JPH08218820A - Ｆｒｐ製バルブリフタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価であってしかもシム受け部の耐荷重能お
よび冠面オフセット押し耐荷重能の両方共が優れている
軽量なＦＲＰ製バルブリフタを提供する。 【構成】 冠面に突出部１ｃを有し、突出部１ｃと係合
する金属製シム１ｂをインサート成形したＦＲＰ製バル
ブリフタ１において、金属製シム１ｂが係合された突出
部１ｃに、金属製シム側からバルブリフタ内側に達する
直径０．３〜４．０ｍｍのピンホール１ｅがバルブリフ
タ内側のバルブ軸端部と接するチップ部１ｆを除く部分
に位置しかつ突出部中心からの角度が等角度の同一円周
上に４〜８個設けられているＦＲＰ製バルブリフタ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レシプロエンジンの動
弁機構に利用されるバルブリフタに関し、さらに詳しく
は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）製であって軽量であると共
に実用上の耐荷重能にも優れた安価なＦＲＰ製バルブリ
フタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＦＲＰ製バルブリフタとしては、
例えば、図１０に示すような特開平５−２８８０１７号
公報に記載されたものがある。

【０００３】このＦＲＰ製バルブリフタ１１は、図１０
（ａ）に示すＦＲＰ製バルブリフタ本体１１ａと図１０
（ｂ）に示す金属製シム１１ｂとからなるものであっ
て、バルブリフタ本体１１ａの冠面１１ｃには環状をな
すシム受け用接触壁面１１ｄが同心円状に形成してある
と共に冠面１１ｃの反対側にはバルブ軸端部と接するチ
ップ受部１１ｅが設けてあり、また、金属製シム１１ｂ
の底面１１ｆには前記シム受け用接触壁面１１ｄに当接
する環状をなすシム側接触面１１ｇが同心円状に形成し
てあって、バルブリフタ本体１１ａの冠面１１ｃとシム
１１ｂの底面１１ｆとを嵌合して使用する構造とした直
動式バルブリフタである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＦＲＰ製バルブリフタ１１にあっては、ＦＲ
Ｐ製バルブリフタ本体１１ａの冠面１１ｃおよび金属製
シム１１ｂの底面１１ｆにそれぞれ同心円状に環状の凹
凸部分を形成してシム受け用接触壁面１１ｄおよびシム
側接触面１１ｇを設ける構造となっていたため、このＦ
ＲＰ製バルブリフタ本体１１ａの冠面１１ｃに係合する
金属製シム１１ｂに対して高い加工精度が要求されるた
め、コストの上昇をもたらすなどの実用上の問題があっ
た。

【０００５】そこで、安価な金属製シムをそなえたＦＲ
Ｐ製バルブリフタとすべく種々研究を重ねた過程におい
て、寸法精度が粗く、加工費の安い鉄製シムをＦＲＰ製
バルブリフタ本体にインサート成形したＦＲＰ製バルブ
リフタを作製したが、このようなＦＲＰ製バルブリフタ
において、シム受け部の耐荷重能および冠面オフセット
押し耐荷重能を測定した結果、両方の耐荷重能がいずれ
も劣っていることがわかった。

【０００６】そこで、安価な金属製シムをそなえたＦＲ
Ｐ製バルブリフタであるうえに耐荷重能にも優れたＦＲ
Ｐ製バルブリフタを得ることが課題となっていた。

【０００７】

【発明の目的】この発明は、上述した従来の課題にかん
がみてなされたもので、安価であってしかもシム受け部
の耐荷重能および冠面オフセット押し耐荷重能の両方共
が優れている軽量なＦＲＰ製バルブリフタを提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるＦＲＰ製
バルブリフタは、請求項１に記載しているように、冠面
に突出部を有し、突出部と係合する金属製シムをインサ
ート成形したＦＲＰ製バルブリフタにおいて、金属製シ
ムが係合された突出部に、金属製シム側からバルブリフ
タ内側に達する複数のピンホールが設けられている構成
としたことを特徴としている。

【０００９】そして、本発明に係わるＦＲＰ製バルブリ
フタの実施態様においては、請求項２に記載しているよ
うに、突出部に設けられて金属製シム側からバルブリフ
タ内側に達する複数のピンホールは、バルブリフタ内側
のバルブ軸端部と接するチップ部を除く部分に位置し、
かつ突出部中心からの角度が等角度の同一円周上に設け
られている構成のものとすることが可能であり、請求項
３に記載しているように、ピンホールの直径は、０．３
〜４．０ｍｍの範囲内であるものとすることが可能であ
り、請求項４に記載しているように、ピンホールの数
は、４〜８の範囲内であるものとすることが可能であ
り、請求項５に記載しているように、金属製シムが鉄製
シムであるものとすることが可能である。

