KR20010106093A

KR20010106093A - 중공 버섯형밸브 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010106093A
Application number: KR1020007009249A
Authority: KR
Inventors: 무라야마타케미
Original assignee: 야마모토 사다오; 니탄 밸브 가부시키가이샤
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2001-11-29
Also published as: EP1152127B1; WO2000047876A1; EP1152127A4; US6378543B1; JP3884912B2; EP1152127A1

Abstract

페이스면에 용접열의 영향이 작용하지 않고, 용접부에 응력이 집중하지 않도록 함으로써, 중량에 비해 고강도인 특성이 향상된 중공 버섯형밸브 및 그 제조방법을 제공하기 위하여, 원통 형상의 스템부(12) 일단에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역(14)이 일체형으로 형성되고, 귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부에 뚜껑(16)을 용접하여 일체화된 중공 버섯형밸브에 있어서, 귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부만 타영역보다 두꺼운 두께살로 형성하고, 이 두께살부(30)에 페이스면(15)을 형성함으로써, 뚜껑 용접열에 의해 페이스면(15)의 경도가 저하되는 것을 억제하고, 용접부(20)에 응력이 집중하는 것을 방지하여, 중량에 비해 고강도인 특성을 개선하였다.

Description

중공 버섯형밸브 및 그 제조방법{Hollow poppet valve and the method for manufacturing the same technical field of the invention}

중공 버섯형밸브에 관한 종래의 기술로는 일본 특개 평6-299816호가 있다. 이는 도 14와 15에 도시하는 바와 같이, 원통 형상의 스템부(2) 가장자리에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역(4)이 형성되어 있고, 이 귀접이 영역(4)에 뚜껑을 용접하여 일체형으로 형성한 중공의 버섯형밸브가 구성되어 있다. 부호 7은 용접부를 나타낸다.

또한, 도 14에 도시한 밸브에서는 뚜껑(6)에 페이스(face)면(8)이 형성되어 있고, 도 15에 도시한 밸브에서는 귀접이 영역(4)에 페이스면(8)이 형성되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 버섯형밸브에 있어서 페이스면 부근에서 경도(비커스경도, 이하 HV로 나타낸다.)를 조사해 본 결과, 마모 방지를 위한 최소한의 경도(이하, 한계 경도라 함)를 필요한 만큼 충분히 확보할 수 없는 점을 확인하였다.

즉, 도 16과 17은 도 14와 15에 도시하는 중공 버섯형밸브의 뚜껑 용접부(7) 부근의 종단면에 있어서의 경도분포를 나타내는 것으로, 용접부(a) 및 이 용접부(a)를 에워싸는 영역(b) 이외의 영역(c, d, e, f, g)에서는, 밸브로서 필요한 200HV 이상의 경도로 되어 있으나, 용접부(a)에 있어서의 경도는 100~149HV, 용접부(a)에 면접하는 영역(용접부(a)를 에워싸는 영역)(b)의 경도는 150~199HV이며, 어느 구조에 있어서도, 페이스면(8)의 대략 반이 되는 영역의 경도가 페이스면으로서는 불충분한 200HV 이하로 되어 있다. 또한, 도 16에 있어서, 경도 200HV 이상의 영역(c~g)은 용접부(a)에 가까운 위치로부터, 경도 200~249HV의 영역(c), 경도 250~299HV의 영역(d), 경도 300~349HV의 영역(e), 경도 350~399HV의 영역(f), 그리고 경도 400HV 이상의 영역(g)으로 이루어진다.

본원의 발명자가 페이스면(8)의 경도가 낮은 원인에 대해 검토한 결과, 페이스면(8)의 부근에서 뚜껑(6)이 용접되고, 페이스면(8)은 이 용접열의 영향을 받아 한계 경도를 유지하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있었다. 더욱이, 도 14에 도시하는 구조에서는, 결합시 부하(응력)가 용접부(7)의 부근에 집중하여, 용접부(7)가 파손되기 쉽고, 도 15에 도시하는 구조에 있어서도, 용접부(7) 부근의 굴곡부(5)에 응력이 집중하여, 용접부(7)가 파손될 우려가 있다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안한 것으로, 그 목적은, 페이스면에 용접열의 영향이 미치치 않고, 용접부에 응력이 집중하지 않도록 함으로써, 중량에 비해 고강도인 특성을 향상시킨 중공 버섯형밸브 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 경량화를 목적으로 하는 중공 버섯형밸브(poppet valve) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 원통 형상의 스템부(stem portion) 일단에 일체형으로 형성되어 있는 귀접이(필릿:fillet) 영역에 뚜껑(cap)을 용접하여 일체형으로 형성한 중공 버섯형밸브 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예인 중공 버섯형밸브의 일부 분해 단면도.

