JPH01315607A - アルミニウム合金製バルブリフタ - 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〕 本発明は、内燃機関の動弁機構、より詳しくは、エンジ
ンの弁を駆動するための動弁カムと接触しているバルブ
リフタに関する。

（従来の技術） 自動車などのエンジンに用いられるバルブリフタは、鉄
鋼製に代って燃費向上を目的として軽量化が図られてア
ルミニウム合金などの軽合金製が提案されている。軽合
金製リフタにすると、動弁カムに対する耐摩耗性やバル
ブ軸（弁棒）端部との当接に対する耐摩耗性が問題とな
ってくる。

動弁カムおよびバルブ軸に接する耐摩耗性金属部材をア
ルミニウム合金で鋳包みかつ外周部をＦｅ−Ｐメツキし
たバルブリフタが特開昭６２−６３１０５号公報に開示
されている。アルミニウムなどの軽合金でもって硬質材
料の突部をその頂部内面に鋳包んでリフタ本体として、
頂面に取り換可能な鋼製アウターパッド（アジヤスティ
ングシム）が嵌められているバルブリフタが特開昭５８
−１６５５０８号公報に開示されている。また、アルミ
ニウムなどの軽合金の鋳造でバルブリフタを形成し、カ
ムと接する頂面およびバルブ軸（弁棒）の当接する裏面
に硬質材料を溶射することも提案されている（特開昭５
８−２１４６０９号公報参照）。アルミニウム製のバル
ブリフタ本体（タペット本体）でのカム当り面に耐摩耗
性物の溶射充填を剥離、脱落しないように付着すること
も提案されている（特公昭４７−５０８８５号公報参照
）。さらに軽量化のためにチタン合金でバルブリフタ本
体を作り、耐久性のために表面全体に窒化処理を施こす
ことも提案されている（発明協会公開技報８５−１５２
５１号参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように軽合金製バルブリフタ各種が提案されてい
るが、これらの場合には次のような短所がある。特開昭
６２−６３１０５号公報でのバルブリフタは、その耐摩
耗性金属部材がインナシムとアジヤスティングシムとの
一体型であるためにアジヤスティングシムの交換ができ
ずメンテナンス性が良くない。特開昭５８−１６５５０
８号および５Ｂ−２１４６０９号公報および特公昭４７
−５０８８５号公報でバルブリフタでは、シリンダヘッ
ドなどに設けられたガイド孔と摺動するバルブリフタ外
周面の耐摩耗性が不十分である。特開昭５８−１６５５
０８号公報ではアジヤスティングシムを担持する頂面の
耐摩耗性が不十分であり、特開昭５８−２１４６０９号
公報ではバルブ軸と当接するバルブリフタの端枝部裏面
に硬質材料溶射層を精度良く形成することがむずかしく
、また特公昭４７−５０８８５号公報では、頂面の溶射
前にテーパ状食い込み部形成の複雑な加工を必要とし、
この部分に健全な溶射層を形成することはむずかしい。

さらに、バルブリフタ材料にチタン合金を用いることは
コスト高を招く。

本発明の目的は、軽合金にアルミニウム合金を用いつつ
、メンテナス性の向上、耐摩耗性の向上および低コスト
化の図れるバルブリフタを提供することである。

〔課題を解決するための手段］ 上述の目的が、５〜２０％（重量％）のシリコン、強度
向上添加元素および残部がアルミニウムと不可避的不純
物からなりかつ基地中に平均粒径Ｍ　２　ｔｎ＋〜４０
ｎのシリコン粒子を有するアルミニウム合金のバルブリ
フタ本体と、バルブリフタ本体の摺動外周面上に形成さ
れ、炭素含有量が０．１％以上であってかつ硬度がＨｖ
　３００以上であるＦｅ−Ｃ溶射層と；バルブリフタ本
体のバルブ軸端部当接部分に付設された耐摩耗性チップ
と；バルブリフタ本体のカム接触部分に取付けられたア
ジヤスティングシムと；からなるアルミニウム合金製バ
ルブリフタによって達成される。

〔作　用〕

バルブリフタ本体のアルミニウム合金はシリコン（Ｓｉ
）を多く含有したＡｌ−３ｉ系であって、良好な冷間鍛
造性を有しており、本発明に係るバルブリフタ本体は冷
間鍛造によって成形される。

また、本発明に係るバルブリフタ本体の頂面でアジヤス
ティングシムとの当たり面はその耐摩耗性がアルミニウ
ム合金自体で十分であり、特別な表面処理あるいは溶射
層形成は不要である。アルミニウム合金のシリコン含有
量は５％以下では、耐摩耗性に寄与するシリコン粒子の
量（面積率）が少な（、耐摩耗性が低く、一方２０％以
上ではシリコン粒子が粗大化し、材料特性および冷間鍛
造性が著しく低くなる。なお、アルミニウム合金はシリ
コンのみでは機械的特性（強度など）が低く、Ｍｇ、Ｃ
ｕ、Ｎｉなどの添加元素を適量含有して機械的特性が改
善されて、特に、ＣｕおよびＭｇによる析出硬化によっ
て高強度が得られる。シリコン含有量が高いのでシリコ
ンは初晶シリコン又は共晶シリコンとして基地中に存在
し、これらシリコン結晶は硬いので耐摩耗性を高め、シ
リコン粒子の平均粒径が２ｎ以下であると耐摩耗性は不
十分であり、一方、４０Ｊ１ｍ以上であると伸び、疲れ
強さ等の材料特性が低下する。

