中空ポペット弁の製造方法

【課題】
中空ポペット弁の肉抜き孔を蓋部材で閉じる工程では、熔接作業の迅速化が最大の課題である。速度では抵抗熔接法が勝るが熔接部の範囲をコンパクトで、平滑に維持するのが難しい。
【解決手段】
肉抜き孔によって中空に成形されたポペット弁半成品と、前記肉抜き孔を閉じる蓋部材とを準備し、ポペット弁半成品のフレア部を上にして支持する受け形電極と、前記肉抜き孔を閉じる円形の蓋部材を下面支持する押し形電極とを有し、ポペット弁半成品へ蓋部材を押し付けて押し形電極と受け形電極の間に通電して熔接する抵抗熔接機を用い、前記円形の蓋部材の周縁部に押し形電極方向へ突出させた余肉部を設けたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステムとフレア部を軸方向の肉抜き孔を有する中空の一体に鋼板から成形された中空ポペット弁の製造方法に関するもので、特に、その肉抜き孔を閉じるための、蓋部材の固着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にポペット弁は、エンジンの吸排気弁として慣用されており、高性能エンジンでは軽量化とノッキング防止のため、図８で示すように、ステム８２に肉抜き孔８４を穿設し、その開口部を蓋部材８６で閉じ、内部にナトリウムを封入するとともに、その蓋部材８６が外れないよう溶着して作った、いわゆる中空ポペット弁８０がよく知られている
【特許文献１】。しかし、蓋部材を閉じる熔接痕が滑らかでないとホットスポットとなって、ノッキングを生じ易くなるので、従来は、熔接終了後に機械仕上げして平滑にしている。
【０００３】
近年、高性能エンジンが市場で多く求められるようになり、また、燃料消費削減のため軽量な中空ポペット弁が多く求められるようになったので、前記肉抜き孔を閉じる熔接作業やその修正加工を効率よく行うことが製造上で強く求められている。
【０００４】
前記蓋部材を閉じる熔接作業を効率よく行うには、従来のＴＩＧあるいはＭＩＧなど不活性ガス雰囲気で行うアーク熔接に代えて、電気抵抗熔接、とくに、プロジェクション熔接を行うのが好ましい。プロジェクション熔接は熔接痕を小さくする上でも好ましいが、材料の溶融する量が安定しないと、蓋部材の高さが変動し、圧縮比がばらつき易くなるばかりか、溶融した材料が周囲に付着し易く、それを除去するための、後加工を必要とする問題があった。
【０００５】
この改善策として、肉抜き孔を閉じる蓋部材として、周縁に円錐形の弁面を設けた弁板を用い、その背面にステムを熔接する方法もある
【特許文献２】。しかし、弁板は燃焼圧力を直接に受けるので、板厚を厚いものとせざるを得ず、折角、ポペット弁を中空にしても、その重量軽減の効果が大きく減殺された。
【特許文献１】特開２００３−６５０１３号公報中の図３
【特許文献２】特開２００１−２２１３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする問題点は、肉抜き孔を設けた中空ポペット弁の半成品へ、電気抵抗熔接法によって蓋部材を溶着させるに際して、蓋部材自体が溶融する量を可及的に少なくなるような構成が求められていることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ステムからフレア部にかけて設けた肉抜き孔によって中空に成形されたポペット弁半成品と、前記肉抜き孔を閉じる蓋部材とを準備し、前記ポペット弁半成品のフレア部を上にして支持する受け形電極と、前記肉抜き孔を閉じる円形の蓋部材を下面支持する押し形電極とを有し、ポペット弁半成品へ蓋部材を押し付けて押し形電極と受け形電極の間に通電して熔接する抵抗熔接機によって結合するである。また、前記円形の蓋部材の周縁部に押し形電極方向へ突出させた余肉部を形成することを、最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による中空ポペット弁の製造方法によれば、肉抜き孔の開口部を電気抵抗熔接法によって閉じることができ、かつ、中空ポペット弁の大量生産において、高い生産性を挙げることができる。また、抵抗熔接されたフレア部内面と蓋部材の周縁部との熔接部との、境界部が円滑な表面をなすので、仕上げ加工の工程を省き、あるいは最少にすることができる。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の方法を具現する熔接装置の一実施例を示す断面図である。熔接装置１０は、熔接テーブル１２の上面に固定された受け形電極２０と、その受け形電極２０の上方に配置され、受け形電極２０に向けて下方へ降下し、あるいは降下位置から上昇可能に構成された押し形電極３０とを有する。
【００１０】
１４は両電極２０、３０へ給電するための電源装置である。なお、押し形電極３０を昇降させる手段は、技術的によく知られているので、図示を省略してある。
【００１１】
４０は被加工物である中空ポペット弁であり、以下、後述する蓋部材４５を溶着する前工程までを完了した半成品の中空ポペット弁を含む。中空ポペット弁の半成品４０は鋼材をしごき加工して得られたものであり、ステム４１と弁部４２とをフレア部４３で滑らかに結んだ外面を有するとともに、前記ステム４１に穿孔された肉抜き孔４４からフレア部４３を経て滑らかに肉厚を増し、弁部４２に至る曲線によって構成されている。肉厚をこのように変化させることにより、強い燃焼圧力に耐え、かつ、軽量な中空ポペット弁が得られる。
【００１２】
蓋部材４５は、図７（ａ）から明らかなように、比較的薄肉の鋼板を半球状に湾曲させ外周を円形にトリムした中心部４５ａと、その中心部４５ａの周縁部を反曲部４５ｂから反対方向（図中で上方）へ反曲させ、その反曲部４５ｂから外周側の鍔状の部分を余肉部４５ｃとしたものである。なお、蓋部材４５の形状はこれに限らず燃焼室によっては、前記中心部４５ａを必要に応じて平坦にしたり、同図（ｂ）で示すように、反対側へ窪ませたりすることも可能である。
