JPH01195905A - 内燃機関動弁系用バルブリテーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車用エンジン等の内燃機関における動弁
系に使用されるバルブリテーナ（バルブスプリングリテ
ーナ）に関するものである。

従来の技術 従来の自動車用エンジンにおける直接駆動方式動弁系の
代表的な一例を第２図に示す。第２因において、シリン
ダヘッド１に形成された排気用もしくは吸気用のボート
２における燃焼室側の開口端にはバルブシート３が設け
られており、このバルブシート３にはバルブ４のフェー
スｆｆ１４ａが当接するようになっている。バルブ４の
軸部、すなわちバルブステム４ｂの先端部付近には二つ
側構造のコツタ５を介してバルブリテーナ（以下単にリ
テーナと記す）６が取付けられており、このリテーナ６
はバルブスプリング７に対するバルブステム側のばね座
となっている。さらにバルブステム４ｂの先端にはバル
ブリフター８が被せられており、このバルブリフター８
の上面のシム９がカム１０に接するようになっている。

このような動弁系において、リテーナ６はバルブスプリ
ング７の弾撥力によりそのテーパー状の内面６ａがコツ
タ５のテーパー状の外面５ａに押し付けられているが、
リテーナ６の内面６ａにはバルブ４の上下運動に伴なっ
てコツタ５を介して繰返し衝撃力が加わるとともに、コ
ツタ５との接触面で衝撃的な摩擦が作用するから、リテ
ーナ６の内面部分には繰返して与えられる衝撃に耐える
だけの強度（耐力）を有すること、およびコツタ５との
摺動に対して充分な耐摩耗性を有すると同時にコツタ５
に対しての相手攻撃性も小さいことなどが要求される。

ところで最近の動弁系においては、軽量化のためにバル
ブリフターやり°テーナなどを従来の鋼に代えてアルミ
ニウム合金で作ることが一般的となっている。しかしな
がら単純にリテーナをアルミイヒしただけでは、次のよ
うな問題が生じる。すなわち、アルミニウム合金は一般
に鋼よりも強度、耐力が低く、特にリテーナをアルミニ
ウム合金とした場合は鋳造によって作るのが通常である
が、アルミニウム合金鋳物ではピンホール等の鋳造欠陥
の存在によって充分な強度、耐力が得られないことが多
いから、リテーナにアルミニウム合金鋳物をそのまま適
用するには問題があった。またリテーナにアルミニウム
合金を用いた場合、鋼製のコッタとの摺動によってコツ
タの接触面が摩耗し易い問題もあり、さらに相手材を傷
付けないようにするための面粗度を確保する上でも問題
があった。

一方、アルミニウム合金製のリテーナについて、バルブ
スプリングと接する側の面、すなわち第２図における符
号６ｂのばね座面を強化する方法としては、既に特開昭
６２−９０９０７号において、そのばね座面に強化層を
形成することが提案されている。具体的な強化層として
は、ばね座面に鋼板を鋳ぐるみ等によって形成したり、
あるいはばね座面にＴＩＧ再溶融処理層を形成したり、
さらにはばね座面に耐摩耗性材料を表面処理（例えばＦ
ｅ−Ｐメツキ）したり溶射したりすることが提案されて
いる。この提案の場合、強化されるのは飽くまでバルブ
スプリングに接するばね座面に過ぎず、したがって前）
恣のようにコックと接する側の面にＪ３ける問題は解決
されない。また上記提案のようなばね座面における強化
層形成手段をコックとの接触面に応用することも考えら
れるが、その場合にも次のような問題があった。

すなわち、鋼板を鋳ぐるみ等によってコックとの接触面
側に配した場合、リテーナにアルミニウム合金を用いた
軽量化のメリットを損なってしまう。またコツタとの接
触面にＴＩＧ再溶融処理を施した場合、強度、耐力の向
上には有効であるが、耐摩耗性はさほど向上しない。さ
らに、耐摩耗性材料をコツタとの接触面に溶射もしくは
メツキしただけでは、耐摩耗性は向上しても、強度、耐
力は向上せず、また溶射はコツタ挿入のための小さい孔
の内面に行なうことが困難である。

