JPH0686009B2 - 往復ピストン機関用中空ガス交換弁の製造方法 - Google Patents

往復ピストン機関用中空ガス交換弁の製造方法

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JPH0686009B2
JPH0686009B2 JP2315710A JP31571090A JPH0686009B2 JP H0686009 B2 JPH0686009 B2 JP H0686009B2 JP 2315710 A JP2315710 A JP 2315710A JP 31571090 A JP31571090 A JP 31571090A JP H0686009 B2 JPH0686009 B2 JP H0686009B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，弁頭から突出しかつ外部に対して気密に閉鎖
される中空の弁心棒を持つガス交換弁の弁心棒に，軸線
方向に片側で開く穴を設け，この穴の穴開口へ充填片を
挿入し，溶接によりこの穴開口を気密に閉鎖する，往復
ピストン機関用中空ガス交換弁の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
このような方法はドツ連邦共和国特許出願公開第236171
2号明細書から公知である。
この刊行物では，穴閉鎖部を弁頭側に設けることは既に
公知の手段とされ，概略的に図示され，批判的に評価さ
れている。冷却されるガス交換弁の空所の閉鎖に関して
上記の刊行物において与えられる推奨は，全く別の方向
をとつている。空所の前述した弁頭側閉鎖では，閉鎖栓
の壁厚に相当する厚さの円形素材が穴へ挿入され，精密
溶接によりその中に溶接されている。公知の方法につい
て批判すべき点として，一般に高価な合金材料から成る
閉鎖栓は，切削損失又は打抜き損失の形で多くの材料を
失つてのみ製造可能である。特に，じん性のある高品質
の材料は，加工のために高い工具費を生ずるので，この
閉鎖栓自体の製造方法も完全には安価でない。なお閉鎖
栓を密封溶接するため精確に局限される溶接は、非常に
精確な位置ぎめ装置を必要とするので、方法に費用をか
ける非常に高価な溶接装置しか使用できない。更にこの
点で好ましいレーザ溶接又は電子ビーム溶接のような溶
接方法は，方法及び品質を確実にする比較的高価な検査
技術を必要とする。この高価な検査も公知の方法を費用
のかかるものにする。
精確な寸法で穴へ挿入される閉鎖栓を精密溶接により溶
接することに加えて，高品質材料から成る閉鎖栓をバツ
ト溶接により穴の開放端部の予備心出し部に入れて溶接
することによつて，冷却されるガス交換弁を弁頭側から
閉鎖することも公知である。原理的にはこの方法に対し
ても，切削又は打抜きの損失による多くの材料消費，閉
鎖栓の別個の製造，及び方法や品質を保証するための比
較的高い費用と同じ批判点がある，これらの点はこの方
法においても費用を高くする。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は，最初にあげた種類の方法から出発し
て，同じ信頼性でガス交換弁を安価に製造できるよう
に，この方法を発展させることである。
〔課題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，肉盛溶接によ
り穴開口の閉鎖を，溶接中に閉鎖栓の素地を形成する熱
的に高負荷可能な性質の合金材料を添加しながら行な
い，閉鎖栓の壁厚より著しく小さい壁厚を持ちかつ安価
な材料から成る充填片を，溶接中に上方へ向けられる穴
開口の開口縁からほぼ閉鎖栓の壁厚に相当する深さの所
まで穴へ挿入し，溶接の間閉鎖栓の溶融金属を充填片に
より穴開口内に保持する。
〔発明の効果〕
肉盛溶接により閉鎖栓の材料を入れるため，閉鎖栓を製
造する別の工程が省かれるので，この工程のための費用
が節約されるのみならず，非常に高価な材料の切削又は
打抜きが回避される。なおよく制御可能な従来の溶接方
法により，比較的安価な機械を使用して，肉盛溶接を行
