JP2000292331A - セラミックス製エンジンバルブの強度試験方法及び強度試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度を調べようとする部位以外の部位に不要
な応力を発生させたり、試験中に付加応力を変動させた
りすることなく試験できるとともに、試験装置へのセッ
トに時間がかからず、セット時にヘッド部のバルブフェ
ース面に傷を発生させないようなセラミックス製エンジ
ンバルブの強度試験方法を提供する。 【解決手段】 セラミックス製エンジンバルブ１のコッ
タ締め付け部のみを、回転駆動系に接続された主軸７の
一端部に当該主軸７と同軸的に締め付け保持するととも
に、その締め付け保持部から一定のスパン距離だけ離れ
たステム部５を回転可能に保持し、主軸７を回転させて
バルブ１にその軸線を中心とした回転を与えながら、前
記の締め付け保持部から一定のスパン距離だけ離れたス
テム部５において、ステム部５の軸方向と垂直方向の荷
重を加えることにより、コッタ締め付け部の強度を試験
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、セラミックス製
エンジンバルブの強度試験方法とそれに使用する強度試
験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 エンジン用バルブは、高温のシリンダ
内燃焼ガスや排気ガスにさらされ、かつ、シリンダ内
圧、慣性力、衝撃力に耐える必要があるため、従来は耐
熱合金を使用して作製されてきた。近年、この耐熱合金
の代わりに耐熱合金より軽量で耐熱性に優れる窒化珪素
等のセラミックスでバルブを作製する試みがなされてい
る。エンジン用バルブは高速の往復運動をする部品であ
り、これをセラミックスで作製することにより重量を軽
減すれば、機械損失の低減、エンジン回転数の向上、エ
ンジン騒音低減等のメリットが得られる。

【０００３】 しかしながら、セラミックスは金属に比
較して延性が乏しく、微小な欠陥が存在する部分に過大
な応力がかかると、その欠陥を起点とした亀裂が伸展
し、破壊に至る。欠陥が大きいほど欠陥の端部での局所
的な集中応力は大きくなるため、発生応力が大きい部分
ほど許容される欠陥サイズは小さくなる。

【０００４】 発生応力が小さい部分については、超音
波探傷、透過Ｘ線等の非破壊の欠陥検査により大きな欠
陥が無いことを確認することでバルブの強度信頼性を保
証することが可能であるが、コッタを取り付けるために
ステム部の端部付近に設けられたコッタ溝部及びコッタ
溝部よりヘッド部側にあってコッタによって締め付けら
れるコッタ締め付け部等、発生応力の大きな部分につい
ては許容される欠陥サイズが小さいため、非破壊検査に
よる欠陥検査のみでは不十分である。

【０００５】 そこで、前記のような発生応力の大きな
部分に対しては、非破壊検査による欠陥検査に代わる方
法として、実際にそれらの部分に一定の応力を発生させ
る荷重試験を実施し、その応力レベルで破壊しないこと
を確認するいわゆるプルーフ試験を行うことが提案され
ている。

【０００６】 プルーフ試験の方法としては、実際に使
用されるときと同じようにステム部にコッタを装着し、
ヘッド部とコッタに反対方向の軸力を加えて引張試験を
行う方法や、保持治具にてヘッド部とステム部の端部と
を回転可能に保持し、バルブを回転させながらステム部
にほぼ垂直に荷重を加える方法（回転曲げ試験）等が提
案されている（特開平３−１３８４２号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、引張
試験による方法は、部品の装着や、試験装置へのバルブ
のセットに時間がかかるため、生産品の検査を行うには
不適当である。また、従来の回転曲げ試験では、実際の
使用時に最も応力のかかるコッタ締め付け部を試験しよ
うとして応力を発生させようとすると、コッタ溝部にそ
れと同等又はそれ以上の応力が発生してしまうため、コ
ッタ溝部に対して過剰な試験を行ってしまうことになる
という問題があった。

