JPH1136827A - チタン合金バルブを用いた動弁系機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より容易に、しかも安定してバルブ摺動部の耐
摩耗性及び耐焼付性を確保することのできるチタン合金
バルブを用いた動弁系機構を提供する。 【解決手段】バルブ１３はチタン合金からなり、その内
部にはＣｕやＡｌ等の導電性に優れた金属または合金か
らなる良導電体１７が埋設されている。同良導電体１７
は、バルブ１３の摺動部であるバルブフェース部１３ａ
及びバルブステム部１３ｂに対応する部分のみが、同バ
ルブ１３の外表面に近接するように埋設されている。バ
ルブシート１８及びバルブガイド１９には、それぞれ外
表面が絶縁被覆された銅線等の電線２１が結線され、こ
れら電線２１の配線間に外部電源２２が接続されてい
る。これにより「外部電源２２→バルブガイド１９→バ
ルブステム部１３ｂ→良導電体１７→バルブフェース部
１３ａ→バルブシート１８→外部電源２２」と、電流が
流れる直列回路が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチタン合金バルブを
用いた動弁系機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、自動車用内燃機関等の動
弁系機構に用いられるバルブにおいては近年、軽量化を
目的としてチタン合金を母材としたものが使用されつつ
ある。但し、チタン合金自体は耐摩耗性及び耐焼付性が
必ずしも優れているとはいえない。少なくとも同バルブ
のフェース部及びステム部についてはその耐摩耗性及び
耐焼付性を向上させるための何らかの対策を施す必要が
あった。

【０００３】そこで従来は、次のように大別される種々
の技術が提案されている。 (1) 耐摩耗性、耐焼付性に優れた別の材料を接合させる
技術。 ・バルブフェース部にＣｏ基盛金を肉盛する（特開昭６
１−２３２３１０号公報参照）。

【０００４】・バルブ外表面にクロムメッキを施す（特
開昭６１−２６１６０９号公報参照）。 ・バルブのフェース部及びステム部にチタン化合物（窒
化チタン、酸化チタン等）をコーティングする（特開昭
６１−１２６３１２号公報参照）。

【０００５】(2) バルブの母材自体を改質する技術。 ・基地をβ相化し、その基地に硬質のＴｉＣ粒子を析
出、分散させる（特開平２−１２９３３０号公報、特開
平４−１７６３９号公報参照）。

【０００６】・上記に加え、さらに熱処理によってＴｉ
3ＡｌＣ粒子、α相を析出する（特開平８−１４３９９
１号公報参照）。 (3) バルブの表面相のみを改質する技術。

【０００７】・バルブ外表面にイオン窒化処理を施す
（特開昭６１−２３４２１０号公報参照）。 ・バルブの表層を溶融温度以上に加熱し、酸素を吸収固
溶し、硬化層を形成する（特開平１−１１９６８２号公
報参照）。

【０００８】・酸素または窒素雰囲気中にてバルブを回
転させつつ、バーナ等で同バルブの軸部を加熱し、表層
を酸化または窒化させる（特開平５−３９５５９号公
報、特開平５−２７９８３５号公報、特開平６−４１７
１５号公報参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの技術によれ
ば、確かに上記フェース部及びステム部の耐摩耗性や耐
焼付性は向上される。しかし、上記大別される技術には
それぞれに一長一短があり、実用上はなお課題を残すも
のとなっている。

【００１０】すなわち、上記(1) にかかる技術では、バ
ルブの摺動部であるフェース部及びステム部に耐摩耗性
あるいは耐焼付性に優れた別の材料を接合するため、要
求される性能は十分確保されるが、接合されるバルブの
母材がチタン合金であるために耐剥離性確保のための下
地処理が必要な場合が多く、製造コストが増大してしま
う。

【００１１】また、上記(2) にかかる技術では、バルブ
の安定した耐摩耗性や耐焼付性が継続して持続される
が、バルブの母材の組織確保のための製造工程や条件が
複雑になってしまい、量産性に問題がある。