発明が解決すべき問題点 前述のように特開昭６２−９０９０７号公報に記載され
ているアルミニウム合金製リテーナにおけるバルブスプ
リングに対するばね座面強化手段を、同じくアルミニウ
ム合金製リテーナのコツタとの接触面に適用しても、強
度、耐力と耐摩耗性を同時に確保し、かつ軽量性を損な
わないようにすることは困難であった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、ア
ルミニウム合金製リテーナにおけるコツタと接する側の
面の強度、耐力と耐摩耗性とを同時に充分に確保し、し
かも軽量性を損なわず、なおかつコツタに対する相手攻
撃性も小さくなるように適切な面粗度が得られるように
したアルミニウム合金製のリテーナを提供することを目
的とする。

問題点を解決するための手段 この発明は、内燃棚間動弁系においてバルブシステムの
端部にコツタを介して取付けられてバルブスプリングの
一端を受けるバルブリテーナにおいて、母材がアルミニ
ウム合金により作られ、かつその母材のコツタに接する
側の面に再溶融９！！Ｌ理層が形成され、その再溶融処
理層の表面にＴｉＮ層が形成されていることを特徴とす
るものである。

なおここで、再溶融処理層とは、ＴＩＧアークやレーザ
、プラズマアーク、電子ビーム等の高密度力０熱エネル
ギ源を用いて母材表面を加熱して表面層を急速再溶融し
、引続いて急速再凝固を行なった層を意味する。

作　　　用 再溶融処理層は、高密度加熱エネルギの印加による急速
再溶融およびそれに引続く急速再凝固によって母材のア
ルミニウム合金の表面層中に含まれていたブローホール
、ピンホール、引は巣等の鋳造欠陥が除去されており、
しかも急速再凝固によって粗織が微細化されたものとな
っている。したがってその再溶融処理層！層は、母材の
アルミニウム合金と比べて、強度、耐力が格段に向上し
ている。またＴｉＮ　（窒化チタン）層はその硬さがＨ
ｖ２０００程度と、母材よりも著しく高強度であって、
耐摩耗性が優れている。

したがってコツタと接する側の面に再溶融処理層が形成
されさらにその上にＴ　ｉ　ＮＭを形成したこの光明の
リテーナにおいては、コツタと接する部分での強度、耐
力に優れていると同時に耐摩耗性に優れている。

ここで、Ｔ　ｉｘ層はスパッタリングやイオンブレーテ
ィング等のＰＶＤ法によって形成することが好ましく、
またその厚みは３〜１０伽程度が適切であるが、このよ
うなＰＶＤ法による薄質なＴｉＮ層をアルミニウム合金
母材に直接形成した場合、すなわち再溶融処理層なして
ＰＶＤ法による薄質なＴｉＮ層を形成した場合には、Ｔ
ｉＮｔｌの表面粗度が大きくなって相手材であるコック
を傷付けるおそれが生じ把が、再溶融処理層を形成した
上にＴｉＮ層を形成しているこの発明のリテーナではこ
のような問題を防止することができる。

すなわち、アルミニウム合金からなる母材、時に鋳物か
らなる母材では前述のように表面層にピンホール等の欠
陥が多く、気孔率が０．５〜０．８％程度に達し、加工
後の最外表面層にも気孔による凹部があられれているか
ら、その表面に直接ＰＶＤ法により薄質なＴｉＮ層を形
成すれば、ＴｉＮ層表面にも内側の母材表面の気孔によ
る凹凸があられれて、ＴｉＮ層表面の表面粗度が大きく
なり、ＴｉＮ層が硬質であることと相俟ってコツタに対
する摺動時の相手攻撃性が強くなる。これに対しこの発
明のリテーナでは、コック側の母材表面に再溶融処理層
が形成されており、その再溶融処理層は既に述べたよう
に気孔等の欠陥が殆ど存在しないから表面粗度を著しく
小さくすることができ、したがってその再溶融処理層上
の薄質なＴｉＮ層をＰＶＤ法により形成した場合も気孔
による影響受けることなくＴｉＮ層の表面粗度を著しく
小さくして、コッタに対する相手攻撃性を小さくするこ
とができる。なおここでコッタに対する相手攻撃性を充
分に小さくするためには、再溶融処理層表面層の下地加
工後の表面粗度（Ｔ　ｉ　Ｎ層形成前の表面粗度）を０
．８ｔｓＲｚ以下としておくことが好ましい。