なうことができる。最初の実験から，密封性に関する信
頼性の監視を省略できることがわかつた。しかし万一生
ずることのある溶接欠陥は，簡単に行なわれる観察によ
り外側から確認可能である。外見上申し分なく見える溶
接部が全体としても確実に密封性のあることが期待され
る。溶融金属を保持する薄い壁厚の充填片は、例えば打
抜きにより材料の損失即ちくずを伴つて製造されるが，
安価で容易に加工可能な材料から成つているので，材料
くずは価格的に問題とならない。この材料の薄い壁厚及
び小さい強度のため，使用される工具の長い寿命を期待
することができるので，これに関して高い費用はほとん
ど生じない。
〔実施例〕
図面に示す種々の実施例を以下に説明する。
往復ピストン機関用の第１図に示すガス交換弁は弁頭２
及び弁心棒３を持ち，弁心棒にある空所６は冷媒４なる
べくナトリウムを一部満たされている。穴６として形成
される空所は閉鎖栓８により円板状に閉鎖されている。
第２図ないし第５図に，第１図によるガス交換弁を製造
する際の種々の重要な段階が示されている。まず弁頭側
からの軸線方向穴あけにより，弁心棒３内に空所６が加
工される（第２図）。完成されて浄化された穴６へ量を
規定された例えばナトリウム製の冷媒成形片18が挿入さ
れるが，その際注意すべきことは，ナトリウムが空気又
はその中に含まれる酸素にできるだけ僅か又は短時間だ
けしか触れないことである。続く方法段階（第４図）に
おいて，例としてのみ示す心出し装置20及びラム21によ
り，小さい充填片７が穴開口へその開口縁から所定の深
さまで圧入され，圧入深さは後で形成される閉鎖栓の厚
さＢに等しい。この閉鎖栓８は，第５図に示す別の方法
段階で肉盛溶接により設けられ，閉鎖栓の素地を形成す
る合金材料は，溶接中熱的に高負荷可能な品質で，消耗
する電極によるか又は吹込まれる粉末の形で供給され
る。それにより迅速かつ簡単に材料を節約して製造可能
な閉鎖栓８は，第６図に著しく拡大して示されている。
これからわかるように，まず所定の深さまで穴６へ圧入
される充填片７は，非常に小さい壁厚（寸法ａ）を持つ
ている。安価な鋼板から成るこの充填片７は，溶接中に
肉盛溶接の溶融金属を穴６の端部側に保つ機能しか持つ
ていない。溶融範囲の点線で示す輪郭10からわかるよう
に，充填片７も穴６の以前の縁区域と同様に非常に強く
一部を溶融される。溶接バーナ11により行なわれる肉盛
溶接中に例えば電極12を介して，溶融浴の上縁が弁頭の
自由面９とほぼ同一面をなすまで供給される。
このような肉盛溶接を行なう溶接方法として，公知のTI
G,MIG又はプラズマ溶接方法が考えられる。経験によれ
ば，これらの溶接方法は非常に高い信頼性で使用可能な
ので，外面上整然とした溶接で，溶接部の信頼できる品
質例えば密封性も期待することができる。MIG又はTIG溶
接方法では線の形で供給される肉盛材料は，板又は棒の
形で納入される同じ材料よりほとんど高価ではない。し
かし30ないし40％の程度の切削くず又は打抜きくずがな
くなることにより，肉盛溶接方法において閉鎖栓８を設
けることにより，著しい費用節約を行なうことができ
る。即ち使用すべき材料は非常に高価だからである。更
に閉鎖栓の特別な製造及び費用のかかる品質管理が不要
となる。同様に非常に確実に動作するプラズマ粉末溶接
方法では，肉盛材料は粉末の形で肉盛りされ，この肉盛
材料は保護ガスと共にプラズマ区域へ吹込まれて，処理
個所で肉盛りされる。
既に述べたように，充填片７は金属板なるべく低合金鋼
から打抜くことができ，この材料の材料強度が低いた
め，長い工具寿命で経済的にこの打抜きを行なうことが
できる。その際充填片７はなるべく平らな板として構成
することができる。鋼の代わりに，別の材料特に銅も考
えられ，これにより冷媒から肉盛溶接方法で設けられる
閉鎖栓への熱伝達が促進される。更に溶接熱をよく弁頭
へ導出する銅は，鋼板より焼損又は溶断に耐える。もち
ろん真ちゆう又はアルミニウムのような更に他の材料も
考えられ，事情によつては適当な添加物を含むプラスチ
ツクの使用も全く考慮されないわけではない。
第１図ないし第６図に示す実施例では，充填片７は圧力
ばめにより穴開口の範囲で摩擦により保持されている。
