JP3341014B2 - 内燃機関用動弁機構に用いられるシム - Google Patents
内燃機関用動弁機構に用いられるシムInfo
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- JP3341014B2 JP3341014B2 JP09048093A JP9048093A JP3341014B2 JP 3341014 B2 JP3341014 B2 JP 3341014B2 JP 09048093 A JP09048093 A JP 09048093A JP 9048093 A JP9048093 A JP 9048093A JP 3341014 B2 JP3341014 B2 JP 3341014B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用動弁機構の
タペットと、カムの間に設けられた隙間に嵌着されるシ
ムの強度を選択的に改良することに関する。
タペットと、カムの間に設けられた隙間に嵌着されるシ
ムの強度を選択的に改良することに関する。
【０００２】より詳細に述べると、本発明は、シムの組
織構造を、その体積密度に特定の分布をもたせることに
よって、シムとカムが接触する部分の強度が選択的に改
良されたシムに関する。
織構造を、その体積密度に特定の分布をもたせることに
よって、シムとカムが接触する部分の強度が選択的に改
良されたシムに関する。
【０００３】
【従来の技術】内燃機関の動弁機構は、主として、エン
ジンバルブ、バルブを閉じさせるためのバルブスプリン
グ、バルブスプリングの力をバルブに伝えるためのバル
ブスプリングリテーナ、バルブスプリングを受け止める
バルブコッタ、バルブを開閉させるロッカーアーム等を
収装しカムに従動して往復運動をバルブに伝えるタペッ
ト及び、回転カムから構成されている。
ジンバルブ、バルブを閉じさせるためのバルブスプリン
グ、バルブスプリングの力をバルブに伝えるためのバル
ブスプリングリテーナ、バルブスプリングを受け止める
バルブコッタ、バルブを開閉させるロッカーアーム等を
収装しカムに従動して往復運動をバルブに伝えるタペッ
ト及び、回転カムから構成されている。
【０００４】カムとタペットの間には、熱膨張や摩擦な
どによる経時変化への対応として隙間が設けてある。こ
の隙間には、バルブを調整するための板金が嵌着されて
いる。この板金をシムという。尚、タペットが、エンジ
ンバルブの頂部と接触する部分に、タペットと異種又は
同種の金属チップが嵌装される場合がある。この場合、
該チップを、インナーシムと呼称し、前記隙間に嵌着さ
れたシムをアウターシムと呼称して、区別することがあ
るが、本発明は、アウターシムに関する。
どによる経時変化への対応として隙間が設けてある。こ
の隙間には、バルブを調整するための板金が嵌着されて
いる。この板金をシムという。尚、タペットが、エンジ
ンバルブの頂部と接触する部分に、タペットと異種又は
同種の金属チップが嵌装される場合がある。この場合、
該チップを、インナーシムと呼称し、前記隙間に嵌着さ
れたシムをアウターシムと呼称して、区別することがあ
るが、本発明は、アウターシムに関する。
【０００５】動弁機構は、カムシャフトに備えられたカ
ムが、規則的にシムを介してバルブを押すことで、バル
ブを、回転に応じて正確に開閉させるものである。従っ
て、シムがカムと接触する面には、周期的に繰返し集中
荷重がかかり、その結果、シムの内部に応力が発生す
る。
ムが、規則的にシムを介してバルブを押すことで、バル
ブを、回転に応じて正確に開閉させるものである。従っ
て、シムがカムと接触する面には、周期的に繰返し集中
荷重がかかり、その結果、シムの内部に応力が発生す
る。
【０００６】本発明者等は理論に拘束されることを好ま
ないが、シムにかかる荷重と応力に関して説明する。カ
ムがシムに負荷する繰返し圧縮荷重は、回転速度に依存
して変化するが、平均すると100乃至200kg/mm2である。
ないが、シムにかかる荷重と応力に関して説明する。カ
ムがシムに負荷する繰返し圧縮荷重は、回転速度に依存
して変化するが、平均すると100乃至200kg/mm2である。
【０００７】又、シムの許容応力は、100乃至150kg/mm2
である。シムに、カムの繰返し圧縮荷重が負荷される
と、先ずシムとカムが接触する部分に最大の応力が発生
し、それが、最大径が上部に偏倚した変形紡鍾形の形で
シムの内部を伝播して、シムを収装するタペットに伝わ
り、一部はシムとカムが接触する部分に縦ひずみを生ぜ
しめる。
である。シムに、カムの繰返し圧縮荷重が負荷される
