JPH0291406A - 往復ピストン機関用カツプタペツトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分吟〕 不籟明は、カップタペットのカップ底を形成する抑圧仮
に、カップ円筒の肉厚より大きい肉厚を持つ−Ｊ１１耗
性合金工具勇を使用し、この押圧板に溶接されるカップ
円筒に、０．２％以下の少ない炭素含有量のため冷８押
出し司能な安価なシ・を使用し、押圧板とカップ円筒と
を別々の素材として製造し、これら両者を所望の相対位
置で互いに溶接し、続いてカップタペットを仕上は加工
する、往復ピストン機関用カップタペットの製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

このような方法はドイツ連邦共和国特許出願公開第２５
２６６５６号明細書から公知である。このようなタペッ
ト製造方法は、往復運動か面接弁棒に伝達されるのでは
なく押し棒及び揺動レバーを介して伝達されるようなタ
ペットに考慮されている。公知の製造方法では、押圧板
とカップ円筒か１ｐ子ビーム溶接によりＨａされる。ま
だ溶接されない状態で両方の部分は相対位置を固定する
ため、押圧板に小さい突起又は小さい脚部が加工され、
この上にカップ円筒が心出しされてはめられる。

ドイツ連邦共和ＣＮ！許出願公開第３５４０８８２号明
細泗に示すカップタペットでは、往復運動が面接に、従
って押し棒又は弁棒なしに伝達される。

カップタペットには液圧遊び補償素子が一体化されてい
る。ここに示されている耐重に性工具−製押圧板は、そ
の外縁に軸線方向へ延びてカップ円面の局面の一部を形
成するエプロンを持っている。押圧板素材は従ってほぼ
杯状に榊成されている。ここに示されているカップタペ
ットの他の部分は冷間押出し可能な銅から製造されて、
円筒範囲にほぼ中央＃Ｉ線方向位騰にあるレーザ溶接継
目により杯状押圧板に結合されている。

これら２つの公知の製造方法の欠点は、使用される溶接
方法が特に押圧板の材料亀裂を著しく生じ易いことであ
る。即ち狭く局隈された熱導入のため、加熱されないＵ
＋ｈ＃による強い急冷作用がおこり、従って溶接範囲に
おける相料が局部的にもろくなる。このため比較的少な
い熱歪みにもかかわらず亀裂を生ずる。更に電子ビーム
溶接において必要となる高真空のため、この溶接方法は
時間がかかり、短いサイクル時間を不可能にする。最後
に述べるべきこととして、公知の押圧板のＩ猶成形は切
削従って比較的−用のかかる成形方法によってのみ行な
うことかできる。更に切削成形方法は比較的多くの材料
損失を伴う。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明のｈ−は、サイクル時りを減少しないとしても、
これを維持しなから、カップタペットの＃！裂を儒実に
＠脚することができるように、最初にあげた種類のカッ
プタペット製造方法を発展させることである。

〔課鋼を解決するための手段〕

この課題を解決するため本発明によれば、押圧板の素杓
を溶接範囲でも平らな円形素材として構成して、この円
形素材の外径をカップ円筒の素材の外径より約５ないし
１５％大きくし、溶接前にカップ円筒の素羽を、ｆ８接
＆ｈにおけるカップ円筒の肉厚の少なくとも３０９ｔｏ
の浸炭深さで少なくとも帆３％の炭素含有量に浸炭し、
溶接を摩ｍ溶接法で行ない、その際押圧板素材をカップ
円筒周囲から半径方向に突出する突出部のか血で締付け
、押圧板素材の半径方向突出部と外側＠接ばりとを切削
により除去する。

