JP2020517830A - ポペットバルブおよびその製造方法 - Google Patents

ポペットバルブおよびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2020517830A
JP2020517830A JP2019557827A JP2019557827A JP2020517830A JP 2020517830 A JP2020517830 A JP 2020517830A JP 2019557827 A JP2019557827 A JP 2019557827A JP 2019557827 A JP2019557827 A JP 2019557827A JP 2020517830 A JP2020517830 A JP 2020517830A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
poppet valve
valve
green body
manufacturing
blank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019557827A
Other languages
English (en)
Inventor
マロー アンドレ
マロー アンドレ
ケラーマン ステファン
ケラーマン ステファン
ウォルキング アントニウス
ウォルキング アントニウス
シュルツ オリバー
シュルツ オリバー
ハイネック アンドレアス
ハイネック アンドレアス
ベイヤード ギド
ベイヤード ギド
アイゼンリング ダニエル
アイゼンリング ダニエル
ジョセフ オーラフ
ジョセフ オーラフ
シュトルエッベ カルステン
シュトルエッベ カルステン
シュトライヒ ウルフ−ディーター
シュトライヒ ウルフ−ディーター
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federal Mogul Valvetrain GmbH
Original Assignee
Federal Mogul Valvetrain GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal Mogul Valvetrain GmbH filed Critical Federal Mogul Valvetrain GmbH
Publication of JP2020517830A publication Critical patent/JP2020517830A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B22F3/156—Hot isostatic pressing by a pressure medium in liquid or powder form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/008—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of engine cylinder parts or of piston parts other than piston rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/225—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by injection molding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/12—Cooling of valves
    • F01L3/16—Cooling of valves by means of a fluid flowing through or along valve, e.g. air
    • F01L3/18—Liquid cooling of valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/20—Shapes or constructions of valve members, not provided for in preceding subgroups of this group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K3/00—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
    • F16K3/22—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution
    • F16K3/24—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution with cylindrical valve members
    • F16K3/246—Combination of a sliding valve and a lift valve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F2003/145—Both compacting and sintering simultaneously by warm compacting, below debindering temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements
    • F01L2303/01—Tools for producing, mounting or adjusting, e.g. some part of the distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • F04B53/125—Reciprocating valves
    • F04B53/129—Poppet valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本発明は、ポペットバルブまたはマッシュルームバルブの製造方法に関し、当該方法は、金属粉末とバインダとの混合物を提供するステップと、混合物を金型に充填して加圧し、グリーン体を得るステップと、グリーン体からバインダを除去するステップと、熱間静水圧プレスによって、グリーン体をポペットバルブブランクに熱焼結するステップと、を含む。また、本発明は、当該方法で製造されたポペットバルブにも関する。【選択図】図１