도 2는 뚜껑 용접부 주변의 확대 단면도.

도 3은 중공 버섯형밸브의 제조공정을 도시한 도.

도 4는 시험품의 재료를 도시한 도.

도 5는 시험품의 치수 및 중량을 도시한 도.

도 6은 시험품의 페이스면 부근의 경도분포를 도시한 도.

도 7은 인장시험 상태를 도시한 도.

도 8은 인장시험의 결과를 도시한 도.

도 9는 응력집중 시험의 상태를 도시한 도.

도 10은 응력집중 시험의 결과를 도시한 도.

도 11은 시험품의 종단면에 있어서 응력집중 분포를 도시한 도.

도 12는 피로도 시험의 결과를 도시한 도.

도 13은 본 발명의 다른 실시예인 중공 버섯형밸브의 요부확대 단면도.

도 14는 종래 중공 버섯형밸브의 일부 분해 단면도.

도 15는 종래 다른 중공 버섯형밸브의 요부 단면도.

도 16은 도 14에 나타내는 종래 중공 버섯형밸브의 요부 단면도.

도 17은 도 15에 나타내는 종래 중공 버섯형밸브의 페이스면 부근의 경도분포를 도시한 도.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구범위 제 1항에 따른 중공 버섯형밸브에 관해서는, 원통 형상의 스템부(2) 일단에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역이 일체형으로 형성되고, 귀접이 영역이 관통된 가장자리 부위에 뚜껑을 용접하여 일체형으로 형성한 중공 버섯형밸브에 있어서, 귀접이 영역이 관통된 가장자리 부위를 타영역보다도 두꺼운 두께살로 형성함과 동시에, 상기 두께살부에 페이스면을 형성하도록 구성한 것이다.

뚜껑이 용접되는 부위인 귀접이 영역의 관통된 가장자리부는, 타영역보다도 두꺼운 두께살로 이루어져서, 그 만큼 용접열의 영향이 페이스면에 작용하지 않는다.

따라서, 뚜껑을 용접하는 경우 용접열의 영향을 받을 우려가 있는 부위(귀접이 영역이 관통된 가장자리부)를 두꺼운 두께살로 형성함으로써, 페이스면에 있어서의 용접열의 영향을 방지하고, 페이스면을 한계 경도로 유지할 수 있는 동시에, 용접열의 영향을 받을 우려가 없는 밸브의 타영역은 엷은 두께살로 구성함으로써, 밸브 전체의 중량을 경감시킬 수 있다.

또한, 원통형 시트면에 접하는 페이스면은 귀접이 영역(외주면)에 형성되어 있으므로, 귀접이 영역이 관통된 가장자리부의 두께살부 내측에 형성된 용접부위에부하(응력)가 집중하는 일이 없다.

청구범위 제 2항의 요지는, 제 1항의 중공 버섯형밸브에 있어서, 뚜껑의 용접부와 페이스면을 적어도 0.5mm 이상, 가능하게는 0.8mm 이상 간격을 두도록 구성한 것이다.

페이스면을 용접부에서 0.5mm 이상, 가능하게는 0.8mm 이상 간격을 둠으로써, 페이스면에 용접열의 영향이 작용하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

청구범위 제 3항의 요지는, 제 1항 또는 제 2항의 중공 버섯형밸브에 있어서, 뚜껑을 전자 빔(electron beam) 용접 또는 레이저 빔(laser beam) 용접으로 용접하도록 한 것이다.

전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에서는, 빔 직경이 작으므로 용접부의 폭이 작아지게 된다. 더욱이 고에너지로 순간용접이 되므로, 그 만큼 페이스면에 작용하는 용접열의 영향도 적다.

청구범위 제 4항의 요지는, 제 1항에서부터 제 3항까지 중 어느 하나의 중공 버섯형밸브에 있어서, 두께살부를 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 형성할 때, 종단면인 "く"자 형으로 구부려 연장시켜 형성함과 동시에, 종단면 "く"자 형 굴곡부의 내측을 "R"자 형상으로 형성하도록 구성한 것이다.

