(57)【要約】【課題】  バルブリフタの天井部内面に酸素拡散層を除去する加工を施すことで、疲労強度の低下を抑えて、天井厚さの減少を可能とすることでシリンダヘッドの高さの抑制を図る。【解決手段】  バルブリフタ２の天井部内面２１ｂに形成された酸素拡散層が機械加工等により除去され、該面２１ｂは精度の高い加工面として仕上げられる。酸化処理に伴う疲労強度低下を排除して、天井厚さを減少させることによりシリンダヘッドの高さが低く抑えられている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブリフタ本体全体に酸化処理を施したチタン合金製バルブリフタにおいて、バルブリフタ天井部の内面に加工を施すことにより、酸素拡散層を除去したことを特徴とするチタン合金製バルブリフタ。
【請求項２】
前記バルブリフタ天井部を外周に向かうほど薄くなるように加工を施したことを特徴とする前記請求項１に記載のチタン合金製バルブリフタ。
【請求項３】
前記バルブリフタ天井部の内面のうち、少なくとも一部に、バルブリフタ天井部の天面と平行な平坦面を形成したことを特徴とする前記請求項２に記載のチタン合金製バルブリフタ。
【請求項４】
前記平坦面を、バルブリフタ天井部の内面のうち外周寄りに形成したことを特徴とする前記請求項３に記載のチタン合金製バルブリフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン合金製バルブリフタの改良構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動弁装置におけるバルブリフタは、一般にスチール製が使われている。一部には音の観点から、アルミニウム合金製が使われている例がある。一方、内燃機関動弁系の軽量化の観点からは、アルミニウム合金製のバルブリフタは、耐摩耗性や強度面において難点があることから使用されていない。チタン合金は、高強度であるとともに強度を比重で割った値である比強度が高く、軽量化に効果的である。しかしながらチタン合金は、そのままでは耐摩耗性が十分でないため、摺動部には耐摩耗性の表面処理が必要である。そのため、チタン合金製バルブリフタは、バルブリフタの本体の表層部全面が摺動性と耐摩耗性の向上のために硬化処理されたものが知られており、このバルブリフタは、該リフタ本体の内側の面である本来は摺動性と耐摩耗性が必要とされない部分までも硬化処理されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１３９３１４号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１には、チタン合金製のバルブリフタが記載され、このバルブリフタは、その表層部の動弁カムやリフタガイド等との摺動部の摺動性と耐摩耗性を向上させるために、該リフタ本体の表層部が高温下での酸化処理による酸素拡散層として硬化層処理され、この硬化層は該リフタ本体の表層部の全面に及んでいる。チタン合金の酸化処理は、高温で行われ、マスキングが困難であるため、本来、摺動性と耐摩耗性が必要とされないバルブリフタ本体の内側の表層部にも該硬化層は及んでいる。
【０００４】
酸化処理されたチタン合金の表面部は、疲労強度が低下するので、未処理のものと同等の強度を得るためには、肉厚増加などの形状で対応する必要がある。バルブリフタで最も強度が要求される部位は天井部である。そのため全面酸化処理されたチタン合金製バルブリフタは、天井の厚さを増加するという対応を求められる。そして、天井厚さの増加はバルブフェースとカムシャフトの距離を増加させることになり、結果的にシリンダヘッドの高さを低く抑えることが困難となる。これによってエンジン重量の増加を招く。
【０００５】
上述したような状況の中で、バルブリフタ本体の天井部内面は、摺動部ではなく、つまり耐摩耗性を要求されないため、この部分の酸素拡散層の除去のための面加工処理を施すことで、上述したバルブリフタの酸化処理に伴う疲労強度低下の弊害を排除して、天井厚さを減少させることが可能となるため、バルブフェースとカムシャフトの距離を増加させることなく、すなわちシリンダヘッドの高さを低く抑えることができるチタン合金製のバルブリフタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためのチタン合金製バルブリフタの改良構造に関するものであり、請求項１に記載の発明は、バルブリフタ本体全体に酸化処理を施したチタン合金製バルブリフタにおいて、バルブリフタ天井部の内面に加工を施すことにより、酸素拡散層を除去したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