JPH0515886B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の動弁機構に用いられるバル
ブスプリングリテーナに関するものである。

（従来の技術） 一般に、バルブスプリングリテーナはバルブス
テムの上端部に装着されたコツタの外周部に配設
され、同コツタに当接するとともに、バルブスプ
リングによる押圧力を受けるものであるから、コ
ツタの当たり面及びバルブスプリングの当たり面
には高い耐摩耗性が要求される。

従つて、従来のバルブスプリングリテーナは、
低炭素鋼又はクロム鋼を用いて冷間鍜造し、浸炭
焼入れにより耐摩耗性を高めたものが一般的であ
つた。

このバルブスプリングリテーナは耐摩耗性のみ
ならず強度や靭性も優れているため、高い信頼性
を有している。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前記のような鉄鋼材料で形成された
バルブスプリングリテーナは、比重が大きく軽量
化が難しいため、どうしても慣性重量が大きくな
る傾向がある。

特に、最近の内燃機関は高回転域までスムーズ
に回つて高い出力を発生するよう性能向上が図ら
れているが、このような内燃機関に慣性重量の大
きいバルブスプリングリテーナを使用すると、高
回転域においてバルブがカムの回転に追従しきれ
なくなるという問題が生じる。

そこで、従来においても、バルブスプリングリ
テーナ全体をアルミニウム合金で形成するととも
に、その表面にアルマイト処理、メツキ処理、そ
の他の表面処理を施して耐摩耗性を確保しようと
する試みがなされている。しかし、全体の強度や
表面処理層の耐摩耗性がまだ足りないとか、表面
処理が剥離しやすいとか、表面処理よる寸法変化
を修正するために後加工が必要になる等の問題が
残つていたため、実用化は困難であつた。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決するため本発明では、バル
ブスプリングリテーナのバルブスプリングの当り
部であるフランジ部の下面部と、コツタの当り部
である内周面をセラミツク強化材又は金属強化材
により強化した金属複合部材で構成するととも
に、リテーナ本体を軽合金で形成するという技術
的手段をとつた。

（作用） バルブスプリングリテーナの大部分を占めるリ
テーナ本体が比重の小さい軽合金で形成されてい
るため、バルブスプリングリテーナ全体が軽量化
される。

また、バルブスプリングリテーナのフランジ部
の下面部にはバルブスプリング又は環状コイルス
プリングが内周面にはコツタは当接するが、該下
面部と内周面を構成している金属複合部材はセラ
ミツク強化材又は金属強化材により強化され、高
い耐摩耗性を有しているため、同金属複合部材が
摩耗することはほとんどない。

さらに、金属複合部材とリテーナ本体とは強固
に一体化又は接合されるため、両者が剥離する心
配もない。また、バルブスプリングリテーナに寸
法変化をもたらす表面処理を施す必要もない。

（第一実施例） 以下、本発明をOHC動弁機構に用いるバルブ
スプリングリテーナに具体化した第一実施例を第
１〜３図に基づいて説明する。

シリンダヘツド１の上方には、吸排気バルブ開
閉用のカム２が形成されたカムシヤフト３が延び
ている。シリンダヘツド１におけるカム２直下の
部位にはガイド孔４が貫設されており、同ガイド
孔４内には倒立有底円筒状のボデイ８と同ボデイ
８に嵌合されたシム９とから構成された直打式の
バルブリフタ５が摺動可能に挿入されている。

また、シリンダヘツド１には吸気バルブ１０
（又は排気バルブ）が摺動可能に挿入されており、
そのバルブステム１１の上端は前記バルブリフタ
５のボデイ８の下面に当接されている。このバル
ブステム１１の上端部には下側ほど縮径する円錐
筒状に形成されたコツタ１２が装着され、同コツ
タ１２の外側には次のように構成されたバルブス
プリングリテーナ１３が嵌合されている。

すなわち、このバルブスプリングリテーナ１３
は、円錐筒状のスリーブ部１３ａと、同スリーブ
１３ａの上方に位置して直立外周面を有するガイ
ド部１３ｂと、同ガイド部１３ｂの上方に位置す
るフランジ部１３ｃとから構成されている。

また、同バルブスプリングリテーナ１３は、材
質的には、代表的な軽合金であるアルミニウム
合金をセラミツク強化材により強化してなり、コ
ツタ１２の当たり部である内周部を構成する薄肉
円錐筒状の金属複合部材１３ｄと、同じくアル
ミニウム合金をセラミツク強化材により強化して
なり、後述するバルブスプリングの当たり部であ
るフランジ部１３ｃの下面部からガイド部１３ｂ
の直立外周面部にかかる部位を構成する金属複合
部材１３ｅと、セラミツク強化材を含まない同
アルミニウム合金のみにより形成され、金属複合
部材１３ｄの外側及び金属複合部材１３ｅの内側
に一体化されたリテーナ本体１３ｆとから構成さ
れている。

