バルブアッセンブリ
【課題】小型化及び軽量化を図り得る構造簡単な内燃機関用バルブアッセンブリを提供する。
【解決手段】燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材と、基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、前記係止部材は、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く係合面を有している。
【解決手段】燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材と、基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、前記係止部材は、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く係合面を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン又は２輪車用エンジンや汎用エンジン等の内燃機関に備えられるバルブアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダヘッドには、燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させ得るようにバルブアッセンブリが装着される。
該バルブアッセンブリは、前記シリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、該バルブを軸線方向他方側の遮断方向へ付勢するコイルスプリングとを備えており、カム部材を介して前記バルブが前記コイルスプリングの付勢力に抗して軸線方向一方側へ押動されることによって、前記燃焼室とガスラインとが連通するようになっている。
前記コイルスプリングは、基端部が前記シリンダヘッドに係止され且つ先端部が前記バルブの軸部に係止された状態で、該バルブに外挿されている。
【０００３】
ところで、従来のバルブアッセンブリにおいては、前記コイルスプリングの先端部が、前記バルブの軸部に外挿される半割形状のコッタと、該コッタに外挿されるリテーナとによって、前記バルブの軸部に係止されるように構成されていた為、該コイルスプリングの先端部を係止する為の構造が大型化及び複雑化し、結果として、バルブアッセンブリ全体の大型化及び重量化を招いていた（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
【０００４】
詳しくは、前記バルブの軸部の先端側には凹部が形成されている。
前記半割形状のコッタは、内周面に前記凹部に対応した凸部を有し、且つ、外周面が前記バルブの軸線方向他方側へ行くに従って拡径されたテーパ状とされている。
前記リテーナは、内周面が前記コッタの外周面形状に対応したテーパ状とされた本体部と、該本体部の外周面から径方向外方へ延在されたフランジ部とを有している。
【０００５】
このように、従来のバルブアッセンブリにおいては、前記コッタの外周面を軸線方向他方側（前記シリンダヘッドから離間する方向）へ行くに従って拡径するテーパ状とし、且つ、前記リテーナの内周面を前記コッタのテーパ状外周面に当接するテーパ状とすることで、前記コイルスプリングの先端部を係止する前記リテーナを前記バルブに対して軸線方向移動不能としている為に、前記コッタ及び前記リテーナが大型化及び複雑化してしまい、結果として、前記バルブアッセンブリの大型化及び重量化を招いていた。
【０００６】
又、他の構成のバルブアッセンブリとして、下記特許文献３には、前記コッタに代えて断面円形状の係止部材を備えた構成が提案されている。
斯かる従来のバルブアッセンブリは、前記構成により、コスト低廉化及び軽量化を図り得るとされている。
しかしながら、前記特許文献３に記載の構成は、前記リテーナの内周面が軸線方向他方側（前記シリンダヘッドから離間する方向）へ行くに従って拡径されたテーパ状とされており、該リテーナは、前記テーパ状内周面の最大径部分より径方向外方に延在されたフランジ部によって前記コイルスプリングを係止するように構成されている。
斯かる構成では、前記コイルスプリングの先端部を前記バルブの軸部に十分には近接させることができず、結果として、前記リテーナ及び前記係止部材に大きな曲げモーメントがかかることになる。従って、前記リテーナ及び前記係止部材には前記曲げモーメントに対抗し得る強度が要求され、大型化及び重量化を招く。
【特許文献１】実開平３−１２３９１４号公報
【特許文献２】特開昭５７−１０７２０号公報
【特許文献３】特開２００４−６０６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来技術に鑑みなされたものであり、コイルスプリングの先端部を可及的にバルブの軸部に近接させた位置で係止でき、これにより、小型化及び軽量化を図り得る構造簡単な内燃機関用バルブアッセンブリの提供を、一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、前記目的を達成するために、燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材と、基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、前記係止部材は、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く係合面を有しているバルブアッセンブリを提供する。
【０００９】
好ましくは、前記コイルスプリングは、前記先端部の端面に、前記係止部材が係入される凹部を有し得る。
【００１０】
又、好ましくは、前記係止部材は、前記バルブの軸部に形成された凹溝の外径よりも大径で且つ前記軸部の外径よりも小径の中央孔と、前記中央孔を外方に開放するスリットとを有し得る。
【００１１】
さらに、本発明の他態様は、前記目的を達成する為に、燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材であって、軸線方向一方側を向く係合面を有する係止部材と、円筒状の内周面が前記バルブの外周面に摺接された状態で該バルブに軸線方向移動可能に外挿される平板状のリテーナであって、軸線方向他方側を向く当接面が前記係止部材の係合面と当接することで軸線方向他方側への移動端が画されたリテーナと、基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、前記リテーナは、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く支持面を有しているバルブアッセンブリを提供する。
好ましくは、前記リテーナの外径は、前記コイルスプリングの前記基端部の内径よりも小径とされ得る。
【００１２】
前記種々の態様において、前記バルブは前記シリンダヘッドに固設されたバルブガイドの軸線孔に軸線方向摺動可能に挿入されている場合には、好ましくは、前記コイルスプリングは、前記バルブガイドを囲繞するように前記基端部から軸線方向他方側へ延びる大径部と、該大径部から軸線方向他方側へ行くに従って小径とされ且つ前記先端部で終焉するテーパ部とを有し得る。
【００１３】
より好ましくは、前記コイルスプリングの先端部の内径は、前記バルブガイドの外径よりも小径とされ得る。
【００１４】
前記種々の態様において、好ましくは、前記バルブは、軸部及び該軸部から軸線方向一方側へ延びるフレア部を有するステム部材であって、該フレア部が開放端とされた中空部を有するステム部材と、前記ステム部材のフレア部にかしめにより固着される蓋部材とを備え得る。
前記フレア部は、一端側へ行くに従って拡径された拡径部と、変曲点を挟んで該拡径部から一端側に延びる縮径部とを有し得る。前記縮径部は、縦断面視において、前記拡径部に対して交差するように構成される。
前記蓋部材は、前記拡径部及び前記縮径部によって挟持される。
より好ましくは、前記ステム部材及び前記蓋部材によって画される内部空間に粉状クーラントを収容させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、燃焼室及びガスラインを遮断させる軸線方向他方側の遮断方向へバルブを付勢するコイルスプリングを先端部の外径が基端部の外径よりも小径となるように構成し、該コイルスプリングの先端部を平板状の係止部材によって係止するように構成したので、該コイルスプリングの先端部をバルブの軸部に可及的に近接させた位置で係止することができる。従って、前記コイルスプリングから前記係止部材に付加される曲げモーメントを小さくでき、これにより、バルブアッセンブリ全体の軽量化及び小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の他態様によれば、燃焼室及びガスラインを遮断させる軸線方向他方側の遮断方向へバルブを付勢するコイルスプリングを先端部の外径が基端部の外径よりも小径となるように構成すると共に、平板状の係止部材によって軸線方向他方側への移動端が画されるリテーナを円筒状内周面を有する平板状とし、前記円筒状内周面が前記バルブの外周面に摺接された状態で該リテーナを該バルブに軸線方向移動可能に外挿し、且つ、該リテーナに軸線方向一方側を向くように設けられた支持面によって前記コイルスプリングの先端部を支持するように構成したので、該コイルスプリングの先端部をバルブの軸部に可及的に近接させた位置で係止することができる。従って、前記コイルスプリングから前記リテーナ及び前記係止部材に付加される曲げモーメントを小さくでき、これにより、バルブアッセンブリ全体の軽量化及び小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１