Description

本発明は、ポペットバルブに関し、より詳細には、金属粉末とバインダとの混合物の射出成形を含む方法によって製造されるポペットバルブに関する。
従来のポペットバルブは、溶融金属の成形、鍛造、または旋盤での機械加工によって製造されている。
したがって、機械加工を必要とせず機械加工による材料の損失を回避する、代替的な製造方法を有することが望ましい。粉末冶金は、本発明の基礎を形成し、特に金属の損失を回避する。
本発明は、請求項１の特徴を有するポペットバルブまたはマッシュルームバルブの製造方法を提供する。本発明はまた、それぞれ請求項１５、１６および１７の特徴を有するポペットバルブグリーン体、ポペットバルブブランクまたはポペットバルブ、ならびに請求項１７の特徴を有する本発明に従うポペットバルブを備える内燃機関を提供する。有利な実施形態は、従属請求項に開示されている。
本発明に従うポペットバルブまたはマッシュルームバルブの製造方法は、金属粉末とバインダとの混合物を提供するステップと、混合物を金型に充填して加圧し、グリーン体を得るステップと、グリーン体からバインダを除去するステップと、熱間静水圧プレスによって、グリーン体をポペットバルブブランクに熱焼結するステップと、を含む。バインダは、金型への金属粉末の充填を容易にするために使用される。グリーン体からバインダを除去し、熱間静水圧プレスによりポペットバルブブランクからすべてのボイドを除去して、バインダ粒子がポペットバルブブランクの金属構造を弱めるのを防ぐ。
本方法の例示的な一実施形態では、混合物を金型に充填し加圧し、グリーン体を得る上記ステップは、混合物を射出成形金型に射出成形することにより行われる。特に、バインダの存在は、混合物の液化を十分に可能にし、射出成形装置に関連する使用を可能にし得る。射出成形は、ポペットバルブグリーン体の迅速かつ信頼性の高い生産を可能にするために十分に知られ、広く使用されている技術である。すなわち、バインダは、ポペットバルブグリーン体を製造するための、新規かつ迅速な方法を可能にする。特に焼結金属の金属構造は、中空ポペットバルブなどの高温かつ高応力用途に適しているとは考えられていないため、焼結およびその他の粉末冶金に基づく技術をポペットバルブの製造に使用することはまだ検討されていない。
本方法の別の例示的な実施形態では、グリーン体からバインダを除去する上記ステップの前に、グリーン体が射出成形金型から取り出される。これにより、特には化学的脱バインダを含む様々な脱バインダ方法の使用が可能になる。
本発明の一実施形態では、グリーン体は化学的脱バインダに供される。化学的脱バインダでは、バルブグリーン体を化学溶液に入れ、バインダを化学反応で溶解し、バルブグリーン体の空隙を通してそれを除去することによって、バインダを除去または溶解する。
さらに別の追加の実施形態では、熱的脱バインダによって、グリーン体からバインダを除去する。すなわち、グリーン体を加熱して、バインダの化学構造を熱的に破壊するか、あるいはバインダを蒸発させてグリーン体の空隙を介してそれを再び除去する。残留したバインダ材料は、ポペットバルブブランクの金属構造を乱したり弱めたりするため、バインダの除去は重要である。この実施形態では、バインダは、気化または熱分解により除去される。
本発明の追加の実施形態では、バインダは、プラスチック材料を含むか、またはプラスチック材料からなる。プラスチック材料は、本発明の方法に必要とされる２つの重要な特徴である、高い流動化能力と、脱バインダステップでの気化または熱分解を使用する可能性と、を兼ね備えていえる。
この方法の別の実施形態によれば、金属粉末は、Ti Al V 64，Ti AL Sn Zr Mo 6245 (DIN 3.7145)，Nomonic 80A，21-4-3 (DIN 1.4882)，21-4-N (DIN 1.4871)，3015，25-15，P25，または従来製造されたバルブの基本材料から選択されるか、あるいはこれらを含む。これらの材料の混合物を使用して、ポペットバルブグリーン体、ブランクを製造することもできる。金属粉末にセラミックやセラミック粒子などの添加剤を加えて、金属製品の機械的特性を変更することもできる。
この方法の別の実施形態では、ポペットバルブおよび／または当該ポペットバルブの表面処理を得るために、少なくとも１つの面で、ポペットバルブブランクを表面処理するステップをさらに含む。表面処理には、機械加工、研削圧延が含まれ得る。表面処理は、ポペットバルブブランクおよび／またはポペットバルブのそれぞれの表面または表面の一部を窒化すること、あるいはコーティングすることをさらに含むことができる。
ポペットの製造方法の別の例示的な実施形態は、ハーフシェルバルブとして製造されるグリーン体および／またはポペットバルブブランクを含む。グリーン体ポペットバルブハーフシェルグリーン体は、２つのハーフシェルバルブグリーン体の熱間静水圧プレスを適用することにより、回転対称のポペットバルブグリーン体またはブランクに接合され得る。ポペットバルブハーフシェルグリーン体の熱間静水圧プレスを使用して中空のポペットバルブブランクを得ること、および２つの中空ポペットバルブブランクを溶接して中空のポペットバルブブランクを得ることも可能である。また、溶接する前に、中空のポペットバルブブランクのキャビティにナトリウムを含めて、ナトリウム充填物を有する内部冷却された中空のポペットバルブブランクを得ることも可能である。
この方法の別の例示的な実施形態では、中空シャフトおよび／または中空ヘッドバルブグリーン体として製造されたグリーン体を使用している。この実施形態では、ポペットバルブブランクは、バルブヘッドに軸方向の開口部を有する中空シャフトおよび／または中空ヘッドバルブブランクとして製造されている。これは、ポペットヘッドからバルブのシャフトの端部の方向に延びるコアを使用して製造され得る。このコアは、熱間静水圧プレス中はポペットバルブグリーン体の内側に配置され得るが、該熱間静水圧プレス後に取り出すことができる。この実施形態は、開口部をディスクで閉じ、該ディスクをバルブブランクに溶接して、中空のポペットバルブを得るステップをさらに含む。この中空空間をナトリウムで満たして、内部冷却されたポペットバルブを得ることも可能である。
本発明の別の例示的な実施形態では、射出成形するステップが、２つの異なる金属混合物の共押出しにより行われ、バルブシャフトおよびバルブヘッドに異なる材料組成を有するポペットバルブグリーン体および／またはポペットバルブが得られる。これは、ポペットバルブの耐用年数の改善に寄与し得る。また、２つの異なる側から、例えば、ポペットバルブのシャフト端部側およびポペットバルブのバルブヘッド側から上記２つの混合物を押し出して、混合材料のポペットバルブグリーン体を得ることも可能である。
この方法の追加の例示的な実施形態は、バルブブランクまたはバルブの表面を圧延して、該表面の状態を向上させるステップをさらに含む。これは、バルブまたはバルブブランクの表面特性の向上に寄与し、また、バルブブランクまたはバルブの多孔性を著しく低下させることができる。
本発明の別の例示的な一実施形態はまた、少なくとも部分的にバインダ材料からできている金型内のコアを使用する。コアは、金型を充填する前に該金型に挿入される。コアは、バインダ材料から射出成形されてもよい。繊維強化プラスチック材料などの複合材料を使用して、コアの耐久性を高めることもできる。コアは、脱バインダステップ中にその材料がグリーン体から除去されるので、少なくとも部分的にロストコアとして構成される。すなわち、コアは化学的に、または熱分解によって除去される。
別の例示的な実施形態では、上記のコアが、例えば金属製の内部コアを備える。内部コアは再利用可能であり、バインダ材料でできたコアの一部を除去した後にグリーン体から取り出すことができる。この内部コアによって、各鋳造プロセス中に無駄になるバインダ材料の量が減少する。内部コアには、別の重要な利点もある。すなわち、金型内での中子押さえ（コアサポート）の使用を回避するために、内部コアは、非常に堅牢な材料で作られ得る。特に中空ヘッドポペットバルブの場合のポペットバルブのキャビティは、堅牢性の観点から非常に不利な形状をしているため、これは特に役に立つ。細長いシャフトの端部で片持ち支持されているマッシュルーム形状のコアは、中空ヘッドポペットバルブの金型内のヘッドキャビティの正確な位置に関する問題をもたらす。
本発明の別の態様によれば、上記方法の１つに従って製造されたグリーン体が提供される。
本発明の別の態様によれば、上記のグリーン体から得られ、かつ上記方法の１つに従って製造されたポペットバルブブランクが提供される。
本発明の別の態様によれば、上記のポペットバルブブランクから得られ、かつ上記方法の１つに従って製造されたポペットバルブブランクが提供される。