そして、前記金属複合部材１３ｄの内周面はコ
ツタ１２のテーパ状の外周面と当接している。ま
た、金属複合部材１３ｅのうちフランジ部１３ｃ
の下面には後述するバルブスプリングの端部が当
接し、同じくガイド部１３ｂの垂立外周面には同
バルブスプリングの内側部が摺動するようになつ
ている。

本実施例における両金属複合部材１３ｄ，１３
ｅ及びリテーナ本体１３ｆは、前記アルミニウム
合金を溶湯鍜造することにより同時にかつ一体的
に成形されている。

すなわち、両金属複合部材１３ｄ，１３ｅは予
め薄肉円錐状又はフランジ付リング状に予備成形
されたセラミツク強化材の集合体１３ｐ，１３ｑ
の内部へ、溶湯鍜造時の圧力によりアルミニウム
合金が含浸することによつて、複合化されながら
成形されている。これと同時に、リテーナ本体１
３ｆは同溶湯鍜造に係るアルミニウム合金によつ
て金属複合部材１３ｄ，１３ｅと一体化されなが
ら形成されている。

本実施例では、前記セラミツク強化材としてア
ルミナを47.3％、シリカを52.3％の割合で混合し
てなるアルミナ・シリカ系のセラミツク繊維（具
体的には、イソライト工業株式会社の商品名カオ
ウール）が使用されている。また、前記セラミツ
ク強化材の集合体１３ｐ，１３ｑは、同セラミツ
ク繊維に無機質バインダを混合したものを圧縮形
成することにより各々の形状に予備成形されたも
のである。

また前記リテーナ本体１３ｆを構成するアルミ
ニウム合金としてはジユラルミン（JIS，A2024）
が使用されている。

続いて、前記バルブスプリングリテーナ１３の
フランジ部１３ｃとシリンダヘツド１内に設けら
れた支持面１４との間には、バルブスプリング１
５が圧縮状態で装着されている。同バルブスプリ
ング１５は常に吸気バルブ１０を上方へ付勢し、
一方、バルブステム１１の上端は前記バルブリフ
タ５のボデイ８の下面に当接しいる。

次に、前記バルブスプリングリテーナ１３製造
方法を説明する。

まず、前記アルミナ・シリカ系のセラミツク繊
維に無機質バインダを混合したものを図示しない
金型内で圧縮することにより、両セラミツク強化
材の集合体１３ｐ，１３ｑを各々薄肉円錐筒状又
はフランジ付リング状に予備成形する。

次に、第２図に示すように、スリーブ部１３ａ
の金属複合部材１３ｄを強化するための集合体１
３ｐをダイス２１の内底面にセツトするととも
に、ガイド部１３ｂとフランジ部１３ｃの金属複
合部材１３ｅを強化するための集合体１３ｑをダ
イス２１の内側面にセツトする。

続いて、ダイス２１内に前記アルミニウム合金
の溶湯Ｌを注入し、同ダイス２１にポンチ２３を
押し込むことによりアルミニウム合金の溶湯Ｌに
静水圧をかけて、溶湯鍜造を行う。

この溶湯鍜造時の圧力により、両セラミツク強
化材の集合体１３ｐ，１３ｑの内部全体にアルミ
ニウム合金の溶湯Ｌがほぼ均一に含浸するため、
両金属複合部材１３ｄ，１３ｅが複合化されなが
ら成形される。同時に、リテーナ本体１３ｆは同
アルミニウム合金によつて金属複合部材１３ｄ，
１３ｅと一体化されながら成形される。

従つて、両金属複合部材１３ｄ，１３ｅとリテ
ーナ本体１３ｆとの境界は一体的に融合され、強
固に連続した状態となる。

また、溶湯鍜造によりアルミニウム合金自体の
組織が緻密になり、ブローホール等の欠陥も生じ
ないため、リテーナ本体１３ｆの機械的性質も改
善される。

アルミニウム合金が凝固した後、ノツクアウト
ピン２４を作動させて、前記の通り成形されたバ
ルブスプリングリテーナ１３の粗形材をダイス２
１から離型させる。

続いて、この粗形材に必要に応じた熱処理を加
えてアルミニウム合金の時効硬化を施すととも
に、切削加工及び研削加工を施せば、バルブスプ
リングリテーナ１３が完成する。

