JP2016518520A - 弁スピンドルを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

弁ディスク（２）及び弁ステム（３）を備える弁スピンドル（１）を製造するための方法であって、弁ディスク（２）の少なくとも一部分を画定するカプセル（１００）を提供するステップ、弁ディスク（２）の内側部分を構成するコアヘッド（１１）を備える予め形成されたコア本体（１２）を、前記カプセル（１００）内に配置するステップ、予め形成された環状の弁座（４０）であって、内側円周側（４４）が少なくとも部分的にコアヘッド（１１）の周りの内側空間（ｄ）を画定するように配置される、弁座（４０）を前記カプセル（１００）内に配置するステップ、コアヘッド（１１）が第１の材料を用いて覆われるように、緩衝層（２０）を形成する第１の金属材料を用いて内側空間（ｄ）を満たすステップ、クラッディング層（３０）を生成する第２の金属材料を用いてカプセル（１００）を満たすステップ、予め形成されたコア本体（１２）、緩衝層（２０）、クラッディング層（３０）、及び弁座（４０）が金属接着されるように、所定の温度、所定の静圧、及び所定の時間において、前記カプセル（１００）を熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）するステップを含む、方法。【選択図】図３ｃ

Description

本発明は、請求項１の前文による、弁ディスク及び弁ステムを備えた弁スピンドルを製造するための方法に関する。本発明は、また、請求項１２の前文による弁スピンドルに関する。

弁スピンドルは、エンジンのシリンダーへの空気及びエンジンのシリンダーからの排気ガスの流れを制御するために、燃焼エンジン内に統合される。

現代の２ストロークサイクルのディーゼルエンジンは、ＣＯ、ＮＯｘ、及び硫黄などのガスの排気に関して増大する環境的要求に支配される。これらの要求を満たすために、かつ排出物を低減するために、エンジン内の燃焼温度が高められてきた。このことは、次に、エンジンの構成要素、とりわけ排気弁スピンドルの増大する腐食をもたらしてきた。

弁スピンドルは、典型的には、中炭素構造用鋼から鍛造され、かつ腐食に対するそれらの耐性を増加させるために、弁スピンドルの弁ディスクは、耐食用クラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）が提供され得る。最初に、クラッディングは弁ディスクに溶接された。しかしながら、最近の開発において、耐食用クラッディングは、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって、弁スピンドルに対して金属粉末の状態において適用される。弁ディスクから耐食用クラッディングへの炭素の拡散を妨げるために、低炭素鋼の緩衝層が、クラッディングの適用に先立って弁ディスクに直接的に適用される。

ＷＯ２０１０／０８３８３１は、耐食用材料の外側クラッディング、及びＨＩＰによって弁スピンドルに適用された緩衝層を備える、鍛造された弁スピンドルの実施例を示している。弁スピンドルは、更に、弁ディスクの上側表面内に統合された弁座を備える。

既知の弁スピンドルに関する１つの問題は、炭素が鍛造された鋼材料から弁スピンドルの弁座の中へ拡散し得ることである。炭素は、弁座の材料の柔軟性及び耐食性を低減し得、かつそれによって、弁スピンドルの寿命を低減する。

既知の弁スピンドルに関する別の問題は、緩衝層の粉末材料が、クラッディングの粉末の中へ混ざり込み、かつ弁スピンドルの幾つかの領域内で緩衝層の粉末とクラッディングの粉末が混合された区域をもたらすことである。弁ディスクの周縁において、エンジンの作動の間に厳しい腐食状態が存在する。この領域において、緩衝材料からの炭素などの汚濁は、弁スピンドルの寿命が低減される程度において、クラッディング材料の耐食性を低減し得る。

既知の弁スピンドルの製造における更なる欠点は、製造プロセスが複雑であり、かつ幾つかの後続の熱間等静圧圧縮成形ステップを含むということである。

それ故、先行技術の問題の少なくとも１つを解決することが、本発明の目的である。特に、弁スピンドルを製造するための単純かつ費用効果に優れた方法を取得することが本発明の目的であり、そのスピンドルは、不具合なしに長い期間にわたって使用することが可能である。本発明の更なる目的は、不具合なしに長い期間にわたって使用することが可能な弁スピンドルを取得することである。

