(57)【要約】【課題】  弁頭を弁棒部分に嵌合接続部を備えた固定装置で機械的に取付るように構成され、改良されたエンジン軽量ポベット弁を提供する。【解決手段】  軽量のエンジン用ポペット弁１０は、中空の筒状の弁棒部分１２に取り付けられ、軽量で耐熱性を有する材料から製造された弁頭部分１６を有している。取り付けは、弁頭１６のあらかじめ選択された距離にある延長部３４の嵌合によって機械的な固定を行う接続部３６により行われる。【選択図】  図３
2004225700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁頭部分（１６）と、弁棒部分（１２）と、先端部分（１８）と、前記弁頭部分（１６）と前記弁棒部分（１２）との間の遷移領域を形成する、前記弁頭部分（１６）の末広がりのフィレット部分（１４）を有し、前記弁頭部分（１６）の前記末広がりのフィレット部分（１４）は延長部分（３４）を有し、前記弁頭部分（１６）はかなり軽量で、耐熱性のある材料から作られ、前記弁棒部分（１２）は前記フィレット部分（１４）の前記延長部分（３４）との、嵌合により機械的な固定を行う接続部（３６）として構成された中空筒であるエンジン用ポペット弁。
【請求項２】
前記延長部分（３４）は前記末広がりのフィレット部分（１４）から、選択された距離だけ延びている、請求項１に記載のエンジン用ポペット弁。
【請求項３】
前記嵌合により機械的な固定を行う接続部（３６）は液圧成形された接続部を有する、請求項２に記載のエンジン用ポペット弁。
【請求項４】
前記弁頭部分（１６）はチタン合金、ホウ化チタン、チタンアルミナイド、チタン材料、超合金、金属間化合物、セラミックからなるグループから選択された材料を含んでいる、請求項１に記載のポペット弁。
【請求項５】
前記嵌合により機械的な固定を行う接続部（３６）は前記弁頭部分（１６）の近傍に配置されている、請求項２に記載のポペット弁。
【請求項６】
前記嵌合により機械的な固定を行う接続部（３６）はシリンダヘッドの弁ガイド（３０）内に配置されている、請求項２に記載のポペット弁。
【請求項７】
前記嵌合により機械的な固定を行う接続部（３６）は弁ガイド（３０）の近傍の位置に配置されている、請求項２に記載のポペット弁。
【請求項８】
前記フィレット部分（１４）は前記弁棒部分（１２）の端部（３８）に接するように構成された肩部（３９）をさらに有する、請求項２に記載のポペット弁。
【請求項９】
前記弁棒部分（１２）は、ステンレス鋼材料、アルミニウム材料、機械加工または深絞りされた３０４または３０５ステンレス鋼材料、チタンアルミナイド材料、チタン合金、機械加工または深絞りされたマルテンサイト系ステンレス鋼材料、ニッケル基合金からなるグループから選択された材料を含んでいる、請求項１に記載のポペット弁。
【請求項１０】
前記弁棒部分（１２）は、クロムめっき被膜、モリブデン溶射被膜、Ｅａｔｏｎｉｔｅ被膜、ＰＶＤ方式の被膜、ＣＶＤ方式の被膜、窒化被膜からなるグループから選択された被膜をさらに含んでいる、請求項１０に記載のポペット弁。
【請求項１１】
エンジン用ポペット弁（１０）であって、
あらかじめ選択された長さを有する延長部分（３４）を有するフィレット部（１４）を有し、金属間化合物から作られた弁頭（１６）と、
前記弁頭（１６）の前記延長部分（３４）を摺動可能に受け入れるように構成され、嵌合による接続部（３６）によって前記延長部（３４）に機械的に固定される一方の端部（３８）を有し、前記弁頭（１６）の反対側の端部に先端部分（１８）をさらに有する、中空の筒である弁棒（１２）と、
を有するポペット弁。
【請求項１２】
前記弁棒部分（１２）は、ステンレス鋼材料、アルミニウム材料、機械加工または深絞りされた３０４または３０５ステンレス鋼材料、チタンアルミナイド材料、チタン合金、機械加工または深絞りされたマルテンサイト系ステンレス鋼材料、ニッケル基合金からなるグループから選択された材料を含んでいる、請求項１１に記載のポペット弁。
【請求項１３】
前記弁棒部分（１２）は、液圧成形された、嵌合による接続部（３６）によって前記弁頭分（１６）に機械的に固定されている、請求項１２に記載のポペット弁。
【請求項１４】
