KR20200124248A - 내연기관용 밸브 - Google Patents

Abstract

밸브 바닥면에 고착된 단열층의 외주부가 벗겨질 가능성을 최대한 억제하는 내연기관용 밸브를 제공한다. 연소실(S)에 밸브 바닥면(5)이 향하고, 밸브 바닥면(5)에 단열층(11)이 고착되고, 밸브 바닥면(5)에 대하여 주벽부(16)가 단열층(11)의 주위를 둘러싸도록 한 상태에서 일체적으로 설치되고, 주벽부(16)의 내주면(16i)이, 단열층(11)의 전주면(11p)을 밸브 바닥면(5)으로부터 단열층(11)의 표면에 이르기까지의 전체 두께 범위에 걸쳐 맞닿게 된다.

Description

내연기관용 밸브

본 발명은 자동차 등의 내연기관(엔진)에 있어서 흡기밸브나 배기밸브로서 사용되는 내연기관용 밸브에 관한 것이다.

자동차 등의 내연기관(엔진)에 있어서는, 연소실에 개구하는 흡기 포트, 배기 포트에는, 흡기밸브, 배기밸브로서 내연기관용 밸브가 각각 설치되어 있다. 이 내연기관용 밸브는 축부와, 그 축부의 일단에 직경 확대된 상태로 일체화되는 헤드부(Head)를 갖추고 있고, 헤드부는 그 헤드부의 선단면이 넓은 밸브 바닥면(Face)으로 되어 있는 한편, 그 밸브 바닥면으로부터 축부를 향하여 가까워짐에 따라 직경 축소되는 것으로 되어 있고, 그 헤드부에는 그 외주부 중 밸브 바닥면의 배면측에 있어서 페이스면(Seat)이 설치되어 있다. 이 내연기관용 밸브는 연소실에 있어서 헤드부 배면이 흡, 배기 포트의 개구에 면하도록 하여 각각 배치되어 있고, 이 내연기관용 밸브가 동밸브 기구에 의해 작동되어, 그 내연기관용 밸브에 있어서의 헤드부의 페이스면(Seat)이 흡, 배기 포트의 개구 둘레 가장자리부에 설치되는 시트 인서트에 대하여 각각 이착좌(離着座)함으로써, 그 흡, 배기 포트가 각각 개폐된다.

그런데, 상기 내연기관에 있어서는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 열 효율을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 연소실을 구획하는 벽면에 단열층을 설치한 것이 제안되어 있다. 이 경우, 내연기관용 밸브(흡기밸브, 배기밸브)의 밸브 바닥면도 연소실을 구획하는 점에서, 그 밸브 바닥면도 연소실을 구획하는 벽면이 되고, 그 밸브 바닥면에 단열층을 설치하면, 열 효율을 향상시킬 수 있다.

일본 특허 5629463호

그러나, 본 발명자는 상기 내연기관용 밸브(헤드부)의 연소실에서의 사용에 있어서, 밸브 바닥면의 외주부로부터 단열층이 박리되고, 그 박리점을 기점으로 하여, 그 외주부로부터 직경 방향 내방부(직경 방향 중앙부)로 박리가 진행되어가는 경향이 있는 것을 알아내고 있다. 만약, 이와 같은 내연기관용 밸브가 사용된 경우에는 내연기관의 열 효율을 충분히 높일 수 없다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 밸브 바닥면에 단열층이 고착되어 있는 내연기관용 밸브에 있어서, 그 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 벗겨질 가능성을 최대한 억제하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 다음의 (1)~(19)의 구성이 채용되어 있다.

(1)연소실을 향하는 밸브 바닥면에 단열층이 고착되어 있는 내연기관용 밸브에 있어서,

상기 밸브 바닥면에 대하여 주벽(周壁)이 상기 단열층의 주위를 둘러싸도록 한 상태에서 일체적으로 설치되고,

상기 주벽의 내주면이, 상기 단열층의 전주면(全周面)을 상기 밸브 바닥면으로부터 상기 단열층의 표면에 이르기까지의 전체 두께 범위에 걸쳐 맞닿게 되는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 주벽이, 상기 단열층의 전주면을 밸브 바닥면으로부터 단열층의 표면에 이르기까지의 전체 두께 범위에 걸쳐 덮고 있는 점에서, 밸브 바닥면(맞댐면)과 단열층(맞댐면)에 의해 형성되는 경계(선)가 주벽에 의해 외부에 노출되는 일이 없어지고, 연소가스(압력, 온도 등)가 밸브 바닥면과 단열층의 경계에 작용하여 단열층의 외주부가 밸브 바닥면에 대하여 벗겨지는(젖혀지는) 것을 억제할 수 있다. 만약, 단열층의 외주부에 밸브 바닥면으로부터 벗기려고 하는 힘이 작용하여, 단열층 외주부의 벗겨짐, 휨 등의 움직임이 발생하려고 해도, 그것에 대해, 단열층의 외주부와 주벽 내주면 사이에 마찰력이 발생하게 되어, 그 마찰력에 의해서도 단열층의 외주부가 벗겨지려고 하는 움직임을 억제할 수 있다. 이 때문에, 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 박리될 가능성을 최대한 억제할 수 있다.

(2)상기 (1)의 구성하에서,

상기 단열층이, 상기 밸브 바닥면 상에 이 밸브 바닥면의 외주 가장자리보다 직경 방향 내방으로 들어간 직경 축소 상태로써 배치되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 상기 서술한 (1)과 마찬가지의 작용 효과(주벽으로써 밸브 바닥면과 단열층의 경계(선)에 대하여 연소가스가 외부로부터 작용하는 것을 억제하는 것, 그 주벽 내주면과 단열층의 전주면과의 맞닿음 관계에 기초하여, 그 단열층의 외주부가 밸브 바닥면으로부터 벗겨지려고 하는 움직임을 마찰력에 의해 억제하는 것)를 나타내는 것은 물론, 단열층의 열 팽창률과 밸브 바닥면의 열 팽창률이 상이해도, 단열층의 직경을 밸브 바닥면의 직경보다 짧게 하는 것에 기초하여, 열 수축시에 있어서의 단열층의 직경 방향 내방의 수축량과 밸브 바닥면의 직경 방향 내방의 수축량의 차분, 또는 열 팽창시에 있어서의 단열층의 직경 방향 외방의 팽창량과 밸브 바닥면의 직경 방향 외방의 팽창량의 차분을, 밸브 바닥면 전체면에 단열층을 고착하는 경우에 비해 억제할 수 있고, 단열층의 외주부에 대하여, 밸브 바닥면으로부터 벗겨지는 방향의 힘이 작용하는 것을 억제할 수 있다.

(3)상기 (2)의 구성하에서,

상기 단열층의 열 팽창률이, 상기 밸브 바닥면의 열 팽창률보다 작게 되어 있고,

상기 주벽의 내주면이 상기 단열층의 전주면에 결합되어 있음과 아울러, 이 주벽의 일방의 단면이 상기 밸브 바닥면에 상기 단열층의 외주측에 있어서 결합되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 주벽이 밸브 바닥면 및 단열층의 전주면에 결합되어 있는 것에 기초하여, 밸브 바닥면의 열 팽창에 따라, 주벽이 단열층의 전주면을 그 직경 방향 외방으로 잡아당기게 되고, 또 밸브 바닥면의 열 수축에 따라, 주벽이 단열층의 전주면을 그 직경 방향 내방으로 압압하게(조르게) 된다. 이 때문에, 열 팽창 및 열 수축시에는, 주벽은 단열층에 대하여 단열층과 밸브 바닥면의 팽창량차 및 수축량차를 작게 하는 방향의 힘을 작용시키게 되어, 밸브 바닥면으로부터 단열층이 박리될 가능성을 한층 더 억제할 수 있다.

(4)상기 (3)의 구성하에서,

상기 단열층의 외측 가장자리가, 상기 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙보다 이 밸브 바닥면의 외측 가장자리에 가깝게 되도록 설정되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 단열층의 외주부에 작용하는 열 팽창, 열 수축에 기초하는 벗겨짐을 억제하는 구성을 취한다고 해도, 기본적으로 단열층으로써 단열 기능을 확보할 수 있다.

(5)상기 (3)의 구성하에서,

상기 주벽이, 상기 단열층의 전주면 뿐만아니라 이 단열층의 표면도 포함하는 이 단열층 전체를 덮는 피복재에 의해 형성되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 피복재가, 밸브 바닥면에 결합되어 있는 상태하에서 단열층의 표면도 덮으면서 그 단열층의 표면측을 밸브 바닥면을 향하여 누르는 점에서, 단열층의 전주면을 피복재가 덮을 뿐인 경우보다, 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 벗겨지려고 하는 움직임을 효과적으로 억제할 수 있다.

(6)상기 (5)의 구성하에서,

상기 피복재가, 상기 밸브 바닥면 중 상기 단열층의 외주측 전부를 덮도록 설정되고,

상기 피복재에는 단열 성분이 함유되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 열 팽창, 열 수축에 기초하는 단열층의 벗겨짐을 억제하기 위해서 단열층의 직경을 밸브 바닥면의 직경보다 짧게 하는 경우에도, 피복재가 밸브 바닥면 중 단열층의 외주측 전부를 덮지 않는 경우에 비해, 밸브 바닥면에 있어서의 단열성을 높일 수 있다.

(7)상기 (3)의 구성하에서,

상기 주벽의 열 팽창률이, 상기 단열층의 열 팽창률보다 크게 되도록 설정되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 열 팽창, 열 수축에 있어서, 밸브 바닥면에 대한 주벽의 추종성을 단열층보다 높일 수 있고, 밸브 바닥면의 열 팽창, 열 수축에 따라, 주벽(의 내주면)을 통하여 단열층의 전주면에 직경 방향의 힘을 작용시킬 수 있을 뿐만아니라, 주벽 자체의 열 팽창, 열 수축에 의해서도, 단열층에 직경 방향의 힘을 작용시켜, 단열층과 밸브 바닥면의 팽창량차 또는 수축량차를 보다 작게 할 수 있다. 이 때문에, 밸브 바닥면으로부터 단열층이 박리될 가능성을 한층 더 억제할 수 있다.

(8)상기 (5)의 구성하에서,

상기 피복재에, 상기 밸브 바닥면으로부터 밸브 페이스면에 이르는 마진부까지 연장되는 연장부가 설치되고,

상기 마진부에 걸어맞춤부가 설치되고,

상기 피복재의 연장부가, 상기 걸어맞춤부에 대하여 기계적으로 걸어맞춰져 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 피복재의 연장부와 마진부의 기계적 걸어맞춤에 의해, 피복재와 밸브 바닥면의 결합 강도를 높일 수 있고, 단열층 외주부의 벗겨짐, 휨 등의 움직임에 대하여, 피복재가 저항하는 능력을 높일 수 있다.