以下に、本発明に係るバルブアッセンブリの好ましい実施の形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００が適用された内燃機関５００（エンジン）の一例を示す部分模式断面図である。
【００１８】
図１に示す内燃機関５００は、燃焼室６１０，該燃焼室６１０に燃料ガスを供給する為の燃料ガス供給ライン６２０及び該燃焼室６１０において燃焼された後のガスを排出する為の燃焼ガス排出ライン６３０が形成されたシリンダヘッド６００と、前記燃料ガス供給ライン６２０及び前記燃焼ガス排出ライン６３０を開閉制御し得るように該両ライン６２０，６３０にそれぞれ備えられた本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００とを備えている。
【００１９】
前記バルブアッセンブリ１００は、対応するガスライン６２０，６３０の前記燃焼室６１０に通じるポート６２０Ｐ，６３０Ｐを該燃焼室６１０に対して開放又は遮断し得るように、前記シリンダヘッド６００に軸線方向Ｘに関し移動可能に装着されている。
【００２０】
詳しくは、図１に示すように、該バルブアッセンブリ１００は、前記シリンダヘッド６００に軸線方向移動可能に装着されるバルブ１と、前記バルブ１に軸線方向移動不能に固着される係止部材４０と、内周面５１が前記バルブ１の外周面に摺接された状態で該バルブ１に軸線方向移動可能に外挿される平板状のリテーナ５０であって、前記係止部材４０によって軸線方向他方側（前記シリンダヘッド６００から離間する方向）への移動端が画された平板状のリテーナ５０と、基端部が前記シリンダヘッド６００の外表面に係止され且つ先端部が前記リテーナに係止されたコイルスプリング６０であって、前記リテーナ５０及び前記係止部材４０を介して前記バルブ１を軸線方向他方側へ付勢するコイルスプリング６０とを備えている。
【００２１】
斯かるバルブアッセンブリ１００は、前記内燃機関５００に備えられる駆動機構によって、対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを連通又は遮断させるようになっている。
即ち、前記駆動機構には、駆動軸７１０によって軸線回りに回転駆動されるカム部材７２０が備えられている。
そして、前記カム部材７２０が作動的に前記コイルスプリング６０の付勢力に抗して前記バルブ１を軸線方向一方側（前記シリンダヘッド６００に近接する方向）へ押動する際には、前記バルブ１が対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に連通させる開放位置をとり、且つ、前記カム部材７２０による押動力が付与されない際には、前記バルブ１が前記コイルスプリング６０の付勢力によって対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に対して遮断させる遮断位置をとるようになっている。
なお、図１は、前記燃料ガス供給ライン６２０及び前記燃焼ガス排出ライン６３０が共に、対応する前記バルブアッセンブリ１００によって前記燃焼室６１０に対して遮断されている状態を示している。
【００２２】
図２に、前記バルブ１の縦断面図を示す。
図１及び図２に示すように、前記バルブ１は、軸部１１と、該軸部１１から軸線方向一方側に延びるフレア部１２とを有している。
【００２３】
前記軸部１は、前記シリンダヘッド６００に軸線方向移動可能に支持されている。
詳しくは、前記シリンダヘッド６００には、軸線孔が設けられた中空のバルブガイド６５０が固設されており（図１参照）、前記軸部１１は該バルブガイド６５０の軸線孔に軸線方向摺動可能に挿通されている。
なお、図１中の符号６６０は、前記バルブガイド６５０における軸線孔の上端開口と前記軸部１１との間をシールするシール部材である。
【００２４】
前記フレア部１２は、前記バルブ１が前記遮断位置に位置する際には対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐの弁座に着座することで該対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に対して遮断し、且つ、前記バルブ１が前記開放位置に位置する際には前記弁座から離間することで対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に対して連通させるように構成されている。
【００２５】
本実施の形態においては、該バルブ１は、前記軸部１１及び前記フレア部１２が一体形成されたステム１０を備えている。
該ステム部材１０は、前記フレア部１２が開放端とされた中空部１５を有する中空形状とされている。
斯かるステム部材１０は、例えば、鉄鋼，耐熱鋼，ステンレス及びチタン合金等の板状部材を絞り加工することによって、形成することができる。
【００２６】
さらに、該バルブ１は、前記ステム部材１０の中空部１５を閉塞するように前記フレア部の開放端にかしめによって連結される蓋部材２０を有している。
該蓋部材２０は、例えば、鉄鋼，耐熱鋼，ステンレス及びチタン合金等の平板状部材を用いて形成される。
このように、前記バルブ１を中空形状とすることにより、前記バルブアッセンブリ１００全体の軽量化を図ることができる。
【００２７】
詳しくは、該蓋部材２０は、上面が前記中空部に面する中央部と、前記軸部１０の軸線Ｘを基準にして該中央部から径方向外方へ延びる周縁部とを有しており、該周縁部が前記ステム部材１０に連結されるようになっている。
なお、図２に示す形態においては、前記中央部を前記軸線Ｘに対して略直交する平板状としたが、縦断面視において凸形状又は凹形状とすることも可能である。
又、図１中の符号１９は、前記中空部１５の前記開放端とは反対側の端部を閉塞する為に前記軸部１０に挿入されたプラグであり、該プラグ１９は前記軸部１０の中空部１５に挿入された状態で、かしめ処理されている。
【００２８】
好ましくは、図２に示すように、前記バルブ１は、前記ステム部材１０及び前記蓋部材２０によって画される内部空間１５に粉状クーラント３０を備えることができる。
このように粉状クーラント３０を備える場合には、該バルブ１は、前記ステム部材１０の中空部１５内に前記粉状クーラント３０を予め収容させた状態で、前記蓋部材２０をかしめによって該ステム部材１０に連結させることにより、形成される。
斯かる粉状クーラント３０としては、例えば、平均粒径１μｍ以上の窒化アルミニウム又はセラミックスの粒状体を用いることができる。
【００２９】
本実施の形態においては、前記バルブ１はさらに下記構成を備えている。
即ち、図２に示すように、前記蓋部材２０の周縁部が前記ステム部材１０にかしめによって連結された後の状態において、前記ステム部材１０のフレア部１２が、前記軸部１１の軸線Ｘを基準にして、一端側（即ち、中空部１５の開口端側）へ行くに従って拡径された拡径部１２ａと、変曲点１２ｂを挟んで該拡径部１２ａから一端側に延びる縮径部１２ｃとを有するようになっている。
【００３０】
詳しくは、前記縮径部１２ｃは、縦断面視において、前記拡径部１２ａに対して交差するように構成されている。
即ち、前記拡径部１２ａ及び前記縮径部１２ｃは、図２に示すように、前記拡径部１２ａの縦断面視外形線と前記縮径部１２ｃの縦断面視外形線とが略平行ではなく、所定角度で交差するように構成されており、且つ、前記蓋部材２０は斯かる構成の拡径部１２ａ及び縮径部１２ｃによって挟持されるようになっている。
【００３１】
このように構成された前記バルブ１は、前記ステム部材１０を中空形状とすることにより軽量化を図り、且つ、該ステム部材１０の中空部１５内に粉状クーラント３０を収容することにより温度上昇を有効に抑えることに加えて、内燃機関作動中における前記中空部１５内の圧力上昇を有効に防止することができる。
【００３２】
即ち、前記バルブ１は前記燃焼室６１０に臨むように配設されている為、該バルブ１は、内燃機関の作動中においては、通常、燃料ガス供給ライン６２０では約４５０℃、燃焼ガス排出ライン６３０では約８００℃の高温に晒されることになる。
従って、前記ステム部材１０の中空部１５内に収容されたクーラント３０によって、該ステム部材１０の温度上昇が幾分緩和されたとしても、前記中空部１５の内圧上昇によって該ステム部材１０が膨張変形する虞がある。
特に、ステム部材１０の軽量化を図る為に、該ステム部材１０の肉厚を薄くした場合にはその危険性が高くなる。
【００３３】
この点に関し、前記バルブ１は、前記拡径部１２ａ及び前記縮径部１２ｃによって挟持されるように該蓋部材２０がかしめによって前記ステム部材１０のフレア部１２に連結されると共に、かしめた後の状態の縦断面視において、前記縮径部１２ｃが前記拡径部１２ａに対して交差するように構成されている。
