JPH0828224A - エンジンバルブスプリングリテーナ及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料成分を改善し、軽量で、低廉なリテーナ
を提供することを目的とする。 【構成】 Ｓｉ ８〜１７重量％、Ｃｕ ２〜５重量
％、Ｍｇ ０．２〜２．５重量％、Ｍｎ １．５重量％
以下とその他の微量成分を含有し、残りがアルミニウム
である組成範囲で、ＤＡＳ値（デンドライト アーム
スペーシング値）１５μｍ以下の、アルミニウム合金を
鍛造し、特別な熱処理により製造したアルミニウム合金
によるエンジン部材及びその製法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のエンジン部
材、特に、エンジンに用いられるスプリングリテーナ及
びその製法に関し、特に特定な組成範囲のアルミニウム
合金により形成されたスプリングリテーナ及び特定なそ
の製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、ＤＯＨＣ式エンジンに多用され
ている直動型の動弁機構を略示するもので、（１）はエ
ンジンバルブ、（２）は、エンジンバルブ（１）の軸端
に１対のコッタ（３）（３）を介して止着されたスプリ
ングリテーナ、（４）は、シリンダーヘッド（図示略）
とスプリングリテーナ（２）の間に縮設されたバルブス
プリングである。

【０００３】エンジンバルブ（１）は、その上端部に冠
装したタペット（５）における弁隙間調整用のシム
（６）の上面を、カム（７）が押圧することにより駆動
される。

【０００４】このような直動型のエンジンバルブを備え
るエンジンは、動弁系の部品点数が少ないため、許容回
転数を高めることができ、出力性能を向上しうる利点が
ある。

【０００５】ところで、エンジンの許容回転数を高める
うえで最も障害となるのは、動弁系の重量であり、それ
が大きくなるほど慣性重量が大となって、カムに対する
弁体の追従性が損なわれ、吸排気効率が悪化して出力低
下を招く。

【０００６】そのため、最近では、直動型の動弁機構に
用いられるタペット（５）やバルブスプリング（４）を
係止するスプリングリテーナ（２）を、これまでの鉄製
に代えてアルミニウム合金製とし、動弁系をより一層軽
量化する試みがなされている。

【０００７】しかし、スプリングリテーナ（２）は、バ
ルブスプリング（４）により大きな繰り返し荷重を受け
るため、これを単に鉄製に比して耐摩耗性の劣る一般の
アルミニウム合金により形成したのみでは、スプリング
リテーナ（２）におけるバルブスプリング（４）の当接
面（２ａ）の摩耗量が大きく、耐久性に問題がある。

【０００８】即ち、従来、軽量リテーナとしてアルミニ
ウム合金（特開平２−１４７８０４号参照）或いはチタ
ン合金（特開平４−１７１２０６号参照）その他の軽合
金製のリテーナが試みられたが、耐摩耗性、耐へたり性
不足のための問題があった。

【０００９】この問題を解決するため、従来は、アルミ
ニウム合金により形成したスプリングリテーナを作り、
そのバルブスプリングとの当接面に、ライナー材とし
て、金属製部材を固着したり（例えば特開昭６３−５０
６１３号公報、実開昭６３−３４３１２号公報参照）、
スプリングリテーナを、強化短繊維を混合した軽金属
（アルミニウム合金）により形成し、且つその表面にめ
っき層を設ける（例えば特開昭６２−４５９１５号公報
参照）ことなどにより、バルブスプリングとの当接面の
耐摩耗性を高めたり、また、表面処理即ちアルマイト化
して、同様に、耐摩耗性を与えたり、また、セラミック
その他の硬質材を分散強化し、耐摩耗性を与えた材料で
作ったりしている。このような構造或いは材料の製品で
は、性能を全うするには、コスト高になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記に説明した、従来
の前者スプリングリテーナでは、別途金属製部材を製作
したり、それを固着したりする工程を要するため工数が
増加して製造コストが高くなる。また、金属製部材を設
ける分、スプリングリテーナの重量が大となる。

【００１１】上記の後者のスプリングリテーナにおいて
も、強化短繊維を適量混合する工程やメッキ工程を要す
るため、製造コストがかさむという問題がある。本発明
は、上記のような問題点を解決するためになされたもの
で、金属製部材を設けたり、メッキ処理を施したりする
ことなく、素材単体により耐摩耗性を高めるとともに、
安価に製造し得るようにしたエンジンバルブスプリング
リテーナ及びその製法を提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、材料成分及び製法を改善
し、軽量で、低廉なエンジン部材、特に、バルブスプリ
ングリテーナを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によると、Ｓｉ；
８〜１７重量％、Ｃｕ；２〜５重量％、Ｍｇ；０．２〜
２．５重量％、Ｍｎ；１．５重量％以下とその他の微量
成分を含有し、残りがアルミニウムである組成で、ＤＡ
Ｓ値（デンドライト アーム スペーシング値）が１５
μｍ以下のアルミニウム合金材料を冷間鍛造或いは熱間
鍛造し、特殊な熱処理を行なって製造したエンジンバル
ブスプリングリテーナ及びその製法である。

