WO2011135676A1 - 内燃機関用スプリングリテーナ及びその製造方法 - Google Patents

内燃機関用スプリングリテーナ及びその製造方法 Download PDF

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receiving flange
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oxide film
retainer
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青木　孝之
佐々　猛志
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フジオーゼックス株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/46—Component parts, details, or accessories, not provided for in preceding subgroups
    • F01L1/462—Valve return spring arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/10—Connecting springs to valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/12—Attachments or mountings
    • F16F1/126—Attachments or mountings comprising an element between the end coil of the spring and the support proper, e.g. an elastomeric annulus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00—Using particular materials

Definitions

  • the present invention relates to a spring retainer used in a valve mechanism of an internal combustion engine, and more particularly to a spring retainer formed of sheet metal and a method for manufacturing the same.
  • the above-described spring retainer made of sheet metal is formed by press-molding a sheet metal material made of a steel plate, and after molding the original shape of the spring retainer, in order to harden the surface and improve wear resistance, carburizing, quenching, and It is common to perform a heat treatment comprising tempering. When such heat treatment is performed, a carburized layer is formed on the surface of the spring retainer and hardened. At the same time, when the carburizing process is performed using a normal carburizing furnace other than a vacuum carburizing furnace, the surface of the carburized layer is formed. As a result, an oxide film is inevitably formed. Since this oxide film is hard, there is an effect that it is possible to further improve the wear resistance of the spring receiving flange portion where the upper end of the valve spring in the spring retainer is pressed.
  • the contact surface between the spring bearing flange and the end face of the valve spring is always in a sliding state during engine operation, and bending stress acts on the spring bearing flange when the valve spring is compressed. Since the contact surface between the spring receiving flange portion and the valve spring may slide relative to each other, the oxide film generated at the portion where the upper end of the valve spring in the spring receiving flange portion comes into pressure contact is peeled off, Due to the abrasive effect of the peeled oxide, the contact surfaces of the spring receiving flange portion and the valve spring may be worn. This problem is more likely to occur as the thickness of the oxide film increases. Particularly, since the spring retainer made of sheet metal is thin, it is necessary to suppress the wear of the spring receiving flange as much as possible.
  • the present invention has been made in view of the above problems. By making it difficult to peel off the oxide film formed on the spring receiving flange portion by heat treatment, the wear resistance of the contact surface with the valve spring in the spring receiving flange portion is improved. It is an object of the present invention to provide a spring retainer and a method for manufacturing the same that can be greatly improved.
  • the oxide film is set to 0.00 to 0.02 ⁇ m.
  • the oxide film formed at the portion where the upper end of the valve spring in the spring receiving flange portion is pressed by heat treatment has a thickness of 0.00 to 0.02 ⁇ m.
  • the oxide film becomes difficult to peel off by sliding with the valve spring.
  • the center line average roughness Ra of the surface of the spring receiving flange portion where the upper end of the valve spring is pressed against is set to 1.20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the oxide film on the surface of the spring receiving flange portion where the upper end of the valve spring is in pressure contact is set to 0.00 to 0.02 ⁇ m, and the center line average of the surface of that portion is set. Due to the synergistic effect of setting the roughness Ra to 1.20 ⁇ m or less, it is possible to further reduce the possibility of the oxide film peeling off by sliding with the valve spring.
  • the lower surface of the spring receiving flange portion where the upper end of the valve spring is in pressure contact is inclined outward and upward in a direction away from the upper end of the valve spring.
  • the contact portion with the valve spring is the inside of the spring receiving flange portion, that is, the portion closer to the center, so that the spring receiving flange portion is closer to the contact portion at the portion apart from the center.
  • the acting bending moment becomes small, and the portion becomes difficult to bend.
  • the relative sliding of the contact surface with the valve spring that occurs with the bending of the spring receiving flange portion is suppressed, and the oxide film generated on the contact surface with the valve spring in the spring receiving flange portion further peels off. It becomes difficult to do.
  • the fatigue strength can be increased by making the spring receiving flange portion difficult to bend.
  • the outer peripheral surface of the corner portion of the connecting portion between the cylindrical portion and the spring receiving flange portion is substantially arc-shaped with a radius of curvature larger than the thickness of the cylindrical portion.
  • the connecting portion between the tube portion and the spring receiving flange portion is strengthened to increase bending rigidity, and the spring receiving flange portion is difficult to bend.