斯かる構成を備えている為、内燃機関の作動時において、該バルブ１が高温に晒されると、前記拡径部１２ａと前記縮径部１２ｃとの間の変曲点１２ｂが前記軸部１１の軸線Ｘを基準にして径方向外方へ熱膨張し、これにより、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０との間に、収容する粉状クーラント３０が外部に漏れ出ることを防止しつつ、前記中空部１５を外部に連通する隙間が生じることになる。
従って、温度上昇に伴う前記中空部１５の内圧上昇を有効に防止することができ、これにより、前記ステム部材１０の変形を防ぐことができる。
【００３４】
さらに、本実施の形態においては、前記バルブ１が、前記燃焼室６１０に開口する前記隙間によって、前記中空部１５の内圧を逃がし得るようになっている。従って、該バルブ１内へのエンジンオイルの混入防止及び該バルブ１の破損防止を有効に図りつつ、前記中空部１５の内圧上昇を抑えることができる。
即ち、前記軸部１１の他端部（前記フレア部１２とは反対側の端部）近傍（図２のＡ部）に内圧逃がし孔を設けると、エンジンオイルがバルブ１の中空部１５内に流入する虞がある。
また、前記軸部１１から前記フレア部１２に至る部分（図２のＢ部）に前記内圧逃がし孔を設けると、該内圧逃し孔付近が応力集中の場となり、ステム部材１０が破損する虞がある。
これに対し、前記バルブ１においては、前記内圧逃がし孔として、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０との間に生じる前記隙間を用いている。即ち、前記バルブ１においては、前記内圧逃がし孔が前記燃焼室６１０内に位置している。従って、該バルブ１内へのエンジンオイルの混入防止及び該バルブ１の破損防止を有効に図りつつ、前記中空部１５の内圧上昇を抑えることができる。
【００３５】
図１及び図２に示すように、前記蓋部材２０が前記ステム部材１０の軸部１１に対して略直交するように配設される場合には、好ましくは、縦断面視において、前記縮径部１２ｃを一端側（自由端側）へ行くに従って前記軸部１１の軸線Ｘに近接するように構成し得る。
斯かる構成を備えることにより、前記ステム部材１０の熱膨張時に前記変曲点１２ｂが前記軸部１１の軸線Ｘを基準にして径方向外方へ膨張し易くなり、これにより、前記隙間をより確実に得ることができる。
【００３６】
好ましくは、前記ステム部材１０を、前記蓋部材２０よりも熱膨張係数の大きい材料で形成することができる。
例えば、前記ステム部材１０をＳＵＳ３０５（温度範囲０℃〜１００℃における線熱膨張係数１６×１０−６／℃）で形成し、且つ、前記蓋部材２０をＳＵＨ３（温度範囲０℃〜１００℃における線熱膨張係数１１×１０−６／℃）で形成することができる。
このように、前記ステム部材１０を前記蓋部材２０よりも熱膨張し易い材料で形成することにより、内燃機関の作動時において、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０との間に前記隙間を確実に形成することができる。
【００３７】
なお、図１及び図２においては、前記蓋部材２０を単純な平板状としたが、これに代えて、前記ステム部材１０の中空部１５内に開く凹状部２１ａを有する蓋部材２０’を備えることも可能である（図３〜図５参照）。
図３に示すように、蓋部材２０’の中央部における前記中空部１５と面する上面に凹状部を設けることにより、仮に、前記ステム部材１０の熱膨張量が大きくなり過ぎ、前記隙間が前記粉状クーラント３０の粒径よりも大きくなったとしても、該粉状クーラント３０が外部へ漏れ出すことを有効に防止できる。
さらに、図３に示す形態においては、前記蓋部材２０’の周縁部を上方に折り曲げることで、前記凹状部を形成している為、前記ステム部材１０との接触面積を大きくとることができ、これによっても、前記粉状クーラント３０の漏れだしを有効に防止できると同時に、前記蓋部材２０’の受熱を積極的に前記拡径部１２ａ及び前記変曲点１２ｂに伝達できるので、前記蓋部材２０’の耐久性が向上し薄肉化も可能となる。
好ましくは、図３に示す形態においては、該蓋部材２０’が弾性変形された状態で前記ステム部材１０に装着されるように、前記蓋部材２０’のうち，前記拡径部１２ａと当接する部位の肉厚を他の部位の肉厚に比して薄くすることができる。
斯かる構成を備えることにより、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０’との間の隙間をより小さくすることができる。
又、図４及び図５に示すように、肉厚の蓋部材２０’であって、中央部における前記中空部１５に面する上面に窪みを有する蓋部材２０’を用い、該窪みを前記凹状部として利用することも可能である。斯かる肉厚の蓋部材２０’を用いた場合には、前記ステム部材１１のかしめ量を大きくすることできる（図４参照）。従って、該蓋部材２０’と前記ステム部材１１との接触面積を大きくすることによる前記粉状クーラント３０の漏れだし防止も図ることができる。
【００３８】
なお、前記においては、前記蓋部材２０をかしめのみによって前記フレア部１２に連結するように構成したが、内燃機関の作動中における熱膨張によって該蓋部材２０と該フレア部１２との間に隙間が生じる限り、該蓋部材２０の周縁部の一部を前記フレア部１２に対して溶接することも可能である。
【００３９】
前記コイルスプリング６０は、図１に示すように、前記リテーナ５０に係止される前記先端部の外径が、前記シリンダヘッド６００に係止される前記基端部の外径よりも小径とされている。
【００４０】
本実施の形態においては、前記コイルスプリング６０は、前記バルブガイド６５０を囲繞するように前記基端部から軸線方向他方側へ延びる大径部６１と、前記大径部６１から軸線方向他方側へ行くに従って縮径され且つ前記先端部で終焉するテーパ部６５とを有している。
前記大径部６１は、内径が前記バルブガイド６５０の外径よりも大径とされている。
一方、前記テーパ部６５は、前記先端部における内径が前記バルブガイド６５０の外径よりも小径とされるように構成されている。
【００４１】
本実施の形態においては、平板状の前記係止部材４０によって軸線方向他方側への移動端が画される平板状の前記リテーナ５０が前記コイルスプリング６０の先端部を係止するように構成されており、これにより、該コイルスプリング６０の先端部を前記バルブ１０の軸部１１に可及的に近接可能としている。
【００４２】
即ち、従来のバルブアッセンブリにおいては、背景技術の項に記載したように、外周面がテーパ状とされたコッタ及び内周面がテーパ状とされたリテーナを介してコイルスプリングの先端部が係止されていた。
【００４３】
斯かる構成においては、テーパ面を形成する為に前記コッタ及び前記リテーナの肉厚（バルブの軸部を基準にした径方向幅）が厚くなり、前記コイルスプリングの先端部を前記バルブの軸部に近接させることができず、前記コイルスプリングの先端部を係止するコッタ及びリテーナに大きな曲げモーメントがかかる。
【００４４】
これに対し、本実施の形態においては、平板状の前記係止部材４０及び平板状の前記リテーナ５０によって前記コイルスプリング６０の先端部を支持するように構成されている。
詳しくは、前記軸部１１には、軸線方向他端側における外表面に径方向外方に開く凹溝が形成されている。
そして、該係止部材４０は、前記凹溝に係入され得る平板状のリング部材とされている。
【００４５】
図６(a)に、前記係止部材４０の平面図を示す。
図６(a)に示すように、前記係止部材４０は、中央孔４１と、該中央孔４１を外方に開放するスリット４２とを有している。
詳しくは、前記中央孔４１は、前記凹溝の外径よりも大径で且つ前記軸部１１の外径よりも小径とされる。
前記スリット４２は、前記係止部材４０を前記軸部１１に脱着させる際に該軸部１１の通路を形成するものであり、該係止部材４０の前記軸部１１への脱着時に該係止部材４０が弾性変形することを許容するような形状及び開口幅とされる。
【００４６】
斯かる構成に加えて、前記係止部材４０に、前記中央孔４１に開く切り欠き部４３を設けることも可能である（図６(b)参照）。
このように、前記係止部材４０に切り欠き部４３を設けることにより、前記係止部材４０のさらなる軽量化及び弾性変形容易化を図ることができる。
【００４７】
図７(a)に、前記係止部材４０及び前記リテーナ５０近傍における前記バルブアッセンブリ１００の部分縦断面図を示す。
前記リテーナ５０は、円筒状の内周面５１が前記軸部１１の外周面に摺接された状態で該軸部に軸線方向移動可能に外挿され、且つ、前記係止部材４０の軸線方向一端面と当接することで軸線方向他方側への移動端が画されるリング部材とされている。
即ち、前記係止部材４０は、軸線方向一方側を向く前記一端面が前記リテーナ５０と当接する係合面４０ａとされている（図７(a)参照）。
一方、前記リテーナ５０は、内周面５１が前記軸部１１の外周面に摺接することによりガイドされた状態で、軸線方向一方側を向く一端面が前記コイルスプリング６０の先端部と係合する支持面５０ｂを形成し、且つ、軸線方向他方側を向く他端面が前記係止部材４０の係合面４０ａと当接する当接面５０ａを形成している（図７(a)参照）。
【００４８】
図１及び図７(a)に示すように、本実施の形態においては、前記リテーナ５０は、前記他端面に凹部を有している。
該凹部は、前記係止部材４０が係入される形状及び大きさとされている。