【００１４】

【作用】本発明によるエンジン部材の形成に利用するア
ルミニウム合金組成は、Ｓｉ；８〜１７重量％、Ｃｕ；
２〜５重量％、Ｍｇ；０．２〜２．５重量％、Ｍｎ；
１．５重量％以下とその他の微量成分を含有し、残りが
アルミニウムである。

【００１５】このような組成のアルミニウム合金は、従
来知られていない。例えば、ＪＩＳ規格４０３２では、
Ｓｉ；１１．０〜１３．５重量％、Ｃｕ；０．５０〜
１．３重量％、Ｍｇ；０．８〜１．３重量％でＭｎ；０
重量％である。また、ＪＩＳ規格ＡＣ８Ｂ及びＡＣ８Ｃ
のアルミニウム合金鋳物及びダイカストは、Ｓｉ：８．
５〜１０．５重量％、Ｆｅ；１．０重量％、Ｃｕ；２．
０〜４．０重量％、Ｍｎ；０．５０重量％、Ｍｇ；０．
５０〜１．５重量％、Ｚｎ；０．５０重量％等の組成で
ある。

【００１６】これに対して、本発明で用いるアルミニウ
ム合金組成は、Ｓｉ；８〜１７重量％、Ｃｕ；２〜５重
量％、Ｍｇ；０．２〜２．５重量％、Ｍｎ；１．５重量
％以下とその他の微量成分を含有し、残りがアルミニウ
ムであり、これを、ＤＡＳ値１５μｍ以下にして製造す
ると、鍛造加工でき、特に、冷間鍛造でも加工でき、低
コストで、特性のすぐれた材料として、エンジン部材と
して、特に、スプリングリテーナとして、用いられ、経
済性を改善できる。

【００１７】即ち、本発明に使用のアルミニウム合金で
は、含有されるＳｉはアルミニウム合金の硬度を高める
ものである。Ｓｉの組成範囲は８〜１７重量％であり、
８重量％未満では、得られる硬度が不十分であり、耐摩
耗性がスプリングリテーナとして不十分であり、１７重
量％を超えると、鍛造加工性（限界加工率）を著しく落
とし、強度及び疲労限が著しく低下する。

【００１８】また、Ｃｕの範囲は２〜５重量％であり、
２重量％未満では、強度が不足し、また、５重量％を超
えると、アルミニウム合金の強度が低下する。

【００１９】そして、Ｍｇの範囲は、０．２〜２．５重
量％であり、０．２重量％以上で、初晶Ｓｉ晶出を抑
え、強度を増加させるが、２．５重量％を超えると、鍛
造加工性が低下する。

【００２０】また、Ｍｎの範囲は、１．５重量％以下で
ある。その範囲で、高温強度を保持するに有効である。

【００２１】本発明で用いるアルミニウム合金は、更
に、ＤＡＳ値が、１５μｍ以下のものが好適である。Ｄ
ＡＳ値が、１５μｍを超えると、鍛造加工性が著しく低
下し、鍛造加工が困難になる。

【００２２】以上のような組成範囲のアルミニウム合金
を用いて、エンジンバルブスプリングリテーナを鍛造加
工し、次に、このように成形、加工したスプリングリテ
ーナは、以下のような熱処理を行なうと、実際に使用可
能で、良好な特性を有するスプリングリテーナが得られ
る。

【００２３】即ち、以上のように鍛造加工したスプリン
グリテーナを、４５０〜５４０℃で溶体化し、１５０〜
２００℃の温度範囲に１〜６時間保持して時効処理す
る。

【００２４】鍛造加工したスプリングリテーナは、溶体
化され、組織が均一にされる。その溶体化処理温度は、
４５０℃未満では、不充分であり、５４０℃を超える
と、過熱となり、４５０〜５４０℃の処理温度が好適で
ある。更に、４８０〜５２０℃の範囲がより好適であ
る。

【００２５】このようにして溶体化処理した鍛造スプリ
ングリテーナを、更に、エイジング処理する。エイジン
グ処理の好適な条件は、１５０〜２００℃の温度範囲
で、１〜６時間の処理時間である。

【００２６】エイジング処理温度範囲が１５０℃未満で
は、処理時間が長くなり、また、２００℃を超えると、
過時効になるおそれがある。更に、１７０℃〜１９０℃
が好適である。

