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1. (WO2010016227) COUPELLE D'APPUI DE RESSORT ET SYSTÈME DE RESSORT

明 細 書

発明の名称

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009  

発明の開示

発明が解決しようとする課題

0010  

課題を解決するための手段

0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013   0014  

発明を実施するための最良の形態

0015  

実施例 1

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049  

符号の説明

0050  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

明 細 書

発明の名称 : スプリング・リテーナ及びスプリング・システム

技術分野

[0001]
 本発明は、バルブ・スプリング等のコイルばねの支持に供されるスプリング・リテーナ及びコイル・スプリングを組み合わせたスプリング・システムに関する。

背景技術

[0002]
 近年、自動車用エンジンの高出力化、低燃費化のため、動弁系の軽量化を行なっている。この対策のため、スプリング・リテーナであるスプリング・リテーナをアルミ合金やチタン合金により製造し、慣性重量の軽減、これに伴うばね荷重の低減等を図るものがあった。
[0003]
 しかし、アルミ合金やチタン合金のスプリング・リテーナは、高価であるばかりか、鉄系材料に比較して強度向上、薄肉化等に限界があった。
[0004]
 このため、バルブ・スプリングの押し付け力により、スプリング座部の付け根部に応力集中を受け、疲労破壊を起こす恐れがあった。
[0005]
 また、スプリング・リテーナは、テーパー状の支持孔においてコッタを介しバルブ・ステムに支持され、バルブ・ステムに強い衝撃力が加わると、支持孔に大きな力が入力されて割れなどの破壊を招く恐れがあった。
[0006]
 さらに、ばね鋼のバルブ・スプリングをアルミ合金やチタン合金のスプリング・リテーナで受ける構造であるため、耐摩耗性向上にも限界があった。
[0007]
 これに対し、軽合金製のスプリング・リテーナの表層に耐摩耗性を有する粒子を埋設する構造、テーパー状の支持孔に鉄系スリーブをライニングする構造などが提案されている。
[0008]
 しかし、何れの場合も材料点数や部品点数が多くなり、製造、部品管理が煩雑になるという問題がある。
[0009]
特許文献1 : 特開平7-63020号公報
特許文献2 : 特開2000-161029号公報
特許文献3 : 特開平6-307212号公報

発明の開示

発明が解決しようとする課題

[0010]
 解決しようとする問題点は、軽合金製のスプリング・リテーナでは、強度向上、薄肉化、耐摩耗性に限界があり、軽合金製のスプリング・リテーナの表層に耐摩耗性を有する粒子を埋設する構造、テーパー状の支持孔に鉄系スリーブをライニングする構造などでは、材料点数や部品点数が多くなり、製造、部品管理が煩雑になる点である。

課題を解決するための手段

[0011]
 本発明は、スプリング・リテーナを鉄系材料で製造して強度及び耐摩耗性を向上させながら、薄肉軽量化を可能とするため、軸部側に支持される支持孔を有したリテーナ本体と該リテーナ本体の軸方向一側外周部に形成されコイル・スプリングを当接支持させる鍔状のスプリング座部とを備えたスプリング・リテーナであって、前記リテーナ本体及びスプリング座部を、弾性金属により一体に形成し、前記リテーナ本体からスプリング座部に渡って連続する鍛流線を形成したことを最も主要な特徴とする。

