JP2008240671A

JP2008240671A - 組立式エンジン弁

Info

Publication number: JP2008240671A
Application number: JP2007083544A
Authority: JP
Inventors: Isao Shirayanagi; 伊佐雄白柳; Yosuke Shirayanagi; 洋介白柳
Original assignee: SGG KENKYUSHO KK; SGG Kenkyusho KK
Current assignee: SGG KENKYUSHO KK; SGG Kenkyusho KK
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】
中空のステムをもつエンジン弁では、効率よく生産するため、弁部とステム部とに分けて予備成形する製法が採用されるが、ステム部の肉抜きを大きくし軽量化を進めると、弁部とステム部との結合に際して、結合部の強度が上がらなくなる。
【解決手段】
略円錐状の着座面を設けた弁部と、その中央部から前記着座面の頂部方向へ伸びるステム部とを有し、前記弁部の中央部に設けた軸孔へステム部を嵌合させ、ステム部に設けた肉抜き孔の開口側をピン形の埋め栓によって閉じるとともに、ステム部の端部外面と前記軸孔内面とを密着させたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、４工程エンジンにおいて、吸気弁あるいは排気弁として使用されるポペット形のエンジン弁に関するもので、とくに、弁座に着座する弁部と、弁ガイドに嵌合するステム部とを別体に形成した後に結合して、一体化させた組立式のエンジン弁に関する。

一般に、エンジン弁は鍛造法によって前記弁部とステム部とを一体に成形して作られるが、近年、エンジンの燃料消費を削減するため、ステム部を肉抜きし中空にして軽量化を図る技術が多用されるに至っている。

しかし、軽量化を一層進めようとすると、肉抜き孔を大きくし、一層、肉薄にすることが求められるものの、従来のように、大径の肉抜き孔を機械的に穿孔する製造方法では限度があった。そこで、最近はエンジン弁を弁部とステム部とに分け、ステム部をプレス加工によって、一端が開口した有底の筒状に予備成形した後に、弁部と結合して一体化する技術が提案されている（特許文献１参照）。

その別途に製作した弁部とステム部とを結合する方法として、従来、ステム部の開口側の端部と弁部とを摩擦溶接を用いる方法（特許文献２参照）が提案されている。また、前記弁部の軸芯に軸孔を設け、その軸孔にステム部を圧入したり、緩く嵌合させた後に金属ろうによって接合すること（特許文献３参照）も考慮された。さらに、ステム部を軸孔に嵌合させた後に、弁部の一部でステム部外面を挟圧し内面を収縮させて緊縛する、いわゆる、かしめ法によって結合する方法（特許文献４参照）などが提案されている。
特開２００１−１９３４２２号公報特開２００１−２２１３４８号公報特開２０００−４５７３０号公報特開２００４−３０８６０７号公報

解決しようとする問題点は、別途に作られた弁部とステム部とを結合するに際して、摩擦溶接や圧入のように、ステム部に強い外力を作用させて結合すれば、ステム部に変形や歪が発生し、エンジン弁の精度を低下させるおそれがあった。しかも、その問題はステム部の肉抜きを大きくし、肉厚を薄くして軽量化を強く進める程、一層顕著となる。

また、連結に際して大きな外力を要しない溶接やろう付のような冶金的結合においても、溶接のように接合に際して弁部やステム部を溶かす方法では、材質の劣化を招くばかりか生産性がよくない不具合があった。

本発明は、外周に円錐状の着座面を設けた略円板形の弁部と、その弁部の中央部から弁部の軸線方向へと伸びるステム部を結合してなり、前記ステム部の一端に外面と同軸に穿設された肉抜き孔を設け、その肉抜き孔の開口側を埋め栓によって閉じるとともに、前記弁部の中央部に設けた軸孔へ前記ステム部の開口側端部を嵌合させ、ステム部の端部外面と前記軸孔内面とを焼き嵌めによって結合させることもしくは銅ろう付けすることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、エンジン弁は弁部とステム部とを別々に成形した後に、それらを結合して一体化する方式を採っているにも拘わらず、その一体化する手法として、焼き嵌め法もしくは銅ろう付け法を用い、弁部と肉抜き孔を埋める埋め栓との間に、ステム部の薄肉の端部を全周に亘って挟圧して固定するから、結合に際してステム部の端部に変形を与えるような大きな外力が作用しないから、精度よく、かつ、強固に連結できる。

また、ステム部は開口側の端部外面を大径にして端部の肉厚を増せば、肉抜き孔の開口部を狭窄させることなく、ステム部の弁部との連結部近傍の剛性を増すことができる、などの効果がある。

図１は、本発明に係るエンジン弁１０の一部を破断して示す正面図である。エンジン弁１０は具体的には自動二輪車用の排気弁である。エンジン弁１０は弁座に着座するチタン合金で作られた弁部１２と、弁ガイドに嵌合するステム部１５とを有し、それらはそれぞれ、別体に予備成形した後に結合して一体化する、いわゆる組立式である。