この場合穴６の直径に対する充填片７の直径の多少の大
きい過大寸法はあまり大したことではないので，大きい
公差は容易に許される。いずれにせよ弁頭２の押圧力及
び安定性は，弁頭の認められるほどの変形なしに，大き
い過大寸法でも充填片７を位置ぎめして入れることがで
きる。充填片７を例えば磁気的に又は吸引空気により保
持することができる圧入ラムの適当な肩部により，圧入
深さを予め精確に定めることができる。
充填片７′をはまり合いで位置ぎめして穴６の特定の深
さ又は弁頭自由面９から特定距離の所に保持することが
できるようにするため，第７図の実施例によれば，穴６
の弁頭側に円筒状端ぐり22が設けられ，この端ぐりによ
り形成される肩部13上に，充填片７′が位置ぎめされて
はまり合いで載ることができる。この場合端ぐり22内に
ある充填片７′の圧力ばめも隙間ばめも行なうことがで
きる。なお第７図による実施例は，第６図による実施例
に大幅に一致している。
第８図による実施例では，穴６の弁頭側端部は大きい直
径に穴あけされ（拡大穴23），弁心棒穴６への円錐状移
行部（穴段14）が形成されている。拡大穴23へ充填片
７″がゆるく挿入されるか又は圧入され，いずれにせよ
充填片は弁頭自由面６に近い穴段14の縁にはまる。この
ように構成することの理由は，冷媒にぬれる大きい冷却
面を形成して，一層よい冷却効果を得るためである。更
に拡大穴により重量減少が行なわれる。もちろんこの拡
大穴構成は大きい充填片７″と直径の大きい閉鎖栓８′
とを必要とする。肉盛溶接の際の大きい熱供給のため，
充填片７′の壁厚を充分厚くして，この熱供給の作用で
充填片が溶融しないようにせねばならない。
第９図による実施例では，充填片は円錐台状笠形片15の
形に構成されている。この場合弁心棒穴６の弁頭側端部
の範囲に笠形片15を確実に保持するため，同様に拡大穴
23′が設けられ，この拡大穴により穴６への移行範囲に
同様に円錐状穴段14′が生ずる。笠形片15はその閉じた
側を外方へ向けて拡大穴23′へ挿入されるので，笠形片
15の中空円錐状に開いた側17が弁心棒穴６の内方へ向い
ている。笠形片15として構成される充填片は平らな板の
ように簡単には製造可能でなく，更に笠形片15を拡大穴
23′へ挿入する際，笠形片15が正しい方向に挿入される
ように注意せねばならない。しかし第９図による構成
は，閉鎖栓８″に少ない材料しか必要でなく，これによ
り費用が減少する。更に減少する材料使用は，機関運転
に有利な影響を与える重量上の利点を持つている。これ
に加えて弁頭自由面へ向く範囲における有効冷却面が，
平らな充填片の場合より大きい，最後に熱伝導にとつて
重要な壁厚は，少なくとも穴中心の範囲において他の実
施例におけるより小さく，これも熱伝達を助長する。
原理的には，第10図に示すように，ガス交換弁１′の弁
心棒３′にある空所５′の本発明による閉鎖は弁心棒の
自由端においても可能である。ここに示す中空のガス交
換弁１′は，冷却のためではなく，重量上の理由からの
み穴あけされている。なお穴の穴開口も，溶融金属浴を
端部側に保持する充填片７と，肉盛溶接により設けられ
る閉鎖栓８とによつて，閉鎖されている。しかし周囲及
び端面における切削最終加工を行なわねばならない。
これまで述べた溶接方法では，特に小さい穴を溶接で閉
じる場合，いわゆる縁効果が観察されることがある。こ
の縁効果は，電流が最小電気抵抗の経路を通つて流れよ
うとし，そのため縁範囲へ集中することによつて現われ
る。それにより電流路にあつて突出する工作物縁に特に
付加材料が形成される。閉鎖栓で閉じられる開口の底か
らの肉盛溶接が，このような縁効果によつて困難にな
る。このような縁効果を避けるため，肉盛溶接のため，
添加材料及び弁材料を溶融させる溶接エネルギ流外にこ
れに対して電気的に受動的に工作物を設けるような方法
が推奨される。それにより適当な溶接方法に対して一般
的に与えられる選定基準は，適当な溶接方法例えばレー
ザ溶接又は電子ビーム溶接又はガス溶接を選ぶのを可能
にする。これらの溶接方法は不利な縁効果を回避する。
第11図に示す方法例では，電子ビームヘッド24から出る
