JPH10238320A - 内燃機関用バルブ - Google Patents
内燃機関用バルブInfo
- Publication number
- JPH10238320A JPH10238320A JP4517197A JP4517197A JPH10238320A JP H10238320 A JPH10238320 A JP H10238320A JP 4517197 A JP4517197 A JP 4517197A JP 4517197 A JP4517197 A JP 4517197A JP H10238320 A JPH10238320 A JP H10238320A
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- Japan
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- valve
- combustion engine
- internal combustion
- shaft
- exhaust
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関用バルブにおいて、十分な硬度を確
保して実用性に優れ、生産性の向上を図る。 【解決手段】 内燃機関の燃焼室の吸気あるいは排気を
行うために開閉する内燃機関用バルブ３１において、そ
の材質をチタン合金とし、その表面にイオンプレーティ
ング法によって窒化クロム被膜を形成する。
保して実用性に優れ、生産性の向上を図る。 【解決手段】 内燃機関の燃焼室の吸気あるいは排気を
行うために開閉する内燃機関用バルブ３１において、そ
の材質をチタン合金とし、その表面にイオンプレーティ
ング法によって窒化クロム被膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
への吸気、あるいは燃焼室からの排気を行うために開閉
可能に支持された内燃機関用バルブに関する。
への吸気、あるいは燃焼室からの排気を行うために開閉
可能に支持された内燃機関用バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に一般的な内燃機関駆動システムの
概略を示す。
概略を示す。
【０００３】一般的な内燃機関駆動システムにおいて、
図２に示すように、図示しないシリンダヘッドにはカム
シャフト１１が回転自在に配設され、このカムシャフト
１１には吸気カム１２及び排気カム１３が一体に形成さ
れている。また、吸気カム１２及び排気カム１３に対応
して吸気用ロッカーアーム１４及び排気用ロッカーアー
ム１５が揺動自在に支持され、この吸気用ロッカーアー
ム１４及び排気用ロッカーアーム１５の各基端部は吸気
カム１２及び排気カム１３に接触している。一方、吸気
用ロッカーアーム１４及び排気用ロッカーアーム１５の
各先端部は吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の上端部
に位置している。この吸気バルブ１６と排気バルブ１７
はシリンダヘッドに軸方向移動自在に装着されると共
に、バルブスプリング１８，１９によって付勢支持さ
れ、通常は吸気ポート２０と燃焼室２２、並びに、排気
ポート２１と燃焼室２２を閉じている。
図２に示すように、図示しないシリンダヘッドにはカム
シャフト１１が回転自在に配設され、このカムシャフト
１１には吸気カム１２及び排気カム１３が一体に形成さ
れている。また、吸気カム１２及び排気カム１３に対応
して吸気用ロッカーアーム１４及び排気用ロッカーアー
ム１５が揺動自在に支持され、この吸気用ロッカーアー
ム１４及び排気用ロッカーアーム１５の各基端部は吸気
カム１２及び排気カム１３に接触している。一方、吸気
用ロッカーアーム１４及び排気用ロッカーアーム１５の
各先端部は吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の上端部
に位置している。この吸気バルブ１６と排気バルブ１７
はシリンダヘッドに軸方向移動自在に装着されると共
に、バルブスプリング１８，１９によって付勢支持さ
れ、通常は吸気ポート２０と燃焼室２２、並びに、排気
ポート２１と燃焼室２２を閉じている。
【０００４】一方、シリンダヘッドの下部に装着される
図示しないシリンダブロックにはクランクシャフト２３
が回転自在に配設されており、このクランクシャフト２
３の偏心部（クランクピン）にはコンロッド２４の大端
部が回転自在に連結されている。そして、このコンロッ
ド２４の小端部にはピストン２５が装着され、このピス
トン２５はシリンダ２６内を上下移動自在であって、そ