【００１２】一方、上記(3) にかかる技術は、上記
[1]，[2]の技術に比べて比較的安価に製造できる技術で
あるが、中でもより簡便な方法である特開平６−４１７
１５号公報に記載の酸化皮膜を形成する方法において
も、得られる皮膜は非常に薄い。そのため、内燃機関が
過酷な運転状態で使用されて上記皮膜の摩耗が進行し、
バルブの母材が露出するようになると、耐摩耗性及び耐
焼付性が急激に低下して使用限界に至るおそれがある。
また、その酸化皮膜の摩耗進行に対処するために同皮膜
を厚くすると、一般に表面粗さが大きくなって上記フェ
ース部と摺動されるバルブシート材、あるいは上記ステ
ム部と摺動されるバルブガイド材に対する攻撃性が増
し、それら摺動部の摩耗進行によって内燃機関の寿命が
短くなってしまう。こうした理由から、バルブの表面に
形成する酸化皮膜の膜厚は１０〜３０μｍの厚さとする
ことが望ましいが、結局は同膜厚が摩滅に至るまでがそ
の使用限界となるため、確保される内燃機関の寿命にも
自ずと限界が生じることとなる。

【００１３】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、より容易に、しかも安定し
てバルブ摺動部の耐摩耗性及び耐焼付性を確保すること
のできるチタン合金バルブを用いた動弁系機構を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、チタン合金を母材とす
るチタン合金バルブをバルブガイド及びバルブシートと
の間で摺動せしめてポートの開閉を行うチタン合金バル
ブを用いた動弁系機構において、前記バルブの内部に良
導電体を埋設するとともに、該埋設した良導電体を介し
て同バルブの摺動部に通電を行う導電回路を設けたこと
をその要旨とする。

【００１５】上記バルブを構成するチタン合金は電気抵
抗率が高い。したがって、その内部に良導電体を埋設す
るとともに、該埋設した良導電体を介してバルブの摺動
部に通電を行う同構成によれば、その摺動部において発
熱量が多くなり、摺動部表面には酸化皮膜が自動生成さ
れるようになるため、該摺動部の耐摩耗性や耐焼付性も
容易に確保されるようになる。しかも、この生成される
酸化皮膜自身が、その摩滅によってオン、再度の生成に
よってオフとなる上記通電回路のスイッチとして併せ機
能するようになるため、これら摩滅と自動生成との繰り
返しのなかで、これと摺接される部材（バルブガイド及
びバルブシート）に対する攻撃性が増すこともない常に
最適な膜厚が維持されるようにもなる。

【００１６】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のチタン合金バルブを用いた動弁系機構において、前
記通電回路は、前記バルブガイドから前記バルブ及び前
記バルブシートを経て外部電源に接続される直列回路で
あることをその要旨とする。

【００１７】こうした構成によれば、一つの回路で上記
バルブガイド及びバルブシートにそれぞれ対応するバル
ブの摺動部、すなわちバルブステム部及びバルブフェー
ス部の両者に上記最適な膜厚に維持される酸化皮膜を自
動生成することができるようになる。

【００１８】請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載のチタン合金バルブを用いた動弁系機構において、前
記通電回路は、前記バルブの軸端部から一方では前記バ
ルブ及び前記バルブガイドを経て、他方では前記バルブ
及び前記バルブシートを経て外部電源に接続される並列
回路であることをその要旨とする。

【００１９】こうした構成によれば、仮に上記バルブ摺
動部の一方に酸化皮膜が生成されるなどして、上記各通
電回路の一方が電気的に遮断されたとしても、他方のバ
ルブ摺動部への酸化皮膜の生成は維持されるようにな
る。すなわち、バルブ摺動部の各々に対して酸化皮膜生
成に関するより自由度の高い管理が行われるようにな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明を具体化した第１実施形
態を図１から図５に従って説明する。

【００２１】図１は、本実施形態にかかる動弁系機構を
模式的に示す内燃機関の要部断面図である。同図に示す
ように、内燃機関１０のシリンダヘッド１１内には、動
弁系機構１２が配設されている。同動弁系機構１２は、
バルブフェース部１３ａ及びバルブステム部１３ｂを有
するバルブ１３、カム１６の回転に伴ってこのバルブ１
３を図中下方にリフトするバルブリフタ１４、このバル
ブリフタ１４を図中上方に付勢するコイルスプリング１
５等を備えて構成されている。すなわち、この動弁系機
構１２にあって、上記バルブ１３及びバルブリフタ１４
は、カム１６及びコイルスプリング１５によって上記シ
リンダヘッド１１内を上下に移動し、同シリンダヘッド
１１に設けられたポート２３を開閉する。

