JPH0476005B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関に使用する軽量エンジンバ
ルブおよび中空エンジンバルブの製造方法に関す
る。

従来の技術 内燃エンジンのエンジンバルブは、エンジンの
高速高出力化の要求に伴つて、高熱雰囲気に耐え
ることは勿論、弁の慣性から生じる弊害を回避す
るためになるべく軽量であることが望まれてい
る。

軽量化の対策の１つとして傘部に対してバルブ
ステム部分を細くする試みがなされ、かつ、実用
化されているが、軸径の強度上の限界のため軽量
化には限度がある。又バルブの軽量化の他の試み
としては、バルブ自体を中空にすることが行なわ
れている。例えば実公昭60−34725号明細書は、
鋼素材或いは弁頭及び弁軸を形成した予備成形品
に孔あけ加工を施して中空にし、できた孔にアル
ミニウム合金或いはマグネシウム合金の芯を装填
固定したエンジンバルブを開示してある。

又特公昭51−29106号明細書或いは特公昭51−
29506号明細書には、パイプ素材を用い、パイプ
の内側に捨中子となるインサートを挿入するか或
いは、芯となるインサートを挿入接着した後アプ
セツト鍛造及び熱間プレス加工を行つて製造され
るエンジンバルブが開示されている。さらに中空
バルブの傘部、ステム部分及び軸端部分を別々に
用意した後これらを溶接することも行なわれてい
る。バルブの軽量化のさらに別の試みとしてバル
ブ自体を軽金属で作ることも行なわれている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような試みでエンジンバル
ブを軽量化するものにあつては、中空化するため
に正確、精密な孔あけ加工を必要としたり、捨中
子となるインサトを削出し或いは腐食酸による溶
出によつて除去する加工を必要としたり、或いは
芯となるインサートやバルブの各部分を溶接しな
くてはならないため、加工が複雑かつ困難で製造
コストが高くなりやすいという問題点があつた。
又軽金属でエンジンバルブを製造する場合には、
材料が高価であり、加工が困難な上に窒化処理等
により表面を硬化させる必要があるため、特殊エ
ンジンを除いては一般的でないという問題点があ
つた。

本発明の目的は上述した問題点を除去し、煩雑
な加工を行うことなく製造することのできる軽量
エンジンバルブの製造方法を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は、エンジンバルブを製造するにあた
り、中空円筒形の耐熱鋼素材に、前記素材に比べ
比重及び熱膨張係数が小さく、熱間鍛造温度で溶
融しない炭素、黒鉛、鋳物砂、セラミツク粉末等
から成る芯材を、前記素材の一端に片寄らせて装
填し前記素材の芯材が片寄つている側と反対側の
端部をかしめ、前記芯材と装填された素材とを加
熱した後、前記素材の前記孔の開口と反対側に熱
間押出し成形によつて芯材の入つたバルブステム
部分を形成し、次いで前記素材の残部に熱間プレ
ス据込成形を施して傘部を形成し、次いで前記芯
材を片寄らせた側より芯材を一部或いは全部取出
した後、栓により前記孔の開口部を溶接密栓する
ことを特徴とする。

以下、図面により本発明を説明する。

実施例 第１図は本発明による軽量エンジンバルブの製
造過程を示す一例の概略断面図である。中空円筒
形の耐熱鋼或いはチタン合金の棒材を用意し、こ
れを所定の寸法に切断して素材１を得る。次いで
第１図ａに示すように、素材１の孔２に素材より
短い芯材３を装填するとともに、芯材３の両端に
芯材脱落防止用の円板状の蓋４，５を配置する。
芯材は、素材に比べ、軽量で熱膨張係数が小さ
く、熱間鍛造温度で溶融しない物質であることが
必要であり、例えば炭素、黒鉛、鋳物砂又はセラ
ミツク粉末等が好ましい。本例では黒鉛を使用す
る。芯材が粉末状のもの、又はこれを固めたもの
である場合、後の工程で芯材が素材から脱落する
おそれがあり、このため蓋４，５が取付けられて
いる。蓋４は、素材のエンジンバルブの傘部とな
るべき側に、その外面を素材の端面と面一になる
ように孔２に挿入されている。蓋５は、素材のエ
ンジンバルブのステム部分となるべき側に挿入さ
れている。これらの蓋は、中心に夫々小孔４ａ，
５ａを有しても良い。この場合後の熱間鍛造時に
圧縮された芯材内の空気を孔４ａ，５ａを通すこ
とにより、一部の芯材が素材より飛び出ることを
防止する事ができる。