本発明の第１の態様にしたがって、上述の目的は、以下のステップを含む、弁ディスク２を備えた弁スピンドル１を製造するための方法によって達成される。すなわち、
‐弁ディスク２の少なくとも一部分を画定するカプセル１００を提供すること、
‐弁ディスク２の内側部分を形成するコアヘッド１１を備えた予め形成されたコア本体１２を、前記カプセル１００内に配置すること、
‐予め形成された環状の弁座４０であって、内側円周表面が少なくとも部分的にコアヘッド１１の周りの内側空間（ｄ）を画定するように配置される、弁座４０を前記カプセル１００内に配置すること、
‐コアヘッド１１が第１の金属材料で覆われるように、緩衝層２０を生成する前記第１の金属材料を用いて内側空間（ｄ）を満たすこと、
‐クラッディング層３０を生成する第２の金属材料を用いて、カプセル１００を満たすこと、
‐予め形成されたコア本体１２、緩衝層２０、クラッディング層３０、及び弁座４０が金属接着（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｂｏｎｄｅｄ）されるように、所定の温度、所定の静圧、及び所定の時間において、前記カプセル１００を熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）することを含む、方法である。

本発明にしたがって、第１の金属材料は、第２の金属材料とは異なる材料から選択される。

本発明の弁スピンドルにおいて、クラッディング材料及び弁座は、炭素を含むコア要素から孤立されることが重要である。可能な程度において、クラッディングの粉末を、緩衝粉末及び／又は弁座の材料に混ぜることを避けることが、また、重要である。弁ディスクの内側部分を構成するコアヘッドの周りに環状の弁座を配置することによって、これらの２つの要求は容易に満たされる。付加的に、本発明の方法は、弁スピンドルの設計に既に含まれているもの以外に付加的な構成要素又は物質が含まれないので、労働効率に優れ、かつ低い費用で実行され得る。本発明の方法の更なる利点は、弁スピンドルの全ての構成要素が、１度だけ実行されるＨＩＰに先立ってカプセル内に配置されることである。これにより、方法の実施が速く、かつ容易になる。

実際に、予め形成された環状の弁座は、弁ディスクのコアヘッドとクラッディングとの間の障壁を形成する。それ故、弁ディスクのこの領域内で緩衝粉末の層をクラッディングの粉末の隣に直接的に配置する必要はない。２つの粉末が、それらの粉末を混ぜることなしに垂直方向において相互作用するようなやり方で、互いの隣に２つの異なる粉末を配置することは非常に複雑なので、このことは有利である。代わりに、本発明の方法において、緩衝粉末の層によって弁座をコアヘッドの垂直な側面から孤立させることは十分に満たされる。緩衝粉末は、環状の弁要素がコア要素のコアヘッドの周りに形成する空間（ｄ）の中へ容易に満たされ、かつ緩衝粉末がクラッディングの粉末と混ざる危険性はない。

本発明は、また、排気側４を有する弁ディスク２及び弁ステム３を備える弁スピンドル１に関し、ここで、前記弁ディスクは、予め形成されたコア本体１２、緩衝層２０、外側クラッディング層３０、及び予め形成された環状の弁座４０を備え、前記予め形成されたコア本体１２は、弁ディスク２の内側部分を形成するコアヘッド１１を備え、コアヘッド１１は、弁スピンドルの排気側４に向けられた上側表面１４、及び端面１６を備え、緩衝層２０は、コアヘッド１１を覆うように配置され、予め形成された弁座４０が、緩衝層２０とクラッディング層３０との間に配置され、かつコアヘッド１１を取り囲み、かつ弁座４０が、弁ディスク２の排気側４に向かう方向に、コアヘッド１１の緩衝層２０に沿って延伸することを特徴とする、弁スピンドル１に関する。

本発明の更なる代替例及び実施形態は、従属請求項及び以下の詳細な説明において開示される。

本発明の第１の代替例による弁スピンドルを概略的に示している。 本発明の第１の代替例による弁スピンドルを断面において概略的に示している。 第１の代替例による弁スピンドルを製造するための本発明の方法のステップを概略的に示している。 第１の代替例による弁スピンドルを製造するための本発明の方法のステップを概略的に示している。 第１の代替例による弁スピンドルを製造するための本発明の方法のステップを概略的に示している。 第１の代替例による弁スピンドルを製造するための本発明の方法のステップを概略的に示している。 第１の代替例による弁スピンドルを製造するための本発明の方法のステップを概略的に示している。 第１の代替例による弁スピンドルを製造するための本発明の方法のステップを概略的に示している。 図３ｃの取り囲まれた領域の概略的な拡大図を示している。 本発明の第２の代替例による弁スピンドルを製造するためのカプセルを概略的に示している。

