【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は車両用の小型４行程エンジンの量産用として好適なエンジン弁とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両用エンジンのエンジン弁はポペット弁が使用されており、その鍛造には図６（ａ）で示す冷間据え込み鍛造法、同図（ｂ）で示す熱間押出し成形法、あるいは、同図（ｃ）で示す熱間据え込み鍛造法などが用いられる。そこでは、ロッド状の鋼材イを素材として、その一端を冷間で、あるいは高周波コイルによって赤熱させた状態で長さ方向を詰め外径を膨大させ、他端を弁杆素材チとして残し、膨大頭部ハを一体に設けた半成品を作る工程と、前記膨大頭部ハを冷間で、あるいは高周波コイルニによって赤熱して鍛造し、弁傘ホを形成する工程が含まれている。なお、図中、ヘは鋼材イをクランプするための支持型、トは鋼材イの端部を押圧する据え込み型である。
【０００３】
他方、近年のエンジン高速化に伴って、弁杆の径に比して弁傘の径が鍛造可能な範囲を越えて大径のエンジン弁が、設計上の理由で要求されている。そこで、最近はエンジン弁を弁傘と弁杆とに分け、鍛造された弁傘の部分に弁杆を摩擦溶接したり、弁杆の一端に弁傘素材となる材料を焼結したり、あるいは、弁傘を鍛造するべき素材に弁杆を結合するための連結孔を加工し、弁杆となる素材を圧入して合体させ、その後、加熱し金型の中で両者を同時に変形させて成形する鍛造法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９４４０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような弁傘素材と弁杆素材とを結合した後、弁傘素材を鍛造して成形する従来の鍛造法では、成形を要する大部分が弁傘であるにもかかわらず、弁傘と弁杆とを同時に加熱していたので加熱に大電力を要するばかりか、既に引抜き工程を経て成形され、鍛造加工を要しない弁杆を無用に加熱するため、弁杆が弁傘と結合されたとき最大応力を受ける連結部の強度を不安定にする不具合があった。
【０００６】
また、軽量化された近時のエンジン弁では弁傘部分にチタン合金その他軽量な材質が使用されたり、弁傘部分が焼結材であったりして、同時に加熱し同時に成形する従来の工法では、弁傘素材と弁杆素材とを密着させることが容易でなく、エンジン弁の強度を低下させないための特殊な加工法を必要とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、物の発明によれば、外周に弁面を有する弁傘の中央部に軸線と同軸に配された筒状のボスを設け、そのボスに設けたボス孔へ周方向の多数の周溝を設けた弁杆の一端を嵌合させ、前記ボスの外面を求芯方向へ変形させてボス孔の内面を周溝の溝内へ膨出させて結合することによって解決される。また、製法の発明によれば、弁杆素材の嵌合されるボス孔を設けた弁傘素材と、その弁傘素材のボス孔に嵌合される嵌合部に多数の周溝を設けた弁杆素材とを用意し、弁杆素材を弁傘素材のボス孔に圧入固定した後、弁傘素材の表面を誘導加熱し、その外面を軸方向に開閉する金型によって挟圧して弁傘を成形することによって解決される。
【０００８】
【作用】
弁傘と弁杆との結合は、弁傘に設けられたボスの外周を挟圧することによってボスに設けたボス孔の内径を縮小させ、それによって、ボス孔へ嵌合させた弁杆の周溝の中へ弁傘をなすボスの肉が入り込み、弁杆が軸方向へ移動するのが阻止されて抜け止め作用が強化される。また、弁傘の成形工程において弁傘素材たるオニオンを加熱する際、弁杆の外周に設けた周溝がボス孔との間に環状空間を形成しているので、加熱されたオニオンから弁杆への伝熱を遮断する。
【０００９】
【発明の実施の態様】
以下、本願発明の実施の一形態を説明する。図１中、１０はこの発明に係るエンジン弁である。エンジン弁１０は外周に円錐状の弁面２１を有する弁傘２０と、その弁傘２０の中央部へ連結され、そこから一側へ伸びる弁杆３０からなっている。３１は弁杆３０の遊端に設けた周知のコッタ溝である。
【００１０】
前記弁傘２０は円板形の弁板２３からなり、その一側には周縁部に前記弁面２１を設けたやや厚肉の弁リング２２と、中央部に筒状のボス２４が設けられている。２４ａはボス２４の内面に形成されたボス孔であり、そこには弁杆３０が嵌合される。前記弁リング２２とボス２４の間は前記弁板２３から突出した数個のリブ２５によって連結されて補強されるとともに、各リブ２５、２５の間は平面図中で扇形をした数個の肉抜き２６によって軽量化が図られている例で示した。弁傘２０は薄肉に設ける従来型に勿論適用可能である。
【００１１】
弁杆３０は引き抜き加工された棒状の鋼材からなり、前記コッタ溝３１と反対側の端部外周に、多数の細い溝からなる周溝３２が設けられている。周溝３２は弁杆３０の外径を呼び径とするねじとして構成し、ねじ用の市販の転造ロールを用いて廉価に加工されるが、他の加工法を用いたり、同程度の形状と大きさをもつ三角形の山あるいは台形の山によって作られた円周溝の多数で構成されることもある。
【００１２】
このように作られた弁傘２０と弁杆３０とは、弁傘２０に設けたボス孔２４ａへ弁杆３０の周溝３２の山の部分で圧入したうえ、ボス２４の外周を圧搾してボス孔２４ａの内径を縮め、周溝３２の谷の中まで膨出させ挟圧して結合してある。よって、弁杆３０がボス孔２４ａによって緊密かつ強固に結着される上、周溝３２とその周溝３２の中を満たしたボス孔２４ａ側の肉によって抜け止めされるので、両者の間に高い結合強度が得られる。