굴곡부에 응력이 집중하기 때문에, 굴곡부와 간격을 둔 용접부에는 그만큼 응력이 집중하지 않는다. 또, 굴곡부의 내측은 "R"자 형상으로, 굴곡부에 집중하는 응력이 굴곡부 전체에 분산토록 한 구성이다.

청구범위 제 5항의 요지는, 제 1항에서부터 제 4항까지 중 어느 하나의 중공버섯형밸브에 있어서, 귀접이 영역의 두께살부 내주면을, 스템부의 축심을 중심으로 하는 원통면으로 구성하고, 페이스면을 스템부의 축심에 대해 25도에서 45도의 범위에서 경사지는 테이파면(taper area)으로 구성하도록 한 것이다.

이러한 구성은, 두께살부를 성형하기 쉽게 하고, 용접부를 페이스면과 간격을 두게 하는 것이 용이해진다.

청구범위 제 6항의 요지는, 제 1항에서부터 제 5항까지 중 어느 하나의 중공 버섯형밸브에 있어서, 귀접이 영역이 관통된 가장자리부의 내측에 뚜껑 결합용 단차부를 형성하도록 구성한 것이다.

뚜껑을 뚜껑 결합용 단차부에 결합시킴으로써, 뚜껑은 귀접이 영역에 대해 그 상대위치가 결정된다. 즉, 뚜껑 결합용 단차부는 뚜껑을 귀접이 영역에 용접하는 경우 위치결정부재로서 작용한다.

더욱이, 용접 가열부와 뚜껑과의 접촉면으로 압력이 작용하기 때문에, 그 용접부에 작용하는 부하를 경감하는 역할을 하도록 상기 뚜껑 결합용 단차부는 뚜껑을 하방에서 지지토록 한다.

청구범위 제 7항의 요지는, 중공 버섯형밸브의 제조방법에 있어서, 소재를 컵 형상으로 냉간에서 프레스성형하는 프레스성형 공정과, 컵형 성형품을 트랜스퍼 프레스(transfer press)를 이용한 늘임성형에 의해, 일단부가 나팔 형상으로 관통되도록 귀접이 영역을 형성한 원통 형상 스템부를 냉간에서 늘임성형하는 늘임성형 공정과, 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 뚜껑을 용접하는 용접공정을 구비한 중공 버섯형밸브의 제조방법이며,

프레스성형 공정에서는 컵형 성형품이 관통된 가장자리부에 플랜지 형상의 두께살부를 성형하고, 늘임성형 공정에서는 성형품의 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 테이파 형상의 페이스면에 형성된 두께살부를 성형하도록 구성한 것이다.

또한 용접공정에서는, 가능한 한 전자 빔 또는 레이저 빔에 의해 뚜껑을 용접하는 것이 좋고, 늘임성형 공정에서는, 귀접이 영역이 관통된 가장자리부 내측의, 페이스면에서 적어도 0.5 mm 이상, 가능하게는 0.8mm 이상 간격을 두는 위치에서 뚜껑 결합용 단차부를 성형하는 것이 좋다.

다음에, 본 발명의 실시형태를 도 1에서부터 12까지를 참조해서, 실시예에 근거하여 설명한다.

본 발명의 한 실시예인 중공 버섯형밸브의 일부 분해 단면도인 도 1과, 뚜껑 용접부 주변의 확대 단면도인 도 2에 있어서, 부호 10은 중공 버섯형밸브이며, 하단부가 폐쇄된 원통 형상의 스템부(12) 상단부에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역(14)이 일체형으로 형성되고, 귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부에 원반 형상의 뚜껑(16)이 용접에 의해 일체화된 구조로 되어 있다. 부호 18은 스템부(12)의 하단부 외주에 형성된 코터(cotter) 홈이며, 부호 19는 스템부(12) 하단부에 형성된 팁(tip)부이다.

부호 20은, 귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부와 뚜껑(16) 사이의 용접부를 도시한다. 뚜껑(16)은 중앙부를 정점으로 해서 상방향으로 활모양으로 굽어져비교적 두께가 얇아도 밸브(뚜껑(16))의 방화면(防火面) 측에 작용하는 압력에 충분히 대항할 수 있는 강도가 확보되어 있다. 또한, 뚜껑(16)은 가장 얇은 중앙부에서는 7mm 두께로, 가장 얇은 둘레 가장자리부에서는 12mm 두께로 형성되어 있다.

귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부 내측에는, 뚜껑(16)의 두께에 상당하는 깊이를 갖는 뚜껑 결합용 단차부(14a-도 4 참조)가 둘레에 형성되어 있어, 뚜껑(16)은 단차부(14a)에 지지된 상태로 용접되어 있다.

이 단차부(14a)는 뚜껑(16)을 귀접이 영역(14)에 용접하는 경우 위치 결정부위로서 작용하는 동시에, 용접 가열부와 뚜껑(16)과의 접촉면으로 압력이 작용하기 때문에, 그 용접부에 작용하는 부하(응력)를 경감하는 역할을 하도록 뚜껑(16)을 하방에서 지지하는 역할을 한다.

스템부(12)는, 귀접이 영역(14)을 제외하고 거의 균일한 두께(0.5mm)로 형성되어 있다. 귀접이 영역(14)에서는, 관통된 가장자리부 측(도 1의 상방) 근처에서 서서히 두꺼워 지도록 형성하여, 관통된 가장자리부가 가장 먼저 두꺼운 두께살로 형성되어 있다. 또, 두께부(30)의 외주에 페이스면(15)이 형성되어, 페이스면(15)에 뚜껑 용접열에 의한 영향이 작용하지 않도록 구성되어 있다.

또한, 귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부에 형성된 두께살부(30)는, 종단면인 "く"자 형으로 굽어서 뻗어 나오는 동시에, 이 굴곡부(32)의 내측(32a)은 "R"자 형상으로 형성되어 있다.

이 때문에, 스템부(12)가 하방에 인장됨으로써 귀접이 영역(14)에 작용하는 응력은 굴곡부(32)에 집중하고, 굴곡부(32)에서 멀어진 용접부(20)에는, 그만큼 응력이 집중하지 않는다. 또, 굴곡부의 내측(32a)은 "R"자 형상으로, 굴곡부(32)에 집중하는 응력은 굴곡부(32) 전체에 분산되어, 그만큼 내구성이 우수한 구조로 되어 있다.

또한, 두께살부(30)의 내주면(31)은, 스템부(12)의 축심(L)을 중심으로 하는 원통면으로 구성되고, 두께살부(30)의 외주에 형성된 페이스면(15)은, 스템부(12)의 축심(L)에 대해 대략 45°로 경사지는 테이파면으로 구성되어 있다. 더욱이, 두께살부(30)의 내측에 형성된 단차부(14a)에 뚜껑(16)이 용접됨으로써, 용접부는 페이스면(15)에서 약 0.8mm 거리에 있는 위치에 형성되어(d₁=0.8mm), 뚜껑(16)을 용접할 때 용접열이 페이스면(15)에 작용하여 페이스면(15)의 경도가 저하되는 일이 없고, 요구되는 페이스면 경도가 확보되어 있다.

또한, 뚜껑(16)은 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 용접되어 있다. 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에서는 빔 직경이 작기 때문에 용접부(20)의 폭(d₂)이 작게 되고, 더욱이, 고에너지로 순간용접이 되므로, 그만큼 페이스면(15)에 작용하는 용접열의 영향도 적다.

또, 용접열의 영향(조직의 연화)이 적다는 점에서는, 레이저 빔 용접보다 전자 빔 용접이 더욱 우수하다. 그러나, 전자 빔 용접은 용접환경을 진공 분위기로 할 필요가 있어, 생산성이란 관점에서 고려할 때는 이러한 제약이 없는 레이저 빔 용접이 우수하다. 따라서, 신뢰성을 중시하는 경우 및 큰 부하가 작용하는 밸브에 대해서는 가능한 전자 빔 용접을 이용하고, 생산성을 중시하는 경우에는 레이저 빔용접을 이용하는 것이 좋다.

다음에, 본 실시예에 도시하는 중공 버섯형밸브(10)의 제조공정을 도 3에 근거하여 설명한다.