発明の効果

[0012]
 本発明のスプリング・リテーナは、軸部側に支持される支持孔を有したリテーナ本体と該リテーナ本体の一側外周部に形成されコイル・スプリングを当接支持させる鍔状のスプリング座部とを備えたスプリング・リテーナであって、前記リテーナ本体及びスプリング座部を、鉄系材料により一体に形成し、前記リテーナ本体からスプリング座部に渡って連続する鍛流線を形成した。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] スプリング・システムを自動車用エンジンにおける動弁系に適用した状態を示す断面図である。(実施例1)
[図2] スプリング・システムを自動車用エンジンにおける動弁系に適用した状態を示す要部の断面図である。(実施例1)
[図3] スプリング・システムを自動車用エンジンにおける動弁系に適用した状態を示す要部の拡大断面図である。(実施例1)
[図4] スプリング・リテーナの形状を詳細に示した断面図である。(実施例1)
[図5] 凹部の詳細を示す拡大断面図である。(実施例1)
[図6] スプリング・リテーナの鍛流線を示す要部断面図である。(実施例1)
[図7] (a)は、材料ブロックを示す正面図、(b)は、熱間鍛造による鍛流線の形成を示す説明図である。(実施例1)
[図8] 表面硬さ及び内部硬さの深さによる変化を示したグラフである。(実施例1)
[図9] 鍛流線が連続する場合(鍛流線有)としない場合(鍛流線無)とで曲げ疲労強度を比較したグラフである。(実施例1)
[図10] SNMC420Hで製造し、真空浸炭、普通浸炭したスプリング・リテーナの曲げ疲労強度を示すグラフである。(比較例)
[図11] チタン合金で製造したスプリング・リテーナの曲げ疲労強度を示すグラフである。(比較例)
[図12] スプリング・リテーナの曲げ疲労強度を示すグラフである。(実施例1)
[図13] (a)は、チタン合金で製造された軽量のスプリング・リテーナの要部断面図、(b)は、ばね鋼で製造され鍛流線が連続する同一性能のスプリング・リテーナの要部断面図である。(実施例1)
[0014]
 このため、鉄系材料によりスプリング・リテーナを製造して強度及び耐摩耗性を向上させることができる。また、コイル・スプリングの押し付け力により、スプリング座部の付け根部に応力集中を受けても、鍛流線の連続により疲労破壊を起こし難くすることができる。結果的にスプリング・リテーナ全体の薄肉軽量化も可能にすることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0015]
 コスプリング・リテーナを鉄系材料で製造して強度及び耐摩耗性を向上させながら、薄肉軽量化を可能とするという目的を、鍛流線により実現した。