〔発明の効果〕

公知の非常に経済的なｊＩｋＩｉｌ溶接方法を適用する
ため、両方の個別部分の間に亀裂のない溶接結合部が得
られる。カップ円筒の浸炭により、材料の性質及び断面
積か著しく異なるにもかかわらず、はば均一な単振加熱
が行なわれる。浸炭のため特に亀裂のないに実な溶接結
合というこの結果は、約０．２５％以上の炭素含有量で
も溶接の際亀裂を形成することがあるという点で、特に
驚くべきことといわねばならない。しかし驚くべきこと
に、亀裂形成は本発明による方法では認められない。摩
擦溶接方法を適用するため、押圧板素材は９Ｓな平らな
円形素材としても構成５１能で、これにより押圧板素材
の製造費用か著しく減少されて経済的になる。不均一に
現われる個別特徴は相互作用して共通な結果をもたらし
、このためカップタペットを亀裂なしに経済的に型造す
ることかできる。特に本発明による・方法によって遊び
補償素子を一体化されたカップタペットにとって事情に
よっては龜まれるように、同心的に内外にある２つの溶
接継目を持つカップタペットも製造可能である。

本発明のそれ以外の好ましい構成は従属請求項かられか
る。

〔実施例〕

図面に示されている実施例について本発明を以下に説明
する。

第１ＱＩに示すシリンダヘッド１は、その上に回転可能
に支持されるカム軸２を持っている。

カム軸２に直交する穴内にカップタペット３が案内され
て、液圧遊び補償素子４を介してガス交換弁の゛弁棒５
に作用する。カップタペット３は、既に述べた遊び補償
素子４を別として、大体においてカップ底を形成する押
圧板６と外側カップ円筒７とから成っている。ピストン
状に支持される遊び補償素子４を収容するため、中間底
９を介して更に内側カップ円筒８かカップタペットに設
けられている。周囲溝１０を介して液圧遊び補Ｍｓｃ子
４へ、側方にある油案内通路から、油従ってほば非圧縮
性の圧力伝達媒体を供給することができる。この媒体は
周囲溝１０から外側カップ円筒７及び内側カップ円筒８
に一体化された小さい油通路２０′及び２０を経て、遊
び補償素子４へ達する。カム軸２がカムによりカップ底
へ＠接作用することを考慮して、押圧板６は耐摩耗性合
金工具鋼から形成されている。更に静的強度上の理由か
ら、押圧板６の肉１．９　Ｓ↓は比較的大きく、いずれ
にせよ重量上の理由からできるだけ軽く従って薄肉に形
成されているカップ円筒７の肉厚Ｓより数倍大きい。こ
のような押圧板の材料として、記号Ｘ　２１０　ＣｒＷ
　１２を持つ合金銅がよいことがわかった。カップ円筒
７に一体に形成される中間底９及び内側カップ円筒８の
ような他の部分を持つカップ円筒７は、その製造可能性
を考慮して冷間押出し法で、価格上の理由からも安価な
低炭素鋼から製造されている。０．２％以下の炭素含有
量を持つ−は、経済的に冷間押出し可能である。

押圧板６とカップ円筒７．８はまず別々の素材から製造
され、前述したようにカップ円筒素材１２は内幅に冷間
押出し法で製造される。画素材の溶接後、カップタペッ
トが製造され、仕上げ寸法にされる。

本発明による方法は、原理的に外側カップ円ｆＮ７のみ
を持つ遊び補償素子なしのカップタペットにも適用可能
である。更に本発明による方法は、遊び補償素子を一体
化されているが内側カップ円筒８を挿圧板６に密に結合
する必要のないカップタペットにも適用可能である。し
かし特に製造困難な工作物として、カップ円筒素材に一
体に形成されかつ半径方向に離れて同心的に内外に位置
する２つの円筒部分即ち外側カップ円筒７及び内側カッ
プ円筒８を持ち、これらのカップ円筒が軸線方向に互い
に同一面で終って押圧板６に密に′ｆ９＆されるような
カップタペットが、実施例に示されている。ｅａの別の
困難として（これは１つの溶接継目しか持たないカップ
タペットについても当てはまる）、溶接継目範囲におけ
るカップ円筒７又は８の溶接すべき円筒部分の肉厚Ｓと
押圧板６の肉厚Ｓとの比が非常に小さく〜図示した実施
例では約０．２５である。この非常に小さい肉厚比のた
め、更に異なる材料の非常に異なる強度のため、カップ
タペットは摩擦溶接法の適用に適していないように思わ
れる。なぜならば、非常に硬い中実の押圧板は、摩擦加
熱の際′ｆ８接０！度に加熱されることなく薄い円筒部
分を摩耗させるからである。