と、先ずシムとカムが接触する部分に最大の応力が発生
し、それが、最大径が上部に偏倚した変形紡鍾形の形で
シムの内部を伝播して、シムを収装するタペットに伝わ
り、一部はシムとカムが接触する部分に縦ひずみを生ぜ
しめる。
【０００８】従って、金属及び固体の組織構造論上から
も、又実用面から見ても、必ずしもシム全体を均一の強
度にする必要はなく、シムとカムが接触する部分の強度
さえ十分維持されていればよいということがわかる。
も、又実用面から見ても、必ずしもシム全体を均一の強
度にする必要はなく、シムとカムが接触する部分の強度
さえ十分維持されていればよいということがわかる。
【０００９】然しながら、従来、上述したような観点か
らシムを研究、開発した報告はなされていない。また、
焼結法でシムを製造する場合に重要条件とされている圧
縮成形工程で、各部均一に高密度化しなければならない
という制約を必要としない方法の報告もない。
らシムを研究、開発した報告はなされていない。また、
焼結法でシムを製造する場合に重要条件とされている圧
縮成形工程で、各部均一に高密度化しなければならない
という制約を必要としない方法の報告もない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来技術が、シムが、カムと接触する部分
の強度を、他の部分の強度より高くすることによって、
選択的にその部分の耐摩耗性を向上させることが出来な
かったことである。
する課題は、従来技術が、シムが、カムと接触する部分
の強度を、他の部分の強度より高くすることによって、
選択的にその部分の耐摩耗性を向上させることが出来な
かったことである。
【００１１】本発明が解決しようとする別の課題は、従
来焼結法でシムを製造するに当って、成形方法あるいは
加工方法の諸条件による制約を脱却し、選択の巾を広げ
ることができなかったことである。
来焼結法でシムを製造するに当って、成形方法あるいは
加工方法の諸条件による制約を脱却し、選択の巾を広げ
ることができなかったことである。
【００１２】本発明が解決しようとする更なる課題は、
以下逐次明らかにされよう。
以下逐次明らかにされよう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段は、シムの軸と直角方向の体積密度を、シムとカ
ムが接触する部分が最大で、シムの外径側になるにした
がって連続して減少するように分布させることである。
の手段は、シムの軸と直角方向の体積密度を、シムとカ
ムが接触する部分が最大で、シムの外径側になるにした
がって連続して減少するように分布させることである。
【００１４】本発明のシムは、粉末冶金金属製シムの体
積密度に分布をもたせたことを特徴とするものであるの
で、以下粉末冶金金属製シムに関して説明する。
積密度に分布をもたせたことを特徴とするものであるの
で、以下粉末冶金金属製シムに関して説明する。
【００１５】粉末冶金法は、（イ）高融点で溶解できな
い材料が成形でき、（ロ）形状も仕上がり品に近く、歩
留りもよく、工程が大きく簡略化され、（ハ）生産性が
高く省エネルギー的である等の理由で近年、自動車用部
品に大いに使用されてきている。
い材料が成形でき、（ロ）形状も仕上がり品に近く、歩
留りもよく、工程が大きく簡略化され、（ハ）生産性が
高く省エネルギー的である等の理由で近年、自動車用部
品に大いに使用されてきている。
【００１６】本発明で使用する粉末冶金金属は、主とし
てFe−系、Al−系或いはTi−系である。Fe−系として
は、Mo−Ni−Cu−Cr鋼、Mo−Cr−Ni鋼等が、Al−系とし
ては、Al−Fe−Si、Al−Si等が、Ti−系としてはTi−Ｖ
−Al等が例示される。
てFe−系、Al−系或いはTi−系である。Fe−系として
は、Mo−Ni−Cu−Cr鋼、Mo−Cr−Ni鋼等が、Al−系とし
ては、Al−Fe−Si、Al−Si等が、Ti−系としてはTi−Ｖ
−Al等が例示される。
【００１７】具体例としては、C 0.5％、Si 0.85％、Mn
0.20％、Ni 1.0％、Cr 17.0％、Mo8.0％、CaF2 1.0％
及びFe Bal.及びC 0.7〜1.3％、Nb 0.5〜1.0％、Ni 4.0
％、Cr 1.0〜3.0％、Mo 5〜8％、Co 1.0％、CaF2≦1.0
％及びFe Bal.等がFe系として、Si 11.7％及びAl Ba
l.、Si 10〜20％、Fe 5〜10％、Ｖ、Cu、Mo及びAl Ba
l.、等がAl系として例示される。
0.20％、Ni 1.0％、Cr 17.0％、Mo8.0％、CaF2 1.0％
