JPH0718325B2 - セラミツク製バルブ - Google Patents
セラミツク製バルブInfo
- Publication number
- JPH0718325B2 JPH0718325B2 JP61207368A JP20736886A JPH0718325B2 JP H0718325 B2 JPH0718325 B2 JP H0718325B2 JP 61207368 A JP61207368 A JP 61207368A JP 20736886 A JP20736886 A JP 20736886A JP H0718325 B2 JPH0718325 B2 JP H0718325B2
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- Japan
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- valve
- ceramic
- ceramic valve
- stem
- whiskers
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、吸排気用のバルブをセラミックにより形成
したセラミック製バルブに関する。
したセラミック製バルブに関する。
［従来の技術］ 近年、内燃機関は高回転・高出力になってきており、軽
量で耐熱性にすぐれた窒化珪素等のセラミックで作るこ
とが提案されている。
量で耐熱性にすぐれた窒化珪素等のセラミックで作るこ
とが提案されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 窒化珪素等のセラミックは脆性材料であり、高回転にお
いてバルブがバウンジングおよびジャンピング等した場
合、第７図のＡあるいはＢの位置で径方向にたちまち破
損することがあった。また長期間の使用によってシリン
ダーヘッドが変形してＣの位置で破損することがあっ
た。
いてバルブがバウンジングおよびジャンピング等した場
合、第７図のＡあるいはＢの位置で径方向にたちまち破
損することがあった。また長期間の使用によってシリン
ダーヘッドが変形してＣの位置で破損することがあっ
た。
［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決するために本発明のセラミック製バ
ルブはエンジン燃焼室内の吸気または排気を行なうSi3N
4焼結体からなるセラミック製バルブにおいて、前記バ
ルブは、Si3N4粉にセラミック材製のファイバーもしく
はウィスカーなどの補強部材を５〜20重量％添加し混合
した造粒粉を、射出成形により形成して前記補強部材が
少なくとも軸方向に沿うように配設する構成を技術的手
段として採用した。
ルブはエンジン燃焼室内の吸気または排気を行なうSi3N
4焼結体からなるセラミック製バルブにおいて、前記バ
ルブは、Si3N4粉にセラミック材製のファイバーもしく
はウィスカーなどの補強部材を５〜20重量％添加し混合
した造粒粉を、射出成形により形成して前記補強部材が
少なくとも軸方向に沿うように配設する構成を技術的手
段として採用した。
また、本発明は、前記ファイバーもしくはウィスカーな
どの補強部材は前記バルブの表面側に位置していること
を特徴とする技術的手段のセラミック製バルブを実施態
様として採用する。
どの補強部材は前記バルブの表面側に位置していること
を特徴とする技術的手段のセラミック製バルブを実施態
様として採用する。
［作用および発明の効果］ 上記のように構成したこの発明によれば、軽量で耐熱性
にすぐれたセラミックバルブの信頼性が高くなり、この
バルブを使用して、エンジンとのマッチングを図ること
により、低燃費、高出力、低騒音等、高性能なエンジン
を作ることができる。またこの発明はピストンピン、コ
ンロッド等軽量化を目的にセラミックで作ることを提案
されているため他の部品への応用もできる。バルブが破
損する限界バウンジング量およびジャンピング量が大き
くなり、セラミックバルブのステムの径方向の破断強度
が増した。また、長期間使用しシリンダーヘッドが変形
することによるステムの弁体との結合部の破損に対する
強度が増した。
にすぐれたセラミックバルブの信頼性が高くなり、この
バルブを使用して、エンジンとのマッチングを図ること
により、低燃費、高出力、低騒音等、高性能なエンジン
を作ることができる。またこの発明はピストンピン、コ
ンロッド等軽量化を目的にセラミックで作ることを提案
されているため他の部品への応用もできる。バルブが破
損する限界バウンジング量およびジャンピング量が大き
くなり、セラミックバルブのステムの径方向の破断強度