記バルブリフタ天井部を外周に向うほど薄くなるように加工を施した請求項１に記載の発明のチタン合金製バルブリフタであることを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記バルブリフタ天井部の内面のうち、少なくとも一部に、バルブリフタ天井部の天面と平行な平坦面を形成した請求項２に記載の発明のチタン合金製バルブリフタであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、前記平坦面を、バルブリフタ天井部の内面のうち外周寄りに形成した請求項３に記載の発明のチタン合金製バルブリフタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明は、バルブリフタ本体全体に酸化処理を施したチタン合金製バルブリフタにおいて、バルブリフタ天井部の内面に加工を施すことにより、酸素拡散層を除去したものであるから、酸素拡散層の除去により疲労強度の低下の弊害を排除して、天井厚さを減少させることが可能となるため、バルブフェースとカムシャフトの距離を増加させることなく、すなわちシリンダヘッドの高さを低く抑えることができる。さらに、上述の天井部内面加工に伴う酸素拡散層の除去でバルブリフタの重量を軽減して軽量化が図られ、高速運転時におけるバルブの追従性を向上させることができるという効果も得られる。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記バルブリフタ天井部を外周に向うほど薄くなるように加工を施したため、該加工によりカムが摺動するバルブリフタ天面の中心近傍から離れた外周部が薄くされ、天面の中心近傍は厚く形成されるため、この加工によりバルブリフタ天面のカム摺動部の強度が低下することはない。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記バルブリフタ天井部の内面のうち、少なくとも一部に、バルブリフタ天井部の天面と平行な平坦面を形成したため、該平坦面を利用してバルブリフタ天井部の厚みの検査を容易に行うことができる。
【００１３】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記平坦面を、バルブリフタ天井部の内面のうち外周寄りに形成したため、内周寄りに形成した場合に比べて、平坦面の面積が大きく確保できるので、バルブリフタ天井部の厚み検査のための検査個所を増やすことができ、より正確な検査を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１ないし図５に基づいて本発明の実施例を説明する。
図１には、本発明のバルブリフタが使用される動弁機構を備えるＤＯＨＣ型内燃機関Ｅのシリンダヘッド１の周辺構造部が図示されている。
図中の２がバルブリフタであり、バルブリフタ２はカム３と摺動することで押し下げられ、インナーシム４を介してバルブステム５の上端６を押し下げる。
【００１５】
完成品とされたバルブリフタ２は、既述のように、また該図２に拡大図示されるように、所定の長さを備え、所定径の筒状部２２と、該筒状部２２の一端開口を閉鎖する端部壁を形成する天井部２１とを備えた一端閉鎖の略円筒形状を呈している。
【００１６】
そして、天井部２１の外面（天面）２１ａは略平らであり、内面２１ｂはその中央部がやや高く突出する突出部２１ｂ１とされ、この突出部２１ｂ１は、既述のインナーシム４を介して、もしくは直接バルブステム上端６との当接に供される構造部とされる（図１参照）。
【００１７】
バルブリフタ２は、その軽量化と強度的な要求を満たすべくチタン合金製とされ、例えば、α+β型チタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖをはじめ、その他のα型，β型合金を問わず種々のチタン合金を採用することが可能である。
【００１８】
バルブリフタ２は、その作動において、既述のように前記天井部２１の外面（天面）２１ａで動弁カム３と摺動接触し、また、前記筒状部２２の外周でシリンダヘッド１のリフタガイド孔内で往復摺動接触し、これらの摺動部２１ａ１，２２ａ１はとりわけ過酷な摺動摩擦の条件下に晒されることから、高い耐摩耗性と優れた摺動性が要求される。したがって、チタン合金製のバルブリフタ２は、このために後述される高温下での酸化処理が施され、該バルブリフタ２の表層面に酸素拡散層２０Ｂである硬化層が形成されている。
【００１９】
高温下での酸化処理の後バルブリフタ２外側表層面２０Ａ１である天井部外面（天面）２１ａの動弁カム３との摺動面２１ａ１は面粗度向上のために表面研磨処理される場合がある。一方、該天井部内面２１ｂは酸化処理に伴う疲労強度低下を排除する目的で酸素拡散層２０Ｂを除去する面研削もしくは切削加工されている。