【００２７】エイジング処理時間は、処理温度にも依存
するが、１〜６時間が好適である。１時間未満では、時
効不足となり、６時間を超えると、過時効となる。

【００２８】以上のようにして鍛造加工し、熱処理した
アルミニウム合金のスプリングリテーナを仕上加工す
る。即ち、タンブリング加工し、防錆加工して、製品と
する。

【００２９】原料アルミニウム合金のＤＡＳ値（デンド
ライト アーム スペーシング値）が１５μｍを超えて
いると、製造したアルミニウム合金部材は、鍛造限界加
工率が著しく低下し、鍛造加工性が低下して、本発明の
スプリングリテーナの製造に適さない。好適な範囲は、
ＤＡＳ値１５μｍ以下である。

【００３０】Ｓｉ含有率が増加すると、共晶相の割合面
積が、増加してしまい、鍛造加工絞り率が低下し、限界
加工率が低下していく。

【００３１】次に、本発明のアルミニウム合金によるス
プリングリテーナの製造方法を例示して、実施例により
説明するが、本発明はそれらによって限定されるもので
はない。

【００３２】

【実施例】以下の表に示す組成のアルミニウム合金を用
いて、外径約３０ｍｍのリテーナを作製した。冷間加工
製造したアルミニウム合金リテーナを、４９０℃で溶体
化し、更に、１８０℃で２時間エイジングした。そのよ
うに熱処理したリテーナを、エンジンに組み込み、運転
し、次のような特性を測定した。

【００３３】

【表１】

【００３４】以上の表１から、次のことが結論された。
Ｓｉ含有量が増加すると、他成分の影響もあるが、摩耗
量が減少し、８％以上になると摩耗量は１０分の１以下
になる。その他、スプリングリテーナとして必要な特性
のデータを測定した。

【００３５】Ｓｉ含有量を変化させたとき、その限界加
工率（％）は、図２のグラフに示すように変化する。即
ち、鍛造加工率は、Ｓｉ含有量が、８重量％から１７重
量％にまでは、一定で移行するが、その後は、急速に加
工性が下がっていく。

【００３６】実際の本発明によるスプリングリテーナの
製造は、次にようにして為される。上記の組成のアルミ
ニウム合金棒材を、切断して、スプリングリテーナ原材
料ブランクとし、次に、潤滑剤を塗布したものを冷間加
工（据込み加工）で成形し、上記の特別の熱処理にかけ
る。

【００３７】即ち、スプリングリテーナの鍛造成形品
を、溶体化し、更に、エイジングする。そして、タンブ
リング加工で仕上げ、防錆処理して、製品とする。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、特
定な組成範囲のアルミニウム合金材料を用いたエンジン
バルブスプリングリテーナにより、上記のような技術的
効果が得られた。それをまとめると、次のようである。
第１に、材料成分の範囲を特定し、軽量で、製造コスト
が低下されたスプリングリテーナを提供した。第２に、
金属製部材を設けたり、メッキ処理を施したりすること
なく、素材単体により耐摩耗性を高めるとともに、安価
に製造し得るようにしたエンジンバルブスプリングリテ
ーナ及びその製法を提供した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスプリングリテーナの構造を例示する
断面図である。

【図２】本発明のスプリングリテーナの製造に用いるア
ルミニウム合金中のＳｉ含有量を変化させたときの圧延
加工或いは鍛造加工での限界加工率を示す。

【符号の説明】

（１） エンジンバルブ （２） スプリングリテーナ （２ａ）当接面 （３） コッタ （４） バルブスプリング （５） タペット （６） シム （７） カム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ ８〜１７重量％、Ｃｕ ２〜５重
   量％、Ｍｇ ０．２〜１０重量％、Ｍｎ １．５重量％
   以下とその他の微量成分を含有し、残りアルミニウムで
   ある組成のアルミニウム合金の冷間鍛造或いは熱間鍛造
   のエンジンバルブスプリングリテーナ。
2. 【請求項２】 ＤＡＳ値（デンドライト アーム スペ
   ーシング値）１５μｍ以下の材料を使用して加工した請
   求項１に記載のエンジンバルブスプリングリテーナ。
3. 【請求項３】 ＤＡＳ値（デンドライト アーム スペ
   ーシング値）１５μｍ以下で、Ｓｉ ８〜１７重量％、
   Ｃｕ ２〜５重量％、Ｍｇ ０．２〜１０重量％、Ｍｎ
   １．５重量％以下とその他の微量成分を含有し、残り
   アルミニウムである組成のアルミニウム合金を用いて、
   エンジンバルブスプリングリテーナを冷間鍛造し、或い
   は熱間鍛造し、次に、溶体化し、１５０〜２００℃の温
   度範囲で、１〜６時間保持して時効せしめ、次に仕上げ
   加工することを特徴とするエンジンバルブスプリングリ
   テーナの製法。