レーザ光線25により溶接が行なわれ，粉末状の添加材料
は，供給管26により，肉盛溶接の進行に応じて溶接個所
へ供給される。固定しているものと仮定するレーザヘツ
ド24が閉鎖栓のすべての周囲部分へ到達できるようにす
るため，肉盛溶接の進行中に弁１が徐々に回転され，か
つ／又は図示した弁位置に対し半径方向に移動される。
こうして下から，即ち圧入された充填片７から，閉鎖栓
を次第に形成又は肉盛りすることができる。その際有害
な縁効果が下からの溶融金属の整然とした形成をそこな
うことはない。
第12図は別の実施例としてよく類似した装置を示してい
るが，ここでは肉盛溶接用エネルギ源として，電子ビー
ム28を発生する電子ビームガン27が設けられて，後で閉
鎖栓となる範囲へ集束される。しかし電子ビーム溶接の
際真空が存在せねばならないので，弁頭自由面９を持つ
ガス交換弁は密封してハウジング33へ挿入され，それに
より電子ビームガン27の端面の所に真空室32が形成され
ている。ガス交換弁の挿入後この真空室は排気され，そ
れから肉盛溶接を開始することができる。第12図に示す
方法例でも，添加材料の供給は粉末の形で行なわれる。
しかしこの場合，粉末供給の際真空をそこなわないよう
に注意せねばならない。第12図に示す例では，この目的
のため計量ピストン29により，水平に延びる円筒状計量
室内に準備される粉末が徐々に真空室の方へ押出され，
そこでシユートを経て重力によりビーム集点の所へ流入
され，そこで溶融される。この方法例でも弁を周方向及
び／又は半径方向に移動させて，閉鎖栓のすべての範囲
を焦点に通すことができるが，これは第２図には示して
ない。電子ビームのある程度の移動は，電子ビームガン
27の側から適当なビーム偏向によつても行なうことがで
きる。工作物交換の際，計量ピストン29を引込めること
により，計量室31を供給管30から再び満たすことができ
る。電子ビーム溶接によつても，高品質の材料による栓
空間の整然とした充填が，有害な縁効果なしに可能であ
る。
第13図に示す電子ビーム溶接の方法例では，精確に調節
された粉末量34が，下方を充填片７により閉鎖されて後
で閉鎖栓を形成する開口へまず充填される。中空断面の
密度より小さい見掛け密度のため，粉末量34が溶融した
閉鎖栓より大きい空間をとるのに応じて，弁頭自由面９
上へ置かれるセラミツク環35により粉末の突出量が確保
される。長時間にわたつて粉末上で振られかつ／又は旋
回される電子ビーム28によつて，粉末は上から溶融し，
溶融前面は時間と共に粉末堆積全体を通つて，充填片７
及び穴６の側壁へ達し，その一部を溶融する。溶融の進
行につれて粉末はくずれ，それと共に溶融浴の表面も低
下するので，場合によつては電子ビームを再集束せねば
ならない。
第14図に示す実施例では，小さい溶接炎37を発生するガ
ス溶接バーナ36によるガス溶接が行なわれ，溶接線38の
形の肉盛材料が案内管39を介して供給される。熱的に高
負荷可能な材料品質の溶接線は，大きい巻枠上に備蓄し
ておくことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は通常の使用位置にあるガス交換弁の実施例の立
面図，第２図ないし第５図は第１図によるガス交換弁の
３つの異なる製造段階における一部切欠き立面図，第６
図は第１図によるガス交換弁の弁頭側閉鎖部の拡大断面
図，第７図ないし第９図は冷却可能な弁頭側空所閉鎖部
の３つの異なる実施例の断面図，第10図は空所の弁心棒
側閉鎖部の実施例の一部切欠き立面図，第11図は第５図
に類似しているがレーザ溶接の実施例の立面図，第12図
及び第13図は第11図に類似しているが２つの異なるやり
方の電子ビームにより肉盛溶接を行なう実施例の立面
図，第14図は第11図に類似しているがガスにより肉盛溶
接を行なう実施例の立面図である。 １……ガス交換弁,2……弁頭,3……弁心棒,5……空所,
6,22,23,23′……穴,7,7′,7″,15……閉鎖栓,8,8′,
