JPH0378508A

JPH0378508A - 内燃機関用中空弁及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0378508A
Application number: JP21412189A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Mori; 毛利　彰良
Original assignee: Fuji Valve Co Ltd
Current assignee: Fuji Oozx Inc
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1991-04-03
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2668035B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、内部に中空部を設けた内燃機関用吸排気弁、
及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

内部に中空部を設けることにより軽量化を図るとともに
、その中空部内に金属ナトリウム等の冷却媒体を封入す
ることにより、冷却効率を高めるようにした内燃機関用
吸排気弁（以下中空弁という）は公知である（例えば特
開昭６０−２４７４３３号公報、実開昭６２−１０２８
０６号公報、特開昭６３−１０９２１１号公報。

特公昭３７−５４５１号公報等参照）。

このような中空弁の製造に際し、中空部の軸端側の端部
を閉塞するには、叢６図から第９図に示す４つの方法が
ある。

第６図に示す第１従来例においては、一端に有底孔（１
）（２）がそれぞれ穿設された丸棒状の傘部形成用の素
材（３）と軸端部形成用の素材（４）との各有底孔（１
）（２）が開口する方の端部同士を、互いに摩擦圧接及
びアプセット突合せ溶接等により溶接した後、接合部の
周囲に突出した溶接ぼり（５）を機械加工により削除し
、その後、素材（３）の遊端部を、熱間プレス等により
塑性変形させて傘部（６）を形成する（特開昭６０−２
４７４３３号公報参照）。

第７図に示す第２従来例においては、傘部（１１）に連
設された中空軸部（１２）における中空部（１３）が開
口する端部を絞り加工することにより、中空部（１３）
の開口端部を閉塞した後、その端部に、充実軸部（１４
）を同心として、摩擦圧接、突合せ溶接。

もしくはプロジェクション溶接等により接合し、その後
、接合部の周囲より突出した溶接ぼり（１５）を、機械
加工により削除する（特開昭６３−１０９２０８号公報
参照）。

第８図に示す第３従来例においては、傘部（１１）に連
設された中空軸部（１２）における中空部（１３）の開
口端部にプラグ（１６）を圧嵌することにより、中空部
（１３）を閉塞した後、その端部に、充実軸部（１４）
を同心として、第２従来例と同様の溶接により接合して
、その後、接合部の周囲に突出した溶接ぼり（１５）を
機械加工により削除する（特公昭３７−５４５１号公報
参照）。

第９図に示す第４従来例においては、傘部（１１）に連
設された中空軸部（１２）における中空部（１３）が開
口する端部に、充実軸部（１４）を、同心として。

摩擦圧接等の溶接により接合することにより、中空部（
１３）を閉塞し、その後、接合部の周囲に突出した溶接
ぼり（１５）を、機械加工により削除する（特開昭６３
−１９５３０８号公報、特開昭６２−１７９８３６号公
報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例のうち、第１及び第４従来例においては、中
空部（１）（２）（１３）内に溶接ぼり（７）　（１７
）が形成されるが、この溶接ぼり（７）（１７）を外部
から除去することはできない。

そのため、この溶接ぼり（７）　（１７）が、中空部（
１）（２）（１３）内に封入した冷却媒体の流動を妨げ
ることとなり、また、溶接ぼり（７）（１７）と素材（
３）（４）、又は中空軸部（１２）もしくは充実軸部（
１４）との間に形成される鋭角部（ａ）により、ここか
ら亀裂が生じ易く、中空弁の強度、特に疲労強度が低下
する。さらに、溶接欠陥が生じやすい接合面（ｂ）が、
中心軸線（Ｌ）とほぼ直交する方向を向くので、わずか
の溶接欠陥によっても、中心軸線（Ｌ）と直交する方向
に亀裂が生じ易く、軸部の強度が低下する。

第２及び第３従来例によると、中空部（１３）内に溶接
ばりが生じることはないが、中空軸部（１２）の端部を
絞り加工したり、又はプラグ（１６）を圧嵌したりする
のに加工工数が増加し、結果的にコスト高となる。また
、上記のものと同様に、接合面（ｂ）が中心軸線（Ｌ）
とほぼ直交する方向に向くことにより、その方向に亀裂
が生じ易く、軸部の強度が低下する。