  • the accompanying exfoliation of the oxide film can be suppressed, and stress is prevented from concentrating on the connecting portion between the tube portion and the spring receiving flange portion, and the fatigue strength of that portion is increased.
  • a sheet metal spring retainer in which the thickness of the oxide film formed on the contact surface with the valve spring in the spring receiving flange portion is set to 0.00 to 0.02 ⁇ m can be obtained with relatively few steps. Can be manufactured more easily.
  • the oxide film removing step includes a polishing step.
  • the oxide film generated on the contact surface of the spring receiving flange portion with the valve spring can be easily removed by the polishing process so as to have a specified thickness.
  • the center line average roughness Ra of the surface of the spring receiving flange portion where the upper end of the valve spring is pressed against is set to 1.20 ⁇ m or less by barrel polishing.
  • the wear resistance of the contact surface with the valve spring in the spring receiving flange portion can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a spring retainer of the present invention
  • FIG. 2 is a central longitudinal front view of a valve operating mechanism in which the spring retainer is assembled.
  • the spring retainer 1 is a low carbon steel plate having a thickness of 1.2 to 1.6 mm, which is formed on the basis of deep drawing by pressing, and has a tapered cylindrical portion 2 that gradually increases in diameter upward, It consists of a spring receiving flange portion 3 which is continuously provided outward at its upper end.
  • a spring retainer 1 is formed by externally fitting inward beads 5 a and 5 a on the inner surface of a pair of cotters 5 and 5 fitted in the tapered hole 4 of the cylindrical portion 2 into an annular groove 6 a at the shaft end of the engine valve 6. Is assembled so as to be substantially integral with the engine valve 6. The lower end 3a near the outer periphery of the spring receiving flange 3 is pressed against the upper end of the valve spring 7 supported at the lower end by a cylinder head (not shown), so that the engine valve 6 is always biased upward. Has been.
  • An annular guide portion 8 that rises upward is formed at the radial intermediate portion of the spring receiving flange portion 3, and the upper end of the valve spring 7 is pressed against the lower outer peripheral surface 3 a that is horizontal outside the guide portion 8. is doing.
  • the guide portion 8 is for preventing the upper end of the valve spring 7 from moving greatly in the radial direction, and for increasing the bending rigidity of the spring receiving flange portion 3 by increasing the section modulus.
  • the range of 1.5 to 2.5 mm is preferable.
  • the wall thickness T ⁇ b> 1 of the connecting portion 9 between the tube portion 2 and the spring receiving flange portion 3 in the spring retainer 1 is larger than the wall thickness T ⁇ b> 2 of the tube portion 2. That is, the corner outer peripheral surface 10 of the connecting portion 9 between the cylindrical portion 2 and the spring receiving flange portion 3 is a substantially arc-shaped curved surface having a radius of curvature larger than the wall thickness of the cylindrical portion 2, and is opposed to the arc-shaped curved surface.
  • the corner inner peripheral surface 11 of the continuous portion 9 is a substantially arcuate curved surface smaller than the radius of curvature of the corner outer peripheral surface 10, the thickness T 1 of the continuous portion 9 is changed to the thickness T 2 of the cylindrical portion 2. Is greater than.
  • the corner outer peripheral surface 10 of the connecting portion 9 between the cylindrical portion 2 and the spring receiving flange portion 3 is a substantially arcuate curved surface having a larger radius of curvature than the thickness of the cylindrical portion 2. If the thickness T1 is larger than the thickness T2 of the cylindrical portion 2, the connecting portion 9 is strengthened and the bending rigidity is increased, so that stress is prevented from concentrating on that portion, and the connecting portion 9 Increases fatigue strength. Further, since the spring receiving flange portion 3 is difficult to bend upward, it is possible to suppress the relative sliding of the contact surface between the spring receiving flange portion 3 and the valve spring 7.
  • the outer peripheral lower surface 3a with which the upper end of the valve spring 7 is in pressure contact with the spring receiving flange portion 3 is an inclined surface inclined in a direction away from the upper end of the valve spring 7 toward the upper outer side, and the inner peripheral edge of the upper end of the valve spring 7 However, it is in contact with the inner side of the outer peripheral lower surface 3a of the spring receiving flange portion 3, that is, the portion near the center.
  • the inclination angle of the outer peripheral lower surface 3a with respect to the horizontal plane is preferably set to 1.0 degree or less, for example, so that the inner peripheral edge of the upper end of the valve spring 7 is not strongly biased inward of the outer peripheral lower surface 3a. In FIG. 3, the inclination angle is exaggerated).
