WO2011104921A1 - 中空エンジンバルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

　製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図ることができる中空エンジンバルブの製造方法を提供する。そのため、半完成品（１ａ）における中空軸部の外径寸法及び内径寸法を段階的に縮径させると共に、当該中空軸部の長さを段階的に延伸させるように、この中空軸部を孔形状が異なった複数の成形孔（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ－１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ－１），Ｍｎ´）に順次挿入して、その絞り加工を順次行うことにより、中空軸部を所定形状に成形するようにした中空エンジンバルブの製造方法において、半完成品（１ａ）に対して、所定硬度以下となるように熱処理を施し、内径（ｄ２´）に調整したダイス（Ｄｉｎ´）の成形孔（Ｍｎ´）によって、中空軸部（１２）の開口縁部をその内側に増肉させて、軸端封止部（１５）を成形し、この軸端封止部（１５）の隙間を接合する。

Description

中空エンジンバルブの製造方法

　本発明は、製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図るようにした中空エンジンバルブの製造方法に関する。

　近年、エンジンバルブの中には、エンジンの高出力化及び高性能化に伴って、その内部を中空に形成すると共に、この中空部内に冷媒用の金属ナトリウムを封入したものが種々提供されている。これにより、中実のエンジンバルブと比べて、軽量化が図られると共に、封入された金属ナトリウムの働きにより、熱伝導性の向上が図られるようになっている。このような、従来の中空エンジンバルブの製造方法は、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特許第４２８２９００号公報 特許第４３９０２９１号公報

　しかしながら、従来の中空エンジンバルブの製造方法では、複数の部材を個々に製造した後、最終的に、それらの部材同士を接合することにより、完成品としての中空エンジンバルブを得るようにしている。これにより、中空エンジンバルブを製造するためには、数多くの工程を経なければならないため、製造工程が複雑になると共に、製造コストの増大を招くおそれがある。

　従って、本発明は上記課題を解決するものであって、製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図ることができる中空エンジンバルブの製造方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決する第１の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
　半完成品における中空軸部の外径寸法及び内径寸法を段階的に縮径させると共に、前記中空軸部の長さを段階的に延伸させるように、前記中空軸部を孔形状が異なった複数の成形孔に順次挿入して、その絞り加工を順次行うことにより、前記中空軸部を所定形状に成形するようにした中空エンジンバルブの製造方法において、
　半完成品に対して、所定硬度以下となるように熱処理を施し、
　孔径を調整した最後の前記成形孔によって、前記中空軸部の開口縁部をその内側に増肉させて、軸端封止部を成形し、
　前記軸端封止部の隙間を接合する
　ことを特徴とする。

　上記課題を解決する第２の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
　最後の前記成形孔における前記中空軸部を成形する軸成形部の孔径を調整する
　ことを特徴とする。

　上記課題を解決する第３の発明に係る中空エンジンバルブの製造方法は、
　最後の前記成形孔による絞り加工前に、前記中空軸部内に冷媒を注入する
　ことを特徴とする。

　従って、本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法によれば、所定硬度以下となるように熱処理を施した半完成品を、孔径を調整した成形孔によって、中空軸部の開口縁部がその内側に増肉するように成形した後、この増肉により成形された軸端封止部の隙間を接合することにより、中空エンジンバルブ１を構成する部品点数を少なくすることができるので、製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法が適用される冷間鍛造装置の概略構成図である。 （ａ）は冷間鍛造装置の第ｎ絞り工程に設けられるダイスの縦断面図と、このダイスにより成形された半完成品の縦断面図、（ｂ）は冷間鍛造装置の第ｎ絞り工程に従来設けられていたダイスの縦断面図と、このダイスにより成形された半完成品の縦断面図である。 本発明に係る製造方法により製造される中空エンジンバルブの縦断面図である。

　以下、本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

　先ず、図３に示すように、本発明に係る製造方法により製造される中空エンジンバルブ１は、車両等におけるエンジンの吸気バルブまたは排気バルブとして使用されるものであって、その内部には、冷媒用の金属ナトリウムＮが封入されている。

　中空エンジンバルブ１は、弁傘部１１と中空軸部１２と軸端封止部１５とが一体成形されたものであって、その内部には、中空孔１３が弁傘部１１と中空軸部１２とに亘って形成されている。また、詳細は後述するが、軸端封止部１５は、中空孔１３内に金属ナトリウムＮが注入された状態で、中空軸部１２の基端（上端）側における開口縁部が、その内側に増肉するように閉じることによって成形されるものである。そして、最後に、軸端封止部１５における中央部の隙間を接合するようになっている。

　即ち、中空エンジンバルブ１を後述する冷間鍛造装置２０等を用いて製造し、その冷間鍛造中に、中空孔１３内に金属ナトリウムＮを注入した後、軸端封止部１５の接合を行う。これにより、完成品としての中空エンジンバルブ１を得ることができる。なお、使用条件によっては、金属ナトリウムＮを封入しない場合もある。