即ち、本実施の形態においては、前記凹部の底面が前記当接面５０ａを形成し、且つ、前記凹部の内周面が前記係止部材４０の径方向外方への変形を防止している。
【００４９】
前記リテーナ５０は、円筒状の内周面５１が前記軸部１１の外周面によってガイドされた状態で、軸線方向一方側を向く一端面に前記支持面５０ｂが形成され且つ軸線方向他方側を向く他端面に前記当接面５０ａが形成される限り、種々の形状とされ得る。
図７(a)に示すように、該リテーナ５０を、前記支持面５０ｂ及び前記当接面５０ａを有するリング部と、該リング部の径方向内端部から軸線方向一方側へ一体的に延びる内筒部とを備えるように構成することも可能であるし、これに代えて、若しくは、加えて、図７(b)に示すように、前記リング部と、該リング部の径方向外端部から軸線方向一方側へ一体的に延びる外筒部とを備えるように構成することも可能である。
図７(a)に示すように、前記内筒部を備える構成においては、前記内周面５１の軸線方向長さを長くすることができ、これにより、前記リテーナ５０の前記軸部１１に対する姿勢を安定させることができる。
図７(b)に示すように、前記外筒部を備える構成においては、前記コイルスプリング６０の先端部を安定して係止することができる。
【００５０】
又、当然ながら、図７(c)に示すように、前記リテーナ５０を前記リング部のみによって構成することもできる。さらに、図７(d)に示すように、前記リテーナ５０を前記リング部のみによって形成しつつ、該リング部の前記当接面５０ａ側の径方向外端部を面取りすることも可能である。
【００５１】
さらに、前述のように、前記リテーナ５０における前記係止部材４０との対向面（軸線方向他端面）に、該係止部材４０が係入される前記凹部を設ける場合には（図７(a)〜(d)参照）、前記係止部材４０を、図６(c)に示すように、複数の半割体４５，４５によって形成することも可能である。
【００５２】
好ましくは、前記リテーナ５０は、外径が前記コイルスプリング６０の前記基端部の内径よりも小径とされる。
斯かる構成を備えることにより、前記コイルスプリング６０から前記リテーナ５０に作用する曲げモーメントをさらに低減させることができる。
【００５３】
又、好ましくは、前記コイルスプリングの先端部の少なくとも一部が、前記軸部１１の軸線方向に沿って視た際に前記係止部材４０とオーバーラップするように構成することができ、これにより、前記コイルスプリングの先端部をより安定的に支持することができる。
【００５４】
実施の形態２
次に、本発明に係るバルブアッセンブリの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図８に、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００Ｂの部分断面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５５】
前記実施の形態１に係るバルブアッセンブリ１００は、前記平板状リテーナ５０が前記コイルスプリング６０の先端部を係止するように構成されていたが、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００Ｂは、前記係止部材４０の係合面４０ａがコイルスプリング６０Ｂの先端部を係止するように構成されている。
即ち、該バルブアッセンブリ１００Ｂは、前記実施の形態１に係るバルブアッセンブリ１００において、前記平板状リテーナ５０が削除されていると共に、前記コイルスプリング６０に代えてコイルスプリング６０Ｂを備えている。
【００５６】
該コイルスプリング６０Ｂは、先端部における端面に凹部が形成されている点においてのみ、前記コイルスプリング６０と相違している。
前記凹部は、前記係止部材４０が係入されるような大きさ及び形状とされている。
【００５７】
斯かる構成のバルブアッセンブリ１００Ｂにおいても、前記実施の形態１におけると同様に、小型化及び軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るバルブアッセンブリが適用された内燃機関（エンジン）の一例を示す部分模式断面図である。
【図２】図２は、図１に示すバルブアッセンブリにおけるバルブの縦断面図である。
【図３】図３は、前記バルブの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図４は、前記バルブの他の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図５は、前記バルブのさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【図６】図６(a)〜(c)は、前記バルブアッセンブリにおける係止部材の平面図である。
【図７】図７(a)〜(d)は、前記バルブアッセンブリの部分断面図であり、該バルブアッセンブリにおけるリテーナ及び係止部材を示している。
【図８】図８は、本発明の他の実施の形態に係るバルブアッセンブリの部分断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ バルブ
１０ ステム部材
１１ 軸部
１２ フレア部
１２ａ 拡径部
１２ｂ 変曲点
１２ｃ 縮径部
２０ 蓋部材
２０’ 蓋部材
３０ 粉状クーラント
４０ 係止部材
４０ａ 係合面
５０ リテーナ
５０ａ 当接面
５０ｂ 支持面
５１ 内周面
６０ コイルスプリング
６１ 大径部
６５ テーパ部
１００，１００Ｂ バルブアッセンブリ
５００ 内燃機関
６００ シリンダヘッド
６１０ 燃焼室
６２０ 燃料ガス供給ライン
６３０ 燃焼ガス排出ライン
６５０ バルブガイド
Ｘ 軸部の軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン又は２輪車用エンジンや汎用エンジン等の内燃機関に備えられるバルブアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダヘッドには、燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させ得るようにバルブアッセンブリが装着される。
該バルブアッセンブリは、前記シリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、該バルブを軸線方向他方側の遮断方向へ付勢するコイルスプリングとを備えており、カム部材を介して前記バルブが前記コイルスプリングの付勢力に抗して軸線方向一方側へ押動されることによって、前記燃焼室とガスラインとが連通するようになっている。
前記コイルスプリングは、基端部が前記シリンダヘッドに係止され且つ先端部が前記バルブの軸部に係止された状態で、該バルブに外挿されている。
【０００３】
ところで、従来のバルブアッセンブリにおいては、前記コイルスプリングの先端部が、前記バルブの軸部に外挿される半割形状のコッタと、該コッタに外挿されるリテーナとによって、前記バルブの軸部に係止されるように構成されていた為、該コイルスプリングの先端部を係止する為の構造が大型化及び複雑化し、結果として、バルブアッセンブリ全体の大型化及び重量化を招いていた（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
【０００４】
詳しくは、前記バルブの軸部の先端側には凹部が形成されている。
前記半割形状のコッタは、内周面に前記凹部に対応した凸部を有し、且つ、外周面が前記バルブの軸線方向他方側へ行くに従って拡径されたテーパ状とされている。
前記リテーナは、内周面が前記コッタの外周面形状に対応したテーパ状とされた本体部と、該本体部の外周面から径方向外方へ延在されたフランジ部とを有している。
【０００５】
このように、従来のバルブアッセンブリにおいては、前記コッタの外周面を軸線方向他方側（前記シリンダヘッドから離間する方向）へ行くに従って拡径するテーパ状とし、且つ、前記リテーナの内周面を前記コッタのテーパ状外周面に当接するテーパ状とすることで、前記コイルスプリングの先端部を係止する前記リテーナを前記バルブに対して軸線方向移動不能としている為に、前記コッタ及び前記リテーナが大型化及び複雑化してしまい、結果として、前記バルブアッセンブリの大型化及び重量化を招いていた。
【０００６】
又、他の構成のバルブアッセンブリとして、下記特許文献３には、前記コッタに代えて断面円形状の係止部材を備えた構成が提案されている。
斯かる従来のバルブアッセンブリは、前記構成により、コスト低廉化及び軽量化を図り得るとされている。
しかしながら、前記特許文献３に記載の構成は、前記リテーナの内周面が軸線方向他方側（前記シリンダヘッドから離間する方向）へ行くに従って拡径されたテーパ状とされており、該リテーナは、前記テーパ状内周面の最大径部分より径方向外方に延在されたフランジ部によって前記コイルスプリングを係止するように構成されている。
斯かる構成では、前記コイルスプリングの先端部を前記バルブの軸部に十分には近接させることができず、結果として、前記リテーナ及び前記係止部材に大きな曲げモーメントがかかることになる。従って、前記リテーナ及び前記係止部材には前記曲げモーメントに対抗し得る強度が要求され、大型化及び重量化を招く。
【特許文献１】実開平３−１２３９１４号公報
【特許文献２】特開昭５７−１０７２０号公報