【００１３】
つぎに、上記エンジン弁１０の製造方法を説明する。まず、弁傘２０を製造するため図２で示す弁傘素材２８と、弁杆３０を製造するための弁杆素材３５がそれぞれ準備される。弁傘素材２８は頂部をなす比較的大径の部分と、その下部に設けられた端面が小径に削られた部分を有し、それらの間が円弧状の凹面３４となっている。２４ａは前記小径に削られた端面の中心部に設けられた前記ボス孔である。また、弁杆素材３５は一端に前記ボス孔２４ａへ嵌合される嵌合部３６を有する。嵌合部３６の外面には断面が三角形の多数の周溝３７、３７が形成されている。
【００１４】
弁傘素材２８と弁杆素材３５は第１工程で軽く圧入して、図３で示すように仮結合され、いわゆるオニオン３３が形成される。この状態ではボス孔２４ａの内面に、嵌合部３６に設けられた周溝３７の頂部が圧縮状態で当接し、周溝３７の谷の部分が断面三角形の環状空間３８として残される。
【００１５】
この仮結合されたオニオン３３は図４で示す次工程において、高周波加熱装置の加熱コイル４１の中に保持し通電することにより、弁傘素材２８が誘導加熱される。なお、弁傘素材２８は高周波加熱特有の表皮効果によって表面が強く加熱される。このとき加熱された弁傘素材２８の熱はボス２４から弁杆素材３５へ伝えられるが、両者は互いに接触している周溝３７の頂部のみで伝熱が行われ、前記断面三角形の環状空間３８の部分には直接の伝熱がないので、弁杆素材３５は通電中も弁傘素材２８より低い温度に保たれる。
【００１６】
加熱されたオニオン３３は、図５で示すように、受け型４２によって支持される。受け型４２には逃げ孔４２ａが設けられており、弁杆素材３５が逃げ孔４２ａに挿通されると、弁傘素材２８の下面が受け型４２のキャビティによって支持される。押し型４３が上方から下降すると、両金型４２、４３の間に弁傘素材２８が挟圧されて弁傘２０が成形される。
【００１７】
この弁傘素材２８の成形の際、ボス２４の外面が受け型４２によって外方から軸線方向へ、いわゆる、求芯方向へ向かう方向の外力を受けるから、前記ボス孔２４ａをなしている材料が内径を縮小する側へ移動して、前記周溝３７によって形成された断面三角形の環状空間３８を充填する。よって、弁傘素材２８と弁杆素材３５とが強固に連結され、かつ、弁杆素材３５の抜脱が防止される。
【００１８】
なお、上記実施態様では、弁傘素材２８に塑性加工を加えて弁傘２０を成形する工程の中で、ボス２４の外面を押圧しボス孔２４ａの内径を縮小させる工程を同時に行っているが、この工程は発明の構成上、必須の要件ではなく、ボス孔２４ａの内径を縮小させる工程のみ別個に独立に行ってもよいことは勿論のことである。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、エンジン弁は弁傘に設けたボス孔へ、外周に周溝を設けた弁杆の一端を嵌合させて構成したものであるから、弁杆の直径と弁傘の直径とを生産技術上の制約をうけることなく選択できる利点がある。また、弁傘と弁杆との結合が単純な圧入に加えて、ボスの外面を求芯方向へ変形させてボスの内面を周溝内へ食い込ませて結合してあるから、結合が極めて強固に行われ弁面が弁口へ着座する際の強い衝撃に十分に耐え得る。
【００２０】
請求項２の発明は、エンジン弁を弁傘と弁杆とに分けて予備成形し、両者を仮結合した後に弁傘を誘導加熱し鍛造して成形するものであるから、弁傘の加熱に際して弁杆が過度に加熱されるのを防止でき、弁傘と弁杆との結合部の強度が高いエンジン弁が得られる。
などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の一例であるエンジン弁を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】エンジン弁を製造する素材を示す工程図である。
【図３】エンジン弁を製造する弁傘素材と弁杆素材とを連結した状態を示す工程図であり、要部を拡大して示してある。
【図４】エンジン弁を製造する弁傘素材を加熱する工程を示す工程図である。
【図５】エンジン弁を製造する弁傘素材を熱間鍛造する工程を示す工程図であり、金型の断面図である。
【図６】エンジン弁を製造する従来の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は冷間据え込み鍛造法、（ｂ）は熱間押出し成形法、（ｃ）は熱間据え込み鍛造法をそれぞれ示すものである。
【符号の説明】
１０・・・・エンジン弁
２０・・・・弁傘
２１・・・・弁面
２２・・・・弁リング
２３・・・・弁板
２４・・・・ボス
２４ａ・・・・ボス孔
２５・・・・リブ
２６・・・・肉抜き
２８・・・・弁傘素材
３０・・・・弁杆
３１・・・・コッタ溝
３２・・・・周溝
３３・・・・オニオン
３４・・・・凹面
３５・・・・弁杆素材
３６・・・・嵌合部
３７・・・・周溝
３８・・・・環状空間
４１・・・・加熱コイル
４２・・・・受け型
４２ａ・・・・逃げ孔