前記弁頭分（１６）の前記延長部分（３４）は、その上にその軸方向に間隔をおいて位置し、前記の嵌合によって機械的な固定を行う接続部（３６）を形成する複数の溝（４０）をさらに有する、請求項１３に記載のポペット弁。
【請求項１５】
軽量のエンジン用ポペット弁（１０）の製造方法であって、
弁頭（１６）を金属間化合物材料から形成するステップと、
前記弁頭（１６）に、あらかじめ選択された長さを有する延長部分（３４）を有するフィレット（１４）を設けるステップと、
筒状の弁棒部分（１２）を設けるステップと、
前記弁頭（１６）の前記延長部分（３４）を前記筒状の弁棒部分（１２）の一方の端部（３８）の内部に配置するステップと、
前記筒状の弁棒部分（１２）を前記弁頭（１６）の延長部分（３４）の周囲で圧縮して、前記弁頭（１６）の前記延長部分（３４）と前記筒状の弁棒部分（１２）との間に嵌合により機械的な固定を行う接続部（３６）を形成するステップと、
を有する、軽量のエンジンポペット弁の製造方法。
【請求項１６】
前記延長部分（３４）を配置するステップが、
前記弁頭（１６）と前記筒状の弁棒部分（１２）とを金型（４６）内に配置するステップと、
前記弁頭（１６）の前記延長部分（３４）の周囲に配置された、前記筒状の弁棒部分（１２）の前記一方の端部（３８）を同軸に囲むスプール部材（４８）を前記金型（４６）内に配置するステップと、
加圧された液体を前記スプール部材（４８）に供給して、前記筒状の弁棒部分（１２）を前記弁頭部分（１６）の前記延長部分（３４）の周囲に液圧により圧縮するステップと、
をさらに有する、請求項１５に記載の軽量のエンジン用ポペット弁の製造方法。
【請求項１７】
前記弁頭（１６）に前記フィレット（１４）を設けるステップは、前記延長部分（３４）に複数の溝を設けるステップをさらに含む、請求項１５に記載の軽量のエンジン用ポペット弁の製造方法。
【請求項１８】
前記筒状の弁棒部分（１２）を設けるステップは、前記筒状の弁棒部分（１２）をクロムめっき被膜、モリブデン溶射被膜、Ｅａｔｏｎｉｔｅ被膜、窒化被膜からなるグループから選択された材料で被覆するステップをさらに含む、請求項１５に記載の軽量のエンジン用ポペット弁の製造方法。
【請求項１９】
前記スプール部材（４８）は変形可能な重合体材料を含む、請求項１６に記載の軽量のエンジン用ポペット弁の製造方法。
【請求項２０】
前記被覆するステップは、弁座を被覆するステップをさらに含む、請求項１８に記載の軽量のエンジン用ポペット弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して内燃エンジン用ポペット弁に関し、特に、弁頭を弁棒に接続する、嵌合により機械的な固定を行う接続部により構成され、高温で腐食性の環境で動作可能な内燃エンジン用の軽量のポペット弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン用ポペット弁が、比較的高温において、かつ腐食性の環境において動作することが、当該業界では周知である。排気弁は、吸気弁よりも過酷な条件下で動作することも知られている。重量用の用途と考えられるディーゼル燃料および有鉛燃料を使用する用途で使用される排気弁は、他の種類の内燃エンジンの場合よりも過酷な条件で動作する。エンジン用ポペット弁は、これらの条件の中で最も過酷な条件に耐えることができ、かつ耐久性を有していることが必要である。
【０００３】
エンジン用ポペット弁の構成、設計、製造技術を改良する努力が絶えず行われている。これらの努力には、弁を軽量化すること、より経済的に製造すること、耐久性を向上させることが含まれるが、これらには限定されない。ポペット弁を軽量化すると、重量の観点から乗り物の燃費が向上し、弁に使用される材料が減少するためコスト的に有効にポペット弁を製造できる。さらに、エンジンポペット弁は、それらがさらされる過酷な温度と環境条件に耐えるように、特定の化学的および機械的特性に配慮して設計することが可能である。これらの所望の化学的、機械的特性には、優れた硫化耐久性、良好な高温硬さ、十分な酸化耐久性、最適な耐熱性、低い熱膨張性が含まれるが、これらには限定されない。
【０００４】