本発明の別の態様によれば、上記のポペットバルブを備える内燃機関が提供される。
以下に、本発明を、非限定的な様々な例示的実施形態の図に示す。
１Ａ〜１Ｅは、本発明に従うポペットバルブの様々な製造ステップを示す図である。 ２Ａおよび２Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の第１の可能性を示す図である。 ３Ａおよび３Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の別の可能性を示す図である。 ４Ａ〜４Ｇは、本発明に従う内部冷却ポペットバルブの製造の別の可能性を示す図である。 図５は、図４Ｅ〜４Ｆに図示したものと基本的には同じ形状の、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。 図６は、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。 図７Ａは、冷却剤ガイドブレード６２が設けられたポペットバルブヘッドの部分断面図を示している。図７Ｂは、図７Ａの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレードの上面図を示ている。図７Ｃは、図７Ｂの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレード６２を通るＢ−Ｂ線に沿った断面を示している。
以下に、本発明の原理を視覚化した実際の縮尺によらない概略的な実施形態によって本発明を説明する。
図１Ａは、本発明の１つの基材になる、少なくとも１つの金属粉末または少なくとも２つの金属粉末の組み合わせ２を示す。図１Ａは、プラスチック材料をベースとし、１つまたは複数の金属粉末２と混合されることになる、バインダ４またはバインダ粉末も示している。金属粉末がバインダと混合されて、粉末の基材混合物が得られる。
図１Ｂには、金型１０を満たすように、金属粉末が射出成形機８に供給されることが示されている。バインダの存在により、射出成形機は金属粉末を処理することができる。繊維強化プラスチック材料と同様に、射出成形プロセスにおいて金属粉末を単体で使用することはできない。射出成形プロセス中に、プラスチックバインダは液化し得るので、粉末混合物の液化に役立つ。射出成形プロセスにより、金属粉末とバインダ材料とを含むグリーン体が得られる。
図１Ｃは、グリーン体からバインダを化学的に除去する任意のステップを示す。これは、バインダ材料用の化学溶媒を使用して実行することができる。バインダの材料によっては、バインダ材料の分子を化学的に破壊してグリーン体から除去することもできる。
図１Ｄは、グリーン体の金属粒子間の焼結接合を達成するための、熱的脱バインダおよびそれに続く熱間静水圧プレスのステップを示す。静水圧プレスと高温との組み合わせにより、プラスチックバインダ材料は、任意の化学的脱バインダ後も存在する限り、熱分解によって、すなわちバインダ材料の分子を熱分解することによって除去される。熱および圧力処理の次の段階では、焼結プロセス中に、グリーン体の多孔性が低減し、グリーン体の体積が減少する。
図１Ｅは、図１Ｄの熱間静水圧プレスによる焼結プロセス後に得られるバルブブランク１４を示す。バルブブランクには細孔がまだ存在するため、該バルブブランクに、圧延、金属注入、機械加工もしくは表面コーティング、またはその組み合わせなどの追加の処理ステップを実行してもよい。
図２Ａおよび２Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の第１の可能性を示す。図２Ａでは、バルブブランク１４は、中空シャフトおよび中空ヘッドバルブブランクとして製造されている。これは、バルブのヘッド２４からシャフト１８の端部の方向に延びるコアを有する射出成形金型を使用することによって達成され得る。シャフト１８内およびヘッド２４内には、キャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は、バルブヘッドを通して軸方向に開口している。シャフトの端部には、従来の内燃機関でバルブを使用できるようにするためのキーパ係合構造３６が設けられている。
図２Ｂは、キャビティ２０がナトリウム２２で部分的に満たされ、バルブヘッド２４の開口部がバルブヘッドプラグ２６で閉じられた後の内部冷却されたバルブ１６を示す。バルブヘッドプラグ２６は、溶接によってバルブヘッド２４に接続されている。
図３Ａおよび３Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の別の可能性を示す。図３Ａは、上述の方法を用いて本発明に従って製造された２つの中空バルブシェルブランク４２を示す。図１Ａ〜１Ｅに記載したポペットバルブブランクを製造する代わりに、同じ方法で中空バルブシェルブランクを製造した。図３Ａには、当該２つの中空バルブシェルブランク２４を接合することが示されている。
図３Ｂでは、２つの中空バルブシェルブランクは、中空バルブブランク４４に接合されており、２つの中空バルブシェルブランクは、溶接シーム４６によって接合されている。好ましくは、ブランクは、後の処理ステップにおいてナトリウムで満たされる。
図４Ａ〜４Ｇは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の別の可能性を示す。
図４Ａは、バインダ材料４で作られたコア５０を示している。コアは、バインダ材料でできているため、グリーン体の脱バインダステップで除去または溶解される。すなわち、グリーン体に大きな機械的負荷をかけることなく、グリーン体からコア材料を除去することができる。コアは、脱バインダプロセス中に分解または溶解または破壊されるので、ロストコアとして構成される。ロストコアは、射出成形によって製造され、安定したコンパクトなコアの製造を可能にする。しかしながら、コアの強度を高めるために、当該ロストコア５０の内側に任意の再利用可能な内部コア４８を含めることも可能である。内部コア４８として、例えば鋼製ロッドを使用することが可能である。有利には、内部コアはバインダ材料によって覆われていてもよい。これは、除去されるバインダ材料によって、脱バインダ後に、内部コアの取出しがグリーン体を損傷させないことを確実にするのに十分なクリアランスが残されるので、内部コアをグリーン体に接触させることなく、グリーン体を損傷させる可能性なしに、該内部コアをグリーン体から取り出すことが確実になるからである。
図４Ｂは、射出成形金型５４でグリーン体を射出成形する１つの例示的な方法を示している。コア５０または内部コア４８は、射出成形金型の一部であるコアホルダによって保持されている。異なる金型を使用することも可能である。粉末混合物５は、少なくとも１箇所で射出成形金型５４のキャビティに射出される。ポペットバルブのヘッド部分とシャフト部分とで異なる混合物を使用して、例えば、ヘッドの領域には耐熱性の高い材料を有し、上部シャフトの領域には耐熱性の低い材料を有する複合バルブグリーン体を得ることも可能である。バルブ端部の接合を容易にするために、バルブヘッドの領域には耐熱性の高い材料混合物を使用し、シャフト端部の領域でより溶接可能な材料を使用することも想定される。
図４Ｃは、グリーン体のキャビティ内に内部コアがある、脱バインダされていないグリーン体を示している。これは、グリーン体が射出成形機から取り出される構成である。
図４Ｄは、脱バインダステップ後のグリーン体１０／１４を示している。任意の内部コア４８は、キャビティの内面と接触することなく上方に取り出される。
図４Ｅでは、金属粒子の焼結を達成するために、脱バインダされたグリーン体は、熱間静水圧プレス中に圧力および温度にさらされる。グリーン体の焼成中、グリーン体の金属粒子は、金属間化合物を形成し、内燃機関におけるポペットバルブとしての使用に必要な機械的特性を実現する。別の射出機を使用する可能性により、例えば、焼結バルブの軸方向に沿って、異なる金属組成を有するバルブの生産が可能になる。焼結バルブをコーティングすることも可能である。
図４Ｆは、ナトリウムなどの内部冷却剤２２で部分的に満たされたキャビティを示している。
図４Ｇは、シャフトの端部に溶接されたポペットバルブ端部５６によって閉口されたキャビティ２０を示している。ポペットバルブ端部にも、バルブコレットの係合を可能にする構造が備えられている。バルブの一部のみがナトリウムで満たされているが、これは、内部冷却されたポペットバルブのシェーカー冷却を可能にするためである。また、バルブを部分的にコーティングして、ポペットバルブの熱的および機械的特性をさらに改善することも可能である。