冷間押出し法をカップ円筒の成形に適用することができ
るようにするため、加熱されて撓む比較的軟らかい鋼か
らこのカップ円筒を作るのは当然である。冷間押出し法
でよく加工可能な餉として、ｃ１５がよいことがわかっ
たが、−！６ＭｕＣｒ　５又は１５　Ｃｒ　３でもよい
結果が得られる。

このような冷間押出し可能な鋼の使用にもかかわらず、
また大きい肉厚差にもかかわらず、さし当り見込みのな
いように思われる摩擦溶接法を適用することができるよ
うにするため、カップ円筒素材１２は溶接前に少なくと
も０．３％の炭素含有量に浸炭される。炭素含有量が高
いほどよい。しかし時間及びエネルギ量を考慮して、浸
炭をできるだけ少なくする。０．６％炭素含有量までの
浸炭は、実際に行なわれた例では、利用可能な結果特に
申し分のない摩擦溶接を可能にした。これは、溶接の際
′ｆ８接法の穆類に関係なく、鋼重作物の常に高い炭素
含有量を回避したという点で、特に理屈に合わないよう
に思われる。亀裂の形成は遅くとも０．２５％の炭素含
有量から予想され、炭素含有量の増大と共に増大する。

浸炭の際の浸炭深さに関する限り、カップ円筒のｆ８接
輪囲に存在する肉厚Ｓの少なくとも約３０％に及ぶよう
にするので、約４０ンの浸炭されない中間範囲のみか残
っている。浸炭を壁の中央まで進行させて、浸炭深さｔ
が肉厚Ｓの約５０％になるようにするのがかもよい。

カップ円筒素材の浸炭は簡単にばら積み法で、従ってカ
ップ円筒素材の不規則姿勢で行なうことができ、これは
経済的で安価な方法である。

浸炭に続いてカップ円筒が室温に冷却される。

摩擦溶接はカップ円筒の硬化状態でも可能であるが、−
層良好なｇ＆−結果は、浸炭された状態でのみ、浸炭温
度から少なくともオーステナイト化温度まで冷却するこ
とによって得られる。

第３図を参照して、カップ円筒素材１２の製造方法を以
下に簡単に説明する。まず適当な材料例えばＣ１５から
成る丸棒からビン１７か所定長に切断され、カップ円筒
素材の製造用素材として使用することができる。その際
事情によっては中空ピン又は厚内管部分も使用すること
ができる。これらの素材は冷間押出し工具１８へ位置き
めして挿入され、１段又は多段冷間押出し過程により所
望の形状に成形される。複雑な形状では、事情によって
は中間焼鈍が必要なこともある。その詳細は公知である
ものとする。

カップ円筒素材１２を押圧板に溶接する前に、第３図の
Ｃにドリル１９及び１９’で示すように、油通路２０及
び２０′を穴あけせねばならない。

なぜならば、後でドリルにより軸線方向に油通路２０及
び２０′をあけることはもはや不可能だからである。な
おりツブタペットの申し分のない動作にとって重要なこ
とは、すべての空所に全く粒子がないことである。周囲
溝１０は冷間押出し法で形成できるが、切削加工でも形
成することができる。いずれにせよりツブ円筒素材１２
は、研削過程において得られる電絡寸法まで、まだ軟ら
かい状態で仕上げ加工せねばならない。このように準備
されたカップ円筒素材１２は続いて鋼製かごへばら積み
され、第３図のｄに浸炭炉２！で表わされているように
、浸炭作用するガス雰囲気を持つ押込み式連続加熱炉へ
挿入される。もちろん押込み式連続加熱炉の代りにパッ
チ式炉も使用可能である。浸炭されたカップ円筒素材１
２を収容するかごかｒＰ２１から出た後、第３図のｄに
示す実施例では、これらのカップ円筒素材は、加熱され
ないが炉２１内と同様に保護ガスとして作用するカスを
満たされる冷却室３２へ投入されて、オーステナイト化
ｒＭ度以下の温度へ徐々に冷却される。引続く冷却を促
進しかつ酸化を防止するため、これらの素材はなるべく
水を満たされる急冷浴２２へ浸漬され、この最後の冷却
段階における急速な冷却にもかかわらず、素材は浸炭さ
れた範囲で適度に硬いままである。