本明細書で用いられている「軽量」という用語は、エンジン用ポペット弁を軽量化する、エンジン用ポペット弁とエンジン用ポペット弁の部品の物理的特性を指すことを意図している。「軽量」という用語は、本発明の譲受人により所有され、参照により本明細書に援用される特許文献１で定義されているような超軽量のエンジン用ポペット弁という用語も指すが、超軽量のエンジン用ポペット弁には限定されない。本発明の譲受人は、いずれも参照により本明細書に援用される特許文献２と特許文献３に記載の特許も所有している。
【特許文献１】米国特許明細書第５，４１３，０７３号
【特許文献２】米国特許明細書第５，４５３，３１４号
【特許文献３】米国特許明細書第６，２６３，８４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軽量のエンジン用ポペット弁の製造技術と構造の改良に対する要求が依然として存在している。エンジン用ポペット弁は、弁頭を固定構造により中空弁棒部分に機械的に取り付ける機構で構成されることになろう。高温で腐食性の燃焼領域にある、この機械的固定具を使用した場合でも、軽量のポペット弁は、すぐれた硫化耐久性、良好な高温硬さ、良好な酸化耐久性、低い熱膨張性を備えた最適な熱伝導性、最適な耐熱性、そして耐久性を有することになろう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、嵌合による接続部を備えた固定機構により弁頭を弁棒部分に機械的に取り付けるように構成された、改良された軽量のエンジン用ポペット弁を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、軽量で最適な温度において耐久性を有しているチタン金属間化合物材料から製造された弁頭を有しているエンジン用ポペット弁を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、圧縮を用いた嵌合接続部によって弁棒部分に取り付けられた弁頭を有するように製造されたエンジン用ポペット弁を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、弁頭を弁棒部分に嵌合による接続部を有する固定機構により機械的に取り付ける、軽量のエンジン用ポペット弁の改良された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこれらの目的およびその他の目的は、弁頭部分と、弁棒部分と、先端部分と、弁頭部分の広がりフィレット部分を有しているエンジン用ポペット弁によって達成される。末広がりのフィレット部分は、弁頭部分と弁棒部分との間の遷移領域を形成し、弁棒部分との嵌合により機械的な固定を行う接続部を形成するように構成された延長部分を含む。弁頭部分は、軽量で、耐熱性があり、熱伝導性を有している金属で作られている。
【００１１】
本発明の他の態様は、弁頭をチタン金属間化合物材料から形成するステップと、弁頭に、あらかじめ選択された長さを有する延長部分を有しているフィレットを設けるステップと、筒状の弁棒部分を設けるステップ、弁頭の延長部分を筒状の弁棒部分の一方の端部分の内部に配置するステップと、筒状の弁棒部分を弁頭の延長部分の周囲で圧縮して、弁頭の延長部分と筒状の弁棒部分との間に嵌合により機械的な固定を行う接続部を形成するステップとを有するエンジン用ポペット弁を製造する方法である。
【００１２】
本発明の他の態様は、高温での耐久性と耐熱性を有している弁頭と、弁頭を弁棒部分に機械的に取り付けて固定する液圧成型された嵌合接続部によって弁頭の延長部分に取り付けられた深絞りされた弁棒部分を有しているエンジン用ポペット弁を製造する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図は、本発明をそれらの図に限定することを意図したものではなく、同一の番号はいくつかの図にわたって同一または類似の機能を指している。図１は、全体に番号１０が付けられている本発明によるエンジン用ポペット弁を示していている。ポペット弁１０は、中空の弁棒部分１２と、弁頭部分１６へ移行する領域を定めるフィレット部１４を有している。フィレット部１４は、凹面状に内側に向かって徐々に細くなって、弁頭１６を弁棒１２に接続している。弁棒１２は先端部分１８で終っている。先端部分１８は、図２に示すように弁ばねの保持部を収容するために設けられた１つまたは２つ以上の保持溝２０を有している。
