JPH0559912A - エンジンのバルブリフタの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 エンジンのバルブリフタにおいて、耐摩耗性
を有する素材よりなり外周面に溝部１０ａを有する天板
１０の上記溝部１０ａと、軽合金よりなるスカート部２
０との間に隙間ができないようにすることにより、天板
１０とスカート部２０との結合強度を向上させる。 【構成】 天板１０を軽合金鋳物で鋳ぐるんで軽合金製
のスカート部２０を形成した後、天板１０及びスカート
部２０の全表面にアルミニウム粉末を溶射してコーティ
ング層２８を形成する。次に加圧状態下において、スカ
ート部２０を加熱して溶体化処理した後に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性を有する素材
よりなる天板と軽合金よりなるスカート部とから構成さ
れるエンジンのバルブリフタの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レシプロケーティングエンジンの回転限
界を向上させる有効な手段として動弁系部品の軽量化が
考えられ、動弁系の軽量化のためには、動弁系部品の全
慣性重量の約１／３を占めるバルブリフタの軽量化が特
に有効である。

【０００３】一方、カムと摺接する天板は耐摩耗性が要
求されるので、天板はセラミック或いはスチール等の耐
摩耗性を有する素材で形成され、スカート部はアルミニ
ウム合金等の軽合金で形成されてなるエンジンのバルブ
リフタが採用されることがある。

【０００４】このようなエンジンのバルブリフタの製造
方法としては、軽合金製のスカート部材をパンチ等で押
圧して天板の外周面に形成された溝部に塑性流動させて
両者を結合する方法が知られているが、この方法は生産
性が良くないという問題がある。

【０００５】そこで、近時、実開昭６３−１２５１１０
号公報に示されるように、耐摩耗性を有する素材よりな
り外周面に溝部を有する天板を軽合金鋳物で鋳ぐるんで
軽合金製のスカート部を形成してなるエンジンのバルブ
リフタが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、天板の厚さ
は通常２mm程度であって厚くないので、天板の外周面に
形成する溝部の断面の大きさには限度がある。その上、
軽合金鋳物はぬれ性が良くないため、天板の溝部に軽合
金鋳物が充分に充填されず、天板の溝部とスカート部と
の間に隙間ができてしまい、天板とスカート部との間の
結合強度が充分でないという問題がある。

【０００７】上記に鑑みて、本発明は、天板の溝部とス
カート部との間に隙間ができないようにすることによ
り、天板とスカート部との結合強度を向上させることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、軽合金製のスカート部に対して
通常行われている高強度化処理における溶体化処理を加
圧状態下で行なうことにより、溶体化したスカート部材
を溝部内に流入せしめるものである。

【０００９】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、エンジンのバルブリフタの製造法を、耐摩耗性を有
する素材よりなり外周面に溝部を有する天板を軽合金鋳
物で鋳ぐるんで軽合金製のスカート部を形成した後、該
スカート部を加圧状態下で加熱して溶体化処理し、その
後冷却する構成とするものである。

【００１０】請求項２の発明は、スカート部に対する加
圧が有効に行われるように、請求項１における溶体化処
理工程を、天板及びスカート部の全表面にコーティング
層を形成した後に上記スカート部を加圧状態下で加熱し
て溶体化する工程とするものである。

【００１１】請求項３の発明は、バルブリフタの摺動特
性を向上させる目的でスカート部の外周面に通常施され
ている耐摩耗性を有する合金層でコーティング層の一部
を兼ねるために、請求項２におけるコーティング層の少
なくとも一部を耐摩耗性を有する合金層で構成するもの
である。

【００１２】

【作用】請求項１の構成により、スカート部を加圧状態
下で加熱して溶体化処理するため、溶体化処理によって
軟化したスカート部が外から加えられる圧力によって天
板の溝部とスカート部材との間の隙間に流入するので該
隙間にスカート部を構成する軽合金が充填される。

【００１３】請求項２の構成により、天板及びスカート
部の全表面にコーティング層を形成した後に上記スカー
ト部を加圧状態下で加熱して溶体化するため、加圧力が
コーティング層を介してスカート部に有効に作用するの
で、スカート部を構成する軽合金は天板の溝部とスカー
ト部との間の隙間に確実に充填される。

【００１４】請求項３の構成により、バルブリフタの摺
動特性を向上させるためスカート部の外周面に通常施さ
れている耐摩耗性を有する合金層でコーティング層を兼
ねることができるので、上記合金層が形成される部分に
ついてはコーティング層を改めて形成する必要がない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図面に基づいて
説明する。