【０００８】 更に、この回転曲げ試験では、ステム部
の端部の保持に、当該端部を保持治具に挿入するだけの
保持方法を採っているが、この保持方法では、保持治具
とステム部との間にクリアランスを設けておく必要があ
り、また、短い区間で保持する必要があるため、ステム
部が保持治具内で傾いてしまい、回転中に付加応力が変
動してしまう要因となっていた。更にまた、この回転曲
げ試験において、ヘッド部の保持には、ネジ等を利用し
てヘッド部をはさみ込み保持する方法がとられていた
が、試験装置へのセットに多大の時間を要するととも
に、ヘッド部のバルブフェース面に傷を発生させる危険
もあった。

【０００９】 本発明は、このような従来の事情に鑑み
てなされたものであって、バルブの使用時に大きな応力
が発生するコッタ締め付け部とコッタ溝部とについての
強度試験（回転曲げ試験）を実施するに当たり、強度を
調べようとする当該部位以外の部位に不要な応力を発生
させたり、試験中に付加応力を変動させたりすることな
く試験できるとともに、試験装置へのセットに時間がか
からず、セット時にヘッド部のバルブフェース面に傷を
発生させないようなセラミックス製エンジンバルブの強
度試験方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、このような強度試験を好適に実施することができる
強度試験装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 本発明によれば、傘状
のヘッド部と棒状のステム部とを有するセラミックス製
エンジンバルブの強度試験方法であって、コッタを取り
付けるために前記ステム部の端部付近に設けられたコッ
タ溝部よりヘッド部側にあってコッタにより締め付けら
れるコッタ締め付け部のみを、回転駆動系に接続された
主軸の一端部に当該主軸と同軸的に締め付け保持すると
ともに、その締め付け保持部から一定のスパン距離だけ
離れたステム部を回転可能に保持し、前記主軸を回転さ
せてバルブにその軸線を中心とした回転を与えながら、
前記の締め付け保持部から一定のスパン距離だけ離れた
ステム部において、ステム部の軸方向と垂直方向の荷重
を加えることにより、前記コッタ締め付け部の強度を試
験することを特徴とするセラミックス製エンジンバルブ
の強度試験方法（第一の強度試験方法）、が提供され
る。

【００１１】 また、本発明によれば、傘状のヘッド部
と棒状のステム部とを有するセラミックス製エンジンバ
ルブの強度試験方法であって、コッタを取り付けるため
に前記ステム部の端部付近に設けられたコッタ溝部より
ステム部端部側の部分のみを、回転駆動系に接続された
主軸の一端部に当該主軸と同軸的に締め付け保持すると
ともに、その締め付け保持部から一定のスパン距離だけ
離れたステム部を回転可能に保持し、前記主軸を回転さ
せてバルブにその軸線を中心とした回転を与えながら、
前記の締め付け保持部から一定のスパン距離だけ離れた
ステム部において、ステム部の軸方向と垂直方向の荷重
を加えることにより、前記コッタ溝部の強度を試験する
ことを特徴とするセラミックス製エンジンバルブの強度
試験方法（第二の強度試験方法）、が提供される。

【００１２】 更に、本発明によれば、一端にテーパ状
の穴を有し、他端はユニバーサルジョイントを介して回
転駆動系に接続され、軸周りに回転可能に保持された主
軸と、当該主軸のテーパ状の穴に挿入されたコレット及
びその内側に装着されたインナーコレットによりコッタ
締め付け部のみを締め付け保持されたセラミックス製エ
ンジンバルブのステム部を回転可能に保持しつつ、その
軸方向と垂直方向の荷重を加えることが可能な荷重付加
手段とを備えたセラミックス製エンジンバルブの強度試
験装置であって、前記コレットは、前記主軸のテーパ状
の穴と同等のテーパ円錐面を外周に持ち、かつ、外周か
らの径方向の力により内径が小さくなる方向に弾性変形
が可能であり、前記インナーコレットは、バルブのステ
ム部のコッタ締め付け部のみと接触してこれを保持でき
るような内周形状を持ち、かつ外周からの径方向の力に
より内径が小さくなる方向に弾性変形が可能であること
を特徴とするセラミックス製エンジンバルブの強度試験
装置（第一の強度試験装置）、が提供される。