【００１５】
本発明は、弁頭１６を弁棒部分１２に機械的に取り付けて固定して、本明細書中で「機械的固定用嵌合接続部」と呼ばれるものを形成するように構成されたエンジン用ポペット弁１０にある。本明細書で使用される「機械的固定用嵌合接続部」という用語は、２つの部品の機械的な取付具であり、同時に、例えばねじ機構におけるように２つの部品を容易に分解して再び組み立てることができないようにするロック具を指すことを意図している。機械的固定用嵌合接続部は、本明細書の以降の部分でさらに詳細に説明することとし、まずエンジン用ポペット弁の基本構造とその動作に注目する。
【００１６】
図２に示すように、弁頭１６は、エンジンの燃焼室へと内側に向いた燃焼面２２と、エンジンブロックまたは弁座インサート２６と接触する周辺面である弁座面２４を有している。弁頭１６は、内燃エンジンの所与の用途に応じた所定の直径を有するように製造されている。エンジン用ポペット弁が、中実、中空、または部分的に中実と中空であることが当該技術で知られているが、本発明は、最適な軽量ポペット弁を得るために必要なユニークな材料特性を利用するために、本明細書でさらに詳細に説明するように中空または部分的に中空／中実のポペット弁を特に対象としている。
【００１７】
引き続き図２を参照し、エンジン用ポペット弁の動作の基本的な背景を示すために、内燃エンジンに使用される弁アセンブリ２８の一部としてエンジン用ポペット弁１０が示されている。エンジン用ポペット弁１０は、弁棒ガイド３０の内側ボア内に往復運動可能に収容されている。弁棒ガイド３０はエンジンのシリンダヘッド３２に挿入されている筒状の構造として示されているが、弁棒ガイド３０として機能する独立した筒状構造を持たず、シリンダヘッド自体が弁棒１２のガイドとして機能する他の実施形態も考えられることが理解されるべきである。弁座インサート２６は、弁座面２４を受け止め、弁座面２４と共に気密状態の係合を実現している。内燃エンジン内のポペット弁と弁アセンブリの動作は当該技術分野では周知であるため、その動作に関するこれ以上の説明と詳細は簡単のため本明細書には含めない。
【００１８】
図３は、本発明の第１の実施形態の、組み立て後のエンジン用軽量ポペット弁１０の断面図を示している。弁頭１６は、セラミック成形工程、鍛造工程、または粉末冶金工程によって弁フィレット部１４と一体に形成されている。所定の距離（ｄ１）だけ弁頭１６から延びている延長部３４が、弁棒部分１２の一端部３８に嵌合接続部３６のために形成されている。フィレット部１４は、図１に示すように、弁棒部分１２がフィレット部１４に接触して、これらの部分のそれぞれの表面が連続する１つの表面を形成するように位置している、図８に示す肩部３９を有することが好ましい。弁棒部分１２の反対側の端部は、弁棒端部を取り付ける当該技術分野で知られている方法でその端部に取り付けられた、またはその端部に対して深絞りされた先端部分１８を有している。
【００１９】
図４は、嵌合接続部３６を形成する前に、弁棒部分１２の端部３８内に摺動可能に受け入れられる弁頭１６の延長部３４の部分断面図である。弁頭１６の延長部３４は、弁棒部分１２の端部３８内に締まり嵌めされる大きさを有している。延長部３４は、嵌合接続部３６のための少なくとも１つの溝４０、好ましくは複数の溝４０、より好ましくは長さ方向に沿って軸方向に間隔をおいて所望の１個または複数個の位置に有している。図４において矢印Ａで示した力、または番号４２の破線で示した何らかの適切な工具または装置を使用して均等な圧縮力または半径方向の圧着する力を加えて弁棒部分１２の端部３８を延長部３４に対して圧縮または圧着する。矢印Ａの方向の力または工具４２は、図５に示すように弁棒部分１２の壁を延長部３４の複数の溝４０に押し込んで、弁頭１６を弁棒部分１２に機械的に取り付けて固定する嵌合接続部３６を形成するのに十分に強力である。溝４０の断面形状は、圧縮後に弁棒部分１２の材料が溝４０に合致するような半径を有していることが好ましい。溝４０の断面形状の半径は、筒の壁の厚さとその材料の特性の関数である。図５は、機械的に取り付けられている、形成後の嵌合接続部３６を示している。嵌合接続部３６は、弁頭１６を弁棒部分１２に機械的に固定している。この固定用の嵌合接続部３６を機械的に作る好ましい方法は、本明細書の以降の部分でさらに詳細に説明する液圧成形による方法である。