【００１０】

【発明の作用】図１１は、レシプロエンジンの動弁機構
の一例を示す図であって、カムシャフトのカム１２が矢
印Ｘ方向に回転すると、それに伴ってバルブリフタ１１
のシム１１ｂはバルブリフタ本体１１ａに対して下方に
作用すると共に、シムガイド１１ｈにも負荷を与える。
すなわちこの場合、シムガイド１１ｈには左から右への
横荷重が加わる。

【００１１】しかしながら、一般的な射出成形によるＦ
ＲＰ製バルブリフタ１１のシムガイド１１ｈはこのよう
な横荷重に対して耐荷重能が小さく、実用上問題があ
る。

【００１２】これに対し、本発明のＦＲＰ製バルブリフ
タでは、請求項１に記載しているように、冠面に突出部
を有し、突出部と係合する金属製シムをインサート成形
したものとしているので、カムの回転によって金属製シ
ムによる横荷重が発生したとしても、従来のシムガイド
の半円周部分のほかに、冠面に形成した突出部の半円周
部分でも横荷重を支えることとなるため、従来のシムガ
イドの半円周部分でのみ金属製シムからの横荷重を支え
る場合に比べて、耐荷重能が大きくなり、実用上問題が
ないものとなる。また、金属製シムのコストは、ＦＲＰ
製バルブリフタ本体の樹脂成形と同時にインサート成形
で行うこととしているため、高い加工精度が要求されな
いものとなるので安価なものとなる。

【００１３】さらに、本発明のＦＲＰ製バルブリフタは
金属製シムとＦＲＰ製バルブリフタ本体との複合材料構
造であるため、温度変化に対して熱膨張係数の差による
歪はＦＲＰ製バルブリフタ本体側に生じ易い。すなわ
ち、請求項５に記載しているように、金属製シムとして
鉄を用いた場合に、熱膨張係数は鉄が１．２×１０^−５
ｃｍ／ｃｍ、ＦＲＰは樹脂、繊維の種類、配合量、配向
等によって異なり、炭素繊維（ＣＦ）３０重量％の場合
では、５．９〜０．２×１０^−５ｃｍ／ｃｍと範囲が広
い。したがってこの場合、例えば、温度が１００℃変化
すると、４．７×１０^−３ｃｍ／ｃｍもの大きな歪を生
じてしまう。

【００１４】そこで、単に金属製シム、例えば鉄製シム
をＦＲＰ製バルブリフタ本体にインサート成形しただけ
のＦＲＰ製バルブリフタでは、ＦＲＰ製バルブリフタ本
体側の残留応力が原因で耐荷重能の低下が見られること
がありうるため、本発明で請求項１に記載しているよう
に、金属製シムに接するバルブリフタ冠面の突出部に、
金属製シム側からバルブリフタ内側に達する複数のピン
ホールを設けることにより、上記残留応力による歪が緩
和されるようにした。

【００１５】本発明のＦＲＰ製バルブリフタにおいて、
ピンホールの位置および大きさについて種々の実験を行
った結果、所定の位置、個数、大きさにした場合に、耐
荷重能の測定結果から良好なる作用・効果があることが
認められた。

【００１６】すなわち、バルブリフタは円形をなすた
め、ピンホールの位置は、請求項２に記載しているよう
に、バルブリフタ冠面の突出部中心からの角度が等角度
で、かつ同一円周上に設けられている場合に、最も良い
耐荷重能を示す結果となった。これは、バルブリフタが
円形であるため、残留応力が均等に緩和されることによ
るものと考えられる。また、ピンホールの位置がバルブ
リフタ冠面の一部分に偏って設けられている場合には、
やはり耐荷重能は劣っていた。

【００１７】さらに、ピンホールの直径および個数につ
いては、請求項３に記載しているように、直径は０．３
〜４．０ｍｍであり、請求項４に記載しているように、
個数は４〜８個であるようにした場合に良好なる作用・
効果が認められた。そして、ピンホールの個数が４〜８
個であっても直径が０．３ｍｍ未満と小さい場合には、
バルブリフタの残留応力の緩和は不十分となり、耐荷重
能が小さくなり、また、ピンホールの直径が４．０ｍｍ
超過と大き過ぎると、残留応力はなくなるがバルブリフ
タそのものの強度が低下するため好ましくない。

【００１８】よって、本発明においては、インサート成
形する際に成形型にピンを設け、射出成形後にバルブリ
フタに上記のようなピンホールを有するバルブリフタと
することによって、複合材料の温度変化による歪が緩和
されて残留応力がなくなるものとなる。