【００１３】 更にまた、本発明によれば、一端にテー
パ状の穴を有し、他端はユニバーサルジョイントを介し
て回転駆動系に接続され、軸周りに回転可能に保持され
た主軸と、当該主軸のテーパ状の穴に挿入されたコレッ
ト及びその内側に装着されたインナーコレットによりス
テム部端部付近を締め付け保持されたセラミックス製エ
ンジンバルブのステム部を回転可能に保持しつつ、その
軸方向と垂直方向の荷重を加えることが可能な荷重付加
手段とを備えたセラミックス製エンジンバルブの強度試
験装置であって、前記コレットは、前記主軸のテーパ状
の穴と同等のテーパ円錐面を外周に持ち、かつ、外周か
らの径方向の力により内径が小さくなる方向に弾性変形
が可能であり、前記インナーコレットは、バルブのステ
ム部に設けられたコッタ溝よりステム部端部側の部分の
みと接触してこれを保持できるような内周形状を持ち、
かつ外周からの径方向の力により内径が小さくなる方向
に弾性変形が可能であることを特徴とするセラミックス
製エンジンバルブの強度試験装置（第二の強度試験装
置）、が提供される。

【００１４】

【発明の実施の形態】 図５はエンジンに装備されたセ
ラミックス製エンジンバルブの概要図である。セラミッ
クス製エンジンバルブ１は、バルブシート５１に接する
傘状のヘッド部３とガイド５３により支持される棒状の
ステム部５とから構成される。ステム部５はその端部
（ステムエンド）付近に、リテーナー５５内に嵌装され
るコッタ５７を取り付けるために設けられたコッタ溝部
５ａを有し、このコッタ溝部５ａと、コッタ溝部５ａよ
り下方（ヘッド部３側）にあってコッタ５７により締め
付けられるコッタ締め付け部５ｂとに大きな応力が発生
する。

【００１５】 本発明の第一の強度試験方法は、この大
きな応力が発生する２つの部分のうち、コッタ締め付け
部５ｂの強度を調べるものである。この方法は、前記の
コッタ締め付け部５ｂのみを、回転駆動系に接続された
主軸の一端部に当該主軸と同軸的に締め付け保持すると
ともに、その締め付け保持部から一定のスパン距離だけ
離れたステム部を回転可能に保持し、主軸を回転させて
バルブにその軸線を中心とした回転を与えながら、前記
の締め付け保持部から一定のスパン距離だけ離れたステ
ム部において、ステム部の軸方向と垂直方向の荷重を加
えることにより実施される。

【００１６】 第一の強度試験方法は、図１に示すよう
な構成を有する強度試験装置により実施することができ
る。この装置（第一の強度試験装置）は、一端にテーパ
状の穴９を有し、他端はユニバーサルジョイント１１を
介して電気モーター１３等の回転駆動系に接続され、ベ
アリング１５等により軸周りに回転可能に保持された主
軸７を備える。また、当該装置は、この主軸７のテーパ
状の穴９に挿入されたコレット２７及びその内側に装着
されたインナーコレット３１によりステム部５の端部付
近を締め付け保持されたセラミックス製エンジンバルブ
１のステム部５を回転可能に保持しつつ、その軸方向と
垂直方向の荷重を加えることが可能な荷重付加手段１６
を備える。

【００１７】 荷重付加手段１６は、エアシリンダー１
７と、エアシリンダー１７上に設けられたロードセル１
９と、ロードセル１９の上部に固定され、内周部に挿入
されたセラミックス製エンジンバルブ１のステム部５を
回転可能に保持するベアリング２１とで構成されてい
る。この荷重付加手段１６においては、エアシリンダー
１７の供給圧力調整弁にて、エアーの圧力を調整するこ
とにより、セラミックス製エンジンバルブ１に対する付
加荷重をコントロールすることができる。また、エアシ
リンダー１７への圧力供給通路の絞り量を調整すること
により、荷重の立ち上がり速度をコントロールすること
ができる。

