JPH0520182B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、それぞれ別個に製造された、弁側に
配置され大径の軸部分を有する管状弁軸と帯熱性
材料からなる弁体とから構成され、この弁体が弁
底を形成する部分、弁座を形成する部分およびこ
れに続き弁軸との結合個所まで延びる弁背部とを
有しており、弁軸および弁体が結合個所で互いに
結合されているような弁特に自動車の給気弁の製
造方法に関する。

［従来の技術］ 米国特許第2316488号公報において、別々に製
造された異なつた材料の２つの部品から構成され
た内燃機関用の弁が知られている。この弁は、冷
却材が充填されている高張力の鋳造中空軸および
耐熱性の弁体を有しており、この弁体は弁底と弁
座より上に延び大径の軸部分との結合個所まで達
している弁背部とを形成している。弁軸及び弁体
はこの結合個所において互いに溶接されている。
鋳造弁軸を有するこの２分割の弁構造により、高
価で加工し難い耐熱性材料を専ら大きく負荷され
る弁体だけに利用することによつて、耐熱性材料
の節約を図ろうとしている。かかる弁の場合には
弁軸は簡単に鋳造できるが、その表面状態を良く
するために追加的な切削加工が必要とされる。こ
の切削加工において軸表面から材料が削り取られ
るので、軸の肉厚は所定の大きさをしていなけれ
ばならない。この最小の肉厚を考慮するために、
冷却材が充填される内部室は必然的に小さくな
り、弁軸の重量が増大する。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、冒頭に述べた型式の弁を、単
純な製造工程において強固で軽量で且つ大きな内
部容積を備えた弁が作られるように製造すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によればこの目的は、冒頭に述べた型式
の弁の製造方法において、弁軸を形成するため
に、第１の工程において、管状母材が冷間成形加
工によつて軸直径まで縮径され、縮径済みの弁軸
と母材との間にある移行範囲が大径の軸部分とし
て湾曲状に成形され、第２の工程において、その
第１の工程で加工された縮径済みの端部が縮径工
具に締付け固定され、第１の工程において加工さ
れなかつた母材部分が冷間成形加工によつて一部
大径部分を残して軸直径まで縮径され、縮径済み
の弁軸とその残された大径部分との間にある移行
範囲が大径の軸部分として湾曲状に成形され、最
後にその残された一部大径部分において切断され
て２つの弁軸とすることによつて達成される。本
発明の有利な実施態様は特許請求の範囲の他の請
求項に記載されている。

少なくとも２つの部分から製造され続いて結合
された弁軸は、管状母材から作られる。そのため
に管状母材は冷間成形工程において即ち材料の再
結晶温度以下の温度において、その一端が例えば
弁軸の所望の内側断面積に相応した心棒を挿入し
た丸棒圧延法によつて、その最初の直径から所望
の直径まで縮径される。同じ工程において未加工
の管状母材と縮径済みの弁軸との間の移行範囲
が、適当な工具による丸棒圧延工程によつて、湾
曲状に広がつた軸部分として成形される。つい
で、管状母材はその第１の工程で加工された縮径
済みの端部を縮径工具に締付け固定される。そし
て、縮径されなかつた母材の大径部分は第１の工
程と同じように、一部大径部分を残して冷間加工
によつて軸直径まで縮径される。そのとき一部大
径部分は加工されずに大径のまま残され、その残
された一部の大径部分と縮径済みの弁軸との間は
湾曲状に成形された移行範囲となる。そこで、そ
の残された一部の大径部分の両側に対称的に一対
の弁軸が得られる。最後に、残された一部の大径
部分において二つの部分に切断されて、二つの弁
軸となる。この残された一部の大径部分の直径
は、弁軸とは別に成形された弁体との間の結合個
所の直径に対応する直径となるように、予め管状
母材、加工工具などの寸法を適当に選択される。
その後で弁軸は適当な加工工程において、耐熱性
材料から成る弁体に溶接され、場合によつては冷
却材を充填した後で今まで開いていた軸上端が閉
じられる。高価で加工し難い耐熱性材料は専ら大
きく負荷される弁体の製造に対してしか利用され
ず、わずかしか負荷されない弁軸を製造するため
には安価で製造し易い母材が利用される。本発明
において、挿入された心棒により内側断面積が正
確に得られる。更に弁軸の表面は小さな良好な表
面荒さを有し、これは弁軸の追加加工を容易にす
る。

［実施例］ 第１図には、外径D0の管状母材１が適当な工
具２によつて弁軸３の所望の外径D1にどのよう
に縮径されるかが示されている。これは冷間加工
によつて行なわれ、例えば図示したように丸棒圧
延法によつて行われる。