４３・・・・押し型[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an engine valve suitable for mass production of a small four-stroke engine for a vehicle and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In general, a poppet valve is used as an engine valve of a vehicle engine. For the forging, a cold upsetting forging method shown in FIG. 6A, a hot extrusion forming method shown in FIG. A hot upsetting forging method shown in FIG. There, a rod-shaped steel material was used as a material, one end of which was cold or glowed by a high-frequency coil, the length direction was reduced and the outer diameter was increased, and the other end was left as a valve rod material. The method includes a step of manufacturing a semi-finished product integrally provided with a head part C, and a step of forging the enlarged head part C in a cold state or by red heating with a high-frequency coil to form a valve head. In the drawing, F is a support type for clamping the steel material A, and G is an upsetting type for pressing the end of the steel material A.
[0003]
On the other hand, with the recent increase in the speed of the engine, an engine valve having a diameter larger than the diameter of the valve rod that can be forged compared to the diameter of the valve rod is required for design reasons. Therefore, recently, the engine valve is divided into an umbrella and a valve rod, and the valve rod is friction-welded to a forged valve umbrella portion, or a material serving as a valve umbrella material is sintered at one end of the valve rod, or Processing the connecting hole for connecting the valve rod to the material to be forged the valve umbrella, press-fitting the material to be the valve rod to unite, then heat and deform both at the same time in the mold to form (For example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP, 2002-194404, A
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional forging method in which such an umbrella material and a valve rod material are combined and then the umbrella material is forged and formed, the umbrella is formed despite the fact that most of the molding requires the umbrella. And the valve rod were heated at the same time, so that not only requires a large amount of power for heating, but also the valve rod, which has already been formed through the drawing process and is not required for forging, is unnecessarily heated. There was a problem that the strength of the connection part receiving the maximum stress was unstable when it was used.