図１は、本発明の第１の代替例による弁スピンドル１を概略的に示している。図１における弁スピンドルは、前面図において描かれているが、円形断面のそれである。弁スピンドル１は、船舶の２ストロークサイクルのディーゼルエンジンなどの燃焼エンジンに対して企図され、かつ弁ディスク２、弁ステム３、及び弁座４３を備える。作動において、弁座４３は、（図１において示されていない）燃焼エンジンのシリンダー内の別の弁座に隣接する。

本発明の弁スピンドル１は、以下において、図２を参照しながら詳細に説明され、図２は、図１の弁スピンドルを断面において概略的に示している。

弁スピンドルの弁ディスク２は、概して直線的な円筒形状を有する弁ステム３の一端部から延伸する。しかしながら、弁ステム３は、また、端部に向かって傾斜が付けられている。弁ディスク２の上側４は、平坦な表面であり、エンジンにおいてシリンダールームに面する。この表面は、また、排気側４又は排気表面４と呼ばれ得、かつ弁ステム３から離れる向きに面する。弁ディスク２の下側５は、弁ステム３から弁ディスク２の上側４に向かって傾斜する。この表面は、また、弁ディスク２のシート面５又はシート側５として呼ばれ得る。弁ディスク２の下側５は、弁ディスク２の上側４の表面と下側５の表面との間で垂直に延伸する、端部６を更に備え得る。端部６は、また、ディスク２の下側と角を形成し得る。下側の傾斜表面５が、弁ステムと弁ディスクの排気側との間で直接的に延伸することもまた可能である。

弁スピンドル１は、図２において弁ステム３及びコアヘッド１１を備える予め形成されたコア本体１２を備え、コア本体１２は、コアヘッド１１が弁ディスク２の内側部分を形成するように、弁ディスク２内に統合される。予め形成されたコア本体１２の形は、実質的に弁スピンドル１の形に対応する。それ故、コアヘッド１１は、弁ステム３から離れる方向に向く上側の平坦な排気側１４を備える。コアヘッド１１は、更に、弁ディスク２の端部６に向けられた端部１６を備える。予め形成されたコア本体１２は、更に、弁ステム３とコアヘッド１１の端部１６との間で傾斜する下側１５を有する。下側１５は、予め形成されたコア本体１２の弁シート側１５と呼ばれ得る。コアヘッド１１の端部１６は、コアヘッド１１のシート側１５から上側１４に垂直に延伸し得る。それは、また、コアヘッド１１の上側１４及びシート側１５と角を形成し得る。予め形成されたコア本体１２は、典型的には、０．１５〜０．３５重量パーセントの炭素含有量を有する、合金鋼の固体ブロックを鍛造することによって製造され得る。予め形成されたコアに対する適切な鋼の一実施例は、購入可能なＳＮＣｒＷ鋼である。予め形成されたコア本体１２が、粉末材料のＨＩＰによって前もって製造されること、又は予め形成されたコア本体１２が、一緒に溶接された幾つかの個別部分を備えることが、また、可能である。

緩衝層２０は、予め形成されたコア本体１２のコアヘッド１１上に適用される。緩衝層２０は、緩衝層２０が、コアヘッド１１の上側１４及び端部１６を覆う連続層を生成するように、コアヘッド１１の上側１４及び端部１６をカバーする。緩衝層２０の目的は、炭素が予め形成されたコア本体１２から弁座４０の中に、又は弁スピンドルのクラッディング層３０の中へ拡散することを妨げることである。緩衝層２０は、０．０９重量パーセントの炭素含有量を有する、低炭素鋼から成り得る。緩衝層は、更に、１２〜２５重量パーセント、例えば、１４〜２０重量パーセントの含有量のクロムと合金にされ得る。緩衝層のための１つの適切な材料は、購入可能な３１６Ｌ鋼である。原理的に、緩衝層は、コア要素から炭素を吸収し、かつ炭素を、クロムリッチ炭化物の構成を介して緩衝層内に固定する。緩衝層は、コア要素と弁座との間に連続層を生成するように、十分に厚くなければならない。緩衝層の厚さは、更に、コア要素内の炭素の量、及びエンジン内の作動状態に応じ、例えば、緩衝層の厚さは２〜１０ｍｍの範囲内であり、例えば、３〜７ｍｍであり、例えば、３ｍｍ又は５ｍｍである。