以上のように構成された第一実施例につき、次
にその作用効果を説明する。

まず、バルブスプリングリテーナ１３の大部を
占めるリテーナ本体１３ｆが比重の小さいアルミ
ニウム合金で形成されているため、バルブスプリ
ングリテーナ１３全体が軽量化される。従つて、
バルブスプリングリテーナ１３の慣性重量を容易
に低減させることができ、内燃機関を高回転域ま
で運転させたときでも、カムの回転に対する吸排
気バルブの追従性を維持させることができる。

なお、本実施例では金属複合部材１３ｄ，１３
ｅも比重の小さいセラミツク強化材で強化されて
いるため、前記軽量化による効果はさらに高い。

また、金属複合部材１３ｅのうちフランジ部１
３ｃの下面部にはバルブスプリング１５の端部が
強い押圧力で当接し、同じく金属複合部材１３ｅ
のうちガイド部１３ｂ直立外周面にはバルブスプ
リング１５の内側面が摺動する。しかし、この金
属複合部材１３ｅはセラミツク強化材で強化さ
れ、高い耐摩性を有しているため、バルブスプリ
ング１５との当接により摩耗することはほとんど
ない。

同様に、バルブスプリングリテーナ１３の内周
部を構成している金属複合部材１３ｄはコツタ１
２の外周面と当接するが、同金属複合部材１３ｄ
が摩耗することもほとんどない。

さらに、金属複合部材１３ｄ，１３ｅとリテー
ナ本体１３ｆとは強固に一体化されるため、これ
らが剥離する心配もない。

また、バルブスプリングリテーナ１３に寸法変
化をもたらすアルマイト処理、メツキ処理等の表
面処理を施す必要がないため、後加工も不要であ
る。

（第二実施例） 本発明の第二実施例は、第４図に示すように、
バルブスプリングリテーナ１３がスリーブ部１３
ａと、フランジ部１３ｃと、同フランジ部１３ｃ
の下面部に設けらた溝部に嵌入された環状コイル
スプリング１３ｇと、同環状コイルスプリング１
３ｇの下部に当接されたワツシヤ１３ｈと、前記
フランジ部１３ｃに係止されるとともにワツシヤ
１３ｈの下部を支持し、下面にバルブスプリング
１５が当接するリテーナ部材１３ｉとから構成さ
れている。

また、材質的にはスリーブ部１３ａの内周部
及び前記環状コイルスプリング１３ｇの当たり部
であるフランジ部１３ｃの下面部の溝部に各々配
設された金属複合部材１３ｊ，１３ｋは、前記セ
ラミツク強化材により強化されたアルミニウム合
金によつて形成され、リテーナ本体１３ｆはセ
ラミツク強化材を含まない同アルミニウム合金の
みにより形成され、環状コイルスプリング１３
ｇ、ワツシヤ１３ｈ及びリテーナ部材１３ｉは低
炭素鋼により形成されている。

従つて、本実施例においてはリテーナ部材１３
ｉの下面がバルブスプリング１５の直接の当たり
部となるが、同バルブスプリング１５の押圧力は
リテーナ部材１３ｉ、ワツシヤ１３ｈ及び環状コ
イルスプリング１３ｇを介して金属複合部材１３
ｋが間接的に受ける。よつて、金属複合部材１３
ｋに対しては環状コイルススプリング１３ｇが押
圧しながら当接するが、同金属複合部材１３ｋは
前記第一実施例と同様ほとんど摩耗することがな
い。

（第三実施例） 次に、本発明の第三実施例を前記第一実施例の
第１図及び第３図を援用して説明する。

本実施例では、金属複合部材１３ｄ，１３ｅが
セラミツク強化材により強化された金属により単
独に成形されたもであり、同金属複合部材１３
ｄ，１３ｅが軽合金よりなるリテーナ本体１３ｆ
に接合されている点においてのみ、第一実施施例
と相違している。

すなわち、本実施例においては、金属粉にセ
ラミツク強化材を混合したものを圧縮成形後に焼
結したり、金属溶湯にセラミツク強化材を混合
して凝固させたりすることにより、金属複合部材
１３ｄ，１３ｅのみが単独で形成されている。

そして、同金属複合部材１３ｄ，１３ｅを別
途成形してリテーナ本体１３ｆに対して溶着又は
接着したり、同金属複合部材１３ｄ，１３ｅを
ダイスにセツトしてリテーナ本体１３ｆを溶湯鍜
造したりすることにより、金属複合部材１３ｄ，
１３ｅがリテーナ本体１３ｆに接合されているの
である。