【特許文献３】特開２００４−６０６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来技術に鑑みなされたものであり、コイルスプリングの先端部を可及的にバルブの軸部に近接させた位置で係止でき、これにより、小型化及び軽量化を図り得る構造簡単な内燃機関用バルブアッセンブリの提供を、一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、前記目的を達成するために、燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材と、基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、前記係止部材は、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く係合面を有しているバルブアッセンブリを提供する。
【０００９】
好ましくは、前記コイルスプリングは、前記先端部の端面に、前記係止部材が係入される凹部を有し得る。
【００１０】
又、好ましくは、前記係止部材は、前記バルブの軸部に形成された凹溝の外径よりも大径で且つ前記軸部の外径よりも小径の中央孔と、前記中央孔を外方に開放するスリットとを有し得る。
【００１１】
さらに、本発明の他態様は、前記目的を達成する為に、燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材であって、軸線方向一方側を向く係合面を有する係止部材と、円筒状の内周面が前記バルブの外周面に摺接された状態で該バルブに軸線方向移動可能に外挿される平板状のリテーナであって、軸線方向他方側を向く当接面が前記係止部材の係合面と当接することで軸線方向他方側への移動端が画されたリテーナと、基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、前記リテーナは、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く支持面を有しているバルブアッセンブリを提供する。
好ましくは、前記リテーナの外径は、前記コイルスプリングの前記基端部の内径よりも小径とされ得る。
【００１２】
前記種々の態様において、前記バルブは前記シリンダヘッドに固設されたバルブガイドの軸線孔に軸線方向摺動可能に挿入されている場合には、好ましくは、前記コイルスプリングは、前記バルブガイドを囲繞するように前記基端部から軸線方向他方側へ延びる大径部と、該大径部から軸線方向他方側へ行くに従って小径とされ且つ前記先端部で終焉するテーパ部とを有し得る。
【００１３】
より好ましくは、前記コイルスプリングの先端部の内径は、前記バルブガイドの外径よりも小径とされ得る。
【００１４】
前記種々の態様において、好ましくは、前記バルブは、軸部及び該軸部から軸線方向一方側へ延びるフレア部を有するステム部材であって、該フレア部が開放端とされた中空部を有するステム部材と、前記ステム部材のフレア部にかしめにより固着される蓋部材とを備え得る。
前記フレア部は、一端側へ行くに従って拡径された拡径部と、変曲点を挟んで該拡径部から一端側に延びる縮径部とを有し得る。前記縮径部は、縦断面視において、前記拡径部に対して交差するように構成される。
前記蓋部材は、前記拡径部及び前記縮径部によって挟持される。
より好ましくは、前記ステム部材及び前記蓋部材によって画される内部空間に粉状クーラントを収容させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、燃焼室及びガスラインを遮断させる軸線方向他方側の遮断方向へバルブを付勢するコイルスプリングを先端部の外径が基端部の外径よりも小径となるように構成し、該コイルスプリングの先端部を平板状の係止部材によって係止するように構成したので、該コイルスプリングの先端部をバルブの軸部に可及的に近接させた位置で係止することができる。従って、前記コイルスプリングから前記係止部材に付加される曲げモーメントを小さくでき、これにより、バルブアッセンブリ全体の軽量化及び小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の他態様によれば、燃焼室及びガスラインを遮断させる軸線方向他方側の遮断方向へバルブを付勢するコイルスプリングを先端部の外径が基端部の外径よりも小径となるように構成すると共に、平板状の係止部材によって軸線方向他方側への移動端が画されるリテーナを円筒状内周面を有する平板状とし、前記円筒状内周面が前記バルブの外周面に摺接された状態で該リテーナを該バルブに軸線方向移動可能に外挿し、且つ、該リテーナに軸線方向一方側を向くように設けられた支持面によって前記コイルスプリングの先端部を支持するように構成したので、該コイルスプリングの先端部をバルブの軸部に可及的に近接させた位置で係止することができる。従って、前記コイルスプリングから前記リテーナ及び前記係止部材に付加される曲げモーメントを小さくでき、これにより、バルブアッセンブリ全体の軽量化及び小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１
以下に、本発明に係るバルブアッセンブリの好ましい実施の形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００が適用された内燃機関５００（エンジン）の一例を示す部分模式断面図である。
【００１８】
図１に示す内燃機関５００は、燃焼室６１０，該燃焼室６１０に燃料ガスを供給する為の燃料ガス供給ライン６２０及び該燃焼室６１０において燃焼された後のガスを排出する為の燃焼ガス排出ライン６３０が形成されたシリンダヘッド６００と、前記燃料ガス供給ライン６２０及び前記燃焼ガス排出ライン６３０を開閉制御し得るように該両ライン６２０，６３０にそれぞれ備えられた本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００とを備えている。
【００１９】
前記バルブアッセンブリ１００は、対応するガスライン６２０，６３０の前記燃焼室６１０に通じるポート６２０Ｐ，６３０Ｐを該燃焼室６１０に対して開放又は遮断し得るように、前記シリンダヘッド６００に軸線方向Ｘに関し移動可能に装着されている。
【００２０】
詳しくは、図１に示すように、該バルブアッセンブリ１００は、前記シリンダヘッド６００に軸線方向移動可能に装着されるバルブ１と、前記バルブ１に軸線方向移動不能に固着される係止部材４０と、内周面５１が前記バルブ１の外周面に摺接された状態で該バルブ１に軸線方向移動可能に外挿される平板状のリテーナ５０であって、前記係止部材４０によって軸線方向他方側（前記シリンダヘッド６００から離間する方向）への移動端が画された平板状のリテーナ５０と、基端部が前記シリンダヘッド６００の外表面に係止され且つ先端部が前記リテーナに係止されたコイルスプリング６０であって、前記リテーナ５０及び前記係止部材４０を介して前記バルブ１を軸線方向他方側へ付勢するコイルスプリング６０とを備えている。
【００２１】
斯かるバルブアッセンブリ１００は、前記内燃機関５００に備えられる駆動機構によって、対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを連通又は遮断させるようになっている。
即ち、前記駆動機構には、駆動軸７１０によって軸線回りに回転駆動されるカム部材７２０が備えられている。
そして、前記カム部材７２０が作動的に前記コイルスプリング６０の付勢力に抗して前記バルブ１を軸線方向一方側（前記シリンダヘッド６００に近接する方向）へ押動する際には、前記バルブ１が対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に連通させる開放位置をとり、且つ、前記カム部材７２０による押動力が付与されない際には、前記バルブ１が前記コイルスプリング６０の付勢力によって対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に対して遮断させる遮断位置をとるようになっている。
なお、図１は、前記燃料ガス供給ライン６２０及び前記燃焼ガス排出ライン６３０が共に、対応する前記バルブアッセンブリ１００によって前記燃焼室６１０に対して遮断されている状態を示している。
【００２２】
図２に、前記バルブ１の縦断面図を示す。
図１及び図２に示すように、前記バルブ１は、軸部１１と、該軸部１１から軸線方向一方側に延びるフレア部１２とを有している。
【００２３】
前記軸部１は、前記シリンダヘッド６００に軸線方向移動可能に支持されている。
詳しくは、前記シリンダヘッド６００には、軸線孔が設けられた中空のバルブガイド６５０が固設されており（図１参照）、前記軸部１１は該バルブガイド６５０の軸線孔に軸線方向摺動可能に挿通されている。
なお、図１中の符号６６０は、前記バルブガイド６５０における軸線孔の上端開口と前記軸部１１との間をシールするシール部材である。
【００２４】