【００１９】本発明のＦＲＰ製バルブリフタを構成する
樹脂としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスル
ホン（ＰＥＳ）等のいわゆるスーパーエンジニアリング
プラスチックと称されるものを用いることができる。ま
た、強化繊維には、炭素繊維（ＣＦ）やガラス繊維（Ｇ
Ｆ）等の汎用の繊維を使用することができ、樹脂に対す
る強化繊維の含有量は成形性および物性上から、３０〜
５０重量％の範囲で使用することが好ましい。

【００２０】さらに、金属製シムは、鋼板をプレス加工
した後に浸炭焼入れし、研磨して用いるのが好ましい。

【００２１】

【実施例】本発明を実施例および比較例により説明する
が、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものでは
ない。

【００２２】実施例１ この実施例１では、図１（ａ）（ｂ）に示す構造のＦＲ
Ｐ製バルブリフタ１を作製した。このＦＲＰ製バルブリ
フタ１は、ＦＲＰ製バルブリフタ本体１ａと金属製シム
１ｂとを一体化したものであり、バルブリフタ本体１ａ
の冠面に有する環状突出部１ｃに金属製シム１ｂに形成
したフランジ部１ｄが係合するものになっていると共
に、金属製シム１ｂが係合された突出部１ｃに、金属製
シム１ｂ側からバルブリフタ内側に達するピンホール１
ｅが設けてあるものとなっている。

【００２３】この場合、ピンホール１ｅは、バルブリフ
タ内側のバルブ軸端部と接するチップ部１ｆを除く部分
に位置し、かつ突出部中心からの角度が等角度（この実
施例では９０°）の同一円周上（この実施例ではシムガ
イド径の半分；ｒ／２の同一円周上）に設けてあるもの
となっている。

【００２４】そこで、ポリイミド（ＰＩ）樹脂に炭素繊
維（ＣＦ）を３０重量％配合し、図１に示すような金属
製（鉄製）シム１ｂをインサート成形した外径３０ｍ
ｍ、シムガイド１ｈの径（ｒ）２７ｍｍ、冠面環状突出
部１ｃの径（ｇ）２３ｍｍに接するバルブリフタ本体１
ａの環状突出部１ｃのシム側からバルブリフタ内側に達
するピンホール１ｅを有するＦＲＰ製バルブリフタ１を
製造した。

【００２５】このＦＲＰ製バルブリフタ１は、上記した
ように、冠面環状突出部１ｃの中心から角度９０°で、
シム１ｂの半径ｒのｒ／２の半径を持つ同一円周上に、
直径が０．３ｍｍのピンホール１ｅを４個配設したもの
となっている。

【００２６】実施例２〜６ 実施例１において、ピンホール１ｅの直径を０．４〜
４．０ｍｍと変えた他は、この実施例１と同様にして、
実施例２〜６のＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００２７】比較例１ 実施例１において、ピンホールを設けない他は、この実
施例１と同様にして、比較例１のＦＲＰ製バルブリフタ
を製造した。

【００２８】比較例２，３ 実施例１において、ピンホール１ｅの直径をそれぞれ
０．１ｍｍ，０．２ｍｍとした他は、この実施例１と同
様にして、それぞれ比較例２および３のＦＲＰ製バルブ
リフタを製造した。

【００２９】比較例４ 実施例１において、ピンホール１ｅの直径を５．０ｍｍ
とした他は、この実施例１と同様にして、比較例４のＦ
ＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００３０】実施例７ 実施例１において、鉄製シム１ｂの半径ｒの３ｒ／５の
半径を持つ同一円周上に、合計４個のピンホール１ｅを
配置した他は、この実施例１と同様にして、実施例７の
ＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００３１】実施例８〜１２ 実施例７において、ピンホール１ｅの直径を０．４〜
４．０ｍｍと変えた他は、この実施例７と同様にして、
実施例８〜１２のＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００３２】比較例５，６ 実施例７において、ピンホール１ｅの直径をそれぞれ
０．１ｍｍ，０．２ｍｍとした他は、この実施例７と同
様にして、それぞれ比較例５および６のＦＲＰ製バルブ
リフタを製造した。

