(57)【要約】    【課題】  中空形状のステム部材内にクーラントが収容されたバルブであって、前記クーラントの漏れ出しを防ぎつつ、内燃機関の作動時における中空部の内圧上昇を有効に防止し得るバルブを提供する。    【解決手段】  軸部及び該軸部から一端側に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、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収納される粉状クーラントとを備えたバルブであって、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。【選択図】    図２
2006144732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部及び該軸部から一端側に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、
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収納される粉状クーラントとを備えたバルブであって、
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バルブ。
【請求項２】
前記蓋部材は、中央部と、該中央部から径方向外方へ延びる周縁部とを有し、該周縁部が前記拡径部及び前記縮径部によって挟持されるように構成されており、
縦断面視において、前記縮径部は、一端側へ行くに従って前記軸線に近接することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記蓋部材の中央部は、前記中空部に面する上面が凹状とされていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記蓋部材の周縁部の一部が、前記フレア部に対して溶接されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のバルブ。
【請求項５】
前記ステム部材は、前記蓋部材よりも熱膨張率が大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のバルブ。
【請求項６】
前記軸部の他端側に圧入されるプラグ部材をさらに備え、
前記軸部の他端側は該プラグ部材と共にかしめ処理され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。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における燃料ガス供給ライン及び燃焼ガス排出ラインにそれぞれ開閉弁として介挿されるバルブを、中空形状とし且つ中空部にクーラントを封入する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
詳しくは、特許文献１に記載のバルブは、軸部及び該軸部から拡径されたフレア部を有する中空のステム部材と、該ステム部材の中空部を閉塞するように前記フレア部に溶接された蓋部材と、前記中空部内に封入された金属ナトリウムとを備えている。
【０００４】
斯かる従来のバルブは、ステム部材を中空とすることによりバルブ自体の軽量化を図ると共に、中空部にクーラントとして金属ナトリウムを封入することでバルブ自体の冷却効率の向上を図っているが、以下の点において不都合があった。
【０００５】
即ち、前記中空部に金属ナトリウムを封入することで、内燃機関の作動時におけるバルブの温度上昇を幾分抑えることはできるが、内燃機関の作動中は、通常、燃料ガス供給ライン側では約４５０℃、燃焼ガス排出ライン側では約８００℃の高温に晒されることになる為、前記金属ナトリウムの作用のみによって該バルブの熱変形が生じないような温度にまで温度上昇を抑えることは困難である。従って、内燃機関の作動中においては、前記中空部の内圧は温度上昇に伴い上昇することになり、該内圧によってバルブが変形する虞があった。
特に、バルブの軽量化を有効に図るべく、ステム部材の肉厚を薄くすればするほど、ステム部材が変形する虞が高くなる。
【特許文献１】実開平５−５０００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来技術に鑑みなされたものであり、中空形状のステム部材内にクーラントが収容されたバルブであって、前記クーラントの漏れ出しを防ぎつつ、内燃機関の作動時における中空部の内圧上昇を有効に防止し得るバルブの提供を、一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するために、軸部及び該軸部から軸線方向一端側に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、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収納される粉状クーラントとを備えたバルブを提供する。
本発明に係るバルブにおいては、前記フレア部は、軸線方向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軸線方向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。
【０００８】
好ましくは、前記蓋部材は、中央部と、該中央部から径方向外方へ延びる周縁部とを有し、該周縁部が前記拡径部及び前記縮径部によって挟持されるように構成され、該縮径部は、縦断面視において、軸線方向一端側へ行くに従って前記軸線に近接するように構成される。
例えば、前記蓋部材の周縁部の一部を前記フレア部に対して溶接することができる。
又、より好ましくは、前記中央部における前記中空部に面する上面に凹状部を形成することができる。
【０００９】
種々の態様において、好ましくは、前記ステム部材は、前記蓋部材よりも熱膨張率が大きい材料で形成される。
【００１０】
種々の態様において、好ましくは、前記軸部の他端側に圧入されるプラグ部材をさらに備え、前記軸部の他端側は該プラグ部材と共にかしめ処理される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバルブによれば、フレア部が開放端とされた中空部に紛状クーラントを収容させ、且つ、前記開放端をかしめ連結される蓋部材で閉じると共に、前記フレア部を、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該拡径部に対して交差するように延びる縮径部とを有するものとし、前記蓋部材が前記拡径部及び前記縮径部によって挟持されるように構成したので、内燃機関の作動中に高温に晒されると、熱膨張によって前記変曲点が前記軸部の軸線を基準にして径方向外方へ移動し、これにより、前記フレア部と前記蓋部材との間に内圧逃がし用の隙間が形成されることになる。従って、該隙間を紛状クーラントの粒径よりも小さく設定することにより、中空形状による軽量化、及び、前記紛状クーラントによる温度上昇の低減化を図りつつ、内燃機関作動中における前記中空部の内圧上昇を有効に防止して、該バルブが塑性変形することを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係るバルブ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１が適用された内燃機関１００（エンジン）の一例を示す部分模式断面図である。
【００１３】
図１に示す内燃機関１００は、シリンダヘッド（図示せず）を往復動自在に収容する燃焼室１１０と、該燃焼室１１０に燃料ガスを供給する為の燃料ガス供給ライン１２０と、該燃焼室１１０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１３０とを有している。
そして、本実施の形態に係るバルブ１は、前記燃料ガス供給ライン１２０及び前記燃焼ガス排出ライン１３０を開閉制御し得るように、該両ライン１２０，１３０にそれぞれ備えられる。
【００１４】
図１に示す形態においては、前記内燃機関１００は、内燃機関本体２００を有している。
該内燃機関本体２００には、前記燃焼室１１０と、該燃焼室１１０を外部に連通する吸気連通孔２２０及び排気連通孔２３０とが形成されている。