【００２２】ここで、上記バルブ１３はＴｉ−６Ａｌ−
４Ｖ等のチタン合金からなり、その内部には、Ｃｕ
（銅）やＡｌ（アルミニウム）等の導電性に優れた金属
または合金からなる良導電体１７が埋設されている。同
良導電体１７は、バルブ１３の摺動部である上記バルブ
フェース部１３ａ及びバルブステム部１３ｂに対応する
部分のみが、それらバルブフェース部１３ａ及びバルブ
ステム部１３ｂの外表面に近接するように形成されてい
る。

【００２３】なお、上記良導電体１７を上記チタン合金
バルブ１３に埋設する方法としては以下の方法が考えら
れる。まず、チタン合金を素材として、鋳造法または鍛
造法によりバルブ形状を成形する。その際に、予め良導
電体１７の形状に対応した空洞を設けておくか、あるい
は中実のバルブを切削加工（半径の大きい部分は接合等
を施す）しておく。次に、その空洞部に上記ＣｕやＡｌ
等の金属または合金を流し込み、その湯口から押し湯を
行なって同空洞部にそれら金属または合金を充填させ
る。

【００２４】こうした方法は、埋設する金属または合金
がチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖでは融点１６６０℃
程度）よりも低融点（Ｃｕでは１０８３℃、Ａｌでは６
６０℃）の場合に有効である。但しこの場合、高温化に
よる上記バルブステム部１３ｂの変形を防ぐためにその
周囲を拘束しておくのが望ましい。

【００２５】また、埋設する金属等がチタン合金よりも
高融点の場合には、該埋設する部材を所定の形状に成形
した後、その周囲にチタン合金を鋳包みして同バルブ１
３を形成する。

【００２６】これらいずれの方法であれ、良導電体１７
とバルブフェース部１３ａまたはバルブステム１３ｂの
外表面との間隔ｘは、後述する通電により、そのチタン
合金部で必要な発熱量が得られるように予備実験等を行
って適宜の最適値が選定される。

【００２７】一方、上記シリンダヘッド１１において、
上記バルブフェース部１３ａ及びバルブステム部１３ｂ
と対応する箇所には、それぞれ絶縁材２０を介して鋳
鉄、鉄系焼結材、銅合金等からなるバルブシート１８及
びバルブガイド１９が配設されている。絶縁材２０は、
Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）やＺｒＯ2 （酸化ジルコ
ニウム）等の絶縁性に優れたファインセラミックス等か
らなり、上記バルブシート１８及びバルブガイド１９に
コーティングまたは接合されている。これにより、上記
シリンダヘッド１１とバルブシート１８及びバルブガイ
ド１９とは電気的に隔絶されている。そして、同バルブ
シート１８及びバルブガイド１９には、それぞれ外表面
が絶縁被覆された銅線等の電線２１が結線され、これに
より、上記シリンダヘッド１１の外部に通じる通電経路
が構成されている。これら電線２１の配線間には外部電
源２２が接続されており、同電源２１によって上記通電
経路に電流が供給される。

【００２８】このように通電経路が構成されることによ
り、「外部電源２２→バルブガイド１９→バルブステム
部１３ｂ→良導電体１７→バルブフェース部１３ａ→バ
ルブシート１８→外部電源２２」と、電流が流れる直列
回路が形成されるようになる。

【００２９】図２に、このように形成される直列回路の
等価回路を示す。同図２において、抵抗Ｒａはバルブシ
ート１８の内部抵抗、抵抗Ｒｂはバルブフェース部１３
ａの内部抵抗、抵抗Ｒｃは良導電体１７の内部抵抗、抵
抗Ｒｄはバルブステム部１３ｂの内部抵抗、抵抗Ｒｅは
バルブガイド１９の内部抵抗をそれぞれ示している。ま
た、同図２において、スイッチＳＷ１は、通電によって
上記バルブフェース部１３ａの表面に形成される酸化皮
膜を、スイッチＳＷ２は、同じく通電によって上記バル
ブステム部１３ｂの表面に形成される酸化皮膜をそれぞ
れ等価回路に示している。

【００３０】次に、こうした直列回路の動作について説
明する。上記内燃機関１０の運転初期等、同直列回路へ
の通電初期においては、上記バルブフェース部１３ａ及
びバルブステム部１３ｂの表面（摺動面）に酸化皮膜は
形成されていない。したがって、図２に示す直列回路の
各スイッチＳＷ１，ＳＷ２は等価的に閉じた状態（オ
ン）になっており、同回路には外部電源２２から供給さ
れる電流ｉが流れる。

【００３１】ここで、バルブ１３の母材であるチタン合
金は電気伝導率が低く、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖでは、Ｃｕ
の電気伝導率を１００％とすると１．１％程度である。
そのため、このチタン合金に電流が流れると大きな発熱
が得られ、同チタン合金の表面に酸化皮膜が形成される
ようになる。