次いで第１図ｂに示すように素材１の蓋５の側
をかしめ芯材を素材にしつかりと固定する。

次に芯材３を孔３に装填した素材１を熱間押出
成形に適した所定温度まで加熱し、第２図の押出
成形用のダイ６にこの加熱された素材１を挿入
し、ポンチ７で素材１及び蓋４にこれらの面一と
なつた端面から圧縮を加えて反対側の端からバル
ブステム８として熱間前方押出しを行う。バルブ
ステム８が所定長さ押出し成形されたとき、ダイ
内には弁頭部となるべき部分９が残部として残
る。第１図ｃに示すように、素材中の芯材黒鉛は
素材とともに押出される結果、ステム８の中心一
様に入込む。

次にこれをエンジンバルブとするため、第３図
に示すようにダイ１０に挿入したポンチ１１で部
分９に熱間プレス据込成形を施して所定形状を有
する傘部１２を形成する。第１図ｄに傘部１２の
据込形成後ダイ１０より取出されたエンジンバル
ブを示す。

次いで第１図ｅに示すように、傘部１２におけ
る孔２の開口部分から蓋４及び芯材の一部を取出
し、耐熱鋼より成る栓１３によつて孔２の開口部
分を溶接で密栓する。この溶接としては抵抗溶
接、TIG溶接、電子ビーム溶接摩擦溶接等を適用
することができる。最後にエンジンバルブに軸端
部１４を形成する。軸端部１４は第１図ｅに示す
ように直接形成してもよく、第４図ａ及びｂに示
すようにステム部分を加工した後、素材と別の部
品１４ａ，１４ｂを溶接して形成するようにして
もよい。

第５図は、本発明によるエンジンバルブの製造
方法の他の例によつて作られた中空エンジンバル
ブを示す一部断面図である。この方法では、第１
図の実施例とは密栓工程だけが異なるため、第１
図と同様の説明を省略する。前と同様に、熱間押
出し成形及び熱間プレス据込成形を経てエンジン
バルブを作り、傘部１２表面にある孔２の開口部
より芯材である黒鉛３を全部破砕して取出し、エ
ンジンバルブを中空化する。次いで溶接によつて
栓１３′を傘部１２に固定し密栓する。

中空軽量エンジンバルブの場合には、中空内に
金属ナトリウムを封入して、冷却効果の向上を図
ることができる。

効 果 以上の説明から明らかなように本発明による軽
量エンジンバルブの製造方法によれば、中空円筒
状の耐熱鋼素材を使用して、この中心に黒鉛、炭
素、セラミツクス粉末等の芯材を装填した後、熱
間鍛造によりバルブステム部と傘部とを成形する
ようにしたため、極めて軽いエンジンバルブを簡
単かつ低コストで製造することができる。中空円
筒状の素材は、種々の形状寸法のものを少ない加
工工数で簡単に得ることができる利点がある。
又、内部に黒鉛芯材を封入した軽量バルブでは、
黒鉛が潤滑性に優れるため、エンジンの高速回転
時において素材との間に微動摩耗を起こすことが
ない。

さらに本発明の製造方法によれば、熱間鋳造前
に芯材を装填するため、鋳造後芯材を素材内部に
隙間なく、特に粉末芯材では極めて密に、封入す
ることができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは、本発明による軽量エンジンバ
ルブの製造方法を示す一例の概略断面図、第２図
は、軽量エンジンバルブのバルブステムを熱間前
方押出しにより成形するダイ及びポンチを示す概
略図、第３図は、本発明による軽量エンジンバル
ブに熱間プレス据込成形によつて傘部を形成する
ダイ及びポンチを示す概略図、第４図はエンジン
バルブの軸端部の他の例を示す部分断面図、第５
図は、本発明のエンジンバルブの製造方法の他の
例による軽量エンジンバルブを示す一部切欠き断
面図である。 １……素材、３……芯材、４，５……蓋、８…
…バルブステム部分、１２……傘部分、１３……
栓。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンバルブを製造するにあたり、中空円
   筒形の耐熱鋼素材に、前記素材比べ比重及び熱膨
   張係数が小さく、熱間鍛造温度で溶融しない炭
   素、黒鉛、鋳物砂、セラミツク粉末等から成る芯
   材を、前記素材の一端に片寄らせて装填し前記素
   材の芯材が片寄つている側と反対側の端部をかし
   め、前記芯材と装填された素材とを加熱した後、
   前記素材の前記孔の開口と反対側に熱間押出し成
   形によつて芯材の入つたバルブステム部分を形成
   し、次いで前記素材の残部に熱間プレス据込成形
   を施して傘部を形成し、次いで前記芯材を片寄ら
   せた側より芯材を一部或いは全部取出した後、栓
   により前記孔の開口部を溶接密栓することを特徴
   とする軽量エンジンバルブの製造方法。