JPH0712643Y2 - 動弁装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、セラミック製吸・排気バルブとバルブスプリ
ングリテーナとをコッタを介して一体的に固定した動弁
装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、内燃機関は高回転、高出力になってきており、エ
ンジンの燃焼室の吸排気用のバルブは、機械的にも熱的
にもより苛酷な環境下に置かれるため、近年では軽量で
耐熱性のすぐれたセラミックにより形成されるようにし
たものが提案されている。ところで一般にバルブスプリ
ングリテーナをコッタを介してバルブステムに係止させ
た動弁装置においては、エンジンの過回転時にバルブス
プリングが共振をしてリテーナ及びコッタが正規の上下
運動以外の振れ運動をする傾向にある。この結果、バル
ブのステム部に曲げ荷重が作用し、ステム部とコッタと
の局部的な当接によりその部分に応力が集中することに
なる。従って上述したようにバルブ自体をセラミックで
形成した動弁装置では疲労強度の低いセラミック製バル
ブが破損する問題がある。このような問題に対して、例
えば実開昭61-101604号公報にはコッタとステム部との
係止部に、コッタからの応力を緩和する中空リングを介
在させると共に、コッタとバルブリフタとを係合させ、
カムシャフトの駆動力がバルブリフタ及びコッタを介し
て間接的にバルブ本体へと作用するようにして、セラミ
ックバルブに大きな荷重がかからないようにした動弁装
置が開示されている。また実開昭63-19012号公報には、
ステム部とコッタとの接触面のいずれか一方にCu,Ni金
属や、フッ素系の耐熱プラスチック等の耐熱性の応力緩
衝層を形成して局部的な応力集中を緩和させようとした
動弁装置が開示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

前述の、コッタとバルブリフタを係合させた動弁装置に
おいては、中空リングによりコッタからの応力はある程
度緩和されるもののコッタの運動がバルブリフタにより
拘束されているために、エンジンの過回転運転時、バル
ブスプリングによるバネ荷重よりも動弁系の慣性力が大
きくなるとバルブスプリングリテーナ内周面とコッタ外
周との間に間隙が生じることとなり、リテーナとコッタ
の接触部に応力が集中してリテーナ及びコッタの耐久性
を損う問題がある。また耐熱性の応力緩衝層を形成した
動弁装置においては、Cu,Ni金属やフッ素系の耐熱プラ
スチックの被膜自体が耐摩耗性を有していないために、
エンジンの過回転運転時、ステム部外周とコッタ内周面
との間に微少すべりが発生すると、応力緩衝層が摩耗し
てついにはステム部とコッタの母材同志が接触しこの部
位よりバルブステム部に亀裂が生じることがある。本考
案はこのような現状に鑑み、リテーナ及びコッタの耐久
性を損うことなく、エンジンの過回転運転時においても
バルブステム部が切損しないような動弁装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的のため本考案によれば、バルブスプリングリテ
ーナをコッタを介してセラミック製吸・排気バルブのス
テム部に係止させるとともに、前記コッタと前記ステム
部との接触面の少なくとも一方に耐摩耗性を有する応力
緩衝層を形成した動弁装置であって、前記応力緩衝層
を、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）層と、PTFE微
粒子を分散させたNi-P合金層との２層構造とし、かつ、
前記PTFE層を相手側部材との接触面側に、前記Ni-P合金
層を母材側に、それぞれ配置したことを特徴とする動弁
装置が提供される。

〔作用〕

応力緩衝層を、相手側部材と接触面側に摩擦係数の低い
PTFE層を配置し、母材側に硬度の高いNi-P合金層を配置
した２層構造としたことにより、摩擦係数が低く、かつ
硬度の高い応力緩衝層を得ることが可能となり、応力緩
衝層の耐摩耗性が大幅に向上する。また、Ni-P層にはPT
FE微粒子が分散されているため、Ni-P層の弾力性が向上
する。このためエンジンの過回転運転時、コッタとステ
ム部との間に微少すべりが生じても、応力緩衝層が耐摩
耗性であるために摩滅することはなく、母材同志の接触
は回避される。またコッタはバルブスプリングリテーナ
とバルブのステム部との間に設けられバルブリフタに拘
束されないためにコッタとリテーナとは一体的に上下動
することとなりコッタ、リテーナ間に間隙を生じること
はない。