実施例 ［実施例１］ 第２図に示されるような形状のリテーナ６として、コツ
タ５との接触面６ａの側に、再溶融処理層とＴｉＮ層が
母材側から表面へ向ってその順に形成されたアルミニウ
ム合金製リテーナを次のようにして作成した。

すなわち、ＪＩＳ　　Ａ０２Ｂからなるアルミニウム台
金漬物製の外径３０ｍ１１１Ｎ高さ１０ｍｍの円盤状素
材における中央部の直径１０ｍｔｎの領域に、電流２０
０Ａ１電圧３０ｖ、Ａｒガス流ｆｆ１２５Ｚ／分、処理
時間５秒でＴＩＧトーチにより再溶融処理を施した。

この処理によって再溶融処理部位では引張強さが２５Ｍ
／ｍｄから４０１／−に、耐力が１３寸／−から２０’
ｍ　／　ｒｎｄにそれぞれ向上し、また欠陥（気孔率）
は０．８％からほぼ零になっていることが確認された。

次いで上述のように再溶融処理を施した素材に対しては
械加工を施してリテーナの形状に仕上げた。この時のコ
ツタとの接触面側の表面￥Ｆｉ度（再溶融処理層表面の
粗度）は０．６伽Ｒｚとした。次いでＰＶＤ処理により
　１００℃以下の温度でコツタとの接触面にＴｉＮ層を
５伽の厚さで形成した。このときの表面粗度はＰＶＤ！
ｉ！Ｌ理前の再溶融処理層の表面と同様に０．６ＩＪｌ
ｎＲＺであった。

このようにして得られたリテーナにおけるコツタとの接
触部側の断面組織を模式的に第１図に示す。第１図にお
いて符号１１はアルミニウム合金母材であり、この母材
１１においてはマトリックス中に初晶Ｓ１粒＋１２が分
散品出しており、また鋳造欠陥として気孔１３が存在し
ている。また第１図において符号１４は再溶融処理層で
あり、この再溶融処理層１４は１１織が微細化されてい
る。

さらに符号１５はＰＶＤ法によるＴ　ｉ　Ｎ＠である。

［比較例１１ ＰＶＤ法によるＴｉＮ層を形成しなかった点以外は実施
例１と同様にしてリテーナを作成した。

［比較例２］ ＴＩＧアークによる再溶融処理を行なわなかった点以外
は実施例１と同様にしてリテーナを作成した。

［性能評価試験１］ 実施例１、比較例１．２による各リテーナをそれぞれ２
８００ｃｃガソリンエンジンの動弁系に粗込み、回転数
１０，０００↑ｐＩＩｌによる１００時間の過回転耐久
評価試験を行なった。

その結果、コツタとの摺動部における摩耗によるコツタ
の沈み込み＠（初期位置との差）が、比較例１のリテー
ナを用いた場合は試験終了時に３０顯に達した。また比
較例２のリテーナを用いた場合は、試験開始後５０時間
でリテーナにクラックが生じ、試験の続行を中止せざる
を得なくなった。

これに対しこの発明による実施例１のリテーナでは、試
験終了まで何ら異常が発生せず、またコツタの沈み込み
吊も５頭以下で初期位置とほぼ同様であった。このよう
な結果から、この発明によるリテーナでは、コツタとの
接触部分における耐摩耗性が充分に高いとともに衝撃に
対する耐力も高いことが明らかである。