【００１６】まず、図１（ａ）及び（ｂ）に示すよう
な、耐摩耗性を有する素材例えばセラミックよりなり、
外周面に溝部１０ａを有する円板状の天板１０を準備し
た後、該天板１０を図２に示すような予熱コイル１２ａ
を有する有底円筒状のダイ１２の底部にセットする。

【００１７】次に、図３に示すように、ダイ１２の内部
に軽合金例えばアルミニウム合金よりなる溶湯１４を注
入した後、図４に示すように、釣鐘状の先端部を有する
パンチ１６をダイ１２に対して降下させる。その後、溶
湯１４を凝固させることにより天板１０を軽合金で鋳ぐ
るみ、中央に釣鐘状の凹部１８ａを有するスカート部用
素材１８を成形する。

【００１８】次に、図５に示すように、天板１０及びス
カート部用素材１８を上記ダイ１２から離型した後、ス
カート部用素材１８を機械加工して図６に示すような、
耐摩耗性を有する素材よりなる天板１０と軽合金製のス
カート部２０とから構成されるバルブリフタ用素材２２
を形成する。

【００１９】次に、図７に示すように、スプレーガン２
４によりアルミニウム粉末２６を天板１０及びスカート
部２０の表面に溶射して、図７及び図８に示すように、
天板１０及びスカート部２０の全表面に０．５mm程度の
コーティング層２８を形成する。

【００２０】次に、バルブリフタ用素材２２を高圧ガス
による加圧状態の下で加熱してスカート部２０を溶体化
処理する。このようにすると、溶体化処理によって軟化
したスカート部２０が外部から加えられる圧力によって
天板１０の溝部１０ａとスカート部２０との間に形成さ
れている隙間に流入するので、該隙間がスカート部２０
を構成する軽合金によって充填される。このようにして
天板１０とスカート部２０との間の隙間がなくなった後
に、バルブリフタ用素材２２を加圧状態の下で冷却した
後時効処理して、スカート部２０に対する高強度化処理
（Ｔ６処理）を完了する。

【００２１】上記のように、天板１０及びスカート部２
０の全表面にコーティング層２８を形成した後に、スカ
ート部２０を高圧ガスによる加圧状態下で溶体化処理す
るため、スカート部２０の形状が有底円筒状の特殊な形
状であるにも拘らず高圧ガスの加圧力がスカート部２０
に確実に作用するので、スカート部２０を構成する軟化
した軽合金が天板１０とスカート部２０との間の隙間に
確実に充填され両者の結合強度が向上すると共に、スカ
ート部２０内のポアが消滅してスカート部２０自体の強
度も向上する。

【００２２】また、天板１０がセラミック（Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ）よりなり、スカート部２０がアルミニウム合金
よりなる場合には次のような効果が得られる。

【００２３】まず、セラミックの熱膨張率が４〜６×１
０^-6（ｍ／℃）であるのに対してアルミニウム合金の熱
膨張率が１５〜２０×１０^-6（ｍ／℃）であって両者の
差が大きいため、従来の方法によると、図９に示すよう
に高強度化処理後に天板１０の溝部１０ａとスカート部
材２０との間に大きな隙間３０が形成される。これは天
板１０に鋳ぐるまれたアルミニウム合金製のスカート部
２０が冷却する過程でセラミック製の天板１０よりも大
きく収縮し両者間に隙間が生じるためと、天板１０とス
カート部材２０とが単に機械的に接合しているだけであ
り、溶体化処理によって５００℃〜６００℃に加熱され
膨張したアルミニウム合金が急冷される過程で元の大き
さに戻らないためである。

【００２４】ところが、上記のように溶体化処理及びそ
の後の急冷処理を高圧ガスによる加圧状態下で行なう
と、図１０に示すようにスカート部２０は天板１０に対
して押圧された状態で冷却するので、図１１に示すよう
に天板１０の溝部１０ａとスカート部２０との間には隙
間が生じ難い。

【００２５】特に、天板１０がセラミックよりなる場合
には、スカート部２０を構成するアルミニウムと天板１
０を構成するセラミック含有金属成分（Ｓｉや焼結促進
用助剤成分等）とが拡散反応して結合層が形成されるの
で、天板１０とスカート部２０とはより強固に結合す
る。