【００３２】以下、この電流と発熱量、並びにその発熱
に基づいて形成される酸化皮膜の膜厚との関係について
説明する。例えば、図３に示す上記バルブシート１８、
バルブフェース部１３ａ、良導電体１７における上記直
列回路での電気抵抗の和ΣＲ１は、ΣＲ１＝Ｒａ＋Ｒｂ
＋Ｒｃ＋Ｒ１’となる。なお、抵抗Ｒ１’はバルブフェ
ース部１３ａとバルブシート１８との間の接触抵抗であ
る。したがって、バルブシート１８と良導電体１７との
間に電圧Ｖを加えると、そこに流れる電流ｉは、ｉ＝Ｖ
／ΣＲ１といった値になる。但し、実際には、バルブス
テム部１３ｂとバルブガイド１９との摺動部での電気抵
抗の和ΣＲ２、すなわちΣＲ２＝Ｒｄ＋Ｒｅ＋Ｒ２’
（抵抗Ｒ２’はバルブステム部１３ｂとバルブガイド１
９との間の接触抵抗）も加味され、同電流ｉは、それら
全電気抵抗の和ΣＲ（＝ΣＲ１＋ΣＲ２）により、ｉ＝
Ｖ／ΣＲといった値となる。

【００３３】そして、図３に例示した上記バルブシート
１８、バルブフェース部１３ａ、良導電体１７の各抵抗
部にあっては、上記各対応する内部抵抗Ｒａ〜Ｒｃとこ
の電流ｉとから、その消費電力が求められる。例えば、
バルブシート１８に鉄系焼結材、バルブフェース部１３
ａにＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ、良導電体１７に銅をそれぞれ
用いた場合、各電気抵抗率は、鉄系焼結材が１０μΩ／
ｃｍ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖが１７１μΩ／ｃｍ、銅が２
μΩ／ｃｍ（いずれも２０℃において）である。そのた
め、バルブフェース部１３ａでの消費電力が特に大きく
なり、上記電流ｉの通電時間をｔとすると、ジュールの
法則により、同バルブフェース部１３ａでの発熱量Ｑｂ
は以下の数式で求められる値となる。

【００３４】

【数１】 また、一般に上記電気抵抗Ｒは、実際に電流が流れる経
路の距離ｘとその距離ｘに垂直をなす断面積Ｓとに依存
し、電気抵抗率をρとすると、Ｒ＝ρ（ｘ／Ｓ）で表さ
れる。実際のバルブフェース部１３ａ等の形状は複雑で
あるが、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、それら円
周方向の微小角度ｄθ及び接線方向の微小長さｄｙで囲
まれた微小部分の電気抵抗ΔＲは、上記距離ｘと上記断
面積Ｓとが、円周方向角度θと接線方向長さｙに依存す
る関数で表されるものとすると、ΔＲ＝ρ｛ｘ（θ，
ｙ）／ｄＳ（θ，ｙ）｝と表される。この微小部分の電
気抵抗ΔＲを接線方向と円周方向に積分すれば全体の電
気抵抗Ｒが求められる。すなわち、この電気抵抗Ｒは、
以下の数式で求められる。

【００３５】

【数２】 そして、上記バルブフェース部１３ａ等の形状は、一般
にバルブ１３の中心軸に対して対称であるため、上記
（２）式は更に以下のようになる。

【００３６】

【数３】 ところで、チタン合金は、大気中で５５０〜６００℃に
２０〜１２０分間加熱保持されると、１０〜３０μｍの
厚さの酸化チタン皮膜（以下、酸化皮膜という）が表面
に形成されることが知られている。したがって、同チタ
ン合金に対する加熱温度条件となる上記発熱量Ｑｂが得
られるように、上記（３）式におけるｘ（ｙ），ｄＳ
（ｙ）及び上記（１）式におけるＶを適宜選定すれば、
この所望の膜厚を有する酸化皮膜が形成されることとな
る。なお、上記バルブガイド１９と上記バルブステム部
１３ｂとの間には、微量の潤滑油が供給されているが、
この場合でも接触する両者間には導電性が確保されてい
る。

【００３７】続いて、上記通電回路（直列回路）の動作
に基づく上記バルブフェース部１３ａ及びバルブステム
部１３ｂへの酸化皮膜自動生成プロセスを、図６に示す
フローチャートに従って説明する。