〔実施例〕

以下本考案の各実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す第１実施例において、１はエンジンの吸
気、又は排気用バルブで、このバルブ１はセラミックに
より形成されており、弁体部1aと円柱状のステム部1bと
から成っている。このバルブ１のステム部1bには上端部
近傍に環状の溝２が形成されている。３は金属製のコッ
タで、これは複数（例えば２つ）の割形の外抱式になっ
ており、組み付け時においてほぼ円筒状を成すものであ
る。このようなコッタ３はバルブ１のステム1bに装着さ
れ、内周面には溝２内に係入する断面半円状の突条部3a
が周方向に沿って一体に形成されている。４はコッタ３
の外周面に嵌合されたバルブスプリングリテーナで、こ
れは内部を装着穴とする環状部4aと鍔部4bとから成り、
環状部4aの内周面はコッタ３の外周面とは逆方向のテー
パが形成されている。５はバルブ１と図示しないシリン
ダヘッドとの間に設けられるバルブスプリングであっ
て、バルブ閉じの際、前出のバルブスプリングリテーナ
４及びコッタ３を介してバルブ１を軸方向上方に移動さ
せるものである。６は本考案を直打式エンジンに適用し
た場合に設けられるバルブリフタであり、また７はバル
ブ１を駆動するカムシャフトである。

尚、ロッカーアーム（図示せず）を介して間接的にバル
ブを駆動するエンジンに本考案を適用する場合には通
常、バルブリフタは設けられず、ロッカーアームが直接
バルブステム頂部に当接することになる。

以上のように構成される動弁装置において、本実施例に
よれば、コッタ３の外表面上には耐摩耗性を有する応力
緩衝層８が形成される。この応力緩衝層８は、例えばコ
ッタ３を形成する金属母材に、PTFE（ポリテトラフルオ
ロエチレン）微粒子を含むNi-P合金を無電解めっきし、
その後熱処理（時効硬化処理）を施しめっき表面を硬化
させることにより得られ、（“ナイフロー”商品名）そ
の構造は第２図に示すように、表面より数μｍの厚みに
亘って延在するPTFE層部分8aと、PTFE微粒子を含むNi-P
合金層部分8bと、から構成される（槽８全体の厚みは10
μｍ以上が好ましい。）。この結果、層部分8aはPTFE層
により摩擦係数を小さく（0.04〜0.08）かつ層部分8bは
Ni-P合金により硬度を高く（HV 820）することが可能で
ありこれにより層自体の耐摩耗性を確保し、さらに層部
分8bは混在したPTFE微粒子の弾性により応力を緩和させ
る弾力層として構成することが可能となる。尚、応力の
緩和だけをとらえれば層部分8aは削除してもよい。以
下、本実施例による動弁装置の作動、並びに応力緩衝層
８の作用を説明する。

エンジンの作動時、バルブ１は軸方向に上下動して吸・
排気路（図示せず）を開閉することになるが、この際コ
ッタ３はリテーナ４とのくさび作用によりステム部1bに
強固に当接する。この時、応力緩衝層８はコッタ３とス
テム部1bとの間でステム部1bの外周形状にならって適宜
に変形し、コッタ３とステム部1bとの局部的な接触を回
避させ、広い接触面積を以ってステム部1bを支持する。
またエンジンの過回転時にバルブスプリングリテーナ４
及びコッタ３が振れ運動をしてもこの運動に追従して応
力緩衝層８は、バルブステム部1bとコッタ３との接触面
積が出来るだけ大きくなるように変形するため従来のよ
うな局部的な応力集中が緩和されセラミック製バルブ１
への曲げ荷重は減少し疲労破壊することはない。

加えて本実施例では応力緩衝層８の硬化層部分8aにより
層自体の耐摩耗性が確保されるために、エンジン過回転
運転時において、バルブステム部1b、コッタ３間に微少
すべりが生じても、層８が摩滅するようなことはなくな
り、母材同志の接触、及びそれに伴う応力集中によるバ
ルブ１の折損という問題は解消されることになる。ま
た、本実施例によれば、第１図に示すようにコッタ３は
バルブリフタ６と係合する構造ではなく、カムシャフト
７からバルブリフタ６に伝達された駆動力は、バルブ１
（ステム部1b）、コッタ３、リテーナ４と順に伝わり、
バルブスプリング５による上向きの付勢力と相まってそ
のくさび作用によりコッタ３とリテーナ４とは一体的に
運動するため、コッタ、リテーナ間に間隙を生じること
はなく、これらの耐久性を損うことはない。