  • the spring retainer 1 is formed using a thick metal plate material having a large bending rigidity, or in the case of a small spring retainer 1 having a small diameter of the spring receiving flange portion 3, the spring receiving flange is used.
  • the outer peripheral portion lower surface 3a of the portion 3 may be a horizontal plane.
  • the contact portion with the valve spring 7 becomes an inner portion of the spring receiving flange portion 3, that is, a portion closer to the center. Since the bending moment acting on the spring receiving flange portion 3 is smaller than the case where the spring receiving flange portion 3 abuts and the portion is less likely to bend upward, similarly to the above, the spring receiving flange portion 3 and the valve spring 7 are not bent.
  • the contact surface can be prevented from sliding relatively, and the fatigue strength of the spring receiving flange portion 3 can be increased.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the surface layer portion of the spring retainer 1 after the heat treatment, and a carburized layer 13 having a depth of about 0.1 mm to 0.5 mm is formed on the entire surface of the base material 12.
  • an oxide film 14 having a thickness of about 0.2 ⁇ m is formed on the surface of the carburized layer 13 simultaneously with the heat treatment.
  • the oxide film 14 formed on the entire surface including the outer peripheral lower surface 3a with which the upper end of the valve spring 7 in the spring receiving flange portion 3 is pressed is shown in FIG.
  • the film is removed by mechanical means such as polishing so as to form a thin film with a thickness of 0.00 to 0.02 ⁇ m.
  • at least the surface roughness of the outer peripheral lower surface 3a with which the upper end of the valve spring 7 in the spring receiving flange 3 is pressed, that is, the centerline average roughness in JIS Ra is finished to be 1.20 ⁇ m or less.
  • the spring receiving flange in the spring retainer 1 is used. Even if the contact surface between the lower surface of the portion 3 and the upper end of the valve spring 7 slides during operation of the engine, the oxide film 14 generated on the lower surface of the spring receiving flange portion 3 is prevented from peeling off. It becomes difficult to peel off.
  • the thickness of the oxide film 14 on the outer peripheral lower surface 3a in the spring receiving flange 3 is set to 0.00 to 0.02 ⁇ m, and the center line average roughness Ra of the surface of the outer peripheral lower surface 3a is 1. Due to the synergistic effect with the thickness of 20 ⁇ m or less, the risk of the oxide film 14 peeling off due to sliding with the valve spring 7 can be further reduced. The reason why the center line average roughness Ra of the outer peripheral lower surface 3a to which the upper end of the valve spring 7 is pressed is 1.20 ⁇ m or less is that if this value is exceeded, the sliding friction resistance with the valve spring 7 increases. This is because it was confirmed by an engine durability test that the oxide film 14 was easily peeled off.
  • the spring receiving flange portion 3 is difficult to bend, the relative sliding of the contact surface with the valve spring 7 that occurs with the bending is suppressed. The possibility that the oxide film 14 on the lower surface 3a is peeled can be further reduced.
  • FIG. 7 shows the amount of wear of the lower surface 3a of the spring bearing flange 3 as the variable of the thickness of the oxide film 14 formed on the lower surface 3a of the spring bearing flange 3 (surface roughness is 1.20 ⁇ m or less). It is the graph measured by the endurance test. The amount of wear was measured by Auger spectroscopy.
  • the engine subjected to the durability test is a gasoline engine with a displacement of 2000 CC, and is a measurement result after operating on a table at a high load of 6000 rpm for 60 hours continuously.
  • the thickness of the oxide film 14 is approximately 0.02 ⁇ m or less, that is, in the range of 0.00 to 0.02 ⁇ m, there is almost no wear on the lower surface 3a of the spring bearing flange portion 3, and the oxide film
  • the thickness exceeds 0.02 ⁇ m the amount of wear gradually increases, and when the thickness of the oxide film exceeds about 0.05 ⁇ m, the amount of wear on the lower surface 3 a of the spring bearing flange 3 increases proportionally. It was confirmed.
  • the thickness of the oxide film 14 is 0, that is, when all are removed, the lower surface of the spring receiving flange portion 3 is hardly worn because the hard carburized layer 13 is formed on the surface.
  • the spring retainer 1 can be manufactured by the process shown in FIG. That is, first, as shown in FIG. 8 (a), a disk-shaped material 15 made of a low carbon steel plate having a thickness of about 1.2 to 1.6 mm is cooled once or a plurality of times by a pressing device (not shown).