[0006]
Also, in recent engine valves that have been reduced in weight, titanium alloy and other lightweight materials are used for the valve umbrella part, or the valve umbrella part is a sintered material. However, it is not easy to bring the valve umbrella material and the valve rod material into close contact, and a special processing method is required to prevent the strength of the engine valve from decreasing.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the object of the invention, a cylindrical boss arranged coaxially with the axis is provided at the center of a valve head having a valve surface on the outer periphery, and a large number of circumferential bosses are provided in the boss holes provided in the boss. This problem can be solved by fitting one end of the valve rod provided with the circumferential groove, deforming the outer surface of the boss in the centripetal direction, and bulging the inner surface of the boss hole into the groove of the circumferential groove. According to the invention of the manufacturing method, an umbrella material provided with a boss hole into which a valve rod material is fitted, and a number of peripheral grooves are provided in a fitting portion fitted into the boss hole of the umbrella material. After preparing the valve rod material and press-fitting the valve rod material into the boss hole of the valve umbrella material, induction heating the surface of the valve umbrella material, and pressing the outer surface of the valve umbrella with a mold that opens and closes in the axial direction, the valve umbrella Is solved by molding.
[0008]
[Action]
The connection between the valve umbrella and the valve rod reduces the inner diameter of the boss hole provided in the boss by pinching the outer periphery of the boss provided in the valve umbrella, whereby the circumference of the valve rod fitted into the boss hole is reduced. The flesh of the boss forming the valve umbrella enters the groove, and the valve rod is prevented from moving in the axial direction, and the retaining action is enhanced. In addition, when heating the onion, which is the material of the valve head, in the forming process of the valve head, the circumferential groove provided on the outer circumference of the valve rod forms an annular space between the valve head and the boss hole. Block heat transfer to
[0009]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an engine valve according to the present invention. The engine valve 10 includes a valve head 20 having a conical valve surface 21 on the outer periphery, and a valve rod 30 connected to a central portion of the valve head 20 and extending to one side therefrom. Reference numeral 31 denotes a well-known cotter groove provided at the free end of the valve rod 30.
[0010]
The valve umbrella 20 is composed of a disc-shaped valve plate 23, on one side of which is provided a slightly thick valve ring 22 having the valve surface 21 on the periphery and a cylindrical boss 24 in the center. ing. Reference numeral 24a denotes a boss hole formed on the inner surface of the boss 24, into which the valve rod 30 is fitted. Between the valve ring 22 and the boss 24 are connected and reinforced by several ribs 25 protruding from the valve plate 23, and between the ribs 25, 25 are several fan-shaped meats in a plan view. The example in which the weight is reduced by the punch 26 is shown. The valve umbrella 20 can of course be applied to a conventional type provided with a thin wall.
[0011]
The valve rod 30 is made of a bar-shaped steel material that has been drawn, and a peripheral groove 32 made up of a number of narrow grooves is provided on the outer periphery of the end opposite to the cotter groove 31. The circumferential groove 32 is formed as a screw having a nominal diameter equal to the outer diameter of the valve rod 30 and is inexpensively processed by using a commercially available rolling roll for the screw. It may be composed of a large number of circumferential grooves formed by triangular or trapezoidal peaks having the size
[0012]
The valve umbrella 20 and the valve rod 30 thus formed are pressed into the boss holes 24a provided in the valve umbrella 20 at the peaks of the peripheral groove 32 of the valve rod 30, and then the outer periphery of the boss 24 is squeezed. The inner diameter of the boss hole 24a is reduced, and the boss hole 24a is swelled to the inside of the valley of the circumferential groove 32, and is joined by being pressed. Therefore, the valve rod 30 is tightly and firmly bound by the boss hole 24a, and is prevented from falling off by the circumferential groove 32 and the meat on the boss hole 24a side filling the circumferential groove 32. High bonding strength is obtained.
[0013]
Next, a method for manufacturing the engine valve 10 will be described. First, a valve head material 28 shown in FIG. 2 for manufacturing the valve head 20 and a valve rod material 35 for manufacturing the valve rod 30 are prepared. The valve umbrella material 28 has a relatively large-diameter portion serving as a top portion, and a portion provided at the lower portion of which has a small-diameter end surface, and an arc-shaped concave surface 34 is provided therebetween. Reference numeral 24a denotes the boss hole provided at the center of the small-diameter end face. Further, the valve rod material 35 has a fitting portion 36 fitted at one end into the boss hole 24a. On the outer surface of the fitting portion 36, a number of peripheral grooves 37, 37 having a triangular cross section are formed.