図５は、図４Ｅ〜４Ｆに図示したものと基本的には同じ形状の、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。シャフトは、中空のバルブシャフト１８として作られており、バルブヘッドまで延びるキャビティ２０を取り囲んでいる。バルブヘッドの底部には、冷却剤ガイドコーン６６が設けられており、中空シャフトを流れる冷却剤をバルブヘッドの外側リムの方向に向けるようになっている。また、冷却剤ガイドコーン６６には、冷却剤ガイドブレードが設けられており、中空のポペットバルブシャフト１８の長手方向軸周りに冷却剤を循環させるようになっている。バルブヘッド内で循環する冷却剤により、バルブヘッドから循環する冷却剤への熱伝達が増加することが期待される。さらに、中空シャフトを下降する冷却剤の影響も大幅に低減される。これは、その流れが、ポペットバルブヘッドの外側リムにスムーズに迂回されるためである。すなわち、冷却剤ガイドコーンの助けのもと、キャビティ２０を移動する冷却剤によって引き起こされる機械的応力を大幅に低減することができる。冷却剤ガイドブレード６２は、冷却剤の流れを方向付けるために、時計回りまたは反時計回りの向きに曲げられている。冷却剤ガイドブレードは、図４Ａ〜４Ｃに従ってコアにそれぞれの溝を設けることにより製造することができる。
図６は、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。中空のポペットバルブシャフト１８では、螺旋ガイドブレード６４が配置されており、ポペットバルブヘッドに向かって中空シャフト１８を下降する冷却剤に円形または螺旋形の流れを生じさせる。キャビティ２０の底部の破線は、任意の冷却剤ガイドコーン６６および任意の冷却剤ガイドブレード６０を示している。
図７Ａは、冷却剤ガイドブレード６２が設けられたポペットバルブヘッドの部分断面図を示している。冷却剤ガイドブレード６２の上方には、冷却剤用のキャビティ２０が配置されている。上記の形態からも分かるように、冷却剤ガイドブレード６２は、上から見たときに反時計回りの方向に曲げられている。領域６２は、冷却剤ガイドブレード６２の裏側と見なされてもよいが、ここでは、領域６６は、冷却剤ガイドブレードを通る断面を示している。領域６６はまた、通常、冷却剤ガイドコーン６６によって占められている。
図７Ｂは、図７Ａの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレードの上面図を示す。冷却剤ガイドコーン６６は、冷却剤ガイドブレード６２の間の領域のみを占めている。Ａ−Ａ線は、図７Ａに示すコーンおよびブレードを通る断面の方向を示している。
図７Ｃは、図７Ｂの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレード６２を通るＢ−Ｂ線に沿った断面を示す。この断面では、コーンの形状がはっきりと見える。冷却剤ガイドブレード６２は区分されていない。図７Ａ〜７Ｃでは、冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレード６２の形状が十分に明確であろう。
製造プロセスに機械加工ステップをさらに含めて、焼結製品またはポペットバルブの所望の公差および表面構造を得ることも可能である。
特許請求の範囲が、本発明の範囲を定義する。図面は、本発明の原理の理解を容易にするために、例示的かつ非限定的な実施形態のみを示している。
２：金属粉末
４：バインダ
５：粉末混合物
６：プレス／射出成形機
８：金型
１０：化学的脱バインダ中のグリーン体
１２：熱的脱バインダおよび熱間静水圧プレス中のグリーン体
１４：熱焼結されたグリーン体／ポペットバルブブランク
１６：内部冷却ポペットバルブ
１８：中空バルブシャフト
２０：ボイド／キャビティ／開口部
２２：内部冷却剤／ナトリウム
２４：バルブヘッド
２６：バルブヘッドプラグ
３６：キーパ係合構造
４２：グリーン体から作られた中空バルブのハーフシェルブランク
４４：２つのハーフシェルブランクからできた中空バルブブランク
４６：溶接シーム
４８：ロストコア４８の任意の再利用可能な内部コア
５０：少なくとも部分的にバインダ材料でできたロストコア
５２：コアホルダ、射出成形金型の一部
５４：のための射出成形金型
５６：キャビティ２０を閉口するポペットバルブの端部
６２：冷却剤ガイドブレード
６４：冷却剤螺旋ガイドブレード
６６：冷却剤ガイドコーン
本発明は、ポペットバルブに関し、より詳細には、金属粉末とバインダとの混合物の射出成形を含む方法によって製造されるポペットバルブに関する。
従来のポペットバルブは、溶融金属の成形、鍛造、または旋盤での機械加工によって製造されている。
したがって、機械加工を必要とせず機械加工による材料の損失を回避する、代替的な製造方法を有することが望ましい。粉末冶金は、本発明の基礎を形成し、特に金属の損失を回避する。
欧州公開特許第１９２５６８２（Ａ１）号は、金属粉末を、射出成形を使用して特定の形状に成形してその後焼結する、中空バルブの部品を製造する方法を開示している。
欧州公開特許第１４８２１５６（Ａ２）号は、バルブガイドとしての使用に適した粉末金属部品であって、焼結を使用して製造される部品を開示している。
本発明は、請求項１の特徴を有するポペットバルブまたはマッシュルームバルブの製造方法を提供する。有利な実施形態は、従属請求項に開示されている。
本発明に従うポペットバルブまたはマッシュルームバルブの製造方法は、金属粉末とバインダとの混合物を提供するステップと、混合物を金型に充填して加圧し、グリーン体を得るステップと、グリーン体からバインダを除去するステップと、熱間静水圧プレスによって、グリーン体をポペットバルブブランクに熱焼結するステップと、を含む。バインダは、金型への金属粉末の充填を容易にするために使用される。グリーン体からバインダを除去し、熱間静水圧プレスによりポペットバルブブランクからすべてのボイドを除去して、バインダ粒子がポペットバルブブランクの金属構造を弱めるのを防ぐ。
本方法の例示的な一実施形態では、混合物を金型に充填し加圧し、グリーン体を得る上記ステップは、混合物を射出成形金型に射出成形することにより行われる。特に、バインダの存在は、混合物の液化を十分に可能にし、射出成形装置に関連する使用を可能にし得る。射出成形は、ポペットバルブグリーン体の迅速かつ信頼性の高い生産を可能にするために十分に知られ、広く使用されている技術である。すなわち、バインダは、ポペットバルブグリーン体を製造するための、新規かつ迅速な方法を可能にする。特に焼結金属の金属構造は、中空ポペットバルブなどの高温かつ高応力用途に適しているとは考えられていないため、焼結およびその他の粉末冶金に基づく技術をポペットバルブの製造に使用することはまだ検討されていない。
本方法の別の例示的な実施形態では、グリーン体からバインダを除去する上記ステップの前に、グリーン体が射出成形金型から取り出される。これにより、特には化学的脱バインダを含む様々な脱バインダ方法の使用が可能になる。
本発明の一実施形態では、グリーン体は化学的脱バインダに供される。化学的脱バインダでは、バルブグリーン体を化学溶液に入れ、バインダを化学反応で溶解し、バルブグリーン体の空隙を通してそれを除去することによって、バインダを除去または溶解する。
さらに別の追加の実施形態では、熱的脱バインダによって、グリーン体からバインダを除去する。すなわち、グリーン体を加熱して、バインダの化学構造を熱的に破壊するか、あるいはバインダを蒸発させてグリーン体の空隙を介してそれを再び除去する。残留したバインダ材料は、ポペットバルブブランクの金属構造を乱したり弱めたりするため、バインダの除去は重要である。この実施形態では、バインダは、気化または熱分解により除去される。
本発明の追加の実施形態では、バインダは、プラスチック材料を含むか、またはプラスチック材料からなる。プラスチック材料は、本発明の方法に必要とされる２つの重要な特徴である、高い流動化能力と、脱バインダステップでの気化または熱分解を使用する可能性と、を兼ね備えていえる。
この方法の別の実施形態によれば、金属粉末は、Ti Al V 64，Ti AL Sn Zr Mo 6245 (DIN 3.7145)，Nomonic 80A，21-4-3 (DIN 1.4882)，21-4-N (DIN 1.4871)，3015，25-15，P25，または従来製造されたバルブの基本材料から選択されるか、あるいはこれらを含む。これらの材料の混合物を使用して、ポペットバルブグリーン体、ブランクを製造することもできる。金属粉末にセラミックやセラミック粒子などの添加剤を加えて、金属製品の機械的特性を変更することもできる。