弁スピンドル１は、更に、環状、すなわち、リング形状の弁座４０を備え、弁座４０は、以下のページでより詳細に説明される。弁座４０は、弁ディスク２の下側表面５上に晒される下側４３を備える。弁座４０は、更に、上側４１、内側円周壁４４、及び外側円周壁４２を備える。弁座４０は、コアヘッド１１を取り囲むように配置される。弁座の内側円周壁４４は、弁ディスク２の排気側４に向かって延伸し、かつコアヘッド１１の端部１６を覆う緩衝層２０と接触する。図２において見られ得るように、円周壁４４は、コアヘッド１１の上側表面１４上の緩衝層２０が内側円周壁４４によって包囲されるように、コアヘッド１１の上側表面１４を通り越して、すなわち超えて延伸する。弁座４０は、高い剛性、高い硬度、及び高温腐食に対する優れた耐性を有する材料から製造される。そのような材料は、モリブデン、クロム、ニオブ、アルミニウム、チタンという要素のうちの１以上を備えるニッケルベース又はコバルトベースなどの析出硬化合金を含む。弁座に対して使用される合金は、クラッディング材料と接触するように配置されるので、炭素から束縛されないことが重要である。例えば、弁座は、購入可能な合金インコネル７１８から製造され得る。

弁ディスク２の上部は、クラッディング層３０から成る。クラッディング層３０は、弁ディスク２の排気側４及び周縁部分、すなわち、弁ディスク２の端部６に近い端部及び領域を形成する。クラッディング３０は、コアヘッド１１の上側１４上の緩衝層２０を覆う。それは、また、弁座４０の上側４１及び外側壁４２を覆う。クラッディング層は、高度な腐食耐性合金から製造され、合金は、Ｃｒ、Ｎｂ、Ａｌ、及びＭｏを含むニッケルベースの合金であり得る。クラッディング層のための適切な合金の実施例は、購入可能なＮｉ４９Ｃｒ１Ｎｂ合金又はインコネル６５７である。

弁座、緩衝層、及びクラッディング層のための適切な材料に関する更なる詳細に対して、ＷＯ２０１０／０８３８３が参照され、その文書は参照されることによって本出願に包含される。

本発明の弁スピンドルを製造するためのプロセスは、以下において、図３ａ〜図３ｆを参照しながら説明される。

本発明の方法の第１のステップにおいて、図３ａを参照すると、予め形成されたコア本体１２がカプセル１００内に配置され、カプセル１００は、本発明の弁スピンドルの外側形状又は輪郭を画定する。カプセルは、典型的には、例えば、圧延又はプレスターニング（ｐｒｅｓｓ ｔｕｒｉｎｇ）、及び一緒に溶接することによって、適切な形態に形作られた鋼板から製造される。好ましくは、鋼板は、低含有量の炭素を有する鋼から製造される。例えば、低炭素鋼は、０〜０．０９重量パーセントの炭素含有量を有する。カプセルのための適切な鋼の実施例は、ＳＳＡＢ社から購入可能な鋼、ＤＣ０４、ＤＣ０５、又はＤＣ０６である。そのような鋼は、それらが弁スピンドルに対する最小の炭素の拡散を提供するので、適切である。これらの鋼種の更なる利点は、それらが酸漬けによって容易に除去され得ることである。カプセル１００は、円形状の断面を有し、かつ弁スピンドル１のステム３の形態を有する下側の円筒部分１０３から成る。カプセルの上側部分１０２は、弁スピンドル１の弁ディスク２の形態を有する。それ故、カプセルの上側部分１０２は、弁ディスク２の排気側４を画定する上側の排気側１０４、及び弁ディスク２の傾斜したシート側５を画定する下側のシート側１０５を備える。カプセル１００は、また、弁ディスクの端部６を画定する端部側１０６を備える。

予め形成されたコア本体１２は、予め形成されたコア本体１２のステム３がカプセル１００の下側の円筒部分１０３内に位置決めされるように、かつ予め形成されたコア本体１２のシート側１５がカプセル１００のシート側１０５と接触するように、かつコアヘッド１１がカプセル１００の上側部分１０２内で画定された空間の中に延伸するように、カプセル１００の上側の排気側１０４を通して挿入される。コアヘッド１１は、それによって、確定的な弁ディスク２の内側部分を構成する。カプセル１００が上側部分１０２のみから成ることも、また、可能である。その場合において、カプセル１００の上側部分１０２は、予め形成されたコア本体１２のステム３に直接的に溶接される。