の上方には燃焼室２２が位置している。また、クランク
シャフト２３の一端部に固結されたクランクシャフトス
プロケット２７とカムシャフト１１の一端部に固結され
たカムシャフトスプロケット２８との間にはタイミング
ベルト２９が掛け回されており、クランクシャフト２３
とカムシャフト１１とは同期回転するようになってい
る。
図示しないシリンダブロックにはクランクシャフト２３
が回転自在に配設されており、このクランクシャフト２
３の偏心部（クランクピン）にはコンロッド２４の大端
部が回転自在に連結されている。そして、このコンロッ
ド２４の小端部にはピストン２５が装着され、このピス
トン２５はシリンダ２６内を上下移動自在であって、そ
の上方には燃焼室２２が位置している。また、クランク
シャフト２３の一端部に固結されたクランクシャフトス
プロケット２７とカムシャフト１１の一端部に固結され
たカムシャフトスプロケット２８との間にはタイミング
ベルト２９が掛け回されており、クランクシャフト２３
とカムシャフト１１とは同期回転するようになってい
る。
【０００５】従って、カムシャフト１１が回転すると、
吸気カム１２及び排気カム１３が吸気用ロッカーアーム
１４及び排気用ロッカーアーム１５を揺動し、各ロッカ
ーアーム１４，１５の先端部が吸気バルブ１６及び排気
バルブ１７の上端部を押し下げることで、吸気ポート２
０及び排気ポート２１を開閉し、燃焼室２２内への混合
気の吸入及び燃焼ガスの排気を行う。一方、クランクシ
ャフト２３が回転すると、コンロッド２４を介してピス
トン２５を上下動し、燃焼室２２内の混合気を圧縮し、
図示しない点火プラグが火花を発生することで、圧縮さ
れた混合気の燃焼を行って内燃機関を作動することがで
きる。
吸気カム１２及び排気カム１３が吸気用ロッカーアーム
１４及び排気用ロッカーアーム１５を揺動し、各ロッカ
ーアーム１４，１５の先端部が吸気バルブ１６及び排気
バルブ１７の上端部を押し下げることで、吸気ポート２
０及び排気ポート２１を開閉し、燃焼室２２内への混合
気の吸入及び燃焼ガスの排気を行う。一方、クランクシ
ャフト２３が回転すると、コンロッド２４を介してピス
トン２５を上下動し、燃焼室２２内の混合気を圧縮し、
図示しない点火プラグが火花を発生することで、圧縮さ
れた混合気の燃焼を行って内燃機関を作動することがで
きる。
【０００６】このような内燃機関駆動システムにおい
て、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を軽量化するこ
とで、内燃機関の高回転化による出力の向上、あるいは
燃費の向上を図ることができる。そこで、この吸気バル
ブ１６及び排気バルブ１７の材料として、従来からチタ
ン合金を用いることが提案されている。即ち、鉄の比重
７．８に対してチタンの比重は４．４と低く、かなりの
軽量化が図れる。
て、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を軽量化するこ
とで、内燃機関の高回転化による出力の向上、あるいは
燃費の向上を図ることができる。そこで、この吸気バル
ブ１６及び排気バルブ１７の材料として、従来からチタ
ン合金を用いることが提案されている。即ち、鉄の比重
７．８に対してチタンの比重は４．４と低く、かなりの
軽量化が図れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したチタン合金を
用いた吸気バルブ１６及び排気バルブ１７にあっては、
軸部がバルブガイドに摺動自在に支持されており、内燃
機関の高回転時には、軸部とバルブガイドとの摺動部分
の磨耗が激しくなってしまう。そのため、吸気バルブ１
６及び排気バルブ１７の軸部を酸化処理、あるいは窒化
処理することで、表面に保護膜を形成していた。ところ
が、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を酸化処理する
場合、高温加熱する必要があり、軸部が変形し易く、実
用性に乏しい。そして、吸気バルブ１６及び排気バルブ
１７の軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されていた場
合、この高温加熱によってその溶接強度が低下してしま
う。また、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を窒化処
理する場合、処理温度領域で酸化が進行してしまい、前
述したように、軸部が変形し易い。そのため、吸気バル
ブ１６及び排気バルブ１７を低温で長時間窒化処理しな
ければならず、生産性がよくないという問題があった。