【００３３】比較例７ 実施例７において、ピンホール１ｅの直径を５．０ｍｍ
とした他は、この実施例７と同様にして、比較例７のＦ
ＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００３４】実施例１３ 実施例１において、冠面環状突出部１ｃの中心から角度
４５°で鉄製シム１ｂの半径ｒのｒ／２の半径を持つ同
一円周上に、直径が０．３ｍｍのピンホール１ｅを８個
配設した他は、実施例１と同様にして、図２に示すよう
な実施例１３のＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００３５】実施例１３〜１８ 実施例１３において、ピンホール１ｅの直径を０．４〜
４．０ｍｍと変えた他は、この実施例１３と同様にし
て、実施例１３〜１８のＦＲＰ製バルブリフタを製造し
た。

【００３６】比較例８ 実施例１３において、ピンホールを設けない他は、この
実施例１３と同様にして、比較例８のＦＲＰ製バルブリ
フタを製造した。

【００３７】比較例９，１０ 実施例１３において、ピンホール１ｅの直径をそれぞれ
０．１ｍｍ，０．２ｍｍとした他は、この実施例１３と
同様にして、それぞれ比較例９および１０のＦＲＰ製バ
ルブリフタを製造した。

【００３８】比較例１１ 実施例１３において、ピンホール１ｅの直径を５．０ｍ
ｍとした他は、この実施例１３と同様にして、比較例１
１のＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００３９】実施例１９ 実施例１３において、鉄製シム１ｂの半径ｒの３ｒ／５
の半径を持つ同一円周上に、合計８個のピンホール１ｅ
を配置した他は、この実施例１３と同様にして、実施例
１９のＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００４０】実施例２０〜２４ 実施例１９において、ピンホール１ｅの直径を０．４〜
４．０ｍｍと変えた他は、この実施例１９と同様にし
て、実施例２０〜２４のＦＲＰ製バルブリフタを製造し
た。

【００４１】比較例１２，１３ 実施例１９において、ピンホール１ｅの直径をそれぞれ
０．１ｍｍ，０．２ｍｍとした他は、この実施例１９と
同様にして、それぞれ比較例１２および１３のＦＲＰ製
バルブリフタを製造した。

【００４２】比較例１４ 実施例１９において、ピンホール１ｅの直径を５．０ｍ
ｍとした他は、この実施例１９と同様にして、比較例１
４のＦＲＰ製バルブリフタを製造した。

【００４３】＜評価試験＞この評価試験では、複合材料
からなるＦＲＰ製バルブリフタの温度変化による残留応
力を、シム受け部耐荷重能としてシム受け接触部押し試
験および冠面オフセット押し試験により評価した。

【００４４】図３に示すようにバルブリフタ１を固定す
ると共に、鉄製シム１ｂの突出面にシム押し具３をＷ方
向に押し付ける方法で温度１５０℃の条件にてシム受け
接触部押し試験を行い、図４に示すような荷重−変位の
関係を求めながら、バルブリフタ１の破壊荷重を測定し
た。

【００４５】また、図５に示すようにチップ部１ｆにバ
ルブ軸端部４を当接させた状態にして鉄製シム１ｂに対
してＰ方向にオフセット荷重を加える方法で温度１５０
℃の条件にて冠面オフセット押し試験を行い、同様に図
４に示すような荷重−変位の関係を求めながら、バルブ
リフタ１の破壊荷重を測定した。

【００４６】実施例１〜１２および比較例１〜７の測定
結果を表１に示し、シム受け接触部押し試験による耐荷
重能の測定結果を図６に示すと共に、冠面オフセット押
し試験による測定結果を図７に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１ならびに図６および図７に示すよう
に、ピンホール１ｅの直径が０．３ｍｍ未満と小さいか
または無い場合にはバルブリフタの強度が小さくなって
いることが認められた。また、ピンホールの直径が４．
０ｍｍ超過と大きい場合には強度が低下していることが
認められた。

【００４９】実施例１３〜２４ならびに比較例１および
比較例８〜１４の測定結果を表２に示し、シム受け接触
部押し試験による耐荷重能の測定結果を図８に示すと共
に、冠面オフセット押し試験による測定結果を図９に示
す。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２ならびに図８および図９に示すよう
に、ピンホール１ｅの直径が０．３ｍｍ未満では、歪に
よりバルブリフタの強度が小さくなっていることが認め
られた。また、ピンホールの直径が４．０ｍｍ超過と大
きくなると、表１の結果と比べてもさらにバルブリフタ
の強度が急激に低下している。このような強度低下は、
バルブリフタの空間部分がより大きくなっているため生
じたものと思われる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、請求項１に記載しているように、冠面に突出部を
有し、突出部と係合する金属製シムをインサート成形し
たＦＲＰ製バルブリフタにおいて、金属製シムが係合さ
れた突出部に、金属製シム側からバルブリフタ内側に達
する部分に複数個のピンホールが設けられている構成と
したから、安価な金属製シムおよびＦＲＰ製バルブリフ
タ本体からなる複合材料構造のＦＲＰ製バルブリフタと
することが可能であり、シム受け部の耐荷重能および冠
面オフセット押し耐荷重能の両方共が優れていて、実用
上の耐荷重能に優れた特性をもつ軽量なＦＲＰ製バルブ
リフタを提供することができるという著しく優れた効果
がもたらされる。