  • a spring retainer original 19 comprising a cylindrical portion 17 having a tapered hole 16 at the center and a spring receiving flange portion 18 at the upper end thereof, as shown in FIG. Is molded.
  • the original product 19 has the same shape as the shape of the spring retainer 1 shown in FIGS.
  • the original product 19 is subjected to carburizing 21, quenching 22, and tempering 23.
  • the carburizing 21 is performed by a general gas carburizing furnace, and the tempering temperature is preferably 300 ° C. or less.
  • barrel polishing 24 is applied to the spring retainer original product 19 after the heat treatment, and the valve spring 7 in the spring receiving flange portion generated by the heat treatment step 20 is formed.
  • the oxide film on the lower surface where the upper end is in pressure contact is removed by polishing for a predetermined time so that the thickness is in the range of 0.00 to 0.02 ⁇ m.
  • the abrasive used in the barrel polishing 24 for example, alumina or ceramic powder having a particle size of 1.0 to 2.0 ⁇ m is preferable.
  • the spring retainer 1 in which the thickness of the oxide film 14 on the lower surface 3a of the spring receiving flange portion 3 is 0.02 ⁇ m or less is obtained.
  • the center line average roughness Ra of the surface of the lower surface 3a of the spring receiving flange portion 3 can be set to 1.20 ⁇ m or less.
  • the oxide film formed on the surface other than the lower surface 3a of the spring receiving flange 3 is also removed at the same time.
  • the oxide film other than the lower surface 3a with which the upper end is in pressure contact does not affect the sliding wear and does not peel off, so it may be left without being removed. Therefore, the oxide film on only the lower surface 3a with which the upper end of the valve spring 7 is pressed against the spring receiving flange portion 3 is not subjected to barrel polishing, but by other mechanical means such as polishing, for example, a grinding machine using a grinding wheel. , It may be removed by polishing so as to be in the range of 0.00 to 0.02 ⁇ m.

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Abstract

　熱処理によりばね受けフランジ部に生成された酸化皮膜を剥離しにくくすることにより、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面の耐摩耗性を大幅に向上させる。　熱処理により生成された、ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する部分の表面の酸化皮膜１５の少なくとも一部を除去することにより、酸化皮膜の厚さを、０.００～０.０２μｍとする。

Description

内燃機関用スプリングリテーナ及びその製造方法