【００３８】まず、直列回路に通電が行われる（ステッ
プＳ１）。これにより、「外部電源２２→バルブガイド
１９→バルブステム部１３ｂ→良導電体１７→バルブフ
ェース部１３ａ→バルブシート１８→外部電源２２」と
いった経路を経て電流が流れるようになることは上述し
た通りである。そしてこのとき上記バルブシート１８及
びバルブガイド１９と摺動するバルブフェース部１３ａ
及びバルブステム部１３ｂが発熱し（ステップＳ２）、
それら各部１３ａ，１３ｂの表面に酸化皮膜が生成され
る（ステップＳ３）。そして、その生成された酸化皮膜
によって上記摺動部が絶縁され、上記回路が遮断される
（ステップＳ４）。すなわち、図２に等価的に示したス
イッチＳＷ１，ＳＷ２がオフとなる。一方、この状態で
上記バルブフェース部１３ａとバルブシート１８及びバ
ルブステム部１３ｂとバルブガイド１９とが摺動するこ
とによって、各部１３ａ，１３ｂの表面に生成された酸
化皮膜の摩耗が進行し（ステップＳ５）、チタン合金バ
ルブ１３の母材が露出すると（ステップＳ６）、図２に
等価的に示したスイッチＳＷ１，ＳＷ２が再びオンとな
り、上記直列回路への通電が再開される（ステップＳ
１）。

【００３９】ここで、上記ステップＳ３及びステップＳ
４のプロセスにおいて、上記バルブフェース部１３ａま
たは上記バルブステム部１３ｂのどちらか一方の表面に
厚い酸化皮膜が生成されて回路が遮断されてしまうと、
他方の表面には同酸化皮膜が十分に生成されないように
一見思われるが、上記バルブシート１８とバルブフェー
ス部１３ａとの摺動部、または上記バルブガイド１９と
バルブステム部１３ｂとの摺動部にあっては、それら各
接触状態が必ずしも一様ではないため、そのおそれはな
い。

【００４０】すなわち、バルブフェース部１３ａにおけ
るバルブシート１８との摺動面を円錐の側面、そしてバ
ルブステム部１３ｂにおけるバルブガイド１９との摺動
面を円筒の側面と考えると、それぞれの円周上及び軸線
方向の微小な接触部の面積や面圧は様々であり、さらに
その状態は時間とともに変化する。そのため、上記各摺
動面の一部表面に先に酸化皮膜が生成されたとしても、
各摺動面の他の部分では同酸化皮膜が十分に生成されて
おらず、回路的には導電状態が維持される。すなわち、
バルブシート１８→バルブフェース部１３ａ→良導電体
１７、及び、良導電体１７→バルブステム部１３ｂ→バ
ルブガイド１９を経路とする並列回路が無数に並んでい
るのと同等である。そのため、上記各摺動面の各部で順
次酸化皮膜が生成されていくことになり、結果として、
バルブステム部１３ｂ側及びバルブフェース部１３ａ側
のそれぞれにおいて同程度の酸化皮膜が生成されるよう
になる。もっとも実際には、いずれの側においても部分
的に酸化皮膜が十分に生成されていない領域が残り、先
の図２に等価的に示す各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の閉じ
た状態（部分）が残っているものと考えられる。

【００４１】次に、これら各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の
スイッチングにかかるメカニズムを図５に従って更に詳
述する。なお、図５は、上記直列回路を流れる電流（図
５（ｂ））とバルブフェース部１３ａ及びバルブステム
部１３ｂの表面に形成される酸化皮膜の摩耗進行状態
（図５（ａ））とを示すタイムチャートである。また、
図５（ａ）においては便宜上、酸化皮膜の厚み（同図に
おける斜線部分）を強調して示している。

【００４２】まず、同図における矢印（ア）の時点、す
なわち内燃機関の運転開始時等、上記回路への通電が開
始された時点において、上記バルブフェース部１３ａ及
びバルブステム部１３ｂに酸化皮膜は生成されていない
ため、該回路には多量の電流が流れる。そして、時間の
経過とともに酸化皮膜が厚く生成されて電流量が減少し
ていき、矢印（イ）の時点で図２に等価的に示す各スイ
ッチＳＷ１，ＳＷ２が開いた状態（オフ）になって電流
が流れなくなる。なお、こうした酸化皮膜の生成によっ
て、上記バルブフェース部１３ａ及びバルブステム部１
３ｂにあっては、その十分な耐摩耗性並びに耐焼付性が
確保されるようになる。