用いた吸気バルブ１６及び排気バルブ１７にあっては、
軸部がバルブガイドに摺動自在に支持されており、内燃
機関の高回転時には、軸部とバルブガイドとの摺動部分
の磨耗が激しくなってしまう。そのため、吸気バルブ１
６及び排気バルブ１７の軸部を酸化処理、あるいは窒化
処理することで、表面に保護膜を形成していた。ところ
が、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を酸化処理する
場合、高温加熱する必要があり、軸部が変形し易く、実
用性に乏しい。そして、吸気バルブ１６及び排気バルブ
１７の軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されていた場
合、この高温加熱によってその溶接強度が低下してしま
う。また、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を窒化処
理する場合、処理温度領域で酸化が進行してしまい、前
述したように、軸部が変形し易い。そのため、吸気バル
ブ１６及び排気バルブ１７を低温で長時間窒化処理しな
ければならず、生産性がよくないという問題があった。
【０００８】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、十分な硬度を有して実用性に優れ、且つ、生産
性の良い内燃機関用バルブを提供することを目的とす
る。
あって、十分な硬度を有して実用性に優れ、且つ、生産
性の良い内燃機関用バルブを提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の内燃機関用バルブは、内燃機関の燃焼室の
吸気あるいは排気を行うために開閉する内燃機関用バル
ブにおいて、材質がチタン合金であって、少なくとも軸
摺動部にＰＶＤ法によって窒化クロム被膜が形成された
ことを特徴とするものである。
めの本発明の内燃機関用バルブは、内燃機関の燃焼室の
吸気あるいは排気を行うために開閉する内燃機関用バル
ブにおいて、材質がチタン合金であって、少なくとも軸
摺動部にＰＶＤ法によって窒化クロム被膜が形成された
ことを特徴とするものである。
【００１０】従って、チタン合金性のバルブの軸摺動部
にＰＶＤ法により窒化クロム被膜が形成されたことで、
軽量化が図れる一方で、十分な硬度があり、しかも、高
温加熱の必要がないために変形がなく、実用性に優れ、
生産性がよくなる。
にＰＶＤ法により窒化クロム被膜が形成されたことで、
軽量化が図れる一方で、十分な硬度があり、しかも、高
温加熱の必要がないために変形がなく、実用性に優れ、
生産性がよくなる。
【００１１】また、本発明の内燃機関用バルブにおい
て、前記ＰＶＤ法はイオンプレーティング法であること
を特徴とするものである。
て、前記ＰＶＤ法はイオンプレーティング法であること
を特徴とするものである。
【００１２】従って、チタン合金製のバルブの軸摺動部
にイオンプレーティング法により窒化クロム被膜が形成
されたことで、形成された窒化クロム被膜はチタン合金
性のバルブの表面に対して高い付着力が得られる。
にイオンプレーティング法により窒化クロム被膜が形成
されたことで、形成された窒化クロム被膜はチタン合金
性のバルブの表面に対して高い付着力が得られる。
【００１３】また、本発明の内燃機関用バルブにおい
て、軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されたことを特徴
とするものである。
て、軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されたことを特徴
とするものである。
【００１４】従って、バルブ軸端部に耐摩耗性のチップ
が溶接されていても、ＰＶＤ法により窒化クロム被膜を
形成したことで、この溶接強度が低下することはない。
が溶接されていても、ＰＶＤ法により窒化クロム被膜を
形成したことで、この溶接強度が低下することはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００１６】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
用バルブを示す。
用バルブを示す。
【００１７】図１に示すように、内燃機関用バルブ３１
は、弁部３１ａとステム（軸摺動部）３１ｂと軸端部３
１ｃとからなり、この軸端部３１ｃには図示しない耐摩
耗性のチップが溶接されるものがある。本実施形態で
は、このバルブ３１の材質をチタン合金（例えば、Ti-6
Al-4V）とし、ＰＶＤ法（イオンプレーティング法）に