従つて、本実施例も基本的には第一実施例と同
様の作用効果を奏する。もつとも、第一実施例に
よれば金属複合部材１３ｄ，１３ｅとリテーナ本
体１３ｆとの接合工程を別に設ける必要がないの
で、この点では第一実施例の方が有利である。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定される
ものではなく、例えば以下のように発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で任意に変更して具体化するこ
ともできる。

(1) 金属複合部材を強化するセラミツク強化材と
して、前記セラミツク繊維以外にもセラミツク
粒子を使用することができ、これらの各セラミ
ツク材料は任意に選択することができる。

例えば、セラミツク繊維として前記アルミ
ナ・シリカ系のもの以外に、炭化けい素、窒化
けい素、窒化ほう素、ジルコニア、カーボン、
その他の材料よりなる繊維を使用したり、これ
らセラミツクホイスカーを使用したりすること
ができる。

また、セラミツク粒子としてアルミナ、シリ
カ、炭化けい素、窒化けい素、窒化ほう素、酸
化チタン、ジルコニア、カーボン、その他の材
料よりなる粒子を使用することができる。

(2) 金属複合部材を強化する強化材として、前記
セラミツク強化材に代えて又はセラミツク強化
材と併せて、金属強化材を使用してもよい。

金属強化材としては、タングステン繊維、ボ
ロン繊維、ステンレス鋼繊維、Fe，Ni，Cr，
Cu等の金属ホイスカー、その他の金属繊維を
使用したり、チタン、ボロン等の金属粒子を使
用したりすることができる。

(3) また、リテーナ本体１３ｆを形成する軽合金
についても、アルミニウム合金、マグネシウム
合金、チタン合金等の各種軽合金を使用するこ
とができ、前記ジユラルミン（JIS，A2024）
に限定されない。例えば、アルミニウム−けい
素合金（JIS，ACD10等）、超々ジユラルミン
（JIS，A7075）等を使用することができる。

(4) 金属複合部材１３ｅ，１３ｊ，１３ｋはバル
ブスプリングリテーナ１３の周方向にわたつて
断続的に配設することもできる。例えば、３分
割した金属複合部材を中心角で120度おきに並
べてもよい。

(5) 第一実施例において、金属複合部材１３ｄ，
１３ｅ及びリテーナ本体１３ｆの成形方法は溶
湯鍜造に限定されるものではなく、ダイキヤス
ト法その他の各種鋳造法を採用することもでき
る。

発明の効果 以上詳述したように、本発明はバルブスプリン
グリテーナの軽量化を可能とし、その慣性重量を
低減させることで、カムの回転に対する吸排気バ
ルブの追従性の維持を図ることができるばかりで
なく、バルブスプリング又は環状コイルスプリン
グの当接するフランジの下面部が摩耗したり剥離
したりするようなこともほとんどなく、後加工も
不要であるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化したバルブスプリング
リテーナの実施例を示す断面図、第２図は同バル
ブスプリングリテーナの製造方法を示す断面図、
第３図は同バルブスプリングリテーナを内燃機関
に組付けた状態の断面図、第４図は第二実施例の
断面図である。 １３……バルブスプリングリテーナ、１３ｃ…
…フランジ部、１３ｅ、１３ｋ……金属複合部
材、１３ｆ……リテーナ本体、１３ｇ……環状コ
イルスプリング、１５……バルブスプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バルブスプリングリテーナのバルブスプリン
   グの当たり部であるフランジ部の下面部と、コツ
   タの当り部である内周面をセラミツク強化材又は
   金属強化材により強化した金属複合部材で構成す
   るとともに、リテーナ本体を軽合金で形成したこ
   とを特徴とするバルブスプリングリテーナ。 ２ フランジ部の下面部に位置する前記金属複合
   部材は薄肉のフランジ付リング状に予備成形され
   たセラミツク強化材の集合体に軽合金が含浸され
   てなるものであり、前記リテーナ本体は同軽合金
   によつて金属複合部材と一体的に形成されたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のバルブスプリングリテーナ。 ３ 前記金属複合部材はセラミツク強化材により
   強化された金属によつて単独に成形されたもので
   あり、同金属複合部材は前記リテーナ本体に接合
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のバルブスプリングリテーナ。 ４ 前記軽合金はアルミニウム合金、マグネシウ
   ム合金又はチタン合金であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のバルブスプリングリ
   テーナ。