　本発明は、内燃機関の動弁機構に用いられるスプリングリテーナに係り、特に、板金により形成されたスプリングリテーナ及びその製造方法に関する。
　この種のスプリングリテーナの中には、それを軽量化して動弁系の慣性質量を低減させ、内燃機関の性能を向上させるために、スプリングリテーナを板金により形成したものがある(例えば特許文献１～３参照)。
実開昭５５－１７９７６号公報 実開昭６２－１８５８０７号公報 特開２００２－３０３１０７号公報
　上記の板金製のスプリングリテーナは、鋼板よりなる板金素材をプレス成形して、スプリングリテーナの原形品を成形したのち、その表面を硬化させて耐摩耗性を向上させるために、浸炭、焼入れ、及び焼戻しよりなる熱処理を施すのが一般的である。
　このような熱処理を施すと、スプリングリテーナの表面に浸炭層が形成されて硬化されると同時に、上記浸炭処理を、真空浸炭炉以外の通常の浸炭炉を用いて行うと、浸炭層の表面には、酸化皮膜が必然的に生成される。この酸化皮膜は硬質であるため、スプリングリテーナにおけるバルブスプリングの上端が圧接するばね受けフランジ部の耐摩耗性をさらに向上させうる効果がある。
　しかし、ばね受けフランジ部とバルブスプリングの端面との互いの接触面は、エンジンの運転中において常に摺動状態にあり、また、バルブスプリングを圧縮させる際に、ばね受けフランジ部に曲げ応力が作用して撓み、ばね受けフランジ部とバルブスプリングとの接触面が相対的に摺動することがあるため、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分に生成された酸化皮膜が剥離し、剥離した酸化物の砥粒効果により、ばね受けフランジ部とバルブスプリングとの互いの接触面が摩耗することがある。この問題は、酸化皮膜の厚さが厚いほど発生し易くなる。
　特に、板金製のスプリングリテーナは薄肉であるため、ばね受けフランジ部の摩耗は極力抑える必要がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、熱処理によりばね受けフランジ部に生成された酸化皮膜を剥離しにくくすることにより、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面の耐摩耗性を大幅に向上させうるようにしたスプリングリテーナ及びその製造方法を提供することを目的としている。
　本発明によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（１）中心にテーパ孔を有する筒部と、この筒部に連設され、バルブスプリングの上端が圧接するばね受けフランジ部とを備え、かつ、浸炭、焼入れ及び焼戻しよりなる熱処理を施してなる板金製の内燃機関用スプリングリテーナにおいて、前記熱処理により生成された、前記ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の酸化皮膜の少なくとも一部を除去することにより、前記酸化皮膜の厚さを、０.００～０.０２μｍとする。
　このような構成とすると、熱処理によりばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分に生成された酸化皮膜を、０.００～０.０２μｍの厚さとしてあるので、その部分に生成された酸化皮膜が、バルブスプリングとの摺動により剥離しにくくなる。
　その結果、剥離した酸化物による砥粒効果により、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面が摩耗するのが抑えられ、その部分の耐摩耗性を大幅に向上させることができる。
（２）上記(１)項において、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μm以下とする。
　このような構成とすると、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の酸化皮膜の厚さを、０.００～０.０２μｍとすることと、その部分の表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μm以下とすることとの相乗効果により、バルブスプリングとの摺動により酸化皮膜が剥離する恐れをより小さくすることができる。
（３）上記(１)または(２)項において、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する下面を、外側上方に向かって、バルブスプリングの上端から離れる方向に傾斜させる。
　このような構成とすると、バルブスプリングとの当接部が、ばね受けフランジ部の内方、すなわち中心寄りの部分となるので、中心から離間した部分で当接する場合よりも、ばね受けフランジ部に作用する曲げモーメントが小さくなり、その部分が撓みにくくなる。その結果、ばね受けフランジ部の撓みに伴って発生するバルブスプリングとの接触面の相対的摺動が抑制され、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面に生成された酸化皮膜が、さらに剥離しにくくなる。
　また、ばね受けフランジ部が撓みにくくなることにより、その疲労強度を大とすることができる。
（４）上記(１)～(３)項のいずれかにおいて、筒部とばね受けフランジ部との連設部の隅部外周面を、筒部の肉厚よりも大きい曲率半径のほぼ円弧状曲面とするとともに、この円弧状曲面と対向する前記連設部の隅部内周面を、前記隅部外周面の曲率半径よりも小さな曲率半径のほぼ円弧状曲面とすることにより、前記筒部とばね受けフランジ部との連設部の肉厚を、筒部の肉厚よりも大とする。
