JPH04255507A - バルブリフタ - Google Patents

バルブリフタ

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JPH04255507A
JPH04255507A JP1651291A JP1651291A JPH04255507A JP H04255507 A JPH04255507 A JP H04255507A JP 1651291 A JP1651291 A JP 1651291A JP 1651291 A JP1651291 A JP 1651291A JP H04255507 A JPH04255507 A JP H04255507A
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JP
Japan
Prior art keywords
chip
valve lifter
fibers
valve
fiber
Prior art date
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Pending
Application number
JP1651291A
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English (en)
Inventor
Shoji Miyazaki
昭二 宮崎
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバルブリフタに係り、特
に直打式動弁系エンジン用の繊維強化プラスチック(F
RP) 製バルブリフタに関する。
【0002】
【従来の技術】直打式動弁系をもつ内燃機関にはカムシ
ャフトの回転運動をバルブの垂直運動に変換するために
バルブリフタを用いている。このようなバルブリフタ近
傍の構造を図4に示す。バルブスプリング2によって上
方に付勢された吸、排気バルブ1の上端は、バルブリフ
タ3に摺動当接し、バルブリフタ3はその上面をシム5
を介してカム4によって摺接駆動される。バルブリフタ
3はシリンダヘッド6に設けられたボア(バルブリフタ
ガイド穴)7の内周面に摺接して上下方向に駆動される
とともに、周方向にも回転できる。このようなバルブリ
フタ3はカム4からの駆動をバルブ1に伝達するため軽
量かつ強度に優れる必要があり、またバルブ1のステム
端及びバルブリフタガイド穴と摺動するため耐摩耗性に
優れる必要がある。そこで、従来は、バルブリフタは浸
炭処理を施した鉄鋼が用いられている。
【0003】近年、フリクションの低減及び高回転化に
よる出力向上を狙い、エンジン動弁系の慣性重量の低減
が重要な課題となっており、バルブリフタの重量の低減
が求められている。そのため、従来の鋼材より比強度の
高いFRPのバルブリフタへの適用が検討されている(
特開昭62−128103号公報)。単にFRPでバル
ブリフタを構成しただけでは、バルブリフタの破壊や、
バルブリフタの摩耗によるバルブの損傷が生じ、バルブ
の吹き抜け等、エンジン動弁系の機能が損なわれる場合
がある。こうした問題を解決するために、特開平2−2
41913号公報に、比較的長繊維で強化したプラスチ
ック(FRP) を用いることによりバルブリフタの強
度を高め、かつバルブのステム端と接する部位には耐摩
耗製金属チップ(以下チップとも称する)を鋳じるんだ
バルブリフタが記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開平2−24191
3号公報に記載されたバルブリフタは、鋳ぐるまれた耐
摩耗チップは外周が逆テーパ状のため鋳ぐるみによりチ
ップの抜け落ちがなく有効な方法であるが、繊維長が長
いため、チップの下面エッジ付近の狭い部位では繊維が
成形時に廻り込めず、マトリックス樹脂のみとなり、ま
た、チップのバルブステム端面との当り面の周囲部分で
も繊維が下方表面まで十分に流れ込まず、繊維体積率(
Vf ) が著しく低下し、鋳ぐるみ強度が低くなって
いることが見い出された。また、このようにして繊維が
チップ形状に沿った形に配向されると、この部分の繊維
は小さな曲率で成形されるため、この部分の内部応力は
著しく高くなってしまう。また、チップの周りの繊維体
積率が低い部分と他の一般の繊維体積率が高い部分との
境界がチップの周りに生じ、これらの熱膨張率の差によ
って、FRPバルブリフタの成形時に成形収縮割れを発
生し易くなる。さらに、FRP本体と鋼チップとの間に
も熱膨張率の差のためにすきまができ、高熱条件下では
ゆるみが生じ易い。そのため、チップの鋳ぐるみ強度が
低下する。そこで、本発明は、チップの鋳ぐるみ性を改
善したFRP製バルブリフタを提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き目
的を達成するために、バルブステム端面との当接面に耐
摩耗性インサートチップを鋳ぐるんだ繊維強化プラスチ
ック製バルブリフタにおいて、強化繊維が基本的に長繊
維からなるが、該チップ周辺には該チップの厚みの0.
5〜3倍の長さの短繊維が配されていることを特徴とす
るバルブリフタを提供する。
【0006】図1に本発明によるFRPバルブリフタ全
体の断面図を、図2には当バルブリフタのチップとその
周辺部分の拡大断面図を示す。本発明におけるFRPバ
