JPH03238138A - 繊維強化金属複合材料製バルブリフタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関に組込まれるバルブリフタに係り、
更に詳細には繊維強化金属複合材料製のバルブリフタの
製造方法に係る。

［従来の技術］ 第１２図に示されている如く、内燃機関に組込まれるセ
ンタガイド式のバルブリフタ６０は、周知の如く、外周
面にてシリンダヘッド６２の孔６４に摺接する円筒部６
６と、該円筒部の一端を閉ざす円板部６８とよりなって
いる。円板部はその内面にてバルブステム７０の先端に
当接し、その外面に軸線方向に突出するセンタガイド７
２を有し、該外面にてカム７４と摺接するシム７６を受
けるようになっている。

かかるバルブリフタを繊維強化金属複合材料にて形成す
る試みが従来より行われており、かかる複合材料製のバ
ルブリフタの製造方法の一つとして、例えば本願出願人
と同一の出願人の出願にかかる特願平１−２９４４７号
明細書に記載されている如（、短繊維を強化繊維とする
繊維強化金属複合材料の素材に対し熱間押出し成形を行
って所定のバルブリフタの形状に成形する方法が既に提
案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしセンタガイドの突出長さは非常に短かく、センタ
ガイドの直径をｄとしその突出長さをｈとすると、比ｈ
／ｄは０．２５程度であるため、押出し成形によっては
センタガイド内の強化繊維をその突出方向、即ち軸線方
向に配向させることはできない。第１２図に於て矢印Ａ
にて示されて、いる如く、内燃機関の運転中にはセンタ
ガイドはシムを介してカムより剪断力を受けるため、第
１３図に於て符号７８にて示されている如く、バルブリ
フタは早期にセンタガイドの根元部にて割れを生じ易い
。

またセンタガイドの強度を向上させるべく、強化繊維が
軸線に沿って配向された複合飼料を機械加工することに
よりバルブリフタを形成すると、円板部内に於ても強化
繊維が軸線に沿って配向された状態になるため、円板部
の強度不足が生じ、第１２図に於て矢印Ｂにて示されて
いる如く、バルブステムより軸線方向に受ける力に対し
十分な耐久性が得られない。

本発明は従来の複合材料製のバルブリフタの製造方法に
於ける上述の如き問題に鑑み、従来に比して耐久性に優
れた複合材料製のバルブリフタを製造することのできる
方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上述の如き目的は、本発明によれば、円筒部と、該円筒
部の一端を閉さす円板部とを含み、前記円板部はその外
面に軸線方向に突出するセンタガイドを有する繊維強化
金属複合材料製バルブリフタの製造方法にして、互いに
共働して前記円筒部及び前記円板部を郭定する型及びポ
ンチを含み、前記型は前記センタガイドを形成するため
の孔を有する押出し装置と、短繊維強化金属よりなる複
合材料の素材とを用意し、前記孔の直径をｄとし、前記
孔により形成される突起の突出長さをｈとしてｈ／ｄが
１．５以上になるよう前記素材を前記押出し装置にて熱
間押出し成形し、形成された突起をその突出長さが前記
センタガイドの突出長さになるよう機械加工することを
特徴とする方法によって達成される。

本発明の方法に於ては、比ｈ　／　ｄが１．５未満の場
合にはセンタガイド内の短繊維を軸線に沿う方向に好ま
しく配向させることができず、そのためセンタガイドの
剪断強さを十分に向上させることができない。また比ｈ
／ｄが高くなり過ぎると、熱間押出し成形時の加工量が
高くなり、またセンタガイドを形成するために機械加工
によって除去される突起の長さが長くなり、バルブリフ
タの製造の歩留りが悪化する。従って本発明の方法に於
て、熱間成形時の比ｈ／ｄは１．５〜３．０、特に２〜
２．５に設定されることが好ましい。

また本発明の方法に於て素材として使用される複合材料
の短繊維の配向状態は任意の配向状態であってよいが、
特に短繊維が実質的に三次元ランダム又は押出し方向に
垂直な二次元ランダムにて配向された素材が使用される
ことが好ましい。

［発明の作用コ 本発明によれば、孔の直径ｄ、従って突起の直径に対す
る突起の突出長さｈの比ｈ／ｄが１．５以上になるよう
、複合材料の素材が押出し装置にて熱間押出し成形され
るので、後に詳細に説明する如く、押出し成形により形
成される突起内に於ても十分なマトリックス金属の塑性
流動が生じ、これにより短繊維は突起以外の円板部内に
於ては実質的にその径方向に配向され、突起内に於ては
実質的にその突出方向に配向され、突起の根元部に於て
は短繊維の配向が漸次変化する状態になる。