【００２０】
バルブリフタ２の表層面２０Ａ（２０Ａ１，２０Ａ２）は、上述の表面研磨加工や表面研削、切削等の表面加工処理が施されているが、本実施例のバルブリフタ２における天井部内面２１ｂの酸素拡散層２０Ｂの除去のための面加工部は特徴的であり、酸素拡散層が全面的に研削もしくは切削除去された該面加工部は、その部分的拡大図である図２（ｂ）を参照して説明される。
【００２１】
図２（ｂ）を参照して、天井部２１の内面２１ｂは、その径方向中央部が突出基部２１ｂ２を備えて所定高さで突出され、該突出部２１ｂ１は、略円柱状を呈して突出する形状の突出部とされ、該突出部２１ｂ１の突出上面２１ｂ３はその中央部に小さな窪みが形成されるが全体としては平坦に形成される。該突出上面２１ｂ３は、既述の直接もしくはインナーシム４を介したステム上端６と当接するため、耐摩耗性と摺動性が要求され、酸化処理後は機械加工は施されない。
【００２２】
天井部内面２１ｂは、突出上面２１ｂ３を除き全面的に機械加工面とされ、しかも該内面２１ｂの中央突出部２１ｂ１の突出基部２１ｂ２の裾野部２１ｂ４は、その径方向外側に向って該内面２１ｂの壁面を形成しながら環状に拡がる広い加工壁面２１ｂ５に滑らかに接続する。環状に拡がる広い加工壁面２１ｂ５は、全面的に該面における硬化層である酸素拡散層２０Ｂが完全にもしくは略完全に除去される機械加工面とされている。
【００２３】
環状に拡がる広い加工壁面２１ｂ５は、前記突出基部２１ｂ２の裾野部２１ｂ４に隣接してかつ該裾野部２１ｂ４に滑らかに接続して、径方向外側に指向しかつ径方向外側に向うに従い天井部外面（天面）２１ａに次第に接近するように斜めに拡面するテーパ加工面２１ｂ６と、該テーパ加工面２１ｂ６に滑らかに接続し、かつ該面２１ｂ６の径方向外側で、さらに該径方向外側に指向して、しかも天井部外面（天面）２１ａと平行に拡面する平坦加工面２１ｂ７とからなる。したがって、この内面２１ｂの加工壁面２１ｂ５によりリフタ２の端部壁を形成する天井部２１の断面形状は、その中央部から径方向外側に向かって次第に薄くなる形状とされている。
【００２４】
テーパ加工面２１ｂ６は、前記突出基部２１ｂ２の裾野部２１ｂ４との滑らかな接続部から前記広い加工壁面２１ｂ５の略径方向中央部にまで達している。
この加工壁面２１ｂ５の略径方向中央部は、言うまでもなくテーパ加工面２１ｂ６の前記平坦加工面２１ｂ７との連続した滑らかな接続部であり、平坦加工面２１ｂ７は、この連続した滑らかな接続部から天井部内面２１ｂ全面に拡がる広い加工壁面２１ｂ５の径方向外側にまで達し、ここで天井部内面２１ｂの環状外側部と筒状部２２内周２２ｂとの接続部である環状面加工された円弧面２１ｂ８に滑らかに接続している。
【００２５】
上述の面加工が施され寸法精度が高められた天井部２１の内面２１ｂは、図３に図示される、該内面中央突出部２１ｂ１の上面２１ｂ３とステム上端６との直接もしくはインナーシム４を介した当接において、ステム上端６のスプリングリテーナ７と内面２１ｂ間の隙間Ｘを確保するから、該隙間Ｘを利用したスプリングリテーナ７と内面２１ｂとの近接配置が可能とされて、その分前記当接位置が下げられ、したがって、シリンダヘッド１の高さが低く抑えられる構造とされ、また、薄いインナーシム４の使用も可能とされている。
【００２６】
再び図２を参照して、上述の加工が施された天井部２１の内面２１ｂに対して、天井部２１の外面（天面）２１ａは、既述したように動弁カム３との摺動面２１ａ１とされるから、その硬化層である酸素拡散層２０Ｂの表層面２０Ａ１が高い面粗度とされるために表面処理されており、この表面処理は硬化層である酸素拡散層２０Ｂによる優れたカム摺動性確保のための研磨処理であり、この研磨処理はバレル研磨機等を用いてなされている。
【００２７】
次に、上述の構造を備え、かつその外側表層面２０Ａ１においてはその全面もしくは略全面に形成され、また内側表層面２０Ａ２においては機械加工により部分的に除去される上述の酸素拡散層２０Ｂを備えるバルブリフタ２の製造について説明する。
【００２８】
第１工程
図４（ａ）に示すように、先ず、バルブリフタ２の形成材として、チタン合金の棒材、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのα＋β型チタン合金の丸棒が用意され、該丸棒から円盤型のビレット２０１を切出し、次いで該ビレット２０１に潤滑処理を施す。
【００２９】
第２工程
ビレット２０１を鍛造温度Ｔｆに加熱し、次いで、そのビレット２０１に熱間鍛造を施して、図４（ｂ）に示すリフタ用一次加工体２０２、例えば、外径が２６ｍｍ、高さが２１ｍｍのリフタ用一次加工体２０２を製作する。