第３図に本考案による第２実施例を示す。尚、本図にお
いて第１図と同一の要素は同じ参照番号を付す。

本実施例によればコッタ３′の内周面にはステム部1bの
溝２と同様に環状の溝3bが形成され、溝２及び3bによっ
て画成される空間には弾性変形可能な中空リング９が嵌
着される。しかしてその作用は、コッタ３′とリテーナ
４とのくさび作用によるステム部1bへの締め付け力及び
エンジン運転時発生するコッタ３′からの曲げ荷重を中
空リング９によって緩和すると共に、緩和された応力集
中度合をステム部1b、コッタ３′間に介在させた応力緩
衝層８によりさらに緩和し、双方の接触面積を拡大して
ステム部1bへの局部的な応力集中をさらに低減せしめた
ものである。

第４図は第３図実施例に関連し、本考案の第３実施例を
示すものであって、本実施例によればコッタ３′とステ
ム部1bとの接触部の内、最も応力が集中し易い部位、即
ちコッタ３の下端部に接するステム部1b外周に耐摩耗性
を有する応力緩衝層８を環状に形成したもである。即
ち、本実施例においてもその作用は中空リング９で緩和
された締め付け力、曲げ荷重をさらに応力緩衝層８で緩
和することで、バルブステム部1bの切損を防止するもの
である。尚、本実施例に関連して図示しないが溝２を含
むステム部1bのコッタ接触域に亘り応力緩衝層８を形成
しても良い。

以上、各実施例を以て説明したように本考案はステム
部、コッタ間に応力緩衝層を介在させることでコッタ及
びステム部の剛性を緩和させ、ステム部への局部的な応
力集中を回避し、切損を防止するものである。また応力
緩衝層に耐摩耗性を持たせることにより、層自体の存続
を確実にし、エンジンの運転条件や長期使用により応力
緩衝作用が損なわれることのないようにしたものであ
る。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、動弁装置を構成す
るコッタとバルブステム部との接触面の少なくとも一方
にPTFE層と、PTFE微粒子を分散させたNi-P合金層との２
層構造からなる耐摩耗性を有する応力緩衝層を形成した
ことで、エンジン運転時においてコッタよりステム部に
及ぼす応力集中が緩和されると共に、その耐摩耗性によ
り緩衝層自体がコッタとステム部間のすべりにより摩滅
するようなことは無くなる。加えて、本考案によればコ
ッタはステム部及びバルブスプリングリテーナに支持さ
れる構造をとるため、エンジン運転時、コッタ、リテー
ナ間に間隙を生ずることなく、動弁系の騒音を低減する
ことができる。また従来の動弁装置においては、ステム
部の耐久性確保のためエンジン回転数の上限が抑えられ
ていたのに対し本考案によればバルブの耐久性の向上に
よりエンジン回転数の最大値を高く設定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る第１実施例の動弁装置断面図；第
２図は本考案に係る圧力緩衝層の断面図；第３図は本考
案に係る第２実施例の動弁装置断面図；第４図は本考案
に係る第３実施例の動弁装置断面図。 １……吸（排）気バルブ、1b……ステム部、3,3′……
コッタ、４……バルブスプリングリテーナ、５……バル
ブスプリング、８……応力緩衝層。

フロントページの続き (72)考案者 上田 弘 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−19012（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−101604（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−52904（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−67012（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブスプリングリテーナをコッタを介し
   てセラミック製吸・排気バルブのステム部に係止させる
   とともに、前記コッタと前記ステム部との接触面の少な
   くとも一方に耐摩耗性を有する応力緩衝層を形成した動
   弁装置であって、 前記応力緩衝層を、PTFE（ポリテトラフルオロエチレ
   ン）層と、PTFE微粒子を分散させたNi-P合金層との２層
   構造とし、かつ、前記PTFE層を相手側部材との接触面側
   に、前記Ni-P合金層を母材側にそれぞれ配置したことを
   特徴とする動弁装置。