溶接装置における摩擦溶接の際溶接すべき部分の相互の
精確な位置合わせを考慮して、押圧板にある適当な胸部
によるこれらの部分の相互心出しを省略することかでき
る。心出し肩部は、溶接ばりの自由な形成を妨げるので
、摩擦溶接の際有害でもある。従って押圧板素材１１を
溶［６囲において平らな円形素材として構成するコトが
できる。それにより押圧板素材１１は、経済的に特に材
料を節約するように、第２図の帯１３又は薄板から打抜
かれる。使用される材料の高い強度にもかかわらず、円
板を打抜くのに９ＲＬな打勤王具でよい。ただし工具は
比較的短い間隔で鋭くか又は代えねばならない。摩擦溶
接の際押圧板素材１１を確実に締付けることができるよ
うにするため、押圧板素材１１の外径りはカップ円筒素
材１２の外径ｄより約５ないし１５ｔ）６だけ大きく選
ばれる。環状溶接継目２７又は２８の半径方向外側又は
半径方向内側に、妨げられることなくかぎ状断面の溶接
ばり２９が形成されるように、考慮せねばならない。必
要な場合には円形素材が円形とは嚢なる外側輪郭を持っ
て、周方向にはまり合いで固定されることができる。カ
ップ円筒素材１２に対する押圧板素材Ｈの突出ｓ３０は
、更に別の理由を持っている。即ちこの比較的大きい突
出部の範囲には、円形素材の打抜きに起因して溶接の際
事情によってはなお継続することのある締付は亀裂及び
変形が含まれているか、これらは円形素材の外周から始
まって、突出部の範囲に限られ、外側溶接継目２８の半
径方向近接範囲の部分には達しない。しかし突出部３０
の範囲にあるこれらの万一の亀裂を持つ部分は、！＆後
の加工過程中に除去されるので、残った工作物には亀裂
が全くない。

第２図について円形素材の製造を簡単に説明する。コイ
ル！４となるように巻かれた帯！３は、概略的に示す打
抜き装ｙＭ１５へ供給され、間欠的に送られながら円形
素材１１を打抜かれ、これらの円形素材が箱に集められ
る。残った穴あき材料帯は、続いて図示しないせん断機
により扱い易い長さに切断され、比較的高価な再利用可
能なくず鉄として集められる。丸棒から押圧板素材１１
を切削加工せねばならない場合より、材料くずは著しく
少ない。溶接前に、押圧板の内側に偏心して設けられる
小さい凹所３！を形成しさえすればよく１．これは型押
し又は切削により行なうことができる。カップタペット
が完成すると、押圧板６を硬化せねばならないか、押圧
板素材用原材料の納入状態では焼きならしされている。

押圧板の必要な硬化は、押圧板素材の駄態従って摩擦溶
接前又は溶接された状態において行なうことができ、カ
ップ円筒７，８はこの方法段階を必然的に通過せねばな
らない。

いずれの場合も一足すべき溶接結果が得られる。

このように準備された素材即ち押圧板素材１１とカップ
円筒素材１２は、摩擦溶接機の押圧板素材１１用チヤツ
ク２３及びカップ円筒素材１２用チヤツク２５に１対ず
つ締付けられる。肉部分は互いに精確に同心的に位置合
わせされ、大きい力で対応するチャックに固定されてい
るので、周方向にも軸線方向にも滑ったりずれたりする
ことはない。肉部分の少なくとも一方を他方に対して回
転するか、互いに逆方向に回転させることにより、これ
らの部分は高い速度で駆動され、軸線方向に互いに押付
けられ、その際摩擦により非常に強く加熱され、溶接可
能な軟らかい状態になる。その際前述したようにカップ
円筒部分７．８にかき状断面の溶接ばりが形成される。

カップ円筒素材の浸炭のため、押圧板は溶接個所で必要
な溶接温度になる。この溶接温度に達した後、肉部分は
非常に急速に停止され、軸線方向に大きい力で互いに押
付けられるので、圧接が行なわれる。