8″……閉鎖栓,9……弁頭自由面。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｐ 13/00 7632−3Ｃ Ｆ０１Ｌ 3/14 Ａ 8206−3Ｇ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】弁頭から突出しかつ外部に対して気密に閉
    鎖される中空の弁心棒を持つガス交換弁の弁心棒に、軸
    線方向に片側で開く穴を設け、この穴の穴開口へ充填片
    を挿入し、溶接によりこの穴開口を気密に閉鎖する方法
    において、肉盛溶接により穴開口の閉鎖を、溶接中に閉
    鎖栓（8,8′,8″）の素地を形成する熱的に高負荷可能
    な性質の合金材料を添加しながら行ない、閉鎖栓（8,
    8′,8″）の壁厚（Ｂ）より著しく小さい壁厚（ａ）を
    持ちかつ安価な材料から成る充填片（7,7′,7″,15）
    を、溶接中に上方へ向けられる穴開口の開口縁からほぼ
    閉鎖栓（8,8′,8″）の壁厚（Ｂ）に相当する深さの所
    まで穴（6,22,23,23′）へ挿入し、溶接の間閉鎖栓の溶
    融金属を充填片（7,7′,7″,15）により穴開口に保持す
    ることを特徴とする、往復ピストン機関用中空ガス交換
    弁の製造方法。
  2. 【請求項２】レーザ溶接により肉盛溶接を行なうことを
    特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】電子ビーム溶接により肉盛溶接を行なうこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】ガス溶接により肉盛溶接を行なうことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】TIG溶接により肉盛溶接を行なうことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】MIG溶接により肉盛溶接を行なうことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】プラズマ溶接により肉盛溶接を行なうこと
    を特徴とする、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】弁心棒（３）にある穴（６）を弁頭（２）
    の側からあけかつ閉鎖することを特徴とする、請求項１
    ないし７の１つに記載の方法。
  9. 【請求項９】充填片（7,7′,7″,15）を穴（６）へ入れ
    る前に冷媒（18）を導入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. 【請求項１０】充填片（7,7′,7″）を金属板から打抜
    くことを特徴とする、請求項１ないし９の１つに記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】充填片（7,7′,7″,15）を非合金鋼から
    製造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. 【請求項１２】充填片（7,7′,7″）を平らな板として
    構成することを特徴とする、請求項１ないし11の１つに
    記載の方法。
  13. 【請求項１３】充填片を笠形片（15）として構成し、閉
    じた側（16）を外方へ向けて穴（6,23′）へ挿入するこ
    とを特徴とする、請求項ないし10の１つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】充填片（７）を所定の深さまで穴（６）
    へ圧入し、その中に圧力ばめで保持することを特徴とす
    る、請求項１ないし13の１つに記載の方法。
  15. 【請求項１５】穴（６）に肩部（13,14,14′）を設け、
    挿入される充填片（7,7′,15）をこの肩部上に保持し
    て、挿入深さを規定することを特徴とする、請求項１な
    いし13の１つに記載の方法。
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