【００２０】
図１と３でわかるように、嵌合接続部３６は弁頭１６の比較的近くに配置され、そのため嵌合接続部３６はエンジン用ポペット弁１０の往復動作により、燃焼室内の高温で腐食性の状態にさらされる。そのような状態でも、本発明の第１の実施形態の嵌合接続部３６は、高温と腐食性の状態に耐える十分な強度を有している。高温疲労試験が、約１２００°Ｆの温度と接続部３６の最大引張強度（ＵＴＳ）の約４５％の２．４２ＫＮ（キロニュートン）の負荷で実施され、約１０7回の反復後に中断されたが、破壊からではなかった。負荷を約３．００ＫＮに増加させた場合には、高温疲労試験が約６，８６１，３２２回反復されてから破壊が発生した。負荷を約３．２４ＫＮにさらに増加させた場合には、高温疲労試験が約３，９２５，６２４回反復されてから破壊が発生した。最後に、負荷が３．７８ＫＮの場合、高温疲労試験が約２２９，４７７回反復されてから、破壊が発生した。
【００２１】
ここで図６を参照すると、図６は、延長部３４が弁頭１６からある距離、すなわち長さｄ2だけ延びている、本発明の他の実施形態を断面図で示している。本実施形態では、２つまたは３つ以上の接続部３６、３６′を使用することが好ましい。延長部３４を変え、嵌合接続部３６’を、弁頭１６から任意の所与の距離に配置してもよい。図６に示すように、嵌合接続部３６′は、破線で示した弁棒ガイド３０の概ね底部に位置してもよい。または、嵌合接続部３６′は、弁棒ガイド３０内に位置してもよい。用途によっては、燃焼によって発生した熱を弁１０から遠ざかるように弁棒ガイド３０を介して、発散のためにシリンダブロック３２内に伝達するより長い延長部３４が望ましい。
【００２２】
エンジンポペット弁の大きさと長さは所与のエンジン用途によってさまざまであるが、弁頭１６の延長部３４の異なった長さ（ｄ1またはｄ2）を選択することによって広範囲の熱的および機械的特性が得られることは明らかである。単なる例としてではあるが、全長が１２．５ｃｍのポペット弁は、嵌合接続部３６′が弁頭１６から約６．５ｃｍの距離に、嵌合接続部３６が約２．５ｃｍの距離に位置していてよい。この例では、嵌合接続部３６′は２つの溝４０を用い、一方、嵌合接続部３６はわずか１つの溝４０を用いている。全長が１２．５ｃｍの、ポペット弁の他の例は、弁頭１６から３．５ｃｍの位置に１つの嵌合接続部３６を有している。本発明はこれらの例に限定されるものではないことが理解されるべきである。
【００２３】
本発明では、好ましくはチタン金属間化合物材料またはチタン化合物で作られた中実の弁頭１６と延長部分３４を使用することが有利である。本明細書で使用しているように、「チタン金属間化合物材料」という用語は、チタン合金、ほう化チタン、チタンアルミナイド、およびチタンを含むことを意味しているが、これらには限定されない。チタンアルミナイド材料は、市販されていて、約３０から５０パーセントのアルミニウム含有のチタンを含むことが好ましい。アルミニウムの含有率は、約３２から約３５パーセントの範囲にあり、微量の鉄と酸素が含まれることがより好ましい。チタン金属間化合物材料は、高い強度対重量比だけでなく、優れた硫化耐久性、良好な高温硬さ、十分な酸化耐久性、高い熱伝導性、低い熱膨張性も有している。鋳物金属とその合金の技術分野で既知のように、チタンアルミナイドは鋳造時間が短いほど、収縮によるポロシティ（巣）が著しく減少する。その結果、型当たりの鋳造数を増加させて、生産性を大幅に向上させることができる。チタンアルミナイド製の弁頭の良好な熱伝導性は、中空の弁棒内に冷却剤を封入することなく弁が動作することを可能にする。特定の用途で望まれる場合は、冷却剤を弁棒１２内に封入してもよい。さらに、弁頭１６は中実の弁頭として示されているが、さまざまな程度や深さに本発明にしたがって弁頭１６を中空に加工してもよい。
【００２４】