【００１８】 また、図１に示す荷重付加手段１６の代
わりに、図６のような荷重付加手段を採用することがで
きる。図６はセラミックス製エンジンバルブへの荷重付
加手段の他の実施例を示す概略図である。この荷重付加
手段はてこ・分銅方式と云えるもので、図６において、
把持部４０がセラミックス製エンジンバルブ１のステム
部５の端部を回転可能に把持するとともに、把持部４０
から一定距離だけ離れたステム部５の所定部分に、その
軸方向と垂直方向に荷重を印加する荷重印加部４１を備
える。そして、荷重印加部４１は、分銅による重力作用
部４２と、荷重部４３と、支点４４とで構成されてい
る。

【００１９】 図６のような荷重付加手段によれば、て
こ比を大きく取ることにより作用させる重力を極力低減
することができる。また、重力作用点と荷重点が同一点
でなく、分離するため、エンジンバルブ１を押す側のみ
に機構が存在することになり、図１のように、ベアリン
グ２１にエンジンバルブ１を通すという作業が不要とな
ると同時に自動化などの設計の自由度が増加する。さら
に、安全機構４５やオン−オフ機構４６を重力作用部４
２の下方に配置すると、過剰な荷重の作用を防止し、ま
た小さな力で荷重印加を制御することができる。また、
バルブ破壊の際のエネルギーは重力を極力低減できるこ
とから減少し、安全上からも優れている。

【００２０】 主軸７と電気モーター１３等の回転駆動
系とは、図１中の矢印方向にスライド可能な台座２３上
に設けられており、この台座２３をスライドさせて重量
付加手段１６との距離を調整することにより、主軸７に
保持されたセラミックス製エンジンバルブ１のステム部
５の任意の位置より、その軸に垂直方向の荷重を付加す
ることができる。

【００２１】 主軸７のテーパ状の穴９に挿入されたコ
レット２７は、この穴９と同等のテーパ円錐面を外周に
持つ。また、コレット２７は、図２のようにスリット２
９を形成する等の手段により、外周からの径方向の力に
より内径が小さくなる方向に弾性変形が可能な構造を有
する。

【００２２】 コレット２７の内側に装着されたインナ
ーコレット３１は、ステム部５のコッタ締め付け部５ｂ
のみと接触してこれを保持できるような内周形状を持
つ。具体的には、図３に示すように、インナーコレット
３１は、コッタ締め付け部５ｂの幅とほぼ同等の幅Ｗを
持つ内径が狭められた締め付け保持部３３を有する。そ
して、締め付け保持部３３の両側の部分は、締め付け保
持部３３でステム部５のコッタ締め付け部５ｂを保持し
た際に、その内径がステム部５の外径より大きくなっ
て、ステム部５との間にクリアランスが設けられるよう
にされている。

【００２３】 なお、締め付け保持部３３のステム部５
が挿入されてくる側の端部３３ａはＲ形状としておくこ
とが好ましく、これにより接触による過大応力がステム
部５に発生するのを防止できる。このインナーコレット
３１は、前記のコレット２７と同様にスリットを入れる
等の手段によって、外周からの径方向の力により内径が
小さくなる方向に弾性変形が可能な構造を有する。

【００２４】 したがって、図１のように、このインナ
ーコレット３１を前記のコレット２７の内側に装着し、
コレット２７の大径側端面を、ネジ２５等によって軸方
向に締め付けることにより力を加えると、コレット２７
の外周に径方向内側向きの力が加わって、コレット２７
の内径が小さくなる方向に弾性変形するとともに、その
内側のインナーコレット３１の外周にも径方向内側向き
の力が加わって、インナーコレット３１も内径が小さく
なる方向に弾性変形し、締め付け保持部３３がインナー
コレット３１内に挿入されたステム部５のコッタ締め付
け部５ｂのみを締め付け保持する。