먼저, 본 실시예에 도시하는 중공 버섯형밸브(10)의 제조공정을 도시하는 도 3의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 블랭크 소재(blank material -W₁)를 냉간프레스로써 컵 형상으로 성형한다. 또한, 이 냉간프레스 공정은 블랭크 소재(W₁)를 컵형으로 늘이는 공정과, 컵형 성형품(W2)의 개방부 측에 플랜지 형상의 두께살부(30a)를 프레스 성형하는 공정으로 이루어진다. 또한, 이후에 실시하는 트랜스퍼 프레스로써 성형을 용이하게 하기 위해, 필요에 따라 열처리 공정(어닐링-annealing)을 수행한다.

이어서, 도 3 (c), (d)에 도시하는 바와 같이, 컵형 성형품(W₂)을 트랜스퍼 프레스를 사용한 냉간늘임 성형공정에 따라 스템부를 늘임성형하는 동시에, 컵 개방 가장자리부 측에 두께살부(30b, 30c) 및 단차부(14a)를 프레스 공정으로 성형함으로써, 일단에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역이 형성된 소정 크기의 성형품(W₃, W₄)을 형성한다. 또한, 도 3 (c), (d)에 도시하는 냉간늘임 성형공정에서는, 필요에 따라 맨드럴(mendrel)을 사용하는 경우가 있다. 또, 원칙적으로는 어닐링을 하지 않으나, 재료가 단단하다는 등 성형이 곤란한 경우에는. 중간 어닐링을 하는 경우도 있다.

이어서, 스템부(12)의 하단부에 롤성형 등에 의한 코터 홈(18)을 성형한다.그리고 마지막에, 미리 스템부(12)와는 별도로 제조해 둔 뚜껑(16)을, 귀접이 영역(14)의 단차부(14a)에 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접으로 용접한다.

시험품의 재료를 도시하는 도 4 및 실제로 제조한 시험품의 재질, 치수 및 중량을 도시하는 도 5에 나타낸 바와 같이, 어느 시험품에 있어서도 동일한 재료를 이용한 중실체 구조 버섯형밸브의 약 이분의 일의 중량이며, 경량화에 대해 만족할 수 있는 것이 확인되었다. 또, 도 5에 있어서 시험품 S₁~S₅중 시험품S₁~S₃은, 도 4에 있어서NO.1에서 NO.3 중 NO.1에 도시하는 재료를 이용하고, 시험품 S₄~ S_5은NO.2에 도시하는 재료를 이용하였다.

도 6은 시험품의 페이스면 부근의 경도분포를 도시하는 도이다. 이 도에 나타낸 바와 같이, 부호 A로 도시하는 용접부(20)에 있어서 경도는 100~149HV로 연화되어 있고, 용접부(A)를 둘러싸는 부위(B)의 경도는 150~199HV이며, 이 부위(B)에 있어서도 다소 연화되어 있다. 그러나, 그 외측 부위(C, D)의 경도는 200~249HV, 250~299HV이며, 용접부(A)에서 멀어지는 부위(F, G)에서는 350~399HV, 400HV 이상으로 되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 뚜껑 용접부(20)를 페이스면(15)에서 0.8mm 이상 간격을 두도록 하여, 페이스면(15)에서는 뚜껑 용접열의 영향이 적고 300~349HV의 경도가 확보되어 있다.

따라서, 시험품에서는 페이스면(15) 전체의 경도가 300~349HV 이상으로 유지되어, 페이스면의 약 이분의 일 영역의 경도가 200HV 이하로 되어 있는 종래 구조의 밸브(도 14~도 17 참조)와는 현저하게 상이하다.

또한, 시험품에 관해 도 7에 도시한 인장시험기기를 사용한 인장시험을 하여, 도 8에 도시한 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 시험품에서는 코터 홈(18)에서 파손 현상이 일어나, 도 14에 도시한 종래품과 뚜렷한 차이는 발견할 수 없었다.

그런데, 시험품과 종래품(도 14 참조)에 관해, 도 9에 도시한 시험기기를 사용하여 내응력(耐應力) 집중강도 특성을 평가한 결과, 도 10에 도시한 결과를 얻을 수 있었다. 또, 시험기기는, 응력집중시험의 모습을 도시한 도 9에 나타내는 바와 같이, 다이(40)로 페이스면(15)을 하방에서 지지한 상태에서, 펀치(punch-42)로 귀접이 영역(14)의 내측에 축방향힘을 작용시키는 구성으로 되어 있다. 또한, 밸브(시험품 및 종래품)의 뚜껑에는, 축방향힘을 작용시키기 위한 구멍(50)이 뚫려 있다.