鋳造後、チタンアルミナイド製の弁頭の鋳物は、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）で加工される。ＨＩＰは、当該技術分野で周知の方法で、中心線上の収縮を除去し、内部ポロシティを塞ぐために使用される。
【００２５】
本発明に適したその他の材料には、超合金、好ましくは鋳造された超合金、ＮｉＡｌなどのその他の金属間化合物があるが、これらには限定されない。セラミック材料は本発明に適していて、炭化けい素、窒化けい素、窒化ほう素、その他の適切な酸化物や窒化物が含まれるが、これらには限定されない。
【００２６】
セラミックとチタンアルミナイドは、もろい材料である。好ましい液圧成形工程では、静水圧を使用して、均等な半径方向の圧縮力を加えて、固定用嵌合接続部３６、３６′を製作することが有利である。本発明による方法は通常、引張伸度が約２％から約４％未満程度の延性を特徴とするもろい挙動を呈する材料に使用可能である。
【００２７】
弁棒部分１２は、チタンアルミナイドなどのチタン合金、機械加工または深絞りが可能な３０５または３０４ステンレス鋼などのステンレス鋼材料、マルテンサイト系ステンレス鋼材料、ニッケル系合金などの、しかしこれらには限定されないさまざまな種類の材料から作られた中空筒または好ましくは深絞りされた弁棒であってよい。さらに、弁棒部分１２は、クロムめっき被膜、モリブデン溶射被膜、Ｅａｔｏｎｉｔｅ被膜、物理蒸着（ＰＶＤ）方式または化学蒸着（ＣＶＤ）方式の被膜、窒化被膜などの、しかしこれらには限定されない被膜に覆われていてもよい。
【００２８】
先端部分１８は中実で、たとえばＣｈａｒｔｅｒ  ＳｔｅｅｌやＣｒｕｃｉｂｌｅ  Ｓｔｅｅｌなどの市販元から市販されているＳＡＥ１５４７または８６４５あるいはＳｉｌｃｈｒｏｍｅ−１鋼材料（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓ（ＳＡＥ、米国自動車技術協会）Ｊ７７５標準）などの硬化材料であることが好ましい。あるいは、先端部分１８は単に従来の硬化鋼材料であってもよい。先端部分１８は、弁棒部分１２に当該技術分野で知られた任意の方法で取り付けられていてもよい。
【００２９】
本発明の他の態様は、弁頭１６を弁棒１２に機械的に取り付けて固定する機構で組み立てられるエンジン用軽量ポペット弁の製造方法に関している。弁頭１６の延長部分３４は、弁棒１２に機械的固定用嵌合接続部３６、３６’によって固定されている。次に、図７を参照すると、弁頭部分１６を弁棒部分１２に機械的に取り付け固定するために好ましくは使用される装置の断面図が示されている。弁棒部分１２を圧縮または均等に圧着するための好ましい方法として、液圧成形工程を使用している。図７はそのような装置の１つを示しているが、本発明の原理は、本明細書で説明し示したような均等な半径方向の圧縮力を発生して機械的固定用嵌合接続部３６、３６′を形成するように弁棒部分１２を均等に圧縮可能なその他の装置に適用可能であることが理解されるべきである。
【００３０】
弁頭部分１６は金型４６の複数のジョー４５内に固定され、その結果、弁頭部分１６を複数のジョー４５内にしっかりと保持している。弁棒部分１２は弁頭部分１６の延長部分３４上に嵌められ、金型４６の加圧室４７内に配置されている。加圧室４７は、保持用金型部材５０と０リング（不図示）あるいは任意の適切な高圧気密手段によって、金型４６内で封止されている。好ましい方法では、加圧室４７内の、弁棒部分１２上に同軸に、そして、延長部分３４上の嵌合接続部３６の所望の位置に配置された変形可能なスプール部材４８を用いている。弁棒部分１２の上方に位置する保持用金型部材５０は、弁棒１２とスプール部材４８を金型４６内の所定の位置に保持している。保持用金型部材５０は、クランプ（不図示）やその他の適切な手段によって金型４６にしっかりと固定されている。
【００３１】
金型４６は、加圧室４７と、２つの嵌合接続部３６、３６′の選択された位置にある変形可能なスプール部材４８とに液体を連通させる流路５２を有している。高圧ポンプなどの高液圧システム５４が、約１８５０から約２２００ｋｇ／ｍｍ2の圧力、チタンアルミナイド製のポペット弁については好ましくは約３Ｂａｒの圧力を加えた液体５６、好ましくは油圧作動油やエンジン用油などの油により、弁棒部分１２の端部３８を均等に圧縮するスプール部材４８を変形させて延長部分３４を端部３８に取り付け、液圧成形による２つの嵌合接続部３６、３６′を形成している。