【００２５】 このように、セラミックス製エンジンバ
ルブ１のステム部５のコッタ締め付け部５ｂのみをイン
ナーコレット３１及びコレット２７を介して主軸７に締
め付け保持するとともに、その締め付け保持部から一定
のスパン距離だけ離れたステム部５を荷重付加手段１６
のベアリング２１で回転可能に保持した状態とし、回転
駆動系により主軸７を回転させて、バルブ１にその軸線
を中心とした回転を与えながら、ベアリング２１に保持
されたステム部５の当該保持位置において、荷重付加手
段１６によりステム部５の軸方向と垂直方向の荷重を加
える。

【００２６】 この第一の強度試験方法では、所定の荷
重を加えながらセラミックス製エンジンバルブ１を１回
転以上回転させることにより、コッタ締め付け部５ｂの
全周にわたって、その表面に許容される欠陥サイズを超
えるような欠陥が存在するか否かを試験することができ
る。

【００２７】 また、この強度試験方法においては、セ
ラミックス製エンジンバルブ１に回転を付与する主軸７
に、強度を調べようとするコッタ締め付け部５ｂのみを
保持させるので、コッタ溝部５ａ等のコッタ締め付け部
５ｂ以外の部位には不要な応力を発生させることがな
い。更に、セラミックス製エンジンバルブ１の主軸７へ
の保持は、単にバルブを保持治具に挿入するだけでな
く、締め付け保持するので、バルブ１の回転中にステム
部５が保持治具（インナーコレット３１）内で傾いて付
加応力が変動するということがない。更にまた、バルブ
１のヘッド部３においては保持を行わないので、ヘッド
部３のフェース面等に傷を発生させることがなく、試験
装置へのバルブのセットも短時間で行うことができる。

【００２８】 本発明の第二の強度試験方法は、先述の
大きな応力が発生する２つの部分のうち、コッタ溝部５
ａの強度を調べるものである。この方法は、コッタ溝部
５ａよりステム部端部側の部分５ｃのみを、回転駆動系
に接続された主軸の一端部に当該主軸と同軸的に締め付
け保持するとともに、その締め付け保持部から一定のス
パン距離だけ離れたステム部を回転可能に保持し、主軸
を回転させてバルブにその軸線を中心とした回転を与え
ながら、前記の締め付け保持部から一定のスパン距離だ
け離れたステム部において、ステム部の軸方向と垂直方
向の荷重を加えることにより実施される。

【００２９】 この第二の強度試験方法に使用する装置
（第二の強度試験装置）も、その基本的な構造は図１に
示す前記第一の強度試験装置と同様であるが、インナー
コレットには、バルブ１のステム部５に設けられたコッ
タ溝部５ａよりステム部端部側の部分５ｃのみと接触し
てこれを保持できるような内周形状を持つものが用いら
れる。

【００３０】 具体的には、図４に示すように、インナ
ーコレット３５は、その内周の一部にコッタ溝部５ａよ
りステム部端部側の部分５ｃを締め付け保持する締め付
け保持部３７を有する。そして、この締め付け保持部３
７よりもステム部５が挿入されてくる開口部側にある部
分については、締め付け保持部３７でコッタ溝部５ａよ
りステム部端部側の部分５ｃを締め付け保持した際に、
その内径がステム部５の外径より大きくなって、ステム
部５との間にクリアランスが設けられるようにされてい
る。

【００３１】 なお、このインナーコレット３５も、前
記のコレット２７と同様にスリットを入れる等の手段に
よって、外周からの径方向の力により内径が小さくなる
方向に弾性変形が可能な構造を有する。