この方法の別の実施形態では、ポペットバルブおよび／または当該ポペットバルブの表面処理を得るために、少なくとも１つの面で、ポペットバルブブランクを表面処理するステップをさらに含む。表面処理には、機械加工、研削圧延が含まれ得る。表面処理は、ポペットバルブブランクおよび／またはポペットバルブのそれぞれの表面または表面の一部を窒化すること、あるいはコーティングすることをさらに含むことができる。
ポペットの製造方法の別の例示的な実施形態は、ハーフシェルバルブとして製造されるグリーン体および／またはポペットバルブブランクを含む。グリーン体ポペットバルブハーフシェルグリーン体は、２つのハーフシェルバルブグリーン体の熱間静水圧プレスを適用することにより、回転対称のポペットバルブグリーン体またはブランクに接合され得る。ポペットバルブハーフシェルグリーン体の熱間静水圧プレスを使用して中空のポペットバルブブランクを得ること、および２つの中空ポペットバルブブランクを溶接して中空のポペットバルブブランクを得ることも可能である。また、溶接する前に、中空のポペットバルブブランクのキャビティにナトリウムを含めて、ナトリウム充填物を有する内部冷却された中空のポペットバルブブランクを得ることも可能である。
この方法の別の例示的な実施形態では、中空シャフトおよび／または中空ヘッドバルブグリーン体として製造されたグリーン体を使用している。この実施形態では、ポペットバルブブランクは、バルブヘッドに軸方向の開口部を有する中空シャフトおよび／または中空ヘッドバルブブランクとして製造されている。これは、ポペットヘッドからバルブのシャフトの端部の方向に延びるコアを使用して製造され得る。このコアは、熱間静水圧プレス中はポペットバルブグリーン体の内側に配置され得るが、該熱間静水圧プレス後に取り出すことができる。この実施形態は、開口部をディスクで閉じ、該ディスクをバルブブランクに溶接して、中空のポペットバルブを得るステップをさらに含む。この中空空間をナトリウムで満たして、内部冷却されたポペットバルブを得ることも可能である。
本発明の別の例示的な実施形態では、射出成形するステップが、２つの異なる金属混合物の共押出しにより行われ、バルブシャフトおよびバルブヘッドに異なる材料組成を有するポペットバルブグリーン体および／またはポペットバルブが得られる。これは、ポペットバルブの耐用年数の改善に寄与し得る。また、２つの異なる側から、例えば、ポペットバルブのシャフト端部側およびポペットバルブのバルブヘッド側から上記２つの混合物を押し出して、混合材料のポペットバルブグリーン体を得ることも可能である。
この方法の追加の例示的な実施形態は、バルブブランクまたはバルブの表面を圧延して、該表面の状態を向上させるステップをさらに含む。これは、バルブまたはバルブブランクの表面特性の向上に寄与し、また、バルブブランクまたはバルブの多孔性を著しく低下させることができる。
本発明の別の例示的な一実施形態はまた、少なくとも部分的にバインダ材料からできている金型内のコアを使用する。コアは、金型を充填する前に該金型に挿入される。コアは、バインダ材料から射出成形されてもよい。繊維強化プラスチック材料などの複合材料を使用して、コアの耐久性を高めることもできる。コアは、脱バインダステップ中にその材料がグリーン体から除去されるので、少なくとも部分的にロストコアとして構成される。すなわち、コアは化学的に、または熱分解によって除去される。
別の例示的な実施形態では、上記のコアが、例えば金属製の内部コアを備える。内部コアは再利用可能であり、バインダ材料でできたコアの一部を除去した後にグリーン体から取り出すことができる。この内部コアによって、各鋳造プロセス中に無駄になるバインダ材料の量が減少する。内部コアには、別の重要な利点もある。すなわち、金型内での中子押さえ（コアサポート）の使用を回避するために、内部コアは、非常に堅牢な材料で作られ得る。特に中空ヘッドポペットバルブの場合のポペットバルブのキャビティは、堅牢性の観点から非常に不利な形状をしているため、これは特に役に立つ。細長いシャフトの端部で片持ち支持されているマッシュルーム形状のコアは、中空ヘッドポペットバルブの金型内のヘッドキャビティの正確な位置に関する問題をもたらす。
本発明の別の態様によれば、上記方法の１つに従って製造されたグリーン体が提供される。
本発明の別の態様によれば、上記のグリーン体から得られ、かつ上記方法の１つに従って製造されたポペットバルブブランクが提供される。
本発明の別の態様によれば、上記のポペットバルブブランクから得られ、かつ上記方法の１つに従って製造されたポペットバルブブランクが提供される。
本発明の別の態様によれば、上記のポペットバルブを備える内燃機関が提供される。
以下に、本発明を、非限定的な様々な例示的実施形態の図に示す。
１Ａ〜１Ｅは、本発明に従うポペットバルブの様々な製造ステップを示す図である。 ２Ａおよび２Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の第１の可能性を示す図である。 ３Ａおよび３Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の別の可能性を示す図である。 ４Ａ〜４Ｇは、本発明に従う内部冷却ポペットバルブの製造の別の可能性を示す図である。 図５は、図４Ｅ〜４Ｆに図示したものと基本的には同じ形状の、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。 図６は、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。 図７Ａは、冷却剤ガイドブレード６２が設けられたポペットバルブヘッドの部分断面図を示している。図７Ｂは、図７Ａの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレードの上面図を示ている。図７Ｃは、図７Ｂの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレード６２を通るＢ−Ｂ線に沿った断面を示している。
以下に、本発明の原理を視覚化した実際の縮尺によらない概略的な実施形態によって本発明を説明する。
図１Ａは、本発明の１つの基材になる、少なくとも１つの金属粉末または少なくとも２つの金属粉末の組み合わせ２を示す。図１Ａは、プラスチック材料をベースとし、１つまたは複数の金属粉末２と混合されることになる、バインダ４またはバインダ粉末も示している。金属粉末がバインダと混合されて、粉末の基材混合物が得られる。
図１Ｂには、金型１０を満たすように、金属粉末が射出成形機８に供給されることが示されている。バインダの存在により、射出成形機は金属粉末を処理することができる。繊維強化プラスチック材料と同様に、射出成形プロセスにおいて金属粉末を単体で使用することはできない。射出成形プロセス中に、プラスチックバインダは液化し得るので、粉末混合物の液化に役立つ。射出成形プロセスにより、金属粉末とバインダ材料とを含むグリーン体が得られる。
図１Ｃは、グリーン体からバインダを化学的に除去する任意のステップを示す。これは、バインダ材料用の化学溶媒を使用して実行することができる。バインダの材料によっては、バインダ材料の分子を化学的に破壊してグリーン体から除去することもできる。
図１Ｄは、グリーン体の金属粒子間の焼結接合を達成するための、熱的脱バインダおよびそれに続く熱間静水圧プレスのステップを示す。静水圧プレスと高温との組み合わせにより、プラスチックバインダ材料は、任意の化学的脱バインダ後も存在する限り、熱分解によって、すなわちバインダ材料の分子を熱分解することによって除去される。熱および圧力処理の次の段階では、焼結プロセス中に、グリーン体の多孔性が低減し、グリーン体の体積が減少する。
図１Ｅは、図１Ｄの熱間静水圧プレスによる焼結プロセス後に得られるバルブブランク１４を示す。バルブブランクには細孔がまだ存在するため、該バルブブランクに、圧延、金属注入、機械加工もしくは表面コーティング、またはその組み合わせなどの追加の処理ステップを実行してもよい。
図２Ａおよび２Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の第１の可能性を示す。図２Ａでは、バルブブランク１４は、中空シャフトおよび中空ヘッドバルブブランクとして製造されている。これは、バルブのヘッド２４からシャフト１８の端部の方向に延びるコアを有する射出成形金型を使用することによって達成され得る。シャフト１８内およびヘッド２４内には、キャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は、バルブヘッドを通して軸方向に開口している。シャフトの端部には、従来の内燃機関でバルブを使用できるようにするためのキーパ係合構造３６が設けられている。