実施例 1

[0016]
[スプリング・システム]
 図1は、スプリング・システムを自動車用エンジンにおける動弁系に適用した状態を示す断面図、図2は、同要部の断面図、図3は、同要部の拡大断面図である。
[0017]
 図1~図3のように、スプリング・システム1は、スプリング・リテーナ3を備え、軸部側である鉄系のバルブ・ステム5の軸端部にコレット7を介して支持されている。
[0018]
 バルブ・ステム5の先端部には、シム9を介してタペット11が装着され、カム・シャフト13のカム15に当接する。スプリング・リテーナ3には、コイル・スプリングであるバルブ・スプリング17の一端が当接し、バルブ・スプリング17の他端は、スプリング・シート19を介してエンジン側に当接支持されている。
[0019]
 従って、スプリング・リテーナ3及びスプリング・シート19間でのバルブ・スプリング17の弾発力によりバルブ・ステム5の先端部側がカム15に押し付けられ、バルブ・スプリング17の弾溌力によってバルブ・ステム5がカム15に追従し、バルブ21のバルブ・シート23に対する開閉が行われる。
[スプリング・リテーナ]
 図4は、スプリング・リテーナの形状を詳細に示した断面図である。
[0020]
 図4のように、スプリング・リテーナ3は、鉄系材料、例えば、ばね鋼、ダイス鋼、ベアリング鋼、工具鋼の何れかで一体形成されている。このスプリング・リテーナ3は、周回形状のリテーナ本体25及びスプリング座27とを備えている。
[0021]
 リテーナ本体25には、テーパー状の支持孔29が形成され、この支持孔29において前記のようにバルブ・ステム5の軸端部にコレット7を介して支持される。このリテーナ本体25は、他側端部25aの肉厚t1を該端部25a及びスプリング座部27間の中間部25bの肉厚t2よりも相対的に厚く形成している(t1>t2)。
[0022]
 スプリング座27は、リテーナ本体25の軸方向一側25c外周部に形成され前記バルブ・スプリング17を当接支持させる鍔状を呈している。このスプリング座27は、径方向に沿った周回状の座面31及び軸方向に沿った周回状の内接面33を備えている。
[0023]
 スプリング座部27の座面31及び内接面33間に、コイル・スプリング17の内径側の当たりを逃げる凹部35が形成されている。凹部35の詳細は後述する。
[0024]
 スプリング座部27の表面37は、支持孔29の軸方向を上下とした場合、外周側へ漸次下降傾斜して形成され、外周に面取り部39が形成されている。表面37の内周側は、円弧状の肩部41を介し円弧状の第1の括れ部43を介してリテーナ本体25の一側25c端部に連続している。前記内接面33を有した内接部45は、前記第1の括れ部43に対し径方向で位置的に対応する円弧状の第2の括れ部47を介してリテーナ本体25の中間部25bに連続している。
[0025]
 その他、全ての角部にアールを形成している。
[0026]
 図5は、凹部の詳細を示す拡大断面図である。
[0027]
 図5のように、凹部35は、座面31及び内接面33間に凹状の円弧により形成され、座面31及び内接面33からの深さdを有している。凹部35と座面31及び内接面33との間は、Rをもって連続している。
[鍛流線]
 図6は、スプリング・リテーナの鍛流線を示す要部断面図、図7(a)は、材料ブロックを示す正面図、(b)は、熱間鍛造による鍛流線の形成を示す説明図である。
[0028]
 図6のように、スプリング・リテーナ3には、リテーナ本体21からスプリング座部23に渡って連続する鍛流線Lが形成されている。
[0029]
 この鍛流線Lの形成は、一例としてスプリング・リテーナ3を、鉄系材料である、ばね鋼、ダイス鋼、ベアリング鋼、工具鋼の何れかを用い、熱間鍛造により製造することで行った。
[0030]
 図7のように、材料ブロック49を熱間鍛造すると、鍛流線Lが成型品51の内外周全体に渡って途切れず連続する。スプリング・リテーナ3を熱間鍛造で製造することで図6のような連続した鍛流線Lを形成することができる。
[硬さ等]
 本実施例では、スプリング・リテーナ3成形後の焼き入れ、焼き戻しにより、前記リテーナ本体21及びスプリング座部23の表面硬さを、Hv650~1000とし、内部硬さを、Hv450~700に設定した。この場合、内部とは、極表面以外、例えば深さ0.1~0.6mmを意味する。
[0031]
 図8は、表面硬さ及び内部硬さの深さによる変化を示したグラフである。この図8では、実施例のグラフに対し、比較例1~3を併記している。実施例は、上記鍛流線が連続するスプリング・リテーナの硬さ変化を示し、比較例1は、表面高価処理を施したチタン合金製のスプリング・リテーナ、比較例2は、酸化処理を施したチタン合金製のスプリング・リテーナ、比較例3は、SCM435製のスプリング・リテーナの硬さ変化を示す。
[0032]
 図8のように、実施例では、表面硬さをHv650以上としてバルブ・スプリング17の硬さHv600を上回るように設定することができた。従って、座面31及び内接面33のバルブ・スプリング17に対する耐摩耗性が向上させることができる。
[0033]
 リテーナ本体21及びスプリング座部23の内部硬さは、Hv590に設定した。
[0034]
 図9は、本願発明実施例のような鍛流線が連続する場合(鍛流線有)としない場合(鍛流線無)とで曲げ疲労強度を比較したグラフである。
[0035]
 図9のように、鍛流線がない場合は、Hv450近辺をピークに疲労強度が下がるのに対し、本願発明実施例のように、鍛流線が連続する場合は、Hv400近辺を変曲点としてHv700まで疲労強度が高まり、Hv450~700の範囲で曲げ疲労強度向上を図ることができた。
[0036]
 図10~図12は、曲げ疲労強度を示すグラフであり、図10は、SNMC420Hで製造し、真空浸炭、普通浸炭したスプリング・リテーナの曲げ疲労強度を示し、図11は、チタン合金で製造したスプリング・リテーナの曲げ疲労強度を示し、図12は、本発明実施例のスプリング・リテーナの曲げ疲労強度を示す。
[0037]
 図10のように、SNMC420Hで製造し、真空浸炭、普通浸炭したスプリング・リテーナ、チタン合金で製造したスプリング・リテーナの疲労強度(900MPa前後)に比較して、図12のように、本発明実施例のスプリング・リテーナの曲げ疲労強度(1600MPa)は、遙かに高くすることができた。
[0038]
 さらに、ショット・ピーニングなどにより、前記リテーナ本体21及びスプリング座部23の表面に、-200~-2000MPaの圧縮残留応力を設定し、耐久性を向上させた。
[軽量化]
 図13(a)は、チタン合金で製造された軽量のスプリング・リテーナの要部断面図、(b)は、本願発明実施例のばね鋼で製造され鍛流線が連続する同一性能のスプリング・リテーナの要部断面図である。
[0039]
 図13(a)(b)のように、本願発明実施例のスプリング・リテーナ3は、チタン合金で製造された軽量のスプリング・リテーナ3Aに比較して、曲げ疲労強度、耐摩耗性を維持しながら、無駄な肉を極限まで削ぎ落とすことができ、軽量化を図ることができた。
[実施例の効果]
 本発明実施例のスプリング・リテーナ3は、バルブ・ステム5側に支持されるテーパー状の支持孔29を有したリテーナ本体25と該リテーナ本体25の一側25c外周部に形成されバルブ・スプリング17を当接支持させる鍔状のスプリング座部27とを備えたスプリング・リテーナ3であって、前記リテーナ本体25及びスプリング座部27を、ばね鋼、ダイス鋼、ベアリング鋼、工具鋼の何れかにより一体に形成し、前記リテーナ本体25からスプリング座部27に渡って連続する鍛流線Lを形成した。
[0040]
 このため、ばね鋼、ダイス鋼、ベアリング鋼、工具鋼の何れかでの製造によりスプリング・リテーナ3の強度及び耐摩耗性を向上させることができる。また、バルブ・スプリング17の押し付け力により、スプリング座部27の付け根部に応力集中を受けても、鍛流線の連続により疲労破壊を起こし難くすることができる。結果的にスプリング・リテーナ3全体の薄肉軽量化も可能にすることができる。
[0041]
 前記リテーナ本体25及びスプリング座部27の内部硬さを、Hv450~700に設定し、この範囲で曲げ疲労強度を向上させることができた。
[0042]
 前記リテーナ本体25及びスプリング座部27の表面硬さを、前記バルブ・スプリング17の硬さを上回るように設定した。
[0043]
 このため、ばね鋼のバルブ・スプリング17に対しスプリング・リテーナ3の耐摩耗性を向上させることができる。
[0044]
 前記リテーナ本体25及びスプリング座部27の表面に、-200~-2000MPaの圧縮残留応力を設定した。
[0045]
 このため、スプリング・リテーナの耐久性を向上させることができる。
[0046]
 前記スプリング座部27に、前記バルブ・スプリング17の内径側の当たりを逃げる凹部35を形成した。
[0047]
 このため、この部分のバルブ・スプリング17の当たりによる摩耗を抑制し、リテーナ本体25及びスプリング座部27間での摩耗による折損を抑制することができる。
[0048]
 前記リテーナ本体25は、他側端部25aの肉厚t1を該端部25a及びスプリング座部27間の中間部25bの肉厚t2よりも相対的に厚く形成した。
[0049]
 このため、スプリング・リテーナ3のテーパー状の支持孔29においてコッタ7を介しバルブ・ステム5側から強い衝撃力、繰り返し荷重が入力されても、他側端部25aからの割れを抑制することができる。
[その他]
 本発明のスプリング・システムは、自動車用エンジンにおける動弁系に限らず、その他の機構にも適用することができる。