従って突起を機械加工することにより形成されるセンタ
ガイド及びその根元部を含む円板部の何れの箇所に於て
も短繊維が好ましく配向された状態になり、バルブリフ
タの耐久性が向上する。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

［実施例］ まず第１図に示されている如く、平均繊維径０゜８μｍ
１平均繊維長１０μｍの炭化ケイ素ウイス力の分散液に
対し吸引成形を行うことにより、実質的に軸線に垂直な
平面に沿う二次元ダンデムにて配向された体積率２０％
の炭化ケイ素ウィスカ１０よりなり、直径３２翻、長さ
１００ｍｔｏの円柱状の成形体１２を形成した。

次いで第２図に示されている如く、高圧鋳造装置１４の
鋳型１６のモールドキャビティ１８内に成形体１２を配
置し、鋳型内にマトリックス金属としてのアルミニウム
合金（ＪＩＳ規格Ａ２０２４）の溶湯２０を注湯し、該
溶湯をプランジャ２２により約１０００ｋｇ／ｃ＋＆の
圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固する
まで保持した。

次いでかくして得られた鋳型内の凝固体を取り出し、該
凝固体に対し機械加工を行って第３図に示されている如
く炭化ケイ素ウィスカ１０にて複合強化されたアルミニ
ウム合金よりなる円柱状の複合材料２４を取り出した。

第４図はかくして得られた複合材料の軸線を通る平面に
沿う断面を１４００倍にて示す走査電子顕微鏡写真であ
る。

次いで後述の比ｈ／ｄに応じて厚さが７．５〜８關にな
るよう複合材料２４を切断することにより、第５図に示
されている如き円板状の複合材料の素材２６を１２個形
成した。

次いで第６図に示されている如く、コンテナ２８及びダ
イス２９よりなる型３０ど、型と共働してバルブリフタ
の円筒部及び円板部を郭定するポンチ３２とを含み、ダ
イスの中央部にセンタガイド用の突起３４を形成するた
めの孔３６を有する押出し成形装置３８を用意し、型３
０内に４００℃に加熱された累月２６を配置し、素材を
ポンチ３２によりダイス２９に対し押圧することにより
、バルブリフタ粗材を形成した。この場合孔３６の直径
をｄとし、複合材料が孔３６内へ押出されることにより
形成された突起３４の長さをｈとすると、比ｈ／ｄが０
．０，５．１．０．１．５．２゜０．２．５である６種
類のバルブリフタ粗材を二個ずつ形成した。

次いで第７図に示されている如（、各組のバルブリフタ
粗材４０の一方の各素材をその軸線を通る平面に沿って
切断し、第７図に於て記号Ｐにて示されている如く、セ
ンタガイドを形成するための切断線４２近傍の断面を走
査電子顕微鏡にて観察し、第８図にて示されている如く
、押出し方向に垂直な直線に対し各炭化ケイ素ウィスカ
１０かなす角度θを各炭化ケイ素ウィスカについて求め
、配向係数−〇の平均値／９０ に従って演算した。その結果を第１０図に示す。

また第９図に示されている如く、炭化ケイ素ウィスカの
配向係数の演算に供されなかった各組の他方のバルブリ
フタ粗材を所定の寸法に切断することによりバルブバル
ブリフタ粗材４４を形成し、各バルブリフタを保持具４
６にて固定し、センタガイド４８に剪断治具５０の窪み
５２を係合させ、剪断治具５０をバルブリフタの軸線に
垂直な方向に駆動することにより、センタガイドの剪断
強さを測定した。その結果を第１０図に示す。尚第９図
に於て、４４ａは円筒部を示し、４４ｂは円板部を示し
ている。

第１０図より、比ｈ／ｄの増大につれて配向係数及び剪
断強さが漸次上昇し、ｈ／ｄが１．５以上、好ましくは
２．０以上の場合にセンタガイドの剪断強さに優れたバ
ルブリフタが得られることが解る。