が増した。また、長期間使用しシリンダーヘッドが変形
することによるステムの弁体との結合部の破損に対する
強度が増した。
［実施例］ 以下まずこの発明の各実施例を各図面を参照して説明す
る。
る。
まず、第１図に示す第１実施例において、１は後述する
エンジン燃焼室の排気用のバルブで、弁体1aと円柱状の
ステム1bとから成っている。このバルブ１のステム1bに
は上端部に位置する環状の溝２が形成されている。３は
金属製のコッタで、これは第２図にもみられるように、
断面円弧状の楔式で二分割形の外抱式になっており全体
的に円筒状を成している。このようなコッタ３はバルブ
１のステム1bに装着され、内周面には溝２内に位置する
断面半円状の突条部3aが周方向に沿って一体に形成され
ている。４はコッタ３の外周面に嵌合された例えば窒化
珪素等のセラミックあるいは金属からなるリテーナー
で、これは内部を装着穴とする環状部4aと鍔部4bとから
なり、環状部4aの内周面はコッタ３外周面とは逆方向に
テーパーが形成されている。
エンジン燃焼室の排気用のバルブで、弁体1aと円柱状の
ステム1bとから成っている。このバルブ１のステム1bに
は上端部に位置する環状の溝２が形成されている。３は
金属製のコッタで、これは第２図にもみられるように、
断面円弧状の楔式で二分割形の外抱式になっており全体
的に円筒状を成している。このようなコッタ３はバルブ
１のステム1bに装着され、内周面には溝２内に位置する
断面半円状の突条部3aが周方向に沿って一体に形成され
ている。４はコッタ３の外周面に嵌合された例えば窒化
珪素等のセラミックあるいは金属からなるリテーナー
で、これは内部を装着穴とする環状部4aと鍔部4bとから
なり、環状部4aの内周面はコッタ３外周面とは逆方向に
テーパーが形成されている。
さてバルブ１には、軽量で耐熱性にすぐれたSi3N4を主
成分とするセラミックの中にSiC等のウィスカーもしく
はファイバー50を５〜20wt％入れ、しかも軸方向に配列
させることにより、高強度・高靱性なセラミックにする
（第１図参照）。
成分とするセラミックの中にSiC等のウィスカーもしく
はファイバー50を５〜20wt％入れ、しかも軸方向に配列
させることにより、高強度・高靱性なセラミックにする
（第１図参照）。
ウィスカーもしくはファイバー50は第５図に示すように
バルブ１の軸方向に表面1c近くだけ配列させても、強靱
化に対して十分な効果が得られる。またウィスカーもし
くはファイバーは射出成形によりバルブを成形すること
により容易に軸方向に配列させることができる。
バルブ１の軸方向に表面1c近くだけ配列させても、強靱
化に対して十分な効果が得られる。またウィスカーもし
くはファイバーは射出成形によりバルブを成形すること
により容易に軸方向に配列させることができる。
このように構成した背景には従来のセラミックを用い
て、バルブのステム径を大きくしたり、傘裏のアールを
大きくし、肉盛りする等の方法が考えられるが、セラミ
ックバルブの軽量化による効果を減少させるばなりでな
く、吸・排気通路を狭くするため、こらの方法はできる
だけとりたくないという事情がある。
て、バルブのステム径を大きくしたり、傘裏のアールを
大きくし、肉盛りする等の方法が考えられるが、セラミ
ックバルブの軽量化による効果を減少させるばなりでな
く、吸・排気通路を狭くするため、こらの方法はできる
だけとりたくないという事情がある。
このような構成を有するバルブ１は第４図に示すように
エンジンのシリンダヘッド５に取付けられている。この
バルブ１とシリンダヘッド５との間にはバルブスプリン
グ６が設けられており、このスプリング６によりバルブ
１は軸方向に上方に付勢され弁体1aはバルブシート７を
介して排気路８を気密に閉鎖している。このときバルブ
スプリング６の上記の方向の付勢の状態の態様によりリ
テーナー４の有するテーパによりリテーナー４がコッタ
３にいわゆる楔効果で当接し、ひいてはコッタ３を介し
てステム1bの外周面に強固に当接することになる。
エンジンのシリンダヘッド５に取付けられている。この
バルブ１とシリンダヘッド５との間にはバルブスプリン
グ６が設けられており、このスプリング６によりバルブ
１は軸方向に上方に付勢され弁体1aはバルブシート７を
介して排気路８を気密に閉鎖している。このときバルブ
スプリング６の上記の方向の付勢の状態の態様によりリ
テーナー４の有するテーパによりリテーナー４がコッタ
３にいわゆる楔効果で当接し、ひいてはコッタ３を介し
てステム1bの外周面に強固に当接することになる。
しかしエンジンの作動時にはバルブ１は軸方向に上下に
変位して弁体1aのバルブシート７に対する係脱を繰り返