この一次加工体２０２は、シリンダヘッド１のリフタガイド孔内に挿入される筒部を形成する筒状部２２２、およびその筒状部２２２の一端を閉鎖して動弁カム３と対向する端部壁を形成する天井部２１２を持つ一端閉鎖の略円筒形状をなす。そして、端部壁を形成する天井部２１２の内面２１２ｂには、その中央部に円柱状に所定高さで突出する突出部２１２ｂ１が形成されている。
【００３０】
第３工程
リフタ用一次加工体２０２の筒部を形成する筒状部２２２外周面、端部壁を形成する天井部２１２の外面（天面）および筒状部２２２の環状端面に機械加工を施して、図４（ｃ）に図示される所定寸法に仕上げられたリフタ用二次加工体２０３を製作し、次いで、そのリフタ用二次加工体２０３に洗浄処理を施す。
【００３１】
第４工程
リフタ用二次加工体２０３を大気雰囲気下の加熱炉内に設置して、その加工体２０３に、大気中にて加熱温度Ｔ１を、Ｔ１≧６００°Ｃに設定した酸化処理を施し、図５（ｄ）に示すように、リフタ用二次加工体２０３の全面に酸化処理後の酸素拡散層２０４Ｂが形成された中間体であるリフタ用三次加工体２０４を得る。
【００３２】
大気雰囲気中の加熱炉内でＴ１≧６００°Ｃに加熱され酸化処理が施されてその表層面２０４Ａ全面に酸化処理による酸素拡散層２０４Ｂが形成されたリフタ用三次加工体２０４は、その後、該炉内において、もしくは炉外において冷却される。
【００３３】
第５工程
冷却されたリフタ用三次加工体２０４は、その後、適宜必要とされる表層面の仕上げや必要とされる個所における研磨機や研削機等の機械による加工処理が施される。
【００３４】
本実施例において、表面部,特に上面部２１４の外面（天面）２１４ａの面粗度向上のために、バレル研磨を施した。
【００３５】
また、上述の加工に加えて、前記端部壁を形成する天井部内面２１４ｂの中央突出部上面２１４ｂ３を除く壁面全面に及ぶ酸素拡散層２０４Ｂの除去を基本とする加工処理がなされる（図２（ｂ）の該内面２１ｂの加工面の拡大図も参照）。
天井部内面２１４ｂの略壁面全面に及ぶ酸素拡散層２０４Ｂ除去のための加工処理は、一部既述の説明と重複するが、以下のような加工である。
【００３６】
すなわち、天井部内面２１４ｂの中央突出部２１４ｂ１の突出基部２１４ｂ２の裾野部２１４ｂ４の滑らかな面形成のための加工と、該面に滑らかに接続する径方向外側に向って該内面２１４ｂの壁面を実質的に形成しながら径方向外側に指向して環状に拡がる広い加工壁面２１４ｂ５の加工である。
【００３７】
広い加工壁面２１４ｂ５の加工は、前記突出基部２１４ｂ２の裾野部２１４ｂ４に滑らかに接続するテーパ加工面２１４ｂ６の加工と、さらに該テーパ加工面２１４ｂ６に滑らかに接続する該加工面２１４ｂ６の径方向外側で前記上面部２１４の外面（天面）２１４ａに平行な平坦面を備えて該径方向外側に指向して拡面する平坦加工面２１４ｂ７の平坦化のための加工である。そして、上述の加工に、さらに該平坦加工面２１４ｂ７に滑らかに接続する円弧面２１４ｂ８である加工面の加工が加えられるものであり、これらの面加工は、通常、研磨機による研磨砥石や研削機による研削砥石使用の研磨もしくは切削によりなされる。
【００３８】
上述の加工がその外側表層面２０４Ａ１および内側表層面２０４Ａ２になされたリフタ用三次加工体２０４は、図５（ｅ）において図示される完成品バルブリフタ２とされる（図２も参照）。
【００３９】
この完成品バルブリフタ２は、該リフタ２の外側表層面２０Ａ１全面が硬化層である酸素拡散層２０Ｂとされ、したがって、バルブリフタ２の動弁カム３との摺動面２１ａ１およびシリンダヘッド１のリフタガイド孔との往復摺動面２２ａ１は、これら摺動面２１ａ１，２２ａ１における耐摩耗性と摺動性が十分に高められたバルブリフタ２として提供される。
【００４０】
本発明の実施例のバルブリフタ２は、上述の構造を備えるから、以下のような作用効果を奏するものである。
【００４１】
本発明のバルブリフタ２は、バルブリフタ本体全体に酸化処理を施したチタン合金製バルブリフタ２において、バルブリフタ天井部２１の内面２１ｂに加工を施すことにより、酸素拡散層２０Ｂを除去したものであるから、酸素拡散層２０Ｂの除去により疲労強度低下の弊害を排除して、天井厚さを減少させることが可能となるため、バルブフェースとカムシャフトの距離を増加させることなく、すなわちシリンダヘッド１の高さを低く抑えることができる。さらに、上述の天井部内面加工に伴う酸素拡散層２０Ｂの除去でバルブリフタ２の重量を軽減して軽量化が図られ、高速運転時におけるバルブの追従性を向上させることができるという効果も得られる。
【００４２】