　このような構成とすると、筒部とばね受けフランジ部との連設部が強化されて曲げ剛性が大となり、ばね受けフランジ部が撓みにくくなるので、上記と同様、ばね受けフランジ部の撓みに伴う酸化皮膜の剥離を抑えることができるとともに、筒部とばね受けフランジ部との連設部に応力が集中するのが回避され、その部分の疲労強度が大となる。
（５）上記(１)～(４)項のいずれかに記載の内燃機関用スプリングリテーナの製造方法であって、円盤状の板金素材を絞り加工することにより、中心にテーパ孔を有する筒部の外周面に、ばね受けフランジ部が連設されたスプリングリテーナの原形品を成形する絞り加工工程と、前記スプリングリテーナの原形品に、浸炭、焼入れ及び焼戻しなる熱処理を施す熱処理工程と、前記ばね受けフランジ部における少なくともバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面に生成された酸化皮膜を、その厚さが、０.００～０.０２μｍとなるまで除去する酸化皮膜除去工程とを有する。
　このような構成とすると、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面に生成された酸化皮膜の厚さが、０.００～０.０２μｍとされた板金製のスプリングリテーナを、比較的少ない工程により容易に製造することができる。
（６）上記(５)項において、酸化皮膜除去工程が、研磨工程を含むものとする。
　このような構成とすると、研磨工程により、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面に生成された酸化皮膜を、規定の厚さとなるように容易に除去することができる。
（７）上記(６)項において、バレル研磨することにより、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μm以下とする。
　このような構成とすると、バレル研磨により、多数のスプリングリテーナをまとめて、かつばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分を含む全表面に生成された酸化皮膜を、規定の厚さとなるように研磨しうるので、生産性が向上する。
　また、研磨材の粒度を適宜に選択することにより、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μm以下とすることができる。
　本発明によれば、熱処理によりばね受けフランジ部に生成された酸化皮膜が剥離しにくくなるので、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングとの接触面の耐摩耗性を向上させることができる。
本発明のスプリングリテーナの一実施形態の斜視図である。 スプリングリテーナを組み付けた動弁機構の中央縦断正面図である。 スプリングリテーナの拡大半断面図である。 同じく、表層の拡大断面図である。 同じく、ばね受けフランジ部の下面の拡大断面図である。 同じく、酸化皮膜除去後のばね受けフランジ部の下面の拡大断面図である。 ばね受けフランジ部の摩耗試験の結果を示すグラフである。 本発明のスプリングリテーナの製造方法を示す工程図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明のスプリングリテーナの一実施形態の斜視図、図２は、このスプリングリテーナを組み付けた動弁機構の中央縦断正面図である。
　スプリングリテーナ１は、１.２～１.６ｍｍの厚さの低炭素鋼板を、プレスによる深絞り加工を基本として成形したもので、上方に向かって漸次拡径するテーパ状の筒部２と、その上端に外向きに連設されたばね受けフランジ部３とからなっている。
　筒部２のテーパ孔４に嵌合した１対のコッタ５、５における内面の内向きビード５ａ、５ａを、エンジンバルブ６の軸端部の環状溝６ａに外嵌することにより、スプリングリテーナ１は、エンジンバルブ６と実質的に一体をなすように組み付けられている。
　ばね受けフランジ部３の外周部寄りの下面３ａには、下端がシリンダヘッド(図示略)により受支されたバルブスプリング７の上端が圧接し、これにより、エンジンバルブ６は、常時上向きに付勢されている。
　ばね受けフランジ部３における径方向の中間部には、上方に立ち上がる環状のガイド部８が形成され、ガイド部８よりも外側の水平をなす外周部下面３ａに、上記バルブスプリング７の上端が圧接している。ガイド部８は、バルブスプリング７の上端が径方向に大きく移動するのを防止するためと、断面係数を大として、ばね受けフランジ部３の曲げ剛性を高めるためのもので、その上下寸法は、１.５～２.５ｍｍの範囲とするのが好ましい。
　図３に拡大して示すように、スプリングリテーナ１における筒部２とばね受けフランジ部３との連設部９の肉厚Ｔ１は、筒部２の肉厚Ｔ２よりも大とされている。すなわち、筒部２とばね受けフランジ部３との連設部９における隅部外周面１０を、筒部２の肉厚より大きい曲率半径のほぼ円弧状曲面とするとともに、この円弧状曲面と対向する連設部９の隅部内周面１１を、隅部外周面１０の曲率半径よりも小さなほぼ円弧状曲面とすることにより、連設部９の肉厚Ｔ１を、筒部２の肉厚Ｔ２よりも大としてある。
　このように、筒部２とばね受けフランジ部３との連設部９における隅部外周面１０を、筒部２の肉厚より大きい曲率半径のほぼ円弧状曲面とし、連設部９の肉厚Ｔ１を、筒部２の肉厚Ｔ２よりも大とすると、連設部９が強化されて曲げ剛性が大となるので、その部分に応力が集中するのが回避され、連設部９の疲労強度が高まる。
　また、ばね受けフランジ部３が上向きに撓みにくくなるので、このばね受けフランジ部３とバルブスプリング７との接触面が相対的に摺動するのを抑えることができる。
　ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する外周部下面３ａは、外側上方に向かって、バルブスプリング７の上端から離れる方向に傾斜する傾斜面として、バルブスプリング７の上端の内周縁部が、ばね受けフランジ部３の外周部下面３ａの内方、すなわち中心寄りの部分に当接するようにしてある。なお、外周部下面３ａの水平面に対する傾斜角度は、バルブスプリング７の上端の内周縁部が、外周部下面３ａの内方に強く偏当りしない程度、例えば１.０度以下とするのがよい(図３では、傾斜角度を誇張して図示してある)。
　また、スプリングリテーナ１を、曲げ剛性の大きな比較的厚さの厚い板金素材を用いて成形する際、または、ばね受けフランジ部３の直径の小さな小型のスプリングリテーナ１の場合には、ばね受けフランジ部３の外周部下面３ａは、水平面とすることもある。
　このように、ばね受けフランジ部３の外周部下面３ａを傾斜させると、バルブスプリング７との当接部が、ばね受けフランジ部３の内方、すなわち中心寄りの部分となるので、中心から離間した部分で当接する場合よりも、ばね受けフランジ部３に作用する曲げモーメントが小さくなって、その部分が上向きに撓みにくくなるので、上記と同様に、ばね受けフランジ部３とバルブスプリング７との接触面が相対的に摺動するのを抑えることができるとともに、ばね受けフランジ部３の疲労強度も大とすることができる。
　上記プレス成形後のスプリングリテーナ１の原形品には、表面の耐摩耗性を向上させるとともに、各部の強度をさらに高めるための熱処理、例えばガス浸炭炉による浸炭、焼入れ及び焼戻しが施されている。
　図４は、上記熱処理した後におけるスプリングリテーナ１の表層部を一部拡大した断面図で、母材１２の全表面には、深さが０.１ｍｍ～０.５ｍｍ程度の浸炭層１３が形成され、また、この浸炭層１３の表面には、厚さが０.２μｍ程度の酸化皮膜１４が、上記熱処理と同時に生成されている。
　本発明のスプリングリテーナ１においては、図５に示すように、ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する外周部下面３ａを含む全表面に生成された酸化皮膜１４を、図６に示すように、その厚さが０.００～０.０２μｍの薄い皮膜となるように、研磨等の機械的な手段により除去してある。
　また、酸化皮膜１４を除去するのと同時または除去した後において、少なくともばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する外周部下面３ａの表面粗さ、すなわち、ＪＩＳにおける中心線平均粗さRaが、１.２０μｍ以下となるように仕上げてある。
　このように、ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する外周部下面に生成された酸化皮膜１４の厚さを、０.０２μｍ以下の薄い皮膜とすると、スプリングリテーナ１におけるばね受けフランジ部３の下面と、バルブスプリング７の上端との互いの接触面が、エンジンの運転中に摺動しても、ばね受けフランジ部３の下面に生成された酸化皮膜１４が剥離するのが防止されるか、剥離しにくくなる。
　また、ばね受けフランジ部３における外周部下面３ａの酸化皮膜１４の厚さを、０.００～０.０２μｍとしたことと、外周部下面３ａの表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μｍ以下としたこととの相乗効果により、バルブスプリング７との摺動により、酸化皮膜１４が剥離する恐れをより小さくすることができる。
　なお、バルブスプリング７の上端が圧接する外周部下面３ａの中心線平均粗さRaを、１.２０μｍ以下とする理由は、この値を超えると、バルブスプリング７との摺動摩擦抵抗が増大して、酸化皮膜１４が剥離し易くなることが、エンジンの耐久試験により確認されたためである。
　さらに、上述したように、ばね受けフランジ部３を撓みにくくすると、その撓みに伴って発生するバルブスプリング７との接触面の相対的摺動が抑制されるので、ばね受けフランジ部３における外周部下面３ａの酸化皮膜１４が剥離する恐れをさらに小さくすることができる。
　このように、ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する外周部下面３ａの酸化皮膜１４を剥離しにくくすると、剥離した酸化物の砥粒効果により、バルブスプリング７とばね受けフランジ部３との互いの接触面、特に、ばね受けフランジ部３の外周部下面３ａを摩耗させる恐れが極めて小さくなる。その結果、ばね受けフランジ部３の下面の耐摩耗性が向上し、板金よりなるスプリングリテーナ１の耐久性を大幅に高めることができる。
　図７は、ばね受けフランジ部３の下面３ａに生成された酸化皮膜１４の厚さを変数として(表面粗さは１.２０μｍ以下)、ばね受けフランジ部３の下面３ａの摩耗量を、エンジンの耐久試験により測定したグラフである。なお、摩耗量は、オージェ分光分析法により測定した。
　また、耐久試験に供したエンジンは、排気量２０００ＣＣのガソリンエンジンで、これを、台上において高負荷６０００ｒ.ｐ.ｍの回転速度で、連続６０時間運転した後の測定結果である。
　図７から明らかなように、酸化皮膜１４の厚さがほぼ０.０２μｍ以下、すなわち０.００～０.０２μｍの範囲では、ばね受けフランジ部３の下面３ａの摩耗は殆どなく、酸化皮膜の厚さが０.０２μｍを超えるあたりから、摩耗量は徐々に増加し、酸化皮膜の厚さがほぼ０.０５μｍを超えると、ばね受けフランジ部３の下面３ａの摩耗量は比例的に増大することが確認された。なお、酸化皮膜１４の厚さが０、すなわち全て除去しても、ばね受けフランジ部３の下面が殆ど摩耗しないのは、その表面に硬質の浸炭層１３が形成されているからである。