及びFe Bal.及びC 0.7〜1.3％、Nb 0.5〜1.0％、Ni 4.0
％、Cr 1.0〜3.0％、Mo 5〜8％、Co 1.0％、CaF2≦1.0
％及びFe Bal.等がFe系として、Si 11.7％及びAl Ba
l.、Si 10〜20％、Fe 5〜10％、Ｖ、Cu、Mo及びAl Ba
l.、等がAl系として例示される。
【００１８】本発明において、金属粉末は、0.1〜0.000
1mmの範囲で、硬度を高めたい場合は0.1〜5μm、或いは
サブミクロンの範囲で適宜選択される。
1mmの範囲で、硬度を高めたい場合は0.1〜5μm、或いは
サブミクロンの範囲で適宜選択される。
【００１９】金属粉末は、粒度・粒度分布・粒径、粉末
の粒度性、粉末の見掛け密度、粉末の圧縮性・成形性等
諸条件を総合的に判断して評価されなければならない。
の粒度性、粉末の見掛け密度、粉末の圧縮性・成形性等
諸条件を総合的に判断して評価されなければならない。
【００２０】本発明で使用する金属粉末の製造方法は使
用する原料金属、製造しようとする焼結金属の物性等を
勘案して選択されるべきで、特に限定されない。例え
ば、耐摩耗性に優れたAl合金、例えばAl−Si系でSiの多
い合金、Ti合金、或いはCr、Ｗ、Feを含むCo系合金等の
場合は、急冷凝固で製造するのが好ましい。
用する原料金属、製造しようとする焼結金属の物性等を
勘案して選択されるべきで、特に限定されない。例え
ば、耐摩耗性に優れたAl合金、例えばAl−Si系でSiの多
い合金、Ti合金、或いはCr、Ｗ、Feを含むCo系合金等の
場合は、急冷凝固で製造するのが好ましい。
【００２１】金属粉末が製造されたら、次にこれらの原
料金属粉を適当な比率で混粉する。例えばAl 70〜90
％、Fe 5〜10％、Si 10〜20％他微量のＶ、Mo、Cu、Al
−33Cu−7Mg、Al−6Zn−3Mg、Al−5.6Zn−2.5Mg−1.6Cu
−0.3Cr、Al−10.7Zn−0.9Mg−0.4Zr等の配合設計で混
粉する。混粉工程では、Cu、Ni、Ｃ等製品強度上昇剤、
Cu、Fe−Ｐ等焼結促進剤、ステアリン酸亜鉛等潤滑剤な
どを状況に応じ添加する。
料金属粉を適当な比率で混粉する。例えばAl 70〜90
％、Fe 5〜10％、Si 10〜20％他微量のＶ、Mo、Cu、Al
−33Cu−7Mg、Al−6Zn−3Mg、Al−5.6Zn−2.5Mg−1.6Cu
−0.3Cr、Al−10.7Zn−0.9Mg−0.4Zr等の配合設計で混
粉する。混粉工程では、Cu、Ni、Ｃ等製品強度上昇剤、
Cu、Fe−Ｐ等焼結促進剤、ステアリン酸亜鉛等潤滑剤な
どを状況に応じ添加する。
【００２２】混粉工程後、粉末を所定の形状にプレスす
る。プレス後、熱間静水圧成形法（ＨＩＰ）、熱間静水
圧加圧焼結、擬ＨＩＰ法、射出成形等通常の焼結法を利
用して焼結する。焼結は、保護雰囲気ガスを送給した連
続炉で、500℃付近での予熱を経て潤滑剤を揮発あるい
は分解させて除去し、その後1100〜1200℃で焼結させ
る。
る。プレス後、熱間静水圧成形法（ＨＩＰ）、熱間静水
圧加圧焼結、擬ＨＩＰ法、射出成形等通常の焼結法を利
用して焼結する。焼結は、保護雰囲気ガスを送給した連
続炉で、500℃付近での予熱を経て潤滑剤を揮発あるい
は分解させて除去し、その後1100〜1200℃で焼結させ
る。
【００２３】焼結後、目的に応じて後加工または後処理
することは当業者のよく理解するところである。たとえ
ば、寸法精度を向上するためにはサイジング、熱間鍛造
等、強度向上のためには、ロール加工、熱処理等、耐摩
耗性向上のためには、溶浸、含浸、含油、表面処理等、
そして防錆効果を上げるためには、含浸、含油、表面処
理等適宜選択し実施される。
することは当業者のよく理解するところである。たとえ
ば、寸法精度を向上するためにはサイジング、熱間鍛造
等、強度向上のためには、ロール加工、熱処理等、耐摩
耗性向上のためには、溶浸、含浸、含油、表面処理等、
そして防錆効果を上げるためには、含浸、含油、表面処
理等適宜選択し実施される。
【００２４】ところで、鉄系焼結金属の強度が、或る程
度までは密度に比例し、その後一定になることは公知で
ある。（「鉄鋼便覧５」、丸善P.513 図-221）即ち、鉄
系焼結金属では、密度6.2乃至6.8（g/cm3）までの引張
強度（kgf/mm2）は、略々密度に比例し、同6.8（g/c
m3）以上で略々一定になる。従って、本発明では、シム
の最大密度部を6.8乃至7.1g/cm3に、最小密度部を6.6乃
至6.8g/cm3に設計するのが好ましい。
度までは密度に比例し、その後一定になることは公知で