前記フレア部１２は、前記バルブ１が前記遮断位置に位置する際には対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐの弁座に着座することで該対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に対して遮断し、且つ、前記バルブ１が前記開放位置に位置する際には前記弁座から離間することで対応する前記ポート６２０Ｐ，６３０Ｐを前記燃焼室６１０に対して連通させるように構成されている。
【００２５】
本実施の形態においては、該バルブ１は、前記軸部１１及び前記フレア部１２が一体形成されたステム１０を備えている。
該ステム部材１０は、前記フレア部１２が開放端とされた中空部１５を有する中空形状とされている。
斯かるステム部材１０は、例えば、鉄鋼，耐熱鋼，ステンレス及びチタン合金等の板状部材を絞り加工することによって、形成することができる。
【００２６】
さらに、該バルブ１は、前記ステム部材１０の中空部１５を閉塞するように前記フレア部の開放端にかしめによって連結される蓋部材２０を有している。
該蓋部材２０は、例えば、鉄鋼，耐熱鋼，ステンレス及びチタン合金等の平板状部材を用いて形成される。
このように、前記バルブ１を中空形状とすることにより、前記バルブアッセンブリ１００全体の軽量化を図ることができる。
【００２７】
詳しくは、該蓋部材２０は、上面が前記中空部に面する中央部と、前記軸部１０の軸線Ｘを基準にして該中央部から径方向外方へ延びる周縁部とを有しており、該周縁部が前記ステム部材１０に連結されるようになっている。
なお、図２に示す形態においては、前記中央部を前記軸線Ｘに対して略直交する平板状としたが、縦断面視において凸形状又は凹形状とすることも可能である。
又、図１中の符号１９は、前記中空部１５の前記開放端とは反対側の端部を閉塞する為に前記軸部１０に挿入されたプラグであり、該プラグ１９は前記軸部１０の中空部１５に挿入された状態で、かしめ処理されている。
【００２８】
好ましくは、図２に示すように、前記バルブ１は、前記ステム部材１０及び前記蓋部材２０によって画される内部空間１５に粉状クーラント３０を備えることができる。
このように粉状クーラント３０を備える場合には、該バルブ１は、前記ステム部材１０の中空部１５内に前記粉状クーラント３０を予め収容させた状態で、前記蓋部材２０をかしめによって該ステム部材１０に連結させることにより、形成される。
斯かる粉状クーラント３０としては、例えば、平均粒径１μｍ以上の窒化アルミニウム又はセラミックスの粒状体を用いることができる。
【００２９】
本実施の形態においては、前記バルブ１はさらに下記構成を備えている。
即ち、図２に示すように、前記蓋部材２０の周縁部が前記ステム部材１０にかしめによって連結された後の状態において、前記ステム部材１０のフレア部１２が、前記軸部１１の軸線Ｘを基準にして、一端側（即ち、中空部１５の開口端側）へ行くに従って拡径された拡径部１２ａと、変曲点１２ｂを挟んで該拡径部１２ａから一端側に延びる縮径部１２ｃとを有するようになっている。
【００３０】
詳しくは、前記縮径部１２ｃは、縦断面視において、前記拡径部１２ａに対して交差するように構成されている。
即ち、前記拡径部１２ａ及び前記縮径部１２ｃは、図２に示すように、前記拡径部１２ａの縦断面視外形線と前記縮径部１２ｃの縦断面視外形線とが略平行ではなく、所定角度で交差するように構成されており、且つ、前記蓋部材２０は斯かる構成の拡径部１２ａ及び縮径部１２ｃによって挟持されるようになっている。
【００３１】
このように構成された前記バルブ１は、前記ステム部材１０を中空形状とすることにより軽量化を図り、且つ、該ステム部材１０の中空部１５内に粉状クーラント３０を収容することにより温度上昇を有効に抑えることに加えて、内燃機関作動中における前記中空部１５内の圧力上昇を有効に防止することができる。
【００３２】
即ち、前記バルブ１は前記燃焼室６１０に臨むように配設されている為、該バルブ１は、内燃機関の作動中においては、通常、燃料ガス供給ライン６２０では約４５０℃、燃焼ガス排出ライン６３０では約８００℃の高温に晒されることになる。
従って、前記ステム部材１０の中空部１５内に収容されたクーラント３０によって、該ステム部材１０の温度上昇が幾分緩和されたとしても、前記中空部１５の内圧上昇によって該ステム部材１０が膨張変形する虞がある。
特に、ステム部材１０の軽量化を図る為に、該ステム部材１０の肉厚を薄くした場合にはその危険性が高くなる。
【００３３】
この点に関し、前記バルブ１は、前記拡径部１２ａ及び前記縮径部１２ｃによって挟持されるように該蓋部材２０がかしめによって前記ステム部材１０のフレア部１２に連結されると共に、かしめた後の状態の縦断面視において、前記縮径部１２ｃが前記拡径部１２ａに対して交差するように構成されている。
斯かる構成を備えている為、内燃機関の作動時において、該バルブ１が高温に晒されると、前記拡径部１２ａと前記縮径部１２ｃとの間の変曲点１２ｂが前記軸部１１の軸線Ｘを基準にして径方向外方へ熱膨張し、これにより、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０との間に、収容する粉状クーラント３０が外部に漏れ出ることを防止しつつ、前記中空部１５を外部に連通する隙間が生じることになる。
従って、温度上昇に伴う前記中空部１５の内圧上昇を有効に防止することができ、これにより、前記ステム部材１０の変形を防ぐことができる。
【００３４】
さらに、本実施の形態においては、前記バルブ１が、前記燃焼室６１０に開口する前記隙間によって、前記中空部１５の内圧を逃がし得るようになっている。従って、該バルブ１内へのエンジンオイルの混入防止及び該バルブ１の破損防止を有効に図りつつ、前記中空部１５の内圧上昇を抑えることができる。
即ち、前記軸部１１の他端部（前記フレア部１２とは反対側の端部）近傍（図２のＡ部）に内圧逃がし孔を設けると、エンジンオイルがバルブ１の中空部１５内に流入する虞がある。
また、前記軸部１１から前記フレア部１２に至る部分（図２のＢ部）に前記内圧逃がし孔を設けると、該内圧逃し孔付近が応力集中の場となり、ステム部材１０が破損する虞がある。
これに対し、前記バルブ１においては、前記内圧逃がし孔として、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０との間に生じる前記隙間を用いている。即ち、前記バルブ１においては、前記内圧逃がし孔が前記燃焼室６１０内に位置している。従って、該バルブ１内へのエンジンオイルの混入防止及び該バルブ１の破損防止を有効に図りつつ、前記中空部１５の内圧上昇を抑えることができる。
【００３５】
図１及び図２に示すように、前記蓋部材２０が前記ステム部材１０の軸部１１に対して略直交するように配設される場合には、好ましくは、縦断面視において、前記縮径部１２ｃを一端側（自由端側）へ行くに従って前記軸部１１の軸線Ｘに近接するように構成し得る。
斯かる構成を備えることにより、前記ステム部材１０の熱膨張時に前記変曲点１２ｂが前記軸部１１の軸線Ｘを基準にして径方向外方へ膨張し易くなり、これにより、前記隙間をより確実に得ることができる。
【００３６】
好ましくは、前記ステム部材１０を、前記蓋部材２０よりも熱膨張係数の大きい材料で形成することができる。
例えば、前記ステム部材１０をＳＵＳ３０５（温度範囲０℃〜１００℃における線熱膨張係数１６×１０−６／℃）で形成し、且つ、前記蓋部材２０をＳＵＨ３（温度範囲０℃〜１００℃における線熱膨張係数１１×１０−６／℃）で形成することができる。
このように、前記ステム部材１０を前記蓋部材２０よりも熱膨張し易い材料で形成することにより、内燃機関の作動時において、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０との間に前記隙間を確実に形成することができる。
【００３７】
なお、図１及び図２においては、前記蓋部材２０を単純な平板状としたが、これに代えて、前記ステム部材１０の中空部１５内に開く凹状部２１ａを有する蓋部材２０’を備えることも可能である（図３〜図５参照）。
図３に示すように、蓋部材２０’の中央部における前記中空部１５と面する上面に凹状部を設けることにより、仮に、前記ステム部材１０の熱膨張量が大きくなり過ぎ、前記隙間が前記粉状クーラント３０の粒径よりも大きくなったとしても、該粉状クーラント３０が外部へ漏れ出すことを有効に防止できる。
さらに、図３に示す形態においては、前記蓋部材２０’の周縁部を上方に折り曲げることで、前記凹状部を形成している為、前記ステム部材１０との接触面積を大きくとることができ、これによっても、前記粉状クーラント３０の漏れだしを有効に防止できると同時に、前記蓋部材２０’の受熱を積極的に前記拡径部１２ａ及び前記変曲点１２ｂに伝達できるので、前記蓋部材２０’の耐久性が向上し薄肉化も可能となる。
好ましくは、図３に示す形態においては、該蓋部材２０’が弾性変形された状態で前記ステム部材１０に装着されるように、前記蓋部材２０’のうち，前記拡径部１２ａと当接する部位の肉厚を他の部位の肉厚に比して薄くすることができる。
斯かる構成を備えることにより、前記ステム部材１０と前記蓋部材２０’との間の隙間をより小さくすることができる。
又、図４及び図５に示すように、肉厚の蓋部材２０’であって、中央部における前記中空部１５に面する上面に窪みを有する蓋部材２０’を用い、該窪みを前記凹状部として利用することも可能である。斯かる肉厚の蓋部材２０’を用いた場合には、前記ステム部材１１のかしめ量を大きくすることできる（図４参照）。従って、該蓋部材２０’と前記ステム部材１１との接触面積を大きくすることによる前記粉状クーラント３０の漏れだし防止も図ることができる。