予め形成されたコア本体１２が、コアヘッド１１のみ、又はコアヘッド１１及びシート側１５のみから成ることも、また、可能である。その場合において、ステム３は、ＨＩＰの後にコア本体１２に取り付けられ得る。例えば、ステム３は、摩擦溶接によってコア本体１２に取り付けられ得る。

第２のステップにおいて、図３ｂを参照すると、環状の弁座４０がカプセル１００の中へ挿入される。図３ｂは、断面前面図において環状の弁座を示しているが、実際に、弁座は円形であり、かつ回転対称形状を有する。弁座４０は、弁座４０の下側のシート側がカプセル１００の弁側１０５と直接的に接触するように配置され得るように、カプセル１００の弁側１０５の形に対応する下側の弁シート側４３を備える。それ故、下側の弁座の傾きは、カプセル１００の弁側１０５の傾きと同一である。弁座４０は、更に、カプセル１００の排気側１０４に向けられた上側４１を備える。弁座４０は、更に、外側円周壁側４４の反対側の内側円周壁側４４を備える。内側壁４４の輪郭は、コアヘッド１１の外側輪郭に対応し、すなわち、弁座４０の内側壁４４の輪郭は、コアヘッド１１の端部１６の外側輪郭と同じである。このことは、弁座４０とコアヘッド１１との間の一様な間隔（ｄ）の形成を保証する。図３ｂにおいて、弁座４０の内側壁４４の輪郭、及びコアヘッド１１の端部１６の輪郭は、平坦である。しかしながら、これらは、波形状などの任意の形状であり得る。

弁座４０は、予め製造され、すなわち前もって製造される。弁座は、鋳造、鍛造、及び／又は機械加工によって製造され得る。しかしながら、好ましくは、弁座は、例えば、購入可能なインコネル７１８などの金属の粉末材料の焼結によって、予め製造される。弁座は、それによって、型内で金属の粉末材料の焼結によって製造され、その型は弁座の形状を画定する。焼結は、雰囲気圧及び粉末材料の融点未満の温度において実行され、それ故、個々の粒子が互いに固着されることを保証する。例えば、焼結温度は、摂氏９５０〜１０５０度の範囲内であり、例えば、摂氏１０００度である。焼結は比較的低い温度で実行されるので、弁座の機械的な特性に対するネガティブな効果は避けられる。

焼結された粉末の弁座を使用することの利点は、弁座が非常に精密な形態、例えば、鍛造又は鋳造などの他の方法によって取得され得るものよりもはるかに正確な形態が与えられ得ることである。更に、焼結された弁座は、強く、かつ取り扱うことが容易であり得、かつ非常に正確にカプセル内に位置決めされ得る。このことは、カプセル１００内の他の構成要素に対して非常に精密な接触インターフェースを有する弁座を配置することを可能にし、それによって、ＨＩＰの間にカプセル内の様々な構成要素の移動及び転位を避けることができる。更に、弁座が焼結されるので、弁座は、ＨＩＰに先立ってカプセル内の他の粉末材料と実質的に同じ多孔性を有する。高圧、すなわち５００バールを超える圧力で実行される最後のＨＩＰステップにおいて、弁座は、それ故、カプセル内の他の粉末材料と同じやり方において変形及び収縮する。このことは、ＨＩＰの間の収縮を予め決定し、かつそれを埋め合わせることを可能にし、かつそれ故、最終製品の高い寸法精度を可能にする。

図３ｃは、カプセル１００内の弁座４０の配置を示している。弁座４０は、弁座４０が、カプセル１００内の何もない空間の中へ突出するコアヘッド１１を取り囲むように、カプセル１００内に配置される。より詳細には、弁座４０のシート側４３は、弁座４０の上側４１がカプセルの排気側１０４に向けられるように、かつ内側円周壁側４４がコアヘッド１１の端部１６及び上側表面１４を取り囲むように、カプセル１００のシート側１０５と接触するように配置される。

