回転される。

しかし、かかる構造では、皿ばね及びバルブ・スプリングのばね定数を、バルブ・スプリングよりも小さくしなければならず、結果として全体のばね定数が低下し、バルブ・スプリングのセット高さ及び質量の低減に限界があった。

特開平８−１０５３０８号公報

解決しようとする問題点は、コイルばねのセット高さ及び質量の低減に限界があった点である。

本発明は、コイルばねのセット高さ及び質量をより低減させるために、リテーナ本体に内周部が支持されコイルばねの端部を弾性的に支持する板状ばね部を備え、前記板状ばね部のばね定数をコイルばねのばね定数よりも高めたことを最も主要な特徴とする。

本発明のスプリング・リテーナは、リテーナ本体に内周部が支持されコイルばねの端部を弾性的に支持する板状ばね部を備え、前記板状ばね部のばね定数をコイルばねのばね定数よりも高めたため、コイルばねの密着後に板状ばね部が撓み、この板状ばね部の撓みが付加されることに起因してセット時の高さ及び密着高さの抑制、質量のさらなる低減を図ることができる。

コイルばねのセット高さ及び質量をより低減させるという目的を、コイルばねよりもばね定数の大きな板状ばね部により実現した。

［スプリング・リテーナ及びスプリング・システム］
図１は、本発明実施例１に係るスプリング・リテーナを用いたバルブ・スプリングのセット状態であるスプリング・システムを示す要部断面図、図２は、同平面図である。

図１、図２のように、スプリング・リテーナ１は、リテーナ本体３と周回状の板状ばね部５とを備えている。

リテーナ本体３は、チタン合金やアルミ合金などにより形成されている。リテーナ本体３の内周には、テーパ孔６が形成され、同外周には、取付部７及び鍔部９が段付き状に形成されている。このリテーナ本体３は、バルブのステム端部１１にコッタ１３を介して取り付けられている。

板状ばね部５は、皿ばねで形成され、コイルばねで構成したバルブ・スプリング１５の端部１７を弾性的に支持させるものである。この板状ばね部５は、内周部１９に対し外周部２１がバルブ・スプリング１５側へ傾斜した形状となっている。板状ばね部５の内周部１９は、リテーナ本体３の取付部７に圧入等により固定され、外周部２１は、鍔部９よりも外周側へ突出しバルブ・ステム軸方向へ反転可能に支持されている。

この板状ばね部５のばね荷重は、ばね定数の設定によりバルブ・スプリング１５のばね荷重よりも高められている。板状ばね部５のばね定数Ｋ１は、バルブ・スプリング１５のばね定数Ｋ２よりも高く、Ｋ１＞Ｋ２に設定されている。

従って、本実施例では、バルブ・スプリング１５が撓みきって密着状態となるまでは板状ばね部５が荷重に応じて僅かに撓む状態でバルブ・スプリング１５が支持される。バルブ・スプリング１５が撓みきって密着状態になると板状ばね部５がさらに撓み始め、２段荷重特性を得ることができる。この板状ばね部５を用いた２段荷重特性により、密巻部を有さなくともサージングを効果的に抑制することができる。

板状ばね部５は、バルブ・スプリング１５からの荷重により前記のように反転することができ、その撓み範囲を広く取ることができる。
［比較例］
図３は、比較例のスプリング・リテーナを用いたバルブ・スプリングのセット状態であるスプリング・システムを示す要部断面図である。図１と対応する構成部分には、同符号にＡを付して説明する。このスプリング・リテーナ１Ａは、チタン合金やアルミ合金などにより形成され、鍔部９Ａにバルブ・スプリング１５Ａの端部１７Ａを直接支持している。バルブ・スプリング１５Ａは、例えば密巻部を有して２段荷重特性としている。

この図３の比較例では、バルブ・スプリング１５Ａの荷重が鍔部９Ａの外周縁に入力されるのに対し、図１の本発明実施例では、バルブ・スプリング１５の荷重を板状ばね部５を介して鍔部９の根本部に直接入力させることができるから、鍔部９，９Ａの曲げモーメント負荷作用点が異なる。このため、本実施例図１のリテーナ本体３の高さＨ１を、図３の比較例のスプリング・リテーナ１Ａの高さＨ２と比較して低くすることができ、リテーナの軽量化と高さ低減を実現することができた。
［荷重撓み特性］
図４は、板状ばね部の荷重撓み特性を示すグラフである。図４の横軸は変位ｍｍ、縦軸は荷重Ｎを表している。

この板状ばね部５の寸法は、一例として外径２３ｍｍ、内径１７ｍｍ、板厚０．６ｍｍとした。前記板状ばね部５にバルブ・セット時の荷重（セット荷重）１８０Ｎが働くと図４のように、撓みは０．１４ｍｍ、弁開時の荷重（弁開荷重）４４５Ｎが働いても撓みは０．４５ｍｍと僅かである。

