JPH0656088B2 - 軽量エンジンバルブ及びその製造方法 - Google Patents

軽量エンジンバルブ及びその製造方法

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JPH0656088B2
JPH0656088B2 JP61256203A JP25620386A JPH0656088B2 JP H0656088 B2 JPH0656088 B2 JP H0656088B2 JP 61256203 A JP61256203 A JP 61256203A JP 25620386 A JP25620386 A JP 25620386A JP H0656088 B2 JPH0656088 B2 JP H0656088B2
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hole
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南夫 佐々木
幸三 笈川
恵助 人見
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富士バルブ株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/001Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass valves or valve housings
    • B23P15/002Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass valves or valve housings poppet valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/12Cooling of valves
    • F01L3/14Cooling of valves by means of a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in a valve

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及び
そ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
力化の要求に伴って、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60−3
4725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いる。又特公昭5
1−29106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ット鍛造及び熱間プレス
加工を行っ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
化するものにあっては、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ートを
削出し或いは腐食酸による溶出によって除去する加工を
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っ
た。又軽金属でエンジンバルブを製造するバルブには、
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った。
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
及びそ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、内部に軽量芯材が装填され、或いは内部が中
空である熱間鍛造により成形される軽量エンジンバルブ
において、エンジンバルブの少なくとも傘部分が単一の
素材から成形されていることを特徴とする。
又、本発明は、エンジンバルブを製造するにあたり、後
方押出し加工により耐熱鋼素材の中心部に孔を形成し、
素材より比重及び熱膨張係数が小さく熱間鍛造温度で溶
融しないチタン合金、炭素、黒鉛、鋳物砂セラミック粉
末等の物質から成る芯材を前記孔に装填し、前記芯材と
孔に装填した素材を加熱した後、前記素材の前記孔の開
口側に熱間押出し成形によって芯材の入ったバルブステ
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することを特徴とする。
さらに、本発明はエンジンバルブを製造するにあたり、
後方押出し加工により耐熱鋼素材の中心部に孔を形成
し、熱間鍛造時に溶融せず、強く凝固しない炭素、黒鉛
等の物質から成る芯材を前記孔に装填し、前記芯材と孔
に装填した素材を加熱した後、前記素材の前記孔の開口
側に熱間押出し成形によって芯材の入ったバルブステム
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、前記バルブステム部の端部
を切断し、ここから芯材を全部取出して中空にした後、
前記切断部分にエンジンバルブの軸端部を溶接密栓する
ことを特徴とする。
以下図面により本発明を詳細に説明する。
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。耐熱鋼或いはチタン合金
の棒材をを用意しこれを所定の寸法に切断して素材4を
得る。これを第2図に示すようにダイ1の凹所6に挿入
し、ストックピン5を図に示す通常位置に設定してポン
チ2によって温間や熱間で後方押出し加工を施し、これ
により素材4の中心部に一端が閉じた孔3を形成する。
孔を成形した素材4はストックピン5の右方向へ移動に
よってダイ1から抜出すことができる。
次いで第1図(a)に示すように、素材4の孔3に芯材7
を装填する。この芯材7は、素材に比べ軽量で、かつ熱
膨張係数が小さい物質であることは勿論後の熱間成形に
おいて溶解せず流動変形しやすい物質であることが必要
であり、従って芯材としては例えば、チタン合金(チタ
ン合金製素材の場合を除く)、黒鉛、炭素、鋳物砂或い
はセラミックス粉末等が好ましい。尚素材4に形成する
孔3は、第1図(a)に示すように先端が半球形をしたも
のに限られず、例えば第3図(a)に示すように先端が円
錐形の孔3a、第3図(b)に示すように円筒形の孔3
b、或いは第3図(c)に示すように、先端に小さな円筒
形部分をもった孔3cであってもよい。
次いで第1図(b)に示すように、素材4の孔3の開口側
を、素材の材質に応じて加熱して或いは常温でかしめ
る。このかしめ工程は、装填した芯材が熱間鍛造によっ
て孔の開口からこぼれ或いは飛び出すことを防止するた
めに行う。従って、孔3に芯材を圧入する場合或いは芯
材の装填後に芯材を押えつける蓋をさらに装填す場合等