【００５３】そして、本発明によるＦＲＰ製バルブリフ
タは、金属製のバルブリフタに比較して軽量化が図られ
るため、燃費が向上し、さらに音振性にも優れたものと
なるという著大なる効果がもたらされる。

【００５４】そして、請求項２に記載しているように、
突出部に設けられて金属製シム側からバルブリフタ内側
に達する複数のピンホールは、バルブリフタ内側のバル
ブ軸端部と接するチップ部を除く部分に位置し、かつ突
出部中心からの角度が等角度の同一円周上に設けられて
いるものとすることによって、シム受け部の耐荷重能お
よび冠面オフセット押し耐荷重能の両方共において、最
も良い耐荷重能を示すものとすることが可能であるとい
う効果がもたらされる。

【００５５】また、請求項３に記載しているように、ピ
ンホールの直径は、０．３〜４．０ｍｍの範囲内のもの
とし、請求項４に記載しているように、ピンホールの数
は４〜８個の範囲内のものとして、ピンホールによる空
間部分が小さすぎたり、反対に大きすぎたりしないもの
とすることによって、ピンホールによる空間部分が小さ
すぎる場合には残留応力の緩和が十分でなくなってバル
ブリフタの強度が低下するという不具合を解消すること
ができ、ピンホールによる空間部分が大きすぎる場合に
もバルブリフタの強度が低下するという不具合を解消す
ることができ、適度な大きさおよび個数のピンホールの
配置によってバルブリフタの耐荷重能を向上させること
が可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００５６】さらに、請求項５に記載しているように、
金属製シムが鉄製シムであるものとすることによって、
より一層の低コスト化が実現されることになるという効
果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１〜１２のバルブリフタを示す
断面説明図（図１の（ａ））および底面説明図（図１の
（ｂ））である。

【図２】本発明の実施例１３〜２４のバルブリフタを示
す断面説明図（図２の（ａ））および底面説明図（図２
の（ｂ））である。

【図３】シム受け接触部押し試験の要領を示す説明図で
ある。

【図４】荷重試験の際の荷重−変位の関係を示す説明図
である。

【図５】冠面オフセット押し試験の要領を示す説明図で
ある。

【図６】実施例１〜１２および比較例１〜７のシム受け
接触部押し試験の結果を示すグラフである。

【図７】実施例１〜１２および比較例１〜７の冠面オフ
セット押し試験の結果を示すグラフである。

【図８】実施例１３〜２４ならびに比較例１および比較
例８〜１４のシム受け接触部押し試験の結果を示すグラ
フである。

【図９】実施例１３〜２４ならびに比較例１および比較
例８〜１４の冠面オフセット押し試験の結果を示すグラ
フである。

【図１０】特開平５−２８８０１７号公報に記載された
従来のＦＲＰ製バルブリフタにおけるＦＲＰ製バルブリ
フタ本体（図１０の（ａ））および金属製シム（図１０
の（ｂ））の断面説明図である。

【図１１】動弁機構の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ＦＲＰ製バルブリフタ １ａ ＦＲＰ製バルブリフタ本体 １ｂ 金属製シム １ｃ 突出部 １ｅ ピンホール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冠面に突出部を有し、突出部と係合する
   金属製シムをインサート成形したＦＲＰ製バルブリフタ
   において、金属製シムが係合された突出部に、金属製シ
   ム側からバルブリフタ内側に達する複数のピンホールが
   設けられていることを特徴とするＦＲＰ製バルブリフ
   タ。
2. 【請求項２】 突出部に設けられて金属製シム側からバ
   ルブリフタ内側に達する複数のピンホールは、バルブリ
   フタ内側のバルブ軸端部と接するチップ部を除く部分に
   位置し、かつ突出部中心からの角度が等角度の同一円周
   上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
   ＦＲＰ製バルブリフタ。
3. 【請求項３】 ピンホールの直径は、０．３〜４．０ｍ
   ｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２に
   記載のＦＲＰ製バルブリフタ。
4. 【請求項４】 ピンホールの数は、４〜８の範囲内であ
   ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
   のＦＲＰ製バルブリフタ。
5. 【請求項５】 金属製シムが鉄製シムであることを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＦＲＰ製バ
   ルブリフタ。