(9)상기 (1)의 구성하에서,

상기 밸브 바닥면에, 이 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부가 형성되고,

상기 단열층이 상기 오목부의 바닥벽에 고착되어 있음과 아울러, 이 단열층의 전주면이 상기 주벽으로서의 이 오목부의 내주벽에 의해 덮여 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 밸브 바닥면의 오목부 내주벽을 이용하여, 그 오목부 내주벽에 의해 단열층의 전주면을 덮게 되어, 상기 (1)과 마찬가지의 작용 효과를 나타낼 수 있다.

(10)상기 (9)의 구성하에서,

상기 단열층의 전주면도 상기 오목부의 내주벽에 고착되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 밸브 바닥면의 팽창, 수축에 따라, 오목부의 내주벽도 밸브 바닥면의 열 팽창률과 동일한 열 팽창률로 팽창, 수축하게 되어, 오목부 내주벽의 열 팽창, 열 수축(직경 방향으로의 변위동)에 의해서도, 단열층의 전주면에 직경 방향의 힘을 작용시켜, 단열층과 밸브 바닥면의 팽창량차 또는 수축량차를 현저히 작게 할 수 있다. 이 때문에, 밸브 바닥면으로부터 단열층이 박리될 가능성을 매우 효과적으로 억제할 수 있다.

(11)상기 (9)의 구성하에서,

상기 오목부 내의 상기 단열층의 표면 및 상기 밸브 바닥면에 대하여 피복재가 이 단열층의 표면 및 이 밸브 바닥면의 전체를 피복하도록 하여 결합되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 단열층은, 오목부 내주벽과의 관계 뿐만아니라, 단열층의 표면 및 밸브 바닥면에 대하여 결합되는 피복재가, 단열층 외주부의 벗겨짐, 휨 등의 움직임에 대하여 저항하게 되어, 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 벗겨질 가능성을 한층 더 억제할 수 있다. 물론 이 경우, 밸브 바닥면의 직경 방향에 있어서, 밸브 바닥면과 피복재가 접촉하는 실제의 길이가 오목부의 존재에 의해 한정된 것이 되는 점에서, 열 팽창, 열 수축의 영향을 적게 하여, 밸브 바닥면에 대한 피복재의 결합 강도를 충분히 확보할 수 있다.

(12)상기 (1)의 구성하에서,

상기 단열층이, 복수의 각 구성층을 적층 상태로써 일체화함으로써 형성되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 단열층이 복수의 구성층으로 이루어지는 적층 구조인 것으로 되어 있어, 이웃하는 구성층간에 경계가 존재하는 것이라도, 상기 (1)과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

(13)상기 (1)의 구성하에서,

상기 단열층의 열 팽창률이, 상기 밸브 바닥면의 열 팽창률과는 상이한 것으로 되어 있고,

상기 단열층에 있어서의 외주부의 두께가, 이 단열층의 외주부보다 직경 방향 내방측 부분의 두께에 비해 얇게 되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 열 팽창시 또는 열 수축시에, 단열층에 있어서의 외주부에 굽힘 응력이 작용하여 그 굽힘 응력에 기초하여 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

즉, 단열층과 밸브 바닥면의 열 팽창률차에 기초하여, 열 팽창시 및 열 수축시에 단열층 및 밸브 바닥면(밸브 바닥면 부분)이 일체적으로 휘고, 그들에 대하여 굽힘 응력이 작용하게 된다. 그 중, 단열층에 대한 최대 굽힘 응력은, 단열층에 있어서의 두께 방향의 외면에 가장자리 응력으로서 발생하고, 그 최대 굽힘 응력의 값은 중립면으로부터 두께 방향 외면까지의 거리가 길수록 커진다. 이 때문에, 중립면으로부터 두께 방향 외면까지의 거리가 길수록, 단열층의 외주부에 크랙이 발생할 가능성이 높아지고, 크랙이 발생한 경우에는, 그 크랙의 깊이는 단열층의 두께가 두꺼울수록 깊어진다. 또 단열층 및 밸브 바닥면(밸브 바닥면 부분)이 일체적으로 휠 때, 단열층의 곡률반경에 관하여, 단열층의 외주부 쪽이 그 외주부보다 직경 방향 내방측 부분에 비해 작아지는 경향(곡률이 커지는 경향)이 있고, 그 경우에는 그 곡률반경이 작은 것이 상기 굽힘 응력을 한층 크게 하게 되어, 크랙의 발생 가능성을 보다 높인다. 이 때문에, 이 청구항 13에 있어서는, 단열층에 있어서의 외주부의 두께를, 그 외주부보다 직경 방향 내방측 부분의 두께에 비해 얇게 함으로써, 단열층에 있어서의 중립면으로부터 두께 방향 외면까지의 거리를 작게 하여, 열 팽창시 및 열 수축시의 최대 굽힘 응력이 저하되고 있다. 이 결과, 상기 서술한 바와 같이, 단열층에 있어서의 외주부에 대하여 작용하는 굽힘 응력에 기초하여 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 크랙에 기초하여 단열층의 외주부가 밸브 바닥면으로부터 벗겨지는 것을 억제할 수 있다.

(14)상기 (13)의 구성하에서,

상기 단열층에 있어서의 외주부의 두께가, 이 단열층의 직경 방향 외방을 향함에 따라 얇게 되도록 설정되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 단열층에 있어서의 외주부의 두께 중, 크랙의 발생 가능성이 높아지는 직경 방향 외방측 부분의 두께일수록 얇게 하여, 크랙의 발생을 적확하게 억제할 수 있고, 이것에 따라, 크랙에 기초하여 단열층의 외주부가 밸브 바닥면으로부터 벗겨지는 것을 적확하게 억제할 수 있다. 한편, 이 경우, 단열층의 외주부의 두께만이 단열층의 직경 방향 내방측 부분의 두께보다 얇게 되고, 게다가, 그 두께가 직경 방향 외방을 향함에 따라 얇아지는 점에서, 단열층에 있어서의 외주부의 두께가 가능한 한 얇게 되지 않게 되어, 밸브 바닥면에 있어서의 단열층의 단열성 저하를 최대한 억제할 수 있다. 이 때문에, 밸브 바닥면에 있어서의 단열층의 단열성 저하를 최대한 억제하면서, 크랙에 기초하는 단열층 외주부의 벗겨짐을 적확하게 억제할 수 있다.

(15)상기 (14)의 구성하에서,

상기 밸브 바닥면에, 이 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부가 형성되고,

상기 오목부의 내주벽이, 이 오목부의 개구측을 향함에 따라 이 오목부의 직경 방향 외방을 향하도록 경사져 있고,

상기 단열층이 상기 오목부의 바닥벽에 고착되고,

상기 단열층의 전주면이, 이 단열층의 두께 방향 표면측을 향함에 따라 이 단열층의 직경 방향 외방으로 직경 확대되도록 경사진 상태에서 상기 오목부의 내주벽에 맞닿아 있음과 아울러, 이 단열층의 표면이 상기 밸브 바닥면 중 이 오목부를 제외한 부분에 대하여 동일평면이 되도록 설정되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 단열층의 전주면을 오목부의 내주벽에 맞닿게 하면서, 그 단열층의 외주부를 그 직경 방향 외방측일수록 얇게 할 수 있다. 이 때문에, 단열층에 의한 단열 기능의 저하를 최대한 억제하면서, 연소가스의 작용 및 크랙의 발생에 기초하는 밸브 바닥면에 대한 단열층의 벗겨짐을 억제할 수 있다.

게다가 이 경우, 단열층의 표면이 밸브 바닥면 중 이 오목부를 제외한 부분에 대하여 동일평면이 되도록 설정되어 있는 점에서, 밸브 바닥면 전체를 평탄화할 수 있고, 밸브 바닥면이 평탄화된 일반적인 밸브가 가지는 기본 구조, 기본 성능을 확보할 수 있다.

(16)상기 (15)의 구성하에서,

상기 오목부 내의 상기 단열층의 표면 및 상기 밸브 바닥면에 대하여 피복재가 이 단열층의 표면 및 이 밸브 바닥면의 전체를 피복하도록 하여 결합되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 오목부 내주벽과 단열층의 전주면의 맞닿음에 기초하는 효과를 얻을 뿐만아니라, 단열층의 표면 및 밸브 바닥면에 대하여 결합되는 피복재가, 단열층 외주부의 벗겨짐, 휨 등의 움직임에 대하여 저항하게 되어, 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 벗겨질 가능성을 한층 더 억제할 수 있다. 물론 이 경우, 밸브 바닥면의 직경 방향에 있어서, 밸브 바닥면과 피복재가 접촉하는 실제의 길이가 오목부의 존재에 의해 한정된 것이 되는 점에서, 열 팽창, 열 수축의 영향을 적게 하여, 밸브 바닥면에 대한 피복재의 결합 강도를 충분히 확보할 수 있다.

(17)상기 (14)의 구성하에서,

상기 밸브 바닥면에, 이 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부가 형성되고,

상기 오목부의 내주벽이, 이 오목부의 개구측을 향함에 따라 이 오목부의 직경 방향 외방을 향하도록 경사져 있고,

상기 단열층이 상기 오목부의 바닥벽에 고착되고,

상기 단열층의 전주면이, 이 단열층의 두께 방향 표면측을 향함에 따라 이 단열층의 직경 방향 외방으로 직경 확대되도록 경사진 상태에서 상기 오목부의 내주벽에 맞닿아 있고,

상기 단열층의 표면은, 상기 오목부 개구보다 외방측에 있어서 솟아오른 상태로서 형성되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 단열층의 전주면을 오목부의 내주벽에 맞닿게 하면서, 그 단열층의 외주부를 그 직경 방향 외방측일수록 얇게 할 수 있고, 게다가, 밸브 바닥면으로부터의 단열층의 솟아오르는 양을 억제하면서, 단열층에 있어서의 외주부보다 직경 방향 내방측 부분의 두께를 두껍게 할 수 있다. 이 때문에, 단열층의 벗겨짐 억제 효과의 향상과, 밸브 바닥면 전체의 평탄화를 최대한 도모하면서, 밸브 바닥면에 있어서의 단열성을 향상시킬 수 있다.