弁座４０は、内側円周壁４４が、予め形成されたコア本体１２のコアヘッド１１の周りの空間を形成するように、寸法が決められる。このことは、コアヘッド１１の外側寸法と比較して、環状の弁座のより大きい内側寸法を使用することによって取得できる。空間（ｄ）の詳細は、更に、図４を参照しながら更に説明され、図４は、図３ｃ内の円形領域の拡大図を示している。それ故、弁座４０の内側寸法は、空間（ｈ）が、弁座の内側円周壁４４とコアヘッド１１の端部１６との間で取得されるように、選択される。環状の弁座４０は、更に、内側壁側４４が、コア１１の上側１４の上方に距離（Ｈ）だけ延伸するように、設計される。距離（Ｈ）は、管状の弁座４０によって形成される空間（ｄ）の上側の限界を決定する。このことは、図４における破線５０によって概略的に示されている。間隔（ｈ）及び距離（Ｈ）は、後続のステップにおいてコアヘッド１１に適用される緩衝層２０の厚さを決定し、かつこれらは、本発明の弁スピンドルにおいて使用される材料、及び弁スピンドルが影響を受ける作動条件に応じて選択される。間隔（ｈ）及び距離（Ｈ）は、同じ寸法であろうが又は異なる寸法であろうが任意の寸法をとり得る。例えば、間隔（ｈ）及び距離（Ｈ）は、２〜１０ｍｍの範囲、例えば、３〜７ｍｍ、又は３ｍｍ若しくは５ｍｍなどであり得る。

空間（ｄ）の下側の限界は、カプセル１００のシート側１０５によって画定され、それは、空間（ｄ）に対する底部を形成する。

図３ａ〜図３ｆにおいて示されるように、弁スピンドル１のためのカプセル１００は、じょうご状の形を有し、すなわち、カプセル１００のシート側１０５は、カプセルの円筒部分１０３と上側部分１０２との間で傾き、かつ傾斜している。シート側１０５の傾きがどれくらい急であるか、及びシートリング４０とコアヘッド１１との間の間隔（ｈ）がどれくらい広いかに応じて、カプセルのシート側１０５の部分は、また、ヘッド部分１１を取り囲むと考えられ得る。コアヘッドの周りの空間（ｄ）は、それ故、シートリングの内側円周側４４によって、かつカプセル１００のシート側１０５の部分によって部分的に画定される。

その後、図３ｃを参照すると、空間（ｄ）は、第１の粒子状金属材料２０、すなわち粉末によって満たされ、それは、緩衝材料を構成し、かつそれ故、緩衝層２０を生成する。上述されたように、緩衝材料は、低炭素鋼の粉末であり得、かつ５００μｍ未満の篩過サイズを有する。干渉材料は、最初に、弁座４０の内側円周壁４４とコアヘッド１１の端部１６との間の間隔ｈの中へ注がれる。その後、コアヘッド１１の上側表面１４は、緩衝材料に覆われる。弁座の内側４４は、コアヘッド１１の上側表面１４の上方に距離（Ｈ）だけ延伸するので、緩衝材料は、上側表面１４に制限され、それによって、後続の方法ステップにおいてクラッディング材料によって満たされる領域の中へ緩衝材料が漏れ出る危険なしに、コアヘッド１１が容易に粉末状態の緩衝材料によって覆われ得ることを達成する。空間（ｄ）を緩衝材料で満たした後、外側空間（Ｄ）は、カプセルの上側部分１０２の内側限界と、カプセル１００内の弁座４０、緩衝材料、及びコア要素によって占められる空間との間で獲得される。

以下のステップにおいて、図３ｄを参照すると、カプセル１００の残っている空の空間（Ｄ）は、粒子状のクラッディング材料、すなわち粉末によって満たされる。それによって、弁座４０の上側４１及び外側壁側４２と同様にコアヘッド１１の上側表面１４上の緩衝層は、クラッディング材料内に埋め込まれる。金属皮膜の粉末３０は、弁ディスクの排気側及び周縁領域を形成し、かつそれによって、本発明の弁スピンドル１の弁ディスク２を完成させる。また、クラッディング材料を満たす間に、環状の弁座４０は、弁座４０の内側円周壁側４４によって画定される空間（ｄ）に対して緩衝材料を制限し、緩衝材料とクラッディング材料との混合を妨げる。特に、内側壁４４は、距離（Ｈ）だけコアヘッド１１の上端の上方へ延伸するので、それは、コアヘッド１１の上側表面１４の周縁上の緩衝材料が、クラッディング材料によってカプセル１００の周縁部分へ引き落とされることを妨げる。

以下のステップにおいて、図３ｅを参照すると、カプセル１００は、蓋１１０によって閉じられ、その蓋はカプセルの上側開口部の周りに気密に溶接される。蓋１００内の開口部１１１を通して真空が引かれ得るので、カプセル内に残余空気が残る可能性はほとんどない。真空によって引かれた後に、開口部は溶接で閉じられる。