摩擦溶接前におけるカップ円筒素材の浸炭にもかかわら
す、このカップ円筒素材は、その材料の強度及び工作物
断面に関して、非常に硬い塊状押圧板素材より不利であ
る。カップ円筒素材１２のこの不利な点を加熱の際補償
するため、押圧板素材１１を摩擦溶接の直前に予熱する
のがよい。これは、第５図に例として示すように、チャ
ック２３に一体化されて加熱コイル２４により実現され
ている加熱装置により行なうことができる。その代りに
又はこれに加えて、チャック２３のすぐ近くに押圧板素
材１１用の加熱可能なマガジンを設けて、これから非常
に急速に短い輸送行程でそのつと１つの素材をチャック
２３へ移すことかできる。上述した材料組合わせ及び有
利なことかわかった浸炭において、約１５０ないし３５
０’Ｃへの比較的適度の予熱特に約３００℃への予熱が
よいことがわかった。

押圧板素材１１の均一な予熱は、摩擦によりＷ！ｊｕｍ
度まで工作物を加熱する際これに関するカップ円筒素材
１２のある程度の欠点を補償するだけでなく、温度降下
の点で特に危険な押圧板素材１１内の温度降下を補償す
る。なぜならば、これに使用される材料が特に高い炭素
含有量を持っているからである。摩擦溶接自体も、摩擦
加熱により郊が関与する工作物へ広く導入されるので、
不可避に生ずる温度勾配を適当にするのに寄与する。摩
擦溶接の際のこの適度の温度勾配のため、溶接の際通常
は亀裂を生ずる範囲へカップ円筒素材１２が浸炭されて
も、亀裂形成の危険が大幅に回避される。更に亀裂を回
避するため、摩擦溶接後の仕上げ溶接されたカップタペ
ットを厘ちに溶接温度から焼戻すことができる。しかも
カップタペットを約２．５ないし３．５時間約４５０な
いし５５０８Ｃに再加熱し、従って焼戻す。この場合３
時間の間５００℃で焼戻すとよいことがわかった。ただ
しこれらのパラメータの維持は特に重要ではない。例え
ば連続加熱炉では、特定の処理時間が維持されず、また
挿入開口及び取出し開口の範囲における不可避な温度低
下のため、精俸な処理温度も、いずれにせよ精確には維
持されない。いかなる場合にも、たとえ再加熱を適用し
ようとしても、溶接加熱と再加熱との間に中間冷却が避
けられないことは確かである。しかし工作物が比較的小
さく、従って周囲空気で比較的速く冷却することがある
ので、場合によっては工作物を摩擦溶接機から焼戻し炉
へ速く移すのがよい。

カップ円筒素材１２に溶接された押圧板素材１１の突出
部３０及び外側溶接ばり２９を除去することができるよ
う４こするため、第６図のようにといし車２６により周
囲研削が行なわれる。