前記弁部１２とステム部１５とは、弁部１２の軸芯に設けた軸孔１２ｄへステム部１５を嵌挿して、焼き嵌めによって分離不能に結合されている。図中、弁部１２とステム部１５とを結ぶ曲線Ｆは、従来のエンジン弁の一般的なシルエットである。

弁部１２は図１で示すように、比較的厚肉に形成された中央部１２ａと、薄肉に形成された周縁部１２ｂとを有する略円板状をなしている。前記周縁部１２ｂには、円錐状をなす周知の着座面１２ｃが削成される一方、前記中央部１２ａには、着座面１２ｃの軸芯と同軸に精密な円形に成形された軸孔１２ｄが貫通して設けられている。

ステム部１５は鋼板をプレス機を用いて扱き加工し、肉抜き孔１５ａとその肉抜き孔１５ａの一端に底部１５ｂを有する薄肉の筒状に成形されている。なお、その底部１５ｂ近傍の外周面には、図示してない弁ばねの弾力を、ステム部１５へ作用させるための、周知のコッタ溝１５ｃが設けてある。

また、ステム部１５の開口端は、外径がやや大径に作られており、その結果、前記開口端は肉抜き孔１５ａの内径を一定に保ったまま、残部に比してやや肉厚となって剛性を増している。

１６は前記ステム部１５の開口端に嵌挿された埋め栓である。埋め栓１６は燃焼ガスがステム部１５に設けた肉抜き孔１５ａへ進入しないように設けられるが、後述するように、弁部１２とステム部１５との結合を強化する手段ともなっている。

前記弁部１２とステム部１５とは、焼き嵌めによって結合するよう各部の寸法が設定されている。すなわち、エンジンが運転されエンジン弁１０が最高に昇温したとき、一般に４００℃程度に達するとされるが、その温度に熱せられた状態においても、弁部１２の軸芯に設けた軸孔１２ｄの内径は、前記ステム部１５の外径より小さくなるよう設定されており、エンジンの運転時にあっても所要の結合力が維持できる。

弁部１２とステム部１５とを焼き嵌めするに際しては、予め弁部１２を約６００℃から１２００℃の範囲で加熱しておき、その弁部１２の軸孔１２ｄへステム部１５の大径部１５ｄを適度の締め代をもって圧入し、その後に自然放冷する。その放冷の過程で弁部１２が収縮し、その収縮力によって軸孔１２ｄの内面がステム部１５の大径部１５ｄを緊縛し、不動かつ不離に結合される。なお、弁部１２の中央部１２ａは肉厚が大きくなっているので、結合される面積が大きくとれ、結合強度が一層大きくなる。

なお、図３で示すように、前記収縮力ａは大径部１５ｄの外周面を収縮方向に強く作用するが、大径部１５ｄの内径部には前記埋め栓１６が嵌挿されているので、埋め栓１６の抗力ｒによって内面が支承される。よって、前記大径部１５ｄは弁部１２と埋め栓１６との間で挟まれて強固な結合がなされる。

また、軸孔１２ｄへステム部１５の大径部１５ｄを嵌挿させる工程の終期に、大径部１５ｄの外周部に銅ろう１７を供給すると、弁部１２の熱によって前記銅ろう１７が溶け、大径部１５ｄの周面と軸孔１２ｄとの間に入り込んで、弁部１２とを一層強く結合する。

本願発明の一実施例である組立式エンジン弁の、一部を破断して示す正面図である。図１中のＩＩ−ＩＩ断面図である。図２中の要部を拡大して示す拡大断面図である。

符号の説明

１０（組立式）エンジン弁
１２弁部
１２ａ中央部
１２ｂ周縁部
１２ｃ着座面
１２ｄ軸孔
１５ステム部
１５ａ肉抜き孔
１５ｂ底部
１５ｃコッタ溝
１５ｄ大径部
１６埋め栓
１７銅ろう

Claims

外周に円錐状の着座面を設けた略円板形の弁部と、その弁部の中央部から弁部の軸線方向へと伸びるステム部を結合してなり、前記ステム部の一端に外面と同軸に穿設された肉抜き孔を設け、その肉抜き孔の開口側を埋め栓によって閉じるとともに、前記弁部の中央部に設けた軸孔へ前記ステム部の開口側端部を嵌合させ、ステム部の端部外面と前記軸孔内面とを焼き嵌めによって結合させてなる組立式エンジン弁。
外周に円錐状の着座面を設けた略円板形の弁部と、その弁部の中央部から弁部の軸線方向へと伸びるステム部を結合してなり、前記ステム部の一端に外面と同軸に穿設された肉抜き孔を設け、その肉抜き孔の開口側を埋め栓によって閉じるとともに、前記弁部の中央部に設けた軸孔へ前記ステム部の開口側端部を嵌合させ、前記ステム部の端部外面と前記軸孔内面との間に、銅ろうを介在させてなる組立式エンジン弁。