(18)상기 (13)의 구성하에서,

상기 주벽이, 상기 단열층의 전주면 뿐만아니라 이 단열층의 표면도 포함하는 이 단열층 전체를 덮는 피복재에 의해 형성되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 피복재가, 밸브 바닥면에 결합되어 있는 상태하에서 단열층의 표면도 덮으면서 그 단열층의 표면측을 밸브 바닥면을 향하여 누르는 점에서, 단열층의 전주면을 피복재가 덮기만 하는 경우보다, 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 벗겨지려고 하는 움직임(단열층 외주부에 있어서의 크랙 발생의 경우를 포함한다)을 효과적으로 억제할 수 있다.

(19)상기 (13)의 구성하에서,

상기 단열층의 열 팽창률이, 상기 밸브 바닥면의 열 팽창률보다 작게 되어 있는 구성으로 되어 있다.

이 구성에 의하면, 열 팽창률차가, 단열층의 열 팽창률이 밸브 바닥면의 열 팽창률보다 작게 되어 있는 것에 기초하고 있는 경우에도, 상기 청구항 13과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 밸브 바닥면에 단열층이 고착되어 있는 내연기관용 밸브에 있어서, 그 밸브 바닥면으로부터 단열층의 외주부가 박리될 가능성을 최대한 억제할 수 있다. 이 결과, 밸브 바닥면에 대한 단열층 외주부의 박리점을 기점으로 하여, 밸브 바닥면 전체에 단열층의 박리가 퍼지는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 내연기관에 사용되는 제1 실시형태에 따른 내연기관용 밸브로서의 흡기밸브 또는 배기밸브를 나타내는 설명도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 밸브의 헤드부를 설명하는 설명도이다.
도 3은 도 2의 종단면 구조를 간이적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는 도 3을 상방으로부터 본 평면도이다.
도 5는 밸브 바닥면(헤드부)과 단열층 사이에서 일어나는 열 팽창을 설명하는 설명도이다.
도 6은 밸브 바닥면(헤드부)과 단열층 사이에서 일어나는 열 수축을 설명하는 설명도이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 밸브에 대한 연소가스의 작용을 간이적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은 일반적인 단열층을 갖춘 밸브에 대한 연소가스의 작용을 간이적으로 나타내는 설명도이다.
도 9는 실험예 1~3의 적층체의 구조와, 그 각 실험 결과로서의 적층체 외주부의 박리율을 나타내는 도면이다.
도 10은 내구성 시험기를 사용하여 실험예의 실험을 행하는 상태를 설명하는 설명도이다.
도 11은 실험예 1에 있어서의 실험 전후의 적층체 외주부의 벗겨짐 상태를 나타내는 사진도(배율:전체 모습 5배, 각 부 확대 50배)이다.
도 12는 실험예 2에 있어서의 실험 전후의 적층체 외주부의 벗겨짐 상태를 나타내는 사진도(배율:전체 모습 5배, 각 부 확대 50배)이다.
도 13은 실험예 3에 있어서의 실험 전후의 적층체 외주부의 벗겨짐 상태를 나타내는 사진도(배율:전체 모습 5배, 각 부 확대 50배)이다.
도 14는 제1 실시형태에 따른 밸브의 주벽부의 작용으로서, 열 팽창시에, 주벽부가 단열층 전주면을 직경 방향 외방으로 잡아당기는 상태를 개념적으로 설명하는 설명도이다.
도 15는 제1 실시형태에 따른 밸브의 주벽부의 작용으로서, 열 수축시에, 주벽부가 단열층 전주면을 직경 방향 내방으로 조르고 있는 상태를 개념적으로 설명하는 설명도이다.
도 16은 실험예 4의 구조와, 그 실험 결과로서의 단열층의 박리율을 나타내는 도면이다.
도 17은 실험예 4에 있어서의 실험 전후의 적층체 외주부의 벗겨짐 상태를 나타내는 사진도(배율:전체 모습 5배, 각 부 확대 50배)이다.
도 18은 제2 실시형태에 따른 밸브의 헤드부를 설명하는 설명도이다.
도 19는 제3 실시형태에 따른 밸브의 헤드부를 나타내는 종단면도이다.
도 20은 도 19를 상방으로부터 본 평면도이다.
도 21은 도 19를 확대한 확대도이다.
도 22는 제4 실시형태에 따른 밸브의 헤드부를 나타내는 종단면도이다.
도 23은 열 수축에 의해 밸브의 헤드부가 휜 상태로 변화하는 것을 설명하는 설명도이다.
도 24는 도 23의 W부분을 확대하여 굽힘 응력의 발생을 설명하는 확대 설명도이다.
도 25는 제5 실시형태에 따른 밸브의 헤드부를 나타내는 종단면도이다.
도 26은 제6 실시형태에 따른 밸브의 헤드부를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다.

도 1에 있어서, 부호 1은 실린더 헤드(2)에 조립되는 내연기관용 밸브로서의 흡기밸브 또는 배기밸브(이하, 밸브라고 한다)를 나타낸다.

실린더 헤드(2)는 그 일부 벽면이 연소실(S)을 구획하고 있다. 그 실린더 헤드(2)에는 연소실(S)에 개구하도록 하여 흡, 배기 포트(이하, 포트라고 한다)(P)가 형성되고, 그 포트(P)의 개구 둘레 가장자리부에는 시트 인서트(9)가 설치되어 있다.

밸브(1)는, 밸브 본체(1A)로서, 축부(Stem)(3)와, 그 축부(3)의 일단에 직경 확대된 상태로 일체화되는 헤드부(Head)(4)를 갖추고 있다. 헤드부(4)는 그 헤드부(4)의 선단면이 넓은 정면시 원형의 밸브 바닥면(Face)(5)으로 되어 있는 한편, 그 밸브 바닥면(5)으로부터 축부(3)를 향하여 가까워짐에 따라 직경 축소되고, 그 헤드부(4)에는 그 외주부 중 밸브 바닥면(5)의 배면측에 있어서 마진부(Margin)(6)를 거쳐 페이스면(Seat)(7)이 형성되어 있다. 이 밸브(1)는 연소실(S)에 있어서 헤드부(4)의 배면이 포트(P)의 개구에 면하도록 배치되고, 이 밸브(1)를 동밸브 기구(10)로써 작동시킴으로써, 그 밸브(1)에 있어서의 헤드부(4)의 페이스면(Seat)(7)이, 포트(P) 개구 둘레 가장자리부의 시트 인서트(9)에 대하여 이착좌되게 된다. 이것으로부터, 밸브(1)(헤드부(4))는 밸브 본체(1A)의 밸브 바닥면(5)을 연소실(S)측을 향하게 하면서 포트(P)를 개폐하게 된다.

본 실시형태에 있어서는 밸브 본체(1A)의 재질로서 SUH11이 사용되고 있다. 이 때문에, 밸브 본체(SUH11)는 그 열 전도율이 약20.5W/m·K(실온하)정도, 열 팽창률이 약11.0×10^-6／℃(실온하)정도로 되어 있다.

상기 밸브(1)에는, 그 밸브 본체(1A)에 있어서의 밸브 바닥면(5)에 있어서, 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 단열층(11)이 고착(결합)되어 있다. 단열층(11)은 본 실시형태에 있어서는 밸브 바닥면(5)으로부터 이간하는 방향(도 3 중, 상방)을 향하여 순서대로 제1 단열층(12)과, 이 제1 단열층(12)과 동일 직경으로 되어 있는 제2 단열층(13)이 적층되어 있고, 밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12), 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13)은 각각 소성으로 결합(소결)되어 있다. 이 때문에, 단열층(11)은 밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12) 사이에 있어서 경계(B1)가 형성되고, 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13) 사이에는 경계(B2)가 형성되어 있다. 또한 도 2, 도 3에 있어서는, 단열층(11)(제1, 제2 단열층(12, 13))의 두께에 관하여, 실제의 도시가 용이하지 않기 때문에 과장 표시되어 있다(도 4 이하의 도면에 있어서도 동일하다).

상기 제1 단열층(12) 및 제2 단열층(13)은 미세 다공 구조를 형성함으로써 단열 기능을 발휘한다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, 제1 단열층(12) 및 제2 단열층(13)에는, 성분으로서, 무기 안료인 중공의 세라믹 비즈 혹은 중공의 글래스 비즈와, 내열성이 우수한 바인더가 함유되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 단열층(12)에 있어서는, 전체에 대하여, 중공의 세라믹 비즈 혹은 중공의 글래스 비즈:40~80wt%정도, 바인더(예를 들면 실리콘계 바인더 또는 지르코니아계 바인더):20~60wt%정도가 함유되고, 제2 단열층(13)에 있어서는, 전체에 대하여, 중공의 세라믹 비즈 혹은 중공의 글래스 비즈:50~90wt%정도, 바인더(예를 들면 실리콘계 바인더 또는 지르코니아계 바인더):10~50wt%정도가 함유되어 있다.

이 경우, 중공의 세라믹 비즈 혹은 중공의 글래스 비즈의 함유량에 관해서는, 상기와 같이 제2 단열층(13) 쪽이 제1 단열층(12)보다 많게 되어 있다. 미세 중공(세라믹 비즈 혹은 글래스 비즈의 중공)의 존재량 조정에 기초하여, 제1 단열층(12)의 열 전도율보다 제2 단열층(13)의 열 전도율을 낮추어, 단열성을 효과적으로 높임과 아울러, 중공의 세라믹 비즈 혹은 중공의 글래스 비즈의 존재량 조정에 기초하여, 제1 단열층(12)의 열 팽창률을 제2 단열층(13)의 열 팽창률과 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률 사이의 중간값으로 하여, 제1, 제2 단열층(12, 13)에 대한 열 팽창차 및 열 수축차에 기초하는 영향(박리 등)을 저하시키기 위해서이다. 물론 이 경우, 제1, 제2 단열층(12, 13)의 열 팽창률은 어느 것이나 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률보다 작다.

보다 구체적으로는, 제1 단열층(12)은 밸브 바닥면(5) 상에 있어서 20~100μm정도의 층두께하에서, 그 열 전도율이 0.4~1.2W/m·K(실온하)로 되어 있고, 제2 단열층(13)은 제1 단열층(12) 상에 있어서 20~250μm정도의 층두께하에서, 그 열 전도율이 0.2~1.0W/m·K(실온하)로 되어 있다.

