(57)【要約】【課題】近年、エンジン性能向上のため、エンジン弁の径が増す一方で、軽量化のために一層細い弁杆が求められている。そして、チタン系合金等の軽量異材の強度ある接合は困難なものであった。【解決手段】圧粉体で作られ円錐状の弁面と同芯に形成した結合孔を有する弁体部材と、弁杆部材とを有し、前記弁杆部材の周方向の多数の溝からなる結合部に、弁体部材の結合孔が嵌合されて、前記弁体部材と弁杆部材とを焼結温度で焼成して一体的に結合したものである。【選択図】        図１
2004340050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金粉末を圧縮固化して作られた略円板形の圧粉体からなる弁体部材と、ステンレス鋼の弁杆部材とを用い、前記弁体部材には周縁をなす弁面と同芯に結合孔を設け、この結合孔に前記弁杆部材の結合部を嵌合させ、前記弁体部材と弁杆部材とを焼結温度で焼成して一体的に結合してなるエンジン弁。
【請求項２】
請求項１において、弁杆部材の結合部には周方向の多数の溝を有するエンジン弁。
【請求項３】
弁杆部材と、チタン合金粉末を用いて成形され結合孔を設けた圧粉体からなる弁体部材とを準備し、前記弁杆部材を結合孔に緩く嵌合させ、これらを焼結炉内で焼成して弁体部材を焼結し、その焼結に伴う弁体部材の収縮によって、同時に弁体部材と弁杆部材との結合を行うエンジン弁の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、弁体部材の中空部には冷却剤を入れ、蓋部材にろう材をつけ焼結行程と同時に密栓するエンジン弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は４行程エンジンの燃焼室で使用される、ポペット形のエンジン弁とその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車や自動二輪車用エンジンが一層高速化しており、これに伴ってエンジン弁の軽量化のため、従来のものに比して、弁径に対する弁杆の径が細めに設計されるようになっている（例えば、参考文献１参照）。また、エンジン弁の製造は、従来、弁杆の径より僅かに太い棒状の素材を用い、冷間あるいは赤熱させた上で、その一端にアプセット加工（据えこみ鍛造）を加えて円板状に変形させ、弁体と弁杆とを一体的に成形している。
【０００３】
【参考文献１】
特開２００２−１６８１０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、傘部にチタン系合金を、弁杆にステンレス鋼を用いるとより軽量化できるが、その異質材料の強度ある接合は困難なものであった。また、熱伝導の小さいチタン系合金の冷却も難しいものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、チタン合金粉末を圧縮固化して作られた略円板形の圧粉体からなる弁体部材と、ステンレス鋼の弁杆部材とを用い、前記弁体部材には周縁をなす弁面と同芯に結合孔を設け、この結合孔に前記弁杆部材の結合部を嵌合させ、前記弁体部材と弁杆部材とを焼結温度で焼成して一体的に結合することによって解決される。
さらに、弁杆部材の結合部には周方向の多数の溝を有するのが好ましい。
【０００６】
製法として、弁杆部材と、チタン合金粉末を用いて成形され結合孔を設けた圧粉体からなる弁体部材とを準備し、前記弁杆部材を結合孔に緩く嵌合させ、これらを焼結炉内で焼成して弁体部材を焼結し、その焼結に伴う弁体部材の収縮によって、同時に弁体部材と弁杆部材との結合を行うことによって解決できる。
さらに、弁体部材の中空部には冷却剤を入れ、蓋部材にろう材をつけ焼結行程と同時に密栓してもよい。
【０００７】
【作用】
弁体と弁杆とを別体に作って、後に合体させる構造とすることによって、弁体の直径と弁杆の直径の選定が製造技術上の制約を受けなくなる。弁体部材はチタン合金の圧粉体をバインダーと共に混合し、プラスティック成形と同様に、金型に射出する方法（ＭＩＭ）で作られており、その圧粉体が焼結される際に収縮して弁杆部材の外周面に密着し一体化される。ロッカーアームによって打撃を受ける弁杆の端部は、後に部分焼入れされるので、一般にマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられるので異種材料の接合を余儀なくされる。
【０００８】
【発明の実施の態様】
以下、本願発明実施の一形態を説明する。図１、図２中、１０はこの発明に係るエンジン弁である。エンジン弁１０は弁面１１を有する弁体１２と、その弁体１２の中央部に取り付けられ、そこから一側へ伸びる弁杆１３を有する。１４はコッタを係止するためのコッタ溝、１５は弁杆１３を軸方向へ押圧駆動するロッカーアームと当接する端面である。
【０００９】
前記弁体１２はチタン合金の粉末を圧縮し固化させて作った圧粉体からなる弁体部材１６を、後述する弁杆部材２１とともに加熱し焼結して作られている。前記弁体部材１６には外周に弁面１１が形成され、中心部にボス１８とそのボス１８に設けられた結合孔１７とが同芯に形成されている。
【００１０】
弁杆１３はステンレス鋼あるいは耐熱鋼で作られており、中空の弁杆部材２１は一端が閉じられ、他端が開かれていて、その開かれた側の端部外面には周方向の多数の溝からなる結合部２３が形成されている。前記多数の溝は１個のねじ溝としてもよいが、多数の円周溝を等間隔に設けるのが一層好ましい。