して排気路８を交互に開閉する。
変位して弁体1aのバルブシート７に対する係脱を繰り返
して排気路８を交互に開閉する。
つぎにバルブ１の製造方法についてのべる。
実施例（１） Si3N4に10wt％Y2O3と6wt％Al2O3焼結助剤を加え、さら
に30wt％までのSiCウィスカー（太さ0.4μｍ、長さ30μ
ｍ）を添加し湿式にて混合後噴霧乾燥によって乾燥造粒
粉を得た。この造粒粉に対し射出成形用バインダーを加
え、混合後射出成形により所定形状のバルブ生成形体を
作成した。成形バインダーを脱脂後、70atmの加圧窒素
中750℃4hrsで焼成しSiCウィスカーが軸方向に整列した
軸径6mmの緻密質Si3N4基セラミックバルブを得た。
に30wt％までのSiCウィスカー（太さ0.4μｍ、長さ30μ
ｍ）を添加し湿式にて混合後噴霧乾燥によって乾燥造粒
粉を得た。この造粒粉に対し射出成形用バインダーを加
え、混合後射出成形により所定形状のバルブ生成形体を
作成した。成形バインダーを脱脂後、70atmの加圧窒素
中750℃4hrsで焼成しSiCウィスカーが軸方向に整列した
軸径6mmの緻密質Si3N4基セラミックバルブを得た。
また比較のためラバープレス成形法により同組成の成形
体も作成し同条件にて焼結した。本焼結体のSiCウィス
カーは方向性が認められず均一分散していた。
体も作成し同条件にて焼結した。本焼結体のSiCウィス
カーは方向性が認められず均一分散していた。
このようにして得られたセラミックバルブを下記の条件
にて実機評価した。結果を表１に示す。（サイクルとし
ては第６図に示すように設定している）。
にて実機評価した。結果を表１に示す。（サイクルとし
ては第６図に示すように設定している）。
実験方法 アイドリング無負荷全開 ７秒 ５秒 実施例（２） 実施例（１）と同様にして射出成形用素地を用意した。
ついで２色成形法を用い内側にSiCウィスカーの含まな
い素地、外側にSiCウィスカーを添加した素地を配置
後、両素地を同時に射出成形し表面近傍のみSiCウィス
カーを含む生成形体を得た。実施例（１）と同様にして
脱脂・焼成を行い緻密質Si3N4基セラミックバルブを得
た。得られた焼結体は第５図にみられるように表面から
約1mmの厚さまで軸方向にSiCウィスカーが整列している
ことが確認された。このようにして得られたセラミック
バルブについても実施例（１）と同様の条件で実機評価
した。結果を表２に示す。
ついで２色成形法を用い内側にSiCウィスカーの含まな
い素地、外側にSiCウィスカーを添加した素地を配置
後、両素地を同時に射出成形し表面近傍のみSiCウィス
カーを含む生成形体を得た。実施例（１）と同様にして
脱脂・焼成を行い緻密質Si3N4基セラミックバルブを得
た。得られた焼結体は第５図にみられるように表面から
約1mmの厚さまで軸方向にSiCウィスカーが整列している
ことが確認された。このようにして得られたセラミック
バルブについても実施例（１）と同様の条件で実機評価
した。結果を表２に示す。
実施例（３） 実施例（１）と同様にして射出成形用素地を用意した。
まずSiCウィスカーを含まない素地を用いて射出成形し
所定形状より約1mmほど細めの径を有するバルブ生成形
体を作成した。ついで得られた生成形体を中子として射
出成形型の中央に配置し、SiCウィスカーを含む素地を
表面被覆するように射出成形を行った。引き続き脱脂・
焼成を行い軸径約6mmの緻密質Si3N4基セラミックバルブ
を得た。得られた焼結体は実施例（２）と同様表面から
約1mmの厚さまで軸方向にSiCウィスカーが整列している
ことが確認された。このようにして得られたセラミック
バルブについても実施例（１）と同様の条件で実機評価
した。結果を表３に示す。
まずSiCウィスカーを含まない素地を用いて射出成形し
所定形状より約1mmほど細めの径を有するバルブ生成形
体を作成した。ついで得られた生成形体を中子として射
出成形型の中央に配置し、SiCウィスカーを含む素地を
表面被覆するように射出成形を行った。引き続き脱脂・
焼成を行い軸径約6mmの緻密質Si3N4基セラミックバルブ
を得た。得られた焼結体は実施例（２）と同様表面から
約1mmの厚さまで軸方向にSiCウィスカーが整列している
ことが確認された。このようにして得られたセラミック
バルブについても実施例（１）と同様の条件で実機評価
した。結果を表３に示す。
以上のような好結果を得ることになったが、従来窒化珪
素セラミックバルブを作成し実機に供した場合、第７図
に示すような部位（ハッチング部分）にて軸方向に対し
て垂直方向に破断することがあった。この破壊抵抗を増
し信頼性を向上するためSiC繊維による複合化を試み
