JP2001317315A - 中空ポペット弁とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼板を深絞り加工して作られたポペット弁を可
及的に軽量化するべく、ステムの肉厚を薄くしていく
と、ステムの部分が降伏して伸びてしまう以前に、コッ
タ溝より上側の部分がコッタによって扱かれ、変形して
しまうことがあるので、ステム部分の重量増加を最小に
抑えつゝ、補強することを目的とする。 【解決手段】物として、一端が開いた中空のステムのタ
ペット側に、外周壁の一部を外側から押圧し内側へ膨出
させてコッタ溝を成形するとともに、前記コッタ溝より
タペット側の内面に耐摩材料で作られた端部部材を収
め、ステムの端部を内側へ変形させて固定することによ
って解決できる。製造方法として、板材を成形して中空
のステムを成形する工程と、そのステムのタペット側の
端部近傍を外周から内周へ膨出させて外面に環状のコッ
タ溝と内面に環状のリブとを成形する工程と、ステムの
タペット側の端部から挿入される端部部材を前記リブに
よって支承する工程と、ステムの端部を内周方向へ変形
させて端部部材を抜け止めする工程とによって解決でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の吸排気弁
として好適なポペット弁に関するもので、特にステムを
中空に形成したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポペット弁を軽量化する手段とし
てステムの部分をドリル加工して中空にすることが知ら
れている。ドリル加工による穿孔は深い孔を開ける際に
偏肉を生じ、薄く作るのにも限度があった。出願人はス
テムの製造を板材からプレス機械で深絞り加工し、必要
に応じて扱き加工を加えることにより、機械加工する場
合に比してステムの肉厚を大幅に薄肉とする技術を開発
し、先に、特開２０００−４５７３０号として提案し
た。

【０００３】さらに、そこではステムに形成されるコッ
タ溝も切削によることなく、図６で示す転造法、あるい
はスピニング加工などの塑性加工によって成形してい
る。この加工方法によれば、ステムの部分が全長に亘っ
て均一に肉厚に成形され、かつ、バルブスプリングによ
って切断される限界まで、その肉厚を薄く加工できる特
徴がある。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、出願人の実験
によれば、ポペット弁の肉厚を薄くしていくと、ステム
が切断される以前にコッタ溝とタペット側端部との間の
短い軸部がバルブコッタによって扱きを受けて変形して
しまうことが判明した。

【０００５】すなわち、図７（ａ）で示すように、出願
人の開発した薄肉中空のポペット弁８０のフレア部に設
けた弁体８１を、アムスラ引張り試験機のベッド９１に
取り付けた弁座形の抑え具９２によって位置決めし、ス
テム８２のタペット端側をコッタ溝に係合させたコッタ
８３と弁ばねリテーナ８４とを介して、前記アムスラ引
張り試験機のラム９３へ取り付けた引上げ具９４によっ
て引上げて引っ張ることによって、ステム８２へ引張り
応力を与えて試験した。その結果、当初、同図（ｂ）中
の右半部であった形状が、同図中の左半分で示すよう
に、コッタ溝より上の部分８６がコッタ８３によって扱
かれ、符号８７で示すようにコッタ溝の径と略同径に縮
径し、コッタを係止することができなかった。

【０００６】出願人は先に、このような不具合を解消す
ることが可能な成形方法として、ステムのコッタ溝から
タペット側端部までの部分を肉厚に成形する製造方法を
提案した（特願平１１−３７３３６３号）が、それによ
ってもタペット側を十分な肉厚にすると、残部の肉厚を
十分に薄肉にすることができなかった。さらに、ステム
のコッタ溝からタペット側端部までの部分を別体に成形
し、ステムの端部へろう付けして結合する方法も提案し
た（特願平２０００−０２９０７２号）が、製造工程に
ステムを加熱する工程が含まれるため製造が容易でなか
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、物として、
中空のステムのタペット側に、外面から内面へ環状に膨
出させて外面のコッタ溝と内面のリブとを設け、前記ス
テムのコッタ溝よりタペット側の内面に耐摩材料で作ら
れた端部部材を収め、ステムの端部を内側へ変形させて
抜止めすることによって解決される。そこでは、前記端
部部材は軸線と直交する方向の断面が円形で、その上面
と下面とが略平行に作られることが好ましい。また、製
造方法として、板材を成形して中空のステムを成形する
工程と、そのステムのタペット側の端部近傍を外周から
内周へ膨出させて外面に環状のコッタ溝と内面に環状の
リブとを成形する工程と、ステムのタペット側の端部か
ら挿入される端部部材を前記リブによって支承する工程
と、ステムの端部を内周方向へ変形させて端部部材を抜
け止めする工程とを含ませることで解決される。