には必ずしも必要な工程ではない。
次に芯材7を孔3に装填した素材4を熱間押出成形に適
した所定温度まで加熱し、第4図の押出し成形用のダイ
8にこの加熱された素材4を挿入し、素材4の孔3の開
口の反対側からポンチ9で圧縮を加えて、孔3の開口側
の端からバルブステム10として熱間前方押出しを行
う。バルブステム10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11が残部として
残る。第1図(c)に示すように、素材中の芯材は素材と
ともに押出される結果、ステム10の中心に一様に入込
む。
次にこれをエンジンバルブとするため、第5図に示すよ
うにダイ12に挿入してポンチ13で部分11に熱間プ
レス据込成形を施して所定形状を有する傘部14を形成
する。第1図(d)に傘部14の据込形成後ダイ12より
取出されたエンジンバルブを示す。
傘部14は、単一の素材4の開口部と反対側の部分を成
形したものであるから、孔3の影響による材料の境界が
なく、特に燃焼室に直接露出する表面部分は素材4の耐
熱鋼によって一様に形成されている。
次いで第1図(e)に示すようにエンジンバルブに軸端部
15を形成する。軸端部15は第1図(e)に示すように
ステム部分に直接形成してもよく、又第6図(a)又は(b)
に示すように軸端部を切削等により処理し別部品の軸端
部分16a、16bを溶接するようにしてもよい。
第7図は本発明による中空エンジンバルブの製造方法に
よって作られた中空エンジンバルブを示す部分断面図で
ある。この方法は第1図のエンジンバルブの製造方法の
密栓工程と、芯材に要求される性質だけが異なる。中空
エンジンバルブの場合、後に芯材は取出されるため、芯
材は熱間鍛造により強く強固せず、又これにより溶融し
ない物質例えば炭素、黒鉛、であればよい。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、ステム部10の軸端を切断し、ここ
から芯材7を全部破砕して取出し、エンジンバルブを中
空化する。次いでステム部10の軸端に軸端部品17を
溶接によって固定し密栓する。
中空軽量エンジンバルブの場合には、中空内に必要に応
じて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。
第8図は、本発明による軽量エンジンバルブの製造方法
の他の例の構成を示す図である。本例は熱間鍛造工程前
の芯材装填工程のみが異なっている。上の例では素材4
からの芯材の脱落を防止するために、素材の開口部をか
しめる方法をとったが、特に芯材に粉末材量を使用した
場合には、芯材脱落防止用の蓋を使用するのが好まし
い。即ち、用意した素材4の孔3に芯材7を装填すると
同時に蓋19を挿入する。蓋19には中央に小孔18を
設けてもよく、その場合、小孔18は熱間鍛造時に粉末
芯材間の空気を大気に放出する働きをする。
〔発明の効果〕
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
ンバルブ及びその製造方法によれば、一端に孔をもつ耐
熱鋼素材の孔の開口側にバルブステム部を形成したた
め、熱間鍛造後の一切の加工を必要としないで、機関の
燃焼室に直接露出する部分を、芯材及び素材の孔の影響
を受けない耐熱鋼素材の部分で成形することができ、使
用温度範囲が広く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。又、本発明の製造方
法によれば、熱間鍛造前に芯材を装填するため、鍛造後
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。さらに内部に芯材(特にチ
タン合金)を封入した軽量バルブでは、エンジンの過酷
な条件下でも剛性、耐久性に優れ、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も素材との間に微動摩耗を
起こすことがない。
【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、本発明の軽量エンジンバルブの製造に使用す
る素材を後方押出し加工によって形成するダイとポンチ
を示す概略図、 第3図は、本発明の軽量エンジンバルブに使用する素材
の種々の孔形状を示す断面図、 第4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5図は、本発明による軽量エンジンバルブに熱間プレ
ス据込成形によって傘部を形成するダイ及びポンチを示
す概略図、 第6図は、本発明による軽量エンジンバルブの軸端部分
の変形例を示す部分断面図、 第7図は本発明による軽量エンジンバルブの製造方法に
よって作られた軽量エンジンバルブを示す部分断面図、 第8図は、本発明による軽量エンジンバルブの製造方法
他の例の一工程を示す図である。 4……素材、7……芯材、 10……バルブステム部分、14……傘部分。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に軽量芯材が装填され、或いは内部が
    中空である熱間鍛造により成形される軽量エンジンバル
    ブにおいて、 エンジンバルブの少なくとも傘部分が単一の素材から成
    形されていることを特徴とする軽量エンジンバルブ。
  2. 【請求項2】エンジンバルブを製造するにあたり、 後方押出し加工により耐熱鋼素材の中心部に孔を形成
    し、素材より比重及び熱膨張係数が小さく熱間鍛造温度
    で溶融しないチタン合金、炭素、黒鉛、鋳物砂セラミッ
    ク粉末等の物質から成る芯材を前記孔に装填し、前記芯
    材と孔に装填した素材を加熱した後、前記素材の前記孔
    の開口側に熱間押出し成形によって芯材の入ったバルブ
    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することを特徴とする軽
    量エンジンバルブの製造方法。
  3. 【請求項3】エンジンバルブを製造するにあたり、 後方押出し加工により耐熱鋼素材の中心部に孔を形成
    し、熱間鍛造時に溶融せず強く凝固しない炭素、黒鉛等
    の物質から成る芯材を前記孔に装填し、前記芯材と孔に
    装填した素材を加熱した後、前記素材の前記孔の開口側
    に熱間押出し成形によって芯材の入ったバルブステム部
    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、前記バルブステム部の端部を
    切断し、ここから芯材を全部取出して中空にした後、前
    記切断部分にエンジンバルブの軸端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。
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