또 단열층(11)(제1, 제2 단열층(12, 13))의 열 팽창률에 관해서는, 그 단열층(11)의 열 팽창률이 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률보다 작게 되어 있고, 게다가, 제2 단열층(13)의 열 팽창률이 제1 단열층(12)의 열 팽창률보다 작게 되어 있는 기본 구조하에서, 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13)의 열 팽창률차가 밸브 본체(1A)와 제1 단열층(12)의 열 팽창률차보다 작게 되어 있다. 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13) 사이의 열적 영향(박리 등)을 밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12) 사이의 열적 영향보다 낮추기 위해서이다.

상기 단열층(11)(제1, 제2 단열층(12, 13))은, 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 밸브 바닥면(5)의 외측 가장자리보다 직경 축소되어 있다. 구체적으로는, 단열층(11)의 외측 가장자리가, 밸브 바닥면(5)의 직경 방향 중앙부(O)보다 밸브 바닥면(5)의 외측 가장자리에 가깝게 되도록 설정되어 있다. 기본적으로 단열층(11)으로써 밸브 바닥면(5)에 대한 단열 기능을 확보하면서, 밸브 본체(1A)(밸브 바닥면(5))와 단열층(11)의 열 팽창률차에 기초하는 열 팽창차 및 열 수축차를, 열 팽창 및 열 수축의 대상이 되는 길이를 단축시킴으로써 작게 하고, 이것에 의해. 밸브 바닥면(5)으로부터의 단열층(11)의 벗겨짐을 억제하기 위해서이다.

밸브 바닥면(5)으로부터의 단열층(11)의 벗겨짐, 및 그 벗겨짐의 억제책으로서의 단열층(11)의 직경 축소에 대해서, 밸브 바닥면(5) 전체면에 대하여 단열층(11)이 소결(결합)된 것을 예로 들어, 도 5, 도 6에 기초하여 구체적으로 설명한다.

밸브(1)는 밸브 바닥면(5)(밸브 본체(1A))과 단열층(11)이 실제로는 소결되어 일체화되어 있지만, 밸브 바닥면(5)과 단열층(11)이 단독으로 열 팽창, 열 수축했다고 가정한 경우에는, 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률이 단열층(11)의 열 팽창률보다 큰 점에서, 열 팽창시에 있어서는, 도 5(a)에 나타내는 기준 상태는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 밸브 바닥면(5)의 직경이 단열층(11)의 직경보다 직경 확대된 상태가 되고, 열 팽창률차에 기초하는 팽창량차(ΔLe)가 발생한다. 이 팽창량차(ΔLe)는 하기 식으로써 구해진다.

이 경우, ΔLe1:밸브 바닥면(5)의 팽창량, ΔLe2:단열층의 팽창량, α1:밸브 바닥면(5)의 열 팽창률, α2:단열층의 열 팽창률, D:열 팽창 전의 단열층(11) 및 밸브 바닥면(5)의 직경(대상 길이), ΔTe:열 팽창시의 온도 변화이다.

한편, 열 수축시에 있어서는, 도 6(a)에 나타내는 기준 상태는, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 밸브 바닥면(5)의 직경이 단열층(11)의 직경보다 직경 축소 된 상태가 되고, 열 팽창률차에 기초하는 수축량차(ΔLc)가 발생한다. 이 수축량차(ΔLc)는 하기 식으로써 구해진다.

이 경우, ΔLc1:밸브 바닥면(5)의 수축량, ΔLc2:단열층의 수축량, α1:밸브 바닥면(5)의 열 팽창률, α2:단열층의 열 팽창률, D:열 수축 전의 단열층(11) 및 밸브 바닥면(5)의 직경(대상 길이), ΔTc:열 수축시의 온도 변화이다.

실제로는, 상기한 바와 같이, 상기 밸브(1)에 있어서는, 밸브 바닥면(5)과 단열층(11)이 소결되어 일체화된 상태하에서, 상기 열 팽창률차에 기초하는 팽창량차(ΔLe), 수축량차(ΔLc)가 발생하려고 한다. 이 때문에, 그 때의 현상은 열 팽창시에는 도 5(a)에 나타내는 기준 상태로부터 도 5(c)로 변화하고, 밸브 바닥면(5)이 직경 확대되는 한편, 단열층(11)의 외주 가장자리부 중 그 때의 밸브 바닥면(5)과의 맞댐면에 가까운 부분일수록 직경 방향 외방으로 잡아당겨진다고 추측된다. 이 점에서, 그 때에 있어서의 상기 팽창량차(ΔLe)가 클수록, 밸브 바닥면(5)에 대하여 단열층(11)이 벗겨지기 쉬워진다고 생각된다.

한편, 열 수축시에 있어서의 현상은 도 6(a)에 나타내는 기준 상태(도 5(a)에 나타내는 기준 상태와 동일한 상태)로부터 도 6(c)로 변화하고, 밸브 바닥면(5)이 직경 축소되는 한편, 단열층(11)의 외주 가장자리부 중 그 때의 밸브 바닥면(5)과의 맞댐면에 가까운 부분일수록 직경 방향 내방으로 잡아당겨진다고 추측된다. 이 점에서, 그 때에 있어서의 상기 수축량차(ΔLe)가 클수록, 밸브 바닥면(5)에 대하여 단열층(11)이 벗겨지기 쉬워진다고 생각된다.

이 때문에, 본 발명자는 상기 서술의 팽창량차(ΔLe), 수축량차(ΔLc)를 구하는 식에 있어서, 열 팽창 및 열 수축의 영향을 주는 대상 길이(D)를 단축시키면, 팽창량차(ΔLe) 및 수축량차(ΔLc)가 작아지는 것, 그 열 팽창 및 열 수축의 영향을 주는 대상 길이(D)가 단열층(11)이 밸브 바닥면(5)에 소결(결합)되어 있는 부분의 길이로서 정해지는 것에 주목하여, 단열층(11)을 그 직경이 밸브 바닥면(5)의 직경보다 직경 축소된 상태에서 밸브 바닥면(5)에 결합하는 것으로 하고 있다.

상기 밸브 바닥면(5) 및 이 밸브 바닥면(5) 상의 상기 단열층(11)은 도 2~도 4에 나타내는 바와 같이 피복재(15)에 의해 덮여 있다. 피복재(15)는 바닥부측을 밸브 바닥면(5)으로부터 떨어지도록 배치한 상태에서 바닥이 있는 대략 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 피복재(15)에는 주벽으로서의 주벽부(16)와, 그 주벽부(16)에 일체적으로 설치되어 바닥부를 형성하는 바닥벽부(17)가 갖추어져 있다. 이 피복재(15)(주벽부(16) 및 바닥벽부(17))에는 주성분으로서 지르코니아, 알루미나, 실리카, 실리케이트 등의 세라믹스가 함유되고, 상기 서술한 단열층(11)의 성분인 중공의 세라믹 비즈 및 중공의 글래스 비즈는 피복재(15)에는 함유되어 있지 않다. 이것에 의해, 피복재(15)에 있어서는, 단열층(11)정도는 아니라고 해도, 주성분에 의해 단열층(11)의 열 전도율에 가능한 한 가까워진 열 전도율이 확보되고(밸브 바닥면(5)(밸브 본체(1A))의 열 전도율>피복재(15)의 열 전도율>단열층(11)의 열 전도율), 한편, 그 피복재(15)의 열 팽창률은 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률에 가능한 한 가까워진 것으로 되어 있다(밸브 바닥면(5)의 열 팽창률>피복재(15)의 열 팽창률>단열층(11)의 열 팽창률). 본 실시형태에 있어서는, 피복재(15)로서, 열 전도율이 0.2~4W/m·K(실온하)로 되어 있고, 열 팽창률이 밸브 본체(1A)의 열 팽창률과 동등 혹은 그 이하로 되어 있는 것이 사용되고 있다. 또한 도 2~도 4에 있어서는, 피복재(15)(주벽부(16) 및 바닥벽부(17))의 두께에 관하여, 실제의 도시가 용이하지 않기 때문에 과장 표시되어 있다(도 5 이하의 도면에 있어서도 동일하다).

상기 주벽부(16)는 도 3에 나타내는 바와 같이 그 일단면(도 3 중, 하단면)이 밸브 바닥면(5)에 단열층(11)의 외주측에 있어서 결합(소결)되어 있다. 이 주벽부(16)의 내주면(16i)은 밸브 바닥면(5)으로부터 제2 단열층(13)의 표면(13s)까지의 전체 두께 범위에 걸쳐, 단열층(11)의 전주면(11p)에 맞닿은 상태로 그 단열층(11)의 전주면(11p)을 덮고 있고(둘러싸고 있고), 밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12) 사이의 경계(B1) 및 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13) 사이의 경계(B2)는 외부에 노출되지 않도록 되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 주벽부(16)의 내주면(16i)은 단열층(11)의 전주면에 결합(소결)되어 있다.

또 본 실시형태에 있어서는 주벽부(16)의 외주면이 밸브 바닥면(5)의 직경 방향에 있어서 그 밸브 바닥면(5)의 외주 가장자리까지 확장되어 있다. 이것에 의해, 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)의 외주측에 있어서의 그 전체가 주벽부(16)의 일단면(두께면)에 의해 덮이게 되고, 주벽부(16)는 그 재질(성분)에 의해, 단열층(11)정도는 아니지만, 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)이 존재하지 않는 부분에서의 단열성을 확보한다. 이 경우, 단열층(11)의 직경을 어느 정도의 것으로 할지에 따라 주벽부(16)의 두께가 정해지는데, 밸브 바닥면(5)에 대한 단열성을 중시하면서 단열층(11)의 외주부의 벗겨짐을 억제하는 경우에는, 단열층(11)의 직경을 증대 경향으로 하는 한편, 주벽부(16)의 두께를 감소시키게 되고, 단열층(11) 외주부의 벗겨짐 억제를 중시하면서 밸브 바닥면(5)의 단열성을 확보하는 경우에는, 단열층(11)의 직경을 감소 경향으로 하는 한편, 주벽부(16)의 두께를 증대시키게 된다. 본 실시형태에 있어서는 주벽부(16)의 두께는 1μm~30μm로 되어 있고, 그 주벽부(16)의 내주면(16i)의 직경 방향 내방측에는 단열층(11)이 존재하고 있다.

상기 바닥벽부(17)는 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이 단열층(11)(제2 단열층(13))의 표면(11s(13s))에 맞닿으면서 그 표면(11s(13s))을 덮고 있다. 이 바닥벽부(17)는 상기 주벽부(16)의 타단면에 그 타단 개구를 폐색하도록 일체적으로 설치되어 있고, 그 바닥벽부(17)는 주벽부(16)가 밸브 바닥면(5)에 결합되어 있는 것에 기초하여, 제2 단열층(13)의 외주부에 의해 바닥벽부(17)에 주벽부(16)의 타단으로부터 이간하는 방향(도 3 중, 상방)의 힘이 작용했을 때는 그 힘에 대하여 저항하도록 되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 바닥벽부(17)도 제2 단열층(13)의 표면(13s)에 결합(소결)되고, 그 바닥벽부(17)의 두께는 1μm~30μm로 되어 있다.