該吸気連通孔２２０及び排気連通孔２３０が、それぞれ、前記燃料ガス供給ライン１２０及び前記燃焼ガス排出ライン１３０の一部を形成している。
【００１５】
そして、前記内燃機関本体２００には、前記吸気連通孔２２０の前記燃焼室１１０に通じる開口端部２２１を該燃焼室１１０に対して開放及び遮断し得るように、本実施の形態に係る一のバルブ１が往復動自在に配設されている。
同様に、前記内燃機関本体２００には、前記排気連通孔２３０の前記燃焼室１１０に通じる開口端部２３１を該燃焼室１１０に対して開放及び遮断し得るように、本実施の形態に係る他のバルブ１が往復動自在に配設されている。
即ち、本実施の形態に係るバルブ１は、対応する連通孔２２０，２３０を開放させる開放位置と、該連通孔２２０，２３０を遮断させる遮断位置とをとり得るように、前記内燃機関本体２００に対して往復動自在に配設されている。
【００１６】
さらに、図１に示す内燃機関１００は、本実施の形態に係る前記バルブ１に固着されたバネ受け部材１５０と、一端部が該バネ受け部材１５０に係止された付勢部材１６０であって、対応する前記バルブ１を遮断位置へ向けて（図１中のＹ方向）に付勢する付勢部材１６０と、前記バルブ１の位置制御を行うカム部材１７０とを有している。
【００１７】
前記カム部材１７０は、前記バルブ１の軸線方向と直交する方向に延びる回動軸１８０回り回動自在とされており、該回動軸１８０を基準にして所定の径方向長さを有する基準部１７１と、該基準部１７１より径方向外方へ突出された突出部１７２とを有している。
そして、該カム部材１７０は、前記突出部１７２が前記バルブ１と作動的に係合する際には該バルブ１を前記付勢部材１６０の付勢力に抗して開放位置に位置させ、且つ、前記基準部１７１が前記バルブ１と作動的に係合する際には該バルブ１が前記付勢部材１６０の付勢力によって遮断位置に位置することを許容するように構成されている。
なお、図１中の符号１９０は、前記カム部材１７０と前記バルブ１の頭部との間に位置するように、該バルブ１に軸線方向相対移動不能に装着されたリフターである。
【００１８】
図２に、本実施の形態に係るバルブ１の縦断面図を示す。
図２に示すように、該バルブ１は、軸部１１及び該軸部１１から一端側に延びるフレア部１２が一体的に形成されたステム部材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。
【００１９】
さらに、該バルブ１は、前記ステム部材１０の中空部１５を閉塞するように該ステム部材１０にかしめによって連結される蓋部材２０を有している。
図２に示すように、本実施の形態においては、該蓋部材２０は、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。
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９０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９０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。
【００２０】
また、該バルブ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に収納される粉状クーラント３０を備えている。
即ち、該バルブ１は、前記ステム部材１０の中空部１５内に前記紛状クーラント３０を予め収容させた状態で、前記蓋部材２０が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。
斯かる紛状クーラント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。
【００２１】
さらに、本実施の形態に係るバルブ１は前記構成に加えて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。
【００２２】
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。
【００２３】
斯かる構成の前記バルブ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内に紛状クーラント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。
【００２４】
即ち、前記バルブ１は前記燃焼室１１０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１２０では約４５０℃、燃焼ガス排出ライン１３０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。
【００２５】
この点に関し、本実施の形態に係るバルブ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、収容する紛状クーラント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。
【００２６】
さらに、本実施の形態に係るバルブ１においては、前記燃焼室１１０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１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１のＢ部）に前記内圧逃し孔を設けると、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、本実施の形態に係るバルブ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、本実施の形態に係るバルブ１においては、前記内圧逃がし孔が前記燃焼室１１０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。
【００２７】
本実施の形態におけるように、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。
【００２８】
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。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、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、前記隙間が前記紛状クーラント３０の粒径よりも大きくなったとしても、該紛状クーラント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１１との接触面積を大きくとることができ、これによっても、前記紛状クーラント３０の漏れだしを有効に防止できる。
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紛状クーラント３０の漏れだし防止も図ることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るバルブ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に示すバルブの縦断面図である。
【図３】図３は、本発明に係るバルブの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図４は、本発明に係るバルブの他の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図５は、本発明に係るバルブのさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
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          紛状クーラント
Ｘ            軸部の軸線
【図１】
2006144732.tif 000003
【図２】
2006144732.tif 000004
【図３】
2006144732.tif 000005
【図４】
2006144732.tif 000006
【図５】
2006144732.tif 000007