図２Ｂは、キャビティ２０がナトリウム２２で部分的に満たされ、バルブヘッド２４の開口部がバルブヘッドプラグ２６で閉じられた後の内部冷却されたバルブ１６を示す。バルブヘッドプラグ２６は、溶接によってバルブヘッド２４に接続されている。
図３Ａおよび３Ｂは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の別の可能性を示す。図３Ａは、上述の方法を用いて本発明に従って製造された２つの中空バルブシェルブランク４２を示す。図１Ａ〜１Ｅに記載したポペットバルブブランクを製造する代わりに、同じ方法で中空バルブシェルブランクを製造した。図３Ａには、当該２つの中空バルブシェルブランク２４を接合することが示されている。
図３Ｂでは、２つの中空バルブシェルブランクは、中空バルブブランク４４に接合されており、２つの中空バルブシェルブランクは、溶接シーム４６によって接合されている。好ましくは、ブランクは、後の処理ステップにおいてナトリウムで満たされる。
図４Ａ〜４Ｇは、本発明に従う内部冷却されたポペットバルブの製造の別の可能性を示す。
図４Ａは、バインダ材料４で作られたコア５０を示している。コアは、バインダ材料でできているため、グリーン体の脱バインダステップで除去または溶解される。すなわち、グリーン体に大きな機械的負荷をかけることなく、グリーン体からコア材料を除去することができる。コアは、脱バインダプロセス中に分解または溶解または破壊されるので、ロストコアとして構成される。ロストコアは、射出成形によって製造され、安定したコンパクトなコアの製造を可能にする。しかしながら、コアの強度を高めるために、当該ロストコア５０の内側に任意の再利用可能な内部コア４８を含めることも可能である。内部コア４８として、例えば鋼製ロッドを使用することが可能である。有利には、内部コアはバインダ材料によって覆われていてもよい。これは、除去されるバインダ材料によって、脱バインダ後に、内部コアの取出しがグリーン体を損傷させないことを確実にするのに十分なクリアランスが残されるので、内部コアをグリーン体に接触させることなく、グリーン体を損傷させる可能性なしに、該内部コアをグリーン体から取り出すことが確実になるからである。
図４Ｂは、射出成形金型５４でグリーン体を射出成形する１つの例示的な方法を示している。コア５０または内部コア４８は、射出成形金型の一部であるコアホルダによって保持されている。異なる金型を使用することも可能である。粉末混合物５は、少なくとも１箇所で射出成形金型５４のキャビティに射出される。ポペットバルブのヘッド部分とシャフト部分とで異なる混合物を使用して、例えば、ヘッドの領域には耐熱性の高い材料を有し、上部シャフトの領域には耐熱性の低い材料を有する複合バルブグリーン体を得ることも可能である。バルブ端部の接合を容易にするために、バルブヘッドの領域には耐熱性の高い材料混合物を使用し、シャフト端部の領域でより溶接可能な材料を使用することも想定される。
図４Ｃは、グリーン体のキャビティ内に内部コアがある、脱バインダされていないグリーン体を示している。これは、グリーン体が射出成形機から取り出される構成である。
図４Ｄは、脱バインダステップ後のグリーン体１０／１４を示している。任意の内部コア４８は、キャビティの内面と接触することなく上方に取り出される。
図４Ｅでは、金属粒子の焼結を達成するために、脱バインダされたグリーン体は、熱間静水圧プレス中に圧力および温度にさらされる。グリーン体の焼成中、グリーン体の金属粒子は、金属間化合物を形成し、内燃機関におけるポペットバルブとしての使用に必要な機械的特性を実現する。別の射出機を使用する可能性により、例えば、焼結バルブの軸方向に沿って、異なる金属組成を有するバルブの生産が可能になる。焼結バルブをコーティングすることも可能である。
図４Ｆは、ナトリウムなどの内部冷却剤２２で部分的に満たされたキャビティを示している。
図４Ｇは、シャフトの端部に溶接されたポペットバルブ端部５６によって閉口されたキャビティ２０を示している。ポペットバルブ端部にも、バルブコレットの係合を可能にする構造が備えられている。バルブの一部のみがナトリウムで満たされているが、これは、内部冷却されたポペットバルブのシェーカー冷却を可能にするためである。また、バルブを部分的にコーティングして、ポペットバルブの熱的および機械的特性をさらに改善することも可能である。
図５は、図４Ｅ〜４Ｆに図示したものと基本的には同じ形状の、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。シャフトは、中空のバルブシャフト１８として作られており、バルブヘッドまで延びるキャビティ２０を取り囲んでいる。バルブヘッドの底部には、冷却剤ガイドコーン６６が設けられており、中空シャフトを流れる冷却剤をバルブヘッドの外側リムの方向に向けるようになっている。また、冷却剤ガイドコーン６６には、冷却剤ガイドブレードが設けられており、中空のポペットバルブシャフト１８の長手方向軸周りに冷却剤を循環させるようになっている。バルブヘッド内で循環する冷却剤により、バルブヘッドから循環する冷却剤への熱伝達が増加することが期待される。さらに、中空シャフトを下降する冷却剤の影響も大幅に低減される。これは、その流れが、ポペットバルブヘッドの外側リムにスムーズに迂回されるためである。すなわち、冷却剤ガイドコーンの助けのもと、キャビティ２０を移動する冷却剤によって引き起こされる機械的応力を大幅に低減することができる。冷却剤ガイドブレード６２は、冷却剤の流れを方向付けるために、時計回りまたは反時計回りの向きに曲げられている。冷却剤ガイドブレードは、図４Ａ〜４Ｃに従ってコアにそれぞれの溝を設けることにより製造することができる。
図６は、内部冷却されたポペットバルブ用のグリーン体またはポペットバルブブランクを示している。中空のポペットバルブシャフト１８では、螺旋ガイドブレード６４が配置されており、ポペットバルブヘッドに向かって中空シャフト１８を下降する冷却剤に円形または螺旋形の流れを生じさせる。キャビティ２０の底部の破線は、任意の冷却剤ガイドコーン６６および任意の冷却剤ガイドブレード６０を示している。
図７Ａは、冷却剤ガイドブレード６２が設けられたポペットバルブヘッドの部分断面図を示している。冷却剤ガイドブレード６２の上方には、冷却剤用のキャビティ２０が配置されている。上記の形態からも分かるように、冷却剤ガイドブレード６２は、上から見たときに反時計回りの方向に曲げられている。領域６２は、冷却剤ガイドブレード６２の裏側と見なされてもよいが、ここでは、領域６６は、冷却剤ガイドブレードを通る断面を示している。領域６６はまた、通常、冷却剤ガイドコーン６６によって占められている。
図７Ｂは、図７Ａの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレードの上面図を示す。冷却剤ガイドコーン６６は、冷却剤ガイドブレード６２の間の領域のみを占めている。Ａ−Ａ線は、図７Ａに示すコーンおよびブレードを通る断面の方向を示している。
図７Ｃは、図７Ｂの冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレード６２を通るＢ−Ｂ線に沿った断面を示す。この断面では、コーンの形状がはっきりと見える。冷却剤ガイドブレード６２は区分されていない。図７Ａ〜７Ｃでは、冷却剤ガイドコーン６６および冷却剤ガイドブレード６２の形状が十分に明確であろう。
製造プロセスに機械加工ステップをさらに含めて、焼結製品またはポペットバルブの所望の公差および表面構造を得ることも可能である。
特許請求の範囲が、本発明の範囲を定義する。図面は、本発明の原理の理解を容易にするために、例示的かつ非限定的な実施形態のみを示している。
２：金属粉末
４：バインダ
５：粉末混合物
６：プレス／射出成形機
８：金型
１０：化学的脱バインダ中のグリーン体
１２：熱的脱バインダおよび熱間静水圧プレス中のグリーン体
１４：熱焼結されたグリーン体／ポペットバルブブランク
１６：内部冷却ポペットバルブ
１８：中空バルブシャフト
２０：ボイド／キャビティ／開口部
２２：内部冷却剤／ナトリウム
２４：バルブヘッド
２６：バルブヘッドプラグ
３６：キーパ係合構造
４２：グリーン体から作られた中空バルブのハーフシェルブランク
４４：２つのハーフシェルブランクからできた中空バルブブランク
４６：溶接シーム
４８：ロストコア４８の任意の再利用可能な内部コア
５０：少なくとも部分的にバインダ材料でできたロストコア
５２：コアホルダ、射出成形金型の一部
５４：のための射出成形金型
５６：キャビティ２０を閉口するポペットバルブの端部
６２：冷却剤ガイドブレード
６４：冷却剤螺旋ガイドブレード
６６：冷却剤ガイドコーン