符号の説明

[0050]
 1 スプリング・システム
 3 スプリング・リテーナ
 5 バルブ・ステム(軸)
 17 バルブ・スプリング(コイル・スプリング)
 25 リテーナ本体
 25a 他側端部
 25b 中間部
 27 スプリング座部
 29 支持孔
 L 鍛流線
 t1,t2 肉厚

請求の範囲

[請求項1]
 軸部側に支持される支持孔を有したリテーナ本体と該リテーナ本体の軸方向一側外周部に形成されコイル・スプリングを当接支持させる鍔状のスプリング座部とを備えたスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体及びスプリング座部を、鉄系材料により一体に形成し、
 前記リテーナ本体からスプリング座部に渡って連続する鍛流線を形成した、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項2]
 請求項1記載のスプリング・リテーナであって、
 前記鉄系材料は、ばね鋼、ダイス鋼、ベアリング鋼、工具鋼の何れかである、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項3]
 請求項1又は2記載のスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体及びスプリング座部の一体形成を、熱間鍛造により行った、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項4]
 請求項1~3の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体及びスプリング座部の内部硬さを、Hv450~700に設定した、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項5]
 請求項1~4の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体及びスプリング座部の表面硬さを、前記コイル・スプリングの硬さを上回るように設定した、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項6]
 請求項1~5の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体及びスプリング座部の表面に、-200~-2000MPaの圧縮残留応力を設定した、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項7]
 請求項1~6の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
 前記スプリング座部に、前記コイル・スプリングの内径側の当たりを逃げる凹部を形成した、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項8]
 請求項1~7の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体は、他側端部の肉厚を該端部及びスプリング座部間の肉厚よりも相対的に厚く形成した、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項9]
 請求項1~8の何れかに記載のスプリング・リテーナであって、
 前記リテーナ本体の支持孔にエンジン動弁機構のバルブのバルブ・ステム端部を支持させるものであり、
 前記スプリング座部に、エンジン動弁機構のバルブ・スプリングを当接支持させるものである、
 ことを特徴とするスプリング・リテーナ。
[請求項10]
 請求項1~9の何れかに記載のスプリング・リテーナにコイル・スプリングを組み合わせたスプリング・システム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]