【００３２】
図８は加圧室４７とスプール部材４８の拡大断面図である。弁頭１６の延長部分３４は、前述のように複数の溝４０を有し、弁棒部分１２内に嵌る大きさを有している。フィレット部１４上の肩部３９が、弁棒部分１２の表面と一致する表面となっている。
【００３３】
変形可能なスプール部材４８は、重合体材料、特に、、たとえば、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓのテフロン（登録商標）、Ｕｎｉｒｏｙａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，  Ｉｎｃ．のＡｄｉｐｒｅｎｅ（登録商標）、Ｉｈａｒａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、Ｃｏ．のＣｕｒａｌｏｎ  Ｍ（商標）などのテトラフルオロエチレンの重合体（ＰＴＦＥ）材料のように、高圧に耐えることが可能で、液圧成形工程後に当初の形に実質的に戻るような十分な弾性を有している高強度エラストマーで作るのが好ましい。黒鉛、重合体と黒鉛との配合物などのその他の高温用密閉材料も適している。
【００３４】
ポペット弁１０にさらに大きい強度が望まれる場合、弁頭部分１６に接する嵌合接続部３６の縁および／または溝４０により均等に圧着された領域を、ろう付けや溶接により埋めてもよい。組み立てられた部品は次に仕上げ機械加工され、弁棒１２は、前述のように、たとえばモリブデン溶射で被覆される。
【００３５】
このようにして、本発明は、機械的固定用嵌合接続部を使用して素早く組み立てが可能な、複数の部品を有する軽量のエンジン用ポペット弁を提供する。これにより、軽量のエンジン用ポペット弁をより経済的に製造し、かつ良好な耐久性を実現することができる。チタンアルミナイド製の弁頭を使用することで、低い熱膨張性とともに、優れた硫化耐久性、良好な高温硬さ、十分な酸化耐久性、高い熱伝導性が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のエンジン用ポペット弁の正面透視図である。
【図２】弁アセンブリとそれに関連する周辺部を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のエンジン用軽量ポペット弁の断面図である。
【図４】嵌合による接続部を形成する前の弁棒と弁頭の延長部分の一部を示す部分断面図である。
【図５】形成後の嵌合による接続部を示す図４と同様の部分断面図である。
【図６】本発明のエンジン用ポペット弁のその他の実施形態の断面図である。
【図７】本発明の液圧成形用金型内のエンジン用ポペット弁の断面図である。
【図８】本発明の液圧成形用金型とスプール部材の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ポペット弁
１２  弁棒部分
１４  フィレット部分
１６  弁頭部分
１８  先端部分
２０  保持溝分
２２  燃焼面
２４  弁座面
２６  弁座埋め金
２８  弁アセンブリ
３０  弁棒ガイド
３２  シリンダヘッド
３４  延長部
３６  相互嵌合接続部
３６′  相互嵌合接続部
３８  端部
３９  肩
４０  溝
４２  工具
４５  ジョー
４６  金型
４７  加圧室
４８  スプール部材
５０  保持用金型部材
５２  流路
５４  高液圧システム
５６  液体
Ａ  矢印
ｄ1  延長部分の弁頭からの距離
ｄ2  延長部分の弁頭からの距離
【図１】
2004225700.tif 000003
【図２】
2004225700.tif 000004
【図４】
2004225700.tif 000005
【図５】
2004225700.tif 000006
【図６】
2004225700.tif 000007
【図７】
2004225700.tif 000008
【図８】
2004225700.tif 000009
【図３】
2004225700.tif 000010