이 결과, 도 14에 도시한 종래품에서는, 용접부(7)에 있어서 파손되었다. 한편, 시험품에서는 어떤 경우도 최대응력이 집중하는 굴곡부(32)에서 파손이 발생되며, 파손에 이르기까지의 하중(荷重) 내구력이 종래품보다 약 2배 정도 크다는 사실로부터, 본 실시예(시험품)가 종래품보다 내응력 집중강도가 뛰어난 것이 확인되었다.

또, 밸브 장착시의 응력분포를 유한요소법에 의해 해석하여, 도 11에 도시한 결과를 얻었다. 단, 조건은 결속 영역의 장착 상태를 시뮬레이트해서 축방향에 2500N의 힘이 부가되는 것으로 하여 계산하였다. 도 11에서 분명히 나타나듯, 두께살부 내측에는 342Mpa(메가파스칼)의 최대 응력이 발생한다.

상기와 같은 계산을 종래품에 대해 실시하면, 거의 동일한 장소에 665Mpa의 최대 응력이 발생한다. 이것은 본 실시예(시험품)에서는 형상을 최적화함으로써, 귀접이 영역(밸브의 두부)에 발생하는 최대 응력을 대략 반으로 경감시킬 수 있다는 것을 도시한다.

또, 용접부 부근에 발생하는 응력에 대해 설명하기로 한다. 종래품에 있어서, 최대 응력(665Mpa)은 용접부 부근(도 14에 도시한 부호 7로 나타낸 부근)에 발생하지만, 본 실시예(시험품)에서는 도 11에서 분명히 나타나듯 용접부 부근에는 122Mpa의 응력이 발생한다. 따라서, 용접부 부근에 있어서 응력의 감소라는 관점에서도, 시험품은 종래품에 비해 보다 안전하다고 할 수 있다.

더욱이, 시험품에 대해 도 7에 도시한 시험기기를 사용하여 축방향으로 반복해서 하중을 작용시키는 피로도 측정시험을 실시하여 도 12에 도시한 결과를 얻었다.

종래품에서는, 페이스면이 마찰되어 내구성 면에서 열세한 데 비해, 시험품에서는, 페이스면의 표면경도가 300~349HV(도 6 참조)의 값을 나타내고, 더욱이 응력집중은 굴곡부(32)에 있어서 어느 정도 분산되어 굴곡부(32)에서 멀어진 용접부(20)에 이 응력집중의 영향이 작용하지 않는 점으로부터도, 또한 도 12로부터도, 시험품이 내구성의 면에서 우수하다는 것이 확인되었다. 특히 저하중 영역에 있어서의 피로수명 강도가 현저하게 높다.

또, 시험품을 자동차용 가솔린 엔진에 장착해서 평가한 결과, 종래품의 2배 이상의 회전속도에 견딜 수 있다는 사실로부터 내구성이 뛰어나다는 점이 확인되었다.

상기 실시예에서는, 귀접이 영역(14)이 관통된 가장자리부에 형성된 두께살부(30)의 내측에, 뚜껑 결합용 단차부(14a)가 형성되고 이 단차부(14a)에 뚜껑(16)이 용접된 구조였으나, 도 13에 도시한 바와 같이, 두께살부(30)의 내주면(31) 전체를 스템부(12)의 축심(L)에 대해 경사지게 한 테이파면으로 구성해서, 단차부(14)를 개재시키지 않고 뚜껑(16)을 두께살부(30)에 용접한 구조이어도 된다.

또한, 상기한 실시예에서는, 페이스면(15)이 스템부(12)의 축심(L)에 대해 대략 45도로 경사지는 테이파면으로 구성되어 있으나, 이 경사는 45도로 한정되는 것이 아니라 25도에서 45도의 범위이면 된다.

또, 상기 실시예에서는, 뚜껑(16) 중앙부의 두께가 7mm이고 뚜껑 둘레 가장자리부의 두께 및 이 뚜껑(16)을 지지하는 단차부(14a)의 깊이가 12mm로 설명되어 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 그리고 상기한 실시예에서는, 스템부 하단의 단부(19)가 스템부 본체에 일체로 형성되어 있지만, 코터 홈(18)의 위 또는 아래의 소정의 위치에서부터 하방의 부분을 단부로 하여 스템부 본체와는 별도로 형성하고, 스템부 본체 하단에 단부를 접합해서 일체화하는 구조이어도 된다.