　上記のスプリングリテーナ１は、図８に示す工程により製造することができる。
　すなわち、まず、図８(ａ)に示すような、厚さが１.２～１.６ｍｍ程度の低炭素鋼板よりなる円盤状の素材１５を、図示しないプレス装置による１回または複数回の冷間、もしくは温間深絞り加工工程により、図８(ｂ)に示すような、中心にテーパ孔１６を有する筒部１７と、その上端のばね受けフランジ部１８とからなるスプリングリテーナの原形品１９を成形する。なお、この原形品１９は、図１～図３に示すスプリングリテーナ１の形状と同形である。
　ついで、図８(ｃ)～図８(ｅ)の熱処理工程２０において、上記原形品１９に、浸炭２１、焼入れ２２、焼戻し処理２３を施す。なお、浸炭２１は、一般的なガス浸炭炉により行われ、また焼戻し温度は、３００℃以下が好ましい。
　最後に、図８(ｆ)に示す酸化皮膜除去工程において、上記熱処理後のスプリングリテーナの原形品１９にバレル研磨２４を施し、熱処理工程２０により生成された、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリング７の上端が圧接する下面の酸化皮膜を、その厚さが０.００～０.０２μｍの範囲となるように所定時間研磨して除去する。バレル研磨２４に用いられる研磨材としては、例えば粒度が１.０～２.０μｍのアルミナ、セラミックス系等の粉体が好ましい。これにより、上記のような、ばね受けフランジ部３の下面３ａにおける酸化皮膜１４の厚さが０.０２μｍ以下となったスプリングリテーナ１が得られる。また、このバレル研磨と同時に、ばね受けフランジ部３の下面３ａの表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μｍ以下とすることができる。
　熱処理後のスプリングリテーナの原形品１９にバレル研磨を施すと、ばね受けフランジ部３の下面３ａ以外の表面に生成された酸化皮膜も同時に除去されるが、ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する下面３ａ以外の酸化皮膜は、摺動摩耗に影響せず、剥離もしないので、除去しないで残しておいてもよい。
　従って、ばね受けフランジ部３におけるバルブスプリング７の上端が圧接する下面３ａのみの酸化皮膜を、バレル研磨によらず、他の研磨等の機械的な手段、例えば砥石車を使用した研削盤等により、０.００～０.０２μｍの範囲となるように研磨して除去してもよい。

Claims (7)

  1. 　中心にテーパ孔を有する筒部と、この筒部に連設され、バルブスプリングの上端が圧接するばね受けフランジ部とを備え、かつ、浸炭、焼入れ及び焼戻しよりなる熱処理を施してなる板金製の内燃機関用スプリングリテーナにおいて、
    　前記熱処理により生成された、前記ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の酸化皮膜の少なくとも一部を除去することにより、前記酸化皮膜の厚さを、０.００～０.０２μｍとしたことを特徴とする内燃機関用スプリングリテーナ。
  2. 　ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μm以下としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用スプリングリテーナ。
  3. 　ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する下面を、外側上方に向かって、バルブスプリングの上端から離れる方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関用スプリングリテーナ。
  4. 　筒部とばね受けフランジ部との連設部の隅部外周面を、筒部の肉厚よりも大きい曲率半径のほぼ円弧状曲面とするとともに、この円弧状曲面と対向する前記連設部の隅部内周面を、前記隅部外周面の曲率半径よりも小さな曲率半径のほぼ円弧状曲面とすることにより、前記筒部とばね受けフランジ部との連設部の肉厚を、筒部の肉厚よりも大としたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関用スプリングリテーナ。
  5. 　請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関用スプリングリテーナの製造方法であって、円盤状の板金素材を絞り加工することにより、中心にテーパ孔を有する筒部の外周面に、ばね受けフランジ部が連設されたスプリングリテーナの原形品を成形する絞り加工工程と、前記スプリングリテーナの原形品に、浸炭、焼入れ及び焼戻しよりなる熱処理を施す熱処理工程と、前記ばね受けフランジ部における少なくともバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面に生成された酸化皮膜を、その厚さが、０.００～０.０２μｍとなるまで除去する酸化皮膜除去工程とを有することを特徴とする内燃機関用スプリングリテーナの製造方法。
  6. 　酸化皮膜除去工程が、研磨工程を含むことを特徴とする請求項５記載の内燃機関用スプリングリテーナの製造方法。
  7. 　バレル研磨することにより、ばね受けフランジ部におけるバルブスプリングの上端が圧接する部分の表面の中心線平均粗さRaを、１.２０μm以下とすることを特徴とする請求項６記載の内燃機関用スプリングリテーナの製造方法。
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