【００３２】 したがって、図１のように、このインナ
ーコレット３５を前記のコレット２７の内側に装着し、
コレット２７の大径側端面を、ネジ２５等によって軸方
向に締め付けることにより力を加えると、コレット２７
の外周に径方向内側向きの力が加わって、コレット２７
の内径が小さくなる方向に弾性変形するとともに、その
内側のインナーコレット３５の外周にも径方向内側向き
の力が加わって、インナーコレット３５も内径が小さく
なる方向に弾性変形し、締め付け保持部３７がインナー
コレット３５内に挿入されたステム部５のコッタ溝部５
ａよりステム部端部側の部分５ｃのみを締め付け保持す
る。

【００３３】 このように、セラミックス製エンジンバ
ルブ１のコッタ溝部５ａよりステム部端部側の部分５ｃ
のみをインナーコレット３５及びコレット２７を介して
主軸７に締め付け保持するとともに、その締め付け保持
部から一定のスパン距離だけ離れたステム部５を荷重付
加手段１６のベアリング２１で回転可能に保持した状態
とし、回転駆動系により主軸７を回転させて、バルブ１
にその軸線を中心とした回転を与えながら、ベアリング
２１に保持されたステム部５の当該保持位置において、
荷重付加手段１６によりステム部５の軸方向と垂直方向
の荷重を加える。

【００３４】 この第二の強度試験方法では、所定の荷
重を加えながらセラミックス製エンジンバルブ１を１回
転以上回転させることにより、コッタ溝部５ａの全周に
わたって、その表面に許容される欠陥サイズを超えるよ
うな欠陥が存在するか否かを試験することができる。

【００３５】 また、この強度試験方法においては、セ
ラミックス製エンジンバルブ１に回転を付与する主軸７
に、強度を調べようとするコッタ溝部５ａよりステム部
端部側の部分５ｃのみを保持させるので、コッタ溝部５
ａ以外の部位には不要な応力を発生させることがない。
更に、セラミックス製エンジンバルブ１の主軸７への保
持は、単にバルブを保持治具に挿入するだけでなく、締
め付け保持するので、バルブ１の回転中にステム部５が
保持治具（インナーコレット３５）内で傾いて付加応力
が変動するということがない。更にまた、バルブ１のヘ
ッド部３においては保持を行わないので、ヘッド部３の
フェース面等に傷を発生させることがなく、試験装置へ
のバルブのセットも短時間で行うことができる。

【００３６】 また、第二の強度試験方法において、セ
ラミックス製エンジンバルブ１のコッタ溝部５ａよりス
テム部端部側の部分５ｃが短く、例えば３ｍｍ未満の場
合には、この部分５ｃを緊密に保持することができず、
図８のように、保持治具（インナーコレット３５）の変
形によりバルブ１が滑り、大きく変位したり、さらには
バルブ１が保持治具から外れる場合がある。

【００３７】 そこで、このような場合には、図７に示
すように、特殊な把持機構を採用することが好ましい。
図７の把持機構６０は、コッタ溝部５ａの溝形状と相補
的な形状の凸部６１を有し、コッタ溝部５ａに嵌め込ま
れる中間半円筒治具６２ａ、６２ｂと、エンジンバルブ
１のステム部端部をヘッド部側に押す押圧治具６３と、
前記中間半円筒治具６２ａ、６２ｂを外周側から締めつ
ける外周締付治具６４とから構成されている。この把持
機構６０によれば、凸部６１をコッタ溝部５ａに嵌め込
んでこれを外周側から締め付けるため、ステム部端部側
の部分５ｃが短い場合でも、緊密な保持を達成すること
ができる。なお、押圧治具６３と外周締付治具６４の外
形状を先に説明したコレットと同形状とすることで、ネ
ジ２５に取り付けることができる。また、自動車用バル
ブの場合には、中間半円筒治具６２ａ、６２ｂとしてコ
ッタを併用することができる。

【００３８】 図９(a)(b)は、更に作業性が向上した別
の把持機構を示す断面概略図である。上記の把持機構６
０では、外周締付治具６４は中間半円筒治具６２ａ、６
２ｂを図上、左側から押さえる必要があるが、これらの
治具はリング形状であるため、中間半円筒治具６２ａ、
６２ｂを装着する前に予めバルブ１に通さなければなら
ない。また、中間半円筒治具６２ａ、６２ｂをコッタ溝
部５ａに嵌め込み、外周締付治具６４と組み合わせる作
業も煩雑である。