バルブリフタはアルミシリンダに設けられたガイド孔内
で往復運動する（バルブリフタの外周面がガイド孔に沿
ってアルミシリンダに対して摺動する）ので、アルミニ
ウム合金同志の凝着摩耗が問題となる。そこでバルブリ
フタの外周面上にＦｅ　−Ｃ系の溶射層と形成して凝着
摩耗を防止することができる。このＦｅ　−Ｃ系溶射層
は炭素量が０．１％以下であると溶射層の耐摩耗性が低
くなりかつその硬度がＨｖ　３００以下であると耐摩耗
性が低くなる。

パルプ軸端部がバルブリフタに当接するときにはその当
接部分は衝撃的な荷重を受け、摩耗も多いので、炭素鋼
、ステンレス鋼などの硬質金属あるいはセラミックの硬
質材料でできた耐摩耗性チップがバルブリフタ本体の頂
部内側に付設しである。

また、カムシャフトのカムが接触する部分は大きな荷重
をカム摺動面から受けるので、炭素鋼、ステンレス鋼な
どの硬質金属でできたアジヤスティングシムがバルブリ
フタ本体の頂部上面に取付けられている。このアジヤス
ティングシムはパルプクリアランス調節が必要になった
ときに取り換えられる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係るアルミニウム合金製バルブリフタ
の断面図である。第１図に示したように、バルブリフタ
は冷間鍛造で成形されたＡ　ｌ　−Ｓ　ｉ系のバルブリ
フタ本体ｌと、その外周面に形成されたＦｅ−Ｃ溶射層
２と、バルブリフタ本体ｌの頂部３の内側に付設されて
パルプ軸端部（図示せず）が当接することになる耐摩耗
性チップ４と、頂部３の上側に取付けられてカム（図示
せず）と接触することになるアジヤスティングシム５と
からなる。リフタ本体１にはアジヤスティングシム５を
取り巻く環状肩部６が形成されている。

本発明に係るアルミニウム合金製バルブリフタは、例え
ば、次のようにして製作される。

まず、Ａ１−３ｉ系アルミニウム合金（Ｓｉ１１．６％
、Ｃｕ４．１％、Ｍｇ０．８％、残部が／ｌと不可避的
不純物）から冷間鍛造によってバルブリフタ本体ｌを成
形し、所定寸法に機械加工し、熱処理を施こず。炭素鋼
製の耐摩耗性チップ４をバルブリフタ本体の頂部３の内
側に収納し、周囲のアルミ合金部材をかしめることによ
って固定する。バルブリフタ本体１の外周面上に溶射に
よってＦｅ　−Ｃ（ＣＯ，’８％、残部Ｆｅ）層２を厚
さ１００〜２００　ｔｒｍ　（ｍｍ）はどで形成する。

その溶射Ｎ２を所定径に研磨によって加工する。そして
、別途に作っておいた炭素鋼製アジヤスティングシム５
を第１図のようにバルブリフタ本体の頂部３の上面に取
付けることによってバルブリフタが製造できる。

例−人 下記のような条件にてシリコン含有量を変えたアルミニ
ウム合金でもってバルブリフタ本体を冷間鍛造で成形し
、熱処理を施こし、所定寸法に機械加工した。バルブリ
フタ本体の外周面にＦａ　−Ｃ溶射層を形成しないで、
耐摩耗性チップを固定し、アジヤスティングシムを取付
けてから、直打式バルブリフタとしてエンジンに組込み
、アルミシリンダヘッドのガイド孔で往復運動させた。

（ア）アルミニウム合金の組成直重四％）Ｓｉ　　：　
０　、３　、５．１２，１８．３７Ｃｕ：４（一定） Ｍｇ：０．８（一定） Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ　　：不純物（一定）Ａ
！：残部 （イ）熱処理条件： ５００”ＣＸ　１時間 ↓ 水焼入れ ↓ １８０’Ｃｘ　６時間 （つ）エンジンの運転条件： 回転数：　６０００ｒｐｍ 運転時間＝１８０時間 実機テスト後にバルブリフタ本体の外周面における摩耗
量を測定し、これら測定結果をシリコン含有量および基
地中のシリコン粒子の粒径との関係でグラフにしたのが
第２図および第３図である。