【００３８】
なお、前記においては、前記蓋部材２０をかしめのみによって前記フレア部１２に連結するように構成したが、内燃機関の作動中における熱膨張によって該蓋部材２０と該フレア部１２との間に隙間が生じる限り、該蓋部材２０の周縁部の一部を前記フレア部１２に対して溶接することも可能である。
【００３９】
前記コイルスプリング６０は、図１に示すように、前記リテーナ５０に係止される前記先端部の外径が、前記シリンダヘッド６００に係止される前記基端部の外径よりも小径とされている。
【００４０】
本実施の形態においては、前記コイルスプリング６０は、前記バルブガイド６５０を囲繞するように前記基端部から軸線方向他方側へ延びる大径部６１と、前記大径部６１から軸線方向他方側へ行くに従って縮径され且つ前記先端部で終焉するテーパ部６５とを有している。
前記大径部６１は、内径が前記バルブガイド６５０の外径よりも大径とされている。
一方、前記テーパ部６５は、前記先端部における内径が前記バルブガイド６５０の外径よりも小径とされるように構成されている。
【００４１】
本実施の形態においては、平板状の前記係止部材４０によって軸線方向他方側への移動端が画される平板状の前記リテーナ５０が前記コイルスプリング６０の先端部を係止するように構成されており、これにより、該コイルスプリング６０の先端部を前記バルブ１０の軸部１１に可及的に近接可能としている。
【００４２】
即ち、従来のバルブアッセンブリにおいては、背景技術の項に記載したように、外周面がテーパ状とされたコッタ及び内周面がテーパ状とされたリテーナを介してコイルスプリングの先端部が係止されていた。
【００４３】
斯かる構成においては、テーパ面を形成する為に前記コッタ及び前記リテーナの肉厚（バルブの軸部を基準にした径方向幅）が厚くなり、前記コイルスプリングの先端部を前記バルブの軸部に近接させることができず、前記コイルスプリングの先端部を係止するコッタ及びリテーナに大きな曲げモーメントがかかる。
【００４４】
これに対し、本実施の形態においては、平板状の前記係止部材４０及び平板状の前記リテーナ５０によって前記コイルスプリング６０の先端部を支持するように構成されている。
詳しくは、前記軸部１１には、軸線方向他端側における外表面に径方向外方に開く凹溝が形成されている。
そして、該係止部材４０は、前記凹溝に係入され得る平板状のリング部材とされている。
【００４５】
図６(a)に、前記係止部材４０の平面図を示す。
図６(a)に示すように、前記係止部材４０は、中央孔４１と、該中央孔４１を外方に開放するスリット４２とを有している。
詳しくは、前記中央孔４１は、前記凹溝の外径よりも大径で且つ前記軸部１１の外径よりも小径とされる。
前記スリット４２は、前記係止部材４０を前記軸部１１に脱着させる際に該軸部１１の通路を形成するものであり、該係止部材４０の前記軸部１１への脱着時に該係止部材４０が弾性変形することを許容するような形状及び開口幅とされる。
【００４６】
斯かる構成に加えて、前記係止部材４０に、前記中央孔４１に開く切り欠き部４３を設けることも可能である（図６(b)参照）。
このように、前記係止部材４０に切り欠き部４３を設けることにより、前記係止部材４０のさらなる軽量化及び弾性変形容易化を図ることができる。
【００４７】
図７(a)に、前記係止部材４０及び前記リテーナ５０近傍における前記バルブアッセンブリ１００の部分縦断面図を示す。
前記リテーナ５０は、円筒状の内周面５１が前記軸部１１の外周面に摺接された状態で該軸部に軸線方向移動可能に外挿され、且つ、前記係止部材４０の軸線方向一端面と当接することで軸線方向他方側への移動端が画されるリング部材とされている。
即ち、前記係止部材４０は、軸線方向一方側を向く前記一端面が前記リテーナ５０と当接する係合面４０ａとされている（図７(a)参照）。
一方、前記リテーナ５０は、内周面５１が前記軸部１１の外周面に摺接することによりガイドされた状態で、軸線方向一方側を向く一端面が前記コイルスプリング６０の先端部と係合する支持面５０ｂを形成し、且つ、軸線方向他方側を向く他端面が前記係止部材４０の係合面４０ａと当接する当接面５０ａを形成している（図７(a)参照）。
【００４８】
図１及び図７(a)に示すように、本実施の形態においては、前記リテーナ５０は、前記他端面に凹部を有している。
該凹部は、前記係止部材４０が係入される形状及び大きさとされている。
即ち、本実施の形態においては、前記凹部の底面が前記当接面５０ａを形成し、且つ、前記凹部の内周面が前記係止部材４０の径方向外方への変形を防止している。
【００４９】
前記リテーナ５０は、円筒状の内周面５１が前記軸部１１の外周面によってガイドされた状態で、軸線方向一方側を向く一端面に前記支持面５０ｂが形成され且つ軸線方向他方側を向く他端面に前記当接面５０ａが形成される限り、種々の形状とされ得る。
図７(a)に示すように、該リテーナ５０を、前記支持面５０ｂ及び前記当接面５０ａを有するリング部と、該リング部の径方向内端部から軸線方向一方側へ一体的に延びる内筒部とを備えるように構成することも可能であるし、これに代えて、若しくは、加えて、図７(b)に示すように、前記リング部と、該リング部の径方向外端部から軸線方向一方側へ一体的に延びる外筒部とを備えるように構成することも可能である。
図７(a)に示すように、前記内筒部を備える構成においては、前記内周面５１の軸線方向長さを長くすることができ、これにより、前記リテーナ５０の前記軸部１１に対する姿勢を安定させることができる。
図７(b)に示すように、前記外筒部を備える構成においては、前記コイルスプリング６０の先端部を安定して係止することができる。
【００５０】
又、当然ながら、図７(c)に示すように、前記リテーナ５０を前記リング部のみによって構成することもできる。さらに、図７(d)に示すように、前記リテーナ５０を前記リング部のみによって形成しつつ、該リング部の前記当接面５０ａ側の径方向外端部を面取りすることも可能である。
【００５１】
さらに、前述のように、前記リテーナ５０における前記係止部材４０との対向面（軸線方向他端面）に、該係止部材４０が係入される前記凹部を設ける場合には（図７(a)〜(d)参照）、前記係止部材４０を、図６(c)に示すように、複数の半割体４５，４５によって形成することも可能である。
【００５２】
好ましくは、前記リテーナ５０は、外径が前記コイルスプリング６０の前記基端部の内径よりも小径とされる。
斯かる構成を備えることにより、前記コイルスプリング６０から前記リテーナ５０に作用する曲げモーメントをさらに低減させることができる。
【００５３】
又、好ましくは、前記コイルスプリングの先端部の少なくとも一部が、前記軸部１１の軸線方向に沿って視た際に前記係止部材４０とオーバーラップするように構成することができ、これにより、前記コイルスプリングの先端部をより安定的に支持することができる。
【００５４】
実施の形態２
次に、本発明に係るバルブアッセンブリの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図８に、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００Ｂの部分断面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５５】
前記実施の形態１に係るバルブアッセンブリ１００は、前記平板状リテーナ５０が前記コイルスプリング６０の先端部を係止するように構成されていたが、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ１００Ｂは、前記係止部材４０の係合面４０ａがコイルスプリング６０Ｂの先端部を係止するように構成されている。
即ち、該バルブアッセンブリ１００Ｂは、前記実施の形態１に係るバルブアッセンブリ１００において、前記平板状リテーナ５０が削除されていると共に、前記コイルスプリング６０に代えてコイルスプリング６０Ｂを備えている。
【００５６】
該コイルスプリング６０Ｂは、先端部における端面に凹部が形成されている点においてのみ、前記コイルスプリング６０と相違している。
前記凹部は、前記係止部材４０が係入されるような大きさ及び形状とされている。
【００５７】
斯かる構成のバルブアッセンブリ１００Ｂにおいても、前記実施の形態１におけると同様に、小型化及び軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るバルブアッセンブリが適用された内燃機関（エンジン）の一例を示す部分模式断面図である。
【図２】図２は、図１に示すバルブアッセンブリにおけるバルブの縦断面図である。
【図３】図３は、前記バルブの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図４は、前記バルブの他の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図５は、前記バルブのさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【図６】図６(a)〜(c)は、前記バルブアッセンブリにおける係止部材の平面図である。