バルブリフタ２の端部壁を形成する天井部２１は、その断面形状が外周に向うほど薄くなるように加工されるから、動弁カム３が摺動するバルブリフタ２の天井部２１の中心近傍から離れた外周部は薄いが、該天井部２１の中心部近傍の実質的な動弁カム３との摺動面２１ａ１は厚く形成されているので、動弁カム３との摺動面２１ａ１の強度は該加工による影響を殆ど受けず、該摺動面２１ａ１の強度は低下することがない。
【００４３】
また、バルブリフタ２の天井部内壁２１ｂの加工面のうち、少なくとも一部の加工面は、該天井部外面（天面）２１ａと平行な平坦加工面２１ｂ７として形成されているので、該天井部２１の肉厚の厚み検査が前記平坦加工面２１ｂ７を利用して容易に行うことができる。
【００４４】
さらに、天井部内面２１ｂの加工面である平坦加工面２１ｂ７は、該天井部２１の内面２１ｂのうちの外周寄りに形成した加工面であるから、該加工面が前記天井部内壁２１ｂの内周寄りに形成した場合に比べて、平坦加工面２１ｂ７の面積が広くなり、その分厚み検査に供される個所を増やすことができるので、天井部２１の肉厚のより正確な検査を行うことが可能となる。
【００４５】
本発明に係るチタン合金製バルブリフタは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の形状を採り得ることはもちろんである。例えば中央突出部上面２１ｂ３を含む壁面全面に加工処理がなされたり、または実施例の様に中央突出部を除く天井部２１の内面２１ｂの全面ではなく特に疲労強度が要求される部位のみの壁面一部に加工処理がなされても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のバルブリフタが使用された内燃機関の主要構造部を示す縦断面図である。
【図２】本発明のバルブリフタを示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す拡大図である。
【図３】本発明のバルブリフタ装着部の拡大構造断面図である。
【図４】本発明のバルブリフタの製造工程を示す図である。
【図５】本発明のバルブリフタの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・シリンダヘッド、２・・・バルブリフタ、３・・・カム、４・・・インナーシム、５・・・バルブステム、６・・・バルブステム上端、７・・・スプリングリテーナ、２０Ａ１・・・外側表層面、２０Ａ２・・・内側表層面、２０Ｂ・・・酸素拡散層、２１・・・天井部、２１ａ・・・天井部外面（天面）、２１ａ１・・・摺動面、２１ｂ・・・天井部内面、２２・・・筒状部、２２ａ１・・・摺動面、２０１・・・ビレット、２０２・・・リフタ用一次加工体、２０３・・・リフタ用二次加工体、２０４・・・リフタ用三次加工体。
【図１】
2006307790.tif 000003
【図２】
2006307790.tif 000004
【図３】
2006307790.tif 000005
【図４】
2006307790.tif 000006
【図５】
2006307790.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月20日(2006.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
内燃機関の動弁装置におけるバルブリフタは、一般にスチール製が使われている。一部には音の観点から、アルミニウム合金製が使われている例がある。一方、内燃機関動弁系の軽量化の観点からは、アルミニウム合金製のバルブリフタは、耐摩耗性や強度面において難点があることから天井面やシム面を補強せずに使用することはできない。チタン合金は、高強度であるとともに強度を比重で割った値である比強度が高く、軽量化に効果的である。しかしながらチタン合金は、そのままでは耐摩耗性が十分でないため、摺動部には耐摩耗性の表面処理が必要である。そのため、チタン合金製バルブリフタは、バルブリフタの本体の表層部全面が摺動性と耐摩耗性の向上のために硬化処理されたものが知られており、このバルブリフタは、該バルブリフタ本体の内側の面である本来は摺動性と耐摩耗性が必要とされない部分までも硬化処理されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１３９３１４号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記バルブリフタ天井部を外周に向うほど薄くなるように加工を施したため、該加工によりカムが摺動するバルブリフタ天面の中心近傍から離れた外周部が薄く形成され、天面の中心近傍は厚く形成されるため、この加工によりバルブリフタ天面のカム摺動部の強度が低下することはない。