【００３９】 この点を改良するため、図９(a)(b)の把
持機構７０は、図７に示す外周締付治具６４を２分割
し、かつ中間半円筒治具６２ａ、６２ｂを各外周締付治
具に固定したものである。すなわち、把持機構７０は、
中間半円筒治具７２ａ，７２ｂをそれぞれ固定してなる
２つの外周締付治具７４ａ，７４ｂと、エンジンバルブ
１のステム部端部をヘッド部側に押す押圧治具７３とか
ら構成されており、このような構成とすることにより、
２分割された外周締付治具７４ａ，７４ｂをコッタ溝部
５ａに取り付けるのみの作業となる。さらに、把持機構
７０の外周締付治具７４ａ，７４ｂを押さえ込むネジ２
５に代えて、図９(a)(b)に示すように、ベアリング７５
付きの押さえ板７７を用い、外周側から例えば空圧によ
り押さえつけることが好ましい。こうすることにより、
エンジンバルブの把持機構への着脱機構が簡素化され、
迅速且つ簡便な取り付けを実現することができる。

【００４０】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、セラミックス製エンジンバルブの使用時に大きな応
力が発生するコッタ締め付け部とコッタ溝部とについて
の強度試験（回転曲げ試験）を実施するに当たり、強度
を調べようとする当該部位以外の部位に不要な応力を発
生させたり、試験中に付加応力を変動させたりすること
なく強度試験することができる。また、試験装置へのバ
ルブのセットが短時間で行えるとともに、セット時にヘ
ッド部のバルブフェース面等に傷を発生させることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の強度試験装置の概要図である。