　次に、冷間鍛造装置２０の構成について、図１及び図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

　図１に示した冷間鍛造装置２０は、半完成品１ａに対して、絞り（冷間鍛造）加工を順次行うことにより、中空エンジンバルブ１を成形するものである。この冷間鍛造装置２０の下部には、プレスベッド２１が設けられる一方、その上部には、ラム２２がプレスベッド２１と対向するように設けられており、このラム２２は上下方向に移動可能に支持されている。

　ラム２２の下面には、筒状のダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ－１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ－１），Ｄｉｎ´が、半完成品の搬送方向に沿って直列に設けられている。但し、添え字ｍはｍ番目を示し、添え字ｎはｎ番目（最後）を示しており、ｍ＜ｎで、ｍとｎとはいずれも３以上の正の整数となっている。

　ダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ－１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ－１），Ｄｉｎ´の中央部には、円形横断面をなす成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ－１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ－１），Ｍｎ´が開口されており、これらの内径は、搬送方向下流側に向かうに従って、漸次小径となるように形成されている。また、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ－１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ－１），Ｍｎ´の長さ（深さ）は、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ（ｍ－１），Ｌｍ，Ｌ（ｎ－１），Ｌｎとなっており、これらの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ（ｍ－１），Ｌｍ，Ｌ（ｎ－１），Ｌｎは、搬送方向下流側に向かうに従って、漸次長くなるように形成されている。即ち、これらの長さは、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ（ｍ－１）＜Ｌｍ＜Ｌ（ｎ－１）＜Ｌｎとなるように設定されている。

　一方、プレスベッド２１の上面には、半完成品１ａ，１ｂ，１ｍ，１ｎ及び中空エンジンバルブ１が、図示しない搬送手段によって、搬送及び位置決め可能となっている。

　ここで、ダイスＤｉｎ´について、図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

　ダイスＤｉｎ´は、ダイスＤｉ（ｎ－１）が成形した半完成品１ｎに対して絞り加工を行うことにより、半完成品（接合未実施）としての中空エンジンバルブ１を得るものである。そして、この中空エンジンバルブ１においては、中空軸部１２の開口縁部がその内側に膨れるように閉じることにより、軸端封止部１５が成形されることになる。即ち、冷間鍛造装置２０では、従来使用されていた、中空軸部の肉厚が一定で、且つ、その開口縁部が開口するような中空エンジンバルブ（弁本体）１ｘを成形するためのダイスＤｉｎに替えて、ダイスＤｉｎ´を設けている。

　図２（ａ）に示すように、ダイスＤｉｎ´の成形孔Ｍｎ´は、その長さがＬｎに形成されており、中空エンジンバルブ１の弁傘部１１の上部を最終的に成形するための成形部（弁傘成形部）Ｍａｎ´と、この成形部Ｍａｎ´の上部に連続的に形成され、且つ、中空エンジンバルブ１の中空軸部１２及び軸端封止部１５を成形するための成形部（軸成形部）Ｍｂｎ´とを有している。そして、成形部Ｍａｎ´の最大内径はＤｎに形成されており、成形部Ｍｂｎ´の内径はｄｎ´に形成されている。

　このようなダイスＤｉｎ´を用いて絞り加工を行うことにより、中空エンジンバルブ１の長さ（高さ）がｌｎ´に成形され、更に、中空軸部１２及び軸端封止部１５の外径がｄｎ´に成形されると共に、中空軸部１２の内径がｄｎ２に成形されることになる。

　一方、図２（ｂ）に示すように、ダイスＤｉｎの成形孔Ｍｎは、その長さがＬｎに形成されており、中空エンジンバルブ１ｘの弁傘部の上部を最終的に成形するための成形部Ｍａｎと、この成形部Ｍａｎの上部に連続的に形成され、且つ、中空エンジンバルブ１ｘの中空軸部を成形するための成形部Ｍｂｎとを有している。そして、成形部Ｍａｎの最大内径はＤｎに形成されており、成形部Ｍｂｎの内径は内径ｄｎ´よいも大きいｄｎ（ｄｎ＞ｄｎ´）に形成されている。

　このようなダイスＤｉｎを用いて絞り加工を行うことにより、中空エンジンバルブ１ｘの長さ（高さ）が長さｌｎ´よりも長いｌｎ（ｌｎ＞ｌｎ´）に成形され、更に、中空軸部の外径が外径ｄｎ´よりも大きいｄｎ（ｄｎ＞ｄｎ´）に成形されると共に、その中空軸部の内径がｄｎ２に成形されることになる。