【００１３】
このような形状の蓋部材４５は、本熔接装置１０に取り付けられたとき、余肉部４５ｃの周縁において押し形電極３０と当接し、反曲部４５ｂの部分でフレア部に当接する。環状の受け形電極２０と押し形電極３０を最短距離に配置して、両電極２０、３０間に熔接電流を集中して流し、電力の無駄な消費をおさえている。
【００１４】
前記熔接装置１０の受け形電極２０は、銅合金からなる筒体をなし、その軸芯は前記熔接テーブル１２に設けた円形の逃し孔１２ａと、同軸に取り付けられている。２０ａは前記筒体の下部に設けられた、前記ステム４１を案内するためのガイドであり、筒体の内面から軸芯方向へ伸びる数個の板状部材からなっている。受け形電極２０の上面は中央部が低くなった摺り鉢状に形成され、前記中空ポペット弁４０のフレア部４３と当接する角度が鈍角となって磨耗を減ずるとともに、中空ポペット弁４０の支持が安定になる。
【００１５】
前記押し形電極３０は銅合金からなる筒体をなし、その下端部外周にはばね３２によって下方へ付勢された、絶縁性の案内リング３４が摺動自在に嵌着されている。また、中央下端部には、前記蓋部材４５の保持手段たる永久磁石３６が保持されている。３８は押し形電極３０の下端に開口させた逃げ孔である。押し形電極３０は以上のように構成されているので、前記下端部に蓋部材４５を永久磁石３６の吸引力によって吸着可能となっている。なお、保持手段は磁力によるもののみならず、ステンレス、チタンなどで磁石に反応しにくい材料の場合、真空などの空力的手段も利用可能である。
【００１６】
次に、熔接装置１０の作動を説明する。まず、予め準備されたポペット弁半成品４０と蓋部材４５とを、熔接装置１０へ図２で示す状態にセットする。すなわち、受け形電極２０の上にフレア部４３を上にして、ポペット弁半成品４０を支持させる。次に、蓋部材４５の余肉部４５ｃを、押し形電極３０の下面に当てて、前記案内リング３４で位置決めして、永久磁石３６に吸着させ保持する。
【００１７】
準備ができたら、両電極２０、３０間に通電させつつ、押し形電極３０を降下させると、まず、案内リング３４がポペット弁半成品４０に当接し、それ以上の進行が阻止されるが、押し形電極３０をそのまま降下させると、案内リング３４はばね３２を圧縮しつつ上方へ退去し、やがて、押し形電極３０は図３で示す位置まで降下する。なお、これらの動作は、実務上では周知のように瞬時に行われる。
【００１８】
この状態になると、両電極２０、３０は前記余肉部４５ｃを介して短絡状態となり、大電流が流れて瞬時に余肉部４５ｃが軟化し、押し形電極３０の押下げ力によって、図４で示すように変形して、押し形電極３０の下面とフレア部４３の内側に相当する肉抜き孔４４の内面との楔形の隙間ｃへ入り込もうとする挙動を見せる。
【００１９】
同時に、前記肉抜き孔４４の内面も溶融し、図５中、符号ｄで示すように、浅い範囲で材料の拡散が行われ溶着が完了する。この状態では余肉部４５ｃが一旦溶融して前記隙間ｃを充填しているので、図６で示すように、フレア部４３の内側と蓋部材４５との間は凹凸の少ない滑らかな平滑部ｐが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る熔接装置の要部の断面図である。
【図２】熔接工程の準備工程を示す要部の断面図である。
【図３】熔接工程の初期工程を示す要部の断面図である。
【図４】熔接工程の中期工程を示す要部の断面図である。
【図５】熔接工程の終期工程を示す要部の断面図である。
【図６】熔接工程の取り出し工程を示す要部の断面図である。
【図７】（ａ）は蓋部材を拡大して示す断面図、（ｂ）は他の実施例を示す断面図である。
【図８】従来の中空ポペット弁の半断面正面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０熔接装置
１２熔接テーブル
１２ａ逃し孔
１４電源装置
２０受け形電極
２０ａガイド
３０押し形電極
３２ばね
３４案内リング
３６永久磁石
３８逃げ孔
４０被加工物（中空ポペット弁の半成品）
４１ステム
４２弁部
４３フレア部
４４肉抜き孔
４５蓋部材
４５ａ中心部
４５ｂ反曲部
４５ｃ余肉部
８０中空ポペット弁
８２ステム
８４肉抜き孔
８６蓋部材
ｃ隙間
ｄ拡散部
ｐ平滑部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステムからフレア部にかけて設けた肉抜き孔によって中空に成形されたポペット弁半成品と、前記肉抜き孔を閉じる蓋部材とを準備し、前記ポペット弁半成品のフレア部を上にして支持する受け形電極と、前記肉抜き孔を閉じる円形の蓋部材を下面支持する押し形電極とを有し、ポペット弁半成品へ蓋部材を押し付けて押し形電極と受け形電極の間に通電して熔接する抵抗熔接機によって結合する中空ポペット弁の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記円形の蓋部材は周縁部に押し形電極方向へ突出させた余肉部を形成してなる中空ポペット弁の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記蓋部材は円形に形成した板材からなり、周縁部に押し形電極方向へ突出させた余肉部は、その板材の周縁部を一旦フレア部の内面へ向けて屈曲し、ついで逆方向へ折り返して形成してなる中空ポペット弁の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、前記押し形電極には蓋部材を一旦保持するための保持手段を設けてなる中空ポペット弁の製造方法。

【図１】