た。最初にラバープレス法により成形し、焼結を試みた
が繊維が３次元的に均一分散しているため垂直方向破断
に対する抵抗となり得る有効量は実質的に添加量の1/3
〜1/5程度となるため充分にその効果を発揮するために
は20wt％より多いSiC繊維を必要とし、常圧焼結や加圧
雰囲気焼結やHIP焼結による焼結が困難であった。一方
射出成形法では軸方向に繊維が整列するため添加量すべ
てが有効に作用しおよそ５〜20％でその効果が発揮でき
ることがわかった。
素セラミックバルブを作成し実機に供した場合、第７図
に示すような部位（ハッチング部分）にて軸方向に対し
て垂直方向に破断することがあった。この破壊抵抗を増
し信頼性を向上するためSiC繊維による複合化を試み
た。最初にラバープレス法により成形し、焼結を試みた
が繊維が３次元的に均一分散しているため垂直方向破断
に対する抵抗となり得る有効量は実質的に添加量の1/3
〜1/5程度となるため充分にその効果を発揮するために
は20wt％より多いSiC繊維を必要とし、常圧焼結や加圧
雰囲気焼結やHIP焼結による焼結が困難であった。一方
射出成形法では軸方向に繊維が整列するため添加量すべ
てが有効に作用しおよそ５〜20％でその効果が発揮でき
ることがわかった。
ここでSiC繊維の添加量は５％未満ではその効果がなく2
0wt％より多い焼結性が悪くなるため望ましくない。
0wt％より多い焼結性が悪くなるため望ましくない。
また破壊はおおむね表面から生ずるため、SiC繊維ばバ
ルブの表面近くだけ配列させても強靱化に対して十分な
効果が得られる。またバルブにはバルブ下面にて異物の
かみこみによるチッピング等も考えられ軸端からバルブ
シート面まで強化されていることが望ましい。
ルブの表面近くだけ配列させても強靱化に対して十分な
効果が得られる。またバルブにはバルブ下面にて異物の
かみこみによるチッピング等も考えられ軸端からバルブ
シート面まで強化されていることが望ましい。
つぎに、バルブがエンジンに適用された構成について以
下のとおり補足説明を行う。
下のとおり補足説明を行う。
９はバルブ１のステム1bを挿通する管状のバルブガイ
ド、10はシャフト11に連結されたカム、12はカム10が上
端から当接するスイングアームで、これの一端はステム
1bの上端に当接し他端は球面支点部に支持されている。
14は吸気用のバルブで、これは吸気路15をバルブシート
16を介して開閉する機能を有し、排気用のバルブ１と同
様に構成されている。17はバルブガイド、18はバルブス
プリング、19はスイングアームで、これの一端はバルブ
14の上端に当接し他端は球面支点部20に支持されてい
る。21はシャフト22に連結されたカムで、これはスイン
グアーム19に当接している。23はシリンダブロック、24
はシリンダブロック23内を上下運動するためのピストン
である。
ド、10はシャフト11に連結されたカム、12はカム10が上
端から当接するスイングアームで、これの一端はステム
1bの上端に当接し他端は球面支点部に支持されている。
14は吸気用のバルブで、これは吸気路15をバルブシート
16を介して開閉する機能を有し、排気用のバルブ１と同
様に構成されている。17はバルブガイド、18はバルブス
プリング、19はスイングアームで、これの一端はバルブ
14の上端に当接し他端は球面支点部20に支持されてい
る。21はシャフト22に連結されたカムで、これはスイン
グアーム19に当接している。23はシリンダブロック、24
はシリンダブロック23内を上下運動するためのピストン
である。
なお、上記各実施例ではコッタの突条部を断面半円状に
形成したが、この形状に囚われず例えば矩形状など任意
の形状に形成してもよい。この場合にはバルブステムに
おける溝の断面形状も突条部に対応するものとなること
は勿論である。
形成したが、この形状に囚われず例えば矩形状など任意
の形状に形成してもよい。この場合にはバルブステムに
おける溝の断面形状も突条部に対応するものとなること
は勿論である。
その他、事細かにいうならば、具体的かつ実際的に実施
するにあたっては、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できるものであることは言うを待たないものであ
る。
するにあたっては、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できるものであることは言うを待たないものであ
る。
第１図ないし第４図は、この発明の第１実施例を示し、
第１図はその縦断面図、第２図はコッタの縦断面図、第
３図はリテーナーの断面図、第４図はエンジンに適用し
た要部縦断面図、第５図はこの発明の第２実施例を示す