따라서, 이와 같은 밸브(1)는 다음과 같은 작용을 발생시킨다.

(1)밸브(1)에 있어서는, 밸브 바닥면(5)에 있어서의 단열성을 최대한 확보하면서, 연소가스의 작용에 기초하여 단열층(11)의 외주부가 벗겨지는 것이 억제된다.

밸브(1)의 헤드부(4)가 연소실(S)에 배치된 상태에서 사용된다고 해도, 피복재(15)에 있어서의 주벽부(16)의 일단면이 밸브 바닥면(5)에 결합되어 있음과 아울러, 그 피복재(15)에 있어서의 주벽부(16)의 내주면(16i)이 단열층(11)(제1, 제2 단열층(12, 13))의 전주면(11p)에 그 전체 두께 범위에 걸쳐 결합되어 있는 점에서, 연소가스는 도 7에 나타내는 바와 같이 밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12) 사이의 경계(B1), 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13) 사이의 경계(B2)에 작용하지 않게 된다. 이 때문에, 밸브 바닥면(5)에 대하여 제1 단열층(12)의 외주부가 벗겨지거나, 제1 단열층(12)에 대하여 제2 단열층(13)이 벗겨지거나 하는 것이 억제된다.

게다가 본 실시형태에 있어서는 피복재(15)에는 주벽부(16)의 타단에 바닥벽부(17)가 설치되고, 그 바닥벽부(17)가 제2 단열층(13)의 표면(13s)에 결합된 상태로 그 제2 단열층(13)의 표면(13s)을 덮고 있는 점에서, 주벽부(16)와 바닥벽부(17)는 단열층(11) 전체를 감싸게 되고, 단열층(11)의 주면(周面)(11p)과 피복재(15)의 주벽부(16)의 내주면(16i) 사이의 경계에 대해서도 연소가스가 작용하는(들어가는) 일이 없어져(도 7 참조), 연소가스의 작용에 기초하여 단열층(11)의 외주부가 벗겨지는 것이 높은 확실성으로 억제된다.

한편, 밸브 바닥면(5)에 대한 기본적인 단열성을 단열층(11)에 의해 확보할 뿐만아니라, 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)이 배치되지 않는 부분에 대해서는 단열층(11)에 최대한 가까워진 열 전도율을 가지는 피복재(15)의 주벽부(16)가 덮는 점에서, 그 부분에 대한 단열성도 확보할 수 있게 된다.

따라서, 밸브 바닥면(5)에 대한 단열성을 단열층(11) 및 피복재(15)의 주벽부(16)에 의해 최대한 확보하면서, 연소가스의 작용에 기초하여 제1, 제2 단열층(12, 13)의 외주부가 벗겨지는 것을 높은 확실성으로 억제할 수 있다.

이 경우, 열 팽창 및 열 수축에 관해서는, 피복재(15)에 있어서의 주벽부(16)의 두께가 밸브 바닥면(5)의 반경에 비해 현격히 작고(열 팽창 및 열 수축에 영향을 끼치는 대상 길이가 작음), 게다가, 그 주벽부(16)(피복재(15))의 열 팽창률이 밸브 바닥면(5)(밸브 본체(1A))의 열 팽창률에 가까워져 추종성이 높아져 있는 점에서, 열 팽창 또는 열 수축에 따라 주벽부(16)가 밸브 바닥면(5)에 대하여 벗겨지는 것이 억제된다.

이에 대해 도 8에 나타내는 바와 같이, 피복재(15)의 주벽부(16)가 단열층(11)(제1 단열층(12) 및 제2 단열층(13))의 전주면(11p)을 덮고 있지 않은 경우에는, 연소가스가 경계(B1), 경계(B2)에 직접 작용하게 되어, 단열층(11)의 외주부(11a)는 밸브 바닥면(5)에 대하여 벗겨지기 쉬운 경향이 된다.

(2)밸브(1)에 있어서는 열 팽창차 또는 열 수축차에 기초하여 단열층(11)의 외주부(11a)가 벗겨지는 것이 억제된다.

본 발명자는 단열층 외주부(11a)가 밸브 바닥면(5)으로부터 벗겨지기 쉬운 경향이 있다는 지견을 얻고 있지만, 열 팽창차 또는 열 수축차에 기초하는 단열층 외주부(11a)의 벗겨짐은 본 실시형태에 있어서는 상이한 2개의 관점에서 억제된다.

(2-1)첫번째는, 상기 서술한 바와 같이, 단열층(11)이 밸브 바닥면(5)에 이 밸브 바닥면(5)의 직경보다 직경 축소된 상태에서 결합되어 있는 것에 있다. 이것은 상기 서술한 열 팽창률차에 기초하는 팽창량차(ΔLe) 및 수축량차(ΔLc)를 구하는 식에 있어서, 열 팽창 및 열 수축의 영향을 주는 대상 길이(D)를 단축시키면, 팽창량차(ΔLe) 및 수축량차(ΔLc)가 작아지는 것, 팽창량차(ΔLe) 및 수축량차(ΔLc)에 영향을 주는 대상 길이(D)가 단열층(11)과 밸브 바닥면(5)의 결합 부분의 길이로서 정해지는 것을 구체적으로 구현화한 것이다.

이것에 의해, 이미 설명한 바와 같이, 밸브 바닥면(5)의 직경에 대하여 단열층(11)의 직경이 직경 축소되면 될수록, 밸브 바닥면(5)에 대한 단열층 외주부(11a)의 벗겨짐이 억제된다.

도 9는 상기 내용을 뒷받침하는 실험예 1~3의 실험 태양 및 그 각 실험 결과의 평가를 나타낸다. 실험예 1~3은 공통 실험 조건하에서, 실험 태양으로서의 각 실험예 특유의 구조의 밸브에 대하여 내구 시험을 행하는 것이며, 그 각 실험 결과에 대해서는 공통의 평가 방법에 의해 평가를 행했다.

(a) 공통 실험 조건

실험 대상

밸브 바닥면(5)에 단열층(11)(제1 단열층(12), 제2 단열층(13)) 및 피복층(17)(피복재(15)의 바닥벽부(17)에 상당하기 때문에, 이하, 바닥벽부(17)와 동일한 부호 17을 사용한다)이 적층된 포핏 밸브

단열층(11):제1 실시형태에 나타낸 제1, 제2 단열층(12, 13)이 적층된 것

피복층(17):제1 실시형태에 나타낸 피복재(15) 중 바닥벽부(17)만으로 이루어지는 것

단열층 및 피복층(이하, 적층체(26)라고 한다)의 전체 층두께:120μm

밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12)의 결합, 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13)의 결합, 제2 단열층(13)과 피복층(17)의 결합:소결

밸브:밸브 바닥면(5)의 직경:32mm 재질:SUH11

실험 내용

내구 시험기(20)(밸브-밸브좌 마모 시험기)를 사용하여 각 실험예 1~3에 따른 밸브(1E)에 대하여 내구성 시험을 행한다. 내구성 시험은 도 10에 나타내는 바와 같이 내구 시험기(20)에 각 실험예의 밸브(1E)를 세트한 다음, 그 밸브(1E)를 그 축선을 중심으로 하여 로터(25)에 의해 자전시키면서, 로커 아암(22)에 의해 상하동시키는 상태로 하고, 그 상태하에서, 가스 버너(21)로부터의 화염을 밸브 바닥면(5)에 쏘는 것이다. 실험 내용을 나타내는 도 10에 있어서, 23은 밸브 바닥면(5)의 온도를 측정하는 온도계, 24는 내구 시험기를 냉각하는 워터 재킷이다.

내구 시험 조건

밸브(1E)의 상하 속도:3000rpm(엔진 회전수에 있어서 6000rpm에 상당)

밸브(1E)의 회전수(자전 회전수):20rpm

밸브(1E)의 온도(밸브 바닥면 온도):400℃

가스 버너의 사용 가스:LPG

내구 시험 시간:50hr

실험 결과의 중간 체크 시간:10, 20, 30, 40, 50hr

(b)각 실험예 특유의 실험 태양(특유의 적층체(26)(단열층(11) 및 피복층(17))의 구조)

실험예 1:밸브 바닥면(5)(직경 32mm) 전부를 적층체(26)(직경 32mm)에 의해 덮는 태양(도 9에 있어서의 실험예 1의 구조도 참조)

실험예 2:밸브 바닥면(5)(직경 32mm)을 이 밸브 바닥면(5)보다 직경 축소되는 적층체(26)(직경 29mm)에 의해 덮는 태양(도 9에 있어서의 실험예 2의 구조도 참조)

실험예 3:적층체(26)의 직경을 실험예 2의 경우보다 한층 더 직경 축소(직경 26mm)한 태양(도 9에 있어서의 실험예 3의 구조도 참조)

(c)공통의 평가 방법

각 실험예의 실험 후에, 밸브 바닥면(5) 상의 적층체(26)의 상태(밸브(1E)에 있어서의 축부(3)의 축선 방향에서 본 상태)의 화상 정보를 얻고, 그 화상 정보로부터 적층체(26)의 박리 면적을 도출하고, 그 박리 면적을 밸브 바닥면(5)을 덮고 있는 적층체(26)의 면적(이하, 전면적이라고 한다)으로 제산함으로써, 박리율을 구하는 것으로 했다. 그리고, 그 박리율이 큰 값인 것일수록, 밸브 바닥면(5)에 대한 적층체(단열층(11) 및 피복층(17))(26)의 벗겨짐의 정도가 크다고 평가하는 것으로 했다.

(d)각 실험 결과 및 평가

실험예 1에 대해서는, 실험 개시로부터 10시간 후에 밸브 바닥면(5)의 외주부에 있어서 적층체(26)의 박리가 발생하기 시작하고, 실험 개시로부터 20시간 후에는 도 11에 나타내는 상태가 되고, 실험 개시로부터 50시간 시점에 있어서의 박리율이 11.8%가 되었다.

실험예 2에 대해서는, 실험 개시로부터 50시간 후에 도 12에 나타내는 상태가 되고, 그 시점에 있어서의 박리율이 4.5%가 되었다.