本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑
み、上記第４従来例に改良を施すことにより、細部の強
度を向上させるとともに、簡単かつ安価に製造できる内
燃機関用中空弁、及びその製造方法を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関用中空弁
では、請求項（１）に記載のように、傘部に連設された
中空軸部における中空部が開口する端部に、充実軸部を
同心として接合することにより、前記中空部を閉塞して
なる内燃機関用中空弁において、前記中空軸部の端部と
充実軸部の端部との接合面の少なくとも一部を、前記傘
部から離れる方向に向かって拡開するテーバ状としであ
る。

中空軸部と充実軸部の材質は、請求項（２）乃至（６）
に記載のようなものとするのがよい。

また、本発明の内燃機関用中空弁の製造方法は、請求項
（７）に記載のように、一方の端部に傘部を形成された
又は形成しようとする中空軸部における中空部が開口す
る他方の端部と、これに接合しようとする充実軸部の端
部との少なくともいずれか一方に、前記傘部から離れる
方向に向かって拡開するテーパ部を形成しておき、前記
中空軸部と充実軸部とを互いに同心として、対向する端
部同士を溶接することにより、前記中空軸部と充実軸部
との接合面の少なくとも一部に、傘部から離れる方向に
向かって拡開するテーパ部を形成することを特徴として
いる。

さらに、本発明の方法によると、請求項（８）に記載の
ように、一方の端部に傘部を形成された又は形成しよう
とする中空軸部における中空部が開口する端部と、前記
中空軸部より溶接時の変形抵抗が小さい材料よりなる充
実軸部の端部とを、前記中空軸部と充実軸部とを同心と
して、かつそのいずれか一方を高速回転させつつ、互い
に圧接することにより、前記中空軸部と充実軸部との接
合面の少なくとも一部に、前記傘部から離れる方向に向
かって拡開するテーパ部を形成するようにしてもよい。

〔作　用〕請求項（１）記載の内燃機関用中空弁は、中空軸部と充
実軸部との接合面の少なくとも一部が、テーバ状となっ
て中心軸線に対して傾斜するので、接合面が従来のもの
より広くなっている。

そのため、溶接強度は増すとともに、万一この接合面に
溶接欠陥が生じたとしても、亀裂は、中心軸線と直交す
る方向に向くことはなく、それに対して傾斜する方向に
向くので、軸部の強度は大となる。

請求項（７）記載の内燃機関用中空弁の製造方法による
と、中空軸部と充実軸部との溶接時に、その一方に設け
られたテーパ部に沿って他方の端部が案内されるので、
中空部内に溶接ばりが生じるおそれは少なくなり、また
溶接後の接合面に、テーパ部を簡単に形成することがで
きる。

請求項（８）記載の内燃機関用中空弁の製造方法による
と、充実軸部と中空軸部との材質を、充実軸部の方が、
中空軸部より溶接時の変形抵抗が小となるように選択す
るだけで、第４従来例とほぼ同様の簡単な方法で、接合
面に所要のテーパ部が形成されるとともに、中空部内に
溶接ばりが生じるおそれも少ない。

〔実施例〕

第１図は、請求項（１）記載の発明の一実施例を示す。

（２１）は、環状のバルブシート（図示時）と当接する
ことにより、内燃機関の排気孔又は吸気孔（いずれも図
示時）を閉塞するテーバ状の弁フエース部（２１ａ）を
上面に有する傘部で、その上面中央には、内部に中空部
（２３）を有する上向きの中空軸部（２２）が連設され
ている。

中空軸部（２２）の上端には充実軸部（２４）が、同心
的に、かつ中空部（２３）の上端開口部を閉塞するよう
にして溶接されている。

中空軸部（２２）と充実軸部（２４）との接合面（２５
）の形状は、中心寄りの部分、すなわち、中空部（２３
）内に突入する端面（２４ａ）寄りの部分が、中心軸線
（Ｌ）に対して小さい角度（θ□）をもって上向きに拡
開するテーパ部（２５ａ）をなし、かつ外周寄りの部分
が、中心軸線（Ｌ’）に対して上記角度（θ１）より大
きい角度（θ２）（ただしＬ＜９０°）をもって上向き
に拡開するテーパ部（ｚｓｂ）をなし、両テーパ部（２
５ａ）　（２５ｂ）の中間部が、上向凸状に湾曲する湾
曲面（２５ｃ）をなすようにしである。

（２４ｂ）は、充実軸部（２４）の上端部寄りの外周面
に形成された環状溝で、スプリングリテーナ（図示路）
を軸端部に係止するコツタ（図示路）を嵌合させるため
のものである。