ルブリフタではバルブのステム端が当たる部位13aに
逆テーパ状の耐摩耗チップ13がインサートされ、この
チップ周りを短繊維強化樹脂層12bで、この外側を含
むバルブリフタ本体を長繊維強化樹脂層12aから成る
2層の繊維強化樹脂層で構成される。
【0007】内燃機関におけるバルブリフタは運転時に
油温が上昇し、通常120 〜 130℃程度の温度下
で作動する。また、バルブリフタ外周面はリフタ穴との
摺動によって上下に摺動するため摩耗部はミクロ的に摩
耗熱が発生する。こうした観点から、本発明のFRPバ
ルブリフタに用いる樹脂としては高温下で強度低下の少
ない耐熱グレードのポリイミドやビニルエステル系の樹
脂が好適である。
【0008】チップは、バルブに耐摩耗性を付与するた
めに必要であり、従来よりバルブリフタ用として用いら
れてきた鉄鋼、鉄鋼基合金(クロム鋼、モリブデン鋼な
ど)などが好適であるが、ビッカース硬度Hvが500
 以上のものを用いる。チップの厚みはバルブリフタの
頂面の厚みの50%以下がよい。50%を越えると頂面
強度が低下する。チップの外径はバルブステム径の1.
5倍以上でバルブリフタ内径d3 の90%以内がよい
が大きすぎると質量アップになるのでインサートの必要
抜け強度に合わせて決定する必要がある。1.5倍以下
だとインサートのテーパ部が形成できず又バルブリフタ
径d3 の90%以上だと短繊維強化部分の外径寸法が
d3 より大きくなりスカート強度が低下する。インサ
ートは逆テーパ状の断面とすることにより鋳ぐるみ効果
を大にすることができる。 逆テーパ角度としては30°〜75°がよい。
【0009】FRPに用いる強化繊維としてはFRPに
通常用いられる繊維であることができ、炭素繊維、ガラ
ス繊維、アラミド繊維などを用いることができる。本発
明によるFRPバルブリフタはチップの周りとこの外側
の層の2層構成のため、両層は確実に結合されるべく、
両層の繊維長さ、繊維の種類が異なるのみでマトリック
ス樹脂は同じものが好適である。
【0010】適当な繊維含有率は、30〜70重量%、
好ましくは45〜70重量%である。繊維含有率30重
量%未満では繊維強化の効果が充分でなく、長繊維強化
部分ではバルブリフタの耐摩耗性が急激に低下し、短繊
維強化部分では鋳ぐるみ効果が得られない。一方、繊維
含有率が70重量%を越えると、流動成分である樹脂が
減るので、成形が殆んど不可能になる。
【0011】FRPバルブリフタの主要部を強化する繊
維は、バルブリフタの寸法に実質的に相当する長さを有
する長繊維である。これによって、FRPバルブリフタ
の強度、側面耐摩耗性等に優れることができる。
【0012】これに対し、チップ周辺部を強化する繊維
は、チップの厚みの4倍以下、好ましくは0.5倍以上
3倍以下の長さの短繊維を用いる。チップ周辺の短繊維
の長さがチップの厚みの5倍以上になると、短繊維化す
る効果が得られず、チップの抜け強度が顕しく低下する
。 また、製造上、チップの厚みの0.5倍以上が好ましい
。 また、チップ周辺短繊維で強化する部分の寸法としては
、チップとその上部を覆う短繊維で強化した部分の合計
厚みがバルブリフタの頂面厚みの50%以下であること
が望ましい。この合計厚みが50%を越えると、やはり
バルブリフタの頂面強度が低下する。また、図1、図2
を参照すると、短繊維強化部分の外径寸法d0 は、少
なくとも逆テーパ状チップの最大外径d1 より大きく
、しかしバルブリフタの内径d3 より小さくする。d
0 がd1 より小さいと短繊維強化の効果が得られず
、一方d0 がd3 より大きくなるとバルブリフタの
スカート部14の強度が低下するからである。また、短
繊維強化部分はチップ上部からバルブリフタ頂面部の下
方表面に向って自然な勾配として、長繊維の配置を阻害
しないようにする。
【0013】
【作用】バルブリフタ本体は長繊維で強化して高強度、
耐摩耗性を高め、かつ鋳ぐるんだチップ周辺の長繊維が
廻り込めない部分には短繊維を配したので、チップ周辺
部の繊維含有率が低下せず、かつ長繊維の曲がりも少な
くなるので、チップの鋳ぐるみ強度が向上する。
【0014】
【実施例】図1、図2の示す如きバルブリフタを作製し
た。FRP成形材料としては、短繊維強化部2bは耐熱
ビニールエステル基BMC材料(半硬化の樹脂と炭素繊
維が混ざり繊維は3次元ランダム配向した繊維含有率5
0wt%の成形材料)、長繊維強化部分2aはバルブリ
フタの外径比1.0の長さの炭素繊維と耐熱ビニルエス
テル樹脂からなる成形材料(半硬化の樹脂と繊維とが混
ざり合い、2次元ランダム方向に配向させたシート状成
形材料で繊維含有率50wt%)を用い、短繊維の長さ
をチップの厚みt1 に対していろいろに変えた。チッ
プは軸受鋼 SUJ2製で、外径d1 はバルブリフタ
の内径d3 の1/2、厚さt1 はバルブリフタの頂
面部の厚みt2 の30%、逆テーパ角度は45°とし
た。
【0015】このチップの周りに短繊維強化樹脂材料を
配置し、その外側にバルブリフタ本体のための長繊維強
化樹脂材料を配置し、加熱圧縮成形してFRPバルブリ
フタを成形した。短繊維強化部分の最大寸法d0 はバ
ルブリフタの内径d3 の90%とした。
【0016】こうして作製した成形品において、チップ
頂面肉厚部のFRP部分をチップの外径d1 で座ぐり
加工し、この座ぐり部を通してチップ上面から圧縮荷重
を加えてチップの抜け強度を測定した。なお、成形後、