その後、図３ｆを参照すると、カプセル１００は、所定の温度、所定の静圧、及び所定の時間において熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）されるので、コア要素、弁座、緩衝層、及びクラッディング層は、互いに金属接着（ｂｏｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ）される。それ故、カプセル１００は、熱間等静圧圧縮成形チャンバ（ＨＩＰチャンバ）として通常呼ばれる、加熱可能な圧力チャンバ２００内に配置される。

加熱チャンバは、ガス、例えば、アルゴンガスを用いて、５００バールを超える静圧まで圧縮される。典型的には、静圧は、９００〜１２００バールの範囲内にある。チャンバは、最も低い融点を有する材料の融点未満の温度まで加熱される。温度が融点に近くなると、ブリトルストリーク（ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｔｒｅａｋ）が形成され得る溶融相の形成に対する危険性が高まる。それ故、温度は、ＨＩＰの間において加熱炉内でできるだけ低くされるべきである。しかしながら、低い温度において、拡散プロセスは減速し、かつ材料が残余多孔性を含み、かつ種々の材料間の金属接着（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｂｏｎｄ）が弱くなる。それ故、温度は、摂氏９００度〜摂氏１１５０度の範囲内であり、好ましくは、摂氏１０００度〜摂氏１１５０度の範囲内である。カプセル１００は、所定の圧力及び所定の温度で所定の時間において、加熱チャンバ２００内に保持される。ＨＩＰの間に粉末粒子間で生じる拡散プロセスは時間に依存するので、長いプロセスが好ましい。好ましくは、成形は０．５〜３時間、好ましくは、１〜２時間、最も好ましくは、１時間の間においてＨＩＰされるべきである。

ＨＩＰの間、緩衝及びクラッディング材料の粒子は、塑性変形し、かつ様々な拡散プロセスを介して互いに、かつ予め形成されたコア１２及び弁座４０に金属接着（ｂｏｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｌｙ）し、それによって、閉断面の高密度で密着した物品が形成される。金属接着（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）において、金属表面は、酸化物、含有物、又は他の汚染物質などの欠陥がないインターフェースに、完璧に一緒に接着される。

ＨＩＰの後に、カプセル１００は、統合された弁スピンドル４０から、例えば、酸漬けによって剥がされる。代替的に、カプセル１００は、弁スピンドル４０上に残され得る。

特定の実施形態が詳細に開示されたが、これは、例示的目的においてのみなされたものであり、かつ限定的であることを企図しない。特に、様々な置換、代替、及び変形が、添付の特許請求の範囲内で行われ得る。例えば、弁ディスク２は平坦であってもよい。図５を参照すると、それは、平坦な排気側１０４及び平坦なシート側１０５及び傾いた端部側１０６を有する弁スピンドルの形状を画定するカプセル１００を示している。コア要素は、コアヘッド１１がカプセル１００の上側部分１０２の中へ延伸するように、カプセル１００内に配置される。環状の弁座４０は、弁座４０の内側円周側４４がコアヘッド１１の周りの空間（ｄ）を画定するように、カプセル１００の下側表面１０５と接触するように配置される。空間（ｄ）の底部は、カプセル１００のシート表面１０５の一部分によって形成される。図５は、また、緩衝材料２０及びクラッディング材料３０をカプセル１００の中へ満たすステップを示している。

Claims (15)