中空軸部（２２）と充実軸部（２４）とは、ともに１例
えばオーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３６）、チタン合
金、アルミ合金等のような同一材料よりなるものとして
もよいが、充実軸部（２４）を、例えばマルテンサイト
系耐熱鋼（ＳＵＨ３，５ＵＨＩＩ）又は高速度鋼（ＳＫ
Ｈ５１）等のような焼入れ硬化可能な鋼材よりなるもの
とし、かつ中空軸部（２２）を、オーステナイト系鋼材
又はニッケル基合金としてもよい。

また、中空軸部（２２）と充実軸部（２４）とを、例え
ばオーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３６）、チタン合金
、アルミ合金、ニッケル基合金（インコネル７５０）等
のような焼入れ硬化不可能な材料よりなるものとした場
合には、充実軸部（２４）の軸側端に、例えばマルテン
サイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３，５ＵＨＩＩ）、高速度鋼（
ＳＫＨ５１）等のような焼入れ硬化可能な鋼材を溶接し
、溶接後に、これを焼入れしてもよい、また充実軸部（
２４）の軸端側に硬質のキャップ状部材を取り付けても
良い。

さらに、第１図示の中空弁を特徴とする請求項（８）記
載の発明の方法により製造する場合には、例えば中空軸
部（２２）をオーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３６）よ
りなるものとし、かつ充実軸部（２４）を。

オーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３６）より溶接時の変
形抵抗が小さい例えばマルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ
３）よりなるものとしてもよい。

この実施例のような構成とすると、接合面（２５）を、
傘部から離れる方向に向がって拡開するテーパ状とした
ことにより、接合面（２５）の全体の面積が、従来の中
心軸線（Ｌ）と直交する方向を向くものより大となり、
溶接強度が増すとともに、万一この接合面（２５）に溶
接欠陥が生じたとしても、亀裂は、中心軸線と直交する
方向に向くことなく、それに対して傾斜する方向を向く
ので、軸部の強度は大となる。

なお、上記実施例においては、接合面（２５）の全体が
テーバ状をなすようにしであるが、接合面（２５）の少
なくとも一部をこのようなテーパ部とするだけでも、十
分な効果が得られる。

第２図及び第３図は、第１図示の中空弁を、請求項（７
）記載の発明の方法により製造する要領を示す。

この製造方法においては、中空軸部（２２）の中間体で
ある中空軸部（２６）と、充実軸部（２４）の中間体で
ある充実軸部（２７）とを１例えばオーステナイト系耐
熱鋼（ＳＵＨ３６）のような同一材料製のものとし、か
つ第２図示のように前もって成形しておく、すなわち、
中空軸部（２６）の下端部には、熱間プレス等により、
傘部（２１）を前もって形成しておくとともに、中空軸
部（２６）の上端から傘部（２１）に近接する部分まで
にかけて中空部（２３）を形成しておき、また中空部（
２３）が開口する中空軸部（２６）の上端面（２６ａ　
）は、中心軸線（Ｌ）と直交する平面としておく。

短寸の丸棒状とした充実軸部（２７）の下端には、上方
に向かって拡開するテーパ部（２７ａ）を、前もって形
成しておく。

中空軸部（２６）を適宜の治具（図示路）により固定し
た状態で、充実軸部（２７）を、中空軸部（２６）と同
心として、かつ高速回転させつつ、テーパ部（２７ａ）
が中空部（２３）内に嵌入するように押し付ける。

すると、テーパ部（２７ａ）の外周面と、それに接触す
る中空軸部（２６）の上端部とが、摩擦熱により局部的
に溶融し、かつ中空軸部（２６）の上端部がテーパ部（
２７ａ）の外周面に案内されて漸次拡径されて互いに押
圧される。

充実軸部（２７）を中空軸部（２６）に対して予め定め
ておいた距離だけ押し進めた後、充実軸部（２７）の回
転を急激に停止させ、かつ充実軸部（２７）を中空軸部
（２６）に対して、それまでと同様の、又はそれよりさ
らに大きい加圧力をもって加圧すると、第３図に示すよ
うに、中空軸部（２６）と充実軸部（２７）とは、第１
図に示すのと同様の形状の接合面（２５）をもって互い
に溶着され、接合部分の外周面には、溶接ぼり（２８）
が形成される。