【００４３】一方、上記矢印（イ）の時点からは、矢印
（ウ）の推移として示すように、上記バルブフェース部
１３ａの上記バルブシート１８との摺動及び上記バルブ
ステム部１３ｂの上記バルブガイド１９との摺動によ
り、上記生成された酸化皮膜の厚みが時間の経過ととも
に徐々に薄くなっていく。そして、矢印（エ）の時点に
おいて、酸化皮膜が摩耗消滅してバルブ１３の母材が露
出する。これにより、図２に等価的に示す各スイッチＳ
Ｗ１，ＳＷ２が再び閉じた状態（オン）になり、該回路
に再び電流が流れ始める。続く矢印（オ）及び（カ）に
ついては、上記矢印（イ）及び（ウ）の場合と同等の現
象が生じ、以後、上記態様での酸化皮膜の生成及び摩耗
進行が繰り返される。

【００４４】以上説明したように、本実施形態にかかる
チタン合金を用いた動弁系機構によれば、以下に列記す
る多くの優れた効果が得られるようになる。 ・バルブ１３の摺動部であるバルブフェース部１３ａ及
びバルブステム部１３ｂへの通電によって、その表面に
酸化皮膜を生成することができる。そして、こうして生
成される酸化皮膜によって、それら各摺動面の耐摩耗性
及び耐焼付性を容易に向上させることができる。

【００４５】・上記バルブフェース部１３ａ及びバルブ
ステム部１３ｂに対応する部分のみ、バルブ１３の外表
面とその内部に埋設する良導電体１７とを近接させたこ
とにより、それら摺動部に対してのみ選択的に且つ効率
的に上記酸化皮膜を生成させることができる。

【００４６】・上記生成された酸化皮膜が摩耗消滅する
と、通電回路（直列回路）に電流が流れて、新たな酸化
皮膜が自動的に再生成される。そのため、バルブ１３の
メンテナンスを不要にできるとともに、その寿命をほぼ
恒久的に延ばすことができる。

【００４７】・通電回路においては、上記バルブ１３に
生成される酸化皮膜自身が図２に等価的に示す各スイッ
チＳＷ１，ＳＷ２の役目を果たす。すなわち、同酸化皮
膜が一定の厚みに達すると、自動的に通電回路が電気的
に遮断されて、その過剰な生成が禁止される。したがっ
て、同酸化皮膜と摺接される上記バルブシート１８及び
バルブガイド１９に対する攻撃性が増すこともない常に
最適な膜厚に維持されることともなり、内燃機関１０の
寿命をも好適に延命させることができる。

【００４８】（第２実施形態）次に、本発明を具体化し
た第２実施形態を図７及び図８に従って説明する。な
お、本実施形態において、上述した第１実施形態と同等
の構成については、符号を等しくしてその詳細な説明を
省略する。

【００４９】図７は、本実施形態にかかる動弁系機構を
模式的に示す内燃機関の要部断面図である。同図に示す
ように、バルブ３１は、前記第１実施形態と同等のチタ
ン合金からなり、その内部の、バルブ軸端部３１ａ、上
記バルブステム部１３ｂ、同じくバルブフェース部１３
ａに対応する部分にのみ、バルブ３１の外表面と近接す
る形状をなすＣｕやＡｌ等の導電性に優れた金属あるい
は合金からなる良導電体３２が埋設されている。なお、
この良導電体３２をバルブ３１内に埋設させる方法とし
ては、前記第１実施形態と同様の方法が考えられる。

【００５０】一方、バルブリフタ１４がはめ込まれるＡ
ｌ（アルミニウム）や鋳鉄等からなるシリンダヘッド１
１には、絶縁材２０を介してバルブリフタボア部３３が
配設されている。これにより、上記シリンダヘッド１１
とバルブリフタボア部３３とは電気的に隔絶されてい
る。そして、同バルブリフタボア部３３とシリンダヘッ
ド１１にそれぞれ前記電線２１が結線され、これによ
り、上記シリンダヘッド１１の外部に通じる通電経路が
構成されている。これら電線２１の配線間には外部電源
２２が接続されており、同電源２２によって上記通電経
路に電流が供給される。