【０００８】

【作用】端部部材はコッタ溝の裏面に形成されるリブに
よって支えられ、ステムの端部によって脱落しないよう
固定される。端部部材を円板形とすれば、端部部材は環
状をなすコッタ溝の裏面によって支えられることによ
り、軸線と略直角な端面を形成する。端部部材はステム
の端部によって抜け止めされており、コッタ溝のタペッ
ト端側がコッタによって強い扱き力を受けたとき、コッ
タ溝の裏面を支えてステムの変形を阻止する。コッタ溝
の加工に際して、同時に裏面に端部部材を支承するため
のリブが作られる。リブは端部部材の下面をステムの軸
方向と直交する面に保持する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の最良の実施態様を説明する。
図１中、１０はこの発明に係るポペット弁である。ポペ
ット弁１０は図示してないエンジンやコンプレッサの弁
座に着座する弁体１１と、その弁体に結合されるステム
２０とを有する。なお、エンジン用に供される弁体１１
はステンレス材その他の耐熱鋼で作られ、弁座部分には
必要に応じてステライトその他の超耐熱材がろう付け、
あるいは盛り金される。

【００１０】ステム２０は鋼板を深絞りして作られた薄
肉の管材からなっており、その一端２１は前記弁体１１
の外縁近くへ溶着するよう二次曲線的に外径の拡大する
フレア側となっている。他端２２は図示してないタペッ
トや弁リフタ、あるいはロッカーアームに当接するタペ
ット側である。タペット側２２には端部近傍に位置し
て、外周面に周知のコッタ８３を係止するためのコッタ
溝２３が設けられている。コッタ溝２３は図６（ａ）で
示す金型Ｄを用いて転造され、ステム２０をなす壁面が
内側へ環状に膨出し、図２、図４（ａ）で示すように、
裏面にはコッタ溝２３に対応する環状のリブ２４が形成
される。

【００１１】ステム２０のタペット側２２の端部には、
図４（ｂ）で示す次の工程において、開口部の内側へ図
３で示す端部部材２５が挿入される。端部部材２５は焼
入れされた鋼材、あるいは焼結された超硬合金、その他
の耐摩材によって作られ、その形状は、軸方向の断面が
円形で、かつ、上下が平行な面を有する板状、あるいは
軸状に作られている。図３で示す端部部材２５は、円板
状をなしており、その周縁は２個の小円２５ａ、２５ａ
の弦によって形成される円弧状に作られている。よっ
て、端部部材２５が挿入されるとその下面がリブ２４に
よって支承され、ステム２０と端部部材２５とが同芯に
保持され、上面はステムの外周に対して大略直交する端
面となる。

【００１２】端部部材２５の形状はこれに限られるもの
ではなく、図５（ａ）で示すように、厚さ方向の中央部
が略三角形状に突出した、いわゆるそろばん珠の形をし
たものでもよく、この場合、前記したコッタ８３から受
ける扱きに対しては耐変形性が大きい。また、同図
（ｂ）で示すように、焼き入れされた玉軸受用の鋼球と
し、ステム２４の端部へ取り付けてから研削によって端
面を形成することもある。この場合、鋼球は市販品があ
り、高精度の材料が廉価に入手できる。

【００１３】さらに、端部部材２５とステム２０との結
合を一層確実にするため、図５（ｃ）で示すように、先
の例における端部部材２５の軸方向長さを増して軸状と
し、その中央部に補助コッタ溝２３ａを設けてもよい。
この例において補助コッタ溝２３ａと端部２２ａの加締
めは図６（ｂ）のような金型Ｄを用い、上型と下型との
関係を水平方向へ移動させることによって外周に転造に
よる溝を作ることもできる。このように端部部材２５の
移動を端部２２ａの加締めだけでなく、中央部でも行う
ことにより、軸方向の固定を一層確実にすることができ
る。