その後、溶接ぼり（２８）を、研削盤その他の機械加工
手段により削除し、かつ充実軸部（２７）に、環状溝（
２７ｂ）及び面取り（２７ｃ）切削加工すると、第１図
示のものと同一の中空弁が形成される。

この製造方法によると、溶接時に、中空軸部（２６）の
上端部は、充実軸部（２７）のテーバ部（２７ａ）の外
周面に沿って案内されるので、中空部（２３）内に溶接
はリカ３生じるおそれは少なく、また溶接後の接合面（
２５）に、テーパ部を簡単に形成することができる。

なお、充実軸部（２７）の下端面を中心軸線（Ｌ）と直
交する平面とし、かつ中空軸部（２６）の上端部に、中
空部（２３）ど連続するとともに、傘部（２１）から離
れる方向、すなわち上方に向かって拡開するテーバ（孔
）部を設けたり、又は充実軸部（２７）と中空軸部（２
６）との両方にこのようなテーバ部を設けて。

上記と同様の要領で摩擦圧接させても、上記と同様の作
用及び効果が得られる。

また、この製造方法においては、摩擦圧接によらず、突
合せ溶接、プロジェクション溶接、又はその他の溶接方
法により、中空軸部（２６）と充実軸部（２７）とを溶
接してもよい。

中空軸部（２６）と充実軸部（２７）とを互いに溶接し
た後に、中空軸部（２６）の下端部に、熱間プレス等に
より傘部を形成してもよい。

第４図及び第５図は、請求項（８）記載の発明の方法に
より、第１図示の中空弁を製造する際の実施要領を示す
。

この製造方法においては、中空軸部（２２）の中間体で
ある中空軸部（２９）を、オーステナイト系耐熱鋼（ｓ
ｕｎ３６）製とし、かつ充実軸部（２４）の中間体であ
る充実軸部（３０）を、オーステナイト系耐熱鋼（ＳＬ
Ｉ）［３８）より溶接時の変形抵抗が小さい材料製のも
のとする。

中空軸部（２９）の溶接前の形状は、第２図に示す中空
軸部（２６）と同一とし、特に上端面（２９）は中心軸
線（Ｌ）と直交する平面とし、充実軸部（３０）の形状
は、下端面（３０）が中心軸線（Ｌ）と直交する平面を
なす短寸の丸棒状としておく。

中空軸部（２９）を適宜の治具（図示略）により固定し
た状態で、充実軸部（３０）を、中空軸部（２９）と同
心状として、かつ高速回転させつつ押し付ける。

すると、充実軸部（３０）の下端部が中空軸部（２９）
の上端と接触し、そのときの摩擦熱により、それらの接
触面が局部的に溶融する。

このとき、充実軸部（３０）側の材料は、中空軸部（２
９）側の材料より溶接時の変形抵抗が小さいので、充実
軸部（３０）側の変形量が大となり、充実軸部（３０）
を予め定めておいた距離だけ押し進めて。

充実軸部（３０）の回転を急停止したときには、中空軸
部（２９）と充実軸部（３０）とは、第１図示のものと
同様のテーパ状の接合面（２５）をもって溶着される。

この接合面（２５）の中心軸線（Ｌ）に対する角度（θ
１）（θ２）は、上記変形抵抗の差と、その他の溶接条
件に基づいて定まる。

また、溶接時に、両軸部（２９）　（３０）の外周に溶
接ぼり（３１）が形成されるので、溶接後、この溶接ば
す（３１）を機械加工により削除し、かつ充実軸部（３
０）に、環状溝（３０ｂ）及び、面取り（３０ｃ）切削
加工すると、第１図示のものと同一の中空弁が形成され
る。

この製造方法によると、中空軸部（２９）と充実軸部（
３０）との材質を、充実軸部（３０）の方が中空軸部（
２９）より溶接時の変形抵抗が小となるように選択する
だけで、接合面（２５）にテーパ部を簡単に形成するこ
とができ、かつ溶接時に、変形抵抗が大きい中空軸部（
２９）がそれより変形抵抗が小さい充実軸部（２９）に
押し進められるので、中空部（２３）内に溶接ばりが生
じるおそれは少ない。

その他の実施要領は、第２図及び第３図に示すものと同
一でよいので、それらについての詳細な説明は省略する
。

【発明の効果〕

本発明の内燃機関用中空弁によると、中空軸部と充実軸
部との接合面の少なくとも一部を、傘部から離れる方向
に向かって拡開するテーバ状としたことにより、接合面
の面積を大として、溶接強度を増大させることができ、
また、万一この接合面に溶接欠陥が生じたとしても、亀
裂は軸部の中心軸線と直交する方向には向くことはなく
、それに対して傾斜する方向を向くので、軸部の強度を
大とすることができる。