ある。（「鉄鋼便覧５」、丸善P.513 図-221）即ち、鉄
系焼結金属では、密度6.2乃至6.8（g/cm3）までの引張
強度（kgf/mm2）は、略々密度に比例し、同6.8（g/c
m3）以上で略々一定になる。従って、本発明では、シム
の最大密度部を6.8乃至7.1g/cm3に、最小密度部を6.6乃
至6.8g/cm3に設計するのが好ましい。
【００２５】上述した金属粉末を用いてシムの軸と直角
方向の体積密度を、シムとカムが接触する部分が最大
で、シムの外径側になるにしたがって連続して小さくな
る略々台形の曲線に分布させる方法は、(1）圧縮成形金
型の雄型（下パンチ）を２分割にし、材料粉末を充填し
た後、例えば５トン/cm2で仮圧縮し、その後例えば６ト
ン/cm2で本圧縮する方法、(2）圧縮成形金型の雄型（下
パンチ）を２つのキャビティーに２分割し、先ず第１の
キャビティーに材料粉末を充填し、例えば５トン/cm2で
仮圧縮し、次いで雄型を下降させ第２のキャビティーに
残余の材料成分を充填し、雄型を上昇させ、例えば６ト
ン/cm2で本圧縮する方法、及び(3）予め成形した断面形
状が台形の圧粉体を、所定形状の圧縮金型に入れ、所定
の圧縮力で圧縮成形する方法の３方法がある。
方向の体積密度を、シムとカムが接触する部分が最大
で、シムの外径側になるにしたがって連続して小さくな
る略々台形の曲線に分布させる方法は、(1）圧縮成形金
型の雄型（下パンチ）を２分割にし、材料粉末を充填し
た後、例えば５トン/cm2で仮圧縮し、その後例えば６ト
ン/cm2で本圧縮する方法、(2）圧縮成形金型の雄型（下
パンチ）を２つのキャビティーに２分割し、先ず第１の
キャビティーに材料粉末を充填し、例えば５トン/cm2で
仮圧縮し、次いで雄型を下降させ第２のキャビティーに
残余の材料成分を充填し、雄型を上昇させ、例えば６ト
ン/cm2で本圧縮する方法、及び(3）予め成形した断面形
状が台形の圧粉体を、所定形状の圧縮金型に入れ、所定
の圧縮力で圧縮成形する方法の３方法がある。
【００３０】上述した方法によって製造された本発明の
シムは、ある程度の空孔を有しているので、適度の保油
効果も有している。尚、本発明でいう、シムの保油効果
は、Cu粉末にSn粉末、黒鉛等を混粉し、加圧成形して製
造する、いわゆる焼結含油合金のように含油率が18vol
％以上という意味ではない。
シムは、ある程度の空孔を有しているので、適度の保油
効果も有している。尚、本発明でいう、シムの保油効果
は、Cu粉末にSn粉末、黒鉛等を混粉し、加圧成形して製
造する、いわゆる焼結含油合金のように含油率が18vol
％以上という意味ではない。
【００３１】以下、実施例により本発明を説明する
【実施例１】 使用した金属成分の配合比率と粒径 成 分 配合比率（％） 粒径（μｍ） Fe 84.2 2 Mo 5.0 2 Cr 3.0 2 Ni 4.0 2 Nb 0.8 2 C 1.0 2 Co 1.0 2 CaF2 1.0 2
【００３２】各成分を混粉した。その際、潤滑材として
少量のステアリン酸亜鉛を添加した。各成分を混粉後、
シムの形状のキャビティーを画定する所定の圧縮金型の
雄型を２分割し、逆凸字形のキャビティーに全成分を充
填し先ず５トン/cm2で仮圧縮した後６トン/cm2で最終圧
縮した。
少量のステアリン酸亜鉛を添加した。各成分を混粉後、
シムの形状のキャビティーを画定する所定の圧縮金型の
雄型を２分割し、逆凸字形のキャビティーに全成分を充
填し先ず５トン/cm2で仮圧縮した後６トン/cm2で最終圧
縮した。
【００３３】圧縮成形完了後、アルゴンガスを室内に送
給した連続炉で500℃に予熱して潤滑剤を揮発させて除
去し、さらに1200℃で焼結した。
給した連続炉で500℃に予熱して潤滑剤を揮発させて除
去し、さらに1200℃で焼結した。
【００３４】焼結したシムを超音波減衰測定によって、
シムの軸と直角方向の体積密度の分布を測定した結果、
シムがカムと接触する部分が上底の略々台形形状の曲線
であった。
シムの軸と直角方向の体積密度の分布を測定した結果、
シムがカムと接触する部分が上底の略々台形形状の曲線
であった。
【００３５】
【実施例２】実施例１と同じ材料成分で、上底が下底の
略々1／3の断面形状が台形の予備圧粉体を製造した。こ
の予備圧粉体を圧縮成形金型のキャビティ内に挿入した
後、６トン/cm2で圧縮成形した。圧縮成形完了後、実施
例１と同じ条件で焼結した。
略々1／3の断面形状が台形の予備圧粉体を製造した。こ
の予備圧粉体を圧縮成形金型のキャビティ内に挿入した
後、６トン/cm2で圧縮成形した。圧縮成形完了後、実施
例１と同じ条件で焼結した。