この板状ばね部５を用いてバルブ・スプリング１５を図１のようにセットすると、密巻部を設けず、バルブ・スプリング１５が等ピッチであっても２段荷重特性が得られる。

図５は、バルブ・スプリングのセット状態での荷重撓み特性を示すグラフである。本発明実施例のスプリング・リテーナ１及びバルブ・スプリング１５を用いたスプリング・システム（図５において実線）と従来の密巻部を備えたバルブ・スプリングを用いて図３のようにセットした比較例（図５において破線）との特性を示した。

図５のように、本発明実施例では、板状ばね部５の撓みがあるためセット荷重１８０Ｎ、弁開荷重４４５Ｎが働いたとき、比較例に対してバルブ・スプリングの撓みを小さくすることができた。また、バルブ・スプリング１５が密着状態になると板状ばね部５が小さな撓みで大きな荷重を発生し、２段荷重特性となる。

［セット高さ等］
図６は、バルブ・スプリングセット時の高さ等を通常ばねと実施例リテーナとのセットばねとについて比較した図表である。（１）（２）は、通常ばねについてのものであり、（３）〜（５）は、本実施例のリテーナを組み合わせたセットばねについてのものである。（１）は、線径３．２ｍｍ、コイル内径１７．０ｍｍ、ダンパー巻数１．７０の密巻部を備えたバルブ・スプリングを用いたときの仕様である。（２）は、線径３．２ｍｍ、コイル内径１７．０ｍｍ、ダンパー巻数０の等ピッチのバルブ・スプリングを用いたときの仕様である。（３）は、線径３．２ｍｍ、コイル内径１７．０ｍｍ、ダンパー巻数０の本発明実施例の仕様である。（４）は、線径３．１ｍｍ、コイル内径１７．０ｍｍ、ダンパー巻数０の本発明実施例の仕様である。（５）は、線径３．２ｍｍ、コイル内径１７．０ｍｍ、ダンパー巻数１．７０の密巻部を備えたバルブ・スプリングを用いたときの仕様である。

図６から明らかなように、本実施例の（３）（４）は、セット荷重１８０Ｎ及び弁開荷重４４５Ｎでのバルブ・スプリング１５の高さが、通常ばねの等ピッチのバルブ・スプリング（２）に比較して低く、高さを低減することができた。また、同様の比較において密着高さも低くすることができた。 本実施例の（５）は、セット荷重１８０Ｎ及び弁開荷重４４５Ｎでのバルブ・スプリングの高さが、 通常ばねの密巻部を備えたバルブ・スプリング（１）に比較して低く、高さを低減することができた。また、同様の比較において密着高さも低くすることができた。

［動的応力］
図７は、動的応力の比較を示す図表である。図７中、（１）（３）（４）（５）は、図６の（１）（３）（４）（５）に対応している。

図７のように、エンジン回転数６０００ｒｐｍの高回転時に、最大応力時の応力振幅が小さく、動的応力を改善することができる。このため、（３）（４）（５）のように高応力設計が可能となり、軽量でコンパクトに形成することができる。

［質量］
図８は、質量の比較を示す図表である。図７中、（１）（３）（４）（５）は、図６の（１）（３）（４）（５）に対応している。

図８のように、本実施例のスプリング・リテーナ１を用いたバルブ・スプリング１５のセット状態では、板状ばね部５の質量分増大するが、板状ばね部５のばね荷重を付加できることでバルブ・スプリング１５の高さを低くして質量を低減できる。

また、図３との比較のように、スプリング・リテーナ１の高さＨ１をスプリング・リテーナ１Ａの高さＨ２よりも低くすることでスプリング・リテーナ１の質量も低減できる。

全体としては、密巻部を備えた（１）に比較し、本実施例（３）（４）（５）は、軽量化を図ることができた。

［実施例１の効果］
本発明の実施例１では、バルブのステム端部１１に取り付けられるリテーナ本体３と、前記リテーナ本体３に内周部１９が支持されバルブ・スプリング１５の端部１７を弾性的に支持する周回状の板状ばね部５とを備え、前記板状ばね部５のばね定数Ｋ１をバルブ・スプリング１５のばね定数Ｋ２よりも高めたため、バルブ・スプリング１５の密着後に板状ばね部５が撓み、２段荷重特性を得ることができる。

このため、バルブ・スプリング１５そのもののセット時の高さ及び密着高さの抑制、質量のさらなる軽減等を図ることができる。また、スプリング・リテーナ１の高さ及び質量のさらなる軽減等を図ることができる。結果として、スプリング・リテーナ１及びバルブ・スプリング１５を組み合わせたスプリング・システムとして、小型、軽量化を図ることができる。

板状ばね部５は、反転可能に支持されたため、板状ばね部５の撓みストロークを増大することができ、バルブ・スプリング１５及びスプリング・システム全体の高さをより低減し、質量の低減を図ることができる。