第２図は第１図における−線に沿つた断面
図を示している。そこで２は工具であり、この実
施例の場合にはそれ自体公知の丸棒圧延機の４個
のハンマである。丸棒圧延の際に材料容積を一定
にして、管状母材１の肉厚S0を弁軸３の肉厚S1
に厚肉化しなければならない。弁軸３の所望の内
径D2は心棒４を母材１に挿入することによつて
得られる。丸棒圧延法の利点は、安価で軽量な材
料（十分な延性（＞約６％）を有するほとんどす
べての金属材料が適用される）が、短い加工時間
において良好な繊維経過で大きな強度で且つ良好
な公差の値で加工できることである。弁軸３の肉
厚は高い強度に拘らず薄くされ、従つて例えば冷
却材を収容するために大きな内部容積が形成され
る。更に弁軸３の重量が小さくなり、これにより
弁軸駆動装置全体に対して有利となる。弁軸３の
製造の際に得られる公差は、代表的な表面荒さが
２〜3μmである場合に±0.02mmに過ぎない。かか
る表面は切削加工で製造される表面に比べてミク
ロ組織において荒くなく、摩擦の際における摩耗
の危険は少ない。丸棒圧延法による代わりに、弁
軸を粗削り加工後において冷間圧延により製造す
ることも考えられる。どの方法を選択するかは特
に幾何学的条件にも左右される。

第３図には、予め成形済みの弁軸３が丸棒圧延
機の適当なハンマ工具（図示せず）によつて、弁
軸３と後で設置される弁体との間の移行部に対し
て望まれる湾曲形状即ちいわゆる複合曲線を得る
次の加工工程が示されている。更にこの第３図か
ら、母材の管状部片から２つの弁軸３，３′が作
られることが分かる。即ち上述した加工工程で既
に成形された弁軸３がその加工済み部分を工具の
中に締付け固定され、管状母材の未加工端部が上
述した方法と同じようにして移行範囲５′を有す
る第２の弁軸３′の形に成形されることが分かる。
これら両弁軸３，３′ないし１つの弁軸３および
管状母材は次に矢印６で示されているとように、
例えば切断によつて互いに分離される。このよう
にして１つの母材部片から簡単且つ迅速に２つの
弁軸３，３′が作られる。

弁軸３の移行範囲５をその最終直径D3が未加
工の管状母材の直径D0より大きくなるように特
別な幾何学的形状にする必要がある場合、弁軸３
は第４図に示されているように、別の工具例えば
ラム７，８によつて相応して更に変形される。

かかる弁の表面は一般に硬質クロムめつきが施
される。本発明に基づき採用される丸棒圧延の際
に得られる高質の表面荒さにより、弁を精密加工
するためには、本来の弁材料を切削することなし
に、そのクロムめつき層を研磨するだけで十分で
ある。

第５ａ図から第５ｃ図はそれぞれ、弁背部の結
合個所９に弁体１０が例えばレーザー溶接で結合
されている弁軸３の下端を示している。耐熱性材
料例えばコバルト基の合金から成る弁体１０は、
第５図の各実施例で示されているように、特に異
なつた冷却要件に基づいて種々の形状をしてい
る。弁体１０の形状に基づいて、弁軸３の結合個
所９は設計されねばならない。即ち第５ａ図にお
ける弁体１０の形状は、上述した方法で作られて
弁軸３を簡単に受けることができる。第５ｂ図お
よび第５ｃ図における実施例に対しては、弁軸３
は内側に折り曲げられた縁取り部１１も備えねば
ならない。第５ｃ図には、弁軸３と弁体１０との
間に設けられた結合層１２が示されている。この
結合層１２は例えば弁軸３と弁体１０を良好に結
合するためにろう付けの際に使用される。すべて
の実施例に対し共通し且つ重要なことは、結合個
所９が弁背部において弁座１３の上側に、従つて
大きく負荷されない場所に配置されていることで
ある。耐熱性材料から成る弁体１０の製造は、そ
の材料に相応した方法、例えば焼結方法あるいは
流動プレスで行われる。

第６図から第９図にはそれぞれ弁軸３の上端が
示されている。今日の高出力エンジンの弁軸３の
内部容積は一般に冷却媒体（例えばここではナト
リウム）で充填されている。この冷却媒体は上述
した製造過程後に弁軸３の中に充填される。その
充填後に弁軸３は適当な方法で閉じられる。これ
は第６図に示されているように、弁軸上端にプラ
グ１４がはめ込まれ、弁軸上端に接合個所１５で
溶接されることによつて行われる。そのプラグ１
４は弁軸３の内部室に対する閉鎖機能を有するだ
けでなく、弁駆動装置のタペツト（図示せず）に
弁軸を収容させる働きも兼ねている。この目的の
ためにプラグ１４は弁軸３に比べて硬化可能な材
料で作られる。