Claims (22)

  1. ポペットバルブまたはマッシュルームバルブの製造方法であって、
    金属粉末とバインダとの混合物を提供するステップと、
    前記混合物を金型に充填して加圧し、グリーン体を得るステップと、
    前記グリーン体から前記バインダを除去するステップと、
    熱間静水圧プレスによって、前記グリーン体をポペットバルブブランクに熱焼結するステップと、を含む製造方法。
  2. 前記混合物を金型に充填して加圧する前記ステップが、前記混合物を射出成形金型に射出成形することにより行われる、請求項１に記載のポペットバルブの製造方法。
  3. 前記グリーン体から前記バインダを除去する前記ステップの前に、前記グリーン体が前記射出成形金型から取り出される、請求項２に記載のポペットバルブの製造方法。
  4. 化学的脱バインダによって、前記グリーン体から前記バインダを除去する、請求項３に記載のポペットバルブの製造方法。
  5. 熱的脱バインダによって、前記グリーン体から前記バインダを除去する、請求項３または４に記載のポペットバルブの製造方法。
  6. 前記バインダがプラスチック材料を含むか、またはプラスチック材料からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  7. 前記金属粉末が、Ti Al V 64，Ti AL Sn Zr Mo 6245 (DIN 3.7145)，Nomonic 80A，21-4-3 (DIN 1.4882)，21-4-N (DIN 1.4871)，3015，25-15，P25，または従来製造されたバルブの基本材料を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  8. 前記金属粉末がセラミックから選択された添加剤を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  9. ポペットバルブおよび／または当該ポペットバルブの表面処理を得るために、前記ポペットバルブブランクを表面処理するステップをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  10. 前記表面処理が、前記ポペットバルブブランクおよび／または前記ポペットバルブのそれぞれの表面または表面の一部を窒化すること、あるいはコーティングすることをさらに含む、請求項９に記載のポペットバルブの製造方法。
  11. 前記グリーン体および／または前記ポペットバルブブランクをハーフシェルバルブとして製造し、２つのハーフシェルバルブグリーン体の熱間静水圧プレスを適用することによって前記２つのグリーン体を接合するか、あるいは２つのハーフシェルポペットバルブブランクを溶接して中空のポペットバルブブランクを得る、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  12. 少なくとも２つのグリーン体をハーフシェルバルブとして製造し、１つのグリーン体をポペットバルブの形状に製造し、前記ポペットバルブグリーン体を２つのハーフシェルグリーン体の間に配置し、これら３つのグリーン体を熱間静水圧プレスによって接合して中空のポペットバルブブランクを得る、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  13. 前記グリーン体が、中空シャフトおよび／または中空ヘッドバルブグリーン体として製造され、かつ／あるいは、前記および／または前記ポペットバルブブランクが、バルブヘッドに軸方向の開口部を有する中空シャフトおよび／または中空ヘッドバルブブランクとして製造され、前記方法が、前記開口部をディスクで閉じ、前記ディスクを前記バルブブランクに溶接するステップをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  14. 射出成形する前記ステップが、２つの異なる金属混合物の共押出しにより行われ、バルブシャフトおよびバルブヘッドに異なる材料組成を有するポペットバルブグリーン体および／またはポペットバルブが得られる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  15. バルブブランクまたはバルブの表面を圧延して、当該表面の状態を向上させるステップをさらに含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  16. 前記金型に充填するステップの前に、少なくとも部分的に前記バインダでできたコアを当該金型内に提供するステップをさらに含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のポペットバルブの製造方法。
  17. 前記コアがロストコアとして構成されており、当該コアには再利用可能な内部コアがさらに設けられている、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記コアに凹部が設けられており、前記グリーン体および／またはバルブの中空バルブヘッドおよび／または中空バルブシャフト内にガイドブレードが形成されるようになっている、請求項１６または１７に記載の方法。
  19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法に従って製造されたグリーン体。
  20. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法に従って、請求項１９に記載のグリーン体を使用して製造された、ポペットバルブブランク。
  21. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法に従って、請求項１９に記載のグリーン体および／または請求項２０に記載のポペットバルブを使用して製造された、ポペットバルブ。
  22. 請求項２１に記載の少なくとも１つのポペットバルブを備える内燃機関。
JP2019557827A 2017-04-27 2017-04-27 ポペットバルブおよびその製造方法 Pending JP2020517830A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2017/060050 WO2018196977A1 (en) 2017-04-27 2017-04-27 Poppet valve and method of its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020517830A true JP2020517830A (ja) 2020-06-18