실험예 3에 대해서는, 실험 개시로부터 50시간 후에 도 13에 나타내는 상태가 되고, 그 시점에 있어서의 박리율이 2.8%가 되었다.

이상의 내용으로부터, 적층체(26)의 직경을 직경 축소하면 할수록, 밸브 바닥면(5)에 있어서의 적층체(26)의 벗겨짐을 억제할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

(2-2)두번째는, 피복재(15)에 있어서의 주벽부(16)의 내주면(16i)이, 직경 축소된 상태의 단열층(11)의 전주면에 대하여 밸브 바닥면(5)으로부터 단열층(11)의 표면(11s)에 이르는 전체 두께 범위에 걸쳐 결합되어 있음과 아울러, 그 주벽부(16)의 일단면이 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)이 존재하지 않는 부분에 있어서 결합되고, 게다가, 피복재(15)의 열 팽창률이 밸브 바닥면(5)(헤드부(4))의 열 팽창률에 최대한 가까워져, 단열재(11)의 열 팽창률보다 크게 되어 있는 것에 있다.

이것에 의해, 열 팽창시에는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 주벽부(16) 자체의 열 팽창(직경 확대), 또한 주벽부(16)와 밸브 바닥면(5)의 열 팽창(직경 확대)이 협동하여, 단열층(11)의 전주면(11p)을 그 직경 방향 외방으로 잡아당기게 되고(도 14 중의 화살표 참조), 단열층(11) 중 밸브 바닥면(5)으로부터 떨어져 있는 부분일수록 큰 인장력을 받게 된다. 이 때문에, 밸브 바닥면(5)과 단열층(11)의 열 팽창률차에 기초하는 상기 서술한 열 팽창량차(ΔLe)가 저감되게 되어, 열 팽창에 따른 단열층(11)의 벗겨짐이 억제되게 된다.

게다가 이 경우, 본 실시형태에 있어서는 피복재(15)의 바닥벽부(17)도 직경 방향 외방으로 열 팽창(직경 확대)하려고 하는 점에서, 그 열 팽창력은 밸브 바닥면(5)의 경우와 마찬가지로, 주벽부(16)를 직경 확대시키려고 하는 힘으로서 작용하고, 그것이 단열층(11)의 전주면(11p)을 직경 방향 외방으로 잡아당기는 인장력을 높인다. 또 주벽부(16)의 두께가 비교적 크게 되어 그 강도가 높아져 있는 것도, 상기 인장력을 단열층(11)의 전주면(11p)에 적확하게 부여하는 것에 공헌한다. 또한, 이 때, 단열층(11)의 외주부가 뒤집히려고 해도, 그 때는 단열층(11)의 외주부와 주벽부(16)의 내주면(16i) 사이에서 마찰력이 발생할 뿐만아니라, 그 단열층(11)의 외주부의 휨 등에 기초하여 힘(바닥벽부(17)를 향하는 힘)이 발생한다고 해도, 그 힘에 대하여 바닥벽부(17)가 저항하게 된다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서는 이러한 점에서도 단열층(11)의 벗겨짐 억제 효과가 높아진다.

한편, 열 수축시에는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 주벽부(16) 자체의 열 수축(직경 축소), 또한, 그것과 밸브 바닥면(5)의 열 수축(직경 축소)이 협동하여, 단열층(11)의 전주면을 그 직경 방향 내방으로 압압하게(조르게) 되고(도 15 중의 화살표 참조), 단열층(11) 중 밸브 바닥면(5)으로부터 떨어져 있는 부분일수록 큰 압압력을 받게 된다. 이 때문에, 밸브 바닥면(5)과 단열층(11)의 열 팽창률차에 기초하는 상기 서술한 수축량차(ΔLc)가 저감되게 되어, 열 수축에 따른 단열층(11)의 벗겨짐이 억제되게 된다.

이 때, 피복재(15)의 바닥벽부(17)도 직경 방향 외방으로 열 수축(직경 축소)하려고 하는 점에서, 그 열 수축력은 밸브 바닥면(5)의 경우와 마찬가지로 주벽부(16)를 직경 축소시키려고 하는 힘으로서 작용하고, 그것이 단열층(11)의 전주면을 직경 방향 내방으로 압압하는 압압력을 높인다. 이 때문에, 열 수축에 있어서도 열 팽창의 경우와 마찬가지로 단열층(11)의 벗겨짐 억제 효과가 높아진다.

도 16은 상기 내용을 뒷받침하는 실험예 4의 특유의 실험 태양 및 그 각 실험 결과의 평가를 나타낸다. 실험예 4는 상기 서술한 공통 실험 조건하에서, 그 특유 구조의 밸브(1E)에 대하여 내구 시험을 행하는 것이며, 그 실험 결과에 대해서는 상기와 마찬가지의 공통의 평가 방법에 의해 평가를 행했다.

실험예 4의 특유의 실험 태양

실험예 4에 있어서는, 밸브 바닥면(5)(직경 32mm)을 이 밸브 바닥면보다 직경 축소된 단열층(11)(직경 29mm)으로써 덮음과 아울러, 그 단열층(11)과, 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)이 존재하지 않는 부분을 피복재(15)에 의해 덮는 태양(도 16에 있어서의 실험예 4의 구조도 참조)

실험예 4의 실험 결과

실험예 4에 대해서는, 실험 개시로부터 50시간 후에 도 17에 나타내는 상태가 되고, 그 시점에 있어서의 박리율이 0%가 되었다. 이 점과, 상기 서술한 실험예 2의 실험 결과로부터, 피복재(15) 특히 주벽부(16)가 단열층(11)의 열 팽창률차에 기초하는 벗겨짐의 억제에 공헌하고 있는 것을 이해할 수 있다.

도 18은 제2 실시형태, 도 19~도 21은 제3 실시형태, 도 22~도 24는 제4 실시형태, 도 25는 제5 실시형태, 도 26은 제6 실시형태를 나타낸다. 이 각 실시형태에 있어서, 상기 제1 실시형태와 동일 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 18에 나타내는 제2 실시형태는 제1 실시형태의 변형예를 나타낸다.

이 제2 실시형태에 있어서는, 헤드부(4) 외주부의 마진부(6)에, 헤드부(4)의 전주에 걸쳐 걸어맞춤부로서 돌출부(28)가 형성되어 있다.

한편, 피복재(15)에 있어서의 주벽부(16)에는 연장부(29)가 일체적으로 설치되고, 그 연장부(29)는 마진부(6)까지 연장되고, 그 연장부(29)는 마진부(6)에 결합(소결)됨으로써 돌출부(28)에 기계적으로 걸어맞춰지도록 되어 있다.

이것에 의해, 피복재(15)와 밸브 바닥면(5)의 결합 강도를 높일 수 있고, 단열층 외주부(11a)의 벗겨짐, 휨 등의 움직임에 대하여, 피복재(15)의 바닥벽부(17)가 저항하는 능력을 높일 수 있다.

도 19~도 21에 나타내는 제3 실시형태는 제1 실시형태의 변형예를 나타낸다.

제3 실시형태에 있어서는, 밸브 바닥면(5)에, 그 밸브 바닥면(5)의 직경 방향 중앙을 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부(31)가 형성되어 있다. 이 오목부(31) 내에 단열층(11)(제1 단열층(12) 및 제1 단열층(12)에 적층 일체화된 제2 단열층(13))이 수납되어 있고, 그 오목부(31)의 바닥벽(31b)에 단열층(11)(제1 단열층(12)의 바닥면)이 결합(예를 들면 소결)되며, 그 단열층(11)의 전주면(11p)이 주벽으로서의 오목부(31)의 내주벽(31wi)에 맞닿음 상태로써 결합(예를 들면 소결)되어 있다.

또 오목부(31) 내의 단열층(11)(제2 단열층(13))의 표면(11s(13s)) 및 밸브 바닥면(5)(오목부(31) 부분을 제외한다)은 그들 전체가 피복재(15)에 의해 피복되고, 그 피복재(15)는 그들 오목부(31) 내의 단열층(11)의 표면(11s) 및 밸브 바닥면(5)에 결합(예를 들면 소결)되어 있다.

이것에 의해, 밸브 바닥면(5)의 오목부 내주벽(31wi)을 이용하여, 그 오목부 내주벽(31wi)에 의해 단열층(11)의 전주면(11p)을 덮게 되고, 연소가스는 밸브 바닥면(5)과 제1 단열층(12) 사이의 경계(B1), 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13) 사이의 경계(B2)에 직접 작용하지 않게 된다. 한편, 이 제3 실시형태에 있어서도, 밸브 바닥면(5)에 대한 기본적인 단열성을 단열층(11)에 의해 확보할 수 있을 뿐만아니라, 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)이 배치되지 않는 부분에 대해서는, 단열층(11)에 최대한 가까워진 열 전도율을 가지는 피복재(15)가 덮는 점에서, 그 부분 에 대한 단열성에 대해서도 확보할 수 있게 된다.

또 열 팽창시에는, 오목부 내주벽(31wi)이 직경 확대되어 단열층(11)의 전주면(11p)을 그 직경 방향 외방으로 잡아당기게 되고, 단열층(11) 중 오목부(31)의 바닥벽(31b)으로부터 떨어져 있는 부분일수록 큰 인장력을 받게 된다. 한편, 열 수축시에는, 오목부 내주벽(31wi)이 직경 축소되어 단열층(11)의 전주면(11p)을 그 직경 방향 내방으로 압압하게(조르게) 되고, 단열층(11) 중 오목부(31)의 바닥벽(31b)으로부터 떨어져 있는 부분일수록 큰 압압력을 받게 된다. 이 때문에, 열 팽창시에는, 오목부 바닥벽(31b)과 제1 단열층(12)의 열 팽창률차, 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13)의 열 팽창률차에 기초하는 각 열 팽창량차가 저감되고, 열 수축시에는, 오목부 바닥벽(31b)과 제1 단열층(12)의 열 팽창률차, 제1 단열층(12)과 제2 단열층(13)의 열 팽창률차에 기초하는 각 수축량차가 저감되게 되어, 열 팽창 또는 열 수축에 따른 열 팽창률차에 기초하는 단열층(11) 외주부의 벗겨짐이 억제된다.

이 경우, 주벽으로서 오목부 내주벽(31wi)이 이용되어, 강도적으로 충분한 것이 사용되는 점에서, 열 팽창시의 인장력 또는 열 수축시의 압압력을 적확하게 단열층(11)의 주면에 작용시킬 수 있고, 열 팽창 또는 열 수축에 따른 열 팽창률차에 기초하는 단열층(11)의 벗겨짐 억제를 신뢰성이 높은 것으로 할 수 있다.