第２図かられかるように、シリコン含有量が少ないほど
摩耗量が大きくなり、５％以下では一段と大きくなった
。シリコン含有量の上限２０％はシリコン粒子の粗大化
により伸び、疲れ強さが著しく低下することから規定し
た。また、バルブリフタ本体の組織を顕微鏡で調べて、
基本的にはシリコン含有量が多くなるほどシリコン粒子
も大きくなるが、第３図かられかるように、平均粒径２
趨以下では摩耗量が一段と増大し、一方、４０庫以上で
は摩耗量に大きな変化は認められなかった。

さらに、上述したように製作したバルブリフタ本体１の
アジヤスティングシム５を取り巻（環状肩部６（第１図
）に外側へ（横方向）へ静的荷重を万能試験機でかけて
、破断荷重を測定した。破断荷重の測定値とバルブリフ
タ本体のシリコン平均粒径との関係を調べて、第４図を
得た。第４図かられかるように、シリコン平均粒径が大
きくなるほど、破断荷重は小さ（なり、４０庫を越える
と、−層小さくなり、好ましくない、実際には、カムか
らのアジヤスティングシム５への負荷は環状肩部へもか
かり、エンジンの高速運転時に生じる環状肩部６への負
荷が１００ｋｇｆ程度になっても耐えることを考慮して
、２〜ｌＯ声のＳｉ平均粒径が好ましい。さらに、４〜
６趨のＳｉ平均粒径が摩耗量、破断荷重などを総合的に
見て特に、好ましい。

拠−旦 例１ではＦｅ　−Ｃ溶射層を形成しなかったが、下記の
ような条件にて炭素含有量を変えて溶射層を形成するよ
うにして例Ａでのようにバルブリフタを製作し、エンジ
ンに組込んで往復運動による摩耗試験を行なった。

（ア）アルミニウム合金の組成（重量％）・・・一定Ｓ
　ｉ　　：　１１．６％ Ｃｕ：４．１％ Ｍｇ：０．８％ Ａｅ；残部 （イ）Ｆｅ　−Ｃ溶射層 炭素含有Ｍ（重量％）　：　０．０１　、０．０？　、
　０．１１゜１５．０．２，０．３ 厚さ：５０ａ（一定） 実機テキト後に゛バルブリフタ外周面上に形成したＦｅ
−Ｃ溶射層の摩耗量を測定し、これら測定結果を炭素含
有量および溶射層硬度との関係でグラフにしたのが第５
図および第６図である。第５図かられかるように、炭素
含有量が多くなるほど摩耗量は小さくなるが、０．１％
以下では、摩耗量が一段と大きくなった。また、Ｆｅ　
−Ｃ溶射層の硬さをビッカース硬度計で測定して、当然
ではあるが硬度が上がるほど摩耗量は減少するが、第６
図かられかるように、Ｈｖ　３００以下では一段と大き
くなった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷間鍛造で量産性良（シリコン含有ア
ルミニウム合金製バルブリフタが成形できて、その耐摩
耗性もアジヤスティングシムを担持するに十分であって
特別な表面硬化をする必要がない、取り損え可能なアジ
ヤスティングシムの使用はメンテナンスに都合良い。バ
ルブリフタの外周面上に容易に形成できるＦｅ　−Ｃ溶
射層があるので、アルミシリングに装着しても十分な耐
摩耗性が確保できる。また、アルミニウム合金製バルブ
リフタであるので従来の場合と同様に軽量化が図れてバ
ルブリフタの運動エネルギの低減にしたがって慣性質量
低減による衝撃力の低減となる。

このことも動弁系の低騒音化に寄与する（１０００Ｈｚ
以上で一２〜３ｄＢの効果がある）。

【図面の簡単な説明】

ｌ、　１図は本発明に係るアルミニウム合金製バルブリ
フタの断面図であり、 第２図はアルミニウム合金リフタの摩耗量とシリコン含
有量との関係を示すグラフであり、第３図は摩耗量とシ
リコン粒径との関係を示すグラフであり、 第４図はバルブリフタ本体の破断荷重とシリコン含有量
との関係を示すグラフであり、第５図はＦｅ　−Ｃ溶射
層の摩耗量と炭素含有量との関係を示すグラフであり、 第６図は摩耗量と硬さとの関係を示すグラフである。 １・・・バルブリフタ本体、 ２・・・Ｆｅ　−Ｃ？容射層、 ３・・・頂部、　　　　　　４・・・耐摩耗性チップ、
５・・・アジヤスティングシム、 ６・・・環状肩部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、５〜２０％のシリコン、強度向上添加元素および残
   部がアルミニウムと不可避的不純物からなりかつ基地中
   に平均粒径が２μｍ〜４０μｍのシリコン粒子を有する
   アルミニウム合金のバルブリフタ本体と； 前記バルブリフタ本体の摺動外周面上に形成され、炭素
   含有量が０．１％以上であってかつ硬度がＨｖ３００以
   上であるＦｅ−Ｃ溶射層と； 前記バルブリフタ本体のバルブ軸端部当接部分に付設さ
   れた耐摩耗性チップと； 前記バルブリフタ本体のカム接触部分に取付けられたア
   ジャスティングシムと； からなるアルミニウム合金製バルブリフタ。