よってその表面に厚さ３μｍ、硬度１０００ＨＶ程度の
窒化クロム（CrN）被膜を形成している。
は、弁部３１ａとステム（軸摺動部）３１ｂと軸端部３
１ｃとからなり、この軸端部３１ｃには図示しない耐摩
耗性のチップが溶接されるものがある。本実施形態で
は、このバルブ３１の材質をチタン合金（例えば、Ti-6
Al-4V）とし、ＰＶＤ法（イオンプレーティング法）に
よってその表面に厚さ３μｍ、硬度１０００ＨＶ程度の
窒化クロム（CrN）被膜を形成している。
【００１８】このＰＶＤ（PHYSICAL VAPER DEPOSITIO
N）法は、物理蒸着法であって、真空蒸着法、イオンプ
レーティング法、スパタリング法、レーザー物理蒸着法
などがあり、低温域での処理が可能、清浄な雰囲気
中での処理が可能、生成被膜の付着性が高い、等の特
徴があり、本実施形態では、イオンプレーティング法が
好ましい。このイオンプレーティング法は、装置内に低
圧ガスを導入して電界を掛けてプラズマを発生させ、蒸
発源からの蒸発粒子をイオン化しながら蒸着させる方法
であり、本実施形態では、炭化物、窒化物等の、所謂、
セラミック被膜のコーティングが低温で生成することが
でき、密着性が高く、しかも、無公害処理である。
N）法は、物理蒸着法であって、真空蒸着法、イオンプ
レーティング法、スパタリング法、レーザー物理蒸着法
などがあり、低温域での処理が可能、清浄な雰囲気
中での処理が可能、生成被膜の付着性が高い、等の特
徴があり、本実施形態では、イオンプレーティング法が
好ましい。このイオンプレーティング法は、装置内に低
圧ガスを導入して電界を掛けてプラズマを発生させ、蒸
発源からの蒸発粒子をイオン化しながら蒸着させる方法
であり、本実施形態では、炭化物、窒化物等の、所謂、
セラミック被膜のコーティングが低温で生成することが
でき、密着性が高く、しかも、無公害処理である。
【００１９】このようにバルブ３１の材質をチタン合金
とし、イオンプレーティング法によってその表面に窒化
クロム（CrN）被膜を形成すると、例えば、酸化処理に
比べて蒸着速度（０．６μｍ／min）が速く、且つ、密
着性も良く、厚膜化（５０μｍ）が可能となり、実用
性、生産性が良い。そして、耐摩耗性に対しても、特定
の試験条件で一定時間内燃機関を駆動した後であって
も、酸化処理に比べて摩耗量は少なく、且つ、バルブガ
イドの摺動面の摩耗も少ない。
とし、イオンプレーティング法によってその表面に窒化
クロム（CrN）被膜を形成すると、例えば、酸化処理に
比べて蒸着速度（０．６μｍ／min）が速く、且つ、密
着性も良く、厚膜化（５０μｍ）が可能となり、実用
性、生産性が良い。そして、耐摩耗性に対しても、特定
の試験条件で一定時間内燃機関を駆動した後であって
も、酸化処理に比べて摩耗量は少なく、且つ、バルブガ
イドの摺動面の摩耗も少ない。
【００２０】また、強度アップのため、バルブ３１の軸
端部に耐摩耗性のチップが溶接される場合があるが、処
理温度が低温であるため、その溶接強度が低下すること
はない。
端部に耐摩耗性のチップが溶接される場合があるが、処
理温度が低温であるため、その溶接強度が低下すること
はない。
【００２１】なお、前述の実施形態では、内燃機関用バ
ルブ３１の弁部３１ａとステム３１ｂと軸端部３１の全
ての表面にイオンプレーティング法によって窒化クロム
（CrN）被膜を形成したが、バルブ３１として実際に磨
耗が激しいのはバルブガイドに摺動自在に支持されてい
るステム３１ｂであり、この部分のみに窒化クロム被膜
を形成してもよい。
ルブ３１の弁部３１ａとステム３１ｂと軸端部３１の全
ての表面にイオンプレーティング法によって窒化クロム
（CrN）被膜を形成したが、バルブ３１として実際に磨
耗が激しいのはバルブガイドに摺動自在に支持されてい
るステム３１ｂであり、この部分のみに窒化クロム被膜
を形成してもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上、実施形態において説明したように
本発明の内燃機関用バルブによれば、材質をチタン合金
として少なくとも軸摺動部にＰＶＤ法によって窒化クロ
ム被膜を形成したので、チタン合金を用いたことで軽量
化が図れる一方で、摺動部に窒化クロム被膜を形成した
ことで十分な硬度を確保することができ、しかも、高温
加熱の必要がないために変形がなく、実用性に優れ、生
産性をよくすることができる。
本発明の内燃機関用バルブによれば、材質をチタン合金
として少なくとも軸摺動部にＰＶＤ法によって窒化クロ
ム被膜を形成したので、チタン合金を用いたことで軽量
化が図れる一方で、摺動部に窒化クロム被膜を形成した