게다가, 단열층(11)의 외주부가 뒤집히려고 해도, 그 때는 단열층(11)의 외주부와 오목부 내주벽(31wi) 사이에서 마찰력이 발생할 뿐만아니라, 그 단열층(11)의 외주부(11a)의 휨 등에 기초하여 힘(피복재(15)를 향하는 힘)이 발생한다고 해도, 그 힘에 대하여 피복재(15)가 저항하게 된다. 물론 이 때, 밸브 바닥면(5)의 직경 방향에 있어서, 밸브 바닥면(5)과 피복재(15)가 접촉하는 실제의 길이가 오목부(31)의 존재에 의해 한정된 것이 되는 점에서, 열 팽창 및 열 수축의 영향을 적게 하여, 밸브 바닥면(5)에 대한 피복재(15)의 결합 강도는 충분히 확보되어 있다.

도 22~도 24에 나타내는 제4 실시형태는 제1 실시형태의 변형예를 나타낸다.

이 제4 실시형태는 열 팽창 또는 열 수축에 따른 열 팽창률차에 기초하는 굽힘 응력에 의해 단열층(11)에 크랙이 발생하는 것을 억제하고, 이것에 의해, 그 크랙에 기초하는 밸브 바닥면(5)으로부터의 단열층(11)의 벗겨짐을 억제하려고 하는 것을 나타내고 있다. 이 때문에, 이 제4 실시형태에 있어서는, 전체가 평탄면으로 된 밸브 바닥면(5) 상에 고착된 단열층(11)에 있어서의 외주부(11a)의 두께(도 22 중, 상하 방향 길이)가, 그 단열층(11)의 외주부(11a)보다 직경 방향 내방측 부분(11b)의 두께에 비해 얇게 되어 있다.

구체적으로 밸브(1)의 열 수축의 경우를 예로 들어 설명한다. 단열층(11)의 열 팽창률이 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률보다 작게 되어 있는 상황하에서, 도 23에 나타내는 바와 같이, 밸브(1)가 기준 상태(도 23의 상단의 도면)로부터 열 수축하면(도 23의 하단의 도면), 단열층(11) 및 밸브 바닥면(5)(밸브 바닥면 부분)이 일체적으로 휘고, 그들에 대하여 굽힘 응력이 작용하게 된다. 그 도 23에 나타내는 W부분(외주 부분)을 확대하여 나타낸 것이 도 24이다. 이 도 24로부터 분명한 바와 같이, 열 수축에 의해 밸브 바닥면(5) 상의 단열층(11)이 만곡된 경우에는, 굽힘 응력(σ)은

로 표시된다. 여기서, ρ:외주부(11a)에 있어서의 중립면(N)의 곡률반경, y:중립면(N)으로부터의 거리, y/ρ:뒤틀림, E:종탄성계수를 나타낸다.

이 때문에, 단열층(11)에 대한 굽힘 응력(σ)은, 중립면(N)으로부터의 거리(y)가 가장 큰 값이 될 때, 즉, 중립면(N)으로부터 단열층(11)에 있어서의 두께 방향 외면에 이르기까지의 거리(ymax)일 때(가장자리 응력일 때) 최대값이 되고, 그 최대값(최대 굽힘 응력)(σmax)은 중립면(N)으로부터 두께 방향 외면까지의 거리(ymax)가 길어질수록 커진다. 이 결과, 단열층(11)의 두께가 두꺼울수록 최대 굽힘 응력(σmax)이 커지고, 그러한 경우에는 단열층(11)에 크랙이 발생할 가능성이 높아지고, 크랙이 발생한 경우에는, 그 크랙의 깊이는 단열층(11)의 두께가 두꺼울수록 깊어진다. 특히, 단열층(11)의 외주부(11a)는, 상기 서술한 연소가스에 의한 작용, 단열층(11)과 밸브 바닥면(5)의 열 팽창률차에 기초하는 작용에 더해, 열 팽창 또는 열 수축에 따른 단열층 외주부(11a)의 곡률반경(ρ)은, 그 외주부(11a)보다 직경 방향 내방측 부분(11b)의 곡률반경(ρ')보다 작게 되는 경향(곡률이 크게 되는 경향)이 있고, 외주부(11a)에 있어서 크랙이 발생할 가능성은 상기 굽힘 응력을 구하는 식으로부터도 분명한 바와 같이, 그 외주부(11a)보다 직경 방향 내방측 부분(11b)에 비해 크게 된다.

이 점에서, 도 22에 나타내는 바와 같이, 단열층(11)에 있어서의 외주부(11a)의 두께를, 그 외주부(11a)보다 직경 방향 내방측 부분(11b)의 두께에 비해 얇게 함으로써, 단열층(11)에 있어서의 중립면(N)으로부터 두께 방향 외면까지의 거리(y)가 작게 되어, 열 팽창시 및 열 수축시의 최대 굽힘 응력(σmax)이 저하되고 있다.

구체적으로는, 단열층(11)의 외주부(11a)보다 직경 방향 내방측 부분(11b)의 두께가 일정 두께로 유지되어 있는 한편, 그 외주부(11a)의 두께가 단열층(11)의 직경 방향 외방을 향함에 따라 얇아지도록 설정되고, 그 단열층(11)의 외주 가장자리(11aa)는, 그 외주 가장자리(11aa)에 있어서 약간의 두께의 단열층(11)의 주면을 형성한 상태에서 밸브 바닥면(5)의 외주 가장자리 근방에 이르고 있다.

이것에 의해, 단열층 외주부(11a)에 있어서, 크랙의 발생을 적확하게 억제할 수 있고, 이것에 따라, 크랙에 기초하여 단열층 외주부(11a)가 밸브 바닥면(5)으로부터 벗겨지는 것을 억제할 수 있다. 한편, 이 경우, 단열층(11)의 외주부(11a)의 두께만이 단열층(11)의 직경 방향 내방측 부분(11b)의 두께보다 얇게 되고, 게다가, 그 두께가 직경 방향 외방을 향함에 따라 얇아지는 점에서, 단열층(11)에 있어서의 외주부(11a)의 두께가 가능한 한 얇게 되지 않게 되어, 밸브 바닥면(5)에 있어서의 단열층(11)의 단열성 저하를 최대한 억제할 수 있다.

또 본 실시형태에 있어서는, 피복재(15)가 단열층 외주 가장자리(11aa)에 있어서의 약간의 두께의 주면 뿐만아니라, 단열층(11)의 표면(11s)도 덮도록 하면서, 그 단열층(11) 및 밸브 바닥면(5)에 결합되어 있다. 이 때문에, 피복재(15)에 관하여, 상기 제1 실시형태 등과 마찬가지의 작용이 확보되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 단열층(11)의 주면(11p)을, 단열층(11)에 있어서의 외주 가장자리(11aa)의 약간의 두께 부분으로서 파악하고, 그 밖의 노출 부분을 표면(11s)으로서 파악했지만, 단열층(11)의 외주부(11a)를 포함하는 것을 단열층(11)의 주면(11p)으로서 파악해도 된다.

도 25에 나타내는 제5 실시형태는 상기 제3, 제4 실시형태의 변형예를 나타낸다. 이 제5 실시형태에 있어서는, 제1 실시형태 이외에 제3, 제4 실시형태와 동일 구성 요소에 대해서도 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

이 제5 실시형태는 오목부(31)의 내주벽(31wi)을 주벽으로서 이용한 상황하에서, 단열층(11)의 외주부(11a)의 두께를 얇게 한 내용을 나타내고 있다.

이 제5 실시형태에 있어서는 제4 실시형태와 마찬가지로, 밸브 바닥면(5)에, 밸브 바닥면(5)의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부(31)가 형성되고, 그 오목부 내주벽(31wi)이 오목부(31)의 개구(31o)측을 향함에 따라 그 오목부(31)의 직경 방향 외방을 향하도록 경사져 있다. 그 오목부(31)의 바닥벽(31b)에는 단열층(11)이 고착(소결)되어 있고, 그 단열층(11)은 그 표면(11s)이 평탄면으로서 형성되고, 그 주면(11p)은 단열층(11)의 두께 방향 표면측을 향함에 따라 그 직경 방향 외방으로 직경 확대되어 있다. 이 단열층(11)의 전주면(11p)이 오목부 내주벽(31wi)에 맞닿은 상태에서 결합(소결)되고, 그 단열층(11)의 표면이 밸브 바닥면(5) 중 오목부(31)를 제외한 부분에 대하여 동일평면이 되도록 설정되어 있다.

게다가, 상기 오목부(31) 내의 단열층(11)의 표면(11s) 및 밸브 바닥면(5)에 대하여 피복재(15)가 그 단열층(11)의 표면(11s) 및 밸브 바닥면(5)의 전체를 피복하도록 하여 결합되고, 피복재(15)가 밸브 바닥면(5) 상에 있어서 형성하는 면은 평탄면으로서 형성되어 있다.

이 때문에, 이 제5 실시형태에 있어서는, 단열층(11)의 전주면(11p)을 오목부 내주벽(31wi)에 맞닿게 하면서, 그 단열층(11)의 외주부(11a)를 그 직경 방향 외방측일수록 얇게 할 수 있어, 단열층(11)에 의한 단열 기능의 저하를 최대한 억제하면서, 연소가스의 작용 및 크랙의 발생에 기초하는 밸브 바닥면(5)으로부터의 단열층(11)의 벗겨짐을 억제할 수 있다. 물론, 본 실시형태에 있어서는, 단열층(11)이 밸브 바닥면(5)보다 직경 축소된 상태로 그 밸브 바닥면(5)에 결합되어 있는 점에서, 그 단열층(11)의 직경 축소에 기초하는 벗겨짐 억제 효과에 대해서도 얻을 수 있다.

또 단열층(11)의 표면(11s)이 밸브 바닥면(5) 중 오목부(31)를 제외한 부분에 대하여 동일평면이 되도록 설정되고, 게다가, 그것에 따라, 피복재(15)가 밸브 바닥면(5) 상에 있어서 형성하는 면이 평탄면이 되는 점에서, 밸브 바닥면(5)에 단열층(11)을 설치하는 경우에 있어서도, 밸브 바닥면측 전체를 평탄화(플랫화)할 수 있어, 밸브 바닥면이 평탄화된 일반적인 밸브가 가지는 기본 구조, 기본 성능을 확보할 수 있다.