[0014]
In the first step, the valve umbrella material 28 and the valve rod material 35 are lightly press-fitted and temporarily joined as shown in FIG. 3 to form a so-called onion 33. In this state, the top of the peripheral groove 37 provided in the fitting portion 36 abuts on the inner surface of the boss hole 24a in a compressed state, and the valley portion of the peripheral groove 37 is left as an annular space 38 having a triangular cross section.
[0015]
In the next step shown in FIG. 4, the temporarily connected onion 33 is held in the heating coil 41 of the high-frequency heating device and energized to heat the valve head material 28 by induction. The surface of the valve umbrella material 28 is strongly heated by a skin effect peculiar to high-frequency heating. At this time, the heat of the heated umbrella material 28 is transmitted from the boss 24 to the valve rod material 35, but the heat is transmitted only at the top of the circumferential groove 37 in contact with each other, and the annular space having the triangular cross section is formed. Since there is no direct heat transfer at the portion 38, the valve rod material 35 is kept at a lower temperature than the valve head material 28 during energization.
[0016]
The heated onion 33 is supported by the receiving mold 42 as shown in FIG. The receiving mold 42 is provided with an escape hole 42a. When the valve rod material 35 is inserted into the escape hole 42a, the lower surface of the valve head material 28 is supported by the cavity of the receiving mold 42. When the pressing die 43 descends from above, the valve umbrella material 28 is pressed between the two dies 42, 43 to form the valve umbrella 20.
[0017]
At the time of molding the umbrella material 28, the outer surface of the boss 24 receives an external force in the axial direction from the outside by the receiving mold 42, that is, in the direction toward the centripetal direction. By moving to the side where the inner diameter is reduced, the annular space 38 having a triangular cross section formed by the peripheral groove 37 is filled. Therefore, the valve umbrella material 28 and the valve rod material 35 are firmly connected, and the valve rod material 35 is prevented from being pulled out.
[0018]
In the above embodiment, the step of pressing the outer surface of the boss 24 to reduce the inner diameter of the boss hole 24a is performed simultaneously in the step of forming the valve head 20 by plastically processing the valve head material 28. However, this step is not an essential requirement in the structure of the invention, and it goes without saying that only the step of reducing the inner diameter of the boss hole 24a may be performed separately and independently.
[0019]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the engine valve is formed by fitting one end of a valve rod having a circumferential groove on the outer periphery into a boss hole provided in the valve head. There is an advantage that the diameter can be selected without being restricted by production technology. In addition to the simple press-fitting of the umbrella and the valve rod, the outer surface of the boss is deformed in the centripetal direction and the inner surface of the boss is cut into the circumferential groove, so that the connection is extremely strong. The valve face can sufficiently withstand a strong impact when the valve face is seated on the valve port.
[0020]
According to the invention of claim 2, since the engine valve is divided into a valve head and a valve rod and preformed, and the two are temporarily connected to each other, the valve head is induction-heated and forged and formed. Excessive heating of the valve rod can be prevented, and an engine valve having a high strength at the joint between the valve head and the valve rod can be obtained.
And so on.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show an engine valve according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG.
FIG. 2 is a process diagram showing a raw material for manufacturing an engine valve.
FIG. 3 is a process diagram showing a state in which a valve umbrella material and a valve rod material for manufacturing an engine valve are connected, and a main part is shown in an enlarged manner.
FIG. 4 is a process diagram showing a process of heating a valve head material for manufacturing an engine valve.
FIG. 5 is a process diagram showing a process of hot forging a valve head material for manufacturing an engine valve, and is a cross-sectional view of a mold.
FIG. 6 is a process chart showing a conventional manufacturing method for manufacturing an engine valve, in which (a) is a cold upsetting forging method, (b) is a hot extrusion forming method, and (c) is a hot upsetting forging. Each shows a law.
[Explanation of symbols]
10 engine valve 20 valve umbrella 21 valve face 22 valve ring 23 valve plate 24 boss 24 a boss hole 25・ ・ ・ Rib 26 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Lightening 28 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Valve umbrella material 30 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Valve rod 31 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Cotter groove 32 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Peripheral groove 33 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Onion 34 ・ ・ ・··· Concave surface 35 ··· Valve rod material 36 ··· Fitting portion 37 ··· Peripheral groove 38 ··· Annular space 41 ··· Heating coil 42 ··· Receiving mold 42a ··· .Relief hole 43 ... Press type