【００１４】次いで、ステム２０は図４（ｃ）で示すよ
うに、外周を両側から型２６ａで挟んで抑え、それによ
って位置決めした上、回転する工具２６ｂを上側から押
し付けて端部２２ａを内側へ折り曲げ、加締め加工す
る。最後に、ステム２０は同図（ｄ）で示すように、端
部部材２５の端面と折り曲げられた端部２２ａを同時に
研削し、仕上げられた端面２２ｂが形成される。

【００１５】以上のように、例示した各実施例によれ
ば、ステム２０は端部部材２５によってコッタ溝２３付
近の強度が高められているので、コッタ８３による剪断
力やタペットによる衝撃的な荷重を受けても、変形した
り、破壊したりすることがない。よって、ステム２０の
全体を略均一な肉厚とすることができ、軽量化に寄与し
ている。また、肉厚を大きく変化させる必要がないか
ら、ステム２０の深絞り加工、あるいは扱き加工が容易
となり、製造コストの低減に大きな効果がある。

【００１６】なお、ステム２０に取り付けられる端部部
材２５は、超硬合金や熱処理された鋼材などの硬質金属
が使用されるので、ステム２０への焼き入れを省略する
こともできる。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、中空に作られ
たステムの板厚を増すことなくタペット側の端部に設け
られるコッタ溝付近の強度を高めることができる。すな
わち、弁コッタを介してコッタ溝が強い扱き力を受けて
も、その力は端部部材によって支承されるのでステム自
体が薄肉であっても変形することがない。また、端部部
材として熱処理を施した硬質なものを用いれば、ステム
の焼入れを省略することも可能である。請求項２の発明
によれば、ステムに形成されるコッタ溝の裏側に形成さ
れる環状のリブによって端部部材の下面が支えられる
と、上面がステムの端面となる。請求項３の発明によれ
ば、ポペット弁のタペット側端部の強度が十分高く、軽
量なものを容易に製造することができる。などの効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施例を示すポペット弁の軸線に
沿った断面図である。

【図２】その一部を拡大して示す部分拡大断面図であ
る。

【図３】そこに使用される端部部材を拡大して示すもの
で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図４】ポペット弁の製造工程を示す工程図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ異なる変形
例を示す、図２相当の部分拡大断面図である。

【図６】ステムの端部へ端部部材を加締め加工で取り付
けるための金型を示す側面図である。

【図７】（ａ）はポペット弁の引張り試験機を示す断面
図であり、（ｂ）は、その試験の前後におけるポペット
弁の形状変化を示す断面図である。

【符号の説明】

１０、８０・・・・ポペット弁 １１・・・・弁体 ２０・・・・ステム ２１・・・・一端（フレア側） ２２・・・・他端（タペット側） ２２ａ・・・端部 ２２ｂ・・・端面 ２３・・・・コッタ溝 ２３ａ・・・補助コッタ溝 ２４・・・・リブ ２５・・・・端部部材 ２５ａ・・・小円 ２５ｂ・・・三角形の突起 ８１・・・・弁体 ８２・・・・ステム ８３・・・・コッタ ８４・・・・弁ばねリテーナ ８６・・・・コッタ溝より上の部分 ８７・・・・縮径 ９１・・・・ベッド ９２・・・・抑え具 ９３・・・・ラム ９４・・・・引上げ具 Ｄ・・・・金型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空のステムのタペット側に、外面から内
   面へ環状に膨出させて外面のコッタ溝と内面のリブとを
   設け、前記ステムのコッタ溝よりタペット側の内面に耐
   摩材料で作られた端部部材を収め、ステムの端部を内側
   へ変形させて抜止めした中空ポペット弁。
2. 【請求項２】請求項１において、前記端部部材は軸線と
   直交する方向の断面が円形で、その上面と下面とが略平
   行に作られている中空ポペット弁。
3. 【請求項３】板材を成形して中空のステムを成形する工
   程と、そのステムのタペット側の端部近傍を外周から内
   周へ膨出させて外面に環状のコッタ溝と内面に環状のリ
   ブとを成形する工程と、ステムのタペット側の端部から
   挿入される端部部材を前記リブによって支承する工程
   と、ステムの端部を内周方向へ変形させて端部部材を抜
   け止めする工程とを含む中空ポペット弁の製造方法。