게다가, 단열층(11)의 표면 및 밸브 바닥면(5)에 대하여 결합되는 피복재(15)가 단열층(11) 외주부의 벗겨짐, 휨 등의 움직임에 대하여 저항하게 되어, 밸브 바닥면(5)으로부터 단열층 외주부(11a)가 벗겨질 가능성을 한층 더 억제할 수 있다. 물론 이 경우, 밸브 바닥면(5)의 직경 방향에 있어서, 밸브 바닥면(5)과 피복재(15)가 접촉하는 실제의 길이가 오목부(31)의 존재에 의해 한정된 것이 되는 점에서, 열 팽창, 열 수축의 영향을 적게 하여, 밸브 바닥면(5)에 대한 피복재(15)의 결합 강도를 충분히 확보할 수 있다.

도 26에 나타내는 제6 실시형태는 상기 제4, 제5 실시형태의 변형예를 나타낸다. 이 제6 실시형태에 있어서는, 제1 실시형태 이외에 제4, 제5 실시형태와 동일 구성 요소에 대해서도 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

이 제6 실시형태는 단열층 외주부(11a)의 벗겨짐 억제와, 밸브 바닥면(5)측 전체의 평탄화를 최대한 도모하면서, 단열층(11)의 단열성을 제5 실시형태에 비해 높인 것을 나타내고 있다.

이 제6 실시형태에 있어서는, 단열층(11)이 오목부(31) 내에 충전된 상태로 그 오목부(31)의 내주벽(31wi) 및 바닥벽(31b)에 결합되는 구성(제5 실시형태에 있어서의 구성)으로 되어 있는 것에 그치지 않고, 단열층(11)의 표면(11s)이 오목부(31) 개구(31o)보다 외방측에 있어서 약간 솟아오른 상태로서 형성되어 있다. 구체적으로는, 단열층(11)에 있어서의 직경 방향 내방측 부분(11b)의 표면(11s)이, 오목부(31) 개구(31o)보다 다소 외방측에 있어서 밸브 바닥면(5)(오목부 바닥벽(31b))에 평행이 되는 한편, 단열층(11)에 있어서의 외주부(11a)의 표면(11s)은 그 단열층(11)의 두께 방향 내방(도 26 중, 하방)을 향함에 따라 직경 방향 외방으로 펼쳐지도록 형성되고, 그 표면(11s)의 외측 가장자리는 오목부 개구 가장자리(31oo) 위치에 있어서 단열층(11)의 주면(11p)에 연결되도록 되어 있다. 이 때문에, 이 단열층(11)의 전체의 두께는 단열층 표면(11s)을 가능한 한 평탄하게 하면서, 제5 실시형태의 경우보다 두껍게 되어 있다.

게다가, 본 실시형태에 있어서는, 이 단열층(11)의 표면(11s) 및 밸브 바닥면(5)에 대하여 피복재(15)가 그 단열층(11)의 표면(11s) 및 밸브 바닥면(5)의 전체를 피복하도록 하여 결합되어 있다.

따라서, 제6 실시형태에 있어서는, 단열층 외주부(11a)의 벗겨짐 억제 효과와 밸브 바닥면(5)측 전체의 평탄화를 최대한 도모하면서, 단열층(11)의 단열성을 제5 실시형태에 비해 높일 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 오목부 내주벽(31wi)을 주벽으로 하고, 단열층(11) 중 오목부 내주벽(31wi)에 맞닿는 면을 주면(11p)으로서 파악했지만, 단열층(11) 중 오목부 내주벽(31wi)에 맞닿는 면 뿐만아니라, 피복재(15)의 외주부에 맞닿는 면을 포함하여 주면(11p)으로서 파악해도 되고, 그 경우에는 오목부 내주벽(31wi)과 피복재(15)의 외주부가 주벽을 구성하게 된다.

이상 실시형태에 대해 설명했는데 본 발명에 있어서는 다음의 태양을 포함한다.

(1)각 실시형태에 있어서, 주벽으로서, 바닥벽부(17)를 생략하고, 주벽부(16)만으로 이루어지는 것을 사용하는 것.

(2)주벽부(16)의 두께를 밸브 바닥면(5) 중 단열층(11)이 존재하지 않는 부분 전체를 덮지 않는 것으로 하는 것.

(3)마진부(6)의 걸어맞춤부로서, 오목부 등 각종의 것을 사용하는 것.

(4)밸브 본체(1A)의 재질로서 SUH35(열 전도율:약12.6W/m·K(실온하)정도, 열 팽창률:약1.5×10^-6／℃(실온하)정도) 등을 사용하는 것.

(5)단열층(11)으로서, 단층으로 이루어지는 것, 3층 이상으로 이루어지는 것을 사용하는 것.

(6)제3 실시형태(도 21 참조)에 있어서, 오목부 내주벽(31wi)을 오목부(31)의 개구를 향함에 따라 그 오목부(31)의 직경 방향 내방 또는 직경 방향 외방으로 경사지게 하는 것.

1…밸브
5…밸브 바닥면
6…마진부
11…단열층
11a…단열층의 외주부
11b…단열층의 직경 방향 내방측 부분
11p…단열층의 주면
11s…단열층의 표면
12…제1 단열층
13…제2 단열층
13s…제2 단열층(13)의 표면
15…피복재
16…주벽부(주벽)
16i…주벽부(16)의 내주면(주벽의 내주면)
17…바닥벽부
29…연장부
31…오목부
31b…오목부 바닥벽
31wi…오목부 내주벽(주벽, 주벽의 내주면)
31o…오목부 개구
O…밸브 바닥면(5)의 직경 방향 중앙부
S…연소실

Claims (19)

1. 연소실을 향하는 밸브 바닥면에 단열층이 고착되어 있는 내연기관용 밸브에 있어서,
   상기 밸브 바닥면에 대하여 주벽이 상기 단열층의 주위를 둘러싸도록 한 상태에서 일체적으로 설치되고,
   상기 주벽의 내주면이, 상기 단열층의 전주면을 상기 밸브 바닥면으로부터 상기 단열층의 표면에 이르기까지의 전체 두께 범위에 걸쳐 맞닿게 되는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단열층이, 상기 밸브 바닥면 상에 이 밸브 바닥면의 외주 가장자리보다 직경 방향 내방으로 들어간 직경 축소 상태로써 배치되어 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 단열층의 열 팽창률이, 상기 밸브 바닥면의 열 팽창률보다 작게 되어 있고,
   상기 주벽의 내주면이 상기 단열층의 전주면에 결합되어 있음과 아울러, 이 주벽의 일방의 단면이 상기 밸브 바닥면에 상기 단열층의 외주측에 있어서 결합되어 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 단열층의 외측 가장자리가, 상기 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부보다 이 밸브 바닥면의 외측 가장자리에 가깝게 되도록 설정되어 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 주벽이, 상기 단열층의 전주면 뿐만아니라 이 단열층의 표면도 포함하는 이 단열층 전체를 덮는 피복재에 의해 형성되어 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 피복재가, 상기 밸브 바닥면 중 상기 단열층의 외주측 전부를 덮도록 설정되고,
   상기 피복재에는 단열 성분이 함유되어 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 주벽의 열 팽창률이, 상기 단열층의 열 팽창률보다 크게 되도록 설정되어 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 피복재에, 상기 밸브 바닥면으로부터 밸브 페이스면에 이르는 마진부까지 연장되는 연장부가 설치되고,
   상기 마진부에 걸어맞춤부가 설치되고,
   상기 피복재의 연장부가, 상기 걸어맞춤부에 대하여 기계적으로 걸어맞춰져 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 바닥면에, 이 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부가 형성되고,
   상기 단열층이 상기 오목부의 바닥벽에 고착되어 있음과 아울러, 이 단열층의 전주면이 상기 주벽으로서의 이 오목부의 내주벽에 의해 덮여 있는
   것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단열층의 전주면도 상기 오목부의 내주벽에 고착되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 오목부 내의 상기 단열층의 표면 및 상기 밸브 바닥면에 대하여 피복재가 이 단열층의 표면 및 이 밸브 바닥면의 전체를 피복하도록 하여 결합되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열층이, 복수의 각 구성층을 적층 상태로써 일체화함으로써 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열층의 열 팽창률이, 상기 밸브 바닥면의 열 팽창률과는 상이한 것으로 되어 있고,
    상기 단열층에 있어서의 외주부의 두께가, 이 단열층의 외주부보다 직경 방향 내방측 부분의 두께에 비해 얇게 되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단열층에 있어서의 외주부의 두께가, 이 단열층의 직경 방향 외방을 향함에 따라 얇게 되도록 설정되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브 바닥면에, 이 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부가 형성되고,
    상기 오목부의 내주벽이, 이 오목부의 개구측을 향함에 따라 이 오목부의 직경 방향 외방을 향하도록 경사져 있고,
    상기 단열층이 상기 오목부의 바닥벽에 고착되고,
    상기 단열층의 전주면이, 이 단열층의 두께 방향 표면측을 향함에 따라 이 단열층의 직경 방향 외방으로 직경 확대되도록 경사진 상태에서 상기 오목부의 내주벽에 맞닿아 있음과 아울러, 이 단열층의 표면이, 상기 밸브 바닥면 중 이 오목부를 제외한 부분에 대하여 동일평면이 되도록 설정되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 오목부 내의 상기 단열층의 표면 및 상기 밸브 바닥면에 대하여 피복재가 이 단열층의 표면 및 이 밸브 바닥면의 전체를 피복하도록 하여 결합되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브 바닥면에, 이 밸브 바닥면의 직경 방향 중앙부를 중심으로 하여 직경 방향 외방으로 펼쳐지는 오목부가 형성되고,
    상기 오목부의 내주벽이, 이 오목부의 개구측을 향함에 따라 이 오목부의 직경 방향 외방을 향하도록 경사져 있고,
    상기 단열층이 상기 오목부의 바닥벽에 고착되고,
    상기 단열층의 전주면이, 이 단열층의 두께 방향 표면측을 향함에 따라 이 단열층의 직경 방향 외방으로 직경 확대되도록 경사진 상태에서 상기 오목부의 내주벽에 맞닿아 있고,
    상기 단열층의 표면은, 상기 오목부 개구보다 외방측에 있어서 솟아오른 상태로서 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
18. 제 13 항에 있어서,
    상기 주벽이, 상기 단열층의 전주면 뿐만아니라 이 단열층의 표면도 포함하는 이 단열층 전체를 덮는 피복재에 의해 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.
19. 제 13 항에 있어서,
    상기 단열층의 열 팽창률이, 상기 밸브 바닥면의 열 팽창률보다 작게 되어 있는
    것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브.

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