　即ち、ダイスＤｉｎに対して、ダイスＤｉｎ´を、内径ｄｎ´が内径ｄｎよりも小さくなるように設定することにより、このダイスＤｉｎ´によって、中空軸部１２の開口部を塞ぐための軸端封止部１５を有する中空エンジンバルブ１を成形することができる。

　従って、中空エンジンバルブ１を製造する場合には、先ず、図示しない中実丸棒素材を熱間鍛造して、半完成品１ａを成形した後、この半完成品１ａに対して、所定硬度以下となるように熱処理を施す。次いで、この所定硬度以下の半完成品１ａを、冷間鍛造装置２０のプレスベッド２１上におけるダイスＤｉ１に対応した位置に位置決めする。

　そして、ラム２２の昇降動作と搬送手段の搬送動作及び位置決め動作とを順次行って、ダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ－１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ－１），Ｄｉｎ´によるｎ回の絞り加工を順次行うようにする。これにより、半完成品１ａが、半完成品１ｂ，１ｍ，１ｎと順に成形され、これに伴って、それぞれの中空軸部の外径寸法及び内径寸法が段階的に縮径されると共に、それぞれの中空軸部の長さが段階的に延伸されることになり、最終的に中空エンジンバルブ１が成形される。

　ここで、半完成品１ａに対して、所定硬度以下となるように熱処理を施すことにより、この半完成品１ａ及びこれ以降の半完成品１ｂ，１ｍ，１ｎにおいては、その硬度が低くなるに従って、その中空軸部の肉厚が厚くなり易くなると共に、その中空軸部の長さが延び難くなる。

　このように、調質された半完成品１ｎを、内径ｄｎ´に調整されたダイスＤｉｎ´の成形孔Ｍｎ´によって、絞り上げることにより、中空エンジンバルブ１を、中空軸部１２の開口縁部がその内側に増肉するように成形することができる。また、ダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ－１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ－１）の絞り加工においては、これらの成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ－１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ－１）の孔形状を、従来のものと比べて調整していないので、それぞれの中空軸部の開口縁部が開放したままの状態で成形されるようになっている。

　なお、ダイスＤｉｎ´の絞り加工時において、１回の絞り加工で、中空軸部１２の開口縁部がその内側に閉じないときには、その開口縁部が増肉して閉じるまで、複数回の絞り加工を行うようにする。また、成形孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ（ｍ－１），Ｍｍ，Ｍ（ｎ－１），Ｍｎ´は、半完成品１ａ，１ｂ，１ｍ，１ｎにおける弁傘部の下部を押圧しないため、それらの弁傘部の最大外径は、Ｄｏのままで保持されることになる。

　次いで、冷間鍛造装置２０におけるダイスＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ（ｍ－１），Ｄｉｍ，Ｄｉ（ｎ－１）のいずれかの絞り加工後に、金属ナトリウムＮが中空孔１３内に注入されているため、軸端封止部１５の隙間に対して、例えば、フィラー溶接やノンフィラー溶接等による接合を行うことにより、完成品としての中空エンジンバルブ１が製造されることになる。なお、軸端封止部１５は、高温の排気ガスに晒されることがないため、その隙間に対して、溶接以外にも、ロー付け等による接合を行うようにしても構わない。

　従って、本発明に係る中空エンジンバルブの製造方法によれば、所定硬度以下となるように熱処理を施した半完成品１ｎを、内径ｄｎ´に調整したダイスＤｉｎ´の成形孔Ｍｎ´によって、中空軸部１２の開口縁部がその内側に増肉するように成形した後、この増肉により成形された軸端封止部１５の隙間を接合することにより、中空エンジンバルブ１を構成する部品点数を少なくすることができるので、製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図ることができる。

　本発明は、ダイスを交換可能とすることにより、形状が異なった中空エンジンバルブを１つの製造装置で製造することを目的とした中空エンジンバルブ製造装置に適用可能である。

Claims (3)

1. 　半完成品における中空軸部の外径寸法及び内径寸法を段階的に縮径させると共に、前記中空軸部の長さを段階的に延伸させるように、前記中空軸部を孔形状が異なった複数の成形孔に順次挿入して、その絞り加工を順次行うことにより、前記中空軸部を所定形状に成形するようにした中空エンジンバルブの製造方法において、
   　半完成品に対して、所定硬度以下となるように熱処理を施し、
   　孔径を調整した最後の前記成形孔によって、前記中空軸部の開口縁部をその内側に増肉させて、軸端封止部を成形し、
   　前記軸端封止部の隙間を接合する
   　ことを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
2. 　請求項１に記載の中空エンジンバルブの製造方法において、
   　最後の前記成形孔における前記中空軸部を成形する軸成形部の孔径を調整する
   　ことを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。
3. 　請求項１に記載の中空エンジンバルブの製造方法において、
   　最後の前記成形孔による絞り加工前に、前記中空軸部内に冷媒を注入する
   　ことを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。

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