이상의 설명에서 분명하듯이, 본 발명에 따른 중공 버섯형밸브는 뚜껑을 용접할 때의 용접열의 영향이 페이스면에 작용하지 않으므로, 페이스면을 한계 경도로 유지할 수 있는 동시에, 용접부로 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있게 되어, 중공 버섯형밸브의 고강도화 및 경량화(중량에 비해 고강도인 특성의 향상)를 도모하는 경우에 적합하다.

청구범위 제 2항에 있어서, 페이스면에 있어 용접열의 영향을 확실하게 방지할 수 있으므로, 중공 버섯형밸브의 고강도화 및 경량화가 가능하다.

청구범위 제 3항에 있어서, 용접부가 눈에 띄지 않아 제품으로서의 외관이 좋을 뿐만 아니라, 페이스면에 작용하는 용접열의 영향이 적으므로, 일층 중공밸브의 고강도화 및 경량화가 가능하다.

청구범위 제 4항에 있어서, 경도가 낮은 용접부에 응력이 집중하지 않으므로, 용접부에서 파손되지 않고 그만큼 내구성이 향상된다.

청구범위 제 5항에 있어서, 제조가 용이하여 생산에 매우 적합하다.

청구범위 제 6항에 있어서, 뚜껑의 용접을 원활하고 확실하게 할 수 있는 동시에, 강도면에서 우수한 중공 버섯형밸브를 제공할 수 있다.

청구범위 제 7항에 있어서, 중공 버섯형밸브의 제조방법은, 중량에 비해 고강도인 특성이 향상된 중공밸브를 간단하게 제조하는 경우에 적합하다.

Claims

원통형상의 스템부 일단에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역을 일체형으로 형성하고, 상기 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 뚜껑을 용접하여 일체화시킨 중공 버섯형밸브에 있어서,

귀접이 영역이 관통된 가장자리부가 다른 영역보다 두꺼운 두께살로 형성되어 있고, 두께살부에 페이스면이 형성된 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브.
제 1항에 있어서, 뚜껑의 용접부는 페이스면에서 적어도 0.5mm 이상, 가능하게는 0.8mm 이상 간격을 두는 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 뚜껑은 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 용접된 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브.
제 1항에서 제 3항까지의 어느 한 항에 있어서, 두께살부는 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 형성될 때 종단면인 "く"자 형으로 구부려져 연장 형성됨과 동시에, 종단면 "く"자 형 굴곡부의 내측이 "R"자 형상으로 형성된 것을 특징으로하는 중공 버섯형밸브.
제 1항에서 제 4항까지의 어느 한 항에 있어서, 귀접이 영역의 두께살부 내주면은 스템부의 축심을 중심으로 하는 원통면으로 구성되고, 페이스면은 스템부의 축심에 대해 25도에서 45도의 범위에서 경사지는 테이파면으로 구성된 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브.
제 1항에서 제 5항까지의 어느 한 항에 있어서, 귀접이 영역이 관통된 가장자리부 내측에는, 뚜껑 결합용 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브.
소재를 컵 형으로 냉간프레스 성형하는 프레스성형 공정과, 컵형 성형품을 트랜스퍼 프레스를 이용한 늘임성형으로써, 일단에 나팔 형상으로 관통된 귀접이 영역이 형성된 원통 형상의 스템부를 냉간늘임 성형하는 늘임성형 공정과, 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 뚜껑을 용접하는 용접공정을 구비한 중공 버섯형밸브의 제조방법에 있어서,

프레스성형 공정에서는 컵형 성형품이 관통된 가장자리부에 플랜지 형상의두께살부를 성형하고, 늘임성형 공정에서는 성형품의 귀접이 영역이 관통된 가장자리부에 테이파 형상의 페이스면에 형성된 두께살부를 성형하는 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브의 제조방법.
제 7항에 있어서, 용접공정은 전자 빔 또는 레이저 빔에 의해 뚜껑을 용접하는 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브의 제조방법.
제 7항 또는 제 8항에 있어서, 늘임성형 공정에서는 귀접이 영역이 관통된 가장자리부 내측의, 페이스면에서 적어도 0.5 mm 이상, 가능하게는 0.8mm 이상 간격을 두는 위치에, 뚜껑 결합용 단차부를 성형하는 것을 특징으로 하는 중공 버섯형밸브의 제조방법.