【図７】図７(a)〜(d)は、前記バルブアッセンブリの部分断面図であり、該バルブアッセンブリにおけるリテーナ及び係止部材を示している。
【図８】図８は、本発明の他の実施の形態に係るバルブアッセンブリの部分断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ バルブ
１０ ステム部材
１１ 軸部
１２ フレア部
１２ａ 拡径部
１２ｂ 変曲点
１２ｃ 縮径部
２０ 蓋部材
２０’ 蓋部材
３０ 粉状クーラント
４０ 係止部材
４０ａ 係合面
５０ リテーナ
５０ａ 当接面
５０ｂ 支持面
５１ 内周面
６０ コイルスプリング
６１ 大径部
６５ テーパ部
１００，１００Ｂ バルブアッセンブリ
５００ 内燃機関
６００ シリンダヘッド
６１０ 燃焼室
６２０ 燃料ガス供給ライン
６３０ 燃焼ガス排出ライン
６５０ バルブガイド
Ｘ 軸部の軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、
前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材と、
基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、
前記係止部材は、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く係合面を有していることを特徴とするバルブアッセンブリ。
【請求項２】
前記コイルスプリングは、前記先端部の端面に、前記係止部材が係入される凹部を有していることを特徴とする請求項１に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項３】
前記係止部材は、前記バルブの軸部に形成された凹溝の外径よりも大径で且つ前記軸部の外径よりも小径の中央孔と、前記中央孔を外方に開放するスリットとを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項４】
燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、
前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材であって、軸線方向一方側を向く係合面を有する係止部材と、
円筒状の内周面が前記バルブの外周面に摺接された状態で該バルブに軸線方向移動可能に外挿される平板状のリテーナであって、軸線方向他方側を向く当接面が前記係止部材の係合面と当接することで軸線方向他方側への移動端が画されたリテーナと、
基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、
前記リテーナは、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く支持面を有していることを特徴とするバルブアッセンブリ。
【請求項５】
前記リテーナの外径は、前記コイルスプリングの前記基端部の内径よりも小径とされていることを特徴とする請求項４に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項６】
前記バルブは前記シリンダヘッドに固設されたバルブガイドの軸線孔に軸線方向摺動可能に挿入されており、
前記コイルスプリングは、前記バルブガイドを囲繞するように前記基端部から軸線方向他方側へ延びる大径部と、該大径部から軸線方向他方側へ行くに従って小径とされ且つ前記先端部で終焉するテーパ部とを有していることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のバルブアッセンブリ。
【請求項７】
前記コイルスプリングの先端部の内径は、前記バルブガイドの外径よりも小径とされていることを特徴とする請求項６に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項８】
前記バルブは、軸部及び該軸部から軸線方向一方側へ延びるフレア部を有するステム部材であって、該フレア部が開放端とされた中空部を有するステム部材と、
前記ステム部材のフレア部にかしめにより固着される蓋部材とを備えており、
前記フレア部は、一端側へ行くに従って拡径された拡径部と、変曲点を挟んで該拡径部から一端側に延びる縮径部とを有し、
縦断面視において、前記縮径部は、前記拡径部に対して交差しており、
前記蓋部材は、前記拡径部及び前記縮径部によって挟持されていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のバルブアッセンブリ。
【請求項１】
燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、
前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材と、
基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、
前記係止部材は、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く係合面を有していることを特徴とするバルブアッセンブリ。
【請求項２】
前記コイルスプリングは、前記先端部の端面に、前記係止部材が係入される凹部を有していることを特徴とする請求項１に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項３】
前記係止部材は、前記バルブの軸部に形成された凹溝の外径よりも大径で且つ前記軸部の外径よりも小径の中央孔と、前記中央孔を外方に開放するスリットとを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項４】
燃焼室とガスラインとを連通又は遮断させるようにシリンダヘッドに軸線方向移動可能に装着されるバルブと、
前記バルブに軸線方向移動不能に設けられた平板状の係止部材であって、軸線方向一方側を向く係合面を有する係止部材と、
円筒状の内周面が前記バルブの外周面に摺接された状態で該バルブに軸線方向移動可能に外挿される平板状のリテーナであって、軸線方向他方側を向く当接面が前記係止部材の係合面と当接することで軸線方向他方側への移動端が画されたリテーナと、
基端部が前記シリンダヘッドの外表面に直接又は間接的に係合した状態で前記バルブに外挿されるコイルスプリングであって、先端部が基端部よりも小径とされたコイルスプリングとを備え、
前記リテーナは、前記コイルスプリングの先端部を係止し得るように軸線方向一方側を向く支持面を有していることを特徴とするバルブアッセンブリ。
【請求項５】
前記リテーナの外径は、前記コイルスプリングの前記基端部の内径よりも小径とされていることを特徴とする請求項４に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項６】
前記バルブは前記シリンダヘッドに固設されたバルブガイドの軸線孔に軸線方向摺動可能に挿入されており、
前記コイルスプリングは、前記バルブガイドを囲繞するように前記基端部から軸線方向他方側へ延びる大径部と、該大径部から軸線方向他方側へ行くに従って小径とされ且つ前記先端部で終焉するテーパ部とを有していることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のバルブアッセンブリ。
【請求項７】
前記コイルスプリングの先端部の内径は、前記バルブガイドの外径よりも小径とされていることを特徴とする請求項６に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項８】
前記バルブは、軸部及び該軸部から軸線方向一方側へ延びるフレア部を有するステム部材であって、該フレア部が開放端とされた中空部を有するステム部材と、
前記ステム部材のフレア部にかしめにより固着される蓋部材とを備えており、
前記フレア部は、一端側へ行くに従って拡径された拡径部と、変曲点を挟んで該拡径部から一端側に延びる縮径部とを有し、
縦断面視において、前記縮径部は、前記拡径部に対して交差しており、
前記蓋部材は、前記拡径部及び前記縮径部によって挟持されていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のバルブアッセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２８５１８６（Ｐ２００７−２８５１８６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１２４８４（Ｐ２００６−１１２４８４）
【出願日】平成１８年４月１４日（２００６．４．１４）
【出願人】（０００１７５７２２）サンコール株式会社 (96)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１４日（２００６．４．１４）
【出願人】（０００１７５７２２）サンコール株式会社 (96)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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