縦断面図、第６図は説明図、第７図は従来説明図であ
る。 図中 １……バルブ、ｂ……ステム、1a……弁体、２…
…溝、３……コッタ、3a……突条部、４……リテーナ
ー、50……ウィスカーあるいはファイバー
第１図はその縦断面図、第２図はコッタの縦断面図、第
３図はリテーナーの断面図、第４図はエンジンに適用し
た要部縦断面図、第５図はこの発明の第２実施例を示す
縦断面図、第６図は説明図、第７図は従来説明図であ
る。 図中 １……バルブ、ｂ……ステム、1a……弁体、２…
…溝、３……コッタ、3a……突条部、４……リテーナ
ー、50……ウィスカーあるいはファイバー
Claims (2)
- 【請求項１】エンジン燃焼室内の吸気または排気を行な
うSi3N4焼結体からなるセラミック製バルブにおいて、 前記バルブは、Si3N4粉にセラミック材製のファイバー
もしくはウィスカーなどの補強部材を５〜20重量％添加
し混合した造粒粉を、射出成形により形成して前記補強
部材が少なくとも軸方向に沿うように配設したことを特
徴とするセラミック製バルブ。 - 【請求項２】前記ファイバーもしくはウィスカーなどの
補強部材は前記バルブの表面側に位置していることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミック製バル
ブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61207368A JPH0718325B2 (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | セラミツク製バルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61207368A JPH0718325B2 (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | セラミツク製バルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6361705A JPS6361705A (ja) | 1988-03-17 |
| JPH0718325B2 true JPH0718325B2 (ja) | 1995-03-01 |
Family
ID=16538572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61207368A Expired - Lifetime JPH0718325B2 (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | セラミツク製バルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0718325B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2526651B2 (ja) * | 1988-12-22 | 1996-08-21 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| JPH0287911U (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-12 | ||
| US6428252B1 (en) * | 1997-04-02 | 2002-08-06 | Tino Oldani | Method for machining |
| JP2007027040A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Fujikura Ltd | 電気ケーブル |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5623507A (en) * | 1979-08-02 | 1981-03-05 | Toshiba Corp | Exhaust valve |
| JPS59128273A (ja) * | 1982-12-30 | 1984-07-24 | 三菱重工業株式会社 | 複合セラミツク |
-
1986
- 1986-09-03 JP JP61207368A patent/JPH0718325B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6361705A (ja) | 1988-03-17 |
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