FRPの繊維含有率は両層とも60wt%になっていた
。以上の結果を図3に示す。図3より、短繊維の長さが
チップの厚みt1 の5倍以上になるとチップの抜け強
度が大きく低下することが認められる。
【0017】次に、成形品を図2の断面のように切断し
、チップ回りのFRPの組織を観察した。その結果、チ
ップ回りの短繊維部において繊維長さが長くなる程チッ
プの回りの領域12bの繊維含有率が低く、樹脂リッチ
となっていた。特に、繊維長がチップ厚さt1 の5倍
以上になると、チップ回りの繊維の配向は図5の従来品
(長繊維FRPバルブリフタの断面)のようにチップの
小径側(バルブ当接面側)まで入り込めず、ほとんど樹
脂リッチとなっており、このため強化繊維によるチップ
保持力が樹脂強度のみとなり、強度が低くなったと考え
る。また、チップ回りが樹脂リッチとなると、樹脂の熱
膨張率が大きい(60×10−6℃)ために成形収縮が
大きく、外側の繊維強化樹脂層の熱膨張(例えば、1イ
ンチ長さの繊維強化樹脂だと繊維方向5〜8×10−6
℃)との熱膨張差によって両者の境界付近に成形時の収
縮クラックも発生しやすくなる。以上から、チップ周辺
の強化繊維長はチップの厚みの4倍以下が、より好まし
くは3倍以下がよい。この成形材料は、チョップドスト
ランド繊維(多数、通常、1000〜 12000本/
束程度の繊維を樹脂系拘束剤で1つの束にした繊維とマ
トリックス脂肪とが混ざり合ったもので所定の長さに切
断されバルク状、シート状になった成形材料)を用いて
おり、強化繊維の特性(強度)を出すためには繊維の長
さの下限値は1つの繊維束の径以上の長さが有効である
が、製造上からはインサートチップの厚みの0.5倍程
度以上が望ましい。インサート回りの短繊維強化部分の
うち、チップ上層の部分の厚さはチップをおおう程度で
よい。この部分の厚さが厚くなり、バルブリフタの頂面
肉厚t2 に対するt3 の肉厚が50%を越えると頂
面強度は低下するからである。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、長繊維で強化したFR
P製バルブリフタにおいて、その耐久性(強度、耐摩耗
性)を損なうことなく、インサートチップ周辺部の強度
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のバルブリフタの模式断面図である。
【図2】実施例のバルブリフタの部分拡大模式断面図で
ある。
【図3】チップ周りの繊維の長さとチップ抜け強度の関
係を示すグラフ図である。
【図4】バルブリフタ付近の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1…バルブ 2…バルブスプリング 3…バルブリフタ 4…カム 5…シム 6…シリンダヘッド 7…ボア(バルブリフタガイド穴) 12…バルブリフタ 12a…長繊維強化物 12b…短繊維強化物 13…耐摩耗性金属チップ 13a…チップ表面 14…スカート

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  バルブステム端面との当接面に耐摩耗
    性インサートチップを鋳ぐるんだ繊維強化プラスチック
    製バルブリフタにおいて、強化繊維が基本的に長繊維か
    らなるが、該インサートチップ周辺には該インサートチ
    ップの厚みの0.5〜3倍の長さの短繊維が配されてい
    ることを特徴とするバブルリフタ。
JP1651291A 1991-02-07 1991-02-07 バルブリフタ Pending JPH04255507A (ja)

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JP1651291A JPH04255507A (ja) 1991-02-07 1991-02-07 バルブリフタ

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JP1651291A JPH04255507A (ja) 1991-02-07 1991-02-07 バルブリフタ

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ID=11918327

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JP1651291A Pending JPH04255507A (ja) 1991-02-07 1991-02-07 バルブリフタ

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JP (1) JPH04255507A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016043578A (ja) * 2014-08-22 2016-04-04 トヨタ自動車株式会社 部品同士の結合構造及び部品同士の結合方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016043578A (ja) * 2014-08-22 2016-04-04 トヨタ自動車株式会社 部品同士の結合構造及び部品同士の結合方法
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