1. 弁ディスク（２）及び弁ステム（３）を備えた弁スピンドル（１）を製造するための方法であって、
   前記弁ディスク（２）の少なくとも一部分を画定するカプセル（１００）を提供するステップ、
   前記弁ディスク（２）の内側部分を構成するコアヘッド（１１）を備えた予め形成されたコア本体（１２）を、前記カプセル（１００）内に配置するステップ、
   予め形成された環状の弁座（４０）であって、内側円周側（４４）が少なくとも部分的に前記コアヘッド（１１）の周りの内側空間（ｄ）を画定するように配置される、弁座（４０）を前記カプセル（１００）内に配置するステップ、
   前記コアヘッド（１１）が第１の金属材料を用いて覆われるように、緩衝層（２０）を生成する前記第１の金属材料を用いて前記内側空間（ｄ）を満たすステップ、
   クラッディング層（３０）を生成する第２の金属材料を用いて前記カプセル（１００）を満たすステップ、
   前記予め形成されたコア本体（１２）、前記緩衝層（２０）、前記クラッディング層（３０）、及び前記弁座（４０）が金属接着されるように、所定の温度、所定の静圧、及び所定の時間において、前記カプセル（１００）を熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）するステップを含む、方法。
2. 前記環状の弁座（４０）の直径は、前記弁座（４０）の前記内側円周側（４４）と前記コアヘッド（１１）との間で所定の間隔（ｈ）が取得されるように、選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記弁座（４０）は、前記コアヘッド（１１）の上側表面（１３）の上方へ所定の距離（Ｈ）だけ延伸する、請求項２に記載の方法。
4. 前記カプセル（１００）のシート側（１０５）は、前記内側空間（ｄ）の底部を画定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記カプセル（１００）は、前記弁スピンドル（１）の前記弁ディスク（２）の形状を画定する上側カプセル部分（１０２）を備え、前記コアヘッド（１１）は、上側表面（１４）及び端部（１６）を備え、かつ前記コアヘッド（１１）は、前記上側カプセル部分（１０２）の中へ延伸し、それによって、前記弁ディスク（２）の内側部分を形成するように配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記上側カプセル部分（１０２）は下側シート側（１０５）を備え、前記予め形成されたコア本体（１２）はシート部分（１５）を更に備え、前記予め形成されたコア本体（１２）は、前記予め形成されたコア本体（１２）の前記シート部分（１５）が前記カプセルの前記下側シート側（１０５）と接触するように、かつ前記コアヘッド（１１）が前記上側カプセル部分（１０２）によって画定された空間の中へ延伸するように、前記カプセル（１００）内に配置される、請求項５に記載の方法。
7. 前記弁座（４０）は、下側シート側（４３）を有し、前記弁座（４０）は、前記弁座（４０）の前記下側シート側（４３）が前記上側カプセル部分（１０２）の前記下側シート側（１０５）と接触するように、前記カプセル内に配置され、前記弁座（４０）は、前記内側円周側（４４）が前記コアヘッド（１１）の上側表面（１３）を超えて延伸するように、前記上側カプセル部分（１０２）によって画定された空間の中へ延伸する、請求項６に記載の方法。
8. 前記弁座（４０）は、焼結された粒子状金属材料から製造される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記クラッディング層（３０）を生成する前記第２の金属材料を用いて満たされる外側空間（Ｄ）が、前記カプセル（１００）の前記上側カプセル部分（１０２）と、前記環状の弁座（４０）及び前記緩衝層（２０）との間で形成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記予め形成されたコア本体（１２）は、前記弁ディスク（２）の内側部分を構成するヘッド部分（１１）、及び弁ステム（３）を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記予め形成されたコア本体（１２）はヘッド部分（１１）を備え、弁ステム（３）が熱間等静圧圧縮成形の後に前記コア本体（１２）に取り付けられる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
12. 排気側（４）を有する弁ディスク（２）、及び弁ステム（３）を備えた、弁スピンドル（１）であって、前記弁ディスクは、
    予め形成されたコア本体（１２）、緩衝層（２０）、外側クラッディング層（３０）、及び予め形成された環状の弁座（４０）を備え、
    前記予め形成されたコア本体（１２）は、前記弁ディスク（２）の内側部分を形成するコアヘッド（１１）を備え、前記コアヘッド（１１）は、前記弁スピンドルの前記排気側（４）に向けられた上側表面（１４）、及び端面（１６）を備え、
    前記緩衝層（２０）は、前記コアヘッド（１１）を覆うように配置され、
    前記予め形成された環状の弁座（４０）が、前記緩衝層（２０）と前記クラッディング層（３０）との間に配置され、かつ前記コアヘッド（１１）を取り囲み、かつ前記予め形成された環状の弁座（４０）が、前記弁ディスク（２）の前記排気側（４）に向かう方向において、前記コアヘッド（１１）の前記緩衝層（２０）に沿って延伸することを特徴とする、弁スピンドル（１）。
13. 前記予め形成された環状の弁座（４０）は内側円周壁（４４）を有し、前記内側円周壁（４４）は、前記弁ディスク（２）の前記排気側（４）に向かう方向において、前記コアヘッド（１１）の端部（１６）上の前記緩衝層（２０）に沿って延伸する、請求項１２に記載の弁スピンドル（１）。
14. 前記内側円周壁（４４）は、前記コアヘッド（１１）の前記上側表面（１４）を超えて延伸する、請求項１３に記載の弁スピンドル（１）。
15. 前記予め形成された環状の弁座（４０）は外側円周壁（４２）を備え、前記外側円周壁（４２）は前記クラッディング層（３０）に接触し、内側円周壁（４４）は前記緩衝層（２０）と接触する、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の弁スピンドル（１）。
    

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