また、図３のようなスプリング・リテーナ１Ａを用い密巻部を備えたバルブ・スプリングを支持させる場合、２段荷重特性を得ることでサージングを効果的に抑制するが、弁開時でのばね定数向上に限度があり、サージング抑制に限界があった。

これに対し、バルブ・スプリング１５の密着後に板状ばね部５が撓み、２段荷重特性を得ることで、バルブ・スプリング１５密着後のばね荷重をより高め、サージングをより効果的に抑制することができる。

バルブ・スプリング１５が密巻部を備えた場合は、密巻部密着によるダンピング効果と全体密着後のダンピング効果の両方を得ることができ、動的応力低減効果がより大きなものとなる。

図９，図１０は、本発明の実施例２に係り、図９は、スプリング・リテーナの断面図、図１０は、同平面図である。

この実施例に係るスプリング・リテーナ１Ｂは、板状ばね部５Ｂを複数枚重ねて支持したものである。

本実施例では、板状ばね部５Ｂの枚数選択によりばね荷重を設定することができる。

図１１，図１２は、本発明の実施例３に係り、図１１は、スプリング・リテーナの断面図、図１２は、同平面図である。

この実施例に係るスプリング・リテーナ１Ｃは、板状ばね部５Ｃが、内外周部１９，２１間に段付き部２５を有する断面形状となっている。

本実施例では、段付き部２５の設定によりリテーナ本体３の位置をさらに低くすることができる。

図１３，図１４は、本発明の実施例４に係り、図１３は、スプリング・リテーナの断面図、図１４は、同平面図である。

この実施例に係るスプリング・リテーナ１Ｄは、板状ばね部５Ｄが、周方向一定間隔に配列された支持舌部２３を備えたものである。

本実施例では、支持舌部２３の数の設定によりばね荷重を設定することができる。

図１５，図１６は、本発明の実施例５に係り、図１５は、スプリング・リテーナの側面図、図１６は、同平面図である。

この実施例に係るスプリング・リテーナ１Ｅは、板状ばね部５Ｅをウェーブ・スプリングで構成したものである。

本実施例では、板状ばね部５Ｅのウェーブの設定によりばね荷重を設定することができる。
［その他］
本発明に適用できるコイルばねは、バルブ・スプリング以外に、クラッチのダンパ（トーション）・スプリング等も考えられる。クラッチのダンパ（トーション）・スプリングでは、コイルばねの密着後にも継続して負荷される衝撃力（荷重）に対して、より高いばね定数を持つ板状ばね部（皿ばね）が衝撃力を吸収することにより、コイルばねの変形、破壊、及びシート部材（リテーナ）の破壊を防ぐ効果を発揮することができる。

バルブ・スプリングのセット状態であるスプリング・システムを示す要部断面図である（実施例１）。 バルブ・スプリングのセット状態であるスプリング・システムを示す平面図である（実施例１）。 バルブ・スプリングのセット状態であるスプリング・システムを示す要部断面図である（比較例）。 板状ばね部の荷重撓み特性を示すグラフである（実施例１）。 バルブ・スプリングのセット状態での荷重撓み特性を示すグラフである（実施例１）。 バルブ・スプリングセット時の高さ等を比較した図表である（実施例１）。 動的応力の比較を示す図表である（実施例１）。 質量の比較を示す図表である（実施例１）。 スプリング・リテーナの断面図である（実施例２）。 スプリング・リテーナの平面図である（実施例２）。 スプリング・リテーナの断面図である（実施例３）。 スプリング・リテーナの平面図である（実施例３）。 スプリング・リテーナの断面図である（実施例４）。 スプリング・リテーナの平面図である（実施例４）。 スプリング・リテーナの側面図である（実施例５）。 スプリング・リテーナの平面図である（実施例５）。

符号の説明

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ スプリング・リテーナ
３，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ リテーナ本体
５，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ 板状ばね部
１１ ステム端部
１５ バルブ・スプリング（コイルばね）
１９ 内周部
２１ 外周部
２３ 支持舌部
２５ 段付き部

Claims (8)

1. リテーナ本体に内周部が支持されコイルばねの端部を弾性的に支持する板状ばね部を備え、
   前記板状ばね部のばね定数をコイルばねのばね定数よりも高めた、
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
2. 請求項１記載のスプリング・リテーナであって、
   前記板状ばね部は、反転可能に支持された、
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
3. 請求項１又は２記載のスプリング・リテーナであって、
   前記板状ばね部は、複数枚重ねて支持された、
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
   前記板状ばね部は、皿ばねである、
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
5. 請求項１〜３の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
   前記板状ばね部は、内外周部間に段付き部を有する
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
6. 請求項１〜３の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
   前記板状ばね部は、周方向一定間隔に配列された支持舌部を備えた、
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
7. 請求項１〜３の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
   前記板状ばね部は、ウェーブ・スプリングである、
   ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のスプリング・リテーナにコイル・スプリングを組み合わせたスプリング・システム。
   

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