押圧板素材のまだ硬化しない状態で、この押圧板素材を
事情によっては旋盤で削ることもできるが、突出部３０
の外側溶接継目２８に近い部分だけは溶接過程により非
常に硬く、いずれにせよ研削せねばならない。押圧板６
の硬化なしでも比較的じん性のある高張力材料は、研削
過程により経済的に確実に最もよく除去可能で、材料の
不必要な加熱を回避しかつ高い除去能力を可能にするた
め、再研削法で伽もよく行なわれる。比較的粗粒のとい
し車２６による荒削りがよい。押圧板が既に素材として
硬化されない限す、前述したように、これを完成部分と
して仕上げ加工する前に行なわねばならない。直径範囲
における仕上げ最終寸法の精密加工と研削は、続く精密
研削により行なうことができる。カムに係合する押圧板
の上面は、望ましい場合には、続いて中高にも研削する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカップタペットを耶付けた在役ピストン機関の
シリンダヘッドの一部の断面図、第２図は帯から押圧板
用円形素材を製造する装置の斜視図、第３図は冷開押出
し法とこれに続く浸炭によりカップ円筒素材を製造する
段階を示す図、第４図はＷｇ接接前互いに位置合わせさ
れる押圧板素材及びカップ円筒素材の断面図、第５図は
互いに摩擦ｆ＠接される画部分の一部を切欠いた側面図
、第６図は研削で突出部及び外側溶接ばりを除去された
カップタペットの一部を切欠いた側面図である。 ３・・・カップタペット、６・・・押圧板、７，８・・
・カップ円筒、１１・・・押圧板素材、１２・・・カッ
プ円筒素材、２９・・・外側ｇ＆ばり、３０・・・突出
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　カップタペットのカップ底を形成する押圧板に、カ
   ップ円筒の肉厚より大きい肉厚を持つ耐磨耗性合金工具
   鋼を使用し、この押圧板に溶接されるカップ円筒に、０
   ．２％以下の少ない炭素含有量のため冷間押出し可能な
   安価な鋼を使用し、押圧板とカップ円筒とを別々の素材
   として製造し、これら両者を所望の相対位置で互いに溶
   接し、続いてカップタペットを仕上げ加工する方法にお
   いて、 ａ）押圧板（６）の素材（１１）を溶接範囲でも平らな
   円形素材として構成して、この円形素材の外径（Ｄ）を
   カップ円筒（７）の素材（１２）の外径（ｄ）より約５
   ないし１５％大きくし、 ｂ）溶接前にカップ円筒（７）の素材（１２）を、溶接
   範囲におけるカップ円筒（７，８）の肉厚（ｓ）の少な
   くとも３０％の浸炭深さ（ｔ）で少なくとも０．３％の
   炭素含有量に浸炭し、 ｃ）溶接を摩擦溶接法で行ない、その際押圧板素材（１
   １）をカップ円筒周囲から半径方向に突出する突出部（
   ３０）の範囲で締付け、 ｄ）押圧板素材（１１）の半径方向突出部（３０）と外
   側溶接ばり（２９）とを切削により除去する ことを特徴とする、往復ピストン機関用カップタペット
   の製造方法。 ２　カップ円筒素材（１２）に一体に形成されて半径方
   向に離れて同心的に内外にありかつ軸線方向に互いに同
   一で終る外側カップ円筒（７）及び内側カップ円筒（８
   ）を、押圧板素材（１１）に同時に摩擦溶接することを
   特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３　溶接範囲におけるカップ円筒と押圧板との肉厚比を
   ３分の１以下にすることを特徴とする、請求項１又は２
   に記載の方法。 ４　カップ円筒材料を１６ＭｎＣｒ５又は１５Ｃｒ３と
   することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の方
   法。 ５　カップ円筒材料をＣ１５とすることを特徴とする、
   請求項１、２又は３に記載の方法。 ６　押圧板素材（１１）の円形素材を帯（１３）又は薄
   板から打抜くことを特徴とする、請求項１ないし５の１
   つに記載の方法。 ７　押圧板材料をＸ２１０ＣｒＷ１２とすることを特徴
   とする、請求項１ないし６の１つに記載の方法。 ８　カップ円筒素材（１２）の浸炭をばら積み法従つて
   カップ円筒素材（１２）の不規則姿勢で行なうことを特
   徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の方法。 ９　カップ円筒素材（１２）を０．６％の炭素含有量に
   浸炭することを特徴とする、請求項１ないし８の１つに
   記載の方法。 １０　溶接範囲にあるカップ円筒（７，８）の肉厚（ｓ
   ）の約５０％の浸炭深さ（ｔ）にカップ円筒素材（１２
   ）を浸炭することを特徴とする、請求項１ないし９の１
   つに記載の方法。 １１　カップ円筒素材（１２）を浸炭後室温に冷却する
   ことを特徴とする、請求項１ないし１０の１つに記載の
   方法。 １２　浸炭温度から少なくともオーステナイト化温度ま
   で冷却を徐々に行なうことを特徴とする、請求項１１に
   記載の方法。 １３　押圧板素材（１１）を摩擦溶接の直前に約１５０
   ないし３５０℃に予熱することを特徴とする、請求項１
   ないし１２の１つに記載の方法。 １４　摩擦溶接後溶接されたカップタペットを直接溶接
   温度から焼戻すことを特徴とする、請求項１ないし１３
   の１つに記載の方法。 １５　押圧板（６）の半径方向突出部（３０）及び溶接
   ばり（２９）の除去を湿式研削法で行なうことを特徴と
   する、請求項１ないし１４の１つに記載の方法。