【００２６】以下、本発明を評価するために行なった押
し抜き強度テストについて説明する。

【００２７】まず、具体例及び比較例に供するために、
セラミック製の天板１０とＡＣ２Ａのアルミニウム合金
製のスカート部２０よりなるバルブリフタ用素材２２の
表面にアルミニウムによるコーティング層２８を形成し
た。

【００２８】次に、具体例１としてはコーティング層２
８が形成されたバルブリフタ用素材２２を高圧ガスによ
る加圧状態の下でＴ６処理を行なった。このＴ６処理
は、具体的には５２０℃の温度下で６時間保持して溶体
化処理した後、急冷し、その後１８０℃の温度下で８時
間保持して時効処理をしたものである。具体例２として
はコーティング層２８が形成されたバルブリフタ用素材
２２を高圧ガスによる加圧状態の下でＴ５処理を施し、
比較例としてはコーティング層２８が形成されたバルブ
リフタ用素材２２を常圧状態で具体例１と同じ条件のＴ
６処理を施した。そして、上記具体例１，２及び比較例
に対して押し抜き強度を測定したところ、具体例１は１
３５０kgf 、具体例２は１０４０kgf 、比較例は３２０
kgf であって、本発明の効果を確認することができた。

【００２９】また、具体例１、具体例２及び比較例につ
いて接合部を切断して断面を観察したところ、比較例の
ものには天板１０の溝部１０ａとスカート部２０との間
に若干の隙間が形成されていたが、具体例１及び具体例
２のものには天板１０の溝部１０ａとスカート部２０と
の間に隙間が殆ど見られなかった。そして、具体例１の
ものをエンジンのシリンダヘッドに組み込みテストした
ところ、特に問題はなかった。さらに、比較例のものは
Ｔ６処理の前後で上記隙間が変化していることが確認さ
れた。

【００３０】図１２は上記第１実施例の変形例を示して
いる。該変形例においては、まず、第１実施例と同様に
バルブリフタ用素材２２を得る。次に、バルブリフタ用
素材２２を構成するスカート部２０の外周面に、ショッ
トブラスト処理を施した後、Ｃを０．２〜２．０ｗｔ％
程度含有したＦｅを溶射して耐摩耗性を有する合金層２
８ａを形成する。次に、バルブリフタ用素材２２を構成
する天板１０と、上記スカート部２０の表面における上
記合金層２８ａが形成されていない部位とにアルミニウ
ム粉末を溶射して、バルブリフタ用素材２２の表面に、
合金層２８ａとアルミニウム層２８ｂとからなるコーテ
ィング層２８を形成する。

【００３１】図１３はバルブリフタ用素材２２のスカー
ト部２０の外周面に合金層２８ａを形成した場合と形成
しなかった場合とにおけるスカート部２０の外周面の摩
耗量を比較したものであって、供試材１はＳｉを含有し
ないアルミニウム合金に合金層２８ａを形成しなかった
場合、供試材２はＳｉを８ｗｔ％含有するアルミニウム
合金に合金層２８ａを形成しなかった場合、供試材３は
Ｓｉを８ｗｔ％含有するアルミニウム合金に合金層２８
ａを形成した場合である。テスト条件はエンジン回転数
６５００ｒｐｍ下で５０時間摺動させたものであって、
図１３から明らかなように、供試材３のものは供試材１
及び２のものに較べて摩耗量が少ないことが実証され
た。

【００３２】以下、本発明の第２実施例を図１４に基づ
いて説明する。該第２実施例においては、まず、上記第
１実施例と同様にしてバルブリフタ用素材２２を得る。
次に、バルブリフタ用素材２２を構成するスカート部２
０の内側に鉄製の中子３２を挿入した後、バルブリフタ
用素材２２及び中子３２をアルミニウム製容器３４の内
部に収納する。次に、バルブリフタ用素材２２の表面に
コーティング層２８を形成することなくバルブリフタ用
素材２２をアルミニウム製容器３４の外側から加圧した
状態で、加熱して溶体化処理を行なった後に冷却しその
後時効処理して高強度化処理を行なう。

【００３３】尚、上記第１及び第２実施例においては、
溶体化処理、冷却処理及び時効処理よりなる高強度化処
理を加圧状態下で行なったが、本発明においては、少な
くとも溶体化処理が加圧状態下で行われればよく、冷却
処理及び時効処理については必ずしも加圧状態下で行わ
れる必要はない。