Family

ID=58671611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019557827A Pending JP2020517830A (ja) 2017-04-27 2017-04-27 ポペットバルブおよびその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11305346B2 (ja)
EP (1) EP3615254B1 (ja)
JP (1) JP2020517830A (ja)
CN (1) CN110573279B (ja)
PL (1) PL3615254T3 (ja)
WO (1) WO2018196977A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018137762A1 (en) * 2017-01-25 2018-08-02 Federal Mogul Valvetrain Gmbh Inside-cooled disc valve and a semi-finished product and method for its production
WO2020198820A1 (en) * 2019-04-05 2020-10-08 Unifrax I Llc Exhaust gas control valve
CN110935878B (zh) * 2019-12-30 2022-04-05 湖南英捷高科技有限责任公司 一种钛合金零件的注射成形方法
CN110947971B (zh) * 2020-01-02 2021-12-24 沈阳中钛装备制造有限公司 采用粉末注射成型制备tc4钛合金零件的方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63210205A (ja) * 1987-02-25 1988-08-31 Kobe Steel Ltd 内燃機関の吸・排気バルブの製造方法
JPH0254703A (ja) * 1988-08-17 1990-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 射出成形による金属焼結体の製造方法
JPH05140601A (ja) * 1991-11-14 1993-06-08 Sumitomo Light Metal Ind Ltd チタニウムアルミナイドの成形方法
JPH0741802A (ja) * 1993-07-29 1995-02-10 Kitagawa Iron Works Co Ltd 金属粉末射出成形法
JPH11315564A (ja) * 1998-12-04 1999-11-16 Toto Ltd 接合製品
JP2000505149A (ja) * 1996-06-07 2000-04-25 マーン・ベー・オグ・ドバルドヴェー・ディーゼール・アクティーゼルスカブ 内燃機関用の排気弁
JP2004353088A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Eaton Corp エンジン用途向けの高温腐食／酸化抵抗性弁案内
JP2008180211A (ja) * 2006-10-20 2008-08-07 Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh 燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法
JP2009527651A (ja) * 2006-02-24 2009-07-30 エイチピーエム テクノロジー カンパニー リミテッド 射出成形物及びその製造方法
JP2010216016A (ja) * 1998-11-19 2010-09-30 Eaton Corp 粉末冶金用混合物及びこれを用いた粉末冶金部品の製造方法
JP2015127521A (ja) * 2013-12-27 2015-07-09 日本ピストンリング株式会社 内燃機関用バルブとバルブシートの組合せ体

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2280686A (en) * 1938-04-06 1942-04-21 Thompson Prod Inc Method of making engine poppet valves
US4852531A (en) * 1988-03-10 1989-08-01 Dynamet Technology Inc. Titanium poppet valve
DE19956170A1 (de) * 1999-11-23 2001-05-31 Mann & Hummel Filter Kernausschmelzverfahren zur Herstellung einer Hohlraumstruktur
US7296594B1 (en) 2005-03-22 2007-11-20 Hydro-Gear Limited Partnership Combination check valve and neutral valve assembly for use in a hydraulic component
DE102007039246A1 (de) * 2007-08-20 2009-02-26 Robert Bosch Gmbh Formmasse und Verfahren zur Herstellung einer Formmasse
WO2010124398A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Maetta Sciences Inc. A method for co-processing components in a metal injection molding process, and components made via the same
WO2011001977A1 (ja) * 2009-06-30 2011-01-06 日本ピストンリング株式会社 内燃機関燃料噴射ノズル、ノズル素材およびその製造方法
CA2797936C (en) * 2010-04-30 2016-06-28 Accellent, Inc. Pressure forming of metal and ceramic powders
DE102011089260A1 (de) * 2011-12-20 2013-06-20 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Metallpulverspritzgießen
CN103317137B (zh) * 2012-03-19 2016-10-19 富瑞精密组件（昆山）有限公司 热管制造方法及热管
EP2743491B1 (en) * 2012-12-13 2015-08-12 Continental Automotive GmbH Valve body, fluid injection valve and method for producing a valve body
JP6245268B2 (ja) * 2013-10-15 2017-12-13 株式会社Ihi 金属粉末射出成型体の接合方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63210205A (ja) * 1987-02-25 1988-08-31 Kobe Steel Ltd 内燃機関の吸・排気バルブの製造方法
JPH0254703A (ja) * 1988-08-17 1990-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 射出成形による金属焼結体の製造方法
JPH05140601A (ja) * 1991-11-14 1993-06-08 Sumitomo Light Metal Ind Ltd チタニウムアルミナイドの成形方法
JPH0741802A (ja) * 1993-07-29 1995-02-10 Kitagawa Iron Works Co Ltd 金属粉末射出成形法
JP2000505149A (ja) * 1996-06-07 2000-04-25 マーン・ベー・オグ・ドバルドヴェー・ディーゼール・アクティーゼルスカブ 内燃機関用の排気弁
JP2010216016A (ja) * 1998-11-19 2010-09-30 Eaton Corp 粉末冶金用混合物及びこれを用いた粉末冶金部品の製造方法
JPH11315564A (ja) * 1998-12-04 1999-11-16 Toto Ltd 接合製品
JP2004353088A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Eaton Corp エンジン用途向けの高温腐食／酸化抵抗性弁案内
JP2009527651A (ja) * 2006-02-24 2009-07-30 エイチピーエム テクノロジー カンパニー リミテッド 射出成形物及びその製造方法
JP2008180211A (ja) * 2006-10-20 2008-08-07 Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh 燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法
JP2015127521A (ja) * 2013-12-27 2015-07-09 日本ピストンリング株式会社 内燃機関用バルブとバルブシートの組合せ体

Also Published As

Publication number Publication date
US20200094323A1 (en) 2020-03-26
WO2018196977A1 (en) 2018-11-01
EP3615254B1 (en) 2021-02-17
CN110573279A (zh) 2019-12-13
PL3615254T3 (pl) 2021-08-16
EP3615254A1 (en) 2020-03-04
US11305346B2 (en) 2022-04-19
CN110573279B (zh) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10035731B2 (en) Additive manufacturing hybrid core
JP2020517830A (ja) ポペットバルブおよびその製造方法
JP5318372B2 (ja) 金属複合材発泡体構成部品を製造する方法及び金属複合材構成部品のためのプリフォーム
US8257038B2 (en) Metal injection joining
US4582678A (en) Method of producing rocket combustors
US8196640B1 (en) Self supporting core-in-a-core for casting
US20210146437A1 (en) Method for producing parts having a complex shape by metal powder injection moulding
US4972898A (en) Method of forming a piston containing a cavity
JP6491735B1 (ja) 焼結品の製造方法及び焼結品
JP2017159362A (ja) 熱間等方圧加圧法により第１の金属部品の周囲に形成された第２の金属部品を用いた鋳造
KR101476887B1 (ko) 분말사출성형방법 및 이에 따른 분말사출성형품
WO2016021362A1 (ja) 複合焼結体の製造方法
EP3431206B1 (en) Apparatus and method for investment casting core manufacture
CN105081316B (zh) 伪合金预制件专用模具及应用该模具的伪合金预制件的制备方法
JP7038134B2 (ja) 水平貫通孔を有する粉末金属インサートを形成する方法
US11565352B2 (en) Techniques and assemblies for joining components using solid retainer materials
RU2299788C1 (ru) Способ изготовления сложнопрофильных твердосплавных изделий
JPH01273664A (ja) 繊維強化金属部材の製造方法
JPS6221456A (ja) 中空鋳物の製造方法
JP2003171703A (ja) 多孔質焼結体およびその製造方法
US20040151611A1 (en) Method for producing powder metal tooling, mold cavity member
JPS59153802A (ja) 焼結体の製造方法
JPH04200969A (ja) 金属複合材料の製造方法
JP2004316470A (ja) タービンブレード、及び、その形成方法
JPH03234353A (ja) セラミック断熱層を有する鋳物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A529 Written submission of copy of amendment under article 34 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A529

Effective date: 20191024

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191024

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201021

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201201

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210803