［実施例２］ 実施例１と同様にリテーナを製造するにあたって、ＴＩ
Ｇアークによる再溶融処理後における機械加工でのコツ
タとの接触部側の表面の仕上加工度を変えることによっ
て、その面の表面粗度を０．６ｍＲｚ、　　０．８ｍＲ
ｚ、　　１．０１４Ｒｚ、　　１．２翔ｆ？ｚの４段階
のレベルに調整した。ＰＶＤ法によりＴｉＮ層を形成し
た後のＴｉＮ層表面の粗度も前記同様に０゜６６ＲＺ１
０．８顯ＲＺ、　　１．０卯ＲＺ、　　１．２伽ＲＺの
４段階のレベルとなった。

［性能評価試験２］ 実施例２による各リテーナについて、性能評価試験１と
同様な試験を行ない、コツタのリテーナに対する接触面
（摺動面）の摩耗深さを調べた。

その結果、コツタとの摺動面の表面粗度がそれぞれ０．
６ｍＲＺ、　　０．８珈Ｒｚの各リテーナを用いた場合
にはコッタの摩耗は全く生じなかった。これに対し表面
粗度がそれぞれ１．０ＩＪａＲｚ、１．２珈Ｒｚの各リ
テーナを用いた場合は、それぞれ１０珈、１５柳のコツ
タの摩耗が生じ、コツタの沈み込みが発生した。このよ
うな試験結果から、コツタとの接触面の表面粗度は０．
８顯ＲＺ以下が適切であることが判る。

なお再溶融処理層を形成することなく、アルミニウム合
金母材の仕上加工面に直接ＰＶＤ法によりＴｉＮ層を形
成した場合、仕上加工面に欠陥がない部分ではＴｉＮ層
の表面粗度が母材仕上加工面の表面粗度と同等であるが
、気孔が露呈している部分ではＴｉＮ層表面に１〜２Ｉ
ＪＩｎＲ２程度の凹凸が生じており、そのためこの場合
には上記の試験結果から明らかなようにコツタを摩耗さ
せることになる。したがって再溶融処理層を形成してお
くことは、ＰＶＤ法によりＴｉＮＷを形成した際のＴｉ
Ｎ層の表面性状を良好にして相手攻撃性を小さくづる上
でも有効であることが明らかである。

発明の効果 この発明のバルブリテーナは、母材をアルミニウム合金
とし、かつコツタと接する側の面に、再溶融処理層とＴ
ｉＮ層とがその順に形成されたものであり、このような
バルブリテーナにおいては、コツタと接する部分に再溶
融処理層によって高い強度、耐力が与えられていると同
時にＴｉＮ層によって優れた耐摩耗性が与えられており
、したがってコツタを介して加えられる衝撃によってク
ランクが発生したりするおそれが少ないと同時にコツタ
との摺動により摩耗するおそれも少なく、さらにはＴｉ
Ｎ層をＰＶＤ法により形成した場合でも表面の粗さを適
切に抑えることがでさるためコックに対する相手攻撃性
も小さくすることができ、したがってアルミニウム合金
製のリテーナを用いた動弁系の信頼性、耐久性を従来よ
りも格段に高めることができる。またこの発明のバルブ
リテーナは、全体としてアルミニウム合金のままとした
ものと比較して重量の増加はほとんどなく、したかって
パルプリテーナにアルミニウム合金を使用することによ
る軽量化のメリットが損なわれることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のバルブリテーナにおけるコツタと接
触する部分の断面構造を模式的に示す断面図、第２図は
一般的な内燃機関動弁系の一例を示す縦断面図である。 ５・・・コツタ、　６・・・リテーナ、　６ａ・・・コ
ツタと接する面、　１１・・・アルミニウム合金母材、
１４・・・再溶融９８理層、　１５・・・ＴｉＮ層。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　器　１）武久 （ほか１名） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関動弁系においてバルブシステムの端部にコッタ
   を介して取付けられてバルブスプリングの一端を受ける
   バルブリテーナにおいて、 母材がアルミニウム合金により作られ、かつその母材の
   コッタに接する側の面に再溶融処理層が形成され、その
   再溶融処理層の表面にＴｉＮ層が形成されていることを
   特徴とする内燃機関動弁系用バルブリテーナ。