【００３４】また、上記第１及び第２実施例において
は、高強度化処理としては主にＴ６処理を対象に説明し
たが、本発明においては、高強度化処理としてはＴ４処
理或いはＴ５処理等の処理であってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、天板を軽合金鋳物で鋳ぐるんで軽合金製のスカ
ート部を形成した後、該スカート部を加圧状態下で加熱
して溶体化処理するため、溶体化処理によって軟化した
スカート部を構成する軽合金が天板の溝部とスカート部
材との間の隙間に流入し該隙間に充填されるので、天板
とスカート部との間の結合強度が向上する。特に、天板
がセラミック素材により形成される場合には、天板を構
成するセラミック含有金属成分がスカート部を構成する
軽合金と拡散反応して結合層が形成されるため、本来接
合強度が充分ではないセラミック素材よりなる天板と軽
合金よりなるスカート部との結合強度が向上する。

【００３６】また、請求項２の発明によると、天板及び
スカート部の全表面にコーティング層を形成した後にス
カート部を加圧状態下で加熱して溶体化するため、加圧
力がスカート部に有効に作用するので、天板とスカート
部との結合強度が一層向上する。

【００３７】さらに、請求項３の発明によると、コーテ
ィング層の少なくとも一部を耐摩耗性を有する合金層で
構成するため、該合金層でコーティング層を兼ねること
ができるので、該合金層が形成される部分についてはコ
ーティング層を改めて形成する必要がないのでコスト的
に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施例に係る
エンジンのバルブリフタの製造法における天板を示し、
（ａ）は（ｂ）のＩ〜Ｉ線の断面図である。

【図２】上記エンジンのバルブリフタの製造法において
ダイの内部に天板をセットした状態の断面図である。

【図３】上記エンジンのバルブリフタの製造法において
ダイの内部に軽合金の溶湯を注入する状態を示す断面図
である。

【図４】上記エンジンのバルブリフタの製造法において
ダイに対してパンチを下降させた状態を示す断面図であ
る。

【図５】上記エンジンのバルブリフタの製造法における
天板及びスカート部用素材の断面図である。

【図６】上記エンジンのバルブリフタの製造法における
バルブリフタ用素材の断面図である。

【図７】上記エンジンのバルブリフタの製造法において
バルブリフタの表面にアルミニウム粉末を溶射してコー
ティング層を形成する状態を示す断面図である。

【図８】上記エンジンのバルブリフタの製造法において
コーティング層が形成されたバルブリフタ用素材の断面
図である。

【図９】従来のエンジンのバルブリフタの製造法におい
て天板とスカート部との間に生じた隙間を示す断面図で
ある。

【図１０】本発明の第１実施例に係るエンジンのバルブ
リフタの製造法における加圧力を示す断面図である。

【図１１】本発明の第１実施例に係るエンジンのバルブ
リフタの製造法において天板とスカート部との結合状態
を示す断面図である。

【図１２】上記第１実施例の変形例に係るエンジンのバ
ルブリフタの製造法においてコーティング層が形成され
たバルブリフタ用素材の断面図である。

【図１３】上記第１実施例の変形例に係るエンジンのバ
ルブリフタの製造法において得られるバルブリフタ用素
材のリフタ摩耗量を説明する図である。

【図１４】本発明の第２実施例に係るエンジンのバルブ
リフタの製造法においてアルミニウム製容器に収納され
たバルブリフタ用素材の断面図である。

【符号の説明】

１０…天板 １０ａ…溝部 ２０…スカート部 ２８…コーティング層 ２８ａ…合金層 ２８ｂ…アルミニウム層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐摩耗性を有する素材よりなり外周面に
   溝部を有する天板を軽合金鋳物で鋳ぐるんで軽合金製の
   スカート部を形成した後、該スカート部を加圧状態下で
   加熱して溶体化処理し、その後冷却することを特徴とす
   るエンジンのバルブリフタの製造法。
2. 【請求項２】 請求項１における溶体化処理工程は、上
   記天板及びスカート部の全表面にコーティング層を形成
   した後に上記スカート部を加圧状態下で加熱して溶体化
   処理する工程であることを特徴とするエンジンのバルブ
   リフタの製造法。
3. 【請求項３】 請求項２におけるコーティング層の少な
   くとも一部は耐摩耗性を有する合金層であることを特徴
   とするエンジンのバルブリフタの製造法。