また、縦方向の収縮を自在にするため円筒孔をテーパ軸に結合させることもある。
【００１１】
以上のように形成された弁体１２と弁杆１３とは、結合孔１７と結合部２３とを嵌合させた状態で焼結され、その焼結に伴う加熱によって弁体部材１６が収縮するとき、ボス１８が結合部２３を外方から強く縛着するとともに、焼結温度が十分に高いので弁体１２と弁杆１３との間で金属分子の拡散を生じ冶金的にも結合し高い結合強度が得られる。また、弁体１２を軽量のチタン合金とし、弁杆１３を中空のステンレス鋼としたから、エンジン弁１０が軽量となり、中実ステンレス鋼の弁にたいしておよそ５６％の減量が達成され、重量が４４％程になった。
【００１２】
次に、このエンジン弁１０を製造するための焼結方法を説明する。まず、材料として、鋼材に機械加工と転造加工を加えて作られた弁杆部材２１と、チタン合金の粉末に結合材（バインダー）を加えて加圧成形し圧粉体（グリーン体ともいう）とされた弁体部材１６が用意される他、それらを焼結炉内に保持するセラミック製（素焼き）の焼結型２５が準備される。ここで、弁体部材１６に設けた結合孔１７は弁杆部材２１に設けた結合部２３より、当初０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度大径に作られている。一般に焼結温度は１０００℃から１３５０℃であるが、この実施例では１２００℃程度を用い、この時の弁体部材の収縮率は約１２％であるから、焼結後はねじ溝の中まで食い込んで締結される。しかしながら弁杆部材２１がたとえ中空であったとしても変形させることはなく、多大な応力は残留することはないのは焼きばめと相違するところである。
【００１３】
前記材料は、焼結の前工程として、図３で示すように、セラミック製の焼結型２５に設けた鉛直方向の支持孔２６に前記弁杆部材２１の閉じ側を下にして（結合部２３を上にして）挿入し嵌合させ、さらに、弁杆部材２１へ弁体部材１６を載せて、その結合孔１７と結合部２３を嵌合させた上、図示してない窒素ガス式連続炉などの焼結炉へ入れて焼結する。
【００１４】
このようにして焼結炉へ入れられたエンジン弁１０の構成部材が所定の温度まで加熱されると、圧粉体をなす弁体部材１６から非金属部材（バインダーのＰＰ樹脂など）がガス化して排出され、その外形、内径、高さがほぼ比例的に収縮する。よって、結合孔１７が小径に収縮して結合部２３の外面に密着する。チタン合金粉末がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの場合、１２００℃焼結で密度９５％、引張強度８３０ＭＰａ、伸び１３．４％が得られる報告があるから弁体部材１６として無垢材にひけをとらない。
【００１５】
また、弁杆部材２１の中空部には金属ナトリウムなどの冷却剤を入れ蓋１９で密栓して弁の冷却効果を促進させる場合もある。この場合、内孔は段付として栓を支え、銅ろう付密栓では融点１０８０℃のねり銅を部分的に付け、外気に流通させておく。そして１２００℃で密栓となり常温では内部は低圧とするのが好ましい。
【００１６】
このような過程を経て焼結が完了した後、弁杆部材２１の外周面にコッタ溝１４を形成し、端面１５を火炎バーナによって急速加熱して短時間で表面焼入れし、その後、外径と弁面１１の座面を研削する工程を経て完成となる。
【００１７】
【発明の効果】
上記エンジン弁の発明によれば、エンジン弁はチタン合金からなる弁体部材に設けた結合孔に弁杆部材を挿通し、弁体部材の焼結に伴う収縮を利用して連結するものであるから、溶接や圧入の工程を経ることなく強固な結合をすることができ焼結工程を兼用するから製造が容易かつ安価である。また、弁体部材の焼結時の収縮を利用して弁杆部材の溝と結合するから部材の剪断強さが加わり、かつ、若干の冶金的結合を伴うので結合が強固に行われる。さらに、エンジン弁は弁体と弁杆とを別個に製作し、それらを後の工程で連結して一体化するものであるから、弁体の直径が大きく、かつ、弁杆が細い場合であっても、製造工程上の制約や、材質による制約を受けることなく製造できる。
【００１８】
製造方法の発明によれば、弁体部材と弁杆部材とを前記弁体部材の焼結工程を利用して結合するから、鍛造や溶接のような独立した工程を要せず製造が容易である。また、焼結の過程で連結と密栓までを一度に済ますことにより熱勘定が向上する。
などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るエンジン弁の断面図であり、左半分が焼結前、右半分が焼結後の状態を示す。
【図２】焼結前のエンジン弁の構造を分離して示す分解断面図である。
【図３】エンジン弁の構成部品を焼結型に支持した状態を示す断面図である。
【図４】中空部に冷却剤を入れた状態を示す図３相当の断面図である。
【符号の説明】
１０・・・・エンジン弁
１１・・・・弁面
１２・・・・弁体
１３・・・・弁杆
１４・・・・コッタ溝
１５・・・・端面
１６・・・・弁体部材
１７・・・・結合孔
１８・・・・ボス
１９・・・・蓋
２１・・・・弁杆部材
２３・・・・結合部
２５・・・・焼結型
２６・・・・支持孔
【図１】
2004340050.tif 000003
【図２】
2004340050.tif 000004
【図３】
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【図４】
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