【図２】 本発明の強度試験装置に使用されるコレット
の構造を示す斜視概要図である。

【図３】 本発明の強度試験装置（第一の強度試験装
置）に使用されるインナーコレットの構造を示す断面概
要図である。

【図４】 本発明の強度試験装置（第二の強度試験装
置）に使用されるインナーコレットの構造を示す断面図
である。

【図５】 エンジンに装備されたセラミックス製エンジ
ンバルブの概要図である。

【図６】 セラミックス製エンジンバルブへの荷重付加
手段の他の実施例を示す概略図である。

【図７】 本発明の強度試験装置に用いる特殊な把持機
構を示す断面図である。

【図８】 セラミックス製エンジンバルブが変位した状
態を示す説明図である。

【図９】 更に作業性が向上した別の把持機構を示す断
面概略図で、(a)は取付後評価時、(b)は取付時をそれぞ
れ示す。

【符号の説明】

１…セラミックス製エンジンバルブ、３…ヘッド部、５
…ステム部、５ａ…コッタ溝部、５ｂ…コッタ締め付け
部、５ｃ…コッタ溝部よりステム部端部側の部分、７…
主軸、９…テーパ状の穴、１１…ユニバーサルジョイン
ト、１３…電気モーター、１５…ベアリング、１７…エ
アシリンダー、１９…ロードセル、２１…ベアリング、
２３…台座、２５…ネジ、２７…コレット、２９…スリ
ット、３１…インナーコレット、３３…締め付け保持
部、３５…インナーコレット、３７…締め付け保持部、
４０…把持部、４１…荷重印加部、４２…重力作用部、
４３…荷重部、４４…支点、４５…安全機構、４６…オ
ン−オフ機構、５１…バルブシート、５３…ガイド、５
５…リテーナー、５７…コッタ、６０…把持機構、６１
…凸部、６２ａ，６２ｂ…中間半円筒治具、６３…押圧
治具、６４…外周締付治具、７０…把持機構、７２ａ，
７２ｂ…中間半円筒治具、７３…押圧治具、７４ａ，７
４ｂ…外周締付治具、７５…ベアリング、７７…押さえ
板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 傘状のヘッド部と棒状のステム部とを有
   するセラミックス製エンジンバルブの強度試験方法であ
   って、コッタを取り付けるために前記ステム部の端部付
   近に設けられたコッタ溝部よりヘッド部側にあってコッ
   タにより締め付けられるコッタ締め付け部のみを、回転
   駆動系に接続された主軸の一端部に当該主軸と同軸的に
   締め付け保持するとともに、その締め付け保持部から一
   定のスパン距離だけ離れたステム部を回転可能に保持
   し、前記主軸を回転させてバルブにその軸線を中心とし
   た回転を与えながら、前記の締め付け保持部から一定の
   スパン距離だけ離れたステム部において、ステム部の軸
   方向と垂直方向の荷重を加えることにより、前記コッタ
   締め付け部の強度を試験することを特徴とするセラミッ
   クス製エンジンバルブの強度試験方法。
2. 【請求項２】 傘状のヘッド部と棒状のステム部とを有
   するセラミックス製エンジンバルブの強度試験方法であ
   って、コッタを取り付けるために前記ステム部の端部付
   近に設けられたコッタ溝部よりステム部端部側の部分の
   みを、回転駆動系に接続された主軸の一端部に当該主軸
   と同軸的に締め付け保持するとともに、その締め付け保
   持部から一定のスパン距離だけ離れたステム部を回転可
   能に保持し、前記主軸を回転させてバルブにその軸線を
   中心とした回転を与えながら、前記の締め付け保持部か
   ら一定のスパン距離だけ離れたステム部において、ステ
   ム部の軸方向と垂直方向の荷重を加えることにより、前
   記コッタ溝部の強度を試験することを特徴とするセラミ
   ックス製エンジンバルブの強度試験方法。
3. 【請求項３】 一端にテーパ状の穴を有し、他端はユニ
   バーサルジョイントを介して回転駆動系に接続され、軸
   周りに回転可能に保持された主軸と、 当該主軸のテーパ状の穴に挿入されたコレット及びその
   内側に装着されたインナーコレットによりコッタ締め付
   け部のみを締め付け保持されたセラミックス製エンジン
   バルブのステム部を回転可能に保持しつつ、その軸方向
   と垂直方向の荷重を加えることが可能な荷重付加手段と
   を備えたセラミックス製エンジンバルブの強度試験装置
   であって、 前記コレットは、前記主軸のテーパ状の穴と同等のテー
   パ円錐面を外周に持ち、かつ、外周からの径方向の力に
   より内径が小さくなる方向に弾性変形が可能であり、 前記インナーコレットは、バルブのステム部のコッタ締
   め付け部のみと接触してこれを保持できるような内周形
   状を持ち、かつ外周からの径方向の力により内径が小さ
   くなる方向に弾性変形が可能であることを特徴とするセ
   ラミックス製エンジンバルブの強度試験装置。
4. 【請求項４】 一端にテーパ状の穴を有し、他端はユニ
   バーサルジョイントを介して回転駆動系に接続され、軸
   周りに回転可能に保持された主軸と、 当該主軸のテーパ状の穴に挿入されたコレット及びその
   内側に装着されたインナーコレットによりステム部端部
   付近を締め付け保持されたセラミックス製エンジンバル
   ブのステム部を回転可能に保持しつつ、その軸方向と垂
   直方向の荷重を加えることが可能な荷重付加手段とを備
   えたセラミックス製エンジンバルブの強度試験装置であ
   って、 前記コレットは、前記主軸のテーパ状の穴と同等のテー
   パ円錐面を外周に持ち、かつ、外周からの径方向の力に
   より内径が小さくなる方向に弾性変形が可能であり、 前記インナーコレットは、バルブのステム部に設けられ
   たコッタ溝よりステム部端部側の部分のみと接触してこ
   れを保持できるような内周形状を持ち、かつ外周からの
   径方向の力により内径が小さくなる方向に弾性変形が可
   能であることを特徴とするセラミックス製エンジンバル
   ブの強度試験装置。