【００３６】焼結されたシムを超音波減衰測定によっ
て、シムの軸と直角方向の面密度（％）を測定した結
果、シムの中心が98％で左右端面が95％の略々均等に分
布していることがわかった。
て、シムの軸と直角方向の面密度（％）を測定した結
果、シムの中心が98％で左右端面が95％の略々均等に分
布していることがわかった。
【００３７】
【発明の効果】本発明によって下記の効果が得られる： イ．従来の粉末冶金法では、金属粉末を混粉後の圧縮成
形工程で各部均一に高密度化しなければならないという
制約があるが、本発明はそれらに制約されることなく、
製造条件に選択の巾が広がる。
形工程で各部均一に高密度化しなければならないという
制約があるが、本発明はそれらに制約されることなく、
製造条件に選択の巾が広がる。
【００３８】ロ．シムとカムが接触する部分の強度を適
正にすることによって、シム全体に過剰物性を付与する
必要がなくなりコストの低減につながる。
正にすることによって、シム全体に過剰物性を付与する
必要がなくなりコストの低減につながる。
【００３９】ハ．製造方法が簡略化されるのでコストの
低減化につながる。
低減化につながる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01L 1/20 B22F 7/08 C22C 33/02
Claims (1)
- 【請求項１】 内燃機関用動弁機構のタペットとカムの
間に設けられた隙間に嵌着される粉末冶金金属製シムで
あって、シムの軸と直角方向の体積密度を、シムとカム
が接触する部分が上底で、シムの外径側に向かって連続
して減少する台形の曲線状に分布をもたせたことを特徴
とするシム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09048093A JP3341014B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 内燃機関用動弁機構に用いられるシム |
| US08/111,629 US5323742A (en) | 1993-03-26 | 1993-08-25 | Shim structure in use for valve tappet of internal combustion engine |
| EP93306758A EP0617198B1 (en) | 1993-03-26 | 1993-08-25 | Shim structure in use for valve tappet of internal combustion engine |
| DE69312679T DE69312679T2 (de) | 1993-03-26 | 1993-08-25 | Ausgleichselementstruktur für einen Ventilstössel einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09048093A JP3341014B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 内燃機関用動弁機構に用いられるシム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06280512A JPH06280512A (ja) | 1994-10-04 |
| JP3341014B2 true JP3341014B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=13999733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09048093A Expired - Fee Related JP3341014B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 内燃機関用動弁機構に用いられるシム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341014B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP09048093A patent/JP3341014B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06280512A (ja) | 1994-10-04 |
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