【００５１】このように通電経路が構成されることによ
り、「外部電源２２→バルブリフタボア部３３→バルブ
リフタ１４→バルブ軸端部３１ａ→良導電体３２→バル
ブステム部１３ｂ→バルブガイド１９→シリンダヘッド
１１→外部電源２２」及び「外部電源２２→バルブリフ
タボア部３３→バルブリフタ１４→バルブ軸端部３１ａ
→良導電体３２→バルブフェース部１３ａ→バルブシー
ト１８→シリンダヘッド１１→外部電源２２」と、電流
が流れる並列回路が形成されるようになる。

【００５２】図８に、このように形成される並列回路の
等価回路を示す。同図８において、抵抗Ｒａはバルブシ
ート１８の内部抵抗、抵抗Ｒｂはバルブフェース部１３
ａの内部抵抗、抵抗Ｒｃは良導電体１７の内部抵抗、抵
抗Ｒｄはバルブステム部１３ｂの内部抵抗、抵抗Ｒｅは
バルブガイド１９の内部抵抗、抵抗Ｒｆはバルブ軸端部
３１ａの内部抵抗、抵抗Ｒｇはバルブリフタ１４及びバ
ルブリフタボア部３３の内部抵抗を示している。また、
同図８において、スイッチＳＷ１は、通電によって上記
バルブフェース部１３ａの表面に形成される酸化皮膜
を、スイッチＳＷ２は、同じく通電によって上記バルブ
ステム部１３ｂの表面に形成される酸化皮膜をそれぞれ
等価回路に示している。

【００５３】なお、図７に示すようなバルブラッシュア
ジャスト機構のない直打式動弁系においては、カムベー
ス円部３５とバルブアジャスティングシム３６との間に
は間隙が設けてあるため、バルブフェース部１３ａがバ
ルブシート１８に着座している間は、上記シリンダヘッ
ド１１から上記カム１６が設けられた図示しないカムシ
ャフト側を介して電流が流れることはない。

【００５４】このように構成された第２実施形態にかか
るチタン合金バルブを用いた動弁系機構においても、基
本的には上述した第１実施形態と同等の動作、メカニズ
ムに基づく同等の効果が奏せられることとなる。以下で
は、この第２実施形態特有の効果について列記する。

【００５５】・本第２実施形態においては、図８にその
等価回路を示したように、通電経路が並列回路で構成さ
れている。そのため、仮にバルブフェース部１３ａ側に
厚い酸化皮膜が生成されたり、燃焼生成物が同バルブフ
ェース部１３ａに付着して上記回路が電気的に遮断され
ても、バルブステム部１３ｂ側での酸化皮膜の形成に影
響を与えることがない。したがって、上記バルブフェー
ス部１３ａ及びバルブステム部１３ｂの各摺動面に酸化
皮膜をより確実に形成することができ、それら摺動部の
耐摩耗性及び耐焼付性を向上させることができる。

【００５６】・酸化皮膜は、上記バルブ３１のバルブ軸
端部３１ａ、すなわちバルブリフタ１４との当接面にも
生成される。そのため、上記バルブ軸端部３１ａとバル
ブリフタ１４との当接面における耐摩耗性及び耐焼付性
も併せて向上させることができる。

【００５７】なお、上記各実施形態は以下のように変更
してもよく、その場合でも同様の作用および効果を得る
ことができる。 ・上記第２実施形態において、図７に示すスプリングワ
ッシャ３４を絶縁体にて形成する。このようにすれば、
上記バルブリフタ１４から上記バルブスプリング１５を
介してシリンダヘッド１１に通電する経路を遮断するこ
とができ、バルブ軸端部３１ａとバルブリフタ１４との
当接面に酸化皮膜をより確実に生成することができる。

【００５８】・上記第１実施形態におけるバルブ１３
を、図９に示すバルブ４１に変更する。同バルブ４１
は、第１実施形態と同等のチタン合金からなり、内部に
ＣｕやＡｌ等の導電性に優れた導電線４２が埋設された
ものである。この導電線４２は、上記バルブフェース部
１３ａ及びバルブステム部１３ｂのみ、バルブ４１の外
表面に近接するように埋設されている。このようにして
も、上記第１実施形態と同等の作用及び効果を得ること
ができるとともに、上記バルブ４１に容易に導電線４２
を埋設することができる。なお、上記第２実施形態にお
けるバルブ３１の良導電体３２も同様に上記導電線４２
に変更してもよい。

【００５９】・上記各実施形態においては、酸化皮膜を
上記バルブシート１８及びバルブガイド１９と摺接する
バルブフェース部１３ａ及びバルブステム部１３ｂのみ
に自動生成させているが、要は、動弁系機構としてのバ
ルブやバルブ摺動部の構造に応じてそれら摺動部に酸化
皮膜が自動生成される構成であればよい。