ことで十分な硬度を確保することができ、しかも、高温
加熱の必要がないために変形がなく、実用性に優れ、生
産性をよくすることができる。
【００２３】また、本発明の内燃機関用バルブによれ
ば、イオンプレーティング法によって窒化クロム被膜を
形成したので、チタン合金性のバルブの表面に高い付着
力を有する窒化クロム被膜を形成することができる。
ば、イオンプレーティング法によって窒化クロム被膜を
形成したので、チタン合金性のバルブの表面に高い付着
力を有する窒化クロム被膜を形成することができる。
【００２４】また、本発明の内燃機関用バルブによれ
ば、軸端部に耐摩耗性のチップを溶接したので、バルブ
軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されていても、処理温
度が低温であるため、この溶接強度が低下するのを防止
することができる。
ば、軸端部に耐摩耗性のチップを溶接したので、バルブ
軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されていても、処理温
度が低温であるため、この溶接強度が低下するのを防止
することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用バルブの
斜視図である。
斜視図である。
【図２】一般的な内燃機関駆動システムの概略図であ
る。
る。
３１ バルブ ３１ａ 弁部 ３１ｂ ステム（軸摺動部） ３１ｃ 軸端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 廣嗣 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 重工業株式会社京都精機製作所内 (72)発明者 堀江 康行 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 重工業株式会社京都精機製作所内 (72)発明者 関本 義昭 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 重工業株式会社京都精機製作所内
Claims (3)
- 【請求項１】 内燃機関の燃焼室の吸気あるいは排気を
行うために開閉する内燃機関用バルブにおいて、材質が
チタン合金であって、少なくとも軸摺動部にＰＶＤ法に
よって窒化クロム被膜が形成されたことを特徴とする内
燃機関用バルブ。 - 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関用バルブにおい
て、前記ＰＶＤ法はイオンプレーティング法であること
を特徴とする内燃機関用バルブ。 - 【請求項３】 請求項１記載の内燃機関用バルブにおい
て、軸端部に耐摩耗性のチップが溶接されたことを特徴
とする内燃機関用バルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4517197A JPH10238320A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 内燃機関用バルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4517197A JPH10238320A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 内燃機関用バルブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10238320A true JPH10238320A (ja) | 1998-09-08 |
Family
ID=12711831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4517197A Pending JPH10238320A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 内燃機関用バルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10238320A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
- 1997-02-28 JP JP4517197A patent/JPH10238320A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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