第７図には弁軸３のプラグ１４に対する別の実
施例が示されている。ここではプラグ１４は弁軸
３にかみ合い接続で設けられている。このプラグ
１４と弁軸３とのかみ合い接続部１５は、ぴつた
り接合するために弁軸３が上述した丸棒圧延法に
よつてプラグ下側部分１６の形に適合された表面
にされることによつて作られる。その場合プラグ
１４はマルテンサイト鋼で作られ、この表面は、
弁軸端部に作用する荷重を受けるために、誘導硬
化処理される。

第８図および第９図には、弁軸３の上端部の異
なつた形状が示されている。弁軸３は公知のよう
に心棒が挿入される丸棒圧延法により縮径され
る。後で弁軸３の蓋を形成する弁軸３の一端１７
は、縮径されず、弁軸に対して第８図に示された
形状にされる。続いてまだ縮径されていない端部
１７が心棒を除去した状態において所望の軸直径
に縮径され、これによつてその部分は厚肉化さ
れ、軸端が第９図から分かるようにプラグ１４の
形で閉じられる。激しい摩耗に曝されるこの軸端
には、硬化処理可能な材料から成る板１８がいわ
ゆるタブレツト溶剤として設けられる。

ここで図示した実施例は勿論単なる例示に過ぎ
ず、本発明に限定を与えるものではない。

［発明の効果］ 本発明に基づく方法によつて、大きな内部容積
を有し軽量であり且つ高い強度を有する弁が簡単
且つ迅速に製造できる。高張力材料の採用はそれ
が必要とされる範囲だけに限られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は管状母材を弁軸直径に縮径する本発明
に基づく方法の第１の加工工程を示した断面図、
第２図は第１図における−線に沿つた断面
図、第３図は本発明に基づく方法の第２および第
３の工程を示した断面図、第４図は別の追加的工
程を示した断面図、第５ａ図から第５ｃ図はそれ
ぞれ弁軸と弁体との結合個所の異なつた実施例の
断面図、第６図および第７図は弁軸上端を閉鎖す
る方法の異なつた実施例の断面図、第８図および
第９図は弁軸の上端をプラグの形に成形する実施
例の異なつた工程の断面図である。 １……母材、２……丸棒圧延機の工具、３……
弁軸、５……移行範囲、１０……弁体、１４……
プラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ別個に製造された、弁側に配置され
   大径の軸部分を有する管状弁軸と耐熱性材料から
   なる弁体とから構成され、この弁体が弁底を形成
   する部分、弁座を形成する部分およびこれに続き
   弁軸との結合個所まで延びる弁背部とを有してお
   り、弁軸および弁体が結合個所で互いに結合され
   ているような弁特に自動車の給気弁の製造方法に
   おいて、 弁軸３を形成するために、第１の工程におい
   て、管状母材１の部分が冷間成形加工によつて軸
   直径D1まで縮径され、縮径済みの弁軸３と母材
   １との間にある移行範囲５が大径の軸部分として
   湾曲状に成形され、 第２の工程において、その第１の工程で加工さ
   れた縮径済みの部分が縮径工具２に締付け固定さ
   れ、第１の工程において加工されなかつた母材１
   の部分が冷間成形加工によつて一部大径部分を残
   して軸直径Ｄ１まで縮径され、縮径済みの弁軸
   ３′とその残された大径部分との間にある移行範
   囲５′が大径の軸部分として湾曲状に成形され、
   このようにして前記残された一部大径部分の両側
   に対称的に一対の弁軸３，３′が得られ、 最後に、その残された一部大径部分において切
   断されて２つの弁軸３′，３′とする ことを特徴とする弁の製造方法。 ２ 弁軸３′，３′の弁体１０から離れた端部は管
   状母材１の相当する部分を前記各工程において縮
   径せずに残し、その後前記残された管状母材の端
   部が縮径により厚肉化されて閉じられることを特
   徴とする請求項１記載の方法。 ３ 弁軸３，３′の弁体１０から離れた端部は縮
   径され、その後プラグ１４で閉じられることを特
   徴とする請求項１記載の方法。 ４ プラグ１４が弁軸３′，３′にレーザー溶接さ
   れることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５ プラグ１４が弁軸３，３′にかみ合い接続で
   結合されることを特徴とする請求項３記載の方
   法。