同図には示されていないが、強化繊維として炭化ケイ素
ウィスカ以外の短繊維が使用された場合、複合桐材の素
材中の短繊維が実質的に三次元ランダムにて配向されて
いる場合、及び複合材料の素材中の短繊維が押出し方向
に沿って実質的に一方向に配向されている場合にも第１
０図と同様の結果が得られた。但し複合材料の素材中の
短繊維が押出し方向に沿って実質的に一方向に配向され
ている場合には、バルブリフタの円板部内に於て径方向
に配向されていない短繊維の比率が高くなり易い。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかである如く、本発明によれば、突
起の直径に対する突起の突出長さｈの比ｈ／ｄが１．５
以上になるよう、複合材料の素材が押出し装置にて熱間
押出し成形されるので、押出１−成形により形成される
突起内に於ても十分な０ マトリックス金属の塑性流動が生じ、これにより短繊維
は突起以外の円板部内に於ては実質的にその径方向に配
向され、突起内に於ては実質的にその突出方向に配向さ
れ、突起の根元部に於ては短繊維の配向が漸次変化する
状態になる。従って突起を機械加工することにより形成
されるセンタガイド及びその根元部を含む円板部の何れ
の箇所に於ても短繊維が好ましく配向された状態になり
、これにより耐久性に優れたバルブリフタを製造するこ
とができる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は炭化ケイ素ウィスカよりなる成形体を示す斜視
図、第２図は第１図に示された成形体を用いて行われる
高圧鋳造を示す前回的断面図、第３図は第２図の高圧鋳
造により形成された複合相１ 料を示す斜視図、第４図は第３図に示された複合材料の
断面の金属組織を１４００倍にて示す走査電子顕微鏡写
真、第５図は第３図に示された複合材料を切断すること
により形成された素材を示す斜視図、第６図は押出し成
形工程を示す前回的断面図、第７図は押出し成形により
形成されたバルブリフタ粗材を示す断面図、第８図は炭
化ケイ素ウィスカの配向係数を求める要領を示す前回、
第９図はバルブリフタのセンタガイドの剪断強さの試験
の要領を示す前回、第１０図は比ｈ／ｄと配向係数及び
センタガイドの剪断強さとの関係を示すグラフ、第１１
図は比ｈ／ｄが２となるよう押出し成形が行われること
により形成されたバルブリフタ粗材の突起の断面の金属
組織を１４００倍にて示す走査電子顕微鏡写真、第１２
図は従来のバルブリフタが組込まれた内燃機関の動弁系
の要部を示す断面図、第１３図はセンタガイドの根元部
に生じた割れを示す前回的断面図である。 １０・・・炭化ケイ素ウィスカ、１２・・・成形体、１
４・・・高圧鋳造装置、１６・・・鋳型　１８・・・モ
ールド２ キャビティ、２０・・・アルミニウム合金の溶湯、２２
・・・プランジャ、２４・・・複合材料、２６・・・素
材。 ２８・・・コンテナ１２９・・・ダイス、３０・・・型
、３２・・・ポンチ、３４・・・突起、３６・・・孔、
３８・・・押出し成形装置、４０・・・バルブリフタ粗
相、４４・・・バルブリフタ、４６・・・保持具、４８
・・・センタガイド、５０・・・剪断治具、６０・・・
バルブリフタ、６２・・・シリンダヘッド、６６・・・
円筒部、６８・・・円板部、７０・・・バルブステム、
７２・・・センタガイド　７４・・・カム　７６・・・
シム 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社代　　
　理　　　人　　　弁理士　　明石　昌毅　３ 特開平３ ２３８１３８　（５） 第 ７ 図 １０・・・炭化ケイ素ウィスカ ＯＡ−、乞巳主Ｐ （％）１ 第 図 （ｋｇｆ） 第 １２ 図 ４ 第 ３ 図 ７２・・・センタカイ ド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　円筒部と、該円筒部の一端を閉ざす円板部とを含み、
   前記円板部はその外面に軸線方向に突出するセンタガイ
   ドを有する繊維強化金属複合材料製バルブリフタの製造
   方法にして、互いに共働して前記円筒部及び前記円板部
   を郭定する型及びポンチを含み、前記型は前記センタガ
   イドを形成するための孔を有する押出し装置と、短繊維
   強化金属よりなる複合材料の素材とを用意し、前記孔の
   直径をｄとし、前記孔により形成される突起の突出長さ
   をｈとしてｈ／ｄが１．５以上になるよう前記素材を前
   記押出し装置にて熱間押出し成形し、形成された突起を
   その突出長さが前記センタガイドの突出長さになるよう
   機械加工することを特徴とする方法。