本発明の内燃機関用中空弁の製造方法によると、上記構
造の中空弁を、特殊な加工を施すことなく簡単に製造で
きるとともに、中空部内に溶接ばりが生じるおそれは少
なくなり、製造された中空弁の軸部の強度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項（１）記載の内燃機関用中空弁の一実
施例の中央縦断正面図、第２図は、請求項（７）記載の中空弁の製造方法の一実
施要領を示すもので、中空軸部と充実軸部とを溶接する
前の状態を示す中央縦断正面図、第３図は、同じく溶接
時の状態を示す要部の中央縦断正面図。第４図は、請求項（８）記載の中空弁の製造方法の一実
施要領を示すもので、中空軸部と充実軸部とを溶接する
前の状態を示す要部の中央縦断正面図、第５図は、同じく溶接時の状態を示す要部の中央縦断正
面図。第６図は、第１従来例の溶接時の状態を示す中央縦断正
面図、第７図は、第２従来例の溶接時の状態を示す中央縦断正
面図、第８図は、第３従来例の溶接時の状態を示す中央縦断正
面図、第９図は、第４従来例の溶接時の状態を示す中央縦断正
面図である。（２１）傘部（２２）　（２６）　（２９）中空軸部（２４）　（２
７）　（３０）充実軸部（２４ｂ）　（２７ｂ）　（３
０ｂ）環状溝（２５）接合面（２５ｃ）湾曲面（２８）　（３１）溶接ぼり（２１ａ）弁フエース部（２３）中空部（２４ａ）端面（２４ｃ）　（２７ｃ）　（３０ｃ）面取り（２５ａ）
　（２５ｂ）テーパ部（２７ａ）テーバ部（２９ａ）上端面（３０ａ）下端面（Ｌ）中心軸線（θ１）（θ８）角度第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）傘部に連設された中空軸部における中空部が開口
する端部に、充実軸部を同心として接合することにより
、前記中空部を閉塞してなる内燃機関用中空弁において
、前記中空軸部の端部と充実軸部の端部との接合面の少
なくとも一部を、前記傘部から離れる方向に向かって拡
開するテーパ状としたことを特徴とする内燃機関用中空
弁。
（２）中空軸部と充実軸部とが、互いに同一材料よりな
る請求項（１）記載の内燃機関用中空弁。
（３）充実軸部が焼入れ硬化可能な鋼材よりなり、かつ
中空軸部がオーステナイト系鋼材よりなる請求項（１）
記載の内燃機関用中空弁。
（４）充実軸部が焼入れ硬化可能な鋼材よりなり、かつ
中空軸部がニッケル基合金よりなる請求項（１）記載の
内燃機関用中空弁。
（５）充実軸部と中空軸部とが、焼入れ硬化不可能な材
料よりなり、かつ充実軸部の軸端側に、焼入れ硬化可能
な鋼材を溶接してなる請求項（１）又は（２）記載の内
燃機関用中空弁。
（６）充実軸部が、中空軸部より溶接時の変形抵抗が小
さい材料よりなる請求項（１）記載の内燃機関用中空弁
。
（７）一方の端部に傘部を形成された又は形成しようと
する中空軸部における中空部が開口する他方の端部と、
これに接合しようとする充実軸部の端部との少なくとも
いずれか一方に、前記傘部から離れる方向に向かって拡
開するテーパ部を形成しておき、前記中空軸部と充実軸
部とを互いに同心として、対向する端部同士を溶接する
ことにより、前記中空軸部と充実軸部との接合面の少な
くとも一部に、傘部から離れる方向に向かって拡開する
テーパ部を形成することを特徴とする内燃機関用中空弁
の製造方法。
（８）一方の端部に傘部を形成された又は形成しようと
する中空軸部における中空部が開口する端部と、前記中
空軸部より溶接時の変形抵抗が小さい材料よりなる充実
軸部の端部とを、前記中空軸部と充実軸部とを同心とし
て、かつそのいずれか一方を高速回転させつつ、互いに
摩擦圧接することにより、前記中空軸部と充実軸部との
接合面の少なくとも一部に、前記傘部から離れる方向に
向かって拡開するテーパ部を形成することを特徴とする
内燃機関用中空弁の製造方法。