【００６０】・上記各実施形態では、上記各バルブ１
３，３１，４１に、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を用いた
が、これをＴｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ合金やＴｉ−６
Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金等の「α＋β型合
金」、あるいはＴｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ合金やＴｉ−
８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ合金等の「α型合金」に変更して
もよい。

【００６１】以上、各実施形態について説明したが、そ
れら実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想に
ついて、以下にそれらの効果と共に記載する。 （イ）請求項１〜３のいずれか１項に記載のチタン合金
バルブを用いた動弁系機構において、前記良導電体は、
前記バルブの摺動部に対する部分のみが同バルブの外表
面に近接するように埋設されてなるチタン合金バルブを
用いた動弁系機構。

【００６２】このようにすれば、バルブの摺動部のみに
酸化皮膜を選択的に且つ効率的に生成することができ
る。ところで、本明細書において、良導電体とは、銅や
アルミニウムだけでなく、金、銀、鉄等の導電性に優れ
た金属及び合金をも含むものとする。また、特にこの良
導電体としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた場合には、
更に次のような効果も期待できるようになる。

【００６３】すなわち、Ａｌの比重（２．７）は、チタ
ン合金の比重（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖで４．４）に比べて
小さいため、バルブ１３，３１，４１全体を更に軽量化
することができる。

【００６４】また、Ａｌの熱伝導度（０．４８７）はチ
タン合金の熱伝導度（０．０１８）に比べて大きいた
め、バルブ１３，３１，４１全体の温度を比較的均一に
保つこともできる。すなわち、高温となるバルブ傘部
（バルブフェース部周辺）の熱を、良導電体１７として
のＡｌ、バルブステム部１３ｂ、バルブガイド１９、及
びシリンダヘッド１１を通して逃がすことができ、バル
ブ１３，３１，４１の高温化に基づく種々の不具合を抑
制することができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、チタン合金バルブを用
いた動弁系機構にあって、より容易に、しかも安定して
バルブ摺動部の耐摩耗性、並びに耐焼付性を確保するこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる動弁系機構を示
す断面図。

【図２】同第１実施形態の動弁系機構の通電経路を等価
的に示す回路図。

【図３】同第１実施形態の動弁系機構の一部を拡大して
示す拡大図。

【図４】同第１実施形態の動弁系機構の抵抗分の算出方
法を説明するための略図。

【図５】同第１実施形態の酸化皮膜スイッチングメカニ
ズムを示すタイムチャート。

【図６】同第１実施形態の酸化皮膜自動生成プロセスを
示すフローチャート。

【図７】本発明の第２実施形態の動弁系機構を示す断面
図。

【図８】同第２実施形態の動弁系機構の通電経路を等価
的に示す回路図。

【図９】本発明の他の実施形態を示す概略斜視図。

【符号の説明】

１１…シリンダヘッド、１３，３１，４１…バルブ、１
３ａ…バルブフェース部、１３ｂ…バルブステム部、１
７，３２，４２…良導電体、１８…バルブシート、１９
…バルブガイド、２１…電線、２２…外部電源。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｌ 3/22 Ｆ０１Ｌ 3/22 Ｚ Ｆ０２Ｂ 77/00 Ｆ０２Ｂ 77/00 Ｐ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チタン合金を母材とするチタン合金バルブ
   をバルブガイド及びバルブシートとの間で摺動せしめて
   ポートの開閉を行うチタン合金バルブを用いた動弁系機
   構において、 前記バルブの内部に良導電体を埋設するとともに、該埋
   設した良導電体を介して同バルブの摺動部に通電を行う
   導電回路を設けたことを特徴とするチタン合金バルブを
   用いた動弁系機構。
2. 【請求項２】請求項１に記載のチタン合金バルブを用い
   た動弁系機構において、 前記通電回路は、前記バルブガイドから前記バルブ及び
   前記バルブシートを経て外部電源に接続される直列回路
   であることを特徴とするチタン合金バルブを用いた動弁
   系機構。
3. 【請求項３】請求項１に記載のチタン合金バルブを用い
   た動弁系機構において、 前記通電回路は、前記バルブの軸端部から一方では前記
   バルブ及び前記バルブガイドを経て、他方では前記バル
   ブ及び前記バルブシートを経て外部電源に接続される並
   列回路であることを特徴とするチタン合金バルブを用い
   た動弁系機構。